JPH08174563A - 三次元形状の形成方法、該方法により形成した三次元構造体およびプレス成形型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 微視的に見てなめらかな三次元表面形状の形
成方法を提供する。また、微小構造体やプレス成形型を
提供する。 【構成】 基板３上にγ値を１．０に調整したレジスト
４を塗布し、露光強度を連続的に変化させる特定の遮光
パターンを有するマスク１を用いてレジスト４の露光を
行う（図２（ａ））。次いで、現像液でレジスト４の現
像を行いレジスト像５を形成する（図２（ｂ））。続い
て、ドライエッチングにより、レジスト像５を基板３に
転写して、三次元表面形状（体）を形成する（図２
（ｃ））。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、三次元形状の形成方法
に関し、特に、マイクロレンズ、マイクロマシーン、マ
イクロセンサーなどの三次元に精度よく構造制御された
微小構造体やこれらの微小構造体を大量生産するための
プレス成形型等の形成方法等に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体製造等に利用されるリソグ
ラフィー技術を用いてマイクロマシーン等の微小構造体
の作製が試みられている。具体的には、微小構造形成用
基材にフォトレジストを塗布し、フォトマスクを介して
露光、現像してレジストパターンを得、エッチングによ
りこのレジストパターンを微小構造形成用基材に転写し
て微小構造体を製造する方法が知られているが、この方
法だと、得られる微小構造体の深さ方向の形状が矩形に
限定されており、深さ方向の形状を制御することができ
ない。

【０００３】そこで、三次元曲面等の三次元に精度よく
構造制御された微小構造体の作製方法が各種検討され、
提案されている。

【０００４】例えば、矩形に形成した樹脂パターンアレ
ーを加熱熔融して球面形状に変形し、樹脂製凸型マイク
ロレンズアレーを作製する方法が提案されている（特開
平５−４０２１６号公報）（公知例１とする）。

【０００５】また、別の方法として、露光と現像を繰り
返して階段状の形状を作製する方法が提案されている
（ジャーナル バキューム サイエンス テクノロジ
ー、Ｂ９（６）、１９９１年、３１１７−３１２０頁）
（公知例２とする）。

【０００６】さらに、他の方法として、電子ビームの露
光量を露光位置により変化させて電子ビームレジストに
露光しこれを現像することで電子ビームの露光量に応じ
た形状を作製する方法が提案されている（特公平２−４
４０６０号公報）（公知例３とする）。

【０００７】また、フォトマスクの遮光部分の一部の間
隔を露光波長の回折限界以下としこの遮光部分間を透過
した光が平面的に連続的に変化する透過光量を与えるフ
ォトマスクを通してフォトレジストを露光し、次いで現
像処理することにより、露光された領域に露光量に応じ
た残像樹脂パターン（三次元形状のレジスト像）を形成
する方法が提案されている（アイ イー イー イー
プロシーディングスオン エム イー エム エス、１
９９４年、２０５−２１０頁）（公知例４とする）。

【０００８】一方、微小構造体を大量生産するためのプ
レス成形型の製造方法に関しては、微細加工の施してあ
る透明母型の形状を感光性樹脂に転写し、その転写した
感光性樹脂をエッチングにより下地プレス成型用型に転
写する方法が提案されている（特公平６−１５１８４号
公報）（公知例５とする）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の微小構造体の作製方法には、次に示すような問
題がある。

【００１０】すなわち、公知例１記載の方法にあって
は、熔融した樹脂の表面張力を利用して球面化を行って
いるため得られる形状が球状のものに限られしまうとい
う問題がある。

【００１１】また、公知例２記載の方法にあっては、レ
ジスト成膜、露光、現像といった工程を複数回繰り返し
て行う必要があるため製造が煩雑であり、また、フォト
マスクと被露光体との位置合わせを厳密に行う必要があ
り技術的に製造が難しいという問題がある。

【００１２】さらに、公知例３記載の方法にあっては、
すべてのパターンを電子ビームで描画しているので露光
に時間がかかり生産性が極めて低いという問題がある。

【００１３】また、公知例４記載の方法にあっては、三
次元形状のレジスト像を生産性よく作製できるのである
が、公知例４の方法で実際に作製できる三次元形状のレ
ジスト像は、微視的に見るとその表面形状が階段状（ギ
ザギザ）であるため、なめらかな表面形状が要求される
マイクロレンズ等の製品の製造に実際に応用するのは困
難であるという問題がある。

