(57)【要約】  フォトレジストパターン形成工程を有し、フォトレジストの露光時に簡易な方法でレーザ光強度の階調数を実質的に増し、解像度を向上することが可能な微細構造体の製造方法を提供する。基材上に塗布されたポジ型のフォトレジストに対してレーザ光を照射してフォトレジストを露光し、フォトレジストを現像することにより、表面に凹凸パターンを有するフォトレジストパターンを形成するフォトレジストパターン形成工程を実施する。基材の面内位置によってレーザ光量を変調する露光を、基材の面内位置とレーザ光量との関係が異なる階調パターン設定で、複数回重ねて実施する複重露光を行い、現像後に複重露光の合計露光量に応じた凹凸パターンを形成する。
2014054250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に塗布されたポジ型のフォトレジストに対してレーザ光を照射して前記フォトレジストを露光し、当該フォトレジストを現像することにより、表面に凹凸パターンを有するフォトレジストパターンを形成するフォトレジストパターン形成工程を有し、
前記基材の面内位置によってレーザ光量を変調する露光を、前記基材の面内位置と前記レーザ光量との関係が異なる階調パターン設定で、複数回重ねて実施する複重露光を行い、前記現像後に前記複重露光の合計露光量に応じた前記凹凸パターンを形成する微細構造体の製造方法。
【請求項２】
前記複重露光において、
露光を重ねる際には、相対位置と前記レーザ光量との関係である露光パターンデータとして、先の露光と異なる露光パターンデータを用いて露光を行う請求項１に記載の微細構造体の製造方法。
【請求項３】
前記複重露光において、
露光を重ねる際には、相対位置と前記レーザ光量との関係である露光パターンデータとして、先の露光と同一の露光パターンデータを用い、当該露光パターンデータの前記基材の面内位置をずらして露光を行う請求項１に記載の微細構造体の製造方法。
【請求項４】
前記複重露光において、
前記レーザ光量の変調の階調数をＮ階調（Ｎ≧３）とし、露光の複重回数をＭ回（Ｍ≧２）としたとき、
ｍ回目（２≦ｍ≦Ｍ）の露光におけるレーザ光量が少ない方からｎ番目（２≦ｎ≦Ｎ−１）の階調の露光領域と、１回目からｍ−１回目までの各回露光における、レーザ光量が少ない方からｎ−１番目またはｎ＋１番目のいずれかの階調の露光領域とが部分的に重なるように複重露光を実施し、Ｍ回の複重露光の合計露光量の階調数をＭ×Ｎ階調に増加させる請求項１〜３のいずれかに記載の微細構造体の製造方法。
【請求項５】
前記複重露光において、
ｍ回目（２≦ｍ≦Ｍ）の露光におけるレーザ光量が少ない方からｎ番目（２≦ｎ≦Ｎ−１）の階調の露光領域が、１回目の露光におけるレーザ光量の少ない方からｎ−１番目またはｎ＋１番目の階調の露光領域と重なる領域の断面幅を、１回目の露光におけるレーザ光量が少ない方からｎ−１番目またはｎ＋１番目の階調の露光領域の断面幅をＭ等分した幅の略ｍ倍とする請求項４に記載の微細構造体の製造方法。
【請求項６】
前記フォトレジストパターン上に、当該フォトレジストパターンのパターン形状に沿ってスタンパを形成し、当該スタンパを前記フォトレジストパターンから剥離するスタンパ形成工程をさらに有する請求項１〜５のいずれかに記載の微細構造体の製造方法。
【請求項７】
前記スタンパまたは当該スタンパのパターン形状をさらに１回以上転写して得られる複製スタンパを用いて、樹脂へのパターン転写を行う樹脂転写工程をさらに有する請求項６に記載の微細構造体の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法によって製造された微細構造体。
【請求項９】
前記フォトレジストパターンの前記凹凸パターンにおける凹部または凸部の最大径が２μｍ以上であり、
原子間力顕微鏡観察にて計測される評価長さ２μｍの表面粗さＲａが１０ｎｍ以下である請求項８に記載の微細構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトレジストパターン形成工程を有する微細構造体の製造方法、および、この製造方法により製造された微細構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基材上に塗布されたポジ型のフォトレジストに対してレーザ光量を変調させながらレーザ光を走査する露光を行い、その後フォトレジストを現像することにより、基材上に所望の凹凸パターンを有するフォトレジストパターン形成工程を有する微細構造体の製造方法がある。
