JP4972015B2 - 金型の加工方法および製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、微細な凹部が形成される金型の加工方法および製造方法に関する。

光学プラスチックレンズは、金型に樹脂を射出して成形することによって、高い生産性で製造されている。光プラスチックレンズの表面反射は数％と大きく、これを避けるためには、真空成膜による光学薄膜形成などを行うことで反射防止効果を得ていた。ただし、この真空成膜による方法では、レンズの表面の成膜が終わった後レンズを裏返して裏面の成膜を行うので、時間がかかるという問題がある。

この問題に対し、近年、レンズ表面に微細な凹凸を設けて、フォトニックス結晶を形成することによって、表面反射を低減させる原理が検討されている。レンズ表面に微細な凹凸を形成する方法としては、金型の凹部（以下、「製品形成面」ともいう。）に微細な凹凸を形成し、この金型を用いて射出成形することで、微細な凹凸をレンズ面に転写する方法が考えられる。

このような金型の製品形成面に微細な凹凸を形成する方法としては、従来、放電加工により凹凸を形成する方法などが知られている（例えば、特許文献１参照）。なお、金型の製品形成面に微細な凹凸を形成する方法ではないが、熱反応基材からなる加工対象物に対してレーザ光を照射することで微細な凹凸を形成する方法は従来知られている（特許文献２参照）。

特開平７−２０５１５５号公報 特開２００７−２１６２６３号公報

しかしながら、特許文献１のような放電加工等で形成できる凹部の幅は数μｍが限界であり、金型の製品形成面に１μｍ以下（例えばサブミクロンオーダー）の微細な凹部を形成することができないという問題があった。

また、レーザ装置から波長の短いレーザ光を金型の製品形成面に照射することで微細な凹部を形成することも考えられるが、金属加工が可能となる熱を製品形成面に加えるには、例えば１０μｍ程の波長の長いレーザ光を用いる必要があるので、サブミクロンオーダーの微細な凹凸を形成するのが困難であった。

そこで、本発明は、金型に形成される製品形成面に微細な凹部を形成することができる金型の加工方法および製造方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決する本発明は、曲面を有し、かつ、金型に形成される製品形成面に、ヒートモードの形状変化が可能なフォトレジスト層を形成するフォトレジスト形成工程と、半導体レーザを内蔵した露光装置により前記フォトレジスト層にレーザ光を照射することで凹部パターンを形成するレーザ光照射工程と、前記凹部パターンを利用することで前記製品形成面に凹凸を形成する凹凸形成工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、ヒートモードの形状変化が可能なフォトレジスト層にレーザ光を照射すると、その照射部分（レーザ光のスポット径よりも一回り小さな部分）がレーザ光のエネルギーによって消失し、微細な凹部がフォトレジスト層に形成される。そのため、このようなフォトレジスト層にレーザ光を照射することで形成される凹部パターンを利用して例えばエッチング等により製品形成面に凹凸を形成することで、微細な凹凸（例えばサブミクロンオーダーの凹凸）であっても良好に形成することが可能となる。なお、通常用いられる半導体レーザの波長は、最短でも４０５ｎｍ程度なので、これよりも短い波長の固体レーザ等に比べ、微細な凹凸を形成することができないが、ヒートモードの形状変化が可能なフォトレジスト層を用いることで、半導体レーザでも微細な凹凸を形成することが可能となっている。

また、本発明では、前記レーザ光照射工程において、前記製品形成面上のフォトレジスト層の表面とレーザ光の光軸とが直交するように、前記レーザ光を出射するヘッドの向きを、前記製品形成面の角度に合わせて変化させるのが望ましい。

ここで、ヘッドの向きの制御方法の一例としては、例えば、被加工物の形状情報を予め入手しておき、これに応じて加工レーザの光軸を制御する方法が挙げられる。情報の入手方法としては、機械設計として形状を把握する方法と形状検出手段によって行うことができる。形状検出手段としては、レーザ変位計や接触型変位計を用いることができる。レーザ変位計の方が、接触しないので、被加工物へ傷などの欠陥を発生させる可能性がないので好ましい。レーザ変位計による方式だと、ほぼ加工と同時に入手でき、リアルタイム制御が可能となる。

これによれば、製品形成面上のフォトレジスト層の表面とレーザ光の光軸とが直交することで、ヘッドから出射されたレーザ光の焦点位置を確実にフォトレジスト層内の所定位置に位置させることができるので、フォトレジスト層に良好な凹部パターンを形成することができる。

また、本発明では、前記凹凸形成工程において、前記製品形成面と前記フォトレジスト層の外表面とに金属材料を成膜させてからフォトレジスト層を除去することで、前記製品形成面に凹凸を形成してもよい。

これによれば、金属パターンによって、金型の製品形成面に微細な凹凸パターンを良好に形成することができる。

また、本発明では、前記凹凸形成工程において、前記金型をメッキ槽に入れて、前記製品形成面にメッキ膜を成長させてからフォトレジスト層を除去することで、前記製品形成面に凹凸を形成してもよい。

