JP2004125874A - Stamper and its manufacturing method and forming method using the stamper - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は回折格子用スタンパ及びその製造方法及び回折格子の製造方法に係り、特に回折格子を製造する際に用いる回折格子用スタンパ及びその製造方法、及びこの回折格子用スタンパを用いて回折格子を製造する回折格子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、光通信をはじめとして、光を利用した様々な技術に対する要求が高まっている。この光利用技術を支える光学素子のひとつとして回折格子がある。この回折格子は、主に光分光、特定波長の反射素子、或いは波長可変形の反射素子等として広く用いられている。この回折格子は、光利用技術を支える構成要素に必要不可欠な部品であり、より正確且つ安価な回折格子が求められている。
【0003】
従来、この回折格子を製造する方法として機械式刻線法が知られている。この機械式刻線法は、回折格子用スタンパとなる基板に、所定の形状のダイヤモンドツールで格子溝を一本一本刻線していく方法である。そして、この格子溝が形成された基板を原型とし、これを転写法を用いて樹脂等に転写して回折格子を製造するものである。
【0004】
しかしながら、この機械式刻線法では、正確な加工を行う為に超精密位置決め装置及び恒環境設備等を用い、数日から十数日かけて加工を行うため、回折格子用スタンパのコストが非常に高コストとなってしまう。よって、この回折格子用スタンパを用いて製造される回折格子もコスト高となってしまう。
【0005】
これを解決するために、シリコン複合物よりなる基板にエッチング法を用いて格子溝成形する方法が提案されている(例えば、特許文献1)。
【0006】
【特許文献1】
特開平8−334610号公報。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に開示された回折格子用スタンパの製造方法では、ガラス基板上にエッチストップ層を形成した上で、その上部にCVD(化学気相成長)等によりアモルファスシリコン層を形成し、このアモルファスシリコン層をエッチストップ層までエッチング所定のパターンで形成することにより回折格子用スタンパが製造される。
【0008】
しかしながら、上記公報に開示された方法では、CVD等により形成されたアモルファスシリコン層はバルク状のシリコンに比べて機械的強度が弱い。また、エッチストップ層上にCVD等によりアモルファスシリコン層を形成した場合、エッチストップ層とアモルファスシリコン層との界面接合強度が弱くなる。
【0009】
このため、この回折格子用スタンパ上に回折格子となる樹脂を導入して樹脂成形した後、この樹脂を回折格子用スタンパから離型しようとした際に、格子溝が形成されているアモルファスシリコン層が破壊されたり、またアモルファスシリコン層がエッチストップ層から剥離してしまうという問題点があった。
【0010】
更に、上記公報に開示された回折格子用スタンパの製造方法において、深い格子溝を形成しようとした場合、アモルファスシリコン層を厚く形成する必要があるが、原理上、アモルファスシリコンを形成(堆積)できる厚みには限界があり、高アスペクト比を有する格子溝を形成することが困難であるという問題がある。
【0011】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、高い信頼性を有した回折格子用スタンパ及び回折格子を低コストで製造可能とした回折格子用スタンパ及びその製造方法及び回折格子の製造方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【0013】
請求項1記載の発明は、
基板に凹凸状の転写用のパターンが形成されたスタンパにおいて、
前記パターンを、前記基板を構成する単結晶バルクよりなる第1の層に形成したことを特徴とするものである。
【0014】
上記発明によれば、単結晶バルク層にパターンを形成しているため、このパターンの強度はアモルファス層に形成されたパターンの強度に対して強い強度を持つ。よって、このスタンパを用いた被成型物の製造時(格子溝の転写時)において、パターンに変形や歪が発生することを防止でき、スタンパの信頼性を向上することができる。
【0015】
また、請求項2記載の発明は、
請求項1記載のスタンパにおいて、
前記パターンの凹部に、前記基板を構成する第2の層が露出していることを特徴とするものである。
【0016】
上記発明によれば、パターンの凹部に、強度が強く経時劣化が少ない第2の層が露出するため、スタンパによる被成型物の成型回数が増大してもパターンの形状(具体的には溝深さ)が変化するようなことはなく、よって高精度の被成型物を経時劣化なく製造することが可能となる。
【0017】
また、請求項3記載の発明は、
請求項2記載のスタンパにおいて、
前記パターンの壁部は、前記第2の層の露出した面と垂直な壁面とされていることを特徴とするものである。
【0018】
上記発明によれば、パターンの壁部が第2の層の露出した面と垂直な壁面となるため、高精度の被成型物を製造することが可能となる。
【0019】
また、請求項4記載の発明は、
請求項2または3のいずれか1項に記載のスタンパにおいて、
前記第2の層を支持する第3の層を形成したことを特徴とするものである。
【0020】
上記発明によれば、第3の層により第2の層が支持されるため、スタンパの機械的強度を高めることができる。
【0021】
また、請求項5記載の発明は、
請求項2乃至4のいずれか1項に記載のスタンパにおいて、
前記第1の層を単結晶シリコンのバルクにより形成し、前記第2の層をシリコン酸化物により形成し、かつ、前記基板を前記第1の層に前記第2の層を密着した構成としたことを特徴とするものである。
【0022】