この方法では、形成されるパターンの高さあるいは斜面形状は、フォトレジストに与えられる露光量（レーザ光量）と現像時のフォトレジストの溶解特性によって変化する。したがって、形成しようとするパターンの高さ及び斜面形状に応じて露光量（レーザ光量）が調整される。
本明細書では、特に明記しない限り、「フォトレジスト」はポジ型のフォトレジストを意味するものとする。【０００３】
特許文献１、２には、上記方法によりフォトレジストパターンを得、これを用いてニッケル製のスタンパを得、これを用いて樹脂へのパターン転写を行う微細構造体の製造方法が記載されている（特許文献１の図２−図３、特許文献２の図３、図６）。【０００４】
特許文献１には、レーザ光走査による露光において、解像度を低下させない対策として、焦点位置をレジスト内部に設定する方法が開示されている（特許文献１の請求項１等）。
特許文献２には、レーザ光走査による露光において、レーザ光の焦点深度よりも深い凹部を形成する場合、焦点ボケによる解像度の低下を抑えるべく、焦点位置を変えて複数回露光を行う方法が開示されている（請求項１２等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−４３６９８号公報
【特許文献２】特開２００４−４６００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１、２では、レーザ光走査による露光において、焦点位置を調節することにより焦点ボケを抑え、解像度の改善を図っている。
しかしながら、レーザ光量（レーザ光強度）を変調してフォトレジストを露光する場合、レーザ光量（レーザパワーに対応）を変調できる階調数に上限があり、焦点位置の影響よりもレーザ光量変調の階調数不足により充分な解像度が得られない場合がある。レーザ光量変調の階調数を増やすには、装置のハードあるいはソフトの改造などに費用と時間が必要になるため、レーザ光量階調数不足による解像度不足が生じた場合にそれを改善することは難しい。
以下、レーザ光量変調の階調数不足による解像度の低下について、具体例を挙げて説明する。【０００７】
例えば、半球状の凸部を形成する場合、凸部の高さに分布があるので、理論的には、高さに応じてレーザ光量を変調することで、半球状の凸部の表面をより滑らかな曲面にすることができる。しかしながら、実際には、レーザ光量変調の階調数に上限があるため、滑らかな曲面を得ることは難しい。【０００８】
図６に、半球状の凸部を形成する場合におけるレーザ光量変調の階調設定例を示す。
ここでは、半球状の凸部の底面をＸＹ平面とし、高さ方向をＺ軸方向としてある。
図６上図は、現像後に得られる凸部の中心を通るＸＺ面において、所望形状を得るのに最も理想的なレーザ光量分布（細線）と実際のレーザ光量分布（太線）とを示したものである。
図６下図は、凸部の頭頂部側から見たときの所望形状を得るのに最も理想的なレーザ光量の分布（細線）と実際のレーザ光量分布（太線）とを示したものである。この図では、レーザ光量の階調ごとに区画し、各区画について色の濃淡でもってレーザ光量の大小を示してある。この図では、レーザ光量が多い程、より濃い色で表示されている。
図６の上図および下図における横軸の単位は、「μｍ」である。
この例の装置では、レーザ光量変調の階調は８段階に設定可能であり、この階調はＸ軸方向およびＹ軸方向ともに１μｍ毎に設定可能である。【０００９】
図６下図に示すように、半球状の凸部を形成する場合、凸部の頭頂部側から見たときの所望の露光形状は円形状であるが、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の階調設定単位が１μｍであるため、実際に階調設定された露光形状は完全な円形状にはならず、円形状との誤差が最小になる露光形状が設定される。
一方、ＸＺ面におけるレーザ光量の階調設定も、理想的には図６上図に示すように半円形状に設定したいが、実際には設定できる階調数に限りがあり、図中の太線に示すように階段状の設定にならざるを得ない。
さらに、この例ではＸ軸方向およびＹ軸方向についての階調設定単位が１μｍであるため、各階調区画に対するレーザ光量の階調は最大８階調のうち６階調分しか使えていない。
図６に示す例のような場合、現像後に得られる凸部の表面（３次元曲面）は、階調設定の境界部分に段差が生じるなど、所望の解像度が得られないことがある。【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、フォトレジストパターン形成工程を有し、フォトレジストの露光時に簡易な方法でレーザ光量の階調数を実質的に増し、解像度を向上することが可能な微細構造体の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の微細構造体の製造方法は、
