(57)【要約】【課題】エッチング工程を不要として、光照射のみでアスペクト比の高い微細な凹凸状のレジストパターンを形成することができる凹凸状パターンの形成方法、及び光学素子の製造方法を提供する。【解決手段】基板Ｗの表面に所定厚さの感光性材料の層を形成し、感光性材料の層の所定箇所に２以上の方向より露光ビームＬＴ、ＬＲを照射し、感光性材料の層において露光ビームを干渉させるとともに、露光ビームの強度と周波数とを制御することにより感光性材料の反応時定数を局所的に制御する露光を行う。露光後の感光性材料の層を現像処理し、感光性材料の層の表面に複数の微細な凹凸状パターンを形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に所定厚さの感光性材料の層を形成し、
該感光性材料の層の所定箇所に２以上の方向より露光ビームを照射し、該感光性材料の層において前記露光ビームを干渉させるとともに、前記露光ビームの強度と周波数とを制御することにより該感光性材料の反応時定数を局所的に制御する露光を行い、
露光後の該感光性材料の層を現像処理し、
該感光性材料の層の表面に複数の微細な凹凸状パターンを形成することを特徴とする凹凸状パターンの形成方法。
【請求項２】
前記露光ビームがレーザ光である請求項１に記載の凹凸状パターンの形成方法。
【請求項３】
前記露光ビームが時間的、空間的にコヒーレントな光である請求項１又は２に記載の凹凸状パターンの形成方法。
【請求項４】
前記露光ビームが縦モード数３以下のレーザ光である請求項１〜３のいずれか１項に記載の凹凸状パターンの形成方法。
【請求項５】
前記露光ビームの波長を前記感光性材料の最大吸収率の１／２以下となる領域の範囲で吸収波長共鳴中心からシフトさせる請求項１〜４のいずれか１項に記載の凹凸状パターンの形成方法。
【請求項６】
１以上の前記露光ビームの経路中に反射鏡を配し、該反射鏡を振動させることにより前記露光ビームの強度と周波数とを制御する請求項１〜５のいずれか１項に記載の凹凸状パターンの形成方法。
【請求項７】
１以上の前記露光ビームの経路中に音響光学素子を配し、該音響光学素子を駆動させることにより前記露光ビームの強度と周波数とを制御する請求項１〜５のいずれか１項に記載の凹凸状パターンの形成方法。
【請求項８】
前記露光ビームの光源としてパルスレーザ装置を使用し、前記露光ビームのパルス幅を調整することにより前記露光ビームの強度と周波数とを制御する請求項１〜５のいずれか１項に記載の凹凸状パターンの形成方法。
【請求項９】
前記凹凸状パターンの高さを０．１〜１０μｍとする請求項１〜８のいずれか１項に記載の凹凸状パターンの形成方法。
【請求項１０】
前記基板が円柱状体又は円筒状体である請求項１〜９のいずれか１項に記載の凹凸状パターンの形成方法。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の凹凸状パターンの形成方法を使用した光学素子の製造方法であって、
前記基板の表面に形成された複数の凹凸状パターンを使用して、該複数の凹凸状パターンの表面形状を転写したスタンパを作製し、
該スタンパを用いた成形加工により、樹脂材料の表面に前記複数の凹凸状パターンと略同一形状の複数の凹凸状パターンを複製することを特徴とする光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は凹凸状パターンの形成方法、及び光学素子の製造方法に係り、特に、反射防止フイルム等の用途に使用される凹凸状パターンを有する光学素子等の製造に好適な凹凸状パターンの形成方法、及び光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光学素子、光学機能性薄膜、及び各種の微細パターンの形成に関し、各種の製法が採用されていた。このうち、たとえば、表面に微細な凹凸状パターンが配列されたホログラムや回折格子の製法として、２光束の干渉露光によるものが公知である。
【０００３】
これらの製法の例を挙げると、Ｓｉ等の基板上に感光性フォトレジストを塗布し、レーザー干渉露光を繰り返して感光パターンを形成し、その後現像液を使用して現像することによりレジストパターンを形成している。
【０００４】
ところが、従来の干渉露光方式により形成されるレジストパターンは、アスペクト比（深さとピッチとの比）が小さいという問題があった。すなわち、レーザー光を使用してフォトレジストを２光束干渉露光することにより、露光面には正弦波状に光強度分布が生じ、この光強度分布に応じて露光面のフォトレジストが感光する。このフォトレジストに現像処理を施すことによって３次元凹凸パターンが形成される。
【０００５】
