JP4635006B2 - シリンダ形プラットフォームおよびラスタ走査される放射線ビームを使用して光学的微細構造体を形成するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

［関連出願の相互参照］
本願は、本願発明者による現在出願中の米国特許出願番号第10/661,917号「ネガ型フォトレジストを使用して基板を介して微細構造体のマスタ型を製造するためのシステムおよび方法並びにそれにより製造された微細構造マスタ型（Systems and Methods For Mastering Microstructures Through a Substrate Using Negative Photoresist and Microstructure Masters So Produced）」と、本願発明者によるこれも現在出願中の米国特許出願番号第10/661,974号「外層の間に挟み込まれた放射線感応層を結像処理することによって微細構造体を形成するためのシステムおよび方法並びにそれにより形成された微細構造体（Systems and Methods For Fabricating Microstructures By Imaging A Radiation Sensitive Layer Sandwiched Between Outer Layers, and Microstructures Fabricated Thereby）」とに関連する。両出願とも本願譲受人に譲渡されており、両出願の開示内容全体を引用することにより本明細書の一部をなすものとする。

［発明の背景］
本発明は、微細加工方法およびシステム、特に、微細構造体を形成するためのシステムおよび方法並びにそれにより形成された微細構造体に関する。

光学的微細構造体は消費者用市販製品に広く利用されている。当業者に周知のように、光学的微細構造体は、マイクロレンズ、光学格子、微小反射体並びに／または他の吸光性、透光性および／もしくは反射性構造体を含むことがあるが、それらの個々のサイズは、ミクロン（１ミクロン＝１０−⁶ｍ）のオーダ、例えば約５μｍ乃至約１０００μｍのオーダのサイズである。

光学的微細構造体の大型アレイ（large arrays of optical microstructures）の製造法は目下研究が行われている。ここに使用される光学的微細構造体の大型アレイは１アレイ当たり少なくとも約百万個の光学的微細構造体を含みかつ／または一辺が少なくとも約３０．４８ｃｍ（１フィート）四方の面積をカバーする。例えば、マイクロレンズの大型アレイはコンピュータ用ディスプレイ（モニタ）および／またはプロジェクション型テレビ受像機に利用されることがある。アレイは同一な微細構造体および／または非同一な微細構造体の均一な間隔および／または不均一な間隔を有することができることは理解されよう。

しかし残念ながら、光学的微細構造体の大型アレイの製造を試行する中で深刻なスケーリング障壁（scaling barriers）に遭遇することがある。これらのスケーリング障壁により光学的微細構造体の大型アレイを受入可能な製造歩留まりで効率的に製造することは困難になる場合がある。

いくつかの障壁は光学的微細構造体を大型アレイに拡大（スケール）する試みの中で遭遇する場合がある。第１に、大型アレイのマスタ型（金型に相当するもの）を製造する時間は非現実的なほど長くなる場合がある。特に、最初に“マスタ型（master）”に光学的微細構造体の型が作られ、続いてそのマスタ型は最後に最終製品を大量生産するために１つ以上の第２世代のスタンパに複製されることがあることは周知されている。残念ながら、光学的微細構造体の大型アレイのマスタ型を合理的な時間内に作り上げることは困難な場合がある。例えば、大型スクリーンのリアプロジェクション型テレビ受像機の単一マスタ型を作り上げるには数年を要する場合があることが計算によって示されることがある。これらのマスタ型形成時間は実現可能な製品にとって現実的ではないと言える。

多くの用途に望まれることがある特定の光学的微細構造体の型を作ることも困難な場合がある。例えば、コンピュータ用ディスプレイまたはプロジェクション型テレビ受像機はマイクロレンズの大型アレイを利用することがあるが、各マイクロレンズは、準半球形（sub-hemisphere、１８０°未満の範囲を定める）、半球形（hemisphere、約１８０°の範囲を定める）、過半球形（super-hemisphere、１８０°を超える範囲を定める）を含み得る半球形セクションを含む。しかしながら、半球形セクションの大型アレイのマスタ型を従来のフォトリソグラフィ技術を使用して形成することは困難な場合がある。最後に、ディスプレイ、テレビ受像機および／または他の用途のための光学的微細構造最終製品の大量生産を可能にするために、光学的微細構造体の大型アレイを含むマスタ型を効率的に複製してスタンパを形成することは困難な場合がある。

上記課題を解決するための手段の具体的な一部の形態として、マイクロレンズなどの光学的微細構造体を形成する微細加工方法であって、放射線感応層をその上に含むシリンダ形プラットフォームをその軸の周りに回転させ、それと同時に放射線ビームを前記放射線感応層の少なくとも一部分にわたって軸方向にラスタ走査して、前記放射線感応層内に光学的微細構造体を結像させる工程を有する微細加工方法が提供される。前記放射線感応層内に結像した光学的微細構造体は光学的微細構造体のマスタ型を提供するために現像されることができる。

一部の形態では、前記シリンダ形プラットフォームはそれが回転させられている間にそれと同時に軸方向に並進させられる。前記シリンダ形プラットフォームは、前記放射線感応層内に螺旋形パタンの光学的微細構造体を結像させるべく、（シリンダ形プラットフォームの）軸方向に連続的に並進（continuously translate）させられることがある、および／または、前記放射線感応層内にバンドパタン（band pattern）の光学的微細構造体を結像させるべく、（シリンダ形プラットフォームの）軸方向に段階的に並進（stepwise translate）させられることがある。段階的に並進させられるとき、一部の形態では、前記放射線感応層内に整列したバンドパタン（aligned band pattern）の光学的微細構造体を結像させるべく、前記シリンダ形プラットフォームをそのシリンダ形プラットフォームの所定の回転角度で段階的に並進させることができる。他の形態では、前記放射線感応層内に順次ずらしたバンドパタン（stagggered band pattern）の光学的微細構造体を結像させるべく、前記シリンダ形プラットフォームの均一および／または不均一に順次ずらされる場合がある順次ずらした回転角度で、前記シリンダ形プラットフォームを段階的に並進させることができる。整列した回転角度と順次ずらした回転角度の組み合わせも実施される場合がある。

本発明の一部の形態では、放射線ビームを前記放射線感応層の少なくとも一部分にわたってラスタ走査する間、前記放射線感応層内に光学的微細構造体を結像させるべくその放射線ビームの振幅が変えられることがある。形態によっては、放射線ビームの振幅は、前記放射線感応層内に半球形セクションを含むレンズといった光学的微細構造体を結像させるべく、連続的に変えられることがある。他の形態では、ラスタ走査は、放射線ビームがこの放射線ビームの複数の走査で前記放射線感応層内に光学的微細構造体を結像させることができるように、前記シリンダ形プラットフォームの回転速度と比べて十分に高速度で行われることがある。

一部の形態では、前記シリンダ形プラットフォームの動径方向の変動（半径方向の長さの変動）および／または前記放射線感応層の層厚の変動を少なくとも部分的に補償するために、ラスタ走査と同時に、放射線ビームの焦点長が変えられることがある。他の形態では、前記焦点長は前記放射線感応層内に様々な深さで光学的微細構造体各部を結像させるべく変えられることがある。一部の形態では、放射線ビームの照射（あるいは露光）は第１および第２の正反対の軸方向に沿って行われることがあるが、それに対し他の形態では、放射線ビームの照射（あるいは露光）は第１の軸方向に沿って行われ、リターンする第２の軸方向に沿っては放射線ビームは照射の無いブランク状態（blank）にされる場合がある。

一部の形態において、放射線ビームはレーザビームまたは電子ビームといったコヒーレントな放射線ビームである。軸方向のラスタ走査は、連続発振レーザビームを生成し、そのレーザビームを変調してその振幅を変化させ、そのレーザビームを振動させて前記放射線感応層の少なくとも一部分にわたってレーザビームをラスタ走査することによって実施される場合がある。

本発明の一部の形態では、前記シリンダ形プラットフォームは、その上に多数の光学的微細構造体を形成するために、周囲は少なくとも約３０．４８ｃｍ（１フィート）で、かつ／または、軸方向の長さは少なくとも約３０．４８ｃｍ（１フィート）である。前記シリンダ形プラットフォームの回転は毎分少なくとも約１回転の角速度で実行されることがあり、かつ／または、軸方向のラスタ走査は少なくとも約１ｋＨｚの振動数で実行されることがある。さらに、形態によっては、前記シリンダ形プラットフォームの回転とそれと同時に行われる軸方向のラスタ走査は、前記放射線感応層内に少なくとも約百万個の光学的微細構造体を形成するために、少なくとも約１時間にわたって継続的に実行されることがある。

一部の形態では、前記シリンダ形プラットフォームは、前記放射線感応層上に放射線ビームに対して透過性のある基板も含む。これらの形態において、前記シリンダ形プラットフォームの回転と同時に行われる軸方向のラスタ走査は、前記放射線感応層内に光学的微細構造体を結像させるべく、前記シリンダ形プラットフォームの回転と同時に放射線ビームをこの放射線ビームに対して透過性のある前記基板を通して前記放射線感応層の少なくとも一部分にわたって軸方向にラスタ走査することによって実施される。形態によっては、前記放射線感応層はこの層の放射線ビームに照射された部分が現像後に残るネガ型フォトレジスト層である。形態によっては、前記基板はフレキシブル基板である。

更に他の形態では、前記放射線感応層は前記シリンダ形プラットフォーム上において１対の外層の間に挟み込まれており、前記１対の外層の少なくとも１つは結像後に取り除かれる。さらに具体体に言えば、形態によっては、前記１対の外層は前記シリンダ形プラットフォームに隣接する第１の外層と前記シリンダ形プラットフォームからは離れており放射線ビームに対して透過性のある第２の外層とを含む。これらの形態では、放射線ビームは前記第２の外層を通して（透過させて）前記放射線感応層の少なくとも一部分にわたって軸方向にラスタ走査される。一部の形態では、結像後、前記第１の外層は前記シリンダ形プラットフォームから分離され、それに続いてさらに前記第１の外層は前記放射線感応層からも分離される。

本発明の課題解決手段の具体的な形態はここでは主に光学的微細構造体を形成する微細加工方法に関連して述べられてきた。しかし当業者であれば、他の形態として、光学的微細構造体を形成するための対応する微細加工システムも提供できることは理解されよう。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。本発明はしかしながら多くの形態で実施が可能であり、ここに述べられる実施形態に限定されると解されるべきではない。正しくは、これらの実施形態は、本開示が周到かつ徹底するよう、かつ本発明の範囲が当業者に十分明示されるよう提供される。図面において、層（レイヤ）および領域のサイズおよび相対的なサイズはわかりやすくするために誇張して描かれている場合がある。また同一または類似の符号は同一または類似の構成要素に付されている。

