JP2005134873A - Method for forming bell-shaped projection structure on surface of photosensitive polymer film - Google Patents

Method for forming bell-shaped projection structure on surface of photosensitive polymer film Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for forming a bell-shaped projection structure by which a bell-shaped production structure can be easily formed on a polymer film even when the polymer film has a large surface area by an easy method of interference exposure via no mask without rotating the position of the polymer film or without rotating the direction of interference exposure. <P>SOLUTION: The method for forming a bell-shaped projection structure on the surface of a photosensitive polymer film 3 aims to form a bell-shaped projection structure on the surface of a polymer film 3 having a photosensitive function. A bell-shaped production structure is formed from a surface relief grating structure produced by subjecting the surface of a polymer film 3 having a photosensitive function to interference exposure via no mask to pulse laser light 4a, 4b in a wavelength region inducing the photosensitive function in the polymer film, without rotating the position of the polymer film 3 or without rotating the direction of interference exposure. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光を用いた高分子材料のマイクロ・ナノ加工に関する技術分野に属し、感光性機能を有する高分子膜の表面に、パルスレーザー光を干渉露光させることにより、高分子膜表面上に釣鐘型凸状構造部を形成する方法に関する。   The present invention belongs to a technical field related to micro / nano processing of a polymer material using light, and the surface of the polymer film having a photosensitive function is subjected to interference exposure with a pulse laser beam to thereby form the surface of the polymer film The present invention relates to a method for forming a bell-shaped convex structure.

光を用いた高分子材料のマイクロ・ナノ加工技術(マイクロ・ナノメートルオーダーの加工技術)としては、例えば、高分子材料自身に感光性を付与し、紫外線・可視光線の波長領域の光を照射することによるリソグラフィーや、照射する光が高いエネルギーを有している超短パルスレーザーや放射光などを用いて、アブレーションや屈折率変調構造の形成により行うことなどが代表的に挙げられる。これらの高分子材料におけるマイクロ・ナノ加工技術の中で、アゾベンゼンなどの光異性化機能を発揮する材料を含んでいる感光性高分子膜表面に、光を干渉露光を起こす様に照射することにより、干渉縞による周期的な凹凸構造を形成する技術が1995年に報告され、それ以降、形成される周期的な凹凸構造が、周期的な波形形状の格子に類似していることから、表面レリーフグレーティング(Surface Relief Grating:「SRG」と略称する場合がある)と呼称され、多くの研究者の興味を引き起こし、照射条件と形成される構造との関係の把握、構造形成のメカニズムの解析、形成されるSRGの応用検討など多くの研究がなされてきている。   Examples of micro / nano processing technology for polymer materials using light (processing technology on the order of micro / nanometers) include, for example, imparting photosensitivity to polymer materials themselves and irradiating light in the ultraviolet and visible wavelength regions. Typical examples include lithography performed by this method, and ablation or formation of a refractive index modulation structure using an ultrashort pulse laser or radiation light whose irradiation light has high energy. Among the micro / nano processing technologies in these polymer materials, by irradiating the surface of the photosensitive polymer film containing a material that exhibits a photoisomerization function such as azobenzene so as to cause interference exposure. A technique for forming a periodic concavo-convex structure by interference fringes was reported in 1995, and since then, the formed periodic concavo-convex structure is similar to a periodic corrugated grating, so that the surface relief This is called “Surface Relief Grating” (sometimes abbreviated as “SRG”), which is of interest to many researchers, understands the relationship between irradiation conditions and the structure to be formed, analyzes the structure formation mechanism, and forms Many studies have been made such as application studies of SRG.

今までの研究は、主に、400〜500nmにπ−π*(パイスター)吸収の吸収ピークを有するアゾベンゼン誘導体を側鎖に含む高分子を材料とし、且つ通常、約1μm以上の厚みを有する高分子膜をガラスなどの基板上に形成し、488nmの波長のcw(連続的な)Arレーザーなどを、高分子膜表面に、数10mW/cm2程度の比較的弱いパワー密度で二光束照射して、干渉露光させることにより、SRGを有する誘起構造部(SRG構造部)を形成させることで行われている。 The research so far mainly uses high molecular weight materials having an azobenzene derivative having an absorption peak of π-π * (pistar) absorption at 400 to 500 nm as a side chain, and usually has a thickness of about 1 μm or more. A molecular film is formed on a substrate such as glass, and a cw (continuous) Ar laser having a wavelength of 488 nm is irradiated on the surface of the polymer film with two light beams at a relatively weak power density of about several tens mW / cm 2. Thus, by performing interference exposure, an induction structure portion (SRG structure portion) having SRG is formed.

二光束干渉露光により形成されるSRG構造を有する構造体の格子間隔(Λ)は、照射波長(λ)、および高分子膜表面への入射角(法線からの角度)(θ)と、「Λ=λ/2sinθ」の関係を有しており、格子間隔(Λ)を狭くするためには、照射波長(λ)を短くし、入射角度(θ)を大きくする必要があるが、照射波長(λ)は、光異性化を起こすのに適した波長領域の波長を用いなければならいないという制約があるので、通常は、入射角度(θ)をできるだけ大きくとって、格子間隔(Λ)を小さくしている。また、得られたSRGを反射回折格子として用いる場合に、高い回折効率を有する反射回折格子にするためには、格子の高さ[山の頂部〜谷の底部の高さ(山〜谷の高さ)]を大きくする必要がある。そのためには、干渉露光する光の照射エネルギー(光強度×照射時間)を大きくしたり、高分子膜を厚くしたりする工夫がなされている。   The lattice spacing (Λ) of the structure having the SRG structure formed by the two-beam interference exposure is expressed by the irradiation wavelength (λ), the incident angle (angle from the normal line) (θ) to the polymer film surface, and “ [Lambda] = [lambda] / 2sin [theta] ", and in order to reduce the lattice spacing ([Lambda]), it is necessary to shorten the irradiation wavelength ([lambda]) and increase the incident angle ([theta]). Since (λ) has a restriction that a wavelength in a wavelength region suitable for causing photoisomerization must be used, usually, the incident angle (θ) is set as large as possible, and the lattice spacing (Λ) is set to be as large as possible. It is small. In addition, when the obtained SRG is used as a reflection diffraction grating, in order to obtain a reflection diffraction grating having high diffraction efficiency, the height of the grating [the height of the peak to the bottom of the valley (the height of the peak to the valley) ))] Needs to be increased. For this purpose, a device has been devised to increase the irradiation energy (light intensity × irradiation time) of the light for interference exposure or to increase the thickness of the polymer film.

今までの研究により明らかになったSRGに関する知見は、次の(1)〜(7)のように列挙することができる(非特許文献1参照)。
(1)干渉露光により形成される干渉縞の明暗は、SRGの谷山の部位と対応する(SRGは干渉縞とπシフトの位相関係にある)。すなわち、干渉により光強度が強められた明るい部分から暗い部分に物質移動が起こり、SRGが形成される。
(2)SRGは、膜を形成する高分子材料のガラス転移温度(Tg)よりも低い温度領域で形成可能である。すなわち、本来、可動性の乏しい温度領域下(高分子材料のTgよりも低く、マクロ的にはガラス状態の温度領域下)で、ミクロ的な流動を伴った物質移動が起こり、SRGが形成される。
(3)SRGの山〜谷の部位(山の頂部〜谷の底部)の高さは、照射光のエネルギー(光強度×照射時間)に比例して最初は増大するが、高分子膜の厚みにしたがって、ある照射エネルギー以上で飽和する。
(4)SRGの形成は、照射光の偏光状態に強く依存しており、直線偏光の照射光においては、s−偏光よりも、p−偏光の方が効率よく起こる。
(5)使用される高分子の分子量が大きいほど、SRGの形成の効率は低下する。これは、高分子の絡み合いの程度が物質移動に影響を及ぼしているためである。
(6)形成されたSRGは、重ね書きが可能であり、追記録時においても既存のSRGのパターンはそのまま保存される。
(7)形成されたSRGは、使用されている高分子材料のTg以上に加熱したり、適当な偏光条件の均一な光照射を行ったりすることによって消去可能である。
The knowledge about SRG that has been clarified through previous studies can be listed as in the following (1) to (7) (see Non-Patent Document 1).
(1) The brightness and darkness of the interference fringes formed by interference exposure corresponds to the valley portions of the SRG (the SRG has a phase relationship of π shift with the interference fringes). That is, mass transfer occurs from a bright part where the light intensity is increased by interference to a dark part, and an SRG is formed.
(2) SRG can be formed in a temperature region lower than the glass transition temperature (Tg) of the polymer material forming the film. That is, under the temperature range in which mobility is inherently low (lower than the Tg of the polymer material and macroscopically in the glassy temperature range), mass transfer with microscopic flow occurs and SRG is formed. The
(3) The height of the SRG peak-valley region (the peak peak-valley peak) increases initially in proportion to the energy of the irradiation light (light intensity × irradiation time), but the thickness of the polymer film And saturates at a certain irradiation energy.
(4) The formation of SRG strongly depends on the polarization state of the irradiation light, and in the linearly polarized irradiation light, the p-polarization occurs more efficiently than the s-polarization.
(5) The higher the molecular weight of the polymer used, the lower the efficiency of SRG formation. This is because the degree of polymer entanglement affects the mass transfer.
(6) The formed SRG can be overwritten, and the existing SRG pattern is preserved as it is even during additional recording.
(7) The formed SRG can be erased by heating above the Tg of the polymer material used or by performing uniform light irradiation under appropriate polarization conditions.

また、SRG構造の形成のメカニズムに関しては、光異性化に基づく局所的な自由体積変化が膜内部に圧力分布を形成し、その結果として物質移動が起こり、πシフトによりSRGが形成されるという自由体積モデルが提唱されたが(非特許文献2参照)、SRG形成における偏光依存性をうまく説明することができなかった。これに対して、光学的に誘起される電場からの力による光勾配力が高分子鎖のダイポール(双極子)に作用し、高分子材料中に移動力をもたらし、SRG構造が形成される光勾配力モデルが提唱され、偏光依存性の説明も可能にされた(非特許文献3参照)。また、Viscous Mass Flowモデルも提唱され、物質移動速度が表面から深さ方向に向かって減少することを仮定して、1μm以下の膜厚みでSRGの形成速度が膜厚の三乗に比例する実験結果を説明した(非特許文献4参照)。さらに、その他のモデルとして、液晶材料を含む系では、πシフトではなくシフトなし(ゼロシフト)で、SRGが形成されるが、それを説明できるMean Field Theoryモデル(非特許文献5参照)や、バルクの分子の拡散によって、表面効果が支配され、配向分布のタイムスケールが拡散のタイムスケールよりもはるかに短いことに注目した拡散モデル(非特許文献6参照)などが提唱されている。   As for the formation mechanism of the SRG structure, the local free volume change based on photoisomerization forms a pressure distribution inside the film, and as a result, mass transfer occurs and SRG is formed by π shift. Although a volume model was proposed (see Non-Patent Document 2), the polarization dependence in SRG formation could not be well explained. On the other hand, the light gradient force due to the force from the optically induced electric field acts on the dipole of the polymer chain, brings about a moving force in the polymer material, and the light that forms the SRG structure. A gradient force model has been proposed, and the polarization dependence can be explained (see Non-Patent Document 3). A Viscous Mass Flow model was also proposed, and an experiment in which the SRG formation rate is proportional to the cube of the film thickness at a film thickness of 1 μm or less, assuming that the mass transfer rate decreases from the surface in the depth direction. The results were explained (see Non-Patent Document 4). In addition, as another model, in a system including a liquid crystal material, an SRG is formed without a shift (zero shift) instead of a π shift. A Mean Field Theory model (see Non-Patent Document 5) that can explain the SRG is formed. A diffusion model (see Non-Patent Document 6) has been proposed that focuses on the fact that the surface effect is governed by the diffusion of molecules and the time scale of the orientation distribution is much shorter than the time scale of diffusion.

SRG構造は、リソグラフィーのような複雑な現像工程や薬品処理などを必要とせず、光を照射する1段階のプロセスで加工や記録・消去が達成でき、且つ可逆的に繰り返し形成することが可能である特徴を有している。その応用としては、書き換え可能なホログラム材料として二次元・三次元情報の記録・演算媒体への応用が期待できる。5ナノ秒程度の短時間でSRGが形成でき、熱処理で消去が可能な動的ホログラフィなどの研究が行われている。また、SRG構造をフェーズマスクとして利用して光プリンティングとして複製構造を作製する用途も検討されている。また、回折格子として光フィルタや光カプラーなどの光の取り出しや導波用の光機能素子としての検討や、液晶の配向膜としての研究も盛んに行われている。さらにまた、SRG構造を利用して高分子膜の強度向上を図る用途や、SRG構造にコロナ放電を施すことにより、光−電気デバイスや第二次高調波発振器として活用する検討なども行われている。   The SRG structure does not require complicated development processes or chemical treatments like lithography, and can be processed, recorded and erased in a single stage of light irradiation, and can be reversibly formed repeatedly. It has certain characteristics. As its application, rewritable hologram material can be expected to be applied to 2D and 3D information recording / computing media. Studies such as dynamic holography that can form an SRG in a short time of about 5 nanoseconds and can be erased by heat treatment have been conducted. In addition, the use of a replica structure as an optical printing using the SRG structure as a phase mask is also being studied. In addition, studies on the extraction of light such as optical filters and optical couplers as diffraction gratings, optical functional elements for waveguides, and research on alignment films for liquid crystals have been actively conducted. Furthermore, the use of the SRG structure to improve the strength of the polymer film, and the use of the SRG structure as a photo-electric device or a second harmonic oscillator by corona discharge are being studied. Yes.

以上の説明は、干渉露光により形成される周期的な凹凸構造が周期的な波形形状の格子に類似しているSRG構造に関するものであるが、この波形形状のSRG構造から発展して検討されている2つの干渉露光による光誘起表面構造物がある。1つは、適当な偏光特性を有する三光束のレーザービームを照射させることにより形成される六方晶に近いハニカム構造であり、もう1つは、二光束干渉露光において、先ず1段階目として所定時間二光束干渉露光によりSRG構造を形成し、その次に高分子膜試料を90度回転させるか、ないしは、高分子膜試料はそのままにして二光束干渉方向を90度回転させることにより、予め形成されたSRG(1段階目の二光束干渉露光により形成されたSRG)に直交するSRGを重ね書きさせて2段階で形成される釣鐘状構造(egg−crate−like structure;たまごパック状構造:「ECL構造」と略称する場合がある)である。これらの2つの構造体は、格子状のSRG構造と比較して、より高次な規則性を持った表面誘起構造体であるので、マクロレンズアレイ、拡散板やフォトニック結晶などのような幅広い光学機能材料としての利用が期待される。   The above description relates to the SRG structure in which the periodic concavo-convex structure formed by interference exposure is similar to the grating having a periodic waveform shape. There are two photo-induced surface structures by interference exposure. One is a honeycomb structure close to a hexagonal crystal formed by irradiating a three-beam laser beam having appropriate polarization characteristics, and the other is a first stage in two-beam interference exposure for a predetermined time. The SRG structure is formed by two-beam interference exposure, and then the polymer film sample is rotated by 90 degrees, or the polymer film sample is left as it is and the two-beam interference direction is rotated by 90 degrees. The SRG (SRG formed by the first-stage two-beam interference exposure) is overwritten with an SRG that is orthogonally written to form a bell-shaped structure (egg-crate-like structure; egg pack-shaped structure: “ECL”) May be abbreviated as “structure”). Since these two structures are surface-induced structures having higher order regularity than the lattice-like SRG structure, they are widely used such as macro lens arrays, diffusion plates, and photonic crystals. Use as an optical functional material is expected.

