WO2016013452A1 - 原盤の製造方法、転写物、およびレプリカ原盤 - Google Patents

原盤の製造方法、転写物、およびレプリカ原盤 Download PDF

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thin film
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resist layer
layer
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穣 村本
正尚 菊池
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    • C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
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    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70008—Production of exposure light, i.e. light sources
    • G03F7/70025—Production of exposure light, i.e. light sources by lasers

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a master, a transcript, and a replica master.
  • Patent Document 1 discloses a technique for forming an uneven structure (so-called moth-eye structure) having an uneven period of a wavelength or less belonging to the visible light band on the outer peripheral surface of a cylindrical master by lithography using laser light. Has been. Patent Document 1 discloses a technique for transferring a moth-eye structure formed on an outer peripheral surface of a cylindrical master to a resin sheet using a nanoimprint technique.
  • Patent Document 1 has a problem that it is not possible to arbitrarily control the timing of laser light irradiation to the master. Therefore, in the master production method disclosed in Patent Document 1, only a simple pattern of uneven structure having periodicity can be formed on the master, and an uneven structure of any shape cannot be formed on the master. It was.
  • an object of the present invention is to produce a new and improved master disk capable of forming a concavo-convex structure of any shape on the master disk. It is an object of the present invention to provide a method, a master transcript produced by the production method, a replica master obtained by further transferring the transcript, and a replica master copy.
  • a step of forming a thin film layer on the outer peripheral surface of a cylindrical or columnar substrate and an input image on which the object is drawn Generating a corresponding control signal; irradiating the thin film layer with laser light based on the control signal; forming a thin film pattern corresponding to the object on the thin film layer; and forming the thin film pattern Forming a pattern corresponding to the object on the outer peripheral surface of the base material using the thin film layer as a mask.
  • the input image is divided into a plurality of small areas, and whether to irradiate the laser light to the small areas is determined based on whether each of the small areas includes the object, and the determination result
  • the control signal may be generated based on the above.
  • the size of the small area may be smaller than the size of the spot of the laser beam.
  • the step of forming the thin film pattern on the thin film layer may irradiate the substrate with the laser light while rotating the substrate about the central axis of the substrate.
  • the control signal may be generated so as to be synchronized with a signal for controlling the rotation of the base material.
  • the laser light source may be a semiconductor laser, and the thin film pattern may be formed on the thin film layer by thermal lithography.
  • the thin film layer includes an intermediate layer formed on the outer peripheral surface and a resist layer formed on the intermediate layer, and the step of forming the thin film pattern on the thin film layer develops the resist layer.
  • the step of forming the thin film pattern on the resist layer and the step of etching the intermediate layer using the resist layer as a mask may be included.
  • the etching rate of the intermediate layer may be faster than the etching rate of the resist layer, and the etching rate of the intermediate layer may be slower than the etching rate of the base material.
  • the thermal conductivity of the intermediate layer may be 200 W / (m ⁇ K) or less.
  • the difference between the reflectance of the laser beam with respect to the resist layer directly formed on the substrate and the reflectance of the laser beam with respect to the resist layer formed on the substrate via the intermediate layer is: It may be 5% or less.
  • the resist layer may include a metal oxide.
  • the intermediate layer may include diamond-like carbon.
  • a transfer product on which the pattern of the master manufactured by the above manufacturing method is transferred.
  • a replica master on which the pattern of the transferred material is transferred.
  • a transcript on which the pattern of the replica master is transferred is transferred.
  • the present invention it is possible to arbitrarily control the timing of irradiation of the laser beam that is applied to the master in order to form a pattern.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a pattern formed on a master according to Comparative Example 1.
  • FIG. It is sectional drawing which showed typically the cross section at the time of cut
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a master disc manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment.
  • the master 1 manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment includes a base material 11 having an uneven structure 13 formed on the outer peripheral surface.
  • the base material 11 is, for example, a cylindrical member.
  • the shape of the base material 11 may be a hollow cylindrical shape having a cavity inside as shown in FIG. 1, or may be a solid columnar shape having no cavity inside.
  • the material of the substrate 11 is not particularly limited, quartz glass, such as fused quartz glass or synthetic quartz glass (SiO 2), or may be a metal such as stainless steel.
  • size of the base material 11 is not specifically limited, For example, the length of an axial direction may be 100 mm or more, an outer diameter may be 50 mm or more and 300 mm or less, and thickness is 2 mm or more. It may be 50 mm or less.
  • the concavo-convex structure 13 is formed in an arbitrary shape on the outer peripheral surface of the base material 11.
  • the shape of the concavo-convex structure 13 may be a figure including a curve such as a circle or an ellipse, a polygon such as a triangle or a rectangle, a straight line or a curve, or a character.
  • the shape of the concavo-convex structure 13 means the shape of a figure drawn on the projection plane by the concavo-convex structure 13 when the concavo-convex structure 13 is projected onto a plane parallel to the central axis of the substrate 11. That is, the shape of the uneven structure 13 means the shape of the uneven structure 13 in plan view.
  • the uneven structure 13 on the outer peripheral surface of the substrate 11 can be formed in an arbitrary shape.
  • the details of the manufacturing method of the master 1 according to the present embodiment will be described in ⁇ 2. This will be described later in “Method for Producing Master Disc According to this Embodiment”.
  • the master 1 is used for a roll-to-roll type nanoimprint transfer apparatus, and is a master for producing a transfer product on which the concavo-convex structure 13 is transferred.
  • the master 1 can produce a transfer product in which the concavo-convex structure 13 formed on the outer peripheral surface is transferred by the transfer device 6 shown in FIG.
  • FIG. 2 is an explanatory view for explaining a transfer device that manufactures a transfer product using a master manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment.
  • the transfer device 6 includes a master 1, a base material supply roll 51, a winding roll 52, guide rolls 53 and 54, a nip roll 55, a peeling roll 56, a coating apparatus 57, A light source 58.
  • the substrate supply roll 51 is a roll in which a sheet-shaped transfer object 61 is wound in a roll shape, and the take-up roll 52 winds the transfer object 61 in which a resin layer 62 to which the concavo-convex structure 13 is transferred is laminated. It is a roll to take. Further, the guide rolls 53 and 54 are rolls that convey the transfer object 61.
  • the nip roll 55 is a roll for bringing the transfer object 61 on which the resin layer 62 is laminated into close contact with the cylindrical master 1, and the peeling roll 56 is a resin layer after the concavo-convex structure 13 is transferred to the resin layer 62. This is a roll for peeling the transfer object 61 on which the 62 is laminated from the master 1.
  • the coating device 57 includes coating means such as a coater, and applies a photocurable resin composition to the transfer object 61 to form a resin layer 62.
  • the coating device 57 may be, for example, a gravure coater, a wire bar coater, or a die coater.
  • the light source 58 is a light source that emits light having a wavelength capable of curing the photocurable resin composition, and may be, for example, an ultraviolet lamp.
  • the photo-curable resin composition is a resin that is hardened due to a decrease in fluidity when irradiated with light having a predetermined wavelength.
  • the photocurable resin composition may be an ultraviolet curable resin such as an acrylic resin acrylate.
  • the photocurable resin composition may contain an initiator, a filler, a functional additive, a solvent, an inorganic material, a pigment, an antistatic agent, a sensitizing dye, or the like, if necessary.
  • the transfer object 61 is continuously sent from the base material supply roll 51 through the guide roll 53.
  • the photocuring resin composition is applied to the transferred transfer object 61 by the applying device 57, and the resin layer 62 is laminated on the transfer object 61.
  • the transfer object 61 on which the resin layer 62 is laminated is brought into close contact with the master 1 by the nip roll 55.
  • the concavo-convex structure 13 formed on the outer peripheral surface of the master 1 is transferred to the resin layer 62.
  • the resin layer 62 is cured by light irradiation from the light source 58.
  • the transfer object 61 on which the cured resin layer 62 is laminated is peeled off from the master 1 by the peeling roll 56 and taken up by the winding roll 52 via the guide roll 54.
  • Such a transfer device 6 can continuously produce a transfer product onto which the concavo-convex structure 13 formed on the master 1 is transferred.
  • a replica master by further transferring the transferred product on which the concavo-convex structure 13 formed on the master 1 is transferred.
  • the replica master has the concave and convex positions (so-called pattern tone) of the concavo-convex structure 13 with respect to the master 1 and can be used as a replica master of the master 1.
  • a transfer product in which the concavo-convex structure 13 is formed on the surface that is, a transfer product in which the concavo-convex structure 13 is transferred three times from the master 1 by further transferring the replica master.
  • the master 1 manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment has an outer peripheral surface on which the concavo-convex structure 13 having an arbitrary shape is formed, and a transfer product on which the concavo-convex structure 13 is transferred. Can be produced continuously.
  • a resist layer 15 (thin film layer) is formed on the outer peripheral surface of the substrate 11.
  • a control signal corresponding to the object is generated based on the input image on which the object is drawn.
  • the resist layer 15 is irradiated with laser light based on the control signal, whereby a resist pattern corresponding to the object is formed on the resist layer 15.
  • the concavo-convex structure 13 corresponding to the object is formed on the substrate 11 by using the resist layer 15 as a mask.
  • the “object” represents an arbitrary graphic or the like drawn on the input image.
  • the object may be, for example, a figure including a curve such as a circle or an ellipse, a polygon such as a triangle or a rectangle, a straight line or a curve, or a character.
  • FIGS. 3A to 3D are cross-sectional views illustrating each step of the first manufacturing method according to the present embodiment.
  • 3A to 3D schematically show cross-sectional shapes when the base material 11 is cut in the thickness direction.
  • a resist layer 15 is formed on a base material 11 such as quartz glass.
  • a resist layer 15 either an organic resist or an inorganic resist can be used.
  • the organic resist for example, a novolac resist or a chemically amplified resist can be used.
  • the inorganic resist for example, a metal oxide containing one or more transition metals such as tungsten or molybdenum can be used.
  • the resist layer 15 is preferably a thermal reaction resist containing a metal oxide in order to perform thermal lithography.
  • the resist layer 15 may be formed by using spin coating, slit coating, dip coating, spray coating, screen printing, or the like.
  • the resist layer 15 may be formed by using a sputtering method.
  • the resist layer 15 is exposed by an exposure device, and a latent image 15 ⁇ / b> A is formed on the resist layer 15.
  • the latent image 15A is formed on the resist layer 15 by irradiating the resist layer 15 with the laser beam 20 and modifying the portion of the resist layer 15 irradiated with the laser beam 20.
  • a control signal corresponding to the object is generated based on the input image on which the object is drawn, and irradiation of the laser beam 20 onto the base material 11 is controlled by the control signal.
