(57)【要約】【課題】  エバネッセント光を露光エネルギとして適用することにより、新しい微小構造創製法の確立を実現すること。【解決手段】  光ビームを、硬化したい形状又は範囲よりも大きな形状又は範囲で、エバネッセント光により、露光樹脂が硬化する前まで又は硬化しない程度まで露光する（第１段階）。その後、光ビームを、硬化したい形状で、エバネッセント光により露光樹脂を露光して硬化したい形状で硬化させる（第２段階）。【選択図】  図７
2011143681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光面を露光するための光源と、
前記光源からの光ビームを透過又は反射して造形形状の光ビームに制御するための造形形状制御デバイスと、
前記造形形状制御デバイスにより制御された光ビームを、露光面への入射角を臨界角よりも大きくして露光面に照射し、露光面にエバネッセント光を発生させるための光学系と、
を備え、
前記光源からの光ビームを、造形形状制御デバイス及び前記光学系により、前記硬化したい形状又は範囲よりも大きな形状又は範囲で、且つ、露光面への入射角を臨界角よりも大きくして、露光面に照射し、露光面にエバネッセント光を発生させ、露光樹脂が硬化する前まで又は硬化しない程度まで露光する第１段階の露光と、
前記第１段階の露光の後、前記光源からの光ビームを、造形形状制御デバイス及び前記光学系により、硬化したい形状で、且つ、露光面への入射角を臨界角よりも大きくして、露光面に照射し、露光面にエバネッセント光を発生させ、エバネッセント光により露光樹脂を露光して硬化したい形状で硬化させる第２段階の露光と
を含む二段階露光により微小領域面内を硬化するための、エバネッセント光を用いた光造形装置。
【請求項２】
前記光学系は、
前記造形形状制御デバイスからの光ビームの中央部分を遮蔽し、光ビームの周辺部分のみを通過させる中央遮断フィルタを備えたことを特徴とする請求項１に記載の光造形装置。
【請求項３】
前記光学系は、
前記中央遮断フィルタを通過した光ビームを露光面へ結像するための半球形状の対物レンズを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の光造形装置。
【請求項４】
エバネッセント光による露光面での光の強度分布をモニタするためのモニタ装置をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光造形装置。
【請求項５】
露光面の位置決め機構をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光造形装置。
【請求項６】
透明基板と、
前記透明基板上に充填された露光樹脂のロッドを
備え、
前記ロッドを引き上げることで、単位積層厚さに相当するギャップを形成して露光樹脂を露光面に充填し、
前記透明基板と樹脂の界面においてエバネッセント光で二段階露光してギャップ内の樹脂を硬化し、
硬化樹脂が付着した前記ロッドを前記透明基板から引き上げ、次の単位積層厚さに露光樹脂を露光面に充填し、前記透明基板と樹脂の界面においてエバネッセント光で二段階露光してギャップ内の樹脂を硬化することを繰り返して３次元形状の造形を行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光造形装置。
【請求項７】
前記第２段階の露光では、硬化形状の範囲内での溶存酸素濃度がしきい値を下回り且つラジカルを存在させることにより、露光樹脂を硬化することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか記載の光造形装置。
【請求項８】
前記第１段階の露光では、硬化形状の範囲内での溶存酸素濃度がしきい値を上回っていることにより露出樹脂を硬化させないことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか記載の光造形装置。
【請求項９】