これによれば、メッキ膜からなるパターンによって、金型の製品形成面に微細な凹凸パターンを良好に形成することができる。

また、本発明では、前記凹凸形成工程において、前記製品形成面に残ったフォトレジスト層をマスクとしてエッチングを行ってからフォトレジスト層を除去することで、前記製品形成面に凹凸を形成してもよい。

これによれば、エッチングにより、金型の製品形成面に微細な凹凸パターンを良好に形成することができる。

また、本発明では、前記凹凸形成工程において、前記製品形成面と前記フォトレジスト層の外表面とに連続して金属材料を成膜することで、前記製品形成面に凹凸を形成してもよい。

これによれば、金型の製品形成面と当該製品形成面に残ったフォトレジスト層とに連続して金属材料を成膜するだけで、製品形成面に金属パターンの凹凸を良好に形成することができる。また、この方法では、金属材料の成膜後にフォトレジスト層を除去する必要がないので、フォトレジスト層を除去するための設備等が不要となり、製造コストを低減することができる。

また、本発明では、前記レーザ光照射工程において、前記レーザ光を前記フォトレジスト層に対する所定位置に集束させるフォーカスサーボ制御を行ってもよい。

これによれば、フォトレジスト層に対する所定位置にレーザ光が集束されるので、フォトレジスト層表面に照射されるレーザ光のスポット径を一定にでき、均一な凹部を形成することができる。

また、本発明では、前記レーザ光照射工程において、凹状の製品形成面に沿って、前記レーザ光を出射するヘッドと金型とを相対的に移動させてもよい。

これによれば、ヘッドとフォトレジスト層との距離が一定に保たれるので、フォトレジスト層表面に照射されるレーザ光のスポット径を一定にでき、均一な凹部を形成することができる。

なお、本発明は、前記凹部パターンの幅が１μｍ以下である場合に特に有効である。すなわち、ヒートモードの形状変化が可能なフォトレジスト層に光を照射することで形成される凹部パターンを利用することで、従来では形成が困難であった１μｍ以下（例えばサブミクロンオーダー）の幅の凹部パターンを良好に形成することができる。

また、前述した各加工方法を、金型の製造方法に利用してもよい。さらに、この製造方法で製造された金型を用いて射出成形することで光学部品を製造してもよい。これによれば、金型の製品形成面に形成された例えばサブミクロンオーダーの凹凸パターンを光学部品に転写させることができ、サブミクロンオーダーの凹凸パターンを有する光学部品を良好かつ簡易に製造することができる。

本発明によれば、ヒートモードの形状変化が可能なフォトレジスト層にレーザ光を照射することで、金型の製品形成面に微細な凹部を良好に形成することができる。

次に、本発明の一実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図１は、本発明の一実施形態に係る金型の加工装置を示す側面図である。

最初に、図１を参照して、金型１に形成される凹状の製品形成面１１（詳しくはフォトレジスト層１２）に凹部パターン１３（図２（ａ）参照）を形成するための加工装置２について説明する。なお、本実施形態においては、凹状の製品形成面として曲面状（球状）の面を採用するが、本発明はこれに限定されず、金型の合わせ面に対して傾斜する傾斜面を有していれば、例えば円錐台状の面であってもよい。

図１に示すように、加工装置２は、金型1を回転させるための回転装置２１と、半導体レーザを内蔵した露光装置２２とを備えて構成されている。回転装置２１は、金型１を支持する回転テーブル２１Ａと、回転テーブル２１Ａを支持する支持軸２１Ｂと、支持軸２１Ｂを回転させる駆動装置２１Ｃとを備えている。

露光装置２２は、レーザ光を出射する半導体レーザを内蔵した小型のヘッド２２Ａと、ヘッド２２Ａを支持する支持アーム２２Ｂと、支持アーム２２Ｂを回動することでヘッド２２Ａのレンズ面２２Ｄを金型１の製品形成面１１（フォトレジスト層１２の表面）に沿って移動させる駆動装置２２Ｃとを備えている。

具体的に、駆動装置２２Ｃは、ヘッド２２Ａから出射されるレーザ光の光軸と、レーザ光が照射されるフォトレジスト層１２の加工部位の表面とが略垂直に交わるように、ヘッド２２Ａを傾斜した製品形成面１１に沿って傾けつつ移動させている。すなわち、レーザ光の光軸の延長線が球面状の製品形成面１１の中心点を常に通るように、球面状の製品形成面１１の中心点を中心としてヘッド２２Ａが揺動可能となっている。

また、駆動装置２２Ｃは、ヘッド２２Ａが金型１の製品形成面１１（フォトレジスト層１２の表面）に対して進退可能となるように、上下方向に移動可能となっている。さらに、駆動装置２２Ｃには、フォトレジスト層１２に形成する凹部パターン１３（図２（ａ）参照）に応じた信号をヘッド２２Ａに対して出力する図示せぬ制御装置が設けられている。なお、この制御装置は、ヘッド２２Ａ内の光学部品（例えば対物レンズ）を可動させることでレーザ光をフォトレジスト層１２に対する所定位置に集束させるフォーカスサーボ制御を実行するように構成されている。