特に、釣鐘状構造(ECL構造)は、いわゆるマイクロレンズアレイ状の構造であり、粒子径のそろったナノメートルオーダーやマイクロメートルオーダーの微粒子が分散している微粒子分散液中に基板を浸漬し、引き上げて均一な単層を基板上に形成して得られる構造や、グラファイト基板上に強誘電性高分子LB膜を形成し、高真空・電場印加条件下の走査トンネル顕微鏡操作により、強誘電性高分子の再配列を誘起させて得られる構造や、フォトマスクを介してフォトレジストを紫外線光(UV光)などで露光・硬化させて得られる構造や、シリコン基板の結晶面の選択的(異方的)エッチング等で得られる構造物などによく似た規則性構造を有している。これらの類似構造の作製方法に比べて、干渉露光による釣鐘型凸状構造(釣鐘状構造)を有する誘起構造部(釣鐘型凸状構造部)の製作方法は、プロセス的には厳密な製作条件の制御を必要とせず、簡便な製作方法による釣鐘状構造と言えるが、直交するSRGを2段階の二光束干渉露光により形成する必要があり、1段階目と2段階目との間で高分子膜試料ないしは二光束干渉方向を90度回転させる必要がある。そのため、微小な領域に形成されている1段階目の二光束干渉露光により形成されたSRGに対して、2段階目の二光束干渉露光により形成させるSRGを直交させる2段階の二光束干渉露光方法は、位置合わせに労力を使い、特に、大面積の表面に釣鐘状構造を作製するときには、小面積の表面に釣鐘状構造を作製して、それらを足し合わせることにより大面積化することになるので、さらに手間と時間がかかることになる。   In particular, the bell-shaped structure (ECL structure) is a so-called microlens array-like structure, in which a substrate is immersed in a fine particle dispersion in which fine particles of nanometer order or micrometer order with uniform particle diameter are dispersed, A structure obtained by pulling up to form a uniform single layer on a substrate, or forming a ferroelectric polymer LB film on a graphite substrate, and performing a scanning tunneling microscope operation under a high vacuum / electric field application condition, A structure obtained by inducing polymer rearrangement, a structure obtained by exposing and curing a photoresist with ultraviolet light (UV light) through a photomask, and a selective (different) crystal plane of the silicon substrate. It has a regular structure that is very similar to a structure obtained by etching. Compared to these similar structure fabrication methods, the fabrication method of the induction structure (bell-shaped convex structure) having a bell-shaped convex structure (bell-shaped structure) by interference exposure is strict in terms of process. It can be said that it is a bell-shaped structure by a simple manufacturing method, but it is necessary to form an orthogonal SRG by two-stage two-beam interference exposure, and a polymer between the first stage and the second stage. It is necessary to rotate the film sample or the two-beam interference direction by 90 degrees. Therefore, a two-stage two-beam interference exposure method in which the SRG formed by the second-stage two-beam interference exposure is orthogonal to the SRG formed by the first-stage two-beam interference exposure formed in a minute area. Uses a lot of alignment, especially when creating a bell-shaped structure on the surface of a large area, a bell-shaped structure is created on the surface of a small area, and they are combined to increase the area So it will take more time and effort.

また、SRGに関しては、アゾベンゼン骨格を有するポリマー層に、レーザーを2度照射して回折格子を作製する方法(特許文献1参照)、アゾベンゼン骨格を有する高分子物質と、液晶物質とを含有する感光性組成物による薄膜に、パターン露光することにより、薄膜上にパターン形成する方法(特許文献2参照)、アゾベンゼンポリマーフィルムの表面に、物体光と参照光とを照射し、両者の干渉による強度分布をSRGとして書き込み、ホログラムを作製する方法(特許文献3参照)、アゾポリマー担体の表面に、レンチキュラーレンズとして機能する凹凸を形成し、該凹凸の表面に微細な凹凸を形成する方法(特許文献4参照)、特定のアゾベンゼン誘導体から構成された感光性薄膜に、所定のパターンを有するマスクを介して干渉露光を行うことにより、レリーフを形成する方法(特許文献5参照)なども提案されている。   As for SRG, a method for producing a diffraction grating by irradiating a polymer layer having an azobenzene skeleton twice with a laser (see Patent Document 1), a photosensitive material containing a polymer substance having an azobenzene skeleton and a liquid crystal substance. A pattern formed on a thin film by pattern exposure to a thin film made of a conductive composition (see Patent Document 2), the surface of an azobenzene polymer film is irradiated with object light and reference light, and intensity distribution due to interference between the two Is written as SRG, and a hologram is produced (see Patent Document 3), an unevenness functioning as a lenticular lens is formed on the surface of the azo polymer carrier, and a fine unevenness is formed on the surface of the unevenness (see Patent Document 4). ) Interference with a photosensitive thin film composed of a specific azobenzene derivative through a mask having a predetermined pattern By performing light has also been proposed a method of forming a relief (see Patent Document 5).

しかしながら、これらの方法でも、高分子膜の位置の回転や、干渉露光の方向の回転が行われたり、マスクが用いられたりしており、マスクを用いることなく、また高分子膜の位置の回転や干渉露光の方向の回転を行うことなく簡便な方法により、しかも、高分子膜の表面積が大きくても容易に、高分子膜上に釣鐘状構造部(釣鐘型凸状構造部)を形成することができる方法が求められている。   However, even in these methods, the position of the polymer film is rotated, the direction of interference exposure is rotated, or a mask is used. The rotation of the position of the polymer film is not performed without using a mask. A bell-shaped structure (bell-shaped convex structure) is easily formed on the polymer film by a simple method without rotating in the direction of interference exposure, and even if the surface area of the polymer film is large There is a need for a method that can do this.

国際公開第98/36298号パンフレットInternational Publication No. 98/36298 Pamphlet 特開2002−105339号公報JP 2002-105339 A 特開2002−182547号公報JP 2002-182547 A 特開2002−174731号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-147331 特開2003−82033号公報JP 2003-82033 A

「O plus E」(株)新技術コミュニケーションズ出版,2003年3月号,第24巻,p.287“O plus E”, New Technology Communications Publishing, March 2003, Vol. 24, p. 287 「J.Phys.Chem.」1996年,第100巻,p.8836“J. Phys. Chem.” 1996, Vol. 100, p. 8836 「Appl.Phys.Lett.」1998年,第72巻,p.2096“Appl. Phys. Lett.” 1998, Vol. 72, p. 2096 「Mol.Crys.Liq.Crys.」2000年,第345巻,p.263“Mol. Crys. Liq. Crys.” 2000, Vol. 345, p. 263 「Phys.Rev.Lett.」1998年,第80巻,p.89“Phys. Rev. Lett.” 1998, 80, p. 89 「Opt.Mater.」1998年,第9巻,p.323“Opt. Mater.” 1998, Vol. 9, p. 323

従って、本発明の目的は、マスクを介さずに干渉露光させ、且つ高分子膜の位置の回転や干渉露光の方向の回転を行うことなく簡便な方法により、しかも、高分子膜の表面積が大きくても容易に、高分子膜上に釣鐘状構造部(釣鐘型凸状構造部)を形成することができる感光性高分子膜表面上への釣鐘型凸状構造部の形成方法を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to perform interference exposure without using a mask, and to increase the surface area of the polymer film by a simple method without rotating the position of the polymer film or the direction of interference exposure. To provide a method for forming a bell-shaped convex structure portion on the surface of a photosensitive polymer film, which can easily form a bell-shaped structure portion (bell-shaped convex structure portion) on the polymer film. It is in.

本発明者らは、前記目的を達成するため鋭意検討した結果、感光性高分子膜の表面に、特定のパルスレーザー光を、マスクを介さずに干渉露光させると、前記感光性高分子膜の位置の回転や干渉露光の方向の回転を行わなくても、容易に、感光性高分子膜の表面に、釣鐘型凸状構造部を表面レリーフグレーティング構造を経由して形成することができることを見出した。本発明はこれらの知見に基づいて完成されたものである。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the inventors of the present invention have found that when the surface of the photosensitive polymer film is subjected to interference exposure with a specific pulse laser beam without using a mask, the photosensitive polymer film It has been found that a bell-shaped convex structure can be easily formed on the surface of the photosensitive polymer film via the surface relief grating structure without rotating the position or rotating in the direction of interference exposure. It was. The present invention has been completed based on these findings.

すなわち、本発明は、感光性機能を有する高分子膜の表面に、釣鐘型凸状構造部を形成させる方法であって、感光性機能を有する高分子膜の表面に、該高分子膜に感光性機能を発揮させる波長領域のパルスレーザー光を、マスクを介さずに干渉露光させることにより、表面レリーフグレーティング構造を経由して形成された釣鐘型凸状構造を有している釣鐘型凸状構造部を、前記高分子膜の位置の回転や干渉露光の方向の回転を行うことなく形成させることを特徴とする感光性高分子膜表面上への釣鐘型凸状構造部の形成方法を提供する。   That is, the present invention relates to a method for forming a bell-shaped convex structure on the surface of a polymer film having a photosensitive function, wherein the polymer film is exposed to the surface of the polymer film having a photosensitive function. A bell-shaped convex structure having a bell-shaped convex structure formed via a surface relief grating structure by performing interference exposure of a pulsed laser beam in a wavelength region that exhibits sexual functions without passing through a mask A method for forming a bell-shaped convex structure on the surface of a photosensitive polymer film, wherein the part is formed without rotating the position of the polymer film or rotating in the direction of interference exposure. .

前記感光性機能を有する高分子膜としては、光異性化、フォトリフラクティブ性、光架橋性または光分解性により感光性機能を発揮させることができる高分子膜を好適に用いることができ、側鎖にアゾベンゼン骨格を含む基又は部位を有している高分子により形成されていることが好ましい。前記アゾベンゼン誘導体部を含む側鎖を有するポリマー成分としては、ヒドロキシル基を少なくとも2つ有するアゾベンゼン系色素と、前記アゾベンゼン系色素中のヒドロキシル基に対する反応性官能基を少なくとも2つ有するモノマー成分との重合体であってもよい。   As the polymer film having a photosensitive function, a polymer film that can exhibit a photosensitive function by photoisomerization, photorefractive property, photocrosslinking property or photodegradability can be preferably used, and a side chain can be used. It is preferably formed of a polymer having a group or moiety containing an azobenzene skeleton. As the polymer component having a side chain containing the azobenzene derivative portion, a polymer component of an azobenzene dye having at least two hydroxyl groups and a monomer component having at least two reactive functional groups for the hydroxyl group in the azobenzene dye is used. It may be a coalescence.

また、前記高分子膜の厚さとしては、100ナノメートル(nm)以上であることが好ましい。前記釣鐘型凸状構造部の高さとしては、80ナノメートル(nm)以上であってもよい。   In addition, the thickness of the polymer film is preferably 100 nanometers (nm) or more. The height of the bell-shaped convex structure may be 80 nanometers (nm) or more.

さらに、前記パルスレーザー光としては、パルスレーザー光が、パルス幅が500μ秒以下のパルスレーザー光が好適である。パルスレーザー光としては、光強度が10mW/cm2〜1W/cm2であってもよく、p−偏光性の偏光特性、または円偏光特性の偏光特性を有していることが好ましい。 Further, as the pulse laser beam, a pulse laser beam and a pulse laser beam having a pulse width of 500 μsec or less are suitable. The pulse laser beam may have a light intensity of 10 mW / cm 2 to 1 W / cm 2 and preferably has p-polarization polarization characteristics or circular polarization characteristics.

本発明では、前記感光性機能を有する高分子膜の表面に形成された釣鐘型凸状構造部は、高分子膜の背面から入射された光に対して集光機能を発揮することができることが好適である。   In the present invention, the bell-shaped convex structure formed on the surface of the polymer film having the photosensitive function can exhibit a light collecting function with respect to light incident from the back surface of the polymer film. Is preferred.

本発明の感光性高分子膜表面上への釣鐘型凸状構造部の形成方法によれば、マスクを介さずに干渉露光させ、且つ高分子膜の位置の回転や干渉露光の方向の回転を行うことなく簡便な方法により、しかも、高分子膜の表面積が大きくても容易に、高分子膜上に釣鐘型凸状構造部を形成することができる。   According to the method for forming a bell-shaped convex structure on the surface of the photosensitive polymer film of the present invention, interference exposure is performed without using a mask, and the position of the polymer film and the direction of interference exposure are rotated. A bell-shaped convex structure can be easily formed on the polymer film by a simple method without performing it, and even if the surface area of the polymer film is large.

(感光性高分子膜)
本発明において、釣鐘型凸状構造部を形成する際に用いられている感光性高分子膜は、感光性機能を有する高分子(「感光性高分子」と称する場合がある)により形成された膜である。このような感光性高分子としては、感光性機能を発揮する基又は部位を有する高分子であれば特に制限されないが、例えば、分子内にアゾベンゼン骨格を含む基又は部位を有する高分子(「アゾベンゼン骨格含有高分子」と称する場合がある)を好適に用いることができる。すなわち、アゾベンゼン骨格を含む基又は部位は、感光性機能を発揮する基又は部位として利用されている。感光性高分子は単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。
(Photosensitive polymer film)
In the present invention, the photosensitive polymer film used for forming the bell-shaped convex structure is formed of a polymer having a photosensitive function (sometimes referred to as “photosensitive polymer”). It is a membrane. Such a photosensitive polymer is not particularly limited as long as it has a group or moiety that exhibits a photosensitive function. For example, a polymer having a group or moiety containing an azobenzene skeleton in the molecule (“azobenzene”). (Sometimes referred to as “skeleton-containing polymer”). That is, the group or site | part containing an azobenzene skeleton is utilized as a group or site | part which exhibits a photosensitive function. A photosensitive polymer can be used individually or in combination of 2 or more types.

アゾベンゼン骨格含有高分子としては、アゾベンゼン骨格を含む基又は部位を、分子内に少なくとも1つ有していればよく、例えば、主鎖や側鎖にアゾベンゼン骨格を含む基又は部位を有している高分子が挙げられる。アゾベンゼン骨格含有高分子としては、側鎖にアゾベンゼン骨格を含む基又は部位を有している高分子(アゾベンゼン誘導体部を含む側鎖を有するポリマー成分)が好適である。   The azobenzene skeleton-containing polymer may have at least one group or moiety containing an azobenzene skeleton in the molecule, for example, a group or moiety containing an azobenzene skeleton in the main chain or side chain. Examples include polymers. As the azobenzene skeleton-containing polymer, a polymer having a group or moiety containing an azobenzene skeleton in the side chain (polymer component having a side chain containing an azobenzene derivative portion) is suitable.

側鎖にアゾベンゼン骨格を含む基又は部位を有している高分子(「アゾベンゼン骨格側鎖含有高分子」と称する場合がある)において、アゾベンゼン骨格を含む基又は部位は、すべての側鎖に含まれていてもよく、一部の側鎖のみに含まれていてもよい。さらにまた、アゾベンゼン骨格側鎖含有高分子は、1つの側鎖に、1つのアゾベンゼン骨格を含む基又は部位を有していてもよく、2つ以上のアゾベンゼン骨格を含む基又は部位を有していてもよい。   In a polymer having a group or moiety containing an azobenzene skeleton in the side chain (sometimes referred to as “azobenzene skeleton side chain-containing polymer”), the group or moiety containing the azobenzene skeleton is included in all side chains. It may be included in only some side chains. Furthermore, the azobenzene skeleton side chain-containing polymer may have a group or moiety containing one azobenzene skeleton in one side chain, or a group or moiety containing two or more azobenzene skeletons. May be.

アゾベンゼン骨格側鎖含有高分子において、アゾベンゼン骨格としては、「フェニレン−アゾ−フェニレン(−C64−N=N−C64−)」基を有する基又は部位であれば特に制限されず、各種アゾベンゼン誘導体より構成される基又は部位を用いることができる。アゾベンゼン骨格側鎖含有高分子としては、例えば、主鎖又は側鎖に結合している官能基に、該官能基に対して反応性を有する基とともに、アゾベンゼン骨格を有している化合物を反応させることにより、側鎖にアゾベンゼン骨格を含む基又は部位が導入された形態の高分子や、モノマー成分としてアゾベンゼン骨格を含む基又は部位を有するモノマー成分(「アゾベンゼン骨格含有モノマー成分」と称する場合がある)を用いることにより、側鎖にアゾベンゼン骨格を含む基又は部位が導入された形態の高分子などが挙げられる。本発明では、アゾベンゼン骨格側鎖含有高分子としては、アゾベンゼン骨格含有モノマー成分を用いて調製された形態の高分子を好適に用いることができる。なお、アゾベンゼン骨格含有モノマー成分は単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。このようなアゾベンゼン骨格含有モノマー成分としては、主鎖の重合形態[例えば、重縮合(縮合重合)、付加重合、重付加、付加縮合、開環重合、酸化重合等の重合形態]の種類により適宜選択することができる。例えば、主鎖の重合形態が、ヒドロキシル基が関係する縮合重合である場合、アゾベンゼン骨格含有モノマー成分としては、下記式(1)で表されるアゾベンゼン骨格含有モノマー成分を好適に用いることができる。

Figure 2005134873
(式(1)において、R1、R2は、同一又は異なって、2価の炭化水素基を示す。R3は有機基を示す。また、R4は2価の有機基であり、nは0又は1である) In the azobenzene skeleton side chain-containing polymer, the azobenzene skeleton is not particularly limited as long as it is a group or moiety having a “phenylene-azo-phenylene (—C 6 H 4 —N═N—C 6 H 4 —)” group. First, a group or a moiety composed of various azobenzene derivatives can be used. As the azobenzene skeleton side chain-containing polymer, for example, a functional group bonded to the main chain or the side chain is reacted with a compound having an azobenzene skeleton together with a group reactive to the functional group. Thus, a polymer in a form in which a group or moiety containing an azobenzene skeleton is introduced into the side chain, or a monomer component having a group or moiety containing an azobenzene skeleton as a monomer component (sometimes referred to as “azobenzene skeleton-containing monomer component”) ), A polymer having a form in which a group or moiety containing an azobenzene skeleton is introduced in the side chain can be used. In the present invention, as the azobenzene skeleton side chain-containing polymer, a polymer prepared using an azobenzene skeleton-containing monomer component can be suitably used. The azobenzene skeleton-containing monomer components can be used alone or in combination of two or more. Such an azobenzene skeleton-containing monomer component is appropriately selected depending on the type of polymerization form of the main chain [eg, polymerization forms such as polycondensation (condensation polymerization), addition polymerization, polyaddition, addition condensation, ring-opening polymerization, oxidation polymerization, etc.]. You can choose. For example, when the polymerization form of the main chain is condensation polymerization involving a hydroxyl group, an azobenzene skeleton-containing monomer component represented by the following formula (1) can be suitably used as the azobenzene skeleton-containing monomer component.
Figure 2005134873
(In the formula (1), R 1 and R 2 are the same or different and represent a divalent hydrocarbon group. R 3 represents an organic group. R 4 represents a divalent organic group. Is 0 or 1)

前記式(1)において、R1およびR2は、2価の炭化水素基である。該2価の炭化水素基としては、例えば、アルキレン基(メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、プロピレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基等)、シクロアルキレン基(シクロヘキシレン基等)、アリレン基(フェニレン基、ナフチレン基等)、又はこれらの基を組み合わせた基などが挙げられる。R1、R2は、同一であってもよく、異なっていてもよい。R1、R2としては、ともに同一のアルキレン基(特に、エチレン基)であることが好ましい。 In the formula (1), R 1 and R 2 are divalent hydrocarbon groups. Examples of the divalent hydrocarbon group include an alkylene group (methylene group, ethylene group, trimethylene group, propylene group, tetramethylene group, pentamethylene group, hexamethylene group, etc.), cycloalkylene group (cyclohexylene group, etc.). , Arylene groups (phenylene groups, naphthylene groups, etc.), or groups obtained by combining these groups. R 1 and R 2 may be the same or different. R 1 and R 2 are preferably both the same alkylene group (particularly an ethylene group).