上記発明によれば、第1の層を単結晶シリコンのバルクにより形成したことにより、スタンパの信頼性を向上することができる。即ち、単結晶シリコンのバルクは、薄膜技術を用いて形成されるポリシリコン(アモルファスシリコン)に比べて機械的強度が強い。このため、パターンを単結晶シリコンのバルクに形成することにより、パターンに変形や歪が発生することを防止でき、よってスタンパの信頼性を向上することができる。
【0023】
また、第2の層をシリコン酸化物により形成し、かつ、基板を第1の層に第2の層を密着した構成としたことにより、第1の層を加工する際に第2の層により第1の層の加工の停止を行なう層として用いることが可能となる。
【0024】
また、請求項6記載の発明は、
請求項1乃至5のいずれか1項に記載のスタンパにおいて、
前記パターンは、回折格子を製造する型を構成することを特徴とするものである。
【0025】
上記発明によれば、高精度の回折格子を生産性よく製造することができる。
【0026】
また、請求項7記載の発明は、
単結晶バルクよりなる第1の層と、該第1の層と密着した第2の層とを具備する基板を用い、該基板に凹凸状の転写用のパターンを形成するスタンパの製造方法において、
前記第2の層を露出させるように前記第1の層を加工することにより前記パターンを形成することを特徴とするものである。
【0027】
上記発明によれば、パターンの凹凸の高さが第1の層の高さにより決まるため、パターンの高さを高精度に決めることができる。
【0028】
また、請求項8記載の発明は、
請求項7記載のスタンパの製造方法において、
前記パターンを形成する際、前記第2の層をエッチストップ材として前記第1の層をバルクマイクロマシニング技術を用いて加工することを特徴とするものである。
【0029】
上記発明によれば、第2の層をエッチストップ材として、第1の層をバルクマイクロマシニング加工するため、第2の層以上に第1の層が加工されることを防止することができ、これによりパターンを精度良く形成することができる。
【0030】
また、請求項9記載の発明は、
請求項8記載のスタンパの製造方法において、
前記バルクマイクロマシニング技術として、反応性イオンエッチングを用いたことを特徴とするものである。
【0031】
上記発明によれば、バルクマイクロマシニングとして反応性イオンエッチングを用いたことにより、第1の層に対し、その加工表面に対して略垂直な側壁を有すると共に高アスペクト比を有した溝加工ができるため、パターンを精度良く形成することができる。
【0032】
また、請求項10記載の発明は、
請求項1乃至5のいずれか1項に記載のスタンパを用いた成型方法であって、
前記スタンパを金型に装着すると共に、該スタンパと金型間に形成されるキャビティ内に被成型物となる樹脂を注入する工程と、
前記スタンパと金型との間に注入された樹脂を加圧する工程と、
前記パターンが転写された樹脂を前記スタンパ及び金型から離型させる工程とを有することを特徴とするものである。
【0033】
上記発明によれば、強度が強く信頼性の高いスタンパを用い被成型物が製造されるため、製造される被成型物の信頼性も高めることができる。また、スタンパと金型間に形成されるキャビティ内に樹脂を注入し、この注入された樹脂を加圧成形(プレス・モールディング)して回折格子を形成することにより生産性を向上させることができ、被成型物を大量生産することも可能となる。
【0034】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
【0035】
図1及び図2は、本発明の一実施例であるスタンパの製造方法を説明するための図であり、図3は製造されたスタンパを用いて被成型物をを製造する方法を示している。尚、本実施例では、スタンパとして回折格子用スタンパを例に挙げて説明するものとする。
【0036】
まず、図1及び図2を参照し、回折格子用スタンパの製造方法について説明する。図1(A)は、回折格子用スタンパ10を製造する基材となるSOI(Silicon On Insulator)基板10を示している。このSOI基板10は、第1のバルク層11(請求項に記載の第1の層に相当。),絶縁性中間層13(請求項に記載の第2の層に相当。以下、単に中間層という。),第2のバルク層12(請求項に記載の第3の層に相当。)が積層された構成とされている。第1のバルク層11及び第2のバルク層12は単結晶シリコン(Si)のバルクにより形成され、中間層13は絶縁材である二酸化シリコン(SiO2)により形成されている。
【0037】
第1のバルク層11の厚さは、後述する回折格子パターン21の溝深さと対応した厚さとされている。また、第2のバルク層12は、第1のバルク層11を支持する機能を層するものであり、その厚さは例えば360μmとされている。
【0038】
このSOI基板10は、周知のSOI技術を用いて形成される。具体的には、SOI基板10はSIMOX(Silicon IMplanted OXide)法、或いは貼り合わせ法を用いて形成することができる。SIMOX法とは、シリコン基板(Si)に酸素(O2)をイオン注入し、その後に熱処理を行なうことによりシリコンと結合させ、基板表面より内部位置にシリコンの酸化膜(SiO2)を形成することによりSOI基板10を製造する方法である。
また、貼り合わせ法は、表面に酸化膜を形成した第1のシリコン基板と、これとは別個の第2のシリコン基板を高熱・高圧力で接着し、その後に第2のシリコン基板を所定の厚さまで研削することにより、SOI基板10を製造する方法である。尚、SOI基板10の下面(第2のバルク層12の下面)には、二酸化シリコン(SiO2)よりなる保護層14が形成されている。
【0039】
上記構成とされたSOI基板10には、図1(B)に示すように、先ずフォトレジスト15が塗布される。このフォトレジスト15は、第1のバルク層11上に、例えばスピナーを用いて塗布される。このフォトレジスト15は、ポジ型,ネガ型のいずれであってもよい。
【0040】