＜金型の製造方法＞
次に、金型の製造方法について説明する。参照する図面において、図２はフォトレジスト層形成工程を示す断面図（ａ）と、レーザ光照射工程を示す断面図（ｂ）であり、図３はメッキ処理を示す断面図（ａ）と、フォトレジスト層を除去する処理を示す断面図（ｂ）である。

まず、公知の鋳造工程および製品形成面１１の機械加工を行うことで、球面状の製品形成面１１を有した金型１を製作する。その後は、以下に示すような本発明に係る加工方法を実施することで、製品形成面１１に微細な凹凸パターンを有する金型１を製造する。

ここで、凹状の製品形成面１１の曲率半径の下限値は、２５ｍｍ以上、５０ｍｍ以上、１００ｍｍ以上が好ましい。製品形成面１１の曲率半径が小さすぎると、この凹状の製品形成面１１内に入ることが可能なサイズのヘッド２２Ａを作成するのが困難となるからである。また、製品形成面１１の曲率半径の上限値は、２ｍ以下、１ｍ以下、０．５ｍ以下が好ましい。製品形成面１１の曲率半径が大きすぎると、金型１のマクロな形状精度を保つのが困難になるとともに、露光スキャン時の精度を良好に保つのが困難になる。

＜金型の加工方法＞
まず、図２（ａ）に示すように、金型１の製品形成面１１に、ヒートモードの形状変化が可能なフォトレジスト層１２を形成する（フォトレジスト形成工程）。

ここで、フォトレジスト層１２は、強い光の照射により光が熱に変換されてこの熱により材料が形状変化して凹部を形成することが可能な層であり、いわゆるヒートモード型のフォトレジスト材料の層である。このようなフォトレジスト材料は、従来、光記録ディスクなどの記録層に多用されている記録材料、たとえば、シアニン系、フタロシアニン系、キノン系、スクワリリウム系、アズレニウム系、チオール錯塩系、メロシアニン系などの記録材料を用いることができる。

本発明におけるフォトレジスト層１２は、色素をフォトレジスト材料として含有する色素型とすることが好ましい。
従って、フォトレジスト層１２に含有されるフォトレジスト材料としては、色素等の有機化合物が挙げられる。なお、フォトレジスト材料としては、有機材料に限られず、無機材料または無機材料と有機材料の複合材料を使用できる。ただし、有機材料であると、成膜をスピンコートやスプレー塗布により容易にでき、転移温度が低い材料を得易いため、有機材料を採用するのが好ましい。また、有機材料の中でも、光吸収量が分子設計で制御可能な色素を採用するのが好ましい。

ここで、フォトレジスト層１２の好適な例としては、メチン色素（シアニン色素、ヘミシアニン色素、スチリル色素、オキソノール色素、メロシアニン色素など）、大環状色素（フタロシアニン色素、ナフタロシアニン色素、ポルフィリン色素など）、アゾ色素（アゾ金属キレート色素を含む）、アリリデン色素、錯体色素、クマリン色素、アゾール誘導体、トリアジン誘導体、１−アミノブタジエン誘導体、桂皮酸誘導体、キノフタロン系色素などが挙げられる。中でも、メチン色素、オキソノール色素、大環状色素、アゾ色素が好ましい。

かかる色素型のフォトレジスト層１２は、露光波長領域に吸収を有する色素を含有していることが好ましい。特に、光の吸収量を示す消衰係数ｋの値は、その上限が、１０以下であることが好ましく、５以下であることがより好ましく、３以下であることがさらに好ましく、１以下であることが最も好ましい。その理由は、消衰係数ｋが高すぎると、フォトレジスト層１２の光の入射側から反対側まで光が届かず、不均一な穴が形成されるからである。また、消衰係数ｋの下限値は、０．０００１以上であることが好ましく、０．００１以上であることがより好ましく、０．１以上であることがさらに好ましい。その理由は、消衰係数ｋが低すぎると、光吸収量が少なくなるため、その分大きなレーザパワーが必要となり、加工速度の低下を招くからである。

なお、フォトレジスト層１２は、前記したように露光波長において光吸収があることが必要であり、かような観点からレーザ光源の波長に応じて適宜色素を選択したり、構造を改変することができる。
例えば、レーザ光源の発振波長が７８０ｎｍ付近であった場合、ペンタメチンシアニン色素、ヘプタメチンオキソノール色素、ペンタメチンオキソノール色素、フタロシアニン色素、ナフタロシアニン色素などから選択することが有利である。この中でも、フタロシアニン色素またはペンタメチンシアニン色素を用いるのが好ましい。
また、レーザ光源の発振波長が６６０ｎｍ付近であった場合は、トリメチンシアニン色素、ペンタメチンオキソノール色素、アゾ色素、アゾ金属錯体色素、ピロメテン錯体色素などから選択することが有利である。
さらに、レーザ光源の発振波長が４０５ｎｍ付近であった場合は、モノメチンシアニン色素、モノメチンオキソノール色素、ゼロメチンメロシアニン色素、フタロシアニン色素、アゾ色素、アゾ金属錯体色素、ポルフィリン色素、アリリデン色素、錯体色素、クマリン色素、アゾール誘導体、トリアジン誘導体、ベンゾトリアゾール誘導体、１−アミノブタジエン誘導体、キノフタロン系色素などから選択することが有利である。

