JP2005144717A - 樹脂硬化方法及び樹脂成型品等の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
樹脂収縮しろや樹脂収縮分の未硬化樹脂を補給充填するゲートやランナーを不要としながら微細形状を型に対してヒケのない精密な転写ができるようにする。
【解決手段】
本発明の樹脂硬化方法は、型とその型の凹部を覆う基板との間に光硬化性樹脂を封入し露光して硬化させることにより型形状を光硬化性樹脂に転写する。その露光及び硬化の工程が、型とその型の凹部を覆う基板との間に未硬化の光硬化性樹脂を封入し露光して、基板側にヒケを発生させ、型側にはヒケを発生させないように硬化させる第１工程と、その第１工程の後、型と基板とを剥離し、第１工程での硬化による光硬化性樹脂の収縮部分に未硬化の光硬化性樹脂を追加充填して型とその型の凹部を覆う基板との間に光硬化性樹脂を封入した状態とし、再度露光して未硬化の光硬化性樹脂を硬化させる第２工程とを含んでいる。
【選択図】 図１

Description

本発明は型を用いてＵＶ（紫外線）硬化型樹脂などの光硬化性樹脂を硬化させて型の形状をその樹脂に転写することによる樹脂硬化方法、並びに樹脂成型品及びさらにその樹脂成型品の形状を基板に転写する加工品の製造方法に関するものである。
本発明の製造方法は微細な３次元構造を成型したり加工するのに適する。

金型形状を別の材料に転写して製品を成型する方法は、種々の分野で行なわれており、そのひとつとしてＵＶ硬化型樹脂などの光硬化性樹脂を金型に充填又は塗布し、硬化させて金型形状をその光硬化樹脂に転写することが行なわれている。

そのような成型方法の一例として、光学部品においては、たとえばハイブリッドレンズ（ガラスレンズ表面に樹脂レンズが成型して接合されたレンズ）を製作する際に、球面加工又は精度の低い非球面加工されたレンズ面を一方の面にもち他方の面が平坦面又は非レンズ面になったガラス材料を用い、そのレンズ面と高精度に加工された非球面金型の凹部との間に光硬化性樹脂を挟んだ状態で、ガラス材料側から均一な光を大面積で照射することにより光硬化性樹脂を硬化させる方法で実施されている（特許文献１，２参照。）。

光硬化型樹脂では、硬化する際に体積収縮することは避けられない。この様子を図８に示す。（Ａ）のように、形状転写基板１１と型１３の間にＵＶ硬化型樹脂などの光硬化性樹脂１２を挟み込んだ状態で樹脂を硬化させると、（Ｂ）のように硬化樹脂により形成される製品に「ヒケ」と呼ばれる体積収縮１７が生じる。この体積収縮は３〜１０％程度に達することもあり、これが型転写性低下の原因となる。

そのため、一般的には樹脂が硬化収縮した後に設計形状になるよう、あらかじめ型を大きく設計・製作するという、いわゆる「収縮しろ」を用いた成型が実施されている。「収縮しろ」は収縮分を見込んで型の大きさを設計値よりも大きくした部分のことである。

また光学部品のように高精度な形状転写性が要求されるものに対しては、「ヒケ」を樹脂製品の機能部分以外の箇所に誘導して硬化させることにより、製品形状及び性能を確保する「ヒケ誘導」工法も提案され実施されている。

「ヒケ誘導」工法としては以下の（Ａ）〜（Ｄ）の工法が提案されている。
（Ａ）「狭範囲露光が可能な光源を使用する方法」
この方法では、主にファイバー式照射が挙げられ、ファイバー端から直接拡散光を照射する場合や先端にレンズを配置して平行光や集光光として使用する。この方法は安価なうえ、ファイバーの可撓性を生かして、自由度の高い照射が可能である。この方法を用いて、機能有効領域から非有効部へ順次照射することにより、ヒケを誘導することができる。

（Ｂ）「硬化対象物を相対的に動かす方法」
この方法は、ベルトコンベアの上方にＵＶ光源が配置され、ベルトコンベアに乗せられた硬化対象物がその光源による照射範囲を通過することによって光源の照射範囲よりも広い露光領域を確保するインライン型照射機に代表される露光方式である。この方法は（Ａ）の方法と同様に、機能有効部分から優先的に照射することにより、ヒケを誘導することができる。

（Ｃ）「広範囲露光が可能な光源を使用する方法」
この方法は、特許文献３に記載されているように、マスクを用いて照射範囲内での照度分布を制御し、樹脂層厚さに応じた照度分布にすることでヒケを誘導する方法であり、例えばレンズ形成範囲に均等な応力がかかるような照度分布にすることによってヒケが拡散されるような誘導をしている。

