JP2003291159A

JP2003291159A - 樹脂硬化方法及び樹脂成型品等の製造方法、並びにそれらに用いる器具及び得られる製品

Info

Publication number: JP2003291159A
Application number: JP2002097054A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Narita; 博和成田
Original assignee: Ricoh Optical Industries Co Ltd
Current assignee: Ricoh Optical Industries Co Ltd
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2003-10-14

Abstract

(57)【要約】【課題】樹脂収縮しろ設定を不要にして微細形状を精
密に転写できるようにする。【解決手段】型には転写される形状の成型品形成部分
の他に、樹脂の硬化過程で収縮分の樹脂を供給すること
を目的とした樹脂溜まり部と、樹脂溜まり部から樹脂を
供給する供給溝を形成しておく。型にＵＶ硬化型樹脂を
塗布し、型と転写基板を、ＵＶ硬化型樹脂を介して面合
わせし加圧した状態で、マスクを介してＵＶ光を照射す
るとともに、露光領域を移動させる。樹脂は硬化しなが
ら収縮して硬化樹脂となるが、未硬化部から収縮体積分
が供給され、あたかも樹脂が収縮していないような樹脂
硬化が行なわれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は型を用いてＵＶ（紫
外線）硬化型樹脂などの光硬化性樹脂を硬化させる樹脂
転写方法などに用いるのに適する硬化方法、そのような
樹脂成型品及びさらにその樹脂成型品の形状をドライエ
ッチングによって形状転写した加工品、並びにそれらの
方法や製造方法で使用する器具に関するものである。本
発明の硬化方法や製造方法は微細な３次元構造を成型し
たり加工するのに適する。

【０００２】

【従来の技術】金型形状を別の材料に転写して製品を製
造する成型方法は、種々の分野で行なれており、ＵＶ硬
化型樹脂などの光硬化性樹脂を金型に充填又は塗布し、
硬化させて金型形状をその光硬化性樹脂に転写する。そ
のような成型方法は、光学部品においては、例えばハイ
ブリッドレンズ（ガラスレンズのレンズ表面に樹脂レン
ズを一体成型することにより多機能化が図られたレン
ズ）を製作する際に、球面加工したレンズを一面にもち
他面が平坦面となったガラス材料の平坦面と非球面加工
した金型の凹部との間に光硬化性樹脂を挟んだ状態で、
ガラス材料のレンズ側から均一な光を大面積で照射する
ことにより光硬化性樹脂を硬化させる方法で実施されて
いる。

【０００３】一般に、光硬化性樹脂の露光硬化方法とし
て以下に示す（イ）から（ハ）の３つの方法が提案さ
れ、幾らかは行われている。（イ）狭範囲露光が可能な光源を使用する方法。この方法では主に光ファイバ式照射が行われる。光ファ
イバ端から拡散光を直接照射したり、先端にレンズを配
置して平行光や集光光として照射する。この方法は、安
価なうえ、光ファイバの可撓性のよさを活かして自由度
の高い照射が可能であるが、照射範囲が狭いため、照射
範囲の狭さを補う目的で露光領域を移動させる。

【０００４】（ロ）硬化対象物を相対的に動かす方法。ベルトコンベア上に紫外線光源が配置され、ベルトコン
ベアに載せられた硬化対象物が照射範囲を通過すること
によって光源の照射範囲よりも広い露光領域を確保する
インライン型照射器に代表される照射方式である。

【０００５】（ハ）広範囲露光が可能な光源を使用する
方法。上記の（イ）又は（ロ）の方法を使用せずに、大面積を
均一な照射で露光する方式であり、露光領域を移動させ
る必要はない。ただし、光源が非常に高価なものとな
る。一方、光学部品のような微細な金型形状の樹脂転写
が要求される分野における露光工程では、大面積の均一
照射のみが行われている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ＵＶ硬化型樹脂などの
光硬化性樹脂は硬化時に３〜１０％程度体積収縮する。
これが接着強度の低下や型形状転写性低下の原因となる
ため、必要に応じて低照度照射による硬化方法や、収縮
しろ（収縮分を見込んで型の大きさを設計値よりも大き
くした部分）を設けた方法によって対策がなされてい
る。樹脂メーカーにおいては低収縮率樹脂の開発、製品
化も実現しているが、低収縮率樹脂では液体時の粘度や
硬化後の屈折率、接着強度、離型性などに代表される樹
脂特性選択の自由度が大きく制限されることになる。

【０００７】ＵＶ硬化型樹脂、特にアクリル系樹脂にお
いては、その硬化はＵＶ照射によって開始剤が反応して
ラジカルが生成し、それによって三次元的な光重合が進
行することによって行われる。光重合の進行に伴って樹
脂が液体から固体へ急速に変化し、同時に三次元的収縮
を引き起こす。この反応はＵＶ光が照射されていない部
分へはほとんど伝播しない特徴も併せ持つ。

