(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上にレジストを塗布してレジスト層を形成し、該レジスト層に到達する露光強度を連続的に変化させる遮光性パターンを有するリソグラフィー用マスクを用いて、前記レジスト層を露光する工程と、
前記露光後のレジスト層を現像処理して三次元形状のレジスト像を形成する工程と、
前記レジスト像および基材を同時にエッチングしてレジスト像の三次元形状を基材に転写する工程とを有する三次元形状の形成方法において、
前記レジスト層におけるレジストの残膜曲線を、照射量の常用対数と、現像後の（レジスト）膜厚をレジスト塗布膜厚で規格化した残膜率をとって得られた曲線であって、前記残膜曲線の傾きであるガンマ値が２．０以下となるレジストおよび／またはレジスト像形成条件を使用することを特徴とする三次元形状の形成方法。
但し、前記ガンマ値は、レジストがネガ型レジストの場合、残膜率が０．５となるときの前記残膜曲線の傾きとし、ポジ型レジストの場合、残膜率が０となるときの残膜曲線の傾きとする。
【請求項２】
前記リソグラフイーマスクは、マスクの遮光部分の間隔を少なくとも一部を露光波長の回折限界以下の間隔としたマスク、あるいはマスクの開口部分の間隔の少なくとも一部を露光波長の回折限界以下の間隔としたマスクのいずれかであることを特徴とする請求項１記載の三次元形状形成方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の三次元形状形成方法を使用し、微小構造体用プレス成形型を製造する微小構造体プレス成形型の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の微小構造体用プレス成形型の製造方法によって得られた微小構造体用プレス成形型を使用し、プレス成形して微小構造体を製造する微小構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、三次元形状の形成方法に関し、特に、マイクロレンズ、マイクロマシーン、マイクロセンサーなどの三次元に精度よく構造制御された微小構造体やこれらの微小構造体を大量生産するためのプレス成形型等の形成方法等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体製造等に利用されるリソグラフィー技術を用いてマイクロマシーン等の微小構造体の作製が試みられている。具体的には、微小構造形成用基材にフォトレジストを塗布し、フォトマスクを介して露光、現像してレジストパターンを得、エッチングによりこのレジストパターンを微小構造形成用基材に転写して微小構造体を製造する方法が知られているが、この方法だと、得られる微小構造体の深さ方向の形状が矩形に限定されており、深さ方向の形状を制御することができない。
【０００３】
そこで、三次元曲面等の三次元に精度よく構造制御された微小構造体の作製方法が各種検討され、提案されている。
【０００４】
例えば、矩形に形成した樹脂パターンアレーを加熱熔融して球面形状に変形し、樹脂製凸型マイクロレンズアレーを作製する方法が提案されている（特開平５−４０２１６号公報）（公知例１とする）。
【０００５】
また、別の方法として、露光と現像を繰り返して階段状の形状を作製する方法が提案されている（ジャーナル  バキューム  サイエンス  テクノロジー、Ｂ９（６）、１９９１年、３１１７−３１２０頁）（公知例２とする）。
【０００６】
さらに、他の方法として、電子ビームの露光量を露光位置により変化させて電子ビームレジストに露光しこれを現像することで電子ビームの露光量に応じた形状を作製する方法が提案されている（特公平２−４４０６０号公報）（公知例３とする）。
【０００７】
また、フォトマスクの遮光部分の一部の間隔を露光波長の回折限界以下としこの遮光部分間を透過した光が平面的に連続的に変化する透過光量を与えるフォトマスクを通してフォトレジストを露光し、次いで現像処理することにより、露光された領域に露光量に応じた残像樹脂パターン（三次元形状のレジスト像）を形成する方法が提案されている（アイ  イー  イー  イー  プロシーディングス  オン  エム  イー  エム  エス、１９９４年、２０５−２１０頁）（公知例４とする）。
