(57)【要約】【課題】  傾斜構造体の傾斜面を高精度で形成することができる製造方法を提供すること。【解決手段】  フォトレジスト層１０、アルミニウム膜２０およびガラス基板３０を一体で作製し、ガラス基板３０を水平面から傾斜させて中心線ＣＬ廻りに回転させながらピンホール４０ａを通して紫外光ＵＶをフォトレジスト層１０へ照射し、同心のリング状露光領域１１ａ，１２ａ，１３ａを形成する。リング状露光領域１１ａ，１２ａ，１３ａを除去し、アルミニウム膜２０に多重のリング状開口２１，２２，２３を形成した後に、ガラス基板３０側から多重のリング状開口２１，２２，２３を通して紫外光ＵＶを入射角０°でフォトレジスト層１０へ照射し、フォトレジスト層１０にリング状露光領域１１ｂ，１２ｂ，１３ｂを形成し、リング状露光領域１１ｂ，１２ｂ，１３ｂを除去する。【選択図】  図２
2006056145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に金属膜を形成する工程と、
前記金属膜上に感光性樹脂層を形成する工程と、
前記感光性樹脂層と微小開口を有する遮光部材とを近接して対向配置し、前記透明基板をその法線に平行な中心線廻りに回転させながら、前記微小開口を通して前記法線と所定の傾斜角度で露光光を照射することにより、前記感光性樹脂層を台形円錐筒状に部分露光する第１の露光工程と、
前記第１の露光工程で露光された前記感光性樹脂層の台形円錐筒状の部分領域を除去する工程と、
前記除去された台形円錐筒状の部分領域の金属膜のみを溶解除去して前記金属膜に輪帯状開口パターンを形成する工程と、
前記輪帯状開口パターンが形成された金属膜をマスクとして前記透明基板側から前記感光性樹脂層に垂直に前記露光光を照射することにより、前記感光性樹脂層を円筒状に部分露光する第２の露光工程と、
前記第２の露光工程で露光された前記感光性樹脂層の円筒状の部分領域を除去する工程とを行うことを特徴とする傾斜構造体の製造方法。
【請求項２】
透明基板上に金属膜を形成する工程と、
前記金属膜に同心で多重の輪帯状開口パターンを形成する工程と、
前記金属膜上に感光性樹脂層を形成する工程と、
前記透明基板と微小開口を有する遮光部材とを近接して対向配置し、前記透明基板をその法線に平行な中心線廻りに回転させながら、前記微小開口、前記透明基板および前記金属膜の輪帯状開口パターンを通して前記法線と所定の傾斜角度で露光光を照射することにより、前記感光性樹脂層を台形円錐筒状に部分露光する第１の露光工程と、
前記第１の露光工程で露光された前記感光性樹脂層の台形円錐筒状の部分領域を除去する工程と、
前記輪帯状開口パターンが形成された金属膜をマスクとして前記透明基板側から前記感光性樹脂層に垂直に前記露光光を照射することにより、前記感光性樹脂層を円筒状に部分露光する第２の露光工程と、
前記第２の露光工程で露光された前記感光性樹脂層の円筒状の部分領域を除去する工程とを行うことを特徴とする傾斜構造体の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の傾斜構造体の製造方法において、
前記第１の露光工程は、前記微小開口と前記感光性樹脂層とを前記法線に直交する平面に沿って相対的に移動させて繰り返し行うことを特徴とする傾斜構造体の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の傾斜構造体の製造方法において、
前記第１の露光工程は、前記微小開口と前記感光性樹脂層との相対的移動の度に前記所定の傾斜角度を変更することにより、前記台形円錐筒体の傾斜面角度をそれぞれ異なるようにすることを特徴とする傾斜構造体の製造方法。
【請求項５】
透明基板上に感光性樹脂層を形成する工程と、
前記透明基板をその法線に平行な中心線廻りに回転させながら、前記透明基板と前記感光性樹脂層との境界面の所定の集光位置に集光するように露光光を所定の入射角で前記感光性樹脂層へ照射することにより、前記感光性樹脂層を台形円錐筒状に部分露光する第１の露光工程と、
前記透明基板をその法線に平行な中心線廻りに回転させながら、前記集光位置に集光するように前記露光光の前記入射角をほぼ０°として前記感光性樹脂層へ照射することにより、前記感光性樹脂層を円筒状に部分露光する第２の露光工程と、
前記第１及び第２の露光工程で露光された前記感光性樹脂層の部分領域を除去する工程とを行うことを特徴とする傾斜構造体の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の傾斜構造体の製造方法において、
前記第１及び第２の露光工程は、前記所定の集光位置を径方向に変えて繰り返し行うことを特徴とする傾斜構造体の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の傾斜構造体の製造方法において、
前記第１の露光工程は、前記所定の集光位置を径方向に変える度に前記所定の入射角を変更することにより、前記台形円錐筒体の傾斜面角度をそれぞれ異なるようにすることを特徴とする傾斜構造体の製造方法。
【請求項８】
透明基板上に感光性樹脂層を形成する工程と、
径方向に配列される複数の開口を平面側に有する平凸レンズの外周上の一点を光軸方向に延長した延長線に、前記透明基板の法線に平行な中心線を一致させ、前記平凸レンズに前記感光性樹脂層を所定間隔で対向配置する工程と、
前記透明基板を前記中心線廻りに回転させながら前記平凸レンズの複数の開口を通して露光光を照射することにより、前記感光性樹脂層を多重の台形円錐筒状に部分露光する第１の露光工程と、
