JP2010085625A - ３次元パターン形成体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】急峻なエッジ部を含み、かつ、滑らかな形状を有する３次元パターン領域を備えた３次元パターン形成体の製造方法を提供する。
【解決手段】基板上に、エッチングストップパターン２ａを形成する工程（ｄ）と、上記エッチングストップパターンを覆うように、フォトレジスト膜３を形成するフォトレジスト膜形成工程（ｅ）と、上記フォトレジスト膜に対して、グレースケール露光および現像を行うレジストパターン形成工程（ｆ）と、上記レジストパターンおよび上記基板をエッチングすることにより、上記基板に３次元パターン領域を形成するエッチング工程（ｇ）と、エッチングストップパターン除去工程（ｈ）とを有し、上記被処理部材のエッチングストップパターンの両側面における上記レジストパターンの膜厚のうち、より小さい方の膜厚が、上記レジストパターンの最大膜厚よりも小さいことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、急峻なエッジ部を含み、かつ、滑らかな形状を有する３次元パターン領域を備えた３次元パターン形成体を得ることができる３次元パターン形成体の製造方法に関する。

微細な３次元パターン領域を表面に有する３次元パターン形成体は、従来から種々の用途に用いられている。３次元パターン形成体の用途としては、例えば、ブレーズド回折格子およびホログラム等の光学素子、並びにナノインプリントモールド等を挙げることができる。このような３次元パターン領域の形成方法としては、例えば、多段エッチングにより、目的とする３次元パターン領域の形状を近似する方法等が知られている。しかしながら、多段エッチングを用いる方法では、滑らかな形状を得ることが困難であるという問題があった。

このような問題に対して、グレースケール露光を用いる方法が提案されている。例えば特許文献１の図３においては、まず基板上にパターニングされた透過率調整層を形成し、次に透過率調整層を覆うようにフォトレジスト膜を形成し、次にそのフォトレジスト膜に対してグレースケール露光を行うことで、滑らかな形状を有するレジストを形成し、最後に、ドライエッチング等により、基板表面に滑らかな形状を有する３次元パターン領域を形成する方法が開示されている。

特開２００７−１６５６７９号公報

しかしながら、従来のグレースケール露光を用いた方法には、以下のような問題がある。すなわち、グレースケール露光を行う場合は、所望の３次元パターン領域の形状を再現性良く表現するために、通常、低コントラストのフォトレジストが用いられるが、低コントラストのフォトレジストでは、急峻なエッジ部を含む３次元パターン領域を形成することが困難であるという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、急峻なエッジ部を含み、かつ、滑らかな形状を有する３次元パターン領域を備えた３次元パターン形成体を得ることができる３次元パターン形成体の製造方法を提供することを主目的とする。

上記課題を解決するために、本発明においては、基板上に、エッチングを防止するエッチングストップパターンを形成するエッチングストップパターン形成工程と、上記エッチングストップパターンを覆うように、フォトレジスト膜を形成するフォトレジスト膜形成工程と、上記フォトレジスト膜に対して、グレースケール露光および現像を行うことにより、レジストパターンを形成し、被処理部材を得るレジストパターン形成工程と、上記被処理部材のレジストパターン側から、上記レジストパターンおよび上記基板をエッチングすることにより、上記基板に３次元パターン領域を形成するエッチング工程と、上記３次元パターン領域が形成された基板から、上記エッチングストップパターンを除去するエッチングストップパターン除去工程とを有し、上記被処理部材のエッチングストップパターンの両側面における上記レジストパターンの膜厚のうち、より小さい方の膜厚が、上記レジストパターンの最大膜厚よりも小さいことを特徴とする３次元パターン形成体の製造方法を提供する。

本発明によれば、エッチングストップパターンを設け、かつ、グレースケール露光を用いて特定の形状を有するレジストパターンを形成することにより、急峻なエッジ部を含み、かつ、滑らかな形状を有する３次元パターン領域を備えた３次元パターン形成体を得ることができる。

上記発明においては、上記被処理部材のエッチングストップパターンの両側面における上記レジストパターンの膜厚のうち、より小さい方の膜厚と、上記レジストパターンの最大膜厚との差が、１００ｎｍ以上であることが好ましい。より急峻なエッジ部を形成することができるからである。

