WO2014054250A1 - 微細構造体の製造方法、および微細構造体 - Google Patents

微細構造体の製造方法、および微細構造体 Download PDF

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WO2014054250A1
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pattern
laser light
photoresist
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淳史 渡邉
賢 唐井
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株式会社クラレ
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    • B29C59/02—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a fine structure having a photoresist pattern forming step, and a fine structure produced by this production method.
  • a photo resist having a desired concavo-convex pattern on the substrate is obtained by performing exposure by scanning the laser beam while modulating the amount of laser light with respect to the positive photoresist applied on the substrate, and then developing the photoresist.
  • the height or slope shape of the pattern to be formed varies depending on the exposure amount (laser light amount) given to the photoresist and the dissolution characteristics of the photoresist during development. Therefore, the exposure amount (laser light amount) is adjusted according to the height of the pattern to be formed and the slope shape.
  • photoresist means a positive photoresist.
  • Patent Documents 1 and 2 describe a manufacturing method of a fine structure in which a photoresist pattern is obtained by the above-described method, a nickel stamper is obtained using the photoresist pattern, and pattern transfer to the resin is performed using the nickel stamper. (FIGS. 2 to 3 of Patent Document 1 and FIGS. 3 and 6 of Patent Document 2).
  • Patent Document 1 discloses a method of setting a focal position inside a resist as a measure for preventing a reduction in resolution in exposure by laser beam scanning (claim 1 of Patent Document 1).
  • Patent Document 2 discloses a method in which exposure is performed a plurality of times by changing the focal position in order to suppress a decrease in resolution due to defocusing when a recess deeper than the focal depth of laser light is formed in exposure by laser light scanning. (Claim 12 etc.).
  • Patent Documents 1 and 2 in exposure by laser light scanning, the focal position is adjusted to suppress defocusing and improve resolution.
  • the laser light quantity modulation level is more than the influence of the focal position.
  • sufficient resolution cannot be obtained due to lack of the key.
  • cost and time are required to modify the hardware or software of the device, so it is not possible to improve it when resolution shortage occurs due to insufficient laser light intensity gradation difficult.
  • the reduction in resolution due to the insufficient number of gradations in the laser light amount modulation will be described with a specific example.
  • the surface of the hemispherical convex part is more It can be a smooth curved surface.
  • FIG. 6 shows an example of gradation setting for laser light amount modulation when hemispherical convex portions are formed.
  • the bottom surface of the hemispherical convex portion is the XY plane
  • the height direction is the Z-axis direction.
  • the upper diagram in FIG. 6 shows the most ideal laser light amount distribution (thin line) and actual laser light amount distribution (thick line) for obtaining a desired shape on the XZ plane passing through the center of the convex portion obtained after development. It is.
  • the lower diagram of FIG. 6 shows the most ideal laser light amount distribution (thin line) and the actual laser light amount distribution (thick line) for obtaining a desired shape when viewed from the top of the convex portion.
  • the laser light quantity is divided for each gradation, and the magnitude of the laser light quantity is shown for each of the sections by the color density.
  • the larger the amount of laser light the darker the color is displayed.
  • the unit of the horizontal axis in the upper and lower diagrams of FIG. 6 is “ ⁇ m”.
  • the gradation of the laser light amount modulation can be set in 8 steps, and this gradation can be set every 1 ⁇ m in both the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • the desired exposure shape when viewed from the top of the convex portion is a circular shape, but the gradation in the X-axis direction and the Y-axis direction Since the setting unit is 1 ⁇ m, the exposure shape actually set with gradation is not a complete circular shape, and an exposure shape that minimizes an error from the circular shape is set.
  • the laser light amount gradation setting on the XZ plane is ideally set to a semicircular shape as shown in the upper diagram of FIG. 6, but in reality, the number of gradations that can be set is limited, and the thick line in the figure As shown in, it must be a stepped setting.
  • the gradation setting unit in the X-axis direction and the Y-axis direction is 1 ⁇ m, only 6 gradations of the maximum 8 gradations can be used for each gradation division.
  • the surface of the convex portion (three-dimensional curved surface) obtained after development may not be able to obtain a desired resolution, for example, a step is generated at the boundary of gradation setting.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and has a photoresist pattern forming step, which can substantially increase the number of gradations of the laser light quantity and improve the resolution by a simple method during exposure of the photoresist.
  • An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a fine structure.
  • the manufacturing method of the microstructure of the present invention is as follows: Photo that forms a photoresist pattern having a concavo-convex pattern on the surface by exposing the photoresist by irradiating a laser beam onto a positive photoresist coated on a substrate and developing the photoresist. Having a resist pattern forming step, The exposure that modulates the laser light amount according to the in-plane position of the base material, and the multiple exposure that is carried out multiple times with the gradation pattern setting in which the relationship between the in-plane position of the base material and the laser light amount is different, The uneven pattern corresponding to the total exposure amount of the double exposure is formed after the development.
  • the “laser light quantity” is Corresponds to the laser power.
  • the manufacturing method of the microstructure of the present invention is as follows: A stamper forming step of forming a stamper on the photoresist pattern along the pattern shape of the photoresist pattern and peeling the stamper from the photoresist pattern may be further included.
  • the manufacturing method of the microstructure of the present invention is as follows:
  • the method may further include a resin transfer step of transferring a pattern to a resin using a replication stamper obtained by further transferring the stamper or the pattern shape of the stamper once or more.
  • microstructure of the present invention is manufactured by the above-described manufacturing method of the present invention.
  • the microstructure of the present invention is a microstructure manufactured by a manufacturing method including the above-described photoresist pattern forming step and optionally including a stamper forming step and a resin transfer step.
  • a photoresist pattern itself, a stamper manufactured using the photoresist pattern, a replica stamper obtained by further transferring the pattern shape of the stamper at least once, and these stampers are used.
  • a resin molded body manufactured by performing pattern transfer onto a resin is included.
  • a method of manufacturing a fine structure which has a photoresist pattern forming step and can substantially increase the number of gradations of the laser light quantity and improve the resolution by a simple method when exposing the photoresist. Can be provided.
  • FIG. 2 is a SEM surface photograph of the first stamper obtained in Example 1.
  • FIG. 2 is a SEM surface photograph of a first stamper obtained in Comparative Example 1. It is a figure which shows the example of the conventional gradation setting.
  • the microstructure manufacturing method of the present invention includes a photoresist pattern forming step of forming a photoresist pattern having an uneven pattern on the surface.
  • the microstructure manufacturing method of the present invention can include a stamper forming step using a photoresist pattern and a resin transfer step using the stamper.
  • the microstructure of the present invention is manufactured by the above-described manufacturing method of the present invention.
  • FIGS. 2A to 2D are manufacturing process diagrams, and each drawing is a schematic sectional view.
  • a photoresist pattern including a concave portion having a smooth curved surface with a semi-circular (elliptical) shape in cross section is manufactured, a first stamper is manufactured using the photoresist pattern, and an inverted pattern of the first stamper is formed.
  • An example is shown in which a second stamper (replica stamper) is manufactured and a resin molded body is manufactured using the second stamper.
  • the concavo-convex pattern of the photoresist pattern should be the same pattern as the pattern of the resin molded product, or the reverse pattern, is determined appropriately in consideration of various conditions such as the ease of pattern shape production and the number of times the stamper is replicated. can do.
  • a case where a lens sheet having a convex lens having a semi-elliptical shape in cross section is manufactured as a resin molded body will be described as an example, so that the concave / convex pattern of the photoresist pattern is reversed to the pattern of the resin molded body.