【０００８】微細形状の転写においても、「転写パター
ンの高さ」＋「樹脂収縮緩和用収縮しろの厚さを設ける
こと」によって微細形状部の樹脂収縮を吸収させてい
た。その結果、以下の問題点があった。（イ）収縮しろ部分の厚さ制御が困難であり、微細パタ
ーン全域の平坦度確保が困難であった。（ロ）樹脂転写後、エッチングによる母材への形状転写
を実施する際、収縮しろの存在が形状転写性を低下させ
ていた。すなわち、ＵＶ硬化型樹脂を硬化させたとき、
樹脂形状が微細形状を表面形状としてもつ物体となるよ
うな型形状とすることによって、物体に相当する部分を
収縮させて微細形状部分の収縮を防ぐことができる。こ
の場合、この物体に相当する部分が収縮しろに該当す
る。エッチングによる母材への形状転写を考えたとき、
転写される微細樹脂形状が母材表面に直接形成されてい
ることが望ましいが、収縮しろがある場合、母材上に樹
脂層があり、その樹脂層上に樹脂微細形状が存在するこ
とになる。これをエッチングすると母材上の樹脂層をエ
ッチングしている間に微細形状自体もエッチングされる
ため、形状精度低下の原因となっている。

【０００９】そこで、本発明は上記従来例の問題点を解
決すべく、樹脂収縮しろ設定を不要にして微細形状を精
密に転写できるようにすることを目的とするものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の樹脂硬化方法
は、塗布された光硬化性樹脂を露光して硬化させる方法
において、光硬化性樹脂を露光する領域が光硬化性樹脂
の硬化予定面積に比べて微小な面積となるように、露光
用の照射光をマスクにより制限し、その露光領域を光硬
化性樹脂に対して相対的に移動させて光硬化性樹脂の硬
化予定面積を１回走査する露光工程を含んでいることを
特徴とする。

【００１１】また、本発明の樹脂成型品の製造方法は、
型に光硬化性樹脂を充填し、光硬化性樹脂を露光し硬化
させて転写した後、硬化した光硬化性樹脂を型から離脱
させる方法において、光硬化性樹脂を型の成型品形成部
分に封入するとともに、型には成型品形成部分に外部か
ら未硬化状態の光硬化性樹脂が供給される供給溝を設け
ておき、上に記載の本発明の樹脂硬化方法により光硬化
性樹脂を硬化させることを特徴とする。

【００１２】本発明の原理を、樹脂成型を例にして説明
する。本発明は光硬化性樹脂の一般的特性である下記
（１）〜（３）に着目し、樹脂の収縮率に左右されない
硬化方法を提案したものであり、樹脂収縮による性能低
下を軽減又はなくすことを実現したものである。（１）急速な硬化速度（２）三次元的収縮（３）反応の非伝播性

【００１３】まず、図８に示されるように、内面が球体
の透明な密閉容器１０１にＵＶ硬化型樹脂１０２を充填
し、充填された樹脂１０２に対して無重力状態で全方位
均一なＵＶ光を照射できたと仮定する。図８で、左側の
図は正面図、右側の図は斜視図である。ＵＶ光照射によ
り硬化が球体全体において同時に進行するため、樹脂と
容器内壁の結合強度に応じて、図９の左側の図に示され
るように容器内面の球形状に対して収縮分だけ小さな球
体１０３の固体となるか、右側の図に示されるように外
寸は容器内面の球直径と等しいが内外部に無数の真空気
泡が発生した球体１０４の固体となるか、又はそれらの
中間に相当する状態で固体となる。これが従来の硬化方
式に相当し、接着強度の低下や型形状転写性の低下を意
味する。

【００１４】次に、ＵＶ硬化型樹脂１０２が未硬化の状
態において、図１０に示されるように、球を無数の層の
集合体１０５と仮定し、最下層１０６から順番にＵＶ光
を照射するモデルを考える。まず最下層１０６にスリッ
ト１０９を通してＵＶ照射をすると、その層１０６では
硬化と収縮が同時に開始して、図１１（ａ）のように収
縮した硬化樹脂１１０となる。樹脂層１０６は充分に薄
く、直上には未硬化層１０７が存在するため、収縮体積
分の未硬化樹脂は樹脂層１０７から補充されて硬化し、
図１１（ｂ）に示されるように樹脂層１０６と同形状の
硬化樹脂層１１１が形成される。（但し、この硬化→収
縮→補充→硬化のプロセスは同時に起こるため、実際に
は１１０形状の状態は存在しない。）

【００１５】また、この時点で樹脂層１０７が樹脂層１
１１に対して補充した分の樹脂はさらに上層から樹脂層
１０７に補充されている。次に、スリット１０９を動か
してその上の層１０７を硬化させると、層１０６の硬化
と同プロセスによるあたかも収縮していない硬化層が形
成される。