上記発明においては、上記被処理部材のエッチングストップパターンの両側面における上記レジストパターンの膜厚のうち、より小さい方の膜厚が、０であることが好ましい。より急峻なエッジ部を形成することができるからである。

上記発明においては、上記エッチングストップパターンが、Ｃｒ系材料からなるパターンであることが好ましい。エッチングストップパターンの形成が容易だからである。

上記発明においては、上記３次元パターン形成体が、ブレーズド回折格子、ホログラムまたはナノインプリントモールドであることが好ましい。各種部材の性能向上に大きく寄与できるからである。

また、本発明においては、３次元パターン領域を表面に有する基板からなる３次元パターン形成体であって、上記３次元パターン領域は、上記３次元パターン領域が形成されていない領域における基板平坦部と同じ表面を有する平坦部と、上記平坦部の一方の端部から、上記平坦部の平坦方向とは略垂直に、上記基板の内部方向に形成されたエッジ部と、連続的に深さが変化する連続的深さ変化部とを有し、かつ、上記エッジ部の深さが、２０００ｎｍ以下であることを特徴とする３次元パターン形成体を提供する。

本発明によれば、所定の深さを有する急峻なエッジ部を含み、かつ、滑らかな形状を有する３次元パターン領域を有するため、光学素子やナノインプリントモールドに有用な３次元パターン形成体とすることができる。

また、本発明においては、３次元パターン領域を表面に有する基板からなる３次元パターン形成体であって、上記３次元パターン領域は、上記３次元パターン領域が形成されていない領域における基板平坦部と同じ表面を有する平坦部と、上記平坦部の一方の端部から、上記平坦部の平坦方向とは略垂直に、上記基板の内部方向に形成されたエッジ部と、連続的に深さが変化する連続的深さ変化部とを有し、かつ、隣接する上記平坦部の距離が、５０μｍ以下であることを特徴とする３次元パターン形成体を提供する。

本発明によれば平坦部の距離が所定の範囲内にあり、急峻なエッジ部を含み、かつ、滑らかな形状を有する３次元パターン領域を有するため、光学素子やナノインプリントモールドに有用な３次元パターン形成体とすることができる。

上記発明においては、上記３次元パターン形成体が、ブレーズド回折格子、ホログラムまたはナノインプリントモールドであることが好ましい。各種部材の性能向上に大きく寄与できるからである。

本発明においては、急峻なエッジ部を含み、かつ、滑らかな形状を有する３次元パターン領域を備えた３次元パターン形成体を得ることができるという効果を奏する。

以下、本発明の３次元パターン形成体の製造方法、および３次元パターン形成体について、詳細に説明する。

Ａ．３次元パターン形成体の製造方法
まず、本発明の３次元パターン形成体の製造方法について説明する。本発明の３次元パターン形成体の製造方法は、基板上に、エッチングを防止するエッチングストップパターンを形成するエッチングストップパターン形成工程と、上記エッチングストップパターンを覆うように、フォトレジスト膜を形成するフォトレジスト膜形成工程と、上記フォトレジスト膜に対して、グレースケール露光および現像を行うことにより、レジストパターンを形成し、被処理部材を得るレジストパターン形成工程と、上記被処理部材のレジストパターン側から、上記レジストパターンおよび上記基板をエッチングすることにより、上記基板に３次元パターン領域を形成するエッチング工程と、上記３次元パターン領域が形成された基板から、上記エッチングストップパターンを除去するエッチングストップパターン除去工程とを有し、上記被処理部材のエッチングストップパターンの両側面における上記レジストパターンの膜厚のうち、より小さい方の膜厚が、上記レジストパターンの最大膜厚よりも小さいことを特徴とするものである。

本発明によれば、エッチングストップパターンを設け、かつ、グレースケール露光を用いて特定の形状を有するレジストパターンを形成することにより、急峻なエッジ部を含み、かつ、滑らかな形状を有する３次元パターン領域を備えた３次元パターン形成体を得ることができる。また、本発明によれば、急峻なエッジ部と、なだらかな部分とを有する３次元パターン領域を容易に形成できる。そのため、３次元パターン領域の設計自由度を高くすることができるという利点を有する。