しかし、実際は光強度が最も弱い箇所でも完全に光強度がゼロとなるものではなく、その部分もある程度感光してしまう。その結果、現像処理工程によって本来現像反応させたくない部分も現像反応してしまい、膜が目減りしてしまう。したがって、従来においては、アスペクト比の高いレジストパターンを形成することができなかった。
【０００６】
このため、フォトレジストへの干渉露光、現像処理のみならず、形成したレジストパターンをマスクとして用い、基板自体をエッチング処理することによってアスペクト比の不足を補うということが提案されている（特許文献１参照。）。
【０００７】
また、エッチング処理を行うに当たっても、レジストパターンのアスペクト比を大きくする方が好ましいため、使用するフォトレジストの感度を最適化するような方法も提案されている（特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平５−２８１８８５号公報
【特許文献２】特開平６−５３１２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の光学素子の製造方法は、何れもエッチング工程を必要とするものであり、工程の多段化、複雑化は避けられない。また、エッチング工程は、条件管理が厳しいうえに、工程が不安定となりやすく、生産性、歩留り等の点で改善が求められていた。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、エッチング工程を不要として、光照射のみでアスペクト比（深さとピッチとの比）の高い微細な凹凸状のレジストパターンを形成することができる凹凸状パターンの形成方法、及び光学素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明は、基板の表面に所定厚さの感光性材料の層を形成し、該感光性材料の層の所定箇所に２以上の方向より露光ビームを照射し、該感光性材料の層において前記露光ビームを干渉させるとともに、前記露光ビームの強度と周波数とを制御することにより該感光性材料の反応時定数を局所的に制御する露光を行い、露光後の該感光性材料の層を現像処理し、該感光性材料の層の表面に複数の微細な凹凸状パターンを形成することを特徴とする凹凸状パターンの形成方法を提供する。
【００１１】
そして、本発明において、前記露光ビームがレーザー光であることが好ましい。また、本発明において、前記露光ビームが時間的、空間的にコヒーレントな光であることが好ましい。
【００１２】
本発明によれば、露光ビームの強度を空間的に変調させることにより感光性材料の反応時定数を変化させるので、干渉露光方式により形成される感光性材料（フォトレジスト等）のパターンのアスペクト比（深さとピッチとの比）を従来法よりも高くすることができる。これにより、エッチング工程を不要とでき、生産性、歩留り等を大幅に改善することができる。
【００１３】
すなわち、本発明者は、前記の問題点に対し、鋭意検討した結果、感光性材料（フォトレジスト等）の光反応励起状態における吸収断面積が大きく、且つその状態からの誘導遷移確率が大きく、自然遷移確率が小さい条件下では、感光性材料（フォトレジスト等）の反応時定数τｌが感光性材料への入射フォトン数、すなわち光強度Ｉと光周波数に大きく
依存するτｌ（Ｉ）の形であることを発見した。
【００１４】
そして、これらのパラメータを制御することにより、光強度Ｉが空間的に正弦波状に変
調された領域において、感光性材料の反応速度を意図的に操作できることを見出した。ここで、τｌ＝τｌ（０）の式は、強度が充分に弱い光が感光性材料（フォトレジスト等）に入射してから感光性材料が光化学反応を開始するまでの時間遅れを示す。
【００１５】
また、τｌ（Ｉ）は、その時間遅れが光強度に依存する非線型定数であることを示す。
なお、通常のインコヒーレント光による露光下では、感光性材料（フォトレジスト等）の反応時定数はτｌで一定である。
【００１６】
具体的な方法としては、たとえば、入射光強度が大きい領域で、反応時定数τｌ（Ｉ大
）を小さくして反応を速く進行させ、且つ入射光強度が小さい領域で、反応時定数τｌ（Ｉ小）を大きくして反応を遅く進行させることが可能となる。
【００１７】
このような感光性材料（フォトレジスト等）の非線形光学現象に加えて、露光光源の立ち上がり速度τ２を制御することにより、本来露光させたくない光強度の小さい領域での光化学反応を極力抑制し、現像処理後の膜の目減りを抑えることが可能となる。
【００１８】
本発明において、前記露光ビームが縦モード数３以下のレーザ光であることが好ましい。自然放出確率は、光源の縦モード数に依存するからである。理想的には、この縦モード数が１（単一縦モード）のレーザ光を使用するのが望ましい。