基材上に塗布されたポジ型のフォトレジストに対してレーザ光を照射して前記フォトレジストを露光し、当該フォトレジストを現像することにより、表面に凹凸パターンを有するフォトレジストパターンを形成するフォトレジストパターン形成工程を有し、
前記基材の面内位置によってレーザ光量を変調する露光を、前記基材の面内位置と前記レーザ光量との関係が異なる階調パターン設定で、複数回重ねて実施する複重露光を行い、前記現像後に前記複重露光の合計露光量に応じた前記凹凸パターンを形成するものである。【００１２】
フォトレジストの露光において、レーザパワーのみを変え、走査速度、レーザ光強度分布（対物レンズ開口数）、及びレーザ光走査ピッチ等のその他のレーザ光照射条件を同一とした場合、「レーザ光量」はレーザパワーに対応する。【００１３】
本発明の微細構造体の製造方法は、
前記フォトレジストパターン上に、当該フォトレジストパターンのパターン形状に沿ってスタンパを形成し、当該スタンパを前記フォトレジストパターンから剥離するスタンパ形成工程をさらに有することができる。【００１４】
本発明の微細構造体の製造方法は、
前記スタンパまたは当該スタンパのパターン形状をさらに１回以上転写して得られる複製スタンパを用いて、樹脂へのパターン転写を行う樹脂転写工程をさらに有することができる。【００１５】
本発明の微細構造体は、上記の本発明の製造方法により製造されたものである。【００１６】
本発明の微細構造体は、上記フォトレジストパターン形成工程を含み、任意でスタンパ形成工程および樹脂転写工程を含む製造方法によって製造される微細構造体である。
本発明の微細構造体には、フォトレジストパターンそのもの、このフォトレジストパターンを用いて製造されるスタンパ、このスタンパのパターン形状をさらに１回以上転写して得られる複製スタンパ、およびこれらのスタンパを用いて、樹脂へのパターン転写を行って製造される樹脂成形体が含まれる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、フォトレジストパターン形成工程を有し、フォトレジストの露光時に簡易な方法でレーザ光量の階調数を実質的に増し、解像度を向上することが可能な微細構造体の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】本発明に係る一実施形態の微細構造体の製造工程図である。
【図１Ｂ】本発明に係る一実施形態の微細構造体の製造工程図である。
【図１Ｃ】本発明に係る一実施形態の微細構造体の製造工程図である。
【図１Ｄ】本発明に係る一実施形態の微細構造体の製造工程図である。
【図１Ｅ】本発明に係る一実施形態の微細構造体の製造工程図である。
【図１Ｆ】本発明に係る一実施形態の微細構造体の製造工程図である。
【図１Ｇ】本発明に係る一実施形態の微細構造体の製造工程図である。
【図２Ａ】本発明に係る一実施形態の微細構造体の製造工程図である。
【図２Ｂ】本発明に係る一実施形態の微細構造体の製造工程図である。
【図２Ｃ】本発明に係る一実施形態の微細構造体の製造工程図である。
【図２Ｄ】本発明に係る一実施形態の微細構造体の製造工程図である。
【図３Ａ】本発明に係る一実施形態の微細構造体の製造方法における、複重露光の階調設定例を示す図である。
【図３Ｂ】本発明に係る一実施形態の微細構造体の製造方法における、その他の複重露光の階調設定例を示す図である。
【図３Ｃ】本発明に係る一実施形態の微細構造体の製造方法における、その他の複重露光の階調設定例を示す図である。
【図４】本発明に係る一実施形態の微細構造体の製造方法における、複重露光のレーザパワーの設定例を説明するための図である。
【図５Ａ】実施例１で得られた第１のスタンパのＳＥＭ表面写真である。
【図５Ｂ】比較例１で得られた第１のスタンパのＳＥＭ表面写真である。
【図６】従来の階調設定例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
「微細構造体の製造方法、および微細構造体」
本発明の微細構造体の製造方法は、表面に凹凸パターンを有するフォトレジストパターンを形成するフォトレジストパターン形成工程を有する。
本発明の微細構造体の製造方法は、フォトレジストパターンを用いたスタンパ形成工程、およびスタンパを用いた樹脂転写工程を含むことができる。
本発明の微細構造体は、上記の本発明の製造方法により製造されたものである。
【００２０】
図面を参照して、本発明に係る一実施形態の微細構造体の製造方法について説明する。