続いて、このフォトレジスト15には露光・現像処理が行なわれ、回折格子パターン21に対応したパターンが形成される。具体的には、回折格子パターン21となる部分にフォトレジスト15を残し、深堀加工部17が形成される部位のフォトレジスト15は除去される(深堀加工部17及び回折格子パターン21については、図2(F)参照)。
【0041】
図1(C)は、フォトレジスト15の不要部分が除去された状態を示している。同図に示すように、フォトレジスト15が除去された部分は、第1のバルク層11が露出した状態となっている。
【0042】
上記のようにフォトレジスト15のパターニングが終了すると、続いてSOI基板10に対してバルクマイクロマシニングが行なわれ、回折格子パターン21の形成処理が行なわれる。本実施例では、バルクマイクロマシニングとして、反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)を用いている。SOI基板10は反応性イオンエッチングを行なうエッチング装置に装着され、フォトレジスト15をマスクとして第1のバルク層11に対し反応性イオンエッチングが実施される。ここで、上記のバルクマイクロマシニング技術とは、単結晶基板そのものに微細構造体を形成する加工技術をいう(「半導体用語大辞典」:株式会社日刊工業新聞社、1999年3月20日発行、871頁右欄参照)。
【0043】
本実施例では、SF6ガスを用いた反応性イオンエッチングを用いている。この反応性イオンエッチングは、シリコン(Si)と二酸化シリコン(SiO2)との間に高いエッチレートの選択比を持つことを大きな特徴の一つとしている。
【0044】
このエッチレートの選択比は、条件によって異なるが、Si:SiO2=(100〜300):1である。また、ガス交換を行なう反応性イオンエッチングでは、側壁保護とエッチングのプロセスを交互に繰り返すことで、加工表面に対して略垂直な側壁を持つ深堀加工部17(溝)を加工することができる。よって、高アスペクト比を有した深堀加工部17を形成することができる。
【0045】
図2(D)は、反応性イオンエッチングにより第1のバルク層11に深堀加工部17を形成している過程を示している。前記ように反応性イオンエッチングでは、加工表面に対して略垂直な側壁を持つ溝を形成することができるが、ある程度の面積をある程度の深さ以上掘りこむ際、底面の平坦性を数μm内に保つことは難しい。このため、図2(D)に示すように加工途中においては、深堀加工部17の底面には厚みむら16が形成される。
【0046】
いま、仮に中間層13が存在しない構成(第1のバルク層11と第2のバルク層12が一体化した構成)を想定した場合、深堀加工部17の深さを制御するには時間制御を行なうしかなく、その精度は低下してしまう。また、深堀加工部17の底部には、上記した厚みむら16が発生したままの状態となる。
【0047】
この深堀加工部17の深さ制御は、回折格子パターン21の高さ制御と等価である。よって、中間層13が存在しない構成では、回折格子パターン21の高さにバラツキが発生してしまう。このように、回折格子パターン21の高さにバラツキが発生すると、この回折格子パターン21を有した回折格子用スタンパ20を原型として製造される回折格子40(図3参照)の精度も低下してしまう。
【0048】
これに対して本実施例では、反応性イオンエッチングのエッチング速度が、シリコン(Si)に対して極めて遅い二酸化シリコン(SiO2)よりなる中間層13を第1のバルク層11と第2のバルク層12との間に設けている。このため、第1のバルク層11に対する反応性イオンエッチングは、この中間層13が露出するまで行なわれ、また中間層13が露出した後は第2のバルク層12までエッチングが及ぶのを防止する。
【0049】
即ち、第1のバルク層11に対してエッチング処理を行なう際、中間層13は第1のバルク層11に対するエッチング量を規制するエッチストップ材として機能する。よって、中間層13を設けることにより、図2(E)に示すように、反応性イオンエッチングにより深堀加工部17の底部に発生する厚みむら16を完全に除去することができる。また、エッチストップ材として機能する中間層13以上に反応性イオンエッチングが進まないため、第2のバルク層12がエッチングされることはない。
【0050】
これにより、深堀加工部17の底部(パターンの凹部)には、中間層13が露出した状態となる。また、前記のように第1のバルク層11の深堀加工部17は反応性イオンエッチングで形成されるため、その側壁(パターンの壁部)は露出した中間層13の表面と垂直な壁面となる。
【0051】
上記のように深堀加工部17を加工することにより回折格子パターン21が形成されると、アッシング処理が実施され、フォトレジスト15が除去される。上記した一連の処理を実施することにより、図2(F)に示す回折格子用スタンパ20が製造される。
【0052】
この回折格子用スタンパ20は、第1のバルク層11に回折格子パターン21と深堀加工部17とが交互に形成された構成となっており、よって凹凸形状を有している。この回折格子用スタンパ20は、回折格子40を製造する際、回折格子40に格子溝を形成する原型となる。
【0053】
上記したように、本実施例による回折格子用スタンパ10の製造方法は、回折格子パターン21となる第1のバルク層11を単結晶シリコンのバルクにより形成した。単結晶シリコンのバルクは、薄膜技術(例えば、CVD法等)を用いて形成(堆積)されるポリシリコンやアモルファスシリコンに比べて機械的強度が強い。このため、単結晶シリコンのバルクである第1のバルク層11に回折格子パターン21を形成することにより、回折格子パターン21に変形や歪が発生することを防止でき、よって回折格子用スタンパ20の信頼性を向上することができる。
【0054】
また、第1のバルク層11にバルクマイクロマシニング技術であるRIEを用いて回折格子パターン21を形成したことにより、薄膜技術を用いて薄膜の積層及びエッチングを繰り返し回折格子パターンを形成する構成に比べ、回折格子パターン21の強度を向上させることができる。よって、回折格子40の製造時(格子溝の転写時)に回折格子パターン21に変形や歪が発生することを防止でき、回折格子用スタンパ20の信頼性を向上することができる。
