JP6555534B2 - オーバーハング構造体の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、光造形によるオーバーハング構造体の製造方法及び製造装置に関する。

近年、産業における小型化・低コスト化の潮流において、マイクロ又はナノスケールの微細構造体の需要が拡大している。そのような微細構造体として、例えば，ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）などの微小電気機械素子、μ−ＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ）等のバイオチップ、フォトニック結晶等の微細光学素子、撥水性に優れた蓮の葉構造や反射光の減衰機能を持つ蚊の目構造を有する部材が挙げられる。こういった微細構造体の形成方法として、リソグラフィ法、インプリント法などがある。また、本出願の共同出願人の一方は、特許文献１において、エバネッセント光を用いて複雑な三次元的形状の部材を作製する方法及び装置を開示している。

特開２００５−２３８６５０号

従来のリソグラフィ法やインプリント法では、オーバーハング形状の構造体の形成が困難である。また、特許文献１に記載されるエバネッセント光を用いた造形方法は、造形に長時間を要し、造形装置の光学系が複雑である。そこで、本発明の目的は、オーバーハング構造体を短時間で製造する新規な方法及び製造装置を提供することにある。

本発明の第１の態様に従えば、光硬化材料に光照射することによりオーバーハング構造体を製造する方法であって、
光透過性の基材の表面上に光硬化材料を供給して光硬化材料層を形成することと、
光を、前記基材の前記表面の反対側から前記基材と前記光硬化材料層の界面に集光させることにより前記光硬化材料層の一部をオーバーハング形状に硬化させることと、
前記光硬化材料層の未硬化の部分を除去することとを含むオーバーハング構造体の製造方法が提供される。

前記製造方法において、前記基材が、前記光硬化材料層よりも高い屈折率を有してよい。

前記製造方法において、前記光を高開口数対物レンズにより前記基材と前記光硬化材料層の界面に集光させてよい。

前記製造方法において、前記光が、フィルタを通過させて強度分布を制御した光であってよい。また、前記フィルタのマスク部分に対応する凹部を有する３次元のオーバーハング形状を生じさせてよい。

前記製造方法において、前記光が複数の光束を含んでよい。デジタルマイクロミラーデバイスを用いて前記複数の光束を発生させてよい。

前記製造方法において、前記オーバーハング構造体が、前記基材上に形成されている構造体であってよい。

本発明の第２の態様に従えば、光硬化材料に光照射することによりオーバーハング構造体を製造する装置であって、
光透過性の底面を有し、光硬化性材料が充填される容器と、
光を発生させる光源と、
前記容器の底面の外側に配置され、前記光源からの前記光を前記容器の底面を通って前記底面と充填された光硬化材料との界面に集光させる高開口数対物レンズとを備える製造装置が提供される。

前記製造装置において、前記高開口数対物レンズが前記容器の底面と光学オイルを介して密着していてよい。前記高開口数対物レンズ、前記底面及び光学オイルの屈折率は等しくてよい。

前記製造装置は、前記光源と高開口数対物レンズの間の光路中に、光の強度分布を制御するフィルタを備えてよい。

前記製造装置は、前記光源からの光を反射して複数の光束を発生させるデジタルマイクロミラーデバイスを備えてよい。

本発明の構造体の製造方法及び製造装置は、一回の光照射（露光）で基材上にオーバーハング構造体を形成することができるため、短時間でオーバーハング構造体を製造できる。また、本発明の製造方法及び製造装置は、光学系の構成がシンプルである。本発明の製造方法及び光造形装置により得られる構造体は、微小電気機械素子、微細光学素子、バイオチップや、撥水、反射防止、防曇などの種々の機能を有する部材等の製造にきわめて有効である。