図１Ａ〜図１Ｇ、および図２Ａ〜図２Ｄは製造工程図であり、各図は模式断面図である。
ここでは、断面視半（楕）円形状の滑らかな曲面を有する凹部を含むフォトレジストパターンを製造し、このフォトレジストパターンを用いて第１のスタンパを製造し、第１のスタンパの反転パターンを有する第２のスタンパ（複製スタンパ）を製造し、第２のスタンパを用いて樹脂成形体を製造する例について示してある。
本実施形態では、樹脂成形体として、断面視半（楕）円形状の凸レンズを有するレンズシートを製造する場合を例として、説明する。
フォトレジストパターン、スタンパ（複製スタンパを含む）、および樹脂成形体は、すべて本発明の微細構造体に含まれる。
【００２１】
フォトレジストパターンの凹凸パターンを製品である樹脂成形体のパターンと同一パターンとするか反転パターンとするかは、パターン形状の作製の容易さ、スタンパの複製回数など種々の条件を勘案して適宜決定することができる。
本実施形態においては、樹脂成形体として断面視半（楕）円形状の凸レンズを有するレンズシートを製造する場合を例として説明することから、フォトレジストパターンの凹凸パターンを樹脂成形体のパターンの反転パターンとし、これをポジ型フォトレジストにより形成する場合について説明する。
【００２２】
はじめに図１Ａに示すように、基材１０上に塗布されたポジ型のフォトレジスト２１を露光する。
【００２３】
フォトレジスト２１の膜厚は、所望の凹凸パターンの高さ以上であれば特に制限されない。
フォトレジスト２１の表層には通常、フォトレジスト２１の内部とは感光特性が異なるスキン層があるので、所望の凹凸パターンがスキン層にかからないように、フォトレジスト２１の膜厚を設計することが好ましい。フォトレジスト２１の膜厚は、所望の凹凸パターンの高さよりも１０％以上厚く設定することが好ましい。ただし、フォトレジスト２１の膜厚は厚すぎても、露光の制御が難しくなり、レジスト材料が多くなり、好ましくない。
フォトレジスト２１の塗布後露光前に、７０〜１１０℃のベーキング処理を施しておくことが好ましい。
【００２４】
本実施形態では、フォトレジスト２１に対して、対物レンズ（集光レンズ）ＯＬで集光されたレーザ光Ｌ１を、レーザ光量（レーザ光強度）を変調しながら走査し、照射する。
本実施形態では、基材１０の面内位置によってレーザ光量を変調する露光を複数回重ねて実施する複重露光を行う。複重露光の階調設定の詳細については後述する。
【００２５】
用いるレーザ光Ｌ１としては特に制限なく、用いるフォトレジスト２１の種類に応じて選定される。
レーザ光Ｌ１としては例えば、Ａｒ＋レーザ光（発振波長：３５１ｎｍ、３６４ｎｍ、４５８ｎｍ、４８８ｎｍ）、Ｋｒ＋レーザ光（発振波長：３５１ｎｍ、４０６ｎｍ、４１３ｎｍ）、Ｈｅ−Ｃｄレーザ光（発振波長：３５２ｎｍ、４４２ｎｍ）、半導体励起固体レーザのパルス光（発振波長：３５５ｎｍ、４７３ｎｍ）、半導体レーザ光（発振波長：３７５ｎｍ、４０５ｎｍ、４４５ｎｍ、４８８ｎｍ）等が挙げられる。
【００２６】
次に図１Ｂに示すように、露光後のフォトレジスト２１を現像して、表面に凹凸パターン２２Ｐを有するフォトレジストパターン２２が得られる。
凹凸パターン２２Ｐには、断面視半（楕）円形状の滑らかな曲面を有する少なくとも１つの凹部２２Ａが含まれている。
図示例では、凹凸パターン２２Ｐには、複数の凹部２２Ａが含まれている。
現像液としては特に制限なく、フォトレジスト２１の種類に応じて選定される。現像液としては例えば、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）等のアルカリ現像液を用いることができる。
【００２７】
次に図１Ｃに示すように、上記フォトレジストパターン２２上に、そのパターン形状に沿って、蒸着法あるいは無電解メッキ法等により、ニッケル等の金属からなる導電膜３０を成膜する。
【００２８】
次に図１Ｄに示すように、導電膜３０を電極とし、電解メッキ法（電鋳）により、ニッケル等の金属からなる第１のスタンパ４０を形成する。
次に図１Ｅに示すように、第１のスタンパ４０をフォトレジストパターン２２から剥離する。
第１のスタンパ４０は、フォトレジストパターン２２の凹凸パターン２２Ｐの反転パターンである凹凸パターン４０Ｐを有する。
【００２９】
次に図１Ｆ、図１Ｇに示すように、第１のスタンパ４０の表面を離型処理した後、再び電解メッキ法によりニッケル等の金属からなる第２のスタンパ（複製スタンパ）４５を形成する。第２のスタンパ４５は、第１のスタンパ４０の凹凸パターン４０Ｐの反転パターンである凹凸パターン４５Ｐを有する。したがって、凹凸パターン４５Ｐはフォトレジストパターン２２の凹凸パターン２２Ｐと同一である。