（Ｄ）「ヒケ吸収（集中）層を用いた方法」
この方法では、微細形状転写において、転写形状以外の部分に樹脂収縮が発生するようなヒケ吸収層を設け、その箇所にヒケを集中発生させることによって微細形状を精密に転写する。
さらに別の対策として、樹脂メーカーにおいては低収縮率樹脂の開発、製品化も実現している。

また、さらに別の対策として、微細形状の転写において、図９に示されるように、「転写パターンの高さ１４」＋「樹脂収縮吸収用樹脂層１５」の厚さを設けることによって、「樹脂収縮吸収用樹脂層」に樹脂収縮を吸収させ、微細形状の転写精度を向上させる工法も実施されている。この方法によれば、図１０（Ａ）から（Ｂ）に示されるように、樹脂収縮吸収用樹脂層１５の厚さが収縮することによって樹脂の体積収縮を吸収する。
特開２０００−１８０６０２号公報 特開平６−１３０２０８号公報 特開平８−１４２０６８号公報

形状有効領域が成型品全方位に求められ、かつ高精度な形状転写を必要とする場合、密閉空間でのヒケのない成型が要求される。
これまで実施又は提案されている上記の方法は、微細形状の精密転写に適用するにはなお改良の余地がある。

「収縮しろ」を設ける方法は、収縮しろ部分の厚さの設定が困難であり、微細パターン全域の平坦度確保が困難であった。
「ヒケ誘導」工法では、特に上記の（Ａ）〜（Ｃ）の方法では、転写形状内の誘導された部分にヒケが発生するので、微細形状の精密転写には適さない。

低収縮率樹脂は、液体時の粘度や硬化後の屈折率、接着強度、離型性などに代表される樹脂特性選択の自由度が大きく制限され、また目的とする上記特性を満足する樹脂を新規開発することは技術・コスト・納期のいずれに対しても大きな障壁となり、現実的ではない。

「樹脂収縮吸収用樹脂層１５」を設ける方法は、樹脂転写によって製品が完成するものであればよいが、さらにその樹脂成型品をエッチングによって母材へ形状転写を行なって製品を完成させるものである場合には、「樹脂収縮吸収用樹脂層１５」の存在が転写性を低化させていた。

高精度樹脂成型品にヒケを生じさせない方法として、本発明者は、樹脂の体積収縮相当の未硬化樹脂を充填しながら硬化させることによって高精度に型形状を転写する工法を別途提案している（特願２００２−９７０５４号）。その方法では、露光領域を移動させながら樹脂を硬化させるとともに、未硬化部からゲートやランナーを介して収縮体積分の未硬化樹脂が供給されるようにする。その方法によれば、樹脂は硬化しながら収縮するが、収縮分は未硬化部から供給されて補充されるので、あたかも樹脂が収縮していないような樹脂硬化が行なわれる。

本発明は上記従来例の問題点を解決すべく、樹脂収縮しろや樹脂収縮分の未硬化樹脂を補給充填するゲートやランナーも不要としながら微細形状を型に対してヒケのない精密な転写ができるようにすることを目的とするものである。

本発明の樹脂硬化方法は、型とその型の凹部を覆う基板との間に光硬化性樹脂を封入し露光して硬化させることにより型形状を光硬化性樹脂に転写し、その後型を硬化樹脂から剥離する方法において、光硬化性樹脂の封入、露光及び硬化の工程が、型とその型の凹部を覆う基板との間に未硬化の光硬化性樹脂を封入し露光して、基板側にヒケを発生させ、型側にはヒケを発生させないように硬化させる第１工程と、その第１工程の後、型と基板とを剥離し、第１工程での硬化による光硬化性樹脂の収縮部分に未硬化の光硬化性樹脂を追加充填して型とその型の凹部を覆う基板との間に光硬化性樹脂を封入した状態とし、再度露光して未硬化の光硬化性樹脂を硬化させる第２工程とを含んでいる。

第２工程における型と基板との剥離は、硬化した樹脂が型側に残留するように基板を剥離し、未硬化樹脂の追加充填は型側に残留した硬化樹脂表面の収縮部分に行なうようにすることができる。

そのために、第１工程で存在している基板と光硬化性樹脂との密着強度が型と光硬化性樹脂との密着強度よりも弱くなるように、光硬化性樹脂と接触する基板表面に表面処理を施すのが好ましい。

