(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面若しくは当該基板上に設けられた機能材料層の表面に複数の凸部及び凹部の少なくとも一方が配列されてなるモスアイ構造を有する基板上構造体の製造方法であって、
前記基板の表面若しくは前記機能材料層の表面に、ガラス転移点を有する材料から構成される感光性材料層を形成するステップと、
コヒーレント光源の出力光を２以上に分岐した光を、角度調整手段により、所定の干渉角度で交差させて、干渉縞の長手方向が所定の角度で交差する干渉光を発生させて干渉パターンのピッチを調整し、当該干渉光を用いて、前記感光性材料層に対して複数回の干渉露光を行うステップであって、第２回目以降の干渉露光における干渉縞の長手方向を、前記基板の側を回転させることにより、第１回目の干渉露光における干渉縞の長手方向と０°より大きく９０°未満の角度で交差させて干渉露光を行うステップと、
前記干渉露光後の感光性材料層における前記干渉光の照射エリア若しくは非照射エリアを除去して、前記感光性材料層に楕円柱状の微細パターンを三方配列で形成するステップと、
前記楕円柱状の微細パターンに対して前記ガラス転移温度を上回る温度で熱処理を行い、当該微細パターンを半球形状のドットパターンに整形して、前記ドットパターンの面内密度を高めるステップと、
前記半球形状のドットパターンを用いて、前記基板若しくは前記機能材料層をエッチングして前記モスアイ構造を形成するステップと、を含むことを特徴とする基板上構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に微細パターンが形成された基板上構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
偏光素子や反射防止素子等の光学素子、或いは蛍光光源やＬＥＤ（Light Emitting Diode）に代表される半導体発光素子等の各種デバイスにおいて、微細構造体を加工したいとの要望が高まっており、可視光波長よりも小さなオーダ（例えば１００ｎｍ又はそれ以下）での微細構造体の加工を実現すべく技術開発が進められている。
かかるサブ波長オーダの微細パターンを作製する手段としては、例えば、ステッパや電子ビーム描画による露光方法、或いは紫外線よりも更に波長の短いＸ線を利用したリソグラフィ技術が知られている（例えば、非特許文献１参照）。しかしながら、これらの方法には量産に対して不向きな点があり、前述したような各種デバイスの量産工程には未だ適用されていない。
【０００３】
一般に、電子ビーム描画露光やＸ線リソグラフィは、一度に露光できる面積が限定的であるためスループットが低く、量産には適さない。特に電子ビーム描画露光は、電子ビームそのもので直接ワークを露光するため、数ｎｍの加工精度を実現できる一方、数ｍｍ角の寸法に露光するだけでも数日単位の莫大な処理時間が必要となる。
ステッパによる露光は量産に適した方法ではあるが、適用可能なワークがＳＥＭＩ規格に適合している必要があり、厚みのあるワークや反りの大きいワークには適用できない。例えばＳＥＭＩ規格では、８インチＳｉ基板の厚さは７２５±２０μｍ、厚さばらつきの指標ＴＴＶ（Total Thickness Variation）は１０μｍと定められており、これに適合しない基板はステッパでは露光できない。一方で上述したような各種デバイスの基板には、１インチ〜２インチ程度の小径のものや、表面に機能性材料を成膜したために形状が大きく反っているものがあり、いずれもステッパでは露光できない。
【０００４】
このように既存の技術では、スループットやワーク形状の制限のため、様々な各種デバイス基板に微細構造体を加工することは困難であった。
そこで、最近では、樹脂やガラス等のワークをマスターモールド（型）と基板とで挟み込み、微細な凹凸パターンを転写するナノインプリント法（ナノインプリントリソグラフィ：ＮＩＬ）により微細構造体を加工する方法も提案されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「応用物理」，応用物理学会，２００４年，第７３巻，第４号，ｐ．４５５−４６１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＮＩＬは研究が盛んであり、マスターモールドを用意すれば容易に微細加工の量産化が実現できるという利点がある。しかしながら、実際には、ワークとマスターモールドとの都度接触が必要な方法であるため、適用には様々な課題がある。具体的には、マスターモールドの形状の劣化、フォトレジスト充填時の気泡混入によるパターン形成不良、パーティクルの混入による転写不良などである。また原理的に、反りの大きいワークには適用が困難である。これらの理由から、ＮＩＬは量産時の歩留まりが低く、高精度なパターニングには不向きである。
