(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光性材料が塗布された基板上に露光マスクを介して露光し、現像・リンスしてその感光性材料に三次元構造パターンを形成した後、その感光性材料パターンを硬化させ、それをマスクとしてドライエッチング法で前記基板にパターンを転写して三次元構造体を形成する方法において、
前記露光マスクは光遮光部分の面積を決定するように光透過部分が多段階に分解されたパターンをもつ複数の単位セルを備えており、
前記単位セルは複数のグリッドに分割され、グリッドには光透過率が０％と１００％のものの他、その中間の値を示す中間透過率を有する部分も配置されていることにより、単位セルの集合体としての光透過量が目的の構造を製作できるように設計されており、
前記単位セルは、その寸法が得ようとする三次元構造体に対応したマスク上の寸法の１／２００以下であり、その内部に光透過部分と遮光部分が交互に繰り返し配置されたパターンをもち、目的形状に応じて光透過部分の間隔が設定されているものであり、
前記感光性材料に三次元構造パターンを形成する工程では、前記単位セル内のパターンが感光性材料に転写されて形成される凹凸形状の高さ寸法が感光性材料による所望構造全体の高さの１／１０００以上となるように、前記感光性材料として前記単位セル内のパターンが凹凸形状として転写される高感度な感光性材料を使用し、前記露光を焦点ボカシ量がゼロの状態で行って現像・リンス後の感光性材料パターンとして三次元の全体構造の表面にマスクの単位セル内パターンの光透過領域の寸法に応じた微細な凹凸形状をもつ感光性材料パターンを形成し、
前記感光性材料パターンを硬化させる工程では、前記感光性材料パターンを表面に前記凹凸形状をもった状態で硬化させ、
前記基板へのパターン転写工程では、表面に微細な凹凸形状をもった硬化後の前記感光性材料パターンをマスクとしてドライエッチング法で前記基板にパターンを転写することにより、マスクの単位セル内の光透過パターンに対応して表面に微細な凹凸形状を形成することを特徴とする三次元構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマイクロマシニング製品、摩擦・磨耗（トライボロジー）分野（構造部材の表面潤滑が関係する分野、例えば自動車エンジンの内部、移動ステージ表面等、摩擦係数を低減させる分野）の製品、光触媒など、三次元的構造を有する物品の製造方法に関するものであり、感光性材料が塗布された基板上に露光マスクを介して露光し、現像・リンスしてその感光性材料に三次元構造パターンを形成した後、その感光性材料パターンを硬化させ、それをマスクとしてドライエッチング法でその基板にパターンを転写して三次元構造体を形成する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光学素子の屈折面や反射面に、球面や非球面等に代表される特殊な面形状が使用されるようになってきている。また近年は液晶表示素子や液晶プロジェクタ等に関連して、マイクロレンズ等にも特殊な面形状が求められている。
そこで屈折面や反射面を型成形や研磨によらずに形成する方法として、光学基板の表面にフォトレジスト（感光性材料の代表例）の層を形成し、このフォトレジスト層に対して二次元的な透過率分布を有する濃度分布マスク（グラデーションマスク（ＧＭ））を介して露光し、フォトレジストの現像・リンスによりフォトレジストの表面形状として凸面形状もしくは凹面形状を得、しかる後にフォトレジストと光学基板とに対して異方性エッチングを行ない、フォトレジストの表面形状を光学基板に彫り写して転写することにより、光学基板の表面に所望の三次元構造の屈折面や反射面の形状を得ることが知られている（特開平７−２３０１５９号公報、特表平８−５０４５１５号公報を参照）。
【０００３】
そこでは、屈折面や反射面等の三次元構造の特殊表面形状を得るために用いられる濃度分布マスクとして、表面形状に対応して透過率が段階的に変化する二次元的な透過率分布を持った濃度分布マスクが使用されている。
【０００４】