【００１９】
また、本発明において、前記露光ビームの波長を前記感光性材料の最大吸収率の１／２以下となる領域の範囲で吸収波長共鳴中心からシフトさせることが好ましい。
【００２０】
また、本発明において、１以上の前記露光ビームの経路中に反射鏡を配し、該反射鏡を振動させることにより前記露光ビームの強度を空間的に変調させることが好ましい。具体的な手段として、露光ビームを２以上に分割し、１の露光ビームを振動する反射鏡により変調させることにより、前記目的が達成できる。
【００２１】
また、本発明において、１以上の前記露光ビームの経路中に音響光学素子を配し、該音響光学素子を駆動させることにより前記露光ビームの強度を空間的に変調させることが好ましい。他の具体的な手段として、露光ビームを２以上に分割し、１の露光ビームの経路中に音響光学素子を配して駆動させることにより、前記目的が達成できる。
【００２２】
また、本発明において、前記露光ビームの光源としてパルスレーザー装置を使用し、前記露光ビームのパルス幅を調整することにより前記露光ビームの強度を空間的に変調させることが好ましい。更に他の具体的な手段として、光源としてパルスレーザー装置を使用しパルス幅を調整することにより、前記目的が達成できる。
【００２３】
本発明において、前記凹凸状パターンの高さを０．１〜１０μｍとすることが好ましい。凹凸状パターンの高さをこのような範囲とすれば、反射防止機能等、要求される光学特性等を良好なものとでき、また、製造上からも便宜である。
【００２４】
また、本発明において、前記基板が円柱状体又は円筒状体であることが好ましい。基板が円柱状体又は円筒状体であれば、後述するような、凹凸状パターンを有する基板を使用して、更に凹凸状パターンを有する光学素子等を複製する際に、ロール加工が導入でき、生産性が大幅に向上し、コストダウン等の点でも多くの利点が得られる。
【００２５】
また、本発明は、上記の凹凸状パターンの形成方法を使用した光学素子の製造方法であって、前記基板の表面に形成された複数の凹凸状パターンを使用して、該複数の凹凸状パターンの表面形状を転写したスタンパを作製し、該スタンパを用いた成形加工により、樹脂材料の表面に前記複数の凹凸状パターンと略同一形状の複数の凹凸状パターンを複製することを特徴とする光学素子の製造方法を提供する。
【００２６】
本発明によれば、すでに製造した基板を使用して更に光学素子を複製する。すなわち、スタンパを作製し、このスタンパを用いた成形加工により、樹脂材料の表面に複数の微細な凹凸状パターンを形成する。これにより、生産性が大幅に向上し、コストダウン等の点でも多くの利点が得られる。
【００２７】
なお、スタンパとは、一般的には基型（マザー）の表面形状を転写した平板状体を意味するが、ここでは、円柱状体又は円筒状体等のように、曲面を有するものをも含む広い意味で使用するものとする。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように、本発明によれば、エッチング工程を不要とでき、生産性、歩留り等を大幅に改善することができる。
【００２９】
また、本発明によれば、スタンパを作製し、このスタンパを用いた成形加工により、樹脂材料の表面に複数の微細な凹凸状パターンを形成する。これにより、生産性が大幅に向上し、コストダウン等の点でも多くの利点が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、添付図面に従って本発明に係る凹凸状パターンの形成方法、及び光学素子の製造方法の好ましい実施の形態（第１実施形態）について詳説する。図１に、本発明に係る凹凸状パターンの形成方法、及び光学素子の製造方法に使用される露光装置（第１の実施形態）の概要を示す。
【００３１】
図１の露光装置１０において、レーザー光源１２から出射されたレーザービームＬは、第１のミラー１４及び第２のミラー１６により反射され、第１のレンズ１８で光束が広げられた後、第２のレンズ２０で所定幅の平行光にコリメートされて、ハーフミラー２２に所定角度をもって入射するようになっている。
【００３２】
ハーフミラー２２に入射したレーザービームは、反射光ＬＲと透過光ＬＴに分岐され、反射光ＬＲは第３のミラー２４で反射され、透過光ＬＴは第４のミラー２６で反射され、いずれも試料Ｗの同一箇所に照射されるようになっている。第４のミラー２６の背面にはピエゾ素子２７が配されており、このピエゾ素子２７を駆動させることにより、第４のミラー２６が矢印の方向に振動するように構成されている。
【００３３】