光ビームを、硬化したい形状又は範囲よりも大きな形状又は範囲で、且つ、露光面への入射角を臨界角よりも大きくして、露光面に照射し、露光面にエバネッセント光を発生させ、露光樹脂が硬化する前まで又は硬化しない程度まで露光する第１段階の工程と、
前記第１段階の工程の後、光ビームを、硬化したい形状で、且つ、露光面への入射角を臨界角よりも大きくして、露光面に照射し、露光面にエバネッセント光を発生させ、エバネッセント光により露光樹脂を露光して硬化したい形状で硬化させる第２段階の工程と
を含む二段階露光により微小領域面内を硬化するための、エバネッセント光を用いた光造形方法。
【請求項１０】
前記第２段階の工程では、硬化形状の範囲内での溶存酸素濃度がしきい値を下回り且つラジカルを存在させることにより、露光樹脂を硬化することを特徴とする請求項９に記載の光造形方法。
【請求項１１】
光を照射することでラジカルを存在させることを特徴とする請求項１０に記載の光造形方法。
【請求項１２】
前記第１段階の工程では、硬化形状の範囲内での溶存酸素濃度がしきい値を上回っていることにより露出樹脂を硬化させないことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載の光造形方法。
【請求項１３】
前記第２段階の工程での硬化条件は、
露光部分における体積当たりの溶存酸素量又は規格化された溶存酸素量をｘ、露光部分と溶存酸素供給領域と重なり部分の体積をＰ、該重なり部分以外の溶存酸素供給領域をＱ、特定のしきい値をＬ、とすると、
ｘＰ＋Ｑ＜Ｌ、且つ、
光照射又はラジカルの存在
であることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれかに記載の光造形方法。
【請求項１４】
前記第１段階の工程での露光の条件は、
露光部分における体積当たりの溶存酸素量又は規格化された溶存酸素量をｘ、露光部分と溶存酸素供給領域と重なり部分の体積をＰ、該重なり部分以外の溶存酸素供給領域をＱ、特定のしきい値をＬ、とすると、
ｘＰ＋Ｑ≧Ｌ、
であることを特徴とする請求項９乃至１３のいずれかに記載の光造形方法。
【請求項１５】
露光面においてエバネッセント光でしてギャップ内の樹脂を二段階露光により硬化することを繰り返して、硬化したい形状に硬化された露光樹脂を複数積層することで、３次元形状の造形を行うことを特徴とする請求項９乃至１４のいずれかに記載の光造形方法。
【請求項１６】
光ビームを、硬化したい形状又は範囲よりも大きな形状又は範囲で、且つ、露光面への入射角を臨界角よりも大きくして、露光面に照射し、露光面にエバネッセント光を発生させ、露光樹脂が硬化する前まで又は硬化しない程度まで露光する第１段階の露光と、
前記第１段階の工程の後、光ビームを、硬化したい形状で、且つ、露光面への入射角を臨界角よりも大きくして、露光面に照射し、露光面にエバネッセント光を発生させ、エバネッセント光により露光樹脂を露光して硬化したい形状で硬化させる第２段階の露光と
を含む二段階露光により微小領域面内を硬化し、エバネッセント光を用いて製造された造形物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光造形装置、光造形方法及び造形物に係り、特に、エバネッセント光を利用したナノ光造形のための光造形装置、光造形方法及び造形物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光造形法をマイクロマシニングへ適用する試みとして、様々な手法（非特許文献１〜３参照）が提案され、研究が進められている。特に、面露光型マイクロ光造形法は、生産性が高く非常に有効な手法のひとつであり、造形分解能数μｍまで実現されている。
非特許文献４には、エバネッセント光を利用したナノ光造形法に関する研究について記載されている。非特許文献５には、光硬化性樹脂の硬化と溶存酸素濃度に関して記載されている。