【0055】
また、上記のように製造された回折格子用スタンパ20は、回折格子パターン21の凹部、即ち深堀加工部17の底部に中間層13が露出した構成となっている。この中間層13は、前記したようにSiO2であり、強度が強く経時劣化が少ない安定した材料である。
【0056】
このように機械的に強固で安定した中間層13が回折格子パターン21の凹部に形成されることにより、回折格子用スタンパ20を用いて多数の回折格子40の製造を行なっても、中間層13が経時的に劣化したり厚さ変化が発生するようなことはなく、回折格子パターン21の高さは一定に保たれる。よって、本実施例の回折格子用スタンパ20によれば、高精度の回折格子40を経時劣化なく製造することが可能となる。
【0057】
尚、上記した回折格子用スタンパ20の製造方法では、第1のバルク層11と第2のバルク層12をいずれも単結晶シリコンのバルクとした。しかしながら、第1のバルク層11と第2のバルク層12は必ずしも単結晶シリコンのバルクとする必要はなく、回折格子パターン21を高精度に加工でき、所定の機械的強度を得ることができるものであれば、樹脂、金属、その他の材料を用いることも可能である。
【0058】
また、第1のバルク層11と第2のバルク層12は必ずしも同一材料とする必要はなく、異なる材料とすることも可能である。この場合、第2のバルク層12の材質を、第1のバルク層11をエッチングする際にエッチストップ材として機能する材料とすることにより、中間層13を除去することも可能となる。
【0059】
図3は、上記のように製造された回折格子用スタンパ20を用いて回折格子40を製造する方法を示している。
【0060】
回折格子40を形成するには、先ず回折格子用スタンパ20を装着可能な構成とした金型30を用意する。本実施例では、金型30の下部に回折格子用スタンパ20を装着し得る構成とされている。また、金型30は、回折格子用スタンパ20に対して図中上下方向に移動可能な構成とされている。
【0061】
回折格子用スタンパ20が金型30に装着されると、図3(A)に示すように、回折格子用スタンパ20と金型30との間に形成されている空間(キャビティ)に回折格子用樹脂32を注入する。この回折格子用樹脂32を注入処理は、例えば射出成形機を用いて行なわれる。
【0062】
回折格子用樹脂32を注入処理が終了すると、続いて図3(B)に示すように、金型30を回折格子用スタンパ20に向けて加圧する。前記したように、金型30は回折格子用スタンパ20に対して図中上下に移動可能な構成とされている。よって、金型30を回折格子用スタンパ20に向けて加圧することにより、回折格子用樹脂32は加圧される。即ち、本実施例では、回折格子40を形成するのに、インジェクションプレス法を用いている。
【0063】
上記の加圧処理が終了すると、続いて図3(C)に示すように、金型30を回折格子用スタンパ20に対して上動させ、これに伴い回折格子40を回折格子用スタンパ20及び金型30から離型させる。これにより、回折格子用スタンパ20に形成された回折格子パターン21は転写され、回折格子パターン21に対応したパターン42(格子溝)が形成された回折格子40が製造される。
【0064】
上記のように本実施例による回折格子40の製造方法によれば、強度が強く信頼性の高い回折格子用スタンパ20を用い回折格子40が製造されるため、製造される回折格子40の信頼性も高めることができる。また、インジェクションプレス法を用い、回折格子用樹脂32を加圧成形(プレス・モールディング)して回折格子40を形成することにより生産性を向上させることができ、よって回折格子40を大量生産することも可能となる。
【0065】
尚、上記した実施例では、回折格子40として反射形振幅回折格子を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明の適用は反射形振幅回折格子に限定されるものではなく、透過位相形回折格子、反射型部レーズド回折格子等の他の構成の回折格子に対しても適用することができるものである。
【0066】
また、回折格子以外にも、例えばCD(コンパクトディスク)やDVD(デジタルビデオディスク)等の光ディスクを製造する際に用いるスタンパに対しても、更に櫛歯状の静電アクチュエータ等に対しても適用することが可能なものである。
【0067】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、次に述べる種々の効果を実現することができる。
【0068】
請求項1記載の発明によれば、本スタンパを用いた被成型物の製造時(格子溝の転写時)において、パターンに変形や歪が発生することを防止でき、スタンパの信頼性を向上することができる。
【0069】
また、請求項2記載の発明によれば、スタンパによる被成型物の成型回数が増大してもパターンの形状(具体的には溝深さ)が変化するようなことはなく、よって高精度の被成型物を経時劣化なく製造することが可能となる。
【0070】
また、請求項3記載の発明によれば、高精度の被成型物を製造することが可能となる。
【0071】
また、請求項4記載の発明によれば、第3の層により第2の層が支持されるため、スタンパの機械的強度を高めることができる。
【0072】
また、請求項5記載の発明によれば、パターンを単結晶シリコンのバルクに形成することにより、パターンに変形や歪が発生することを防止でき、よってスタンパの信頼性を向上することができる。
【0073】
また、請求項6記載の発明によれば、高精度の回折格子を生産性よく製造することができる。
【0074】
また、請求項7記載の発明によれば、パターンの凹凸の高さが第1の層の高さにより決まるため、パターンの高さを高精度に決めることができる。
【0075】
また、請求項8記載の発明によれば、第2の層をエッチストップ材として、第1の層をバルクマイクロマシニング加工するため、第2の層以上に第1の層が加工されることを防止することができ、これによりパターンを精度良く形成することができる。