それに対し、第２工程を経た後の離型では型が硬化樹脂から離脱しなければならないので、第２工程で存在している基板と光硬化性樹脂との密着強度が型と光硬化性樹脂との密着強度よりも強くなるように、光硬化性樹脂と接触する基板表面に表面処理を施すのが好ましい。

第１工程で型の凹部を覆う基板は最終製品には使用されないダミー基板であり、第２工程で型の凹部を覆う基板は最終製品に使用される形状転写基板とすることができる。この場合、ダミー基板は洗浄し、又はさらに離型処理等の必要な表面処理を施して繰り返し使用することができる。
光硬化性樹脂の好ましい例は紫外線硬化型樹脂である。その場合は、露光のための照射光として紫外領域の光を含んでいるものを使用する。

第２工程で追加充填される未硬化光硬化性樹脂と第１工程で封入される未硬化光硬化性樹脂とに同じものを使用することもできるし、又は第２工程で追加充填される未硬化光硬化性樹脂の粘度が第１工程で封入される未硬化光硬化性樹脂の粘度よりも低くなるように粘度の異なるものを使用することもできる。

型として凹部以外の箇所に型と基板間のギャップを調整する凸部を有するもの、又は基板として型と基板間のギャップを調整する凸部を有するものを使用することができる。
型と基板と密着させる方向に加圧することにより、型と基板間のギャップを調整することができる。
型としてゲート及びランナーが存在しないものを使用することができる。

本発明により得られる樹脂成型品は最終製品とすることができる。その場合の最終製品は、硬化した光硬化性樹脂が第２工程での露光時に存在する基板と一体化して残存したものである。
本発明により得られる樹脂成型品をドライエッチング工程によって基板に形状転写した加工品を最終製品とすることもできる。
その場合のドライエッチング工程として、経時的に選択比を変化させること及び／又はエッチングを途中で中止することによって、樹脂成型品の形状とは異なる形状を基板に転写することができる。

金型の材質は特に限定されるものではないが、ドライエッチング法により金型を製作する場合、金型母材料はドライエッチング可能な材料であることが必要であり、そのような材料として金属材料、ガラス材料、セラミックス材料、プラスチック材料、硬質ゴム材料などを用いることができる。

硬化型樹脂として紫外線硬化型樹脂を使用し、金型を介して紫外線を樹脂に照射する場合には、金型を形成する材料としては、合成石英や耐熱ガラスなど、耐熱性で、紫外線硬化型樹脂を硬化させるための波長に対して光透過性の性質をもつものを使用すれば、樹脂を硬化させるための光照射を金型側から行なうことができて好都合である。耐熱ガラスとしては、パイレックス（登録商標）やネオセラム（登録商標）などを使用することができる。しかし、その光照射を金型凹部を被うように設ける基板側から行なう場合には金型の材質は特に限定されない。

本発明の樹脂硬化方法は、型に充填された光硬化性樹脂を露光・硬化させた後に再度樹脂を型に充填して露光・硬化させる樹脂硬させる工法を含んでいるので、収縮しろやランナー・ゲートが不要となることによって微細な３次元形状を型から高精度に転写することができ、安価に大量に生産することが可能になる。

第２工程における第１工程後の型と基板との剥離は、硬化した樹脂が型側に残留するように基板を剥離すれば、型側に残留した硬化樹脂表面に収縮部分が現れるが、型側を剥離した場合の硬化樹脂表面の凹凸に比べると平坦に近いものであるので、未硬化樹脂の追加充填を均一に行なうのが容易になる。

第２工程で追加充填される未硬化光硬化性樹脂と第１工程で封入される未硬化光硬化性樹脂とに同じものを使用ずれば、光硬化性樹脂を２回の工程で硬化させても物理的にも光学的にも特性の均一な素子を得ることができる。
また、第２工程で追加充填される未硬化光硬化性樹脂の粘度が第１工程で封入される未硬化光硬化性樹脂の粘度よりも低くなるように粘度の異なるものを使用すれば、型と基板との間を加圧して両者の間のギャップを調整するのが容易になる。

型として凹部以外の箇所に型と基板間のギャップを調整する凸部を有するもの、又は基板として型と基板間のギャップを調整する凸部を有するものを使用することによってもギャップの調整が容易になる。
本発明により得られる樹脂成型品は最終製品とすることができる。その場合の最終製品は、硬化した光硬化性樹脂が第２工程での露光時に存在する基板と一体化して残存したものである。
本発明により得られる樹脂成型品をドライエッチング工程によって基板に形状転写した加工品を最終製品とすることもできる。