以下、レーザ光源の発振波長が７８０ｎｍ付近であった場合、６６０ｎｍ付近であった場合、４０５ｎｍ付近であった場合に対し、フォトレジスト層１２（フォトレジスト材料）としてそれぞれ好ましい化合物の例を挙げる。ここで、以下の化学式１，２で示す化合物（Ｉ-１〜Ｉ-１０）は、レーザ光源の発振波長が７８０ｎｍ付近であった場合の化合物である。また、化学式３，４で示す化合物（II-１〜II-８）は、６６０ｎｍ付近であった場合の化合物である。さらに、化学式５，６で示す化合物（III-１〜III-１４）は、４０５ｎｍ付近であった場合の化合物である。なお、本発明はこれらをフォトレジスト材料に用いた場合に限定されるものではない。

＜レーザ光源の発振波長が７８０ｎｍ付近である場合のフォトレジスト材料例＞

＜レーザ光源の発振波長が７８０ｎｍ付近である場合のフォトレジスト材料例＞

＜レーザ光源の発振波長が６６０ｎｍ付近である場合のフォトレジスト材料例＞

＜レーザ光源の発振波長が６６０ｎｍ付近である場合のフォトレジスト材料例＞

＜レーザ光源の発振波長が４０５ｎｍ付近である場合のフォトレジスト材料例＞

＜レーザ光源の発振波長が４０５ｎｍ付近である場合のフォトレジスト材料例＞

また、特開平４−７４６９０号公報、特開平８−１２７１７４号公報、同１１−５３７５８号公報、同１１−３３４２０４号公報、同１１−３３４２０５号公報、同１１−３３４２０６号公報、同１１−３３４２０７号公報、特開２０００−４３４２３号公報、同２０００−１０８５１３号公報、及び同２０００−１５８８１８号公報等に記載されている色素も好適に用いられる。

このような色素型のフォトレジスト層１２は、色素を、結合剤等と共に適当な溶剤に溶解して塗布液を調製し、次いで、この塗布液を、製品形成面１１上に塗布して塗膜を形成した後、乾燥することにより形成できる。その際、塗布液を塗布する面の温度は、１０〜４０℃の範囲であることが好ましい。より好ましくは、下限値が、１５℃以上であり、２０℃以上であることが更に好ましく、２３℃以上であることが特に好ましい。また、上限値としては、３５℃以下であることがより好ましく、３０℃以下であることが更に好ましく、２７℃以下であることが特に好ましい。このように被塗布面温度が上記範囲にあると、塗布ムラや塗布故障の発生を防止し、塗膜の厚さを均一とすることができる。
なお、上記の上限値及び下限値は、それぞれが任意で組み合わせることができる。
ここで、フォトレジスト層１２は、単層でも重層でもよく、重層構造の場合、塗布工程を複数回行うことによって形成される。
塗布液中の色素の濃度は、一般に０．０１〜１５質量％の範囲であり、好ましくは０．１〜１０質量％の範囲、より好ましくは０．５〜５質量％の範囲、最も好ましくは０．５〜３質量％の範囲である。

塗布液の溶剤としては、酢酸ブチル、乳酸エチル、セロソルブアセテート等のエステル；メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルイソブチルケトン等のケトン；ジクロルメタン、１，２−ジクロルエタン、クロロホルム等の塩素化炭化水素；ジメチルホルムアミド等のアミド；メチルシクロヘキサン等の炭化水素；テトラヒドロフラン、エチルエーテル、ジオキサン等のエーテル；エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノールジアセトンアルコール等のアルコール；２，２，３，３−テトラフルオロプロパノール等のフッ素系溶剤；エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のグリコールエーテル類；等を挙げることができる。なお、フッ素系溶剤、グリコールエーテル類、ケトン類が好ましい。特に好ましいのはフッ素形溶剤、グリコールエーテル類である。更に好ましいのは、２，２，３，３−テトラフルオロプロパノール、プロピレングリコールモノメチルエーテルである。
上記溶剤は使用する色素の溶解性を考慮して単独で、或いは二種以上を組み合わせて使用することができる。塗布液中には、更に、酸化防止剤、ＵＶ吸収剤、可塑剤、潤滑剤等各種の添加剤を目的に応じて添加してもよい。

塗布方法としては、スプレー法、スピンコート法、ディップ法、ロールコート法、ブレードコート法、ドクターロール法、ドクターブレード法、スクリーン印刷法等を挙げることができる。なお、生産性に優れ膜厚のコントロールが容易であるという点でスピンコート法を採用するのが好ましい。
フォトレジスト層１２は、スピンコート法による形成に有利であるという点から、有機溶媒に対して０．３ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下で溶解することが好ましく、１ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下で溶解することがより好ましい。特にテトラフルオロプロパノールに１ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下で溶解することが好ましい。また、フォトレジスト材料は、熱分解温度が１５０℃以上５００℃以下であることが好ましく、２００℃以上４００℃以下であることがより好ましい。
塗布の際、塗布液の温度は、２３〜５０℃の範囲であることが好ましく、２４〜４０℃の範囲であることがより好ましく、中でも、２５〜３０℃の範囲であることが特に好ましい。

