JP4362680B2 - 微細構造体の製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、回折格子、マイクロレンズ、ホログラム、反射板等の微細構造体の製造方法とこの製造方法を適用して製造される微細構造体、及び微細構造体の製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微細構造を加工する方法として、感光性材料を塗布した原盤（例えば、ガラス原盤）にレーザ光を照射して露光し、現像するフォトリソグラフィ法が知られている。例えば、特開２０００−２９２９３４号公報には、原盤を回転させながらレーザ光のスポットを原盤の径方向に移動させ、レーザ光の強度を変調しながら原盤上のフォトレジスト膜を感光させて描画を行う方法が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の方法では、回折格子やマイクロレンズなどの微細構造を有する素子を形成する場合など、レーザ光のスポットの焦点深度に比べて、微細構造の凹凸が深いような場合には、焦点ボケによって露光時の解像度が大きく低下する。例えば、フォトレジスト膜の表面近傍にレーザ光を集光した場合には、フォトレジスト膜の深部において、解像度低下が大きくなる。このため、従来の方法では、回折格子等の素子の微細形状を良好に（すなわち、精度良く）形成することが難しかった。
【０００４】
本発明は、このような点に着目して創作されたものであり、解像度の低下を抑え、良好な微細形状を形成することを可能とする微細構造体の製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の製造方法は、感光性材料膜をビーム光によって走査して露光潜像を形成する微細構造体の製造方法であって、感光性材料膜内の第１の深さ位置にビーム光を第１のパターンデータによって強度変調して集光し、該ビーム光によって感光性材料膜を走査してその露光軌跡によって感光性材料膜に第１の露光潜像を形成する第１の露光潜像形成工程と、感光性材料膜内の第２の深さ位置にビーム光を第２のパターンデータによって強度変調して集光し、該ビーム光によって感光性材料膜を走査してその露光軌跡によって感光性材料膜に第２の露光潜像を形成する第２の露光潜像形成工程と、を含む。
【０００６】
従来の方法では、所望のパターン形状に対応する露光潜像を１回の露光によって形成していたので、感光性材料膜（フォトレジスト膜）の内部の全ての深さ位置にビーム光の焦点を合わせることができず、解像度が低下する部分が発生していた。例えば、ブレーズド回折格子（ノコギリ波形状の回折格子）のような形状においては、角部分の丸みが回折効率を低下させる原因となるが、従来の方法では、焦点ボケが生じることにより、ノコギリ波形状の上端及び下端の両方の角を鋭く形成することが困難であった。
【０００７】
そこで、本発明の製造方法では、感光性材料膜内の複数の深さ位置に焦点を設定し、複数回の露光を行うようにしている。これにより、感光性材料膜内の深部と表面近傍のいずれにおいても、焦点ボケによる解像度の低下を極力抑えて解像度のバランスを保つことが可能となり、全体として良好な形状を形成することが可能となる。かかる製造方法は、特に、Ｖ溝形状、円錐形状、角錐形状、あるいは、ブレーズド回折格子やマイクロフレネルレンズアレイなどの斜面と頂点（頂角）を持つパターン形状を形成する場合において有効である。
【０００８】
好ましくは、第１及び第２の露光潜像形成工程によって、第１の露光潜像と第２の露光潜像とを合成して第３の露光潜像を形成する。
【０００９】
好ましくは、第３の露光潜像は、第１の深さ位置を第２の深さ位置よりも浅い位置に設定し、第１の露光潜像の軌跡の上に第２の露光潜像の軌跡が重ねられてなる。感光性材料膜として一般的なポジ型のフォトレジスト膜を用いた場合には、露光された部分の透明度が上がる性質がある。このため、ビーム光の焦点を浅い位置に設定した露光を先に行うようにし、被露光部分の透明度が上がった後に、焦点を深い位置に設定した露光を行うことにより、深部にビーム光が届きやすくなり、露光の精度を更に向上させることが可能となる。
【００１０】
好ましくは、第３の露光潜像は、第１の露光潜像の軌跡の隙間に第２の露光潜像の軌跡を配置してなる。これにより、感光性材料膜に記録される潜像に照射軌跡（いわゆるトラック筋）が顕在化することを抑制することが可能となる。
【００１１】
好ましくは、第１及び第２のパターンデータは１つの露光プロファイルデータを分担している。
【００１２】
また、本発明の製造方法は、感光性材料膜をビーム光によって走査して露光潜像を形成する微細構造体の製造方法であって、感光性材料膜内の第１の深さ位置に第１のビーム光を第１のパターンデータによって強度変調して集光し、該ビーム光によって感光性材料膜を走査してその露光軌跡によって感光性材料膜に第１の露光潜像を形成する第１の露光潜像形成工程と、感光性材料膜内の第２の深さ位置に第２のビーム光を第２のパターンデータによって強度変調して集光し、該ビーム光によって感光性材料膜を走査してその露光軌跡によって感光性材料膜に第２の露光潜像を形成する第２の露光潜像形成工程と、を含む。
【００１３】
このように、感光性材料膜内の複数の深さ位置に焦点を設定し、複数のビーム光によって露光を行うようにすることにより、感光性材料膜内の深部と表面近傍のいずれにおいても、焦点ボケによる解像度の低下を極力抑えて解像度のバランスを保つことが可能となり、全体として良好な形状を形成することが可能となる。かかる製造方法についても、特に、ブレーズド回折格子などの斜面と頂点（頂角）を持つパターン形状やこれに類似する形状を形成する場合において有効である。
【００１４】
好ましくは、上述した第１及び第２の露光潜像形成工程を同時に行う。これにより、複数の深さ位置に対応する露光をまとめて行うことができるので、製造時間の短縮が可能となる。
【００１５】
好ましくは、上述した第１及び第２の露光潜像形成工程によって、第１の露光潜像と第２の露光潜像とを合成して第３の露光潜像を形成する。
【００１６】
好ましくは、第３の露光潜像は、第１の露光潜像の軌跡の上に第２の露光潜像の軌跡が重ねられてなる。これにより、露光の精度をより向上させることが可能となる。
【００１７】
好ましくは、第３の露光潜像は、第１の露光潜像の軌跡の隙間に第２の露光潜像の軌跡を配置してなる。これにより、感光性材料膜に記録される潜像に照射軌跡が顕在化することを抑制することが可能となる。
【００１８】
好ましくは、第１及び第２のパターンデータは１つの露光プロファイルデータを分担している。
【００１９】
また、本発明の製造方法は、原盤上に塗布された感光性材料膜にビーム光を集光し、ビーム光をその光量を変調しながら走査して照射するスキャニング露光を複数回繰り返して所望のパターンを感光性材料膜に記録する露光工程と、パターンの記録された前記感光性材料膜を現像し、露光量に応じた深さのパターン形状を形成する現像工程と、を含み、露光工程において、感光性材料膜の深さ方向に沿ってそれぞれ異なる位置に複数の焦点位置を設定し、当該焦点位置のそれぞれに対応した露光を複数回のスキャニング露光によって行う。
【００２０】
このように、感光性材料膜の深さ方向に複数の焦点位置を設定し、複数回の露光を行うことにより、感光性材料膜内の深部と表面近傍のいずれにおいても、焦点ボケによる解像度の低下を極力抑えて解像度のバランスを保つことが可能となり、全体として良好な形状を形成することが可能となる。かかる製造方法についても、特に、ブレーズド回折格子などの斜面と頂点（頂角）を持つパターン形状やこれに類似する形状を形成する場合において有効である。
【００２１】
好ましくは、上記露光工程は、ビーム光の焦点位置を浅い位置に設定した露光を先に行い、ビーム光の焦点位置を深い位置に設定した露光を後に行う。これにより、露光の精度をより向上させることが可能となる。
【００２２】
好ましくは、上記露光工程は、複数回のスキャニング露光のそれぞれ毎に、原盤の露光面内におけるビーム光の照射位置を該ビーム光のスキャニング方向に略直交する方向に相互にずらして露光を行う。これにより、感光性材料膜に記録される潜像に照射軌跡が顕在化することを抑制することが可能となる。
【００２３】
また、本発明の製造方法は、原盤に塗布された感光性材料膜に複数のビーム光を集光し、これら複数のビーム光の光量をそれぞれ変調しながら走査して照射するスキャニング露光を行って、所望のパターンを感光性材料膜に記録する露光工程と、パターンの記録された原盤を現像し、露光量に応じた深さのパターン形状を形成する現像工程と、を含んでおり、上記露光工程において、感光性材料膜の深さ方向に沿ってそれぞれ異なる位置に複数の焦点位置を設定し、当該焦点位置のそれぞれに対応した露光を複数のビーム光のそれぞれによって行うようにしている。
【００２４】