図１は、本発明の３次元パターン形成体の製造方法の一例を示す概略断面図であり、より具体的には、ブレーズド回折格子の製造方法の一例を示すものである。図１に示される３次元パターン形成体の製造方法においては、まず、エッチングの対象となる基板１（例えば石英ガラス）を用意する（図１（ａ））。次に、基板１の表面上に、スパッタリング法等により、エッチングを防止するエッチングストップ膜２（例えばＣｒ膜）を形成する（図１（ｂ））。次に、エッチングストップ膜２上に電子線レジストを塗布し、電子線描画および現像を行うことにより、レジストパターン３ａを形成する（図１（ｃ））。次に、レジストパターン３ａから露出するエッチングストップ膜２に対して、ドライエッチング等を行うことにより、エッチングストップパターン２ａを形成する（図１（ｄ））。

次に、エッチングストップパターン２ａを覆うように、フォトレジスト膜３を形成する（図１（ｅ））。次に、フォトレジスト膜３に対して、グレースケール露光および現像を行い、所定の形状を有するレジストパターン３ａを形成し、被処理部材１０を形成する（図１（ｆ））。なお、この際に形成されるレジストパターン３ａの形状については、図２を用いて後で説明する。また、低コントラストのレジストを使用すると、なだらかな形状を有するレジストパターンが形成される。次に、被処理部材１０のレジストパターン３ａ側から、レジストパターン３ａおよび基板１に対して、ドライエッチング等でエッチバックすることにより、基板１に、急峻なエッジ部１４を有する３次元パターン領域４を形成する（図１（ｇ））。最後に、エッチングストップパターン２ａを除去することにより、３次元パターン形成体１１が得られる。

次に、本発明における被処理部材について説明する。本発明においては、被処理部材のエッチングストップパターンの両側面におけるレジストパターンの膜厚のうち、より小さい方の膜厚が、レジストパターンの最大膜厚よりも小さいことを特徴の一つとする。この特徴について図２を用いて説明する。図２（ａ）に示される被処理部材１０において、中央のエッチングストップパターン２ａは、側面Ａおよび側面Ｂを有している。ここで、側面Ａにおけるレジストパターン３ａの膜厚をｄ_Ａとし、側面Ｂにおけるレジストパターン３ａの膜厚をｄ_Ｂとし、レジストパターン３ａの最大膜厚をｄ_ＭＡＸとする。ここで、「レジストパターンの最大膜厚」とは、基板からレジストパターンの頂部まで高さをいい、エッチングストップパターンの厚みを考慮しないものとする。

図２（ａ）においては、エッチングストップパターン２ａの側面Ａ、Ｂにおけるレジストパターン３ａの膜厚のうち、より小さい方の膜厚ｄ_Ａが、レジストパターン３ａの最大膜厚ｄ_ＭＡＸよりも小さい。このような被処理基板１０に対して、レジストパターン３ａの最大膜厚の部分が消失する程度まで、基板１のエッチングを行うことにより、図２（ｂ）に示すように、側面Ａの直下に、急峻なエッジ部１４を含む３次元パターン領域を形成することができる。

一方、本発明における被処理部材には、被処理部材のエッチングストップパターンの両側面におけるレジストパターンの膜厚が同一であって、その膜厚がレジストパターンの最大膜厚であるものは含まれない。具体的には、図３（ａ）に示すように、被処理部材１０のエッチングストップパターン２ａの側面Ａ、Ｂにおけるレジストパターン３ａの膜厚が同一であって、その膜厚ｄ_Ａ、ｄ_Ｂがレジストパターン３ａの最大膜厚ｄ_ＭＡＸであるものは、本発明における被処理部材１０には含まれない。このような被処理基板１０に対して、レジストパターン３ａの最大膜厚の部分が消失する程度まで、基板１のエッチングを行ったとしても、図３（ｂ）に示すように、急峻なエッジ部を含む３次元パターン領域を形成することができないからである。そのため、上述した特許文献１の図３（ｅ）に記載された被処理部材は、本発明における被処理部材には該当しない。
以下、本発明の３次元パターン形成体の製造方法について、工程毎に説明する。

１．エッチングストップパターン形成工程
本発明におけるエッチングストップパターン形成工程は、基板上に、エッチングを防止するエッチングストップパターンを形成する工程である（図１（ａ）〜図１（ｄ）参照）。