塗布液が結合剤を含有する場合、結合剤の例としては、ゼラチン、セルロース誘導体、デキストラン、ロジン、ゴム等の天然有機高分子物質；ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリイソブチレン等の炭化水素系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル・ポリ酢酸ビニル共重合体等のビニル系樹脂、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メチル等のアクリル樹脂、ポリビニルアルコール、塩素化ポリエチレン、エポキシ樹脂、ブチラール樹脂、ゴム誘導体、フェノール・ホルムアルデヒド樹脂等の熱硬化性樹脂の初期縮合物等の合成有機高分子；を挙げることができる。フォトレジスト層１２の材料として結合剤を併用する場合に、結合剤の使用量は、一般に色素に対して０．０１倍量〜５０倍量（質量比）の範囲にあり、好ましくは０．１倍量〜５倍量（質量比）の範囲にある。

また、フォトレジスト層１２には、フォトレジスト層１２の耐光性を向上させるために、種々の褪色防止剤を含有させることができる。
褪色防止剤としては、一般的に一重項酸素クエンチャーが用いられる。一重項酸素クエンチャーとしては、既に公知の特許明細書等の刊行物に記載のものを利用することができる。
その具体例としては、特開昭５８−１７５６９３号公報、同５９−８１１９４号公報、同６０−１８３８７号公報、同６０−１９５８６号公報、同６０−１９５８７号公報、同６０−３５０５４号公報、同６０−３６１９０号公報、同６０−３６１９１号公報、同６０−４４５５４号公報、同６０−４４５５５号公報、同６０−４４３８９号公報、同６０−４４３９０号公報、同６０−５４８９２号公報、同６０−４７０６９号公報、同６３−２０９９９５号公報、特開平４−２５４９２号公報、特公平１−３８６８０号公報、及び同６−２６０２８号公報等の各公報、ドイツ特許３５０３９９号明細書、そして日本化学会誌１９９２年１０月号第１１４１頁等に記載のものを挙げることができる。前記一重項酸素クエンチャー等の褪色防止剤の使用量は、色素の量に対して、通常０．１〜５０質量％の範囲であり、好ましくは、０．５〜４５質量％の範囲、更に好ましくは、３〜４０質量％の範囲、特に好ましくは５〜２５質量％の範囲である。

なお、フォトレジスト層１２は材料の物性に合わせ、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等の成膜法によって形成することもできる。

なお、色素は、後述する凹部パターン１３の加工に用いるレーザ光の波長において、他の波長よりも光の吸収率が高いものが用いられる。
この色素の吸収ピークの波長は、必ずしも可視光の波長域内であるものに限定されず、紫外域や、赤外域にあるものであっても構わない。

なお、凹部パターン１３を形成するためのレーザ光の波長λｗは、大きなレーザパワーが得られる波長であればよく、例えば、フォトレジスト層１２に色素を用いる場合は、１９３ｎｍ、２１０ｎｍ、２６６ｎｍ、３６５ｎｍ、４０５ｎｍ、４８８ｎｍ、５３２ｎｍ、６３３ｎｍ、６５０ｎｍ、６８０ｎｍ、７８０ｎｍ、８３０ｎｍなど、１０００ｎｍ以下が好ましい。

また、レーザ光は、連続光でもパルス光でもよいが、自在に発光間隔が変更可能なレーザ光を採用するのが好ましい。例えば、半導体レーザを採用するのが好ましい。レーザを直接オンオフ変調できない場合は、外部変調素子で変調するのが好ましい。

また、レーザパワーは、加工速度を高めるためには高い方が好ましい。ただし、レーザパワーを高めるにつれ、スキャン速度（レーザ光でフォトレジスト層１２を走査する速度；例えば、後述する回転装置２１の回転速度）を上げなければならない。そのため、レーザパワーの上限値は、スキャン速度の上限値を考慮して、１００Ｗが好ましく、１０Ｗがより好ましく、５Ｗがさらに好ましく、１Ｗが最も好ましい。また、レーザパワーの下限値は、０．１ｍＷが好ましく、０．５ｍＷがより好ましく、１ｍＷがさらに好ましい。

さらに、レーザ光は、発信波長幅およびコヒーレンシが優れていて、波長並みのスポットサイズに絞ることができるような光であることが好ましい。また、露光ストラテジ（凹部パターン１３を適正に形成するための光パルス照射条件）は、光ディスクで使われているようなストラテジを採用するのが好ましい。すなわち、光ディスクで使われているような、露光速度や照射するレーザ光の波高値、パルス幅などの条件を採用するのが好ましい。

フォトレジスト層１２の膜厚の上限値は、１μｍ以下が望ましく、０．５μｍ以下がさらに望ましく、０．３μｍ以下が特に望ましい。また、フォトレジスト層１２の膜厚の下限値は、０．０１μｍ以上が望ましく、０．０３μｍ以上がさらに望ましく、０．０５μｍ以上が特に望ましい。

