(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上にポジ型またはネガ型の電子線レジストを形成し、前記電子線レジストに可変成型ビーム方式の電子線描画装置を用いて円形のレジストパターンを形成し、前記レジストパターンをマスクに用いて所望の３次元構造を形成するナノインプリントモールドの製造方法であって、
前記電子線描画装置のビームブラーの大きさ（σ）と、可変成型で形成する正方形の辺の長さ（Ｘ）と、電子線レジストに形成される円形パターンの直径（Ｄ）との関係を予め求めておき、
前記関係に基づいて、ビームブラーの大きさ（σ）及び／又は正方形の辺の長さ（Ｘ）を設定することにより、
前記電子線レジストに、１ショットの矩形ビーム照射で、
所望の直径を有する円形のレジストパターンを形成することを特徴とするナノインプリントモールドの製造方法。
【請求項２】
前記レジストパターンの直径が、前記可変成型で形成する正方形の対角線の長さよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のナノインプリントモールドの製造方法。
【請求項３】
前記レジストパターンの直径が、１００ｎｍ〜２５０ｎｍであることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載のナノインプリントモールドの製造方法。
【請求項４】
前記ビームブラーの大きさ（σ）が、前記レジストパターンの直径の０．４倍から０．８倍の大きさであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のナノインプリントモールドの製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のナノインプリントモールドの製造方法により製造したモールドを用い、
半導体発光素子基板上に硬化性樹脂を配し、
前記硬化性樹脂と前記モールドを接触させた状態で前記硬化性樹脂を硬化させることにより、前記半導体発光素子基板上に所望の凸状構造を形成することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項６】
前記半導体発光素子基板に対して化学的に不活性なガスを用いて物理的にエッチングすることにより、円錐部、円柱部、メサ部の３つの構造部からなるナノ凹凸構造体を形成することを特徴とする請求項５に記載の光学素子の製造方法。
【請求項７】
可変成型ビーム方式の電子線描画装置を用いたレジストパターンの形成方法であって、
前記電子線描画装置のビームブラーの大きさ（σ）と、可変成型で形成する正方形の辺の長さ（Ｘ）と、電子線レジストに形成される円形パターンの直径（Ｄ）との関係を予め求めておき、
前記関係に基づいて、ビームブラーの大きさ（σ）及び／又は正方形の辺の長さ（Ｘ）を設定することにより、
前記電子線レジストに、１ショットの矩形ビーム照射で、
所望の直径を有する円形のレジストパターンを形成することを特徴とするレジストパターンの形成方法。
【請求項８】
前記レジストパターンの直径が、前記可変成型で形成する正方形の対角線の長さよりも小さいことを特徴とする請求項７に記載のレジストパターンの形成方法。
【請求項９】
前記レジストパターンの直径が、１００ｎｍ〜２５０ｎｍであることを特徴とする請求項７〜８のいずれかに記載のレジストパターンの形成方法。
【請求項１０】
前記ビームブラーの大きさ（σ）が、前記レジストパターンの直径の０．４倍から０．８倍の大きさであることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載のレジストパターンの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノインプリントモールドの製造方法、光学素子の製造方法、およびレジストパターンの形成方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、光学素子、特に発光ダイオードの発光面に設けられるナノ凹凸構造体を製造するためのナノインプリントモールドの製造方法、そのモールドを用いた光学素子の製造方法、およびレジストパターンの形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電球、蛍光灯に比べ、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という）は、小型、長寿命、超軽量、低発熱性であるという特徴を有しており、現在、携帯電話、各種表示パネル、信号機等に使用されている。また、近年、ＬＥＤの発光効率向上とともに、低炭素化社会の要請から、従来の電球や蛍光灯に代わって、液晶表示装置用のバックライト、自動車のヘッドライト、一般の照明器具等への応用が期待されている。
【０００３】