【０００８】
一方、微小構造体を大量生産するためのプレス成形型の製造方法に関しては、微細加工の施してある透明母型の形状を感光性樹脂に転写し、その転写した感光性樹脂をエッチングにより下地プレス成型用型に転写する方法が提案されている（特公平６−１５１８４号公報）（公知例５とする）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の微小構造体の作製方法には、次に示すような問題がある。
【００１０】
すなわち、公知例１記載の方法にあっては、熔融した樹脂の表面張力を利用して球面化を行っているため得られる形状が球状のものに限られしまうという問題がある。
【００１１】
また、公知例２記載の方法にあっては、レジスト成膜、露光、現像といった工程を複数回繰り返して行う必要があるため製造が煩雑であり、また、フォトマスクと被露光体との位置合わせを厳密に行う必要があり技術的に製造が難しいという問題がある。
【００１２】
さらに、公知例３記載の方法にあっては、すべてのパターンを電子ビームで描画しているので露光に時間がかかり生産性が極めて低いという問題がある。
【００１３】
また、公知例４記載の方法にあっては、三次元形状のレジスト像を生産性よく作製できるのであるが、公知例４の方法で実際に作製できる三次元形状のレジスト像は、微視的に見るとその表面形状が階段状（ギザギザ）であるため、なめらかな表面形状が要求されるマイクロレンズ等の製品の製造に実際に応用するのは困難であるという問題がある。
【００１４】
さらに、公知例５記載の方法にあっては、母型を機械加工で作製しているため１００μｍ以下の三次元形状を作製することは困難であるという問題がある。なお、超硬材料を用いたプレス型の作製にあっては、通常砥石による研削、研磨を行うため、被加工型の大きさがミリメートル以上に制限されるという問題もある。
【００１５】
本発明は上述した問題点にかんがみてなされたものであり、微視的になめらかな三次元表面形状の形成方法の提供を目的とする。
また、微視的になめらかな三次元表面形状を有する三次元に精度よく構造制御された微小構造体やこれらの微小構造体を大量生産するためのプレス成形型等の提供を目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の三次元形状の形成方法は、基材上にレジスト層を形成し、該レジスト層に到達する露光強度を連続的に変化させる遮光性パターンを有するリソグラフィー用マスクを用いて、前記レジスト層を露光する工程と、前記露光後のレジスト層を現像処理して三次元形状のレジスト像を形成する工程と、前記レジスト像および基材を同時にエッチングしてレジスト像の三次元形状を基材に転写する工程とを有する三次元形状の形成方法において、レジストの残膜曲線が、緩やかな傾きの残膜曲線となるようなレジストおよび／またはレジスト像形成条件を使用する構成としてある。
【００１７】
また、本発明の三次元形状の形成方法は、上記本発明の三次元形状の形成方法において、前記緩やかな傾きの残膜曲線となるようなレジストが、コントラストが低く低解像力のレジストである構成、
前記緩やかな傾きの残膜曲線となるようなレジスト像形成条件が、レジストのベーク条件および／または現像条件である構成、
前記緩やかな傾きの残膜曲線となるようなレジストおよび／またはレジスト像形成条件が、レジストのコントラストがガンマ値で２．０以下となるような条件である構成、
前記レジスト層を露光する工程において、縮小投影露光を行う構成、あるいは、  前記現像処理により三次元形状のレジスト像を形成する工程の後に、該三次元形状のレジスト像を該レジストの融点よりも高い温度で加熱する構成、としてある。
【００１８】
また、本発明の微小三次元構造体は、上記三次元形状の形成方法によって、微視的に見てなめらかな三次元表面形状を有する三次元構造体を製造する構成としてある。