そして、前述したフォトレジスト形成工程が完了した後は、図１に示す加工装置２に金型１をセットする。その後、金型１を回転させるとともに、ヘッド２２Ａをフォーカスサーボ制御しながら金型１の製品形成面１１に沿って移動させ、ヘッド２２Ａからフォトレジスト層１２に適宜レーザ光を照射することにより、図２（ｂ）に示すように、フォトレジスト層１２の適所に凹部パターン１３が形成される（レーザ光照射工程）。

具体的には、フォトレジスト層１２に、材料の光吸収波長域に入る波長（材料で吸収される波長）のレーザ光を照射すると、フォトレジスト層１２によってレーザ光が吸収され、この吸収された光が熱に変換され、光の照射部分の温度が上昇する。これにより、フォトレジスト層１２が、軟化、液化、気化、昇華、分解などの化学または／および物理変化を起こす。そして、このような変化を起こした材料が移動または／および消失して、金型１の製品形成面１１上から除去されることで、凹部パターン１３が形成される。

ここで、ヒートモード型のフォトレジスト層１２にレーザ光を照射すると、照射された部分のうち温度が転移温度になった部分のみが変化する。すなわち、レーザ光は中心付近で光強度が最も強く、外側に向かうにつれて徐々に弱くなっているため、レーザ光のスポット径よりも小さな径の微細な穴（レーザスポット）をフォトレジスト層１２に形成することが可能となっている。

そして、ヘッド２２Ａから出射されるレーザ光の出力値等は、比較的短時間のレーザ光の照射により金型１の製品形成面１１が露出するような値に適宜設定されている。また、凹部パターン１３の幅（半値幅）が１μｍ以下となるように、レーザ光のスポット径が適宜設定されている。ここで、半値幅とは、凹部パターン１３の深さの半分の深さ位置での幅を意味する。

なお、露光装置２２としては、例えばパルステック工業株式会社製ＮＥ５００（波長４０５ｎｍ、ＮＡ０．８５）を採用することができる。さらに、凹部パターン１３の形成方法としては、例えば、ライトワンス光ディスクや追記型光ディスクなどで公知となっているピットの形成方法を適用することができる。具体的には、例えば、ピットサイズによって変化するレーザの反射光の強度を検出し、この反射光の強度が一定となるようにレーザの出力を補正することで、均一なピットを形成するといった、公知のランニングＯＰＣ技術（例えば、特許第３０９６２３９号公報段落［００１２］）を適用することができる。

フォトレジスト層１２に凹部パターン１３を形成した後は、金型１を図示せぬメッキ槽に入れて、図３（ａ）に示すように、金型１の製品形成面１１にメッキ膜１４を成長させる。その後、フォトレジスト層１２をエタノールなどの洗浄液で除去することで、図３（ｂ）に示すように、金型１の製品形成面１１にメッキ膜１４の凹凸パターン１５が形成される（凹凸形成工程）。なお、メッキ膜１４の材料としては、ニッケル、クロム、コバルト、モリブデン、アルミニウム、チタンなどを採用できる。

そして、上述した凹凸形成工程を金型１の製品形成面１１の全面に対して実行することで、微細な凹凸パターン１５を有する金型１が製造される。また、このように製造された金型１を用いて射出成形することで、微細な凹凸を有する光学部品が製造される。

以上によれば、本実施形態において以下のような効果を得ることができる。
ヒートモードの形状変化が可能なフォトレジスト層１２にレーザ光を照射することでレーザ光のスポット径よりも小さな微細な凹部パターン１３が形成されるので、その後の凹凸形成工程においてメッキ膜によって製品形成面１１に微細な凹凸（例えばサブミクロンオーダーの凹凸）を良好に形成することが可能となる。なお、通常用いられる半導体レーザの波長は、最短でも４０５ｎｍ程度なので、これよりも短い波長の固体レーザ等に比べ、微細な凹凸を形成することができないが、ヒートモードの形状変化が可能なフォトレジスト層を用いることで、半導体レーザでも微細な凹凸を形成することが可能となっている。

製品形成面１１上のフォトレジスト層１２の表面とレーザ光の光軸とが常に直交することで、ヘッド２２Ａから出射されたレーザ光の焦点位置を確実にフォトレジスト層１２内の所定位置に位置させることができるので、フォトレジスト層１２に良好な凹部パターン１３を形成することができる。

フォーカスサーボ制御を行うことによってフォトレジスト層１２に対する所定位置にレーザ光が集束されるので、フォトレジスト層１２の表面に照射されるレーザ光のスポット径を一定にでき、均一な凹部を形成することができる。

レーザ光の光軸とフォトレジスト層１２の加工部位の表面とが略垂直に交わるように、ヘッド２２Ａを製品形成面１１に沿って揺動可能としたので、フォーカスサーボ制御が良好に実行されるとともに、良好に凹部パターン１３を形成することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、以下に例示するように様々な形態で利用できる。
前記実施形態では、フォトレジスト層１２に凹部パターン１３を形成した後、メッキ処理して、フォトレジスト層１２を除去することで、金型１の製品形成面１１に微細な凹凸パターンを形成したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、クロム３を蒸着またはスパッタにより成膜することにより製品形成面１１に微細な凹凸パターンを形成してもよい。