  • the exposure apparatus can irradiate the position corresponding to the object on the resist layer 15 with the laser beam 20 and denature the resist layer 15 at the position corresponding to the object. Note that specific processing when the exposure apparatus generates a control signal based on the input image will be described later.
  • a developer is dropped onto the resist layer 15 on which the latent image 15A is formed, and the resist layer 15 is developed. Thereby, a resist pattern corresponding to the object is formed on the resist layer 15.
  • the resist layer 15 is a positive resist
  • the exposed portion exposed with the laser light 20 is removed by the development process because the dissolution rate with respect to the developer increases compared to the non-exposed portion.
  • a resist pattern from which the latent image 15 ⁇ / b> A has been removed is formed on the resist layer 15.
  • the exposed portion exposed with the laser beam 20 has a lower dissolution rate in the developer than the non-exposed portion, and therefore the unexposed portion is removed by the development process.
  • a resist pattern in which the latent image 15 ⁇ / b> A remains is formed on the resist layer 15.
  • the substrate 11 is etched using the resist layer 15 on which the resist pattern corresponding to the object is formed as a mask.
  • the concavo-convex structure 13 corresponding to the object is formed on the base material 11. That is, the planar view shape of the uneven structure 13 matches the shape of the object.
  • either dry etching or wet etching can be used for etching the substrate 11.
  • the material of the base material 11 is quartz glass (SiO 2 )
  • the base material 11 is etched by using dry etching using a fluorocarbon gas or wet etching using hydrofluoric acid or the like. can do.
  • FIG. 4 is an explanatory view for explaining the outline of the exposure apparatus used in the first manufacturing method according to the present embodiment.
  • the exposure apparatus 2 used in the first manufacturing method according to the present embodiment includes a laser light source 21 and a formatter 40.
  • the laser light source 21 is a light source that emits laser light 20, and is, for example, a solid-state laser or a semiconductor laser.
  • the wavelength of the laser light 20 emitted from the laser light source 21 is not particularly limited, but may be, for example, a blue light band wavelength of 400 nm to 500 nm.
  • the formatter 40 generates a control signal for irradiating the substrate 11 with the laser light 20 based on the input image on which the object is drawn. For example, the formatter 40 generates a control signal for irradiating only the position corresponding to the object on the resist layer 15 with the laser light 20, thereby causing the resist layer 15 on the substrate 11 to correspond to the latent object corresponding to the arbitrary object.
  • An image 15A may be formed.
  • the formatter 40 may control the irradiation of the laser beam 20 onto the base material 11 by controlling the light emission of the laser beam 20, and controls the irradiation position so that the laser beam 20 is not irradiated onto the base material 11. By doing so, you may control irradiation of the laser beam 20 to the base material 11.
  • the exposure apparatus 2 irradiates the resist layer 15 of the substrate 11 with laser light 20 to modify the resist layer 15 to form a latent image 15A. Specifically, the exposure apparatus 2 irradiates the cylindrical substrate 11 rotating at a constant speed with the central axis as a rotation axis while scanning the laser beam 20 in one direction (R direction) at a constant speed. Then, a latent image 15A is formed on the entire resist layer 15. That is, the exposure apparatus 2 exposes the resist layer 15 of the substrate 11 in a spiral shape.
  • the latent image 15 ⁇ / b> A corresponding to the object can be formed on the resist layer 15 by controlling the irradiation of the laser light 20 to the base material 11 based on the control signal generated by the formatter 40. it can.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a functional configuration of the formatter 40.
  • the formatter 40 includes an input image acquisition unit 401, a small region division unit 403, a signal generation unit 405, and a clock signal generation unit 407.
  • the input image acquisition unit 401 acquires an input image on which an object is drawn.
  • the input image on which the object is drawn is an image corresponding to a developed view in which the outer peripheral surface of the base material 11 is cut in the axial direction of the base material 11 and extended to one plane.
  • the shape of the object drawn in the input image may be any shape such as a figure including a curve such as a circle or an ellipse, a polygon such as a triangle or a rectangle, a straight line or a curve, or a character.
  • the small area dividing unit 403 divides the input image acquired by the input image acquiring unit 401 into small areas having a predetermined size, and determines whether or not an object is included in each of the small areas. Specifically, the small region dividing unit 403 divides the input image into a direction corresponding to the axial direction of the base material 11 and a direction corresponding to the circumferential direction of the base material 11 at predetermined intervals. Is divided into grid-like small regions. In addition, the space
  • the size of the divided small region is preferably smaller than the size of the spot of the laser beam 20.
  • the latent image 15 ⁇ / b> A formed by the irradiated laser beam 20 can be overlapped without a gap between adjacent small regions. That is, the exposure apparatus 2 can perform exposure so as to fill the position corresponding to the object by overlapping the spots of the laser light 20.
  • the diameter of the spot of the laser beam 20 is about 200 nm
  • the interval divided by the small region dividing unit 403 may be 100 nm
  • the divided small region is a square of 100 nm ⁇ 100 nm. May be.
  • the shape of the small region is not limited to the lattice shape, and may be an arbitrary shape.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the division of the input image by the small region dividing unit 403.
  • the x direction corresponds to the circumferential direction of the outer peripheral surface of the substrate 11
  • the y direction corresponds to the axial direction of the substrate 11.
  • the small region dividing unit 403 divides the input image 110 including the objects 130A, 130B, 130C, and 130D in the x direction at an interval Pc and divides the input image 110 in the y direction at an interval Pr. As a result, the input image 110 is divided into grid-like small regions.
  • the small area dividing unit 403 determines whether or not the objects 130A, 130B, 130C, and 130D are included in each small area. For example, the small area dividing unit 403 may determine that the small area 115A is a small area that does not include an object, and may determine the small areas 115B and 115C as small areas that include an object.
  • the small area dividing unit 403 may determine that an object is included in the lattice when the object is included in the lattice, and if the object is drawn in a region of a predetermined area or more in the lattice, It may be determined that an object is included in the lattice.
  • the small area dividing unit 403 only applies to the small area in the exposure area 111. It may be determined whether or not the objects 130A, 130B, 130C, and 130D are included.
  • the signal generation unit 405 generates a control signal for controlling the irradiation of the laser light 20. Specifically, the signal generation unit 405 determines whether to irradiate each grating with the laser beam 20 based on the determination of the small region dividing unit 403, and irradiates the laser beam 20 based on the determination result. The drawing data for controlling is generated. In addition, the signal generation unit 405 converts the drawing data into a control signal using the clock signal generated by the clock signal generation unit 407. The control signal generated by the signal generation unit 405 is transmitted to the driver 30 that controls the laser light 20, thereby controlling the irradiation of the laser light 20.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a method of converting drawing data into a control signal.
  • the signal generation unit 405 generates drawing data for controlling the irradiation of the laser light 20 for each row in the x direction. For example, the signal generation unit 405 selects the uppermost row of the input image 110 (or the exposure region 111), and moves from the leftmost lattice of this row toward the rightmost lattice (in the positive direction on the x axis). ) Refer to the determination result of each grid by the small area dividing unit 403 in order.
  • the drawing data is generated by assigning “0” to the lattice determined not to include the object by the small region dividing unit 403 and “1” to the lattice determined to include the object.
  • the signal generation unit 405 generates drawing data from the leftmost grid in the row toward the rightmost grid. Further, when the signal generation unit 405 generates the drawing data up to the rightmost grid of one row, the signal generation unit 405 moves to the next lower row. Then, the signal generation unit 405 generates the drawing data corresponding to the row by performing the same processing in the row. The signal generation unit 405 repeats the generation of the drawing data from the upper row toward the lower row (in the negative direction of the y direction), thereby drawing the drawing data in the entire exposure region 111 (for example, as shown in FIG. 7). Drawing data 403A) is generated.
  • the direction in which the signal generation unit 405 generates drawing data in each row in the x direction is set based on the rotation direction of the base material 11. Therefore, depending on the rotation direction of the base material 11, the signal generation unit 405 generates drawing data for each row in the x direction from the right end lattice toward the left end lattice (toward the negative direction on the x axis). May be.
  • the direction in which the signal generation unit 405 generates the drawing data in the y direction is set based on the scanning direction of the laser light 20 with respect to the substrate 11. Therefore, the signal generation unit 405 may generate drawing data from the lower row toward the upper row (toward the positive direction in the y direction) depending on the scanning direction of the laser light 20 with respect to the base material 11.
  • the signal generation unit 405 assigns “1” to the lattice determined not to include the object by the small region dividing unit 403 and “0” to the lattice determined to include the object. ” May be assigned to generate drawing data.
  • the signal generation unit 405 uses the clock signal 407A acquired from the clock signal generation unit 407 to convert the drawing data 403A generated above into a control signal 405A.
  • the drawing data 403A is drawing data in which “1” is assigned to the lattice that irradiates the laser light 20 and “0” is assigned to the lattice that is not irradiated with the laser light 20, and the clock signal 407A is the clock signal generation unit 407.
  • a rectangular wave signal having a predetermined frequency obtained from the above.
  • the signal generation unit 405 generates a “high” signal for a lattice assigned “1” in the drawing data 403A and a “low” signal for a lattice assigned “0”. Generate control signal 405A to be assigned. In addition, the signal generation unit 405 generates the control signal 405A so that the rising and falling timings of the control signal 405A coincide with either the rising or falling timing of the clock signal 407A.
  • control signal 405A is generated so that the rising and falling edges of the control signal 405A coincide with the rising edge of the clock signal 407A.
  • the clock signal generation unit 407 generates a clock signal that serves as a reference for a control signal that controls irradiation of the laser light 20. Specifically, the clock signal generation unit 407 acquires a rotation control signal for controlling the rotation from the spindle motor 35 that rotates the base material 11, and based on the rotation control signal, sets a predetermined frequency serving as a reference for the control signal. A clock signal is generated.
  • the rotational speed of the spindle motor 35 that rotates the base material 11 is not always constant and fluctuates even when a constant rotational speed is set. Therefore, when the rotation control signal for controlling the rotation of the spindle motor 35 and the control signal for controlling the irradiation of the laser beam 20 are not synchronized, one rotation of the spindle motor 35 and one rotation of the control signal coincide with each other. There is a possibility not to. In such a case, since the position irradiated with the laser beam 20 is shifted for each circumference, there is a possibility that the pattern corresponding to the object cannot be formed accurately.
  • the exposure apparatus 2 generates a clock signal from the rotation control signal for controlling the rotation of the spindle motor 35, and generates a control signal for controlling the irradiation of the laser light 20 based on the clock signal.
  • both control signals are synchronized.