このように、感光性材料膜内の複数の深さ位置に焦点を設定し、複数のビーム光によって露光を行うようにすることにより、感光性材料膜内の深部と表面近傍のいずれにおいても、焦点ボケによる解像度の低下を極力抑えて解像度のバランスを保つことが可能となり、全体として良好な形状を形成することが可能となる。かかる製造方法についても、特に、ブレーズド回折格子などの斜面と頂点（頂角）を持つパターン形状やこれに類似する形状を形成する場合において有効である。
【００２５】
好ましくは、上記露光工程において、原盤の露光面内における複数のビーム光のそれぞれの照射位置を複数のビーム光のスキャニング方向に略直交する方向に相互にずらして露光を行う。これにより、感光性材料膜に記録される潜像に照射軌跡が顕在化することを抑制することが可能となる。
【００２６】
好ましくは、感光性材料膜の厚さ及びパターン形状の深さをビーム光の焦点深度よりも大きくする。これにより、焦点ボケによる解像度の低下を抑える効果をより確実に得ることが可能となる。
【００２７】
また、本発明は、上述した製造方法のいずれかを用いて製造される微細構造体でもある。より具体的には、微細構造体は、少なくともブレーズド回折格子、マイクロフレネルレンズ、ホログラム、反射板のいずれかを含むことが望ましい。上述した製造方法を用いることにより、良好な微細形状を有する微細構造体を得ることが可能となる。
【００２８】
また、本発明は、感光性材料膜をビーム光によって走査して露光潜像を形成する微細構造体の製造装置であって、パターンデータによって強度変調したビーム光を形成するビーム形成手段と、ビーム光を感光性材料膜内の所望の深さ位置に集光させる集光手段と、ビーム光を感光性材料膜上に相対的に走査させるビーム光走査手段と、を含んで構成されており、上記集光手段により、ビーム光を集光させる際の深さ位置を複数の異なる位置に設定し、ビーム光走査手段により、各深さ位置に対応してビーム光による走査を複数回行うことによって露光潜像を形成する。
【００２９】
好ましくは、上記パターンデータは、第１の深さ位置に対応する第１のパターンデータと第２の深さ位置に対応する第２のパターンデータを含んでおり、第１のパターンデータを用いて強度変調したビーム光によって第１の深さ位置に対応する走査が行われ、次いで、第２のパターンを用いて強度変調したビーム光によって第２の深さ位置に対応する走査が行われる。
【００３０】
また、本発明は、感光性材料膜をビーム光によって走査して露光潜像を形成する微細構造体の製造装置であって、第１のパターンデータによって強度変調した第１のビーム光を形成する第１のビーム形成手段と、第２のパターンデータによって強度変調した第２のビーム光を形成する第２のビーム形成手段と、第１及び第２のビーム光を感光性材料膜内の第１及び第２の深さ位置にそれぞれ集光させる集光手段と、第１及び第２のビーム光を感光性材料膜上に相対的に走査させるビーム光走査手段と、を含んで構成される。
【００３１】
好ましくは、第１及び第２のパターンデータは１つの露光プロファイルデータを分担している。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３３】
（第１の実施形態）
図１及び図２は、第１の実施形態のレーザ描画装置（微細構造体の製造装置）の構成を示す図である。図１は、レーザ描画装置の構成を概略的に示す斜視図である。また、図２は、レーザ描画装置について、主に光学系に着目してその構成を示す平面図である。
【００３４】
図１及び図２に示すレーザ描画装置１００は、レーザ１０、信号発生器１１、音響光学変調器（ＡＯＭ）１２、２つのミラー１４、１６、対物レンズ１８、テーブル２０、スライダ２２、ターンテーブル２４、スピンドルモータ２６を含んで構成されている。
【００３５】
レーザ１０は、レーザ光（ビーム光）を出射する。例えば、本実施形態では、レーザ１０として波長λ＝４１３ｎｍのクリプトンガスレーザを用いる。
【００３６】
信号発生器１１は、音響光学変調器１２の変調動作を制御する制御信号を出力する。音響光学変調器１２は、信号発生器１１から出力される制御信号に基づいて、レーザ１０から出射したレーザ光の光量を変調する。
【００３７】
ミラー１４は、音響光学変調器１２から出射するレーザ光を反射させ、ミラー１６へ導く。ミラー１６は、ミラー１４から出射するレーザ光を反射させ、対物レンズ１８に導く。
【００３８】
対物レンズ１８は、上下方向に自在に位置調整を行えるように設置されており、ミラー１６から出射するレーザ光をターンテーブル２４上に載置されたガラス原盤５０上に集光するとともに、レーザ光の焦点深度を調整する。例えば、本実施形態では、この対物レンズ１８として、開口数ＮＡ（Numerical Aperture）＝０．９のものを用いている。
【００３９】
テーブル（移動光学台）２０は、音響光学変調器１２、ミラー１４、１６、対物レンズ１８が載置されており、スライダ２２の上をターンテーブル２４の径方向に沿って一定速度でゆっくりと移動する。
【００４０】
ターンテーブル２４は、ガラス原盤５０を真空吸着によって固定して載置しており、スピンドルモータ２６の駆動力を得て一定速度（例えば、４５０ｒｐｍ）で回転する。ターンテーブル２４に載置されているガラス原盤５０の表面には、フォトレジスト膜５２が形成されている。本実施形態では、屈折率ｎ＝１．６のフォトレジスト膜５２が約５μｍの厚さに形成されている。
【００４１】
レーザ１０から出射され、音響光学変調器１２を通過して光量変調されたレーザ光は、２つのミラー１４、１６で反射し、対物レンズ１８により、ターンテーブル２４に載置されたガラス原盤５０上に集光される。本実施形態では、レーザ１０の波長λが４１３ｎｍ、対物レンズ１８の開口数ＮＡが０．９であるので、ガラス原盤５０上の焦点のスポット直径は、１／ｅ２径で０．８２λ／ＮＡ≒０．３８μｍとなり、焦点深度は、ｎ・λ／（ＮＡ）２≒０．８２μｍとなる。また、本実施形態のレーザ描画装置１００は、対物レンズ１８の位置を調整することにより、レーザ光の焦点位置をフォトレジスト膜５２の深さ方向（厚さ方向）に調整することが可能となっている。
【００４２】
ガラス原盤５０上のフォトレジスト膜５２は、音響光学変調器１２によって光量が変調されたレーザ光により、スパイラル状にスキャニング露光され、レーザ光の光量に応じたパターンが潜像として記録される。このとき、トラックピッチは、スポット直径よりも小さい０．３μｍであり、スキャニングにより全面露光が可能である。
【００４３】
なお、上述したレーザ１０、信号発生器１１及び音響光学変調器１２がビーム形成手段に、２つのミラー１４、１６及び対物レンズ１８が集光手段に、テーブル２０、スライダ２２、ターンテーブル２４及びスピンドルモータ２６がビーム光走査手段にそれぞれ対応している。
【００４４】
本実施形態のレーザ露光装置１００はこのような構成を有しており、次に、このレーザ露光装置１００を用いて、微細構造体を製造する場合の製造工程について詳細に説明する。以下の説明では、微細構造体の一例として、ブレーズド回折格子を採り上げ、その製造方法について説明する。
【００４５】
図３は、微細構造体の製造に用いるスタンパ（薄板金型）の製造方法について説明する説明図である。
【００４６】
まず、図３（ａ）に示すように、音響光学変調器１２によって強度（露光パワー）が変調されたレーザ光をガラス原盤５０上のフォトレジスト膜５２に照射して露光を行う。これにより、レーザ光の光量に応じたパターンが潜像としてフォトレジスト膜５２に記録される。本実施形態では、ノコギリ波状にレーザ光の光量を変調して露光を行うことにより、ブレーズド回折格子の形状に対応したパターンの潜像を記録している。
【００４７】
次に、図３（ｂ）に示すように、パターンの潜像が記録されたフォトレジスト膜５２をガラス原盤５０ごとアルカリ溶液中に浸して現像する。これにより、感光量に応じてフォトレジスト膜５２の一部が除去され、所望のパターンがフォトレジスト膜５２の表面に凹凸形状となって現れる。
【００４８】
ここで、フォトレジスト膜５２を露光する際の露光方法について、さらに詳細に説明する。図４は、露光方法について詳細に説明する説明図である。本実施形態では、レーザ光の焦点位置をフォトレジスト膜５２の深さ方向に対して、浅い位置と深い位置の２つの位置に設定して２回の露光を行っている。
【００４９】
具体的には、１回目の露光では、図４（ａ）に示すように、レーザ光７０の焦点位置をフォトレジスト膜５２の表面近傍の浅い位置（点線Ａ参照）に設定し、第１のパターンデータに基づいて露光パワーをノコギリ波状に変調しながら露光を行う。これにより、図４（ａ）にハッチングを付して示すように、１回目の露光による感光領域（露光潜像）７２がフォトレジスト膜５２に形成される。
【００５０】
２回目の露光では、図４（ｂ）に示すように、レーザ光７０の焦点位置をフォトレジスト膜５２の表面から深い位置（点線Ｂ参照）に設定し、第２のパターンデータに基づいて露光パワーをノコギリ波状に変調しながら露光を行う。これにより、図４（ｂ）にハッチングを付して示すように、２回目の露光による感光領域７４がフォトレジスト膜５２に形成される。このように、本実施形態では、第１及び第２のパターンデータによって１つの露光プロファイルデータを構成しており、これらのパターンデータに基づいて２回の露光を行っている。