【０００７】
さらに、ＮＩＬはコスト面でも課題がある。ＮＩＬではワークとマスターモールドとの都度接触により、マスターモールドの劣化が生じ、定期的な交換が必要となる。マスターモールドは、広い面積に微細な形状が精度よく形成されたものであり、比較的高価な加工法である電子ビーム加工やＫｒＦステッパによるリソパターニングが不可欠である。そのため、量産時にはランニングコストの増加が課題となる。また、設計変更のたびに新しいマスターモールドが必要となるため、開発用途や少量多品種の生産にも不向きである。
そこで、本発明は、低コストで高精度な微細加工を実現可能な基板上構造体の製造方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る基板上構造体の製造方法の一態様は、基板の表面若しくは当該基板上に設けられた機能材料層の表面に複数の凸部及び凹部の少なくとも一方が配列されてなる微細パターンを有する基板上構造体の製造方法であって、前記基板の表面若しくは前記機能材料層の表面に、ガラス転移点を有する材料から構成される感光性材料層を形成するステップと、コヒーレント光源の出力光を２以上に分岐した光を所定の干渉角度で交差させて、干渉縞の長手方向が所定の角度で交差する干渉光を発生し、当該干渉光を用いて、前記感光性材料層に対して複数回の干渉露光を行うステップであって、第２回目以降の干渉露光における干渉縞の長手方向を、第１回目の干渉露光における干渉縞の長手方向と所定角度で交差させて干渉露光を行うステップと、前記干渉露光後の感光性材料層における前記干渉光の照射エリア若しくは非照射エリアを除去して、前記感光性材料層に楕円柱状の微細パターンを形成するステップと、前記楕円柱状の微細パターンに対して前記ガラス転移温度を上回る温度で熱処理を行い、当該微細パターンを半球形状のドットパターンに整形するステップと、前記半球形状のドットパターンを用いて、前記基板若しくは前記機能材料層をエッチングして基板上構造体を得るステップと、を含む。
【０００９】
このように、干渉露光により微細パターンを形成する。干渉露光は微細フォトマスクを用いずに微細パターン露光が可能であり、ワークに対して接触する要素がない。そのため、従来のナノインプリント法等と比較して、量産時の歩留まりを高めることができる。また、ナノインプリント法のように高価なマスターモールドを必要としないため、低コストで高精度なパターニングが可能となる。したがって、光学素子や半導体発光素子等の各種デバイスとして、基板表面若しくは基板上に形成された機能材料層の表面に二次元周期的な微細パターンが形成された基板上構造体を容易且つ精度良く製造することができる。
【００１１】
さらに、前記感光性材料層は、ガラス転移点を有する材料から構成されており、前記微細パターンを整形するステップでは、前記熱処理として、ガラス転移温度を上回る温度で前記感光性材料層に形成された微細パターンを加熱する処理を行う。
このように、ガラス転移温度を上回る温度で加熱する処理を施すことで、異方性を有する形状（例えば、楕円形状）の微細パターンを、表面張力により正円形状に自然に整形することができる。また、これにより、感光性材料層に形成された微細パターンをマスクとして用い、基板若しくは基板上に設けられた機能材料層をエッチングして除去した際に、真円形状の底面を持つ精度の良いモスアイ構造を形成することができる。
また、この熱処理工程により、微細パターンの幅を広げ、互いに隣接する凸部の間隔を狭くすることもできる。すなわち、より密に配置された構造体を形成することができる。
また、前記干渉露光を行うステップは、前記感光性材料層に対して複数回の干渉露光を行うステップであって、第２回目以降の干渉露光における干渉縞の長手方向を、第１回目の干渉露光における干渉縞の長手方向と所定角度で交差させる。このように、干渉露光を複数回実施することで、容易に所望の微細パターンを形成することができる。
【００１２】
また、上記の基板上構造体の製造方法において、前記干渉露光を行うステップでは、前記感光性材料層に形成される微細パターンが正方配列となるよう干渉露光を行ってもよい。すなわち、干渉縞の長手方向が９０°交差するように干渉露光すれば、正方配列のモスアイ構造を得ることができる。
さらに、上記の基板上構造体の製造方法において、前記干渉露光を行うステップでは、前記感光性材料層に形成される微細パターンが三方配列となるよう干渉露光を行ってもよい。すなわち、干渉縞の長手方向が６０°交差するように干渉露光すれば、三方配列のモスアイ構造を得ることができる。この場合、正方配列のモスアイ構造と比較して細密構造とすることができる。
【００１３】