前記平凸レンズの複数の開口に対応する位置に複数の開口を有する透明平板の外周上の一点を光軸方向に延長した延長線に、前記透明基板の法線に平行な中心線を一致させ、前記透明平板に前記感光性樹脂層を所定間隔で対向配置する工程と、
前記透明基板を前記中心線廻りに回転させながら前記透明平板の複数の開口を通して露光光を照射することにより、前記感光性樹脂層を円筒状に部分露光する第２の露光工程と、
前記第１及び第２の露光工程で露光された前記感光性樹脂層の部分領域を除去する工程とを行うことを特徴とする傾斜構造体の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の製造方法で作製される傾斜構造体を前記金属膜の表面に形成して成ることを特徴とする金型用母型。
【請求項１０】
請求項５〜８のいずれか一項に記載の製造方法で作製される傾斜構造体を有することを特徴とする金型用母型。
【請求項１１】
請求項４に記載の製造方法で作製される傾斜構造体がフレネルレンズ形状であることを特徴とする金型用母型。
【請求項１２】
請求項９または１０に記載の金型用母型を転写して作製される金型。
【請求項１３】
請求項１１に記載の金型用母型を転写して作製されるフレネルレンズ用金型。
【請求項１４】
請求項１３に記載のフレネルレンズ用金型により作製されるマイクロフレネルレンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、傾斜構造を有する微小部品の製造方法およびこの方法で製造された金型用母型に関する。
【背景技術】
【０００２】
フレネルレンズのようにレンズ中心に向かって傾斜している構造をもつ微小部品の製造には、ＮＣ工作機械による切削加工やグレースケールマスクを用いて露光するフォトリソグラフィー技術が用いられている。光の透過率がシートの面方向で連続的に変わるグレースケールマスクを用いる３次元微細加工では、このグレースケールマスクを基板上に形成したフォトレジスト層に接触させ、グレースケールマスクを通してフォトレジスト層に紫外光を照射する。フォトレジスト層は、露光量に比例してエッチングレートが増えるため、露光後にエッチングをすると紫外光の露光量に応じて表面に傾斜を形成することができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１５２７５号公報（第２，５頁、図６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１のグレースケールマスクを用いる３次元微細加工では、露光されたフォトレジスト層をグレースケールマスクの濃淡分布に正確に比例したエッチング深さでエッチングするためには、フォトレジストの材質やエッチング条件などを厳密にコントロールしなければならず、傾斜面を高精度で形成するのは難しいという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）上記問題点を解決するために、請求項１に係る発明の傾斜構造体の製造方法は、透明基板上に金属膜を形成する工程と、金属膜上に感光性樹脂層を形成する工程と、感光性樹脂層と微小開口を有する遮光部材とを近接して対向配置し、透明基板をその法線に平行な中心線廻りに回転させながら、微小開口を通して法線と所定の傾斜角度で露光光を照射することにより、感光性樹脂層を台形円錐筒状に部分露光する第１の露光工程と、第１の露光工程で露光された感光性樹脂層の台形円錐筒状の部分領域を除去する工程と、除去された台形円錐筒状の部分領域の金属膜のみを溶解除去して金属膜に輪帯状開口パターンを形成する工程と、輪帯状開口パターンが形成された金属膜をマスクとして透明基板側から感光性樹脂層に垂直に露光光を照射することにより、感光性樹脂層を円筒状に部分露光する第２の露光工程と、第２の露光工程で露光された感光性樹脂層の円筒状の部分領域を除去する工程とを行うことを特徴とする。
【０００６】
（２）請求項２に係る発明の傾斜構造体の製造方法は、透明基板上に金属膜を形成する工程と、金属膜に同心で多重の輪帯状開口パターンを形成する工程と、金属膜上に感光性樹脂層を形成する工程と、透明基板と微小開口を有する遮光部材とを近接して対向配置し、透明基板をその法線に平行な中心線廻りに回転させながら、微小開口、透明基板および金属膜の輪帯状開口パターンを通して法線と所定の傾斜角度で露光光を照射することにより、感光性樹脂層を台形円錐筒状に部分露光する第１の露光工程と、第１の露光工程で露光された感光性樹脂層の台形円錐筒状の部分領域を除去する工程と、輪帯状開口パターンが形成された金属膜をマスクとして透明基板側から感光性樹脂層に垂直に露光光を照射することにより、感光性樹脂層を円筒状に部分露光する第２の露光工程と、第２の露光工程で露光された感光性樹脂層の円筒状の部分領域を除去する工程とを行うことを特徴とする。
（３）請求項３に係る発明の傾斜構造体の製造方法は、請求項１または２の傾斜構造体の製造方法において、第１の露光工程は、微小開口と感光性樹脂層とを前記法線に直交する平面に沿って相対的に移動させて繰り返し行ってもよい。
また、請求項４に係る発明の傾斜構造体の製造方法は、請求項３の傾斜構造体の製造方法において、第１の露光工程は、微小開口と感光性樹脂層との相対的移動の度に所定の傾斜角度を変更することにより、台形円錐筒体の傾斜面角度をそれぞれ異なるようにしてもよい。