層（レイヤ）、領域または基板といった構成要素が別の構成要素の「上に」あるといった言い方がされるとき、それはその別の要素の上に直に存在することができる、あるいは（その別の構成要素との間に）介在する構成要素も存在する場合がある。さらに、「頂上、上端部、最上部（top）」または「外、外側（outer）」という相対的な表現はここでは図面に示された基本構造に関連した１つの層もしくは領域の別の層もしくは領域に対する位置関係を記述するのに使用される場合がある。これらの相対的な表現は装置の図面に示された配置（orientation）に加えてそれとは異なる配置も包含することが意図されていることは理解されよう。最後に「直に、直接的に」という表現は介在する構成要素が全く存在しないことを意味する。

本発明の実施形態はここでは光学的微細構造体（optical microstructures）の形成に関連して説明されるが、ここで言う光学的（オプティカル）微細構造体には、マイクロレンズ、光学格子、微小反射体並びに／または他の吸光性、透光性および／もしくは反射性構造体が含まれることがあり、それらの個々のサイズは、ミクロン（１ミクロン＝１０−⁶ｍ）のオーダ、例えば約５μｍ乃至約１０００μｍのオーダのサイズである。しかしながら、機械的（メカニカル）微細構造体（mechanical microstructures）を形成するために本発明の他の実施形態が使用される場合があることは理解されよう。ここで言う機械的微細構造体には、例えば、微小流体システム、微小空気圧システムおよび／または微小電気機械システムに使用されることがある、空気圧式、油圧／水圧式および／または微小電気システム（microeleetromechanical system：ＭＥＭＳ）の微細構造体が含まれることがあり、それらの個々のサイズは、ミクロン（１ミクロン＝１０−⁶ｍ）のオーダ、例えば約５μｍ乃至約１０００μｍのオーダのサイズである。

図１に本発明の一部の実施形態に基づく光学的微細構造体を形成するシステムおよび方法を示す。図１に示すように、その上に放射線感応層１１０を含むシリンダ形プラットフォームまたはドラム１００は軸１０２の周りに例えば矢印１０４に示される方向に回転される。ここに使用される表現「放射線感応（性）」は限定はされないがフォトレジスト（photoresist）を含む任意の写真感光材料（photo-imageable material）を包含する。図１に同じく示すように、同時に、レーザ１２２によって発生したレーザビーム１２０といった放射線ビームは軸方向に放射線感応層１１０の少なくとも一部分にわたって矢印１２４によって示される正反対の軸方向にラスタ走査（raster）またはスキャン（scan）され、放射線感応層１１０内に光学的微細構造体１３２が結像する。このようにして形成されたイメージは潜像（latent image）と称されることもある。本発明の実施形態はここでは一般にレーザビームおよびレーザ感光性フォトレジストに関して説明されるが、電子ビームといった他のコヒーレントまたはインコヒーレントな放射線ビームが、適合する放射線感応層と一緒に使用される場合があることは理解されよう。

放射線感応層１１０は図１に示すようにシリンダ形プラットフォーム１００上に直に積層する場合があること、あるいは詳細に後述するように放射線感応層１１０とシリンダ形プラットフォーム１００との間に１つ以上の介在層が提供される場合があることは、当業者には理解されよう。さらに、詳細に後述するように、１つ以上の層が放射線感応層１１０の上にシリンダ形プラットフォーム１００から離れた状態で提供されることがある。放射線感応層１１０の他の実施形態も後述される。さらに、シリンダ形プラットフォーム１００は軸１０２の周りに等角速度および／または可変角速度で回転されることがある。

図１に示すように、一部の実施形態において、レーザ１２２は放射線感応層１１０が感応する周波数または周波数帯域にある放射線を放出する連続発振（Continuous Wave：ＣＷ）レーザである。実施形態によっては、レーザビーム１２０はシリンダ形プラットフォームの軸方向の長さ全体にわたって軸方向にラスタ走査される場合がある。しかしながら、一部の実施形態として、より詳細に後述するように、レーザビーム１２４はシリンダ形プラットフォーム１００の比較的小さな部分にわたってラスタ走査されることがある。

最後に、説明の目的から少数の光学的微細構造体１３２のみが図示されているが、実施形態によっては、光学的微細構造体の大型アレイを提供するために通常は多数の光学的微細構造体１３２が形成されることは理解されよう。図１には光学的微細構造体１３２は半球形セクションの形状にあるマイクロレンズであるとして示されているが、他の実施形態では例えば光学格子構造体といった他の微細構造体が複数の均一および／または不均一な間隔を置いた同一および／または非同一の光学的微細構造体１３２として形成される場合がある。均一および／または不均一なサイズおよび／または間隔の異なるタイプの光学的微細構造体の組み合わせも形成される場合がある。

図２乃至図４は他の実施形態を示しており、そこではシリンダ形プラットフォーム１００および／またはレーザビーム１２０は軸方向に互いに相対的に並進（translate）させられ、その間、それと同時にプラットフォームの回転とレーザビームのラスタ走査が行われて、シリンダ形プラットフォーム１００の長さのかなりの部分にわたって光学的微細構造体が結像する。一部の実施形態では、軸方向の並進によって光学的微細構造体がシリンダ形プラットフォーム１００の軸方向の長さのほぼ全体にわたって形成されることが可能となる。一部の実施形態では、シリンダ形プラットフォーム１００は軸方向の固定されたポジションに維持されるとともにレーザ１２２および／またはレーザビーム１２０は軸方向に沿って並進させられる。逆に他の実施形態では、レーザ１２２および／またはレーザビーム１２０は軸方向の固定された場所に維持されることがあるとともにシリンダ形プラットフォーム１００は軸方向に並進させられることがある。更に他の実施形態では、レーザ１２２および／またはレーザビーム１２２並びにシリンダ形プラットフォーム１００は両方とも軸方向に互いに相対的に並進させられることがある。例えば、レーザ１２２はシリンダ形プラットフォーム１００の一端部に固定されることがあるとともに、ミラーなどのレーザ光学素子がレーザビーム１２２をシリンダ形プラットフォームに対して例えば軸方向に移動および／または回転させることによって並進させるよう設定されている場合がある。

図２乃至図４に本発明の実施形態を示す。そこでは、固定されたレーザ１２２に対してシリンダ形プラットフォーム１００が軸方向に並進させられる。具体的に図２を参照して説明すると、シリンダ形プラットフォーム１００はローラ２２２および／または他の従来の機構を使って支持体（support）２１０を土台（base）２２０に対して移動させることによって矢印２２４に示される（軸方向の）並進方向に沿って軸方向に並進させられる。図２に示すように、シリンダ形プラットフォーム１１０を並進方向２２４に沿って継続的に並進させることにより、連続的な螺旋形パタン２３０の光学的微細構造体１３２が放射線感応層１１０内に（潜像として）結像する。

図３に本発明の他の実施形態を示す。そこでは、シリンダ形プラットフォーム１００はレーザビーム１２０に対して並進方向３２４に沿って段階的に（つまり一段ずつ）並進させられ、放射線感応層内の個々のバンド３３０に光学的微細構造体１３２が結像する。図３の実施形態では、シリンダ形プラットフォーム１００は矢印１０４に示された回転方向に継続的に回転されることがあり、個別のバンド３３０に像が結像した後に並進方向３２４に沿ってシリンダ形プラットフォームの段階的な並進が実行される。シリンダ形プラットフォーム１００は、シリンダ形プラットフォーム１００が段階的に並進する間、一回転未満、一回転、あるいは２回転以上完全に、回転を続けることがあることは理解されよう。

図３において、各バンド３３０の結像が開始してシリンダ形プラットフォーム１００が同じ所定の回転角度だけ回転したら終了することにより、整列したバンド３３０のパタンが放射線感応層１１０内に出来上がる。各バンドごとにバンドの終点と始点を互いに分離するためのガードバンド（guardband）がバンドに提供される場合がある。代わりに、バンドの始点と終点は互いに接する場合がある。

これとは対照的に、図４では、シリンダ形プラットフォーム１００はシリンダ形プラットフォーム１００が順次ずらした回転角度（stagerred rotation angles）だけ回転したら並進方向３２４に沿って軸方向に段階的に（一段ずつ）並進させられ、それにより放射線感応層内に順次ずらしたバンドパタン（staggered band pattern）４３０の光学的微細構造体１３２が結像する。実施形態によっては、バンドの始点／終点４３２が示すように、バンドの始点および／または終点は互いに均一に順次ずらした場合がある。他の実施形態では、バンドの始点／終点４３４が示すように、バンドの始点と終点は互いに不均一に順次ずらした場合がある。整列したパタン（図３）と順次ずらしたパタン（図４）の組み合わせも実施されることがある。図１乃至図４の結像システムおよび方法の組み合わせが単一の放射線感応層１１０で実施される場合があることは理解されよう。実施形態によっては、全ての光学的微細構造体が結像され現像され均一な間隔を置いた光学的微細構造体が作り出された後は、図２乃至図４の螺旋形／バンド構造は見てもわからないことがある。しかしながら、他の実施形態では、螺旋形／バンド構造の少なくとも一部の外観は現像後もそれとわかる場合がある。

図５Ａ乃至図５Ｃおよび図６Ａ乃至図６Ｃに、本発明の様々な実施形態に基づき、レーザビーム１２０といった放射線ビームを図１の放射線感応層１１０といった放射線感応層の少なくとも一部分にわたってラスタ走査して、図１乃至図４の光学的微細構造体１３２といった光学的微細構造体が放射線感応層内に結像する様子を示す。わかりやすくするために、放射線感応層１１０および光学的微細構造体１３２の一部分のみが示されている。

図５Ａは放射線感応層１１０の一部の上面図、図５Ｂは放射線感応層１１０の図５Ａのライン５Ｂ−５Ｂ’に沿った断面図である。図５Ａおよび図５Ｂが示すように、例えば図１乃至図４のレーザビーム１２０といった放射線ビームは放射線感応層１１０の少なくとも一部分にわたって軸方向にラスタ走査されるが、放射線感応層１１０の少なくとも一部分にわたってレーザビーム１２０をその振幅（amplitude）を変えながら軸方向にラスタ走査することによって放射線感応層内に光学的微細構造体１２０が結像する。さらに具体的には、図５Ａ乃至図５Ｃが示すように、軸方向のラスタ走査はレーザビーム１２０をその振幅を変えながら放射線感応層の少なくとも一部分にわたってラスタ走査することによって行われ、その結果として放射線感応層１１０内に光学的微細構造体１３２が結像する。特に、図５Ａが示すように、一部の実施形態において、ラスタ走査は放射線感応層１１０にわたる軸方向１２４における３回の走査５１０、５１２、５１４を提供する場合がある。シリンダ形プラットフォーム１００の回転のせいで走査線は互いに間隔を置いて離れている。図５Ａにおいて、レーザビームは光学的微細構造体を結像させるために図５Ａの右方向へ向かう第１の軸方向に沿ってラスタ走査され、続いて、第１の方向とは逆の図５Ａの左方向へ向かう第２の軸方向に点線５２０、５２２および５２４が示すように空白状態（blank）にされる。軸方向の走査５１０、５１２、５１４の間、レーザビームの振幅は光学的微細構造体１３２を作り出すために図５Ｃに示すように変化する場合がある。