さらにまた、上記の基板上構造体の製造方法において、前記干渉露光を行うステップでは、前記第１回目の干渉露光を行った後に、前記基板を前記所定角度回転させ、前記第２回目以降の干渉露光を行ってもよい。このように、基板を回転させることで、容易に複数回露光を実現することができる。
【００１４】
また、本発明に係る基板上構造体の製造方法の一態様は、基板の表面若しくは当該基板上に設けられた機能材料層の表面に複数の凸部及び凹部の少なくとも一方が配列されてなる微細パターンを有する基板上構造体の製造方法であって、前記基板の表面若しくは前記機能材料層の表面に、ガラス転移点を有する材料から構成される微細パターン構成層を形成するステップと、前記微細パターン構成層をパターニングして楕円柱状の微細パターンを形成するステップと、前記楕円柱状の前記微細パターンに対して前記ガラス転移温度を上回る温度で熱処理を行い、当該微細パターンを半球形状のドットパターンに整形するステップと、前記半球形状のドットパターンを用いて、前記基板若しくは前記機能材料層をエッチングして基板上構造体を得るステップと、を含む。
【００１５】
このように、微細パターン構成層の微細パターンを熱処理して整形するので、当該微細パターンの精度を向上させることができる。したがって、かかる微細パターンをマスクとして用い、基板若しくは基板上に設けられた機能材料層を微細パターンに従ってエッチングすることで、基板表面若しくは機能材料層の表面に凸部若しくは凹部が密に配列された基板上構造体を精度良く製造することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、露光工程において干渉露光を行うので、感光性材料層からなる微細パターンを低コストで高精度に形成することが可能となる。したがって、基板表面若しくは当該基板上に設けられた機能材料層の表面に高精度な微細パターンが形成された基板上構造体を、低コストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態の露光装置を示す概略構成図である。
【図２】露光光の照射状態を示す図である。
【図３】１回目の露光方法の一例を示す図である。
【図４】２回目の露光方法の一例を示す図である。
【図５】９０°配向時の露光強度分布を示す図である。
【図６】９０°配向時のレジストパターン形状を示す図である。
【図７】６０°配向時の露光強度分布を示す図である。
【図８】６０°配向時のレジストパターン形状を示す図である。
【図９】熱処理によるレジストパターンの整形例を示す図である。
【図１０】熱処理によるレジストパターンの整形例を示す図である。
【図１１】熱処理前のレジストパターンの一例を示す断面図である。
【図１２】熱処理前のレジストパターンの一例を示す断面図である。
【図１３】熱処理によるレジストパターンの整形例を示す断面図である。
【図１４】熱処理によるレジストパターンの整形例を示す平面図である。
【図１５】熱処理によるレジストパターンの整形例を示す平面図である。
【図１６】熱処理によるレジストパターンの整形例を示す平面図である。
【図１７】基板上構造体の製造方法を示す図である。
【図１８】微細パターンへの熱処理の有無による光取出し強度の違いを示す図である。
【図１９】第２の実施形態の露光装置を示す概略構成図である。
【図２０】角度可変ミラーの機構の一例を示す図である。
【図２１】多光束干渉露光方法の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の露光装置を示す概略構成図である。
図中、符号１は露光装置である。露光装置１は、光源２と、ビームエキスパンダ３と、打ち下ろしミラー４と、シャッター５と、ビーム分岐素子６と、折り返しミラー７ａ，７ｂと、集光レンズ８ａ，８ｂと、ピンホール９ａ，９ｂと、コリメートレンズ１０ａ，１０ｂとを備える。また、露光装置１は、ステージ１１と、吸着盤１２と、コントローラ２０と、ステージ駆動回路２１とを備える。
【００１９】
光源２は、コヒーレント光を出射するコヒーレント光源であり、例えば、波長λが２６６ｎｍのレーザー光を出射する半導体励起固体レーザーである。光源２が出射したレーザー光Ｂ０は、ビームエキスパンダ３によってビーム径が拡大され、打ち下ろしミラー４によってその光路が偏向される。
シャッター５は、レーザー光出射のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるためのものであり、ミラー４とビーム分岐素子６との間に配置する。このシャッター５の開閉は、コントローラ２０が制御する。
【００２０】
ビーム分岐素子６は、１本のレーザー光を分岐して２本のレーザー光を生成するものである。このビーム分岐素子６は、例えば、石英等の表面に施した微細な凹凸形状による形状効果を用いてその機能を実現する凹凸型回折素子である。