ＬＥＤは、ｎ型ドーピング半導体層とｐ型ドーピング半導体層とで発光層を挟持した構造を有し、ｎ型ドーピング半導体層からの電子がｐ型ドーピング半導体層からの電子正孔と発光層において再結合するとき発光する。そして、ＬＥＤの発光効率は、発光層で発光する際の内部量子効率と、その光を外部に取り出す外部取出効率により決まる。
【０００４】
しかしながら、ＬＥＤの発光層で発光された光は、ＬＥＤを構成する半導体の最外層と空気層（若しくは保護膜）との界面等で、屈折率の違いにより反射されてしまい、外部取出効率が低くなるという問題がある。
【０００５】
この外部取出効率を高めるために、ＬＥＤの発光面に、光の反射防止や回折格子などの機能を備えたナノサイズの凹凸構造体を設ける方法があり、例えば、ブロックコポリマーの自己組織化を用いたナノ構造体をＬＥＤの発光面に形成する方法が提案されている（特許文献１）。
【０００６】
ブロックコポリマーとは、二つのホモポリマーが１箇所だけ化学結合した構造をもつポリマーであり、このブロックコポリマーを薄膜にしてアニールすると、各々のポリマーの反発力から相分離を起こしてドット状のナノ構造を形成する。これが自己組織化である。
【０００７】
この自己組織化によってできた相分離構造をマスクにして基板をエッチングすることにより、図９に示すような、発光層３２の上に設けられた半導体発光素子基板３１の表面に、図１０に示すような、屈折率勾配構造を成す円錐部３４、回折格子構造を成す円柱部３５、屈折率勾配構造を成すメサ部３６からなるナノ凹凸構造体３３を形成することができる。
【０００８】
ＬＥＤの表面にナノメートルサイズの規則的構造（凹凸）を形成した場合、光は凹凸領域を屈折率が半導体表面から空気まで滑らかに変化する層と感じるようになり、そのため、界面での反射は減少し、外部取出効率が高くなる。
【０００９】
上述のようなナノ凹凸構造体３３を設けたＬＥＤにおいては、臨界角以内の角度で界面に入射する光のほぼ全てを外部に取り出すことが可能であり、さらに、臨界角よりも広角で入射した光に対しては、図１１に示すように、回折格子の効果によって−１次回折光として外部へ取り出すことが可能となる。
【００１０】
この−１次回折光取り出しのための最適な凹凸間隔（円柱の間隔）は、２００ｎｍ前後である。したがって、ナノ凹凸構造体３３の円柱部３５の直径も２００ｎｍ前後が最適になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−１０８６３５号公報
【特許文献２】米国特許第５７７２９０５号
【特許文献３】特開２００8−７６９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上述のブロックコポリマーの自己組織化を用いた形成方法では、ナノ凹凸構造体の円柱の直径や間隔を、所定の範囲内に制御することは困難であり、それゆえ、外部取出効率を高めたＬＥＤを設計通りに製造することも困難であった。
【００１３】
ここで、微細なパターンを設計通りに形成する技術として、半導体製造の技術分野におけるレーザ描画技術や電子線描画技術がある。また、形成した微細なパターンを等倍転写して複製物を量産する技術として、ナノインプリント技術がある（特許文献２）。
【００１４】
したがって、上述のようなレーザ描画技術や電子線描画技術を用いて直径２００ｎｍ前後の円形のレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクに用いて所望の３次元構造を有するナノインプリントモールドを製造することができれば、上記の円柱の直径や間隔を所定の範囲内に制御したナノ凹凸構造体を有するＬＥＤを量産することが可能となる。
【００１５】
しかしながら、一般に、レーザ描画で形成できる円形パターンの直径は２５０ｎｍ程度より大きいものであり、上述のような２００ｎｍ前後の規則的構造、すなわち、２００ｎｍ前後の円形パターンの形成は、レーザ描画技術では困難である。
【００１６】
次に、電子線描画技術について検討する。現在市販されている電子線描画装置には、主に研究開発用途のスポットビーム方式の電子線描画装置と、主にフォトマスク等の量産製造用途の可変成型ビーム方式の電子線描画装置がある。
【００１７】
前者のスポットビーム方式の電子線描画装置では、ビーム電流の大きさに応じてその直径サイズを変えることができる円形ビーム（スポットビーム）を用いるため、本来、円形パターンの形成には適しているが、スポットビーム径は最大でも１００ｎｍ程度である。オーバー露光などを施すことで２００ｎｍ程度であれば形成できる可能性もあるが、スポットビーム方式の電子線描画装置はビーム電流の値が低いため描画速度が遅く、実用的な生産性を得ることは、やはり困難である。
【００１８】
一方、後者の可変成型ビーム方式の電子線描画装置は、スポットビーム方式よりも描画速度が速く、１ショットで形成できる矩形ビームのサイズも２００ｎｍ角程度を形成することが可能である。