【0076】
また、請求項9記載の発明によれば、第1の層に対し、その加工表面に対して略垂直な側壁を有すると共に高アスペクト比を有した溝加工ができるため、パターンを精度良く形成することができる。
【0077】
また、請求項10記載の発明によれば、製造される被成型物の信頼性も高めることができると共に、被成型物を大量生産することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である回折格子用スタンパの製造方法を説明するための図である(その1)。
【図2】本発明の一実施例である回折格子用スタンパの製造方法を説明するための図である(その2)。
【図3】本発明の一実施例である回折格子用スタンパを用いて回折格子を製造する方法を説明するための図である。
【符号の説明】
10 SOI基板
11 第1のバルク層
12 第2のバルク層
13 中間層
14 保護層
15 フォトレジスト
16 厚みむら
17 深堀加工部
20 回折格子用スタンパ
21 回折格子パターン
30 金型
32 回折格子用樹脂
40 回折格子
42 パターン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a stamper for a diffraction grating, a method for manufacturing the same, and a method for manufacturing a diffraction grating, and particularly relates to a stamper for a diffraction grating used when manufacturing a diffraction grating, a method for manufacturing the same, and a diffraction grating using the stamper for a diffraction grating. The present invention relates to a method for manufacturing a diffraction grating to be manufactured.
[0002]
[Prior art]
In recent years, there has been an increasing demand for various technologies using light, including optical communication. A diffraction grating is one of the optical elements that support this light utilization technology. This diffraction grating is widely used mainly as a light splitter, a reflective element of a specific wavelength, or a variable wavelength reflective element. This diffraction grating is an indispensable component for a component supporting the light utilization technology, and a more accurate and inexpensive diffraction grating is required.
[0003]
Conventionally, a mechanical ruled line method has been known as a method of manufacturing this diffraction grating. This mechanical engraving method is a method of engraving grating grooves one by one on a substrate to be a stamper for a diffraction grating using a diamond tool having a predetermined shape. Then, the substrate on which the grating grooves are formed is used as a prototype, and this is transferred to a resin or the like using a transfer method to manufacture a diffraction grating.
[0004]
However, this mechanical marking method uses ultra-precision positioning equipment and constant environment equipment to perform accurate processing, and requires several days to several tens of days. Would be expensive. Therefore, the cost of a diffraction grating manufactured using this diffraction grating stamper also increases.
[0005]
In order to solve this, a method of forming a lattice groove on a substrate made of a silicon composite by using an etching method has been proposed (for example, Patent Document 1).