このようにして、図５Ａ乃至図５Ｃに示すように、レーザビーム１２０の振幅は放射線感応層１１０内に光学的微細構造体１３２を結像させるために連続的に変化する。さらに、図５Ａ乃至図５Ｃの３回の走査５１０、５１２、５１４で示されたようなレーザビーム１２０の複数の走査を通じてレーザビーム１２０が光学的微細構造体１３２を結像させることができるように、軸方向のラスタ走査はシリンダ形プラットフォーム１００の回転速度と比べて十分なスピードで実行される。一部の実施形態では光学的微細構造体は単一の走査で結像することがあること、あるいは他の実施形態では２回もしくは４回以上の走査が使用されることがあることは理解されよう。さらに、実施形態によっては、２回以上の走査を同時に実行するために複数のレーザが使用される場合がある。

レーザビーム１２０の振幅は、放射線感応層１１０の非線形な吸光／現像特性および／または他の周知の非線形効果のために、結像されている光学的微細構造体の形状の線形関数でない場合があることも理解されよう。特に、結像の結果として生じる形状の予測はビーム・プロファイルおよび強度並びにそれらが時間空間的に変化する仕方についてだけなく、放射線感応層がその中に蓄積した放射エネルギーに反応する仕方（“露光曲線（exposure curves）”）についても、詳細な理解を含む場合がある。放射線感応層の反応は、照射（露光）に含まれるパラメータに加え、様々な照射後の現像パラメータによっても影響される可能性がある。レーザビーム１２０の走査時の所望の振幅は、光学的微細構造体の所望の像（イメージ）を作り出す所望の振幅に達するまでの試行錯誤によって経験的に、シミュレータを使用することによって、レーザ照射線量と放射線感応層内に現像された（光学的微細構造体の）像との間の関係を定める数学的重畳関数を使用することによって、および／またはここに詳細に記述される必要のない他の従来技術によって、決定されることがある。

図６Ａ乃至図６Ｃに本発明の他の実施形態を示す。そこでは、放射線感応層１１０はレーザビーム１２０をリターン時に空白状態（ブランク）にするのではなくレーザビーム１２０の前方走査（forward scanning）およびリターン走査（return scanning）の間に光学的微細構造体の像が形成される。それにより、複雑さが増す可能性があるが、より高い密度および／またはより高いスピードが得られる場合がある。このようにして、図６Ａ乃至図６Ｃに示すように、結像は、走査ライン６１０、６１２および６１４で示すように図６Ａの右方向への第１（前方）の軸方向における前方走査の間と、図６Ａ乃至図６Ｃの左方向への、第１の方向と逆の第２の方向におけるリターン走査６２０および６２２の間に実行される。図５に関して言えたように、より回数の少ないまたは多い走査が提供される場合がある。また、図５および／または図６の実施形態は図１乃至図４の任意の実施形態と組み合わされてよいことは理解されよう。

図７は本発明の他の実施形態に基づく光学的微細構造体を形成するための他のシステムおよび方法のブロック図である。図７に示すように、連続発振（Continuous Wave：ＣＷ）レーザビーム１２０はＣＷレーザ装置７１０によって生成され、電力制御安定化は電力制御安定化装置７１２によって実施される。他の実施形態では、“準連続発振（quasi-continuous wave）”レーザビームが例えば切替可能半導体レーザ（switchable semiconductor laser）を使って提供されることがある。変調器（modulator）７１４は一部の実施形態では音響光学（acoustooptical：ＡＯ）変調器７１４であって、これはレーザビーム１２０の振幅を変えかつレーザビーム１２０をラスタ走査するために使用される。実施形態によっては、レーザビーム１２０の振幅を変調し、そしてレーザビーム１２０のポジションをラスタ走査するために、それぞれ別個の変調器が使用されることがある。変調器７１４は、放射線感応層１１０がその上に積層したプラットフォーム１００を動かす必要なしにレーザビームの動きの範囲を制限するために、ビームに偏向角度を与えることが可能である。さらに、レーザビーム１２０の振幅および／またはポジションを変えるための他の従来技術も利用されることがある。例えば、レーザビームの振幅はレーザ装置７１０が独りで変える場合がある。またレーザビームのポジションは回転ミラーおよび／または振動ミラーを利用する従来のスキャナを使用してラスタ走査される場合がある。

図７の説明を続けると、必要に応じてレーザビーム１２０の方向を変えるために、ミラー、プリズムおよび／または他の光学素子７１６が使用されることがある。ビーム成形光学系（Beam shaping optics）７１８はレーザビーム１２０の成形を制御して、ビーム断面の強度分布が一定の分布、ガウス型分布および／または他の従来型分布に従う場合がある楕円形（例えば円形）および／または多角形（例えば正方形）に成形するために使用されることがある。シリンダ形プラットフォーム１００に対してレーザビーム１２０の焦点を制御するために自動焦点（オートフォーカス）システム７２２も使用されることがある。ブロック７１０乃至７２２のデザインおよび働きは当業者には周知で、ここで詳述する必要はなかろう。これらのブロックはまとめて光学縦列（optical train）または放射線ビームシステムと称されることがある。さらに、ブロック７１２乃至７２２の一部のブロックは本発明の実施形態による光学縦列または放射線ビームシステムに使用される必要はないことは理解されよう。このようにして、図７の実施形態は、連続発振レーザビーム１２０を生成して、そのレーザビームを変調してその振幅を変えると同時に、その間、レーザビームを振動させて放射線感応層１１０の少なくとも一部分にわたってレーザビームをラスタ走査することができる。

特に、均一および／または様々な輪郭（プロファイル）および／または高さの微細構造体を高い精度で形成すること困難な場合がある。本発明の一部の実施形態は強度が連続的に変化するレーザビーム１２０といったレーザビームを使用して光学的微細構造体を形成することができる。これにより任意の３次元的形状の光学素子をリアルタイムで高い精度で生成することが可能となる。１光学的微細構造体当たり複数の走査（照射）を使用して多数の光学的微細構造体のマスタ型を形成することを可能にするのに十分な高いレートで地形（features）を作り出すために、レーザビーム１２０は強度的かつ空間的に少なくとも１ｋＨｚ、実施形態によってはＭＨｚオーダのレートで、変調されることがある。レーザビームはこれらの振動数でラスタ走査されかつ振幅が変調されるので、ＡＯ変調はこの能力を実現することができる。焦点面またはビーム・プロファイルの他の側面も放射線感応層１１０における最大量の放射線エネルギーが蓄積する深さを変えるために迅速に変えられる場合がある。

図７の説明をさらに続けると、ここではコントローラとも称される制御システムおよび／または方法も提供される。コントローラ７３０は、１つ以上のコンピュータプログラムを実行するために、専用のハードウェアおよび／またはネットワークを介して相互に接続される場合がある、企業、アプリケーション、個人、一般用のもしくは組込型のコンピュータシステムを含む場合がある。コントローラ７３０は中央集権化かつ／または分散化されることがある。コントローラ７３０は従来の制御技術を使用してブロック７１０乃至７２２の一部乃至全部を制御するために使用されることがある。加えて、コントローラ７３０は、ここに記述される実施形態またはそれらの組み合わせに基づいて光学的微細構造体を結像させるために、シリンダ形プラットフォーム１００の角回転量θ、シリンダ形プラットフォーム１００の並進移動距離Ｘ、および時間に対してレーザビーム１２０の振幅およびポジションを制御するよう設計されることがある。コントローラのデザインは当業者には周知で、ここでは詳述される必要はない。

一部の実施形態において、コントローラ７３０はブロック７１０乃至７２２で提供されるビーム照射（exposure）および配置（placement）を放射線感応層１１０上の照射が行われる所望の物理的場所と同期させることが可能である。実施形態によっては、図７のシステム／方法は、一度に最大約２４時間あるいはそれ以上の期間にわたって稼働を継続し、このためコントローラ７３０はこの期間にわたってパラメータをそれらの所望の許容範囲内に維持することが可能でなければならない。

さらに、本発明の一部の実施形態において、コントローラ７３０は自動焦点システム７２２を追加の機能を実行するように制御することができる。特に、実施形態によっては、レーザビーム１２０の焦点長は、少なくとも部分的にシリンダ形プラットフォーム１００の動径方向の変動および／または放射線感応層１１０の層厚の変動を補償するように、シリンダ形プラットフォーム１００の回転とレーザビーム１２０の軸方向のラスタ走査と同時に、変化を付けられることがある。他の実施形態では、レーザビーム１２０の焦点長は、放射線感応層１１０における変動する様々な深さに光学的微細構造体各部を結像させるように、同じく変化を付けられることがある。更に他の実施形態では、レーザビーム１２０の焦点長は、放射線感応層１１０の照射量を変えて所望の光学的微細構造体を実現するように変化を付けられることがある。これらの焦点長制御機構の組み合わせおよび部分的組み合わせはそれだけでまたはレーザビーム１２０の振幅制御と組み合わせて提供される場合がある。

一部の実施形態では、以下、詳細に説明されるように、図１乃至図７の放射線感応層内に結像した光学的微細構造体１３２は現像ステーション（developing station）で現像される。現像された放射線感応層は、例えばコンピュータディスプレイおよび／またはテレビ受像機に使用されることがある光学的微細構造最終製品のマスタ型（金型に相当）を提供することができる。

次に図１乃至図７に示された本発明の実施形態について更に考察する。特に、上述したように、光学的微細構造体のマスタ型を形成するための従来のアプローチは、少なくとも約百万個の素子に適用し、かつ／または一辺が少なくとも約３０．４８ｃｍ（１フィート）四方の面積をカバーするときに、深刻なスケーリング障壁に遭遇する場合がある。これらの構造では、合理的な時間内にマスタ型を形成することは困難な場合がある。これとは極めて対照的に、本発明の一部の実施形態は、１秒当たり百万回の別々の照射のオーダで、しかも１秒当たり１０，０００個の光学的微細構造体を作り出すのに十分な解像度および精度で実行することができ、その結果、大型のリアスクリーンプロジェクション型テレビ受像機用のマスタ型を従来の技術では数年以上を要したものを数時間のうちに形成することができる。

本発明の一部の実施形態は、放射線感応層を露光するのに十分な強度を有する例えば直径５μｍの小さなレーザビームを置くことができ、このビームを強度および場所について例えばＭＨｚのスピードで変調することができる。放射線感応層をその上に置くまたは取り付けることができるシリンダ形プラットフォームはコンピュータ制御によって正確かつ迅速に移動させることができる。制御システムは、放射線感応層の適切な部分を正しい照射線量で照射するために、変調ビームのシリンダ形プラットフォーム上への配置を同期させることができる。