特表平８−５０４５１５号公報に記載されている濃度分布マスクでは、二次元的な透過率分布のパターンを形成するために、マスクパターンを光伝達開口と称する単位セルに分割し、各単位セルの開口寸法が、形成しようとするフォトレジストパターンの対応した位置の高さに応じた光透過量又は遮光量となるように設定されている。その単位セルの遮光膜パターンは遮光膜が存在して光の透過率が０％の領域と、遮光膜がなくて光の透過率が１００％の領域の２種類により構成され、光の透過率が０％の領域と光の透過率が１００％の領域は互いに一方向に寄せられてひとつの塊になるように配置されている。遮光膜パターンの最小寸法は露光に用いる光の波長よりも短かくなるような超微細パターンである。
【０００５】
また、その製造方法として電子ビーム（ＥＢ）照射による描画方法が採られている。
特開平７−２３０１５９号公報には、描画時のレーザー光照射光量を単位セル内で変更することによって、単位セル内の光透過量を変更することによる濃度分布マスクの製造方法が記載されている。
【０００６】
摩擦・磨耗のトライボロジー分野においては、潤滑剤（オイル）を構造部材表面に保持することが求められている。そのため、構造物表面にＶ溝や凹溝を機械的に形成し、潤滑油を保持する方法は提案されているが、微細な三次元構造、特に微細な三次元構造の表面にさらに超微細な構造を形成して摩擦・磨耗を低減させるようなことは知られていない。
【０００７】
光触媒分野では、アナターゼ型、ブルックライト型の結晶構造をもつ酸化チタン（ＴｉＯ2）においては、酸化チタン表面では、紫外線照射によって有機物質を燃焼（化学反応）させる分解反応が生じ、また、紫外光で水をＨ、Ｏに分解して親水化反応が生じることが判っている。
【０００８】
光触媒表面でのこのような反応による効果を工業的に効率よく得ようとすると、光触媒反応が起きる前に空気中や水中の有機物質が拡散して触媒表面に到達し、そこに吸着される必要がある。それには、材料の微細な凹凸を含めた表面積が影響する。したがって、光触媒としては表面積の大きいポーラスな材料が用いられることが望ましい。
【０００９】
ポーラスで、表面積の大きい材料を作るには、例えば触媒として酸化チタンを用いる場合には、酸化チタン同士の結合をあまり進めないように低温で焼結が進まない条件で作成する方法、バインダーがやや少ない条件で製作する方法、及びゾル−ゲル法で表面薄膜を製作する方法が知られている。
【００１０】
感光性材料の「感度曲線」は、概略図３に示すように与えられている。感光性材料によって感度曲線は異なり、ａは高感度感光性材料、ｂは低高感度感光性材料である。Ａは感光性材料の塗布膜厚、ＣＥＬ（コントラスト・エンハンスト・リソグラフィー）は感光初期の感光性材料除去量で、高感度感光性材料のＣＥＬ（高）は低感度感光性材料のＣＥＬ（低）よりも大きい。Ｄ１は低感度感光性材料が感光し始める照射光量、Ｄ２は高感度感光性材料が感光し始める照射光量で、それぞれのＣＥＬ効果による初期照射光量である。Ｄ３は高感度感光性材料の全膜厚除去に要する照射光量、Ｄ４は低感度感光性材料の全膜厚除去に要する照射光量で、これらはそれぞれの感光性材料が底部まで感光する時の露光量である。
【００１１】
光透過量は、感光性材料中に含まれる分子構造によって光の吸収係数が異なるため感光性材料に応じてＣＥＬ量及び感度曲線が異なる。感光性材料中を光が進行する際には、深さに応じて光エネルギー（光量）が減少する。つまり、感光性材料の厚さ（深さ）と照射光エネルギー量は指数関数で減少する反比例の関係にある。したがって、「光透過率」と感光性材料の残膜量を実験データから求めると、感光性材料の厚さ方向に分布を有するレジスト膜厚分布を形成することが可能となる。
【００１２】
図３からわかるように、低感度感光性材料を用いるとＤ１からＤ４の範囲で階調が得られ、階調の範囲を広くとることができる反面、パターンのシャープネス（切れ）を向上させることが難しい。一方、高感度感光性材料を用いるとＤ２からＤ３の範囲でのみ階調が得られ、階調の範囲を広くとることができないが、パターンのシャープネスを向上させることが容易である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、パターンのシャープネスを向上させるために、高感度感光性材料を使用することを検討した。
従来技術の特表平８−５０４５１５号公報に示されている濃度分布レチクルマスクは図１（Ａ）、（Ｂ）に示されるような単位セルをもっており、そのような濃度分布レチクルマスクを用いて高感度感光性材料を露光すると、現像後の断面形状は、感光性材料に各単位セルの階調段差が大きく生じるため、滑らかな形状とはならない。
【００１４】