  • a case where a pattern is formed using a positive photoresist will be described.
  • a positive type photoresist 21 applied on the substrate 10 is exposed.
  • the film thickness of the photoresist 21 is not particularly limited as long as it is equal to or higher than a desired uneven pattern height. Since the surface layer of the photoresist 21 usually has a skin layer having a photosensitive property different from that of the inside of the photoresist 21, it is preferable to design the film thickness of the photoresist 21 so that a desired uneven pattern does not cover the skin layer. .
  • the film thickness of the photoresist 21 is preferably set to be 10% or more thicker than the height of the desired uneven pattern. However, if the film thickness of the photoresist 21 is too thick, it is difficult to control the exposure, and the resist material increases, which is not preferable. It is preferable to perform a baking process at 70 to 110 ° C. after the application of the photoresist 21 and before the exposure.
  • the photoresist 21 is scanned and irradiated with the laser light L1 condensed by the objective lens (condensing lens) OL while modulating the laser light amount (laser light intensity).
  • double exposure is performed in which exposure for modulating the amount of laser light according to the in-plane position of the substrate 10 is performed a plurality of times. Details of the gradation setting for double exposure will be described later.
  • the laser beam L1 to be used is not particularly limited and is selected according to the type of the photoresist 21 to be used.
  • the laser beam L1 for example, Ar + laser beam (oscillation wavelength: 351 nm, 364 nm, 458 nm, 488 nm), Kr + laser beam (oscillation wavelength: 351 nm, 406 nm, 413 nm), He—Cd laser beam (oscillation wavelength: 352 nm, 442 nm), semiconductor-excited solid-state laser pulse light (oscillation wavelengths: 355 nm, 473 nm), semiconductor laser light (oscillation wavelengths: 375 nm, 405 nm, 445 nm, 488 nm), and the like.
  • the concavo-convex pattern 22P includes at least one concave portion 22A having a smooth curved surface that is semi-elliptical in a sectional view.
  • the concave / convex pattern 22P includes a plurality of concave portions 22A.
  • the developer is not particularly limited and is selected according to the type of the photoresist 21.
  • an alkali developer such as tetramethylammonium hydroxide (TMAH) can be used.
  • a conductive film 30 made of a metal such as nickel is formed on the photoresist pattern 22 along the pattern shape by vapor deposition or electroless plating.
  • a first stamper 40 made of a metal such as nickel is formed by electrolytic plating (electroforming) using the conductive film 30 as an electrode.
  • the first stamper 40 is peeled from the photoresist pattern 22.
  • the first stamper 40 has a concavo-convex pattern 40 ⁇ / b> P that is a reverse pattern of the concavo-convex pattern 22 ⁇ / b> P of the photoresist pattern 22.
  • the surface of the first stamper 40 is subjected to mold release treatment, and then a second stamper (replica stamper) 45 made of a metal such as nickel is formed again by electrolytic plating.
  • the second stamper 45 has a concavo-convex pattern 45P that is an inverted pattern of the concavo-convex pattern 40P of the first stamper 40. Accordingly, the uneven pattern 45P is the same as the uneven pattern 22P of the photoresist pattern 22.
  • any treatment can be applied as long as the first stamper 40 and the second stamper 45 can be separated from each other after electroforming. An oxide layer by oxygen plasma ashing is applicable. A forming process or the like is preferable.
  • a substrate 50 coated with a curable resin 61 is prepared.
  • the curable resin 61 may be an energy ray curable resin or a thermosetting resin that is cured by irradiation with energy rays such as ultraviolet rays.
  • an energy beam curable resin is preferable.
  • the second stamper 45 is pressed against the curable resin 61.
  • the curable resin 61 is cured.
  • the curable resin 61 is an energy ray curable resin, and a state in which the curable resin 61 is cured by being irradiated with an energy ray L2 such as ultraviolet rays is illustrated.
  • the curable resin 61 becomes a resin molded body 62 after curing.
  • the resin molded body 62 is peeled off from the second stamper 45 with the base material 50 attached.
  • a lens sheet having at least one convex lens is manufactured as the resin molded body 62.
  • the photoresist pattern 22, the first stamper 40, the second stamper (replica stamper) 45, and the resin molded body 62 are manufactured as the fine structures.
  • the relationship between the in-plane position of the base material 10 and the light quantity of the laser light L1 is different in the exposure for modulating the light quantity of the laser light L1 according to the in-plane position of the base material 10.
  • double exposure is performed by overlapping a plurality of times. Thereby, the uneven
  • the floor of the total exposure amount is compared with the case of single exposure. Since the logarithm is substantially increased, the resolution can be improved and the uneven pattern 22P having a smoother curved surface can be formed.
  • “Exposure amount” is the amount of laser light, and only the laser power is changed, and other laser light irradiation conditions such as scanning speed, laser light intensity distribution (objective lens numerical aperture), and laser light scanning pitch are the same. The amount of laser light corresponds to the laser power.
  • exposure can be performed using exposure pattern data different from the previous exposure as exposure pattern data that is a relationship between the relative position and the laser light quantity.
  • the exposure pattern data that is the same as the previous exposure is used as the exposure pattern data that is the relationship between the relative position and the laser light quantity. It is also possible to carry out exposure while shifting.
  • the number of gradations can be substantially increased M times compared to the case of single exposure, and finer gradation control is possible, so that higher resolution can be obtained and a smoother curved surface can be obtained.
  • the concave / convex pattern 22P can be formed.
  • the exposure area of the nth (2 ⁇ n ⁇ N ⁇ 1) tone from the smaller laser light amount in the m-th (2 ⁇ m ⁇ M) exposure is n ⁇ from the smaller laser light amount in the first exposure.
  • Divide the cross-sectional width of the area overlapping the exposure area of the 1st or n + 1-th gradation into M equal sections of the exposure area of the (n-1) -th or n + 1-th gradation from the smaller laser light quantity in the first exposure. It is preferable that the width is approximately m times the measured width. In this specification, “substantially m times” is defined by 0.9 m times to 1.1 m times. As described above, by dividing the cross-sectional width of the exposure area in the double exposure substantially evenly, variation in the gradation setting width of each laser light amount is suppressed, and the uneven pattern 22P having a smoother curved surface is formed. it can.
  • FIG. 3A is an example of gradation setting for double exposure in the case of forming one concave section 22A having a cross-sectional view, and each gradation setting and total when double exposure is performed using different exposure pattern data. It is an example of exposure amount.
  • FIG. 3A shows an example in which the number of times of duplication is two.
  • FIG. 3A is a diagram showing the relationship between the in-plane position of the substrate (position in the X-axis direction, the unit is ⁇ m) and the gradation number of the laser power (corresponding to the laser light quantity) in the cross section of the recess obtained after development. is there.
  • the gradation of the laser light amount is set every 1 ⁇ m in the X-axis direction, and the number of gradations is 4 (both in the Y-axis direction). The same).
  • the exposure pattern data which is the relationship between the relative position and the laser light amount, differs between the first exposure and the second exposure.
  • the second exposure pattern data includes only the gradation region including the center of the convex portion in plan view in the first exposure pattern data in the positive and negative directions in both the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • the exposure pattern data is enlarged by 0.5 ⁇ m.
  • a concavo-convex pattern 22P corresponding to the total exposure amount of double exposure is formed.
  • the total exposure amount of the first exposure and the second exposure is 8 (2 ⁇ 4) gradations, and the number of gradations is substantially increased.
  • FIG. 3B is an example of gradation setting for double exposure when one concave section 22A having a cross-sectional view is formed. The same exposure pattern data is used and the in-plane position of the substrate of this exposure pattern data is shifted. This is an example of gradation setting for each time and total exposure amount when performing double exposure.