【００１９】
さらに、本発明のプレス成形型は、上記三次元形状の形成方法によって、微視的に見てなめらかな三次元表面形状を有するプレス成形型を製造する構成としてある。
【００２０】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の三次元形状の形成方法においては、まず、基材上にレジスト層を形成し、このレジスト層に到達する露光強度を連続的に変化させる遮光性パターンを有するリソグラフィー用マスクを用いて、前記レジスト層を露光する。
【００２１】
ここで、基材材料としては、耐光性や機械的強度の高い材料であればいかなる材料でも使用することができ特に制限されないが、例えば、ＳｉＣ、ＷＣ、ＴｉＣ、Ｃｒ３Ｃ２、ＴｉＮ、Ａｌ２Ｏ３等の超硬材料、石英等のガラス材料、Ｓｉ、Ｇｅ等の赤外線透過材料、ポリアミド類などに代表されるエンジニアリングプラスチック等が挙げられる。基材の形状は特に制限されないが、通常基板が用いられる。
【００２２】
また、レジスト層の形成は、溶液タイプのレジストについてはスピンコート、ディップコート、スプレーコート等の既存の方法により形成し、無機レジスト等の固形タイプレジストについては真空蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等の既存の方法により形成する。
【００２３】
本発明では、レジスト層に到達する露光強度を連続的に変化させる遮光性パターンを有するリソグラフィー用マスクを用いる。
これは、一般にレジストの現像後の残膜厚はレジスト上に露光された露光光強度（露光量）に対応して変化するため、レジスト層に到達する露光強度を連続的に変化させてレジストの現像後の残膜厚を連続的に変化させるためである。
【００２４】
ここで、レジスト層に到達する露光強度を連続的に変化させる遮光性パターンを有するリソグラフィー用マスクとしては、いくつかの種類が挙げられる。
例えば、遮光部分の光学濃度の少なくとも一部を連続的に変化させたマスクが挙げられる。このようなマスクは、遮光膜の厚みを連続的に変化させるか、あるいは遮光膜の組成を連続的に変化させて得られる。
【００２５】
他のマスクとしては、マスクの遮光部分の間隔の少なくとも一部を露光波長の回折限界以下の間隔としたマスク、あるいはマスクの開口部分の間隔の少なくとも一部を露光波長の回折限界以下の間隔としたマスクが挙げられる。
この場合、マスクの遮光部分の間隔あるいは開口部分の間隔を露光波長の回折限界以下の間隔とするには、これらの間隔を下記に示す限界ピッチ以下とすればよい。
Ｐｃ＝λ／ＮＡ（１＋σ）
ここで、Ｐｃは限界ピッチ、λは露光波長、ＮＡは露光機の開口数、σはピクセル内の遮光部分の充填率をそれぞれ示す。ここで遮光部分の充填率に関し、遮光部分の形状は一つのピクセル内の遮光面積が可変できる形状であれば特に制限されないが、線状、ドット状、矩形状などの形状が主として用いられる。
【００２６】
なお、ステッパーを用いて縮小露光する場合にあっては、実際のマスク（レチクル）の遮光部分の間隔あるいは開口部分の間隔を露光波長の回折限界以下の間隔とするのではなく、縮小投影されたレジスト上における遮光部分の間隔あるいは開口部分の間隔が露光波長の回折限界以下の間隔となるようにする。
【００２７】
上述したマスクは、回折の影響を受けることなく正確に転写できるパターンの幅（ピッチ）あるいはパターンの面積を１としこの場合の露光強度を１とした場合、パターンの幅あるいは面積を１以下とし回折の影響を利用して１以下の中間的な露光強度を得ようとするものである。
【００２８】
さらに他のマスクとしては、マスクの遮光部分の間隔の少なくとも一部をレジストの解像限界以下の間隔としたマスク、あるいはマスクの開口部分の間隔の少なくとも一部をレジストの解像限界以下の間隔としたマスクが挙げられる。
例えば、レジストの解像限界が１μｍであれば、マスクの遮光部分の間隔あるいは開口部分の間隔を１μｍ以下の間隔とする。これは、レジストの解像限界（解像力）が異なれば上述した限界ピッチも異なるためこれを考慮しようとするものである。したがって、レジストの解像限界が２μｍであれば、マスクの遮光部分の間隔あるいは開口部分の間隔を２μｍ以下の間隔とする。