高感度感光性材料では、マスクの単位セル内の光透過率分布をそのまま転写するため、表面に微細な凹凸を形成することができる。
【００１５】
摩擦・磨耗のトライボロジー分野では、構造部材は高強度・超硬度材料金属で製作されているため、機械加工によっては構造部材の加工途中において構造物表面に微細構造を製造することはできなかった。
【００１６】
光触媒分野では、表面積の大きい材料を作ろうとすれば、従来の製作方法では、目的とする材料ごとに製作するプロセスが異なるという問題が生じる。
【００１７】
本発明の目的は、トライボロジー製品や光触媒その他の製品に適用するのに適する、表面に微細な凹凸をもった三次元構造体を高精度で安価に製造する方法を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の対象とする三次元構造体は、その表面に微細な凹凸をもち、その凹凸はこの三次元構造体寸法の１／２００以下の領域内に複数個が形成されたものであり、その凹凸の高さ寸法はこの三次元構造体の高さの１／１０００以上である。
【００１９】
その凹凸が三次元構造体寸法の１／２００より大きくなると目的形状を滑らかにすることが困難になるからである。
また、その凹凸の高さ寸法がこの三次元構造体の高さの１／１０００より小さくなると、表面に微細な凹凸をもつ目的三次元構造体がトライボロジー製品や光触媒に適用されたときに所期の目的を達成することが困難になり、さらに、製造の際に感光性材料パターンの構造を維持することが困難になるからである。
【００２０】
本発明の一実施形態で得られるトライボロジー製品は、三次元構造体の微細な凹凸の表面に潤滑剤を保持したものである。
本発明の一実施形態で得られる光触媒は、三次元構造体の微細な凹凸の表面に光触媒層をコーティングしたものである。
【００２１】
本発明の製造方法では、感光性材料が塗布された基板上に露光マスクを介して露光し、現像・リンスしてその感光性材料に三次元構造パターンを形成した後、その感光性材料パターンを硬化させ、それをマスクとしてドライエッチング法で前記基板にパターンを転写して三次元構造体を形成する。その際、露光マスクは光遮光部分の面積を決定するように光透過部分が多段階に分解されたパターンをもつ複数の単位セルを備えており、感光性材料として単位セル内のパターンが凹凸形状として転写される高感度な感光性材料を使用し、現像・リンス後の感光性材料パターンとして三次元の全体構造の表面にマスクの単位セル内パターンの光透過領域の寸法に応じた微細な凹凸を形成する。そして、必要な三次元構造と超微細構造を兼ね備えた三次元構造体を得るために、感光性材料パターンを表面に凹凸をもった状態で硬化させ、それをマスクとしてドライエッチング法で基板にパターンを転写することにより、マスクの単位セル内の光透過パターンに対応して表面に微細な凹凸をもつ三次元構造体を形成する。
【００２２】
ここで、高感度な感光性材料とは、γ値が１.７５以上のものである。γ値が１.７５未満のものを低感度な感光性材料と呼ぶ。
γ値は次の定義により与えられる数値である。再び図３を参照すると、感光性材料が感光し始める照射光量（Ｄ１又はＤ２として示されている）をＤ0と表わし、感光性材料の全膜厚除去に要する照射光量（Ｄ３又はＤ４として示されている）をＤと表わすとすれば、γ値は
γ＝１／（logＤ−logＤ0）
と定義される。γ値が大きいほど感度が高く、解像度がよくなる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態で得られるトライボロジー製品において、三次元構造体の表面を平坦面又は曲面することができ、その表面に微細凹構造が存在し、その微細凹構造内に微細凹凸が形成されているものとすることができる。構造物の機械的な強度が十分である場合、つまり工業的な使用条件下で構造物の機能と寿命が十分である場合、トライボロジー効果を発現するための表面微細構造はその面積割合が大きいほど効果が大きい。しかし、微細構造を表面に均一に形成する場合、微細凹構造が表面全体に占める割合が５０％より大きくなってくると、構造物の強度と寿命が低下してくる。そのため、微細凹構造が表面全体に占める割合は５０％以下であることが好ましい。
本発明の一実施形態で得られる光触媒において、光触媒層の好ましい例は酸化チタンである。
【００２６】
