光学素子製造用ナノインプリントモールドの製造方法
【課題】光学素子製造用ナノインプリントモールドを高い精度で製造でき、かつ、大面積化にも対応できる製造方法を提供する。
【解決手段】基板１の一方の面に感光性レジスト４を塗布し、この感光性レジス４トにレーザ描画を行い、その後、現像を施して、所望の開口パターン５ａを有するマスクパターン５を形成し、このマスクパターン５を介して基板１を所望の深さまでエッチングしてモールド１１とする。
【解決手段】基板１の一方の面に感光性レジスト４を塗布し、この感光性レジス４トにレーザ描画を行い、その後、現像を施して、所望の開口パターン５ａを有するマスクパターン５を形成し、このマスクパターン５を介して基板１を所望の深さまでエッチングしてモールド１１とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子、特に発光ダイオードの発光面に設けられる光学素子を製造するためのナノインプリントモールドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電球、蛍光灯に比べ、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という）は、小型、長寿命、超軽量、低発熱性であるという特徴を有している。また、近年、ＬＥＤの発光効率が向上しているとともに、低炭素化社会の要請から、高い応答速度の走査ランプ、液晶表示装置用のバックライト、自動車の制御パネル照明灯、信号機、一般の照明器具等の応用分野において、ＬＥＤが電球や蛍光灯に代わって用いられつつある。
ＬＥＤは、ｎ型ドーピング半導体層とｐ型ドーピング半導体層とで発光層を挟持した構造を有し、ｎ型ドーピング半導体層からの電子がｐ型ドーピング半導体層からの電子正孔と発光層において再結合するとき発光する。しかし、ＬＥＤで発光された光は、ＬＥＤが配設されている基板との界面、ＬＥＤと空気層との界面等で反射されるため外部取出効率が低く、ＬＥＤの発光効率の向上を有効に活用できていないという問題があった。
【０００３】
この外部取出効率を高めるために、ＬＥＤの発光面に設ける光学素子としてフォトニック結晶が使用されており、例えば、ステッパーを利用してＬＥＤの発光面にフォトニック結晶を作製することが提案されている（例えば、特許文献１）。このようなステッパーを利用したフォトニック結晶の作製は、大面積化が可能であり、また、製造コストも低く抑えられるものであった。しかし、例えば、図７に鎖線で示されるような６角形単位、図８に鎖線で示されるような６角形単位であってステッパーのショットの境界線上にパターンが位置するもの、図９に鎖線で示されるような４角形単位であってステッパーのショットの境界線上にパターンが位置するもの等、パターンの周期性のとりにくい構造を有するフォトニック結晶が近年開発されており、このようなフォトニック結晶は、ステッパーを使用した従来の方法では作製が困難であった。
【０００４】
一方、微細加工技術として、近年ナノインプリント技術に注目が集まっている。ナノインプリント技術は、基材の表面に微細な凹凸構造を形成したモールド（型部材）を用い、凹凸構造を被加工物に転写することで微細構造を等倍転写するパターン形成技術である（特許文献２）。そして、フォトニック結晶をナノインプリント技術で形成することも検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２０８１８０号公報
【特許文献２】米国特許第５，７７２，９０５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
フォトニック結晶を作製するためのナノインプリントモールドの作製としては、例えば、マスター版用の基板上にステッパーを利用してマスクパターンを形成し、エッチングで所望の凹凸構造を有するマスター版を作製する方法がある。しかし、この場合も、単純な周期ではないフォトニック結晶用のモールド製造では、マスター版の作製工程で、上記と同様の問題があった。また、フォトニック結晶用のモールド作製では、ステッパーの制御は数ｎｍの精度が要求され、ステッパーの制御限界からモールドの大面積化が難しいという問題もあった。
【０００７】
一方、マスター版へのマスクパターン形成を電子線描画で行うことにより、単純な周期ではないフォトニック結晶を作製するためのナノインプリントモールドも作製可能である。ここで、電子線スポットビームは、最大直径が３０ｎｍ程度であり、数十ｎｍ以上のサイズの描画には適していない。また、電子線矩形ビームは、１辺が５０〜１００ｎｍ程度の四角形であり、この電子線矩形ビームを用いた円形の描画は、円形に近似した多角形を描画することにより行われる。しかし、このような多角形の電子線描画のデータは、データ量が多く描画に要する時間が多大であり、例えば、直径４インチの基板へのマスクパターン形成における電子線描画には数日を要し、実用レベルにないという問題があった。また、電子線描画では、描画対象であるモールド用の基板の帯電、あるいは、電子線散乱による近接効果の影響により、描画精度が低下するという問題もあった。
本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたものであり、光学素子製造用ナノインプリントモールドを高い精度で製造でき、かつ、大面積化にも対応できる製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的を達成するために、本発明は、基板の一方の面に感光性レジストを塗布し、該感光性レジストにレーザ描画を行い、その後、現像を施して、所望の開口パターンを有するマスクパターンを形成する工程と、前記マスクパターンを介して前記基板を所望の深さまでエッチングする工程と、を有するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記マスクパターンの開口パターンは円形の開口部を有し、該開口部の円形目標直径Ｄ（単位：ｎｍ）と、使用するレーザの波長λ（単位：ｎｍ）と、円形に近似させたレーザ描画データとしての正Ｎ角形のＮ（Ｎは４以上の整数）、レーザが通過する媒質の屈折率ｎとの間に、下記の式（１）、式（２）の関係が成立するようにレーザの波長λと、レーザ描画データの正Ｎ角形のＮを設定するような構成とした。
９０ ≦ Ｄ ≦ １０００ … 式（１）
λ／ｎ ＜ Ｄ ＜ λＮ／（２ｎ） … 式（２）
【０００９】
本発明の他の態様として、円形に近似させた描画データとしての正Ｎ角形の軌道の最大対角線長さをＬmax（単位：ｎｍ）、正Ｎ角形の中心から軌道の１辺への垂線長さをＬmin（単位：ｎｍ）、円形目標直径Ｄ（単位：ｎｍ）、レーザのスポット形状の直径ｄ（単位：ｎｍ）との間に下記の式（３）、式（４）の関係が成立するようにレーザスポット形状の直径ｄ、正Ｎ角形の最大対角線長さＬmax、垂線長さＬminを設定するような構成とした。
ｄ ≧ ２Ｌmin … 式（３）
ｄ＋２Ｌmin ＜ Ｄ ＜ ｄ＋Ｌmax … 式（４）
前記レーザ描画データの正Ｎ角形において、Ｎは６から８の範囲であるような構成とした。
【発明の効果】
【００１０】
このような本発明は、レーザ描画を行いてマスクパターンを形成するので、レーザスポットが円形であり、かつ、スポット径がレーザ波長と略同程度あるいはレーザ波長よりも大きいことの利点を活かして、電子線描画に比べてデータ量の少ない描画データで短時間に真円に近い円形の描画が可能であり、また、電子線描画で生じるような描画対象であるモールド用の基板の帯電、電子線散乱による近接効果の影響、描画精度の低下が防止され、これにより、高い精度でマスクパターンを形成することができ、したがって、作製するモールドの精度も高いものとなり、かつ、大面積化にも対応できる。さらに、電子線描画を用いるモールドの製造方法では、製造に要する時間が長く、製造コストの点から、作製したモールドはナノインプリントに供するのではなく、マスター版として使用しコピーモールドを作製する必要があった。しかし、本発明ではモールドの製造時間を大幅に短縮することができるので製造コストの大幅な低減が可能であり、作製したモールドを直接ナノインプリントに供することができ、コピーモールドに比べて精度面でも優れたモールドの使用を可能とする。
【００１１】