  • FIG. 3B shows an example in which the number of times of duplication is two.
  • FIG. 3B is a diagram showing the relationship between the in-plane position of the substrate (position in the X-axis direction, the unit is ⁇ m) and the gradation number of the laser power (corresponding to the amount of laser light) in the cross section of the recess obtained after development. is there.
  • the gradation of the laser light amount is set every 1 ⁇ m in the X-axis direction, and the number of gradations is 4 (both in the Y-axis direction). The same).
  • the exposure pattern data which is the relationship between the relative position and the laser light amount, is the same, but in the second exposure, the surface of the substrate of the exposure pattern data is based on the first exposure. The inner position is shifted by 0.5 ⁇ m in the positive direction of the X axis.
  • a concavo-convex pattern 22P corresponding to the total exposure amount of double exposure is formed. As shown in the figure, the total exposure amount of the first exposure and the second exposure is 8 (2 ⁇ 4) gradations, and the number of gradations is substantially increased.
  • FIG. 3C is an example of gradation setting for double exposure in the case of forming one oval concave portion 22A in cross section.
  • the same exposure pattern data is used and the in-plane position of the substrate of this exposure pattern data is shifted.
  • This is an example of gradation setting for each time and total exposure amount when performing double exposure.
  • FIG. 3C shows an example in which the number of duplicates is three.
  • FIG. 3C is a diagram showing the relationship between the in-plane position of the substrate (position in the X-axis direction, the unit is ⁇ m) and the gradation number of the laser power (corresponding to the amount of laser light) in the cross section of the convex portion obtained after development. (Part of the graph is omitted).
  • the laser light amount gradation is set every 1 ⁇ m in the X-axis direction, and the number of gradations is all four (the same applies to the Y-axis direction). ).
  • the exposure pattern data which is the relationship between the relative position and the laser light amount, is the same, but in the second and third exposures, the substrate of the exposure pattern data is based on the first exposure. Is shifted by 1/3 (about 0.33) ⁇ m in the positive direction of the X axis.
  • a concavo-convex pattern 22P corresponding to the total exposure amount of the triple exposure is formed. As shown in the figure, the total exposure amount for the first to third times is 12 (3 ⁇ 4) gradations, and the number of gradations substantially increases.
  • the exposure for modulating the laser light amount according to the in-plane position of the base material is performed by double exposure with gradation pattern setting in which the relationship between the in-plane position of the base material and the laser light amount is different.
  • the number of gradations of the total exposure amount of the double exposure can be increased more than the number of gradations of the single exposure, and the resolution can be improved.
  • the number of gradations of the total exposure amount of the double exposure can be set to be twice or more than the number of gradations of one exposure.
  • M M ⁇ 2
  • the number of gradations of the total exposure amount of double exposure can be M times the number of gradations of one exposure.
  • the resolution can be further improved, and the uneven pattern 22P having a smoother curved surface can be formed.
  • the setting of the exposure amount for each time in the double exposure is not particularly limited.
  • the exposure amount at each position is, for example, R / M. That's fine.
  • FIG. 4 shows an example of setting the laser power each time in double exposure.
  • FIG. 4 shows the relationship between the laser power and the pattern depth after development. Based on the relationship (sensitivity curve) between the laser power when performing exposure only once and the pattern depth after development, when the number of double exposures is M (M ⁇ 2), the laser power of each exposure Is set so that the pattern depth is 1 / M times the desired pattern depth.
  • FIG. 4 shows the relationship between the laser power of each time and the pattern depth after development when the number of times of double exposure is 2 times and 3 times.
  • the number of gradations of the laser light amount at the time of exposure of the photoresist can be substantially increased and the resolution can be improved by a simple method without requiring modification of hardware or software of the exposure apparatus.
  • the method of the present embodiment is particularly effective when the concave / convex pattern 22P including the concave portion 22A having a smooth curved surface shape such as a semicircular (elliptical) circular shape in cross section is formed.
  • the number of gradations of the laser light amount at the time of exposure of the photoresist can be substantially increased and the resolution can be improved, so that the surface shape of the recess 22A can be made a smoother curved surface shape. .
  • the maximum diameter of the concave or convex portion in the concave / convex pattern 22P of the photoresist pattern 22 is 2 ⁇ m or more
  • the atomic force of the obtained photoresist pattern 22, stampers 40 and 45, and resin molding 62 is obtained.
  • the surface roughness Ra with an evaluation length of 2 ⁇ m measured by microscopic observation can be 10 nm or less.
  • the method of the present embodiment is effective particularly when the concave / convex pattern 22P having the concave portion 22A having a smooth curved surface shape such as a semi-elliptical (circular) shape in cross section is formed, but the formation of the concave / convex pattern 22P having an arbitrary shape is possible. It is applicable to.
  • FIGS. 3A to 3C the example of gradation setting in the uniaxial direction (X-axis direction) in the double exposure has been described, but the gradation setting in the biaxial direction (X-axis direction and Y-axis direction) is the same. is there. Also in this case, the method of the present embodiment can be applied, the number of gradations can be substantially increased, and the resolution can be improved.
  • the present embodiment it is possible to improve the resolution by having a photoresist pattern forming step and substantially increasing the number of gradations of the laser light quantity by a simple method when exposing the photoresist.
  • a method for manufacturing a fine structure can be provided.
  • Example 1 The positive photoresist was applied and exposed by the method of the above embodiment.
  • double exposure was carried out with gradation pattern settings in which the relationship between the in-plane position of the substrate and the amount of laser light was different.
  • the exposure pattern data that is the same as the previous exposure is used as the exposure pattern data that is the relationship between the relative position and the laser light quantity, and the exposure pattern data is exposed by shifting the in-plane position of the substrate. went.
  • gradation is set every 1 ⁇ m in both the X-axis direction and the Y-axis direction with respect to a diameter of 60 ⁇ m, and a total of 32 gradations is set.
  • the same exposure pattern data as in the first exposure was used.
  • the first exposure pattern data was shifted by 0.5 ⁇ m in both the X-axis direction and the Y-axis direction. Exposure was performed. The maximum laser power of each time was set to 12.5 mW corresponding to 1/2 of 25 mW that can form a height of 6 ⁇ m by one exposure.
  • development was performed by immersing the resist substrate in an alkaline developer for 10 minutes to obtain a photoresist pattern having a plurality of concave portions having a diameter of 60 ⁇ m, a height of 6 ⁇ m, a hexagonal shape in plan view, and a semicircular shape in sectional view.
  • electrolytic plating was performed using the nickel film as an electrode to obtain a first nickel stamper having an inverted pattern of the concavo-convex pattern of the photoresist pattern.
  • the SEM (scanning electron microscope) surface photograph of the obtained first stamper is shown in FIG. 5A.
  • electrolytic plating is further performed to form a second nickel stamper having the same pattern as the concavo-convex pattern of the photoresist pattern. (Replication stamper).
  • Example 2 A photoresist pattern, first and second stampers, and a lens sheet were manufactured in the same manner as in Example 1 except that the exposure conditions were changed.
  • double exposure was performed with gradation pattern settings in which the relationship between the in-plane position of the substrate and the amount of laser light was different.
  • exposure was performed using exposure pattern data different from the previous exposure as exposure pattern data that is a relationship between the relative position and the laser light quantity.
  • gradation is set every 1 ⁇ m in the X axis direction and the Y axis direction with respect to a diameter of 60 ⁇ m, and 32 gradations are set.
  • the exposure pattern data for the second exposure is the same as that shown in FIG.