また、特許文献１には、極めて高い分解能を有するとともに、余剰硬化物を生じることなく、複雑な三次元的形状の造形部材を作製するための光造形方法及びその装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３８５７２７６号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】林、三好、高谷、高橋：液晶マスクを用いた非積層マイクロ光造形法に関する研究（第１報）、精密工学会誌、６７，４（２００１）  ６２８−６３２．
【非特許文献２】Ｓ．Ｍａｒｕｏ  ａｎｄ  Ｋ．Ｉｋｕｔａ：Ｓｕｂｍｉｃｒｏｎ  ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｆｒｅｅｌｙ  ｍｏｖａｂｌｅ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ  ｂｙ  ｕｓｉｎｇ  ｓｉｎｇｌｅ−ｐｈｏｔｏｎ  ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ，Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ａ，１００（２００２）７０−７６．
【非特許文献３】Ｓ．Ｋａｗａｔａ，  Ｈ．Ｓｕｎ，  Ｔ．Ｔａｎａｋａ  ａｎｄ  Ｋ．Ｔａｋａｄａ：Ｆｉｎｅｒ  ｆｅａｔｕｒｅｓ  ｆｏｒ  ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  ｍｉｃｒｏｄｅｖｉｃｅｓ，Ｎａｔｕｒｅ，４１２，（２００１）６９７−６９８．
【非特許文献４】梶原、稲月、高橋、高増：エバネッセント光を利用したナノ光造形法に関する研究（第１報）、精密工学誌、７２，１１（２００６）１２９１−１２９６．
【非特許文献５】Ｃ．Ｄｅｃｋｅｒ  ａｎｄ  Ａ．Ｄ．Ｊｅｎｋｉｎｓ，Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ  １８，１２４１（１９８５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のエバネッセント露光による面内硬化については、次のような特性があった。（ｉ）硬化させたい任意形状で硬化しない（例えば、角が丸くなる）場合があった。すなわち、従来、エバネッセント光を利用した光造形法において、サブミクロンオーダー又はそれ以下の硬化形状を造形することができない場合があった。
（ｉｉ）露光サイズが小さくなるにつれ硬化するまでの単位面積当たりの総エネルギ量が大きくなる（硬化しない大きさも存在する場合がある）傾向があった。
本発明は、以上の点に鑑み、エバネッセント光を露光エネルギとして適用することにより、新しい微小構造創製法の確立を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の解決手段によると、
露光面を露光するための光源と、
前記光源からの光ビームを透過又は反射して造形形状の光ビームに制御するための造形形状制御デバイスと、
前記造形形状制御デバイスにより制御された光ビームを、露光面への入射角を臨界角よりも大きくして露光面に照射し、露光面にエバネッセント光を発生させるための光学系と、
を備え、
前記光源からの光ビームを、造形形状制御デバイス及び前記光学系により、前記硬化したい形状又は範囲よりも大きな形状又は範囲で、且つ、露光面への入射角を臨界角よりも大きくして、露光面に照射し、露光面にエバネッセント光を発生させ、露光樹脂が硬化する前まで又は硬化しない程度まで露光する第１段階の露光と、
前記第１段階の露光の後、前記光源からの光ビームを、造形形状制御デバイス及び前記光学系により、硬化したい形状で、且つ、露光面への入射角を臨界角よりも大きくして、露光面に照射し、露光面にエバネッセント光を発生させ、エバネッセント光により露光樹脂を露光して硬化したい形状で硬化させる第２段階の露光と
を含む二段階露光により微小領域面内を硬化するための、エバネッセント光を用いた光造形装置が提供される。
【０００７】
本発明の第２の解決手段によると、