【００１４】さらに、公知例５記載の方法にあっては、
母型を機械加工で作製しているため１００μｍ以下の三
次元形状を作製することは困難であるという問題があ
る。なお、超硬材料を用いたプレス型の作製にあって
は、通常砥石による研削、研磨を行うため、被加工型の
大きさがミリメートル以上に制限されるという問題もあ
る。

【００１５】本発明は上述した問題点にかんがみてなさ
れたものであり、微視的になめらかな三次元表面形状の
形成方法の提供を目的とする。また、微視的になめらか
な三次元表面形状を有する三次元に精度よく構造制御さ
れた微小構造体やこれらの微小構造体を大量生産するた
めのプレス成形型等の提供を目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の三次元形状の形成方法は、基材上にレジスト
層を形成し、該レジスト層に到達する露光強度を連続的
に変化させる遮光性パターンを有するリソグラフィー用
マスクを用いて、前記レジスト層を露光する工程と、前
記露光後のレジスト層を現像処理して三次元形状のレジ
スト像を形成する工程と、前記レジスト像および基材を
同時にエッチングしてレジスト像の三次元形状を基材に
転写する工程とを有する三次元形状の形成方法におい
て、レジストの残膜曲線が、緩やかな傾きの残膜曲線と
なるようなレジストおよび／またはレジスト像形成条件
を使用する構成としてある。

【００１７】また、本発明の三次元形状の形成方法は、
上記本発明の三次元形状の形成方法において、前記緩や
かな傾きの残膜曲線となるようなレジストが、コントラ
ストが低く低解像力のレジストである構成、前記緩やか
な傾きの残膜曲線となるようなレジスト像形成条件が、
レジストのベーク条件および／または現像条件である構
成、前記緩やかな傾きの残膜曲線となるようなレジスト
および／またはレジスト像形成条件が、レジストのコン
トラストがガンマ値で２．０以下となるような条件であ
る構成、前記レジスト層を露光する工程において、縮小
投影露光を行う構成、あるいは、 前記現像処理により
三次元形状のレジスト像を形成する工程の後に、該三次
元形状のレジスト像を該レジストの融点よりも高い温度
で加熱する構成、としてある。

【００１８】また、本発明の微小三次元構造体は、上記
三次元形状の形成方法によって、微視的に見てなめらか
な三次元表面形状を有する三次元構造体を製造する構成
としてある。

【００１９】さらに、本発明のプレス成形型は、上記三
次元形状の形成方法によって、微視的に見てなめらかな
三次元表面形状を有するプレス成形型を製造する構成と
してある。

【００２０】以下、本発明を詳細に説明する。本発明の
三次元形状の形成方法においては、まず、基材上にレジ
スト層を形成し、このレジスト層に到達する露光強度を
連続的に変化させる遮光性パターンを有するリソグラフ
ィー用マスクを用いて、前記レジスト層を露光する。

【００２１】ここで、基材材料としては、耐光性や機械
的強度の高い材料であればいかなる材料でも使用するこ
とができ特に制限されないが、例えば、ＳｉＣ、ＷＣ、
ＴｉＣ、Ｃｒ₃Ｃ₂、ＴｉＮ、Ａｌ₂Ｏ₃等の超硬材料、石
英等のガラス材料、Ｓｉ、Ｇｅ等の赤外線透過材料、ポ
リアミド類などに代表されるエンジニアリングプラスチ
ック等が挙げられる。基材の形状は特に制限されない
が、通常基板が用いられる。

【００２２】また、レジスト層の形成は、溶液タイプの
レジストについてはスピンコート、ディップコート、ス
プレーコート等の既存の方法により形成し、無機レジス
ト等の固形タイプレジストについては真空蒸着、スパッ
タリング、ＣＶＤ等の既存の方法により形成する。

【００２３】本発明では、レジスト層に到達する露光強
度を連続的に変化させる遮光性パターンを有するリソグ
ラフィー用マスクを用いる。これは、一般にレジストの
現像後の残膜厚はレジスト上に露光された露光光強度
（露光量）に対応して変化するため、レジスト層に到達
する露光強度を連続的に変化させてレジストの現像後の
残膜厚を連続的に変化させるためである。

【００２４】ここで、レジスト層に到達する露光強度を
連続的に変化させる遮光性パターンを有するリソグラフ
ィー用マスクとしては、いくつかの種類が挙げられる。
例えば、遮光部分の光学濃度の少なくとも一部を連続的
に変化させたマスクが挙げられる。このようなマスク
は、遮光膜の厚みを連続的に変化させるか、あるいは遮
光膜の組成を連続的に変化させて得られる。