（１）基板
本発明に用いられる基板は、エッチングにより３次元パターン領域を形成可能なものであれば特に限定されるものではなく、３次元パターン形成体の用途に応じて適宜選択することが好ましい。例えば、目的とする３次元パターン形成体が、ブレーズド回折格子およびホログラム等の光学素子、並びに光ナノインプリントモールド等である場合は、基板が透明基板であることが好ましい。このような透明基板としては、石英ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス、青板ガラス、ソーダガラスおよびＢＫ−７等からなるものを挙げることができる。一方、目的とする３次元パターン形成体が、熱ナノインプリントモールド等である場合、基板は必ずしも透明基板である必要はなく、金属基板等を用いることができる。このような金属基板としては、例えばＳｉ（シリコン）、Ｎｉ（ニッケル）、酸化アルミニウム（サファイア）、Ｃｏ（コバルト）、Ａｕ（金）、ＳｉＣ（炭化シリコン）、ＩｎＰ（リン化インジウム）等からなるものを挙げることができる。

上記基板の厚みは、３次元パターン形成体の用途に応じて異なるものであるが、０．２ｍｍ〜３０ｍｍの範囲内であることが好ましく、０．５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内であることがより好ましく、０．６ｍｍ〜７ｍｍの範囲内であることがさらに好ましい。

（２）エッチングストップパターン
本発明に用いられるエッチングパターンは、上述した基板上に設けられるものである。エッチングストップパターンの材料としては、後述するエッチング工程でのエッチングを抑制することができる材料であれば特に限定されるものではない。また、エッチングストップパターンの材料は、遮光性を有する材料であっても良く、遮光性を有しない材料であっても良い。エッチングストップパターンの材料としては、例えば金属材料が好ましい。エッチングストップパターンの形成が容易だからである。上記金属材料の一例としては、Ｃｒ系材料を挙げることができる。さらに、Ｃｒ系材料としては、例えばクロム、酸化クロム、酸化窒化クロム、クロム酸化窒化等を挙げることができる。また、上記金属材料の他の例としては、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔａ（タンタル）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、ＴａＳｉおよびＭｏＳｉ等を挙げることができる。また、これらの酸化物や窒化物であっても良い。

上記エッチングストップパターンの厚みとしては、目的とする３次元パターン領域の形状によって異なるものであるが、１０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内であることが好ましく、３０ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲内であることがより好ましく、５０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であることがさらに好ましい。なお、エッチングストップパターンの形状は、特に限定されるものではなく、目的とする３次元パターン領域の形状に応じて適宜選択することが好ましい。

（３）エッチングストップパターンの形成方法
本発明におけるエッチングストップパターンの形成方法は、所望のエッチングストップパターンを得ることができる方法であれば特に限定されるものではない。エッチングストップパターンの形成方法の一例としては、まず、スパッタリング法等により基板の表面上にエッチングストップ膜を形成し、次に、エッチングストップ膜上に電子線レジストを塗布して電子線レジスト膜を形成し、次に、所定の条件で電子線描画および現像を行うことで電子線レジストパターンを形成し、最後に、電子線レジストパターンから露出するエッチングストップ膜に対してドライエッチング等を行う方法等を挙げることができる。ドライエッチング法を用いる場合、エッチングストップ膜の材料に応じてエッチングガスの種類を選択することが好ましい。例えば、エッチングストップ膜の材料がＣｒ系材料である場合、塩素、四塩化炭素、トリクロロメタン等の塩素源になるガスと、酸素、炭酸ガス、アルコール等の酸素源になるガスとを混合したエッチングガスを用いることができる。

２．フォトレジスト膜形成工程
次に、本発明におけるフォトレジスト膜形成工程について説明する。本発明におけるフォトレジスト膜形成工程は、上記エッチングストップパターンを覆うように、フォトレジスト膜を形成する工程である（図１（ｅ）参照）。

フォトレジスト膜を構成するフォトレジスト材料としては、一般的なフォトリソグラフィー法に用いられるものを用いることができ、特に限定されるものではない。また、フォトレジスト材料はポジ型レジストであっても良く、ネガ型レジストであっても良い。また、本発明においては、フォトレジスト材料が、電子線レジスト材料であっても良い。

また、本発明に用いられるフォトレジスト材料は、低コントラストなレジスト材料であることが好ましい。従来、低コントラストなレジスト材料を用いた場合は、急峻なエッジ部を含む３次元パターン領域を形成することは困難であったが、本発明のように、エッチングストップパターンを設けることにより、低コントラストなレジスト材料であっても、急峻なエッジ部を含む３次元パターン領域を形成することができるからである。