【０００７】
（４）請求項５に係る発明の傾斜構造体の製造方法は、透明基板上に感光性樹脂層を形成する工程と、透明基板をその法線に平行な中心線廻りに回転させながら、透明基板と感光性樹脂層との境界面の所定の集光位置に集光するように露光光を所定の入射角で感光性樹脂層へ照射することにより、感光性樹脂層を台形円錐筒状に部分露光する第１の露光工程と、透明基板をその法線に平行な中心線廻りに回転させながら、集光位置に集光するように露光光の入射角をほぼ０°として感光性樹脂層へ照射することにより、感光性樹脂層を円筒状に部分露光する第２の露光工程と、第１及び第２の露光工程で露光された感光性樹脂層の部分領域を除去する工程とを行うことを特徴とする。
請求項６に係る発明の傾斜構造体の製造方法は、請求項５の傾斜構造体の製造方法において、第１及び第２の露光工程は、所定の集光位置を変えて繰り返し行ってもよい。
また、請求項７に係る発明の傾斜構造体の製造方法は、請求項６の傾斜構造体の製造方法において、第１の露光工程は、所定の集光位置を変える度に所定の入射角を変更することにより、台形円錐筒体の傾斜面角度をそれぞれ異なるようにすることができる。
【０００８】
（５）請求項８に係る発明の傾斜構造体の製造方法は、透明基板上に感光性樹脂層を形成する工程と、径方向に配列される複数の開口を平面側に有する平凸レンズの外周上の一点を光軸方向に延長した延長線に、透明基板の法線に平行な中心線を一致させ、平凸レンズに感光性樹脂層を所定間隔で対向配置する工程と、透明基板を中心線廻りに回転させながら平凸レンズの複数の開口を通して露光光を照射することにより、感光性樹脂層を多重の台形円錐筒状に部分露光する第１の露光工程と、平凸レンズの複数の開口に対応する位置に複数の開口を有する透明平板の外周上の一点を光軸方向に延長した延長線に、透明基板の法線に平行な中心線を一致させ、透明平板に感光性樹脂層を所定間隔で対向配置する工程と、透明基板を前記中心線廻りに回転させながら透明平板の複数の開口を通して露光光を照射することにより、感光性樹脂層を円筒状に部分露光する第２の露光工程と、第１及び第２の露光工程で露光された感光性樹脂層の部分領域を除去する工程とを行うことを特徴とする。
【０００９】
（６）請求項９に係る発明の金型用母型は、請求項１〜４のいずれかの製造方法で作製される傾斜構造体を金属膜の表面に形成して成ることを特徴とする。
請求項１０に係る発明の金型用母型は、請求項５〜８のいずれかの製造方法で作製される傾斜構造体を有することを特徴とする。
請求項１１に係る発明の金型用母型は、請求項４の製造方法で作製される傾斜構造体がフレネルレンズ形状であることを特徴とする。
請求項１２に係る発明の金型は、請求項９または１０の金型用母型を転写して作製される金型であることを特徴とする。
請求項１３に係る発明のフレネルレンズ用金型は、請求項１１の金型用母型を転写して作製されるフレネルレンズ用金型であることを特徴とする。
請求項１４に係る発明のマイクロフレネルレンズは、請求項１３のフレネルレンズ用金型により作製されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、中心線廻りに回転している感光性樹脂層に対して露光光を所定の傾斜角度で照射し、感光性樹脂層を輪帯状に部分露光するようにしたので、感光性樹脂層にその傾斜角度に応じた傾斜面を高精度で形成することができる。また、このような傾斜面を有する傾斜構造体を金型用母型とすることにより、この母型から作製される金型にも傾斜面を高精度で形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態による傾斜構造体の製造方法について、図１〜１１を参照しながら説明する。
【００１２】
〈第１の実施の形態〉
図１は、本発明の第１の実施の形態による製造方法で作製されたフレネルレンズ母型の構造を模式的に示す断面図である。フレネルレンズ母型１は、傾斜構造を有するフォトレジスト層１０、アルミニウム膜２０Ａおよびガラス基板３０が一体化され、ガラス基板３０に垂直な中心線ＣＬに対して回転対称の形状をなしている。フォトレジスト層１０は、輪帯状のフォトレジスト１１〜１５から成り、中心線ＣＬに最も近いフォトレジスト１１の傾斜面が最も緩やかであり、中心線ＣＬから遠ざかるにつれて傾斜面が急になり、全体として正のパワーをもつ凸レンズの機能を有する。アルミニウム膜２０Ａは、同心で多重の輪帯状の開口２１〜２４のパターンを有する。
【００１３】
図２は、図１のフレネルレンズ母型１の製造工程を説明する図であり、（ａ）〜（ｊ）は工程順に示す図である。以下、図中、左右方向を水平、上下方向を垂直と呼ぶ。
図２（ａ）に示すように、ガラス基板３０上に厚さ１μｍ程度のアルミニウム膜２０をスパッタリング法で形成し、アルミニウム膜２０上に厚さ２０μｍ程度のポジ型のフォトレジスト層１０をコーティングする。
【００１４】
図２（ｂ）に示すように、アルミニウム膜２０とフォトレジスト層１０とが形成されたガラス基板３０を水平面から角度θ１傾斜させ、ピンホール４０ａを有するマスク４０をフォトレジスト層１０に近接配置し、ピンホール４０ａを通して紫外光ＵＶを上から下にフォトレジスト層１０へ照射する。つまり、紫外光ＵＶのフォトレジスト層１０への入射角はθ１であり、その照射による露光領域１１ａは線状である。
図２（ｃ）に示すように、ガラス基板３０を中心線ＣＬ廻りに回転させながら紫外光ＵＶを照射すると、露光領域１１はリング状となる。このリング状露光領域１１は、詳細には、円錐筒の頭部を切り取った台形状円錐筒の形状である。