【００５１】
その後、パターンの潜像が記録されたフォトレジスト膜５２を現像することにより、図４（ｃ）に示すように、フォトレジスト膜５２に所望のパターンを形成することができる。
【００５２】
また、上述した図４に示した露光方法では、１回目の露光と２回目の露光において、露光パワーの変調方法を同様にしていたが、この露光パワーの変調方法を１回目と２回目で異ならせて露光を行うようにしてもよい。
【００５３】
図５は、露光方法の他の例について詳細に説明する説明図である。この場合には、１回目の露光では、図５（ａ）に示すように、レーザ光７０の焦点位置をフォトレジスト膜５２の表面近傍の浅い位置（点線Ａ参照）に設定し、露光パワーについては、一定値の区間と直線的に減少する区間を含む台形状の波形を繰り返すように変調して露光を行う。これにより、図５（ａ）にハッチングを付して示すように、１回目の露光による感光領域７２ａがフォトレジスト膜５２に形成される。
【００５４】
２回目の露光では、図５（ｂ）に示すように、レーザ光７０の焦点位置をフォトレジスト膜５２の表面から深い位置（点線Ｂ参照）に設定し、露光パワーについては、直線的に減少する区間とパワーを“０”とする区間を含む波形を繰り返すようにして変調しながら露光を行う。これにより、図５（ｂ）においてハッチングを付して示すように、２回目の露光による感光領域７４ａがフォトレジスト膜５２に形成される。このようにして、パターンの潜像が記録されたフォトレジスト膜５２を現像することにより、図５（ｃ）に示すように、フォトレジスト膜５２に所望のパターンを形成することができる。
【００５５】
上述したようにして露光および現像工程を行うと、次に、図３（ｃ）に示すように、無電解メッキ（ＮＥＤ）を行うことにより、フォトレジスト膜５２の表面に導電膜５４を形成する。例えば、本実施形態では、ニッケルからなる導電膜５４を形成する。
【００５６】
次に、図３（ｄ）に示すように、導電膜５４を電極にして電気鋳造（電鋳）を行い、導電膜５４上にニッケルを板状に成長させることにより、ニッケルからなるスタンパ（転写型）５６を形成する。このとき、板厚が３００μｍ程度となるようにニッケルを成長させることにより、機械的強度の十分なスタンパ５６を形成することができる。
【００５７】
その後、図３（ｅ）に示すように、スタンパ５６をガラス原盤５０から剥離することにより、フォトレジスト膜５２の表面に形成された微細なパターンが転写されたスタンパ５６が完成する。
【００５８】
次に、上述した方法により製造したスタンパ５６を用いて、微細構造体としてのブレーズド回折格子を製造する方法について説明する。
【００５９】
図６は、微細構造体（本例ではブレーズド回折格子）の製造方法について説明する説明図である。まず、図６（ａ）に示すように、ガラス基板６０上に、紫外線硬化樹脂を厚さ１０μｍ程度に塗布して樹脂層６２を形成する。次に、図６（ｂ）に示すように、スタンパ５６のパターン形成面を樹脂層６２に向けて押し当てる。その後、図６（ｃ）に示すように、スタンパ５６を押し当てた状態で、ガラス基板６０の裏面側から樹脂層６２に対して紫外線（ＵＶ）を照射し、樹脂層６２を硬化させる。
【００６０】
次に、硬化した樹脂層６２からスタンパ５６を剥離する。これにより、図６（ｄ）に示すように、ガラス基板６０上に、ノコギリ波状の微細な凹凸のパターン（キノフォーム形状）が転写された樹脂層６２を積層して構成されるブレーズド回折格子６４が形成される。
【００６１】
このように、第１の実施形態の製造方法では、フォトレジスト膜内の２つの深さ位置に焦点を設定し、各焦点に対応して２回の露光を行うようにしているので、フォトレジスト膜の深部と表面近傍のいずれにおいても、焦点ボケによる解像度の低下を極力抑えて解像度のバランスを保つことが可能となり、全体として良好な形状を形成することが可能となる。本実施形態の製造方法によってブレーズド回折格子を製造することにより、ノコギリ波形状のエッジ部分（頂角の部分）を鋭角に形成することが可能となり、回折効率の高いブレーズド回折格子を得ることが可能となる。
【００６２】
ところで、上述した説明では、焦点位置を浅い位置に設定した１回目の露光と、焦点位置を深い位置に設定した２回目の露光において、ガラス原盤５０の径方向については同じ位置にレーザ光を照射していたが、焦点位置に応じてレーザ光の照射位置をガラス原盤５０の径方向（すなわち、レーザ光のスキャニング方向と略直交する方向）にずらして露光を行うと、更に好ましい。このレーザ光の照射位置をずらす手法は、換言すると、１回目の露光による露光潜像の軌跡の隙間に２回目の露光による露光潜像の軌跡を配置する、とも表現することができる。
【００６３】
図７は、焦点位置に応じて照射位置をガラス原盤の径方向にずらして露光を行う場合の露光方法について説明する説明図である。図７（ａ）は、フォトレジスト膜５２の一部の断面を斜視図により模式的に示しており、図７（ｂ）は、フォトレジスト膜５２のレーザ光７０の進行方向と直交する面を断面図により示している。
【００６４】
図７（ａ）において、矢印Ａ１、Ａ２は、焦点位置を浅い位置に設定して行う１回目の露光におけるレーザ光７０の照射方向を示している。また、矢印Ｂ１、Ｂ２は、焦点位置を深い位置に設定して行う２回目の露光におけるレーザ光７０の照射方向を示している。また、図７（ｂ）においては、これらの矢印Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２を後ろ側から見た様子が示されている。このように、１回目と２回目の露光の際に照射位置をずらして露光を行い、１回目の露光による露光潜像と２回目の露光による露光潜像とが部分的に重なるようにすることにより、フォトレジスト膜５２に記録される潜像に照射軌跡（いわゆるトラック筋）が顕在化することを抑制することが可能となる。
【００６５】
（第２の実施形態）
図８及び図９は、第２の実施形態のレーザ描画装置の構成を示す図である。図８は、レーザ描画装置の構成を概略的に示す斜視図である。また、図９は、レーザ描画装置について、主に光学系に着目してその構成を示す平面図である。
【００６６】
図８及び図９に示す第２の実施形態のレーザ描画装置１００ａは、基本的に上述した第１の実施形態のレーザ描画装置１００と同様な構成を有している。図８及び図９においては、第１の実施形態のレーザ描画装置１００と共通する構成要素については、同符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６７】
レーザ描画装置１００ａは、レーザ１０、信号発生器１１ａ、２つの音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａ、１２ｂ、ビームスプリッタ１３、３つのミラー１４ａ、１４ｂ、１６、焦点位置調整用レンズ１５ａ及び１／２波長板１５ｂを含む光学ユニット１５、偏光ビームスプリッタ１７、対物レンズ１８、テーブル２０、スライダ２２、ターンテーブル２４、スピンドルモータ２６を含んで構成されている。
【００６８】
信号発生器１１ａは、２つの音響光学変調器１２ａ及び１２ｂのそれぞれの変調動作を制御する制御信号を出力する。
【００６９】
音響光学変調器１２ａは、信号発生器１１ａから出力される制御信号に基づいて、レーザ１０から出射し、ビームスプリッタ１３を通過して入射したレーザ光の光量を変調する。
【００７０】
音響光学変調器１２ｂは、信号発生器１１ａから出力される制御信号に基づいて、レーザ１０から出射し、ビームスプリッタ１３及びミラー１４ｂを通過して入射するレーザ光の光量を変調する。
【００７１】
ビームスプリッタ１３は、レーザ１０から出射するレーザ光を２本に分離し、一方のレーザ光（以後、これを「レーザ光Ｌ１」と称する。）については進行方向を変更することなく通過させ、他方のレーザ光（以後、これを「レーザ光Ｌ２」と称する。）についてはその進行方向をほぼ９０度変更する。
【００７２】
ミラー１４ａは、音響光学変調器１２ａから出射するレーザ光Ｌ１を反射させ、偏光ビームスプリッタ１７へ導く。また、ミラー１４ｂは、ビームスプリッタ１３から出射するレーザ光Ｌ２を反射させ、音響光学変調器１２ｂへ導く。
【００７３】
焦点位置調整用レンズ１５ａは、音響光学変調器１２ｂから出射するレーザ光の焦点位置を調整し、レーザ光をわずかに拡散する光として出射する。１／２波長板１５ｂは、焦点位置調整用レンズ１５ａから出射するレーザ光の偏光面を回転させる。
【００７４】
偏光ビームスプリッタ１７は、ミラー１４ａから出射するレーザ光と１／２波長板１７ｂから入射するレーザ光を合成し、ミラー１６へ向けて出射する。ミラー１６は、偏光ビームスプリッタ１７から出射するレーザ光を反射させ、対物レンズ１８に導く。
【００７５】