【００１９】
しかしながら、従来においては、可変成型ビーム方式の電子線描画装置を用いて、水平や垂直方向以外の斜め線等を含む図形を描画する場合には、目的の図形よりも格段に小さな複数の矩形ショットに分割して描画しているため（特許文献３）、ショット数の増大とともに描画時間も増大してしまい、生産性が落ち、製造コストも高くなるという問題がある。
【００２０】
例えば、図１２に示す例は、１つの円パターン（図１２（ａ））の曲線を忠実に形成するために極めて小さな矩形ショット４１で分割した様子を示している。この例では、１ショットで形成できる同サイズの矩形パターンと比較して２５倍の描画時間がかかることになる。
【００２１】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、可変成型ビーム方式の電子線描画装置を用いて、実用的な生産性で、２００ｎｍ前後の円形パターンが規則的に配列したレジストパターンを形成し、前記レジストパターンからナノ凹凸構造体を形成することができるナノインプリントモールドの製造方法、光学素子の製造方法、およびレジストパターンの形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明者は、種々研究した結果、電子線の有するビームぼけの現象を積極的に利用することにより、直径１００ｎｍ〜２５０ｎｍの円形パターンを、可変成型ビーム方式の電子線描画装置を用いて１ショットの矩形ビームで描画できることを見出し、さらに、この描画方法により形成したレジストパターンをマスクに用いて所望の３次元構造を有するナノインプリントモールドを製造することにより、設計通りのナノ凹凸構造体を表面に有する光学素子を、生産性良く製造できることを見出して本発明を完成したものである。
【００２３】
すなわち、本発明の請求項１に係る発明は、基材上にポジ型またはネガ型の電子線レジストを形成し、前記電子線レジストに可変成型ビーム方式の電子線描画装置を用いて円形のレジストパターンを形成し、前記レジストパターンをマスクに用いて所望の３次元構造を形成するナノインプリントモールドの製造方法であって、前記電子線描画装置のビームブラーの大きさ（σ）と、可変成型で形成する正方形の辺の長さ（Ｘ）と、電子線レジストに形成される円形パターンの直径（Ｄ）との関係を予め求めておき、前記関係に基づいて、ビームブラーの大きさ（σ）及び／又は正方形の辺の長さ（Ｘ）を設定することにより、前記電子線レジストに、１ショットの矩形ビーム照射で、所望の直径を有する円形のレジストパターンを形成することを特徴とするナノインプリントモールドの製造方法である。
【００２４】
また、本発明の請求項２に係る発明は、前記レジストパターンの直径が、前記可変成型で形成する正方形の対角線の長さよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のナノインプリントモールドの製造方法である。
【００２５】
また、本発明の請求項３に係る発明は、前記レジストパターンの直径が、１００ｎｍ〜２５０ｎｍであることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載のナノインプリントモールドの製造方法である。
【００２６】
また、本発明の請求項４に係る発明は、前記ビームブラーの大きさ（σ）が、前記レジストパターンの直径の０．４倍から０．８倍の大きさであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のナノインプリントモールドの製造方法である。
【００２７】
また、本発明の請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれかに記載のナノインプリントモールドの製造方法により製造したモールドを用い、半導体発光素子基板上に硬化性樹脂を配し、前記硬化性樹脂と前記モールドを接触させた状態で前記硬化性樹脂を硬化させることにより、前記半導体発光素子基板上に所望の凸状構造を形成することを特徴とする光学素子の製造方法である。
【００２８】
また、本発明の請求項６に係る発明は、前記半導体発光素子基板に対して化学的に不活性なガスを用いて物理的にエッチングすることにより、円錐部、円柱部、メサ部の３つの構造部からなるナノ凹凸構造体を形成することを特徴とする請求項５に記載の光学素子の製造方法である。
【００２９】
また、本発明の請求項７に係る発明は、可変成型ビーム方式の電子線描画装置を用いたレジストパターンの形成方法であって、前記電子線描画装置のビームブラーの大きさ（σ）と、可変成型で形成する正方形の辺の長さ（Ｘ）と、電子線レジストに形成される円形パターンの直径（Ｄ）との関係を予め求めておき、前記関係に基づいて、ビームブラーの大きさ（σ）及び／又は正方形の辺の長さ（Ｘ）を設定することにより、前記電子線レジストに、１ショットの矩形ビーム照射で、所望の直径を有する円形のレジストパターンを形成することを特徴とするレジストパターンの形成方法である。