【００１５】
図２（ｄ）に示すように、ガラス基板３０を水平面から角度θ２（＜θ１）傾斜させ、マスク４０を図２（ｃ）の位置からガラス基板３０の径方向であるＸ方向にスライドさせる。そして、ピンホール４０ａを通して紫外光ＵＶを上から下にフォトレジスト層１０へ照射すると、線状の露光領域１２ａが形成される。
図２（ｅ）に示すように、ガラス基板３０を中心線ＣＬ廻りに回転させながら紫外光ＵＶを照射し、リング状露光領域１１ａと同心のリング状露光領域１２ａを形成する。リング状露光領域１２ａは、角度θ２＜θ１であるからリング状露光領域１１ａよりも傾斜面が急となる。リング状露光領域１２ａも、リング状露光領域１１ａと同じく台形状円錐筒の形状である。
【００１６】
図２（ｆ）は、同様に、リング状露光領域１３ａを形成し、同心のリング状露光領域１１ａ〜１３ａの部分露光が終了した状態を示す。
図２（ｇ）に示すように、リング状露光領域１１ａ〜１３ａを溶解除去する。
図２（ｈ）に示すように、溶解除去された空間を通してエッチング液をアルミニウム膜２０へ接触させ、その接触部分のアルミニウム膜２０を溶解除去する。アルミニウム膜２０には、同心で多重のリング状開口２１，２２，２３が形成され、このような開口パターンをもつアルミニウム膜２０をアルミニウム膜２０Ａとして以下用いる。
【００１７】
図２（ｉ）に示すように、ガラス基板３０側からアルミニウム膜２０Ａのリング状開口２１，２２，２３を通して紫外光ＵＶを入射角０°でフォトレジスト層１０へ照射すると、フォトレジスト層１０にリング状露光領域１１ｂ，１２ｂ，１３ｂが形成される。リング状露光領域１１ｂ，１２ｂ，１３ｂのそれぞれは円筒状である。
図２（ｊ）に示すように、リング状露光領域１１ｂ，１２ｂ，１３ｂを溶解除去すると、フレネルレンズ母型１が完成する。この工程については、図３を用いて詳述する。
【００１８】
図３は、図２（ｊ）のフォトレジスト層１０の溶解除去の過程を模式的に示す部分断面図である。図２（ｉ）の工程で形成されたリング状露光領域１１ｂ，１２ｂ，１３ｂを溶解除去すると、フォトレジスト層１０の露光されなかった領域１１ｃ，１２ｃ，１３ｃも離脱してフォトレジスト層１０の残存領域は、リング状領域１１，１２，１３だけとなり、フレネルレンズの構造が完成する。
【００１９】
本実施の形態では、図２（ｂ）〜（ｅ）で示した第１の露光工程でリング状露光領域１１ａ，１２ａ，１３ａを形成してこれらを部分除去することにより、傾斜面の寸法や角度を高精度で作製することができる。また、ガラス基板３０の傾斜角度θ１，θ２を変えることにより、フレネルレンズ母型の傾斜面の角度を自由に変えることができる。
【００２０】
フレネルレンズ母型１から金型を製作する方法を説明する。フレネルレンズ母型１のリング状領域１１，１２，１３から成るフォトレジスト層１０の表面に、下地金属としてチタンおよびパラジウムをスパッタリング法により連続して成膜する。チタンおよびパラジウムの２層膜上にニッケル層を電気メッキ法により厚く析出させ、フレネルレンズ母型１を除去することにより金型を製作する。電気メッキ法の代わりに、無電解メッキ法を用いることもできる。
【００２１】
この金型からプラスチック製のマイクロフレネルレンズを作製するには、溶融または流動状態にあるプラスチック材料を射出成型、圧縮成型、押出成型または紫外線硬化等により加工する一般の製造法が用いられる。特に射出成型は、他の成型法と比べて、複雑形状を有する高精度部品の加工に適しており、部品の寸法安定性にも優れている。また、現在の射出成型機は、生産の自動化がなされており、多量生産が可能である。射出成型に用いられる樹脂材料には、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＡＢＳ樹脂、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の熱可塑性樹脂、およびフェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂がある。なお、ガラス製のマイクロフレネルレンズの作製には、例えばガラスモールド法が用いられる。
【００２２】
〈第２の実施の形態〉
図４は、本発明の第２の実施の形態によるフレネルレンズ母型の製造工程を説明する図である。本実施の形態では、第１の実施の形態で説明した構成部品、領域などに対応するものには同一符号を付す。
【００２３】
図４（ａ）は、ガラス基板３０上にアルミニウム膜２０をスパッタリング法で形成した状態を示す。アルミニウム膜２０に対して多重のリング状開口を有するマスクを用いてエッチング加工を施し、図４（ｂ）に示すように、中心線ＣＬを同心とする多重のリング状開口２１，２２，２３を有するパターン付きアルミニウム膜２０Ａとした後に、パターン付きアルミニウム膜２０Ａ上にフォトレジスト層１０を形成する。
【００２４】
図４（ｃ）に示すように、パターン付きアルミニウム膜２０Ａとフォトレジスト層１０とが形成されたガラス基板３０を水平面から角度θ１傾斜させ、ピンホール４０ａを有するマスク４０をフォトレジスト層１０に近接配置し、ガラス基板３０を中心線ＣＬ廻りに回転させながらピンホール４０ａを通して紫外光ＵＶを上から下にフォトレジスト層１０へ入射角θ１で照射する。このとき、ピンホール４０ａがリング状開口２１の真上に位置するように位置決めする。紫外光ＵＶの照射による露光領域１１ａはリング状、すなわち台形状円錐筒の形状となる。