  • the method of synchronizing the rotation control signal for controlling the rotation of the spindle motor 35 and the control signal for controlling the irradiation of the laser beam 20 is not limited to the above example.
  • the clock signal generation unit 407 may transmit a reference clock signal to the spindle motor 35 and the signal generation unit 405, respectively.
  • the spindle motor 35 generates a rotation control signal for controlling the rotation of the spindle motor 35 based on the clock signal
  • the signal generation unit 405 controls the irradiation of the laser light 20 based on the clock signal.
  • a control signal is generated.
  • the rotation control signal for controlling the rotation of the spindle motor 35 and the control signal for controlling the irradiation of the laser beam 20 can be synchronized.
  • the functional configuration of the formatter 40 that generates a control signal for controlling the irradiation of the laser beam 20 has been described above. According to such a formatter 40, a control signal corresponding to an arbitrary object can be generated.
  • the formatter 40 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like that are connected to each other via a bridge. Also good.
  • a CPU Central Processing Unit
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • the CPU functions as an arithmetic processing unit and a control unit, and controls the overall operation in the formatter 40 according to various programs.
  • the ROM stores programs and calculation parameters used by the CPU
  • the RAM temporarily stores programs used in the execution of the CPU, parameters that change as appropriate during the execution, and the like.
  • the CPU can execute the functions of the input image acquisition unit 401, the small region division unit 403, the signal generation unit 405, and the clock signal generation unit 407, for example.
  • FIG. 8A is an explanatory view showing a configuration example of an exposure apparatus used in the first manufacturing method according to the present embodiment.
  • FIG. 8B is an explanatory view showing another configuration example of the exposure apparatus used in the first manufacturing method according to the present embodiment.
  • the exposure apparatus 2A is an exposure apparatus that uses a solid-state laser as the laser light source 21A.
  • the exposure apparatus 2A includes a laser light source 21A, an electro-optical element (EOM) 22, a first mirror 23, a photodiode (photodiode: PD) 24, and a modulation optical system 25.
  • EOM electro-optical element
  • a control mechanism 37 a second mirror 31, a moving optical table 32, a spindle motor 35, and a turntable 36.
  • the substrate 11 is placed on the turntable 36 and can rotate.
  • the laser light source 21A is specifically a solid-state laser.
  • a solid-state laser having a wavelength of 266 nm can be used as the laser light source 21A.
  • the laser light 20 emitted from the laser light source 21 ⁇ / b> A travels straight as a parallel beam and enters the electro-optic element 22.
  • the laser light 20 that has passed through the electro-optic element 22 is reflected by the first mirror 23 and guided to the modulation optical system 25.
  • the first mirror 23 is composed of a polarization beam splitter, and has a function of reflecting one of the polarization components and transmitting the other of the polarization components.
  • the polarized light component transmitted through the first mirror 23 is received by the photodiode 24 and subjected to photoelectric conversion.
  • the light receiving signal photoelectrically converted by the photodiode 24 is input to the electro-optical element 22, and the electro-optical element 22 performs phase modulation of the laser light 20 based on the input light receiving signal.
  • the modulation optical system 25 includes a condenser lens 26, an acousto-optic modulator (AOM) 27, and a collimator lens 28.
  • AOM acousto-optic modulator
  • the laser light 20 is condensed by the condenser lens 26 onto the acoustooptic element 27 made of glass (SiO 2 ) or the like.
  • the laser light 20 is intensity-modulated by the acousto-optic element 27 and diverges, and then is converted into a parallel beam again by the collimator lens 28.
  • the laser beam 20 emitted from the modulation optical system 25 is reflected by the second mirror 31 and guided horizontally and parallel onto the moving optical table 32.
  • the control mechanism 37 includes a formatter 40 and a driver 30 and controls the irradiation of the laser light 20.
  • the formatter 40 generates a control signal for controlling the irradiation of the laser light 20 as described above, and the driver 30 controls the acoustooptic device 27 based on the control signal generated by the formatter 40. Thereby, irradiation of the laser beam 20 to the resist layer 15 is controlled.
  • the moving optical table 32 includes a beam expander (BEX) 33 and an objective lens 34.
  • BEX beam expander
  • the laser light 20 guided to the moving optical table 32 is shaped into a desired beam shape by the beam expander 33 and then irradiated to the resist layer 15 on the outer peripheral surface of the substrate 11 through the objective lens 34.
  • the exposure apparatus 2A is preferably dynamically controlled so that the laser beam 20 is always focused on the resist layer 15 on the substrate 11. Specifically, when the base material 11 is rotated, the distance from the objective lens 34 to the base material 11 varies depending on the axial movement of the rotation shaft and the processing accuracy of the surface of the base material 11. Therefore, in order to always focus the laser beam 20 on the resist layer 15 of the base material 11, the exposure apparatus 2A detects a focus shift of the laser beam 20 and dynamically controls the focus of the laser beam 20. It is preferable to do.
  • a method of detecting the focus shift of the laser light 20 with respect to the resist layer 15 on the base material 11 for example, a method of detecting astigmatism of reflected light of the laser light 20 irradiated on the resist layer 15 is used. it can.
  • the resist layer 15 is exposed by rotating the base material 11 at a constant speed on the turntable 36 and irradiating the laser beam 20 while scanning the laser light 20 in the axial direction of the base material 11 at a constant speed.
  • the scanning of the laser beam 20 is performed by moving the laser beam 20 in the arrow R direction at a constant speed by the moving optical table 32.
  • the control signal for controlling the irradiation of the laser beam 20 are synchronized. Thereby, the exposure apparatus 2A can expose the resist layer 15 without shifting the irradiation position of the laser beam 20 for each circumference.
  • the number of rotations of the turntable 36 of the exposure apparatus 2A and the frequency of the control signal generated by the formatter 40 are determined by the cylindrical outer peripheral length of the substrate 11 and the circumferential division interval Pc of the input image 110.
  • the feed pitch of the moving optical table 32 of the exposure apparatus 2A is determined by the division interval Pr in the axial direction of the input image 110. That is, these exposure parameters are determined so that the irradiation position of the laser beam 20 matches the divided small area of the input image 110.
  • the exposure apparatus 2B is an exposure apparatus that uses a semiconductor laser as the laser light source 21B.
  • the exposure apparatus 2B includes a laser light source 21B, a first mirror 23, a photodiode (PD) 24, a condenser lens 26, an electro-optic deflector (Electro Optical Deflector: EOD) 29, and the like.
  • the substrate 11 is placed on the turntable 36 and can rotate.
  • the movable optical table 32, the spindle motor 35, and the turntable 36 are the same as those in the exposure apparatus 2A described with reference to FIG. 8A, and thus description thereof is omitted here.
  • the laser light source 21B is specifically a semiconductor laser.
  • a blue semiconductor laser that emits laser light having a wavelength in the blue light band of 400 nm to 500 nm can be used as the laser light source 21B.
  • the laser light 20 emitted from the laser light source 21 ⁇ / b> B travels straight as a parallel beam and is reflected by the first mirror 23. Further, the laser light 20 reflected by the first mirror 23 is condensed on the electro-optic deflection element 29 by the condensing lens 26 and then converted into a parallel beam again by the collimator lens 28. The parallel laser beam 20 is reflected by the second mirror 31 and guided horizontally and parallel onto the moving optical table 32.
  • the first mirror 23 is composed of a polarization beam splitter, and has a function of reflecting one of the polarization components and transmitting the other of the polarization components.
  • the polarized light component transmitted through the first mirror 23 is received by the photodiode 24 and subjected to photoelectric conversion.
  • the light reception signal photoelectrically converted by the photodiode 24 is input to the laser light source 21B, and the laser light source 21B modulates the laser light 20 based on the input light reception signal.
  • the electro-optic deflection element 29 is an element that can control the irradiation position of the laser beam 20.
  • the exposure apparatus 2 ⁇ / b> B can also change the irradiation position of the laser light 20 guided onto the moving optical table 32 by the electro-optic deflection element 29.
  • the control mechanism 37 includes a formatter 40 and a driver 30 and controls the irradiation of the laser light 20.
  • the driver 30 controls the output of the laser light source 21B based on the control signal generated by the formatter 40. Thereby, irradiation of the laser beam 20 to the resist layer 15 is controlled.
  • the exposure apparatus 2B shown in FIG. 8B dynamically controls the focus of the laser beam 20 similarly to the exposure apparatus 2A shown in FIG. 8A, and the rotation control signal of the spindle motor 35 and the laser beam 20 are controlled. Needless to say, the irradiation control signal is synchronized.
  • the 1st manufacturing method concerning this embodiment was explained in detail.
  • the master 1 in which the uneven structure 13 having an arbitrary shape is formed on the outer peripheral surface of the substrate 11 can be manufactured.
  • the second manufacturing method is different from the first manufacturing method in that the resist layer 15 is formed on the outer peripheral surface of the base material 11 via the intermediate layer 17. That is, in the second manufacturing method, a thin film layer is formed by the resist layer 15 and the intermediate layer 17.
  • the intermediate layer 17 is etched using the resist layer 15 on which the resist pattern is formed as a mask, thereby forming a thin film pattern on the resist layer 15 and the intermediate layer 17.
  • the base material 11 can be etched using the resist layer 15 and the intermediate layer 17 on which the thin film pattern is formed as a mask.
  • the processing depth of the concavo-convex structure 13 in the thickness direction of the substrate 11 can be increased. Therefore, according to the second manufacturing method of the present embodiment, the master 1 having the concavo-convex structure 13 (for example, about 1 ⁇ m to 10 ⁇ m) having a larger processing depth can be manufactured.
  • FIGS. 9A to 9E are cross-sectional views illustrating each step of the second manufacturing method according to the present embodiment.
  • 9A to 9E schematically show cross-sectional shapes when the substrate 11 is cut in the thickness direction.
  • an intermediate layer 17 is formed on a base material 11 such as quartz glass, and a resist layer 15 is formed on the intermediate layer 17.
  • the intermediate layer 17 is made of silicon, diamond-like carbon (DLC), an organic resist, or the like.
  • the intermediate layer 17 may be formed using, for example, a vapor deposition method, a sputtering method, a chemical vapor deposition (CVD), or the like.
  • the intermediate layer 17 may be formed by using, for example, spin coating, slit coating, dip coating, spray coating, or screen printing.
  • middle layer 17 has is mentioned later.
  • the resist layer 15 is formed of a heat-reactive resist containing a metal oxide in order to perform thermal lithography.
  • the resist layer 15 may be formed by using, for example, a sputtering method.
  • the resist layer 15 is exposed by an exposure device, and a latent image 15 A is formed on the resist layer 15.