本発明の一部の実施形態による寸法（dimensions）とスピードが次に本発明の実施形態が機能するスケールの正しい評価を与えるよう提供される。しかしながら、これらの寸法およびスピードは実施例と見なされるべきもので、限定するものとは見なされない。特に、本発明の一部の実施形態では、シリンダ形プラットフォーム１００は長さは約９１ｃｍ（３フィート）で周囲は約１５２ｃｍ（５フィート）の場合がある。放射線感応層１１０の層厚は約１０μｍ乃至約１５０μｍの間にある場合がある。ラスタ走査されるレーザビーム１２０のバンド（band）は軸方向の長さが約１μｍ乃至約１０００μｍの間にある場合がある。直径が約７５μｍの半球形セクションのレンズは、リターン走査を空白状態（ブランク）にして、１レンズ当たり１０回の走査を使用して製作されることがある。シリンダ形プラットフォーム１００は毎分約６０回転の角速度で回転し、ラスタ走査は毎秒約５００，０００回走査の振動数で実行される場合がある。これらのパラメータの条件の下では、約２００万個のマイクロレンズを形成するのに約２時間を要することがある。

図８に本発明の他の実施形態に基づく光学的微細構造体を形成するためのシステムおよび方法の断面を示す。図８に示すように、レーザ８２２からのレーザビーム８２０といった放射線ビームは、図１乃至図７のレーザ１１０および／または７１０に相当するものであって、その放射線ビームに対して透過性のある基板８００を通して（透過させて）その上の図１乃至図７の放射線感応層１１０に相当する放射線感応層内に照射され、放射線感応層８１０内に図１乃至図７の光学的微細構造体１３２に相当する光学的微細構造体８３２を結像させる。既に述べたように、放射線ビームはコヒーレントおよび／またはインコヒーレントである場合がある。さらに、ここに使用される“透過性のある”基板はそれに入射する放射線の少なくとも一部を透過させることができる。放射線ビームをこの放射線ビームに対して透過性のある基板を通して（透過させて）基板上の放射線感応層８１０内に照射することはここでは“背面”結像（back-side imaging）または“基板入射式”結像（substrate incident imaging）と称されることがある。図８において、基板８００は放射線感応層８１０の上側にあるが、本発明の様々な実施形態によれば、背面結像を実施するために、基板８００、放射線感応層８１０、レーザビーム８２０およびレーザ装置８２２の他の配置（orientations）が使用されることがあることは当業者には理解されよう。

さらに、本発明の一部の実施形態に従って放射線感応層８１０の背面結像を実施して光学的微細構造体８３２を形成する際、レーザビーム８２０と基板８００を相互に動かすために多くのシステムおよび方法が使用されることがある。これらのシステムおよび方法の一部を図９乃至１１に示す。

特に、図９を参照すると、シリンダ形プラットフォーム９００は、図１乃至図７のプラットフォーム１００に相当し、図１乃至図７に関連して説明された本発明のいずれかの実施形態に基づいて使用されることがある。このようにして、図９に示すように、レーザビーム８２０はシリンダ形基板８００を通して（透過して）シリンダ形プラットフォーム９００上にあるシリンダ形放射線感応層８１０内に照射される。基板８００はフレキシブル基板である場合がある。更に他の実施形態として、図９の構造は図１乃至図７のどの実施形態とも独立に使用される場合がある。さらに、更に他の実施形態では、レーザビーム８２０はシリンダ形プラットフォーム９００内部で作り出されかつ／または方向付けられる場合があるとともに、シリンダ形プラットフォーム９００は透過性基板を構成する場合がある。

図１０に他の実施形態を示す。そこでは、レーザビーム８２０は多角形基板８００’を通して（透過させて）多角形プラットフォーム１０００上にある多角形形状の放射線感応層８１０’内に照射される。実施形態によっては、基板８００’は長方形または正方形、放射線感応層８１０’は長方形または正方形で、多角形プラットフォーム１０００は図１０に示すように直交するＸおよび／またはＹ方向に沿って連続的および／または段階的に並進できる長方形または正方形の精密度の高いＸ−Ｙテーブルである。

最後に、図１１に他の実施形態を示す。そこでは、レーザビーム８２０は楕円形基板８００’’を通して（透過させて）楕円形プラットフォーム１１００上の楕円形放射線感応層８１０’’内に照射される。実施形態によっては、楕円形基板８００’’は円形基板８００’’であって、楕円形放射線感応層８１０’’は円形放射線感応層であり、楕円形プラットフォーム１１００は矢印１１０２の方向へ回転させるためのスピンドル（支軸）１１０４上に取り付けられた円形プラットフォームである。

図９乃至図１１の任意の実施形態において、例えば図７の構成要素７１０、７１２、７１４、７１６、７１８および／または７２２に相当する光学縦列またはシステムは図７のコントローラ７３０といったコントローラと一緒に提供されることがある。同様に、図９乃至図１１の任意の実施形態において、レーザビームは静止した状態に維持されかつ／またはラスタ走査される場合があり、このとき放射線感応層とレーザビームとの間の相対的な並進は、図１乃至図７との関連で既に述べたように、レーザ装置８２２、レーザビーム８２０および／またはプラットフォーム１００、１０００または１１００の並進で実現される場合がある。

図１２は本発明の他の実施形態の断面図である。これらの実施形態において、ネガ型フォトレジスト層１２１０は基板１２００が伴うまたは伴わない放射線感応層として使用され、レーザビーム８２０といった放射線ビームがネガ型フォトレジスト層内に照射される。図１２の実施形態は上述したまたは後述する任意の実施形態との組み合わせで使用される場合がある。

当業者には周知のように、フォトレジストはポジ型とネガ型の２つのタイプが利用可能である。ポジ型フォトレジストは放射線に照射された部分が現像プロセスで除去されるように設計されている。ネガ型フォトレジストは放射線に照射された部分が現像後に残り、未照射部分が除去されるように設計されている。両方のタイプとも従来の集積回路製造で利用されてきたが、特にポジ型フォトレジストは集積回路製造への適合のしやすさから現在より広く利用されることがある。通常、ネガ型フォトレジストは光学的微細構造体の形成に適用可能であるとは見なされることはない。例えば、２００２年３月２１日公開のグレットン等（Gretton et al.）による米国特許出願公開第2002/0034014号明細書「高い集束効率を有するマイクロレンズアレイ（Microlens Arrays Having High Focusing Efficiency）」を参照されたい。

特に、ネガ型フォトレジストでは、フォトレジストの照射された部分のみが現像後に残ることになる。従って、光学的微細構造体の形成に使用されることがあるような厚膜フォトレジストでは、フォトレジスト層の外層の浅い部分のみが照射されることがある。その下の未照射のフォトレジストが現像の際に除去されるとき、照射によって形成された潜像はそのとき洗い流される場合がある。本発明の一部の実施形態はネガ型フォトレジストは光学的微細構造体の形成に実際に利用できるという認識から生まれる。実際、本発明の一部の実施形態は、ネガ型フォトレジストは光学的微細構造体の形成に、特に背面結像（back-side imaging）と組み合わされたときに、利点を提供することがあるという認識から生まれる。使用することができるネガ型フォトレジストの一例はＳＵ−８^TMで、これはエポキシノボラックポリマ（epoxy novolac polymers）からできたネガ型フォトレジストで、マイクロケミストリ社（MicroChem Corp.）から市販されている。

図１３Ａ乃至図１３Ｂは例えば図８の背面結像を例えば図１２のネガ型フォトレジストの利用と一緒に組み合わせた本発明の実施形態の断面図である。特に、図１３Ａに示すように、レーザビーム８２０といった放射線ビームはこの放射線ビームに対して透過性のある基板８００を通して（透過させて）この基板８００上のネガ型フォトレジスト層１３１０内に照射され、その中に光学的微細構造体１３２を結像させる。従って、図１３Ａは、基板８００と、基板８００上に積層しておりこの基板上に光学的微細構造体１３２を画定するよう照射（あるいは露光）されたネガ型フォトレジストの被照射層（exposed layer）１３１０とを含む、本発明の一部の実施形態による光学的微細構造製品も示している。また図１３Ｂに、結像処理された（つまり光学的微細構造体の潜像が形成された）ネガ型フォトレジスト層１３１０の、光学的微細構造体１３２’を形成するために現像された後の状態を示す。従って、図１３Ｂも、基板８００と、基板８００上に積層しておりこの基板上に光学的微細構造体１３２’を画定するようパタン形成されたネガ型フォトレジストのパタン形成層（patterned layer）とを含む、本発明の一部の実施形態による光学的微細構造製品１３５０を示している。図１乃至図１１の任意の実施形態は図１３Ａおよび図１３Ｂの実施形態を形成するために使用されることがあることは理解されよう。

本発明の一部の実施形態によるネガ型フォトレジスト層内への背面結像は光学的微細構造マスタ型の形成に関して多くの潜在的な利点を提供することがある。いくつかの潜在的な利点について以下詳細に説明する。

特に、当業者には周知のように、マスタ型が生成されると、そのマスタ型から複数の複製（コピー）を製作するために通常の複製プロセスが使用さることがある。各世代の複製（レプリカ）は一般に１つ前の世代のネガである。図１４を参照して説明すると、マスタ型１４００は、例えば図１３Ａおよび図１３Ｂとの関連で説明したように、放射線ビームを基板８００を通してその基板上のネガ型フォトレジストの層内に照射して光学的微細構造体１３２’を基板上に生成するための背面結像を使用して製造されることがある。従来の技術を使用して、単一のマスタ型から、最大約１，０００あるいはそれ以上のオーダの多数個の第２世代スタンパ１４２０が作り出されることがある。図１４に示すように、スタンパ１４２０は、マスタ型１４００の凸が凹に凹が凸になったマスタ型１４００のネガ複製（レプリカ）である。次に、コンピュータディスプレイまたはテレビ受像機用のマイクロレンズなどの、最大約１，０００あるいはそれ以上のオーダの多数個の最終製品１４３０が、各スタンパ１４２０から作り出されることがある。最終製品１４３０はスタンパ１４２０のミラーイメージ（鏡像）であって、従ってそれらはマスタ型１４００のポジティブ・イメージ（陽像）に相当する。

従って、図１４に示した例では、単一のマスタ型１４００から２世代の複製だけを使って最大百万個あるいはそれ以上のオーダで最終製品１４３０が生成されることがある。これとは対照的に、ポジ型フォトレジストを使用するとき、マスタ型は所望の形状のネガとなる場合があり、従って第１世代の複製（レプリカ）はポジとなる。ポジの最終製品を作り出すために、第２および第３世代の複製（レプリカ）が提供される必要がある場合がある。残念ながら、第３世代の複製（レプリカ）は市場に流通可能なほどオリジナルパタンに十分忠実であるとは言い難い場合がある。これとは対照的に、ネガ型フォトレジストは、図１４に示したように２つの世代の複製を通じて所望の形状のポジティブコピーを作り出すために使用することができ、その結果、本発明の実施形態によれば、最大百万個あるいはそれ以上の個数の高品質最終製品１４３０が単一のマスタ型から作り出されることがある。