また、マスクパターンの円形の開口部の円形目標直径Ｄと、使用するレーザの波長λと、円形に近似させたレーザ描画データとしての正Ｎ角形のＮと、レーザ描画の媒質の屈折率ｎとの間に所定の関係が成立するようにレーザの波長λと、レーザ描画データの正Ｎ角形のＮを設定することにより、さらに真円に近い円形描画が可能となり、特に、Ｎを６から８の範囲とすることにより、データ量の少なさと真円への近似の両立が最適なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の光学素子製造用ナノインプリントモールドの製造方法を説明するための工程図である。
【図２】本発明の光学素子製造用ナノインプリントモールドの製造方法を説明するための工程図である。
【図３】正４角形の軌道を設定した場合のレーザ描画を説明するための図である。
【図４】正６角形の軌道を設定した場合のレーザ描画を説明するための図である。
【図５】正８角形の軌道を設定した場合のレーザ描画を説明するための図である。
【図６】本発明により製造されたナノインプリントモールドを使用した光インプリント方法の一例を説明するための工程図である。
【図７】ステッパーのショットとパターンの周期性との関係を説明するための図である。
【図８】ステッパーのショットとパターンの周期性との関係を説明するための図である。
【図９】ステッパーのショットとパターンの周期性との関係を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１および図２は、本発明の光学素子製造用ナノインプリントモールドの製造方法を説明するための工程図である。まず、基板１の一方の面に感光性レジスト４を塗布し（図１（Ａ））、次に、感光性レジスト４にレーザ描画を行い、その後、現像し、必要に応じて硬化処理を施して、所望の開口パターン５ａを有するマスクパターン５を形成する（図１（Ｂ））。尚、本発明におけるレーザ描画については後述する。
図示例では、基板１は基材２の一方の面２ａにハードマスクとして金属膜３を備えたものであり、この金属膜３上に感光性レジスト４が塗布されている。基材２は、例えば、ガラス、石英、シリコン等の無機材料からなるものを使用することができ、また、樹脂材料からなるものであってもよい。基材２の厚さは適宜設定することができ、例えば、０．５ｍｍ〜７ｍｍ程度の範囲で設定することができる。金属膜３は、基材２をエッチングするためのハードマスクとして機能すること、あるいは、基材２が透明な場合に裏面からのレーザの反射を防止することを目的としたものであり、例えば、クロム等の材質であってよく、厚みは、例えば、１０ｎｍ〜１１０ｎｍ程度の範囲で適宜設定することができる。このような金属膜３は、公知の真空成膜法により形成することができる。
【００１４】
また、感光性レジスト４は、使用するレーザの波長域に感光波長域を有するものであり、例えば、Ｇ線用レジスト、Ｉ線用レジスト、ＤＵＶ用レジスト、化学増幅型レジスト等を使用することができる。感光性レジスト４の塗布は、例えば、スピンコート法、ブレードコート法、バーコート法、スリットコート法、ダイコート法、ロールコート法、ディップコート法、スプレーコート法、ディスペンサーコート法等による行うことができる。また、感光性レジスト４の塗布厚み（乾燥後の厚み）は、マスクパターン５の厚みを左右するものであり、例えば、０．２μｍ〜０．６μｍ、好ましくは０．３μｍ〜０．５μｍの範囲で適宜設定することができる。感光性レジスト４の塗布厚みが０．２μｍ未満であると、金属膜３をエッチングすることが難しくなり、０．６μｍを超えると、所望のフォトニック結晶構造を解像させることが難しくなり好ましくない。
【００１５】
次いで、マスクパターン５を介して基板１を所望の深さまでエッチングし（図１（Ｃ））、その後、マスクパターン５を除去して、所望の凹部構造１２を備えたモールド１１を作製する（図１（Ｄ））。基板１のエッチングは、まず、金属膜３をエッチングするが、この金属膜３のエッチングはエッチャントを利用したウェットプロセスも可能であるが、パターンが微細なため、ドライプロセスが好ましい。ドライプロセスにおけるプロセスガスとしては、例えば金属膜３がクロムの場合には、酸素と塩素を用いることが好ましい。
【００１６】
次に、基材２を所望の深さまでエッチングするが、ここでは、例えば基材が石英の場合は、ドライプロセスが好ましく、プロセスガスとしてはフッ素系ガスを用いることが好ましい。このようなエッチングで形成する凹部構造１２の深さは、モールドを用いて作製する光学素子に応じて適宜設定することができ、例えば、フォトニック結晶の作製用途の場合には、深さは１００ｎｍ〜２０００ｎｍ程度の範囲で設定することができる。以上の工程により、光学素子製造用ナノインプリントモールドが作製される。
尚、上記のモールド１１では、金属膜３を残した状態となっているが、通常は金属膜３がない状態が多く、金属膜３が不要な場合は、金属膜用のエッチャントを用いて金属膜３をウェットプロセスで除去してモールド１１とする。
【００１７】
また、本発明では、以下の述べるように、上記のように作製したモールドをマスター版として、このマスター版からコピーモールドを作製し、このコピーモールドを光学素子製造用ナノインプリントモールドとしてもよい。すなわち、コピーモールド用基材２２上にインプリント材料２３を、例えば、スピンコート法、ブレードコート法、バーコート法、スリットコート法、ダイコート法、ロールコート法、ディップコート法、スプレーコート法、ディスペンサーコート法等により供給し、インプリント材料２３にモールド１１を押付ける（図２（Ａ））。そして、インプリント材料２３を硬化させてモールド１１を離型し（図２（Ｂ））、形成されたインプリント材料の残膜部２３ａを除去してインプリント材料によるマスクパターンを形成し、コピーモールド用基材２２を選択的に露出させる。次いで、コピーモールド用基材２２の露出部に対してドライエッチングを施して凹部２２ａを形成し、その後、マスクパターンとして機能したインプリント材料２３を除去する。これにより、モールド１１の反転パターンを有するコピーモールド２１を作製する（図２（Ｃ））。このコピーモールド２１を用いて所定の光学素子を製造してもよい。
【００１８】
ここで、感光性レジスト４のレーザ描画について説明する。
本発明では、マスクパターン５に形成する開口パターン５ａの円形目標直径Ｄ（形成目標である真円形状の開口の直径、単位：ｎｍ）と、使用するレーザの波長λ（単位：ｎｍ）と、円形に近似させたレーザ描画データとしての正Ｎ角形のＮ（Ｎは４以上の整数）、レーザ描画の媒質の屈折率ｎとの間に下記の式（１）、式（２）の関係が成立するようにレーザの波長λと、レーザ描画データの正Ｎ角形のＮを設定する。円形目標直径Ｄが９０ｎｍ未満であると、レーザスポットの直径の限界以下となりレーザ描画ができず、また、１０００ｎｍを超えると、レーザスポットの直径に比較して大きすぎるため、より円形に近づけるために正Ｎ角形のＮを大きく設定する必要があり、設計上好ましくない。また、式（２）の関係が成立しないようなレーザ、描画データを使用した場合、後述する真円率が増大するので好ましくない。尚、レーザが通過する媒質が空気の場合、屈折率ｎを１とする。
９０ ≦ Ｄ ≦ １０００ … 式（１）
λ／ｎ ＜ Ｄ ＜ λＮ／（２ｎ） … 式（２）
【００１９】
そして、使用可能なレーザの中に、そのスポット形状の直径ｄが、マスクパターン５に形成する開口パターン５ａの円形目標直径Ｄに一致するものが存在する場合には、そのレーザを所望の位置に点照射して描画とすることができる。
【００２０】
また、円形目標直径Ｄが使用可能なレーザのスポット形状の直径ｄよりも大きい場合には、円形に近似させた描画データとして正Ｎ角形の軌道を設定し、この軌道上をレーザで描画する。この場合、正Ｎ角形の軌道の最大対角線長さをＬmax（単位：ｎｍ）、正Ｎ角形の中心から軌道の１辺への垂線長さをＬmin（単位：ｎｍ）としたときに、円形目標直径Ｄ（単位：ｎｍ）、レーザのスポット形状の直径ｄ（単位：ｎｍ）、最大対角線長さＬmax、垂線長さＬminとの間に下記の式（３）、式（４）の関係が成立するようにレーザスポット形状の直径ｄ、描画データとして正Ｎ角形（最大対角線長さＬmax、垂線長さＬmin）を設定する。この関係が成立しない場合、正Ｎ角形の軌道上を描画した領域内に未描画の部位が残存することになったり、また、後述する真円率が増大するので好ましくない。
ｄ ≧ ２Ｌmin … 式（３）
ｄ＋２Ｌmin ＜ Ｄ ＜ ｄ＋Ｌmax … 式（４）
【００２１】