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-8-334610.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the method of manufacturing a stamper for a diffraction grating disclosed in the above publication, an etch stop layer is formed on a glass substrate, and an amorphous silicon layer is formed thereon by CVD (chemical vapor deposition) or the like. The diffraction grating stamper is manufactured by forming the layers in a predetermined pattern by etching up to the etch stop layer.
[0008]
However, in the method disclosed in the above publication, the mechanical strength of the amorphous silicon layer formed by CVD or the like is lower than that of bulk silicon. Also, when an amorphous silicon layer is formed on the etch stop layer by CVD or the like, the interface bonding strength between the etch stop layer and the amorphous silicon layer becomes weak.
[0009]
Therefore, after introducing a resin to be a diffraction grating onto the diffraction grating stamper and molding the resin, when the resin is to be released from the diffraction grating stamper, the amorphous silicon layer on which the grating grooves are formed is formed. Or the amorphous silicon layer is peeled off from the etch stop layer.
[0010]
Further, in the method of manufacturing a stamper for a diffraction grating disclosed in the above publication, when an attempt is made to form a deep grating groove, it is necessary to form an amorphous silicon layer thickly, but in principle, amorphous silicon can be formed (deposited). There is a problem in that the thickness is limited and it is difficult to form a lattice groove having a high aspect ratio.
[0011]
The present invention has been made in view of the above points, and has a high reliability stamper for a diffraction grating, a stamper for a diffraction grating capable of manufacturing the diffraction grating at low cost, a method for manufacturing the stamper, and a method for manufacturing the diffraction grating. The purpose is to provide.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention is characterized by taking the following means.
[0013]
The invention according to claim 1 is
In a stamper in which an uneven transfer pattern is formed on a substrate,
The pattern is formed on a first layer made of a single-crystal bulk constituting the substrate.
[0014]
According to the above invention, since the pattern is formed on the single crystal bulk layer, the strength of this pattern is stronger than the strength of the pattern formed on the amorphous layer. Therefore, it is possible to prevent the pattern from being deformed or distorted at the time of manufacturing a molding object using this stamper (at the time of transferring the lattice groove), and it is possible to improve the reliability of the stamper.
[0015]
The invention according to claim 2 is
The stamper according to claim 1,
A second layer constituting the substrate is exposed in a concave portion of the pattern.
[0016]
According to the above invention, since the second layer having high strength and little deterioration with time is exposed in the concave portions of the pattern, the shape of the pattern (specifically, the groove depth) is increased even if the number of moldings of the molding object by the stamper is increased. ) Does not change, so that a high-precision molded object can be manufactured without deterioration over time.
[0017]
The invention according to
In the stamper according to claim 2,
The wall of the pattern is a wall perpendicular to the exposed surface of the second layer.
[0018]
According to the above invention, since the wall portion of the pattern is a wall surface perpendicular to the exposed surface of the second layer, it is possible to manufacture a high-precision molded object.
[0019]
The invention according to claim 4 is
In the stamper according to any one of
A third layer for supporting the second layer is formed.
[0020]
According to the above invention, since the second layer is supported by the third layer, the mechanical strength of the stamper can be increased.
[0021]
The invention according to claim 5 is
The stamper according to any one of claims 2 to 4,
The first layer is formed of bulk single crystal silicon, the second layer is formed of silicon oxide, and the substrate has a structure in which the second layer is in close contact with the first layer. It is characterized by the following.
[0022]
According to the above invention, the reliability of the stamper can be improved by forming the first layer from the bulk of single crystal silicon. That is, the bulk of single-crystal silicon has higher mechanical strength than polysilicon (amorphous silicon) formed using thin-film technology. For this reason, by forming the pattern in the bulk of single crystal silicon, it is possible to prevent the pattern from being deformed or distorted, thereby improving the reliability of the stamper.
[0023]
In addition, the second layer is formed of silicon oxide, and the substrate has a structure in which the second layer is in close contact with the first layer, so that the first layer is processed by the second layer. It can be used as a layer for stopping the processing of the first layer.
[0024]
The invention according to claim 6 is:
The stamper according to any one of claims 1 to 5,
The pattern constitutes a mold for manufacturing a diffraction grating.
[0025]
According to the above invention, a highly accurate diffraction grating can be manufactured with high productivity.
[0026]
The invention according to claim 7 is
In a method of manufacturing a stamper for forming a concave-convex transfer pattern on a substrate using a substrate including a first layer made of a single-crystal bulk and a second layer in close contact with the first layer,
The pattern is formed by processing the first layer so as to expose the second layer.
[0027]
According to the above invention, the height of the pattern is determined by the height of the first layer, so that the height of the pattern can be determined with high accuracy.
[0028]
The invention according to claim 8 is
The method for manufacturing a stamper according to claim 7,
When the pattern is formed, the first layer is processed using a bulk micromachining technique using the second layer as an etch stop material.
[0029]
According to the above invention, since the first layer is subjected to bulk micromachining using the second layer as an etch stop material, it is possible to prevent the first layer from being processed more than the second layer, Thereby, a pattern can be formed with high accuracy.