【００１６】これを繰り返すことによって、密閉容器内
面と形状が等しい球体が下層から順次形成されていく。
しかし、最上層１０８付近では未硬化樹脂の供給量不足
が発生し、樹脂層１０８においては供給層が存在しない
ため、樹脂収縮はここに集中し、図１２に示されるよう
に、ヒケ１１２が発生する。各層の厚さを有限厚さと仮
定したとき、スリット１０９の移動は断続動作となる
が、無限小厚さと仮定した場合は連続動作となる。

【００１７】そこで、図１３のように、密閉容器１０１
上部に穴１１３を開け、そこから未硬化樹脂が常に充填
される状態にした場合、未硬化樹脂の供給不足は発生せ
ず、球体は最上層まで正確に転写されることとなる。こ
れが本発明である。これによって、任意の３次元形状の
正確な転写が実現し、同時に接着時の接着強度向上や残
留応力低減、精密位置決め接着も可能となる。

【００１８】本発明の樹脂成型品製造方法では、目的と
する形状が施された型を製作し、この型と樹脂転写のベ
ースとなる母材（基板）の間に、光硬化性樹脂として例
えばＵＶ硬化型樹脂を挟む。このとき、硬化後、ＵＶ樹
脂が型から容易に剥離するような表面処理を施しておく
のが好ましい。

【００１９】次に、型と母材の間にＵＶ硬化型樹脂を封
止する。そのために、型又は母材にＵＶ硬化型樹脂を塗
布し、型と母材を密着させる。樹脂を塗布した側を上に
して密着させると泡の混入を防ぐことができる。必要樹
脂量全量を一方に塗布したとき、密着させる前に樹脂が
塗布面から滴下する場合には型と母材の両側に塗布する
ことによって対応することができる。

【００２０】続いて、型と母材を別途用意した加圧装置
で加圧することによって密着性を高め、転写パターン全
体の平坦度を確保する。ここまでが準備の段階である。
型と母材の間に封止されたＵＶ硬化型樹脂を微小範囲の
露光と露光領域移動により硬化させ、ヒケのない精密な
形状樹脂転写を実現する。硬化した樹脂は型と母材を剥
離した際に母材側に形状転写される。

【００２１】本発明は、そのようにして成型された樹脂
成型品も含んでおり、その樹脂成型品は型の成型品形成
部分の凹部と同一形状の凸部を有することを特徴とす
る。本発明は、さらに、上記の方法により製造された樹
脂成型品をドライエッチング工程によって基板に形状転
写する加工品の製造方法、及び得られる加工品も含んで
いる。

【００２２】本発明は、さらに、上記の方法や製造方法
で照射光を制限するために使用される露光用マスクも含
んでおり、そのマスクは光硬化性樹脂を露光する領域以
外を遮光するように遮光部を設けたこと特徴とする。

【００２３】本発明は、さらに、上記の樹脂成型品製造
方法で使用する金型も含んでおり、その金型は成型品形
成部分用の凹部と、成型品形成部分に外部から未硬化状
態の光硬化性樹脂を供給する供給溝とを備えたことを特
徴とする。

【００２４】本発明によれば、収縮しろの設定が不要に
なることによって微細な３次元形状であっても型から高
精度に転写することができ、安価に大量に生産すること
が可能になる。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明の樹脂硬化方法では、露光
領域の移動に伴って光硬化性樹脂が順次硬化していくと
ともに、未硬化領域から硬化領域に未硬化状態の光硬化
性樹脂が供給されていくように露光領域の相対的な移動
速度、方向及び露光領域面積を制御する。

【００２６】光硬化性樹脂を露光する照射光は平行光又
は集光光であることが好ましい。平行光を用いた場合、
マスクと硬化対象樹脂の距離が変化しても露光範囲が変
化せず、露光範囲の制御が容易になる。集光光を用いた
場合は、マスク開口よりも狭範囲の露光が可能となり、
より精密又は緻密な露光範囲制御ができる。それに対
し、拡散光又は発散光の場合は、マスクと硬化対象樹脂
の距離によって露光範囲が変化し、露光範囲の制御性に
劣る。ただし、マスクと硬化対象樹脂の距離を十分に近
づけることができる場合は使用することができる。

【００２７】本発明の露光工程では、照射光の波長を時
間により変化させることが好ましい。光硬化性樹脂硬化
の初期においては、弱い光で、かつ波長の長い（すなわ
ち、エネルギーが低い）光の光源、例えば水銀ランプを
使用することにより、未硬化樹脂が充填されながらの高
精度な樹脂転写が可能となる。続いて、光硬化性樹脂の
完全硬化時には、強い光で、かつ波長の短い（すなわ
ち、エネルギーが低い）光の光源、例えばメタルハライ
ドランプを使用することにより、光硬化性樹脂の完全硬
化を短時間で実施することができ、さらに後工程におけ
る耐プラズマ性が向上する。

【００２８】また、光硬化性樹脂に含まれる反応開始剤
の種類によっては、初めから２波長に感度を有するもの
や、２種類の反応開始剤を含んでいるものも存在する。
これらの光硬化性樹脂には照射光の波長を時間により変
化させることが有効である。