【００２５】他のマスクとしては、マスクの遮光部分の
間隔の少なくとも一部を露光波長の回折限界以下の間隔
としたマスク、あるいはマスクの開口部分の間隔の少な
くとも一部を露光波長の回折限界以下の間隔としたマス
クが挙げられる。この場合、マスクの遮光部分の間隔あ
るいは開口部分の間隔を露光波長の回折限界以下の間隔
とするには、これらの間隔を下記に示す限界ピッチ以下
とすればよい。 Ｐc＝λ／ＮＡ（１＋σ） ここで、Ｐcは限界ピッチ、λは露光波長、ＮＡは露光
機の開口数、σはピクセル内の遮光部分の充填率をそれ
ぞれ示す。ここで遮光部分の充填率に関し、遮光部分の
形状は一つのピクセル内の遮光面積が可変できる形状で
あれば特に制限されないが、線状、ドット状、矩形状な
どの形状が主として用いられる。

【００２６】なお、ステッパーを用いて縮小露光する場
合にあっては、実際のマスク（レチクル）の遮光部分の
間隔あるいは開口部分の間隔を露光波長の回折限界以下
の間隔とするのではなく、縮小投影されたレジスト上に
おける遮光部分の間隔あるいは開口部分の間隔が露光波
長の回折限界以下の間隔となるようにする。

【００２７】上述したマスクは、回折の影響を受けるこ
となく正確に転写できるパターンの幅（ピッチ）あるい
はパターンの面積を１としこの場合の露光強度を１とし
た場合、パターンの幅あるいは面積を１以下とし回折の
影響を利用して１以下の中間的な露光強度を得ようとす
るものである。

【００２８】さらに他のマスクとしては、マスクの遮光
部分の間隔の少なくとも一部をレジストの解像限界以下
の間隔としたマスク、あるいはマスクの開口部分の間隔
の少なくとも一部をレジストの解像限界以下の間隔とし
たマスクが挙げられる。例えば、レジストの解像限界が
１μｍであれば、マスクの遮光部分の間隔あるいは開口
部分の間隔を１μｍ以下の間隔とする。これは、レジス
トの解像限界（解像力）が異なれば上述した限界ピッチ
も異なるためこれを考慮しようとするものである。した
がって、レジストの解像限界が２μｍであれば、マスク
の遮光部分の間隔あるいは開口部分の間隔を２μｍ以下
の間隔とする。

【００２９】なお、上述した露光強度を連続的に変化さ
せる遮光性パターンを有するリソグラフィー用マスクの
形成材料に関しては、マスク基板としては露光波長に対
して透明な材料であれば全て使用が可能であり、遮光部
を構成する遮光膜としてはマスクを通して被転写体に必
要とされる光学濃度のコントラストを有するパターンを
転写できる物質であれば全て使用が可能である。具体的
には、マスク基板としては、例えば、石英ガラス板、ア
ルミノボロシリケートガラス板などが挙げられる。ま
た、遮光膜材料としては、例えば、クロム、酸化クロ
ム、タングステンシリサイド、タンタルシリサイド、モ
リブデンシリサイド、銀コロイドなどが挙げられる。

【００３０】上記リソグラフィー用マスクには、フォト
マスク、Ｘ線マスクの他、電子線マスクやイオンビーム
マスクも含まれる。また、露光方法には、密着露光（コ
ンタクト露光）、近接露光（プロキシミティ露光）、等
倍投影露光（ミラープロジェクション露光）等の等倍露
光や、縮小投影露光などが含まれる。縮小投影露光を用
いると等倍露光に比べより微細な微小構造体を容易に形
成できる。さらに、露光光源には、紫外・可視光、エキ
シマレーザ、Ｘ線（シンクロトロン放射光含む）、、電
子線、イオンビームなどが含まれる。

【００３１】本発明においては、上記露光後のレジスト
層を現像処理して三次元形状のレジスト像を形成する際
に、微視的に見てなめらかな表面を有するレジスト像が
形成される条件を使用することを特徴とする。これは、
コントラストが高く高解像力のレジストを使用すると、
上記特定の遮光性パターンを有するリソグラフィー用マ
スクによってレジスト層に到達する露光強度が連続的に
変化しているといっても、この露光強度の連続的変化は
微視的に見ると階段状となっているため、得られる三次
元形状のレジスト像の表面が微視的に見て階段状（ギザ
ギザ）となってしまうからである。