3は有機基である。該有機基としては、1価の有機基であれば特に制限されないが、例えば、ニトロ基、シアノ基、イソシアネート基、アミノ基、複素環含有基、ヒドロキシル基、エポキシ基、置換オキシ基(アルコキシ基、シクロアルキルオキシ基、アリールオキシ基など)、置換オキシカルボニル基(アルコキシカルボニル基、シクロアルキルオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基など)、カルボキシル基、アシル基、アシルオキシ基、炭化水素基(アルキル基、シクロアルキル基、アリール基など)、メルカプト基、スルホ基などが挙げられる。R3としては、窒素原子を含有している基(ニトロ基、シアノ基、イソシアネート基など)が好ましく、なかでもニトロ基が好適である。 R 3 is an organic group. The organic group is not particularly limited as long as it is a monovalent organic group. For example, nitro group, cyano group, isocyanate group, amino group, heterocyclic group-containing group, hydroxyl group, epoxy group, substituted oxy group (alkoxy group) Cycloalkyloxy group, aryloxy group, etc.), substituted oxycarbonyl group (alkoxycarbonyl group, cycloalkyloxycarbonyl group, aryloxycarbonyl group etc.), carboxyl group, acyl group, acyloxy group, hydrocarbon group (alkyl group, Cycloalkyl group, aryl group, etc.), mercapto group, sulfo group and the like. R 3 is preferably a group containing a nitrogen atom (nitro group, cyano group, isocyanate group, etc.), and nitro group is particularly preferable.

なお、R3は、アゾベンゼン骨格における末端側のベンゼン環の何れかの部位[2位(o−位、3位(m−位)、4位(p−位)のうちの何れかの部位]に結合していればよく、4位(p−位)の部位に結合していることが好ましい。 R 3 represents any part of the benzene ring on the terminal side in the azobenzene skeleton [any part of the 2-position (o-position, 3-position (m-position), 4-position (p-position)]]. It is preferable that it is bonded to the 4-position (p-position).

4は2価の有機基である。該2価の有機基としては、例えば、アルキレン基、シクロアルキレン基、アリレン基等の2価の炭化水素基や、2価の炭化水素基と、他の基(例えば、酸素原子含有基、窒素原子含有基、イオウ原子含有基など)とを組み合わせた基などが挙げられる。また、nは0又は1であり、nが0の場合、R4は存在せず、アゾベンゼン骨格が窒素原子に直接結合していることを意味する。nとしては、0であることが好ましい。 R 4 is a divalent organic group. Examples of the divalent organic group include divalent hydrocarbon groups such as alkylene groups, cycloalkylene groups, and arylene groups, divalent hydrocarbon groups, and other groups (for example, oxygen atom-containing groups, nitrogen Groups containing a combination of an atom-containing group and a sulfur atom-containing group). N is 0 or 1, and when n is 0, it means that R 4 is not present and the azobenzene skeleton is directly bonded to the nitrogen atom. n is preferably 0.

従って、前記式(1)で表されるアゾベンゼン骨格含有モノマー成分としては、4−(N,N−ジヒドロキシエチルアミノ)−4´−ニトロアゾベンゼンを好適に用いることができる。   Therefore, 4- (N, N-dihydroxyethylamino) -4′-nitroazobenzene can be suitably used as the azobenzene skeleton-containing monomer component represented by the formula (1).

なお、前記式(1)で表されるアゾベンゼン骨格含有モノマー成分は、ヒドロキシル基を少なくとも2つ有するアゾベンゼン系色素として分類することができる。   The azobenzene skeleton-containing monomer component represented by the formula (1) can be classified as an azobenzene dye having at least two hydroxyl groups.

モノマー成分として、前記式(1)で表されるアゾベンゼン骨格含有モノマー成分を用いる場合、前記式(1)で表されるアゾベンゼン骨格含有モノマー成分とともに、該アゾベンゼン骨格含有モノマー成分に対して反応性を有するモノマー成分(「反応性モノマー成分」と称する場合がある)を用いることが重要である。なお、反応性モノマー成分は単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。反応性モノマー成分としては、前記式(1)で表されるアゾベンゼン骨格含有モノマー成分が、分子内にヒドロキシル基(水酸基)を2つ有しているので、ヒドロキシル基に対する反応性官能基(ヒドロキシル基反応性官能基)を少なくとも2つ有している反応性モノマー成分を用いることができる。このような反応性モノマー成分としては、下記式(2)で表される反応性モノマー成分を好適に用いることができる。

Figure 2005134873
(式(2)において、Xは2価の有機基である。R5、R6は、同一又は異なって、ヒドロキシル基に対して反応性を有する基を示す) When the azobenzene skeleton-containing monomer component represented by the formula (1) is used as the monomer component, the azobenzene skeleton-containing monomer component represented by the formula (1) is reactive with the azobenzene skeleton-containing monomer component. It is important to use a monomer component that has (sometimes referred to as a “reactive monomer component”). In addition, a reactive monomer component can be used individually or in combination of 2 or more types. As the reactive monomer component, since the azobenzene skeleton-containing monomer component represented by the formula (1) has two hydroxyl groups (hydroxyl groups) in the molecule, the reactive functional group (hydroxyl group) for the hydroxyl group A reactive monomer component having at least two reactive functional groups) can be used. As such a reactive monomer component, a reactive monomer component represented by the following formula (2) can be suitably used.
Figure 2005134873
(In Formula (2), X is a divalent organic group. R 5 and R 6 are the same or different and each represents a group reactive to a hydroxyl group.)

前記式(2)において、Xは、2価の有機基であり、前記式(2)で表される反応性モノマー成分の骨格となっている。また、R5、R6は、ヒドロキシル基に対して反応性を有する基(ヒドロキシル基反応性官能基)であり、前記式(2)で表される反応性モノマー成分は、2つのヒドロキシル基反応性官能基を有している。一方、前記式(1)で表されるアゾベンゼン骨格含有モノマー成分は、前記式(1)で示されるように、2つのヒドロキシル基を有している。従って、前記式(1)で表されるアゾベンゼン骨格含有モノマー成分と、前記式(2)で表される反応性モノマー成分とは、縮合重合を行うことができる。 In the formula (2), X is a divalent organic group and serves as a skeleton of the reactive monomer component represented by the formula (2). R 5 and R 6 are groups reactive to hydroxyl groups (hydroxyl group-reactive functional groups), and the reactive monomer component represented by the formula (2) has two hydroxyl group reactions. It has a functional group. On the other hand, the azobenzene skeleton-containing monomer component represented by the formula (1) has two hydroxyl groups as represented by the formula (1). Therefore, the azobenzene skeleton-containing monomer component represented by the formula (1) and the reactive monomer component represented by the formula (2) can be subjected to condensation polymerization.

Xにおける2価の有機基としては、2価の有機基であれば特に制限されないが、例えば、2価の炭化水素基、2価の複素環基、これらの2価の炭化水素基や2価の複素環基と、他の基(例えば、酸素原子含有基、窒素原子含有基、イオウ原子含有基など)とを組み合わせた基などが挙げられる。2価の炭化水素基としては、例えば、アルキレン基等の2価の脂肪族炭化水素基、シクロアルキレン基等の2価の脂環式炭化水素基、アリレン基等の2価の芳香族炭化水素基などが挙げられる。2価の脂肪族炭化水素基において、アルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基等の直鎖状のアルキレン基の他、分岐鎖のアルキレン基(例えば、プロピレン基など)などが挙げられる。2価の脂環式炭化水素基において、シクロアルキレン基としては、例えば、シクロヘキシレン、シクロヘプチレン、シクロオクチレン基などが挙げられる。2価の芳香族炭化水素基において、アリレン基としては、フェニレン基(例えば、1,2−フェニレン基、1,3−フェニレン基、1,4−フェニレン基など)や、ナフチレン基などが挙げられる。   The divalent organic group in X is not particularly limited as long as it is a divalent organic group. For example, it is a divalent hydrocarbon group, a divalent heterocyclic group, a divalent hydrocarbon group or a divalent group. And a group obtained by combining the above heterocyclic group with another group (for example, an oxygen atom-containing group, a nitrogen atom-containing group, a sulfur atom-containing group, etc.). Examples of the divalent hydrocarbon group include a divalent aliphatic hydrocarbon group such as an alkylene group, a divalent alicyclic hydrocarbon group such as a cycloalkylene group, and a divalent aromatic hydrocarbon such as an arylene group. Groups and the like. In the divalent aliphatic hydrocarbon group, the alkylene group includes, for example, a linear alkylene group such as a methylene group, an ethylene group, a trimethylene group, a tetramethylene group, a pentamethylene group, a hexamethylene group, and a branched chain. And an alkylene group (for example, a propylene group). In the divalent alicyclic hydrocarbon group, examples of the cycloalkylene group include cyclohexylene, cycloheptylene, and cyclooctylene groups. In the divalent aromatic hydrocarbon group, the arylene group includes a phenylene group (for example, a 1,2-phenylene group, a 1,3-phenylene group, a 1,4-phenylene group, etc.), a naphthylene group, and the like. .

また、2価の複素環基において、複素環としては、例えば、ヘテロ原子として窒素原子を含む複素環(例えば、ピロール、ピラゾール、イミダゾール、トリアゾールなどの5員環、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジンなどの6員環、インドール、キノリン、アクリジン、ナフチリジン、キナゾリン、プリンなどの縮合環など)、ヘテロ原子として酸素原子を含む複素環(例えば、フラン、オキサゾール、イソオキサゾールなどの5員環、4−オキソ−4H−ピランなどの6員環、ベンゾフラン、イソベンゾフラン、4−オキソ−4H−クロメンなどの縮合環など)、ヘテロ原子としてイオウ原子を含む複素環(例えば、チオフェン、チアゾール、イソチアゾール、チアジアゾールなどの5員環、4−オキソ−4H−チオピランなどの6員環、ベンゾチオフェンなどの縮合環など)などが挙げられる。なお、これらの複素環において、2つの結合位置は、特に制限されない。   In the divalent heterocyclic group, the heterocyclic ring includes, for example, a heterocyclic ring containing a nitrogen atom as a hetero atom (for example, a 5-membered ring such as pyrrole, pyrazole, imidazole, triazole, pyridine, pyridazine, pyrimidine, pyrazine, etc. 6-membered rings, condensed rings such as indole, quinoline, acridine, naphthyridine, quinazoline, and purine), heterocycles containing an oxygen atom as a hetero atom (for example, 5-membered rings such as furan, oxazole, isoxazole, 4-oxo, etc. 6-membered rings such as -4H-pyran, condensed rings such as benzofuran, isobenzofuran and 4-oxo-4H-chromene), and heterocycles containing a sulfur atom as a heteroatom (for example, thiophene, thiazole, isothiazole, thiadiazole, etc.) 5-membered ring, 4-oxo-4H-thiopyran, etc. 6-membered rings, fused rings such as benzothiophene), and the like. In these heterocycles, the two bonding positions are not particularly limited.

Xは、前記式(1)中のヒドロキシル基と、前記式(2)中のヒドロキシル基反応性官能基との反応性を損なわない範囲で、各種置換基を有していてもよい。このような置換基としては、例えば、炭化水素基(メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、s−ブチル基、t−ブチル基等のアルキル基;シクロヘキシル基等のシクロアルキル基;フェニル基等のアリール基など)、置換オキシ基(メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基等のアルコキシ基の他、シクロアルキルオキシ基やアリールオキシ基など)、置換オキシカルボニル基(アルコキシカルボニル基、シクロアルキルオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基など)などが挙げられる。   X may have various substituents as long as the reactivity between the hydroxyl group in the formula (1) and the hydroxyl group-reactive functional group in the formula (2) is not impaired. Examples of such substituents include hydrocarbon groups (methyl groups, ethyl groups, propyl groups, isopropyl groups, butyl groups, isobutyl groups, s-butyl groups, t-butyl groups and other alkyl groups; cyclohexyl groups, etc. Cycloalkyl group; aryl group such as phenyl group), substituted oxy group (alkoxy group such as methoxy group, ethoxy group, propoxy group, isopropoxy group, cycloalkyloxy group, aryloxy group, etc.), substituted oxycarbonyl Groups (alkoxycarbonyl group, cycloalkyloxycarbonyl group, aryloxycarbonyl group, etc.) and the like.

Xの2価の有機基としては、2価の炭化水素基が好ましく、なかでも2価の芳香族炭化水素基(特にトリレン基)が好適である。   As the divalent organic group for X, a divalent hydrocarbon group is preferable, and a divalent aromatic hydrocarbon group (particularly a tolylene group) is particularly preferable.

5およびR6は、ヒドロキシル基反応性官能基である。該ヒドロキシル基反応性官能基としては、ヒドロキシル基に対して反応性を有する基であれば特に制限されないが、例えば、イソシアネート基、カルボキシル基、エポキシ基、アミノ基、メルカプト基などが挙げられる。R5、R6としては、イソシアネート基であることが好ましい。R5、R6は、同一であってもよく、異なっていてもよい。 R 5 and R 6 are hydroxyl group-reactive functional groups. The hydroxyl group-reactive functional group is not particularly limited as long as it is a group reactive to a hydroxyl group, and examples thereof include an isocyanate group, a carboxyl group, an epoxy group, an amino group, and a mercapto group. R 5 and R 6 are preferably isocyanate groups. R 5 and R 6 may be the same or different.

従って、前記式(2)で表される反応性モノマー成分としては、ジイソシアネート系モノマー成分、ジカルボン酸系モノマー成分、ジエポキシ系モノマー成分、ジアミン系モノマー成分、ジチオール系モノマー成分などが挙げられる。前記式(2)で表される反応性モノマー成分としては、ジイソシアネート系モノマー成分が好ましい。   Accordingly, examples of the reactive monomer component represented by the formula (2) include a diisocyanate monomer component, a dicarboxylic acid monomer component, a diepoxy monomer component, a diamine monomer component, and a dithiol monomer component. As the reactive monomer component represented by the formula (2), a diisocyanate monomer component is preferable.

具体的には、前記式(2)で表される反応性モノマー成分において、ジイソシアネート系モノマー成分としては、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネ−ト、1,4−テトラメチレンジイソシアネ−ト、2−メチル−1,5−ペンタンジイソシアネート、3−メチル−1,5−ペンタンジイソシアネート、リジンジイソシアネ−ト等の脂肪族ジイソシアネ−ト;イソホロンジイソシアネ−ト、シクロヘキシルジイソシアネート、水素添加トリレンジイソシアネ−ト、水素添加キシレンジイソシアネ−ト、水素添加ジフェニルメタンジイソシアネ−ト、水素添加テトラメチルキシレンジイソシアネ−ト等の脂環族ジイソシアネ−ト;2,4−トリレンジイソシアネ−ト(トリレン−2,4−ジイソシアネート)、2,6−トリレンジイソシアネ−ト、4,4´−ジフェニルメタンジイソシアネ−ト、2,4´−ジフェニルメタンジイソシアネ−ト、4,4´−ジフェニルエ−テルジイソシアネ−ト、2−ニトロジフェニル−4,4´−ジイソシアネ−ト、2,2´−ジフェニルプロパン−4,4´−ジイソシアネ−ト、3,3´−ジメチルジフェニルメタン−4,4´−ジイソシネ−ト、4,4´−ジフェニルプロパンジイソシアネ−ト、m−フェニレンジイソシアネ−ト、p−フェニレンジイソシアネ−ト、ナフチレン−1,4−ジイソシアネ−ト、ナフチレン−1,5−ジイソシアネ−ト、3,3´−ジメトキシジフェニル−4,4´−ジイソシアネ−ト等の芳香族ジイソシアネ−ト;キシリレン−1,4−ジイソシアネ−ト、キシリレン−1,3−ジイソシアネ−ト等の芳香脂肪族ジイソシアネ−トなどが挙げられる。ジイソシアネート系モノマー成分としては、2,4−トリレンジイソシアネートを好適に用いることができる。   Specifically, in the reactive monomer component represented by the formula (2), 1,6-hexamethylene diisocyanate, 1,4-tetramethylene diisocyanate are used as the diisocyanate monomer component. Aliphatic diisocyanates such as 2-methyl-1,5-pentane diisocyanate, 3-methyl-1,5-pentane diisocyanate, lysine diisocyanate; isophorone diisocyanate, cyclohexyl diisocyanate, hydrogenated tri Alicyclic diisocyanates such as diisocyanate, hydrogenated xylene diisocyanate, hydrogenated diphenylmethane diisocyanate, hydrogenated tetramethylxylene diisocyanate; 2,4-tolylene diisocyanate Neat (tolylene-2,4-diisocyanate), 2,6-tolylene diisocyanate 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, 2,4'-diphenylmethane diisocyanate, 4,4'-diphenyl ether diisocyanate, 2-nitrodiphenyl-4,4'-diisocyanate 2,2'-diphenylpropane-4,4'-diisocyanate, 3,3'-dimethyldiphenylmethane-4,4'-diisocyanate, 4,4'-diphenylpropane diisocyanate, m -Phenylene diisocyanate, p-phenylene diisocyanate, naphthylene-1,4-diisocyanate, naphthylene-1,5-diisocyanate, 3,3'-dimethoxydiphenyl-4,4'- Aromatic diisocyanates such as diisocyanates; aromatic aliphatic diies such as xylylene-1,4-diisocyanates, xylylene-1,3-diisocyanates Cyanate - such as theft and the like. As the diisocyanate monomer component, 2,4-tolylene diisocyanate can be suitably used.