  • the latent image 15A is formed by irradiating the resist layer 15 with the laser beam 20 and modifying the portion of the resist layer 15 irradiated with the laser beam 20.
  • the exposure apparatus used in this step is the same as the exposure apparatus 2 described in the first manufacturing method, and thus description thereof is omitted here. By using the exposure apparatus described in the first manufacturing method, it is possible to irradiate the resist layer 15 at a position corresponding to the input arbitrary object with the laser light 20.
  • a developer is dropped onto the resist layer 15 on which the latent image 15A is formed, and the resist layer 15 is developed.
  • the developer for example, an organic alkaline developer such as tetramethylammonium hydroxide (TMAH) can be used. Thereby, a resist pattern corresponding to an arbitrary object is formed on the resist layer 15.
  • TMAH tetramethylammonium hydroxide
  • a first etching step of etching the intermediate layer 17 is performed using the resist layer 15 on which the resist pattern is formed as a mask. Thereby, a thin film pattern is also formed on the intermediate layer 17.
  • dry etching can be used.
  • etching with high vertical anisotropy can be performed by using reactive ion etching (RIE) using oxygen gas.
  • a second etching step is performed in which the base material 11 is etched using the resist layer 15 and the intermediate layer 17 on which the thin film pattern is formed as a mask.
  • the uneven structure 13 having an arbitrary shape is formed on the base material 11.
  • dry etching can be used for etching the base material 11.
  • the material of the base material 11 is quartz glass (SiO 2 )
  • etching with high vertical anisotropy can be performed by using reactive ion etching using a fluorocarbon-based gas.
  • the concavo-convex structure 13 (for example, about 1 ⁇ m to 10 ⁇ m) having a shape corresponding to an input arbitrary object and a large processing depth is formed on the base material 11. Can do.
  • the intermediate layer 17 has an etching rate faster than the etching rate of the resist layer 15 in the first etching step, and has an etching rate slower than the etching rate of the substrate 11 in the second etching step. It is preferable to form with a material.
  • the intermediate layer 17 is preferably an organic layer formed of DLC or an organic resist.
  • the resist layer 15 is a heat-reactive resist containing a metal oxide
  • an organic layer formed of DLC or an organic resist is more than the resist layer 15 during reactive ion etching using oxygen gas. Etching rate is increased.
  • the material of the base material 11 is quartz glass (SiO 2 )
  • the organic layer formed of DLC or an organic resist is subjected to reactive ion etching using a fluorocarbon-based gas. The etching rate becomes slower than that. Therefore, when the intermediate layer 17 is an organic layer formed of DLC or an organic resist or the like, in the second manufacturing method according to this embodiment, the base material 11 is preferably etched, and the concavo-convex structure 13 having a large processing depth. Can be produced.
  • the intermediate layer 17 is preferably formed of a material having a thermal conductivity of 200 W / (m ⁇ K) or less.
  • the latent image 15A is formed on the resist layer 15 by thermal lithography. Therefore, when the thermal conductivity of the intermediate layer 17 is high, the heat given to the resist layer 15 by the irradiation of the laser light 20 may diffuse through the intermediate layer 17 and the latent image 15A may not be formed. Therefore, the thermal conductivity of the intermediate layer 17 is preferably lower, and specifically, it is preferably 200 W / (m ⁇ K) or less.
  • the lower limit value of the thermal conductivity of the material of the intermediate layer 17 is not particularly specified, but is preferably larger than zero.
  • the intermediate layer 17 has a reflectance of the laser beam 20 with respect to the resist layer 15 directly formed on the base material 11 and a laser beam 20 with respect to the resist layer 15 formed on the base material 11 via the intermediate layer 17. It is preferable to form with a material whose difference from the reflectance is 5% or less.
  • the intermediate layer 17 does not greatly change the behavior of the laser light 20 with respect to the resist layer 15 due to the formation of the intermediate layer 17, and the intermediate layer 17 is made of a material with a small change in the reflectance of the laser light with respect to the resist layer 15. preferable.
  • the exposure apparatus controls the focus of the laser light 20 by detecting the astigmatism of the reflected light of the laser light 20, the exposure apparatus can detect the reflected light of the laser light 20. Thus, it is preferable not to decrease the amount of reflected light.
  • the intermediate layer 17 is preferably formed of a material that does not significantly change the reflected light from the resist layer 15 depending on the presence or absence of the intermediate layer 17.
  • the intermediate layer 17 is not formed and only the resist layer 15 is formed on the base material 11, an uneven structure 13 (for example, about 1 ⁇ m to 10 ⁇ m) having a large processing depth is formed on the base material 11.
  • an uneven structure 13 for example, about 1 ⁇ m to 10 ⁇ m
  • the latent image 15 ⁇ / b> A is formed by thermal lithography in the resist layer 15, it is necessary to conduct heat from the laser light 20 to the base material 11 side in the thickness direction of the resist layer 15. Therefore, when the resist layer 15 has a film thickness of 100 nm or more, the heat of the irradiated laser beam 20 is not conducted to the substrate 11 side, and an appropriate latent image 15A cannot be formed.
  • the resist layer 15 has a film thickness of 100 nm or more, an appropriate latent image 15A cannot be formed, and etching of the substrate 11 becomes difficult, so that the concavo-convex structure 13 having a large processing depth (for example, 1 ⁇ m to 10 ⁇ m). Degree) is difficult to form on the substrate 11.
  • the intermediate layer 17 is not limited in film thickness like the resist layer 15 described above, and therefore an appropriate film thickness is set based on the processing depth of the concavo-convex structure 13 formed on the base material 11.
  • the uneven structure 13 having a large length can be formed on the substrate 11.
  • the master 1 having a large processing depth with respect to the thickness direction of the base material 11 and having the uneven structure 13 having an arbitrary shape can be manufactured. .
  • Example> Hereinafter, the method for manufacturing a master according to the above embodiment will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples.
  • the Example shown below is one example of conditions for showing the feasibility and effects of the method for manufacturing a master according to the above embodiment, and the method for manufacturing a master according to the present invention is limited to the following example. It is not something.
  • Test Example 1 A DLC film having a thickness of 500 nm was formed as an intermediate layer on a substrate made of quartz glass by chemical vapor deposition (CVD) using a hydrocarbon-based gas. Next, a tungsten oxide film was formed as a resist layer on the intermediate layer with a film thickness of 55 nm by sputtering to produce a test piece.
  • CVD chemical vapor deposition
  • Test Example 2 test pieces were produced in the same manner as in Test Example 1, except that silicon (Si) was formed by sputtering to a film thickness of 500 nm and an intermediate layer was formed instead of DLC.
  • Test Example 3 a test piece was produced in the same manner as in Test Example 1 except that aluminum (Al) was formed at a film thickness of 500 nm by a sputtering method instead of DLC and an intermediate layer was formed.
  • Test Example 1 a test piece was produced in the same manner as in Test Example 1, except that the resist layer was formed directly on the substrate without forming the intermediate layer.
  • test pieces according to Test Examples 1 to 3 were irradiated with laser light from an exposure apparatus to evaluate whether a latent image could be formed.
  • the exposure laser light source a blue semiconductor laser emitting laser light having a wavelength of 405 nm was used.
  • TMAH tetramethylammonium hydroxide
  • Table 1 The evaluation results are shown in Table 1 below together with the thermal conductivity (reference values) of the intermediate layer material.
  • ⁇ indicates that a pattern was formed after development, and a latent image could be formed by laser light irradiation.
  • X indicates that a pattern was not formed after development and a latent image could not be formed by laser light irradiation.
  • the thermal conductivity of the intermediate layer is 200 W / (m ⁇ K) or less, the heat of the laser light does not diffuse from the resist layer to the intermediate layer. It can be seen that a latent image can be formed on the resist layer.
  • the test piece according to Test Example 3 has a thermal conductivity of the intermediate layer exceeding 200 W / (m ⁇ K), so the heat of the laser light diffuses from the resist layer to the intermediate layer, forming a latent image on the resist layer. I understand that I can't.
  • FIG. 10 is a calculation result of the reflectance of the test pieces according to Test Examples 1 and 3 and the reference example.
  • the reflectance shown in FIG. 10 is the reflectance when light is incident from the normal direction of the surface of the test piece.
  • the difference between the reflectance of Test Example 1 in which DLC is formed as an intermediate layer and the reflectance of the reference example in which only the resist layer is formed on the substrate is 5% or less at each wavelength. Met. Therefore, it can be seen that when DLC is used as the intermediate layer, the influence on the laser light due to the presence or absence of the intermediate layer is small.
  • the difference between the reflectance of Test Example 3 in which Al was formed as an intermediate layer and the reflectance of the Reference Example in which only the resist layer was formed on the base material exceeded 5% at each wavelength. Therefore, it can be seen that when DLC is used as the intermediate layer, the exposure to the laser beam is difficult because the influence of the presence or absence of the intermediate layer on the laser beam is large.
  • the etching gas is oxygen gas or fluorocarbon-based gas (CF 4 / The etching rate when using CHF 3 gas) was confirmed.
  • the etching rate of the intermediate layer can be made faster than the etching rate of the resist layer by using O 2 gas as the etching gas.
  • the etching rate of the resist layer and the intermediate layer is made slower than the etching rate of the base material by using CF 4 / CHF 3 gas as an etching gas. be able to.
  • Example 1 First, a DLC film having a film thickness of 800 nm was formed on the outer peripheral surface of a 4.5-mm-thick cylindrical quartz glass as an intermediate layer by CVD using a hydrocarbon-based gas. Next, a tungsten oxide film having a thickness of 55 nm was formed on the intermediate layer by sputtering.
  • thermal lithography with a laser beam was performed by an exposure apparatus to form a latent image on the resist layer.
  • a blue semiconductor laser that emits laser light having a wavelength of 405 nm was used as the laser light source of the exposure apparatus.
  • the substrate was rotated at 900 rpm and exposed while scanning with laser light in the axial direction of the substrate at 1.5 ⁇ m / second.
  • the input image uses a hexagonal lattice array image in which circles with a diameter of 4 ⁇ m are arranged in a staggered pattern at a pitch of 5 ⁇ m.
  • the input image is divided at intervals of 100 nm in both the circumferential direction and axial direction It was. Further, portions other than the circle with a diameter of 4 ⁇ m were exposed by the exposure apparatus so that the circle with a diameter of 4 ⁇ m corresponds to the convex portion.
  • the exposure time was 45 hours.
  • the exposed base material was developed with a 2.38% by mass aqueous solution of TMAH at 27 ° C. for 900 seconds to dissolve the exposed portion of the resist.