【００３２】そこで、本発明者らは、シャープなレジス
ト像が形成できないような条件を積極的に使用すること
を考えついた。具体的には、本発明では、緩やかな傾き
の残膜曲線となるようなレジストおよび／またはレジス
ト像形成条件を使用する。

【００３３】ここで、レジストの残膜曲線（特性曲線）
は、一般には横軸に照射量の常用対数をとり縦軸に現像
後の膜厚を塗布膜厚で規格化した値（残膜率）をとって
得られる曲線であり、この残膜曲線の形状（傾き等）
は、レジスト自身の特性（レジストを構成する樹脂の種
類等）や、レジストの熱処理条件（プリベーク条件
等）、現像処理条件、露光光源等によって変化する。ま
た、残膜曲線の傾きはガンマ値（γ値）と呼ばれ、この
γ値は、レジストのコントラストを表す指標となり、こ
の値が高いほどコントラストは上がり解像度も上がる。
一般的にネガ型レジストのγ値は残膜率が０．５となる
ときの残膜曲線の傾き（傾き角の正接値）で定義され、
ポジ型レジストのγ値は残膜率が０となるときの残膜曲
線の傾きで定義される。

【００３４】したがって、全体として緩やかな傾きの残
膜曲線となるようなレジストおよびレジスト像形成条件
を使用すると、コントラストが低く低解像力のなめらか
な形状（エッジ等）のレジスト像が形成できる。これ
は、残膜曲線の傾きが緩やかであると、露光強度の広い
範囲でレジストの残膜厚を制御でき、露光強度の微妙な
変化に応じたレジスト残膜厚を得ることができるからで
ある。

【００３５】ここで、緩やかな傾きの残膜曲線となるよ
うなレジストとしては、コントラストが低く低解像力の
レジストが挙げられるが、このようなレジストは、レジ
ストを構成する樹脂の種類や、増感材、溶剤等の含有量
などを選択調整して調製する。

【００３６】また、緩やかな傾きの残膜曲線となるよう
なレジスト像形成条件としては、レジストのベーク条件
および／または現像条件が挙げられる。これは、上述し
たように残膜曲線の形状がレジストの熱処理条件や現像
処理条件によって変化するためである。

【００３７】現像条件としては、現像時間、現像方法、
現像液の種類、濃度および温度、レジストの溶解特性な
どが挙げられ、緩やかな傾きの残膜曲線となるようにこ
れらの条件を設定する。特に、現像時間やレジストの溶
解特性は現像後のレジスト形状（レジストプロフィル）
に影響を与えるためこれを考慮して条件を設定する。具
体的には、これらの条件を種々変化させて残膜曲線を実
際に作成しこれに基づき各種条件を設定すればよいま
た、現像温度や現像方法（スプレー法におけるスプレー
圧あるいはディッピング法における現像液の対流速度
等）なども解像力に影響を与えるためこれらを考慮して
条件を設定する。

【００３８】プリベークは通常レジスト膜中から溶剤を
除去する目的で行われるが、本発明では、緩やかな傾き
の残膜曲線となるように、プリベーク温度およびプリベ
ーク時間を設定する。

【００３９】なお、通常の半導体プロセスではガンマ値
が２．０以上の高コントラスト、高解像度のレジストが
使用されていることを考慮すると、緩やかな傾きの残膜
曲線となるようなレジストおよび／またはレジスト像形
成条件としては、レジストのコントラストがガンマ値で
２．０以下となるような条件であるといえる。ここで、
γ値の値は、上述した残膜曲線の場合と同様に、レジス
ト自身の特性や、レジストの熱処理条件、現像処理条件
等によって変化するので、これらを調整すれば所望のγ
値を得ることができる。γ値の値は、上記の理由から
２．０以下であることが好ましいのであるが、本発明の
効果をより確かなものにするためにはγ値が１．５以下
であることが好ましく、１．０以下であることがさらに
好ましい。γ値の下限に関しては、露光強度の微妙な変
化に応じたレジスト残膜厚が得られるようにするため、
極端に低くならないように注意すればよい。

【００４０】なお、レジストを構成する樹脂の種類とし
ては、例えば、シンナメート系の光二量化型感光性樹
脂、金属イオン重クロム酸型感光性樹脂などの光架橋性
樹脂、アジド系の光分解架橋型感光性樹脂、ジアゾ系の
光分解不溶型感光性樹脂、キノンジアジド系の光分解可
溶型感光性樹脂などの光分解性樹脂、不飽和ポリエステ
ル系感光性樹脂、アクリレート系感光性樹脂、ナイロン
系感光性樹脂、カチオン重合系感光性樹脂などの光重合
性樹脂や、カルコゲナイド系の無機レジスト等が挙げら
れる。これらの樹脂は単独で使用してもよく、二種類以
上を混合して使用してもよい。

