(57)【要約】      （修正有）【課題】  凹凸構造の損傷や変形が起こりにくい、表面に微細な凹凸構造を有する物体の製造方法を提供する。【解決手段】  平板からなる石英の片方の表面にクロムメッキ２を施し、所定のパターンの開口部３を形成して石英型１とする。一方、（ｂ）に示すように、スピンコータ４の上に基板５を載置し、その上に紫外線硬化型樹脂６を滴下して、紫外線硬化型樹脂６の厚さを一様にする（ｃ）。そして、この石英型１と基板５とで紫外線硬化型樹脂６を、空気が入らないようにして挟み込み、石英型１を通して紫外線を照射する（ｄ）。紫外線硬化型樹脂６の硬化樹脂部７はモスアイ形状となる。紫外線硬化型樹脂６の一部分を硬化させた後、石英型１を基板５と紫外線硬化型樹脂６とから剥離する。洗浄後、窒素雰囲気中で、残った硬化樹脂部７全体に紫外線を再度照射することにより、硬化樹脂部７を完全に硬化させる。【選択図】図１Ａ
2006184298.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程を有することを特徴とする表面に微細な凹凸構造を有する物体の製造方法。
（１）型となる紫外線を透過する板状体の表面に、紫外線を遮蔽する物質からなる薄膜を、所定のパターンに形成する工程。
（２）基板の上に紫外線硬化型樹脂を均一に塗布する工程。
（３）前記型の前記薄膜が形成された面を、前記紫外線硬化型樹脂に近接または密着させ、前記型を通して前記紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射して硬化させる工程。
（４）前記型を剥離又は取り除いた後、前記紫外線硬化型樹脂が塗布された基板を洗浄し、未硬化の紫外線硬化型樹脂を除去する工程。
（５）残った紫外線硬化型樹脂に再度紫外線を照射して、完全に硬化させる工程。
【請求項２】
以下の工程を有することを特徴とする表面に微細な凹凸構造を有する物体の製造方法。
（１）型となる紫外線を透過する板状体の表面に、所定のパターンの、前記表面に垂直な凹凸を設ける工程。
（２）前記型の、凹凸が設けられた表面に、前記凹凸の凹部を含め、紫外線を遮蔽する物質をコーティングする工程。
（３）前記凹部以外の表面に設けられた前記紫外線を遮蔽する物質を除去する工程。
（４）基板の上に紫外線硬化型樹脂を均一に塗布する工程。
（５）前記型の前記凹凸が形成された面を、前記紫外線硬化型樹脂に近接または密着させ、前記型を通して前記紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射して硬化させる工程。
（６）前記型を剥離又は取り除いた後、前記紫外線硬化型樹脂が塗布された基板を洗浄し、未硬化の紫外線硬化型樹脂を除去する工程。
（７）残った紫外線硬化型樹脂に再度紫外線を照射して、完全に硬化させる工程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射防止構造体や回折格子、マイクロレンズ等、表面に微細な凹凸構造を有する物体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
反射防止構造体や回折格子、マイクロレンズ等、表面に微細な凹凸構造を有する物体は、主として、所定のパターンの微細な凹凸構造を有する型と透明な基板の間に紫外線硬化型樹脂を挟んだ後、紫外線を照射して紫外線硬化型樹脂を硬化させ、その後、基板と硬化した紫外線硬化型樹脂を、型から剥離する方法により製造されていた。
【０００３】
【特許文献１】特許第３４４４３５２号公報