具体的に、この方法では、図４（ａ）に示すように、フォトレジスト層１２に凹部パターン１３を形成した後、金型１を図示せぬ真空チャンバーに入れて、図４（ｂ）に示すように、金型１の製品形成面１１に金属材料の一例としてのクロム３を形成する。その後、フォトレジスト層１２を前記実施形態のような洗浄液で除去することで、図４（ｃ）に示すように、金型１の製品形成面１１にクロム３のパターンを形成する（凹凸形成工程）。この方法でも、金型１の製品形成面１１に微細な凹凸パターンを良好に形成することができる。なお、蒸着またはスパッタに使用する金属材料としては、クロム３に限らず、例えばニッケル、コバルト、モリブデンなどを採用してもよい。

また、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、エッチングにより金型１の製品形成面１１に微細な凹凸パターンを形成してもよい。

具体的に、この方法では、図５（ａ）に示すように、フォトレジスト層１２に凹部パターン１３を形成した後、金型１の製品形成面１１に残ったフォトレジスト層１２をマスクとしてエッチングを行うことによって、図５（ｂ）に示すように、金型１の製品形成面１１に凹部１１ａを形成する。ここで、エッチングとしては、ウェットエッチング、ドライエッチング、ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）など、種々のエッチング方法を採用できる。

そして、凹部１１ａを形成した後は、フォトレジスト層１２を前記実施形態のような洗浄液で除去することで、金型１の製品形成面１１にエッチングによるパターン（凹部１１ａ）が形成される（凹凸形成工程）。この方法でも、金型１の製品形成面１１に微細な凹凸パターンを良好に形成することができる。

また、図６（ａ），（ｂ）に示すように、凹部パターン１３を形成したフォトレジスト層１２の外表面１２ａと金型１の製品形成面１１とに連続するように、金属材料ＭＭを蒸着またはスパッタによって成膜することで金型１の製品形成面１１に微細な凹凸パターンを形成してもよい。これによれば、図４に示す形態のように蒸着またはスパッタ処理の後に金型１の製品形成面１１に残るフォトレジスト層１２を除去することなく、凹凸パターンを形成することができるので、フォトレジスト層１２を除去するための設備等が不要となり、製造コストを低減することができる。なお、図６のようにフォトレジスト層１２の外表面１２ａと金型１の製品形成面１１とに連続するように金属材料ＭＭを成膜するには、スパッタリングを採用するのが望ましく、図４のように金属材料（クロム３）を断続的に成膜するには、真空蒸着を採用するのが望ましい。また、この図６の実施形態については、金型１の製品形成面１１が露出するまで凹部パターン１３を形成する必要はない。すなわち、凹部パターン１３の底面で金型１の製品形成面１１が覆われていても、金属材料ＭＭからなる凹凸パターンを形成することができる。

前記実施形態では、金型１を回転させるとともに、ヘッド２２Ａを製品形成面１１の半径方向に沿って揺動させることで、凹状の製品形成面１１に沿って、レーザ光を出射するヘッド２２Ａと金型１とを相対的に移動させたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図７に示すように、金型１を回転させる回転装置２１を、製品形成面１１の中心点回りに回動させることで、製品形成面１１に沿って、不動のヘッド２２Ａに対して相対的に移動させてもよい。

前記実施形態では、製品形成面１１上のフォトレジスト層１２の表面とレーザ光の光軸とが常に直交するように、ヘッド２２Ａを傾けつつ移動させたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図８に示すように、製品形成面１１が浅い場合には、ヘッド２２Ａを製品形成面１１の半径方向に移動させるとともに、ヘッド２２Ａのレンズ面２２Ｄをフォーカスサーボ制御により上下方向に移動させることで、ヘッド２２Ａを製品形成面１１に沿って移動させてもよい。ただし、前記実施形態のようにフォトレジスト層１２の表面とレーザ光の光軸とが常に直交するようにヘッド２２Ａを傾けた方が、良好な凹部パターン１３を形成することができるので望ましい。なお、この方法の違いによる凹部パターン１３の形成結果について、以下の実施例で示す。

実施例としては、前記実施形態と同様の金型１を作成した。金型１はＳＵＳ製の基板で作成し、その中心部に、深さ０．５ｍｍ、直径２０ｍｍの球面状の製品形成面１１を形成した。また、製品形成面１１には、１００ｎｍ厚の色素層（フォトレジスト層１２）を形成し、これにレーザ光により直径３００ｎｍの凹部を形成した。
各層の詳細は以下の通りである。

・基板
材質 ＳＵＳ
厚さ ０．６ｍｍ
外径 １２０ｍｍ
内径 １５ｍｍ
・色素層（フォトレジスト層）
下記化学式の色素材料２ｇをＴＦＰ（テトラフルオロプロパノール）溶剤１００ｍｌに溶解し、スピンコートした。スピンコートの際には、塗布開始回転数５００ｒｐｍ、塗布終了回転数１０００ｒｐｍとして塗布液を基板の内周部にディスペンスし、徐々に２２００ｒｐｍまで回転を上げた。なお、色素材料の屈折率ｎは１．９８６であり、消衰係数ｋは０．０４１８である。