対物レンズ１８は、ミラー１６から出射するレーザ光をターンテーブル２４上に載置されたガラス原盤５０上に集光する。このとき、焦点調整用レンズ１５ａを通過させた一方のレーザ光Ｌ２はわずかに拡散する光となっているため、ガラス原盤５０上に集光される各レーザ光Ｌ１、Ｌ２の焦点位置を互いにずらすことができる。また、焦点調整用レンズ１５ａの曲率を変えることにより、焦点位置の調整が可能となる。
【００７６】
なお、上述したレーザ１０、信号発生器１１ａ、音響光学変調器１２ａ及びビームスプリッタ１３が第１のビーム形成手段に、レーザ１０、信号発生器１１ａ、音響光学変調器１２ｂ、ビームスプリッタ１３及びミラー１４ｂが第２のビーム形成手段に、ミラー１４ａ、１６、焦点位置調整レンズ１５ａ、１／２波長板１５ｂ、偏光ビームスプリッタ１７及び対物レンズ１８が集光手段に、テーブル２０、スライダ２２、ターンテーブル２４及びスピンドルモータ２６がビーム光走査手段にそれぞれ対応している。
【００７７】
第２の実施形態のレーザ描画装置１００ａはこのような構成を有しており、次に、このレーザ描画装置１００ａを用いて、微細構造体を製造する場合の製造工程について説明する。
【００７８】
レーザ描画装置１００ａでは、各レーザ光Ｌ１、Ｌ２の焦点位置を互いに独立に調整することができるため、例えば、レーザ光Ｌ１の焦点位置をフォトレジスト膜５２の深さ方向に対して浅い位置に設定し（図４（ａ）又は図５（ａ）参照）、レーザ光Ｌ２の焦点位置をフォトレジスト膜５２の深さ方向に対して深い位置に設定する（図４（ｂ）又は図５（ｂ）参照）ことにより、２回の露光をほぼ同時に行うことができる。これにより、露光に要する時間を大幅に短縮することが可能となる。
【００７９】
なお、第２の実施形態においても、焦点位置に応じて、１回目と２回目の露光時にレーザ光の照射位置をずらして露光を行うことも可能である。この場合には、レーザ描画装置１００ａの光学系の配置を変更し、上述したレーザ光Ｌ１とレーザ光Ｌ２のガラス原盤５０上での照射位置がガラス原盤５０の径方向にずらして集光させるようにすればよい。
【００８０】
（変形例など）
本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した各実施形態では、微細構造体の１つであるブレーズド回折格子を製造する方法について説明していたが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、図１０に示すようなマイクロフレネルレンズ、あるいはホログラム、反射体、その他Ｖ溝形状、円錐形状、角錐形状などの微細形状を有する各種の微細構造体を製造する場合についても適用することが可能である。
【００８１】
また、上述した第１の実施形態では、焦点位置を浅い位置と深い位置の２カ所に設定して２回の露光を行っていたが、焦点位置を２カ所以上の複数位置に設定し、複数回の露光を行うようにしてもよい。同様に、第２の実施形態では、焦点位置を浅い位置と深い位置の２カ所に設定して２つのレーザ光による露光を行っていたが、焦点位置を２カ所以上の複数位置に設定し、２以上の複数のレーザ光による露光を行うようにしてもよい。また、露光時の露光パワーの変調方法についても、上述した実施形態において説明したものに限定されるものではなく、形成対象とする微細構造体の形状に応じて適宜設定することが可能である。
【００８２】
また、上述した各実施形態では、ガラス原盤を回転させながら、ガラス原盤の径方向にレーザの照射位置を移動させて露光を行っていたが、ガラス原盤を固定し、レーザの照射位置を２次元的に移動させて露光を行う、いわゆるＸＹテーブル式のレーザ描画装置を用いた場合であっても、本発明を適用することが可能である。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、感光性材料膜内に複数の深さ位置を設定し、複数回の露光が行われるので、感光性材料膜内の深部と表面近傍のいずれにおいても、焦点ボケによる解像度の低下を極力抑えて解像度のバランスを保つことが可能となり、全体として良好な形状を形成することが可能となる。
【００８４】
また、本発明によれば、感光性材料膜内に複数の深さ位置を設定し、複数のビーム光によって露光が行われるので、感光性材料膜内の深部と表面近傍のいずれにおいても、焦点ボケによる解像度の低下を極力抑えて解像度のバランスを保つことが可能となり、全体として良好な形状を形成することが可能となる。
【００８５】
かかる製造方法は、特に、Ｖ溝形状、円錐形状、角錐形状、あるいは、ブレーズド回折格子やマイクロフレネルレンズアレイなどの斜面と頂点（頂角）を持つパターン形状を精度よく形成する場合において有効であり、良好な微細形状を有する微細構造体を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態のレーザ描画装置の構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態のレーザ描画装置の構成を示す図である。
【図３】微細構造体の製造に用いるスタンパの製造方法について説明する説明図である。
【図４】露光方法について詳細に説明する説明図である。
【図５】露光方法の他の例について詳細に説明する説明図である。
【図６】微細構造体の製造方法について説明する説明図である。
【図７】焦点位置に応じて照射位置をガラス原盤の径方向にずらして露光を行う場合の露光方法について説明する説明図である。
【図８】第２の実施形態のレーザ描画装置の構成を示す図である。
【図９】第２の実施形態のレーザ描画装置の構成を示す図である。
【図１０】マイクロフレネルレンズの例を示す図である。
【符号の説明】
１０ レーザ
１１ 信号発生器
１２ 音響光学変調器（ＡＯＭ）
１４、１６ ミラー
１８ 対物レンズ
２０ テーブル
２２ スライダ
２４ ターンテーブル
２６ スピンドルモータ
５０ ガラス原盤
５２ フォトレジスト膜
５４ 導電膜
５６ スタンパ
６０ ガラス基板
６２ 樹脂層
６４ ブレーズド回折格子
【産業上の利用分野】
本発明は、回折格子、マイクロレンズ、ホログラム、反射板等の微細構造体の製造方法とこの製造方法を適用して製造される微細構造体、及び微細構造体の製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微細構造を加工する方法として、感光性材料を塗布した原盤（例えば、ガラス原盤）にレーザ光を照射して露光し、現像するフォトリソグラフィ法が知られている。例えば、特開２０００−２９２９３４号公報には、原盤を回転させながらレーザ光のスポットを原盤の径方向に移動させ、レーザ光の強度を変調しながら原盤上のフォトレジスト膜を感光させて描画を行う方法が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の方法では、回折格子やマイクロレンズなどの微細構造を有する素子を形成する場合など、レーザ光のスポットの焦点深度に比べて、微細構造の凹凸が深いような場合には、焦点ボケによって露光時の解像度が大きく低下する。例えば、フォトレジスト膜の表面近傍にレーザ光を集光した場合には、フォトレジスト膜の深部において、解像度低下が大きくなる。このため、従来の方法では、回折格子等の素子の微細形状を良好に（すなわち、精度良く）形成することが難しかった。
【０００４】
本発明は、このような点に着目して創作されたものであり、解像度の低下を抑え、良好な微細形状を形成することを可能とする微細構造体の製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の製造方法は、感光性材料膜をビーム光によって走査して露光潜像を形成する微細構造体の製造方法であって、感光性材料膜内の第１の深さ位置にビーム光を第１のパターンデータによって強度変調して集光し、該ビーム光によって感光性材料膜を走査してその露光軌跡によって感光性材料膜に第１の露光潜像を形成する第１の露光潜像形成工程と、感光性材料膜内の第２の深さ位置にビーム光を第２のパターンデータによって強度変調して集光し、該ビーム光によって感光性材料膜を走査してその露光軌跡によって感光性材料膜に第２の露光潜像を形成する第２の露光潜像形成工程と、を含む。
【０００６】
従来の方法では、所望のパターン形状に対応する露光潜像を１回の露光によって形成していたので、感光性材料膜（フォトレジスト膜）の内部の全ての深さ位置にビーム光の焦点を合わせることができず、解像度が低下する部分が発生していた。例えば、ブレーズド回折格子（ノコギリ波形状の回折格子）のような形状においては、角部分の丸みが回折効率を低下させる原因となるが、従来の方法では、焦点ボケが生じることにより、ノコギリ波形状の上端及び下端の両方の角を鋭く形成することが困難であった。
【０００７】
そこで、本発明の製造方法では、感光性材料膜内の複数の深さ位置に焦点を設定し、複数回の露光を行うようにしている。これにより、感光性材料膜内の深部と表面近傍のいずれにおいても、焦点ボケによる解像度の低下を極力抑えて解像度のバランスを保つことが可能となり、全体として良好な形状を形成することが可能となる。かかる製造方法は、特に、Ｖ溝形状、円錐形状、角錐形状、あるいは、ブレーズド回折格子やマイクロフレネルレンズアレイなどの斜面と頂点（頂角）を持つパターン形状を形成する場合において有効である。