【００３０】
また、本発明の請求項８に係る発明は、前記レジストパターンの直径が、前記可変成型で形成する正方形の対角線の長さよりも小さいことを特徴とする請求項７に記載のレジストパターンの形成方法である。
【００３１】
また、本発明の請求項９に係る発明は、前記レジストパターンの直径が、１００ｎｍ〜２５０ｎｍであることを特徴とする請求項７〜８のいずれかに記載のレジストパターンの形成方法である。
【００３２】
また、本発明の請求項１０に係る発明は、前記ビームブラーの大きさ（σ）が、前記レジストパターンの直径の０．４倍から０．８倍の大きさであることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載のレジストパターンの形成方法である。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、円形のレジストパターンを、可変成型ビーム方式の電子線描画装置を用いて１ショットの矩形ビーム照射で描画できるため、実用的な生産性で、光学素子等に用いられる規則的に配列した円形のレジストパターンを形成することができる。
【００３４】
そして、前記レジストパターンをマスクに用いて所望の３次元構造を有するナノインプリントモールドを製造することができ、このモールドを用いてナノインプリントすることにより、円柱の直径や間隔を所定の範囲内に制御したナノ凹凸構造体を有する設計通りのＬＥＤを量産することができることになる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係るナノインプリントモールドの一例を説明するための図であり、（ａ）は転写パターン部を拡大した平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【図２】本発明に係るナノインプリントモールドの製造方法の一例を示す工程図である。
【図３】本発明に係る製造方法により製造されたナノインプリントモールドを使用したインプリント方法の一例を説明するための工程図である。
【図４】本発明に係る可変成型ビーム方式の描画装置を用いて円形ビームを形成する方法を示す図であり、加速電圧が２０ｋＶのシミュレーション結果を示す。
【図５】本発明に係る可変成型ビーム方式の描画装置を用いて円形ビームを形成する方法を示す図であり、加速電圧が５０ｋＶのシミュレーション結果を示す。
【図６】本発明に係る可変成型ビーム方式の描画装置を用いて円形ビームを形成する方法を示す図であり、加速電圧が１００ｋＶのシミュレーション結果を示す。
【図７】本発明に係るナノインプリントモールドの円形パターンを、可変成型ビーム方式の描画装置を用いて形成した一例を示す図であり、（ａ）はナノ凹凸構造体の設計パターン、（ｂ）は描画パターンを示す。
【図８】図７における描画パターンを本発明に係る方法で形成したレジストパターンを示す図である。
【図９】発光表面にナノ凹凸構造体を有する発光素子の概略断面図である。
【図１０】図９におけるナノ凹凸構造体を説明するための拡大図である。
【図１１】図１０におけるナノ凹凸構造体の機能を説明するための図である。
【図１２】可変成型ビーム方式の描画装置を用いて円形パターンを形成する従来の方法を説明する図であり、（ａ）は円形パターン、（ｂ）は描画パターンを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明に係るナノインプリントモールドの製造方法およびレジストパターンの形成方法について説明する。
［レジストパターンの形成方法］
まず、本発明に係るレジストパターンの形成方法について説明する。
（ビームブラーの検討）
電子線描画においては、電子の持つ負電荷の反発力に起因するクーロン効果（若しくは、空間電荷効果とも呼ぶ）によって、ビームがぼけてしまう現象が生じる。このビームのぼけ量をビームブラー（σ）と呼び、通常、可変成型ビーム方式の電子線描画装置においては、様々な形状や大きさの全ての描画パターンで設計どおりのパターンを得るために、このビームブラーを極力小さくすることが求められる。
【００３７】
ここで、一般に、ビームブラー（σ）は、電子線の電流（Ｉ）に比例して大きくなり、加速電圧（Ｖ）の３／２乗に反比例する。それゆえ、ビームブラー（σ）を小さくするには、加速電圧（Ｖ）を高くすることが有効であり、高解像度を要求される描画装置では、５０ｋＶ〜１００ｋＶの加速電圧が用いられている。
【００３８】
逆に、ビームブラー（σ）を大きくするには、上記の電流（Ｉ）を大きくすることや、加速電圧（Ｖ）を小さくすることで、操作できることになる。
【００３９】
本発明者は、このビームブラー（σ）を積極的に利用することにより、矩形ビームをぼかすことで円形ビームを得ることを検討し、シミュレーションを行った。