  • a first etching step for etching the intermediate layer was performed using the developed resist layer as a mask.
  • O 2 gas flow rate 30 sccm
  • reactive ion etching was performed for 80 minutes at a gas pressure of 0.5 Pa and an input voltage of 150 W.
  • the 2nd etching process of etching a base material was performed using a resist layer and an intermediate
  • CF 4 gas flow rate 5 sccm
  • CHF 3 gas flow rate 25 sccm
  • the master according to Example 1 was manufactured through the above steps.
  • Example 2 In Example 1, a master disk was prepared in the same manner as in Example 1 except that an image of a tetragonal lattice arrangement in which squares of 3.5 ⁇ m square were arranged at a pitch of 4.5 ⁇ m was used for the input image (exposure pattern). Manufactured. In the same manner as in Example 1, portions other than the 3.5 ⁇ m square were exposed by the exposure apparatus so that the 3.5 ⁇ m square corresponds to the convex portion.
  • Comparative Example 1 A master according to Comparative Example 1 was manufactured by ultraprecision cutting, which is mechanical processing, without using thermal lithography.
  • FIG. 13A is an explanatory diagram for explaining a pattern formed on the master disk according to Comparative Example 1
  • FIG. 13B schematically illustrates a cross section when the pattern formed on the master disk according to Comparative Example 1 is cut in the thickness direction of the base material.
  • FIG. 13A is an explanatory diagram for explaining a pattern formed on the master disk according to Comparative Example 1
  • FIG. 13B schematically illustrates a cross section when the pattern formed on the master disk according to Comparative Example 1 is cut in the thickness direction of the base material.
  • the master according to Comparative Example 1 is composed of a cylindrical base material 11A, and an uneven structure 13A is formed on the outer peripheral surface of the base material 11A.
  • the concavo-convex structure 13A includes, for example, vertical grooves 131A formed at predetermined intervals in the axial direction of the substrate 11A, and horizontal grooves 133A orthogonal to the vertical grooves 131A and formed at predetermined intervals.
  • the groove width of the longitudinal groove 131A and the lateral groove 133A of the master disk according to Comparative Example 1 is 2 ⁇ m
  • the groove pitch is 7 ⁇ m
  • the groove depth is 4 ⁇ m. Formed.
  • a nickel phosphorus layer having a thickness of 200 ⁇ m was formed on the outer peripheral surface of a base material made of stainless steel by a plating method.
  • the above-mentioned groove width of 2 ⁇ m, groove pitch of 7 ⁇ m and groove depth of 4 ⁇ m is formed on the nickel phosphorus layer while rotating the base material using a single crystal diamond tool with an ultra-precision lathe. Formed with.
  • the processing of the base material 11A was performed in two steps, that is, the processing of the longitudinal groove 131A and the processing of the lateral groove 133A. It took 47 days to form all the grooves.
  • the single crystal diamond tool was changed 4 to 5 times during processing due to wear.
  • FIG. 11 is an SEM image obtained by observing the transferred material of the master according to Example 1
  • FIG. 12 is an SEM image obtained by observing the transferred material of the original according to Example 2.
  • 11A and 12A are SEM images obtained by observing the top surface of the transcript
  • FIGS. 11B and 12B are cross-sectional views of the transcript shown in FIGS. 11A and 12A cut along the line XX. It is a SEM image.
  • the masters according to Examples 1 and 2 each have a concavo-convex structure having an arbitrary shape input to the exposure apparatus.
  • the vertical direction of the SEM image corresponds to the circumferential direction of the substrate
  • the horizontal direction corresponds to the axial direction of the substrate.
  • the masters according to Examples 1 and 2 have a concavo-convex structure in which the height of the concavo-convex structure is 3.4 ⁇ m to 3.5 ⁇ m and has a large processing depth on the order of micrometers. It turns out that it has formed.
  • the master according to Example 1 in which the concavo-convex structure is formed using thermal lithography has a smaller depth variation than the master according to Comparative Example 1 in which the concavo-convex structure is formed using mechanical processing. I understand that.
  • the processing depth is different between the vertical groove and the horizontal groove, and a step is generated.
  • the step generated in the master according to Comparative Example 1 was 1.4 ⁇ m to 1.6 ⁇ m at the maximum.
  • no step was observed in the concavo-convex structure.
  • FIG. 14 is a graph showing the relationship between the machining distance of the single crystal diamond tool and the amount of change from the target depth. Note that the ⁇ , ⁇ , and x points shown in FIG. 14 correspond to different single crystal diamond tools.
  • the relationship between the machining distance of the single crystal diamond tool and the amount of change from the target depth was evaluated by measuring the depth of the transferred material of the master according to Comparative Example 1 with a laser microscope, as well as the variation in depth. . Specifically, how the depth of the groove formed by each of the three single crystal diamond tools was changed depending on the processing distance was measured by observing the transferred material on the master.
  • a master on which an uneven structure having an arbitrary shape is formed can be manufactured in a short period of time.