【００２９】なお、光硬化性樹脂に含まれる反応開始剤
の特性（ＵＶ感度や熱反応性など）に応じて照射光波長
帯を適合させることと、単位時間当たりの照射エネルギ
ーを変化させることは重要である。さらに、光硬化性樹
脂の特性によっては、熱による後硬化の実施、光による
後硬化の実施が重要であることはいうまでもない。

【００３０】具体的な例を挙げると、金型に転写材料と
して光硬化性樹脂であるＵＶ硬化型接着剤（協立化学産
業（株）製のワールドロックＮｏ．８７４０）を塗布
し、その上から石英ガラス基板で封止する。そして、石
英ガラス基板を通して水銀ランプで２０Ｗで１２０秒照
射し、その後メタルハライドランプで１００Ｗで１２０
秒照射して金型内のＵＶ硬化型接着剤を硬化させた。こ
れにより、ヒケを生じることなく硬化させることがで
き、金型形状の転写性が向上し光学素子を高精度に製作
できた。

【００３１】光硬化性樹脂の硬化予定面積にわたって露
光領域を相対的に移動させて１回走査する露光工程の
後、マスクを介さずに光硬化性樹脂全体に再度光照射を
行って光硬化性樹脂の未硬化部分を硬化させる工程を備
えていることが好ましい。この露光により硬化する部分
では未硬化樹脂の供給は行われないので、収縮が伴い、
型からの剥離が容易になる。

【００３２】露光領域を移動させるための光照射に用い
るマスクはスリット状開口又は光透過率分布をもったも
のも好ましい。低照度照射によってＵＶ硬化樹脂収縮分
の未硬化樹脂が供給されながらの硬化が可能となるが、
硬化速度が遅く、かつ収縮が収まるまで照射エネルギー
を照射するための所要時間が長くなる。逆に、高照度照
射では急激な硬化により未硬化樹脂の供給が追いつかず
ヒケの発生を引き起こす。これらの問題を解決する１つ
の方法として、光透過率分布をもったマスクを使用し、
透過率の低い部分の後から徐々に透過率の高い部分が通
過するように露光することにより、ヒケがなく、かつ完
全硬化に近い樹脂硬化が可能になる。具体的な例を挙げ
ると、石英ガラス基板上にクロム膜を形成し、そのクロ
ム膜をパターン化して作成したマスクにおいて、露光領
域の走査方向と同じ方向に開口率が２０％から１００％
まで変化する微細なグラデーションパターンをもつマス
クを作成した。このマスクを用いて露光することによ
り、形状転写性に優れたＵＶ樹脂硬化が達成できた。

【００３３】光硬化性樹脂の硬化速度は樹脂層の厚さに
依存する。そこで、光硬化性樹脂に対する露光領域の相
対的移動速度は、硬化させようとする光硬化性樹脂の厚
さに応じて変化させることが好ましい。

【００３４】本発明により得られた樹脂成型品をドライ
エッチング工程によって基板に形状転写する際、そのド
ライエッチング工程は、経時的に選択比を変化させるこ
と及び／又はエッチングを途中で中止することによっ
て、樹脂成型品の形状とは異なる形状を転写することが
できる。この方法は、形成された微細形状に対して上面
を平面（光学研磨面）にしたい場合などに有効である。
例えば、予め光学研磨面に仕上げた母材に対して凹球面
形状の型から凸球面の樹脂形状を転写し、さらにドライ
エッチングで母材への形状転写をする際、樹脂形状を完
全に転写する前にエッチングを止め、残留樹脂を除去す
ると凸球面レンズの先端を光学平面研磨したものに相当
する形状が形成され、表面の平面度や平面と球面の稜線
に関して極めて良好な形状を得ることができる。

【００３５】以下、本発明の露光方法を用いた具体的な
実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。概略フロー
図を図１に示す。ここでは、型によって転写基板上に樹
脂成型品を作成し、樹脂成型品を転写基板に転写するこ
とによって加工品を作成する方法を説明する。

【００３６】まず、図２に示す型を製作する。型には転
写される形状の成型品形成部分２１の他に、樹脂の硬化
過程で収縮分の樹脂を供給することを目的とした樹脂溜
まり部２３と、樹脂溜まり部２３から樹脂を供給する供
給溝２２が形成されている。この例では５個の成型品形
成部分２１が一列に配列され、そのような列が４列配置
されている。各列では成型品形成部分２１間が供給溝２
２で連結されている。成型品形成部分２１の各列におい
ては、樹脂の硬化過程での収縮分の樹脂は、樹脂溜まり
部２３から端部の供給溝２２を経て供給され、成型品形
成部分２１自体も先に硬化を始めた成型品形成部分２１
への樹脂供給部の役割を果たし、供給溝２２とともに、
硬化による収縮分の光硬化性樹脂を供給していく。

【００３７】型には離型処理、形状転写用基板には接着
強度向上のプライマー処理を施すのが好ましい。使用す
るＵＶ硬化型樹脂に離型剤を配合することによって型の
離型処理は省略することもできる。