また、前記式(2)で表される反応性モノマー成分において、ジカルボン酸系モノマー成分としては、例えば、コハク酸、メチルコハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、1,12−ドデカン二酸、1,14−テトラデカン二酸、ダイマー酸等の脂肪族ジカルボン酸;フタル酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸、4,4´−ビフェニルジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸などが挙げられる。また、ジカルボン酸系モノマー成分としては、前記例示のジカルボン酸の反応性誘導体(酸無水物、低級アルキルエステル等)も用いることができる。なお、ジエポキシ系モノマー成分、ジアミン系モノマー成分や、ジチオール系モノマー成分は、それぞれ、公知のジエポキシ系モノマー成分(例えば、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂など)、公知のジアミン系モノマー成分(例えば、エチレンジアミン、1,6−ヘキサメチレンジアミン、イソホロンジアミン、2,4−トリレンジアミン等のジアミン系化合物など)、公知のジチオール系モノマー成分の中から適宜選択して用いることができる。   In the reactive monomer component represented by the formula (2), examples of the dicarboxylic acid monomer component include succinic acid, methyl succinic acid, adipic acid, azelaic acid, sebacic acid, 1,12-dodecanedioic acid, Aliphatic dicarboxylic acids such as 1,14-tetradecanedioic acid and dimer acid; aromatic dicarboxylic acids such as phthalic acid, 1,4-naphthalenedicarboxylic acid, and 4,4′-biphenyldicarboxylic acid. Further, as the dicarboxylic acid monomer component, the above-mentioned reactive derivatives of dicarboxylic acid (acid anhydride, lower alkyl ester, etc.) can also be used. The diepoxy monomer component, the diamine monomer component, and the dithiol monomer component are respectively known diepoxy monomer components (for example, epoxy resins such as biphenyl type epoxy resins and bisphenol A type epoxy resins) and known diamines. A monomer component (for example, a diamine compound such as ethylenediamine, 1,6-hexamethylenediamine, isophoronediamine, 2,4-tolylenediamine, etc.) or a known dithiol monomer component may be appropriately selected and used. it can.

本発明では、モノマー成分として、前記式(1)で表されるアゾベンゼン骨格含有モノマー成分を用いる場合、前記式(1)で表されるアゾベンゼン骨格含有モノマー成分と、アゾベンゼン骨格含有モノマー成分に対して反応性を有するモノマー成分(反応性モノマー成分)とともに、必要に応じて、前記反応性モノマー成分に対して反応性を有し、且つ前記式(1)で表されるアゾベンゼン骨格含有モノマー成分以外のモノマー成分(「反応官能性モノマー成分」と称する場合がある)を用いることができる。なお、反応官能性モノマー成分としては単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。このような反応官能性モノマー成分としては、反応性モノマー成分の種類に応じて適宜選択することができる。反応官能性モノマー成分としては、例えば、アゾベンゼン骨格を含む基又は部位を有しておらず、ヒドロキシル基を少なくとも2つ含有しているモノマー成分(「ヒドロキシル基含有反応官能性モノマー成分」と称する場合がある)を好適に用いることができる。反応官能性モノマー成分としてのヒドロキシル基含有反応官能性モノマー成分としては、特に制限されず、各種ジオール成分を適宜選択して用いることができ、例えば、エチレングリコール、1,3−トリメチレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,18−オクタデカンジオール、ネオペンチルグリコール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオール、2−メチル−2−プロピル−1,3−プロパンジオール、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオール、1,3,5−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、2−メチル−1,6−ヘキサンジオール、2−メチル−1,8−オクタンジオール、2−メチル−1,9−ノナンジオール、ダイマージオール等の脂肪族ジオール成分;1,4−シクロヘキサンジオール等の脂環式ジオール成分などが挙げられる。   In the present invention, when the azobenzene skeleton-containing monomer component represented by the formula (1) is used as the monomer component, the azobenzene skeleton-containing monomer component represented by the formula (1) and the azobenzene skeleton-containing monomer component are used. In addition to the reactive monomer component (reactive monomer component), if necessary, other than the azobenzene skeleton-containing monomer component having reactivity with the reactive monomer component and represented by the formula (1) Monomer components (sometimes referred to as “reactive functional monomer components”) can be used. In addition, as a reactive functional monomer component, it can be used individually or in combination of 2 or more types. Such a reactive functional monomer component can be appropriately selected according to the type of the reactive monomer component. As the reactive functional monomer component, for example, a monomer component that does not have a group or site containing an azobenzene skeleton and contains at least two hydroxyl groups (when referred to as “hydroxyl group-containing reactive functional monomer component”) Can be suitably used. The hydroxyl group-containing reactive functional monomer component as the reactive functional monomer component is not particularly limited, and various diol components can be appropriately selected and used, for example, ethylene glycol, 1,3-trimethylene glycol, 1 , 4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 1,8-octanediol, 1,9-nonanediol, 1,10-decanediol, 1,18-octadecanediol, neopentyl Glycol, 2-methyl-1,3-propanediol, 2,2-diethyl-1,3-propanediol, 2-methyl-2-propyl-1,3-propanediol, 2-butyl-2-ethyl-1 , 3-propanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 2-methyl-2,4-pentanedio 2,4-diethyl-1,5-pentanediol, 1,3,5-trimethyl-1,3-pentanediol, 2-methyl-1,6-hexanediol, 2-methyl-1,8-octane Examples thereof include aliphatic diol components such as diol, 2-methyl-1,9-nonanediol, and dimer diol; alicyclic diol components such as 1,4-cyclohexanediol.

また、ヒドロキシル基含有反応官能性モノマー成分としてのジオール成分としては、ポリエステルジオール成分、ポリエーテルジオール成分、ポリカプロラクトンジオール成分等のポリマー形態のジオール成分(特に、脂肪族系ポリマー形態のジオール成分)などを用いることも可能である。具体的には、ポリエステルジオール成分としては、例えば、前記脂肪族ジオール成分等のジオール成分と、ジカルボン酸成分又はその誘導体とを、単独若しくは混合物状態で脱水反応して得られるポリエステルジオールなどが挙げられる。ポリエーテルジオール成分としては、例えば、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、テトラヒドロフラン等を開環重合させたポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、およびこれらを共重合させたコポリエーテル等が挙げられる。ポリカプロラクトンジオール成分としては、例えば、ε−カプロラクトン、δ−バレロラクトンなどの環状エステルモノマーの開環重合により得られるカプロラクトン系ポリエステルジオール等が挙げられる。   Examples of the diol component as the hydroxyl group-containing reactive functional monomer component include polymer diol components such as polyester diol components, polyether diol components, and polycaprolactone diol components (particularly aliphatic polymer diol components). It is also possible to use. Specifically, examples of the polyester diol component include a polyester diol obtained by dehydrating a diol component such as the aliphatic diol component and a dicarboxylic acid component or a derivative thereof alone or in a mixture state. . Examples of the polyether diol component include polyethylene glycol obtained by ring-opening polymerization of ethylene oxide, propylene oxide, tetrahydrofuran and the like, polypropylene glycol, polytetramethylene glycol, and copolyether obtained by copolymerization thereof. Examples of the polycaprolactone diol component include caprolactone-based polyester diols obtained by ring-opening polymerization of cyclic ester monomers such as ε-caprolactone and δ-valerolactone.

アゾベンゼン骨格側鎖含有高分子としては、前記式(1)で表されるアゾベンゼン骨格含有モノマー成分を用いた縮合重合により得られるアゾベンゼン骨格側鎖含有高分子を好適に用いることができ、特に、前記式(1)で表されるアゾベンゼン骨格含有モノマー成分と、前記式(2)で表される反応性モノマー成分との縮合重合により得られるアゾベンゼン骨格側鎖含有高分子が好適である。すなわち、アゾベンゼン骨格側鎖含有高分子としては、ヒドロキシル基を少なくとも2つ有するアゾベンゼン系色素と、ヒドロキシル基に対する反応性官能基を少なくとも2つ有するモノマー成分との重合体(ポリマー)を好適に用いることができる。   As the azobenzene skeleton side chain-containing polymer, an azobenzene skeleton side chain-containing polymer obtained by condensation polymerization using the azobenzene skeleton-containing monomer component represented by the formula (1) can be preferably used. The azobenzene skeleton side chain-containing polymer obtained by condensation polymerization of the azobenzene skeleton-containing monomer component represented by the formula (1) and the reactive monomer component represented by the formula (2) is preferred. That is, as the azobenzene skeleton side chain-containing polymer, a polymer (polymer) of an azobenzene dye having at least two hydroxyl groups and a monomer component having at least two reactive functional groups with respect to hydroxyl groups is preferably used. Can do.

もちろん、アゾベンゼン骨格側鎖含有高分子としては、主鎖が、縮合重合以外の他の重合形態(付加重合、重付加、付加縮合、開環重合、酸化重合など)による重合により形成されたものであっても用いることができる。例えば、主鎖が付加重合により形成されている場合、アゾベンゼン骨格側鎖含有高分子を調製するためのモノマー成分としては、例えば、アゾベンゼン骨格を含む基又は部位を有しているとともに、エチレン性不飽和結合を有しているモノマー成分を用いることができる。この際、必要に応じて、アゾベンゼン骨格を含む基又は部位を有しておらず、エチレン性不飽和結合を有しているモノマー成分を用いることができる。   Of course, in the azobenzene skeleton side chain-containing polymer, the main chain is formed by polymerization by a polymerization form other than condensation polymerization (addition polymerization, polyaddition, addition condensation, ring-opening polymerization, oxidation polymerization, etc.). Even if it exists, it can be used. For example, when the main chain is formed by addition polymerization, the monomer component for preparing the azobenzene skeleton side chain-containing polymer includes, for example, a group or moiety containing an azobenzene skeleton, A monomer component having a saturated bond can be used. In this case, if necessary, a monomer component that does not have a group or moiety containing an azobenzene skeleton and has an ethylenically unsaturated bond can be used.

感光性高分子膜は、感光性高分子により形成されており、その形成方法(成膜方法)は特に制限されず、公知乃至慣用の高分子材料の成膜方法やラミネート法を用いることができる。より具体的には、感光性高分子の成膜方法としては、例えば、感光性高分子を溶媒やマトリックスに溶解又は分散させて、キャスティング、スピンコート等を行う方法などが挙げられる。感光性高分子を溶解又は分散させる溶媒やマトリックスとしては、特に制限されず、感光性高分子の種類に応じて適宜選択することができる。溶媒としては、例えば、ホルムアミド、アセトアミド、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMAc)などのアミド類;アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル類;ニトロベンゼン、ニトロメタン、ニトロエタンなどのニトロ化合物;クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、四塩化炭素、クロロベンゼン、トリフルオロメチルベンゼンなどのハロゲン化炭化水素などの各種の溶媒を適宜選択して用いることができる。   The photosensitive polymer film is formed of a photosensitive polymer, and the formation method (film formation method) is not particularly limited, and a known or commonly used polymer material film formation method or lamination method can be used. . More specifically, examples of the method for forming a photosensitive polymer film include a method in which a photosensitive polymer is dissolved or dispersed in a solvent or a matrix, and casting, spin coating, or the like is performed. The solvent or matrix for dissolving or dispersing the photosensitive polymer is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the type of the photosensitive polymer. Examples of the solvent include amides such as formamide, acetamide, dimethylformamide (DMF) and dimethylacetamide (DMAc); nitriles such as acetonitrile, propionitrile and benzonitrile; nitro compounds such as nitrobenzene, nitromethane and nitroethane; chloroform Various solvents such as halogenated hydrocarbons such as dichloromethane, dichloroethane, carbon tetrachloride, chlorobenzene, and trifluoromethylbenzene can be appropriately selected and used.

なお、感光性高分子を溶媒に溶解させた溶液は、成膜する前に、濾紙や濾過用フィルター等を用いて濾過を行い、含まれる不純物やゴミなどを除去することが好ましい。   In addition, it is preferable to filter the solution which dissolve | melted the photosensitive polymer in the solvent using a filter paper, a filter for filtration, etc., and to remove the impurity, dust, etc. before forming into a film.

具体的には、感光性高分子を、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)等の溶媒に溶解させて、0.16重量%の溶液を調製し、該溶液を、所定の基板上に70℃でキャスティングすることにより、感光性高分子膜を作製することができる。なお、感光性高分子膜は、前述のように、基板上に成膜されていてもよく、このような基板としては、各種基板(ガラス基板、プラスチック基板など)を適宜選択して利用することができる。なお、感光性高分子膜を基板上に成膜する際には、成膜する前に、各種基板表面は、超音波や流体などを用いて、表面に付着している不純物粒子やゴミなどを除去し、洗浄することが望ましい。   Specifically, the photosensitive polymer is dissolved in a solvent such as N, N-dimethylacetamide (DMAc) to prepare a 0.16 wt% solution, and the solution is placed on a predetermined substrate at 70 ° C. The photosensitive polymer film can be produced by casting with the above method. Note that the photosensitive polymer film may be formed on a substrate as described above, and as such a substrate, various substrates (glass substrate, plastic substrate, etc.) are appropriately selected and used. Can do. When forming a photosensitive polymer film on a substrate, before forming the film, the surface of each substrate is cleaned of impurities, dust, etc. adhering to the surface using ultrasonic waves or fluid. It is desirable to remove and wash.

本発明では、感光性高分子を溶媒に溶解させた溶液の濾過や、基板の洗浄等の前処理は、基板上に設置された高分子膜にパルスレーザー光を干渉露光させ、釣鐘型凸状構造部を形成する際に、不純物やゴミを起点とした不均一な誘起構造の形成を回避するために、有効である。   In the present invention, pre-treatment such as filtration of a solution in which a photosensitive polymer is dissolved in a solvent and cleaning of a substrate are performed by subjecting a polymer film placed on the substrate to interference exposure with pulsed laser light, and a bell-shaped convex shape. This is effective in avoiding the formation of a non-uniform induced structure starting from impurities and dust when forming the structure portion.

感光性高分子膜の厚みとしては、特に制限されず、例えば、0.1μm(100nm)以上(例えば、0.1〜50μm程度の範囲から選択することができる。感光性高分子膜の厚みとしては、0.3μm(300nm)以上(例えば、0.3〜30μm)であることが好ましく、さらには0.5μm(500nm)以上(例えば、0.5〜20μm)であることが好ましい。また、感光性高分子膜としては、特に0.5〜1μmの厚みのものが好適である。なお、感光性高分子膜の厚みが薄すぎると、パルスレーザー光による釣鐘型凸状構造部の形成に影響がでる場合があるので、注意が必要である。   The thickness of the photosensitive polymer film is not particularly limited, and can be selected, for example, from a range of 0.1 μm (100 nm) or more (for example, about 0.1 to 50 μm. The thickness of the photosensitive polymer film) Is preferably 0.3 μm (300 nm) or more (for example, 0.3 to 30 μm), more preferably 0.5 μm (500 nm) or more (for example, 0.5 to 20 μm). As the photosensitive polymer film, those having a thickness of 0.5 to 1 μm are particularly suitable.If the thickness of the photosensitive polymer film is too thin, the formation of a bell-shaped convex structure portion by pulsed laser light is preferable. Care must be taken as this may have an impact.

また、感光性高分子膜は、単層および多層のいずれの構造を有していてもよい。感光性高分子膜には、必要に応じて他の材料や添加剤などが適宜含まれていてもよい。   The photosensitive polymer film may have any structure of a single layer and a multilayer. The photosensitive polymer film may appropriately contain other materials and additives as necessary.

なお、感光性高分子膜は、その上面は平面であることが好ましいが、凹凸形状であってもよい。また、上面の大きさ(面積)も特に制限されない。   The upper surface of the photosensitive polymer film is preferably a flat surface, but may have an uneven shape. Further, the size (area) of the upper surface is not particularly limited.