【０００８】
好ましくは、第１及び第２の露光潜像形成工程によって、第１の露光潜像と第２の露光潜像とを合成して第３の露光潜像を形成する。
【０００９】
好ましくは、第３の露光潜像は、第１の深さ位置を第２の深さ位置よりも浅い位置に設定し、第１の露光潜像の軌跡の上に第２の露光潜像の軌跡が重ねられてなる。感光性材料膜として一般的なポジ型のフォトレジスト膜を用いた場合には、露光された部分の透明度が上がる性質がある。このため、ビーム光の焦点を浅い位置に設定した露光を先に行うようにし、被露光部分の透明度が上がった後に、焦点を深い位置に設定した露光を行うことにより、深部にビーム光が届きやすくなり、露光の精度を更に向上させることが可能となる。
【００１０】
好ましくは、第３の露光潜像は、第１の露光潜像の軌跡の隙間に第２の露光潜像の軌跡を配置してなる。これにより、感光性材料膜に記録される潜像に照射軌跡（いわゆるトラック筋）が顕在化することを抑制することが可能となる。
【００１１】
好ましくは、第１及び第２のパターンデータは１つの露光プロファイルデータを分担している。
【００１２】
また、本発明の製造方法は、感光性材料膜をビーム光によって走査して露光潜像を形成する微細構造体の製造方法であって、感光性材料膜内の第１の深さ位置に第１のビーム光を第１のパターンデータによって強度変調して集光し、該ビーム光によって感光性材料膜を走査してその露光軌跡によって感光性材料膜に第１の露光潜像を形成する第１の露光潜像形成工程と、感光性材料膜内の第２の深さ位置に第２のビーム光を第２のパターンデータによって強度変調して集光し、該ビーム光によって感光性材料膜を走査してその露光軌跡によって感光性材料膜に第２の露光潜像を形成する第２の露光潜像形成工程と、を含む。
【００１３】
このように、感光性材料膜内の複数の深さ位置に焦点を設定し、複数のビーム光によって露光を行うようにすることにより、感光性材料膜内の深部と表面近傍のいずれにおいても、焦点ボケによる解像度の低下を極力抑えて解像度のバランスを保つことが可能となり、全体として良好な形状を形成することが可能となる。かかる製造方法についても、特に、ブレーズド回折格子などの斜面と頂点（頂角）を持つパターン形状やこれに類似する形状を形成する場合において有効である。
【００１４】
好ましくは、上述した第１及び第２の露光潜像形成工程を同時に行う。これにより、複数の深さ位置に対応する露光をまとめて行うことができるので、製造時間の短縮が可能となる。
【００１５】
好ましくは、上述した第１及び第２の露光潜像形成工程によって、第１の露光潜像と第２の露光潜像とを合成して第３の露光潜像を形成する。
【００１６】
好ましくは、第３の露光潜像は、第１の露光潜像の軌跡の上に第２の露光潜像の軌跡が重ねられてなる。これにより、露光の精度をより向上させることが可能となる。
【００１７】
好ましくは、第３の露光潜像は、第１の露光潜像の軌跡の隙間に第２の露光潜像の軌跡を配置してなる。これにより、感光性材料膜に記録される潜像に照射軌跡が顕在化することを抑制することが可能となる。
【００１８】
好ましくは、第１及び第２のパターンデータは１つの露光プロファイルデータを分担している。
【００１９】
また、本発明の製造方法は、原盤上に塗布された感光性材料膜にビーム光を集光し、ビーム光をその光量を変調しながら走査して照射するスキャニング露光を複数回繰り返して所望のパターンを感光性材料膜に記録する露光工程と、パターンの記録された前記感光性材料膜を現像し、露光量に応じた深さのパターン形状を形成する現像工程と、を含み、露光工程において、感光性材料膜の深さ方向に沿ってそれぞれ異なる位置に複数の焦点位置を設定し、当該焦点位置のそれぞれに対応した露光を複数回のスキャニング露光によって行う。
【００２０】
このように、感光性材料膜の深さ方向に複数の焦点位置を設定し、複数回の露光を行うことにより、感光性材料膜内の深部と表面近傍のいずれにおいても、焦点ボケによる解像度の低下を極力抑えて解像度のバランスを保つことが可能となり、全体として良好な形状を形成することが可能となる。かかる製造方法についても、特に、ブレーズド回折格子などの斜面と頂点（頂角）を持つパターン形状やこれに類似する形状を形成する場合において有効である。
【００２１】
好ましくは、上記露光工程は、ビーム光の焦点位置を浅い位置に設定した露光を先に行い、ビーム光の焦点位置を深い位置に設定した露光を後に行う。これにより、露光の精度をより向上させることが可能となる。
【００２２】
好ましくは、上記露光工程は、複数回のスキャニング露光のそれぞれ毎に、原盤の露光面内におけるビーム光の照射位置を該ビーム光のスキャニング方向に略直交する方向に相互にずらして露光を行う。これにより、感光性材料膜に記録される潜像に照射軌跡が顕在化することを抑制することが可能となる。
【００２３】
また、本発明の製造方法は、原盤に塗布された感光性材料膜に複数のビーム光を集光し、これら複数のビーム光の光量をそれぞれ変調しながら走査して照射するスキャニング露光を行って、所望のパターンを感光性材料膜に記録する露光工程と、パターンの記録された原盤を現像し、露光量に応じた深さのパターン形状を形成する現像工程と、を含んでおり、上記露光工程において、感光性材料膜の深さ方向に沿ってそれぞれ異なる位置に複数の焦点位置を設定し、当該焦点位置のそれぞれに対応した露光を複数のビーム光のそれぞれによって行うようにしている。
【００２４】
このように、感光性材料膜内の複数の深さ位置に焦点を設定し、複数のビーム光によって露光を行うようにすることにより、感光性材料膜内の深部と表面近傍のいずれにおいても、焦点ボケによる解像度の低下を極力抑えて解像度のバランスを保つことが可能となり、全体として良好な形状を形成することが可能となる。かかる製造方法についても、特に、ブレーズド回折格子などの斜面と頂点（頂角）を持つパターン形状やこれに類似する形状を形成する場合において有効である。
【００２５】
好ましくは、上記露光工程において、原盤の露光面内における複数のビーム光のそれぞれの照射位置を複数のビーム光のスキャニング方向に略直交する方向に相互にずらして露光を行う。これにより、感光性材料膜に記録される潜像に照射軌跡が顕在化することを抑制することが可能となる。
【００２６】
好ましくは、感光性材料膜の厚さ及びパターン形状の深さをビーム光の焦点深度よりも大きくする。これにより、焦点ボケによる解像度の低下を抑える効果をより確実に得ることが可能となる。
【００２７】
また、本発明は、上述した製造方法のいずれかを用いて製造される微細構造体でもある。より具体的には、微細構造体は、少なくともブレーズド回折格子、マイクロフレネルレンズ、ホログラム、反射板のいずれかを含むことが望ましい。上述した製造方法を用いることにより、良好な微細形状を有する微細構造体を得ることが可能となる。
【００２８】
また、本発明は、感光性材料膜をビーム光によって走査して露光潜像を形成する微細構造体の製造装置であって、パターンデータによって強度変調したビーム光を形成するビーム形成手段と、ビーム光を感光性材料膜内の所望の深さ位置に集光させる集光手段と、ビーム光を感光性材料膜上に相対的に走査させるビーム光走査手段と、を含んで構成されており、上記集光手段により、ビーム光を集光させる際の深さ位置を複数の異なる位置に設定し、ビーム光走査手段により、各深さ位置に対応してビーム光による走査を複数回行うことによって露光潜像を形成する。
【００２９】
好ましくは、上記パターンデータは、第１の深さ位置に対応する第１のパターンデータと第２の深さ位置に対応する第２のパターンデータを含んでおり、第１のパターンデータを用いて強度変調したビーム光によって第１の深さ位置に対応する走査が行われ、次いで、第２のパターンを用いて強度変調したビーム光によって第２の深さ位置に対応する走査が行われる。
【００３０】
また、本発明は、感光性材料膜をビーム光によって走査して露光潜像を形成する微細構造体の製造装置であって、第１のパターンデータによって強度変調した第１のビーム光を形成する第１のビーム形成手段と、第２のパターンデータによって強度変調した第２のビーム光を形成する第２のビーム形成手段と、第１及び第２のビーム光を感光性材料膜内の第１及び第２の深さ位置にそれぞれ集光させる集光手段と、第１及び第２のビーム光を感光性材料膜上に相対的に走査させるビーム光走査手段と、を含んで構成される。
【００３１】
好ましくは、第１及び第２のパターンデータは１つの露光プロファイルデータを分担している。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３３】
（第１の実施形態）
図１及び図２は、第１の実施形態のレーザ描画装置（微細構造体の製造装置）の構成を示す図である。図１は、レーザ描画装置の構成を概略的に示す斜視図である。また、図２は、レーザ描画装置について、主に光学系に着目してその構成を示す平面図である。
