(57)【要約】【課題】円筒面のような立体表面に対して、円周方向に継ぎ目がなく、しかも軸方向に連続する微細凹凸構造の転写を実現する。【解決手段】所定のマスクパターンを有する平板型フォトマスク面上に光を照射し、その透過光をすり鉢形状の開口穴を有する立体反射型ミラーによって反射させて、立体構造体の表面に塗布した光感光性材料に照射して露光させるとともに、この立体構造体を間欠的に供給することにより、立体構造体の表面上に、マスク面上のパターンを、継ぎ目が無く、しかも軸方向に際限なく連続したパターンとして転写する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスク面上に、所定のパターンを有する平板型フォトマスク面上に光を照射し、その透過光をすり鉢形状の開口穴を有する立体反射型ミラーによって反射させて、立体構造体の表面に塗布した光感光性材料に照射するとともに、該立体構造体を間欠的に供給することにより、該立体構造体の表面上に、前記マスク面上のパターンを、継ぎ目が無く、しかも軸方向に連続したパターンとして際限なく転写するようにした光投影露光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光投影露光装置において、
前記平板型フォトマスクは、互いに交わることのない複数の閉曲線及び該閉曲線の隣り合うふたつを連結する連結部を組み合わせたパターンを有する光投影露光装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光投影露光装置において、
前記平板型フォトマスクは、光を透過する部分と遮蔽する部分とから構成されており、光感光性材料を塗布した立体構造体に対して位置合わせができるようにした光投影露光装置。
【請求項４】
請求項１ないし３に記載の光投影露光装置において、
前記平板型フォトマスク面上に照射される光は、光発生装置より放射された後、前記平板型フォトマスクの前後に配置されたレンズによって平行化もしくは集束化もしくは拡散化されるようにした光投影露光装置。
【請求項５】
請求項１ないし４に記載の光投影露光装置において、前記立体反射型ミラーは、金属もしくはガラス材を基材としてすり鉢形状の開口穴を加工し、その内周壁断面は直線もしくは曲面形状を有しており、該内周壁に前記光を反射する材質が被覆されている光投影露光装置。
【請求項６】
請求項１ないし５に記載の光投影露光装置において、
前記立体反射型ミラーは、その内周壁の断面形状によって、前記平板型フォトマスクを透過した光を、平行光、集束光及び発散光のいずれかとして反射し、前記マスク面上のパターンを等倍もしくは縮小もしくは拡大して、前記立体構造体の表面に塗布した光感光性材料を感光させるようにした光投影露光装置。
【請求項７】
マスク面上に、所定のパターンを有する平板型フォトマスクを位置決めする工程と、
すり鉢形状の開口穴を有する立体反射型ミラーの内部に、表面に光感光性材料を塗布した立体構造体を位置決めする工程と、
前記平板型フォトマスクの面上に光を照射する工程と、
その透過光を前記立体反射型ミラーによって反射させ、前記立体構造体の表面に塗布された光感光性材料に露光させる工程と、
前記位置決めした立体構造体を間欠的に供給工程とからなり、
前記マスク面上のパターンを、継ぎ目が無く、しかも軸方向に連続したパターンとして際限なく転写する光投影露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感光性材料の表面への光照射により、微細パターンを転写する光リソグラフィー方法にかかわり、特に立体構造体の表面へパターンを転写するための光投影露光装置及び光投影露光方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ｓｉ基板をベースとした微細加工技術は、半導体素子や光学素子の製造を中心に平面上での回路パターンの加工方法として発展してきた。
しかし、微細加工技術の需要は様々な分野に広がりはじめており、基板材質がＳｉから多様化し、デバイスの形状も平面から立体へと変化してきている。例えば、ＴｉＮｉ薄膜を形成した直径３ｍｍの銅円筒表面にメッシュパターンを光露光によって転写し、ＴｉＮｉ形状記憶合金アクチュエータを作製するプロセスが下記非特許文献１で開示されている。
【０００３】