図１は、オーバーハング構造体の製造方法を示すフローチャートである。 図２は、オーバーハング形状を有する硬化物の形成方法を概念的に示す図である。 図３は、計算によって求めた硬化物の断面形状を示す図である。 図４は、計算によって求めた硬化物の別の断面形状を示す図である。 図５は、オーバーハング構造体の製造装置の一実施形態を概念的に示す図である。 図６は、オーバーハング構造体の製造装置の別の実施形態を概念的に示す図である。 図７は、オーバーハング構造体の製造装置のさらなる別の実施形態を概念的に示す図である。 図８Ａは、実施例１で用いたフィルタのパターン形状を示す図である。 図８Ｂは、図８Ａのフィルタを用いた場合の硬化物の断面形状の計算結果を示す図である。 図９Ａは、実施例２で用いたフィルタのパターン形状を示す図である。 図９Ｂは、図９Ａのフィルタを用いた場合の硬化物の断面形状の計算結果を示す図である。 図１０Ａは、実施例３で用いたフィルタのパターン形状を示す図である。 図１０Ｂは、図１０Ａのフィルタを用いた場合の硬化物の断面形状の計算結果を示す図である。 図１０Ｃは、図１０Ａのフィルタを用いて形成されたオーバーハング構造体のＳＥＭ像である。 図１０Ｄは、図１０Ａのフィルタを用いて形成されたオーバーハング構造体の光学顕微鏡像である。 図１１Ａは、実施例４で用いたフィルタのパターン形状を示す図である。 図１１Ｂは、図１１Ａのフィルタを用いた場合の硬化物の断面形状の計算結果を示す図である。 図１１Ｃは、図１１Ａのフィルタを用いて形成されたオーバーハング構造体のＳＥＭ像である。 図１１Ｄは、図１１Ａのフィルタを用いて形成されたオーバーハング構造体の光学顕微鏡像である。

以下、本発明のオーバーハング構造体の製造方法及び製造装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本願において「オーバーハング構造体」とは、庇（ひさし）のように上方で下方より広がった部分を有する構造を意味する。すなわち、オーバーハング構造体は、オーバーハング部分を含む構造体であり、「オーバーハング部分」とは、図２に示す硬化物２１０ａのように高さ方向（Ｚ方向）においてより下方に位置する部分よりも、ＸＹ平面で切断した断面の面積が大きい部分を意味する。

［オーバーハング構造体の製造方法］
オーバーハング構造体の製造方法は、図１に示すように、主に、光透過性の基材上に光硬化材料を供給して光硬化材料層を形成する工程Ｓ１と、光硬化材料層の一部をオーバーハング形状に硬化させる工程Ｓ２と、光硬化材料層の未硬化部分を除去する工程Ｓ３を有する。

＜光硬化材料層形成工程＞
まず、光透過性の基材の上に光硬化材料を供給して光硬化材料層を形成する（図１の工程Ｓ１）。光硬化材料は光により硬化する材料であり、例えばラジカル反応型アクリレート系樹脂、ＪＳＲ社製ＫＣ１１６２、ＫＣ１０４２等や、カチオン反応型エポキシ系樹脂、ＡＵＴＥＸ社製ＥＸＧＴ２０１４、ＥＸＧＴ２００２−１等を用いることができる。後述するように光硬化材料層２１０内で伝播光３００ａが半球状に広がるようにするため（図２参照）、光透過性の基材は光硬化材料の屈折率よりも高い屈折率を有する。光透過性の基材としては、例えばカバーガラス等の透明基材を使用することができる。このような光透過性の基材を、以下、単に「基材」という。基材上に光硬化材料を供給する方法としては、任意の方法を用いてよい。例えば、底面が透明基材で構成される容器を用意し、この容器内に光硬化材料を滴下することによって基材上に光硬化材料を供給することができる。そのほか、ドロップコート法、バーコート法、スピンコート法、スプレーコート法、ディップコート法、ダイコート法、インクジェット法などの任意の塗布方法を使用してもよい。

＜光硬化材料層硬化工程＞
次に、光硬化材料層の一部を硬化させて、基材上にオーバーハング形状の硬化物を形成する（図１の工程Ｓ２）。

図２に示すように基材１９４の光硬化材料層２１０を形成した表面１９４ｓの反対側から、表面１９４ｓ及び光硬化材料層２１０に向かって光３００を照射する。光３００の光源としては任意の光源を用いてよく、ＬＥＤ、Ａｒイオンレーザ、Ｈｅ−Ｃｄレーザ等を用いることができる。光３００の波長は光硬化材料を硬化することのできる波長であれば特に限定されない。また、光３００は任意の偏光状態であってよい。

照射した光３００を、基材１９４の光硬化材料層２１０を形成した表面（すなわち、基材１９４と光硬化材料層２１０の界面）１９４ｓの所定領域１９４ｆにおいて集光させる。例えば、基材１９４の表面１９４ｓの反対側に高開口数対物レンズを設け、光３００を高開口数対物レンズに通すことにより光３００を集光させることができる。高開口数対物レンズは、基材１９４と光学オイルを介して密着させてよく、高開口数対物レンズ、基材及び光学オイルの屈折率は等しくてよい。それにより、光３００を所定領域１９４ｆにおいて集光させることが容易になる。