感光性高分子膜を形成する感光性高分子として、例えば、側鎖にアゾベンゼン骨格を含む基又は部位を有している高分子を用いた場合、パルスレーザー光の干渉露光によって、アゾベンゼン骨格を含む基又は部位がトランス体からシス体に光異性化を起こすことにより、感光性機能を発揮することができる。もちろん、本発明では、感光性高分子膜としては、光異性化以外の感光性機能を発揮することができる感光性高分子膜を用いてもよく、例えば、フォトリフラクティブ性、光架橋性や光分解性により感光性機能を発揮させることができる感光性高分子膜を用いることができる。すなわち、感光性高分子膜を形成する感光性高分子としては、感光性機能を発揮するための特性として、光異性化、フォトリフラクティブ性、光架橋性、光分解性などを有していることが好ましい。なお、これらの特性は、1種のみを有していてもよく、2種以上有していてもよい。   As the photosensitive polymer that forms the photosensitive polymer film, for example, when a polymer having a group or a part including an azobenzene skeleton in the side chain is used, the azobenzene skeleton is included by interference exposure with pulsed laser light. The photosensitivity function can be exhibited when the group or site undergoes photoisomerization from the trans form to the cis form. Of course, in the present invention, as the photosensitive polymer film, a photosensitive polymer film capable of exhibiting a photosensitive function other than photoisomerization may be used, for example, photorefractive property, photocrosslinking property, light A photosensitive polymer film that can exhibit a photosensitive function by degradability can be used. That is, the photosensitive polymer forming the photosensitive polymer film has photoisomerization, photorefractive property, photocrosslinking property, photodegradability, etc. as characteristics for exhibiting the photosensitive function. Is preferred. In addition, these characteristics may have only 1 type and may have 2 or more types.

(パルスレーザー光による干渉露光)
本発明では、前記感光性高分子膜の表面に、パルスレーザー光を、マスクを介さずに干渉露光させている。前記パルスレーザー光としては、前記感光性高分子膜に感光性機能を発揮させる波長領域のパルスレーザー光であることが重要である。従って、パルスレーザー光としては、感光性高分子の種類、または、感光性高分子における感光性機能を発揮する基又は部位の種類などに応じて、その波長領域を適宜選択することができる。特に、光源から発光されるパルスレーザー光の波長が、感光性高分子膜に感光性機能を発揮させる波長領域でなくても、パルスレーザー光の照射に際して、多光子吸収過程を利用することにより、感光性高分子膜に感光性機能を発揮させることが可能となる。具体的には、光源から発光されるパルスレーザー光を集光して、集光されたパルスレーザー光を照射すると、多光子の吸収(例えば、2光子の吸収、3光子の吸収、4光子の吸収、5光子の吸収など)が生じ、これにより、光源から発光されるパルスレーザー光の波長が、感光性高分子膜に感光性機能を発揮させる波長領域でなくても、感光性高分子膜には、実質的に、感光性高分子膜に感光性機能を発揮させる波長領域のパルスレーザー光が照射されたことになる。このように、干渉露光するパルスレーザー光は、実質的に、感光性高分子膜に感光性機能を発揮させる波長領域となるパルスレーザー光であればよく、照射条件などにより、その波長を適宜選択することができる。すなわち、パルスレーザー光としては、例えば、多光子吸収過程を利用しない場合、光源から発光されるパルスレーザー光の波長が高分子膜に感光性機能を発揮させる波長領域であるパルスレーザー光を用いることができ、多光子吸収過程を利用する場合、光源から発光されるパルスレーザー光の波長が高分子膜に感光性機能を発揮させる波長の整数倍の波長を有するパルスレーザー光を用いることができる。
(Interference exposure using pulsed laser light)
In the present invention, the surface of the photosensitive polymer film is subjected to interference exposure with pulsed laser light without using a mask. It is important that the pulsed laser beam is a pulsed laser beam in a wavelength region that allows the photosensitive polymer film to exhibit a photosensitive function. Therefore, the wavelength region of the pulsed laser light can be appropriately selected according to the type of the photosensitive polymer or the type of group or site that exhibits the photosensitive function in the photosensitive polymer. In particular, even if the wavelength of the pulsed laser light emitted from the light source is not in a wavelength region that causes the photosensitive polymer film to exhibit a photosensitive function, by utilizing a multiphoton absorption process upon irradiation with the pulsed laser light, The photosensitive polymer film can exhibit a photosensitive function. Specifically, when the pulsed laser light emitted from the light source is condensed and irradiated with the condensed pulsed laser light, multiphoton absorption (for example, two-photon absorption, three-photon absorption, four-photon absorption, Photosensitive polymer film, even if the wavelength of the pulsed laser light emitted from the light source is not in a wavelength region that causes the photosensitive polymer film to exhibit a photosensitive function. Is substantially irradiated with a pulsed laser beam in a wavelength region that causes the photosensitive polymer film to exhibit a photosensitive function. As described above, the pulsed laser beam for the interference exposure may be substantially a pulsed laser beam in a wavelength region that causes the photosensitive polymer film to exhibit the photosensitive function, and the wavelength is appropriately selected depending on the irradiation conditions. can do. That is, as the pulse laser beam, for example, when the multiphoton absorption process is not used, the pulse laser beam having a wavelength region in which the wavelength of the pulse laser beam emitted from the light source exerts a photosensitive function on the polymer film is used. When a multiphoton absorption process is used, pulse laser light having a wavelength that is an integral multiple of the wavelength that causes the polymer film to exhibit a photosensitive function can be used.

なお、多光子吸収過程とは、高密度の光子が存在する場合に、複数の光子が物質に同時に吸収される過程又はその状態を意味しており、本来、その1光子のエネルギーでは生じ得なかった現象を生じさせることができる。また、非線形現象を利用しているので、光を用いているにもかかわらず、照射波長の回折限界を超える加工も可能となる。   The multiphoton absorption process means a process in which a plurality of photons are simultaneously absorbed by a substance or a state thereof when a high-density photon exists, and cannot be generated by the energy of one photon. Phenomenon can occur. In addition, since a non-linear phenomenon is used, processing that exceeds the diffraction limit of the irradiation wavelength is possible despite the use of light.

このように、パルスレーザー光の照射に際して、多光子吸収過程を利用する場合、集光されたパルスレーザー光を用いることができる。パルスレーザー光の強度やその集光の程度を適宜調整することにより、多光子吸収過程を制御することができる。なお、多光子吸収の起こる確率は、光の強度に比例して増加し、強度が強くなる程、多光子の吸収が起こりやすくなる。また、パルスレーザー光を集光させる方法としては、特に制限されず、例えば、集光レンズを用いる方法を好適に採用することができる。このような集光レンズとしては、特に制限されず、感光性高分子膜の材質、目的とする釣鐘型凸状構造部の大きさなどに応じて適宜選択することができる。   As described above, when the multi-photon absorption process is used in the irradiation of the pulse laser beam, the condensed pulse laser beam can be used. The multiphoton absorption process can be controlled by appropriately adjusting the intensity of the pulsed laser beam and the degree of its focusing. Note that the probability of multiphoton absorption increases in proportion to the intensity of light. As the intensity increases, multiphoton absorption is more likely to occur. Further, the method for condensing the pulsed laser light is not particularly limited, and for example, a method using a condensing lens can be suitably employed. Such a condensing lens is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the material of the photosensitive polymer film, the size of the target bell-shaped convex structure, and the like.

パルスレーザー光としては、パルス幅が5×10-4秒(500μ秒)以下のパルスレーザーを好適に用いることができる。なお、パルスレーザー光のパルス幅が5×10-4秒を超えていると、感光性高分子膜の表面に釣鐘型凸状構造部を形成することができない場合がある。パルスレーザー光のパルス幅としては、10-6秒以下(特に、10-8秒以下)であることが好ましい。なお、パルスレーザー光のパルス幅の下限は特に制限されず、例えば、10-15秒以上であってもよい。 As the pulse laser beam, a pulse laser having a pulse width of 5 × 10 −4 seconds (500 μsec) or less can be suitably used. If the pulse width of the pulsed laser light exceeds 5 × 10 −4 seconds, the bell-shaped convex structure may not be formed on the surface of the photosensitive polymer film. The pulse width of the pulse laser beam is preferably 10 −6 seconds or less (particularly 10 −8 seconds or less). Note that the lower limit of the pulse width of the pulse laser beam is not particularly limited, and may be, for example, 10 −15 seconds or more.

具体的には、パルスレーザー光としては、例えば、チタン・サファイア結晶を媒質とするレーザーや色素レーザーを再生・増幅して得られたパルス幅が5×10-4秒以下のパルスレーザー、エキシマレーザーやYAGレーザー(Nd:YAGレーザーなど)の倍波[例えば、第2次高調波(2倍波)など]によるパルス幅が5×10-4秒以下のパルスレーザーなどを用いることができる。 Specifically, examples of pulse laser light include pulse lasers and excimer lasers having a pulse width of 5 × 10 −4 seconds or less obtained by reproducing and amplifying a laser or dye laser using a titanium / sapphire crystal as a medium. Alternatively, a pulse laser having a pulse width of 5 × 10 −4 seconds or less using a harmonic of a YAG laser (Nd: YAG laser or the like) [for example, a second harmonic (second harmonic) or the like] can be used.

パルスレーザー光の波長としては、前述のように、多光子吸収過程を利用する場合、感光性高分子膜の感光性高分子の吸収波長(吸収のピーク波長)の整数倍(2倍、3倍など)となる波長であることが好ましく、一方、多光子吸収過程を利用しない場合、感光性高分子膜の感光性高分子の吸収波長(吸収のピーク波長)となる波長であることが好ましい。   As described above, when using the multiphoton absorption process, the wavelength of the pulse laser beam is an integral multiple (2 times, 3 times) of the absorption wavelength (absorption peak wavelength) of the photosensitive polymer of the photosensitive polymer film. On the other hand, when the multiphoton absorption process is not used, it is preferable that the wavelength be the absorption wavelength (absorption peak wavelength) of the photosensitive polymer in the photosensitive polymer film.

また、パルスレーザー光としては、いずれの偏光特性を有していてもよいが、直線偏光特性または円偏光特性を有していることが好ましい。さらに、パルスレーザー光における直線偏光特性としては、p−偏光性の偏光特性、s−偏光性の偏光特性のいずれの偏光特性であってもよいが、p−偏光性の偏光特性が好ましい。従って、パルスレーザー光としては、p−偏光性の偏光特性を有する直線偏光特性のパルスレーザー光、または円偏光特性のパルスレーザー光が好適である。   The pulse laser beam may have any polarization characteristic, but preferably has linear polarization characteristics or circular polarization characteristics. Furthermore, the linear polarization characteristic in the pulse laser beam may be any of the p-polarization polarization characteristic and the s-polarization polarization characteristic, but the p-polarization polarization characteristic is preferable. Therefore, as the pulse laser beam, a linearly polarized pulse laser beam having a p-polarized polarization property or a circularly polarized pulse laser beam is preferable.

パルスレーザー光としては、例えば、感光性高分子膜を形成する感光性高分子が、側鎖にアゾベンゼン骨格を含む基又は部位を有している高分子(アゾベンゼン誘導体部を含む側鎖を有するポリマー成分)である場合、Nd:YAGレーザーの第2次高調波(波長:532nm)のp−偏光パルス(パルス幅:10ns、繰り返し:10Hz)によるパルスレーザー光や、Nd:YAGレーザーの第2次高調波(波長:532nm)の円偏光パルス(パルス幅:10ns、繰り返し:10Hz)によるパルスレーザー光を好適に用いることができる。円偏光特性のパルスレーザー光では、直線偏光特性のパルスレーザー光に比べて、同じ照射光強度のパルスレーザー光を照射した場合において、釣鐘型凸状構造部の形成に際して、より多くのショット数が必要となる。   As the pulsed laser light, for example, the photosensitive polymer forming the photosensitive polymer film is a polymer having a side chain containing a group or site containing an azobenzene skeleton (a polymer having a side chain containing an azobenzene derivative portion). Component), the second harmonic of the Nd: YAG laser and the second harmonic of the Nd: YAG laser, which is a p-polarized pulse (pulse width: 10 ns, repetition: 10 Hz) of the second harmonic (wavelength: 532 nm). A pulsed laser beam using a circularly polarized pulse (pulse width: 10 ns, repetition: 10 Hz) of harmonics (wavelength: 532 nm) can be suitably used. In the case of pulsed laser light with circular polarization characteristics, a larger number of shots is required when forming a bell-shaped convex structure when irradiated with pulsed laser light with the same irradiation light intensity as compared with pulsed laser light with linear polarization characteristics. Necessary.

なお、パルスレーザー光の繰り返しとしては、1Hzから100MHzの範囲で、通常は10Hzから500kHz程度である。   Note that the repetition of the pulsed laser light is in the range of 1 Hz to 100 MHz, usually about 10 Hz to 500 kHz.

また、パルスレーザー光の光強度(照射強度)としては、特に制限されないが、例えば、10〜1000mW/cm2(10mW/cm2〜1W/cm2)程度の範囲から適宜選択することができる。パルスレーザー光の光強度が10mW/cm2未満であると、光強度が弱すぎて釣鐘型凸状構造部を形成することができない場合があり、10〜1000mW/cm2を超えると、光強度が強すぎてアブレーション等の損傷が感光性高分子膜に発生するおそれがある。 As the pulsed laser beam of light intensity (illumination intensity), it is not particularly limited, for example, can be appropriately selected from 10~1000mW / cm 2 (10mW / cm 2 ~1W / cm 2) approximately ranges. If the light intensity of the pulse laser beam is less than 10 mW / cm 2 , the light intensity may be too weak to form a bell-shaped convex structure, and if it exceeds 10 to 1000 mW / cm 2 , Is too strong, and damage such as ablation may occur in the photosensitive polymer film.

本発明では、パルスレーザー光により干渉露光を行う際には、前記感光性高分子膜の位置の回転や、干渉露光の方向の回転を行っていないことが重要である。すなわち、パルスレーザー光の干渉露光により、特定のピッチ間隔の干渉縞が形成されるので、感光性高分子膜の位置の回転や、干渉露光の方向の回転を行わなくても、感光性高分子膜に対して特定の周期で強度が連続的に変化しているパルスレーザー光を照射することができ、これにより、特定の周期構造を有する釣鐘型凸状構造部を形成することができる。   In the present invention, when performing interference exposure with pulsed laser light, it is important that the position of the photosensitive polymer film is not rotated or the direction of interference exposure is not performed. That is, interference fringes with a specific pitch interval are formed by interference exposure with pulsed laser light, so that the photosensitive polymer film can be rotated without rotating the position of the photosensitive polymer film or the direction of interference exposure. It is possible to irradiate the film with pulsed laser light whose intensity continuously changes at a specific period, thereby forming a bell-shaped convex structure having a specific periodic structure.

このような干渉露光に際しては、多光束干渉(例えば、2光束干渉や、3以上の光束による干渉など)によるコヒーレント光を利用することができる。2光束干渉等の多光束干渉により、特定の周期構造(特に、パルスレーザー光の波長オーダーの周期構造)を有する釣鐘型凸状構造部を、目的とする周期構造に容易にコントロールして形成することができる。例えば、2光束干渉による干渉露光の場合、その光束間の角度を制御することにより、形成される釣鐘型凸状構造部の周期構造の間隔を制御することができる。   In such interference exposure, coherent light caused by multi-beam interference (for example, two-beam interference or interference caused by three or more beams) can be used. A bell-shaped convex structure having a specific periodic structure (particularly, a periodic structure in the order of the wavelength of the pulsed laser beam) is formed by easily controlling the target periodic structure by multi-beam interference such as two-beam interference. be able to. For example, in the case of interference exposure using two-beam interference, the interval between the periodic structures of the bell-shaped convex structure portion to be formed can be controlled by controlling the angle between the beams.