【００２９】
なお、上述した露光強度を連続的に変化させる遮光性パターンを有するリソグラフィー用マスクの形成材料に関しては、マスク基板としては露光波長に対して透明な材料であれば全て使用が可能であり、遮光部を構成する遮光膜としてはマスクを通して被転写体に必要とされる光学濃度のコントラストを有するパターンを転写できる物質であれば全て使用が可能である。具体的には、マスク基板としては、例えば、石英ガラス板、アルミノボロシリケートガラス板などが挙げられる。また、遮光膜材料としては、例えば、クロム、酸化クロム、タングステンシリサイド、タンタルシリサイド、モリブデンシリサイド、銀コロイドなどが挙げられる。
【００３０】
上記リソグラフィー用マスクには、フォトマスク、Ｘ線マスクの他、電子線マスクやイオンビームマスクも含まれる。また、露光方法には、密着露光（コンタクト露光）、近接露光（プロキシミティ露光）、等倍投影露光（ミラープロジェクション露光）等の等倍露光や、縮小投影露光などが含まれる。縮小投影露光を用いると等倍露光に比べより微細な微小構造体を容易に形成できる。さらに、露光光源には、紫外・可視光、エキシマレーザ、Ｘ線（シンクロトロン放射光含む）、、電子線、イオンビームなどが含まれる。
【００３１】
本発明においては、上記露光後のレジスト層を現像処理して三次元形状のレジスト像を形成する際に、微視的に見てなめらかな表面を有するレジスト像が形成される条件を使用することを特徴とする。
これは、コントラストが高く高解像力のレジストを使用すると、上記特定の遮光性パターンを有するリソグラフィー用マスクによってレジスト層に到達する露光強度が連続的に変化しているといっても、この露光強度の連続的変化は微視的に見ると階段状となっているため、得られる三次元形状のレジスト像の表面が微視的に見て階段状（ギザギザ）となってしまうからである。
【００３２】
そこで、本発明者らは、シャープなレジスト像が形成できないような条件を積極的に使用することを考えついた。
具体的には、本発明では、緩やかな傾きの残膜曲線となるようなレジストおよび／またはレジスト像形成条件を使用する。
【００３３】
ここで、レジストの残膜曲線（特性曲線）は、一般には横軸に照射量の常用対数をとり縦軸に現像後の膜厚を塗布膜厚で規格化した値（残膜率）をとって得られる曲線であり、この残膜曲線の形状（傾き等）は、レジスト自身の特性（レジストを構成する樹脂の種類等）や、レジストの熱処理条件（プリベーク条件等）、現像処理条件、露光光源等によって変化する。
また、残膜曲線の傾きはガンマ値（γ値）と呼ばれ、このγ値は、レジストのコントラストを表す指標となり、この値が高いほどコントラストは上がり解像度も上がる。一般的にネガ型レジストのγ値は残膜率が０．５となるときの残膜曲線の傾き（傾き角の正接値）で定義され、ポジ型レジストのγ値は残膜率が０となるときの残膜曲線の傾きで定義される。
【００３４】
したがって、全体として緩やかな傾きの残膜曲線となるようなレジストおよびレジスト像形成条件を使用すると、コントラストが低く低解像力のなめらかな形状（エッジ等）のレジスト像が形成できる。これは、残膜曲線の傾きが緩やかであると、露光強度の広い範囲でレジストの残膜厚を制御でき、露光強度の微妙な変化に応じたレジスト残膜厚を得ることができるからである。
【００３５】
ここで、緩やかな傾きの残膜曲線となるようなレジストとしては、コントラストが低く低解像力のレジストが挙げられるが、このようなレジストは、レジストを構成する樹脂の種類や、増感材、溶剤等の含有量などを選択調整して調製する。
【００３６】
また、緩やかな傾きの残膜曲線となるようなレジスト像形成条件としては、レジストのベーク条件および／または現像条件が挙げられる。これは、上述したように残膜曲線の形状がレジストの熱処理条件や現像処理条件によって変化するためである。
【００３７】
