(57)【要約】【課題】光硬化性樹脂を用いて従来よりも寸法精度の高いパターンを形成する方法を提供する。【解決手段】  所定のパターンで配置された凹部３１ｒが形成された第１主面を有するモールド３１を用意する工程と、透光性を有する基板３２を用意する工程と、基板の第１表面に光硬化性樹脂の薄膜３３を形成する工程と、薄膜３３にモールド３１の第１主面を押し当てる工程と、基板３２側から薄膜３３に光を照射し、光硬化性樹脂を硬化する工程と、モールド３１と基板３２とを分離する工程とを包含する。モード３１の凹部３１ｒは、光硬化性樹脂に対する濡れ性が高い側面３１ｓと、側面３１ｓよりも光硬化性樹脂に対する濡れ性が低い底面３１ｂとを有する。光硬化性樹脂の薄膜３３はモールド３１の第１主面側に形成しても良い。【選択図】図３
2005122047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）所定のパターンで配置された凹部が形成された第１主面を有するモールドを用意する工程と、
（ｂ）透光性を有する基板を用意する工程と、
（ｃ）前記基板の第１表面と前記モールドの前記第１主面の少なくとも一方に光硬化性樹脂の薄膜を形成する工程と、
（ｄ）前記薄膜を介して前記モールドの前記第１主面と前記基板の前記第１表面とを押し当てる工程と、
（ｅ）前記基板側から前記薄膜に光を照射し、前記光硬化性樹脂を硬化する工程と、
（ｆ）前記モールドと前記基板とを分離する工程と、
を包含し、
前記モールドの前記凹部は、前記光硬化性樹脂に対する濡れ性が高い側面と、前記側面よりも前記光硬化性樹脂に対する濡れ性が低い底面とを有する、パターン形成方法。
【請求項２】
前記モールドの前記側面および前記底面は、前記工程（ｅ）において前記光を反射する、請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記凹部の上面は前記凹部の側面よりも前記光硬化性樹脂に対する濡れ性が低い、請求項１または２に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
工程（ｅ）は、前記モールドの前記凹部と前記基板の前記第１表面とによって、前記光硬化性樹脂を実質的に密閉した状態で実行される、請求項１から３のいずれかに記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記工程（ｅ）は、前記凹部内の前記光硬化性樹脂を加圧した状態で実行される、請求項１から４のいずれかに記載のパターン形成方法。
【請求項６】
前記モールドは前記光を反射する反射性材料から形成されている、請求項１から５のいずれかに記載のパターン形成方法。
【請求項７】
前記反射性材料はシリコンを含む、請求項６に記載のパターン形成方法。
【請求項８】
前記凹部の前記底面および／または前記上面はフッ素原子を含む、請求項７に記載のパターン形成方法。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の方法で形成されたパターンを有する光学素子。
【請求項１０】
前記透光性基板上に形成された前記パターン上と、前記パターン上に形成された反射層とを有し、グレーティングとして機能する、請求項９に記載の光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン形成方法およびそれを用いて形成される光学素子に関し、特に、光硬化性樹脂を用いたパターン形成方法および光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば電子装置の製造工程において、配線などの微細なパターンを形成する技術として、フォトリソグラフィ技術が広く用いられている。しかしながら、露光装置などが高価であるなどの理由から、フォトリソグラフィ技術に代わる他のパターン形成方法の研究・開発が進んでいる。
【０００３】