ビーム分岐素子６により生成された２本のレーザー光Ｂ１，Ｂ２は、それぞれ折り返しミラー７ａ，７ｂによって光路偏向され、集光レンズ８ａ，８ｂに入射する。
【００２１】
集光レンズ８ａによる集光後のレーザー光はピンホール９ａに入射され、そのビーム径が拡大された後、コリメートレンズ１０ａでコリメートされる。このようにして、コリメートされたレーザー光Ｂ３を得る。同様に、集光レンズ８ｂによる集光後のレーザー光はピンホール９ｂに入射され、そのビーム径が拡大された後、コリメートレンズ１０ｂでコリメートされる。このようにして、コリメートされたレーザー光Ｂ４を得る。
ここで、ピンホール９ａ，９ｂは、空間フィルタとして機能し、集光レンズ８ａ，８ｂまでの光路で生じたビーム波面の乱れを取り除くために用いる。また、コリメートレンズ１０ａ，１０ｂは、レーザー光の波面を理想的な平面波とするために用いる。
【００２２】
２本のレーザー光Ｂ３，Ｂ４は、図２に示すように、所定の干渉角度２θで交差させる。これにより、ワーク（基板）Ｗの上部で二つのレーザー光Ｂ３，Ｂ４の干渉による干渉縞を生成し、これをワークＷに露光光として照射する。すなわち、１回の露光でワークＷ上にストライプ状のラインアンドスペースのパターンを転写する。
このように、ビームエキスパンダ３、打ち下ろしミラー４、シャッター５、ビーム分岐素子６、折り返しミラー７ａ，７ｂ、集光レンズ８ａ，８ｂ、ピンホール９ａ，９ｂ及びコリメートレンズ１０ａ，１０ｂから構成される光学系素子によって、光源２の出力光を２分岐した光を干渉角度２θで交差させ、干渉光を発生する。この光学系素子のうち、ビーム分岐素子６からワークＷまでの間の素子一式は対になるように設けられており、ビーム分岐素子６で分岐した２本のレーザー光をそれぞれワークＷまで誘導、整形し、ワークＷ上で干渉させるようになっている。
なお、レーザー光Ｂ３，Ｂ４のビーム径（１／ｅ2）は、ビームエキスパンダ３や集光レンズ８ａ，８ｂ、コリメートレンズ１０ａ，１０ｂでの倍率によって任意に決めることができる。当該ビーム径の大きさは、用途に合わせて適宜設定する。
【００２３】
図１に戻って、ワークＷは、ステージ１１に設けられた吸着盤１２上に固定されている。ここで、ワークＷとしては、例えば、表面に感光性材料層（例えば、フォトレジスト等）が形成された基板を用いることができる。また、ワークＷとして、表面に機能材料層が設けられた基板上に感光性材料層を形成した基板を用いることもできる。
このようなワークＷを干渉光で露光し現像することにより、感光性材料層（フォトレジスト等）に、複数の凸部及び／又は凹部が配列されてなる微細パターンを形成することができる。このとき、基板に塗布されたレジストが、光照射部分が現像液に溶解するポジ型である場合、上記の露光方法を用いて露光し現像することにより、光照射されていない箇所が残存したレジストパターンを得ることができる。一方、レジストが、光照射部分が架橋して現像液に溶解しなくなるネガ型である場合には、上記の露光方法を用いて露光し現像することにより、光照射された箇所が現像後に残存したレジストパターンを得ることができる。
【００２４】
ステージ１１は、ワークＷ面に対してＸＹ方向に移動する自由度を有しており、コントローラ２０は、ステージ駆動回路２１を駆動制御することで、ステージ１１をＸＹ方向に移動することが可能となっている。すなわち、ワークＷは、ステージ１１をＸＹ方向に移動することでＸＹ方向に移動する。ここで、Ｘ方向とは図１の左右方向であり、Ｙ方向とは図１の紙面垂直方向である。
本実施形態では、ワークＷに対して複数回露光を行う。その際、１回目の露光では、例えば図３に示すように、Ｙ方向に伸びるストライプ状の干渉パターンをワークＷに照射する。そして、２回目以降の露光では、１回目の干渉パターン（第一の干渉パターン）に対してストライプ状の干渉パターンを所定角度回転させ、これを第二の干渉パターンとしてワークＷに照射する。
【００２５】
すなわち、２回目の回転角度（配向角度）を例えば９０°とした場合、図４に示すように、第二の干渉パターンとして、Ｘ方向に伸びるストライプ状の干渉パターンをワークＷに照射することになる。これにより、ワークＷには、第一の干渉パターンと第二の干渉パターンとを重畳したパターンが照射される。
ここで、上記配向角度δは９０°に限定されず、０°＜δ≦９０°の範囲内で任意に設定可能である。当該配向角度を変化させることで、ワークＷに照射するパターンの形状を変化させることができる。
なお、２回目以降の露光を行う際には、干渉パターンを回転させてもよいし、ワークＷを保持するステージ１１を回転させてもよい。ステージ１１を回転させる方法の方が、容易に複数回干渉露光を実現することができ好ましい。
【００２６】