現像条件としては、現像時間、現像方法、現像液の種類、濃度および温度、レジストの溶解特性などが挙げられ、緩やかな傾きの残膜曲線となるようにこれらの条件を設定する。特に、現像時間やレジストの溶解特性は現像後のレジスト形状（レジストプロフィル）に影響を与えるためこれを考慮して条件を設定する。具体的には、これらの条件を種々変化させて残膜曲線を実際に作成しこれに基づき各種条件を設定すればよい
また、現像温度や現像方法（スプレー法におけるスプレー圧あるいはディッピング法における現像液の対流速度等）なども解像力に影響を与えるためこれらを考慮して条件を設定する。
【００３８】
プリベークは通常レジスト膜中から溶剤を除去する目的で行われるが、本発明では、緩やかな傾きの残膜曲線となるように、プリベーク温度およびプリベーク時間を設定する。
【００３９】
なお、通常の半導体プロセスではガンマ値が２．０以上の高コントラスト、高解像度のレジストが使用されていることを考慮すると、緩やかな傾きの残膜曲線となるようなレジストおよび／またはレジスト像形成条件としては、レジストのコントラストがガンマ値で２．０以下となるような条件であるといえる。
ここで、γ値の値は、上述した残膜曲線の場合と同様に、レジスト自身の特性や、レジストの熱処理条件、現像処理条件等によって変化するので、これらを調整すれば所望のγ値を得ることができる。
γ値の値は、上記の理由から２．０以下であることが好ましいのであるが、本発明の効果をより確かなものにするためにはγ値が１．５以下であることが好ましく、１．０以下であることがさらに好ましい。
γ値の下限に関しては、露光強度の微妙な変化に応じたレジスト残膜厚が得られるようにするため、極端に低くならないように注意すればよい。
【００４０】
なお、レジストを構成する樹脂の種類としては、例えば、シンナメート系の光二量化型感光性樹脂、金属イオン重クロム酸型感光性樹脂などの光架橋性樹脂、アジド系の光分解架橋型感光性樹脂、ジアゾ系の光分解不溶型感光性樹脂、キノンジアジド系の光分解可溶型感光性樹脂などの光分解性樹脂、不飽和ポリエステル系感光性樹脂、アクリレート系感光性樹脂、ナイロン系感光性樹脂、カチオン重合系感光性樹脂などの光重合性樹脂や、カルコゲナイド系の無機レジスト等が挙げられる。これらの樹脂は単独で使用してもよく、二種類以上を混合して使用してもよい。
【００４１】
本発明では、上記現像処理により三次元形状のレジスト像を形成する工程の後に、三次元形状のレジスト像をレジストの融点よりも高い温度で加熱してもよい。これによりレジストが変形してなめらかとなる。このように上記工程の後に加熱熔融を行うと、単独で加熱熔融する場合に比べ、うねりが少なく局部的な欠陥が少なく、かつ、よりなめらかな三次元形状のレジスト像が短時間で得られる。
【００４２】
本発明では、上記現像工程の後、レジスト像および基材を同時にエッチングしてレジスト像の三次元形状を基材に転写する。
この場合、レジスト像と同一の形状を転写するにはレジストと下地基材のエッチング速度を等しくする。また、縦方向に圧縮した形状を得るにはレジストのエッチング速度を下地基材のエッチング速度より速くし、逆に縦方向に引き延ばした形状を得るにはレジストのエッチング速度を下地基材のエッチング速度より遅くする。
【００４３】
なお、エッチング速度は使用するレジストとエッチング装置におけるエッチング条件によって変化するので、これらを総合的に判断してエッチング条件を選択する必要がある。特に、ドライエッチング装置を使用する場合には、装置の構造（種類）やエッチング圧力（ガス圧）、エッチング出力、ガス流量、基板温度などの条件によってエッチング速度が変化するので、これらを総合的に判断してエッチング条件を選択する必要がある。
【００４４】
なお、エッチング方法としてはウエットエッチングおよびドライエッチングが挙げられるが、レジストパターンの形状を極力正確に基板に転写するためには、ドライエッチングを採用することが好ましい。
ドライエッチング装置は、特に制限されないが、例えば、平行平板型リアクティブイオンエッチング装置やマグネトロンイオンエッチング装置等の公知のドライエッチング装置が使用される。
【００４５】