近年、たとえば非特許文献１に開示されているように、インプリント法と呼ばれる微細パターンの転写技術が提案されている。以下、インプリント法によるパターンの形成方法を説明する。図１（ａ）に示すように、まず、シリコン基板を電子ビームリソグラフィ法などでエッチングすることにより表面に凹凸の形状を有するモールド１１を作製する。次に、図１（ｂ）に示すように、基板１２上にＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）などの樹脂膜１３を塗布する。図１（ｃ）に示すように、基板１２を樹脂膜１３の軟化点温度以上に加熱してから、モールド１１を樹脂膜１３に圧着させ、モールド１１のパターンを樹脂膜１３に転写した後、基板温度を軟化点以下に下げ樹脂を固化させる。図１（ｄ）に示すように、モールド１１を樹脂膜１３から剥離し、転写パターンを有する樹脂膜１３’のうち、残膜１４をリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）などの異方性プラズマエッチング法により除去する。これにより、図１（ｅ）に示すように、樹脂パターン１５が得られる。
【０００４】
このインプリント法によれば、簡単に微細なパターンを有する樹脂膜１３を形成することができるとされている。しかし、転写の前後において基板１２を加熱および冷却する必要があるため、処理時間が長くなるという問題がある。
【０００５】
この問題を解決するために、特許文献１は、以下に説明するようなインプリント法によるパターンの形成方法を提案している。具体的には、図２（ａ）に示すように、石英などの透光性を有する材料からなる基板を電子ビームリソグラフィ法などでエッチングすることにより表面に凹凸の形状を有するモールド２１を作製する。次に、図２（ｂ）に示すように、基板２２上に液体状の光硬化性樹脂２３を塗布し、図２（ｃ）に示すように、モールド２１を光硬化性樹脂２３に圧着させる。この状態で、モールド２１の裏面から光を照射し、光硬化性樹脂２３を硬化させる。図２（ｄ）に示すように、モールド２１のパターンが転写され硬化された光硬化性樹脂２３’から残膜２４をＲＩＥ法などにより除去する。これにより、図２（ｅ）に示すように、樹脂パターン２５が得られる。
【０００６】
この方法によれば、光硬化反応を利用してパターンを固定するので、処理時間を大幅に短縮することができる。
【特許文献１】特開２０００−１９４１４２号公報
【非特許文献１】Ｓ．Ｙ．Ｃｈｏｕら  Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ６７，ｐ３３１４（１９９５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載されている方法では、形成されるパターンの寸法が光硬化性樹脂の硬化収縮の影響を受けるので、所望の寸法精度が得られないという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その主な目的は、光硬化性樹脂を用いて従来よりも寸法精度の高いパターンを形成する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のパターン形成方法は、（ａ）所定のパターンで配置された凹部が形成された第１主面を有するモールドを用意する工程と、（ｂ）透光性を有する基板を用意する工程と、（ｃ）前記基板の第１表面と前記モールドの前記第１主面の少なくとも一方に光硬化性樹脂の薄膜を形成する工程と、（ｄ）前記薄膜を介して前記モールドの前記第１主面と前記基板の前記第１表面とを押し当てる工程と、（ｅ）前記基板側から前記薄膜に光を照射し、前記光硬化性樹脂を硬化する工程と、（ｆ）前記モールドと前記基板とを分離する工程とを包含し、前記モールドの前記凹部は、前記光硬化性樹脂に対する濡れ性が高い側面と、前記側面よりも前記光硬化性樹脂に対する濡れ性が低い底面とを有することを特徴とする。
【００１０】
ある実施形態において、前記モールドの前記側面および前記底面は、前記工程（ｅ）において前記光を反射する。
【００１１】
ある実施形態において、前記凹部の上面は前記凹部の側面よりも前記光硬化性樹脂に対する濡れ性が低い。
【００１２】
ある実施形態において、工程（ｅ）は、前記モールドの前記凹部と前記基板の前記第１表面とによって、前記光硬化性樹脂を実質的に密閉した状態で実行される。
【００１３】
ある実施形態において、前記工程（ｅ）は、前記凹部内の前記光硬化性樹脂を加圧した状態で実行される。
【００１４】
ある実施形態において、前記モールドは前記光を反射する反射性材料から形成されている。
【００１５】
ある実施形態において、前記反射性材料はシリコンを含む。
【００１６】
ある実施形態において、前記凹部の前記底面および／または前記上面はフッ素原子を含む。
【００１７】
本発明の光学素子は、上記のいずれかに記載の方法で形成されたパターンを有することを特徴とする。