光ビームを、硬化したい形状又は範囲よりも大きな形状又は範囲で、且つ、露光面への入射角を臨界角よりも大きくして、露光面に照射し、露光面にエバネッセント光を発生させ、露光樹脂が硬化する前まで又は硬化しない程度まで露光する第１段階の工程と、
前記第１段階の工程の後、光ビームを、硬化したい形状で、且つ、露光面への入射角を臨界角よりも大きくして、露光面に照射し、露光面にエバネッセント光を発生させ、エバネッセント光により露光樹脂を露光して硬化したい形状で硬化させる第２段階の工程と
を含む二段階露光により微小領域面内を硬化するための、エバネッセント光を用いた光造形方法が提供される。
【０００８】
本発明の第３の解決手段によると、
光ビームを、硬化したい形状又は範囲よりも大きな形状又は範囲で、且つ、露光面への入射角を臨界角よりも大きくして、露光面に照射し、露光面にエバネッセント光を発生させ、露光樹脂が硬化する前まで又は硬化しない程度まで露光する第１段階の露光と、
前記第１段階の工程の後、光ビームを、硬化したい形状で、且つ、露光面への入射角を臨界角よりも大きくして、露光面に照射し、露光面にエバネッセント光を発生させ、エバネッセント光により露光樹脂を露光して硬化したい形状で硬化させる第２段階の露光と
を含む二段階露光により微小領域面内を硬化し、エバネッセント光を用いて製造された造形物が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、エバネッセント光を露光エネルギとして適用することにより、新しい微小構造創製法の確立を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】全反射時に生じるエバネッセント光についての説明図。
【図２】エバネッセント光を利用した光造形法の概念図。
【図３】露光面光強度分布制御機能を有したエバネッセント露光型光造形装置の模式図。
【図４】エバネッセント露光による形状評価実験の結果についての説明図。
【図５】溶存酸素に基づいた硬化メカニズムについての説明図。
【図６】溶存酸素分布の計算例の結果を示す図。
【図７】推定硬化メカニズムに基づいた二段階露光法についての説明図。
【図８】エバネッセント光における単位面積当たりの総エネルギ量による硬化物の変化を示す図。
【図９】本実施の形態の二段階露光法の検証実験結果を示す図。
【図１０】光硬化性樹脂の硬化開始条件についての説明図。
【図１１】形状変化についての説明図。
【図１２】実験方法の説明図。
【図１３】二段階露光法実験結果（１）を示す図。
【図１４】二段階露光法実験結果（２）を示す図。
【図１５】二段階露光法実験結果（３）を示す図。
【図１６】エバネッセント露光装置の他の実施の形態の構成図。
【図１７】露光面付近の拡大構成図。
【図１８】硬化物の大きさと硬化しきい値についての説明図。
【図１９】二段階露光法における酸素量についての説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
１．はじめに
ＲＰ（Ｒａｐｉｄ  Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ）技術のひとつである光造形法は、簡易に三次元構造を創製できる点で大きく注目を浴びている。本発明及び本実施の形態では、より高精度な三次元微小構造の創製を目的として、エバネッセント光を露光エネルギとして適用することにより、新しい微小構造創製法の確立を目指している。本発明及び実施の形態では、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｒｒｏｒ（Ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ）  Ｄｅｖｉｃｅ）等の造形形状を制御するためのデバイスを導入した光造形装置及び方法を開発し、エバネッセント光によるサブミクロンオーダ又はそれ以下での面内硬化形状の制御のために硬化特性の解析を行った。
【００１２】
２．エバネッセント光を利用した光造形法
図１に、全反射時に生じるエバネッセント光についての説明図を示す。