パルスレーザー光の干渉露光に際しては、公知の干渉露光装置を用いることができる。具体的には、パルスレーザー光の干渉露光としては、2光束干渉露光を行う場合、例えば、図1で示されるような構成の装置を用いて行うことができる。図1は、パルスレーザー光を2光束干渉露光により照射する際に用いられる装置の構成の概要を示す図である。また、図2は、図1で示される干渉露光装置を用いて感光性高分子膜にパルスレーザー光を2光束干渉露光させる状況と、形成される誘起構造を示す概略図である。図1および図2において、1はパルスレーザー光干渉露光装置の本体部、2aは光源、2bはND(ニュートラルデンシティ)フィルター、2cはλ/2板(1/2波長板)、2dはKTP結晶、2eはBBO結晶、2fは355nm波長ミラー、2gは532nm波長ミラー、2hはλ/2板(1/2波長板)、2iはプレートポーラライザー、2jは532nm波長ミラー、2kはミラー、2lはハーフミラー、2mはミラー、2nはミラー、3は感光性高分子膜、4aはミラー2mにより反射されたパルスレーザー光、4bはミラー2nにより反射されたパルスレーザー光、5は誘起構造部である。また、θはパルスレーザー光(4a,4b)の入射角度、Λは感光性高分子膜3に形成された誘起構造部の間隔を示す。図1で示される構成を有するパルスレーザー光干渉露光装置の本体部1において、光源2aから発光されたパルスレーザー光は、NDフィルター2bでレーザー強度が調整され、λ/2板2cでp−偏光成分とs−偏光成分との比率が変化され、KTP結晶2dで第2次高調波(532nm)が取り出され、BBO結晶2eで第3次高調波(355nm)が取り出され、355nm波長ミラー2fで355nmの波長の光が選択反射され、532nm波長ミラー2gで532nmの波長の光が選択反射され、λ/2板2hでp−偏光成分とs−偏光成分との比率が変化され、プレートポーラライザー2iでp−偏光の光が透過され且つs−偏光の光が選択的に反射され、532nm波長ミラー2jで532nmの波長の光が選択反射され、さらにミラー2kで反射された後、ハーフミラー2lで同じ強度を有する2光束のパルスレーザー光に分け、一方のパルスレーザー光はミラー2mにより反射させ、他方のパルスレーザー光はミラー2nにより反射させた後、図2で示されるように、ミラー2mにより反射されたパルスレーザー光4a、およびミラー2nにより反射されたパルスレーザー光4bを、所定の入射角度θで感光性高分子膜3の表面上にて、所定の時間(干渉露光時間)、干渉露光させている。干渉露光の初期(又は干渉露光時間が短い場合)では、図2で示されるような誘起構造部5が、感光性高分子膜3に、間隔Λで形成されている。   A known interference exposure apparatus can be used for the pulsed laser beam interference exposure. Specifically, as the interference exposure of the pulse laser beam, when performing the two-beam interference exposure, for example, an apparatus having a configuration as shown in FIG. 1 can be used. FIG. 1 is a diagram showing an outline of the configuration of an apparatus used when irradiating pulsed laser light by two-beam interference exposure. FIG. 2 is a schematic view showing a situation in which the photosensitive polymer film is subjected to two-beam interference exposure using the interference exposure apparatus shown in FIG. 1 and the induced structure formed. 1 and 2, 1 is a main part of a pulse laser beam interference exposure apparatus, 2a is a light source, 2b is an ND (neutral density) filter, 2c is a λ / 2 plate (1/2 wavelength plate), and 2d is a KTP crystal. 2e is a BBO crystal, 2f is a 355 nm wavelength mirror, 2g is a 532 nm wavelength mirror, 2h is a λ / 2 plate (1/2 wavelength plate), 2i is a plate polarizer, 2j is a 532nm wavelength mirror, 2k is a mirror, 2l is Half mirror, 2m mirror, 2n mirror, 3 photosensitive polymer film, 4a pulse laser beam reflected by mirror 2m, 4b pulse laser beam reflected by mirror 2n, and 5 induction structure . Further, θ represents the incident angle of the pulse laser beam (4a, 4b), and Λ represents the interval between the induction structure portions formed in the photosensitive polymer film 3. In the main part 1 of the pulse laser beam interference exposure apparatus having the configuration shown in FIG. 1, the laser intensity of the pulse laser beam emitted from the light source 2a is adjusted by the ND filter 2b and p-polarized light by the λ / 2 plate 2c. The ratio between the component and the s-polarized component is changed, the second harmonic (532 nm) is extracted from the KTP crystal 2d, the third harmonic (355 nm) is extracted from the BBO crystal 2e, and the 355 nm wavelength mirror 2f is used. The light having a wavelength of 355 nm is selectively reflected, the light having a wavelength of 532 nm is selectively reflected by the 532 nm wavelength mirror 2g, and the ratio of the p-polarized component and the s-polarized component is changed by the λ / 2 plate 2h. 2i transmits p-polarized light and selectively reflects s-polarized light, and selectively reflects light having a wavelength of 532 nm by the 532 nm wavelength mirror 2j. After being reflected by the mirror 2k, it is divided into two light flux pulse laser beams having the same intensity by the half mirror 21. One pulse laser beam is reflected by the mirror 2m, and the other pulse laser beam is reflected by the mirror 2n. Thereafter, as shown in FIG. 2, the pulse laser beam 4a reflected by the mirror 2m and the pulse laser beam 4b reflected by the mirror 2n are applied to the surface of the photosensitive polymer film 3 at a predetermined incident angle θ. Thus, the interference exposure is performed for a predetermined time (interference exposure time). In the initial stage of the interference exposure (or when the interference exposure time is short), the induction structure 5 as shown in FIG. 2 is formed in the photosensitive polymer film 3 at the interval Λ.

図2において、感光性高分子膜3に形成されている誘起構造部5は、表面レリーフグレーティング(SRG)構造を有しており、具体的には、間隔Λの格子形状の構造を有している。   In FIG. 2, the induction structure portion 5 formed in the photosensitive polymer film 3 has a surface relief grating (SRG) structure, specifically, a lattice-shaped structure with an interval Λ. Yes.

さらに、干渉露光を続けると(または、干渉露光時間を長くして干渉露光させると)、図3で示されるように、感光性高分子膜3の表面に、釣鐘型凸状構造部が形成される。図3は、図1で示される干渉露光装置を用いて感光性高分子膜にパルスレーザー光を2光束干渉露光させて形成される釣鐘型凸状構造部を示す概略図である。図3において、6は釣鐘型凸状構造部である。   Further, when the interference exposure is continued (or when the interference exposure time is extended for an interference exposure), a bell-shaped convex structure portion is formed on the surface of the photosensitive polymer film 3 as shown in FIG. The FIG. 3 is a schematic diagram showing a bell-shaped convex structure formed by subjecting a photosensitive polymer film to two-beam interference exposure using the interference exposure apparatus shown in FIG. In FIG. 3, 6 is a bell-shaped convex structure.

このように、本発明の感光性高分子膜表面上への釣鐘型凸状構造部の形成方法では、感光性高分子膜の表面に、パルスレーザー光を、マスクを介さずに干渉露光させることにより、表面レリーフグレーティング構造(SRG構造)を経由して形成された釣鐘型凸状構造を有している釣鐘型凸状構造部を、感光性高分子膜の位置の回転や、干渉露光の方向の回転を行うことなく形成することができる。   Thus, in the method for forming a bell-shaped convex structure on the surface of the photosensitive polymer film of the present invention, the surface of the photosensitive polymer film is subjected to interference exposure with pulsed laser light without using a mask. Thus, the bell-shaped convex structure portion having the bell-shaped convex structure formed via the surface relief grating structure (SRG structure) is rotated in the direction of the photosensitive polymer film and the direction of interference exposure. Can be formed without rotating.

なお、パルスレーザー光の干渉露光における初期には、SRG構造を有する誘起構造部が形成されており、さらに干渉露光を続けることにより、釣鐘状構造(ECL構造)を有する誘起構造部である釣鐘型凸状構造部が形成されるので、パルスレーザー光の干渉露光は、感光性高分子膜の表面に、SRG構造を経由して釣鐘型凸状構造を有している釣鐘型凸状構造部が形成されるまで行うことが重要である。このように、釣鐘型凸状構造部の形成に際しては、パルスレーザー光の干渉露光時間を調整することが重要である。パルスレーザー光の干渉露光時間としては、特に制限されず、感光性高分子の種類、感光性高分子膜の厚みなどに応じて適宜調整することができる。   An induction structure portion having an SRG structure is formed at an early stage in the interference exposure of the pulsed laser beam, and a bell shape which is an induction structure portion having a bell-like structure (ECL structure) by continuing the interference exposure. Since the convex structure is formed, the interference exposure of the pulsed laser beam is performed on the surface of the photosensitive polymer film by the bell-shaped convex structure having a bell-shaped convex structure via the SRG structure. It is important to do until it is formed. Thus, when forming the bell-shaped convex structure, it is important to adjust the interference exposure time of the pulse laser beam. The interference exposure time of the pulsed laser beam is not particularly limited, and can be appropriately adjusted according to the type of the photosensitive polymer, the thickness of the photosensitive polymer film, and the like.

釣鐘型凸状構造部の形状としては、釣鐘状構造(ECL構造)を有する凸状形状であれば特に制限されない。具体的には、1つの釣鐘型凸状構造部としては、例えば、高さが80nm(ナノメートル)以上(例えば、80nm〜50μm)である形状を有していてもよく、好ましくは0.1μm(100nm)以上(例えば、0.1〜50μm、さらに好ましくは0.1〜10μm、特に0.5〜8μm)程度である形状を有していてもよい。また、1つの釣鐘型凸状構造部における底面としては、直径が0.3μm(300nm)以上(例えば、0.3〜100μm、好ましくは0.3〜30μm、さらに好ましくは1〜20μm)程度である形状を有していてもよい。   The shape of the bell-shaped convex structure is not particularly limited as long as it is a convex shape having a bell-shaped structure (ECL structure). Specifically, as one bell-shaped convex structure portion, for example, the height may be 80 nm (nanometers) or more (for example, 80 nm to 50 μm), preferably 0.1 μm. You may have the shape which is about (100 nm) or more (for example, 0.1-50 micrometers, More preferably, 0.1-10 micrometers, Especially 0.5-8 micrometers) grade. Moreover, as a bottom face in one bell-shaped convex structure part, the diameter is about 0.3 μm (300 nm) or more (for example, 0.3 to 100 μm, preferably 0.3 to 30 μm, more preferably 1 to 20 μm). It may have a certain shape.

なお、パルスレーザー光の干渉露光により、SRG構造を経由して形成される誘起構造は、釣鐘状構造(ECL構造)であることが望ましいが、例えば、円錐状、カルデラ状、テラス状、半球状などの各種の凸状構造を有していてもよい。誘起構造が、釣鐘状構造(ECL構造)である場合、集光機能を効果的に発揮することができる。   The induction structure formed via the SRG structure by interference exposure with pulsed laser light is preferably a bell-shaped structure (ECL structure). For example, a conical shape, a caldera shape, a terrace shape, a hemispherical shape It may have various convex structures such as. When the induction structure is a bell-shaped structure (ECL structure), the light collecting function can be effectively exhibited.

また、釣鐘型凸状構造部は、パルスレーザー光の干渉露光により、感光性高分子膜の表面に、所定の規則性を有する形態で(例えば、一定の間隔で)、通常、連続的に複数形成されている。感光性高分子膜の表面に形成される釣鐘型凸状構造部において、釣鐘型凸状構造部の間隔(底面の円の中心間距離)は、特に制限されないが、底面の直径と同じかそれ以上(例えば、直径〜直径の10倍程度、好ましくは、直径〜直径の5倍程度)であることが望ましい。   In addition, the bell-shaped convex structure portion is usually continuously formed in a form having a predetermined regularity (for example, at regular intervals) on the surface of the photosensitive polymer film by interference exposure with pulsed laser light. Is formed. In the bell-shaped convex structure formed on the surface of the photosensitive polymer film, the interval between the bell-shaped convex structures (the distance between the centers of the bottom circles) is not particularly limited, but is the same as or equal to the diameter of the bottom. The above is desirable (for example, about diameter to about 10 times the diameter, preferably about diameter to about 5 times the diameter).

このような釣鐘型凸状構造部を有する感光性高分子膜は、各種光学機能材料として利用することができ、具体的には、マクロレンズアレイ、拡散板やフォトニック結晶などのような幅広い光学機能材料として利用することができる。   The photosensitive polymer film having such a bell-shaped convex structure can be used as various optical functional materials. Specifically, a wide range of optical materials such as a macro lens array, a diffusion plate, and a photonic crystal can be used. It can be used as a functional material.

特に、釣鐘型凸状構造部としては、感光性高分子膜の背面から入射された光に対して集光機能を発揮することができることが好ましい。このように、釣鐘型凸状構造部が集光機能を有していると、釣鐘型凸状構造部を有する感光性高分子膜は、マイクロレンズアレイとして好適に利用することができる。   In particular, the bell-shaped convex structure portion is preferably capable of exhibiting a light collecting function with respect to light incident from the back surface of the photosensitive polymer film. Thus, when the bell-shaped convex structure portion has a light collecting function, the photosensitive polymer film having the bell-shaped convex structure portion can be suitably used as a microlens array.

なお、感光性高分子膜の表面上に形成された釣鐘型凸状構造部は、例えば、装置名「Nano Scope III(デジタルインスツルメント社製)」などのAFM(原子間力顕微鏡)を用いることにより、その形状の観察や高さ等の測定を行うことができる。   The bell-shaped convex structure formed on the surface of the photosensitive polymer film uses, for example, an AFM (atomic force microscope) such as a device name “Nano Scope III (manufactured by Digital Instruments)”. Thus, the shape can be observed and the height can be measured.

また、釣鐘型凸状構造部を有する感光性高分子膜の回折効率は、半導体レーザー(波長:635nm)を、図4で示されるように、感光性高分子膜に入射させて、回折光の強度と、透過光の強度とを測定することにより求めることができる。図4は、釣鐘型凸状構造部を有する感光性高分子膜の回折効率を測定する装置の構成の概要を示す図である。図4において、7はレーザーダイオード(入射光源)、7aはレンズ、8は感光性高分子膜(釣鐘型凸状構造部を有する感光性高分子膜)、9aはフォトダイオード(光強度検出器)、9bはフォトダイオード(光強度検出器)である。図4で示される回折効率を測定する装置において、レーザーダイオード7は光源であり、半導体レーザー(波長:635nm)を発光する。レーザーダイオード7から発光された半導体レーザーは、レンズ7aにより焦点を合わせられ、装置内にセットされた感光性高分子膜8に所定の入射角度(入射角度:27°)で入射し、該感光性高分子膜8を透過した透過光は、フォトダイオード9aにより感知され、前記感光性高分子膜8により回折された回折光は、フォトダイオード9bにより感知される構成となっている。   In addition, the diffraction efficiency of the photosensitive polymer film having the bell-shaped convex structure is determined by making a semiconductor laser (wavelength: 635 nm) incident on the photosensitive polymer film as shown in FIG. It can be determined by measuring the intensity and the intensity of transmitted light. FIG. 4 is a diagram showing an outline of the configuration of an apparatus for measuring the diffraction efficiency of a photosensitive polymer film having a bell-shaped convex structure. In FIG. 4, 7 is a laser diode (incident light source), 7a is a lens, 8 is a photosensitive polymer film (photosensitive polymer film having a bell-shaped convex structure), and 9a is a photodiode (light intensity detector). , 9b are photodiodes (light intensity detectors). In the apparatus for measuring diffraction efficiency shown in FIG. 4, the laser diode 7 is a light source and emits a semiconductor laser (wavelength: 635 nm). The semiconductor laser emitted from the laser diode 7 is focused by the lens 7a and is incident on the photosensitive polymer film 8 set in the apparatus at a predetermined incident angle (incident angle: 27 °). The light transmitted through the polymer film 8 is detected by the photodiode 9a, and the diffracted light diffracted by the photosensitive polymer film 8 is detected by the photodiode 9b.

感光性高分子膜として、例えば、側鎖にアゾベンゼン骨格を含む基又は部位を有している高分子により形成されている感光性高分子膜を用いた場合、Nd:YAGレーザーの第2次高調波(波長:532nm)は、側鎖にアゾベンゼン骨格を含む基又は部位を有している高分子におけるアゾベンゼン骨格を含む基又は部位が、トランス体からシス体に光異性化を起こすπ−π*の吸収波長領域の光であるので、パルスレーザー光として、Nd:YAGレーザーの第2次高調波(波長:532nm)を利用した干渉露光を行うと、側鎖にアゾベンゼン骨格を含む基又は部位を有している高分子におけるアゾベンゼン骨格を含む基又は部位が、トランス体からシス体に光異性化を生じさせることができ、これにより、SRG構造部が形成され、さらに干渉露光を継続することにより、前記SRG構造部が変化(変調)して、より高次に制御された釣鐘状構造(ECL構造)の釣鐘型凸状構造部が形成されている。 For example, when a photosensitive polymer film formed of a polymer having a group or site containing an azobenzene skeleton in the side chain is used as the photosensitive polymer film, the second harmonic of the Nd: YAG laser. The wave (wavelength: 532 nm) is a π-π * in which a group or site containing an azobenzene skeleton in a polymer having a group or site containing an azobenzene skeleton in the side chain causes photoisomerization from a trans form to a cis form . Therefore, when performing interference exposure using the second harmonic (wavelength: 532 nm) of an Nd: YAG laser as a pulse laser beam, a group or site containing an azobenzene skeleton in the side chain is obtained. The group or site containing the azobenzene skeleton in the polymer possessed can cause photoisomerization from the trans isomer to the cis isomer, thereby forming an SRG structure, and By continuing the interference exposure, the SRG structure is changed (modulated), bell-shaped convex structure section of higher order the controlled bell-shaped structure (ECL structure) is formed.