その場合のドライエッチング工程として、経時的に選択比を変化させること及び／又はエッチングを途中で中止することによってエッチングの選択比を段階的又は連続的に変化させることによって、樹脂成型品の形状とは異なる形状を基板に転写することができ、この選択比の調整により形状の補正が可能となり、所望の形状に転写できるようになる。

以下、本発明の樹脂硬化方法を用いた実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
概略フロー図を図１に示し、工程を図２と図３に示す。説明は図中の工程（Ａ）〜（Ｉ）に対応させて行なう。

（Ａ）まず、型３１を製作する。型３１には転写される形状３２の他に転写時に型３１と型凹部を覆う基板とのギャップを調整するスペーサ３３が形成されている。しかし、転写形状３２自体がギャップスペーサとなる場合には、スペーサ３３は省略することもできる。

（Ｂ）続いて、型３１と型凹部を覆うダミー基板４１をＵＶ硬化樹脂４２を介して面合わせし、加圧する。樹脂量は型凹部を充分に満たすことができる量とし、加圧時には樹脂４２は型凹部からオーバーフローすることとなる。ダミー基板４１は製品には含まれない基板であり、製品製造の途中工程でのみ使用する基板である。

このとき、樹脂４２と接触する側の型３１表面は清浄な状態とし、また、樹脂４２と接触する側のダミー基板４１表面には離型処理を実施することにより、基板４１の樹脂４２に対する接着強度を、型３１と樹脂４２との間の接着強度よりも低下させておく。そのような離型処理の一例は基板４１の表面をフッ素化することであり、例えばフッ素化のためのプラズマ処理や、フッ素系の表面剥離液塗付などを用いることができる。

（Ｃ）型３１の非パターン部（平面部）と基板４１が密着するまで加圧する。この加圧によって転写形状の平面度を確保することができる。密着の判断は型３１と基板４１の間の距離寸法測定、又は型３１と基板４１間に発生する干渉縞の観察によって判断することができる。型３１と基板４１が密着した状態のものを符号４３で表わしている。

（Ｄ）ＵＶ光５０の露光による樹脂硬化を実施する。露光は、図４に示すように、均一な照度分布で照射が可能なＵＶ光源５１を用いて、基板４１側からＵＶ光を照射する。
この樹脂硬化において、密着強度が相対的に弱くなるように離型処理の施されている基板４１側にヒケ６１が集中して発生する。

（Ｅ）樹脂硬化後、型３１と基板４１との間を剥離したとき、硬化した樹脂４２は相対的に密着強度の強い型３１側に残留し、型３１の転写パターン部が樹脂４２で充填された状態の型を符号７１で示している。

（Ｆ）続いて、形状転写基板８１と型７１をＵＶ硬化樹脂８２を介して面あわせし、加圧する。
形状転写基板８１は製品になったときに残存する基板であり、硬化し成型された樹脂が基板８１側に残留するように、基板８１の表面で樹脂と接触する側の面には接着強度向上のためにシランカップリング剤処理等のプライマー処理を施しておく。プライマー処理により硬化後の樹脂と基板８１との接着強度が樹脂と型３１との接着強度よりも強くなる。
このとき、形状転写基板８１にスペーサとなる凸部８４を設けることにより、次工程の加圧時の樹脂流動性を向上させつつ樹脂厚制御を容易にすることができる。

ＵＶ硬化樹脂８２は、初めに硬化させた樹脂４３と同一樹脂にすることにより、均質な樹脂層を得ることができる。このとき、樹脂８２としては、低粘度、例えば硬化前の樹脂４３よりも低粘度のものを選択することにより、次工程の加圧による樹脂厚制御を容易にすることができる。

（Ｇ）再度、型７１の非パターン部（平面部）と基板８１が密着するまで加圧することによって転写形状の平面度を確保する。前工程同様、密着の判断は型７１と基板８１の間の距離寸法測定、又は型７１と基板８１間に発生する干渉縞の観察によって判断する。
この再度の樹脂充填によって、工程（Ｄ）で基板４１と樹脂４２の間に発生したヒケ６１の空間に相当する部分は２度目に塗布された樹脂８２で充填されて空間のない樹脂形状８３となる。

再度ＵＶ露光による樹脂硬化を実施する。工程（Ｄ）と同様に、図４に示すようなＵＶ光源５１を用いて基板８１側からＵＶ光を照射する。この工程でも、理論上は樹脂硬化時の体積収縮は発生するものの、充填された未硬化樹脂量が極めて微量なため、ヒケとして認識できるレベルには至らない。