  • the maximum laser power of each time was set to 12.5 mW corresponding to 1/2 of 25 mW that can form a height of 6 ⁇ m by one exposure.
  • Example 1 a lens sheet having a plurality of convex lenses with smooth surfaces could be produced.
  • Comparative Example 1 A photoresist pattern, first and second stampers, and a lens sheet were manufactured in the same manner as in Example 1 except that the exposure conditions were changed.
  • the gradation was set every 1 ⁇ m in the X-axis direction and the Y-axis direction with respect to the diameter of 60 ⁇ m, so that a total of 32 gradations were set.
  • the maximum laser power was set to 25 mW that can form a height of 6 ⁇ m with a single exposure.
  • An SEM surface photograph of the obtained first stamper is shown in FIG. 5B.
  • the convex lens of the lens sheet which is a duplicate of the concave / convex pattern of the first stamper, has a concentric pattern on the surface and has poor light collecting performance.
  • the present invention relates to an arbitrary microstructure having a photoresist pattern forming step of forming a photoresist pattern having a concavo-convex pattern on a surface by exposing and developing a positive photoresist coated on a substrate. It can be applied to the manufacturing method.
  • the present invention uses a photoresist pattern having a concavo-convex pattern on the surface, a stamper manufactured using this photoresist pattern, a replica stamper obtained by further transferring the pattern shape of this stamper one or more times, and these stampers.
  • the present invention can be applied to a resin molded body manufactured by performing pattern transfer to a resin.

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Abstract

　フォトレジストパターン形成工程を有し、フォトレジストの露光時に簡易な方法でレーザ光強度の階調数を実質的に増し、解像度を向上することが可能な微細構造体の製造方法を提供する。基材上に塗布されたポジ型のフォトレジストに対してレーザ光を照射してフォトレジストを露光し、フォトレジストを現像することにより、表面に凹凸パターンを有するフォトレジストパターンを形成するフォトレジストパターン形成工程を実施する。基材の面内位置によってレーザ光量を変調する露光を、基材の面内位置とレーザ光量との関係が異なる階調パターン設定で、複数回重ねて実施する複重露光を行い、現像後に複重露光の合計露光量に応じた凹凸パターンを形成する。

Description

微細構造体の製造方法、および微細構造体
　本発明は、フォトレジストパターン形成工程を有する微細構造体の製造方法、および、この製造方法により製造された微細構造体に関するものである。
　基材上に塗布されたポジ型のフォトレジストに対してレーザ光量を変調させながらレーザ光を走査する露光を行い、その後フォトレジストを現像することにより、基材上に所望の凹凸パターンを有するフォトレジストパターン形成工程を有する微細構造体の製造方法がある。
　この方法では、形成されるパターンの高さあるいは斜面形状は、フォトレジストに与えられる露光量（レーザ光量）と現像時のフォトレジストの溶解特性によって変化する。したがって、形成しようとするパターンの高さ及び斜面形状に応じて露光量（レーザ光量）が調整される。
　本明細書では、特に明記しない限り、「フォトレジスト」はポジ型のフォトレジストを意味するものとする。
　特許文献１、２には、上記方法によりフォトレジストパターンを得、これを用いてニッケル製のスタンパを得、これを用いて樹脂へのパターン転写を行う微細構造体の製造方法が記載されている（特許文献１の図２－図３、特許文献２の図３、図６）。
　特許文献１には、レーザ光走査による露光において、解像度を低下させない対策として、焦点位置をレジスト内部に設定する方法が開示されている（特許文献１の請求項１等）。
　特許文献２には、レーザ光走査による露光において、レーザ光の焦点深度よりも深い凹部を形成する場合、焦点ボケによる解像度の低下を抑えるべく、焦点位置を変えて複数回露光を行う方法が開示されている（請求項１２等）。
特開２００３－４３６９８号公報 特開２００４－４６００３号公報
　特許文献１、２では、レーザ光走査による露光において、焦点位置を調節することにより焦点ボケを抑え、解像度の改善を図っている。
　しかしながら、レーザ光量（レーザ光強度）を変調してフォトレジストを露光する場合、レーザ光量（レーザパワーに対応）を変調できる階調数に上限があり、焦点位置の影響よりもレーザ光量変調の階調数不足により充分な解像度が得られない場合がある。レーザ光量変調の階調数を増やすには、装置のハードあるいはソフトの改造などに費用と時間が必要になるため、レーザ光量階調数不足による解像度不足が生じた場合にそれを改善することは難しい。
　以下、レーザ光量変調の階調数不足による解像度の低下について、具体例を挙げて説明する。
　例えば、半球状の凸部を形成する場合、凸部の高さに分布があるので、理論的には、高さに応じてレーザ光量を変調することで、半球状の凸部の表面をより滑らかな曲面にすることができる。しかしながら、実際には、レーザ光量変調の階調数に上限があるため、滑らかな曲面を得ることは難しい。
　図６に、半球状の凸部を形成する場合におけるレーザ光量変調の階調設定例を示す。
　ここでは、半球状の凸部の底面をＸＹ平面とし、高さ方向をＺ軸方向としてある。
　図６上図は、現像後に得られる凸部の中心を通るＸＺ面において、所望形状を得るのに最も理想的なレーザ光量分布（細線）と実際のレーザ光量分布（太線）とを示したものである。