【非特許文献１】「自己形成光導波路を用いた通信用３次元光回路」（R&D Review of Toyota CRDL Vol. 37 No.1）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような方法で、反射防止構造体や回折格子等、表面に高アスペクト比を有する凹凸構造を持つ光学素子を製造しようとすると、基板と硬化した紫外線硬化型樹脂を、型から剥離することが困難であり、剥離の際に紫外線硬化型樹脂の凹凸構造が損傷したり変形したりするという問題点があった。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、高いアスペクト比を有する凹凸構造が必要とされる場合であっても、凹凸構造の損傷や変形が起こりにくい、表面に微細な凹凸構造を有する物体の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための第１の手段は、以下の工程を有することを特徴とする表面に微細な凹凸構造を有する物体の製造方法（請求項１）である。
（１）型となる紫外線を透過する板状体の表面に、紫外線を遮蔽する物質からなる薄膜を、所定のパターンに形成する工程。
（２）基板の上に紫外線硬化型樹脂を均一に塗布する工程。
（３）前記型の前記薄膜が形成された面を、前記紫外線硬化型樹脂に近接または密着させ、前記型を通して前記紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射して硬化させる工程。
（４）前記型を剥離又は取り除いた後、前記紫外線硬化型樹脂が塗布された基板を洗浄し、未硬化の紫外線硬化型樹脂を除去する工程。
（５）残った紫外線硬化型樹脂に再度紫外線を照射して、完全に硬化させる工程。
【０００７】
（３）の工程により紫外線を照射すると、紫外線は、紫外線を遮蔽する物質からなる薄膜が形成されていない部分を通して、紫外線硬化型樹脂を照射するが、そのとき、紫外線を遮蔽する物質からなる薄膜が形成されていない部分の開口数と波長に応じて、先に行くほど広がった状態で紫外線硬化型樹脂を照射する。よって、紫外線硬化型樹脂のうち硬化する部分はモスアイ型の立体形状になる。
【０００８】
その後、紫外線硬化型樹脂の未硬化部分を洗浄して除去し、さらに紫外線を照射することにより紫外線硬化型樹脂を完全に硬化させる。本手段において、紫外線硬化型樹脂を型に近接させて紫外線を照射して硬化させる場合には、紫外線硬化型樹脂を型から剥離する工程がないので、高いアスペクト比を有する構造を、紫外線硬化型樹脂の表面に、損傷や変形なく構成することができる。又、型と紫外線硬化型樹脂を密着させて紫外線を照射して硬化させる場合でも、型と接触している部分の樹脂は未反応で硬化していないので、簡単に型から剥離できる。
【０００９】
前記課題を解決するための第２の手段は、以下の工程を有することを特徴とする表面に微細な凹凸構造を有する物体の製造方法（請求項２）である。
（１）型となる紫外線を透過する板状体の表面に、所定のパターンの、前記表面に垂直な凹凸を設ける工程。
（２）前記型の、凹凸が設けられた表面に、前記凹凸の凹部を含め、紫外線を遮蔽する物質をコーティングする工程。
（３）前記凹部以外の表面に設けられた前記紫外線を遮蔽する物質を除去する工程。
（４）基板の上に紫外線硬化型樹脂を均一に塗布する工程。
（５）前記型の前記凹凸が形成された面を、前記紫外線硬化型樹脂に近接または密着させ、前記型を通して前記紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射して硬化させる工程。
（６）前記型を剥離又は取り除いた後、前記紫外線硬化型樹脂が塗布された基板を洗浄し、未硬化の紫外線硬化型樹脂を除去する工程。
（７）残った紫外線硬化型樹脂に再度紫外線を照射して、完全に硬化させる工程。
【００１０】
本手段は、型が前記第１の手段と異なっているだけで、後の工程は前記第１の工程と同じである。本手段においては、型に形成された凹部のみに、紫外線を遮蔽する物質を残すことにより、凸部に相当する部分にコリメータ作用を持たせる。よって、この型を通して照射された紫外線は、それほど広がらずに紫外線硬化型樹脂を照射するので、硬化する部分の外表面が基板に対してほぼ垂直となり、ピラー形状の凹凸が紫外線硬化型樹脂の表面に形成される。
【００１１】