  • the master manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment has a variation in the processing depth of the concavo-convex structure compared to ultraprecision cutting, which is another method capable of forming a concavo-convex structure having a processing depth of the micrometer order. It turned out that it can be made small.
  • the transferred material can be applied to printed electronics by forming a circuit for the transferred concavo-convex structure.
  • the transcript can be applied as a biosensor or a diagnostic device by forming a flow path of a biological sample such as blood with respect to the transferred concavo-convex structure.
  • the transferred material can be applied as an optical element by controlling optical characteristics with the transferred concavo-convex structure.
  • the transferred material can be applied as a particle array sheet by using the transferred uneven structure.

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Abstract

【課題】任意のパターンが形成された原盤を提供する。 【解決手段】円筒または円柱形状の基材の外周面に薄膜層を形成するステップと、オブジェクトが描かれた入力画像に基づいて、前記オブジェクトに対応する制御信号を生成するステップと、前記制御信号に基づいて前記薄膜層にレーザ光を照射し、前記薄膜層に前記オブジェクトに対応する薄膜パターンを形成するステップと、前記薄膜パターンが形成された前記薄膜層をマスクに用いて、前記基材の前記外周面に前記オブジェクトに対応するパターンを形成するステップと、を含む原盤の製造方法。

Description

原盤の製造方法、転写物、およびレプリカ原盤
　本発明は、原盤の製造方法、転写物、およびレプリカ原盤に関する。
　近年、微細加工技術の一つとして、表面に微細なパターンが形成された平板形状または円柱形状の原盤を樹脂シート等に押し当てることで、原盤上の微細なパターンを樹脂シート等に転写するナノインプリント技術の開発が進んでいる。
　例えば、下記の特許文献１には、レーザ光によるリソグラフィによって、可視光帯域に属する波長以下の凹凸周期を有する凹凸構造（いわゆる、モスアイ構造）を円柱形状の原盤の外周面に形成する技術が開示されている。また、特許文献１には、ナノインプリント技術を用いて、円柱形状の原盤の外周面に形成されたモスアイ構造を樹脂シートに転写する技術が開示されている。
特開２００９－２５８７５１号公報
　しかし、上記の特許文献１に開示された技術では、原盤に照射するレーザ光の照射のタイミングを任意に制御することができないという問題があった。そのため、特許文献１に開示された原盤の製造方法では、周期性を有する単純なパターンの凹凸構造しか原盤に形成することができず、任意の形状の凹凸構造を原盤に形成することはできなかった。
　そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、原盤に任意の形状の凹凸構造を形成することが可能な、新規かつ改良された原盤の製造方法、該製造方法により製造された原盤の転写物、該転写物をさらに転写したレプリカ原盤、および該レプリカ原盤の転写物を提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、円筒または円柱形状の基材の外周面に薄膜層を形成するステップと、オブジェクトが描かれた入力画像に基づいて、前記オブジェクトに対応する制御信号を生成するステップと、前記制御信号に基づいて前記薄膜層にレーザ光を照射し、前記薄膜層に前記オブジェクトに対応する薄膜パターンを形成するステップと、前記薄膜パターンが形成された前記薄膜層をマスクに用いて、前記基材の前記外周面に前記オブジェクトに対応するパターンを形成するステップと、を含む原盤の製造方法が提供される。
　前記入力画像を複数の小領域に分割し、前記小領域の各々に前記オブジェクトが含まれるか否かに基づいて、前記小領域に前記レーザ光を照射するか否かを決定し、当該決定結果に基づいて、前記制御信号を生成してもよい。
　前記小領域の大きさは、前記レーザ光のスポットの大きさよりも小さくてもよい。
　前記薄膜層に前記薄膜パターンを形成するステップは、前記基材の中心軸を回転軸として前記基材を回転させながら、前記基材に前記レーザ光を照射してもよい。
　前記制御信号は、前記基材の回転を制御する信号と同期するように生成されてもよい。
　前記レーザ光の光源は、半導体レーザであり、前記薄膜層には、熱リソグラフィにより前記薄膜パターンが形成されてもよい。
　前記薄膜層は、前記外周面に形成された中間層と、前記中間層上に形成されたレジスト層とを含み、前記薄膜層に前記薄膜パターンを形成するステップは、前記レジスト層を現像することにより前記レジスト層に前記薄膜パターンを形成するステップと、前記レジスト層をマスクとして、前記中間層をエッチングするステップと、を含んでもよい。
　前記中間層のエッチングレートは、前記レジスト層のエッチングレートよりも速く、前記中間層のエッチングレートは、前記基材のエッチングレートよりも遅くてもよい。
　前記中間層の熱伝導率は、２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であってもよい。
　前記基材上に直接形成された前記レジスト層に対する前記レーザ光の反射率と、前記基材上に前記中間層を介して形成された前記レジスト層に対する前記レーザ光の反射率との差は、５％以下であってもよい。
　前記レジスト層は、金属酸化物を含んでもよい。
　前記中間層は、ダイヤモンドライクカーボンを含んでもよい。
　また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、上記の製造方法により製造された原盤のパターンが転写された転写物が提供される。
　また、上記課題を解決するために、本発明のさらに別の観点によれば、上記の転写物のパターンが転写されたレプリカ原盤が提供される。
　また、上記課題を解決するために、本発明のさらに別の観点によれば、上記のレプリカ原盤のパターンが転写された転写物が提供される。
　本発明によれば、パターンを形成するために原盤に対して照射するレーザ光の照射のタイミングを任意に制御することが可能である。
　以上説明したように本発明によれば、レーザ光の照射を任意に制御することができるため、原盤に任意の形状の凹凸構造を形成することが可能である。
本発明の一実施形態に係る製造方法により製造される原盤を模式的に示した斜視図である。 本実施形態に係る製造方法により製造された原盤を用いて転写物を製造するための転写装置を説明する説明図である。 本実施形態に係る第１の製造方法の各工程を説明する断面図である。 本実施形態に係る第１の製造方法の各工程を説明する断面図である。 本実施形態に係る第１の製造方法の各工程を説明する断面図である。 本実施形態に係る第１の製造方法の各工程を説明する断面図である。 本実施形態に係る第１の製造方法にて使用される露光装置の概略を説明する説明図である。 フォーマッタの機能構成を示したブロック図である。 オブジェクトが描かれた入力画像に対する小領域の分割を説明する説明図である。 描画データを制御信号に変換する方法を説明する説明図である。 本実施形態に係る第１の製造方法にて使用される露光装置の構成例を示す説明図である。 本実施形態に係る第１の製造方法にて使用される露光装置の他の構成例を示す説明図である。 本実施形態に係る第２の製造方法の各工程を説明する断面図である。 本実施形態に係る第２の製造方法の各工程を説明する断面図である。 本実施形態に係る第２の製造方法の各工程を説明する断面図である。 本実施形態に係る第２の製造方法の各工程を説明する断面図である。 本実施形態に係る第２の製造方法の各工程を説明する断面図である。 試験例１および３、参考例に係る試験片の反射率の計算結果である。 実施例１に係る原盤の転写物のＳＥＭ観察結果である。 実施例２に係る原盤の転写物のＳＥＭ観察結果である。 比較例１に係る原盤に形成したパターンを説明する説明図である。 比較例１に係る原盤に形成したパターンを基材の厚み方向に切断した際の断面を模式的に示した断面図である。 単結晶ダイヤモンド工具の加工距離と狙い深さからの変化量との関係を示すグラフ図である。
　以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
　＜１．原盤、および原盤による転写物について＞
　まず、図１および図２を参照して、本発明の一実施形態に係る製造方法により製造される原盤、および該原盤による転写物について説明する。図１は、本実施形態に係る製造方法により製造される原盤を模式的に示した斜視図である。
　図１に示すように、本実施形態に係る製造方法により製造される原盤１は、外周面に凹凸構造１３が形成された基材１１からなる。
　基材１１は、例えば、円筒形状の部材である。ただし、基材１１の形状は、図１で示すように内部に空洞を有する中空の円筒形状であってもよく、内部に空洞を有さない中実の円柱形状であってもよい。また、基材１１の材料は、特に限定されず、溶融石英ガラスまたは合成石英ガラスなどの石英ガラス（ＳｉＯ２）、あるいは、ステンレス鋼などの金属を用いることができる。基材１１の大きさは、特に限定されるものではないが、例えば、軸方向の長さが１００ｍｍ以上であってもよく、外径が５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下であってもよく、厚みが２ｍｍ以上５０ｍｍ以下であってもよい。
　凹凸構造１３は、基材１１の外周面に任意の形状で形成される。例えば、凹凸構造１３の形状は、円または楕円などの曲線を含む図形、三角形または四角形などの多角形、直線または曲線、あるいは文字などであってもよい。ここで、凹凸構造１３の形状とは、凹凸構造１３を基材１１の中心軸に平行な平面に投影した場合に、当該凹凸構造１３によって投影面に描かれる図形の形状を意味する。すなわち、凹凸構造１３の形状とは、凹凸構造１３の平面視形状を意味する。
　本実施形態に係る原盤１の製造方法によれば、基材１１の外周面の凹凸構造１３を任意の形状にて形成することができる。このような本実施形態に係る原盤１の製造方法の詳細については、以下の＜２．本実施形態に係る原盤の製造方法＞にて後述する。
　ここで、原盤１は、ロールツーロール（ｒｏｌｌ－ｔｏ－ｒｏｌｌ）方式のナノインプリント転写装置に用いられ、凹凸構造１３を転写した転写物を製造するための原盤である。例えば、原盤１は、図２に示す転写装置６により、外周面に形成された凹凸構造１３を転写した転写物を製造することができる。
　以下では、図２を参照して、原盤１を用いた転写物の製造方法について説明する。図２は、本実施形態に係る製造方法により製造された原盤を用いて転写物を製造する転写装置を説明する説明図である。
　図２に示すように、転写装置６は、原盤１と、基材供給ロール５１と、巻取ロール５２と、ガイドロール５３、５４と、ニップロール５５と、剥離ロール５６と、塗布装置５７と、光源５８とを備える。
　基材供給ロール５１は、シート形態の被転写物６１がロール状に巻かれたロールであり、巻取ロール５２は、凹凸構造１３が転写された樹脂層６２を積層した被転写物６１を巻き取るロールである。また、ガイドロール５３、５４は、被転写物６１を搬送するロールである。ニップロール５５は、樹脂層６２が積層された被転写物６１を円筒形状の原盤１に対して密着させるロールであり、剥離ロール５６は、凹凸構造１３が樹脂層６２に転写された後、樹脂層６２が積層された被転写物６１を原盤１から剥離するロールである。
　塗布装置５７は、コーターなどの塗布手段を備え、光硬化樹脂組成物を被転写物６１に塗布し、樹脂層６２を形成する。塗布装置５７は、例えば、グラビアコーター、ワイヤーバーコーター、またはダイコーターなどであってもよい。また、光源５８は、光硬化樹脂組成物を硬化可能な波長の光を発する光源であり、例えば、紫外線ランプなどであってもよい。
　なお、光硬化性樹脂組成物は、所定の波長の光が照射されることにより流動性が低下し、硬化する樹脂である。具体的には、光硬化性樹脂組成物は、アクリル樹脂アクリレートなどの紫外線硬化樹脂であってもよい。また、光硬化性樹脂組成物は、必要に応じて、開始剤、フィラー、機能性添加剤、溶剤、無機材料、顔料、帯電防止剤、または増感色素などを含んでもよい。