本発明の製造方法では、三次元構造体の表面に微細な凹凸が偏らないで分布するように形成するためには、マスクの単位セルは、光透過部分と遮光部分が交互に繰り返し配置されたパターンをもち、目的形状に応じて光透過部分の間隔が設定されているものであることが好ましい。
【００２７】
感光性材料パターンの表面に鮮明な微細凹凸を形成するためには、感光性材料の露光は焦点ボカシ量がゼロであることが好ましい。これにより、マスクの遮光パターンに対応した微細凹凸を形成することができるようになる。
マスクはその単位セルの寸法が得ようとする三次元構造体に対応したマスク上の寸法の１／２００以下であることが好ましい。単位セルの寸法がそれより大きくなると目的形状を滑らかにすることが困難になるからである。
【００２８】
また、感光性材料パターン表面の微細凹凸の高さ寸法は感光性材料パターンにおける所望構造全体の高さの１／１０００以上であることが好ましい。微細凹凸の高さ寸法がそれより小さくなると、感光性材料パターンの構造を維持することが困難になるからである。
【００２９】
基板上に感光性材料パターンを形成し、その感光性材料パターンを前記基板に彫り写すことにより３次元構造の表面形状をもつ物品を製造する際に、その感光性材料パターンを形成するために感光性材料を露光するのに使用する濃度分布レチクルマスクの製作方法をまず述べる。
【００３０】
まず別途、所望の三次元構造設計を行なう。この設計の際、感光性材料の感度曲線と目的形状の対応を明らかにして、単位セル内の透過率、すなわちＧＭパターンＮｏ．を配置する。ＧＭパターン（単位セル）の例としては、図１（Ｃ）〜（Ｆ）に示されたようなものがある。（Ｃ）は千鳥状配列、（Ｄ）はランダム配列、（Ｅ）はライン・アンド・スペース配列、（Ｆ）は片寄せライン・アンド・スペース配列の例を示したものである。もちろん、使用できるＧＭパターンはこれらに限定されるものではない。
【００３１】
次いで、この設計に基づき、濃度分布レチクルマスクを製作する。具体的には、（レチクルマスク上の）感光性材料の感度特性と、所望の形状設計による単位セルの光透過量分布に応じて、感光性材料に直接照射するレーザー又は電子線描画の照射（露光）を行なう。
【００３２】
濃度分布レチクルマスクの製作方法の一例を示す。図４に示されるように、以下のステップを備えている。
（Ａ）マスクブランクスを単位セルに分割するステップ（ステップＳ１）。
すなわち、所望の三次元形状から、マスクブランクスをグリッド状に分割して、得ようとする濃度分布マスクの二次元の光強度分布パターンをグリッド状に配列設計する。
【００３３】
（Ｂ）加工プロセス条件及び感光性材料の感度から決定される数式化された「感度曲線」に基づいて単位セルそれぞれの光透過領域又は遮光領域を決定するステップ（ステップＳ２）。
【００３４】
（Ｃ）上記決定された光透過領域又は遮光領域を「各グリッド」に配置してＣＡＤ（Computer Aided Design）で必要な描画回数、焦点深度、ビーム径を計算し、データ化するステップ（ステップＳ３）。
【００３５】
（Ｄ）ステップ（Ｃ）のデータに基づいて、マスクブランクス上の感光性材料を所定の条件（焦点深度、ビーム径）で所定の回数だけ多数（多段階）回描画する（単位セルによって描画回数を変化させる）描画ステップ（ステップＳ４）。
もちろん、１回露光の場合もある。
このステップは、図５（ａ）〜（ｄ）示されるように多段階描画する。ここでは、一例として４回に分けて描画をする場合を示しており、その４回のうちの必要な回数だけ描画することによりその単位セルの光透過量が決定される。最上部に（Ａ）として示されている図はこれら４回の全てを描画した場合の描画パターンである。
【００３６】
各回の描画は図５の右上に矢印で示されているような走査線にそって光ビーム又は電子線ビームを複数本同時に又は順次走査し、グリッド毎に、「描画ＯＮ，ＯＦＦ」を制御することにより行なう。各回で描画領域が異なるように設定されている。
【００３７】
単位セル内の光透過率変化は、「中心から周辺に向かって変化する」場合もあるし、「単位セルをグリッドに分割し、そのグリッドにおいて光透過率が不連続に変化する」場合もある。
グリッドに光透過率が０％と１００％の中間の値を示す「中間透過率を有する部分」を配置することができる。つまり、０％と１００％の中間の値を示す光透過率、例えば３０％、５０％、７０％のような中間透過率を有する部分を配置することができる。
【００３８】