【００３８】まず、型３１にＵＶ硬化型樹脂を塗布し、
図３に示されるように、型３１と転写基板３２を、ＵＶ
硬化型樹脂３３を介して面合わせし、加圧する。このと
き、図４に示されるように、型３１の非パターン部（平
面部）と転写基板３２が密着するまで加圧することによ
って、転写形状の平坦度を確保することができる。密着
しているか否かは、型３１と転写基板３２との間の距離
寸法測定、又は型３１と転写基板３２間に発生する干渉
縞の観察によって判断することができる。

【００３９】次にＵＶ露光による樹脂硬化を実施する。
露光領域移動機構を有するＵＶ露光装置の例を図５に示
す。均一な照度分布を持つ平行光の照射が可能なＵＶ光
源５１、濃度分布又は開口部をもつマスク５２、マスク
固定部５３、マスク５２に対して相対的に水平移動する
ことが可能なステージ５４とステージ駆動部５５から構
成される。マスク固定部５３はマスク５２とワークとの
ギャップを調整することのできる微動機構５６を有して
いる。

【００４０】このような構成からなるＵＶ露光装置に対
し、面合わせされた型３１と転写基板３２をワークとし
てステージ５４に固定する。露光時、転写基板３２に対
しマスク５２はコンタクト（接触）状態で、又は微小ギ
ャップをもって配置されるため、面合わせされた型３１
と基板３２は図６に示されるように吸着等により裏面側
からステージ５４に固定する。

【００４１】ＵＶ照射開始と同時に型３１と転写基板３
２が固定されたステージ５４の移動を開始する。図７
（Ａ）で、７５は面合わせされて接合した状態の型３１
と転写基板３２を表わしており、マスク５２の開口部４
１はスリット状に形成されており、ステージ５４の移動
方向はその開口部４１のスリットの長手方向と直交する
方向に設定されている。このとき、マスク開口部７１を
透過したＵＶ光７２によってＵＶ硬化型樹脂３３は硬化
を始める。樹脂３３は硬化しながら収縮して硬化樹脂７
４となるが、未硬化部７３から収縮体積分が供給され
る。

【００４２】また、マスク５２とステージ５３は相対的
に移動しているために未硬化樹脂７３は硬化収縮部への
樹脂供給の過程を経ながら、図７（Ｂ）に示されている
ように、順次硬化樹脂７４の状態となる。

【００４３】これによって、あたかも樹脂が収縮してい
ないような樹脂硬化が可能となる。最終的には樹脂の収
縮分はあらかじめ型に設けてある樹脂溜まり部２３から
供給されたことになる。

【００４４】所定の範囲を、マスク５２を介して露光し
た後、マスク５２を取り外し、全体を一括露光すると未
硬化部が硬化する。全体が同時に硬化するため、上記の
ような樹脂供給が行われずに樹脂が収縮し、これによっ
て型と樹脂が離型しながら硬化するため、次工程での離
型工程が容易なものとなる。

【００４５】充分に露光し、樹脂全体を硬化した後、型
３１と転写基板３２を剥離すると、型に対して正確に形
状転写されて硬化したＵＶ硬化型樹脂成型品が転写基板
３２側に密着した状態で得られる。

【００４６】このＵＶ硬化型樹脂成型品のままで基板上
の樹脂レンズや微細形状部品とすることも可能である。
また、ドライエッチングによってそのＵＶ硬化型樹脂成
型品を転写基板母材へ形状転写して加工品とすることも
可能である。型は洗浄後繰返し使用することが可能であ
る。

【００４７】

【実施例】以下に、実施例をより具体的に述べる。図１
のフロー図に従って、説明する。（１）金型の製作超精密形状の創製方法として、無酸素銅金属材料の表面
に所望の微細凹凸形状を超精密切削加工機で製作する。
本実施例では、超精密切削装置で直径１.０ｍｍ、深さ
１６０μｍの凹形状をピッチ：１.５ｍｍで５行×５列
＝２５個製作した。

【００４８】勿論、金型は他の方法で製作しても構わな
い。例えば、ガラス基板上に感光性材料を塗付して、フ
ォトリソグラフィー工程を行い、所望の径を有する凸パ
ターンを形成し、この基板を１６０℃以上に加熱して凸
パターンを熱変形させた後、ドライエッチングによって
その形状をガラス基板に転写してもよい。同様のプロセ
スによって凹パターンを形成してもよい。

【００４９】あるいは、目的形状によってはＳｉ材料表
面（（１００）面）に感光性材料を塗付しフォトリソグ
ラフィー工程により所望の径の円形開口パターンのレジ
スト層を形成し、ＫＯＨ，Ｎ₂Ｈ₄，ＮＨ₂(CH₂)ＮＨ₂，
ＮＨ₄ＯＨなどのアルカリ性水溶液でウエットエッチン
グして逆ピラミッド形状を形成してもよい。