【００２５】
図４（ｄ）は、ガラス基板３０とマスク４０を水平面から角度θ２（＜θ１）傾斜させ、マスク４０を図４（ｃ）の位置からＸ方向にスライドさせ、ガラス基板３０を中心線ＣＬ廻りに回転させながらピンホール４０ａを通して紫外光ＵＶを上から下にフォトレジスト層１０へ入射角θ２で照射し、リング状露光領域１１ａと同心のリング状露光領域１２ａを形成した状態を示す。リング状露光領域１２ａは、角度θ２＜θ１であるからリング状露光領域１１よりも傾斜面が急となる。
【００２６】
図４（ｅ）は、同様に、リング状露光領域１３ａを形成し、同心のリング状露光領域１１ａ〜１３ａの部分露光が終了した状態を示す。
図４（ｆ）に示すように、リング状露光領域１１ａ，１２ａ，１３ａを溶解除去する。
図４（ｇ）は、ガラス基板３０側からアルミニウム膜２０Ａの多重のリング状開口２１，２２，２３を通して紫外光ＵＶを入射角０°でフォトレジスト層１０へ照射し、フォトレジスト層１０にリング状露光領域１１ｂ，１２ｂ，１３ｂを形成した状態を示す。
図４（ｈ）は、リング状露光領域１１ｂ，１２ｂ，１３ｂを溶解除去し、フレネルレンズ母型が完成した状態を示す。なお、図４（ｆ）と図４（ｇ）を入れ替えて、第１と第２の露光工程が終わった後で、リング状露光領域１１ａ，１２ａ，１３ａとリング状露光領域１１ｂ，１２ｂ，１３ｂを同時に除去してもよい。フレネルレンズ母型１から金型を製作する方法および金型からマイクロフレネルレンズを作製する方法については、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００２７】
本実施の形態のフレネルレンズ母型の製造方法も、第１の実施の形態の製造方法と同様、傾斜面の寸法や角度を高精度で作製することができ、ガラス基板３０の傾斜角度θ１，θ２を変えることにより、フレネルレンズ母型１の傾斜面の角度を自由に変えることができる。また、フレネルレンズ母型１を転写して作製した金型も、その金型を使用して大量に製作されるフレネルレンズも斜面の寸法や角度を高精度に作製することができる。
【００２８】
〈第３の実施の形態〉
図５は、本発明の第３の実施の形態によるフレネルレンズ母型の製造工程を説明する図である。本実施の形態では、第１および第２の実施の形態で説明した構成部品、領域などに対応するものには同一符号を付す。
【００２９】
図５（ａ）に示すように、ガラス基板３０上に厚さ２０μｍ程度のフォトレジスト層１０を形成した後に、ガラス基板３０を中心線ＣＬ廻りに回転させながらレーザ光学系５０から射出される紫外レーザ光Ｌ１を入射角θ３でフォトレジスト層１０へ照射する。このとき、紫外レーザ光Ｌ１がフォトレジスト層１０とガラス基板３０の境界面上の集光位置Ｆ１に集光するようにレーザ光学系５０を配置する。これにより、紫外レーザ光Ｌ１によるリング状露光領域１１ａが形成される。このリング状露光領域１１ａも上下の肉厚が若干異なるが、台形状円錐筒の形状である。なお、図５では、フォトレジスト層１０の右半分の露光については図示を省略している。
【００３０】
図５（ｂ）は、レーザ光照射を停止した上で、レーザ光学系５０を紫外レーザ光Ｌ１の入射角θ３の角度から入射角がほぼ０°になるまで回転させた後に、ガラス基板３０を中心線ＣＬ廻りに回転させながら紫外レーザ光Ｌ１をほぼ入射角０°でフォトレジスト層１０へ照射した状態を示す。このときも、紫外レーザ光Ｌ１が集光位置Ｆ１に集光するようにレーザ光学系５０を位置決めする。これにより、紫外レーザ光Ｌ１によるリング状露光領域１１ｂが形成される。
【００３１】
図５（ｃ）は、レーザ光学系５０を図５（ｂ）の位置からガラス基板３０の径方向であるＸ方向にスライドさせ、ガラス基板３０を中心線ＣＬ廻りに回転させながら紫外レーザ光Ｌ１を入射角θ４（＞θ３）でフォトレジスト層１０へ照射した状態を示す。このとき、紫外レーザ光Ｌ１がフォトレジスト層１０とガラス基板３０の境界面上の集光位置Ｆ２に集光するようにレーザ光学系５０を位置決めする。これにより、紫外レーザ光Ｌ１によるリング状露光領域１２ａが形成される。
【００３２】
その後、図５（ｂ）で説明したのと同様に、レーザ光照射を停止した上で、レーザ光学系５０を紫外レーザ光Ｌ１の入射角θ４の角度から入射角がほぼ０°になるまで回転させ、ガラス基板３０を中心線ＣＬ廻りに回転させながら紫外レーザ光Ｌ１をほぼ入射角０°でフォトレジスト層１０へ照射する。これにより、紫外レーザ光Ｌ１によるリング状露光領域１２ｂが形成される。なお、本実施の形態では、レーザ光学系５０を回転あるいはスライドさせたが、フォトレジスト層１０とレーザ光学系５０との位置関係は相対的なものであるから、レーザ光学系５０は固定しておき、フォトレジスト層１０が形成されたガラス基板３０を回転あるいはスライドさせてもよい。金型およびマイクロフレネルレンズを作製する方法については、第１および第２の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００３３】
このようにして、リング状露光領域を繰り返し形成した後に、その多重のリング状露光領域を除去すれば、図１に示されるようなフレネルレンズ母型１が完成する。また、以上の説明から分かるように、本実施の形態では、フォトレジスト層１０とガラス基板３０の間にはパターン付きアルミニウム膜２０Ａを設ける必要がない。従って、第１および第２の実施の形態の製造方法と同様の効果を奏するとともに、パターン付きアルミニウム膜２０Ａを形成する工程を省略することができる。