一般に、エバネッセント光とは、全反射した際に低屈折率媒質側に染み出した光をいう。
図１のように、本発明及び実施の形態の手法では、全反射時に染み出すエバネッセント光を樹脂硬化面での露光エネルギとして利用する（非特許文献４参照）。この方法によれば、波長程度の領域にのみ局在するエバネッセント光を露光エネルギとするため、一層毎の縦分解能及び横分解能が非常に小さく設定でき、サブミクロンオーダ又はそれ以下の縦分解能及び横分解能が期待される。また造形時における透過伝搬光が発生しないために余剰硬化を防ぐことが可能で、更に固体浸レンズを用いることで従来法より高い横分解能が期待できる。
【００１３】
図２に、エバネッセント光を利用した光造形法の概念図を示す。
この光造形法では、まず引き上げロッドをガラス基板に近づけ、単位積層厚さに相当するギャップを作る（ａ）。ビームを臨界角以上の角度で入射すると、ガラス基板と樹脂の界面においてエバネッセント光が発生し、露光エネルギによりギャップ内の樹脂が硬化される（以下エバネッセント光による露光をエバネッセント露光と呼ぶ）。次にロッドに付着した硬化樹脂をガラス基板から剥離して引き上げ、樹脂タンク内の液体樹脂を露光面に充填させる（ｂ）。その後またエバネッセント露光によりギャップ内の液体樹脂を硬化する（ｃ）。以上の繰り返しにより所望の形状を得るのがエバネッセント光を利用したナノ光造形法である（ｄ）。この方法はエネルギ局在特性を有しているエバネッセント光と、生産性の高い一括面露光型光造形法を融合させたものになっており、層毎にビーム形状を変化させることで、複雑な構造を持つ三次元形状の創製が期待される。
【００１４】
３．エバネッセント露光における面内硬化特性検討実験
３．１  装置
図３に、露光面光強度分布制御機能を有したエバネッセント露光型光造形装置の模式図を示す。この図には、面内硬化特性を実験的に検討するために今回構築したエバネッセント露光装置を示す。
ＬＥＤ１から出たビームはコリメートレンズを通してコリメートされてＤＭＤ２に入射する。ＰＣ７は、ＤＭＤ２の形状制御を行う。そしてＤＭＤ２により変調された光は、中央遮断フィルタ８で中央部の光が遮断され周辺部の光を通過させ、さらに、ビームスプリッタ３により反射したのち、オフセットして対物レンズ４に入射する。入射ビームはレンズ内において斜入射の状態になり、カバーガラス上面の露光面（樹脂硬化面）１０に到達する。入射角が臨界角よりも大きい場合、露光面１０にエバネッセント光が発生する。一方、エバネッセント露光面１０での光の強度分布は、結像レンズ５を通してＣＣＤ６に導かれ、ＣＣＤ６上でモニタ可能となっている。また、ＰＣ７は、ディスプレイ等により、ＣＣＤ６で検出された露光硬化部の確認を行う。ＰＣ７は、後述の二段階露光法の各段階の露光条件（露光時間、露光強度、露光エネルギー量、露光量、露光範囲等）を適宜制御することができる。これら露光条件はマニュアルで調整・制御してもよい。なお、ＤＭＤ２は、これに限らず、透過形又は反射形の各種の透過又は反射による光造形の形状を所定の形状に制御及び／又は実現するためのデバイスを用いることができる。また、このデバイスは固定形状としても可変形状に制御できるようにしてもよい。
この装置を用いて面内硬化特性把握のために、実際に硬化実験を行った。
【００１５】
３．２  面内硬化形状制御基礎実験
図４に、エバネッセント露光による形状評価実験の結果についての説明図を示す。図４（ａ）は、露光分布、図４（ｂ）は硬化形状をそれぞれ表す。
基本的な面内硬化特性を把握するために、エバネッセント露光時の標準的な形状サイズ（例、５０−１００μｍ）で凹凸部を有した幾何学形状の一例として星型形状を用い硬化実験を行った。図４は、その硬化形状、硬化結果を示したものである。このように、露光面における光強度分布に比べて、星型形状の凸部の確認が困難になる場合がある。
【００１６】
次に、図８は、エバネッセント光における単位面積当たりの総エネルギ量による硬化物の変化を示す図である。正方形形状を例にとって面内サイズが硬化特性に及ぼす特徴を調べた。図８は、その結果を示すものである。図示のように、硬化物が小さくなると、硬化するまでの単位面積当たりの総エネルギ量が増える。また、このとき、例えば一辺１３μｍ以下の正方形に関しては、硬化物は確認されなかった。