【００１８】
ある実施形態において、前記透光性基板上に形成された前記パターン上と、前記パターン上に形成された反射層とを有し、グレーティングとして機能する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら本発明による実施形態のパターン形成方法を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２０】
図３（ａ）〜（ｅ）を参照しながら、本発明による実施形態のパターン形成方法を説明する。
【００２１】
まず、図３（ａ）に示すように、所定のパターンで配置された凹部３１ｒが形成された第１主面を有するモールド３１を用意する。
【００２２】
次に、図３（ｂ）に示すように、透光性を有する基板３２を用意し、基板３２の第１表面に光硬化性樹脂の薄膜３３を形成する。なお、ここでいう光硬化性樹脂は、紫外線などの光照射によって重合または架橋するモノマーやオリゴマーを含む樹脂を広く含み、添加剤や充填材を更に含んでも良い。光硬化性樹脂の薄膜３３の形成方法は、公知の方法を広く利用することができる。特に、スピンコート法やスリットコート法は、例えば約１０μｍ以下の薄膜３３の厚さを精度良く制御できるので好ましい。光硬化性樹脂の薄膜３３の膜厚は、モールド３１の凹部３１ｒの深さと同程度または若干（例えば１０％程度）薄く設定される。これにより残膜の膜厚を低く抑えることができる。
【００２３】
その後、図３（ｃ）に示すように、薄膜３３にモールド３１の第１主面を押し当てる。この工程で、薄膜３３を形成していた光硬化性樹脂がモール３１の凹部３１ｒ内に侵入し、凹部３１ｒ内を充たす。
【００２４】
続いて、図３（ｄ）に示すように、基板３２側から薄膜３３に光を照射し、光硬化性樹脂を硬化する。
【００２５】
次に、図３（ｅ）に示すように、モールド３１と基板３２とを分離する。その結果、硬化された光硬化性樹脂から形成された凸部（パターン）３３’が得られる。ここで、残膜３４が形成される場合、例えばＲＩＥ法などによって残膜３４を除去することによって、樹脂パターン３５が得られる。
【００２６】
本発明による実施形態のパターン形成方法では、光硬化性樹脂に対する濡れ性が高い側面３１ｓと、側面３１ｓよりも光硬化性樹脂に対する濡れ性が低い底面３１ｂとを有する凹部を備えるモールド３１を用いる。モールド３１の凹部３１ｒの側面３１ｓは光硬化性樹脂に対する濡れ性が高いので、光硬化性樹脂が硬化に伴い収縮する力に反して、光硬化性樹脂を固定するように作用する。その結果、硬化した樹脂で形成されるパターン３５の横方向の寸法精度が高い。
【００２７】
また、底面３１ｂと光硬化性樹脂との濡れ性は相対的に低いので、離型工程において、樹脂の凸部３３’から容易に剥離し、凸部３３’に割れや欠けが発生することが抑制される。濡れ性は水に対する接触角で評価することができ、濡れ性の違いは、一方の接触角が約８０°以上で他方の接触角が４５°以下であることが好ましい。典型的な光硬化性樹脂は極性を有するので、水に対する接触角が大きい方が濡れ性が高い。なお、凹部３１ｒの内面の表面粗さは、パターン精度の１％以下に制御することが好ましい。表面粗さが１％を超えるとパターン精度が低下するとともに、脱型し難くなり、硬化した樹脂からなるパターンが欠けるなどの不具合を生じることがある。
【００２８】
モールド３１の側面３１ｓおよび底面３１ｂは、光硬化性樹脂を硬化するために照射する光（例えば紫外線）を反射することが好ましい。凹部の内面（側面３１ｓおよび底面３１ｂ）が光反射性を有すると、凹部３１ｒの内面に接している光硬化性樹脂に照射される光の強度が高くなり、凹部３１ｒの内面に接触している領域の光硬化性樹脂の硬化反応が相対的に速く進行する。従って、光硬化性樹脂で形成されるパターンの外側表面の形状が先に形成され、光硬化性樹脂の収縮が抑制されるので、モールド３１の凹部３１ｒの形状・寸法を忠実に反映したパターンを形成することができる。
【００２９】
さらに、凹部３１ｒの上面３１ｔは側面３１ｓよりも光硬化性樹脂に対する濡れ性が低いことが好ましい。光硬化性樹脂の硬化収縮が小さいと、光硬化性樹脂のモールド３１からの離型性が悪く、脱型工程で、光硬化性樹脂のパターンが基板３２から剥離あるいは欠けを生じるなどの不具合が発生しやすい。凹部３１ｒの底面３１ｂとともに上面３１ｔの光硬化性樹脂に対する濡れ性（接着性）を側面３１ｓよりも低くしておくことにより、離型性をさらに改善し、上記不具合の発生を抑制できる。