フォトレジスト膜の膜厚としては、目的とする３次元パターン領域の形状によって異なるものであるが、１００ｎｍ〜５０００ｎｍの範囲内であることが好ましく、３００ｎｍ〜３０００ｎｍの範囲内であることがより好ましく、５００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内であることがさらに好ましい。

また、フォトレジスト膜を形成する方法としては、例えばスピンコート法、ディップコート法およびスプレーコート法等を挙げることができる。

３．レジストパターン形成工程
次に、本発明におけるレジストパターン形成工程について説明する。本発明におけるレジストパターン形成工程は、上記フォトレジスト膜に対して、グレースケール露光および現像を行うことにより、レジストパターンを形成し、被処理部材を得る工程である（図１（ｆ）参照）。

さらに、本発明においては、被処理部材のエッチングストップパターンの両側面におけるレジストパターンの膜厚のうち、より小さい方の膜厚が、レジストパターンの最大膜厚よりも小さいことを特徴の一つとする。すなわち、グレースケール露光および現像を行うことにより、このような形状を有するレジストパターンを形成する。

被処理部材のエッチングストップパターンの両側面におけるレジストパターンの膜厚のうち、より小さい方の膜厚と、レジストパターンの最大膜厚とに差が存在すれば、より小さい方の膜厚を有する側面においては、急峻なエッジ部が形成される。中でも、両者の膜厚の差は、１００ｎｍ以上であることが好ましく、３００ｎｍ以上であることがより好ましく、５００ｎｍ以上であることがさらに好ましい。より急峻なエッジ部を形成することができるからである。一方、両者の膜厚の差は、２０００ｎｍ以下であることが好ましく、１５００ｎｍ以下であることがより好ましく、１０００ｎｍ以下であることがさらに好ましい。

また、被処理部材のエッチングストップパターンの両側面におけるレジストパターンの膜厚のうち、より小さい方の膜厚は、０であっても良い。より急峻なエッジ部を形成することができるからである。このような状態のレジストパターンとしては、例えば図４（ａ）に示すように、レジストパターン３ａの端部が、エッチングストップパターン２ａの側面Ａの底部で接しているもの、および、図４（ｂ）に示すように、レジストパターン３ａの端部が、エッチングストップパターン２ａの側面Ａと接していないもの等を挙げることができる。

また、レジストパターンの最大膜厚は、１００ｎｍ〜５０００ｎｍの範囲内であることが好ましく、３００ｎｍ〜３０００ｎｍの範囲内であることがより好ましく、５００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内であることがさらに好ましい。

レジストパターンの形状は、３次元パターン形成体の用途に応じて異なるものであり、特に限定されるものではない。例えば、３次元パターン形成体がブレーズド回折格子である場合は、図５に示すように、レジストパターン３ａの一方の端部が、第一エッチングストップパターン２１の頂部表面に位置し、レジストパターン３ａの他方の端部が、第一エッチングストップパターン２１に隣接する第二エッチングストップパターン２２の側面近傍に位置し、かつ、レジストパターン３ａの最大膜厚部位が、平面視上、第一エッチングストップパターン２１の頂部に形成されているもの等を挙げることができる。この場合、第一エッチングストップパターン２１の頂部表面に位置するレジストパターン３ａの端部から最大膜厚部位に向けて急激に膜厚が増加し、最大膜厚部位から第二エッチングストップパターン２２の側面近傍に向けてなだらかに膜厚が減少する。また、レジストパターン３ａは、グレースケール露光により形成されたものであるため、凹凸の少ない滑らかな形状を有している。

本発明における、グレースケール露光および現像の条件は、上述した形状のレジストパターンが得られるように、適宜設定することが好ましい。

４．エッチング工程
次に、本発明におけるエッチング工程について説明する。本発明におけるエッチング工程は、上記被処理部材のレジストパターン側から、上記レジストパターンおよび上記基板をエッチングすることにより、上記基板に３次元パターン領域を形成する工程である（図１（ｇ）参照）。通常は、少なくともレジストパターンの最大膜厚部位が完全に消失する程度までエッチングを行う（エッチバックを行う）。