第１のスタンパ４０の離型処理としては、電鋳後に第１のスタンパ４０と第２のスタンパ４５とを互いに離型可能であれば任意の処理が適用可能であり、酸素プラズマアッシングによる酸化層形成処理等が好適である。
【００３０】
別途、図２Ａに示すように、基材５０上に硬化性樹脂６１を塗布したものを用意する。
硬化性樹脂６１は、紫外線等のエネルギー線照射により硬化するエネルギー線硬化性樹脂でも熱硬化性樹脂でもよい。硬化性樹脂６１としては、エネルギー線硬化性樹脂が好ましい。
次に図２Ｂに示すように、硬化性樹脂６１に対して第２のスタンパ４５を押圧する。
【００３１】
次に図２Ｃに示すように、硬化性樹脂６１を硬化する。この図では、硬化性樹脂６１がエネルギー線硬化性樹脂であり、硬化性樹脂６１に対して紫外線等のエネルギー線Ｌ２を照射して硬化する様子が示されている。硬化性樹脂６１は硬化後に樹脂成形体６２となる。
次に図２Ｄに示すように、基材５０付きのまま樹脂成形体６２を第２のスタンパ４５から剥離する。
本実施形態では、樹脂成形体６２として、少なくとも１つの凸レンズを有するレンズシートが製造される。
【００３２】
以上のようにして、微細構造体として、フォトレジストパターン２２、第１のスタンパ４０、第２のスタンパ（複製スタンパ）４５、および樹脂成形体６２が製造される。
【００３３】
本実施形態の微細構造体の製造方法においては、
図１Ａに示したフォトレジスト２１の露光工程において、基材１０の面内位置によってレーザ光Ｌ１の光量を変調する露光を、基材１０の面内位置とレーザ光Ｌ１の光量との関係が異なる階調パターン設定で、複数回重ねて実施する複重露光を実施する。これにより、現像後に複重露光の合計露光量に応じた凹凸パターン２２Ｐを形成する。
【００３４】
上記のように、基材１０の面内位置とレーザ光Ｌ１の光量との関係が異なる階調パターン設定で複重露光を行うことにより、１回露光の場合に比べて、合計露光量の階調数が実質的に増えるので、解像度を向上することができ、より滑らかな曲面を持つ凹凸パターン２２Ｐを形成できる。
【００３５】
なお、「露光量」はレーザ光量であり、レーザパワーのみを変え、走査速度、レーザ光強度分布（対物レンズ開口数）、及びレーザ光走査ピッチ等のその他のレーザ光照射条件を同一とした場合、レーザ光量はレーザパワーに対応する。
【００３６】
例えば、複重露光において、露光を重ねる際には、相対位置とレーザ光量との関係である露光パターンデータとして、先の露光と異なる露光パターンデータを用いて露光を行うことができる。
【００３７】
複重露光において、露光を重ねる際には、相対位置とレーザ光量との関係である露光パターンデータとして、先の露光と同一の露光パターンデータを用い、この露光パターンデータの基材の面内位置をずらして露光を行うこともできる。
【００３８】
複重露光において、
レーザ光量の変調の階調数をＮ階調（Ｎ≧３）とし、露光の複重回数をＭ回（Ｍ≧２）としたとき、
ｍ回目（２≦ｍ≦Ｍ）の露光におけるレーザ光量が少ない方からｎ番目（２≦ｎ≦Ｎ−１）の階調の露光領域と、１回目からｍ−１回目までの各回露光における、レーザ光量が少ない方からｎ−１番目またはｎ＋１番目のいずれかの階調の露光領域とが部分的に重なるように複重露光を実施することが好ましい。
この場合、Ｍ回の複重露光の合計露光量の階調数をＭ×Ｎ階調に増加させることができる。
この場合、１回露光の場合に比べて階調数を実質的にＭ倍に増加することができ、より細かい階調制御が可能になるので、より高い解像度が得られ、より滑らかな曲面を持つ凹凸パターン２２Ｐを形成できる。
【００３９】
複重露光において、
ｍ回目（２≦ｍ≦Ｍ）の露光におけるレーザ光量が少ない方からｎ番目（２≦ｎ≦Ｎ−１）の階調の露光領域が、１回目の露光におけるレーザ光量の少ない方からｎ−１番目またはｎ＋１番目の階調の露光領域と重なる領域の断面幅を、１回目の露光におけるレーザ光量が少ない方からｎ−１番目またはｎ＋１番目の階調の露光領域の断面幅をＭ等分した幅の略ｍ倍とすることが好ましい。
本明細書において、「略ｍ倍」は、０．９ｍ倍〜１．１ｍ倍により定義するものとする。
上記のように、複重露光における露光領域の重なりの断面幅を略均等に分割することにより、各レーザ光量の各階調設定幅のバラツキが抑えられ、より滑らかな曲面を持つ凹凸パターン２２Ｐを形成できる。
【００４０】
図３Ａは、１つの断面視楕円形状の凹部２２Ａを形成する場合の複重露光の階調設定例であり、異なる露光パターンデータを用いて複重露光を行う場合の各回の階調設定と合計露光量の例である。図３Ａは複重回数を２回とした例である。