（Ｈ）型３１と基板８１を剥離すると、相対的に密着強度が強くなるようにプライマー処理された基板８１側に形状転写された樹脂８３が接着され、精密に型形状が転写された基板９１となる。

（Ｉ）この基板９１のままで基板８１上の樹脂レンズや微細形状部品とすることもできる。
また、樹脂８３の形状をドライエッチングにより基板８１へ形状転写して製品とすることもできる。
型は洗浄後、繰り返して使用することができる。

以下に、さらに具体的な実施例としてガラス製マイクロレンズの製作例を図５と図６により説明する。図５は断面図により示したもの、図６は斜視図により示したものである。図中の工程（Ａ）〜（Ｇ）に対応させて説明する。

（Ａ）金型の製作
超精密形状の創製方法として、無酸素銅金属材料の表面に所望の微細凹凸形状を超精密切削加工機で製作した。本実施例では、超精密切削装置で直径１.０ｍｍ、深さ１６０μｍの凹形状をピッチ１.５ｍｍで５行５列に２５個配置された型１０１を製作した。

（Ｂ）ダミー基板による成型
（Ｂ−１）ダミー基板１０２の離型処理
基板１０２表面に離型処理方法を施す。離型処理はダミー基板１０２の表面にフッ素化のためのプラズマ処理を施してもよいし、フッ素系の表面剥離液を塗付してもよい。

（Ｂ−２）ＵＶ硬化型樹脂の塗付
ＵＶ硬化型樹脂１０３として、ＵＶ硬化型接着剤（協立化学株式会社の製品８７４０）を定量塗付装置（ディスペンサー）にて型１０１の各凹形状の直上に０.０２ｇづつ塗付する（塗布総量は、０.５ｇ）。この樹脂１０３は粘度が１０００ｃｐであり、この粘度であれば重力によって金型上に広がっていく。
また、この樹脂１０３としては、後工程での離型性を考慮して比較的接着強度の弱いものを選定した。

（Ｂ−３）面合わせ
型１０１上に樹脂１０３が塗布された状態で、基板１０２をその離型処理が施された面が樹脂１０３と接触するようにゆっくりと乗せる。このとき樹脂１０３の表面に気泡を巻き込まないように注意して面合せする。

（Ｂ−４）加圧
面合せ終了後に、別に準備した加圧装置にて金型１０１及び基板１０２表面に平行になるように加圧する。この際、金型１０１表面と基板１０２表面間に発生する干渉縞を観察しながら加圧する。樹脂層１０３の厚さは、加圧装置の外周部に配置したマイクロメータによって定量的に測定する。最終的には金型１０１表面と基板１０２表面間の干渉縞が観察できなくなるまで加圧（可視光波長以下）し、密着させた。

（Ｂ−５）露光
メタルハライドランプ：照度＝１００ｍＷの平行光で基板１０２側から５分間照射し、樹脂１０３硬化を実施した。

（Ｃ）離型
次いで、金型１０１と基板１０２の間に専用治具を挟みこんで剥離した。基板１０２側にはあらかじめ離型処理を施しているため、型１０１と基板１０２は容易に剥離することができ、型１０１には硬化樹脂１０４が充填された状態で取り出すことができた。この状態の型１０６の硬化樹脂表面には樹脂収縮１０５が発生している。

（Ｄ）形状転写基板への樹脂接着
（Ｄ−１）形状転写基板のスペーサ加工
本実施例では、形状転写基板１０７としてガラス基板（コーニング７０５９）を使用した。そのガラス基板上にフォトレジスト（感光性材料）を塗布してフォトリソグラフィー工程を行ない、直径５０μｍの円形レジストパターンをレンズ形成領域ではピッチ１.５ｍｍでレンズ間に配置されるように２次元的に配列し、基板外周部にも適当な間隔で配置されるように形成した。
続いてＲＩＥ（反応性イオンエッチング）ドライエッチング装置に設置し、ＣＦ₄：３０ｓｃｃｍ、Ａｒ：５ｓｃｃｍ、ＣＨＦ₃：５ｓｃｃｍの条件下でドライエッチングしてスペーサ１１１を形成した。スペーサ１１１は直径５０μｍ、高さ１μｍであり、レンズ間と基板外周部に配置されている。

（Ｄ−２）形状転写基板の前処理
ＵＶ硬化型樹脂とガラス基板の密着性を向上させ接着強度を向上させるために、ガラス基板表面をシランカップリング処理（シラノール処理）した。
シランカップリング処理は次のように実施した。市販のカップリング処理剤を水に溶かし、表面処理した後、加熱硬化させる。その後、有機溶剤で洗浄し、カップリング材を基板上に１分子層だけ残す処理を行なう。