レジストパターンおよび基板をエッチングする方法としては、例えばドライエッチング法およびウェットエッチング法等を挙げることができ、中でもドライエッチング法が好ましい。ドライエッチング法を用いる場合、基板の材料に応じて、エッチングガスの種類を選択することが好ましい。例えば、基板が石英ガラスである場合、ＣＦ_４ガス、ＣＨＦ₃ガス、ＳＦ₆ガス等をエッチングガスとしてを用いることができる。

５．エッチングストップパターン除去工程
次に、本発明におけるエッチングストップパターン除去工程について説明する。本発明におけるエッチングストップパターン除去工程は、上記３次元パターン領域が形成された基板から、上記エッチングストップパターンを除去する工程である（図１（ｈ）参照）。

エッチングストップパターンを除去する方法は、形成された３次元パターン領域の寸法や光学特性に影響を与えない方法が好ましい。エッチングストップパターンを除去する方法としては、例えばウェットエッチング法およびドライエッチング法等を挙げることができ、中でもウェットエッチング法が好ましい。ウェットエッチング法を用いる場合、エッチングストップパターンの材料に応じてエッチング液の種類を選択することが好ましい。エッチングストップパターンの材料がＣｒ系材料である場合、例えば硝酸セリウム系エッチング液を用いることができる。硝酸セリウム系エッチング液としては、具体的には、硝酸第二セリウムアンモニウムおよび過塩素酸を含むエッチング液等を挙げることができる。

６．３次元パターン形成体
本発明により得られる３次元パターン形成体は、３次元パターン領域を表面に有する基板からなるものである。３次元パターン形成体の用途としては、特に限定されるものではないが、例えば、ブレーズド回折格子およびホログラム等の光学素子、並びにナノインプリントモールド等を挙げることができる。

Ｂ．３次元パターン形成体
次に、本発明の３次元パターン形成体について説明する。本発明の３次元パターン形成体は、２つの実施態様に大別することができる。以下、本発明の３次元パターン形成体について、第一実施態様および第二実施態様に分けて説明する。

１．第一実施態様
第一実施態様の３次元パターン形成体は、３次元パターン領域を表面に有する基板からなる３次元パターン形成体であって、上記３次元パターン領域は、上記３次元パターン領域が形成されていない領域における基板平坦部と同じ表面を有する平坦部と、上記平坦部の一方の端部から、上記平坦部の平坦方向とは略垂直に、上記基板の内部方向に形成されたエッジ部と、連続的に深さが変化する連続的深さ変化部とを有し、かつ、上記エッジ部の深さが、２０００ｎｍ以下であることを特徴とするものである。

第一実施態様によれば、所定の深さを有する急峻なエッジ部を含み、かつ、滑らかな形状を有する３次元パターン領域を有するため、光学素子やナノインプリントモールドに有用な３次元パターン形成体とすることができる。

図６は、第一実施態様の３次元パターン形成体の一例を示す概略断面図である。図６に示される３次元パターン形成体１１は、３次元パターン領域４を表面に有する基板１からなるものである。さらに、３次元パターン領域４は、３次元パターン領域４が形成されていない領域５における基板平坦部１２と同じ表面を有する平坦部１３と、平坦部１３の一方の端部から、平坦部１３の平坦方向Ａとは略垂直に、基板１の内部方向に形成されたエッジ部１４と、連続的に深さが変化する連続的深さ変化部１５とを有する。また、第一実施態様の３次元パターン形成体は、エッジ部１４の深さＸが、特定の範囲にあることを特徴の一つとする。

第一実施態様の３次元パターン形成体は、上述したように、エッジ部の深さが、２０００ｎｍ以下であることを特徴とする。中でも、エッジ部の深さは、１５００ｎｍ以下であることが好ましく、１００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内にあることがより好ましい。上記範囲の深さを有するエッジ部は、通常、機械的切削では形成することができないものである。また、上記範囲の深さを有するため、微細な３次元パターン領域となる。

また、上記エッジ部は、平坦部の平坦方向とは略垂直の基板内部方向に形成される。平坦部とエッジ部とのなす角度（図６における角度α）は、例えば７０°〜９０°の範囲内であることが好ましく、中でも８０°〜９０°の範囲内であることがより好ましい。