【００４１】本発明では、上記現像処理により三次元形
状のレジスト像を形成する工程の後に、三次元形状のレ
ジスト像をレジストの融点よりも高い温度で加熱しても
よい。これによりレジストが変形してなめらかとなる。
このように上記工程の後に加熱熔融を行うと、単独で加
熱熔融する場合に比べ、うねりが少なく局部的な欠陥が
少なく、かつ、よりなめらかな三次元形状のレジスト像
が短時間で得られる。

【００４２】本発明では、上記現像工程の後、レジスト
像および基材を同時にエッチングしてレジスト像の三次
元形状を基材に転写する。この場合、レジスト像と同一
の形状を転写するにはレジストと下地基材のエッチング
速度を等しくする。また、縦方向に圧縮した形状を得る
にはレジストのエッチング速度を下地基材のエッチング
速度より速くし、逆に縦方向に引き延ばした形状を得る
にはレジストのエッチング速度を下地基材のエッチング
速度より遅くする。

【００４３】なお、エッチング速度は使用するレジスト
とエッチング装置におけるエッチング条件によって変化
するので、これらを総合的に判断してエッチング条件を
選択する必要がある。特に、ドライエッチング装置を使
用する場合には、装置の構造（種類）やエッチング圧力
（ガス圧）、エッチング出力、ガス流量、基板温度など
の条件によってエッチング速度が変化するので、これら
を総合的に判断してエッチング条件を選択する必要があ
る。

【００４４】なお、エッチング方法としてはウエットエ
ッチングおよびドライエッチングが挙げられるが、レジ
ストパターンの形状を極力正確に基板に転写するために
は、ドライエッチングを採用することが好ましい。ドラ
イエッチング装置は、特に制限されないが、例えば、平
行平板型リアクティブイオンエッチング装置やマグネト
ロンイオンエッチング装置等の公知のドライエッチング
装置が使用される。

【００４５】ドライエッチングに使用するガスとして
は、ＣＦ₄、ＣＨＦ₃、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃｌ₂に代表されるよう
なフッ素系、塩素系の単体ガス、またはこれらのガスを
含む混合ガス等が好ましい。また、これらのガスに、酸
素もしくは水素などのガス、あるいはＨｅ、Ａｒなどの
不活性ガスを、必要に応じ混合してもよい。

【００４６】上記本発明方法によれば、微視的に見てな
めらかな三次元表面形状の形成できる。また、本発明方
法によれば、三次元に精度よく構造制御されたなめらか
な表面の微小構造体を効率よく製造でき、特に、実用上
微視的になめらかな表面形状を必要とする微小光学部品
の製造方法として特に有効である。さらに、本発明方法
によれば、従来得ることのできなかった三次元に精度よ
く構造制御されたなめらかな表面の微小プレス成形型を
効率よく製造できる。なお、本発明の三次元形状の形成
方法は、微小構造体に限られず、通常の大きさの構造体
にも適用できる。

【００４７】本発明の他の発明は、上述した三次元形状
の形成方法によって製造したことを特徴とする三次元構
造体である。本発明の三次元構造体は、微視的になめら
かな三次元表面形状を有する三次元に精度よく構造制御
された微小構造体であり、実用上微視的になめらかな表
面形状を必要とする微小光学部品として特に有効であ
る。すなわち、本発明は、従来、実用製品として得るこ
とのできなかった微小光学部品の実用化を図ったもので
あり産業上の利用価値が極めて高い。

【００４８】なお、微小構造体の用途や種類は特に制限
されない。微小構造体の用途としては、例えば、微小光
学部品、マイクロマシーン部品、マイクロセンサー部品
としての用途が挙げられる。また、微小光学部品の種類
としては、凸型レンズ、凹型レンズ、アナモフィックレ
ンズ、レンチキュラーレンズ等の球面レンズや非球面レ
ンズ、三角波形グレーティング、正弦波形グレーティン
グ、台形波形グレーティング等のグレーティング、プリ
ズム、ゾーンプレート、フレネルレンズ、ホログラフィ
ックレンズなどが挙げられる。マイクロマシーン部品や
マイクロセンサー部品の種類としては、凸型球面体、凹
型球面体、非球面体、錐状突起体などが挙げられる。