グリッドの寸法を小さくすることができるので、配置の方法として不連続（例えばランダム）に中間透過率をもつグリッドを配置することが可能となる。また、同じ透過率をもつグリッドを塊状として配置することもできる。この方式を進めると、連続した濃度分布配置となる。この場合、▲１▼中間階調を非常に細かくとることができるため単位セル寸法を飛躍的に小さくすることができる。▲２▼したがって、所望の形状が急激に変化する形状、すなわち勾配の急な形状でも容易に階調を形成することができる。▲３▼ランダム配置することによって隣接セルと光回り込み量を平均化できる、などの利点がある。
【００３９】
グリッドに光透過率が０％と１００％の中間の値を示す「中間透過率を有する部分」を配置する例を図７に示す。ここでは、一辺１μｍの単位セルを一辺０.２μｍの５×５＝２５のセルに分割した。例えば、白、黒、３０％、５０％、７０％の５段階の光透過率部分を配置した場合、全部白、又は全部黒の場合は階調とはなり得ないので、この場合は４階調である。したがって、理論的には２５×４＝１００階調である。つまり、ｎ段階の濃度変化では、ｎ−１階調である。また、単位セルの分割数（グリッド数）によって階調は異なる。上の例では、グリッド数×（ｎ−１）＝２５×４＝１００である。
【００４０】
グリッドの光透過率と階調の関係は、下の表１のように設定した。
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【００４１】
図７では、（Ａ）３０／１００階調の単位セルと（Ｂ）６０／１００階調の単位セルの光透過率配置を示している。（Ｃ）は０／１００階調、３０／１００階調及び６０／１００階調を組み合わせた例を示したものであり、各グリッドの階調数を数値で示したものが図７（Ｄ）である。なお、図７の例は、乱数を発生させて各グリッド番地に光透過濃度分布を形成した場合である。
【００４２】
（Ｅ）ステップ（Ｄ）で描画されたマスクブランクスを現像・リンスして三次元の感光性材料パターンを得るステップ（ステップＳ５）。
（Ｆ）その後、ドライエッチング又はウエットエッチングによって感光性材料パターン形状を遮光膜１４に転写するステップ（ステップＳ６）。
得られた濃度分布マスクを用いて三次元構造の物品を製作する方法は、その濃度分布マスクを用い、縮小光学系露光機で、感光性材料が塗布された基板上に縮小露光する工程と、露光された感光性材料を現像しリンスして表面に微細な凹凸をもつ三次元構造の感光性材料パターンを形成する工程と、この感光性材料パターンを表面に微細な凹凸をもった状態でマスクとしてドライエッチング法でパターンを基板に転写する工程から構成される。
【００４３】
上記引例の特表平８−５０４５１５号公報の方法における単位セルの考え方と本発明のものを比較すると、その引例の方法では図６左側の図に示すように、光透過部分を単位セルの一部分に集約させている。これによって、露光される単位セルは集約された光透過部分のパターンは、微視的に捉えると大きな凹形状である。これに対して、本発明では、図６右側の図に示すように、単位セル内において積極的に微細な凹凸を形成し、この凹凸形状を積極的に構造製作時に活用するものである。活用の方策として、凹凸形状をそのまま活用して、構造部材表面の三次元構造表面に微細構造として残存させる。
【００４４】
もちろん、本発明及び引例の方法においても、単位セルの集合体としての光透過量は目的の構造を製作できるように設計されている。また、本発明ではデジタル的な光透過量変化をさせる方法も含んでいる点においては、引例の方法と同様である。
【００４５】
上記の描画エネルギーは、予め別途用意したシミュレーションによって決定する。つまり、予めＣｒ膜厚と光透過量の関係をグラフ化し数式化しておく。上記の様に、単位セル内の光透過量（Ｏ．Ｄ．）の集合が所望の形状を表わすように各単位セルの光学濃度量を決定し、光透過量の分布を設定する。
【００４６】
以上によって、引例方法の最大の欠点である▲１▼パターン配置の向き（同じパターンでも光透過部分がどこに配置されているか：同じ形状でも右向きか左向きか）で製作形状が異なる、▲２▼三次元構造物の微細な構造制御ができない、などの問題点を解決できる。
【００４７】
この方法を用いれば、感光性材料の感度が高いためにパターンのシャープネスを得るのが容易であるため、高度に制御が必要な感度曲線の管理・高度な製造プロセスの管理を必要とすることもなく安価に、しかも容易に、製作速度速く、製作することが可能となる。