また、平坦部と、連続的深さ変化部とのなす角度（図６における角度β）は、例えば０°より大きく、かつ、６０°以下の範囲内であることが好ましく、中でも０°より大きく、かつ、４０°以下の範囲内であることがより好ましい。

また、第一実施態様の３次元パターン形成体は、少なくとも連続的に深さが変化する連続的深さ変化部を有する。このような滑らかな部分は、従来の多段エッチング法等を用いた場合は形成が困難なものである。連続的深さ変化部は、例えば、上述した「Ａ．３次元パターン形成体の製造方法」に記載したグレースケール露光を用いることにより、形成することができる。

なお、第一実施態様の３次元パターン形成体を構成する基板の種類等については、上述した「Ａ．３次元パターン形成体の製造方法」に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。また、第一実施態様の３次元パターン形成体の用途としては、特に限定されるものではないが、例えば、ブレーズド回折格子およびホログラム等の光学素子、並びにナノインプリントモールド等を挙げることができる。

２．第二実施態様
次に、本発明の第二実施態様の３次元パターン形成体について説明する。第二実施態様の３次元パターン形成体は、３次元パターン領域を表面に有する基板からなる３次元パターン形成体であって、上記３次元パターン領域は、上記３次元パターン領域が形成されていない領域における基板平坦部と同じ表面を有する平坦部と、上記平坦部の一方の端部から、上記平坦部の平坦方向とは略垂直に、上記基板の内部方向に形成されたエッジ部と、連続的に深さが変化する連続的深さ変化部とを有し、かつ、隣接する上記平坦部の距離が、５０μｍ以下であることを特徴とするものである。

第二実施態様によれば、平坦部の距離が所定の範囲内にあり、急峻なエッジ部を含み、かつ、滑らかな形状を有する３次元パターン領域を有するため、光学素子やナノインプリントモールドに有用な３次元パターン形成体とすることができる。

図７は、第二実施態様の３次元パターン形成体の一例を示す概略断面図である。図７に示される３次元パターン形成体１１は、３次元パターン領域４を表面に有する基板１からなるものである。さらに、３次元パターン領域４は、３次元パターン領域４が形成されていない領域５における基板平坦部１２と同じ表面を有する平坦部１３と、平坦部１３の一方の端部から、平坦部１３の平坦方向Ａとは略垂直に、基板１の内部方向に形成されたエッジ部１４と、連続的に深さが変化する連続的深さ変化部１５とを有する。また、第二実施態様の３次元パターン形成体は、隣接する平坦部１３の距離が、特定の範囲にあることを特徴の一つとする。

第二実施態様の３次元パターン形成体は、上述したように、隣接する平坦部の距離が、５０μｍ以下であることを特徴とする。中でも、隣接する平坦部の距離は、１０μｍ以下であることが好ましく、５００ｎｍ〜５０００ｎｍの範囲内にあることがより好ましい。上記範囲の距離を有するエッジ部は、通常、機械的切削では形成することができないものである。また、上記範囲の距離を有するため、微細な３次元パターン領域となる。

また、第二実施態様の３次元パターン形成体は、上述した「１．第一実施態様」に記載したエッジ部の深さを有するものであっても良い。なお、その他の事項についても、上述した「１．第一実施態様」に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と、実質的に同一の構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる場合であっても本発明の技術的範囲に包含される。

以下、実施例を用いて、本発明をさらに具体的に説明する。
［実施例］
旭硝子製合成石英基板（以下Ｑｚと称する。）に対して、スパッタリング法により厚さ１００ｎｍのＣｒ膜を成膜した（図１（ａ））。次に、そのＣｒ膜の上に電子線レジスト富士フィルムアーチ製ＦＥＰレジストを塗布し（図１（ｂ））、電子線描画機で描画し、現像を行い、レジストパターンを形成した（図１（ｃ））。次に、レジストパターンから露出するＣｒ膜をドライエッチングし、Ｃｒ膜のエッチングストップパターンを形成した（図１（ｄ））。