図１５および図１６は、本発明の一部の実施形態に基づくネガ型フォトレジストと組み合わせた背面結像の他の潜在的な利点について説明する。特に、図１５に基板１５００上の光学的微細構造体の一例を示す。図１５が示すように、基板１５００に垂直な壁を有する符号１５２２で示された光学的微細構造体、あるいは、それぞれ基板１５００に隣接する基底部（bases）１５３２とその基板１５００から離れており基底部１５３２よりも幅が狭いここでは一般に“上端部（tops）”１５３４と称される頂点（vertices）または先端（tips）とを有するレンズ１５２４またはプリズム１５２６を形成することが一般に望ましいことがある。さらに、微細構造体１５２８といった、他の高い微細構造体１５２２、１５２４および／または１５２６と比較して短い一部の微細構造体を形成することが望ましい場合がある。

図１６が示すように、本発明の一部の実施形態は、これらの形状を従来のポジ型フォトレジスト１６１０と従来のフォトレジスト入射式（“前面”）照射（露光）（front-side exposure）を使用して形成することが困難であるという認識から来ている。特に、図１６に示すように、例えば半導体産業において従来から使用されているポジ型フォトレジスト１６１０および前面照射１６３０を使用するとき、放射線は基板１６００とは反対側にあるフォトレジスト１６１０の外面を結像処理する（つまり潜像を形成する）ための“パンチ（punch）”の機能を果たす。この関係は、光学的微細構造体に望まれる形状（図１５参照）とは逆の形状の像（イメージ）１６２０ａ、１６２０ｂを形成するのに貢献する。さらに、図１６に同じく示すように、比較的浅い像（イメージ）１６２０ｃがフォトレジスト層１６１０の被照射面のところだけに存在することがあるが、その浅い像（イメージ）は現像の際に洗い流されることがある。例えば前記米国特許出願公開第2002/0034014号明細書の中のパラグラフ５６乃至６７を参照されたい。

これとは極めて対照的に、例えば図１３Ａおよび図１３Ｂに示したように、本発明の一部の実施形態に基づくネガ型フォトレジストと組み合わせた背面結像（back-side imaging）は、基板８００に隣接する基底部（bases）１３０２とその基板８００から離れており基底部１３０２よりも幅が狭い上端部（tops）１３０４とを有する光学的微細構造体１３２’を作り出すことができる。さらに、図１７に示すように、基板８００を通して結像処理（つまり潜像形成）しかつネガ型フォトレジスト１３１０を使用する本発明の実施形態は、光学的微細構造体１７３２の望ましい高さよりも層厚が厚いフォトレジスト層１３１０を提供することができ、そのため放射線ビームは基板８００を通してネガ型フォトレジスト層１３１０内に照射され、そのネガ型フォトレジスト層１３１０内に基板８００に隣接するように埋め込まれた光学的微細構造体１７３２が結像する。ネガ型フォトレジスト１３１０が、少なくとも、形成されることが望まれる最も厚い光学的微細構造体１７３２よりも厚い限りは、比較的厚い微細構造体と比較的薄い微細構造体とが基板８００に隣接して１つのネガ型フォトレジスト層内に一緒に形成されることがあり、しかも現像プロセスの際に洗い流されることはない。

図１８に、ネガ型フォトレジスト１３１０および基板８００を通したレーザビーム８２２の照射を使用することがある本発明の他の実施形態を示す。図１８に示すように、大型の基板８００上にネガ型フォトレジスト層１３１０を形成するとき、そのフォトレジストは不均一な層厚を有する場合がある。しかしながら、図１８に示すように、ネガ型フォトレジスト層１３１０の最小の厚みがどの光学的微細構造体１８３２よりも厚い限りは、埋め込まれた光学的微細構造体１８３２はネガ型フォトレジスト層１３１０の変動する厚みとは無関係に基板８００に隣接して厚みが変動するフォトレジスト層１３１０内に結像することがある。

本発明の一部の実施形態に基づいて背面照射およびネガ型フォトレジストを使用する他の潜在的な利点を図１９を参照して説明する。図１９に示すように、ネガ型フォトレジスト層１３１０はその上に不純物１９１０を含む場合がある。背面結像ではなく従来の前面結像を使用するとき、これらの不純物１９１０は前面結像の妨げになる場合がある。しかしながら、図１９に示すように背面結像を使用するときには、レーザビーム８２２はネガ型フォトレジスト１３１０の基板８００から離れた外面１３１０ａを通過したりあるいはその外面上に集束する必要はない。従って、不純物１９１０は光学的微細構造体１８３２の形成に影響を与えることはない。それゆえ、本発明の一部の実施形態では、結像（imaging）はクリーンルーム以外の環境でも生じることがある。

ネガ型フォトレジストを使用する他の潜在的な利点の中には、照射および現像プロセス中にポリマの架橋結合を含むネガ型フォトレジストの化学反応が起き、これが追加的な機械的、化学的および／または熱的な安定化を複製プロセス時のマスタ型にもたらす場合があるという事実が含まれることがある。加えて、現像は大半のネガ型フォトレジスト層１３１０を基板８００から除去することがあるので、現像後のマスタ型内に残る内部圧力がより小さくなる可能性がある。後述するように、ネガ型フォトレジスト層上にしかも基板の反対側に保護層も設けられる場合がある。

本発明の一部の実施形態に基づく背面結像および／またはネガ型フォトレジストの使用について更に議論する。特に、既に述べたように、標準的なリソグラフィ・アプローチを使用して、特にそれをフォトレジストの厚膜、すなわち約１０μｍより厚いフォトレジスト層に適用するとき、光学的微細構造体の所望の形状を生成することは困難な場合がある。フォトレジストの厚みの均一性やフォトレジスト面のクオリティの問題もプロセスの妨げになり得る。また集積回路の製造における基本的な適用場面では、フォトリソグラフィは通常、一般的にフォトリソ・プロセスで使用される放射線の波長を通さないシリコンその他の半導体からなる基板上で実行されてきた。それゆえ、前面照射は通常、基板から離れた、フォトレジストのコーティングのない側から行われる。

これとは対照的に、本発明の一部の実施形態は基板を通してフォトレジストに照射する。本発明の一部の実施形態はマスタ型を形成する基板の電気特性に関係する必要はないので、使用されている放射線の波長に対して透過性のある合成樹脂（プラスチック）といった材料が使用されることがある。このようにして、フォトレジストは基板を通して照射されることができる。背面照射は原理的にはポジ型とネガ型の両方のフォトレジストに適用可能であるが、それは特にネガ型フォトレジストを使用するときに有益なことがある。

基板を通して照射されるとき、ネガ型フォトレジストは基底部が基板に隣接する形状を自然に形成することができる。これとは対照的に、前面照射には一般にビームがフォトレジスト膜に侵入する際のビームエネルギーの多少の減衰が含まれる。この減衰により一般にフォトレジストの最上部が基底部よりもより多く照射され、アンダーカット（undercutting）が結果としてもたらされる。背面照射でも減衰は存在する場合があるが、しかしこの場合の減衰は微細構造体の基底部がその上端部よりも多くの照射を受ける望ましい方向に存在することが可能である。

背面照射を使用すれば、形成される地形（feature）の高さもフォトレジストの厚みとは無関係に与えられることが可能である。これは前面照射では難しい場合がある。というのは、前面照射の場合、照射はフォトレジストの外面から底面まで、（浅くて）洗い流されないように、フォトレジストを最後まで進行する必要がある場合があるからである。それゆえ、本発明の一部の実施形態は様々な高さの形状を作り出すことができ、フォトレジストの厚みの均一性とフォトレジスト表面のクオリティは光学的微細構造体のクオリティの決定に重要な役割を果たす必要はない。

図２０に本発明の一部の実施形態による光学的微細構造体を示す。図２０に示すように、これらの光学的微細構造体は、基板２０１０と、この基板２０１０上に積層しており光学的微細構造体２０３２をその中に画定するようパタン形成されたネガ型フォトレジストを備えるパタン形成層２０２０とを含む。実施形態によっては、ネガ型フォトレジスト２０２０は結像周波数（imaging frequency）の放射線に感応し、基板２０１０はその結像周波数に対して透過性を有する。

一部の実施形態において、光学的微細構造体は、基板２０１０に隣接する基底部２０３４と、この基底部２０３４より幅が狭く基板２０１０から離れている上端部２０３６とを含む複数の光学的微細構造体２０３２を備える。実施形態によっては、基板２０１０はフレキシブル（柔軟）基板である。他の実施形態として、光学的微細構造体は、基板に隣接する基底部２０３４と、基板から離れている上端部２０３６とを含む複数の半球形セクションを含む。実施形態によっては、基板２０１０とネガ型フォトレジストのパタン形成層２０２０は光学的微細構造マスタ型２０００を提供する。

一部の実施形態において、基板２０１０は、シリンダ形、楕円形または多角形の形状にある。他の実施形態では、基板２０１０は、長さが少なくとも約３０．４８ｃｍ（１フィート）で、幅が少なくとも約３０．４８ｃｍ（１フィート）、かつ／または面積が約３０．４８ｃｍ（１フィート）四方である。更に他の実施形態では、光学的微細構造体はマイクロレンズを含む。なお更に他の実施形態では、光学的微細構造体は少なくとも約百万個の光学的微細構造体２０３２を含む。更に他の実施形態では、フォトレジスト２０２０はネガ型フォトレジストである場合がある。図２０の光学的微細構造体は図１乃至図４および／または図１７乃至図１９に関連して記述された任意の方法に従って形成されることがある。

光学的微細構造マスタ型の大量生産を可能にすることができる本発明の実施形態であって、多数の光学的微細構造体のマスタ型を形成するために使用することができるものについて以下説明する。特に、図２１に、光学的微細構造体を形成するために実行されることがある作業の流れを示す。ブロック２１１０に示すように、１対の外層（outer layer）の間に挟み込まれた放射線感応層を含む光学的微細構造マスタ型は結像用（あるいは結像処理用）プラットフォーム（imaging platform）上に結像される。既に参照された任意の図面に記述された結像用プラットフォームおよび／または技術はいずれも使用されることがある。さらに、結像用プラットフォームおよび／または技術の他の実施形態については後述される。一部の実施形態において、１対の外層は、結像用プラットフォームに隣接した第１の外層と、その結像用プラットフォームから離れている第２の外層とを含む。ここに使用される表現“第１”および“第２”は単に２つの異なる外層を区別するために使用されること、そして第１および第２の外層のポジション（位置関係）および／または機能はここで述べたものと逆になる場合があることは理解されよう。