【００３４】
〈第４の実施の形態〉
図６は、本発明の第４の実施の形態によるフレネルレンズ母型の製造工程を説明する図であり、図６（ａ）は上面図、図６（ｂ）と図６（ｃ）は側面図である。本実施の形態では、第１〜第３の実施の形態で説明した構成部品、領域などに対応するものには同一符号を付す。
【００３５】
図６に示されるように、フォトレジスト層１０が形成されたガラス基板３０と、平凸レンズ基材６０ａおよびパターニングされたアルミニウム膜６０ｂから成るマスク付き平凸レンズ６０とを上下方向に対向させて配置する。ガラス基板３０とマスク付き平凸レンズ６０の径はほぼ同じである。ガラス基板３０の中心線ＣＬとマスク付き平凸レンズ６０の光軸ＡＸとは平行であり、中心線ＣＬにマスク付き平凸レンズ６０の外周部が位置し、光軸ＡＸ上にガラス基板３０の外周部が位置するように、ガラス基板３０とマスク付き平凸レンズ６０とを位置決めして対向配置する。アルミニウム膜６０ｂは、平凸レンズ６０の平面側に配設され、アルミニウム膜６０ｂには、微小な開口６１〜６４がマスク付き平凸レンズ６０の径方向に並ぶように形成されている。
【００３６】
上記の配置で、ガラス基板３０を中心線ＣＬ廻りに回転させながら、開口６１〜６４を通して平行光束の紫外光ＵＶを上から下にフォトレジスト層１０へ照射する。開口６１〜６４を通過した紫外光ＵＶの４本のビームは、それぞれ平凸レンズ基材６０ａによる屈折作用を受け、焦点位置Ｆに集光するように進行するので、フォトレジスト層１０には、図６（ｂ）に示すように、同心で多重のリング状露光領域１１ａ〜１４ａが形成される。なお、図６では、フォトレジスト層１０の右半分の露光については図示を省略している。
【００３７】
次に、図６（ｃ）に示すように、マスク付き平凸レンズ６０に代えてマスク付きガラス平板７０を配置する。マスク付きガラス平板７０のアルミニウム膜７０ｂには、微小な開口７１〜７４がマスク付きガラス平板７０の径方向に並ぶように形成されている。ガラス基板３０を中心線ＣＬ廻りに回転させながら、開口７１〜７４を通して平行光束の紫外光ＵＶをフォトレジスト層１０へ垂直照射し、フォトレジスト層１０にリング状露光領域１１ｂ〜１４ｂを形成する。リング状露光領域１１ａ〜１４ａと１１ｂ〜１４ｂを溶解除去し、フレネルレンズ母型が完成する。
【００３８】
なお、本実施の形態では、平凸レンズ基材６０ａによる屈折作用を利用してリング状露光領域１１ａ〜１４ａを形成したが、平凸レンズ基材６０ａに代えて、光軸に直交する１方向のみに屈折力を有するシリンドリカルレンズを用いてもよい。また、平凸レンズ基材６０ａの正の屈折力を変えることにより、フレネルレンズ母型の傾斜面の角度を自由に変えることができる。金型およびマイクロフレネルレンズを作製する方法については、第１〜第３の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００３９】
本実施の形態でも、第１〜第３の実施の形態の製造方法と同様の効果を奏するとともに、ガラス基板３０を傾斜させる工程はないので、ガラス基板３０を保持するホルダーにも傾斜機能は必要なく、傾斜角度を精度よく設定する機構も工程も省略でき、コスト低減に寄与する。また、マスク付き平凸レンズ６０を用いた一括露光でリング状露光領域１１ａ〜１４ａを形成できるので、露光時間の短縮を図ることもできる。
【００４０】
続いて、本発明の実施の形態の変形例について説明する。
図７は、本発明の実施の形態の第１の変形例を説明する概略図であり、図７（ａ）は、フレネルレンズ母型の製造工程を説明する側面図、図７（ｂ）は下面図である。多重のリング状開口２１〜２４を有するパターン付きアルミニウム膜２０Ａとフォトレジスト層１０とが形成されたガラス基板３０を水平に配置し、ガラス基板３０と所定間隔でスリット付きマスク８０を対向配置する。スリット付きマスク８０には、図７（ｂ）に示されるように、中心Ｃと矩形の一辺とを結ぶ直線状の開口であるスリット８０ａが形成されている。露光用の光源としては、エキシマレーザを用い、エキシマレーザ光Ｌ２がスリット付きマスク８０のスリット８０ａを通ってガラス基板３０に斜めに入射するように、光源と光学系を配置する。
【００４１】
上記の配置で、ガラス基板３０を中心線ＣＬ廻りに回転させながら、スリット８０ａ、ガラス基板３０、パターン付きアルミニウム膜２０Ａを順次通してエキシマレーザ光Ｌ２をフォトレジスト層１０へ照射する。エキシマレーザ光Ｌ２は、凸レンズ８５により集光点Ｓに収束し、集光点Ｓを点光源として拡がり、スリット付きマスク８０を照射する。エキシマレーザ光Ｌ２は、スリット８０ａとパターン付きアルミニウム膜２０Ａのリング状開口２１〜２４とにより４本のビームとなってフォトレジスト層１０を露光する。エキシマレーザ光Ｌ２のうち、図７（ｂ）の符号２１ａ〜２４ａで示す領域を通った光がフォトレジスト層１０の露光に実質的に寄与する。フォトレジスト層１０には、図７（ａ）に示すように、多重のリング状露光領域１１ａ〜１４ａが形成される。なお、図７では、フォトレジスト層１０の右半分の露光については図示を省略している。この後の工程は、第１または第２の実施の形態と同様であるので説明を省略する。斜め入射の角度と凸レンズ８５の焦点距離を変えることにより、台形状円錐筒形状のリング状露光領域１１ａ〜１４ａの傾斜面の角度を自由に変えることができる。
【００４２】