また、波長が短いＸ線を用いて、Ｘ線感光性材料を塗布した直径０．５ｍｍの真鍮円柱表面に、幅１０μｍの螺旋溝を転写し、高周波用のマイクロコイルを開発した事例が下記非特許文献２で開示されている。
さらに、２００μｍ角の石英ファイバーを基材として、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）や有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）等の半導体素子を加工し、ファイバー形状のデバイスを開発した事例が下記非特許文献３で開示されている。
【０００４】
円柱表面に微細加工を施す技術は、デバイス開発だけでなく、ロールツーロールインプリントの円筒型モールドの作製方法としても利用できる。ロールツーロールインプリントでは、成形基板をガラス転移温度以下に保持し、円筒型モールドを成形材料のガラス転移温度以上に加熱して、モールド上の凹凸パターンを回転させながら転写する。ロールツーロールインプリントでは長さに制限のない、シート状成形材料上への連続転写が可能となり、ナノインプリントにおける究極の大面積化手法として期待されている。
円筒モールドの作製方法には、下記非特許文献４と５で開示されているように、厚み１００μｍのＮｉフィルムを表面研磨した円筒表面に巻き付ける手法や、金属製円筒表面に直接、パターンを機械加工する手法がある。
【０００５】
また、他に関連する先行技術として、特許文献１には、入射端面に傾斜角を付けた光ファイバーを光軸中心に回転させ、回転楕円形ミラーにより球状被照射体の全面にレーザー光を照射させることにより球面状に集積回路を加工製造することが、特許文献２には、コーンレンズと開口絞りにより、物体表面上の図面パターンを円筒外面に幾何学的に変換して結像させることが、さらに特許文献３には微細な突起パターンまたは微細なホールアレイパターンをロール状モールドの表面に継ぎ目なく形成し、インプリントの面積を拡大することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１１１６０９号公報
【特許文献２】特開平１０−１８６２３６号公報
【特許文献３】特開２００８−２２９８６９号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】峯田貴．他，電気学会論文誌Ｅ，ｖｏｌ．1２３，ｐ．１５８（２００３）
【非特許文献２】Ｈ．Ｍｅｋａｒｕ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，ｖｏｌ．４３，ｐ．４０３６（２００４）
【非特許文献３】Ｙ．Ｓｕｇａｗａｒａ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．９１，ｐ．２０３５１８‐１（２００７）
【非特許文献４】Ｈ．Ｔａｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ，ｖｏｌ．１６，ｐ．３９２６（１９９８）
【非特許文献５】Ｓ．Ａｈｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｐｒｏｃ．ＮＮＴ２００６，ｐ．２０３（２００６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、いずれの先行技術においても、円筒モールドが周方向に一回転した際の継ぎ目は考慮していない。前述のＴｉＮｉアクチュエータや高周波用マイクロコイルでは、図１（ａ）で示したように平板マスクのパターンを光やＸ線によって円柱表面上に投影し、パターンの継ぎ目が重なるように高度なアライメント機能を露光装置に付与している。
このため、任意形状のパターンに幅広く適応できるプロセスではない。
【０００９】
紫外線を投影させて立体表面にパターンを転写する手法として、光ファイバーと回転楕円ミラーを用いて、球状体表面に一括照射する方法が上記特許文献１で開示されている。ビームコンバーターから光ファイバーに斜向入射された光が、回転楕円ミラーの片方の焦点から射出され、回転楕円ミラー面で反射された後、回転楕円ミラーの他方の焦点に配置した球状被照射体のほぼ全表面に照射される。
【００１０】
しかし、この手法は、球状表面に合致した露光法であるため、円筒表面には不向きである。さらに、マスクを介していないためにパターンの転写ができない。もし、光源をパルス化することでパターニングを行う場合には、パターン形状に合わせて立体被照射体の表面を走査せねばならず、結局は一括パターン転写にはなり得ない。