【００４９】なお、本発明では、複数の微小構造体を任
意の配置で配置して作製することができ、さらに、微小
構造体を連続して作製したり、連続一体型の微小構造連
続体を作製することができる。

【００５０】本発明の他の発明は、上述した三次元形状
の形成方法によって製造したことを特徴とするプレス成
形型である。本発明のプレス成形型によれば、微小構造
体を容易に大量生産できる。

【００５１】ここで、微小プレス成形型に加工される基
材としては、耐光性や耐熱性、機械的強度の高い材料で
あればいかなる材料でも使用することができ特に制限さ
れないが、例えば、ＳｉＣ、ＷＣ、ＴｉＣ、Ｃｒ₃Ｃ₂、
ＴｉＮ、Ａｌ₂Ｏ₃等の超硬材料、石英等のガラス材料、
Ｓｉ、Ｇｅ等の赤外線透過材料、ポリアミド類などに代
表されるエンジニアリングプラスチック等が挙げられ
る。

【００５２】なお、プレスする材料としてはガラスやプ
ラスチック等が用いられる。この場合、ガラスとしては
ＢＫ−７等の光学ガラスが用いられる。また、プレスす
る材料としてプラスチックを用いる場合には、プレス型
に石英等の透明材料を用い、紫外線硬化樹脂をプレス型
と被転写基板との間に充填し、紫外線を照射して樹脂を
硬化させて樹脂製の微小光学素子等をプレス成型でき
る。ここで、紫外線硬化樹脂としては、ポリスチレン樹
脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリオレフィン樹
脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹
脂、あるいはこれらの樹脂の混合物等公知の樹脂が使用
できる。

【００５３】さらに、プレス型に耐熱性材料を用い、熱
硬化樹脂をプレス型と被転写基板との間に充填し、加熱
によって熱硬化樹脂を硬化させて樹脂製の微小光学素子
等を成型することもできる。ここで、熱硬化樹脂として
は、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、
ウレタン樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリイミド樹脂、
ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、あるいはこれらの
樹脂の混合物等公知の樹脂が使用できる。

【００５４】

【実施例】以下、実施例にもとづき本発明をさらに具体
的に説明する。

【００５５】実施例１ 石英基板３上にγ値を１．０に調整したｇ線対応ポジ型
スチレン系フォトレジスト４を塗布し、図１に示すよう
な円形遮光パターン２を有するフォトマスク１を用い
て、等倍ｇ線密着露光機でレジスト４の露光を行った
（図２（ａ））。ここで、図１に示すフォトマスク１
は、円外周に向かって遮光部分の占有面積が徐々に減少
する遮光パターン２を有するものとし、遮光部分の間隔
が限界ピッチ（Ｐc＝０．１１μｍ）以下としたものを
使用した。

【００５６】次いで、現像液（ヘキスト社製ＡＺデベロ
ッパー）でフォトレジスト４の現像を行い（現像時間１
２０秒、プリベーク温度９０℃、時間６０分）、対角２
０μｍ、高さ１μｍの凸型球面レジスト像５を形成した
（図２（ｂ））。

【００５７】続いて、平行平板型リアクティブイオンエ
ッチング装置を用い、２５０Ｗの高周波電力を供給し、
Ｃ₂Ｆ₆流量５０ｓｃｃｍ、レジスト４のエッチング速度
を基板３のエッチング速度と同一とした条件で、上記凸
型球面レジスト像を有する石英基板をドライエッチング
し、凸型球面レジスト像５を石英基板３に転写して、対
角２０μｍ、高さ１μｍの石英製凸型球面体を形成した
（図２（ｃ））。

【００５８】実施例２ 実施例１で得られた対角２０μｍ、高さ１μｍの石英製
凸型球面体を母型とし、光重合性モノマー（日本化学薬
社製２Ｐ用モノマーＩＮＣ３１２）を母型と基板との間
に充填し、２０ｍＷ／ｃｍ²の照射強度で、２４０秒間
水銀灯を照射しモノマーを重合硬化して、対角２０μ
ｍ、深さ１μｍの樹脂製凹型球面体を形成した。

【００５９】実施例３ ＳｉＣ基板３上にγ値が２．０であるｇ線対応ポジ型ス
チレン系フォトレジスト４を塗布し、図３にその一部が
示されている遮光部分の間隔が徐々に変化する遮光パタ
ーン２を有するフォトマスク１（Ｐc＝０．１１μｍ以
下）を用いて、等倍ｇ線密着露光機でレジスト４の露光
を行った（図４（ａ））。