ドライエッチングに使用するガスとしては、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６、Ｃｌ２に代表されるようなフッ素系、塩素系の単体ガス、またはこれらのガスを含む混合ガス等が好ましい。また、これらのガスに、酸素もしくは水素などのガス、あるいはＨｅ、Ａｒなどの不活性ガスを、必要に応じ混合してもよい。
【００４６】
上記本発明方法によれば、微視的に見てなめらかな三次元表面形状の形成できる。また、本発明方法によれば、三次元に精度よく構造制御されたなめらかな表面の微小構造体を効率よく製造でき、特に、実用上微視的になめらかな表面形状を必要とする微小光学部品の製造方法として特に有効である。さらに、本発明方法によれば、従来得ることのできなかった三次元に精度よく構造制御されたなめらかな表面の微小プレス成形型を効率よく製造できる。
なお、本発明の三次元形状の形成方法は、微小構造体に限られず、通常の大きさの構造体にも適用できる。
【００４７】
本発明の他の発明は、上述した三次元形状の形成方法によって製造したことを特徴とする三次元構造体である。
本発明の三次元構造体は、微視的になめらかな三次元表面形状を有する三次元に精度よく構造制御された微小構造体であり、実用上微視的になめらかな表面形状を必要とする微小光学部品として特に有効である。すなわち、本発明は、従来、実用製品として得ることのできなかった微小光学部品の実用化を図ったものであり産業上の利用価値が極めて高い。
【００４８】
なお、微小構造体の用途や種類は特に制限されない。微小構造体の用途としては、例えば、微小光学部品、マイクロマシーン部品、マイクロセンサー部品としての用途が挙げられる。また、微小光学部品の種類としては、凸型レンズ、凹型レンズ、アナモフィックレンズ、レンチキュラーレンズ等の球面レンズや非球面レンズ、三角波形グレーティング、正弦波形グレーティング、台形波形グレーティング等のグレーティング、プリズム、ゾーンプレート、フレネルレンズ、ホログラフィックレンズなどが挙げられる。マイクロマシーン部品やマイクロセンサー部品の種類としては、凸型球面体、凹型球面体、非球面体、錐状突起体などが挙げられる。
【００４９】
なお、本発明では、複数の微小構造体を任意の配置で配置して作製することができ、さらに、微小構造体を連続して作製したり、連続一体型の微小構造連続体を作製することができる。
【００５０】
本発明の他の発明は、上述した三次元形状の形成方法によって製造したことを特徴とするプレス成形型である。
本発明のプレス成形型によれば、微小構造体を容易に大量生産できる。
【００５１】
ここで、微小プレス成形型に加工される基材としては、耐光性や耐熱性、機械的強度の高い材料であればいかなる材料でも使用することができ特に制限されないが、例えば、ＳｉＣ、ＷＣ、ＴｉＣ、Ｃｒ３Ｃ２、ＴｉＮ、Ａｌ２Ｏ３等の超硬材料、石英等のガラス材料、Ｓｉ、Ｇｅ等の赤外線透過材料、ポリアミド類などに代表されるエンジニアリングプラスチック等が挙げられる。
【００５２】
なお、プレスする材料としてはガラスやプラスチック等が用いられる。この場合、ガラスとしてはＢＫ−７等の光学ガラスが用いられる。
また、プレスする材料としてプラスチックを用いる場合には、プレス型に石英等の透明材料を用い、紫外線硬化樹脂をプレス型と被転写基板との間に充填し、紫外線を照射して樹脂を硬化させて樹脂製の微小光学素子等をプレス成型できる。
ここで、紫外線硬化樹脂としては、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、あるいはこれらの樹脂の混合物等公知の樹脂が使用できる。
【００５３】
さらに、プレス型に耐熱性材料を用い、熱硬化樹脂をプレス型と被転写基板との間に充填し、加熱によって熱硬化樹脂を硬化させて樹脂製の微小光学素子等を成型することもできる。
ここで、熱硬化樹脂としては、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、あるいはこれらの樹脂の混合物等公知の樹脂が使用できる。
【００５４】