本手段においても、紫外線硬化型樹脂を型に近接させて紫外線を照射して硬化させる場合には、紫外線硬化型樹脂を型から剥離するという工程がないので、高いアスペクト比を有する構造を、紫外線硬化型樹脂の表面に、損傷や変形なく構成することができる。又、型と紫外線硬化型樹脂を密着させて紫外線を照射して硬化させる場合でも、型と接触している部分の樹脂は未反応で硬化していないので、簡単に型から剥離できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高いアスペクト比を有する凹凸構造が必要とされる場合であっても、凹凸構造の損傷や変形が起こりにくい、表面に微細な凹凸構造を有する物体の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１Ａ、図１Ｂは、本発明の実施の形態の第１の例である表面に微細な凹凸構造を有する物体の製造方法を説明するための図である。
【００１４】
まず、（ａ）に示すような石英型１を製造しておく。平板からなる石英の片方の表面にクロム膜２を形成する。そのうえにポジ型のレジストを塗布して、所定のパターン（この場合は縦横に等間隔で並ぶ円形パターン）でレジストを露光し、レジストを現像して露光された部分を除去する。そして、残ったレジストをマスクとしてクロム膜２をエッチングして、所定のパターンの開口部３を形成する。
【００１５】
例えば円形パターンのサイズは、10nm〜500nmであり、ピッチは500nm程度とする。
【００１６】
一方、（ｂ）に示すように、スピンコータ４の上に基板５を載置し、その上に紫外線硬化型樹脂６を滴下して、スピンコータ４を回転させ、紫外線硬化型樹脂６の厚さを一様にする（ｃ）。紫外線硬化型樹脂６の厚さとしては、硬化収縮を考えて、最終的に得たい凹凸構造の段差よりも厚くするが、例えば１μｍ程度とする。なお、基板５としては、ガラス、石英、半導体、金属等を用いることができる。ガラスを使用する場合には、紫外線硬化型樹脂６を滴下する前にシランカップリング処理を施し、基板５との密着性を良くすることが好ましい。
【００１７】
そして、（ｄ）に示すようにこの石英型１と基板５とで紫外線硬化型樹脂６を、空気が入らないようにして挟み込み、石英型１を通して紫外線を照射する。この紫外線は開口部３を透過して紫外線硬化型樹脂６を照射するが、開口部３の開口数と紫外線の波長によって定まる開口角で開口部３から、放射状に放出されるので、紫外線硬化型樹脂６の硬化樹脂部７はモスアイ構造となる。モスアイ構造の傾斜角は、円形パターンの開口径と、紫外線硬化型樹脂６の屈折率と紫外線の波長により決定される、紫外線光の照射強度により形状が変化する。又、紫外線硬化型樹脂に含まれる硬化開始剤の量や種類によっては、硬化が連鎖的に進むものもあるため、傾斜が曲線状になる場合がある。
【００１８】
照射する紫外線の量は、開口部３の径と形成されるモスアイ構造の高さによって最適値があるため、実験等によって求めておく必要があるが、例えば1000mJ程度である。
【００１９】
このようにして、紫外線硬化型樹脂６の一部分を硬化させた後、石英型１を基板５と紫外線硬化型樹脂６とから剥離する（ｅ）。このとき、紫外線硬化型樹脂６の殆どの部分は未硬化で液体状であるので、剥離を容易に行うことができる。場合によっては、型表面にフッ素系等の剥離剤を塗布しておいてもよい。剥離後の基板５上には、モスアイ構造の硬化樹脂部７とその他の部分の未硬化樹脂８が混在した状態になっているので、溶剤を用いて未硬化樹脂８の洗浄・除去を行う（ｆ）。
【００２０】
硬化樹脂部７と未硬化樹脂８の中間には、半硬化部分が存在する。よって、洗浄条件や洗浄時間を変えることにより、モスアイ構造の形状を微調整することが可能である。洗浄後、窒素雰囲気中で、残った硬化樹脂部７全体に紫外線を再度照射することにより、硬化樹脂部７を完全に硬化させる（ｆ）。このようにして、基板５の表面に硬化樹脂部７からなるモスアイ構造を有する物体を製造することができる（ｇ）。