そこで、次節では硬化形状の変化、および、一辺１３μｍ以下の正方形が硬化していない原因を硬化プロセスに着目し、考察する。
【００１７】
４．溶存酸素濃度に着目した硬化メカニズムの考察
図１０に、光硬化性樹脂の硬化開始条件についての説明図を示す。
一般に光硬化性樹脂の硬化は、樹脂内に含まれる光反応開始剤（Ｐ−Ｉ）が、光子のエネルギを吸収することにより生じた遊離ラジカル（Ｉ・）がモノマー、オリゴマー（Ｍ）と反応することによって始まる。しかし、溶存酸素が一定の値より多く硬化性樹脂内にある時、モノマーとラジカルの反応速度定数に対し酸素とラジカルの反応速度定数の方がはるかに大きいため、遊離ラジカル（Ｉ・）がモノマー、オリゴマー（Ｍ）と反応せず、硬化が始まらない。つまり、溶存酸素濃度が一定の値より低く、かつラジカルが存在しないと硬化現象が発現しないと考えられている（非特許文献５参照）。
【００１８】
図５に、溶存酸素に基づいた硬化メカニズムについての説明図を示す。上述のような溶存酸素濃度に着目し、硬化メカニズムの提案を行う。
溶存酸素に基づいた硬化メカニズムの概略は、次の通りである。
まず、ある点において半径ｒの球（供給領域）を考え、その球内からはその点に酸素が瞬時に供給されると考える。この球内の溶存酸素量（供給溶存酸素量：Ｓ）が一定値（しきい値：Ｌ）以下にならないと十分な酸素が供給されるため、その点における溶存酸素濃度が下がらず、その点は硬化しないと考える。ここで、光硬化性樹脂内の全ての各々の点において含まれている最初の溶存酸素量を１とする。そして、溶存酸素がない状態を０とする。露光部における溶存酸素は時間が過ぎるとともに１から０まで消費されるものとし、それ以外の光硬化性樹脂領域に関しては常に１であるものとする。
次に、一例として図５の点ａにおいて硬化するかどうかを判断することを考える。このとき、点ａでの溶存酸素濃度が硬化のためのしきい値を下回っており、かつラジカルが存在しているときに硬化すると判断することができる。ラジカルの存在に関しては点ａに光が照射するかを考える。この図の場合、図を分かり易くするために点ａに光が当たっていない。
次に、点ａにおける溶存酸素濃度について考える。露光により光硬化性樹脂が光子のエネルギーを吸収することにより、点ａで溶存酸素が光により消費される。しかし、溶存酸素が消費されても、周囲に溶存酸素が存在するので、瞬間的に溶存酸素が、点ａの周囲から点ａに供給されると考える。溶存酸素が供給される領域を溶存酸素供給領域とし、一例として半径ｒの球で表す。このとき、供給領域内の溶存酸素消費に対しては供給領域外周囲から、瞬間的に溶存酸素が供給されるため、元の溶存酸素量に戻る（又は近づく）と考える。ここで、一例として、各点における溶存酸素量については、最大溶存酸素量を１とし、露光部では時間と共に１から減少し、最終的に０になるとする（規格化）。溶存酸素供給領域内の溶存酸素の量を供給溶存酸素量とすると、供給溶存酸素量がしきい値Ｌより下回ったとき、点ａでの溶存酸素濃度が硬化のためのしきい値を下回ると考えることができる。このとき、点ａが硬化するか判断を行うには、露光部における溶存酸素量をｘ（ここで、０≦ｘ≦１）、（なお、ｘは、体積当りの値又は規格化された値とすることができる。）露光部と溶存酸素供給領域との重なり部分の体積をＰ、それ以外の溶存酸素供給領域の体積をＱとすると、供給溶存酸素量Ｓ（点ａにおける溶存酸素濃度の低下）は、
Ｓ＝ｘ・Ｐ＋１・Ｑ
となるので、硬化条件としては、
ｘＰ＋Ｑ＜Ｌ、且つ、
点ａに光照射（ラジカルの存在）
の条件で点ａが硬化するか否かを判断できる。よって、これを調べることで、硬化形状の推定が期待できる。
なお、硬化しない条件としては、例えば、
ｘＰ＋Ｑ≧Ｌ
の条件で光照射することとすることができる。
【００１９】
図６は、溶存酸素分布の計算例の結果を示す図である。図６（ａ）は露光分布、図６（ｂ）は溶存酸素分布をそれぞれ示す。