本発明において使用するレーザ描画機としては、描画する最小単位（アドレスサイズ）が数ｎｍで制御させることが可能な描画機が好ましい。これは、円形パターンを数ｎｍの座標位置ごとに描画する必要があるためである。また、上記のように、本発明の円形目標直径Ｄは、９０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲であることから、使用するレーザ描画機の波長としてはＤＵＶ（深紫外光）が適している。
【００２２】
図３は正４角形（Ｎ＝４）の軌道を設定した場合のレーザ描画を説明するための図である。この場合、正４角形の軌道３１の対角線の長さが最大対角線長さＬmaxとなり、垂線長さＬminは正４角形の１辺の長さの半分に相当する（図３（Ａ））。図示例では、直径ｄのレーザスポット４１に斜線を付して示している。そして、正４角形の軌道３１上を、レーザスポット４１を走査（図示例では右回りに走査）することにより、外郭線５１で囲まれる領域の描画が行われる（図３（Ｂ））。尚、図示例では、正４角形の軌道３１の４つの頂点に位置するときのレーザスポット４１を鎖線で示している。図３（Ｃ）に示されるように、このようにレーザ描画を行った領域（外郭線５１で囲まれる領域であり、斜線を付している）と、直径Ｄの真円（二点鎖線で示している）とを対比すると、正４角形の軌道３１の各頂点に対応する部位での描画領域は真円の外側に突出し、正４角形の軌道３１の各辺の中央部に対応する部位での描画領域は真円の内側に位置している。
【００２３】
また、図４は正６角形（Ｎ＝６）の軌道を設定した場合のレーザ描画を説明するための図である。この場合、正６角形の軌道３２の最大対角線長さＬmaxは中心を通る対角線の長さとなる（図４（Ａ））。図示例では、直径ｄのレーザスポット４２に斜線を付して示している。そして、正６角形の軌道３２上を、レーザスポット４２を走査（図示例では右回りに走査）することにより、外郭線５２で囲まれる領域の描画が行われる（図４（Ｂ））。尚、図示例では、正６角形の軌道３２の６つの頂点に位置するときのレーザスポット４２を鎖線で示している。図４（Ｃ）に示されるように、このようにレーザ描画を行った領域（外郭線５２で囲まれる領域であり、斜線を付している）と、直径Ｄの真円（二点鎖線で示している）とを対比すると、正６角形の軌道３２の各頂点に対応する部位での描画領域は真円の外側に突出し、正６角形の軌道３２の各辺の中央部に対応する部位での描画領域は真円の内側に位置している。
【００２４】
さらに、図５は正８角形（Ｎ＝８）の軌道を設定した場合のレーザ描画を説明するための図である。この場合、正８角形の軌道３３の最大対角線長さＬmaxは中心を通る対角線の長さとなる（図５（Ａ））。図示例では、直径ｄのレーザスポット４３に斜線を付して示している。そして、正８角形の軌道３３上を、レーザスポット４３を走査（図示例では右回りに走査）することにより、外郭線５３で囲まれる領域の描画が行われる（図５（Ｂ））。尚、図示例では、正８角形の軌道３３の８つの頂点に位置するときのレーザスポット４３を鎖線で示している。図５（Ｃ）に示されるように、このようにレーザ描画を行った領域（外郭線５３で囲まれる領域であり、斜線を付している）と、直径Ｄの真円（二点鎖線で示している）とを対比すると、正８角形の軌道３３の各頂点に対応する部位での描画領域は真円の外側に突出し、正８角形の軌道３３の各辺の中央部に対応する部位での描画領域は真円の内側に位置している。
【００２５】
このような描画領域の外郭線５１、５２、５３の真円率は、走査型電子線顕微鏡（ＳＥＭ）で観測したパターンの真円に対するずれを平均２乗誤差方法で計測することで求め、本明細書ではこの真円率を、その値が小さい場合には真円に対するずれが小さく、形成されたパターンが真円に近いことを示し、一方その値が大きい場合には真円に対するずれが大きく、形成されたパターンが真円から遠いことを示す指標とする。そして、本発明では、下記のように真円率を算出し、真円率が３％以下である場合を実用レベルとする。通常、レーザ描画データとしての正Ｎ角形のＮが６以上であれば真円率が３％以下となり、Ｎが大きい程、真円率が低下する。しかし、Ｎが大きくなるとデータ量は増大し、レーザ描画に要する時間が増大する。このため、Ｎを６から８の範囲とすることにより、データ量の少なさと真円への近似の両立が最適なものとなる。
（真円率の算出）
得られたＳＥＭ像から、理想真円半径をＲ(θ)とし、ＳＥＭ計測にて得られた
半径をＲ′（θ）とし、真円率Δ(θ)を
Δ（θ）＝［│Ｒ（θ）−Ｒ′(θ) │／Ｒ（θ）］×１００
から算出し、各θ位置で求めたΔ(θ)の平均値を真円率とする。
【００２６】
本発明の円形目標直径Ｄは、上記の式（１）で説明したように、９０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲であることが好ましい。当該範囲から外れると、例えば、作製される光学素子がＬＥＤの発光面に設けるフォトニック結晶の場合、フォトニック結晶によるＬＥＤの外部取出効率が低下してしまうためである。また、当該範囲のパターンを作製するには従来の電子線描画では短時間、かつ高精度で作製することが困難であり、レーザ描画を採用する利点がより発揮される。また、本発明ではレーザ描画を用いることで、電子線に比べて近接効果の影響が抑えられるため、隣接するパターンの中心同士の間隔を数ｎｍ以下となるように狭めて設計することもでき、得られるモールドを用いてより高機能な光学素子を形成することが可能となる。また、本発明ではレーザ描画を用いることでパターン密度が大きい場合にも、電子線描画で必要な電子線近接効果補正の演算を行う必要がなく、描画データの作製時間を短縮することができる。
【００２７】
このように、本発明ではレーザ描画を行いてマスクパターン５を形成するので、レーザスポットが円形であり、かつ、スポット径がレーザ波長と略同程度あるいはレーザ波長よりも大きいことの利点を活かして、電子線描画に比べてデータ量の少ない描画データで短時間に真円に近い円形の描画が可能である。また、電子線描画で生じるような描画対象であるモールド用の基板の帯電、電子線散乱による近接効果の影響、描画精度の低下が防止される。このため、高い精度でマスクパターンを形成することができ、したがって、作製するモールド１１の精度、あるいは、このモールド１１をマスター版として用いて作製するコピーモールド２１の精度も高いものとなり、かつ、大面積化にも対応できる。
尚、上述の実施形態は例示であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２８】
次に、本発明により製造されたナノインプリントモールドを使用した光インプリント方法の一例について、上述のモールド２１を用いた場合を例として、図６を参照して説明する。
まず、所望の凹凸構造を形成する対象である基板７１の一方の面に光硬化性樹脂層７２を形成する（図６（Ａ））。基板７１の材質は、作製する光学素子に応じて適宜選択することができ、特に制限はなく、例えば、フォトニック結晶の作製用途の場合には、シリコン、サファイア、シリコン炭化ケイ素、スピネル等を挙げることができる。
【００２９】
次に、モールド２１を光硬化性樹脂層７２に押し当て、モールド２１を介して光硬化性樹脂層７２に光を照射して硬化させる（図６（Ｂ））。その後、モールド２１を離型することにより、モールド２１が有する凹凸構造２２が反転した凹凸構造７２ａを有する樹脂層７２′が得られる（図６（Ｃ））。そして、樹脂層７２′をマスクとして、基板７１をドライエッチングし（図６（Ｄ））、その後、樹脂層７２′を除去することにより所望の凹凸構造７４を備えた基板７１を得ることができる（図６（Ｅ））。
【実施例】
【００３０】
次に、より具体的な実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
［実施例１］
金属膜としてクロム薄膜（厚み６０ｎｍ）を一方の面に有する石英基材（直径６インチ、厚み６．３５ｍｍ）を基板として準備し、この基板のクロム薄膜上に感光性レジスト（富士フイルム（株）製 ＦＥＰ−１７１レジスト）をスピンコート法で塗布し、１２０℃で１０分間乾燥した。乾燥後の感光性レジストの厚みは０．３μｍであった。
次に、レーザ描画装置 （ＥＴＥＣ（株）製 ＡＬＴＡ４３００）を用いて、形成目標である真円形状の開口の直径Ｄ（円形目標直径Ｄ）を５００ｎｍに設定し、下記の条件で感光性レジストをレーザ描画した。この条件は、上記の式（１）、式（２）、式（３）、式（４）の関係を満足するものであった。また、下記の条件でレーザ描画を行う領域は、基板の中央の直径４インチの円形状領域とした。
（レーザ描画の条件）
・使用レーザ ： アルゴンイオンレーザ（２倍高調波、波長２５７ｎｍ）
・レーザスポット径ｄ ： ２５０ｎｍ