なお、アゾベンゼン誘導体(高分子を含む)に、SRG構造を形成させる検討が、主にcw(連続的な)レーザーとしてのcw(連続的な)Arレーザー等の非パルスレーザーを用いて行われており、SRG構造が形成されるまで照射を続け、誘起構造(SRG構造からなる誘起構造)が形成されるのに必要な最低照射エネルギーの見積もりの評価がなされていた。したがって、SRG構造が形成された後に、継続して照射を行い、誘起構造がどのように変化するかについての観察は、あまり行われていなかった。一方、パルスレーザー光は、cwレーザー(非パルスレーザーである)とは異なり、ピークパワーが高く、2光束干渉露光において、光−電場勾配効果、高分子材料のダイポール誘起効果や熱的効果が強く、短時間の干渉露光でSRG構造を形成することができる。そのため、パルスレーザー光を利用すると、長時間の干渉露光により、どのような誘起構造変化が起こるかが観察されやすいと思われる。   In addition, the study of forming an SRG structure in an azobenzene derivative (including a polymer) has been mainly performed using a non-pulse laser such as a cw (continuous) Ar laser as a cw (continuous) laser. Irradiation was continued until the SRG structure was formed, and the estimation of the minimum irradiation energy necessary for forming the induced structure (induced structure composed of the SRG structure) was evaluated. Therefore, after the SRG structure is formed, the irradiation is continuously performed, and the observation of how the induced structure changes has not been made so much. On the other hand, unlike cw lasers (which are non-pulse lasers), pulsed laser light has high peak power, and has a strong light-electric field gradient effect, dipole induction effect and thermal effect of polymer materials in two-beam interference exposure. The SRG structure can be formed by short-time interference exposure. For this reason, it seems that it is easy to observe what induced structural change is caused by long-time interference exposure when pulsed laser light is used.

また、直線偏光特性のパルスレーザー光を、干渉露光させず、1光束で、且つ入射角度0℃で(表面に垂直に)、感光性高分子膜表面に照射すると、図5で示されるように、偏光の方向に平行に配列した格子状の誘起構造部が形成されることが確認(又は観測)された。これは、SRG構造の形成メカニズムの検討で論じられている照射光の光−電場の効果と、高分子材料中に誘起されるダイポールにより感光性高分子が配列を伴いながら異性化することにより形成された誘起構造部と考えられ、平行に配列して形成されている格子状の誘起構造は、光の波長よりも少し短い間隔で配列しており、レイリー回折の式である「Λ=λ/(1±sinθ);Λは格子間隔、λは照射波長、θは入射角(法線からの角度)」に近似した格子間隔と波長との関係を有しているようである。   Further, when a pulsed laser beam having a linearly polarized characteristic is irradiated to the surface of the photosensitive polymer film with one light flux and an incident angle of 0 ° C. (perpendicular to the surface) without performing interference exposure, as shown in FIG. It was confirmed (or observed) that lattice-like inducing structures arranged in parallel to the direction of polarization were formed. This is formed by the effect of the light-electric field of the irradiation light discussed in the examination of the formation mechanism of the SRG structure and the isomerization of the photosensitive polymer accompanied by the alignment by the dipole induced in the polymer material. Lattice-like inductive structures formed in parallel and arranged in parallel are arranged at intervals slightly shorter than the wavelength of light, and the Rayleigh diffraction equation “Λ = λ / (1 ± sin θ); Λ is a grating interval, λ is an irradiation wavelength, and θ is an incident angle (an angle from a normal line).

図5は、1光束露光で用いられる光の直線偏光方向と、露光により形成される誘起構造との関係を示す概略図であり、図5(a)はp−偏光性の光を露光した場合に形成された誘起構造を示し、図5(b)はs−偏光性の光を露光した場合に形成された誘起構造を示している。   FIG. 5 is a schematic diagram showing the relationship between the linear polarization direction of light used in one-beam exposure and the induced structure formed by exposure, and FIG. 5A shows the case where p-polarized light is exposed. FIG. 5 (b) shows the induced structure formed when s-polarized light is exposed.

一方、円偏光特性のパルスレーザー光を、干渉露光させず、1光束で、且つ入射角度0℃で(表面に垂直に)、感光性高分子膜表面に照射すると、図6で示されるように、照射の中心部では、粒状の構造と、円偏光の回転方向に沿った棒状の誘起構造との混合物のような誘起構造が確認(又は観測)され(図6(a))、照射の中心から離れた輪郭部(周辺部)においては、粒状の誘起構造のみが見られ、直線偏光のような平行配列した誘起構造は、観察されなかった(図6(b))。   On the other hand, when a pulsed laser beam having circular polarization characteristics is irradiated to the surface of the photosensitive polymer film with one light flux and an incident angle of 0 ° C. (perpendicular to the surface) without performing interference exposure, as shown in FIG. In the central part of the irradiation, an induced structure such as a mixture of a granular structure and a rod-like induced structure along the rotation direction of the circularly polarized light is confirmed (or observed) (FIG. 6A), and the center of the irradiation is confirmed. In the contour part (peripheral part) away from, only granular inductive structures were observed, and inductive structures arranged in parallel such as linearly polarized light were not observed (FIG. 6B).

図6は、1光束露光で用いられる光の円偏光方向と、露光により形成される誘起構造との関係を示す概略図であり、図6(a)は円偏光特性の光を露光した場合の露光中心部(照射中心部)で形成された誘起構造を示し、図6(b)は円偏光特性の光を露光した場合の露光輪郭部(露光周辺部)で形成された誘起構造を示している。   FIG. 6 is a schematic diagram showing the relationship between the direction of circular polarization of light used in one-beam exposure and the induced structure formed by exposure, and FIG. 6A shows the case where light having circular polarization characteristics is exposed. FIG. 6B shows the induced structure formed at the exposure contour portion (exposure peripheral portion) when light having circular polarization characteristics is exposed. FIG. 6B shows the induced structure formed at the exposure center portion (irradiation center portion). Yes.

このように、2光束干渉露光を行わなくても、直線偏光や円偏光の1光束露光によって並列に配列した規則的な誘起構造などを形成することができる。従って、2光束干渉露光と、1光束露光とを組み合わせることにより、より高次に制御された釣鐘状構造(ECL構造)又は該構造に類似した構造の釣鐘型凸状構造部を形成することができる。   In this way, a regular induction structure arranged in parallel can be formed by one-beam exposure of linearly polarized light or circularly polarized light without performing two-beam interference exposure. Therefore, by combining the two-beam interference exposure and the one-beam exposure, it is possible to form a bell-shaped structure (ECL structure) controlled to a higher order or a bell-shaped convex structure portion having a structure similar to the structure. it can.

以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
アゾベンゼン誘導体(アゾベンゼン骨格含有モノマー成分)として、4−(N,N−ジヒドロキシエチルアミノ)−4´−ニトロアゾベンゼン(Disperse Red 19;DR19)を用い、該DR19と、トリレン−2,4−ジイソシアネートとを共重合させ、側鎖にアゾベンゼン骨格を含む基又は部位を有している高分子(アゾベンゼン骨格側鎖含有高分子)を調製し、感光性高分子を得た。この感光性高分子を、N,N−ジメチルアセトアミドに溶解させ、濃度が0.16重量%の溶液を調製した。この溶液を、清浄な表面を有するガラス基板上に、70℃でキャストして、厚さが約800nm(0.8μm)の感光性高分子膜を形成した。
(Example 1)
As the azobenzene derivative (azobenzene skeleton-containing monomer component), 4- (N, N-dihydroxyethylamino) -4′-nitroazobenzene (Disperse Red 19; DR19) was used, and the DR19, tolylene-2,4-diisocyanate and Was copolymerized to prepare a polymer having a group or moiety containing an azobenzene skeleton in the side chain (azobenzene skeleton side chain-containing polymer) to obtain a photosensitive polymer. This photosensitive polymer was dissolved in N, N-dimethylacetamide to prepare a solution having a concentration of 0.16% by weight. This solution was cast on a glass substrate having a clean surface at 70 ° C. to form a photosensitive polymer film having a thickness of about 800 nm (0.8 μm).

次に、図1で示される構成を有する2光束干渉露光装置を用いて、感光性高分子膜の表面上に、2光束干渉露光を行った。具体的には、レーザー光源としては、Nd:YAGレーザーの第2次高調波(波長:532nm)のp−偏光性のパルス(p−偏光パルス;パルス幅:10ns、繰り返し:10Hz)を使用した。また、このp−偏光パルスを、同じ光強度を有する2光束に分け、2mmのビーム直径を有する2つのビームを、照射光強度:500μJ/パルス(パワー密度としては、約160mW/cm2)、入射角度θ:27°で、感光性高分子膜の試料の表面上で2光束干渉露光させた。2光束干渉の露光時間は、20秒(照射ショット数では、200ショット)にセットして、2光束干渉露光を行ったところ、感光性高分子膜の表面に、誘起構造部として、表面レリーフグレーティング構造(SRG構造)を経由して形成された釣鐘型凸状構造を有している釣鐘型凸状構造部(SRG構造経由釣鐘型凸状構造部)が形成された。 Next, two-beam interference exposure was performed on the surface of the photosensitive polymer film using the two-beam interference exposure apparatus having the configuration shown in FIG. Specifically, a p-polarized pulse (p-polarized pulse; pulse width: 10 ns, repetition: 10 Hz) of the second harmonic (wavelength: 532 nm) of an Nd: YAG laser was used as the laser light source. . Further, this p-polarized pulse is divided into two light beams having the same light intensity, and two beams having a beam diameter of 2 mm are irradiated with an irradiation light intensity of 500 μJ / pulse (power density is about 160 mW / cm 2 ), Two-beam interference exposure was performed on the surface of the sample of the photosensitive polymer film at an incident angle θ of 27 °. When the exposure time for two-beam interference is set to 20 seconds (200 shots in the number of irradiation shots) and two-beam interference exposure is performed, a surface relief grating is formed on the surface of the photosensitive polymer film as an induced structure portion. A bell-shaped convex structure portion (bell-shaped convex structure portion via SRG structure) having a bell-shaped convex structure formed via the structure (SRG structure) was formed.

なお、この光源の波長、入射角度より予測される格子の間隔は、約586nmである。   The interval between the gratings predicted from the wavelength of the light source and the incident angle is about 586 nm.

(実施例2)
実施例1と同様の感光性高分子膜、2光束干渉露光装置を用いて、2光束干渉露光時間を40秒(照射ショット数:400ショット)としたこと以外は、実施例1と同様にして2光束干渉露光を行ったところ、感光性高分子膜の表面に、誘起構造部として、SRG構造を経由して形成された釣鐘型凸状構造を有している釣鐘型凸状構造部(SRG構造経由釣鐘型凸状構造部)が形成された。
(Example 2)
Using the same photosensitive polymer film as in Example 1 and a two-beam interference exposure apparatus, the two-beam interference exposure time was set to 40 seconds (number of irradiation shots: 400 shots). When two-beam interference exposure is performed, a bell-shaped convex structure portion (SRG) having a bell-shaped convex structure formed via an SRG structure on the surface of the photosensitive polymer film as an induction structure portion. A bell-shaped convex structure via structure) was formed.

(実施例3)
実施例1と同様の感光性高分子膜、2光束干渉露光装置を用いて、2光束干渉露光時間を60秒(照射ショット数:600ショット)としたこと以外は、実施例1と同様にして2光束干渉露光を行ったところ、感光性高分子膜の表面に、誘起構造部として、SRG構造を経由して形成された釣鐘型凸状構造を有している釣鐘型凸状構造部(SRG構造経由釣鐘型凸状構造部)が形成された。
(Example 3)
Using the same photosensitive polymer film as in Example 1 and a two-beam interference exposure apparatus, the two-beam interference exposure time was set to 60 seconds (number of irradiation shots: 600 shots). When two-beam interference exposure is performed, a bell-shaped convex structure portion (SRG) having a bell-shaped convex structure formed via an SRG structure on the surface of the photosensitive polymer film as an induction structure portion. A bell-shaped convex structure via structure) was formed.

(実施例4)
実施例1と同様の感光性高分子膜、2光束干渉露光装置を用いて、2光束干渉露光時間を100秒(照射ショット数:1000ショット)としたこと以外は、実施例1と同様にして2光束干渉露光を行ったところ、感光性高分子膜の表面に、誘起構造部として、SRG構造を経由して形成された釣鐘型凸状構造を有している釣鐘型凸状構造部(SRG構造経由釣鐘型凸状構造部)が形成された。
Example 4
Using the same photosensitive polymer film as in Example 1 and using a two-beam interference exposure apparatus, the two-beam interference exposure time was set to 100 seconds (number of irradiation shots: 1000 shots). When two-beam interference exposure is performed, a bell-shaped convex structure portion (SRG) having a bell-shaped convex structure formed via an SRG structure on the surface of the photosensitive polymer film as an induction structure portion. A bell-shaped convex structure via structure) was formed.

(比較例1)
実施例1と同様の感光性高分子膜、2光束干渉露光装置を用いて、2光束干渉露光時間を5秒(照射ショット数:50ショット)としたこと以外は、実施例1と同様にして2光束干渉露光を行ったところ、感光性高分子膜の表面に、誘起構造部として、SRG構造部が形成された。
(Comparative Example 1)
Using the same photosensitive polymer film as in Example 1 and a two-beam interference exposure apparatus, the two-beam interference exposure time was set to 5 seconds (number of irradiation shots: 50 shots), as in Example 1. When two-beam interference exposure was performed, an SRG structure portion was formed as an induction structure portion on the surface of the photosensitive polymer film.

(比較例2)
実施例1と同様の感光性高分子膜、2光束干渉露光装置を用いて、2光束干渉露光時間を10秒(照射ショット数:100ショット)としたこと以外は、実施例1と同様にして2光束干渉露光を行ったところ、感光性高分子膜の表面に、誘起構造部として、SRG構造部が形成された。
(Comparative Example 2)
Using the same photosensitive polymer film as in Example 1 and a two-beam interference exposure apparatus, the two-beam interference exposure time was set to 10 seconds (the number of irradiation shots: 100 shots). When two-beam interference exposure was performed, an SRG structure portion was formed as an induction structure portion on the surface of the photosensitive polymer film.

(評価)
実施例1〜4および比較例1〜2において、干渉露光された感光性高分子膜について、その表面に形成された誘起構造の形状を、装置名「Nano Scope III」[デジタルインスツルメント社製;AFM(原子間力顕微鏡)]を用いて観察し、また、その誘起構造の高さの評価を行った。さらに、干渉露光された感光性高分子膜の回折効率(%)を、図4で示されるように、半導体レーザー(波長:635nm)を光源として測定した。これらの評価又は測定の結果は表1に示した。
(Evaluation)
In Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, the shape of the induction structure formed on the surface of the photosensitive polymer film subjected to interference exposure is changed to a device name “Nano Scope III” [manufactured by Digital Instruments Co., Ltd. ; AFM (Atomic Force Microscope)], and the height of the induced structure was evaluated. Further, the diffraction efficiency (%) of the photosensitive polymer film subjected to interference exposure was measured using a semiconductor laser (wavelength: 635 nm) as a light source, as shown in FIG. The results of these evaluations or measurements are shown in Table 1.

なお、図7〜12に、それぞれ、実施例1〜4および比較例1〜2において、干渉露光された感光性高分子膜をAFMにより観察した際の写真を示す。   7 to 12 show photographs when the interference-exposed photosensitive polymer film was observed by AFM in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, respectively.

Figure 2005134873
Figure 2005134873

表1より明らかなように、実施例1〜4による干渉露光方法により得られた感光性高分子膜には、SRG構造を経由して、より高次の規則的な釣鐘型凸状構造を有する釣鐘型凸状構造部が形成されていることが確認された。   As is clear from Table 1, the photosensitive polymer film obtained by the interference exposure method according to Examples 1 to 4 has a higher-order regular bell-shaped convex structure via the SRG structure. It was confirmed that a bell-shaped convex structure was formed.

(実施例5)
実施例1と同様の感光性高分子膜、レーザー光源を用いて、1光束垂直入射(θ=0)の露光条件で、500μJの照射の照射光強度(単位面積当たりの照射光強度は15.9mJ/cm2)を有する直線偏光性のp−偏光を、露光時間:20秒(照射ショット数は200ショット)で照射したところ、感光性高分子膜の表面に誘起構造部として、図13で示されるような表面レリーフグレーティング構造(SRG構造)が形成された。
(Example 5)
Using the same photosensitive polymer film as in Example 1 and a laser light source, the irradiation light intensity of 500 μJ irradiation (exposure light intensity per unit area is 15.5) under the exposure condition of one beam normal incidence (θ = 0). When a linearly polarized p-polarized light having 9 mJ / cm 2 ) is irradiated at an exposure time of 20 seconds (the number of irradiation shots is 200 shots), an induced structure portion is formed on the surface of the photosensitive polymer film as shown in FIG. A surface relief grating structure (SRG structure) as shown was formed.

(実施例6)
実施例1と同様の感光性高分子膜、レーザー光源を用いて、1光束垂直入射(θ=0)の露光条件で、500μJの照射の照射光強度(単位面積当たりの照射光強度は15.9mJ/cm2)を有する直線偏光性のp−偏光を、露光時間:30秒(照射ショット数は300ショット)で照射したところ、感光性高分子膜の表面に誘起構造部として、図14で示されるような表面レリーフグレーティング構造(SRG構造)が形成された。
(Example 6)
Using the same photosensitive polymer film as in Example 1 and a laser light source, the irradiation light intensity of 500 μJ irradiation (exposure light intensity per unit area is 15.5) under the exposure condition of one beam normal incidence (θ = 0). When the linearly polarized p-polarized light having 9 mJ / cm 2 ) was irradiated at an exposure time of 30 seconds (the number of irradiation shots was 300 shots), an induced structure portion was formed on the surface of the photosensitive polymer film as shown in FIG. A surface relief grating structure (SRG structure) as shown was formed.