【００３０】
光硬化性樹脂に光照射する工程は、モールド３１の凹部３１ｒと基板３２の表面とによって光硬化性樹脂を実質的に密閉した状態で実行されることが好ましい。このように光硬化性樹脂を実質的に密閉することによって、雰囲気ガスが酸素を含む環境でも、光硬化反応（ラジカル重合反応）を十分に進行させることができる。したがって、処理時間を短くできる効果が得られる。なお、光硬化性樹脂の硬化は、この光照射工程で完了する必要は必ずしも無く、別途必要に応じて、熱硬化を行っても良いし、更に、光照射を行ってもよい。モールド３１の凹部３１ｒに光硬化性樹脂を充填した状態における光照射は、パターンの外形（特に、凹部３１ｒの側面３１ｓによって規定される横方向における寸法）を固定できればよく、その後に行う熱硬化または更なる光硬化は、脱型工程の後に行っても良い。このようにすると、光照射工程での光照射時間を短くでき、別工程で行う熱硬化または光硬化も短時間で行うことができるので各工程時間を短縮できる。このため、より生産性を向上させることができる。
【００３１】
モールド３１を基板３２に対して押し当てた状態での光硬化工程は、モールド３１の凹部３１ｒ内の光硬化性樹脂を加圧した状態で実行されることが好ましい。光硬化性樹脂を加圧した状態で硬化反応を進行させることによって、硬化収縮をさらに抑制することができる。その結果、パターンの寸法精度がさらに向上する。また、硬化した光硬化性樹脂からなるパターン３３’（３５）内の密度分布が均一になるという効果も得られる。なお、加圧した状態で行う場合は、光硬化性樹脂の薄膜３３の膜厚は、モールド３１の凹部３１ｒの深さと同程度または若干（例えば１０％程度）厚く設定するとよい。
【００３２】
このように、本発明による実施形態のパターン形成方法を用いると、従来よりも寸法精度が高い、特に横方向の寸法精度が高いパターンを形成することができる。本発明による実施形態のパターン形成方法は、従来のフォトレジスト材料を用いたフォトリソグラフィ技術が用いられていた種々の用途の適用することができる。例えば半導体装置や電子装置等の配線などの微細なパターンを形成する用途や、微細なパターンあるいは寸法精度の高い光学素子の製造に好適に用いることができる。
【００３３】
以下、具体的な実施例を示して本発明をさらに詳細に説明する。
【００３４】
まず、ここで用いたモールド３１のＳＥＭ写真を図４に示す。
【００３５】
モールド３１は８インチのシリコンウエハにドライエッチング法を用いて、ライン／スペースが５μｍ／５μｍのパターンを形成した。深さは中央の平坦部が３．５μｍとした。
【００３６】
基板３２として、パイレックス（登録商標）ガラスからなるガラス基板３２を用いた。このガラス基板３２は厚さ０．７ｍｍであり、３６５ｎｍの紫外線を約９０％透過する。基板３２の硬化に用いる光に対する透過率は高いことが好ましく、感光波長（典型的には光重合開始剤の分解波長）に対して８０％以上の透過率を有していることが好ましい。ここでは、３６５ｎｍに輝線を有する紫外線ランプを光源に用いて、３６５ｎｍに感光性を有する紫外線硬化樹脂を用いた。
【００３７】
ガラス基板３２上にスピンコート法で紫外線硬化樹脂を塗布し、厚さ約５μｍの薄膜３３を形成した。紫外線硬化樹脂として、ウレタンアクリレート（例えば、三菱レイヨン製：ダイヤビームＵＲ−４５０１）を用いた。このウレタンアクリレートは１０質量％から１５質量％程度のオリゴマー（残部はモノマー）を含み、２５℃における粘度は７２ｃｐｓである。３６５ｎｍの紫外線に対する標準的な感度（硬化に要する照射量）は約１Ｊ／ｃｍ2であった。また、このウレタンアクリレートはガラス基板３２に対して適度な濡れ性を有し、均一な薄膜を形成することができた。なお、ガラス基板３２の表面に対する濡れ性が低い樹脂を用いると、均一な薄膜とならず、局所的に凝集することがあるが、例えばガラス表面を改質して適度な濡れ性を付与することによって、均一な薄膜を形成することができる。
【００３８】
次に、図３（ｃ）に示したように、モールド３１の凹部３１ｒが形成された主面を光硬化性樹脂の薄膜（液膜）３３に押し当てる。ここでは、モールド３１の裏面から均一に１７ｋｇ／ｃｍ2の圧力で約４分間加圧した。
【００３９】