基材１９４と光硬化材料層２１０の界面１９４ｓの所定領域１９４ｆにおいて集光した光３００は、光硬化材料層２１０内に半球状に広がって伝播する。光硬化材料層２１０内に伝播する伝播光３００ａは、後述の数値計算から示されるように、界面１９４ｓの垂線に対してなす角度の大きい方向に進行する成分（界面１９４ｓに平行又は平行に近い成分）の強度が極端に小さい。光硬化材料は伝播光３００ａを吸収して硬化するため、形成される硬化物（光硬化材料層２１０の硬化した部分）２１０ａは伝播光３００ａの強度分布に対応する形状を有する。それゆえ、硬化物２１０ａは、半球形状よりも基材１９４と接する面積が小さいオーバーハング形状を有する。すなわち、硬化物２１０ａは、高さ方向（Ｚ方向）のより下方に位置する部分よりもＸＹ平面で切断した断面の面積が大きいオーバーハング部分を含む形状を有する。また、光硬化材料は伝播光３００ａの強度分布に対応する形状に硬化するので、光３００の一回の照射でオーバーハング形状の硬化物を形成できる。

光３００は、界面１９４ｓ内のどの位置（領域）に集光させてもよく、硬化物２１０ａを形成する所望の位置に集光させてよい。

形成される硬化物２１０ａの形状は、以下の計算により求めることができる。基材１９４の屈折率をｎ_１、光硬化材料層２１０の屈折率をｎ_２、界面１９４ｓへの入射角をθ、出射角をφとすると、スネルの法則により、式（１）が成り立つ。

式（１）をフレネルの透過率の式に代入すると、界面１９４ｓにおける透過率Ｔ_ｐ（θ）は式（２）で表される。

なお、ここではｐ偏光の式を用いた。入射光の振幅をＥ_０とすると、界面１９４ｓを透過した直後の光３００ａの振幅Ｅ（θ）は式（３）で表される。

さらに、界面１９４ｓを透過した直後の光３００ａの強度Ｉ（θ）は、式（４）で表される。

光硬化材料層２１０内の光３００ａの強度Ｉ（ｒ，θ）は、ランバートベールの透過率を用いて、式（５）で表される。さらに、光硬化材料層２１０内の光エネルギＵ（ｒ，θ）は、時間ｔを用いて、式（６）で表される。なお、式（５）、（６）中、αは吸収係数を表し、ｒは光３００を集光させた所定領域１９４ｆからの距離を表す。

硬化物２１０ａの形状は、光硬化材料層２１０内における硬化閾値を超えた光エネルギ分布によって決まる（すなわち、硬化物２１０ａの形状は、光硬化材料層２１０中において光エネルギが硬化閾値を超える領域の形状に対応する）。硬化閾値に相当する光エネルギをＵ_ｔｈとして式（６）に代入すると式（７）が得られ、この式で表されるｒが硬化物２１０ａの形状（外形）を規定する。ただし、式（７）中、ｋは式（８）で表される値である。

例えば、ｎ_１＝１．７８、ｎ_２＝１．５１、ｋ＝３、α＝２の場合、式（７）から硬化物２１０ａの断面形状を計算すると図３に示す形状となる。ｎ_１＝１．７８、ｎ_２＝１．５１、ｋ＝１００、α＝２の場合は、硬化物２１０ａの断面形状は図４に示す形状となる。図３、４において、横軸は基材１９４の表面１９４ｓの面内方向における集光位置（光３００を集光させた所定位置）１９４ｆからの距離を示し、縦軸は基材１９４の表面１９４ｓからの高さを示している。図３、４に示されるように、硬化物２１０ａは、半球形状よりも基材１９４と接する面積が小さいオーバーハング形状を有する。

＜未硬化部分除去工程＞
次いで、光硬化材料を溶解する溶媒を用いて、光硬化材料層２１０の未硬化の部分を溶解し、除去する（図１の工程Ｓ３）。それにより、基材１９４上に形成されたオーバーハング形状の光硬化材料の硬化物（すなわちオーバーハング構造体）２１０ａが得られる。