【００３４】
図１及び図２に示すレーザ描画装置１００は、レーザ１０、信号発生器１１、音響光学変調器（ＡＯＭ）１２、２つのミラー１４、１６、対物レンズ１８、テーブル２０、スライダ２２、ターンテーブル２４、スピンドルモータ２６を含んで構成されている。
【００３５】
レーザ１０は、レーザ光（ビーム光）を出射する。例えば、本実施形態では、レーザ１０として波長λ＝４１３ｎｍのクリプトンガスレーザを用いる。
【００３６】
信号発生器１１は、音響光学変調器１２の変調動作を制御する制御信号を出力する。音響光学変調器１２は、信号発生器１１から出力される制御信号に基づいて、レーザ１０から出射したレーザ光の光量を変調する。
【００３７】
ミラー１４は、音響光学変調器１２から出射するレーザ光を反射させ、ミラー１６へ導く。ミラー１６は、ミラー１４から出射するレーザ光を反射させ、対物レンズ１８に導く。
【００３８】
対物レンズ１８は、上下方向に自在に位置調整を行えるように設置されており、ミラー１６から出射するレーザ光をターンテーブル２４上に載置されたガラス原盤５０上に集光するとともに、レーザ光の焦点深度を調整する。例えば、本実施形態では、この対物レンズ１８として、開口数ＮＡ（Numerical Aperture）＝０．９のものを用いている。
【００３９】
テーブル（移動光学台）２０は、音響光学変調器１２、ミラー１４、１６、対物レンズ１８が載置されており、スライダ２２の上をターンテーブル２４の径方向に沿って一定速度でゆっくりと移動する。
【００４０】
ターンテーブル２４は、ガラス原盤５０を真空吸着によって固定して載置しており、スピンドルモータ２６の駆動力を得て一定速度（例えば、４５０ｒｐｍ）で回転する。ターンテーブル２４に載置されているガラス原盤５０の表面には、フォトレジスト膜５２が形成されている。本実施形態では、屈折率ｎ＝１．６のフォトレジスト膜５２が約５μｍの厚さに形成されている。
【００４１】
レーザ１０から出射され、音響光学変調器１２を通過して光量変調されたレーザ光は、２つのミラー１４、１６で反射し、対物レンズ１８により、ターンテーブル２４に載置されたガラス原盤５０上に集光される。本実施形態では、レーザ１０の波長λが４１３ｎｍ、対物レンズ１８の開口数ＮＡが０．９であるので、ガラス原盤５０上の焦点のスポット直径は、１／ｅ２径で０．８２λ／ＮＡ≒０．３８μｍとなり、焦点深度は、ｎ・λ／（ＮＡ）２≒０．８２μｍとなる。また、本実施形態のレーザ描画装置１００は、対物レンズ１８の位置を調整することにより、レーザ光の焦点位置をフォトレジスト膜５２の深さ方向（厚さ方向）に調整することが可能となっている。
【００４２】
ガラス原盤５０上のフォトレジスト膜５２は、音響光学変調器１２によって光量が変調されたレーザ光により、スパイラル状にスキャニング露光され、レーザ光の光量に応じたパターンが潜像として記録される。このとき、トラックピッチは、スポット直径よりも小さい０．３μｍであり、スキャニングにより全面露光が可能である。
【００４３】
なお、上述したレーザ１０、信号発生器１１及び音響光学変調器１２がビーム形成手段に、２つのミラー１４、１６及び対物レンズ１８が集光手段に、テーブル２０、スライダ２２、ターンテーブル２４及びスピンドルモータ２６がビーム光走査手段にそれぞれ対応している。
【００４４】
本実施形態のレーザ露光装置１００はこのような構成を有しており、次に、このレーザ露光装置１００を用いて、微細構造体を製造する場合の製造工程について詳細に説明する。以下の説明では、微細構造体の一例として、ブレーズド回折格子を採り上げ、その製造方法について説明する。
【００４５】
図３は、微細構造体の製造に用いるスタンパ（薄板金型）の製造方法について説明する説明図である。
【００４６】
まず、図３（ａ）に示すように、音響光学変調器１２によって強度（露光パワー）が変調されたレーザ光をガラス原盤５０上のフォトレジスト膜５２に照射して露光を行う。これにより、レーザ光の光量に応じたパターンが潜像としてフォトレジスト膜５２に記録される。本実施形態では、ノコギリ波状にレーザ光の光量を変調して露光を行うことにより、ブレーズド回折格子の形状に対応したパターンの潜像を記録している。
【００４７】
次に、図３（ｂ）に示すように、パターンの潜像が記録されたフォトレジスト膜５２をガラス原盤５０ごとアルカリ溶液中に浸して現像する。これにより、感光量に応じてフォトレジスト膜５２の一部が除去され、所望のパターンがフォトレジスト膜５２の表面に凹凸形状となって現れる。
【００４８】
ここで、フォトレジスト膜５２を露光する際の露光方法について、さらに詳細に説明する。図４は、露光方法について詳細に説明する説明図である。本実施形態では、レーザ光の焦点位置をフォトレジスト膜５２の深さ方向に対して、浅い位置と深い位置の２つの位置に設定して２回の露光を行っている。
【００４９】
具体的には、１回目の露光では、図４（ａ）に示すように、レーザ光７０の焦点位置をフォトレジスト膜５２の表面近傍の浅い位置（点線Ａ参照）に設定し、第１のパターンデータに基づいて露光パワーをノコギリ波状に変調しながら露光を行う。これにより、図４（ａ）にハッチングを付して示すように、１回目の露光による感光領域（露光潜像）７２がフォトレジスト膜５２に形成される。
【００５０】
２回目の露光では、図４（ｂ）に示すように、レーザ光７０の焦点位置をフォトレジスト膜５２の表面から深い位置（点線Ｂ参照）に設定し、第２のパターンデータに基づいて露光パワーをノコギリ波状に変調しながら露光を行う。これにより、図４（ｂ）にハッチングを付して示すように、２回目の露光による感光領域７４がフォトレジスト膜５２に形成される。このように、本実施形態では、第１及び第２のパターンデータによって１つの露光プロファイルデータを構成しており、これらのパターンデータに基づいて２回の露光を行っている。
【００５１】
その後、パターンの潜像が記録されたフォトレジスト膜５２を現像することにより、図４（ｃ）に示すように、フォトレジスト膜５２に所望のパターンを形成することができる。
【００５２】
また、上述した図４に示した露光方法では、１回目の露光と２回目の露光において、露光パワーの変調方法を同様にしていたが、この露光パワーの変調方法を１回目と２回目で異ならせて露光を行うようにしてもよい。
【００５３】
図５は、露光方法の他の例について詳細に説明する説明図である。この場合には、１回目の露光では、図５（ａ）に示すように、レーザ光７０の焦点位置をフォトレジスト膜５２の表面近傍の浅い位置（点線Ａ参照）に設定し、露光パワーについては、一定値の区間と直線的に減少する区間を含む台形状の波形を繰り返すように変調して露光を行う。これにより、図５（ａ）にハッチングを付して示すように、１回目の露光による感光領域７２ａがフォトレジスト膜５２に形成される。
【００５４】
２回目の露光では、図５（ｂ）に示すように、レーザ光７０の焦点位置をフォトレジスト膜５２の表面から深い位置（点線Ｂ参照）に設定し、露光パワーについては、直線的に減少する区間とパワーを“０”とする区間を含む波形を繰り返すようにして変調しながら露光を行う。これにより、図５（ｂ）においてハッチングを付して示すように、２回目の露光による感光領域７４ａがフォトレジスト膜５２に形成される。このようにして、パターンの潜像が記録されたフォトレジスト膜５２を現像することにより、図５（ｃ）に示すように、フォトレジスト膜５２に所望のパターンを形成することができる。
【００５５】
上述したようにして露光および現像工程を行うと、次に、図３（ｃ）に示すように、無電解メッキ（ＮＥＤ）を行うことにより、フォトレジスト膜５２の表面に導電膜５４を形成する。例えば、本実施形態では、ニッケルからなる導電膜５４を形成する。
【００５６】
次に、図３（ｄ）に示すように、導電膜５４を電極にして電気鋳造（電鋳）を行い、導電膜５４上にニッケルを板状に成長させることにより、ニッケルからなるスタンパ（転写型）５６を形成する。このとき、板厚が３００μｍ程度となるようにニッケルを成長させることにより、機械的強度の十分なスタンパ５６を形成することができる。
【００５７】
その後、図３（ｅ）に示すように、スタンパ５６をガラス原盤５０から剥離することにより、フォトレジスト膜５２の表面に形成された微細なパターンが転写されたスタンパ５６が完成する。
【００５８】
次に、上述した方法により製造したスタンパ５６を用いて、微細構造体としてのブレーズド回折格子を製造する方法について説明する。
【００５９】
図６は、微細構造体（本例ではブレーズド回折格子）の製造方法について説明する説明図である。まず、図６（ａ）に示すように、ガラス基板６０上に、紫外線硬化樹脂を厚さ１０μｍ程度に塗布して樹脂層６２を形成する。次に、図６（ｂ）に示すように、スタンパ５６のパターン形成面を樹脂層６２に向けて押し当てる。その後、図６（ｃ）に示すように、スタンパ５６を押し当てた状態で、ガラス基板６０の裏面側から樹脂層６２に対して紫外線（ＵＶ）を照射し、樹脂層６２を硬化させる。