(実施例7)
実施例1と同様の感光性高分子膜、レーザー光源を用いて、1光束垂直入射(θ=0)の露光条件で、500μJの照射の照射光強度(単位面積当たりの照射光強度は15.9mJ/cm2)を有する直線偏光性のp−偏光を、露光時間:50秒(照射ショット数は500ショット)で照射したところ、感光性高分子膜の表面に誘起構造部として、図15で示されるような表面レリーフグレーティング構造(SRG構造)が形成された。
(Example 7)
Using the same photosensitive polymer film as in Example 1 and a laser light source, the irradiation light intensity of 500 μJ irradiation (exposure light intensity per unit area is 15.5) under the exposure condition of one beam normal incidence (θ = 0). When linearly polarized p-polarized light having 9 mJ / cm 2 ) is irradiated at an exposure time of 50 seconds (the number of irradiation shots is 500 shots), an induced structure is formed on the surface of the photosensitive polymer film as shown in FIG. A surface relief grating structure (SRG structure) as shown was formed.

(実施例8)
実施例1と同様の感光性高分子膜、レーザー光源を用いて、1光束垂直入射(θ=0)の露光条件で、500μJの照射の照射光強度(単位面積当たりの照射光強度は15.9mJ/cm2)を有する円偏光を、露光時間:30秒(照射ショット数は300ショット)で照射したところ、感光性高分子膜の表面に誘起構造部として、図16で示されるような表面レリーフグレーティング構造(SRG構造)が形成された。なお、該SRG構造は、部分的な渦巻き状構造を含んでいる。
(Example 8)
Using the same photosensitive polymer film as in Example 1 and a laser light source, the irradiation light intensity of 500 μJ irradiation (exposure light intensity per unit area is 15.5) under the exposure condition of one beam normal incidence (θ = 0). When circularly polarized light having 9 mJ / cm 2 ) is irradiated at an exposure time of 30 seconds (the number of irradiation shots is 300 shots), the surface as shown in FIG. A relief grating structure (SRG structure) was formed. The SRG structure includes a partial spiral structure.

(実施例9)
実施例1と同様の感光性高分子膜、レーザー光源を用いて、1光束垂直入射(θ=0)の露光条件で、500μJの照射の照射光強度(単位面積当たりの照射光強度は15.9mJ/cm2)を有する円偏光を、露光時間:50秒(照射ショット数は500ショット)で照射したところ、感光性高分子膜の表面に誘起構造部として、図17で示されるような表面レリーフグレーティング構造(SRG構造)が形成された。なお、該SRG構造は、部分的な渦巻き状構造を含んでいる。
Example 9
Using the same photosensitive polymer film as in Example 1 and a laser light source, the irradiation light intensity of 500 μJ irradiation (exposure light intensity per unit area is 15.5) under the exposure condition of one beam normal incidence (θ = 0). When circularly polarized light having 9 mJ / cm 2 ) is irradiated at an exposure time of 50 seconds (the number of irradiation shots is 500 shots), the surface as shown in FIG. A relief grating structure (SRG structure) was formed. The SRG structure includes a partial spiral structure.

なお、図13〜17は、それぞれ、実施例5〜9において、1光束露光された感光性高分子膜をAFMにより観察した際の写真を示す図である。具体的には、図13〜17は、それぞれ、各実施例5〜9において、1光束露光された感光性高分子膜(すなわち、1光束垂直入射(θ=0)の露光条件で、直線偏光性のp−偏光又は円偏光を、所定の露光時間で露光された感光性高分子膜)について、その表面に形成された誘起構造の形状を、装置名「Nano Scope III」[デジタルインスツルメント社製;AFM(原子間力顕微鏡)]を用いて観察した際の写真を示す図である。図13〜17で示されるように、p−偏光または円偏光の1光束露光によるSRG構造の形成は、2光束干渉露光によるより高次に制御された釣鐘型凸状構造の形成における素過程の1つとなることが確認された。   In addition, FIGS. 13-17 is a figure which shows the photograph at the time of observing the photosensitive polymer film by which one light beam exposure was carried out by AFM in Examples 5-9, respectively. Specifically, FIGS. 13 to 17 respectively show photosensitive polymer films exposed to one light beam in each of Examples 5 to 9 (that is, linearly polarized light under the exposure condition of one light beam normal incidence (θ = 0). The shape of the induced structure formed on the surface of the photosensitive polymer film exposed to the p-polarized light or the circularly polarized light with a predetermined exposure time) is designated as “Nano Scope III” [Digital Instrument It is a figure which shows the photograph at the time of observing using a company make; AFM (atomic force microscope). As shown in FIGS. 13 to 17, the formation of the SRG structure by single-beam exposure of p-polarized light or circularly-polarized light is an elementary process in forming a higher-order bell-shaped convex structure by two-beam interference exposure. It was confirmed that it would be one.

図1は、パルスレーザー光を2光束干渉露光により照射する際に用いられる装置の構成の概要を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an outline of the configuration of an apparatus used when irradiating pulsed laser light by two-beam interference exposure. 図2は、図1で示される干渉露光装置を用いて感光性高分子膜にパルスレーザー光を2光束干渉露光させる状況と、形成される誘起構造を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic view showing a situation in which a pulsed laser beam is exposed to a two-beam interference on a photosensitive polymer film using the interference exposure apparatus shown in FIG. 1, and an induced structure to be formed. 図3は、図1で示される干渉露光装置を用いて感光性高分子膜にパルスレーザー光を2光束干渉露光させて形成される釣鐘型凸状構造部を示す概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a bell-shaped convex structure formed by subjecting a photosensitive polymer film to two-beam interference exposure using the interference exposure apparatus shown in FIG. 図4は、釣鐘型凸状構造部を有する感光性高分子膜の回折効率を測定する装置の構成の概要を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an outline of the configuration of an apparatus for measuring the diffraction efficiency of a photosensitive polymer film having a bell-shaped convex structure. 図5は、1光束露光で用いられる光の直線偏光方向と、露光により形成される誘起構造との関係を示す概略図であり、図5(a)はp−偏光性の光を露光した場合に形成された誘起構造を示し、図5(b)はs−偏光性の光を露光した場合に形成された誘起構造を示している。FIG. 5 is a schematic diagram showing the relationship between the linear polarization direction of light used in one-beam exposure and the induced structure formed by exposure, and FIG. 5A shows the case where p-polarized light is exposed. FIG. 5 (b) shows the induced structure formed when s-polarized light is exposed. 図6は、1光束露光で用いられる光の円偏光方向と、露光により形成される誘起構造との関係を示す概略図であり、図6(a)は円偏光特性の光を露光した場合の露光中心部(照射中心部)で形成された誘起構造を示し、図6(b)は円偏光特性の光を露光した場合の露光輪郭部(露光周辺部)で形成された誘起構造を示している。FIG. 6 is a schematic diagram showing the relationship between the direction of circular polarization of light used in one-beam exposure and the induced structure formed by exposure, and FIG. 6A shows the case where light having circular polarization characteristics is exposed. FIG. 6B shows the induced structure formed at the exposure contour portion (exposure peripheral portion) when light having circular polarization characteristics is exposed. FIG. 6B shows the induced structure formed at the exposure center portion (irradiation center portion). Yes. 図7は、実施例1における干渉露光された感光性高分子膜をAFMにより観察した際の写真を示す図である。FIG. 7 is a view showing a photograph when the photosensitive polymer film subjected to interference exposure in Example 1 is observed by AFM. 図8は、実施例2における干渉露光された感光性高分子膜をAFMにより観察した際の写真を示す図である。FIG. 8 is a view showing a photograph when the photosensitive polymer film subjected to interference exposure in Example 2 is observed by AFM. 図9は、実施例3における干渉露光された感光性高分子膜をAFMにより観察した際の写真を示す図である。FIG. 9 is a view showing a photograph when the interference-exposed photosensitive polymer film in Example 3 is observed by AFM. 図10は、実施例4における干渉露光された感光性高分子膜をAFMにより観察した際の写真を示す図である。FIG. 10 is a view showing a photograph when the interference-exposed photosensitive polymer film in Example 4 is observed by AFM. 図11は、比較例1における干渉露光された感光性高分子膜をAFMにより観察した際の写真を示す図である。FIG. 11 is a view showing a photograph when the photosensitive polymer film subjected to interference exposure in Comparative Example 1 is observed by AFM. 図12は、比較例1における干渉露光された感光性高分子膜をAFMにより観察した際の写真を示す図である。FIG. 12 is a view showing a photograph when the photosensitive polymer film subjected to interference exposure in Comparative Example 1 is observed by AFM. 図13は、実施例5における1光束露光された感光性高分子膜をAFMにより観察した際の写真を示す図である。FIG. 13 is a view showing a photograph when the photosensitive polymer film exposed to one light beam in Example 5 is observed by AFM. 図14は、実施例6における1光束露光された感光性高分子膜をAFMにより観察した際の写真を示す図である。FIG. 14 is a view showing a photograph when the photosensitive polymer film exposed to one light beam in Example 6 is observed by AFM. 図15は、実施例7における1光束露光された感光性高分子膜をAFMにより観察した際の写真を示す図である。FIG. 15 is a view showing a photograph when the photosensitive polymer film exposed to one light beam in Example 7 is observed by AFM. 図16は、実施例8における1光束露光された感光性高分子膜をAFMにより観察した際の写真を示す図である。FIG. 16 is a view showing a photograph when the photosensitive polymer film exposed to one light beam in Example 8 is observed by AFM. 図17は、実施例9における1光束露光された感光性高分子膜をAFMにより観察した際の写真を示す図である。FIG. 17 is a view showing a photograph when the photosensitive polymer film exposed to one light beam in Example 9 is observed by AFM.

符号の説明Explanation of symbols

1 パルスレーザー光干渉露光装置の本体部
2a は光源
2b ND(ニュートラルデンシティ)フィルター
2c λ/2板(1/2波長板)
2d KTP結晶
2e BBO結晶
2f 355nm波長ミラー
2g 532nm波長ミラー
2h λ/2板(1/2波長板)
2i プレートポーラライザー
2j 532nm波長ミラー
2k ミラー
2l ハーフミラー
2m ミラー
2n ミラー
3 感光性高分子膜
4a ミラー2mにより反射されたパルスレーザー光
4b ミラー2nにより反射されたパルスレーザー光
5 誘起構造部
θ パルスレーザー光(4a,4b)の入射角度
Λ 感光性高分子膜3に形成された誘起構造部の間隔
6 釣鐘型凸状構造部
7 レーザーダイオード
7a レンズ
8 感光性高分子膜(釣鐘型凸状構造部を有する感光性高分子膜)
9a フォトダイオード
9b フォトダイオード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main part 2a of pulse laser beam interference exposure apparatus is light source 2b ND (neutral density) filter 2c λ / 2 plate (1/2 wavelength plate)
2d KTP crystal 2e BBO crystal 2f 355nm wavelength mirror 2g 532nm wavelength mirror 2h λ / 2 plate (1/2 wavelength plate)
2i Plate Polarizer 2j 532 nm Wavelength Mirror 2k Mirror 2l Half Mirror 2m Mirror 2n Mirror 3 Photosensitive Polymer Film 4a Pulse Laser Light Reflected by Mirror 2m 4b Pulse Laser Light Reflected by Mirror 2n 5 Inductive Structure Portion θ Pulse Laser Incident angle of light (4a, 4b) [Lambda] interval between induction structures formed on the photosensitive polymer film 3 6 bell-shaped convex structure 7 laser diode 7a lens 8 photosensitive polymer film (bell-shaped convex structure) Photosensitive polymer film)
9a photodiode 9b photodiode

Claims (11)

感光性機能を有する高分子膜の表面に、釣鐘型凸状構造部を形成させる方法であって、感光性機能を有する高分子膜の表面に、該高分子膜に感光性機能を発揮させる波長領域のパルスレーザー光を、マスクを介さずに干渉露光させることにより、表面レリーフグレーティング構造を経由して形成された釣鐘型凸状構造を有している釣鐘型凸状構造部を、前記高分子膜の位置の回転や干渉露光の方向の回転を行うことなく形成させることを特徴とする感光性高分子膜表面上への釣鐘型凸状構造部の形成方法。 A method of forming a bell-shaped convex structure on the surface of a polymer film having a photosensitive function, the wavelength causing the polymer film to exhibit a photosensitive function on the surface of the polymer film having a photosensitive function A bell-shaped convex structure portion having a bell-shaped convex structure formed via a surface relief grating structure is obtained by interfering exposure of a pulse laser beam in a region without using a mask. A method for forming a bell-shaped convex structure on a surface of a photosensitive polymer film, wherein the film is formed without rotating the position of the film or the direction of interference exposure. 感光性機能を有する高分子膜が、光異性化、フォトリフラクティブ性、光架橋性または光分解性により感光性機能を発揮させることができる高分子膜である請求項1記載の感光性高分子膜表面上への釣鐘型凸状構造部の形成方法。 The photosensitive polymer film according to claim 1, wherein the polymer film having a photosensitive function is a polymer film capable of exhibiting a photosensitive function by photoisomerization, photorefractive property, photocrosslinking property or photodegradability. A method for forming a bell-shaped convex structure on a surface. 感光性機能を有する高分子膜が、側鎖にアゾベンゼン骨格を含む基又は部位を有している高分子により形成されている請求項1又は2記載の感光性高分子膜表面上への釣鐘型凸状構造部の形成方法。 The bell-shaped on the surface of the photosensitive polymer film according to claim 1 or 2, wherein the polymer film having a photosensitive function is formed of a polymer having a group or a part containing an azobenzene skeleton in a side chain. Method for forming convex structure. 側鎖にアゾベンゼン骨格を含む基又は部位を有している高分子が、ヒドロキシル基を少なくとも2つ有するアゾベンゼン系色素と、ヒドロキシル基に対する反応性官能基を少なくとも2つ有するモノマー成分との重合体である請求項3記載の感光性高分子膜表面上への釣鐘型凸状構造部の形成方法。 A polymer having a group or moiety containing an azobenzene skeleton in the side chain is a polymer of an azobenzene dye having at least two hydroxyl groups and a monomer component having at least two reactive functional groups for hydroxyl groups. The method for forming a bell-shaped convex structure on the surface of the photosensitive polymer film according to claim 3. 高分子膜の厚さが、100ナノメートル以上である請求項1〜4の何れかの項に記載の感光性高分子膜表面上への釣鐘型凸状構造部の形成方法。 The method for forming a bell-shaped convex structure portion on the surface of the photosensitive polymer film according to any one of claims 1 to 4, wherein the thickness of the polymer film is 100 nanometers or more. 釣鐘型凸状構造部の高さが、80ナノメートル以上である請求項1〜5の何れかの項に記載の感光性高分子膜表面上への釣鐘型凸状構造部の形成方法。 The method for forming a bell-shaped convex structure on the surface of the photosensitive polymer film according to any one of claims 1 to 5, wherein the height of the bell-shaped convex structure is 80 nanometers or more. パルスレーザー光が、パルス幅が500μ秒以下のパルスレーザー光である請求項1〜6の何れかの項に記載の感光性高分子膜表面上への釣鐘型凸状構造部の形成方法。 The method for forming a bell-shaped convex structure on the surface of the photosensitive polymer film according to any one of claims 1 to 6, wherein the pulse laser beam is a pulse laser beam having a pulse width of 500 µsec or less. パルスレーザー光が、光強度が10mW/cm2〜1W/cm2である請求項1〜7の何れかの項に記載の感光性高分子膜表面上への釣鐘型凸状構造部の形成方法。 The method for forming a bell-shaped convex structure portion on the surface of the photosensitive polymer film according to any one of claims 1 to 7, wherein the pulsed laser light has a light intensity of 10 mW / cm 2 to 1 W / cm 2. . パルスレーザー光が、p−偏光性の偏光特性を有している請求項1〜8の何れかの項に記載の感光性高分子膜表面上への釣鐘型凸状構造部の形成方法。 The method for forming a bell-shaped convex structure portion on the surface of the photosensitive polymer film according to any one of claims 1 to 8, wherein the pulsed laser light has p-polarization polarization characteristics. パルスレーザー光が、円偏光特性の偏光特性を有している請求項1〜8の何れかの項に記載の感光性高分子膜表面上への釣鐘型凸状構造部の形成方法。 The method for forming a bell-shaped convex structure portion on the surface of the photosensitive polymer film according to any one of claims 1 to 8, wherein the pulsed laser beam has a polarization property of a circular polarization property. 感光性機能を有する高分子膜の表面に形成された釣鐘型凸状構造部が、高分子膜の背面から入射された光に対して集光機能を発揮することができる請求項1〜10の何れかの項に記載の感光性高分子膜表面上への釣鐘型凸状構造部の形成方法。 The bell-shaped convex structure formed on the surface of the polymer film having a photosensitive function can exhibit a light collecting function with respect to light incident from the back surface of the polymer film. The method for forming a bell-shaped convex structure on the surface of the photosensitive polymer film according to any one of the items.
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