【００６０】次いで、現像液（ヘキスト社製ＡＺデベロ
ッパー）でフォトレジスト４の現像を行い、さらに、２
００℃で３０分間熱処理を施して、格子ピッチ１０５．
６μｍ、格子深さ０．６９８μｍの正弦波回折格子レジ
スト像５を形成した（図４（ｂ））。

【００６１】続いて、平行平板型リアクティブイオンエ
ッチング装置を用い、２５０Ｗの高周波電力を供給し、
ＣＦ₄流量４０ｓｃｃｍ、レジスト４のエッチング速度
を基板３のエッチング速度より速くした条件で、上記正
弦波回折格子レジスト像を有するＳｉＣ基板をドライエ
ッチングし、正弦波回折格子レジスト像５を石英基板３
に縦方向に圧縮して転写して、格子ピッチ１０５．６μ
ｍ、格子深さ０．２７９μｍの正弦波回折格子を形成し
た（図４（ｃ））。

【００６２】実施例４ 実施例３で得られた格子ピッチ１０５．６μｍ、格子深
さ０．２７９μｍの正弦波回折格子を母型とし、二酸化
ケイ素７０重量％、酸化鉛２５重量％、その他数種類の
微量元素成分からなるガラスを加熱後にプレスして、格
子ピッチ１０５．６μｍ、格子深さ０．２７９μｍのガ
ラス製正弦波回折格子を形成した。

【００６３】実施例５ ＳｉＣ基板３上にγ値を０．７に調整したｇ線対応ポジ
型スチレン系フォトレジスト４を塗布し、図５にその一
部が示されている外周に向かって遮光部分の占有面積が
徐々に減少する輪帯状遮光パターン２を有するフォトマ
スク１（Ｐc＝０．５０μｍ以下）を用いて、ｇ線５倍
縮小投影露光機でレジスト４の露光を行った（図６
（ａ））。

【００６４】次いで、現像液（ヘキスト社製ＡＺデベロ
ッパー）でフォトレジスト４の現像を行い、直径４８μ
ｍ、深さ３．８８μｍの形状が反転されたフレネルレン
ズレジスト像５を形成した（図６（ｂ））。

【００６５】続いて、平行平板型リアクティブイオンエ
ッチング装置を用い、２５０Ｗの高周波電力を供給し、
ＣＦ₄流量４０ｓｃｃｍ、レジスト４のエッチング速度
を基板３のエッチング速度より速くした条件で、上記形
状が反転されたフレネルレンズレジスト像を有するＳｉ
Ｃ基板をドライエッチングし、形状が反転されたフレネ
ルレンズレジスト像５を石英基板３に縦方向に圧縮して
転写して、直径４８μｍ、深さ１．５５μｍの形状が反
転されたＳｉＣ製フレネルレンズ体を形成した（図６
（ｃ））。

【００６６】実施例６ 実施例５で得られた形状が反転されたＳｉＣ製フレネル
レンズ体を母型とし、油化シェルエポキシ社製エピコー
ト１５２と油化シェルエポキシ社製エピキュア１１４と
を混合して得たエポキシ樹脂を母型と石英基板との間に
充填し、３０℃で４日間加熱硬化させた後、母型を引き
剥して、直径４８μｍ、高さ１．５５μｍのエポキシ樹
脂製フレネルレンズを形成した。

【００６７】実施例７ ＰＭＭＡ基板３上にγ値を０．７に調整したｇ線対応ポ
ジ型スチレン系フォトレジスト４を塗布し、図７にその
一部（図示Ａの部分に対応する）が示されている遮光部
分の幅が徐々に変化する遮光パターン２を有するフォト
マスク１（Ｐc＝０．５０μｍ以下）を用いて、ｇ線５
倍縮小投影露光機でレジスト４の露光を行った（図８
（ａ））。

【００６８】次いで、現像液（ヘキスト社製ＡＺデベロ
ッパー）でフォトレジスト４の現像を行い、溝角度１２
０°、溝深さ４０μｍのＶ溝型レジスト像５を形成した
（図８（ｂ））。

【００６９】続いて、平行平板型リアクティブイオンエ
ッチング装置を用い、２５０Ｗの高周波電力を供給し、
ＣＦ₄流量４０ｓｃｃｍ、レジスト４のエッチング速度
を基板３のエッチング速度より遅くした条件で、上記Ｖ
溝型レジスト像を有するＰＭＭＡ基板をドライエッチン
グし、Ｖ溝型レジスト像５をＰＭＭＡ基板３に縦方向に
引き延ばして転写して、溝角度６０°、溝深さ１２０μ
ｍのＰＭＭＡ製Ｖ溝型を形成した（図８（ｃ））。