　図６下図は、凸部の頭頂部側から見たときの所望形状を得るのに最も理想的なレーザ光量の分布（細線）と実際のレーザ光量分布（太線）とを示したものである。この図では、レーザ光量の階調ごとに区画し、各区画について色の濃淡でもってレーザ光量の大小を示してある。この図では、レーザ光量が多い程、より濃い色で表示されている。
　図６の上図および下図における横軸の単位は、「μｍ」である。
　この例の装置では、レーザ光量変調の階調は８段階に設定可能であり、この階調はＸ軸方向およびＹ軸方向ともに１μｍ毎に設定可能である。
　図６下図に示すように、半球状の凸部を形成する場合、凸部の頭頂部側から見たときの所望の露光形状は円形状であるが、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の階調設定単位が１μｍであるため、実際に階調設定された露光形状は完全な円形状にはならず、円形状との誤差が最小になる露光形状が設定される。
　一方、ＸＺ面におけるレーザ光量の階調設定も、理想的には図６上図に示すように半円形状に設定したいが、実際には設定できる階調数に限りがあり、図中の太線に示すように階段状の設定にならざるを得ない。
　さらに、この例ではＸ軸方向およびＹ軸方向についての階調設定単位が１μｍであるため、各階調区画に対するレーザ光量の階調は最大８階調のうち６階調分しか使えていない。
　図６に示す例のような場合、現像後に得られる凸部の表面（３次元曲面）は、階調設定の境界部分に段差が生じるなど、所望の解像度が得られないことがある。
　本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、フォトレジストパターン形成工程を有し、フォトレジストの露光時に簡易な方法でレーザ光量の階調数を実質的に増し、解像度を向上することが可能な微細構造体の製造方法を提供することを目的とするものである。
　本発明の微細構造体の製造方法は、
　基材上に塗布されたポジ型のフォトレジストに対してレーザ光を照射して前記フォトレジストを露光し、当該フォトレジストを現像することにより、表面に凹凸パターンを有するフォトレジストパターンを形成するフォトレジストパターン形成工程を有し、
　前記基材の面内位置によってレーザ光量を変調する露光を、前記基材の面内位置と前記レーザ光量との関係が異なる階調パターン設定で、複数回重ねて実施する複重露光を行い、前記現像後に前記複重露光の合計露光量に応じた前記凹凸パターンを形成するものである。
　フォトレジストの露光において、レーザパワーのみを変え、走査速度、レーザ光強度分布（対物レンズ開口数）、及びレーザ光走査ピッチ等のその他のレーザ光照射条件を同一とした場合、「レーザ光量」はレーザパワーに対応する。
　本発明の微細構造体の製造方法は、
　前記フォトレジストパターン上に、当該フォトレジストパターンのパターン形状に沿ってスタンパを形成し、当該スタンパを前記フォトレジストパターンから剥離するスタンパ形成工程をさらに有することができる。
　本発明の微細構造体の製造方法は、
　前記スタンパまたは当該スタンパのパターン形状をさらに１回以上転写して得られる複製スタンパを用いて、樹脂へのパターン転写を行う樹脂転写工程をさらに有することができる。
　本発明の微細構造体は、上記の本発明の製造方法により製造されたものである。
　　本発明の微細構造体は、上記フォトレジストパターン形成工程を含み、任意でスタンパ形成工程および樹脂転写工程を含む製造方法によって製造される微細構造体である。
　本発明の微細構造体には、フォトレジストパターンそのもの、このフォトレジストパターンを用いて製造されるスタンパ、このスタンパのパターン形状をさらに１回以上転写して得られる複製スタンパ、およびこれらのスタンパを用いて、樹脂へのパターン転写を行って製造される樹脂成形体が含まれる。
　本発明によれば、フォトレジストパターン形成工程を有し、フォトレジストの露光時に簡易な方法でレーザ光量の階調数を実質的に増し、解像度を向上することが可能な微細構造体の製造方法を提供することができる。
本発明に係る一実施形態の微細構造体の製造工程図である。 本発明に係る一実施形態の微細構造体の製造工程図である。 本発明に係る一実施形態の微細構造体の製造工程図である。 本発明に係る一実施形態の微細構造体の製造工程図である。 本発明に係る一実施形態の微細構造体の製造工程図である。 本発明に係る一実施形態の微細構造体の製造工程図である。 本発明に係る一実施形態の微細構造体の製造工程図である。 本発明に係る一実施形態の微細構造体の製造工程図である。 本発明に係る一実施形態の微細構造体の製造工程図である。 本発明に係る一実施形態の微細構造体の製造工程図である。 本発明に係る一実施形態の微細構造体の製造工程図である。 本発明に係る一実施形態の微細構造体の製造方法における、複重露光の階調設定例を示す図である。 本発明に係る一実施形態の微細構造体の製造方法における、その他の複重露光の階調設定例を示す図である。 本発明に係る一実施形態の微細構造体の製造方法における、その他の複重露光の階調設定例を示す図である。 本発明に係る一実施形態の微細構造体の製造方法における、複重露光のレーザパワーの設定例を説明するための図である。 実施例１で得られた第１のスタンパのＳＥＭ表面写真である。 比較例１で得られた第１のスタンパのＳＥＭ表面写真である。 従来の階調設定例を示す図である。
「微細構造体の製造方法、および微細構造体」
　本発明の微細構造体の製造方法は、表面に凹凸パターンを有するフォトレジストパターンを形成するフォトレジストパターン形成工程を有する。
　本発明の微細構造体の製造方法は、フォトレジストパターンを用いたスタンパ形成工程、およびスタンパを用いた樹脂転写工程を含むことができる。
　本発明の微細構造体は、上記の本発明の製造方法により製造されたものである。
　図面を参照して、本発明に係る一実施形態の微細構造体の製造方法について説明する。
　図１Ａ～図１Ｇ、および図２Ａ～図２Ｄは製造工程図であり、各図は模式断面図である。
　ここでは、断面視半（楕）円形状の滑らかな曲面を有する凹部を含むフォトレジストパターンを製造し、このフォトレジストパターンを用いて第１のスタンパを製造し、第１のスタンパの反転パターンを有する第２のスタンパ（複製スタンパ）を製造し、第２のスタンパを用いて樹脂成形体を製造する例について示してある。
　本実施形態では、樹脂成形体として、断面視半（楕）円形状の凸レンズを有するレンズシートを製造する場合を例として、説明する。
　フォトレジストパターン、スタンパ（複製スタンパを含む）、および樹脂成形体は、すべて本発明の微細構造体に含まれる。
　フォトレジストパターンの凹凸パターンを製品である樹脂成形体のパターンと同一パターンとするか反転パターンとするかは、パターン形状の作製の容易さ、スタンパの複製回数など種々の条件を勘案して適宜決定することができる。
　本実施形態においては、樹脂成形体として断面視半（楕）円形状の凸レンズを有するレンズシートを製造する場合を例として説明することから、フォトレジストパターンの凹凸パターンを樹脂成形体のパターンの反転パターンとし、これをポジ型フォトレジストにより形成する場合について説明する。
　はじめに図１Ａに示すように、基材１０上に塗布されたポジ型のフォトレジスト２１を露光する。
　フォトレジスト２１の膜厚は、所望の凹凸パターンの高さ以上であれば特に制限されない。
　フォトレジスト２１の表層には通常、フォトレジスト２１の内部とは感光特性が異なるスキン層があるので、所望の凹凸パターンがスキン層にかからないように、フォトレジスト２１の膜厚を設計することが好ましい。フォトレジスト２１の膜厚は、所望の凹凸パターンの高さよりも１０％以上厚く設定することが好ましい。ただし、フォトレジスト２１の膜厚は厚すぎても、露光の制御が難しくなり、レジスト材料が多くなり、好ましくない。