この図は、これを露光面において行い、先ほど示した硬化形状がどのように硬化するかの推定を、各点で描いた球と露光部との重なった部分から行ったものである。このとき、中央部（薄い色）の部分は描いた球の中に露光部がすべて重なっている状態である。図４（ｂ）に示した実験結果と比べると、中央部の外側の約５０μｍ径の部分が対応している。
また、１３μｍ以下の正方形が硬化していなかった原因として供給領域内よりも露光領域が小さいためｘＰ＋Ｑにおいてｘが０のときでも、ｘＰ＋Ｑがしきい値Ｌを下回らなかったことを意味していると考えられる。
【００２０】
図１１に、形状変化についての説明図を示す。
この図は、先ほどのメカニズムを面内方向に適用し星形形状で露光された際どのように供給溶存酸素量が分布しているかを表したものである。図示のように、硬化形状と溶存酸素分布の形状に類似性が認められる。
【００２１】
図１８に、硬化物の大きさと硬化しきい値についての説明図である。
構造物の大きさと硬化しきい値については、創製する構造物の厚さ方向に対する露光距離は変わらない（エバネッセント光０．２μｍ）ので、露光面上でどれだけの領域が露光部と重なるかで供給溶存酸素量が変わる。露光部（酸素量が１→ｘ（＜１）の領域）のサイズが大きいほど供給溶存酸素量が減少する。よって、小さいものほど硬化にエネルギが必要である。また、硬化しない大きさが存在する。
以上において、一例として、供給領域半径ｒ＝２０μｍ、供給溶存酸素量Ｌ＝１６７１５とすると今回の実験結果との整合性を取ることができる。
【００２２】
５．推定硬化メカニズムに基づいた二段露光法
次に硬化メカニズムに基づいた硬化法として二段階硬化法を提案し、実験において従来の露光法では硬化がされなかった露光面形状として一辺１３μｍ以下の正方形の硬化実験を行う。
【００２３】
図７に、推定硬化メカニズムに基づいた二段階露光法についての説明図を示す。
前章で推定した硬化メカニズムに基づき、微小領域面内硬化法として、二段階露光法を提案する。本実施の形態では、第１段階として、硬化したい形状よりも大きな形状で一度硬化寸前まで露光を行い、その後、第２段階として、硬化したい形状に露光を行うものである。
たとえば、露光部分における体積当たりの溶存酸素量又は規格化された溶存酸素量をｘ、露光部分と溶存酸素供給領域と重なり部分の体積をＰ、該重なり部分以外の溶存酸素供給領域をＱ、特定のしきい値をＬ、とすると、
第１段階の工程での露光の条件は、例えば、
ｘＰ＋Ｑ≧Ｌ、
とすることができる。
また、第２段階の工程での硬化条件は、
ｘＰ＋Ｑ＜Ｌ、且つ、
光照射又はラジカルの存在
とすることができる。
【００２４】
二段階露光法の各段階の露光条件（露光時間、露光強度、露光エネルギー量、露光量、露光範囲等）は、ＰＣ７等により適宜制御することができる。また、これら露光条件はマニュアルで調整・制御してもよい。
【００２５】
図１９は、二段階露光法における酸素量についての説明図である。
従来法のように硬化したい形状に一回だけ露光する場合と、本実施の形態のような二段階露光法では、溶存酸素量について次のような関係がある。
ある時間における従来法の供給溶存酸素量＞ある時間における二段階露光法の供給溶存酸素量
【００２６】
このように、本発明及び本実施の形態の二段階露光法のように、供給領域の溶存酸素量を低下させることにより、
・硬化速度の向上
・従来法では硬化されなかった小さな硬化物の硬化
を実現することができる。
すなわち、この露光法を用いることで、硬化物周辺の溶存酸素量を減らすことができ、今まで硬化が認められなかった露光面形状としてサブミクロンオーダ又はそれ以下（例えば、一辺１３μｍ以下）の正方形の硬化が可能になると考えられる。
【００２７】
６．二段階露光法を用いた実験
次に、（ｉ）推定硬化メカニズムの検証実験（従来法との硬化速度の比較実験）、（ｉｉ）従来法では硬化されなかった硬化物の硬化実験（微小サイズ硬化実験）について説明する。実験方法は、単なる一例を示すものでありこれに限られない。
図１２に、実験方法の説明図を示す。実験方法は次の要領である。なお、黒部分が露光する範囲・形状である。