図３Ａは、現像後に得られる凹部の断面における、基材の面内位置（Ｘ軸方向の位置、単位はμｍ）とレーザパワー（レーザ光量に対応）の階調番号との関係を示す図である。
この例では、１回目と２回目の露光においては、いずれもＸ軸方向に対して１μｍ毎にレーザ光量の階調が設定されており、階調数はいずれも４である（Ｙ軸方向も同様）。
ただし、１回目と２回目の露光では、相対位置とレーザ光量との関係である露光パターンデータが異なっている。この例では、２回目の露光パターンデータは、１回目の露光パターンデータにおいて、平面視で凸部の中心を含む階調領域だけを、Ｘ軸方向とＹ軸方向ともに、正方向と負方向に０．５μｍずつ拡大した露光パターンデータとしている。
現像後に２重露光の合計露光量に応じた凹凸パターン２２Ｐが形成される。図示するように、１回目の露光と２回目の露光を合わせた合計露光量は８（２×４）階調になっており、実質的に階調数が増加している。
【００４１】
図３Ｂは、１つの断面視楕円形状の凹部２２Ａを形成する場合の複重露光の階調設定例であり、同一の露光パターンデータを用い、この露光パターンデータの基材の面内位置をずらして複重露光を行う場合の各回の階調設定と合計露光量の例である。図３Ｂは複重回数を２回とした例である。
図３Ｂは、現像後に得られる凹部の断面における、基材の面内位置（Ｘ軸方向の位置、単位はμｍ）とレーザパワー（レーザ光量に対応）の階調番号との関係を示す図である。
この例では、１回目と２回目の露光においては、いずれもＸ軸方向に対して１μｍ毎にレーザ光量の階調が設定されており、階調数はいずれも４である（Ｙ軸方向も同様）。
１回目と２回目の露光では、相対位置とレーザ光量との関係である露光パターンデータは同一であるが、２回目の露光では、１回目の露光を基準として、露光パターンデータの基材の面内位置をＸ軸の正方向に０．５μｍずらしている。
現像後に２重露光の合計露光量に応じた凹凸パターン２２Ｐが形成される。図示するように、１回目の露光と２回目の露光を合わせた合計露光量は８（２×４）階調になっており、実質的に階調数が増加している。
【００４２】
図３Ｃは、１つの断面視楕円形状の凹部２２Ａを形成する場合の複重露光の階調設定例であり、同一の露光パターンデータを用い、この露光パターンデータの基材の面内位置をずらして複重露光を行う場合の各回の階調設定と合計露光量の例である。図３Ｃは複重回数を３回とした例である。
図３Ｃは、現像後に得られる凸部の断面における、基材の面内位置（Ｘ軸方向の位置、単位はμｍ）とレーザパワー（レーザ光量に対応）の階調番号との関係を示す図である（グラフの一部は省略されている）。
この例では、１〜３回目の露光においては、いずれもＸ軸方向に対して１μｍ毎にレーザ光量の階調が設定されており、階調数はいずれも４である（Ｙ軸方向も同様）。
１〜３回目の露光では、相対位置とレーザ光量との関係である露光パターンデータは同一であるが、２回目、３回目の露光では、１回目の露光を基準として、露光パターンデータの基材の面内位置をＸ軸の正方向に１／３（約０．３３）μｍずつずらしている。
現像後に３重露光の合計露光量に応じた凹凸パターン２２Ｐが形成される。図示するように、１〜３回目を合わせた合計露光量は１２（３×４）階調になっており、実質的に階調数が増加している。
【００４３】
図３Ａ〜図３Ｃに示すように、基材の面内位置によってレーザ光量を変調する露光を、基材の面内位置とレーザ光量との関係が異なる階調パターン設定で複重露光を実施することにより、複重露光の合計露光量の階調数を１回露光の階調数よりも増加させることができ、解像度を向上することができる。複重露光の合計露光量の階調数は、１回露光の階調数に対して２倍以上とすることができる。露光の複重回数をＭ回（Ｍ≧２）としたとき、複重露光の合計露光量の階調数は、１回露光の階調数に対してＭ倍とすることができる。露光の複重回数が増加する程、複重露光の合計露光量の階調数は増し、解像度をより大きく向上することができ、より滑らかな曲面を持つ凹凸パターン２２Ｐを形成できる。
【００４４】
複重露光における各回の露光量の設定は特に制限されない。
露光の複重回数をＭ回（Ｍ≧２）とし、ある任意の基材面内位置における所望の合計露光量をＲとしたとき、その位置における各回の露光量は例えば、Ｒ／Ｍとすればよい。このように、各回の露光におけるある任意の基材面内位置の露光量を設定することで、各回の露光量の設定が容易であり、複重露光および現像後に所望の凹凸パターン２２Ｐを得ることができる。
【００４５】