【００６０】
次に、硬化した樹脂層６２からスタンパ５６を剥離する。これにより、図６（ｄ）に示すように、ガラス基板６０上に、ノコギリ波状の微細な凹凸のパターン（キノフォーム形状）が転写された樹脂層６２を積層して構成されるブレーズド回折格子６４が形成される。
【００６１】
このように、第１の実施形態の製造方法では、フォトレジスト膜内の２つの深さ位置に焦点を設定し、各焦点に対応して２回の露光を行うようにしているので、フォトレジスト膜の深部と表面近傍のいずれにおいても、焦点ボケによる解像度の低下を極力抑えて解像度のバランスを保つことが可能となり、全体として良好な形状を形成することが可能となる。本実施形態の製造方法によってブレーズド回折格子を製造することにより、ノコギリ波形状のエッジ部分（頂角の部分）を鋭角に形成することが可能となり、回折効率の高いブレーズド回折格子を得ることが可能となる。
【００６２】
ところで、上述した説明では、焦点位置を浅い位置に設定した１回目の露光と、焦点位置を深い位置に設定した２回目の露光において、ガラス原盤５０の径方向については同じ位置にレーザ光を照射していたが、焦点位置に応じてレーザ光の照射位置をガラス原盤５０の径方向（すなわち、レーザ光のスキャニング方向と略直交する方向）にずらして露光を行うと、更に好ましい。このレーザ光の照射位置をずらす手法は、換言すると、１回目の露光による露光潜像の軌跡の隙間に２回目の露光による露光潜像の軌跡を配置する、とも表現することができる。
【００６３】
図７は、焦点位置に応じて照射位置をガラス原盤の径方向にずらして露光を行う場合の露光方法について説明する説明図である。図７（ａ）は、フォトレジスト膜５２の一部の断面を斜視図により模式的に示しており、図７（ｂ）は、フォトレジスト膜５２のレーザ光７０の進行方向と直交する面を断面図により示している。
【００６４】
図７（ａ）において、矢印Ａ１、Ａ２は、焦点位置を浅い位置に設定して行う１回目の露光におけるレーザ光７０の照射方向を示している。また、矢印Ｂ１、Ｂ２は、焦点位置を深い位置に設定して行う２回目の露光におけるレーザ光７０の照射方向を示している。また、図７（ｂ）においては、これらの矢印Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２を後ろ側から見た様子が示されている。このように、１回目と２回目の露光の際に照射位置をずらして露光を行い、１回目の露光による露光潜像と２回目の露光による露光潜像とが部分的に重なるようにすることにより、フォトレジスト膜５２に記録される潜像に照射軌跡（いわゆるトラック筋）が顕在化することを抑制することが可能となる。
【００６５】
（第２の実施形態）
図８及び図９は、第２の実施形態のレーザ描画装置の構成を示す図である。図８は、レーザ描画装置の構成を概略的に示す斜視図である。また、図９は、レーザ描画装置について、主に光学系に着目してその構成を示す平面図である。
【００６６】
図８及び図９に示す第２の実施形態のレーザ描画装置１００ａは、基本的に上述した第１の実施形態のレーザ描画装置１００と同様な構成を有している。図８及び図９においては、第１の実施形態のレーザ描画装置１００と共通する構成要素については、同符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６７】
レーザ描画装置１００ａは、レーザ１０、信号発生器１１ａ、２つの音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａ、１２ｂ、ビームスプリッタ１３、３つのミラー１４ａ、１４ｂ、１６、焦点位置調整用レンズ１５ａ及び１／２波長板１５ｂを含む光学ユニット１５、偏光ビームスプリッタ１７、対物レンズ１８、テーブル２０、スライダ２２、ターンテーブル２４、スピンドルモータ２６を含んで構成されている。
【００６８】
信号発生器１１ａは、２つの音響光学変調器１２ａ及び１２ｂのそれぞれの変調動作を制御する制御信号を出力する。
【００６９】
音響光学変調器１２ａは、信号発生器１１ａから出力される制御信号に基づいて、レーザ１０から出射し、ビームスプリッタ１３を通過して入射したレーザ光の光量を変調する。
【００７０】
音響光学変調器１２ｂは、信号発生器１１ａから出力される制御信号に基づいて、レーザ１０から出射し、ビームスプリッタ１３及びミラー１４ｂを通過して入射するレーザ光の光量を変調する。
【００７１】
ビームスプリッタ１３は、レーザ１０から出射するレーザ光を２本に分離し、一方のレーザ光（以後、これを「レーザ光Ｌ１」と称する。）については進行方向を変更することなく通過させ、他方のレーザ光（以後、これを「レーザ光Ｌ２」と称する。）についてはその進行方向をほぼ９０度変更する。
【００７２】
ミラー１４ａは、音響光学変調器１２ａから出射するレーザ光Ｌ１を反射させ、偏光ビームスプリッタ１７へ導く。また、ミラー１４ｂは、ビームスプリッタ１３から出射するレーザ光Ｌ２を反射させ、音響光学変調器１２ｂへ導く。
【００７３】
焦点位置調整用レンズ１５ａは、音響光学変調器１２ｂから出射するレーザ光の焦点位置を調整し、レーザ光をわずかに拡散する光として出射する。１／２波長板１５ｂは、焦点位置調整用レンズ１５ａから出射するレーザ光の偏光面を回転させる。
【００７４】
偏光ビームスプリッタ１７は、ミラー１４ａから出射するレーザ光と１／２波長板１７ｂから入射するレーザ光を合成し、ミラー１６へ向けて出射する。ミラー１６は、偏光ビームスプリッタ１７から出射するレーザ光を反射させ、対物レンズ１８に導く。
【００７５】
対物レンズ１８は、ミラー１６から出射するレーザ光をターンテーブル２４上に載置されたガラス原盤５０上に集光する。このとき、焦点調整用レンズ１５ａを通過させた一方のレーザ光Ｌ２はわずかに拡散する光となっているため、ガラス原盤５０上に集光される各レーザ光Ｌ１、Ｌ２の焦点位置を互いにずらすことができる。また、焦点調整用レンズ１５ａの曲率を変えることにより、焦点位置の調整が可能となる。
【００７６】
なお、上述したレーザ１０、信号発生器１１ａ、音響光学変調器１２ａ及びビームスプリッタ１３が第１のビーム形成手段に、レーザ１０、信号発生器１１ａ、音響光学変調器１２ｂ、ビームスプリッタ１３及びミラー１４ｂが第２のビーム形成手段に、ミラー１４ａ、１６、焦点位置調整レンズ１５ａ、１／２波長板１５ｂ、偏光ビームスプリッタ１７及び対物レンズ１８が集光手段に、テーブル２０、スライダ２２、ターンテーブル２４及びスピンドルモータ２６がビーム光走査手段にそれぞれ対応している。
【００７７】
第２の実施形態のレーザ描画装置１００ａはこのような構成を有しており、次に、このレーザ描画装置１００ａを用いて、微細構造体を製造する場合の製造工程について説明する。
【００７８】
レーザ描画装置１００ａでは、各レーザ光Ｌ１、Ｌ２の焦点位置を互いに独立に調整することができるため、例えば、レーザ光Ｌ１の焦点位置をフォトレジスト膜５２の深さ方向に対して浅い位置に設定し（図４（ａ）又は図５（ａ）参照）、レーザ光Ｌ２の焦点位置をフォトレジスト膜５２の深さ方向に対して深い位置に設定する（図４（ｂ）又は図５（ｂ）参照）ことにより、２回の露光をほぼ同時に行うことができる。これにより、露光に要する時間を大幅に短縮することが可能となる。
【００７９】
なお、第２の実施形態においても、焦点位置に応じて、１回目と２回目の露光時にレーザ光の照射位置をずらして露光を行うことも可能である。この場合には、レーザ描画装置１００ａの光学系の配置を変更し、上述したレーザ光Ｌ１とレーザ光Ｌ２のガラス原盤５０上での照射位置がガラス原盤５０の径方向にずらして集光させるようにすればよい。
【００８０】
（変形例など）
本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した各実施形態では、微細構造体の１つであるブレーズド回折格子を製造する方法について説明していたが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、図１０に示すようなマイクロフレネルレンズ、あるいはホログラム、反射体、その他Ｖ溝形状、円錐形状、角錐形状などの微細形状を有する各種の微細構造体を製造する場合についても適用することが可能である。
【００８１】
また、上述した第１の実施形態では、焦点位置を浅い位置と深い位置の２カ所に設定して２回の露光を行っていたが、焦点位置を２カ所以上の複数位置に設定し、複数回の露光を行うようにしてもよい。同様に、第２の実施形態では、焦点位置を浅い位置と深い位置の２カ所に設定して２つのレーザ光による露光を行っていたが、焦点位置を２カ所以上の複数位置に設定し、２以上の複数のレーザ光による露光を行うようにしてもよい。また、露光時の露光パワーの変調方法についても、上述した実施形態において説明したものに限定されるものではなく、形成対象とする微細構造体の形状に応じて適宜設定することが可能である。
【００８２】