・レーザ描画の媒質 ： 空気
・描画データの正Ｎ角形 ： Ｎ＝６
最大対角線長さＬmax＝２７７ｎｍ
垂線長さＬmin＝１２０ｎｍ
このような条件でのレーザ描画に要した時間は１．５時間であった。
【００３１】
次に、レーザ描画を行った感光性レジストをポストベーク（１２０℃、１０分間）した後、現像し、硬化処理（１２０℃、１０分間）を施して、直径５００ｎｍの円形の開口がピッチ５５０ｎｍで図９に示されるように配設された開口パターンを有するマスクパターンを形成した。この開口パターンの円形開口の真円率を、上述にようにＳＥＭを使用して測定、算出したところ、２．２％であり、実用レベル（真円率が３％以下）にあることが確認された。
次いで、ドライエッチング装置（プロセスガス：酸素、塩素）を用いてマスクパターンを介しクロム薄膜をエッチングし、その後、同様にドライエッチング装置（プロセスガス：フッ素系ガス）を用いてマスクパターンを介し石英基材をエッチングした。その後、マスクパターンを除去した。これにより、表面のクロム薄膜からの深さが５００ｎｍである凹部構造が、上記のマスクパターンの開口パターンと同様に配列したパターンを形成した。その後、エッチャントとしての硝酸セリウム第二アンモニウム溶液に浸し、表面のクロム薄膜を除去してモールドを得た。
【００３２】
［実施例２］
レーザ描画の条件を下記の条件とした他は、実施例１と同様にしてマスクパターンを作製した。このレーザ描画の条件は、上記の式（１）、式（２）、式（３）、式（４）の関係を満足するものであった。
（レーザ描画の条件）
・使用レーザ ： アルゴンイオンレーザ（２倍高調波、波長２５７ｎｍ）
・レーザスポット径ｄ ： ２５０ｎｍ
・レーザ描画の媒質 ： 空気
・描画データの正Ｎ角形 ： Ｎ＝８
最大対角線長さＬmax＝２６０ｎｍ
垂線長さＬmin＝１２０ｎｍ
このような条件でのレーザ描画に要した時間は１．６時間であった。
【００３３】
このように形成したマスクパターンの開口パターンの円形開口の真円率を実施例１と同様に測定、算出したところ、１．３％であり、実用レベル（真円率が３％以下）にあることが確認された。
次いで、形成したマスクパターンを介し、実施例１と同様にして、エッチングを行い、その後、マスクパターンを除去した。これにより、表面のクロム薄膜からの深さが５００ｎｍである凹部構造が、上記のマスクパターンの開口パターンと同様に配列したパターンを形成した。その後、エッチャントとしての硝酸セリウム第二アンモニウム溶液に浸し、表面のクロム薄膜を除去してモールドを得た。
【００３４】
［比較例１］
実施例１と同様の基板を準備し、この基板のクロム薄膜上に感光性レジスト（富士フイルム（株）製 ＦＥＰ−１７１レジスト）をスピンコート法で塗布し、１２０℃で１０分間乾燥した。乾燥後の感光性レジストの厚みは０．３μｍであった。
次に、電子線描画装置 （日本電子（株）製 ＪＢＸ９０００）を用いて、形成目標である真円形状の開口の直径Ｄ（円形目標直径Ｄ）を実施例１、２と同様に５００ｎｍに設定し、下記の条件で感光性レジストを電子線描画した。
（電子線描画の条件）
・露光量 ： １３μＣ／ｃｍ2
・近接効果補正パラメーター ： η＝０．８、σ＝１０
・描画データの正Ｎ角形 ： Ｎ＝８
このような条件での電子線描画に要した時間は約１０日間であった。
【００３５】
次に、電子線描画を行った感光性レジストを現像し、硬化処理（１２０℃、１０分間）を施して、直径５００ｎｍの円形の開口がピッチ５５０ｎｍで図９に示されるように配設された開口パターンを有するマスクパターンを形成した。この開口パターンの円形開口の真円率を実施例１と同様に測定、算出したところ、２．０％であり、実用レベル（真円率が３％以下）にあることが確認された。
次いで、形成したマスクパターンを介し、実施例１と同様にして、エッチングを行い、その後、マスクパターンを除去した。これにより、表面のクロム薄膜からの深さが５００ｎｍである凹部構造が、上記のマスクパターンの開口パターンと同様に配列したパターンを形成した。その後、エッチャントとしての硝酸セリウム第二アンモニウム溶液に浸し、表面のクロム薄膜を除去してモールドを得た。
【００３６】
上記の実施例１、２と比較例１の結果から、レーザ描画を行う実施例１、２は、電子線描画を行う比較例１と同様の精度（真円率）でパターンを形成する場合、描画に要する時間を大幅に短縮できることが確認された。
【００３７】
［比較例２］
形成目標である真円形状の開口の直径Ｄ（円形目標直径Ｄ）を４００ｎｍに設定し、レーザ描画の条件を下記の条件とした他は、実施例１と同様にしてマスクパターンの作製を試みた。このレーザ描画の条件は、使用するレーザの波長が大きく、上記の式（１）、式（３）、式（４）の関係を満足するものの、上記の式（２）の関係が成立しないものであった。
（レーザ描画の条件）
・使用レーザ ： Ｈｅ−Ｃｄレーザ（波長４２２ｎｍ）
・レーザスポット径ｄ ： ３００ｎｍ
・レーザ描画の媒質 ： 空気
・描画データの正Ｎ角形 ： Ｎ＝６
最大対角線長さＬmax＝２３１ｎｍ
垂線長さＬmin＝１００ｎｍ
このような条件でのレーザ描画に要した時間は２．０時間であった。
しかしながら、マスクパターンの開口パターンは得られず（解像せず）、真円率を測定、算出することができなかった。
【００３８】
［比較例３］
レーザ描画の条件を下記の条件とした他は、実施例１と同様にしてマスクパターンの作製を試みた。このレーザ描画の条件は、描画データの正６角形の設定（最大対角線長さＬmax、垂線長さＬmin）が不適切であり、上記の式（１）、式（２）、式（３）の関係を満足するものの、上記の式（４）の関係が成立しないものであった。
（レーザ描画の条件）
・使用レーザ ： アルゴンイオンレーザ（２倍高調波、波長２５７ｎｍ）
・レーザスポット径ｄ ： ２５０ｎｍ
・レーザ描画の媒質 ： 空気
・描画データの正Ｎ角形 ： Ｎ＝６
最大対角線長さＬmax＝１３９ｎｍ
垂線長さＬmin＝６０ｎｍ
このような条件でのレーザ描画に要した時間は１．５時間であった。
しかしながら、マスクパターンの開口パターンは得られず（解像せず）、真円率を測定、算出することができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
光インプリント技術を用いた光学素子の製造に利用可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１…基板
４…感光性レジスト
５…マスクパターン
５ａ…開口パターン
１１…モールド
１２…凹部構造
２１…コピーモールド
２２…モールド形成用基材
３１，３２，３３…レーザ描画データの正Ｎ角形の軌道
４１，４２，４３…レーザスポット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子、特に発光ダイオードの発光面に設けられる光学素子を製造するためのナノインプリントモールドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電球、蛍光灯に比べ、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という）は、小型、長寿命、超軽量、低発熱性であるという特徴を有している。また、近年、ＬＥＤの発光効率が向上しているとともに、低炭素化社会の要請から、高い応答速度の走査ランプ、液晶表示装置用のバックライト、自動車の制御パネル照明灯、信号機、一般の照明器具等の応用分野において、ＬＥＤが電球や蛍光灯に代わって用いられつつある。
ＬＥＤは、ｎ型ドーピング半導体層とｐ型ドーピング半導体層とで発光層を挟持した構造を有し、ｎ型ドーピング半導体層からの電子がｐ型ドーピング半導体層からの電子正孔と発光層において再結合するとき発光する。しかし、ＬＥＤで発光された光は、ＬＥＤが配設されている基板との界面、ＬＥＤと空気層との界面等で反射されるため外部取出効率が低く、ＬＥＤの発光効率の向上を有効に活用できていないという問題があった。
【０００３】
この外部取出効率を高めるために、ＬＥＤの発光面に設ける光学素子としてフォトニック結晶が使用されており、例えば、ステッパーを利用してＬＥＤの発光面にフォトニック結晶を作製することが提案されている（例えば、特許文献１）。このようなステッパーを利用したフォトニック結晶の作製は、大面積化が可能であり、また、製造コストも低く抑えられるものであった。しかし、例えば、図７に鎖線で示されるような６角形単位、図８に鎖線で示されるような６角形単位であってステッパーのショットの境界線上にパターンが位置するもの、図９に鎖線で示されるような４角形単位であってステッパーのショットの境界線上にパターンが位置するもの等、パターンの周期性のとりにくい構造を有するフォトニック結晶が近年開発されており、このようなフォトニック結晶は、ステッパーを使用した従来の方法では作製が困難であった。