（シミュレーション）
３次元電子線リソグラフィシミュレーター（みずほ情報総研、ＦａｂＭｅｉｓｔｅｒ（登録商標）−ＥＬ）を用いて、Ｓｉ（シリコン）上に形成した電子線レジスト（１００ｎｍ厚）内のエネルギー蓄積の様子を計算した。シミュレーション条件は以下のとおりである。
【００４０】
矩形ビームは正方形とし、一辺の長さ（Ｘ）を１６０ｎｍ、２００ｎｍ、２４０ｎｍの３種類について計算した。
【００４１】
加速電圧（Ｖ）は、２０ｋＶ、５０ｋＶ、１００ｋＶの３種を計算した。
【００４２】
ビームブラー（σ）は、２０ｎｍステップで０ｎｍ〜１６０ｎｍの範囲を計算した。
【００４３】
露光量は、加速電圧が２０ｋＶの時の露光量を１０μＣ／ｃｍ2として、ビームブラーが無い場合（σ＝０ｎｍ）に、Ｘが２４０ｎｍの矩形中央部にほぼ同等のエネルギーが蓄積するように、５０ｋＶ、１００ｋＶの露光量を設定した。
【００４４】
シミュレーション結果を、図４〜図６に示す。なお、ビームブラー（σ）が０ｎｍおよび２０ｎｍでは、レジストパターンは矩形状であるため、図示は省略している。
【００４５】
まず、加速電圧が２０ｋＶの場合には、図４に示すように、矩形ビームの辺（Ｘ）が１６０ｎｍにおいて、ビームブラー（σ）が６０ｎｍ〜１２０ｎｍの範囲で、直径（Ｄ）が１６０ｎｍ程度の円形のエネルギー蓄積分布を得ることが可能であるとの結果が得られた。
【００４６】
また、矩形ビームの辺（Ｘ）が２００ｎｍにおいては、ビームブラー（σ）が８０ｎｍ〜１４０ｎｍの範囲で、直径（Ｄ）が２００ｎｍ程度の円形のエネルギー蓄積分布を得ることが可能であるとの結果が得られた。
【００４７】
また、矩形ビームの辺（Ｘ）が２４０ｎｍにおいては、ビームブラー（σ）が１２０ｎｍ〜１６０ｎｍの範囲で、直径（Ｄ）が、２４０ｎｍ程度の円形のエネルギー蓄積分布を得ることが可能であるとの結果が得られた。
【００４８】
次に、加速電圧が５０ｋＶの場合には、図５に示すように、矩形ビームの辺（Ｘ）が１６０ｎｍにおいて、ビームブラー（σ）が８０ｎｍ〜１２０ｎｍの範囲で、直径（Ｄ）が１６０ｎｍ程度の円形のエネルギー蓄積分布を得ることが可能であるとの結果が得られた。
【００４９】
また、矩形ビームの辺（Ｘ）が２００ｎｍにおいては、ビームブラー（σ）が８０ｎｍ〜１４０ｎｍの範囲で、直径（Ｄ）が２００ｎｍ程度の円形のエネルギー蓄積分布を得ることが可能であるとの結果が得られた。
【００５０】
また、矩形ビームの辺（Ｘ）が２４０ｎｍにおいては、ビームブラー（σ）が１００ｎｍ〜１６０ｎｍの範囲で、直径（Ｄ）が、２４０ｎｍ程度の円形のエネルギー蓄積分布を得ることが可能であるとの結果が得られた。
【００５１】
続いて、加速電圧が１００ｋＶの場合には、図６に示すように、矩形ビームの辺（Ｘ）が１６０ｎｍにおいて、ビームブラー（σ）が８０ｎｍ〜１２０ｎｍの範囲で、直径（Ｄ）が１６０ｎｍ程度の円形のエネルギー蓄積分布を得ることが可能であるとの結果が得られた。
【００５２】
また、矩形ビームの辺（Ｘ）が２００ｎｍにおいては、ビームブラー（σ）が１００ｎｍ〜１６０ｎｍの範囲で、直径（Ｄ）が２００ｎｍ程度の円形のエネルギー蓄積分布を得ることが可能であるとの結果が得られた。
【００５３】
また、矩形ビームの辺（Ｘ）が２４０ｎｍにおいては、ビームブラー（σ）が１２０ｎｍ〜１６０ｎｍの範囲で、直径（Ｄ）が、２４０ｎｍ程度の円形のエネルギー蓄積分布を得ることが可能であるとの結果が得られた。
【００５４】
上述のように、いずれの加速電圧においても、ビームブラー（σ）を大きくしていくことで、矩形のビームを円形にすることができることが判明した。しかも、注目すべきことに、矩形ビームの辺（Ｘ）と同程度の直径を有し、ほぼ真円と評価できる円形のレジストパターンを形成可能である。
【００５５】
従来、矩形ビームを用いて円形のレジストパターンを得る手法として、得たい円形のレジストパターンに対し、はるかに小さい矩形ビームを用いて（例えば、辺の長さが直径の１／３以下）、オーバー露光により、円形のレジストパターンを得るという手法があった。しかし、この手法では、得たい円形のレジストパターンが小さくなるにつれて、対応する矩形ビームを形成することが困難になり、また、小さい矩形ビームで多くの露光量を必要とすることから描画時間もかかり、効率の悪い手法であった。
【００５６】
一方、上述の結果からは、得たい円形のレジストパターンに対し同程度の大きさの矩形ビームを用いて、通常の露光量で、ほぼ真円形状のレジストパターンを形成可能であり、パターンの微小化にも対応でき、かつ、高い生産性が期待される。
【００５７】
また、上記結果から、得たい円形のレジストパターンの直径をＤとすると、矩形ビームの辺（Ｘ）は、Ｄと同程度の大きさとし、ビームブラー（σ）を、０．４×Ｄ≦σ≦０．８Ｄの範囲とすることが好ましい。この範囲であれば、通常の露光量で、ほぼ真円形状のレジストパターンを形成可能だからである。