　フォトレジスト２１の塗布後露光前に、７０～１１０℃のベーキング処理を施しておくことが好ましい。
　本実施形態では、フォトレジスト２１に対して、対物レンズ（集光レンズ）ＯＬで集光されたレーザ光Ｌ１を、レーザ光量（レーザ光強度）を変調しながら走査し、照射する。
　本実施形態では、基材１０の面内位置によってレーザ光量を変調する露光を複数回重ねて実施する複重露光を行う。複重露光の階調設定の詳細については後述する。
　用いるレーザ光Ｌ１としては特に制限なく、用いるフォトレジスト２１の種類に応じて選定される。
　レーザ光Ｌ１としては例えば、Ａｒ＋レーザ光（発振波長：３５１ｎｍ、３６４ｎｍ、４５８ｎｍ、４８８ｎｍ）、Ｋｒ＋レーザ光（発振波長：３５１ｎｍ、４０６ｎｍ、４１３ｎｍ）、Ｈｅ－Ｃｄレーザ光（発振波長：３５２ｎｍ、４４２ｎｍ）、半導体励起固体レーザのパルス光（発振波長：３５５ｎｍ、４７３ｎｍ）、半導体レーザ光（発振波長：３７５ｎｍ、４０５ｎｍ、４４５ｎｍ、４８８ｎｍ）等が挙げられる。
　次に図１Ｂに示すように、露光後のフォトレジスト２１を現像して、表面に凹凸パターン２２Ｐを有するフォトレジストパターン２２が得られる。
　凹凸パターン２２Ｐには、断面視半（楕）円形状の滑らかな曲面を有する少なくとも１つの凹部２２Ａが含まれている。
　図示例では、凹凸パターン２２Ｐには、複数の凹部２２Ａが含まれている。
　現像液としては特に制限なく、フォトレジスト２１の種類に応じて選定される。現像液としては例えば、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）等のアルカリ現像液を用いることができる。
　次に図１Ｃに示すように、上記フォトレジストパターン２２上に、そのパターン形状に沿って、蒸着法あるいは無電解メッキ法等により、ニッケル等の金属からなる導電膜３０を成膜する。
　次に図１Ｄに示すように、導電膜３０を電極とし、電解メッキ法（電鋳）により、ニッケル等の金属からなる第１のスタンパ４０を形成する。
　次に図１Ｅに示すように、第１のスタンパ４０をフォトレジストパターン２２から剥離する。
　第１のスタンパ４０は、フォトレジストパターン２２の凹凸パターン２２Ｐの反転パターンである凹凸パターン４０Ｐを有する。
　次に図１Ｆ、図１Ｇに示すように、第１のスタンパ４０の表面を離型処理した後、再び電解メッキ法によりニッケル等の金属からなる第２のスタンパ（複製スタンパ）４５を形成する。第２のスタンパ４５は、第１のスタンパ４０の凹凸パターン４０Ｐの反転パターンである凹凸パターン４５Ｐを有する。したがって、凹凸パターン４５Ｐはフォトレジストパターン２２の凹凸パターン２２Ｐと同一である。
　第１のスタンパ４０の離型処理としては、電鋳後に第１のスタンパ４０と第２のスタンパ４５とを互いに離型可能であれば任意の処理が適用可能であり、酸素プラズマアッシングによる酸化層形成処理等が好適である。
　別途、図２Ａに示すように、基材５０上に硬化性樹脂６１を塗布したものを用意する。
　硬化性樹脂６１は、紫外線等のエネルギー線照射により硬化するエネルギー線硬化性樹脂でも熱硬化性樹脂でもよい。硬化性樹脂６１としては、エネルギー線硬化性樹脂が好ましい。
　次に図２Ｂに示すように、硬化性樹脂６１に対して第２のスタンパ４５を押圧する。
　次に図２Ｃに示すように、硬化性樹脂６１を硬化する。この図では、硬化性樹脂６１がエネルギー線硬化性樹脂であり、硬化性樹脂６１に対して紫外線等のエネルギー線Ｌ２を照射して硬化する様子が示されている。硬化性樹脂６１は硬化後に樹脂成形体６２となる。
　次に図２Ｄに示すように、基材５０付きのまま樹脂成形体６２を第２のスタンパ４５から剥離する。
　本実施形態では、樹脂成形体６２として、少なくとも１つの凸レンズを有するレンズシートが製造される。
　以上のようにして、微細構造体として、フォトレジストパターン２２、第１のスタンパ４０、第２のスタンパ（複製スタンパ）４５、および樹脂成形体６２が製造される。
　本実施形態の微細構造体の製造方法においては、
　図１Ａに示したフォトレジスト２１の露光工程において、基材１０の面内位置によってレーザ光Ｌ１の光量を変調する露光を、基材１０の面内位置とレーザ光Ｌ１の光量との関係が異なる階調パターン設定で、複数回重ねて実施する複重露光を実施する。これにより、現像後に複重露光の合計露光量に応じた凹凸パターン２２Ｐを形成する。
　上記のように、基材１０の面内位置とレーザ光Ｌ１の光量との関係が異なる階調パターン設定で複重露光を行うことにより、１回露光の場合に比べて、合計露光量の階調数が実質的に増えるので、解像度を向上することができ、より滑らかな曲面を持つ凹凸パターン２２Ｐを形成できる。
　なお、「露光量」はレーザ光量であり、レーザパワーのみを変え、走査速度、レーザ光強度分布（対物レンズ開口数）、及びレーザ光走査ピッチ等のその他のレーザ光照射条件を同一とした場合、レーザ光量はレーザパワーに対応する。
　例えば、複重露光において、露光を重ねる際には、相対位置とレーザ光量との関係である露光パターンデータとして、先の露光と異なる露光パターンデータを用いて露光を行うことができる。
　複重露光において、露光を重ねる際には、相対位置とレーザ光量との関係である露光パターンデータとして、先の露光と同一の露光パターンデータを用い、この露光パターンデータの基材の面内位置をずらして露光を行うこともできる。
　複重露光において、
　レーザ光量の変調の階調数をＮ階調（Ｎ≧３）とし、露光の複重回数をＭ回（Ｍ≧２）としたとき、
　ｍ回目（２≦ｍ≦Ｍ）の露光におけるレーザ光量が少ない方からｎ番目（２≦ｎ≦Ｎ－１）の階調の露光領域と、１回目からｍ－１回目までの各回露光における、レーザ光量が少ない方からｎ－１番目またはｎ＋１番目のいずれかの階調の露光領域とが部分的に重なるように複重露光を実施することが好ましい。
　この場合、Ｍ回の複重露光の合計露光量の階調数をＭ×Ｎ階調に増加させることができる。
　この場合、１回露光の場合に比べて階調数を実質的にＭ倍に増加することができ、より細かい階調制御が可能になるので、より高い解像度が得られ、より滑らかな曲面を持つ凹凸パターン２２Ｐを形成できる。
　複重露光において、
　ｍ回目（２≦ｍ≦Ｍ）の露光におけるレーザ光量が少ない方からｎ番目（２≦ｎ≦Ｎ－１）の階調の露光領域が、１回目の露光におけるレーザ光量の少ない方からｎ－１番目またはｎ＋１番目の階調の露光領域と重なる領域の断面幅を、１回目の露光におけるレーザ光量が少ない方からｎ－１番目またはｎ＋１番目の階調の露光領域の断面幅をＭ等分した幅の略ｍ倍とすることが好ましい。
　本明細書において、「略ｍ倍」は、０．９ｍ倍～１．１ｍ倍により定義するものとする。
　上記のように、複重露光における露光領域の重なりの断面幅を略均等に分割することにより、各レーザ光量の各階調設定幅のバラツキが抑えられ、より滑らかな曲面を持つ凹凸パターン２２Ｐを形成できる。
　図３Ａは、１つの断面視楕円形状の凹部２２Ａを形成する場合の複重露光の階調設定例であり、異なる露光パターンデータを用いて複重露光を行う場合の各回の階調設定と合計露光量の例である。図３Ａは複重回数を２回とした例である。
　図３Ａは、現像後に得られる凹部の断面における、基材の面内位置（Ｘ軸方向の位置、単位はμｍ）とレーザパワー（レーザ光量に対応）の階調番号との関係を示す図である。
　この例では、１回目と２回目の露光においては、いずれもＸ軸方向に対して１μｍ毎にレーザ光量の階調が設定されており、階調数はいずれも４である（Ｙ軸方向も同様）。
　ただし、１回目と２回目の露光では、相対位置とレーザ光量との関係である露光パターンデータが異なっている。この例では、２回目の露光パターンデータは、１回目の露光パターンデータにおいて、平面視で凸部の中心を含む階調領域だけを、Ｘ軸方向とＹ軸方向ともに、正方向と負方向に０．５μｍずつ拡大した露光パターンデータとしている。