この加圧状態を保ったままで、図３（ｄ）に示したように、ガラス基板３２側から超高圧水銀ランプを用いて紫外線を照射した。３６５ｎｍの紫外線の照度は約１００ｍＷ／ｃｍ2で、照射時間は、約７秒間とした。
【００４０】
この後、図３（ｅ）に示したようにモールド３１とガラス基板３２とを分離し、図３（ｆ）に示したようなパターン３３’を得た。
【００４１】
得られたパターン３３’の顕微鏡写真（１０００倍）を図５（ａ）に示し、断面ＳＥＭ写真を図５（ｂ）に示す。図５（ａ）および（ｂ）からわかるように、得られたパターン３３’は、図４に示したモールド３１のパターンが忠実に転写された形状を有している。特に、図５（ｂ）のＳＥＭ写真からわかるように、パターン３３’はモールド３１の内面の形状を極めて正確に反映している。なお、図５（ａ）において白く見える部分が凸部３３’でグレーに見える部分が残膜３４である。図５（ｂ）のＳＥＭ写真から、凸部３３’の幅は５μｍ、高さ（残膜部３４からの高さ）は３．５μｍであり、モールド３１の凹部３１ｒの深さと一致していた。また、残膜３４の厚さは０．２μｍであった。
【００４２】
上述したように、本発明の実施例のパターン形成方法によると、１０μｍ以下の微細なパターンを高い寸法精度（例えば０．１μｍ以下）で形成することができる。これに対し、例えば図２を参照しながら説明した従来のパターン形成方法では、光硬化性樹脂の硬化収縮の影響を受けるので、モールド２１のパターンを正確に転写したパターンを得ることができない。図２（ｃ）に示したように、モールド２１の凹部の底面が光硬化性樹脂と接しない状態で硬化すると、形状が固定されていない表面から硬化反応が進行するとともに硬化収縮が起こる。したがって、硬化した樹脂からなるパターンの全体の形状が一定せず、寸法精度が低下することになる。
【００４３】
本実施例で用いたシリコンモールド３１は、シリコンウエハの表面に薄い酸化膜（厚さ例えば１００ｎｍ）を形成した後、ドライエッチング法を用いて凹部３１ｒを所定のパターン（ここでは溝状）に形成した。したがって、凹部３１ｒの側面３１には酸化膜が残存している。ここでは酸化膜が薄いので図５（ｂ）では観察されていないが、酸化膜が厚い場合にはサイドウォールとして観察され得る。シリコン（Ｓｉ）の水に対する接触は９０°程度もしくはこれ以上であるのに対し、酸化シリコン（ＳｉＯ2）の水に対する接触角は数度程度と非常に小さい。すなわち、得られた凹部３１ｒの側面３１ｓは、底面３１ｂおよび上面３１ｔよりも光硬化性樹脂に対する濡れ性が高く、光硬化性樹脂が硬化に伴い収縮する力に反して、光硬化性樹脂を固定するように作用し、その結果、硬化した樹脂で形成されるパターン３３’（３５）の横方向の寸法精度が高くなったと考えられる。また底面３１ｂおよび上面３１ｔの光硬化性樹脂に対する濡れ性が比較的低いため、脱型工程において、パターン３３’に欠けが発生することも無かったと考えられる。
【００４４】
なお、凹部３１ｒの側面３１ｓと底面３１ｂおよび／または上面３１ｔの濡れ性を制御する方法は上記に例に限られず、例えば、シリコン基板に凹部を形成した後、フォーカスイオンビーム法を用いて底面３１ｂおよび上面３１ｔにＦ原子を導入することによって、これらの面の濡れ性を選択的に低下させることができる。フォーカスイオンビーム法に代えて、指向性プラズマ改質法を用いることもできる。あるいは、スパッタ法を用いて表面を粗することによって濡れ性を向上した後、底面３１ｂおよび上面３１ｔを上記の方法を疎水化してもよい。
【００４５】
モールド３１の上面３１ｔの濡れ性を低下させる代わりに、あるいは、それとともにモールド３１の上面３１ｔが対向する基板３２上の領域の光硬化性樹脂に対する濡れ性を低下させてもよい。
【００４６】
基板３２上の特定に領域の濡れ性を選択的に低下させる方法として、例えば、マイクロコンタクトプリント（μＣＰ）法を好適に用いることができる。マイクロコンタクトプリント（μＣＰ）法は、例えば、Ｅ．Ｄｅｌａｍａｒｃｈｅ，ｅｔ．ａｌ．Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ．，１０２，１８，ｐ．３３２４（１９９８）に記載されている。
【００４７】
マイクロコンタクトプリント法は、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）をポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）で形成されたシリコーンゴムスタンプで転写する方法である。