[0030]
The invention according to claim 9 is
The method for manufacturing a stamper according to claim 8,
A reactive ion etching is used as the bulk micromachining technique.
[0031]
According to the above invention, by using reactive ion etching as bulk micromachining, a groove having a high aspect ratio and having a side wall substantially perpendicular to the processing surface of the first layer can be formed on the first layer. Therefore, a pattern can be formed with high accuracy.
[0032]
The invention according to
A molding method using the stamper according to any one of claims 1 to 5,
Attaching the stamper to a mold, and injecting a resin to be molded into a cavity formed between the stamper and the mold,
Pressurizing the resin injected between the stamper and the mold,
Releasing the resin on which the pattern has been transferred from the stamper and the mold.
[0033]
According to the above invention, since the molded object is manufactured using the stamper having high strength and high reliability, the reliability of the manufactured molded object can be improved. Further, productivity can be improved by injecting a resin into a cavity formed between a stamper and a mold and forming a diffraction grating by press-molding the injected resin. In addition, it is possible to mass-produce a molded object.
[0034]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0035]
1 and 2 are views for explaining a method of manufacturing a stamper according to one embodiment of the present invention, and FIG. 3 shows a method of manufacturing a molding object using the manufactured stamper. . In this embodiment, a stamper for a diffraction grating will be described as an example of the stamper.
[0036]
First, a method of manufacturing a diffraction grating stamper will be described with reference to FIGS. FIG. 1A shows an SOI (Silicon On Insulator)
[0037]
The thickness of the
[0038]
This
Further, in the bonding method, a first silicon substrate having an oxide film formed on a surface thereof and a second silicon substrate which is separate from the first silicon substrate are bonded with high heat and high pressure, and then the second silicon substrate is bonded to a predetermined position. This is a method of manufacturing the
[0039]
First, a
[0040]
Subsequently, the
[0041]
FIG. 1C shows a state where an unnecessary portion of the
[0042]
When the patterning of the
[0043]
In this embodiment, reactive ion etching using SF 6 gas is used. One of the major features of this reactive ion etching is that it has a high etch rate selectivity between silicon (Si) and silicon dioxide (SiO 2 ).
[0044]
The etch rate selection ratio varies depending on the conditions, but is Si: SiO2 = (100-300): 1. Further, in the reactive ion etching for performing gas exchange, the deeply etched portion 17 (groove) having a side wall substantially perpendicular to the processing surface can be processed by alternately repeating the process of protecting the side wall and the process of etching. Therefore, the deep-
[0045]
FIG. 2 (D) shows a process of forming a deeply processed
[0046]
Now, assuming a configuration in which the
[0047]
The depth control of the deep-
[0048]
On the other hand, in the present embodiment, the
[0049]
That is, when performing an etching process on the
[0050]
Thus, the
[0051]
When the diffraction grating pattern 21 is formed by processing the
[0052]
The diffraction
[0053]
As described above, in the method of manufacturing the diffraction
[0054]
Further, since the diffraction grating pattern 21 is formed on the
[0055]
The diffraction
[0056]
Since the
[0057]
In the above-described method of manufacturing the diffraction
[0058]
Further, the
[0059]
FIG. 3 shows a method of manufacturing the diffraction grating 40 by using the diffraction
[0060]
In order to form the diffraction grating 40, first, a
[0061]
When the diffraction
[0062]
After completion of the injection processing of the diffraction grating resin 32, the
[0063]
When the above-described pressurizing process is completed, subsequently, as shown in FIG. 3 (C), the
[0064]
According to the method for manufacturing the diffraction grating 40 according to the present embodiment as described above, the diffraction grating 40 is manufactured using the
[0065]
In the above-described embodiment, the reflection amplitude diffraction grating is described as an example of the diffraction grating 40. However, the application of the present invention is not limited to the reflection type amplitude diffraction grating, but can be applied to diffraction gratings of other configurations such as a transmission phase type diffraction grating and a reflection type raised grating. It is.
[0066]
In addition to the diffraction grating, the present invention is also applied to a stamper used when manufacturing an optical disk such as a CD (compact disk) and a DVD (digital video disk), and further to a comb-shaped electrostatic actuator. It is possible to do.
[0067]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following various effects can be realized.
[0068]
According to the first aspect of the present invention, it is possible to prevent the pattern from being deformed or distorted during the production of the molding object using the present stamper (at the time of transferring the lattice groove), and to improve the reliability of the stamper. be able to.
[0069]
According to the second aspect of the present invention, the shape of the pattern (specifically, the groove depth) does not change even if the number of times of molding the object to be molded by the stamper is increased, and therefore, high precision is achieved. It is possible to manufacture a molded object without deterioration over time.
[0070]
According to the third aspect of the invention, it is possible to manufacture a high-precision molded object.
[0071]
According to the fourth aspect of the present invention, since the second layer is supported by the third layer, the mechanical strength of the stamper can be increased.