【０００４】
一方、微細加工技術として、近年ナノインプリント技術に注目が集まっている。ナノインプリント技術は、基材の表面に微細な凹凸構造を形成したモールド（型部材）を用い、凹凸構造を被加工物に転写することで微細構造を等倍転写するパターン形成技術である（特許文献２）。そして、フォトニック結晶をナノインプリント技術で形成することも検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２０８１８０号公報
【特許文献２】米国特許第５，７７２，９０５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
フォトニック結晶を作製するためのナノインプリントモールドの作製としては、例えば、マスター版用の基板上にステッパーを利用してマスクパターンを形成し、エッチングで所望の凹凸構造を有するマスター版を作製する方法がある。しかし、この場合も、単純な周期ではないフォトニック結晶用のモールド製造では、マスター版の作製工程で、上記と同様の問題があった。また、フォトニック結晶用のモールド作製では、ステッパーの制御は数ｎｍの精度が要求され、ステッパーの制御限界からモールドの大面積化が難しいという問題もあった。
【０００７】
一方、マスター版へのマスクパターン形成を電子線描画で行うことにより、単純な周期ではないフォトニック結晶を作製するためのナノインプリントモールドも作製可能である。ここで、電子線スポットビームは、最大直径が３０ｎｍ程度であり、数十ｎｍ以上のサイズの描画には適していない。また、電子線矩形ビームは、１辺が５０〜１００ｎｍ程度の四角形であり、この電子線矩形ビームを用いた円形の描画は、円形に近似した多角形を描画することにより行われる。しかし、このような多角形の電子線描画のデータは、データ量が多く描画に要する時間が多大であり、例えば、直径４インチの基板へのマスクパターン形成における電子線描画には数日を要し、実用レベルにないという問題があった。また、電子線描画では、描画対象であるモールド用の基板の帯電、あるいは、電子線散乱による近接効果の影響により、描画精度が低下するという問題もあった。
本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたものであり、光学素子製造用ナノインプリントモールドを高い精度で製造でき、かつ、大面積化にも対応できる製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的を達成するために、本発明は、基板の一方の面に感光性レジストを塗布し、該感光性レジストにレーザ描画を行い、その後、現像を施して、所望の開口パターンを有するマスクパターンを形成する工程と、前記マスクパターンを介して前記基板を所望の深さまでエッチングする工程と、を有するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記マスクパターンの開口パターンは円形の開口部を有し、該開口部の円形目標直径Ｄ（単位：ｎｍ）と、使用するレーザの波長λ（単位：ｎｍ）と、円形に近似させたレーザ描画データとしての正Ｎ角形のＮ（Ｎは４以上の整数）、レーザが通過する媒質の屈折率ｎとの間に、下記の式（１）、式（２）の関係が成立するようにレーザの波長λと、レーザ描画データの正Ｎ角形のＮを設定するような構成とした。
９０ ≦ Ｄ ≦ １０００ … 式（１）
λ／ｎ ＜ Ｄ ＜ λＮ／（２ｎ） … 式（２）
【０００９】
本発明の他の態様として、円形に近似させた描画データとしての正Ｎ角形の軌道の最大対角線長さをＬmax（単位：ｎｍ）、正Ｎ角形の中心から軌道の１辺への垂線長さをＬmin（単位：ｎｍ）、円形目標直径Ｄ（単位：ｎｍ）、レーザのスポット形状の直径ｄ（単位：ｎｍ）との間に下記の式（３）、式（４）の関係が成立するようにレーザスポット形状の直径ｄ、正Ｎ角形の最大対角線長さＬmax、垂線長さＬminを設定するような構成とした。
ｄ ≧ ２Ｌmin … 式（３）
ｄ＋２Ｌmin ＜ Ｄ ＜ ｄ＋Ｌmax … 式（４）
前記レーザ描画データの正Ｎ角形において、Ｎは６から８の範囲であるような構成とした。
【発明の効果】
【００１０】
このような本発明は、レーザ描画を行いてマスクパターンを形成するので、レーザスポットが円形であり、かつ、スポット径がレーザ波長と略同程度あるいはレーザ波長よりも大きいことの利点を活かして、電子線描画に比べてデータ量の少ない描画データで短時間に真円に近い円形の描画が可能であり、また、電子線描画で生じるような描画対象であるモールド用の基板の帯電、電子線散乱による近接効果の影響、描画精度の低下が防止され、これにより、高い精度でマスクパターンを形成することができ、したがって、作製するモールドの精度も高いものとなり、かつ、大面積化にも対応できる。さらに、電子線描画を用いるモールドの製造方法では、製造に要する時間が長く、製造コストの点から、作製したモールドはナノインプリントに供するのではなく、マスター版として使用しコピーモールドを作製する必要があった。しかし、本発明ではモールドの製造時間を大幅に短縮することができるので製造コストの大幅な低減が可能であり、作製したモールドを直接ナノインプリントに供することができ、コピーモールドに比べて精度面でも優れたモールドの使用を可能とする。
【００１１】
また、マスクパターンの円形の開口部の円形目標直径Ｄと、使用するレーザの波長λと、円形に近似させたレーザ描画データとしての正Ｎ角形のＮと、レーザ描画の媒質の屈折率ｎとの間に所定の関係が成立するようにレーザの波長λと、レーザ描画データの正Ｎ角形のＮを設定することにより、さらに真円に近い円形描画が可能となり、特に、Ｎを６から８の範囲とすることにより、データ量の少なさと真円への近似の両立が最適なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の光学素子製造用ナノインプリントモールドの製造方法を説明するための工程図である。
【図２】本発明の光学素子製造用ナノインプリントモールドの製造方法を説明するための工程図である。
【図３】正４角形の軌道を設定した場合のレーザ描画を説明するための図である。
【図４】正６角形の軌道を設定した場合のレーザ描画を説明するための図である。
【図５】正８角形の軌道を設定した場合のレーザ描画を説明するための図である。
【図６】本発明により製造されたナノインプリントモールドを使用した光インプリント方法の一例を説明するための工程図である。
【図７】ステッパーのショットとパターンの周期性との関係を説明するための図である。
【図８】ステッパーのショットとパターンの周期性との関係を説明するための図である。
【図９】ステッパーのショットとパターンの周期性との関係を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１および図２は、本発明の光学素子製造用ナノインプリントモールドの製造方法を説明するための工程図である。まず、基板１の一方の面に感光性レジスト４を塗布し（図１（Ａ））、次に、感光性レジスト４にレーザ描画を行い、その後、現像し、必要に応じて硬化処理を施して、所望の開口パターン５ａを有するマスクパターン５を形成する（図１（Ｂ））。尚、本発明におけるレーザ描画については後述する。
図示例では、基板１は基材２の一方の面２ａにハードマスクとして金属膜３を備えたものであり、この金属膜３上に感光性レジスト４が塗布されている。基材２は、例えば、ガラス、石英、シリコン等の無機材料からなるものを使用することができ、また、樹脂材料からなるものであってもよい。基材２の厚さは適宜設定することができ、例えば、０．５ｍｍ〜７ｍｍ程度の範囲で設定することができる。金属膜３は、基材２をエッチングするためのハードマスクとして機能すること、あるいは、基材２が透明な場合に裏面からのレーザの反射を防止することを目的としたものであり、例えば、クロム等の材質であってよく、厚みは、例えば、１０ｎｍ〜１１０ｎｍ程度の範囲で適宜設定することができる。このような金属膜３は、公知の真空成膜法により形成することができる。
【００１４】