（Ｄ−３）ＵＶ硬化型樹脂の塗付
ＵＶ硬化型樹脂１０８としてＵＶ硬化型接着剤（東洋インキ株式会社の製品：ＵＶ硬化型接着剤４０１）を定量塗付装置（ディスペンサー）にて各凹形状の直上に０.００２ｇづつ塗付する（塗布総量は、０.０５ｇ）。この樹脂１０８の未硬化状態での粘度は７０ｃｐであり、低粘度の樹脂を選択することによって、後工程の加圧工程を容易なものとした。この樹脂１０８の未硬化状態での粘度は最初に塗布した樹脂１０３の未硬化状態での粘度よりも低い。

（Ｄ−４）面合わせ
樹脂１０８が充填された型１０６上に、樹脂１０８が塗布された状態で形状転写基板１０７を、そのシランカップリング処理した面が樹脂１０８側になるように向けてゆっくりと乗せる。このとき接着剤表面に気泡を巻き込まないように注意して面合せする。

（Ｄ−５）加圧
上記工程（Ｂ−４）と同装置を用いて加圧し、型１０１と形状転写基板１０７を密着させた。

（Ｄ−６）露光
メタルハライドランプ（照度：１００ｍＷ）の平行光を形状転写基板１０７側から５分間照射し、樹脂１０８の硬化を実施した。

（Ｅ）離型
金型１０１と形状転写基板１０７の間に専用治具を挟みこみ剥離した。形状転写基板１０７側にはあらかじめ接着強度を向上させるためのシランカップリング処理を施しているため、樹脂は型１０１から離型され、形状転写基板１０７側に精密に形状転写された樹脂１０９が接着された状態で取り出すことができた。

（Ｆ）エッチング転写
上記方法で製作した光学素子（凸形状の樹脂１０９がガラス基板１０７表面に製作されている）をＲＩＥドライエッチング装置に設置し、ＣＦ₄：３０ｓｃｃｍ、Ａｒ：５ｓｃｃｍ、ＣＨＦ₃：５ｓｃｃｍの条件下でドライエッチングして樹脂１０９の形状を形状転写基板１０７に転写した。その結果、直径１.０ｍｍ、深さ１４０μｍの凸形状レンズ１１０を製作できた。

（Ｇ）切断
上記マイクロレンズ１１０をダイシングソーを用いて個別に切り出し、マイクロレンズ１１０ａが製作できた。

（型洗浄）
上記工程で使用した金型１０１は、再利用のために有機洗浄液と超音波洗浄機を組み合わせた専用洗浄機で洗浄する。

以下に、石英基板に樹脂製レンズを接合したハイブリッドマイクロレンズアレイの製作例を述べる。
図７に概略図を示す。図中の工程（ａ）〜（ｅ）に対応させて説明する。

（ａ）金型の製作
ガラス基板上にフォトレジストを塗付してフォトリソグラフィー工程を行ない、所望の径を有する円形の抜きパターンをピッチ１８μｍで６００×８００個配列した。そのフォトレジストパターンをマスクにして、各円型抜き部を球面凹形状にウェットエッチングし、ガラス基板にピッチ１８μｍ、深さ８μｍ、６００×８００個配列の凹レンズアレイ１１２を製作して型とした。また、この配列はガラス基板内に３×４個配列され、計１２個のレンズアレイ型１１１となる。
レンズ形成領域外は１０ｍｍ間隔で直径５０μｍ、高さ８μｍの凸部１１３をスペーサとして残した。１１４はレンズアレイ周辺に隆起した高さ８μｍの土手部である。凸部１１３と土手部１１４も上記凹部１１２と同工程で形成した。

（ｂ）ダミー基板による成型
（ｂ−１）ダミー基板の離型処理
ダミー基板１１６の表面に離型処理を施す。離型処理方法は、基板表面にフッ素化のためのプラズマ処理を施してもよいし、フッ素系の表面剥離液を塗付してもよい。

（ｂ−２）ＵＶ硬化型樹脂の塗付
ＵＶ硬化型樹脂１１５としてハイブリッドレンズ用樹脂（大日本インキ株式会社の製品）を定量塗付装置（ディスペンサー）を用いて基板中心に１００ｍｇ塗布した。