　転写装置６では、まず、基材供給ロール５１からガイドロール５３を介して、被転写物６１が連続的に送出される。送出された被転写物６１に対して、塗布装置５７により光硬化樹脂組成物が塗布され、被転写物６１に樹脂層６２が積層される。また、樹脂層６２が積層された被転写物６１は、ニップロール５５により、原盤１と密着させられる。これにより、原盤１の外周面に形成された凹凸構造１３が樹脂層６２に転写される。凹凸構造１３が転写された後、樹脂層６２は、光源５８からの光の照射により硬化する。続いて、硬化した樹脂層６２が積層された被転写物６１は、剥離ロール５６により原盤１から剥離され、ガイドロール５４を介して、巻取ロール５２によって巻き取られる。
　このような転写装置６は、原盤１に形成された凹凸構造１３が転写された転写物を連続的に製造することができる。
　また、原盤１に形成された凹凸構造１３が転写された転写物をさらに転写し、レプリカ原盤を製造することも可能である。レプリカ原盤は、原盤１に対して凹凸構造１３の凹部および凸部の位置（いわゆる、パターンのトーン）が一致しており、原盤１の複製原盤として使用することができる。また、レプリカ原盤をさらに転写し、表面に凹凸構造１３を形成した転写物（すなわち、原盤１から３回、凹凸構造１３を転写した転写物）を製造することも可能である。
　以上にて説明したように、本実施形態に係る製造方法により製造された原盤１は、任意の形状を有する凹凸構造１３が形成された外周面を有し、凹凸構造１３が転写された転写物を連続的に製造することができる。
　＜２．原盤の製造方法について＞
　次に、上記にて説明した本実施形態に係る原盤１の製造方法について、第１の製造方法と、第２の製造方法とに分けて説明する。
　［２．１．第１の製造方法］
　まず、図３Ａ～図８Ｂを参照して、本実施形態に係る第１の製造方法について説明する。
　具体的には、第１の製造方法では、基材１１の外周面にレジスト層１５（薄膜層）が形成される。次に、オブジェクトが描かれた入力画像に基づいて、オブジェクトに対応する制御信号が生成される。続いて、該制御信号に基づいてレーザ光がレジスト層１５に照射されることで、レジスト層１５にオブジェクトに対応するレジストパターンが形成される。次に、該レジスト層１５をマスクに用いることにより、基材１１にオブジェクトに対応する凹凸構造１３が形成される。ここで、「オブジェクト」とは、入力画像に描かれた任意の図形等を表す。オブジェクトは、例えば、円または楕円などの曲線を含む図形、三角形または四角形などの多角形、直線または曲線、あるいは文字などであってもよい。
　（第１の製造方法の概要）
　以下では、図３Ａ～図３Ｄを参照して、本実施形態に係る第１の製造方法について、具体的に説明する。図３Ａ～図３Ｄは、本実施形態に係る第１の製造方法の各工程を説明する断面図である。なお、図３Ａ～図３Ｄでは、基材１１を厚み方向に切断した際の断面形状を模式的に示している。
　まず、図３Ａに示すように、例えば、石英ガラスなどの基材１１上に、レジスト層１５が成膜される。ここで、レジスト層１５は、有機系レジストまたは無機系レジストのいずれも使用することができる。有機系レジストとしては、例えば、ノボラック系レジスト、または化学増幅型レジストなどを用いることができる。また、無機系レジストとしては、例えば、タングステン、またはモリブデンなどの１種または２種以上の遷移金属を含む金属酸化物を用いることができる。なお、レジスト層１５には、熱リソグラフィを行うために、金属酸化物を含む熱反応型レジストを使用することが好ましい。
　レジスト層１５に有機系レジストを使用する場合、レジスト層１５は、スピンコーティング、スリットコーティング、ディップコーティング、スプレーコーティング、またはスクリーン印刷等を用いることで成膜されてもよい。また、レジスト層１５に無機系レジストを使用する場合、レジスト層１５は、スパッタ法を用いることで成膜されてもよい。
　次に、図３Ｂに示すように、露光装置によりレジスト層１５が露光され、レジスト層１５に潜像１５Ａが形成される。具体的には、レーザ光２０をレジスト層１５に対して照射し、レーザ光２０が照射されたレジスト層１５の部位を変性させることで、レジスト層１５に潜像１５Ａが形成される。
　ここで、露光装置では、オブジェクトが描かれた入力画像に基づいて、オブジェクトに対応する制御信号が生成され、該制御信号によってレーザ光２０の基材１１への照射が制御される。これにより、露光装置は、レジスト層１５上のオブジェクトに対応した位置にレーザ光２０を照射し、該オブジェクトに対応した位置のレジスト層１５を変性させることができる。なお、露光装置が入力画像に基づいて制御信号を生成する際の具体的な処理については後述する。
　続いて、図３Ｃに示すように、潜像１５Ａが形成されたレジスト層１５上に現像液が滴下され、レジスト層１５が現像される。これにより、レジスト層１５にオブジェクトに対応するレジストパターンが形成される。なお、レジスト層１５がポジ型レジストである場合、レーザ光２０で露光された露光部は、非露光部と比較して現像液に対する溶解速度が増加するため、現像処理により除去される。これにより、潜像１５Ａが除去されたレジストパターンがレジスト層１５に形成される。一方、レジスト層１５がネガ型レジストである場合、レーザ光２０で露光された露光部は、非露光部と比較して現像液に対する溶解速度が低下するため、現像処理により非露光部が除去される。これにより、潜像１５Ａが残存したレジストパターンがレジスト層１５に形成される。
　次に、図３Ｄに示すように、前工程にて、オブジェクトに対応するレジストパターンが形成されたレジスト層１５をマスクとして用い、基材１１がエッチングされる。これにより、基材１１に対して、オブジェクトに対応する凹凸構造１３が形成される。すなわち、凹凸構造１３の平面視形状は、オブジェクトの形状に一致する。なお、基材１１に対するエッチングには、ドライエッチングまたはウェットエッチングのいずれも使用することができる。例えば、基材１１の材質が石英ガラス（ＳｉＯ２）である場合、フッ化炭素系ガスを用いたドライエッチング、またはフッ化水素酸等を用いたウェットエッチングを利用することで基材１１をエッチングすることができる。
　（露光装置の構成）
　次に、図４～図８Ｂを参照して、本実施形態に係る第１の製造方法にて使用される露光装置について、より詳細に説明する。図４は、本実施形態に係る第１の製造方法にて使用される露光装置の概略を説明する説明図である。
　図４に示すように、本実施形態に係る第１の製造方法にて使用される露光装置２は、レーザ光源２１と、フォーマッタ４０とを備える。
　レーザ光源２１は、レーザ光２０を発する光源であり、例えば、固体レーザまたは半導体レーザなどである。レーザ光源２１が発するレーザ光２０の波長は、特に限定されないが、例えば、４００ｎｍ～５００ｎｍの青色光帯域の波長であってもよい。
　フォーマッタ４０は、オブジェクトが描かれた入力画像に基づいて、基材１１にレーザ光２０を照射するための制御信号を生成する。例えば、フォーマッタ４０は、レジスト層１５上のオブジェクトに対応する位置のみにレーザ光２０を照射するための制御信号を生成することで、基材１１上のレジスト層１５に任意のオブジェクトに対応する潜像１５Ａを形成してもよい。なお、フォーマッタ４０は、レーザ光２０の発光を制御することで、基材１１へのレーザ光２０の照射を制御してもよく、レーザ光２０が基材１１に照射されないように照射位置を制御することで、基材１１へのレーザ光２０の照射を制御してもよい。
　露光装置２は、基材１１のレジスト層１５に対してレーザ光２０を照射し、レジスト層１５を変性させて潜像１５Ａを形成する。具体的には、露光装置２は、中心軸を回転軸として一定速度で回転する円筒形状の基材１１に対して、レーザ光２０を一方向（Ｒ方向）に一定速度で走査しながら照射し、レジスト層１５全体に潜像１５Ａを形成する。すなわち、露光装置２は、基材１１のレジスト層１５をらせん状に露光する。
　このような露光装置２では、フォーマッタ４０が生成する制御信号に基づいて、レーザ光２０の基材１１に対する照射を制御することにより、オブジェクトに対応する潜像１５Ａをレジスト層１５に形成することができる。
　（フォーマッタの構成）
　次に、図５を参照して、レーザ光２０の照射の制御信号を生成するフォーマッタ４０の機能構成について説明する。図５は、フォーマッタ４０の機能構成を示したブロック図である。
　図５に示すように、フォーマッタ４０は、入力画像取得部４０１と、小領域分割部４０３と、信号生成部４０５と、クロック信号生成部４０７と、を備える。
　入力画像取得部４０１は、オブジェクトが描かれた入力画像を取得する。例えば、オブジェクトが描かれた入力画像は、基材１１の軸方向に基材１１の外周面を切り開いて一平面に伸ばした展開図に相当する画像である。また、入力画像に描かれたオブジェクトの形状は、例えば、円または楕円などの曲線を含む図形、三角形または四角形などの多角形、直線または曲線、あるいは文字などの任意の形状であってもよい。
　小領域分割部４０３は、入力画像取得部４０１により取得された入力画像を所定の大きさの小領域に分割し、小領域の各々にオブジェクトが含まれるか否かを判断する。具体的には、小領域分割部４０３は、入力画像を基材１１の軸方向に対応する方向、および基材１１の周方向に対応する方向にそれぞれ所定の間隔で分割することで、入力画像を格子状の小領域に分割する。なお、基材１１の軸方向に対応する方向に分割する間隔と、基材１１の周方向に対応する方向に分割する間隔とは、同じであってもよく、異なっていてもよい。さらに、小領域分割部４０３は、分割した小領域の各々に入力されたオブジェクトが含まれるか否かを判断する。
　ここで、分割された小領域の大きさは、レーザ光２０のスポットの大きさよりも小さいことが好ましい。この構成によれば、照射したレーザ光２０により形成された潜像１５Ａを隣接した小領域同士で隙間なく重ねることができる。すなわち、露光装置２は、レーザ光２０のスポットを重ね合わせることで、オブジェクトに対応する位置を塗りつぶすように露光することができる。例えば、レーザ光２０のスポットの直径が、約２００ｎｍである場合、小領域分割部４０３により分割される間隔は、１００ｎｍであってもよく、分割された小領域は、１００ｎｍ×１００ｎｍの正方形であってもよい。また、小領域の形状は格子形状に限定されず、任意の形状であってもよい。
　次に、図６を参照して、小領域分割部４０３の機能についてより具体的に説明する。図６は、小領域分割部４０３による入力画像の分割を説明する説明図である。なお、図６において、ｘ方向は基材１１の外周面の周方向に対応し、ｙ方向は基材１１の軸方向に対応する。
　図６に示すように、小領域分割部４０３は、オブジェクト１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ、１３０Ｄを含む入力画像１１０をｘ方向に間隔Ｐｃにて分割し、ｙ方向に間隔Ｐｒにて分割している。これにより、入力画像１１０は、格子状の小領域に分割される。また、小領域分割部４０３は、小領域の各々においてオブジェクト１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ、１３０Ｄが含まれるか否かを判断する。例えば、小領域分割部４０３は、小領域１１５Ａをオブジェクトが含まれない小領域と判断し、小領域１１５Ｂおよび１１５Ｃをオブジェクトが含まれる小領域と判断してもよい。なお、小領域分割部４０３は、格子にわずかでもオブジェクトが含まれる場合、該格子にオブジェクトが含まれると判断してもよく、格子内の所定面積以上の領域にオブジェクトが描かれる場合に、その格子にオブジェクトが含まれると判断してもよい。
　なお、入力画像１１０において、入力画像１１０の一部領域のみを露光することを指示する露光領域１１１が設定されている場合、小領域分割部４０３は、露光領域１１１内の小領域に対してのみ、オブジェクト１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ、１３０Ｄが含まれるか否かを判断してもよい。
　信号生成部４０５は、レーザ光２０の照射を制御する制御信号を生成する。具体的には、信号生成部４０５は、小領域分割部４０３の判断に基づいて、各格子にレーザ光２０を照射するか否かを決定し、当該決定結果に基づいて、レーザ光２０の照射を制御する描画データを生成する。また、信号生成部４０５は、クロック信号生成部４０７が生成したクロック信号を用いて、描画データを制御信号に変換する。信号生成部４０５が生成した制御信号は、レーザ光２０を制御するドライバ３０に送信されることで、レーザ光２０の照射が制御される。
　ここで、図６および図７を参照して、信号生成部４０５による制御信号の生成についてより具体的に説明する。なお、図７は、描画データを制御信号に変換する方法を説明する説明図である。