【００１１】
マスクを介して、円筒表面にパターンを転写する方法として、コーンレンズと開口絞りを併用した露光方法が上記特許文献２で開示されている。しかし、スリット構造を有する開口絞りを回転させながら円筒表面の一部分を順次露光するため、一括にパターンを転写できない。さらに、マスクによってパターン化された光は、コーンレンズに入射する前に、開口絞りの回転中心軸を通過せざるを得ず、露光できる円筒基材の長さに物理的な制約がある。
【００１２】
一括パターン転写に成り得ない問題は機械加工による微細加工でも指摘できる。精密機械加工の手法として、高精密切削バイトと５軸駆動のナノプロセッサーを用いて、直径０．５ｍｍの円柱表面にパターン幅１０μｍの螺旋溝が形成されている。しかし、切削バイトの磨耗性により、切削材料はＮｉ‐Ｐ合金や、Ｃｕ、Ａｌ等の比較的軟らかい金属に限定されている。
【００１３】
また、図１（ｂ）に示したようなＡｒレーザーの直接描画によるグラビア印刷用円筒モールドの加工例があるが、螺旋溝のような加工対象の回転と送りを同期させて高精度に加工することは難しく、さらに最小加工寸法が２０μｍと比較的大きく、ナノインプリント用の円筒型モールドには利用できない。いずれにしても、精密機械加工やレーザー描画の手法では、立体被加工表面をパターンに応じて、バイトやレーザーが走査する必要があり、比較的加工時間が長い欠点がある。
【００１４】
円筒モールドをシームレスで加工する研究では、ナノプロセッサーやＡｒレーザーを用いた一筆書きのような直接描画法の他に、上記特許文献３で開示されているようにＡｌ製円筒表面にポーラスアルミナを形成し、鋳型プロセスによって円筒型Ｎｉ電鋳モールドを作製した事例がある。しかし、条件の最適化によってある程度の規則性は得られるものの、ポーラスアルミナは自然現象を利用しているためにピラー構造しか形成できず、パターンの位置や形状は任意ではない。したがって、応用分野が反射防止膜等に限られており、産業上の汎用性は低い。
【００１５】
円筒面のような立体表面上の任意な位置に任意な形状の微細凹凸構造を一括転写によって高速に加工し、さらに立体構造体を周方向に一回転した際に継ぎ目が無いシームレスな仕上がりを施すことは、既存の技術では不可能である。
【００１６】
例えば、現在研究が進められている、体内への円滑な刺入を可能にする能動カテーテル（先端にマイクロアクチュエータを搭載し，先端を能動的に動けるようにし，その動作を体外から自在にコントロールできるようにしたカテーテル）として、管状のカテーテル外周面に、制御装置、アクチュエータ、信号回路などをシームレスに、しかも軸方向に連続するパターンで形成することができれば、その性能を飛躍的に高めることができる。
【００１７】
そこで、本発明は、上記従来技術の欠点に鑑み、短いプロセス時間で円筒面のような立体表面上に、シームレスでしかも軸方向に連続した微細凹凸構造を形成するために、光立体投影露光法によって立体構造体を周方向に一回転した際に、シームレスでしかも軸方向に連続したパターン転写が際限なく行われるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この目的を達成するため、本発明の光投影露光装置によれば、マスク面上に、所定のパターンを有する平板型フォトマスク面上に光を照射し、その透過光をすり鉢形状の開口穴を有する立体反射型ミラーによって反射させて、立体構造体の表面に塗布した光感光性材料に照射するとともに、該立体構造体を間欠的に供給することにより、該立体構造体の表面上に、前記マスク面上のパターンを、継ぎ目が無く、しかも軸方向に連続したパターンとして転写するようにした。
【００１９】
この平板型フォトマスクは、互いに交わることのない複数の閉曲線及び該閉曲線の隣り合うふたつを連結する連結部を組み合わせたパターンを有するものであり、また、光を透過する部分と遮蔽する部分とから構成されており、光感光性材料を塗布した立体構造体に対して位置合わせができるようにすることが望ましい。
【００２０】
さらに上記の光投影露光装置において、平板型フォトマスク面上に照射される光は、光発生装置より放射された後、平板型フォトマスクの前後に配置されたレンズによって平行化もしくは集束化もしくは拡散化されるようにしてもよい。
【００２１】