なお、光硬化材料層硬化工程において、透過率の異なる領域を含むパターンが形成されたフィルタに通過させた光を基材１９４と光硬化材料層２１０の界面１９４ｓの所定領域１９４ｆに集光させてもよい。フィルタは、例えば相対的に周囲よりも透過率の低いマスク部分を有してよい。フィルタを通過した光は、フィルタのパターンに対応する強度分布を有し、例えばマスク部分に対応する位置における強度が低い。光硬化材料層中に伝播する光は集光前の光の強度分布に応じた（すなわちフィルタのパターンに応じた）強度分布を有する。そのため、後述する実施例で示すように、形成される硬化物２１０ａはフィルタのパターンに応じた形状、例えばフィルタのマスク部分に対応する部分が凹んだ形状となる。ゆえに、フィルタのパターン形状によって所望の形状のオーバーハング構造体を形成することができる。

また、光硬化材料層硬化工程において基材１９４を介して光硬化材料層２１０に照射する光３００は複数の光束であってもよく、複数の光束のそれぞれを基材１９４と光硬化材料層２１０の界面１９４ｓの異なる領域に集光させてよい。それにより、各光束を集光させた領域上に硬化物（オーバーハング構造体）を形成できる。ゆえに、一度に複数の光束を照射することにより、基材１９４上に複数のオーバーハング構造体を一括（同時に）形成できる。複数の光束は、例えば光源で発生させた光をデジタルマイクロミラーデバイスで反射させたり、複数の光ファイバーを用いたりすることにより生じさせることができる。この方法では大面積の基材上に多数のオーバーハング構造体を一括形成することも可能である。なお、用途によっては、複数の光束を順次（時間差を持たせて）照射してもよい。

さらに、上記フィルタと複数の光束を組み合わせてもよい。すなわち、フィルタに複数の光束を通過させ、これら複数の光束をそれぞれ基材１９４と光硬化材料層２１０の界面１９４ｓの異なる領域に集光させてもよい。それにより、一回の光照射で、基材上にフィルタのパターンに応じた形状のオーバーハング構造体を複数個形成することができる。ゆえに、この製造方法により、一回の光照射で基材上に所望の形状のオーバーハング構造体を所望の数だけ形成することができる。なお、前述のように複数の光束を順次（時間差を持たせて）照射する場合には、光束ごとにフィルタを使い分けてもよい。

［構造体の製造装置］
上記オーバーハング構造体の製造方法に用いることができる製造装置の一実施形態を図５に示す。図５の製造装置１００は、主に、光３００を発生させる光源１１０と、リレー光学系１５０と、高開口数対物レンズ１３６と、光硬化材料を充填するための容器１９０とを備える。製造装置１００において、光源１１０から発生した光３００は、リレー光学系１５０を通過して高開口数対物レンズ１３６に入射する。高開口数対物レンズ１３６を通過した光３００は、容器１９０の底面１９４を通過し、容器１９０の底面１９４の容器内部における表面（内側表面）１９４ｓの所定領域１９４ｆにおいて集光する。

リレー光学系１５０は複数のレンズ１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃと、ビームスプリッタ１５３を有する。リレー光学系１５０は、図５に示した構成に限定されず、光源１１０からの光３００を高開口数対物レンズ１３６に導くことができる構成であれば、任意の数、任意の種類の光学素子で構成されてよい。

容器１９０は側壁１９２と底面１９４から構成される。容器１９０の底面１９４は、製造装置１００によって製造されるオーバーハング構造体を支持する基材となる。底面１９４は光透過性の材料から構成され、例えばカバーガラス等から構成されてよい。