次に、ブロック２１２０において、１対の外層の少なくとも１つが取り除かれる。以下詳細に説明するように、一部の実施形態において、第１の外層が放射線感応層から取り除かれ、その結果、結像用プラットフォーム上に少なくとも一時的に第１の外層を残しながら、放射線感応層および第２の外層を結像用プラットフォームから分離する。本発明の他の実施形態では、第１および第２の外層の間に挟み込まれた放射線感応層を含む光学的微細構造マスタ型を結像用プラットフォームから取り去ることによって、少なくとも１つの外層が結像用プラットフォームから取り除かれる。次に、結像処理された（つまり潜像が形成された）放射線感応層を現像し、現像された放射線感応層から第２世代のスタンパと、そして第３世代の最終製品を作り出すための処理が実行されることがある。

図２２に、本発明の他の実施形態に基づく、光学的微細構造体を形成するために実行されることがある作業の流れを示す。特に、図２２に示すように、ブロック２２１０において、１対の外層の間に放射線感応層を挟み込むことによって光学的微細構造マスタ型の生地（blank）または前駆体（precursor）が製造される。実施形態によっては、光学的微細構造マスタ型の生地または前駆体は、以下詳細に説明するように、狭い間隔を置いた１対のフレキシブル・ウェブ（webs）と、その狭い間隔を置いた１対のフレキシブル・ウェブの間に挟み込まれ光学的微細構造体の像（イメージ）を受け入れるよう構成された放射線感応層とを含む。

図２２を参照して説明を続けると、ブロック２２２０において、マスタ型生地は結像用プラットフォーム上に置かれる。多くの例が以下提供される。ブロック２２３０において、マスタ型生地または前駆体は光学的微細構造体を画定するよう結像処理される。ブロック２２４０において、例えば図２１のブロック２１２０に関連して述べたように、少なくとも１つの外層が取り除かれる。多くの他の例が以下提供される。ブロック２２５０において、放射線感応層の光学的微細構造体をスタンパ生地（stamper blank）に接触させることによって第２世代のスタンパが生成される。続いて、ブロック２２６０において、スタンパを最終製品の生地（final product blanks）に接触させることによって例えばコンピュータディスプレイ用またはテレビ受像機用のマイクロレンズといった最終製品が生成される。

図２３に、本発明の一部の実施形態による、図２２のブロック２２１０に対応する光学的微細構造マスタ型生地を製造するために使用されることがあるシステムおよび方法の略図を示す。図２３に示すように、第１のローラ２３４０ａまたは他の従来の供給源はその上に第１の外層２３１０のフレキシブル・ウェブを含む。放射線感応層コーティング・ステーション２３５０は１つ以上の従来のコーティング技術を使用して第１の外層２３１０上に放射線感応層２３２０をコーティングするよう構成される。既に例えば図１８に関連して述べたように、本発明の一部の実施形態は、光学的微細構造マスタ型が放射線感応層２３２０の厚みのばらつきに関係なく放射線感応層２３２０内に結像されることを可能にする。

図２３を参照して説明を続けると、第２のローラ２３４０ｂまたは他の従来の供給源はその上に第２の外層のウェブ２３３０を含む。ローラ２３４０ｃおよび／または他の従来のラミネート加工装置を含むことができるラミネート加工ステーション（lamination station）は第２の外層２３３０を放射線感応層２３２０の第１の外層とは反対側にラミネート加工（積層加工）するために使用され、出来上がったものは続いて巻き取りローラ２３４０ｄまたは他の収納装置に集められる。このようにして、図２４に示すように、光学的微細構造マスタ型生地または前駆体構造２４００は、本発明の一部の実施形態によれば、１対の狭い間隔を置いたフレキシブル・ウェブ２３１０および２３３０と、前記１対の狭い間隔を置いたフレキシブル・ウェブ２３１０および２３３０の間に挟み込まれており光学的微細構造体の像（イメージ）を受け入れるよう構成された放射線感応層２３２０とを含む。

図２４の光学的微細構造マスタ型前駆体２４００は図１乃至図２２に関連して既に説明された実施形態のいずれかにおいて使用されることがある。一部の実施形態において、放射線感応層２３２０は上述した層１１０、８１０、８１０’、８１０’’、１２１０、１３１０、１６１０および／または２０２０を具現化し得る。一部の実施形態では、第２の外層２３３０は、上述した基板８００、８００’、８００’’、１２００、１６００および／または２０１０に相当する場合があるフレキシブルで透光性のある基板を提供することができる。第１の外層２３１０は、前の図面のいずれかにおける結像用プラットフォームに隣接して配置されることがある層であって光学的微細構造マスタ型前駆体２４００を結像用プラットフォームから結像後にリリース（解放）することを可能にするためのリリース層（release layer）を提供することができる。第１の外層２３１０は、放射線感応層２３２０を、結像前、結像中および／または結像後に混入物質から保護することができる薄膜（pellicle）としても機能することがあり、その結果、光学的微細構造マスタ型前駆体の製造、保管および／または結像処理はクリーンルーム環境で行われる必要はなくなる。第１の外層２３１０は、結像プロセスの際に、吸光性、反射性および／または透光性の層としての機能も果たすことがある。これらの特性および／または他の特性も第１の外層２３１０に与えられる場合がある。第１の外層２３１０および／または第２の外層２３３０は複数の副層（sublayers）を成すことができることは理解されよう。

図２４を参照して説明を続けると、本発明の一部の実施形態において、既に広範囲に述べたように、放射線感応層２３２０はネガ型フォトレジスト層である。本発明の他の実施形態では、第１の外層２３１０および第２の外層２３３０は同じものである。更に他の実施形態では、ネガ型フォトレジスト層２３２０は所定の周波数の放射線に感応し、第２の外層２３３０はその所定の周波数の放射線に対して透明である。本発明の更に他の実施形態では、第２の外層２３３０は所定の周波数の放射線に対して透明であり、第１の外層２３１０はその所定の周波数に対して不透明である。これも既に述べたように、第１の外層と第２の外層の第１および第２の構造および／または機能は逆転される場合がある。

本発明の一部の実施形態では、光学的微細構造マスタ型生地または前駆体２４００は、照射に使用される放射線の波長に対して透明で、フラットで、比較的欠陥が無く（すなわち光学低品質の高い）、鮮明で曇りがない第２の外層２３３０を含む。放射線感応層２３２０は第２の外層２３３０に良く付着することが望ましい場合があるとともに、第２の外層２３３０は放射線感応層の現像に含まれることがある化学および熱プロセスに対して比較的影響されにくいことが望ましい場合がある。一部の実施形態では、第２の外層２３３０は、ポリエステル（polyester）、ポリカーボネート（polycarbonate）および／またはポリエチレン（polyethylene）といった合成樹脂（plastic）を含む場合がある。第１の外層２３１０も、ポリエステル、ポリカーボネートおよび／またはポリエチレンといった合成樹脂を含む場合がある。

図２３および図２４に示した本発明の実施形態は、例えばガラス、シリカまたはシリコンといった高価かつ／または柔軟性のない基板上で一般的に実行されてきた光学的微細構造体のための従来のマスタ型形成（mastering）アプローチと対比されることがある。これらのマスタ型は直径が３００ｍｍを超えない場合がある。これとは対照的に、図２３および図２４に示した本発明の実施形態は、実施形態によっては幅が約３０．４８ｃｍ（１フィート）を超える場合があるウェブから大きな面積のマスタ型生地を製造することができる。マスタ型生地は照射（露光）のためセットアップされるともに、結像用プラットフォームまたはマスタ型形成機械の速い折り返し（turnaround）を許すことができる。従って、図２３および図２４に示した本発明の実施形態は、結像用プラットフォームが高価でかつ／または長いリードタイムアイテムを要する場合に使用することができる。マスタ型生地は結像のため結像用プラットフォーム上に置かれ、続いて、詳しくは後述するように、その結像用プラットフォームから外されて別のマスタ型生地のために結像用プラットフォームを自由にすることができる。

図２５Ａ乃至図２５Ｅに本発明の一部の実施形態による光学的微細構造体を形成するシステムおよび方法の断面を示す。図２５Ａに示すように、図２４のフレキシブルな光学的微細構造マスタ型生地または前駆体２４００は、上述した図１乃至図４、図７および／または図９の結像用プラットフォームの１つに相当する場合があるシリンダ形結像用プラットフォーム２５００に巻き付けられる。一部の実施形態では、結像処理（imaging）は放射線感応層２３２０内に光学的微細構造体の像（イメージ）を形成するために、上述した背面結像のいずれかの技術に基づいて第２の外層２３３０を通して（透過させて）実行されることが可能である。従って、図２５Ａは、ブロック２１１０、２２２０および／または２２３０の一部の実施形態を示すものである。

次に、図２５Ｂを参照して説明すると、一部の実施形態において、第１の外層２３１０は、第２の外層２３３０および結像処理された（つまり潜像が形成された）放射線感応層２３２０’を第１の外層２３１０から取り去ることを可能にするリリース層として機能することができる。結像処理された放射線感応層２３２０’は図２５Ｃに示すように光学的微細構造体２３２０’’を作り出すために現像される。従って、図２５Ｃは完成した光学的微細構造マスタ型２５５０の別の実施形態を示しており、図２５Ｂおよび図２５Ｃはブロック２１２０および／または２２４０の実施形態を示すものである。

第２世代の光学的微細構造体はスタンパ（stamper）とも称され、それは現像した放射線感応層の光学的微細構造体２３２０’’を含むマスタ型２５５０から、光学的微細構造体２３２０’’をスタンパ生地（stamper blank）に接触させることによって生成される。これはブロック２２５０に対応する。特に、図２５Ｄに示すように、スタンパ生地への接触工程は、マスタ型２５５０を平坦なスタンピング・プラットフォーム２５１０上に取り付け、その平坦なスタンピング・プラットフォーム２５１０を矢印２５１２の方向へスタンパ生地２５２０に押しつけることによって行われることがある。他の実施形態では、図２５Ｅに示すように、マスタ型２５５０はシリンダ形スタンピング・プラットフォーム２５４０上に置かれ、スタンパを生成するためにスタンパ生地２５２０に対して矢印２５４２の方向に回転して前に進められる。

図２６Ａおよび図２６Ｂにブロック２１２０および／または２２４０の作業で形成されることがある本発明の他の実施形態を示す。図２６Ａにおいて、少なくとも１つの外層を取り除く工程は結像処理されたマスタ型生地全体２４００を結像用プラットフォーム２５００から取り去ることによって実行される。続いて、図２６Ｂにおいて、第１の外層２３１０は結像処理された放射線感応層２３２０’から取り除かれ、結像処理された放射線感応層２３２０’はマスタ型２５５０を現出させるために現像される。