また、立体反射型ミラーは、金属もしくはガラス材にすり鉢形状の開口穴を加工し、その内周壁断面は直線もしくは曲面形状を有しており、ガラス基材の場合には内周壁に光を反射する材質を被覆することにより形成するとよい。
【００２２】
この立体反射型ミラーは、その内周壁の断面形状によって、平板型フォトマスクを透過した光を、平行光、集束光及び発散光のいずれかとして反射し、マスク面上のパターンを等倍もしくは縮小もしくは拡大して、立体構造体の表面に塗布した光感光性材料を感光させるようにすることが望ましい。
【００２３】
さらに、本発明の光投影露光方法によれば、マスク面上に、所定のパターンを有する平板型フォトマスクを位置決めする工程と、すり鉢形状の開口穴を有する立体反射型ミラーの内部に、表面に光感光性材料を塗布した立体構造体を配置する位置決めする工程と、この平板型フォトマスクの面上に光を照射する工程と、その透過光を立体反射型ミラーによって反射させ、前記立体構造体の表面に塗布した光感光性材料を露光させる工程と、前記位置決めした立体構造体を間欠的に供給する工程からなり、前記マスク面上のパターンを、継ぎ目が無く、しかも軸方向に連続したパターンとして転写することができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上のとおり、本発明によれば、例えば、円筒面のような立体表面に対して、すり鉢形状の開口穴を有する立体反射型ミラーを用いた光立体露光によって、円周方向に継ぎ目がなく、しかも軸方向に際限なく連続する微細凹凸構造の転写を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来の立体構造体表面への微細パターンの転写方法を示す図である。
【図２】立体投影露光法による立体構造体表面への微細パターンの転写原理を示す図である。
【図３】間欠送りされた立体構造体表面に立体投影露光法によって連続的な微細パターンの転写方法を示す図である。
【図４】本発明に係る立体投影露光装置の断面図である。
【図５】本発明に係る立体投影露光装置の傾斜角度４５°の円錘開口穴形状反射型ミラーの立体図と断面図である。
【図６】本発明に係る立体投影露光装置の傾斜角度４５°の四角錘開口穴形状反射型ミラーの立体図と断面図である。
【図７】本発明に係る立体投影露光装置に配置するマスクパターンサンプルの上面図と等倍投影露光時の断面概略図である。
【図８】本発明に係る立体投影露光装置の傾斜角度４５°の円錘開口穴形状反射型ミラーを使用した場合の光線経路概略図である。
【図９】発明に係る立体投影露光装置に配置するマスクパターンサンプルの上面図と平凸レンズを併用した縮小投影露光時の断面概略図である。
【図１０】本発明に係る立体投影露光装置に配置するマスクパターンサンプルの上面図と平凹レンズを併用した拡大投影露光時の断面概略図である。
【図１１】本発明に係る立体投影露光装置に配置するマスクパターンサンプルの上面図と拡大投影露光時の断面概略図である。
【図１２】本発明に係る立体投影露光装置に配置するマスクパターンサンプルの上面図と縮小投影露光時の断面概略図である。
【図１３】本発明に係る立体投影露光法の断面配置図である。
【図１４】本発明に係る立体投影露光装置に配置した平板型フォトマスクのパターンを示す図である。
【図１５】本発明に係る立体投影露光装置でMicroposit S1830レジストを塗布した真鍮円筒表面に転写した微細凹凸構造の光学顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００２６】
まず、図２と図３を参照しながら、立体投影露光法の原理について説明する。紫外線光源から出力された平行紫外線は平板形状のフォトマスクを透過する。図２のフォトマスクでは、同心円パターンを例示している。
【００２７】
紫外線はマスクパターンの黒い部分で遮蔽される。白い部分を透過した紫外線は立体的な反射面を有するミラーによって反射される。
ミラー面はすり鉢状の形状しており、ミラーの中心には円筒基材が垂直に配置されている。この円筒基材の表面には紫外線感光性樹脂が塗布されており、ミラー面で反射された紫外線によって感光され、ポジ型紫外線感光性樹脂の場合には、図２で例示したように、灰色部分が所定の幅を有する円環状に感光される。
【００２８】