【００５８】
例えば、直径２００ｎｍの円形のレジストパターンを得たい場合には、矩形ビームの正方形の辺の長さＸを２００ｎｍ程度に設定し、ビームブラーを８０〜１６０ｎｍにすると良い。
（実描画での検証）
上記のシミュレーション結果を検証するため、実際に、可変成型ビーム方式の電子線描画装置を用いて、矩形のパターンが規則的に配列したパターンを電子線レジストに描画した。
【００５９】
図７は、本発明に係るナノインプリントモールドの円形パターンを、可変成型ビーム方式の描画装置を用いて形成した一例を示す図であり、（ａ）はナノ凹凸構造体の設計パターン、（ｂ）は描画パターンを示す。
【００６０】
図７（ａ）において、各円は、互いに正三角形の頂点に相当する位置に配設されており、各円の中心間の距離は、円の直径の２倍の大きさに設計されている。そして、図７（ｂ）においては、（ａ）における円の代わりに正方形の描画パターンが配設されている。
【００６１】
図８は、図７における描画パターンを本発明に係る方法で形成したレジストパターンの電子線顕微鏡写真を示す。
【００６２】
電子線描画装置としては、加速電圧２０ｋＶの日本電子製ＪＢＸ−７０００を用い、矩形ビームの正方形の辺の長さ（Ｘ）は、１７５ｎｍに設定した。ビームブラー（σ）は１００ｎｍ程度である。電子線レジストには、東レ製ポジ型電子線レジストＨＳ−３１（膜厚４００ｎｍ）を用いた。
【００６３】
図７および図８に示すように、矩形の描画パターン（図７（ｂ））から、円形のレジストパターンが形成されていることが確認された（図８）。
【００６４】
また、この円形のレジストパターンの直径Ｄは、２１４ｎｍであった。この値は、用いた矩形ビームの対角線の長さ（１７５ｎｍ×√２≒２４７．４５）より小さい値であり、このことからも、オーバー露光で矩形ビームより大きな円形のレジストパターンを得たわけではないことが立証される。
【００６５】
すなわち、本発明においては、可変成型で形成する正方形の対角線の長さよりも小さい値の直径を有する円形のレジストパターンを得ることができる。
【００６６】
このような、矩形ビームの辺（Ｘ）と同程度の直径を有し、ほぼ真円形状のレジストパターンを形成できる理由は、ビームのぼけにより、矩形の角の部位の露光量が相対的に減少するためと考える。
【００６７】
以上のように、本発明においては、直径１００ｎｍ〜２５０ｎｍの円形のレジストパターンを、可変成型ビーム方式の電子線描画装置を用いて、１ショットの矩形ビーム照射で描画できるため、従来のような、複数の矩形ショットによる分割描画における、ショット数の増大や描画時間の増大という問題を解消し、実用的な生産性で、光学素子等に用いられる円形パターンが規則的に配列したレジストパターンを形成することができる。
【００６８】
さらに、従来のショット分割の方法では、曲線を忠実に形成するためには極めて小さな矩形ショットを必要とし、２００ｎｍ前後の微細な円形パターンとなると、現実的な描画時間内で忠実に再現することは困難であったが、本発明においては、１ショットの矩形ビームで、ほぼ真円形状のレジストパターンを形成できることが確認された。
【００６９】
なお、上述においては、ポジ型の電子線レジストを用いて円形の開口パターンを形成する例を示したが、本発明においては、ネガ型の電子線レジストを用いて円形の残しパターンを形成することもできる。
［ナノインプリントモールド］
次に、本発明に係るナノインプリントモールドについて説明する。
【００７０】
図１は、本発明に係るナノインプリントモールドの一例を説明するための図であり、（ａ）は転写パターン部を拡大した平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【００７１】
図１（ａ）および（ｂ）に示すように、本発明に係るナノインプリントモールド１は、モールドの基材２の主面に、円柱状の凹状構造３を規則的配列で有する構成になっている。
【００７２】
基材２の材料は、ナノインプリントに適用可能なものであれば用いることができ、例えば、シリコン、石英、ガラス、その他の無機および有機材料からなる基材を用いることができる。なお、光インプリント法に用いる場合は、紫外線を透過する材料が好ましく、例えば、石英基板、ガラス基板などの透明無機基材、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、環状オレフィン共重合体樹脂などの透明有機基材が好ましい。
【００７３】
凹状構造３は、上述のレジストパターン形成方法により形成された円形パターンの開口部に露出した基材２をエッチング加工して形成されるものであり、上述のように、ＬＥＤの発光効率を高める用途において、円の直径は、１００ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲であることが好ましい。
【００７４】