次に、富士フィルムアーチ製「ＭＦＲ４０１Ｌ」レジストを１μｍの厚さで塗布した（図１（ｅ））。次に、レーザー描画機で描画位置をアライメントし、所望位置にグレースケール露光を行い、その後現像を行うことで、レジストパターンを形成し、被処理部材を得た（図１（ｆ））。次に、ドライエッチング装置（ＣＦ_４ガスを使用）にて、レジストパターン側から、レジストパターンおよびＱｚをエッチング（エッチバック）した（図１（ｇ））。最後に、エッチングストップパターンを、インクテック製の硝酸第二セリウムアンモニウムを用いてウェットエッチングし除去した。これにより、３次元パターン形成体を得た（図１（ｈ））。得られた３次元パターン形成体には、急峻なエッジ部が形成され、そのエッジ部の深さは、６００ｎｍであった。また、エッジ部以外の３次元パターン領域（連続的深さ変化部）の形状も滑らかであった。

本発明の３次元パターン形成体の製造方法の一例を示す概略断面図である。 本発明における被処理部材を説明する概略断面図である。 従来の被処理部材を説明する概略断面図である。 本発明における被処理部材を説明する概略断面図である。 本発明における被処理部材を説明する概略断面図である。 本発明の３次元パターン形成体の一例を示す概略断面図である。 本発明の３次元パターン形成体の他の例を示す概略断面図である。

符号の説明

１ … 基板
２ … エッチングストップ膜
２ａ … エッチングストップパターン
３ … フォトレジスト膜
３ａ … レジストパターン
４ … ３次元パターン領域
１０ … 被処理基板
１１ … ３次元パターン形成体
１２ … 基板平坦部
１３ … 平坦部
１４ … エッジ部

Claims (8)

1. 基板上に、エッチングを防止するエッチングストップパターンを形成するエッチングストップパターン形成工程と、
   前記エッチングストップパターンを覆うように、フォトレジスト膜を形成するフォトレジスト膜形成工程と、
   前記フォトレジスト膜に対して、グレースケール露光および現像を行うことにより、レジストパターンを形成し、被処理部材を得るレジストパターン形成工程と、
   前記被処理部材のレジストパターン側から、前記レジストパターンおよび前記基板をエッチングすることにより、前記基板に３次元パターン領域を形成するエッチング工程と、
   前記３次元パターン領域が形成された基板から、前記エッチングストップパターンを除去するエッチングストップパターン除去工程とを有し、
   前記被処理部材のエッチングストップパターンの両側面における前記レジストパターンの膜厚のうち、より小さい方の膜厚が、前記レジストパターンの最大膜厚よりも小さいことを特徴とする３次元パターン形成体の製造方法。
2. 前記被処理部材のエッチングストップパターンの両側面における前記レジストパターンの膜厚のうち、より小さい方の膜厚と、前記レジストパターンの最大膜厚との差が、１００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の３次元パターン形成体の製造方法。
3. 前記被処理部材のエッチングストップパターンの両側面における前記レジストパターンの膜厚のうち、より小さい方の膜厚が、０であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の３次元パターン形成体の製造方法。
4. 前記エッチングストップパターンが、Ｃｒ系材料からなるパターンであることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載の３次元パターン形成体の製造方法。
5. 前記３次元パターン形成体が、ブレーズド回折格子、ホログラムまたはナノインプリントモールドであることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかの請求項に記載の３次元パターン形成体の製造方法。
6. ３次元パターン領域を表面に有する基板からなる３次元パターン形成体であって、
   前記３次元パターン領域は、前記３次元パターン領域が形成されていない領域における基板平坦部と同じ表面を有する平坦部と、前記平坦部の一方の端部から、前記平坦部の平坦方向とは略垂直に、前記基板の内部方向に形成されたエッジ部と、連続的に深さが変化する連続的深さ変化部とを有し、かつ、
   前記エッジ部の深さが、２０００ｎｍ以下であることを特徴とする３次元パターン形成体。
7. ３次元パターン領域を表面に有する基板からなる３次元パターン形成体であって、
   前記３次元パターン領域は、前記３次元パターン領域が形成されていない領域における基板平坦部と同じ表面を有する平坦部と、前記平坦部の一方の端部から、前記平坦部の平坦方向とは略垂直に、前記基板の内部方向に形成されたエッジ部と、連続的に深さが変化する連続的深さ変化部とを有し、かつ、
   隣接する前記平坦部の距離が、５０μｍ以下であることを特徴とする３次元パターン形成体。
8. 前記３次元パターン形成体が、ブレーズド回折格子、ホログラムまたはナノインプリントモールドであることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の３次元パターン形成体。

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