第１段階．一辺４９μｍの正方形で硬化寸前（１ｓ）まで露光
第２段階．一辺の長さが任意の正方形（２５μｍ〜２μｍ）で露光
【００２８】
図１３は、二段階露光法実験結果（１）を示す図である。なお、黒部分が露光する範囲・形状である。図示のように、本実施の形態では、硬化速度の向上が実現された。
図９は、本実施の形態の二段階露光法の検証実験結果を示す図である。図示のように、通常硬化では硬化しなかった大きさ（即ち、この例では、一辺１３μｍ以下の正方形）が、硬化したことから、本実施の形態による硬化メカニズムの妥当性が実証できた。
図１４は、二段階露光法実験結果（２）を示す図である。なお、黒部分が露光する範囲・形状である。この図は、二段階硬化法による１３μｍ以下のものに対する硬化結果（単位時間当たりの露光エネルギ３０〜４０Ｗ／ｃｍ２）を表す。図示のように微小物の硬化が実現できた。
図１５は、二段階露光法実験結果（３）を示す図である。この図は、露光面で一辺２μｍの正方形（６μｍ厚さ）が形成されたことを示している。
【００２９】
７．他の装置構成
図１６に、エバネッセント露光装置の他の実施の形態の構成図を示す。
この装置も、図３と同様に、ＬＥＤ１から出たビームにより露光面１０にエバネッセント光が発生する。また、露光面１０での光の強度分布は、ＣＣＤ６上でモニタ可能となっている。さらに、この装置は、露光面の位置決め機構として、レーザ５１、ビームスプリッタ５２、ピンホール５３及びダイクロイックミラー５４等を含む構成が追加される。この構成により、位置調査等を行うことができる。
図１７に、露光面付近の拡大構成図を示す。図示のように露光ビームは、ＤＭＤ等による入力画像面を経て、中央部遮断フィルタで中央部の光がフィルタされ、両側から対物レンズに光が入力されることで、所定の角度で硬化性樹脂に結像する。これにより、エバネッセント光による露光が実現される。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上のように、エバネッセント光によるサブミクロンオーダ又はそれ以下での面内硬化特性として溶存酸素の拡散が重要な位置を占めるとわかり、本発明は、様々な微小形状の硬化に適用することができる。また、以上では、星形の露光形状を例に説明したが、これに限らず、本発明は、上述のような硬化特性に基づき面内任意形状の硬化に適用することができる。さらに、以上の実施の形態では一辺２μｍの正方形を小さい形状の例として挙げたが、これに限らず本発明は、一辺２μｍの正方形よりもさらに小さな形状の造形にも適用可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１  ＬＥＤ
２  ＤＭＤ
３  ビームスプリッタ
４  個体浸レンズ
５  レンズ
６  ＣＣＤ
７  ＰＣ
８  中央遮断フィルタ
１０  樹脂硬化面
【図７】
2011143681.tif 000003
【図８】
2011143681.tif 000004
【図９】
2011143681.tif 000005
【図１０】
2011143681.tif 000006
【図１２】
2011143681.tif 000007
【図１４】
2011143681.tif 000008
【図１８】
2011143681.tif 000009
【図１９】
2011143681.tif 000010
【図１】
2011143681.tif 000011
【図２】
2011143681.tif 000012
【図３】
2011143681.tif 000013
【図４】
2011143681.tif 000014
【図５】
2011143681.tif 000015
【図６】
2011143681.tif 000016
【図１１】
2011143681.tif 000017
【図１３】
2011143681.tif 000018
【図１５】
2011143681.tif 000019
【図１６】
2011143681.tif 000020
【図１７】
2011143681.tif 000021