図１（ａ）に示す例では、凹状構造３の円形パターンは、互いに正三角形の頂点に当たる位置に配設されており、各円の中心から中心までの距離は、円の直径の２倍の大きさに設計されている。
【００７５】
凹状構造３の深さは、用途によって様々であるが、エッチング加工の精度からは、概ね円の直径の２倍程度の大きさである。
［ナノインプリントモールドの製造方法］
次に、本発明に係るナノインプリントモールドの製造方法について説明する。
【００７６】
図２は、本発明に係るナノインプリントモールドの製造方法の一例を示す工程図である。
【００７７】
まず、図２（ａ）に示すように、モールドの原版である基材２の主面に、金属薄膜４を形成し、その上に電子線レジスト５を塗布形成する。金属薄膜４は、電子線描画における帯電防止や、基材２のエッチングの際のハードマスクとして機能するものである。
【００７８】
金属薄膜４の材料は、導電性や加工性を備えたものならば用いることができ、例えば、Ｃｒ（クロム）、Ｍｏ（モリブデン）等である。金属薄膜４の厚さは、加工性を損なわない厚さであることが好ましく、例えば、１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度である。金属薄膜４は、スパッタ成膜法等、公知の方法により形成することができる。
【００７９】
なお、金属薄膜４は、必要に応じて設けられるものであり、基材２の主面上に直接、電子線レジスト５を塗布形成してもよい。
【００８０】
電子線レジスト５は、適度な感度や解像度と、エッチング耐性があればよく、公知の材料を用いることができ、例えば、フォトマスクの製造に用いられているものであれば、好適に用いることができる。電子線レジスト５の厚さは、例えば、０．１μｍ〜０．６μｍであり、スピンコート法などの公知の方法で塗布形成することができる。
【００８１】
本発明においては、電子線レジスト５はポジ型、ネガ型のいずれであっても用いることができるが、ここでは、ポジ型の電子線レジストを例に、以下説明する。
【００８２】
次に、図２（ｂ）に示すように、上述のレジストパターン形成方法により、所望の円形開口を有するレジストパターン５ａを形成する。
【００８３】
本発明においては、可変成型ビーム方式の電子線描画装置を用い、前記電子線描画装置のビームブラーの大きさ（σ）と、可変成型で形成する正方形の辺の長さ（Ｘ）と、電子線レジストに形成される円形パターンの直径（Ｄ）との関係を予め求めておき、前記ビームブラーの大きさ（σ）及び／又は正方形の辺の長さ（Ｘ）とを設定することにより、１ショットの矩形ビーム照射で、電子線レジスト５に、所望の直径を有する円形のレジストパターン５ａを形成する。
【００８４】
本発明においては、上記の円形のレジストパターンを１ショットのビームで形成するため、実用的な生産性で、直径２００ｎｍ前後の円形パターンが規則的に配列したレジストパターンを形成することができる。
【００８５】
次に、図２（ｃ）に示すように、レジストパターン５ａをマスクに用いて金属薄膜４をエッチングし、さらに、基材２をエッチングして、所望の凹状構造３を形成する。
【００８６】
金属薄膜４のエッチングは、例えば、金属薄膜４にＣｒを用いた場合には、酸素ガスと塩素系ガスによるドライエッチング法を用いることができ、基材２のエッチングは、例えば、基材２に石英基板を用いた場合には、フッ素系ガスによるドライエッチング法を用いることができる。
【００８７】
最後に、図２（ｄ）に示すように、レジストパターン５ａおよび金属薄膜４を除去して、所望の凹状構造３を有したナノインプリントモールド１を得る。
【００８８】
本発明においては、直径１００ｎｍ〜２５０ｎｍの円形のレジストパターンを、可変成型ビーム方式の電子線描画装置を用いて１ショットの矩形ビーム照射で描画できるため、従来よりも描画時間を大幅に短縮でき、実用的な生産性で、光学素子等に用いられる円柱状の凹状パターンが規則的に配列したナノインプリントモールドを製造することができる。
［光学素子の製造方法］
次に、本発明に係るナノインプリントモールドを用いた光学素子の製造方法について説明する。
【００８９】
図３は、本発明に係る製造方法により製造されたナノインプリントモールドを使用したナノインプリント方法の一例を説明するための工程図である。図３においては、光ナノインプリント法によるナノインプリント方法を説明する。
【００９０】
光ナノインプリントは、光硬化性樹脂にモールドを接触させた状態で光を照射して前記樹脂を光硬化させることによりパターンを転写成型する技術である。高温加熱を必要としないが、モールドもしくは基材は光に対し、透明である必要がある。実用的には、光としては紫外線を用いる。
【００９１】
まず、図３（ａ）に示すように、例えば、半導体発光素子基板等の被転写基板６の上に未硬化の硬化性樹脂７を形成し、次に、図３（ｂ）に示すように、本発明に係るナノインプリントモールド１を硬化性樹脂７に押し当てた状態で紫外線８を所定量照射して硬化性樹脂７を硬化させる。