【００４８】
縮小光学系露光で三次元方向に光透過量濃度分布を有するデジタルマスクを使用して、構造体の表面に微細形状を兼ね備えた構造物を製作できる。構造物表面に製作する三次元構造体の表面にさらに微細な凹凸構造を製作することで表面反応及び、表面張力を利用した特殊機能を構造物表面に与えることが可能となる。
【００４９】
【実施例】
（単位セル内の形状と配置、及び「光透過」、「光遮光」ドットの形状と配置）単位セル内の形状と配置、及び「光透過」、「光遮光」ドットの形状と配置について説明する。以下に示す例は、代表的な例を示したものであり、単位セルの寸法、ドットの寸法、起点の寸法等は、所望の形状に対応して設計されるべきもので、本実施例に限定されるものではない。即ち、各単位セルとドットの寸法によって階調数が決定されるので、これらの寸法は、目的形状と目的階調によって決定するものである。
【００５０】
単位セル形状は、所望の形状に応じて、例えば、なだらかな曲面が続く場合、不連続な面で構成される場合など階調の変化量によって、濃度分布マスク特性を発現する「最も効果的な多角形」及び「その組み合わせ」を選択することで最適な形状を決定することができる。
【００５１】
また、同様に単位セルの寸法も所望の形状に対して必要な階調をどの程度微細にとるかで決定される。即ち、短い距離で多くの階調を必要とする時には、比較的小さな寸法の単位セルを選択し、ドット寸法をできるだけ小さくするのが望ましい。
また、ドット面積の増加・減少は入力時のインプットデータであり、マスクの製作条件によってはレーザー光の太りやドライエッチングの等方性エッチングなどにより形状が崩れることがある。
【００５２】
（濃度分布マスクレチクルの製作）
濃度分布マスクレチクルの製作には図９に示すリコー光学株式会社製のレーザー光照射装置を用いてレーザー光を照射しレジスト材料に描画を行なった。このレーザー光照射では、所望の形状に応じて最適のビーム形状を決定し、多角形形状や円形状などをアパチャーで整形することができる。また、レーザーパワーは、レーザーに供給する電流値を変更するか、または光出射側に減光フィルターを挿入して変更してもよい。
【００５３】
図９に示すレーザー光照射装置は、レーザー光発振装置１、レーザー光発振装置１からのレーザー光を複数のレーザー光に分割するビームスプリッター２、レーザー光の光路を折り曲げるミラー３、ミラー３で折り曲げられたレーザー光を変調する光変調器４、データバスからの信号により光変調器４を制御して個々のレーザー光のＯＮ・ＯＦＦを制御する光変調制御装置５、光変調器４からのレーザー光を偏向する光偏向器６、レーザー光をレジスト材料層に集光するための対物レンズ７、載置されたマスクブランクスをＸ方向及びＹ方向に移動するＸ−Ｙステージ８、並びに光偏向器６の動作とＸ−Ｙステージ８の動作を制御する制御装置９などの主要構成部品から構成されている。
【００５４】
このレーザー光照射装置は、設計データに応じてＸ−Ｙステージ８の動作と、個々のレーザー光のＯＮ・ＯＦＦ及び偏向を制御することにより、マスクブランクスのレジスト材料層に所望のマスクパターンを描画する。すなわち、このレーザー光照射装置によりレジスト材料層にレーザー光を照射して各単位セル毎に光透過領域又は遮光領域を所望の透過率分布になるように２次元的にパターン形成を行なう。また基板表面高さ検出器（ＡＦ（自動焦点合わせ）機能）が付属しており、ＡＦ面から僅かにずらすことによって焦点位置を変更している。レーザービーム径は本実施例では直径０.２μｍ、位置あわせ精度０．０５μｍ、焦点位置精度０．１μｍで行った。
尚、単位セル形状とドット形状は目的とする製品により適当なものを選択すればよい。
【００５５】
ＣＡＤデータを図９に示したレーザー光照射装置にインストールして、Ｘ−Ｙステージ８とレーザー光のＯＮ、ＯＦＦ及びビーム描画位置と描画回数を制御しながら、所定の方法で濃度分布マスクブランクスに露光した。そして、所定の方法で現像、リンスを行なってレジスト材料層をパターニングした。その後、ドライエッチングにてＣｒ膜のパターニングを行なった。
以下の具体例ではドット形状を四角円形状としてＣＡＤプログラムを作成した。
このようにして、目的とする開口寸法を有し、かつ濃度分布を有する濃度分布マスクレチクルを製作した。
【００５６】
（実施例１）