灰色で着色した円環状の感光部分は、円周方向に継ぎ目なく連続し、しかも、隣り合う二つの感光部分は、各円筒基材の軸方向でそれぞれ連結されている。さらに、図３に示したように、フォトマスクと立体的ミラーの中央に貫通穴を加工し、紫外線感光樹脂を塗布した円筒基材を間欠送りすることにより、フォトマスク上の全マスクパターンにより転写されるパターンを１ユニットとして、これを際限なく繰り返すことができ、送り方向に対する円筒基材の物理的制約は無くなり、原理的にはシームレスなパターンをバッチ処理にて無制限に転写できる。
このような転写は、特定のパターンを円筒基材の軸方向に連続して繰り返し形成する場合、特に有効である。
【００２９】
このように、紫外線で感光された樹脂が現像されることにより、円筒基材表面に継ぎ目の無いシームレスで、しかも軸方向に連結された連続するパターンを際限なく転写することができる。
【００３０】
次に、図４を参照しながら、紫外線露光装置の実施形態例について説明する。
図４は本実施形態例に係る光立体投影露光装置の主要部断面図である。
光露光装置は、平板型フォトマスク７を固定するフォトマスク固定機構６を備えた上部ステージ５と、光照射対象物である円筒状の立体構造基材９を保持する下部ステージ１１から構成されており、下部ステージ１１は台座１４により支持されている。
【００３１】
上部ステージ５の最上部には紫外線を発生させるランプ１が備え付けられており、ランプ１によって発生した紫外線は、平凸レンズ８等やミラー等からなる紫外線平行化手段３によって偏向され、紫外線の強度によっては、フィルター等からなる紫外線強度調節手段２によって紫外線の強度分布を調整する。
【００３２】
調整された紫外線は平板型フォトマスク７上に照射され、マスク面に塗布された紫外線吸収体である紫外線感光性材料の有無によってマスクパターンが投影される。
なお、マスクとしては、紫外線の透過強度が調整できるグレイスケールマスクを用いてもよい。
【００３３】
平板型フォトマスク７は真空チャック等のマスク固定機構によってマスク固定ステージ５上に保持されており、マイクロメーター等によりなるフォトマスク位置調整機構４により、フォトマスク固定ステージ５の位置を調整することにより、下部ステージ１１との位置合わせが可能である。
【００３４】
マスクを透過した紫外線は、集光が必要な場合、１枚、もしくは複数枚のレンズやミラー等の光学系を介して集光し、下部ステージ１１の内面に形成されたすり鉢開口穴形状の反射ミラー面に入射し、反射される。
下部ステージ１１の中心部には、立体構造体９が固定機構１２を介して保持されており、この立体構造体９の表面に紫外線感光性材料１０が塗布されている。
【００３５】
ミラー面で反射された光は立体構造体９の表面に塗布された紫外線感光性材料１０上に照射され、平板型フォトマスク７のパターンが立体構造基材９の表面上に立体的に投影されることになる。
なお、上部ステージ５と下部ステージ１１の距離は、上部ステージ５を上下移動させるギャップ調整機構１３によって変更でき、最適なステージ間距離に調整できる。
【００３６】
また、図４に例示したランプ１、紫外線強度調節手段２、紫外線平行化手段３、フォトマスク位置調整機構４、マスク固定ステージ５、フォトマスク固定機構６、平板型フォトマスク７及び平凸レンズ８には、立体構造体９を間欠的に供給できるよう、それぞれに貫通穴が設けられている。また、下部ステージ１１、固定機構１２及び台座１４には、露光が終了した立体構造体９を間欠的に排出できるよう、それぞれに貫通穴が設けられている。
【００３７】
次に、図５と図６を参照しながら、具体的な紫外線立体投影露光について説明する。
図２と図３の例では、下部ステージ１１の内面には、傾斜角度４５°のミラー面を有する、すり鉢開口穴形状型反射ミラーが形成されており、その立体図と断面図は図５に示されている。
【００３８】
開口穴の形状は露光対象物の形状に合わせて定めればよいが、例えば、図４に例示したように、立体構造体９が円筒の場合には、下部ステージ１１の内面に、円錐穴形状のミラー面を有する反射型ミラーを形成し、また、紫外線照射対象となる立体構造基材９が四角柱の場合には、図６に示したような四角錘穴形状の立体反射ミラー面を形成すればよい。
【００３９】
図７に示す例では、平板型フォトマスク１５を透過した平行光１９が傾斜角度４５°のミラー面を有するすり鉢開口穴形状型反射ミラー１８に反射され、立体構造基材１６の表面に塗布した紫外線感光性材料１７上に照射される概念図を示したものである。