以上の構成により、試料Ｗの照射箇所において、反射光ＬＲと透過光ＬＴとで光の干渉を生じ、規則的な光の照度分布を生じることとなる。
【００３４】
なお、試料Ｗは、図示しない試料台に固定されており、この試料台はＸ方向（上下方向）、及びＹ方向（紙面に垂直方向）とに移動可能となっている。更に、この試料台はθ方向に回転可能となっている。
【００３５】
レーザー光源１２としては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーが好ましく採用できる。このレーザー光源１２の第２高調波（ＳＨＧ）の波長は、５３２ｎｍである。このレーザー光源１２にＹＡＧレーザーを採用した理由については後述する。
【００３６】
基板である試料Ｗとしては、板ガラス、シリコンウェーハ、セラミックス基板等が採用できる。
【００３７】
試料Ｗの表面には、感光性材料としてフォトレジストの層が形成されている。このフォトレジストと既述のレーザー光源１２の特性として、以下の組み合わせが採用できる。図２は、フォトレジストの各波長（λ）における吸光度（Ａｂｓ）特性を示すグラフである。また、図３は、フォトレジストの入射光強度（Ｉ）における透過率（Ｔ）特性を示すグラフである。
【００３８】
図２において、フォトレジストの吸光度（Ａｂｓ）が高い波長（たとえば、λ１）特性のレーザー光源が使用されるのが一般的であるが、本発明においては、フォトレジストの吸光度（Ａｂｓ）が低い波長（たとえば、λ２）領域の特性のレーザー光源が使用されている。
【００３９】
また、図３において、フォトレジストの一般的な用途では、二点鎖線で示される透過率（Ｔ）特性のフォトレジストが理想的であり、実線で示されるこれに近い透過率（Ｔ）特性のフォトレジストが一般的に使用されているが、本発明においては、破線で示される透過率（Ｔ）特性のフォトレジストが好ましく使用される。このような特性のフォトレジストとしては、たとえばアーチ社製のもの（製品名：ＯＩＲ−９０７）が採用できる。
【００４０】
試料Ｗの表面にフォトレジストの層を形成する方法としては、公知の各種方法、たとえば、スピンコート、ダイコート、ロールコート、ディップコート、スクリーン印刷等の各種塗布方法等が採用できる。
【００４１】
次に、図１の露光装置１０等を使用した露光、現像による微細な凹凸状パターンの形成について説明する。図４は、図１の試料Ｗの照射箇所近傍の状態を示した概念図である。
【００４２】
図４（ａ）に示されるように、試料Ｗの照射箇所の表面において、反射光ＬＲと透過光ＬＴとで光の干渉を生じ、規則的な光の照度分布を生じることとなる。その結果、フォトレジストの層は図４（ｂ）に斜線で示されるような断面部分が感光される。以下、このメカニズム（２光束干渉露光）について説明する。
【００４３】
既述したように、露光ビームの強度Ｉと光周波数を制御すること（露光ビームの強度を
空間的に変調させること）により感光性材料の反応時定数を変化させ、非線形光学現象を発現させるための条件として、第一に上記誘導遷移確率を大きくし、自然遷移確率を小さくすること、第二に励起状態における吸収断面積を落とさずに、基底状態における吸収断面積を極力小さくすることが必要となる。
【００４４】
この第一の必要条件を満足するためには、入射光を縦モード数が少なく、光強度の強いコヒーレントなレーザー光とする必要がある。自然遷移確率は、縦モード数に依存するため、理想的には単一縦モードレーザがよい。
【００４５】
また、第二の必要条件を満足するためには、レーザー光の波長をフォトレジストの完全な共鳴領域ではなく、非共鳴領域へシフトさせることが必要となる。具体的には、既述した図２における波長λ２のレーザー光源１２を使用する。
【００４６】
その際、そのシフト量は、フォトレジストの種類とそれに付随する各種光学パラメータ及び露光光源（レーザー光源１２）の立ち上がり時定数τ２等の組合せで決定される。このため、たとえ共鳴中心に近い波長領域でも、立ち上がり速度が極めて速いパルス光源を使用することにより、第二の必要条件を満足することもできる。ただし、安価な光源で比較的容易に第二の必要条件を満足するためには、非共鳴領域波長の光源の使用が好ましい。
【００４７】
上記の特性を利用して、フォトレジストの反応速度を局所的に促進と抑制するように制御して、２光束干渉露光を行う。すなわち、２光束干渉で光強度が大きい箇所はしっかり感光させ、光強度が小さい箇所は殆ど感光させないように、フォトレジストの反応時定数τｌ（Ｉ）を局所的に制御して２光束干渉露光を行う。
【００４８】
ここで、露光光源の立ち上がり速度の制御には、２つの入射光ＬＲ、ＬＴのうちの一方だけの時間周波数を変調して干渉縞を走行縞とする方法が挙げられる。光強度Ｉの大きい