高開口数対物レンズ１３６は、容器１９０の底面１９４の外側に配置され、容器１９０の底面１９４と光学オイル１３４を介して密着している。高開口数対物レンズ１３６は、例えば、ガラスから形成され得る。光硬化材料層２１０内で伝播光３００ａが半球状に広がるようにするためには、高開口数対物レンズ１３６の開口数（ＮＡ）が光硬化材料の屈折率以上であることが必要であり、かつ光硬化材料との界面で入射光が全反射しないようする観点から、例えば１．５〜１．７程度であってよい。また、高開口数対物レンズ１３６、容器１９０の底面（基材）１９４及び光学オイル１３４の屈折率は等しくてよい。それにより、光３００を所定領域１９４ｆにおいて集光させることが容易になる。この構成において高開口数対物レンズ１３６、光学オイル１３４及び容器１９０の底面１９４は、１つの固体浸レンズ（固浸レンズ）１３０を構成することと等価となる。なお、ここで「固体浸レンズ」という語を用いているのは、高開口数対物レンズ１３６に光学オイル（液体）１３４が接しているものの露光対象である光硬化材料層２１０に接している部分（すなわち容器１９０の底面１９４）が固体であることによる。容器１９０の底面１９４の内側表面１９４ｓは、固体浸レンズ１３０の焦平面（固体浸レンズ１３０の焦点深度内）に位置する。製造装置１００は、底面１９４の内側表面１９４ｓが固体浸レンズ１３０の焦平面に位置するように高開口数対物レンズ１３６の位置等を調整する機構（不図示）を備えてもよい。光学オイルに代えて他の高屈折率流体を用いてもよい。なお、固体浸レンズ１３０の高開口数対物レンズ１３６及び光学オイル１３４に代えて固浸レンズ（超半球レンズ）そのものを用いてもよい。

光３００の光路中に、光３００の照射時間を制御するためのシャッター（不図示）を設けてもよい。

装置１００において、光源１１０から出射された光３００は、複数のレンズ１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃを通過した後、ビームスプリッタ１５３により一部が反射されて高開口数対物レンズ１３６に向かう。

次いで、光３００は固体浸レンズ１３０に入射し、容器１９０の底面１９４の内側表面１９４ｓの所定領域１９４ｆにおいて集光され、容器１９０内の光硬化材料層２１０中に伝播する。光硬化材料層２１０中の伝播光３００ａにより、光硬化材料層２１０の一部が硬化する。それにより、容器１９０内の光硬化材料層２１０中に、伝播光３００ａの強度分布に対応する形状を有する硬化物が形成される。

図６に示す製造装置２００のように、光３００の経路中にフィルタ１５５を設けてもよい。フィルタ１５５は、透過率の異なる領域を含む任意のパターンを有してよく、例えば相対的に周囲よりも透過率の低いマスク部分を有してよい。フィルタ１５５のパターンは、形成する硬化物（オーバーハング構造体）の形状に応じた所望のパターンにしてよい。フィルタ１５５を通過した後の光３０１は、フィルタ１５５のパターンに対応する強度分布を有し、例えばマスク部分に対応する位置における強度が低い。光硬化材料層２１０中の伝播光３０１ａは光３０１の強度分布に応じた強度分布を有する。そのため、伝播光３０１ａにより光硬化材料を硬化させて形成される硬化物は、フィルタ１５５のパターンに対応する形状、例えばフィルタのマスク部分に対応する部分が凹んだ形状となる。

また、図７に示す製造装置４００のように、光３００の経路中にデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）１５７を設けてもよい。ＤＭＤ１５７は、複数の可動式のマイクロミラーが配列されている素子であり、光３００を複数の点光源に変換する。各マイクロミラーの角度を制御することにより、図７に示すように、ＤＭＤ１５７に入射した光３００を選択的に反射して複数の光束３０２、３０３を生じさせることができる。複数の光束３０２、３０３は、固体浸レンズ１３０を通過した後、容器１９０の底面１９４の内側表面１９４ｓの所定領域１９５ｆ、１９６ｆにおいてそれぞれ集光する。そのため、各所定領域１９５ｆ、１９６ｆ上にそれぞれ伝播光３０２ａ、３０３ａが生じ、硬化物が形成される。そのため、製造装置４００において、各マイクロミラーを制御して所望の数の光束を光硬化材料層２１０に照射することにより、所望の数のオーバーハング構造体を基材上に形成することができる。また、ＤＭＤ１５７の各マイクロミラーを制御することにより、光３００を所望の形状に変換することもできる。この場合、形成されるオーバーハング構造体は、ＤＭＤ１５７によって変換された光の形状に対応する形状となる。さらに、製造装置４００はフィルタ１５５とＤＭＤ１５７の両方を備えてもよい。このような製造装置４００は、一度の光３００の照射（一回の露光）で、フィルタ１５５のパターンに応じた形状を有するオーバーハング構造体を所望の数だけ形成することができる。

なお、製造装置１００、２００、４００はさらに、光源１１０、リレー光学系１５０の各光学部品、高開口数対物レンズ１３６、フィルタ１５５、ＤＭＤ１５７、シャッター（不図示）等を制御する制御部（不図示）を備えてもよい。