上記のフォトレジスト層１２に対し、パルステック工業株式会社製ＮＥＯ１０００（波長４０５ｎｍ、ＮＡ０．８５）で微細な凹部を記録した。また、フォトレジスト層１２の表面とレーザ光の光軸が直交するように、電動チルト機構によってヘッド２２Ａを傾かせながら移動させた。
凹部の形成条件は下記の通りである。
レーザ出力 ３ｍＷ
線速 ５ｍ／ｓ
記録信号 ３ＭＨｚの矩形波

以上のように作成したフォトレジスト層１２をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）によって観察すると、直径３００ｎｍの凹部が形成されていることが確認された。

また、比較例として、前述した条件から、電動チルト機構によってヘッドを傾かせる条件のみを除いた条件において実験を行った。そして、この実験結果と、前述の実施例の実験結果を比較すると、比較例では、製品形成面１１の傾斜角度（光軸に直交する面に対する角度）が２度以上になると、ピット形状が著しく悪くなり、フォーカス制御も正常に実行できなくなることが確認された。

本発明の一実施形態に係る金型の加工装置を示す側面図である。 フォトレジスト層形成工程を示す断面図（ａ）と、レーザ光照射工程を示す断面図（ｂ）である。 メッキ処理を示す断面図（ａ）と、フォトレジスト層を除去する処理を示す断面図（ｂ）である。 蒸着またはスパッタにより製品形成面に凹凸パターンを形成する形態を示す断面図であり、フォトレジスト層に凹部パターンが形成された状態を示す断面図（ａ）と、フォトレジスト層の外表面と製品形成面とにクロムを成膜した状態を示す断面図（ｂ）と、製品形成面からフォトレジスト層を除去した状態を示す断面図（ｃ）である。 エッチングにより製品形成面に凹凸パターンを形成する形態を示す断面図であり、フォトレジスト層に凹部パターンが形成された状態を示す断面図（ａ）と、製品形成面をエッチングした状態を示す断面図（ｂ）と、製品形成面からフォトレジスト層を除去した状態を示す断面図（ｃ）である。 フォトレジスト層の外表面と製品形成面とに連続するように金属材料を成膜することで凹凸パターンを形成する形態を示す断面図であり、フォトレジスト層に凹部パターンが形成された状態を示す断面図（ａ）と、フォトレジスト層の外表面と製品形成面とに連続するように金属材料を成膜した状態を示す断面図（ｂ）である。 回転装置を製品形成面に沿って回動させる形態を示す側面図である。 ヘッドを揺動させずに、フォーカスサーボ制御によって上下動させる形態を示す側面図である。

符号の説明

１ 金型
２ 加工装置
１１ 製品形成面
１２ フォトレジスト層
１３ 凹部パターン
１４ メッキ膜
１５ 凹凸パターン
２１ 回転装置
２２ 露光装置
２２Ａ ヘッド
２２Ｂ 支持アーム
２２Ｃ 駆動装置
２２Ｄ レンズ面

Claims (11)

1. 曲面を有し、かつ、金型に形成される製品形成面に、ヒートモードの形状変化が可能なフォトレジスト層を形成するフォトレジスト形成工程と、
   半導体レーザを内蔵した露光装置により前記フォトレジスト層にレーザ光を照射することで凹部パターンを形成するレーザ光照射工程と、
   前記凹部パターンを利用することで前記製品形成面に凹凸を形成する凹凸形成工程と、を備えたことを特徴とする金型の加工方法。
2. 前記レーザ光照射工程において、
   前記製品形成面上のフォトレジスト層の表面とレーザ光の光軸とが直交するように、前記レーザ光を出射するヘッドの向きを、前記製品形成面の角度に合わせて変化させることを特徴とする請求項１に記載の金型の加工方法。
3. 前記凹凸形成工程において、
   前記製品形成面と前記フォトレジスト層の外表面とに金属材料を成膜させてからフォトレジスト層を除去することで、前記製品形成面に凹凸を形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金型の加工方法。
4. 前記凹凸形成工程において、
   前記金型をメッキ槽に入れて、前記製品形成面にメッキ膜を成長させてからフォトレジスト層を除去することで、前記製品形成面に凹凸を形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金型の加工方法。
5. 前記凹凸形成工程において、
   前記製品形成面に残ったフォトレジスト層をマスクとしてエッチングを行ってからフォトレジスト層を除去することで、前記製品形成面に凹凸を形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金型の加工方法。
6. 前記凹凸形成工程において、
   前記製品形成面と前記フォトレジスト層の外表面とに連続して金属材料を成膜することで、前記製品形成面に凹凸を形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金型の加工方法。
7. 前記レーザ光照射工程において、
   前記レーザ光を前記フォトレジスト層に対する所定位置に集束させるフォーカスサーボ制御を行うことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の金型の加工方法。
8. 前記レーザ光照射工程において、
   前記凹状の製品形成面に沿って、前記レーザ光を出射するヘッドと金型とを相対的に移動させることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の金型の加工方法。
9. 前記凹部パターンの幅が１μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の金型の加工方法。
10. 請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の加工方法を利用して金型を製造することを特徴とする金型の製造方法。
11. 請求項１０に記載の製造方法により製造された金型を用いて射出成形することで光学部品を製造することを特徴とする光学部品の製造方法。

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