領域では、フォトレジストの反応時定数τｌ（Ｉ大）が小さく、光強度Ｉの小さな領域で
は、フォトレジストの反応時定数τｌ（Ｉ小）が大きいため、これら反応時定数と走行縞
（第４のミラー２６）の振動周波数（振動時定数τ３）との関係を制御することにより、２光束干渉で光強度が大きい箇所はしっかり感光させ、光強度が小さい箇所は殆ど感光させないように、フォトレジストの反応時定数τｌ（Ｉ）を局所的に制御して２光束干渉露
光を行う。
【００４９】
たとえば、フォトレジストの反応時定数τｌ（Ｉ大）と走行縞（第４のミラー２６）の
振動時定数τ３（走行縞振動数に相当）がほぼ等しく、フォトレジストの反応時定数τｌ（Ｉ小）が走行縞の振動時定数τ３に比べて大きい条件下では、光強度Ｉの大きい領域で
のみフォトレジストの光化学反応が進行し、光強度Ｉの小さい領域ではフォトレジストの
光化学反応は殆ど進行しない、といった理想的な露光条件が達成できる。
【００５０】
また、後述する第３実施形態のように、レーザー光源１２（入射光源）として短パルスレーザーを用い、このレーザーパルスの立ち上がり時定数τ２とフォトレジストの反応時定数τｌ（Ｉ大）とがほぼ等しく、フォトレジストの反応時定数τｌ（Ｉ小）がレーザー
パルスの立ち上がり時定数τ２に比べて大きい条件下では、光強度Ｉの大きい領域でのみ
フォトレジストの光化学反応が進行し、光強度Ｉの小さい領域ではフォトレジストの光化
学反応は殆ど進行しない、といった理想的な露光条件が達成できる。
【００５１】
以上のメカニズムによって、フォトレジスト上にアスぺクト比の大きな３次元凹凸パターンを形成することができる。なお、これまでにおいて２光束干渉露光に関して述べたが、３光束、４光束干渉露光等の多光束干渉露光方式にもおいても本方式を適用することができる。
【００５２】
なお、図１に示されるようなレーザー光（ＬＲ、ＬＴ）の入射角αを選択することにより、複数の微細な凹凸状パターンのピッチを可変とできる。すなわち、レーザー光（ＬＲとＬＴ）を干渉させることにより形成される干渉縞の間隔ｄは、ｄ＝λ／（２ｓｉｎα）となる。ここで、λはレーザー光の波長である。
【００５３】
更に、フォトレジストの膜厚をコントロールすることにより、凹凸状パターンの高さを可変とできる。以上の各点においても、基板Ｗの用途、製品の要求仕様等により、製造条件を選択することが可能であり、光学素子等の製造方法に適用する場合の自由度が大きい。
【００５４】
露光が終了した後に、現像液による現像処理、次いで純水によるリンス処理を経て、試料Ｗの表面に微細な凹凸状パターンが形成される。
【００５５】
次に、本発明に係る凹凸状パターンの形成方法、及び光学素子の製造方法の好ましい他の実施形態（第２実施形態）について詳説する。なお、第１実施形態と同一、類似の部材については、同様の符号を附し、その説明を省略する。
【００５６】
図５に、本発明に係る凹凸状パターンの形成方法、及び光学素子の製造方法に使用される露光装置（第２の実施形態）の概要を示す。この露光装置１０’において図１の第１実施形態と相違する点は、第４のミラー２６が固定ミラーであり、背面にピエゾ素子２７が配されていない点と、ハーフミラー２２と第３のミラー２４との間の反射光ＬＲがレンズ２２Ａとレンズ２４Ａにより集光され、光路中の集光点に音響光学素子２３が配されている点である。
【００５７】
音響光学素子２３は、強度及び周波数変調の機能を有するもので、市販のものとしては、たとえば、米国ＢＲＩＭＲＯＳＥ社製（商品名：ＴＥＭ−８５−２）が使用できる。この音響光学素子２３の仕様は、以下の如くである。中心周波数：８５ｋＨｚ、アパーチャー径：２．０ｍｍ。
【００５８】
次に、図５の露光装置１０’等を使用した露光、現像による微細な凹凸状パターンの形成について説明する。露光装置１０’においても、図１第１実施形態の露光装置１０（図１）と同様に、露光ビームの強度を空間的に変調させるが、本実施形態においては、音響光学素子２３を駆動させることにより行う。
【００５９】
すなわち、２つの入射光ＬＲ、ＬＴのうちのＬＴだけの時間周波数を変調して干渉縞を走行縞とする方法が採用される。光強度Ｉの大きい領域では、フォトレジストの反応時定
数τｌ（Ｉ大）が小さく、光強度Ｉの小さな領域では、フォトレジストの反応時定数τｌ
（Ｉ小）が大きいため、これら反応時定数と走行縞（音響光学素子２３）の振動周波数（
振動時定数τ３）との関係を制御することにより、２光束干渉で光強度が大きい箇所はしっかり感光させ、光強度が小さい箇所は殆ど感光させないように、フォトレジストの反応時定数τｌ（Ｉ）を局所的に制御して２光束干渉露光を行う。これにより、第１の実施形
態と同様の理想的な露光条件が達成できる。