　現像後に２重露光の合計露光量に応じた凹凸パターン２２Ｐが形成される。図示するように、１回目の露光と２回目の露光を合わせた合計露光量は８（２×４）階調になっており、実質的に階調数が増加している。
　図３Ｂは、１つの断面視楕円形状の凹部２２Ａを形成する場合の複重露光の階調設定例であり、同一の露光パターンデータを用い、この露光パターンデータの基材の面内位置をずらして複重露光を行う場合の各回の階調設定と合計露光量の例である。図３Ｂは複重回数を２回とした例である。
　図３Ｂは、現像後に得られる凹部の断面における、基材の面内位置（Ｘ軸方向の位置、単位はμｍ）とレーザパワー（レーザ光量に対応）の階調番号との関係を示す図である。
　この例では、１回目と２回目の露光においては、いずれもＸ軸方向に対して１μｍ毎にレーザ光量の階調が設定されており、階調数はいずれも４である（Ｙ軸方向も同様）。
　１回目と２回目の露光では、相対位置とレーザ光量との関係である露光パターンデータは同一であるが、２回目の露光では、１回目の露光を基準として、露光パターンデータの基材の面内位置をＸ軸の正方向に０．５μｍずらしている。
　現像後に２重露光の合計露光量に応じた凹凸パターン２２Ｐが形成される。図示するように、１回目の露光と２回目の露光を合わせた合計露光量は８（２×４）階調になっており、実質的に階調数が増加している。
　図３Ｃは、１つの断面視楕円形状の凹部２２Ａを形成する場合の複重露光の階調設定例であり、同一の露光パターンデータを用い、この露光パターンデータの基材の面内位置をずらして複重露光を行う場合の各回の階調設定と合計露光量の例である。図３Ｃは複重回数を３回とした例である。
　図３Ｃは、現像後に得られる凸部の断面における、基材の面内位置（Ｘ軸方向の位置、単位はμｍ）とレーザパワー（レーザ光量に対応）の階調番号との関係を示す図である（グラフの一部は省略されている）。
　この例では、１～３回目の露光においては、いずれもＸ軸方向に対して１μｍ毎にレーザ光量の階調が設定されており、階調数はいずれも４である（Ｙ軸方向も同様）。
　１～３回目の露光では、相対位置とレーザ光量との関係である露光パターンデータは同一であるが、２回目、３回目の露光では、１回目の露光を基準として、露光パターンデータの基材の面内位置をＸ軸の正方向に１／３（約０．３３）μｍずつずらしている。
　現像後に３重露光の合計露光量に応じた凹凸パターン２２Ｐが形成される。図示するように、１～３回目を合わせた合計露光量は１２（３×４）階調になっており、実質的に階調数が増加している。
　図３Ａ～図３Ｃに示すように、基材の面内位置によってレーザ光量を変調する露光を、基材の面内位置とレーザ光量との関係が異なる階調パターン設定で複重露光を実施することにより、複重露光の合計露光量の階調数を１回露光の階調数よりも増加させることができ、解像度を向上することができる。複重露光の合計露光量の階調数は、１回露光の階調数に対して２倍以上とすることができる。露光の複重回数をＭ回（Ｍ≧２）としたとき、複重露光の合計露光量の階調数は、１回露光の階調数に対してＭ倍とすることができる。露光の複重回数が増加する程、複重露光の合計露光量の階調数は増し、解像度をより大きく向上することができ、より滑らかな曲面を持つ凹凸パターン２２Ｐを形成できる。
　複重露光における各回の露光量の設定は特に制限されない。
　露光の複重回数をＭ回（Ｍ≧２）とし、ある任意の基材面内位置における所望の合計露光量をＲとしたとき、その位置における各回の露光量は例えば、Ｒ／Ｍとすればよい。このように、各回の露光におけるある任意の基材面内位置の露光量を設定することで、各回の露光量の設定が容易であり、複重露光および現像後に所望の凹凸パターン２２Ｐを得ることができる。
　繰り返しとなるが、「露光量」はレーザ光量であり、レーザパワーのみを変え、走査速度、レーザ光強度分布（対物レンズ開口数）、及びレーザ光走査ピッチ等のその他のレーザ光照射条件を同一とした場合、レーザ光量はレーザパワーに対応する。
　図４は、複重露光における各回のレーザパワーの設定例を示す。
　図４は、レーザパワーと現像後のパターン深さとの関係を示したものである。
　１回のみ露光を行う場合のレーザパワーと現像後のパターン深さとの関係（感度曲線）を基準とし、複重露光の回数をＭ回（Ｍ≧２）とする場合、各回の露光のレーザパワーはパターン深さが所望のパターン深さの１／Ｍ倍となるように設定する。
　図４では、複重露光の回数を２回および３回とする場合の、各回のレーザパワーと現像後のパターン深さとの関係を示してある。
　本実施形態の方法では、露光装置のハードあるいはソフトの改造を要することなく、簡易な方法で、フォトレジストの露光時のレーザ光量の階調数を実質的に増し、解像度を向上することができる。
　本実施形態の方法は特に、断面視半（楕）円形状等の滑らかな曲面形状を有する凹部２２Ａを含む凹凸パターン２２Ｐを形成する場合に有効である。
　本実施形態の方法では、フォトレジストの露光時のレーザ光量の階調数を実質的に増し、解像度を向上することができるので、凹部２２Ａの表面形状をより滑らかな曲面形状とすることができる。
　本実施形態の方法では例えば、フォトレジストパターン２２の凹凸パターン２２Ｐにおける凹部または凸部の最大径が２μｍ以上のとき、得られるフォトレジストパターン２２、スタンパ４０、４５、樹脂成形体６２の原子間力顕微鏡観察にて計測される評価長さ２μｍの表面粗さＲａを１０ｎｍ以下とすることができる。
　本実施形態の方法は、特に断面視半（楕）円形状等の滑らかな曲面形状を有する凹部２２Ａを有する凹凸パターン２２Ｐを形成する場合に有効であるが、任意の形状の凹凸パターン２２Ｐの形成に適用可能である。
　なお、図３Ａ～図３Ｃでは、複重露光における１軸方向（Ｘ軸方向）の階調設定例について説明したが、二軸方向（Ｘ軸方向とＹ軸方向）の階調設定も同様である。この場合も、本実施形態の方法を適用することができ、階調数を実質的に増大させ、解像度を向上することができる。
　以上説明したように、本実施形態によれば、フォトレジストパターン形成工程を有し、フォトレジストの露光時に簡易な方法でレーザ光量の階調数を実質的に増し、解像度を向上することが可能な微細構造体の製造方法を提供することができる。
　以下、本発明に係る実施例および比較例について説明する。
　各例では、フォトレジストの露光条件のみを変更し、それ以外の条件は同一として、直径６０μｍ高さ６μｍ、平面視六角形状、断面視半円形状の複数のドーム状の凸レンズを有するレンズシート（樹脂成形体）を製造した。
（実施例１）
　上記実施形態の方法にて、ポジ型フォトレジストの塗布および露光を実施した。
　本例では、基材の面内位置とレーザ光量との関係が異なる階調パターン設定で２重露光を実施した。
　露光を重ねる際には、相対位置とレーザ光量との関係である露光パターンデータとして、先の露光と同一の露光パターンデータを用い、この露光パターンデータの基材の面内位置をずらして露光を行った。
　１回目の露光パターンデータでは、直径６０μｍに対してＸ軸方向およびＹ軸方向ともに１μｍ毎に階調設定を実施し、全３２階調設定とした。
　２回目の露光では１回目と同一の露光パターンデータを用いたが、図３Ｂに示したのと同様の要領で、１回目の露光パターンデータをＸ軸方向およびＹ軸方向ともに０．５μｍずらして露光を行った。
　各回の最大レーザパワーは、１回露光で６μｍ高さを造形できる２５ｍＷの１／２に相当する１２．５ｍＷに設定した。
　露光後、レジスト基板をアルカリ現像液に１０分間浸漬する現像を実施して、直径６０μｍ高さ６μｍ、平面視六角形状、断面視半円形状の複数の凹部を有するフォトレジストパターンを得た。