【００５０】（２）型表面の離型処理型表面の離型処理方法は、表面にフッ素化のためのプラ
ズマ処理を施しても良いし、フッ素系の表面剥離液を塗
付してもよい。本実施例では、上記（１）の金型凹形状
の製作以前に平面研削を施した無酸素銅表面にサンドブ
ラスト処理を施し、表面粗さ：Ｒａ＝０.０５μｍ（平
均表面粗さ）になるように粗し加工した。（勿論、基準
となるべき面を残す為に、必要な外周部に粗し処理を施
さない領域を残してある）

【００５１】（３）ＵＶ硬化型樹脂の塗付ＵＶ硬化型樹脂としてＵＶ硬化型接着剤ワールドロック
Ｎｏ．８７４０（協立化学産業（株）の製品）を定量塗
付装置（ディスペンサー）にて成型品形成部分である各
凹形状の直上に０.０２ｇづつ塗付する（塗布総量は、
０.５ｇ）。このＵＶ硬化型接着剤は、粘度が１０００
ｃｐなので重力によって金型上に広がっていく。

【００５２】（４）転写基板前処理本実施例では、転写基板としてガラス（コーニング７０
５９）を使用した。ＵＶ硬化型接着剤とガラス基板の密
着性を向上させる為にガラス基板表面を通常の方法によ
ってシランカップリング（シラノール処理）した。シラ
ンカップリング処理は、通常次のように実施する。市販
のカップリング処理剤を水に溶かし、表面処理した後、
加熱硬化させる。その後、有機溶剤で洗浄し、カップリ
ング処理剤を基板上に１分子層だけ残す。

【００５３】（５）面合わせ離型処理が施された上記の型３１上に上記のＵＶ硬化型
接着剤３３が塗布された状態で、シランカップリング処
理された上記の基板３２をゆっくりと乗せる。このと
き、接着剤表面に気泡を巻き込まないように面合せす
る。

【００５４】（６）加圧面合せ終了後に、別に準備した加圧装置にて金型及び基
板表面に平行になるように加圧する。この際、金型表面
と基板表面間に発生する干渉縞を観察しながら加圧す
る。接着剤層の厚さ（金型の平面部と基板表面との間に
ある接着剤層の厚さ）は、加圧装置の外周部に配置した
マイクロメータによって定量的に測定する。当然のこと
ではあるが、接着剤層の厚さや平行度は、所望の製品に
よって決定されるものである。必要に応じて加圧機での
加圧量を調整すると、上記接着剤層の厚さは１μｍ以下
に制御できた。

【００５５】（７）露光（仮硬化）図５に示すステージ５５上に、加圧されて接合した状態
の基板３２と型３１を設置し、予め別途用意してあるマ
スク５２を照射装置（図５）に設置する。以上で準備が
完了する。

【００５６】次いで、接着剤硬化に必要な照度から「マ
スクの移動速度」を計算によって求め、移動用モーター
の駆動装置に移動速度と移動範囲を入力する。勿論、
「照射装置のランプ強度」と「マスクの透過率」から照
射時間（照度×時間＝照射エネルギー）を計算して設定
する。

【００５７】本実施例では、光源としてメタルハライド
ランプを用い、照度３０ｍＷの平行光に調整し、ステー
ジ５５を０.０２ｍｍ／秒（＝１２ｍｍ／分）の移動速
度で移動させながら硬化させた。

【００５８】本実施例の場合は、基板のＯＦ面側（ＯＦ
面はオリフラ面のことで、基板（ウエハ）の外形基準と
なる外周部の切り欠きを示す。）（片側）から光照射を
初め、順次プログラムにしたがって、基板を移動させな
がら光照射する。反対側面まで照射した時点で、仮硬化
が終了する。

【００５９】この仮硬化では、ＵＶ硬化型樹脂は片側か
ら順次硬化させる。この硬化によって生じる樹脂の収縮
を補う為に、金型には図２に示されているように、マス
クの移動方向と平行方向に供給溝２２を設けている。こ
の溝２２に沿って未硬化の樹脂が流れ込み、結果的に型
の転写性が向上し、樹脂の密度（屈折率）の均一性が計
られる。

【００６０】本実施例で使用したマスクは、スリット状
（移動方向に対して垂直な方向で、中央に開口部（光の
透過する部分）を設けたもの）のマスクを使用した。ス
リット幅は０.２mmとした。スリットとマスクの移動速
度は、実験的に最適条件を設定している。また、光照度
は一定の条件で露光し、接着剤の厚さが厚い部分（成型
品形成部分の凹形状が深い）ではマスクの移動速度を遅
くして樹脂を仮硬化させている。これらの操作は、制御
装置（パーソナルコンピュータを使用した）で制御され
た環境下で実施している。

【００６１】（８）露光（全面一括露光）上記（７）で仮硬化させた樹脂に対し、全面に渡って露
光を行った。ここで上記（７）の工程では硬化しなかっ
た部分（光学素子面以外の部分：マスクで覆い隠されて
いた部分）が硬化する。このときの条件は、メタルハラ
イドランプの照度を１００ｍＷとした平行光で５分間照
射し、完全硬化を実施した。