【００６０】
露光が終了した後に、現像液による現像処理、次いで純水によるリンス処理を経て、試料Ｗの表面に微細な凹凸状パターンが形成される。これにより、フォトレジスト上にアスぺクト比の大きな３次元凹凸パターンを形成することができる。
【００６１】
次に、本発明に係る凹凸状パターンの形成方法、及び光学素子の製造方法の好ましい更に他の実施形態（第３実施形態）について詳説する。なお、第１実施形態と同一、類似の部材については、同様の符号を附し、その説明を省略する。
【００６２】
図６に、本発明に係る凹凸状パターンの形成方法、及び光学素子の製造方法に使用される露光装置（第３の実施形態）の概要を示す。この露光装置１０’’において図１の第１実施形態と相違する点は、第４のミラー２６が固定ミラーであり、背面にピエゾ素子２７が配されていない点と、レーザー光源１２として短パルスレーザーが採用されている点である。
【００６３】
次に、図６の露光装置１０’’等を使用した露光、現像による微細な凹凸状パターンの形成について説明する。露光装置１０’’においても、図１第１実施形態の露光装置１０（図１）と同様に、露光ビームの強度を空間的に変調させるが、本実施形態においては、これをレーザー光源１２としての短パルスレーザーにより行う。
【００６４】
既述したように、レーザー光源１２（入射光源）として短パルスレーザーを用い、このレーザーパルスの立ち上がり時定数τ２とフォトレジストの反応時定数τｌ（Ｉ大）とが
ほぼ等しく、フォトレジストの反応時定数τｌ（Ｉ小）がレーザーパルスの立ち上がり時
定数τ２に比べて大きい条件下では、光強度Ｉの大きい領域でのみフォトレジストの光化
学反応が進行し、光強度Ｉの小さい領域ではフォトレジストの光化学反応は殆ど進行しな
い、といった理想的な露光条件が達成できる。
【００６５】
試料Ｗの表面に凹凸状パターンを２次元状に規則的に配列する場合には、１回干渉露光を行った後、試料台をθ方向に回転させ、その後に再度露光を行う。
【００６６】
露光が終了した後に、現像液による現像処理、次いで純水によるリンス処理を経て、試料Ｗの表面に微細な凹凸状パターンが形成される。これにより、フォトレジスト上にアスぺクト比の大きな３次元凹凸パターンを形成することができる。
【００６７】
以上説明した、本発明に係る凹凸状パターンの形成方法、及び光学素子の製造方法の第１〜第３の実施形態によれば、エッチング工程等の不安定な工程を排除して、光照射及び現像工程のみで微細なパターンを形成し、再現性よく安定的かつ安価に反射防止機能等を有する凹凸状パターンを形成できるという効果が得られる。また、凹凸状パターンの形成方法としての自由度が大きいという効果も得られる。
【００６８】
なお、このようにして製造された試料Ｗは、表面に凹凸状パターンが規則的に配列されており、入射光に対する屈折率変化が空間的に連続的に変化することより、反射防止機能を有することとなる。したがって、光学素子等の用途に好適に使用できる。
【００６９】
次に、本発明に係る凹凸状パターンの形成方法、及び光学素子の製造方法の好ましい更に他の実施形態（第４の実施形態）について詳説する。本実施形態は、試料Ｗの表面に複数の微細な凹凸状パターンが形成された後に、この複数の微細な凹凸状パターンを使用して更に同様の凹凸状パターンを複製して光学素子を製造する方法である。
【００７０】
すなわち、完成した試料Ｗ（マザー）の表面に形成された複数の微細な凹凸状パターンを使用して、この複数の微細な凹凸状パターンを転写するためのスタンパを作製し、作製したスタンパを用いた成形加工により、樹脂材料の表面に複数の微細な凹凸状パターンと略同一形状の複数の微細な凹凸状パターンを形成し、多数個の光学素子を複製するという光学素子の製造方法である。
【００７１】
図７は、スタンパ４６の作製工程を説明する概念図である。同図（ａ）において、完成した光学素子である試料Ｗの断面形状が示される。なお、試料Ｗの正確な断面形状は、既述の図４に示されるような正弦波形状であるが、便宜上、山形形状で表示してある。
【００７２】
先ず、図７（ｂ）に示されるように、この試料Ｗの表面の全面に導電層４０を形成する。この導電層４０は、次工程において無電解メッキを行う際にコンタクト層となる。したがって、所定の抵抗値が得られる範囲において、膜厚は最小限度とするのが形状転写精度の点より好ましい。
【００７３】
導電層４０の材質としては、銅、銀等が採用でき、導電層４０の膜厚としては、たとえば０．１μｍが採用でき、導電層４０の形成方法としては、真空蒸着、スパッタリング、無電解メッキ等が採用できる。
【００７４】