繰り返しとなるが、「露光量」はレーザ光量であり、レーザパワーのみを変え、走査速度、レーザ光強度分布（対物レンズ開口数）、及びレーザ光走査ピッチ等のその他のレーザ光照射条件を同一とした場合、レーザ光量はレーザパワーに対応する。
図４は、複重露光における各回のレーザパワーの設定例を示す。
図４は、レーザパワーと現像後のパターン深さとの関係を示したものである。
１回のみ露光を行う場合のレーザパワーと現像後のパターン深さとの関係（感度曲線）を基準とし、複重露光の回数をＭ回（Ｍ≧２）とする場合、各回の露光のレーザパワーはパターン深さが所望のパターン深さの１／Ｍ倍となるように設定する。
図４では、複重露光の回数を２回および３回とする場合の、各回のレーザパワーと現像後のパターン深さとの関係を示してある。
【００４６】
本実施形態の方法では、露光装置のハードあるいはソフトの改造を要することなく、簡易な方法で、フォトレジストの露光時のレーザ光量の階調数を実質的に増し、解像度を向上することができる。
【００４７】
本実施形態の方法は特に、断面視半（楕）円形状等の滑らかな曲面形状を有する凹部２２Ａを含む凹凸パターン２２Ｐを形成する場合に有効である。
本実施形態の方法では、フォトレジストの露光時のレーザ光量の階調数を実質的に増し、解像度を向上することができるので、凹部２２Ａの表面形状をより滑らかな曲面形状とすることができる。
本実施形態の方法では例えば、フォトレジストパターン２２の凹凸パターン２２Ｐにおける凹部または凸部の最大径が２μｍ以上のとき、得られるフォトレジストパターン２２、スタンパ４０、４５、樹脂成形体６２の原子間力顕微鏡観察にて計測される評価長さ２μｍの表面粗さＲａを１０ｎｍ以下とすることができる。
【００４８】
本実施形態の方法は、特に断面視半（楕）円形状等の滑らかな曲面形状を有する凹部２２Ａを有する凹凸パターン２２Ｐを形成する場合に有効であるが、任意の形状の凹凸パターン２２Ｐの形成に適用可能である。
【００４９】
なお、図３Ａ〜図３Ｃでは、複重露光における１軸方向（Ｘ軸方向）の階調設定例について説明したが、二軸方向（Ｘ軸方向とＹ軸方向）の階調設定も同様である。この場合も、本実施形態の方法を適用することができ、階調数を実質的に増大させ、解像度を向上することができる。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態によれば、フォトレジストパターン形成工程を有し、フォトレジストの露光時に簡易な方法でレーザ光量の階調数を実質的に増し、解像度を向上することが可能な微細構造体の製造方法を提供することができる。
【実施例】
【００５１】
以下、本発明に係る実施例および比較例について説明する。
各例では、フォトレジストの露光条件のみを変更し、それ以外の条件は同一として、直径６０μｍ高さ６μｍ、平面視六角形状、断面視半円形状の複数のドーム状の凸レンズを有するレンズシート（樹脂成形体）を製造した。【００５２】
（実施例１）
上記実施形態の方法にて、ポジ型フォトレジストの塗布および露光を実施した。
本例では、基材の面内位置とレーザ光量との関係が異なる階調パターン設定で２重露光を実施した。
露光を重ねる際には、相対位置とレーザ光量との関係である露光パターンデータとして、先の露光と同一の露光パターンデータを用い、この露光パターンデータの基材の面内位置をずらして露光を行った。
１回目の露光パターンデータでは、直径６０μｍに対してＸ軸方向およびＹ軸方向ともに１μｍ毎に階調設定を実施し、全３２階調設定とした。
２回目の露光では１回目と同一の露光パターンデータを用いたが、図３Ｂに示したのと同様の要領で、１回目の露光パターンデータをＸ軸方向およびＹ軸方向ともに０．５μｍずらして露光を行った。
各回の最大レーザパワーは、１回露光で６μｍ高さを造形できる２５ｍＷの１／２に相当する１２．５ｍＷに設定した。
露光後、レジスト基板をアルカリ現像液に１０分間浸漬する現像を実施して、直径６０μｍ高さ６μｍ、平面視六角形状、断面視半円形状の複数の凹部を有するフォトレジストパターンを得た。【００５３】
上記フォトレジストパターン上にそのパターン形状に沿ってニッケル膜を蒸着した後、これを電極として電解メッキを行い、フォトレジストパターンの凹凸パターンの反転パターンを有する第１のニッケル製のスタンパを得た。
得られた第１のスタンパのＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）表面写真を図５Ａに示す。
次いで、第１のスタンパの表面を酸素プラズマアッシングして離型層となる酸化層を形成した後、さらに電解メッキを行い、フォトレジストパターンの凹凸パターンと同じパターンを有する第２のニッケル製のスタンパ（複製スタンパ）を得た。【００５４】