【００６２】（９）離型上記の（８）までの工程で製作した金型と基板を取り出
した。次いで、金型と基板の間に専用治具を挟み込み剥
離した。このとき、基板側にはシランカップリング処理
を施してあること、また金型には平面部に表面粗し処理
による離型処理を施しているために、金型と樹脂の間で
容易に剥離した。表面の離型処理によって型離れ性が向
上している。これは、成型品形成部分である光学素子部
分は、上記（７）の方法で順次硬化されるが、他の部分
（マスクで覆い隠されていた部分）は全面一括露光時に
硬化しているので均一な硬化が実施されず、表面粗し部
分では硬化収縮によるひずみが発生し剥離しやすくなっ
ている為である。

【００６３】剥離後の形状は、直径１.０ｍｍ、深さ１
６０μｍの凸形状を高精度で製作できた。超精密切削装置での金型加工精度：設計値照合形状誤差
Ｆｉｇ・ＰＶ＝±０.１μｍ樹脂の形状精度：設計値照合形状誤差Ｆｉｇ・ＰＶ＝±
０.１μｍ

【００６４】ここで、設計値照合形状誤差Ｆｉｇ・ＰＶ
は次のように定義される誤差である。すなわち、設計値
の非球面式をＲ（曲率半径）のみ変化させて、ＲＭＳ
（二乗平均平方根値）が最小となる非球面をａとする。
非球面ａに対して、２次までの偶数次で近似し、ＲＭＳ
が最小となる非球面をｂとする。ａとｂの差をＦｉｇと
いう。Ｆｉｇの最大値と最小値の差がＦｉｇ・ＰＶであ
る。

【００６５】（１０）エッチング転写上記方法で樹脂成型により製作した光学素子（凸形状の
樹脂成型品がガラス基板表面に製作されている）をＲＩ
Ｅ（反応性イオンエッチング）ドライエッチング装置に
設置し、ＣＦ₄：３０ＳＣＣＭ、Ａｒ：５ＳＣＣＭ、Ｃ
ＨＦ₃：５ＳＣＣＭの条件下でドライエッチングした。
その結果、直径１.０ｍｍ、深さ１４０μｍの凸形状の
ガラス製マイクロレンズを製作できた。

【００６６】（１１）型洗浄上記工程で使用した金型は、再利用のために有機洗浄液
と超音波洗浄機を組み合わせた専用洗浄機で洗浄する。

【００６７】

【発明の効果】本発明の樹脂硬化方法及び樹脂成型品の
製造方法は、光硬化性樹脂を露光する領域が光硬化性樹
脂の硬化予定面積に比べて微小な面積となるように、照
射光による露光領域をマスクにより制限し、その露光領
域を光硬化性樹脂に対して相対的に移動させて光硬化性
樹脂の硬化予定面積を１回走査する露光工程を含んでい
るので、収縮しろの設定が不要になることによって微細
な３次元形状であっても型から高精度に転写することが
でき、安価に大量に生産することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を概略的に示すフローチャート図であ
る。

【図２】一実施例の型を示す図であり、（Ａ）は平面
図、（Ｂ）はそのＡ−Ａ線位置での断面図、（Ｃ）はそ
のＢ−Ｂ線位置での断面図、（Ｄ）はそのＣ−Ｃ線位置
での断面図、（Ｅ）はそのＤ−Ｄ線位置での断面図であ
る。

【図３】型にＵＶ硬化型樹脂を塗布しその上に転写基板
を重ねた状態を示す断面図である。

【図４】型にＵＶ硬化型樹脂を塗布しその上に転写基板
を重ね、加圧した状態を示す断面図である。

【図５】露光領域移動機構を有するＵＶ露光装置の例を
示す概略正面図である。

【図６】面合わせされた型と基板をステージに固定した
状態を示す断面図である。

【図７】ＵＶ照射によるＵＶ硬化型樹脂の硬化状態を示
す断面図であり、（Ａ）はＵＶ照射開始時の状態、
（Ｂ）は硬化が進んだ状態を示している。

【図８】内面が球体の透明な密閉容器にＵＶ硬化型樹脂
を充填した状態を示す図であり、左側の図は正面図、右
側の図は斜視図である。

【図９】図８の状態からＵＶ光照射によりＵＶ硬化型樹
脂を硬化させた状態を示す正面図であり、左側の図は容
器内面の球形状に対して収縮分だけ小さな球体の固体と
なった場合、右側の図は外寸は容器内面の球直径と等し
く内外部に無数の真空気泡が発生した場合を示してい
る。