また、感光性レジスト４は、使用するレーザの波長域に感光波長域を有するものであり、例えば、Ｇ線用レジスト、Ｉ線用レジスト、ＤＵＶ用レジスト、化学増幅型レジスト等を使用することができる。感光性レジスト４の塗布は、例えば、スピンコート法、ブレードコート法、バーコート法、スリットコート法、ダイコート法、ロールコート法、ディップコート法、スプレーコート法、ディスペンサーコート法等による行うことができる。また、感光性レジスト４の塗布厚み（乾燥後の厚み）は、マスクパターン５の厚みを左右するものであり、例えば、０．２μｍ〜０．６μｍ、好ましくは０．３μｍ〜０．５μｍの範囲で適宜設定することができる。感光性レジスト４の塗布厚みが０．２μｍ未満であると、金属膜３をエッチングすることが難しくなり、０．６μｍを超えると、所望のフォトニック結晶構造を解像させることが難しくなり好ましくない。
【００１５】
次いで、マスクパターン５を介して基板１を所望の深さまでエッチングし（図１（Ｃ））、その後、マスクパターン５を除去して、所望の凹部構造１２を備えたモールド１１を作製する（図１（Ｄ））。基板１のエッチングは、まず、金属膜３をエッチングするが、この金属膜３のエッチングはエッチャントを利用したウェットプロセスも可能であるが、パターンが微細なため、ドライプロセスが好ましい。ドライプロセスにおけるプロセスガスとしては、例えば金属膜３がクロムの場合には、酸素と塩素を用いることが好ましい。
【００１６】
次に、基材２を所望の深さまでエッチングするが、ここでは、例えば基材が石英の場合は、ドライプロセスが好ましく、プロセスガスとしてはフッ素系ガスを用いることが好ましい。このようなエッチングで形成する凹部構造１２の深さは、モールドを用いて作製する光学素子に応じて適宜設定することができ、例えば、フォトニック結晶の作製用途の場合には、深さは１００ｎｍ〜２０００ｎｍ程度の範囲で設定することができる。以上の工程により、光学素子製造用ナノインプリントモールドが作製される。
尚、上記のモールド１１では、金属膜３を残した状態となっているが、通常は金属膜３がない状態が多く、金属膜３が不要な場合は、金属膜用のエッチャントを用いて金属膜３をウェットプロセスで除去してモールド１１とする。
【００１７】
また、本発明では、以下の述べるように、上記のように作製したモールドをマスター版として、このマスター版からコピーモールドを作製し、このコピーモールドを光学素子製造用ナノインプリントモールドとしてもよい。すなわち、コピーモールド用基材２２上にインプリント材料２３を、例えば、スピンコート法、ブレードコート法、バーコート法、スリットコート法、ダイコート法、ロールコート法、ディップコート法、スプレーコート法、ディスペンサーコート法等により供給し、インプリント材料２３にモールド１１を押付ける（図２（Ａ））。そして、インプリント材料２３を硬化させてモールド１１を離型し（図２（Ｂ））、形成されたインプリント材料の残膜部２３ａを除去してインプリント材料によるマスクパターンを形成し、コピーモールド用基材２２を選択的に露出させる。次いで、コピーモールド用基材２２の露出部に対してドライエッチングを施して凹部２２ａを形成し、その後、マスクパターンとして機能したインプリント材料２３を除去する。これにより、モールド１１の反転パターンを有するコピーモールド２１を作製する（図２（Ｃ））。このコピーモールド２１を用いて所定の光学素子を製造してもよい。
【００１８】
ここで、感光性レジスト４のレーザ描画について説明する。
本発明では、マスクパターン５に形成する開口パターン５ａの円形目標直径Ｄ（形成目標である真円形状の開口の直径、単位：ｎｍ）と、使用するレーザの波長λ（単位：ｎｍ）と、円形に近似させたレーザ描画データとしての正Ｎ角形のＮ（Ｎは４以上の整数）、レーザ描画の媒質の屈折率ｎとの間に下記の式（１）、式（２）の関係が成立するようにレーザの波長λと、レーザ描画データの正Ｎ角形のＮを設定する。円形目標直径Ｄが９０ｎｍ未満であると、レーザスポットの直径の限界以下となりレーザ描画ができず、また、１０００ｎｍを超えると、レーザスポットの直径に比較して大きすぎるため、より円形に近づけるために正Ｎ角形のＮを大きく設定する必要があり、設計上好ましくない。また、式（２）の関係が成立しないようなレーザ、描画データを使用した場合、後述する真円率が増大するので好ましくない。尚、レーザが通過する媒質が空気の場合、屈折率ｎを１とする。
９０ ≦ Ｄ ≦ １０００ … 式（１）
λ／ｎ ＜ Ｄ ＜ λＮ／（２ｎ） … 式（２）
【００１９】
そして、使用可能なレーザの中に、そのスポット形状の直径ｄが、マスクパターン５に形成する開口パターン５ａの円形目標直径Ｄに一致するものが存在する場合には、そのレーザを所望の位置に点照射して描画とすることができる。
【００２０】
また、円形目標直径Ｄが使用可能なレーザのスポット形状の直径ｄよりも大きい場合には、円形に近似させた描画データとして正Ｎ角形の軌道を設定し、この軌道上をレーザで描画する。この場合、正Ｎ角形の軌道の最大対角線長さをＬmax（単位：ｎｍ）、正Ｎ角形の中心から軌道の１辺への垂線長さをＬmin（単位：ｎｍ）としたときに、円形目標直径Ｄ（単位：ｎｍ）、レーザのスポット形状の直径ｄ（単位：ｎｍ）、最大対角線長さＬmax、垂線長さＬminとの間に下記の式（３）、式（４）の関係が成立するようにレーザスポット形状の直径ｄ、描画データとして正Ｎ角形（最大対角線長さＬmax、垂線長さＬmin）を設定する。この関係が成立しない場合、正Ｎ角形の軌道上を描画した領域内に未描画の部位が残存することになったり、また、後述する真円率が増大するので好ましくない。
ｄ ≧ ２Ｌmin … 式（３）
ｄ＋２Ｌmin ＜ Ｄ ＜ ｄ＋Ｌmax … 式（４）
【００２１】
本発明において使用するレーザ描画機としては、描画する最小単位（アドレスサイズ）が数ｎｍで制御させることが可能な描画機が好ましい。これは、円形パターンを数ｎｍの座標位置ごとに描画する必要があるためである。また、上記のように、本発明の円形目標直径Ｄは、９０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲であることから、使用するレーザ描画機の波長としてはＤＵＶ（深紫外光）が適している。
【００２２】
図３は正４角形（Ｎ＝４）の軌道を設定した場合のレーザ描画を説明するための図である。この場合、正４角形の軌道３１の対角線の長さが最大対角線長さＬmaxとなり、垂線長さＬminは正４角形の１辺の長さの半分に相当する（図３（Ａ））。図示例では、直径ｄのレーザスポット４１に斜線を付して示している。そして、正４角形の軌道３１上を、レーザスポット４１を走査（図示例では右回りに走査）することにより、外郭線５１で囲まれる領域の描画が行われる（図３（Ｂ））。尚、図示例では、正４角形の軌道３１の４つの頂点に位置するときのレーザスポット４１を鎖線で示している。図３（Ｃ）に示されるように、このようにレーザ描画を行った領域（外郭線５１で囲まれる領域であり、斜線を付している）と、直径Ｄの真円（二点鎖線で示している）とを対比すると、正４角形の軌道３１の各頂点に対応する部位での描画領域は真円の外側に突出し、正４角形の軌道３１の各辺の中央部に対応する部位での描画領域は真円の内側に位置している。
【００２３】
また、図４は正６角形（Ｎ＝６）の軌道を設定した場合のレーザ描画を説明するための図である。この場合、正６角形の軌道３２の最大対角線長さＬmaxは中心を通る対角線の長さとなる（図４（Ａ））。図示例では、直径ｄのレーザスポット４２に斜線を付して示している。そして、正６角形の軌道３２上を、レーザスポット４２を走査（図示例では右回りに走査）することにより、外郭線５２で囲まれる領域の描画が行われる（図４（Ｂ））。尚、図示例では、正６角形の軌道３２の６つの頂点に位置するときのレーザスポット４２を鎖線で示している。図４（Ｃ）に示されるように、このようにレーザ描画を行った領域（外郭線５２で囲まれる領域であり、斜線を付している）と、直径Ｄの真円（二点鎖線で示している）とを対比すると、正６角形の軌道３２の各頂点に対応する部位での描画領域は真円の外側に突出し、正６角形の軌道３２の各辺の中央部に対応する部位での描画領域は真円の内側に位置している。
【００２４】