光３００の一部は、容器１９０の底面１９４の内側表面１９４ｓにおいて反射されるが、この反射光を結像レンズ（不図示）によりＣＣＤ（不図示）上に結像させることにより、集光された光３００の強度分布を観察できる。結像レンズ及びＣＣＤは、ビームスプリッタ１５３を透過した反射光がＣＣＤ上に結像するように、図５〜７におけるビームスプリッタ１５３の下方に設置してよい。ビームスプリッタ１５３を透過した反射光の光路はミラー等によって折り曲げられてもよい。

実施例１
図８Ａに示すフィルタを使用した場合の硬化物（オーバーハング構造体）の形状をシミュレーションにより計算した。図８Ａに示すフィルタは、透過率の異なる同心円をから構成され、黒色部分は透過率０％、濃灰色部分は透過率２５％、淡灰色部分は透過率５０％、白色部分は透過率１００％である。ｎ_１＝１．７８、ｎ_２＝１．５１、ｋ＝３、α＝１として、上述の式（７）により硬化物の断面形状を計算した結果を図８Ｂに示す。硬化物の形状はフィルタのパターンに対応する複雑な形状となる。

実施例２
図９Ａに示すフィルタを使用した場合の硬化物の形状をシミュレーションにより計算した。図９Ａにおいて黒色部分は透過率０％、濃灰色部分は透過率２５％、淡灰色部分は透過率５０％、白色部分は透過率１００％である。ｎ_１＝１．７８、ｎ_２＝１．５１、ｋ＝３、α＝１として、上述の式（７）により硬化物の断面形状を計算した結果を図９Ｂに示す。硬化物の形状はフィルタのパターンに対応する複雑な形状となる。

実施例３
図１０Ａに示すフィルタを使用した場合の硬化物の形状をシミュレーションにより計算した。図１０Ａにおいて黒色部分は透過率５％、白色部分は透過率８５％である。ｎ_１＝１．７８、ｎ_２＝１．５１、ｋ＝１００、α＝１として、上述の式（７）により硬化物の断面形状を計算した結果を図１０Ｂに示す。硬化物の形状はフィルタのパターンに対応する複雑な形状となることが予想された。

光硬化材料として共栄社化学株式会社製ＤＰＥ−６ＡにＢＡＳＦ社製Ｉｒｇａｃｕｒｅ７８４を５ｗｔ％加えて混合した樹脂を作製した。次いで、基材（オリンパス社製Ａｐｏ１００ｘＯＨＲ−ＣＧ）上に光硬化材料を滴下塗布した。波長４７０ｎｍのＬＥＤ光源を用い、アパーチャにより径を２μｍとした光を基材、光学オイル（オリンパス社製Ａｐｏ１００ｘＯＨＲ−ＣＧ−ＳＰ）及び高開口数対物レンズ（オリンパス社製Ａｐｏ１００ｘＯＨＲ）からなる固体浸レンズ（開口数１．６５、屈折率１．７８）を通して基材と光硬化材料層の界面で集光させた。光路中には図１０Ａに示したフィルタを設けた。

３０秒間光を照射した後、エタノールにより光硬化材料層の未硬化の部分を溶解除去した。得られたオーバーハング構造体（硬化物）のＳＥＭ像を図１０Ｃに、光学顕微鏡像を図１０Ｄに示す。硬化物は、中心に形成された凸部と、中心の凸部を囲む二層の環状の凸部を有しており、図１０Ｂに示した計算結果とよく一致していた。また、図１０Ｃ、１０Ｄに示されるように、硬化物はオーバーハング形状を有していた。

実施例４
図１１Ａに示すフィルタを使用した場合の硬化物の形状をシミュレーションにより計算した。図１１Ａにおいて黒色部分は透過率５％、白色部分は透過率８５％である。ｎ_１＝１．７８、ｎ_２＝１．５１、ｋ＝１００、α＝１として、上述の式（７）により硬化物の断面形状を計算した結果を図１１Ｂに示す。硬化物の形状はフィルタのパターンに対応する複雑な形状となることが予想された。

図１０Ａに示すフィルタの代わりに図１１Ａに示すフィルタを用いた以外は実施例３と同様の装置を用い、光硬化材料層を硬化させた。光硬化材料としては、実施例３と同様の樹脂を用いた。