【図１０】図８の状態で球を無数の層の集合体と仮定し
た場合を示す正面模式図である。

【図１１】図８の状態からのＵＶ硬化型樹脂の硬化を模
式的に示す部分断面図である。

【図１２】図８の状態からのＵＶ硬化型樹脂の硬化を完
了した状態を示す断面図である。

【図１３】図８の状態に未硬化樹脂が常に充填されるよ
うに密閉容器上部に穴を開けたものを示す図で、左側の
図は断面図、右側の図は斜視図である。

【符号の説明】

２１型の成型品形成部分２２樹脂供給溝２３樹脂溜まり部３１型３２転写基板３３ＵＶ硬化型樹脂５２マスク５４ステージ７１マスク開口部７２ＵＶ光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ２９Ｌ 11:00 Ｂ２９Ｌ 11:00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】塗布された光硬化性樹脂を露光して硬化
させる方法において、前記光硬化性樹脂を露光する領域が前記光硬化性樹脂の
硬化予定面積に比べて微小な面積となるように、露光用
の照射光を照射領域を制限するマスクにより制限し、その露光領域を前記光硬化性樹脂に対して相対的に移動
させて前記光硬化性樹脂の硬化予定面積を１回走査する
露光工程を含んでいることを特徴とする樹脂硬化方法。
【請求項２】前記光硬化性樹脂は紫外線硬化型樹脂で
あり、前記照射光は紫外領域の光を含んでいる請求項１
記載の樹脂硬化方法。
【請求項３】露光領域の移動に伴って前記光硬化性樹
脂が順次硬化していくとともに、未硬化領域から硬化領
域に未硬化状態の前記光硬化性樹脂が供給されていくよ
うに前記露光領域の相対的な移動速度、方向及び露光領
域面積を制御する請求項１又は２記載の樹脂硬化方法。
【請求項４】前記照射光は平行光又は集光光である請
求項１から３のいずれか記載の樹脂硬化方法。
【請求項５】前記照射光の波長を時間により変化させ
る請求項１から４のいずれか記載の樹脂硬化方法。
【請求項６】前記光硬化性樹脂の硬化予定面積にわた
って露光領域を相対的に移動させて１回走査する前記露
光工程の後、前記マスクを介さずに前記光硬化性樹脂全
体に再度光照射を行って前記光硬化性樹脂の未硬化部分
を硬化させる工程を備えている請求項１から５のいずれ
か記載の樹脂硬化方法。
【請求項７】前記マスクはスリット状開口又は光透過
率分布をもったものである請求項１から６のいずれか記
載の樹脂硬化方法。
【請求項８】前記光硬化性樹脂に対する露光領域の相
対的移動速度は、硬化させようとする前記光硬化性樹脂
の厚さに応じて変化させる請求項１から７のいずれか記
載の樹脂硬化方法。
【請求項９】型に光硬化性樹脂を充填し、前記光硬化
性樹脂を露光し硬化させて転写した後、硬化した前記光
硬化性樹脂を型から離脱させる樹脂成型品の製造方法に
おいて、前記光硬化性樹脂を前記型の成型品形成部分に封入する
とともに、前記型には成型品形成部分に外部から未硬化
状態の前記光硬化性樹脂が供給される供給溝を設けてお
き、前記請求項１から８のいずれか記載の樹脂硬化方法によ
り前記光硬化性樹脂を硬化させることを特徴とする樹脂
成型品の製造方法。
【請求項１０】前記型の表面に離型処理を施しておく
請求項９記載の樹脂成型品の製造方法。
【請求項１１】前記光硬化性樹脂は前記型と前記型の
凹部を被う基板とにより封入され、硬化後の前記光硬化
性樹脂成型品は前記基板と一体化されるものである請求
項９又は１０記載の樹脂成型品の製造方法。
【請求項１２】請求項１１記載の製造方法により製造
された樹脂成型品をドライエッチング工程によって前記
基板に形状転写することを特徴とする加工品の製造方
法。
【請求項１３】前記ドライエッチング工程は、経時的
に選択比を変化させること及び／又はエッチングを途中
で中止することによって、前記樹脂成型品の形状とは異
なる形状を前記基板に転写する請求項１２記載の加工品
の製造方法。
【請求項１４】請求項１から８のいずれか記載の樹脂
硬化方法で照射光を制限するために使用されるマスクで
あって、光硬化性樹脂を露光する領域以外を遮光するように遮光
部を設けたこと特徴とする露光用マスク。
【請求項１５】請求項９から１１のいずれか記載の樹
脂成型品製造方法で使用する金型であって、成型品形成部分用の凹部と、前記成型品形成部分に外部
から未硬化状態の光硬化性樹脂を供給する供給溝とを備
えたことを特徴とする金型。
【請求項１６】この金型の表面に離型処理として表面
粗さＲａが０.０５μｍ以上の表面粗し処理が施されて
いる請求項１５記載の金型。
【請求項１７】請求項９から１１のいずれか記載の樹
脂成型品製造方法で製造され、前記型の成型品形成部分
の凹部と同一形状の凸部を有することを特徴とする樹脂
成型品。
【請求項１８】請求項１２記載の製造方法により前記
基板に形状転写されたことを特徴とする加工品。