図８は、本発明の実施の形態の第２の変形例を説明する概略図である。パターン付きアルミニウム膜２０Ａとフォトレジスト層１０とパターン付きアルミニウム層９０Ａとが形成されたガラス基板３０を水平配置し、パターン付きアルミニウム層９０Ａの上方に、エキシマレーザ光Ｌ２を集光する凸レンズ９５，９６，９７のいずれか１つを配置する。パターン付きアルミニウム膜２０Ａには、リング状開口２１，２２，２３が形成され、パターン付きアルミニウム層９０Ａには、リング状開口９１，９２，９３が形成されている。リング状開口９１，９２，９３の直径は、それぞれ対応するリング状開口２１，２２，２３の直径よりも小さく設定されている。すなわち、リング状開口９１とリング状開口２１とを結ぶ傾斜面の角度、リング状開口９２とリング状開口２２とを結ぶ傾斜面の角度、リング状開口９３とリング状開口２３とを結ぶ傾斜面の角度は、順に傾斜が増すように設定される。凸レンズ９５，９６，９７は、それぞれ焦点距離が異なり、それぞれＹ方向に移動できるように構成されている。
【００４３】
凸レンズ９５を上下方向の位置ｙ１に設置した場合は、エキシマレーザ光Ｌ２をパターン付きアルミニウム層９０Ａに入射させると、エキシマレーザ光Ｌ２は、凸レンズ９５の屈折力（焦点距離）に応じた拡がり角でリング状開口９１を通ってフォトレジスト層１０を露光し、リング状露光領域１１ａが形成される。同様に、凸レンズ９６を位置ｙ２に設置した場合は、リング状露光領域１２ａが形成され、凸レンズ９７を位置ｙ３に設置した場合は、リング状露光領域１３ａが形成される。露光がすべて終了した段階でパターン付きアルミニウム層９０Ａを除去する。この後の工程は、第１または第２の実施の形態と同様であるので説明を省略する。なお、凸レンズ９５，９６，９７の焦点距離を変えることにより、リング状露光領域１１ａ〜１４ａの傾斜面の角度を自由に変えることができる。この場合、リング状開口２１，２２，２３とリング状開口９１，９２，９３のそれぞれの位置関係もレンズパワーと相関して設定する。
【００４４】
図９は、本発明の実施の形態の第３の変形例を説明する概略図である。アルミニウム膜２０とフォトレジスト層１０とが形成されたガラス基板３０を水平に配置し、フォトレジスト層１０と所定間隔で光ファイバホルダー１００を対向配置する。光ファイバホルダー１００には、光ファイバ１０１，１０２，１０３がそれぞれ異なる傾斜角で保持されている。
【００４５】
ガラス基板３０を中心線ＣＬ廻りに回転させながら各光ファイバから平行光束のエキシマレーザ光Ｌ２をそれぞれの入射角でフォトレジスト層１０へ向けて照射する。光ファイバ１０１からの平行光束のエキシマレーザ光Ｌ２によりリング状露光領域１１ａが形成される。同様に、光ファイバ１０２からの平行光束のエキシマレーザ光Ｌ２によりリング状露光領域１２ａが形成され、光ファイバ１０３からの平行光束のエキシマレーザ光Ｌ２によりリング状露光領域１３ａが形成される。この後の工程は、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。なお、光ファイバ１０１，１０２，１０３の傾斜角を変えることにより、台形状円錐筒形状のリング状露光領域１１ａ〜１４ａの傾斜面の角度を自由に変えることができる。
【００４６】
図１０は、本発明の実施の形態の第４の変形例を説明する概略図である。図１０では、中心線ＣＬの右半分を省略し、左半分のみを示す。
図１０（ａ）は、ネガ型フォトレジスト層１１０が形成されたガラス基板３０を水平配置し、先述した第３あるいは第４の実施の形態と同じ方法で、ネガ型フォトレジスト層１１０中にリング状露光領域１１１ａ，１１２ａ，１１３ａを形成した状態を示す。
【００４７】
図１０（ｂ）は、ネガ型フォトレジスト層１１０をエッチングし、前述したような台形状円錐筒形状のリング状露光領域１１１ａ，１１２ａ，１１３ａのみを残した状態を示す。本変形例では、ネガ型フォトレジストを用いているので、未露光部分がエッチング液に溶解して除去される。
図１０（ｃ）は、リング状露光領域１１１ａ，１１２ａ，１１３ａの表面にアルミニウム膜１２０をスパッタリング法で形成した状態を示す。
【００４８】
図１０（ｄ）は、アルミニウム膜１２０が形成されたリング状露光領域１１１ａ，１１２ａ，１１３ａを完全に埋めるように、ネガ型フォトレジスト層１３０をコーティングした状態を示す。
図１０（ｅ）は、ガラス基板３０側から紫外光ＵＶをネガ型フォトレジスト層１３０へ垂直照射し、ネガ型フォトレジスト層１３０にリング状露光領域１３１ａ，１３２ａ，１３３ａを形成した状態を示す。ネガ型フォトレジスト層１３０中の他の部分は、アルミニウム膜１２０により遮光されるため露光しない。
【００４９】
図１０（ｆ）は、ネガ型フォトレジスト層１３０をエッチングしてリング状露光領域１１３１，１３２，１３３のみを残し、アルミニウム膜１２０を溶解除去した状態を示す。リング状露光領域１１１ａ＋１３１ａ，１１２ａ＋１３２ａ，１１３ａ＋１３３ａによる傾斜構造をもつフレネルレンズ母型が完成する。
【００５０】
図１１は、本発明の実施の形態の第５の変形例を説明する概略図である。図１１では、中心線ＣＬの左半分のみを示す。
図１１（ａ）は、同心の多重リングパターンをもつマスクを介してＩＣＰ−ＲＩＥ（inductively coupled plasma - reactive ion etching）により、シリコン基板１４０をエッチングしたときの状態を示す。シリコン基板１４０の表面に、同心で多重の環状凹部１４１，１４２，１４３が形成される。
【００５１】