【００２１】
このような、モスアイ構造を有する物体は、例えば反射防止構造体として使用することができる。
【００２２】
なお、以上の例においては、紫外線硬化型樹脂６を石英型１と基板５で挟んでその紫外線硬化型樹脂６の厚さを決定しており、石英型１と紫外線硬化型樹脂６とが密着した状態で紫外線の照射を行っているが、紫外線硬化型樹脂６の厚さがスピンコートだけで決定される場合（ｃ）には、紫外線硬化型樹脂６と石英型１とを近接させた状態で、密着させることなく露光を行うようにしてもよい。近接の度合いは、紫外線光の拡散の程度に応じて適当に決めることができる。
【００２３】
図２Ａ、図２Ｂは、本発明の実施の形態の第２の例である表面に微細な凹凸構造を有する物体の製造方法を説明するための図である。これらの図において、図１Ａ、図１Ｂに示された構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付してその説明を省略することがある。
【００２４】
まず、（ａ）に示すような石英型１１を製造しておく。この石英型１１は、平板の石英板に、円筒状の凸部１２が所定ピッチで複数形成され、それ以外の凹部にアルミニウム１３が埋め込まれたものである。
【００２５】
以下に、石英型１１の製造方法の一例を説明する。
【００２６】
石英からなる平板の片方の表面にクロム膜を形成する。その上にネガ型のレジストを塗布して、所定のパターン（この場合は縦横に等間隔で並ぶ円形パターン）でレジストを露光し、レジストを現像して露光されなかった部分を除去する。そして、残ったレジストをマスクとしてクロム膜エッチングして、前記所定のパターンに対する逆パターンの開口部を形成する。その上で、このクロム膜をマスクとして石英板を深堀エッチングして、円筒状の凸部１２を石英板に形成する。凸部１２の高さは、例えば１μｍ程度である。
【００２７】
その後、この石英板の表面にアルミニウムを、蒸着により凸部１２が埋まる以上の厚さ堆積させ、表面をＣＭＰ等で平坦化し、凸部１２に付着したアルミニウムを除去することにより、石英型１１が完成する。例えば凸部１２による円形パターンの直径は、10nm〜500nmであり、ピッチは500nm程度とする。
【００２８】
石英型１１においては、凸部１２を通して紫外線が透過するようになっており、アルミニウム１３が遮光材となっている。凸部１２の形状は円筒状であり、周りをアルミニウム１３で取り囲まれたコリメータとなっている。アルミニウム１３の代わりに、任意の紫外線を遮光する物質を使用することができる。又、この例においては、アルミニウム１３が凹部を埋めたような構造となっているが、少なくとも凹部の表面と凸部１２の円筒外周外表面を覆うようになっていればよい。
【００２９】
一方、（ｂ）に示すように、スピンコータ４の上に基板５を載置し、その上に紫外線硬化型樹脂６を滴下して、スピンコータ４を回転させ、紫外線硬化型樹脂６の厚さを一様にする（ｃ）。紫外線硬化型樹脂６の厚さとしては、硬化収縮を考えて、最終的に得たい凹凸構造の段差よりも厚くするが、例えば２μｍ程度とする。なお、基板４としては、ガラス、石英、半導体、金属等を用いることができる。ガラスを使用する場合には、紫外線硬化型樹脂６を滴下する前にシランカップリング処理を施し、基板５との密着性を良くすることが好ましい。
【００３０】
そして、（ｄ）に示すようにこの石英型１１と基板５とで紫外線硬化型樹脂６を、空気が入らないようにして挟み込み、石英型１１を通して紫外線を照射する。この紫外線は凸部１２を透過して紫外線硬化型樹脂６を照射するが、凸部１２がコリメータとしての作用を有しているので、凸部１２から放出される紫外線は、広がることなくほぼ垂直に照射され、紫外線硬化型樹脂６の硬化樹脂部７はピラー構造となる。
【００３１】
照射する紫外線の量は、凸部１２の径と形成されるピラー構造の高さによって最適値があるため、実験等によって求めておく必要があるが、例えば2000mJ程度である。