１秒間光を照射し後、実施例３と同様にして光硬化材料層の未硬化の部分を溶解除去した。得られたオーバーハング構造体（硬化物）のＳＥＭ像を図１１Ｃに、光学顕微鏡像を図１１Ｄに示す。硬化物において、硬化物と基材との接触部から４つの柱状の凸部が放射状に延在しており、図１１Ｂに示した計算結果とよく一致していた。また、図１１Ｃ、１１Ｄに示されるように、硬化物はオーバーハング形状を有していた。

以上、本発明の実施形態及び実施例を説明してきたが、本発明のオーバーハング構造体の製造方法及び製造装置は上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内で適宜改変することができる。例えば、オーバーハング構造体の製造装置において、各種光学部品の配置が本願の図面に示された配置と異なっていてもよい。また、上記製造方法及び製造装置において、高開口数対物レンズを用いて光を集光させているが、高開口数対物レンズに代えて集光可能な任意の光学部材（光学素子）を用いてよい。本発明の製造方法及び製造装置で得られるオーバーハング構造体は、微小電気機械素子、バイオチップ、微細光学素子や、光反射部材、光散乱部材、絶縁部材、電極パターン部材、導電部材、防曇部材、断熱部材、防汚部材、光導波部材、誘電部材、無反射部材、低反射部材、偏光機能部材、光回折部材、親水部材、撥水部材等の種々の機能を有する部材として用いることができる。

１００、２００、４００ オーバーハング構造体の製造装置
１１０ 光源
１３０ 固体浸レンズ
１３６ 高開口数対物レンズ
１５０ リレー光学系
１５５ フィルタ
１５７ ＤＭＤ
１９０ 容器
１９４ 基材（容器底面）
２１０ 光硬化材料層
３００ 光
３００ａ 伝播光

Claims (13)

1. 光硬化材料に光照射することによりオーバーハング構造体を製造する方法であって、
   光透過性の基材の表面上に光硬化材料を供給して光硬化材料層を形成することと、
   光を、前記基材の前記表面の反対側から前記基材と前記光硬化材料層の界面に前記光硬化材料層内で伝播光が半球状に広がるように集光させることにより前記光硬化材料層の一部を一回の光照射でオーバーハング形状に硬化させることと、
   前記光硬化材料層の未硬化の部分を除去することとを含むオーバーハング構造体の製造方法。
2. 前記基材が、前記光硬化材料層よりも高い屈折率を有する請求項１に記載のオーバーハング構造体の製造方法。
3. 前記光を高開口数対物レンズにより前記基材と前記光硬化材料層の界面に集光させる請求項１又は２に記載のオーバーハング構造体の製造方法。
4. 前記光が、フィルタを通過させて強度分布を制御した光である請求項１〜３のいずれか一項に記載のオーバーハング構造体の製造方法。
5. 前記フィルタのマスク部分に対応する凹部を有する３次元のオーバーハング形状を生じさせる請求項４に記載のオーバーハング構造体の製造方法。
6. 前記光が、複数の光束を含む請求項１〜５のいずれか一項に記載のオーバーハング構造体の製造方法。
7. デジタルマイクロミラーデバイスを用いて前記複数の光束を発生させる請求項６に記載のオーバーハング構造体の製造方法。
8. 前記オーバーハング構造体が、前記基材上に形成されている構造体である請求項１〜７のいずれか一項に記載のオーバーハング構造体の製造方法。
9. 光硬化材料に光照射することによりオーバーハング構造体を製造する装置であって、
   光透過性の底面を有し、光硬化性材料が充填される容器と、
   光を発生させる光源と、
   前記容器の底面の外側に配置され、前記光源からの前記光を前記容器の底面を通って前記底面と充填された光硬化材料との界面に集光させる高開口数対物レンズとを備える製造装置。
10. 前記高開口数対物レンズが前記容器の底面と光学オイルを介して密着している請求項９に記載の製造装置。
11. 前記高開口数対物レンズ、前記底面及び光学オイルの屈折率が等しい請求項１０に記載の製造装置。
12. 前記光源と高開口数対物レンズの間の光路中に、光の強度分布を制御するフィルタを備える請求項９〜１１のいずれか一項に記載の製造装置。
13. 前記光源からの光を反射して複数の光束を発生させるデジタルマイクロミラーデバイスを備える請求項９〜１２のいずれか一項に記載の製造装置。

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