平板型フォトマスク１５には、互いに交わることのないように、複数の同心円のパターンが形成されており、各円は、半径方向の連結部により隣り合うものが連結され、すり鉢開口穴形状型反射ミラー１８によって、円柱状の紫外線感光性材料１７表面に、円周方向に継ぎ目がないシームレスの円周部分のパターンとして転写される。
【００４０】
また、マスク上で同心円パターンの隣り合う円を連結する、中心点を通る半径方向の直線、もしくはその延長線は、円柱状の紫外線感光性材料１７表面では軸方向（鉛直方向）で、軸方向に隣り合う円周部分を連結する直線部分として転写される。
なお、同心円のみならず、楕円など、互いに交わることのない複数の閉曲線を平板型フォトマスク１５に形成し、これら閉曲線の隣り合うふたつを、直線部分あるいは曲線部分で連結するようにしてもよい。
【００４１】
ここで、傾斜角度４５°のミラー面を有するすり鉢開口穴形状反射型ミラー１８を用いた場合、図８の反射点Ｐ１及びＰ２を経由する基準面から円筒型被照射体表面までの光路長は、
ｄ１＋ｒ１＝ｄ２＋ｒ２＝Ｄ・・・・・・（１）
と示され、すり鉢開口穴形状反射型ミラー面のいかなる位置で反射された紫外線であっても、同じ光路長で円筒型被照射体表面に照射される。
【００４２】
また、ミラー面の半径方向は、紫外線は傾斜角度４５°の直線上で反射されるため等倍投影露光となるが、ミラー面の円周方向は、円周の半径に応じた縮小投影露光となる。半径方向は単位長さに定め、ミラー円筒型被照射体表面を任意の角度θで切り取った円周上には、Ｐ１で紫外線が反射された場合でｒ１θ、Ｐ２で紫外線が反射された場合ではｒ２θの長さの円周上ミラー面の光が集光される。
【００４３】
すり鉢開口穴形状反射型ミラーの開口半径が円筒型被照射体の半径と一致する反射点Ｐ０では縮小率は１となり、理論上は等倍投影露光となる。このため、反射点Ｐ１とＰ２を経由した紫外線は、
ｒ０θ／（ｒ０＋ｒ１）θ：ｒ０θ／（ｒ０＋ｒ２）θ＝ｒ０／（ｒ０＋ｒ１）：ｒ０／（ｒ０＋ｒ２）・・・・・  （２）
で示される割合で縮小される。
式（２）より、平板型フォトマスクのパターンエリアにて、比較的外側に配置されたパターンの方が、より高い縮小率で投影されることが分かる。
【００４４】
したがって、マスクパターンを設計する場合には、パターンエリア中心からの距離に応じて円周方向の縮小率を考慮して、寸法調整を行わなければならない。
さらに、反射点における縮小率の違いは、紫外線の照射量にも変化を与える。円周方向の半径が大きいミラー面が、より多くの光量を集光させることから、平板型フォトマスクの外側に配置されたパターンの方が、より強い照射強度で露光される。通常、コンタクトアライナーなどの紫外線露光装置は、フォトマスクに均等な光量の紫外線が照射されるように光学系が設計されている。
【００４５】
この実施例では、円柱状の紫外線感光性材料１７表面に紫外線が均一な強度で照射されるように、図４に示した紫外線強度調整機構２によって、面内の紫外線強度分布を制御しておかなければならない。
すなわち、マスクパターンの外周側の円ほど、円柱状の紫外線感光性材料１７表面の対応する円パターンに照射される紫外線強度が増大することから、透過する紫外線を紫外線強度調整機構２により低減することが必要である。
【００４６】
紫外線強度の具体的な調整方法としては、紫外線ランプの半径方向の出力強度分布をそのまま生かす方法や、紫外線の透過強度を調整できる濃淡フィルターやレンズ等の挿入、フォトマスクの紫外線吸収材料の材質や厚みを変化させるグレースケール化、すり鉢開口穴形状反射型ミラー面の反射率を変化させるコーティングなど、様々な方法が考えられる。
【００４７】
図７では傾斜角度４５°のミラー面を有するすり鉢開口穴形状反射型ミラー１８を用いた円筒表面への投影露光の一例を示したが、フォトマスク１５の前後に平凸レンズを挿入することで、立体構造体表面にパターンを全方向で縮小投影して転写することができる。平凸レンズは、片側が凸レンズになっており、反対側が平面になっているレンズである。
【００４８】
図９に示した例では、マスク２０を透過した平行紫外線は、平凸レンズ２１によって集光され、すり鉢開口穴形状反射型ミラー２４に入射される。
このミラー２４によって反射された光は、集光しながら立体構造体２２の表面に照射される。レンズ面から反射ミラー２４、そして立体構造基材２２の表面に塗布したレジスト等の紫外線感光性材料２３までの距離に合わせて、平凸レンズ２１の凸レンズ形状を最適化することで、立体構造基材２２の表面に塗布した紫外線感光性材料２３上に結像させることもできる。