【実施例】
以下、実施例にもとづき本発明をさらに具体的に説明する。
【００５５】
実施例１
石英基板３上にγ値を１．０に調整したｇ線対応ポジ型スチレン系フォトレジスト４を塗布し、図１に示すような円形遮光パターン２を有するフォトマスク１を用いて、等倍ｇ線密着露光機でレジスト４の露光を行った（図２（ａ））。
ここで、図１に示すフォトマスク１は、円外周に向かって遮光部分の占有面積が徐々に減少する遮光パターン２を有するものとし、遮光部分の間隔が限界ピッチ（Ｐｃ＝０．１１μｍ）以下としたものを使用した。
【００５６】
次いで、現像液（ヘキスト社製ＡＺデベロッパー）でフォトレジスト４の現像を行い（現像時間１２０秒、プリベーク温度９０℃、時間６０分）、対角２０μｍ、高さ１μｍの凸型球面レジスト像５を形成した（図２（ｂ））。
【００５７】
続いて、平行平板型リアクティブイオンエッチング装置を用い、２５０Ｗの高周波電力を供給し、Ｃ２Ｆ６流量５０ｓｃｃｍ、レジスト４のエッチング速度を基板３のエッチング速度と同一とした条件で、上記凸型球面レジスト像を有する石英基板をドライエッチングし、凸型球面レジスト像５を石英基板３に転写して、対角２０μｍ、高さ１μｍの石英製凸型球面体を形成した（図２（ｃ））。
【００５８】
実施例２
実施例１で得られた対角２０μｍ、高さ１μｍの石英製凸型球面体を母型とし、光重合性モノマー（日本化学薬社製２Ｐ用モノマーＩＮＣ３１２）を母型と基板との間に充填し、２０ｍＷ／ｃｍ２の照射強度で、２４０秒間水銀灯を照射しモノマーを重合硬化して、対角２０μｍ、深さ１μｍの樹脂製凹型球面体を形成した。
【００５９】
実施例３
ＳｉＣ基板３上にγ値が２．０であるｇ線対応ポジ型スチレン系フォトレジスト４を塗布し、図３にその一部が示されている遮光部分の間隔が徐々に変化する遮光パターン２を有するフォトマスク１（Ｐｃ＝０．１１μｍ以下）を用いて、等倍ｇ線密着露光機でレジスト４の露光を行った（図４（ａ））。
【００６０】
次いで、現像液（ヘキスト社製ＡＺデベロッパー）でフォトレジスト４の現像を行い、さらに、２００℃で３０分間熱処理を施して、格子ピッチ１０５．６μｍ、格子深さ０．６９８μｍの正弦波回折格子レジスト像５を形成した（図４（ｂ））。
【００６１】
続いて、平行平板型リアクティブイオンエッチング装置を用い、２５０Ｗの高周波電力を供給し、ＣＦ４流量４０ｓｃｃｍ、レジスト４のエッチング速度を基板３のエッチング速度より速くした条件で、上記正弦波回折格子レジスト像を有するＳｉＣ基板をドライエッチングし、正弦波回折格子レジスト像５を石英基板３に縦方向に圧縮して転写して、格子ピッチ１０５．６μｍ、格子深さ０．２７９μｍの正弦波回折格子を形成した（図４（ｃ））。
【００６２】
実施例４
実施例３で得られた格子ピッチ１０５．６μｍ、格子深さ０．２７９μｍの正弦波回折格子を母型とし、二酸化ケイ素７０重量％、酸化鉛２５重量％、その他数種類の微量元素成分からなるガラスを加熱後にプレスして、格子ピッチ１０５．６μｍ、格子深さ０．２７９μｍのガラス製正弦波回折格子を形成した。
【００６３】
実施例５
ＳｉＣ基板３上にγ値を０．７に調整したｇ線対応ポジ型スチレン系フォトレジスト４を塗布し、図５にその一部が示されている外周に向かって遮光部分の占有面積が徐々に減少する輪帯状遮光パターン２を有するフォトマスク１（Ｐｃ＝０．５０μｍ以下）を用いて、ｇ線５倍縮小投影露光機でレジスト４の露光を行った（図６（ａ））。
【００６４】
次いで、現像液（ヘキスト社製ＡＺデベロッパー）でフォトレジスト４の現像を行い、直径４８μｍ、深さ３．８８μｍの形状が反転されたフレネルレンズレジスト像５を形成した（図６（ｂ））。
【００６５】
続いて、平行平板型リアクティブイオンエッチング装置を用い、２５０Ｗの高周波電力を供給し、ＣＦ４流量４０ｓｃｃｍ、レジスト４のエッチング速度を基板３のエッチング速度より速くした条件で、上記形状が反転されたフレネルレンズレジスト像を有するＳｉＣ基板をドライエッチングし、形状が反転されたフレネルレンズレジスト像５を石英基板３に縦方向に圧縮して転写して、直径４８μｍ、深さ１．５５μｍの形状が反転されたＳｉＣ製フレネルレンズ体を形成した（図６（ｃ））。