図５は、配向角度を９０°とした場合の露光強度分布を机上計算した結果を示す図である。図５において、上段は３次元強度分布、下段は２次元強度分布を模式的に示しており、１回目の露光、２回目の露光、１回目と２回目の合計の露光強度分布についてそれぞれ示している。このように、１回目の露光と２回目の露光とで干渉縞の長手方向が９０°交差する場合、合計２回の露光により照射パターンは格子状となり、非照射部分Ｐ１の形状（ドットパターン）はＸＹ平面図において略正円となる。
したがって、レジストがポジ型である場合、現像後は円柱が残存したレジストパターンを得ることができる。この場合、図６に示すように、円柱状の微細パターン（ドット）Ｐ１は正方配列で配列される。
【００２７】
図７は、配向角度を６０°とした場合の露光強度分布を机上計算した結果を示す図である。この図６も図５と同様に、上段は３次元強度分布、下段は２次元強度分布を模式的に示している。このように、１回目の露光と２回目の露光とで干渉縞の長手方向が６０°交差する場合、非照射部分Ｐ１の形状（ドットパターン）はＸＹ平面図において略楕円となる。
したがって、レジストがポジ型である場合、現像後は楕円柱が残存したレジストパターンを得ることができる。この場合、図８に示すように、楕円柱状の微細パターン（ドット）Ｐ１は三方配列で配列される。
このように、配向角度が６０°の場合は、配向角度が９０°の場合と比較してドットのピッチが狭くなる。すなわち、配向角度を変更することで、任意の面内密度を有するレジストパターンを作製することができる。
【００２８】
また、本実施形態では、得られたレジストパターンに対して熱処理を加え、パターン形状を整形する処理を実施する。
本発明者らは、上記の露光及び現像により得られたレジストパターンに熱処理を加えることで、パターン形状を真円状に整形することができることを見出した。そこで、本実施形態では、レジストパターンを、レジストのガラス転移温度を上回る温度で加熱し、レジストパターンを真円状に整形する。
図９は、図８に示すレジストパターンに対して、ガラス転移温度以下で熱処理を実施した結果を示す図である。ここでは、ガラス転移温度がおよそ１４０℃〜１５０℃のレジストに対し、加熱温度を１５０℃、加熱時間を１０分として熱処理を施した。図９に示すように、ガラス転移温度以下での熱処理では、熱処理後のパターンＰ２は熱処理前のパターンＰ１から変化せず、整形は行われなかった。
【００２９】
これに対して、図８に示すレジストパターンに対して、ガラス転移温度を超える温度で熱処理を実施すると、レジストパターンが整形されることが確認できた。この結果を図１０に示す。
ここでは、ガラス転移温度がおよそ１４０℃〜１５０℃のレジストに対し、加熱温度を２００℃、加熱時間を１０分として熱処理を施した。このように、ガラス転移温度を超える温度での熱処理では、レジストパターンが整形され、熱処理後のパターンＰ２は正円形状となった。すなわち、熱処理により楕円形状のレジストパターンを正円形状に整形することができ、三方配列で正円形状のドットパターンが得られる。
【００３０】
上述したように、配向角度を任意の角度に設定することで、任意の面内密度を有するレジストパターンを作製することができる。したがって、任意の配向角度での露光と、現像後の熱処理とを実施することで、任意の面内密度で正円形状を有するレジストパターンを作製することができる。
そして、このようにして得られた熱処理後のレジストをマスクとして用い、レジストに直下に位置する基板若しくは基板上に設けられた機能材料層をエッチングして除去することで、基板表面若しくは機能材料層の表面に凸状の構造体が二次元周期的に配置されたモスアイ構造を有する基板上構造体を作製することができる。上述したように、熱処理後のレジストパターンは正円に整形されているため、真円形状の底面を有する高精度なモスアイ構造を作製することが可能となる。
【００３１】
さらに、上記熱処理においては、加熱温度や加熱時間などの加熱条件を調整し、レジストパターンのドットの大きさを調整するようにしてもよい。
図１１は、熱処理前のレジストパターンの一例を示す断面図である。例えば、配向角度が６０°である場合、図１２に示すように、レジストパターンはＸＹ平面において三方配列で楕円形状を有する。このように、配向角度が６０°である場合、熱処理前のドット（微細構造体）Ｐ１の形状は楕円柱状であり、その断面形状は図１１に示すように略四角形である。
この状態から上記の熱処理を施すと、微細構造体Ｐ１は、図１３に示すように、頂点から基板に近づくにつれて半径方向の幅が広がった半球形状の微細構造体Ｐ２に整形される。ここで、熱処理の加熱条件は、加熱温度を１８５℃、加熱時間を１０分とした。このときのＸＹ平面における微細構造体Ｐ２の形状は、図１４に示すように正円となる。これにより、隣接する微細構造体の間隔が狭くなり、密接した等方配置とすることができる。
【００３２】