[0072]
According to the fifth aspect of the present invention, by forming the pattern in the bulk of single-crystal silicon, it is possible to prevent the pattern from being deformed or distorted, thereby improving the reliability of the stamper.
[0073]
According to the invention of claim 6, a highly accurate diffraction grating can be manufactured with high productivity.
[0074]
According to the invention of claim 7, since the height of the unevenness of the pattern is determined by the height of the first layer, the height of the pattern can be determined with high accuracy.
[0075]
Further, according to the invention of claim 8, since the second layer is used as an etch stop material and the first layer is subjected to bulk micromachining, the first layer is processed more than the second layer. Thus, the pattern can be accurately formed.
[0076]
According to the ninth aspect of the present invention, a groove can be formed on the first layer with a high aspect ratio while having a side wall substantially perpendicular to the processed surface, so that a pattern can be formed with high accuracy. be able to.
[0077]
According to the tenth aspect of the present invention, the reliability of the molded object to be manufactured can be improved, and the molded object can be mass-produced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a method of manufacturing a stamper for a diffraction grating according to one embodiment of the present invention (part 1).
FIG. 2 is a view for explaining a method of manufacturing a stamper for a diffraction grating according to one embodiment of the present invention (part 2).
FIG. 3 is a diagram for explaining a method of manufacturing a diffraction grating using a diffraction grating stamper according to one embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記パターンを、前記基板を構成する単結晶バルクよりなる第1の層に形成したことを特徴とするスタンパ。In a stamper in which an uneven transfer pattern is formed on a substrate,
A stamper wherein the pattern is formed on a first layer made of a bulk single crystal constituting the substrate.
前記パターンの凹部に、前記基板を構成する第2の層が露出していることを特徴とするスタンパ。The stamper according to claim 1,
A stamper, wherein a second layer constituting the substrate is exposed in a concave portion of the pattern.
前記パターンの壁部は、前記第2の層の露出した面と垂直な壁面とされていることを特徴とするスタンパ。In the stamper according to claim 2,
A stamper, wherein a wall of the pattern is a wall perpendicular to an exposed surface of the second layer.
前記第2の層を支持する第3の層を形成したことを特徴とするスタンパ。In the stamper according to any one of claims 2 and 3,
A stamper, wherein a third layer for supporting the second layer is formed.
前記第1の層を単結晶シリコンのバルクにより形成し、前記第2の層をシリコン酸化物により形成し、かつ、前記基板を前記第1の層に前記第2の層を密着した構成としたことを特徴とするスタンパ。The stamper according to any one of claims 2 to 4,
The first layer is formed of bulk single crystal silicon, the second layer is formed of silicon oxide, and the substrate has a structure in which the second layer is in close contact with the first layer. A stamper characterized in that:
前記パターンは、回折格子を製造する型を構成することを特徴とするスタンパ。The stamper according to any one of claims 1 to 5,
The stamper, wherein the pattern constitutes a mold for manufacturing a diffraction grating.
前記第2の層を露出させるように前記第1の層を加工することにより前記パターンを形成することを特徴とするスタンパの製造方法。In a method of manufacturing a stamper for forming a concave-convex transfer pattern on a substrate using a substrate including a first layer made of a single-crystal bulk and a second layer in close contact with the first layer,
A method for manufacturing a stamper, wherein the pattern is formed by processing the first layer so as to expose the second layer.
前記パターンを形成する際、前記第2の層をエッチストップ材として前記第1の層をバルクマイクロマシニング技術を用いて加工することを特徴とするスタンパの製造方法。The method for manufacturing a stamper according to claim 7,
A method of manufacturing a stamper, wherein, when forming the pattern, the first layer is processed using a bulk micromachining technique using the second layer as an etch stop material.
前記バルクマイクロマシニング技術として、反応性イオンエッチングを用いたことを特徴とするスタンパの製造方法。The method for manufacturing a stamper according to claim 8,
A method for manufacturing a stamper, wherein reactive ion etching is used as the bulk micromachining technique.
前記スタンパを金型に装着すると共に、該スタンパと金型間に形成されるキャビティ内に被成型物となる樹脂を注入する工程と、
前記スタンパと金型との間に注入された樹脂を加圧する工程と、
前記パターンが転写された樹脂を前記スタンパ及び金型から離型させる工程とを有することを特徴とするスタンパを用いた成型方法。A molding method using the stamper according to any one of claims 1 to 5,
Mounting the stamper on a mold, and injecting a resin to be molded into a cavity formed between the stamper and the mold,
Pressurizing the resin injected between the stamper and the mold,
Releasing the resin to which the pattern has been transferred from the stamper and the mold.
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FR2955522A1 (en) * | 2010-01-28 | 2011-07-29 | Commissariat Energie Atomique | MOLD FOR UV ASSISTED NANO-PRINTING LITHOGRAPHY AND METHODS OF MAKING SUCH A MOLD |
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