（ｂ−３）面合わせ
型１１１上にダミー基板１１６を、樹脂１１５が塗布された面を型１１１の方に向けてゆっくりと載せる。このとき、型１１１の凹部（レンズ部）は微細なパターンであるため、気泡を巻き込むことなく樹脂１１５を広げることができた。

（ｂ−４）加圧
面合せ終了後に、別に準備した加圧装置にて加圧する。型１１１とダミー基板１１６の密着部（接点）は各レンズアレイ領域外周の土手部分１１４と、レンズ形成領域外に形成したスペーサ１１３のみであり、接触面積が非常に小さいため、容易に型１１１とダミー基板１１６の密着・平行度の維持ができる。

（ｂ−５）露光
メタルハライドランプ（照度：１００ｍＷ）の平行光でダミー基板１１６側から３０秒間照射し、樹脂１１５の硬化を実施した。

（ｂ−６）離型
次いで、離型治具を用いて型１１１からダミー基板１１６を剥離した。ダミー基板１１６には、あらかじめ離型処理をしているため、容易に剥離することができ、型１１１には硬化樹脂が充填された状態で取り出すことができた。このとき樹脂収縮は型表面（開放）側に発生した。

（ｃ）形状転写基板への樹脂成型
（ｃ−１）形状転写基板前処理
本実施例では、形状転写基板１１７として石英ガラスを使用した。ＵＶ硬化型樹脂とガラス基板の密着性と接着力を向上させるために、ガラス基板表面をシランカップリング処理（シラノール処理）した。シランカップリング処理は、実施例１の工程（Ｄ−１）と同様に、市販のカップリング処理剤を水に溶かし、表面処理した後、加熱硬化させた後、有機溶剤で洗浄し、カップリング材を基板上に１分子層だけ残すように行なった。

（ｃ−２）ＵＶ硬化型樹脂の塗付・面あわせ・硬化
本実施例の工程（ｂ−２）で用いたのと同じＵＶ硬化型樹脂を用い、本実施例の工程（ｂ−２）から（ｂ−４）と同様にして塗布〜加圧工程を実施した。

（ｃ−３）露光
メタルハライドランプ（照度：１００ｍＷ）の平行光を形状転写基板１１７から５分間照射し、樹脂の硬化を実施した。

（ｃ−４）離型
離型治具を用いて型１１１と形状転写基板１１７を互いに剥離した。形状転写基板１１７にはあらかじめ接着強度向上のためのシランカップリング処理を施しているため、樹脂は型１１１から離型され、形状転写基板１１７側にピッチ１８μｍ、高さ８μｍの６００×８００配列マイクロレンズアレイが１２個形成された。

（ｄ）カバーガラス接着
形状転写基板１１７上に形成されたマイクロレンズアレイに対して石英のカバーガラス１１８を接着した。

（ｅ）切断
カバーガラス１１８の接着後、ダイシングソーを用いて１２個のレンズアレイチップ１１９を切り出した。
複数の樹脂層をもつレンズとなるが、レンズ層を同一樹脂による２層構造としたため、物理的、光学的特性には問題のないマイクロレンズアレイを製作できた。

本発明の製造方法は、表面に微細加工を施すことによって、光学的機能、機械的機能又は物理的機能を発現する製品の製造に利用することができる。このような微細加工は、例えばＭＬＡ（マイクロレンズアレイ）、回折光学素子、偏向光学素子、屈折光学系素子、複屈折光学素子、光ファイバー系光学素子、ビームスプリッター等の光学素子の製造に利用するのに適する。

本発明の実施の形態を示すフローチャート図である。 （Ａ）から（Ｅ）は実施の形態の前半部を示す工程断面図である。 （Ｆ）から（Ｉ）は同実施の形態の後半部を示す工程断面図である。 ＵＶ露光装置を用いた露光工程の例を示す概略正面図である。 マイクロレンズを製作する第１の実施例を示す工程断面図である。 同実施例を示す工程斜視図である。 マイクロレンズアレイを製作する第２の実施例を示す工程断面図である。 樹脂硬化にともなう収縮を示す工程断面図である。 樹脂収縮吸収用樹脂層を設けた従来の対策を示す断面図である。 樹脂収縮吸収用樹脂層の効果を示す工程断面図である。