図２７に、ブロック２１１０、２２２０および／または２２３０の作業で形成されることがある本発明の更に他の実施形態を示す。そこでは本発明の他の実施形態として、光学的微細構造マスタ型前駆体２４００は、図１０または図１１のそれぞれの結像用プラットフォーム１０００または１１００に相当する平坦な結像用プラットフォーム２７００上で結像処理（つまり潜像形成）される。図２７の結像工程の後に、図２５Ｂおよび／または図２６Ａに関連して述べた外層の取り除き工程（ブロック２１２０および／または２２４０）が実行される。さらに、図２５Ｄおよび／または２５Ｅに関連して述べたスタンピング作業が実行される。従って、結像工程は平坦または非平坦な結像用プラットフォーム上で行われることがあり、スタンピング工程は本発明の様々な実施形態に基づく結像用プラットフォームと同じまたは同じでなくてよい平坦または非平坦なスタンピング・プラットフォーム上で行われることがある。

次に、図２１乃至図２７について、本発明の一部の実施形態に基づき、更に議論する。特に、光学的微細構造マスタ型生地または前駆体２４００は、マスタ型生地２４００の厚み、重量および／もしくは柔軟性に応じて、静電気、真空チャック（vacuum chuck）、粘着テープおよび／または他の従来の技術を使用して、図２５Ａのプラットフォーム２５００といったシリンダ形プラットフォーム上または図２７のプラットフォーム２７００といった平坦な結像用プラットフォーム上に保持されることがある。さらに、図２５Ａおよび／または図２７における結像または照射の後に、光学的微細構造マスタ型前駆体２４００は図２５Ｃおよび／または図２６Ｂのマスタ型２５５０といったマスタ型を生成するために放射線感応層の照射後の現像工程を経験する。

取り去り可能（removable）な光学的微細構造マスタ型前駆体２４００は前面照射および背面照射の両方にポジ型フォトレジストおよびネガ型フォトレジストと併用して使用することができることは当業者には理解されよう。しかしながら、本発明の一部の実施形態では、既に広範囲に述べたように、背面照射とネガ型フォトレジストが使用される。背面照射およびネガ型フォトレジストを使用するとき、第１の外層２３１０は結像後に取り除かれることがある。第１の外層２３１０の取り除き工程は、例えば図２５Ａおよび図２５Ｂで述べたように結像用プラットフォーム上で行われたり、あるいは、図２６Ａおよび図２６Ｂで述べたように結像用プラットフォームから結像処理されたマスタ型を取り去った後に行われることがある。

それゆえ、図２１乃至図２７に関連して述べた本発明の実施形態は、第１の外層２３１０を結像処理された放射線感応層２３２０’から取り除き、それにより、結像が生じた後に結像用プラットフォーム２５００または２７００からその結像処理された放射線感応層２３２０’を取り去ることができる。スタンパは光学的微細構造体２３２０’’をスタンパ生地２５２０に接触させることによって光学的微細構造体２３２０’’から生成されることがある。他の実施形態では、第１の外層２３１０は結像が生じた後に結像用プラットフォーム２５００または２７００から分離される。続いて、第１の外層２３１０は結像処理された放射線感応層２３２０’から分離される。次いでスタンパは光学的微細構造体２３２０’’をスタンパ生地２５２０に接触させることによって光学的微細構造体２３２０’’から生成されることがある。実施形態によっては、光学的微細構造体はスタンパ生地に押しつけられる（図２５Ｄ参照）。他の実施形態では、光学的微細構造体はスタンパ生地に対して回転して前に進められる（図２５Ｅ参照）。

図２１乃至図２７に関連して述べた取り去り可能な光学的微細構造マスタ型生地は本発明の一部の実施形態によるマスタ型およびスタンパの大量生産に特に適している。特に、図２８に示すように、光学的微細構造マスタ型前駆体２４００の結像処理は、既に結像処理された光学的微細構造マスタ型２５５０からスタンパを生成すると同時に行われることがある。このため、光学的微細構造マスタ型前駆体の結像処理と、既に結像処理された光学的微細構造マスタ型前駆体からのスタンパの形成は、時間的に少なくとも部分的に重なる場合がある。

このようにして、潜在的に高価でかつ／またはリードタイムが長い光学的結像用プラットフォーム２５００は、光学的微細構造マスタ型前駆体を結像後に結像用プラットフォーム２５００から取り去ることによって、結像処理にほとんど連続使用されることがある。しかしながら、本発明の他の実施形態では、結像用プラットフォームは、結像処理された光学的微細構造マスタ型前駆体を結像用プラットフォームから取り去らないことによって、スタンピング・プラットフォームとしても利用されることがある。図２８においてシリンダ形および／または平坦な結像用プラットフォームが使用されることがあることと、図２５乃至図２７に関連して述べたように、マスタ型をスタンパ生地に押しつけるおよび／または回転して前に進める工程が使用されることがあることは理解されよう。

取り去り可能な基板上にマスタ型形成することにより、厚みが変わる異なる基板上を多数の異なる放射線感応層で覆ってマスタ型形成するのに同じ機械および／または同じプラットフォームを使用することができるようになる。またネガ型フォトレジストおよび基板を通した照射を使用することにより、本発明の一部の実施形態に基づく取り去り可能なマスタ型を使用することができるようになる。というのは、結像用プラットフォームに付着したフォトレジストの表面は現像の際に取り除くことが可能で、従って光学素子の最終製品に含まれる必要はないからである。同様に、本発明の一部の実施形態によれば、ネガ型フォトレジストおよび背面照射（露光）を使用するとき、フォトレジストで基板上を覆う、単純で、高速でかつ/または比較的安価な技術を採用することが可能である。

それゆえ、本発明の一部の実施形態は、放射線ビームに対して透過性があり取り去り可能な基板を通してその基板上にあるネガ型フォトレジスト内に照射する多重照射（露光）によって形成される多数の光学的微細構造体を複製するためのマスタ型を提供することができる。これにより、多数の光学的微細構造体のための商業化が可能なマスタ型形成システム、方法および製品を提供することが可能である。本発明の一部の実施形態では、長さが少なくとも約３０．４８ｃｍ（１フィート）、幅が少なくとも約３０．４８ｃｍ（１フィート）および／または面積が少なくとも約３０．４８ｃｍ（１フィート）四方のマスタ型であって約１００μｍ以下のサイズの最大約百万個あるいはそれ以上の個数の光学的微細構造体を含むものが約８時間乃１５時間でマスタ型形成可能である。任意の形状の光学素子はマスタ型のポイントポイントで照射を変化させることによって形成することが可能である。マスタ型における素子の間隔は大きく引き離された状態から重なり合う状態まで変えることができる。マスタ型は取り去り可能な基板上に形成可能で、その結果、マスタ型形成プラットフォームは更なるマスタ型形成作業のため再設定が可能である。

最後に、本発明の実施形態はここでは光学的微細構造体の形成に関して説明されてきたことは理解されよう。ここで言う光学的微細構造体は、マイクロレンズ、光学格子、微小反射体並びに／または他の吸光性、透光性および／もしくは反射性構造体を含むことがあるが、それらの個々のサイズは、ミクロン（１ミクロン＝１０−⁶ｍ）のオーダ、例えば約５μｍ乃至約１０００μｍのオーダのサイズである場合がある。しかしながら、機械的微細構造体を形成するために本発明の他の実施形態が使用されることがあることも理解されよう。ここで言う機械的微細構造体は、例えば、微小流体システム、微小空気圧システムおよび／または微小電気機械システムに使用されることがある、空気圧、油圧／水圧、および／または微小電気システム（microeleetromechanical system：ＭＥＭＳ）の微細構造体を含むことがあるが、それらの個々のサイズは、ミクロン（１ミクロン＝１０−⁶ｍ）のオーダ、例えば約５μｍ乃至約１０００μｍのオーダのサイズである場合がある。

本願添付図面および明細書において、本発明の実施形態が開示されてきた。そこには特定の用語が採用されているが、それらは総称的かつ記述的な意味でのみ用いられているもので、特許請求の範囲の各請求項に定められる本発明の範囲を限定する意図は全くない。

本発明の様々な実施形態による微細構造体を形成するためのシステムおよび方法の斜視図である。 本発明の様々な実施形態による微細構造体を形成するためのシステムおよび方法の斜視図である。 本発明の様々な実施形態による微細構造体を形成するためのシステムおよび方法の斜視図である。 本発明の様々な実施形態による微細構造体を形成するためのシステムおよび方法の斜視図である。 本発明の様々な実施形態による放射線感応層の少なくとも一部分にわたって放射線ビームをラスタ走査する工程を示した図である。 本発明の様々な実施形態による放射線感応層の少なくとも一部分にわたって放射線ビームをラスタ走査する工程を示した図である。 本発明の他の実施形態による光学的微細構造体を形成するためのシステムおよび方法のブロック図である。 本発明の更に他の実施形態による光学的微細構造体を形成するためのシステムおよび方法の断面図である。 本発明の更に他の実施形態による光学的微細構造体を形成するためのシステムおよび方法の斜視図である。 本発明の更に他の実施形態による光学的微細構造体を形成するためのシステムおよび方法の斜視図である。 本発明の更に他の実施形態による光学的微細構造体を形成するためのシステムおよび方法の斜視図である。 本発明の他の実施形態による光学的微細構造体を形成するためのシステムおよび方法の断面図である。 本発明の更に他の実施形態による光学的微細構造体を形成するためのシステムおよび方法の断面図である。 本発明の実施形態による結像処理されたネガ型フォトレジスト層の現像後の断面図である。 本発明の様々な実施形態によるマスタ型をスタンパおよび最終製品に複製する手順を示したフロー図である。 ポジ型フォトレジストによる従来の前面結像を使って形成された光学的微細構造体の断面図である。 ポジ型フォトレジストによる従来の前面結像を使って形成された光学的微細構造体の断面図である。 本発明の他の実施形態による光学的微細構造体を形成するためのシステムおよび方法の断面図である。 本発明の他の実施形態による光学的微細構造体を形成するためのシステムおよび方法の断面図である。 本発明の他の実施形態による光学的微細構造体を形成するためのシステムおよび方法の断面図である。 本発明の一部の実施形態による光学的微細構造体の断面図である。 本発明の様々な実施形態による微細構造体を形成するために実施されることがある作業の流れを示したフロー図である。 本発明の様々な実施形態による微細構造体を形成するために実施されることがある作業の流れを示したフロー図である。 本発明の一部の実施形態による光学的微細構造マスタ型生地を製造するために使用されることがあるシステムおよび方法の略構成図である。 本発明の一部の実施形態による光学的微細構造マスタ型生地の断面図である。 本発明の様々な実施形態による光学的微細構造体を形成するためのシステムおよび方法の断面図である。 本発明の様々な実施形態による光学的微細構造体を形成するためのシステムおよび方法の断面図である。 本発明の様々な実施形態による光学的微細構造体を形成するためのシステムおよび方法の断面図である。 本発明の一部の実施形態による光学的微細構造体のためのマスタ型およびスタンパを大量生産するためのシステムおよび方法の略構成図である。