また、熱処理の加熱条件を調整し、加熱温度を２１５℃、加熱時間を１０分とした場合の熱処理後のレジストパターンの断面図を図１５に示す。図１５に示す熱処理後の微細構造体Ｐ２は、図１３に示す熱処理後の微細構造体Ｐ２と比較して高さの低い潰れた半球形状となっている。また、ＸＹ平面における微細構造体Ｐ２の形状は、図１６に示すように、図１４に示す微細構造体Ｐ２と比較して半径の大きい正円となっている。
このように、加熱温度を高くすると、加熱時間が同じであっても、ドット径は大きくなり、隣接する微細構造体との間隔が狭くなる。すなわち、レジストパターンにおいて隣接する微細構造体との間隔を狭くし、より密接した配置とすることができる。
このように、加熱条件を調整することで、熱処理後のドット径を調整し、微細構造体の面内密度を調整することができる。
なお、ここでは加熱温度を変化させる場合について説明したが、加熱時間を変化させることでも、同様に熱処理後のドット径を調整することができる。また、所望のドット径（面内密度）を得るための加熱条件は、レジストの材料やレジストの下にある基板の材料等に応じて適宜設定することができる。
【００３３】
図１７は、モスアイ構造を有する基板上構造体の製造方法の流れを示す図である。
先ず、図１７（ａ）に示すように、表面に機能材料層４０が設けられた基板３０を準備する。ここで、基板３０は、例えば石英基板（ＳｉＯ2）等であり、機能材料層４０は、例えばジルコニア（ＺｒＯ2）等である。機能材料層４０は、例えばスパッタ成膜法により基板３０上に形成されている。なお、基板３０及び機能材料層４０の材質は、用途等に応じて適宜設定可能である。
そして、第一工程として、図１７（ｂ）に示すように、機能材料層４０の表面に感光性材料層（例えば、フォトレジスト等）５０を形成し、第二工程として、上述した二光束干渉露光を複数回行い、フォトレジスト５０を露光する。
【００３４】
次に、第三工程として、露光後のフォトレジスト５０を現像する。これにより、例えばフォトレジスト５０における干渉光の照射エリアが除去され、図１７（ｃ）に示す微細パターン５１が形成される。この微細パターン５１はドットパターンを有する。
次に、第四工程として、第三工程で得られたフォトレジスト５０の微細パターン５１に対して熱処理（楕円補正）を施し、微細パターン５１を整形する。その際、例えばホットプレート等を用いて熱処理を行う。これにより、図１７（ｄ）に示す断面半球形状の微細パターン５２を得る。
【００３５】
次に、第五工程として、第四工程で得られた微細パターン５２をマスクとして用いて、機能材料層４０をエッチングする。その後、フォトレジスト５０の微細パターン５２を除去し、図１７（ｅ）に示す微細パターン４１を得る。
次に、最終工程として、第五工程で得られた機能材料層４０の微細パターン４１に対してスパッタリングを行い、図１７（ｆ）に示すモスアイ構造４２を有する基板上構造体を得る。
なお、図１７に示す例では、基板３０上に設けられた機能材料層４０の表面に微細パターンを形成する場合について説明したが、基板３０の表面にフォトレジスト５０の微細パターン５２を形成し、当該微細パターン５２をマスクとして用いて基板３０をエッチングすれば、基板３０の表面にモスアイ構造を形成することもできる。
【００３６】
また、図１７に示す例では、機能材料層４０の表面に感光性材料層（例えば、フォトレジスト等）５０を形成し、この感光性材料層に対して露光及び現像して得た微細なレジストパターンに対して熱処理を行うことで、レジストパターンの整形を行っているが、これに限定されるものではない。他の例としては、基板３０上に設けられた機能材料層４０または、基板３０の表面に、微細パターン構成層（例えば、ガラス転移点を有する樹脂層等）５０を形成し、この表面に、露光及び現像以外の例えばＮＩＬや熱エンボス加工法などにより微細パターン５１を形成し、該微細パターン５１に対して熱処理を行って整形することで得られた微細パターン５２をマスクとして用いて、機能材料層４０または基板３０をエッチングすることもできる。
このようにして製造された基板上構造体は、偏光素子や反射防止素子等の光学素子、或いは蛍光光源やＬＥＤに代表される半導体発光素子等の各種デバイスとして使用可能である。
【００３７】
以上のように、本実施形態では、コヒーレント光源の出力光を２分岐した光を所定の干渉角度で交差させて発生した干渉光を用いてフォトレジストの干渉露光を行う。このとき、二光束干渉露光を複数回行い、２回目以降の干渉露光で照射する干渉縞の長手方向を、１回目の干渉露光で照射する干渉縞の長手方向と所定の配向角度で交差させるようにする。そして、露光後に現像工程を実施し、微細なレジストパターンを得る。