次いで、図７（ｃ）に示されるように、この試料Ｗ表面の導電層４０上に無電解メッキによりニッケル層４２を形成する電鋳を行う。ニッケル層４２の厚さは、ハンドリングや次工程であるＮｉマザー４４の転写の際に変形しない程度であればよい。なお、ここで無電解メッキにより形成されたニッケル層４２は、完成した光学素子である試料Ｗの反転形状であり、反転マザーとなる。この反転マザー４２は、試料Ｗより剥離される。
【００７５】
次いで、図７（ｄ）に示されるように、この反転マザー４２上に無電解メッキによりニッケル層４４を形成する電鋳を行う。ニッケル層４４の厚さは、ハンドリングや次工程であるスタンパー４６の転写の際に変形しない程度であればよい。なお、ここで無電解メッキにより形成されたニッケル層４４は、完成した光学素子である試料Ｗと同一形状であり、Ｎｉマザーとなる。電鋳の終了後に、反転マザー４２とＮｉマザー４４とは剥離される。
【００７６】
次いで、図７（ｅ）に示されるように、このＮｉマザー４４上に無電解メッキによりニッケル層４６を形成する電鋳を行う。ニッケル層４６はスタンパーとして使用される。ニッケル層４６の厚さは、スタンパーとしての使用条件に耐え得る程度とすることが求められる。なお、ここで無電解メッキにより形成されたニッケル層４６は、完成した光学素子である試料Ｗの反転形状である。
【００７７】
図７（ｅ）に示されるように、本工程においては、１のＮｉマザー４４より複数のスタンパー４６を複製することができる。したがって、たとえば多段熱プレス加工により同時に多数枚の光学素子を製造する場合には便宜である。電鋳の終了後に、Ｎｉマザー４４とニッケル層（スタンパー）４６とは剥離される。
【００７８】
スタンパー４６を用いた成形加工により、樹脂材料の表面に完成した光学素子（マザー）の凹凸状パターンと略同一形状の複数の微細な凹凸状パターンを形成することにより光学素子を複製する製造方法としては、公知の各種成型法が採用できる。たとえば、射出成型、熱プレス成型、ＵＶ硬化樹脂に転写成型、ＥＢ硬化樹脂に転写成型、溶液流延乾燥硬化成型等が採用できる。この各種成型方法において、平板状のスタンパーのみならず、ロール状のスタンパーを使用したロール成形（たとえば、溶液流延乾燥硬化成型）をも適用できる。
【００７９】
以上、本発明に係る凹凸状パターンの形成方法、及び光学素子の製造方法の実施形態の例について説明したが、本発明は上記実施形態の例に限定されるものではなく、各種の態様が採り得る。
【００８０】
たとえば、図７に示されるように、完成した光学素子である試料Ｗの反転形状のものがスタンパー４６として採用されているが、完成した光学素子である試料Ｗと同一形状であるＮｉマザー４４をスタンパーとして使用することもできる。この場合、成形加工により形成された樹脂材料の表面は試料Ｗの反転形状となる。このような樹脂材料であっても光学素子として有効に機能する場合もあるからである。
【００８１】
また、上記実施形態の例では、スタンパーを板状部材として説明したが、これをロール状部材とすることもできる。その際、ロール状スタンパーの製造方法としては、シート状のＮｉマザー４４を円柱状体に巻き付けて、これより反転型を電鋳により形成する構成、シート状のＮｉマザー４４を、微細な凹凸状パターンの面を内周側に位置するようにして円筒状に変形させ、これより反転型を電鋳により形成する構成も採用できる。
【００８２】
また、たとえば、基板Ｗを円柱状体又は円筒状体として、この円柱状体の表面又は円筒状体の内周面に複数の微細な凹凸状パターンを形成し、これをマザーとして電鋳によりロール状スタンパーを形成する構成も採用できる。
【００８３】
更に、基板Ｗを円柱状体又は円筒状体として、この円柱状体の表面又は円筒状体の内周面に複数の微細な凹凸状パターンを形成し、この微細な凹凸状パターンの表面に所定厚さの電鋳を施して所定硬度の表面とし、これをそのままロール状スタンパーとして使用する構成も採用できる。
【００８４】
また、図４（ｂ）示されるような凹凸状パターンの断面形状の、山部分と谷部分の幅の比率にしても、図示のような１対１の比率以外にも、露光条件を制御することにより異ならせることができる。
【実施例】
【００８５】
（実施例１）
図１に示される露光装置１０を使用して基板Ｗの露光を行い、基板Ｗの表面に複数の微細な凹凸状パターンを形成した。基板Ｗとして、ソーダライムガラス（フロートガラス）で板厚５ｍｍのものを使用した。基板Ｗを洗浄、乾燥させた後、フォトレジスト（ｇ線ポジ型フォトレジスト）を基板Ｗの表面に１０μｍの膜厚に塗布形成した。
【００８６】
レーザー光源１２としてＮｄ：ＹＡＧレーザー（ＳＨＧ波長５３２ｎｍ）を使用した。反射光ＬＲと透過光ＬＴの光束は、いずれも径５０ｍｍとした。
【００８７】