【００９２】
硬化性樹脂７は、紫外線を照射されることにより架橋反応を起こして硬化する樹脂であり、光ナノインプリント用として知られている各種の硬化性樹脂を、適宜用いることができる。
【００９３】
その後、ナノインプリントモールド１を離型し（図３（ｃ））、硬化した樹脂パターン７ａをマスクに被転写基板６をエッチング等の加工を施し、所望の凸状構造９を形成する（図３（ｄ）、（ｅ））。
【００９４】
ここで、図１０に示すような円錐部、円柱部、メサ部の３つの構造部からなるナノ凹凸構造体を形成するには、まず、上述のようなナノインプリント法により、円柱状の凸状構造を形成し、その後、円柱状の凸状構造に対してＡｒ、Ｈｅ等、被転写基板６の材料に対して化学的に不活性なガスを用いて、前記円柱状の凸状構造を物理的にエッチングする。この物理的エッチングにより、円柱の上面と円柱の無い下面がエッチングされ、自己的に円錐部、メサ部が形成される。
【００９５】
上述のように、本発明によれば、直径１００ｎｍ〜２５０ｎｍの円形のレジストパターンを、可変成型ビーム方式の電子線描画装置を用いて、１ショットの矩形ビーム照射で描画できるため、実用的な生産性で、光学素子等に用いられる直径２００ｎｍ前後の円形パターンが規則的に配列したレジストパターンを形成することができる。
【００９６】
そして、前記レジストパターンをマスクに用いて所望の３次元構造を有するナノインプリントモールドを製造することができ、さらに、このモールドを用いたナノインプリントにより、円柱の直径や間隔を設計通りに形成したナノ凹凸構造体を半導体発光素子基板上に有し、外部取出効率が高い光学素子を、低コストで、量産することができる。
【００９７】
なお、上述のナノインプリントモールドの製造方法においては、ポジ型の電子線レジストを用いて、所望の凹状構造を有するナノインプリントモールドを形成する例を示したが、本発明においては、ネガ型の電子線レジストを用いて、まず、円柱状の凸状構造を有するモールド（マザーモールド）を作成し、このマザーモールドから上述のようなナノインプリント法を用いて、凹凸の反転したモールド、すなわち、所望の凹状構造を有したナノインプリントモールドを製造することもできる。この方法は、所望の凹状構造を有するナノインプリントモールドを量産する場合に、好適である。
【００９８】
以上、本発明に係るナノインプリントモールドの製造方法、光学素子の製造方法、およびレジストパターンの形成方法についてそれぞれの実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と、実質的に同一の構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる場合であっても本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【００９９】
以下、実施例を用いて、本発明をさらに具体的に説明する。
（実施例１）
ナノインプリントモールド１の基材２として、外形が６インチ×６インチ、厚さ０．２５インチの石英基板を用い、その主面上に金属薄膜４として厚さ６０ｎｍＣｒ薄膜を形成し、この金属薄膜４の上に電子線レジスト５として、東レ製ポジ型電子線レジストＨＳ−３１を膜厚４００ｎｍに塗布形成し、上述の本発明に係る方法で電子線描画した。
【０１００】
電子線描画装置には、加速電圧２０ｋＶの日本電子製ＪＢＸ−７０００を用い、矩形ビームの大きさを、一辺の長さ（Ｘ）が１７５ｎｍの正方形に設定して、各々の正方形の中心間の距離が４００ｎｍになるように、互いに正三角形の頂点に当たる位置に、１ショットずつ描画した。ビームブラー（σ）は１００ｎｍ程度である。
【０１０１】
次に、上記の電子線レジストを現像し、得られたレジストパターンをマスクに用いて、Ｃｒ薄膜を酸素ガスと塩素系ガスでドライエッチングし、さらに、露出した石英基板をフッ素系ガスでエッチングし、その後、レジストおよびＣｒ薄膜を除去して、直径２１４ｎｍ、深さ４００ｎｍの円柱状の凹状構造が４００ｎｍピッチで規則的に配列するナノインプリントモールド１を得た。
【符号の説明】
【０１０２】
１・・・ナノインプリントモールド
２・・・基材
３・・・凹状構造
４・・・金属薄膜
５・・・電子線レジスト
５ａ・・・レジストパターン
６・・・被転写基板
７・・・硬化性樹脂
７ａ・・・硬化した樹脂パターン
８・・・紫外線
９・・・凸状構造
１１・・・円形パターン
１２・・・矩形ショット
３１・・・半導体発光素子基板
３２・・・発光層
３３・・・ナノ凹凸構造体
３４・・・円錐部
３５・・・円柱部
３６・・・メサ部
４１・・・矩形ショット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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