二光束干渉露光は微細フォトマスクを用いずに微細パターン露光が可能であり、ワークに対して接触する要素がない。したがって、ＮＩＬ（ナノインプリントリソグラフィ）のようにワークとマスターモールドとの都度接触が必要な方法と比較して、歩留まりを高くすることができる。
【００３８】
また、二光束干渉露光は非常に深い焦点深度で露光可能であるため、ワークの平坦度が不問である。例えば、ナノインプリント法では、仮にワークが反っていると、当該ワークの破損や転写不良が発生するおそれがある。したがって、二光束干渉露光を採用することで、仮にワークが反っていても精度良く露光することができる。
また、ナノインプリント法では、ワークとマスターモールドとの都度接触によりマスターモールドの劣化が生じるため、マスターモールドの管理が必要となるが、二光束干渉露光では、上記のような管理を必要とすることなく品質安定性を確保することができる。さらに、二光束干渉露光では、ナノインプリント法のように消耗品である高価なマスターモールドを必要としないため、その分のコストを削減することができる。
【００３９】
また、現像工程を行って得られた微細パターンに対して熱処理を行い、当該微細パターンを整形すれば、レジストパターンの精度をより向上させることができる。このとき、熱処理として、ガラス転移温度を上回る温度で加熱する処理を行うことで、異方性を有する微細パターンを、表面張力により等方性を有する微細パターンに自然に整形することができる。
したがって、上記のフォトレジストを用いてエッチング加工を施すことにより、微細な凸部及び／又は凹部が２次元周期的に配列され、制御された形状を有する微細構造体を製造することができる。このように、特に、レジストパターンがドットパターンである場合には、高精度なモスアイ構造を有する微細構造体を製造することができる。
【００４０】
図１８は、モスアイ構造を表面に作製した発光素子の配光特性を示す図であり、モスアイの形状の違いによって特性に差が生じることを示している。この図１８において、実線は三方配列で正円（熱処理有り）のモスアイ構造、破線は三方配列で楕円（熱処理無し）のモスアイ構造での配光特性をそれぞれ示している。このように、熱処理を行って楕円から正円に整形することで、発光素子のθ＝０°近傍の光強度が増加することが確認できる。
【００４１】
また、本実施形態では、上記の干渉露光工程において、配向角度を調整することで、レジストパターンの配列を変更することができる。さらに、上記の熱処理工程において、加熱条件を調整することで、レジストパターンの形状を変更することができる。したがって、任意の配列、任意の面内密度を有するモスアイ構造を作製することができる。
なお、微細構造体を形成する基板の材質は、その用途に応じて適宜選択することができる。例えば、本実施形態により製造したモスアイ構造を有する構造体は、ナノインプリント法で用いられるマスターモールドとして利用することもできる。
【００４２】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
この第２の実施形態は、上述した第１の実施形態において、折り返しミラー７ａ，７ｂが固定ミラーであったのに対し、角度可変ミラーとしたものである。
図１９は、第２の実施形態の露光装置を示す概略構成図である。
この露光装置１は、図１の露光装置１において折り返しミラー７ａ，７ｂを角度可変ミラー１７ａ，１７ｂとしたことを除いては、図１に示す露光装置１と同様の構成を有する。したがって、ここでは図１と同一構成を有する部分には同一符号を付し、構成の異なる部分を中心に説明する。
【００４３】
角度可変ミラー１７ａ，１７ｂは、光入射面の角度を変更可能に構成されており、当該光入射面の角度を変更することで干渉角度θを所望の角度に変化させる。干渉角度θを変えることにより、基板に形成されるストライプ状の干渉パターンのピッチを自在に変更することができる。
図２０は、角度可変ミラー１７ａ及び１７ｂの機構を示す図である。角度可変ミラー１７ａと１７ｂとは同一構成を有するため、ここでは角度可変見ミラー１７ａの機構についてのみ図示している。
【００４４】
角度可変ミラー１７ａ（以下、単に「ミラー」という）は、干渉角度θを任意の角度に調整するための素子で、ビーム分岐素子６で分岐されたビーム（分岐ビーム）Ｂ１がなす直線上を移動し、且つ紙面垂直軸周りに角度を変えることができる。当該ミラー１７ａで反射されたビーム（ミラー反射ビーム）Ｂ５は、ワークＷ上の所定の位置に向けられ、もう片方のミラーからのミラー反射ビームとワークＷ上で結合し、干渉縞を形成する。すなわち、ミラー１７ａの法線は、分岐ビームＢ１とミラー反射ビームＢ５とがなす角の二等分線となる。
【００４５】
ミラー１７ａの法線を所定の方向に保ったまま干渉角度θを調整する方法として、例えば、図２０（ａ）及び（ｂ）に示すようなＴ字型のフレームＴを持つリンク機構を用いる方法がある。Ｔ字フレームＴには３つのスライダＳが設けられ、そのうちの２つは分岐ビームＢ１及びミラー反射ビームＢ５がなす直線上をそれぞれ移動し、残りの１つにはミラー１７ａが取り付けられ、Ｔ字フレームＴ上を移動する。