【００７０】なお、上記実施例１〜７で形成した微小構
造体および微小プレス成形型の表面をＳＥＭ（走査型電
子顕微鏡）で観察したところ微視的に見てなめらかな表
面形状であることが確認された。

【００７１】以上好ましい実施例をあげて本発明を説明
したが、本発明は必ずしも上記実施例に限定されるもの
ではない。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の三次元表面
形状の形成方法によれば、微視的に見てなめらかな三次
元表面形状を形成できる。また、本発明方法によれば、
三次元に精度よく構造制御されたなめらかな表面の微小
構造体を効率よく製造でき、特に、実用上微視的になめ
らかな表面形状を必要とする微小光学部品の製造方法と
して特に有効である。さらに、本発明方法によれば、従
来得ることのできなかった三次元に精度よく構造制御さ
れたなめらかな表面の微小プレス成形型を効率よく製造
できる。

【００７３】また、本発明の微視的に見てなめらかな三
次元表面形状を有する微小三次元構造体は、従来実用製
品として得ることのできなかった微小光学部品の実用化
を図ったものであり産業上の利用価値が極めて高い。

【００７４】さらに、本発明のプレス成形型によれば、
微小構造体を容易に大量生産できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例で使用したフォトマスクを示
す平面図である。

【図２】 本発明の実施例における製造工程を示す工程
説明図である。

【図３】 本発明の他の実施例で使用したフォトマスク
の遮光パターンの一部を示す平面図である。

【図４】 本発明の他の実施例における製造工程を示す
工程説明図である。

【図５】 本発明の他の実施例で使用したフォトマスク
の遮光パターンの一部を示す平面図である。

【図６】 本発明の他の実施例における製造工程を示す
工程説明図である。

【図７】 本発明の他の実施例で使用したフォトマスク
の遮光パターンの一部を示す平面図である。

【図８】 本発明の他の実施例における製造工程を示す
工程説明図である。

【符号の説明】 １ フォトマスク ２ 遮光パターン ３ 基板 ４ フォトレジスト ５ レジスト像

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 洋一 東京都新宿区中落合２丁目７番５号 ホー ヤ株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基材上にレジスト層を形成し、該レジス
   ト層に到達する露光強度を連続的に変化させる遮光性パ
   ターンを有するリソグラフィー用マスクを用いて、前記
   レジスト層を露光する工程と、 前記露光後のレジスト層を現像処理して三次元形状のレ
   ジスト像を形成する工程と、 前記レジスト像および基材を同時にエッチングしてレジ
   スト像の三次元形状を基材に転写する工程とを有する三
   次元形状の形成方法において、 レジストの残膜曲線が、緩やかな傾きの残膜曲線となる
   ようなレジストおよび／またはレジスト像形成条件を使
   用することを特徴とする三次元形状の形成方法。
2. 【請求項２】 前記緩やかな傾きの残膜曲線となるよう
   なレジストが、コントラストが低く低解像力のレジスト
   である請求項１記載の三次元形状の形成方法。
3. 【請求項３】 前記緩やかな傾きの残膜曲線となるよう
   なレジスト像形成条件が、レジストのベーク条件および
   ／または現像条件である請求項１または２記載の三次元
   形状の形成方法。
4. 【請求項４】 前記緩やかな傾きの残膜曲線となるよう
   なレジストおよび／またはレジスト像形成条件が、レジ
   ストのコントラストがガンマ値で２．０以下となるよう
   な条件である請求項１ないし３記載の三次元形状の形成
   方法。
5. 【請求項５】 前記レジスト層を露光する工程におい
   て、縮小投影露光を行うことを特徴とする請求項１ない
   し４記載の三次元形状の形成方法。
6. 【請求項６】 前記現像処理により三次元形状のレジス
   ト像を形成する工程の後に、該三次元形状のレジスト像
   を該レジストの融点よりも高い温度で加熱することを特
   徴とする請求項１ないし５記載の三次元形状の形成方
   法。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６記載の三次元形状の形
   成方法によって製造した微視的に見てなめらかな三次元
   表面形状を有する三次元構造体。
8. 【請求項８】 請求項１ないし６記載の三次元形状の形
   成方法によって製造した微視的に見てなめらかな三次元
   表面形状を有するプレス成形型。