（マイクロ凹構造による摩擦係数低下の具体例：平面研削盤用Ｘ−Ｙステージ）潤滑性を必要とする超硬合金製の平面研削盤用Ｘ−Ｙステージを製作した。製作手順を以下に示す。
図８に示す微細形状を得る為に、目的形状をシミュレーションし、別途ＣＡＤソフトを使用してＧＭパターンを製作する。
【００５７】
具体的には、直径５０ミクロン凹形状のマイクロレンズアレイを表面に製作し、このマイクロレンズ構造の総合面積が全体面積の３０％以下になるように製作する。このとき、ＧＭ製作の要領は、中央部の４×４＝１６単位セル（濃度分布マスクレチクル上では□２μｍ×２μｍ、実際のパターンでは□０．８μｍ×０．８μｍ）にはセルＮｏ．８０番（クロム残りなし）を配置する。また、レンズ四隅部分はセルＮｏ．１番（クロム全部残り）を配置する。この間のＮｏ．１〜Ｎｏ．８０のセルには、各「階調」に対応する「開口面積」を対応させる。この関係は、露光プロセスとレジスト感度曲線から得られる関係である。勿論、レジスト材料やプロセスが異なればその都度感度曲線を把握する必要がある。
【００５８】
本実施例では、Ｎｏ．５の次のパターンからＮｏ．７５までのパターン部分（すなわち、マイクロレンズの斜面に相当する部分：レンズ傾斜が滑らかな部分）では、単位セル□２μｍ×２μｍを□０.２μｍ×０.２μｍの小さな領域に分割し１０×１０＝１００の領域に分割した。この領域に所定の光透過量を与えながら、かつ微細な凹凸が形成できるように各ＧＭパターンの光透過領域を配置する。
具体的には、図２に示すように、幅ｄ、長さＬの遮光パターンを縦横合計８ライン配置することにより光透過領域を配置した。例えば、ＧＭパターンＮｏ．４０では、全体領域６４領域の内で、「光透過する領域は幅ｄ＝０．４μｍ、長さＬ＝２．０μｍの遮光パターン設計した。このときレンズ底部に近い部分は、光透過領域を集中させて広くした配置を実施した。このＧＭレチクルマスクを使用してステッパーで縮小露光した。本実施例では、オイルトラップを目的とした溝形成が目的であるので、溝幅は実基板上で０．１μｍ程度であることが望ましい。
【００５９】
本実施例では、母材料として両面研磨した超硬合金を用意した。この表面上に高感度感光性材料（東京応化社製：ＯＦＰＲ−５０００−８００）をスピンナーにて塗布した。その後、ホットプレート上で９０℃、１２０秒間プリベークした。この時の感光性材料厚さは９．２μｍであった。次いで、上記マスクを用いて縮小率１／２．５のステッパーで縮小露光した。露光条件は、デフォーカス：＋０μｍ、照射量：３９０ｍＷ×０．６９秒（照度：２６９ｍＪ）である。
【００６０】
露光後、ＰＥＢ（ポスト・エキスポージャー・ベーク）を６０℃にて１８０秒実施した。次いで、感光性材料の現像、リンスを行なった。このときのレジスト高さは８．０μｍであった。ジャストフォーカスの効果によって、感光性材料表面には狙いどおりの凹凸微細形状を製作することができた。
【００６１】
その後、紫外線硬化装置にて１８０秒間紫外線を照射しながら真空引きを実施して、レジストのハードニングを行なった。紫外線硬化装置は、レジストの露光に使用する波長よりも短波長でレジストを硬化させることのできる波長を照射する。この操作によって、レジストの耐プラズマ性は向上し、次工程での加工に耐えられるようになる。このときのレジスト高さは７．５μｍであった。
【００６２】
ついで、ホットプレート上で、９５℃で５分間、後ポストベーク（ハードニング後のポストベーク）を行った。この時、温度上昇は２５℃から９５℃まで７０℃／４分（１７．５℃／分）の勾配で上昇させた。その後、９５℃で１分間保持した。この加熱によって、感光性材料中の溶剤を徐々に蒸発させながら、かつ加熱の後半では感光性材料の表面凹凸を僅かに流動させて目的形状を得ることができた。
【００６３】
次に、上記の感光性レジスト材料形状をドライエッチング法によって超硬合金に転写した。ドライエッチングは、ＴＣＰエッチング装置を用い、ＣＬ2：１０.０ｓｃｃｍ、ＣＦ4：５.５ｓｃｃｍのガスを導入しながら、基板バイアス電圧：１２００ｗ、上部電極パワー：１２５０Ｗ、真空度１.５×１０-3Ｔｏｏｒ（すなわち１．５ｍＴｏｏｒ）で４０分間エッチングを行なった。この時の超硬合金のエッチング速度は、０．０２μｍ／分であった。エッチングの選択比は０.２でエッチング後の形状高さは、１．６μｍであった。表面粗さは、Ｒａ＝０．００１μｍ以下で良好であった。
【００６４】