【００３２】
このようにして、紫外線硬化型樹脂６の一部分を硬化させた後、石英型１１を基板５と紫外線硬化型樹脂６とから剥離する（ｅ）。このとき、紫外線硬化型樹脂６の殆どの部分は未硬化で液体状であるので、剥離を容易に行うことができる。剥離後の基板５上には、ピラー構造の硬化樹脂部７とその他の部分の未硬化樹脂８が混在した状態になっているので、溶剤を用いて未硬化樹脂の洗浄・除去を行う（ｆ）。
【００３３】
硬化樹脂部７と未硬化樹脂８の中間には、半硬化部分が存在する。よって、洗浄条件や洗浄時間を変えることにより、ピラー構造の形状を微調整することが可能である。洗浄後、窒素雰囲気中で、残った硬化樹脂部７全体に紫外線を再度照射することにより、硬化樹脂部７を完全に硬化させる（ｆ）。このようにして、基板５の表面に硬化樹脂部７からなるピラー構造を有する物体を製造することができる（ｇ）。
【００３４】
このような、ピラー構造を有する物体は、例えば硬化樹脂部７の高さや径、ピッチ等を変えることによって、種々の有効屈折率を有する光学素子として使用される。
【００３５】
なお、以上の例においては、紫外線硬化型樹脂６を石英型１１と基板５で挟んでその紫外線硬化型樹脂６の厚さを決定しており、石英型１１と紫外線硬化型樹脂６とが密着した状態で紫外線の照射を行っているが、紫外線硬化型樹脂６の厚さがスピンコートだけで決定される場合（ｃ）は、紫外線硬化型樹脂６と石英型１１とを近接させた状態で、密着させることなく露光を行うようにしてもよい。近接の度合いは、紫外線光の拡散の程度に応じて適当に決めることができる。
【００３６】
石英型１１の凸部１２の表面を凸レンズの形状としておけば、さらに紫外線のコリメート性が良くなり、垂直なピラー構造を製造することができる。又、紫外線硬化型樹脂として、自己形成型光導波路の製造に使用されるポリマーを用いることにより、太さの変化がない円筒状に近いピラー形状の構造を形成することができる。
【００３７】
このような自己形成型光導波路の製造に使用されるポリマーについては、「自己形成光導波路を用いた通信用３次元光回路」（R&D Review of Toyota CRDL Vol. 37 No.1：非特許文献１）、及び特許第３４４４３５２号公報（特許文献１）に記載されている。例としては、硬化後の屈折率が硬化前の屈折率に対して高く、このために硬化部の先端に凸レンズ作用を持つ部分が形成されて、そこから先の光が収束するような樹脂を使用すればよい。
【００３８】
以上、モスアイ構造、ピラー構造を表面に有する物体の製造方法について説明したが、型の表面に形成される紫外線を透過させない物質のパターンにより型がグレースケールマスクとしての働きをするようにしておけば、硬化樹脂部によって形成される形状をアナログ的に変化させることができ、回折格子、フレネルレンズ、マイクロレンズアレイ等を形成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１Ａ】本発明の実施の形態の第１の例である表面に微細な凹凸構造を有する物体の製造方法を説明するための図である。
【図１Ｂ】本発明の実施の形態の第１の例である表面に微細な凹凸構造を有する物体の製造方法を説明するための図である。
【図２Ａ】本発明の実施の形態の第２の例である表面に微細な凹凸構造を有する物体の製造方法を説明するための図である。
【図２Ｂ】本発明の実施の形態の第２の例である表面に微細な凹凸構造を有する物体の製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…石英型、２…クロム膜、３…開口部、４…スピンコータ、５…基板、６…紫外線硬化型樹脂、７…硬化樹脂部、１１…石英型、１２…凸部、１３…アルミニウム
【図１Ａ】
2006184298.tif 000003
【図１Ｂ】
2006184298.tif 000004
【図２Ａ】
2006184298.tif 000005
【図２Ｂ】
2006184298.tif 000006