さらに、図５は正８角形（Ｎ＝８）の軌道を設定した場合のレーザ描画を説明するための図である。この場合、正８角形の軌道３３の最大対角線長さＬmaxは中心を通る対角線の長さとなる（図５（Ａ））。図示例では、直径ｄのレーザスポット４３に斜線を付して示している。そして、正８角形の軌道３３上を、レーザスポット４３を走査（図示例では右回りに走査）することにより、外郭線５３で囲まれる領域の描画が行われる（図５（Ｂ））。尚、図示例では、正８角形の軌道３３の８つの頂点に位置するときのレーザスポット４３を鎖線で示している。図５（Ｃ）に示されるように、このようにレーザ描画を行った領域（外郭線５３で囲まれる領域であり、斜線を付している）と、直径Ｄの真円（二点鎖線で示している）とを対比すると、正８角形の軌道３３の各頂点に対応する部位での描画領域は真円の外側に突出し、正８角形の軌道３３の各辺の中央部に対応する部位での描画領域は真円の内側に位置している。
【００２５】
このような描画領域の外郭線５１、５２、５３の真円率は、走査型電子線顕微鏡（ＳＥＭ）で観測したパターンの真円に対するずれを平均２乗誤差方法で計測することで求め、本明細書ではこの真円率を、その値が小さい場合には真円に対するずれが小さく、形成されたパターンが真円に近いことを示し、一方その値が大きい場合には真円に対するずれが大きく、形成されたパターンが真円から遠いことを示す指標とする。そして、本発明では、下記のように真円率を算出し、真円率が３％以下である場合を実用レベルとする。通常、レーザ描画データとしての正Ｎ角形のＮが６以上であれば真円率が３％以下となり、Ｎが大きい程、真円率が低下する。しかし、Ｎが大きくなるとデータ量は増大し、レーザ描画に要する時間が増大する。このため、Ｎを６から８の範囲とすることにより、データ量の少なさと真円への近似の両立が最適なものとなる。
（真円率の算出）
得られたＳＥＭ像から、理想真円半径をＲ(θ)とし、ＳＥＭ計測にて得られた
半径をＲ′（θ）とし、真円率Δ(θ)を
Δ（θ）＝［│Ｒ（θ）−Ｒ′(θ) │／Ｒ（θ）］×１００
から算出し、各θ位置で求めたΔ(θ)の平均値を真円率とする。
【００２６】
本発明の円形目標直径Ｄは、上記の式（１）で説明したように、９０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲であることが好ましい。当該範囲から外れると、例えば、作製される光学素子がＬＥＤの発光面に設けるフォトニック結晶の場合、フォトニック結晶によるＬＥＤの外部取出効率が低下してしまうためである。また、当該範囲のパターンを作製するには従来の電子線描画では短時間、かつ高精度で作製することが困難であり、レーザ描画を採用する利点がより発揮される。また、本発明ではレーザ描画を用いることで、電子線に比べて近接効果の影響が抑えられるため、隣接するパターンの中心同士の間隔を数ｎｍ以下となるように狭めて設計することもでき、得られるモールドを用いてより高機能な光学素子を形成することが可能となる。また、本発明ではレーザ描画を用いることでパターン密度が大きい場合にも、電子線描画で必要な電子線近接効果補正の演算を行う必要がなく、描画データの作製時間を短縮することができる。
【００２７】
このように、本発明ではレーザ描画を行いてマスクパターン５を形成するので、レーザスポットが円形であり、かつ、スポット径がレーザ波長と略同程度あるいはレーザ波長よりも大きいことの利点を活かして、電子線描画に比べてデータ量の少ない描画データで短時間に真円に近い円形の描画が可能である。また、電子線描画で生じるような描画対象であるモールド用の基板の帯電、電子線散乱による近接効果の影響、描画精度の低下が防止される。このため、高い精度でマスクパターンを形成することができ、したがって、作製するモールド１１の精度、あるいは、このモールド１１をマスター版として用いて作製するコピーモールド２１の精度も高いものとなり、かつ、大面積化にも対応できる。
尚、上述の実施形態は例示であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２８】
次に、本発明により製造されたナノインプリントモールドを使用した光インプリント方法の一例について、上述のモールド２１を用いた場合を例として、図６を参照して説明する。
まず、所望の凹凸構造を形成する対象である基板７１の一方の面に光硬化性樹脂層７２を形成する（図６（Ａ））。基板７１の材質は、作製する光学素子に応じて適宜選択することができ、特に制限はなく、例えば、フォトニック結晶の作製用途の場合には、シリコン、サファイア、シリコン炭化ケイ素、スピネル等を挙げることができる。
【００２９】
次に、モールド２１を光硬化性樹脂層７２に押し当て、モールド２１を介して光硬化性樹脂層７２に光を照射して硬化させる（図６（Ｂ））。その後、モールド２１を離型することにより、モールド２１が有する凹凸構造２２が反転した凹凸構造７２ａを有する樹脂層７２′が得られる（図６（Ｃ））。そして、樹脂層７２′をマスクとして、基板７１をドライエッチングし（図６（Ｄ））、その後、樹脂層７２′を除去することにより所望の凹凸構造７４を備えた基板７１を得ることができる（図６（Ｅ））。
【実施例】
【００３０】
次に、より具体的な実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
［実施例１］
金属膜としてクロム薄膜（厚み６０ｎｍ）を一方の面に有する石英基材（直径６インチ、厚み６．３５ｍｍ）を基板として準備し、この基板のクロム薄膜上に感光性レジスト（富士フイルム（株）製 ＦＥＰ−１７１レジスト）をスピンコート法で塗布し、１２０℃で１０分間乾燥した。乾燥後の感光性レジストの厚みは０．３μｍであった。
次に、レーザ描画装置 （ＥＴＥＣ（株）製 ＡＬＴＡ４３００）を用いて、形成目標である真円形状の開口の直径Ｄ（円形目標直径Ｄ）を５００ｎｍに設定し、下記の条件で感光性レジストをレーザ描画した。この条件は、上記の式（１）、式（２）、式（３）、式（４）の関係を満足するものであった。また、下記の条件でレーザ描画を行う領域は、基板の中央の直径４インチの円形状領域とした。
（レーザ描画の条件）
・使用レーザ ： アルゴンイオンレーザ（２倍高調波、波長２５７ｎｍ）
・レーザスポット径ｄ ： ２５０ｎｍ
・レーザ描画の媒質 ： 空気
・描画データの正Ｎ角形 ： Ｎ＝６
最大対角線長さＬmax＝２７７ｎｍ
垂線長さＬmin＝１２０ｎｍ
このような条件でのレーザ描画に要した時間は１．５時間であった。
【００３１】
次に、レーザ描画を行った感光性レジストをポストベーク（１２０℃、１０分間）した後、現像し、硬化処理（１２０℃、１０分間）を施して、直径５００ｎｍの円形の開口がピッチ５５０ｎｍで図９に示されるように配設された開口パターンを有するマスクパターンを形成した。この開口パターンの円形開口の真円率を、上述にようにＳＥＭを使用して測定、算出したところ、２．２％であり、実用レベル（真円率が３％以下）にあることが確認された。
次いで、ドライエッチング装置（プロセスガス：酸素、塩素）を用いてマスクパターンを介しクロム薄膜をエッチングし、その後、同様にドライエッチング装置（プロセスガス：フッ素系ガス）を用いてマスクパターンを介し石英基材をエッチングした。その後、マスクパターンを除去した。これにより、表面のクロム薄膜からの深さが５００ｎｍである凹部構造が、上記のマスクパターンの開口パターンと同様に配列したパターンを形成した。その後、エッチャントとしての硝酸セリウム第二アンモニウム溶液に浸し、表面のクロム薄膜を除去してモールドを得た。
【００３２】
［実施例２］
レーザ描画の条件を下記の条件とした他は、実施例１と同様にしてマスクパターンを作製した。このレーザ描画の条件は、上記の式（１）、式（２）、式（３）、式（４）の関係を満足するものであった。
（レーザ描画の条件）
・使用レーザ ： アルゴンイオンレーザ（２倍高調波、波長２５７ｎｍ）
・レーザスポット径ｄ ： ２５０ｎｍ
・レーザ描画の媒質 ： 空気
・描画データの正Ｎ角形 ： Ｎ＝８
最大対角線長さＬmax＝２６０ｎｍ
垂線長さＬmin＝１２０ｎｍ
このような条件でのレーザ描画に要した時間は１．６時間であった。
【００３３】
このように形成したマスクパターンの開口パターンの円形開口の真円率を実施例１と同様に測定、算出したところ、１．３％であり、実用レベル（真円率が３％以下）にあることが確認された。
次いで、形成したマスクパターンを介し、実施例１と同様にして、エッチングを行い、その後、マスクパターンを除去した。これにより、表面のクロム薄膜からの深さが５００ｎｍである凹部構造が、上記のマスクパターンの開口パターンと同様に配列したパターンを形成した。その後、エッチャントとしての硝酸セリウム第二アンモニウム溶液に浸し、表面のクロム薄膜を除去してモールドを得た。
【００３４】
［比較例１］