また、上述した各実施形態では、ガラス原盤を回転させながら、ガラス原盤の径方向にレーザの照射位置を移動させて露光を行っていたが、ガラス原盤を固定し、レーザの照射位置を２次元的に移動させて露光を行う、いわゆるＸＹテーブル式のレーザ描画装置を用いた場合であっても、本発明を適用することが可能である。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、感光性材料膜内に複数の深さ位置を設定し、複数回の露光が行われるので、感光性材料膜内の深部と表面近傍のいずれにおいても、焦点ボケによる解像度の低下を極力抑えて解像度のバランスを保つことが可能となり、全体として良好な形状を形成することが可能となる。
【００８４】
また、本発明によれば、感光性材料膜内に複数の深さ位置を設定し、複数のビーム光によって露光が行われるので、感光性材料膜内の深部と表面近傍のいずれにおいても、焦点ボケによる解像度の低下を極力抑えて解像度のバランスを保つことが可能となり、全体として良好な形状を形成することが可能となる。
【００８５】
かかる製造方法は、特に、Ｖ溝形状、円錐形状、角錐形状、あるいは、ブレーズド回折格子やマイクロフレネルレンズアレイなどの斜面と頂点（頂角）を持つパターン形状を精度よく形成する場合において有効であり、良好な微細形状を有する微細構造体を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態のレーザ描画装置の構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態のレーザ描画装置の構成を示す図である。
【図３】微細構造体の製造に用いるスタンパの製造方法について説明する説明図である。
【図４】露光方法について詳細に説明する説明図である。
【図５】露光方法の他の例について詳細に説明する説明図である。
【図６】微細構造体の製造方法について説明する説明図である。
【図７】焦点位置に応じて照射位置をガラス原盤の径方向にずらして露光を行う場合の露光方法について説明する説明図である。
【図８】第２の実施形態のレーザ描画装置の構成を示す図である。
【図９】第２の実施形態のレーザ描画装置の構成を示す図である。
【図１０】マイクロフレネルレンズの例を示す図である。
【符号の説明】
１０ レーザ
１１ 信号発生器
１２ 音響光学変調器（ＡＯＭ）
１４、１６ ミラー
１８ 対物レンズ
２０ テーブル
２２ スライダ
２４ ターンテーブル
２６ スピンドルモータ
５０ ガラス原盤
５２ フォトレジスト膜
５４ 導電膜
５６ スタンパ
６０ ガラス基板
６２ 樹脂層
６４ ブレーズド回折格子
Claims (17)
- 感光性材料膜をビーム光によって走査して露光潜像を形成する微細構造体の製造方法であって、
前記感光性材料膜内の第１の深さ位置に前記ビーム光を第１のパターンデータによって強度変調して集光し、該ビーム光によって前記感光性材料膜を走査してその露光軌跡によって前記感光性材料膜に第１の露光潜像を形成する第１の露光潜像形成工程と、
前記感光性材料膜内の第２の深さ位置に前記ビーム光を第２のパターンデータによって強度変調して集光し、該ビーム光によって前記感光性材料膜を走査してその露光軌跡によって前記感光性材料膜に第２の露光潜像を形成する第２の露光潜像形成工程と、
を含む、微細構造体の製造方法。 - 前記第１及び第２の露光潜像形成工程によって、前記第１の露光潜像と前記第２の露光潜像とを合成して第３の露光潜像を形成する、請求項１に記載の微細構造体の製造方法。
- 前記第３の露光潜像は、前記第１の深さ位置を前記第２の深さ位置よりも浅い位置に設定し、前記第１の露光潜像の軌跡の上に前記第２の露光潜像の軌跡が重ねられてなる、請求項２に記載の微細構造体の製造方法。
- 前記第３の露光潜像は、前記第１の露光潜像の軌跡の隙間に前記第２の露光潜像の軌跡を配置してなる、請求項２に記載の微細構造体の製造方法。
- 前記第１及び第２のパターンデータは１つの露光プロファイルデータを分担している、請求項３に記載の微細構造体の製造方法。
- 感光性材料膜をビーム光によって走査して露光潜像を形成する微細構造体の製造方法であって、
前記感光性材料膜内の第１の深さ位置に第１のビーム光を第１のパターンデータによって強度変調して集光し、該ビーム光によって前記感光性材料膜を走査してその露光軌跡によって前記感光性材料膜に第１の露光潜像を形成する第１の露光潜像形成工程と、
前記感光性材料膜内の第２の深さ位置に第２のビーム光を第２のパターンデータによって強度変調して集光し、該ビーム光によって前記感光性材料膜を走査してその露光軌跡によって前記感光性材料膜に第２の露光潜像を形成する第２の露光潜像形成工程と、
を含む、微細構造体の製造方法。 - 前記第１及び第２の露光潜像形成工程を同時に行う、請求項６に記載の微細構造体の製造方法。
- 前記第１及び第２の露光潜像形成工程によって、前記第１の露光潜像と前記第２の露光潜像とを合成して第３の露光潜像を形成する、請求項６又は７に記載の微細構造体の製造方法。
- 前記第３の露光潜像は、前記第１の露光潜像の軌跡の上に前記第２の露光潜像の軌跡が重ねられてなる、請求項８に記載の微細構造体の製造方法。
- 前記第３の露光潜像は、前記第１の露光潜像の軌跡の隙間に前記第２の露光潜像の軌跡を配置してなる、請求項８に記載の微細構造体の製造方法。
- 前記第１及び第２のパターンデータは１つの露光プロファイルデータを分担している、請求項９に記載の微細構造体の製造方法。
- 原盤上に塗布された感光性材料膜にビーム光を集光し、前記ビーム光をその光量を変調しながら走査して照射するスキャニング露光を複数回繰り返して所望のパターンを前記感光性材料膜に記録する露光工程と、
前記パターンの記録された前記感光性材料膜を現像し、露光量に応じた深さのパターン形状を形成する現像工程と、を含み、
前記露光工程は、前記感光性材料膜の深さ方向に沿ってそれぞれ異なる位置に複数の焦点位置を設定し、当該焦点位置のそれぞれに対応した露光を複数回の前記スキャニング露光によって行い、複数回の前記スキャニング露光のそれぞれ毎に、前記原盤の露光面内における前記ビーム光の照射位置を前記ビーム光のスキャニング方向に略直交する方向に相互にずらして露光を行う、微細構造体の製造方法。 - 原盤に塗布された感光性材料膜に複数のビーム光を集光し、これら複数のビーム光の光量をそれぞれ変調しながら走査して照射するスキャニング露光を行って、所望のパターンを前記感光性材料膜に記録する露光工程と、
前記パターンの記録された前記原盤を現像し、露光量に応じた深さのパターン形状を形成する現像工程と、を含み、
前記露光工程は、前記感光性材料膜の深さ方向に沿ってそれぞれ異なる位置に複数の焦点位置を設定し、当該焦点位置のそれぞれに対応した露光を複数の前記ビーム光のそれぞれによって行い、更に、前記原盤の露光面内における複数の前記ビーム光のそれぞれの照射位置を複数の前記ビーム光のスキャニング方向に略直交する方向に相互にずらして露光を行う、微細構造体の製造方法。 - 前記感光性材料膜の厚さ及び前記パターン形状の深さが前記ビーム光の焦点深度よりも大きい、請求項１２又は１３に記載の微細構造体の製造方法。
- 感光性材料膜をビーム光によって走査して露光潜像を形成する微細構造体の製造装置であって、
パターンデータによって強度変調したビーム光を形成するビーム形成手段と、
前記ビーム光を前記感光性材料膜内の所望の深さ位置に集光させる集光手段と、
前記ビーム光を前記感光性材料膜上に相対的に走査させるビーム光走査手段と、を備え、
前記パターンデータは、前記感光性材料膜内の第１の深さ位置に対応する第１のパターンデータと第２の深さ位置に対応する第２のパターンデータを含み、
前記集光手段により前記ビーム光を集光させる際の前記深さ位置が前記第１及び第２の深さ位置にそれぞれ設定され、前記ビーム光走査手段により、前記第１のパターンデータを用いて強度変調したビーム光によって前記第１の深さ位置に対応する走査が行われ、次いで、前記第２のパターンを用いて強度変調したビーム光によって前記第２の深さ位置に対応する走査が行われる、ことによって前記露光潜像が形成される、微細構造体の製造装置。 - 感光性材料膜をビーム光によって走査して露光潜像を形成する微細構造体の製造装置であって、
第１のパターンデータによって強度変調した第１のビーム光を形成する第１のビーム形成手段と、
第２のパターンデータによって強度変調した第２のビーム光を形成する第２のビーム形成手段と、
前記第１及び第２のビーム光を前記感光性材料膜内の第１及び第２の深さ位置にそれぞれ集光させる集光手段と、
前記第１及び第２のビーム光を前記感光性材料膜上に相対的に走査させるビーム光走査手段と、
を含む微細構造体の製造装置。 - 前記第１及び第２のパターンデータは１つの露光プロファイルデータを分担している、請求項１５又は１６に記載の微細構造体の製造装置。
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