【００４９】
また、これとは逆に図１０に示されるように、平凹レンズ２７（片側が凹レンズになっており、反対側が平面になっているレンズ）を挿入すると、平板型フォトマスク２６のパターンを拡大して、立体構造基材２９の表面に転写させることができる。
図１０には前述の図７と同じパターン形状を有する平板型フォトマスク２６を使用した場合において、立体構造基材２９の表面への紫外線の導入経路を模式的に示した。
【００５０】
このように、平凸レンズや平凹レンズを併用することで、平板型フォトマスクのパターンを縮小もしくは拡大して立体構造体の表面に投影し、感光した紫外線感光性材料を現像することによって、立体構造の表面に微細凹凸構造を形成することができる。
【００５１】
光学的な収差を調整するために、図９や図１０にて例示した凸レンズや凹レンズの他に、両凸レンズや両凹レンズ、ミラー等の光学部品を複数枚組み合わせて、リレーレンズ等のように投影像の縮尺を任意の割合で調整してもよい。
また、すり鉢開口穴形状反射型ミラーのミラー表面を凸形もしくは凹形に加工することにより、立体構造体の鉛直方向にパターンを拡大もしくは縮小して投影することができる。
【００５２】
図１１は、図７で例示したマスクパターンを、凸型すり鉢開口穴形状反射型ミラー３５で反射し、拡大したパターンを立体構造基材３３の表面に転写した場合の模式図である。
この場合、平板型フォトマスク３２に描かれたパターンは、凸型すり鉢開口穴形状反射型ミラー３５によってパターン中心を通る軸方向に拡大される。
【００５３】
一方、図１２で示したような凹型すり鉢開口穴形状反射型ミラー４０を用いた場合には、平板型フォトマスク３７上のパターンはパターン中心を通る軸方向に縮小され、立体構造基材３８の表面に形成された紫外線感光性材料３９に投影される。もちろん、この実施例でも、平凸レンズや平凹レンズと共に、凸型もしくは凹型すり鉢開口穴形状反射型ミラーを併用し、円周方向と鉛直方向の倍率を変えてパターンを投影する場合がある。
【００５４】
次に、図１３に基づいて、円筒基材４７の表面に塗布したポジティブ型紫外線感光性樹脂４６への紫外線立体投影露光する場合の具体例について説明する。
【００５５】
すり鉢開口穴形状反射型ミラー４７には、紫外線照射に対する耐久性と同時に、高い反射率を確保する必要がある。
また、紫外線光源はユニオン光学社製両面マスクアライナーＰＥＭ−８００を用いたため、出力される紫外線の主な波長：λは４３６、４０５、３６５ｎｍである。
これらの波長の紫外線を１０％以下の損失で反射させるためには、ミラー反射面の表面粗度はλ／２０が適当であると算出し、最大高さ：Ｒｍａｘ＝２０ｎｍ以下でミラーを加工した。
【００５６】
この場合、アルミニウムを超精密機械加工して作製したミラーの表面粗度はＲｍａｘ＝１８ｎｍで、形状精度（直進性）はピーク値：ＰＶ＝５０ｎｍであった。両面マスクアライナーの露光ステージ上には、すり鉢開口穴形状反射型ミラー４７と最終的に紫外線が照射される真鍮円筒基材４５、リレーレンズ４４、平板型フォトマスク４３を、図１３に示されているように配置した。
【００５７】
最下部の基準ステージには、すり鉢開口穴形状反射型ミラー４７が配置され、その中央には、紫外線感光性樹脂４６を塗布した直径５ｍｍの円筒基材４７を垂直に立てて固定し、その直上に、色収差やザイデル収差を補正するために計４枚のリレーレンズ４４を配置した。シミュレーション結果により、線幅１００μｍのパターンは比較的正確に形状を投影できることを確認した。
【００５８】
リレーレンズ４４の上方には、５ｉｎｃｈ角の平板型フォトマスク４３を配置した。
なお、このフォトマスク４３の紫外線透過部分は石英製で、遮光部はＣｒ層で形成されており、リレーレンズ４４と平板型フォトマスク４３の位置は三軸方向に微調整できるようになっている。
【００５９】
図１４によって平板型フォトマスク４３のパターンについて説明する。
平板型フォトマスク４３のパターンは同心円パターンを基調としており、直径２０ｍｍの範囲に円状パターン、丸ドットパターン、螺旋パターンが配置されている。パターンの大きさは最小５０μｍで最大１００μｍである。中央の十字パターンは、露光位置調整用のアライメントマークである。
【００６０】