【００６６】
実施例６
実施例５で得られた形状が反転されたＳｉＣ製フレネルレンズ体を母型とし、油化シェルエポキシ社製エピコート１５２と油化シェルエポキシ社製エピキュア１１４とを混合して得たエポキシ樹脂を母型と石英基板との間に充填し、３０℃で４日間加熱硬化させた後、母型を引き剥して、直径４８μｍ、高さ１．５５μｍのエポキシ樹脂製フレネルレンズを形成した。
【００６７】
実施例７
ＰＭＭＡ基板３上にγ値を０．７に調整したｇ線対応ポジ型スチレン系フォトレジスト４を塗布し、図７にその一部（図示Ａの部分に対応する）が示されている遮光部分の幅が徐々に変化する遮光パターン２を有するフォトマスク１（Ｐｃ＝０．５０μｍ以下）を用いて、ｇ線５倍縮小投影露光機でレジスト４の露光を行った（図８（ａ））。
【００６８】
次いで、現像液（ヘキスト社製ＡＺデベロッパー）でフォトレジスト４の現像を行い、溝角度１２０°、溝深さ４０μｍのＶ溝型レジスト像５を形成した（図８（ｂ））。
【００６９】
続いて、平行平板型リアクティブイオンエッチング装置を用い、２５０Ｗの高周波電力を供給し、ＣＦ４流量４０ｓｃｃｍ、レジスト４のエッチング速度を基板３のエッチング速度より遅くした条件で、上記Ｖ溝型レジスト像を有するＰＭＭＡ基板をドライエッチングし、Ｖ溝型レジスト像５をＰＭＭＡ基板３に縦方向に引き延ばして転写して、溝角度６０°、溝深さ１２０μｍのＰＭＭＡ製Ｖ溝型を形成した（図８（ｃ））。
【００７０】
なお、上記実施例１〜７で形成した微小構造体および微小プレス成形型の表面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察したところ微視的に見てなめらかな表面形状であることが確認された。
【００７１】
以上好ましい実施例をあげて本発明を説明したが、本発明は必ずしも上記実施例に限定されるものではない。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の三次元表面形状の形成方法によれば、微視的に見てなめらかな三次元表面形状を形成できる。
また、本発明方法によれば、三次元に精度よく構造制御されたなめらかな表面の微小構造体を効率よく製造でき、特に、実用上微視的になめらかな表面形状を必要とする微小光学部品の製造方法として特に有効である。
さらに、本発明方法によれば、従来得ることのできなかった三次元に精度よく構造制御されたなめらかな表面の微小プレス成形型を効率よく製造できる。
【００７３】
また、本発明の微視的に見てなめらかな三次元表面形状を有する微小三次元構造体は、従来実用製品として得ることのできなかった微小光学部品の実用化を図ったものであり産業上の利用価値が極めて高い。
【００７４】
さらに、本発明のプレス成形型によれば、微小構造体を容易に大量生産できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例で使用したフォトマスクを示す平面図である。
【図２】本発明の実施例における製造工程を示す工程説明図である。
【図３】本発明の他の実施例で使用したフォトマスクの遮光パターンの一部を示す平面図である。
【図４】本発明の他の実施例における製造工程を示す工程説明図である。
【図５】本発明の他の実施例で使用したフォトマスクの遮光パターンの一部を示す平面図である。
【図６】本発明の他の実施例における製造工程を示す工程説明図である。
【図７】本発明の他の実施例で使用したフォトマスクの遮光パターンの一部を示す平面図である。
【図８】本発明の他の実施例における製造工程を示す工程説明図である。
【符号の説明】
１      フォトマスク
２      遮光パターン
３      基板
４      フォトレジスト
５      レジスト像
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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