【００４６】
また、ミラー１７ａの回転軸は分岐ビームＢ１及びミラー反射ビームＢ５の交点位置で拘束されている。干渉角度θを調整する際には、図２０（ａ）から図２０（ｂ）のように、ミラー１７ａの法線方向が、分岐ビームＢ１とミラー反射ビームＢ５とがなす角の二等分線を維持したまま、所定の方向へ変化する。
この干渉角度θは、駆動部（アクチュエータ）２２を用いて調整する。駆動部２２は、ミラー反射ビームＢ５のなす直線上に配置されたフレームに作用し、干渉角度θを調整する。なお、駆動部２２は、Ｔ字フレームＴに作用して干渉角度θを調整する構成であってもよい。
このように、本実施形態の露光装置は、ビーム分岐素子６で２以上に分岐した光が所望の角度で交差するように、分岐したそれぞれの光を基板へ向けて偏向する角度可変ミラー１７ａ，１７ｂを備えるので、基板に形成されるストライプ状の干渉パターンのピッチを自在に変更することができる。すなわち、複数回露光によって得られるレジストパターンのピッチ（面内密度）を自在に変更することができる。
【００４７】
（変形例）
なお、上記実施形態においては、二光束干渉露光について説明したが、ビームを２以上に分岐させ、それらを一度に基板へと照射する、所謂多光束干渉露光を採用してもよい。ビームの分岐手段には、例えば、レーザーを複数のビームに分岐させる回折光学素子を用いてもよい。多光束干渉露光で、例えば、２つのビームの干渉パターンを９０°回転させて重畳させる方法と同様の結果を得るためには、図２１に示すように、ビームを４分岐させて、分岐ビームと基板の法線がなす４つの面が９０°ずつ配向し、かつ、基板に入射する際に向かい合う２つの分岐ビームがなす角度が所定の干渉角度となるように、光学部品を配置すればよい。
【００４８】
また、上記実施形態においては、レジストパターンがドットパターンである場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、レジストがネガ型である場合には、格子状に光照射された箇所が現像後に残存し、ホール状の凹部を有するパターンを形成することができる。そして、現像後のレジストパターンに対して上述した熱処理を施すことで、異方性のない凹部に整形することができる。
【００４９】
（応用例）
上記実施形態においては、二光束干渉露光により得られたレジストパターンを熱処理により整形する場合について説明したが、別の方法（例えば、ナノインプリント法やステッパ等）により得られた微細パターンを上述した熱処理により整形することもできる。例えば、ナノインプリント法により得られた微細パターンに対して上記の熱処理を施すことにより、互いに隣接する微細な凸部の間の隙間を小さくし、解像度を上げることができる。すなわち、当該熱処理により微細パターンを整形可能となることで、微細パターンの解像度の限界を超えることができる。
【００５０】
従来、レジストパターンの表面に対してプラズマで膜をデポジションし、当該レジストパターンの幅を広げる技術が知られており、当該技術を用いることにより、互いに隣接する微細な凸部の間の隙間を小さくすることも考えられる。しかしながら、この場合、プラズマの分布によっては精度良く膜を形成することができない場合がある。これに対して、本実施形態の熱処理を適用すれば、精度良くレジストパターンを整形することができ、適切に解像度を上げることができる。
なお、このときのレジストパターンは、ラインアンドスペースであってもよい。この場合にも、ラインアンドスペースに対して熱処理を施すことで、ライン幅を変更するなどの整形が可能となる。
【符号の説明】
【００５１】
１…露光装置、２…光源、３…ビームエキスパンダ、４…打ち下ろしミラー、５…シャッター、６…ビーム分岐素子、７ａ，７ｂ…折り返しミラー、８ａ，８ｂ…集光レンズ、９ａ，９ｂ…ピンホール、１０ａ，１０ｂ…コリメートレンズ、１１…ステージ、１２…吸着盤、２０…コントローラ、２１…ステージ駆動回路、３０…基板、４０…機能材料層、４１…微細パターン、４２…モスアイ構造、５０…フォトレジスト、５１…微細パターン（熱処理前）、５２…微細パターン（熱処理後）、Ｗ…ワーク（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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【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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