次に上記の平板型フォトマスク４３を使用した際の、紫外線露光実験の手順を説明する。
（１）直径５ｍｍの真鍮円筒基材４７の表面をダイヤモンドバイトとダイヤモンド混合砥粒にて研磨し、表面粗度を１０μｍ以下とした。
（２）真鍮円筒基材４５を高速で回転させながら、薄め液にて濃度を調整したＳｈｉｐｌｅｙ社製の紫外線感光性樹脂ＭＩＣＲＯＰＯＳＩＴ  Ｓ１８３０をスプレーコーティング法にて塗布した。
（３）ホットプレートによって真鍮円筒基材４７を１５０℃で２０分間加熱し、表面に塗布された紫外線感光性樹脂の溶媒を蒸発させ、全円周方向に紫外線感光性樹脂層４６を成膜した。
（４）充分な時間を掛けて室温まで冷却した後、すり鉢開口穴形状反射型ミラー４７の中央に真鍮円筒基材４５を垂直に立てて配置した。
（５）すり鉢開口穴形状反射型ミラー４７、リレーレンズ４４、平板型フォトマスク４３を両面マスクアライナーの露光ステージ上に配置し、それぞれの位置を調整した。
（６）紫外線を１０〜３０秒間照射した後、専用の現像液ＭＩＣＲＯＰＯＳＩＴ  ＭＦ−３１９に２〜３分間浸して現像した。この工程によって、紫外線が照射された部分の紫外線感光性樹脂は除去されて、紫外線が遮蔽された部分が樹脂構造体として残る。
【００６１】
このような工程により得られたパターンを光学顕微鏡により観察したところ、直径５０、７５、１００μｍの丸ドットパターンと、線幅５０、１００μｍの螺旋パターンが、真鍮円筒表面に転写されていた。
【００６２】
得られた現像後のレジストパターンを光学顕微鏡により観察し、その結果を図１５に示す。平板上のマスクパターンが、すり鉢開口穴形状反射型ミラーを介して円筒基材表面に明確に転写されたことが確認でき、微細凹凸構造のエッジ部分も明瞭であった。また、平板型フォトマスク上では真円形状であった丸ドットパターンが円周方向の縮小投影によって楕円形状として転写されたことが確認された。
直径１００μｍの真円丸ドットパターンは短径５８μｍ、直径１００μｍの長円として転写されている。図１４に示したように平板型フォトマスク上で直径１００μｍの真円丸ドットパターンは中心から半径４．３５ｍｍの円周上に配置されている。また、縮小率が１となる円筒型被照射体の半径は２．５０ｍｍであることから、縮小率は２．５０／４．３５≒０．５７となり、線幅１００μｍのパターンは０．５７×１００μｍ＝５７μｍの線幅まで縮小投影される。この値は図１５に例示した長円転写パターンの短直径の値と一致している。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明に係る光立体露光方法は、例えば、血管内への挿入を前提として、デバイス自体の形状が円筒状であることが望ましいカテーテルのようなアクチュエータや、線状基材に半導体素子や光学素子の機能を付与するオン・ファイバー・デバイスの開発において、立体表面の配線や流路パターンの形成技術として極めて有用である。
また、ロールツーロールインプリントにおける円筒モールドの製作においても、円筒モールドが周方向に一回転した際の継ぎ目が無いシームレスな微細凹凸構造を加工するプロセスにも幅広く対応することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１：  紫外線照射ランプ
２：  紫外線強度調節手段
３：  紫外線平行化手段
４：  フォトマスク位置調整機構
５：  フォトマスク固定ステージ
６：  フォトマスク固定機能、
７、１５、２０、２６、３２、３７、４３：  平板型フォトマスク
８、２１：  平凸レンズ
９、１６、２２、２７、３３、３８：  立体構造基材
１０、１７、２３、２９、３４、３９、４６：  紫外線感光性材料
１１、４７：  すり鉢開口穴形状反射型ミラー
１２：  立体構造基材固定機構
１３：  ギャップ調整機構
１４：  台座
１８、２４、３０：  傾斜角度４５°のすり鉢開口穴形状反射型ミラー
１９：  光線
２２：  平凸レンズ
２５、３１、４１：  光線
２８：  平凹レンズ
３５：  凸型すり鉢開口穴形状反射型ミラー
３６：  光線
４０：  凹型すり鉢開口穴形状反射型ミラー
４２：  紫外線
４４：  リレーレンズ
４５：  真鍮円筒基材
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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