図１１（ｂ）は、シリコン基板１４０にフォトレジスト層１５０をコーティングした状態を示す。シリコン基板１４０の凹部には、リング状フォトレジスト層１５１，１５２，１５３が形成される。
図１１（ｃ）は、シリコン基板１４０を中心線ＣＬ廻りに回転させながら紫外光ＵＶをシリコン基板１４０の中心線ＣＬ側から外周側へ斜めにフォトレジスト層１５０に照射し、リング状フォトレジスト層１５１，１５２，１５３にそれぞれリング状露光領域１５１ｂ，１５２ｂ，１５３ｂを形成した状態を示す。この変形例では、紫外光ＵＶをフォトレジスト層１５０に斜め入射させるため、リング状フォトレジスト層１５１，１５２，１５３には、それぞれ未露光部分１５１ａ，１５２ａ，１５３ａが生じる。
【００５２】
図１１（ｄ）は、リング状フォトレジスト層１５１，１５２，１５３をマスクとしてＩＣＰ−ＲＩＥにより、シリコン基板１４０をエッチングしたときの状態を示す。
図１１（ｅ）は、凹凸表面にアルミニウム膜１６０をスパッタリング法で形成した状態を示す。
図１１（ｆ）は、アルミニウム膜１６０で覆われた凹凸表面の凹部にリング状フォトレジスト層１７１，１７２，１７３をコーティングした状態を示す。
【００５３】
図１１（ｇ）は、シリコン基板１４０を中心線ＣＬ廻りに回転させながら紫外光ＵＶをシリコン基板１４０の中心線ＣＬ側から外周側へ斜めにフォトレジスト層に照射し、リング状フォトレジスト層１７１，１７２，１７３にそれぞれリング状露光領域１７１ｂ，１７２ｂ，１７３ｂを形成した状態を示す。リング状フォトレジスト層１７１，１７２，１７３には、それぞれ未露光部分１７１ａ，１７２ａ，１７３ａが生じる。
【００５４】
図１１（ｈ）は、アルミニウム膜１６０を溶解除去し、図１１（ｃ）の紫外光ＵＶ露光で形成されたリング状露光領域１５１ｂ，１５２ｂ，１５３ｂと、図１１（ｇ）の紫外光ＵＶ露光で形成されたリング状露光領域１７１ｂ，１７２ｂ，１７３ｂを除去した状態を示す。すなわち、リング状未露光部分１５１ａ，１５２ａ，１５３ａと１７１ａ，１７２ａ，１７３ａが残り、これらによる傾斜構造をもつフレネルレンズ母型が完成する。このフレネルレンズ母型では、リング状未露光部分１５１ａ，１５２ａ，１５３ａ，１７１ａ，１７２ａ，１７３ａのそれぞれの境界に平坦のギャップが生じない。
【００５５】
本発明の傾斜構造体の製造方法は、フレネルレンズ母型に限らず、傾斜構造を有する光学素子や精密機器部品、例えば回折格子、ホログラム用光学素子、インクジェットプリンタ用ヘッドの作製に用いられる金型用母型にも適用することができる。また、傾斜構造体は１つでもよいし、複数でもよく、傾斜構造体が複数個配列する場合、各々の傾斜構造体の傾斜面は、同一角度でもよいし、異なる角度であってもよい。本発明は、その特徴を損なわない限り、以上説明した実施の形態に何ら限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る製造方法で作製されたフレネルレンズ母型の構造を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る製造方法の工程を説明する図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る製造方法の一工程を説明するための部分断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る製造方法の工程を説明する図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る製造方法の工程を説明する図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る製造方法の工程を説明する図である。
【図７】本発明の実施の形態の第１の変形例を説明する図である。
【図８】本発明の実施の形態の第２の変形例を説明する図である。
【図９】本発明の実施の形態の第３の変形例を説明する図である。
【図１０】本発明の実施の形態の第４の変形例を説明する図である。
【図１１】本発明の実施の形態の第５の変形例を説明する図である。
【符号の説明】
【００５７】
１：フレネルレンズ母型
１０：フォトレジスト層
１１〜１５：輪帯状フォトレジスト
１１ａ〜１４ａ、１１ｂ〜１４ｂ：リング状露光領域
２０，２０Ａ：アルミニウム膜
２１〜２４：リング状開口
３０：ガラス基板
４０：マスク
４０ａ：ピンホール
５０：レーザ光学系
６０：マスク付き平凸レンズ
７０：マスク付きガラス平板
８０：スリット付きマスク
８５，９５，９６，９７：凸レンズ
９０Ａ：アルミニウム層
１００：光ファイバホルダー
１０１，１０２，１０３：光ファイバ
１１０，１３０：ネガ型フォトレジスト層
１２０：アルミニウム膜
１４０：シリコン基板
１５０，１７０：フォトレジスト層
ＡＸ：光軸
ＣＬ：中心線
Ｌ１：紫外レーザ光
Ｌ２：エキシマレーザ光
ＵＶ：紫外光
【図１】
2006056145.tif 000003
【図２】
2006056145.tif 000004
【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】
2006056145.tif 000009
【図８】
2006056145.tif 000010
【図９】
2006056145.tif 000011
【図１０】
2006056145.tif 000012
【図１１】
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