　上記フォトレジストパターン上にそのパターン形状に沿ってニッケル膜を蒸着した後、これを電極として電解メッキを行い、フォトレジストパターンの凹凸パターンの反転パターンを有する第１のニッケル製のスタンパを得た。
　得られた第１のスタンパのＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）表面写真を図５Ａに示す。
　次いで、第１のスタンパの表面を酸素プラズマアッシングして離型層となる酸化層を形成した後、さらに電解メッキを行い、フォトレジストパターンの凹凸パターンと同じパターンを有する第２のニッケル製のスタンパ（複製スタンパ）を得た。
　得られた第２のスタンパを用いて、基材上に塗布された紫外線硬化樹脂へのパターン転写を行って、直径６０μｍ高さ６μｍ、平面視六角形状、断面視半円形状の複数の凸レンズを有するレンズシート（樹脂成形体）を得た。
　得られたレンズシートは、第１のニッケルスタンパの凹凸パターンを複製したものであり、表面が滑らかな複数の凸レンズを持つレンズシートを製造することができた。凸レンズの表面粗さＲａを原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）にて計測した結果、評価長さ２μｍでＲａ＝４．１ｎｍであった。
（実施例２）
　露光条件を変更する以外は実施例１と同様にして、フォトレジストパターン、第１および第２のスタンパ、およびレンズシートを製造した。
　本例においても、基材の面内位置とレーザ光量との関係が異なる階調パターン設定で２重露光を実施した。ただし、露光を重ねる際には、相対位置とレーザ光量との関係である露光パターンデータとして、先の露光と異なる露光パターンデータを用いて露光を行った。
　１回目の露光において、直径６０μｍに対してＸ軸方向およびＹ軸方向ともに１μｍ毎に階調設定し、３２階調設定とした。２回目の露光の露光パターンデータは、図３Ａに示したのと同様の要領で、１回目の露光パターンデータに対して、平面視で凸部の中心を含む階調領域だけをＸ軸方向およびＹ軸方向ともに、正方向と負方向にそれぞれ０．５μｍずつ拡大した露光パターンデータとした。
　各回の最大レーザパワーは、１回露光で６μｍ高さを造形できる２５ｍＷの１／２に相当する１２．５ｍＷに設定した。
　実施例１と同様、表面が滑らかな複数の凸レンズを持つレンズシートを製造することができた。凸レンズの表面粗さＲａを原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）にて計測した結果、評価長さ２μｍでＲａ＝４．５ｎｍであった。
（比較例１）
　露光条件を変更する以外は実施例１と同様にして、フォトレジストパターン、第１および第２のスタンパ、およびレンズシートを製造した。
　本例においては、複重露光を実施せず、露光は１回のみ実施した。
　直径６０μｍに対してＸ軸方向およびＹ軸方向ともに１μｍ毎に階調設定を実施し、全３２階調設定とした。
　最大レーザパワーは、１回露光で６μｍ高さを造形できる２５ｍＷに設定した。
　得られた第１のスタンパのＳＥＭ表面写真を図５Ｂに示す。
　第１のスタンパの凹凸パターンを複製したものであるレンズシートの凸レンズは、表面に同心円状の模様が生じており、集光性能が良くないものであった。凸レンズの表面粗さＲａを原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）にて計測した結果、評価長さ２μｍでＲａ＝１００ｎｍであった。
　本発明は、基材上に塗布されたポジ型のフォトレジストに対して露光および現像することにより、表面に凹凸パターンを有するフォトレジストパターンを形成するフォトレジストパターン形成工程を有する任意の微細構造体の製造方法に適用することができる。
　本発明は、表面に凹凸パターンを有するフォトレジストパターン、このフォトレジストパターンを用いて製造されるスタンパ、このスタンパのパターン形状をさらに１回以上転写して得られる複製スタンパ、およびこれらのスタンパを用いて、樹脂へのパターン転写を行って製造される樹脂成形体に適用することができる。
　この出願は、２０１２年１０月０１日に出願された日本出願特願２０１２－２１９４４０号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
１０　基材
２１　フォトレジスト
２２　フォトレジストパターン
２２Ｐ　凹凸パターン
２２Ａ　凸部
３０　導電膜
４０　第１のスタンパ
４０Ｐ　凹凸パターン
４５　第２のスタンパ（複製スタンパ）
４５Ｐ　凹凸パターン
５０　基材
６１　硬化性樹脂
６２　樹脂成形体
Ｌ１　レーザ光
Ｌ２　エネルギー線

Claims (9)

  1. 　基材上に塗布されたポジ型のフォトレジストに対してレーザ光を照射して前記フォトレジストを露光し、当該フォトレジストを現像することにより、表面に凹凸パターンを有するフォトレジストパターンを形成するフォトレジストパターン形成工程を有し、
    　前記基材の面内位置によってレーザ光量を変調する露光を、前記基材の面内位置と前記レーザ光量との関係が異なる階調パターン設定で、複数回重ねて実施する複重露光を行い、前記現像後に前記複重露光の合計露光量に応じた前記凹凸パターンを形成する微細構造体の製造方法。
  2. 　前記複重露光において、
    　露光を重ねる際には、相対位置と前記レーザ光量との関係である露光パターンデータとして、先の露光と異なる露光パターンデータを用いて露光を行う請求項１に記載の微細構造体の製造方法。
  3. 　前記複重露光において、
    　露光を重ねる際には、相対位置と前記レーザ光量との関係である露光パターンデータとして、先の露光と同一の露光パターンデータを用い、当該露光パターンデータの前記基材の面内位置をずらして露光を行う請求項１に記載の微細構造体の製造方法。
  4. 　前記複重露光において、
    　前記レーザ光量の変調の階調数をＮ階調（Ｎ≧３）とし、露光の複重回数をＭ回（Ｍ≧２）としたとき、
    　ｍ回目（２≦ｍ≦Ｍ）の露光におけるレーザ光量が少ない方からｎ番目（２≦ｎ≦Ｎ－１）の階調の露光領域と、１回目からｍ－１回目までの各回露光における、レーザ光量が少ない方からｎ－１番目またはｎ＋１番目のいずれかの階調の露光領域とが部分的に重なるように複重露光を実施し、Ｍ回の複重露光の合計露光量の階調数をＭ×Ｎ階調に増加させる請求項１～３のいずれかに記載の微細構造体の製造方法。
  5. 　前記複重露光において、
    　ｍ回目（２≦ｍ≦Ｍ）の露光におけるレーザ光量が少ない方からｎ番目（２≦ｎ≦Ｎ－１）の階調の露光領域が、１回目の露光におけるレーザ光量の少ない方からｎ－１番目またはｎ＋１番目の階調の露光領域と重なる領域の断面幅を、１回目の露光におけるレーザ光量が少ない方からｎ－１番目またはｎ＋１番目の階調の露光領域の断面幅をＭ等分した幅の略ｍ倍とする請求項４に記載の微細構造体の製造方法。
  6. 　前記フォトレジストパターン上に、当該フォトレジストパターンのパターン形状に沿ってスタンパを形成し、当該スタンパを前記フォトレジストパターンから剥離するスタンパ形成工程をさらに有する請求項１～５のいずれかに記載の微細構造体の製造方法。
  7. 　前記スタンパまたは当該スタンパのパターン形状をさらに１回以上転写して得られる複製スタンパを用いて、樹脂へのパターン転写を行う樹脂転写工程をさらに有する請求項６に記載の微細構造体の製造方法。
  8. 　請求項１～７のいずれかに記載の製造方法によって製造された微細構造体。
  9. 　前記フォトレジストパターンの前記凹凸パターンにおける凹部または凸部の最大径が２μｍ以上であり、
    　原子間力顕微鏡観察にて計測される評価長さ２μｍの表面粗さＲａが１０ｎｍ以下である請求項８に記載の微細構造体。
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