【００４８】
例えば、オクタデシルトリクロロロシラン（ＯＴＳ）：Ｃ１８Ｈ３７ＳｉＣｌ３）のＳＡＭを濡れ性を低下させたい領域に転写する。１滴のＯＴＳを１０ｍｌのヘキサンに溶解した溶液を調製し、この溶液にシリコーンゴムスタンプの凸部を浸漬した後、Ｎ2ガスをブローすることによって乾燥させる。このようにして、シリコーンゴムスタンプにＯＴＳのＳＡＭが形成される。シリコーンゴムスタンプを基板３２の表面に押付ける。圧力は１００ｇ／ｃｍ2程度が好ましく、接触時間は１０分程度が適している。ＯＴＳは空気中の水分と反応性が高いので雰囲気制御が必要であり、上述の操作はＮ2ガス雰囲気で行うことが好ましい。このようにして、基板３２の所定の領域にＯＴＳのＳＡＭが付与され、その領域に疎水性（水に対する接触角が９０°以上）が付与される。
【００４９】
シリコンを用いてモールド３１を形成すると、モールドの微細加工を容易に行うことができるという利点も得られる。シリコンの微細加工技術はこれまで種々開発されているので、これの技術を用いて高い寸法精度のモールドを工業的に製造することができる。
【００５０】
さらに、シリコンモールド３１は、その内面で紫外線を反射するので、モールド３１の凹部３１ｒの内面に接している光硬化性樹脂に照射される光の強度が高くなり、凹部３１ｒの内面に接触している領域の光硬化性樹脂の硬化反応が相対的に速く進行する。従って、光硬化性樹脂で形成されるパターンの外側表面の形状が先に形成され、光硬化性樹脂の収縮が抑制されるので、モールド３１の凹部３１ｒの形状・寸法を忠実に反映したパターンを形成することができる。もちろん、モールド３１の材料はシリコンに限られない。さらに、反射率を向上するために、モールドの内面にまたは外面に、例えばＡｇなどの高反射率を有する材料からなる反射膜を形成してもよい。また、金属材料でモールドを形成してもよい。この場合、パターンの寸法精度を高めるには、温度変化による寸法変化が少ない材料を用いる方がよいため、熱膨張率が低い金属材料を用いた方がよい。また金属材料でモールドを作ることで、シリコンでは加圧工程で生じる可能性がある割れ欠けを防ぐことができる。
【００５１】
上記の実施例では、モールド３１を基板３２に対して１７ｋｇ／ｃｍ2で圧着しながら光硬化性樹脂に光照射を行った。ここで用いたアクリレート系樹脂をはじめ、光硬化性樹脂の多くはラジカル反応を利用しているので、雰囲気に酸素が存在すると、重合反応が阻害される。しなしながら、上記の実施例のようにモールド３１と基板３２との間で光硬化性樹脂が実質的に密閉された状態で光照射を行うと、例えば雰囲気を窒素ガスに置換するなどの操作をしなくても、酸素による阻害を受けない。これに加えて、硬化反応が進行する過程において１７ｋｇ／ｃｍ2という圧力がかかっているので、硬化収縮が起こりに難く、硬化した樹脂からなるパターン３３’の密度の均一性も向上する。さらに、加圧によって、残膜３４の厚さを低減できる。これらの加圧による効果を得るためには、圧力は７ｋｇ／ｃｍ2以上であることが好ましく、１５ｋｇ／ｃｍ2以上であることがさらに好ましい。圧力が７ｋｇ／ｃｍ2未満であると、パターン３３’の形状や残膜３４の厚さにばらつきが生じるので好ましくない。また、加圧する時間は、２分以上であることが好ましく、例示したように４分以上であることがさらに好ましい。加圧時間が２分未満の場合は、上記の加圧による効果を安定して得ることができず、結果がばらつく。
【００５２】
寸法精度の高いパターンを形成するためには、光硬化性樹脂の選定も必要の要因となる。例えば、上記の実施例で用いたウレタンアクリレート系樹脂は、適度な粘度を有しているので、上記の加圧による効果が得られたが、粘度が１０ｃｐｓを下回るアクリレート樹脂では加圧の効果は認められなかった。また、粘度が２００ｃｐｓを超えると残膜の膜が増加し均一に薄膜を形成することが難しいので好ましくない。
【００５３】
本発明の実施形態のパターン形成方法によって形成されるパターンは、例えば、半導体装置の微細なパターンを形成するためのエッチングレジスト層として好適に用いられる。さらに、例えば、図３（ｅ）または（ｆ）で得られた樹脂パターン３３’または３５を覆うように、例えば、Ａｇからなる反射層を形成することによって、反射型グレーティングを得ることができる。この場合は、パターン形成時に残る残膜を除去する必要がない。さらに、例えば、バイナリレンズのような他の光学素子の形成にも好適に用いられる。