実施例１と同様の基板を準備し、この基板のクロム薄膜上に感光性レジスト（富士フイルム（株）製 ＦＥＰ−１７１レジスト）をスピンコート法で塗布し、１２０℃で１０分間乾燥した。乾燥後の感光性レジストの厚みは０．３μｍであった。
次に、電子線描画装置 （日本電子（株）製 ＪＢＸ９０００）を用いて、形成目標である真円形状の開口の直径Ｄ（円形目標直径Ｄ）を実施例１、２と同様に５００ｎｍに設定し、下記の条件で感光性レジストを電子線描画した。
（電子線描画の条件）
・露光量 ： １３μＣ／ｃｍ2
・近接効果補正パラメーター ： η＝０．８、σ＝１０
・描画データの正Ｎ角形 ： Ｎ＝８
このような条件での電子線描画に要した時間は約１０日間であった。
【００３５】
次に、電子線描画を行った感光性レジストを現像し、硬化処理（１２０℃、１０分間）を施して、直径５００ｎｍの円形の開口がピッチ５５０ｎｍで図９に示されるように配設された開口パターンを有するマスクパターンを形成した。この開口パターンの円形開口の真円率を実施例１と同様に測定、算出したところ、２．０％であり、実用レベル（真円率が３％以下）にあることが確認された。
次いで、形成したマスクパターンを介し、実施例１と同様にして、エッチングを行い、その後、マスクパターンを除去した。これにより、表面のクロム薄膜からの深さが５００ｎｍである凹部構造が、上記のマスクパターンの開口パターンと同様に配列したパターンを形成した。その後、エッチャントとしての硝酸セリウム第二アンモニウム溶液に浸し、表面のクロム薄膜を除去してモールドを得た。
【００３６】
上記の実施例１、２と比較例１の結果から、レーザ描画を行う実施例１、２は、電子線描画を行う比較例１と同様の精度（真円率）でパターンを形成する場合、描画に要する時間を大幅に短縮できることが確認された。
【００３７】
［比較例２］
形成目標である真円形状の開口の直径Ｄ（円形目標直径Ｄ）を４００ｎｍに設定し、レーザ描画の条件を下記の条件とした他は、実施例１と同様にしてマスクパターンの作製を試みた。このレーザ描画の条件は、使用するレーザの波長が大きく、上記の式（１）、式（３）、式（４）の関係を満足するものの、上記の式（２）の関係が成立しないものであった。
（レーザ描画の条件）
・使用レーザ ： Ｈｅ−Ｃｄレーザ（波長４２２ｎｍ）
・レーザスポット径ｄ ： ３００ｎｍ
・レーザ描画の媒質 ： 空気
・描画データの正Ｎ角形 ： Ｎ＝６
最大対角線長さＬmax＝２３１ｎｍ
垂線長さＬmin＝１００ｎｍ
このような条件でのレーザ描画に要した時間は２．０時間であった。
しかしながら、マスクパターンの開口パターンは得られず（解像せず）、真円率を測定、算出することができなかった。
【００３８】
［比較例３］
レーザ描画の条件を下記の条件とした他は、実施例１と同様にしてマスクパターンの作製を試みた。このレーザ描画の条件は、描画データの正６角形の設定（最大対角線長さＬmax、垂線長さＬmin）が不適切であり、上記の式（１）、式（２）、式（３）の関係を満足するものの、上記の式（４）の関係が成立しないものであった。
（レーザ描画の条件）
・使用レーザ ： アルゴンイオンレーザ（２倍高調波、波長２５７ｎｍ）
・レーザスポット径ｄ ： ２５０ｎｍ
・レーザ描画の媒質 ： 空気
・描画データの正Ｎ角形 ： Ｎ＝６
最大対角線長さＬmax＝１３９ｎｍ
垂線長さＬmin＝６０ｎｍ
このような条件でのレーザ描画に要した時間は１．５時間であった。
しかしながら、マスクパターンの開口パターンは得られず（解像せず）、真円率を測定、算出することができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
光インプリント技術を用いた光学素子の製造に利用可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１…基板
４…感光性レジスト
５…マスクパターン
５ａ…開口パターン
１１…モールド
１２…凹部構造
２１…コピーモールド
２２…モールド形成用基材
３１，３２，３３…レーザ描画データの正Ｎ角形の軌道
４１，４２，４３…レーザスポット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一方の面に感光性レジストを塗布し、該感光性レジストにレーザ描画を行い、その後、現像を施して、所望の開口パターンを有するマスクパターンを形成する工程と、
前記マスクパターンを介して前記基板を所望の深さまでエッチングする工程と、を有することを特徴とする光学素子製造用ナノインプリントモールドの製造方法。
【請求項２】
前記マスクパターンの開口パターンは円形の開口部を有し、該開口部の円形目標直径Ｄ（単位：ｎｍ）と、使用するレーザの波長λ（単位：ｎｍ）と、円形に近似させたレーザ描画データとしての正Ｎ角形のＮ（Ｎは４以上の整数）、レーザが通過する媒質の屈折率ｎとの間に、下記の式（１）、式（２）の関係が成立するようにレーザの波長λと、レーザ描画データの正Ｎ角形のＮを設定することを特徴とする請求項１に記載の光学素子製造用ナノインプリントモールドの製造方法。
９０ ≦ Ｄ ≦ １０００ … 式（１）
λ／ｎ ＜ Ｄ ＜ λＮ／（２ｎ） … 式（２）
【請求項３】
円形に近似させた描画データとしての正Ｎ角形の軌道の最大対角線長さをＬmax（単位：ｎｍ）、正Ｎ角形の中心から軌道の１辺への垂線長さをＬmin（単位：ｎｍ）、円形目標直径Ｄ（単位：ｎｍ）、レーザのスポット形状の直径ｄ（単位：ｎｍ）との間に下記の式（３）、式（４）の関係が成立するようにレーザスポット形状の直径ｄ、正Ｎ角形の最大対角線長さＬmax、垂線長さＬminを設定することを特徴とする請求項２に記載の光学素子製造用ナノインプリントモールドの製造方法。
ｄ ≧ ２Ｌmin … 式（３）
ｄ＋２Ｌmin ＜ Ｄ ＜ ｄ＋Ｌmax … 式（４）
【請求項４】
前記レーザ描画データの正Ｎ角形において、Ｎは６から８の範囲であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の光学素子製造用ナノインプリントモールドの製造方法。
【請求項１】
基板の一方の面に感光性レジストを塗布し、該感光性レジストにレーザ描画を行い、その後、現像を施して、所望の開口パターンを有するマスクパターンを形成する工程と、
前記マスクパターンを介して前記基板を所望の深さまでエッチングする工程と、を有することを特徴とする光学素子製造用ナノインプリントモールドの製造方法。
【請求項２】
前記マスクパターンの開口パターンは円形の開口部を有し、該開口部の円形目標直径Ｄ（単位：ｎｍ）と、使用するレーザの波長λ（単位：ｎｍ）と、円形に近似させたレーザ描画データとしての正Ｎ角形のＮ（Ｎは４以上の整数）、レーザが通過する媒質の屈折率ｎとの間に、下記の式（１）、式（２）の関係が成立するようにレーザの波長λと、レーザ描画データの正Ｎ角形のＮを設定することを特徴とする請求項１に記載の光学素子製造用ナノインプリントモールドの製造方法。
９０ ≦ Ｄ ≦ １０００ … 式（１）
λ／ｎ ＜ Ｄ ＜ λＮ／（２ｎ） … 式（２）
【請求項３】
円形に近似させた描画データとしての正Ｎ角形の軌道の最大対角線長さをＬmax（単位：ｎｍ）、正Ｎ角形の中心から軌道の１辺への垂線長さをＬmin（単位：ｎｍ）、円形目標直径Ｄ（単位：ｎｍ）、レーザのスポット形状の直径ｄ（単位：ｎｍ）との間に下記の式（３）、式（４）の関係が成立するようにレーザスポット形状の直径ｄ、正Ｎ角形の最大対角線長さＬmax、垂線長さＬminを設定することを特徴とする請求項２に記載の光学素子製造用ナノインプリントモールドの製造方法。
ｄ ≧ ２Ｌmin … 式（３）
ｄ＋２Ｌmin ＜ Ｄ ＜ ｄ＋Ｌmax … 式（４）
【請求項４】
前記レーザ描画データの正Ｎ角形において、Ｎは６から８の範囲であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の光学素子製造用ナノインプリントモールドの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１３１４５３（Ｐ２０１１−１３１４５３Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９１９１５（Ｐ２００９−２９１９１５）
【出願日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
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