得られた第２のスタンパを用いて、基材上に塗布された紫外線硬化樹脂へのパターン転写を行って、直径６０μｍ高さ６μｍ、平面視六角形状、断面視半円形状の複数の凸レンズを有するレンズシート（樹脂成形体）を得た。
得られたレンズシートは、第１のニッケルスタンパの凹凸パターンを複製したものであり、表面が滑らかな複数の凸レンズを持つレンズシートを製造することができた。凸レンズの表面粗さＲａを原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）にて計測した結果、評価長さ２μｍでＲａ＝４．１ｎｍであった。【００５５】
（実施例２）
露光条件を変更する以外は実施例１と同様にして、フォトレジストパターン、第１および第２のスタンパ、およびレンズシートを製造した。【００５６】
本例においても、基材の面内位置とレーザ光量との関係が異なる階調パターン設定で２重露光を実施した。ただし、露光を重ねる際には、相対位置とレーザ光量との関係である露光パターンデータとして、先の露光と異なる露光パターンデータを用いて露光を行った。
１回目の露光において、直径６０μｍに対してＸ軸方向およびＹ軸方向ともに１μｍ毎に階調設定し、３２階調設定とした。２回目の露光の露光パターンデータは、図３Ａに示したのと同様の要領で、１回目の露光パターンデータに対して、平面視で凸部の中心を含む階調領域だけをＸ軸方向およびＹ軸方向ともに、正方向と負方向にそれぞれ０．５μｍずつ拡大した露光パターンデータとした。
各回の最大レーザパワーは、１回露光で６μｍ高さを造形できる２５ｍＷの１／２に相当する１２．５ｍＷに設定した。【００５７】
実施例１と同様、表面が滑らかな複数の凸レンズを持つレンズシートを製造することができた。凸レンズの表面粗さＲａを原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）にて計測した結果、評価長さ２μｍでＲａ＝４．５ｎｍであった。【００５８】
（比較例１）
露光条件を変更する以外は実施例１と同様にして、フォトレジストパターン、第１および第２のスタンパ、およびレンズシートを製造した。【００５９】
本例においては、複重露光を実施せず、露光は１回のみ実施した。
直径６０μｍに対してＸ軸方向およびＹ軸方向ともに１μｍ毎に階調設定を実施し、全３２階調設定とした。
最大レーザパワーは、１回露光で６μｍ高さを造形できる２５ｍＷに設定した。
得られた第１のスタンパのＳＥＭ表面写真を図５Ｂに示す。
第１のスタンパの凹凸パターンを複製したものであるレンズシートの凸レンズは、表面に同心円状の模様が生じており、集光性能が良くないものであった。凸レンズの表面粗さＲａを原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）にて計測した結果、評価長さ２μｍでＲａ＝１００ｎｍであった。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、基材上に塗布されたポジ型のフォトレジストに対して露光および現像することにより、表面に凹凸パターンを有するフォトレジストパターンを形成するフォトレジストパターン形成工程を有する任意の微細構造体の製造方法に適用することができる。
本発明は、表面に凹凸パターンを有するフォトレジストパターン、このフォトレジストパターンを用いて製造されるスタンパ、このスタンパのパターン形状をさらに１回以上転写して得られる複製スタンパ、およびこれらのスタンパを用いて、樹脂へのパターン転写を行って製造される樹脂成形体に適用することができる。【００６１】
この出願は、２０１２年１０月０１日に出願された日本出願特願２０１２−２１９４４０号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【００６２】
１０  基材
２１  フォトレジスト
２２  フォトレジストパターン
２２Ｐ  凹凸パターン
２２Ａ  凸部
３０  導電膜
４０  第１のスタンパ
４０Ｐ  凹凸パターン
４５  第２のスタンパ（複製スタンパ）
４５Ｐ  凹凸パターン
５０  基材
６１  硬化性樹脂
６２  樹脂成形体
Ｌ１  レーザ光
Ｌ２  エネルギー線
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図１Ｇ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【国際調査報告】
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