【００５４】
図６（ａ）〜（ｅ）を参照しながら、本発明による実施例のパターン形成方法を用いてバイナリレンズを作製する方法を説明する。
【００５５】
バイナリレンズは鋸歯状の断面を持つフレネルレンズを階段状に位相を近似した構造を有し、通常の方法ではフォトレジストのパターン形成とエッチング工程とを繰り返すことによって作製されるが、本発明のパターン形成方法を用いると、より高い寸法精度でバイナリレンズを容易に短いプロセスで作製することができ、生産性を高めることができる。
【００５６】
まず、図６（ａ）に示すように、バイナリレンズの鋸歯状の断面に対応する凹部６１ｒが形成された第１主面を有するモールド６１を用意する。
【００５７】
次に、図６（ｂ）に示すように、透光性を有する基板６２を用意し、基板６２の第１表面に光硬化性樹脂の薄膜６３を例えばスピンコート法で形成する。
【００５８】
その後、図６（ｃ）に示すように、薄膜６３にモールド６１の第１主面を押し当てる。この工程で、薄膜６３を形成していた光硬化性樹脂がモール６１の凹部６１ｒ内に侵入し、凹部６１ｒ内を充たす。光硬化性樹脂の薄膜６３の膜厚を、モールド６１の凹部６１ｒの深さと同程度または若干（例えば１０％程度）厚くしておくと、凹部６１ｒ内の光硬化性樹脂が加圧された状態となり、硬化収縮を抑制することができ、その結果、パターンの寸法精度が向上するとともに、硬化した光硬化性樹脂からなるパターン６３’内の密度分布が均一になるという効果も得られる。
【００５９】
続いて、図６（ｄ）に示すように、基板６２側から薄膜６３に光を照射し、光硬化性樹脂を硬化する。
【００６０】
次に、図６（ｅ）に示すように、モールド６１と基板６２とを分離する。その結果、硬化された光硬化性樹脂から形成された凸部（パターン）６３’から構成されるバイナリレンズが得られる。この場合、凸部６３’間に残膜が残っても除去する必要はない。
【００６１】
このように、本発明のパターン形成方法は、透明な光硬化性樹脂を用いて微細なパターンを高い寸法精度で作製することができるので、種々の光学素子の製造に好適に用いられる。なお、光硬化性樹脂の膜厚は、モールドの凹部深さより薄くすると、残膜量が低くできるので、パターン用途に適しており、逆にモールドの凹部深さより厚くすると、膜の密度分布が均一にできるため光学素子の用途に適している。従って、用途に応じて光硬化性樹脂の膜厚を設定するとよい。
【００６２】
上記実施例においては、光硬化性樹脂を基板側に塗布した後、パターン形成を行ったが、それに限定されることなく、モールド側に光硬化性樹脂を塗布した後、パターン形成を行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明によると光硬化性樹脂を用いて従来よりも寸法精度の高いパターンを形成することができる。本発明によるパターン形成方法は、従来フォトリソグラフィ技術が用いられた用途に広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】（ａ）から（ｅ）は、従来のインプリント法によるパターン形成方法の工程を示す模式的な断面図である。
【図２】（ａ）から（ｅ）は、従来の他のインプリント法によるパターン形成方法の工程を示す模式的な断面図である。
【図３】（ａ）から（ｆ）は、本発明によるパターン形成方法の工程を示す模式的な断面図である。
【図４】本発明の実施例のパターン形成方法で用いたモールドのＳＥＭ写真である。
【図５】（ａ）は本発明の実施例のパターン形成方法によって形成されたパターンの光学顕微鏡写真であり、（ｂ）はＳＥＭ写真である。
【図６】本発明の実施例のパターン形成方法用いてバイナリレンズを作製する工程を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
３１  モールド
３１ｒ  凹部
３１ｂ  底面
３１ｓ  側面
３１ｔ  上面
３２    透光性基板
３３  光硬化性樹脂薄膜
３３’、３５  硬化した樹脂からなる凸部（パターン）
３４  残膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図４】
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【図５】
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