ピエゾ素子２７の駆動には三角波電圧を使用した。ピエゾ素子２７の駆動により透過光ＬＴの時間周波数を変調した結果、反射光ＬＲと透過光ＬＴとの光束間の時間周波数差に対応して、露光面における干渉縞の光強度分布が走行縞として振動する。
【００８８】
この走行縞の振動時定数τ３とフォトレジストの反応時定数τｌ（Ｉ）との関係が、以
下の式１を満たすようにピエゾ素子２７を振動させた。
【００８９】
τ３≒τｌ（Ｉ大）  且つ  τ３≪τｌ（Ｉ小）  ・・・（式１）
２０ｍＪ／ｃｍ2 程度の露光エネルギーで露光した後、専用の現像液で現像し、水洗してレジストパターンを得た。
（実施例２）
図５に示される露光装置１０’を使用して基板Ｗの露光を行い、基板Ｗの表面に複数の微細な凹凸状パターンを形成した。基板Ｗ、フォトレジスト及びレーザー光源１２の条件は、実施例１と同一とした。
【００９０】
音響光学素子２３により反射光ＬＲの時間周波数を変調した結果、反射光ＬＲと透過光ＬＴとの光束間の時間周波数差に対応して、露光面における干渉縞の光強度分布が走行縞として振動する。
【００９１】
この走行縞の振動時定数τ３とフォトレジストの反応時定数τｌ（Ｉ）との関係が、既
述した式１を満たすように音響光学素子２３を駆動させた。
【００９２】
２０ｍＪ／ｃｍ2 程度の露光エネルギーで露光した後、専用の現像液で現像し、水洗してレジストパターンを得た。
（実施例３）
図６に示される露光装置１０’’を使用して基板Ｗの露光を行い、基板Ｗの表面に複数の微細な凹凸状パターンを形成した。基板Ｗ及びフォトレジストの条件は、実施例１と同一とした。
【００９３】
レーザー光源１２により、実施例１及び２の連続光に代えて短パルスレーザー光を照射した。レーザーパルスの立ち上がり時定数τ２とフォトレジストの反応時定数τｌ（Ｉ）
との関係が、以下の式２を満たすようにパルス幅を調整して露光した。
【００９４】
τ２≒τｌ（Ｉ大）  且つ  τ２≪τｌ（Ｉ小）  ・・・（式２）
２０ｍＪ／ｃｍ2 程度の露光エネルギーで露光した後、専用の現像液で現像し、水洗してレジストパターンを得た。
（比較例）
図６に示される露光装置１０’’を使用して基板Ｗの露光を行い、基板Ｗの表面に複数の微細な凹凸状パターンを形成した。基板Ｗ及びフォトレジストの条件は、実施例３と同一とした。
【００９５】
ただし、レーザー光源１２として、波長が４８８ｎｍのアルゴンイオンレーザー装置を使用した。実施例１及び２と同様に連続光によって、試料Ｗの照射箇所の表面において、反射光ＬＲと透過光ＬＴとで光の干渉を生じさせる露光を行った。
【００９６】
２０ｍＪ／ｃｍ2 程度の露光エネルギーで露光した後、専用の現像液で現像し、水洗してレジストパターンを得た。
【００９７】
以上の実施例１〜３及び比較例により得られたレジストパターンの断面形状を測定した。基板Ｗを切断して、このレジストパターンの断面を顕微鏡により撮影して、凹凸状パターンの深さとピッチを測定し、アスペクト比（深さとピッチとの比）を得た。
【００９８】
実施例１、実施例２及び実施例３のアスペクト比（深さとピッチとの比）は、いずれも１．３であった。これに対し、比較例（従来方式）のアスペクト比は、０．７であった。このように、本発明によれば、干渉露光方式により形成される感光性材料（フォトレジスト等）のパターンのアスペクト比（深さとピッチとの比）を従来法よりも高くすることができることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明に係る凹凸状パターンの形成方法に使用される露光装置の構成図
【図２】フォトレジストの各波長における吸光度特性を示すグラフ
【図３】フォトレジストの入射光強度における透過率特性を示すグラフ
【図４】図１の試料の照射箇所近傍の状態を示した概念図
【図５】本発明に係る凹凸状パターンの形成方法に使用される露光装置の構成図
【図６】本発明に係る凹凸状パターンの形成方法に使用される露光装置の構成図
【図７】スタンパの作製工程を説明する概念図
【符号の説明】
【０１００】
１０、１０’、１０’’…露光装置、１２…レーザー光源、１４…第１のミラー、１６…第２のミラー、１８…第１のレンズ、２０…第２のレンズ、２２…ハーフミラー、２３…音響光学素子、２４…第３のミラー、２６…第４のミラー、２７…ピエゾ素子、４０…導電層、４２…ニッケル層（反転マザー）、４４…ニッケル層（Ｎｉマザー）、４６…ニッケル層（スタンパー）、ＬＲ…反射光、ＬＴ…透過光、Ｗ…試料（基板）
【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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