符号の説明

３１ 型
３２ 転写される形状
３３ ギャップ調整用スペーサ
４１，１０２，１１６ ダミー基板
４２，８２，１０３ ＵＶ硬化型樹脂
４３ 型と基板でＵＶ硬化樹脂を封入し加圧された状態
５１ ＵＶ光源
６１ ヒケ
７１ 硬化樹脂が充填された型
８１，１０７，１１７ 形状転写基板
８３，１０８ 追加充填されたＵＶ硬化型樹脂
９１ 精密に形状転写された樹脂と一体化した形状転写基板
１０１ マイクロレンズ型
１０４ 型に充填された硬化樹脂
１０５ 樹脂収縮（ヒケ）
１０６ 硬化樹脂が充填された型
１０９ 形状転写基板上に形状転写された樹脂
１１０ マイクロレンズ
１１１ ハイブリッドマイクロレンズ用型
１１２ 型の凹レンズアレイ部
１１３ 凸部（スペーサ）
１１４ レンズアレイ周辺土手部
１１５ ハイブリッドレンズ用ＵＶ硬化樹脂
１１８ カバーガラス
１１９ ハイブリッドマイクロレンズアレイ

Claims (13)

1. 型とその型の凹部を覆う基板との間に光硬化性樹脂を封入し露光して硬化させることにより型形状を光硬化性樹脂に転写し、その後型を硬化樹脂から剥離する樹脂硬化方法において、
   光硬化性樹脂の封入、露光及び硬化の工程は、
   型とその型の凹部を覆う基板との間に未硬化の光硬化性樹脂を封入し露光して、基板側にヒケを発生させ、型側にはヒケを発生させないように硬化させる第１工程と、
   前記第１工程の後、型と基板とを剥離し、第１工程での硬化による光硬化性樹脂の収縮部分に未硬化の光硬化性樹脂を追加充填して型とその型の凹部を覆う基板との間に光硬化性樹脂を封入した状態とし、再度露光して未硬化の光硬化性樹脂を硬化させる第２工程とを含んでいることを特徴とする樹脂硬化方法。
2. 前記第１工程での硬化後、前記第２工程での未硬化樹脂の追加充填前の型と基板との剥離は、硬化した樹脂が型側に残留するように基板を剥離し、未硬化樹脂の追加充填は型側に残留した硬化樹脂表面の収縮部分に行なう請求項１に記載の樹脂硬化方法。
3. 前記第１工程で存在している基板と光硬化性樹脂との密着強度が型と光硬化性樹脂との密着強度よりも弱くなるように、光硬化性樹脂と接触する基板表面に表面処理を施す請求項１又は２に記載の樹脂硬化方法。
4. 前記第２工程で存在している基板と光硬化性樹脂との密着強度が型と光硬化性樹脂との密着強度よりも強くなるように、光硬化性樹脂と接触する基板表面に表面処理を施す請求項１から３のいずれかに記載の樹脂硬化方法。
5. 前記第１工程で型の凹部を覆う基板は最終製品には使用されないダミー基板であり、前記第２工程で型の凹部を覆う基板は最終製品に使用される形状転写基板である請求項１から４のいずれかに記載の樹脂硬化方法。
6. 前記光硬化性樹脂は紫外線硬化型樹脂であり、前記露光のための照射光は紫外領域の光を含んでいる請求項１から５のいずれかに記載の樹脂硬化方法。
7. 前記第２工程で追加充填される未硬化光硬化性樹脂の粘度は、前記第１工程で封入される未硬化光硬化性樹脂の粘度よりも低い請求項１から６のいずれかに記載の樹脂硬化方法。
8. 前記型として凹部以外の箇所に型と基板間のギャップを調整する凸部を有するもの、又は前記基板として型と基板間のギャップを調整する凸部を有するものを使用する請求項１から７のいずれかに記載の樹脂硬化方法。
9. 前記型と基板と密着させる方向に加圧することにより、型と基板間のギャップを調整する請求項１から８のいずれかに記載の樹脂硬化方法。
10. 前記型としてゲート及びランナーが存在しないものを使用する請求項１から９のいずれかに記載の樹脂硬化方法。
11. 基板上に樹脂を硬化させて一体化する樹脂成型品の製造方法において、
    請求項１から１０のいずれかに記載の樹脂硬化方法を使用し、
    最終製品の樹脂成型品が前記第２工程での露光時に存在する基板と一体化して硬化し残存した光硬化性樹脂であることを特徴とする樹脂成型品の製造方法。
12. 請求項１から１０のいずれかに記載の樹脂硬化方法により樹脂成型品が基板と一体化して残存したものを製作した後、
    前記樹脂成型品をドライエッチング工程によって前記基板に形状転写する加工品の製造方法。
13. 前記ドライエッチング工程は、経時的に選択比を変化させること及び／又はエッチングを途中で中止することによって、前記樹脂成型品の形状とは異なる形状を前記基板に転写する請求項１２に記載の加工品の製造方法。
    

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