その結果、図８（Ｂ）に示されるように、上記超硬合金の機構部品表面１０ｂ表面のマイクロ凹形状１２の内部には、さらに小さな直径０．０２μｍ程度の凹形状１４があった。この合金表面に潤滑材料を滴下し摩擦係数を測定すると、マイクロ凹形状がない場合に比較して１／１０に低下した。
図８（Ａ）に示されるような凸形状の機構部品表面１０ａをもつもの、図８（Ｃ）に示されるような平面形状の機構部品表面１０ｃをもつものについても同様に製作することができる。
【００６５】
（実施例２）
（光触媒表面の具体例）
実施例１と同様のマスクを使用して、青板硝子基板上に同様のマイクロ凹形状と、その表面に微細凹形状を製作した。この際、微細凹形状の直径は、０．１３μｍであった。
【００６６】
次に、この表面にスパッタリング法によって、アナターゼ型の結晶構造をもつＴｉＯ2を１０００Åコートした。この成膜によって、青板ガラス基板上に紫外線照射によって有機物質を燃焼（化学反応）させる分解反応が生じる膜を成膜できた。これによって、戸外で使用する際の有機付着物を太陽光紫外線によって自然に除去できる。
【００６７】
次に、このガラスの裏面に、ＳｉＯ2（２５００Å）、Ａｌ（１５００Å）、ＳｉＯ2（２５００Å）の物質を順番に成膜した。このコーティングによって反射ミラーの効果を発揮する。
光触媒反応が起きる際は有機物質が拡散して触媒表面に到達し、ここに吸着される必要がある。これには、材料の微細な凹凸を含めた表面積が影響する。したがって、光触媒は表面積の大きいポーラスな材料が用いられることが望ましいので、本件発明の表面に吸着ようの微細構造を有する反射ミラーは、工業的に有効である。
【００６８】
【発明の効果】
本発明で得られる三次元構造体は、その表面に微細な凹凸をもっているので、その表面に潤滑剤を保持することにより、表面張力を利用した特殊機能を構造物表面に与えることができるトライボロジー製品を得ることができる。
また、三次元構造体の表面の微細な凹凸に光学触媒層をコーティングすることにより、表面反応を利用した特殊機能を構造物表面に与えることができる光触媒を得ることができる。例えば、表面に光学触媒層を備えた耐環境性のある工業用ミラー等が製作できる。
本発明の製造方法によれば、三次元方向に光透過量濃度分布を有するデジタルマスク又はアナログマスクを使用して、高感度な感光性材料が塗布された基板上に露光し、現像・リンスしてその感光性材料の表面に微細な凹凸形状をもつ三次元構造パターンを形成し、微細な凹凸形状をもった状態でその感光性材料パターンを硬化させ、それをマスクとしてドライエッチング法で基板にパターンを転写して三次元構造体を形成するので、表面に微細な凹凸をもった三次元構造体を高精度で安価に提供できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  濃度分布マスクに配置される単位セルの例を示す図である。
【図２】  実施例における単位セル内の光透過領域又は遮光領域を示す図である。
【図３】  感光性材料の感度曲線を示す例である。
【図４】  濃度分布マスク製造方法を示すフローチャート図である。
【図５】  多段階描画を示す図で、（ａ）〜（ｄ）は各回の描画領域、（Ａ）はこれら４回の全てを描画した場合の描画パターンである。
【図６】  引例の方法と本発明の方法を比較する単位セルの断面図である。
【図７】  単位セルをグリッドに分割して光透過濃度分布を形成した例を示した単位セル光透過率配置を示す図であり、（Ａ）は３０／１００階調の単位セル、（Ｂ）は６０／１００階調の単位セル、（Ｃ）は０／１００階調、３０／１００階調及び６０／１００階調の単位セルを組み合わせた例を示したものである。
【図８】  トライボロジー応用製品の断面形状を示す図であり、（Ａ）は機構部品表面が凸面、（Ｂ）は凹面、（Ｃ）は平面の場合である。
【図９】  濃度分布マスクレチクルの製作に用いるレーザー光照射装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ      超硬合金の機構部品表面
１２      マイクロ凹形状
１４      さらに小さな凹形状
【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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