Claims (40)

1. 光学的微細構造体を形成する微細加工方法であって、放射線ビームをこの放射線ビームに対して透過性のある基板を通してこの基板上にあるネガ型フォトレジスト層内に照射し、このネガ型フォトレジスト層の放射線ビームに照射された部分が現像後に残る形で、この放射線感応層内に前記光学的微細構造体を結像させる工程を含み、
   前記ネガ型フォトレジスト層はシリンダ形プラットフォーム上にあるとともに前記基板はこのネガ型フォトレジスト層上にあってそのシリンダ形プラットフォームからは離れており、放射線ビームを照射する工程は、
   前記シリンダ形プラットフォームをその軸の周りに回転させ、それと同時に放射線ビームを前記基板を通して前記ネガ型フォトレジスト層の少なくとも一部分にわたって軸方向にラスタ走査して前記ネガ型フォトレジスト層内に前記光学的微細構造体を結像させることから成る微細加工方法。
2. 前記ネガ型フォトレジスト層は前記光学的微細構造体よりも層厚が厚く、放射線ビームを照射する工程は、放射線ビームをこの放射線ビームに対して透過性のある基板を通してこの基板上にあるネガ型フォトレジスト層内に照射してこのネガ型フォトレジスト層内に、埋め込まれた光学的微細構造体を、前記基板に隣接するように結像させることから成る請求項１に記載の微細加工方法。
3. 前記光学的微細構造体の少なくとも一部のものはそれぞれ基底部（ベース）とこの基底部よりも幅が狭い上端部（トップ）とを含んでおり、放射線ビームを照射する工程は、放射線ビームをこの放射線ビームに対して透過性のある基板を通してこの基板上にあるネガ型フォトレジスト層内に照射してこのネガ型フォトレジスト層内に光学的微細構造体をその基底部が前記基板に隣接しかつその上端部が前記基板からは離れているように結像させることから成る請求項１に記載の微細加工方法。
4. 前記ネガ型フォトレジスト層の最小の厚みは前記光学的微細構造体よりも厚くなるように構成されている請求項１に記載の微細加工方法。
5. 前記ネガ型フォトレジスト層の最小の厚みは前記光学的微細構造体よりも厚くなっているため、放射線ビームを照射する工程は、放射線ビームをこの放射線ビームに対して透過性のある基板を通してこの基板上にあるネガ型フォトレジスト層内に照射して、このネガ型フォトレジスト層上に存在しうる不純物によって歪められることなく、前記光学的微細構造体を前記基板に隣接するように結像させることができる請求項１に記載の微細加工方法。
6. 前記基板はフレキシブル基板である請求項１に記載の微細加工方法。
7. 同時に前記シリンダ形プラットフォームおよび／または放射線ビームを軸方向に互いに相対的に並進させることを更に含む請求項１に記載の微細加工方法。
8. 同時に放射線ビームの振幅を連続的に変化させることを更に含む請求項７に記載の微細加工方法。
9. 前記基板は一辺が少なくとも３０．４８ｃｍ（１フィート）四方の面積を有する請求項１に記載の微細加工方法。
10. 放射線ビームを照射する工程は前記基板上において少なくとも１時間にわたって継続的に実行される請求項１に記載の微細加工方法。
11. 放射線ビームを照射する工程は少なくとも百万個の光学的微細構造体を形成するために前記基板上において少なくとも１時間にわたって継続的に実行される請求項１に記載の微細加工方法。
12. 光学的微細構造マスタ型を形成するために前記ネガ型フォトレジスト層内に結像した光学的微細構造体を現像する工程を更に含む請求項１に記載の微細加工方法。
13. 前記基板は、シリンダ形、楕円形または多角形の形状である請求項１に記載の微細加工方法。
14. 放射線ビームを照射しながら前記基板および／または放射線ビームを互いに相対的に並進させることを更に含む請求項１に記載の微細加工方法。
15. 複数の第２世代のスタンパを前記マスタ型から直接形成する工程と、
    複数の第３世代の微細構造最終製品をスタンパから直接形成する工程と
    を更に含む請求項１２に記載の微細加工方法。
16. 前記ネガ型フォトレジスト層はプラットフォーム上にあってこのプラットフォームと前記ネガ型フォトレジスト層との間には少なくとも１つの層が介在しており、前記基板は前記ネガ型フォトレジスト層上にあって前記プラットフォームからは離れており、放射線を照射する工程の後に、前記ネガ型フォトレジスト層と前記プラットフォームとの間に介在する層を取り除く工程が更に実行される請求項１に記載の微細加工方法。
17. 前記ネガ型フォトレジスト層と前記プラットフォームとの間に介在する層を取り除く工程は、
    前記ネガ型フォトレジスト層と前記プラットフォームとの間に介在する層をそのプラットフォームから分離することと、
    前記ネガ型フォトレジスト層と前記プラットフォームとの間に介在する層をそのネガ型フォトレジスト層から分離すること
    を含む、請求項１６に記載の微細加工方法。
18. 光学的微細構造体を形成するための微細加工システムであって、
    結像（イメージング）周波数にある放射線に感応するネガ型フォトレジスト層とその結像周波数に対して透過性のある基板とをその上に保持するように構成されたプラットフォームと、
    前記結像周波数にある放射線ビームをこの放射線ビームに対して透過性のある前記基板を通して前記ネガ型フォトレジスト層内に照射し、このネガ型フォトレジスト層の放射線ビームに照射された部分が現像後に残る形で、このネガ型フォトレジスト層内に前記光学的微細構造体を結像させるように構成された放射線ビームシステムと
    を備えてなる微細加工システム。
19. 前記ネガ型フォトレジスト層は前記光学的微細構造体よりも層厚が厚く、前記放射線ビームシステムは、放射線ビームをこの放射線ビームに対して透過性のある前記基板を通してこの基板上にあるネガ型フォトレジスト層内に照射してこのネガ型フォトレジスト層内に、埋め込まれた光学的微細構造体を、前記基板に隣接するように結像させるように構成されている請求項１８に記載の微細加工システム。
20. 前記光学的微細構造体の少なくとも一部のものはそれぞれ基底部（ベース）とこの基底部よりも幅が狭い上端部（トップ）とを含んでおり、前記放射線ビームシステムは、放射線ビームをこの放射線ビームに対して透過性のある前記基板を通してこの基板上にあるネガ型フォトレジスト層内に照射してこのネガ型フォトレジスト層内に光学的微細構造体をその基底部が前記基板に隣接しかつその上端部が前記基板からは離れているように結像させるように構成されている請求項１８に記載の微細加工システム。
21. 前記ネガ型フォトレジスト層の最小の厚みは前記光学的微細構造体よりも厚くなるように構成されている請求項１８に記載の微細加工システム。
22. 前記ネガ型フォトレジスト層はの最小の厚みは前記光学的微細構造体よりも厚くなるように構成されているため、前記放射線ビームシステムは、放射線ビームをこの放射線ビームに対して透過性のある前記基板を通してこの基板上にあるネガ型フォトレジスト層内に照射して、このネガ型フォトレジスト層上に存在しうる不純物によって歪められることなく、前記光学的微細構造体を前記基板に隣接するように結像させることができる請求項１８に記載の微細加工システム。
23. 前記基板はフレキシブル基板である請求項１８に記載の微細加工システム。
24. 前記プラットフォームはシリンダ形プラットフォームであり、当該システムは、
    前記シリンダ形プラットフォームをその軸の周りに回転させ、それと同時に放射線ビームを前記基板を通して前記ネガ型フォトレジスト層の少なくとも一部分にわたって軸方向にラスタ走査してそのネガ型フォトレジスト層内に前記光学的微細構造体を結像させるように構成されたコントローラを更に備える請求項１８に記載の微細加工システム。
25. 前記コントローラは更に、前記シリンダ形プラットフォームおよび／または放射線ビームを軸方向に互いに相対的に並進させるように構成されている請求項２４に記載の微細加工システム。
26. 前記コントローラは更に、同時に放射線ビームの振幅を連続的に変化させるように構成されている請求項２５に記載の微細加工システム。
27. 前記基板は一辺が少なくとも３０．４８ｃｍ（１フィート）四方の面積を有する請求項１８に記載の微細加工システム。
28. 前記コントローラは更に、放射線ビームを前記基板上に少なくとも１時間にわたって継続的に照射するように構成されている請求項１８に記載の微細加工システム。
29. 前記コントローラは更に、少なくとも百万個の光学的微細構造体を形成するために放射線ビームを前記基板上に少なくとも１時間にわたって継続的に照射するように構成されている請求項１８に記載の微細加工システム。
30. 光学的微細構造マスタ型を形成するために前記ネガ型フォトレジスト層内に結像した光学的微細構造体を現像するように構成された現像ステーションを更に備える請求項１８に記載の微細加工システム。
31. 前記プラットフォームはその上に前記ネガ型フォトレジスト層を保持し、そのネガ型フォトレジスト層と当該プラットフォームとの間に少なくとも１つの層を介在させるように構成されている請求項１８に記載の微細加工システム。
32. 基板と、
    前記基板上に積層したネガ型フォトレジストから成る層であってこの層内に複数の光学的微細構造体を画定するために放射線が照射された被照射層と
    を備えてなり、
    前記ネガ型フォトレジストは結像周波数の放射線に対して感応性があり、前記基板はその外側表面から前記ネガ型フォトレジスト層上のこの層に直接接触している表面まで前記結像周波数に対して透過性があることを特徴とする微細構造製品。
33. 前記複数の光学的微細構造体は、前記基板に隣接した基底部（ベース）と、この基底部よりも幅が狭く前記基板から離れている上端部（トップ）とを含むものである請求項３２に記載の微細構造製品。
34. 前記基板はフレキシブル基板である請求項３２に記載の微細構造製品。
35. 前記基板およびネガ型フォトレジストから成る前記被照射層は光学的微細構造マスタ型製品を提供する請求項３２に記載の微細構造製品。
36. 前記複数の光学的微細構造体は、前記基板に隣接した基底部と前記基板から離れている上端部とを含む複数の半球形セクションから成る請求項３２に記載の微細構造製品。
37. 前記基板は、シリンダ形、楕円形または多角形の形状である請求項３２に記載の微細構造製品。
38. 前記基板は一辺が少なくとも３０．４８ｃｍ（１フィート）四方の面積を有する請求項３２に記載の微細構造製品。
39. 前記複数の光学的微細構造体は少なくとも百万個の光学的微細構造体から成る請求項３２に記載の微細構造製品。
40. ネガ型フォトレジストから成る前記被照射層の上に前記基板から離れている層を更に備える請求項３２に記載の微細構造製品。

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