　図６に示すように、信号生成部４０５は、ｘ方向の行ごとにレーザ光２０の照射を制御する描画データを生成する。例えば、信号生成部４０５は、入力画像１１０（または、露光領域１１１）の最も上の行を選択し、この行の左端の格子から右端の格子に向かって（ｘ軸における正の方向に向かって）順番に小領域分割部４０３による各格子の判断結果を参照する。そして、小領域分割部４０３によりオブジェクトが含まれないと判断された格子に「０」、オブジェクトが含まれると判断された格子に「１」を割り当てることで、描画データを生成する。これにより、信号生成部４０５は、行内の左端の格子から右端の格子に向かって描画データを生成する。また、信号生成部４０５は、一つの行の右端の格子まで描画データを生成した場合、一つ下の行に移る。そして、信号生成部４０５は、その行内で同様の処理を行うことで、その行に対応する描画データを生成する。信号生成部４０５は、描画データの生成を上の行から下の行へ向かって（ｙ方向の負の方向に向かって）繰り返すことにより、露光領域１１１全域の描画データ（例えば、図７に示す描画データ４０３Ａ）を生成する。
　なお、信号生成部４０５がｘ方向の各行において描画データを生成する向きは、基材１１の回転方向に基づいて設定される。そのため、信号生成部４０５は、基材１１の回転方向によっては、ｘ方向の行ごとに右端の格子から左端の格子に向かって（ｘ軸における負の方向に向かって）、描画データを生成してもよい。また、信号生成部４０５がｙ方向において描画データを生成する向きは、基材１１に対するレーザ光２０の走査方向に基づいて設定される。そのため、信号生成部４０５は、基材１１に対するレーザ光２０の走査方向によっては、下の行から上の行へ向かって（ｙ方向の正の方向に向かって）、描画データを生成してもよい。さらに、信号生成部４０５は、上記例示とは逆に、小領域分割部４０３によりオブジェクトが含まれないと判断された格子に「１」を割当、オブジェクトが含まれると判断された格子に「０」を割り当てることで、描画データを生成してもよい。
　また、図７に示すように、信号生成部４０５は、クロック信号生成部４０７から取得したクロック信号４０７Ａを用いて、上記にて生成した描画データ４０３Ａを制御信号４０５Ａに変換する。例えば、描画データ４０３Ａは、レーザ光２０を照射する格子に「１」を割り当て、レーザ光２０を照射しない格子に「０」を割り当てた描画データであり、クロック信号４０７Ａは、クロック信号生成部４０７から取得した所定の周波数を有する矩形波の信号である。
　ここで、図７に示すように、例えば、信号生成部４０５は、描画データ４０３Ａにおいて「１」が割り当てられた格子に「ハイ」信号、「０」が割り当てられた格子に「ロー」信号が割り当てられるように、制御信号４０５Ａを生成する。また、信号生成部４０５は、制御信号４０５Ａの信号の立ち上がりおよび立ち下りのタイミングを、クロック信号４０７Ａの信号の立ち上がりまたは立ち下りのいずれかのタイミングと一致するように制御信号４０５Ａを生成する。
　図７では、例えば、制御信号４０５Ａは、制御信号４０５Ａの信号の立ち上がりおよび立ち下りがクロック信号４０７Ａの信号の立ち上がりと一致するように生成されている。
　クロック信号生成部４０７は、レーザ光２０の照射を制御する制御信号の基準となるクロック信号を生成する。具体的には、クロック信号生成部４０７は、基材１１を回転させるスピンドルモータ３５から回転を制御する回転制御信号を取得し、回転制御信号に基づいて、制御信号の基準となる所定の周波数を有するクロック信号を生成する。
　ここで、基材１１を回転させるスピンドルモータ３５の回転数は、一定の回転数を設定した場合であっても、常に一定ではなく、揺らいでいる。そのため、スピンドルモータ３５の回転を制御する回転制御信号と、レーザ光２０の照射を制御する制御信号とが同期していない場合、スピンドルモータ３５の１回転と、制御信号の１周分とが一致しない可能性がある。このような場合、レーザ光２０が照射される位置が周ごとにずれるため、オブジェクトに対応するパターンが正確に形成できない可能性がある。
　そこで、露光装置２では、上述したように、スピンドルモータ３５の回転を制御する回転制御信号からクロック信号を生成し、該クロック信号を基にしてレーザ光２０の照射を制御する制御信号を生成することで、両者の制御信号を同期させている。
　なお、スピンドルモータ３５の回転を制御する回転制御信号と、レーザ光２０の照射を制御する制御信号とを同期させる方法は、上記例示に限定されない。例えば、クロック信号生成部４０７は、基準となるクロック信号をそれぞれスピンドルモータ３５および信号生成部４０５に送信してもよい。このような場合、スピンドルモータ３５は、該クロック信号を基にスピンドルモータ３５の回転を制御する回転制御信号を生成し、信号生成部４０５は、該クロック信号を基にレーザ光２０の照射を制御する制御信号を生成する。この方法によっても、スピンドルモータ３５の回転を制御する回転制御信号と、レーザ光２０の照射を制御する制御信号とを同期させることができる。
　以上にて、レーザ光２０の照射を制御する制御信号を生成するフォーマッタ４０の機能構成について説明した。このようなフォーマッタ４０によれば、任意のオブジェクトに対応する制御信号を生成することができる。
　なお、このようなフォーマッタ４０の機能は、ソフトウェアとハードウェアとの協働によって実現される。例えば、フォーマッタ４０は、ブリッジにて相互に接続されたＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）等を備え、これらのハードウェアによって上記の機能を実現してもよい。
　例えば、ＣＰＵは、演算処理装置および制御装置として機能し、各種プログラムに従って、フォーマッタ４０内の動作全般を制御する。ＲＯＭは、ＣＰＵが使用するプログラム、演算パラメータを記憶し、ＲＡＭは、ＣＰＵの実行において使用するプログラムや、その実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する。これにより、ＣＰＵは、例えば、入力画像取得部４０１、小領域分割部４０３、信号生成部４０５、クロック信号生成部４０７の機能を実行することができる。
　（露光装置の構成例）
　さらに、図８Ａおよび図８Ｂを参照して、本実施形態に係る第１の製造方法にて使用される露光装置２の構成例について説明する。図８Ａは、本実施形態に係る第１の製造方法にて使用される露光装置の構成例を示す説明図である。図８Ｂは、本実施形態に係る第１の製造方法にて使用される露光装置の他の構成例を示す説明図である。
　まず、図８Ａを参照して、露光装置２Ａについて説明する。露光装置２Ａは、レーザ光源２１Ａとして、固体レーザを用いる露光装置である。
　図８Ａに示すように、露光装置２Ａは、レーザ光源２１Ａと、電気光学素子（Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ：ＥＯＭ）２２と、第１ミラー２３と、フォトダイオード（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ：ＰＤ）２４と、変調光学系２５と、制御機構３７と、第２ミラー３１と、移動光学テーブル３２と、スピンドルモータ３５と、ターンテーブル３６とを備える。また、基材１１は、ターンテーブル３６上に載置され、回転することができるようになっている。
　レーザ光源２１Ａは、具体的には、固体レーザである。例えば、レーザ光源２１Ａとして、２６６ｎｍの波長を有する固体レーザなどを用いることができる。
　レーザ光源２１Ａから出射されたレーザ光２０は、平行ビームのまま直進し、電気光学素子２２に入射する。電気光学素子２２を透過したレーザ光２０は、第１ミラー２３で反射され、変調光学系２５に導かれる。
　第１ミラー２３は、偏光ビームスプリッタで構成されており、偏光成分の一方を反射させ、偏光成分の他方を透過させる機能を有する。第１ミラー２３を透過した偏光成分は、フォトダイオード２４によって受光され、光電変換される。また、フォトダイオード２４によって光電変換された受光信号は、電気光学素子２２に入力され、電気光学素子２２は、入力された受光信号に基づいてレーザ光２０の位相変調を行う。
　また、変調光学系２５は、集光レンズ２６と、音響光学素子（Ａｃｏｕｓｔ－Ｏｐｔｉｃ　Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ：ＡＯＭ）２７と、コリメータレンズ２８とを備える。
　変調光学系２５において、レーザ光２０は、集光レンズ２６によって、ガラス（ＳｉＯ２）などからなる音響光学素子２７に集光される。レーザ光２０は、音響光学素子２７によって強度変調され発散した後、コリメータレンズ２８によって、再度、平行ビーム化される。変調光学系２５から出射されたレーザ光２０は、第２ミラー３１によって反射され、移動光学テーブル３２上に水平かつ平行に導かれる。
　また、制御機構３７は、フォーマッタ４０と、ドライバ３０とを備え、レーザ光２０の照射を制御する。フォーマッタ４０は、上述したようにレーザ光２０の照射を制御する制御信号を生成し、ドライバ３０は、フォーマッタ４０が生成した制御信号に基づいて、音響光学素子２７を制御する。これにより、レジスト層１５へのレーザ光２０の照射が制御される。
　移動光学テーブル３２は、ビームエキスパンダ（Ｂｅａｍ　ｅｘｐａｄｅｒ：ＢＥＸ）３３と、対物レンズ３４とを備える。移動光学テーブル３２に導かれたレーザ光２０は、ビームエキスパンダ３３により所望のビーム形状に整形された後、対物レンズ３４を介して、基材１１の外周面のレジスト層１５に照射される。
　なお、図示していないが、露光装置２Ａは、レーザ光２０が常に基材１１上のレジスト層１５にて焦点を結ぶように動的にフォーカス制御されることが好ましい。具体的には、基材１１は、回転の際に、回転軸の軸ぶれ、および基材１１の表面の加工精度等によって対物レンズ３４から基材１１までの距離が変動している。そのため、レーザ光２０が常に基材１１のレジスト層１５にて焦点を結ぶようにするために、露光装置２Ａは、レーザ光２０のフォーカスずれを検出し、動的にレーザ光２０のフォーカスを制御することが好ましい。なお、基材１１上のレジスト層１５に対するレーザ光２０のフォーカスずれを検出する方法は、例えば、レジスト層１５に照射したレーザ光２０の反射光の非点収差を検出する方法などを用いることができる。
　これらの構成により、ターンテーブル３６にて基材１１を一定速度で回転させ、レーザ光２０を基材１１の軸方向に一定速度で走査しながら照射することにより、レジスト層１５が露光される。なお、レーザ光２０の走査は、移動光学テーブル３２により、レーザ光２０を矢印Ｒ方向へ一定速度で移動させることによって行われる。
　なお、上記で説明したように、露光装置２Ａでは、レーザ光２０の実際の照射位置と、制御信号が示す照射位置とが一致する（同期する）ように、スピンドルモータ３５の回転を制御する信号と、レーザ光２０の照射を制御する制御信号とが同期されている。これにより、露光装置２Ａは、周ごとにレーザ光２０の照射位置がずれることなくレジスト層１５を露光することができる。
　また、露光装置２Ａのターンテーブル３６の回転数、フォーマッタ４０が生成する制御信号の周波数は、基材１１の円筒形状の外周長さ、および入力画像１１０の周方向の分割間隔Ｐｃにより決定される。さらに、露光装置２Ａの移動光学テーブル３２の送りピッチは、入力画像１１０の軸方向の分割間隔Ｐｒにより決定される。すなわち、これらの露光パラメータは、レーザ光２０の照射位置が入力画像１１０の分割された小領域と一致するように決定される。
　次に、図８Ｂを参照して、露光装置２Ｂについて説明する。露光装置２Ｂは、レーザ光源２１Ｂとして、半導体レーザを用いる露光装置である。
　図８Ｂに示すように、露光装置２Ｂは、レーザ光源２１Ｂと、第１ミラー２３と、フォトダイオード（ＰＤ）２４と、集光レンズ２６と、電気光学偏向素子（Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｏｐｔｉｃ　Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ：ＥＯＤ）２９と、コリメータレンズ２８と、制御機構３７と、第２ミラー３１と、移動光学テーブル３２と、スピンドルモータ３５と、ターンテーブル３６とを備える。また、基材１１は、ターンテーブル３６上に載置され、回転することができるようになっている。
　ここで、移動光学テーブル３２、スピンドルモータ３５、およびターンテーブル３６については、図８Ａを参照して説明した露光装置２Ａと同様であるので、ここでの説明は省略する。
　レーザ光源２１Ｂは、具体的には、半導体レーザである。例えば、レーザ光源２１Ｂとして、４００ｎｍ～５００ｎｍの青色光帯域の波長のレーザ光を発する青色半導体レーザを用いることができる。本実施形態に係る製造方法にて使用される露光装置では、レーザ光源２１Ｂとして、半導体レーザを用いることが好ましい。
　レーザ光源２１Ｂから出射されたレーザ光２０は、平行ビームのまま直進し、第１ミラー２３で反射される。また、第１ミラー２３にて反射されたレーザ光２０は、集光レンズ２６によって電気光学偏向素子２９に集光された後、コリメータレンズ２８によって、再度、平行ビーム化される。平行ビーム化されたレーザ光２０は、第２ミラー３１によって反射され、移動光学テーブル３２上に水平かつ平行に導かれる。
　第１ミラー２３は、偏光ビームスプリッタで構成されており、偏光成分の一方を反射させ、偏光成分の他方を透過させる機能を有する。第１ミラー２３を透過した偏光成分は、フォトダイオード２４によって受光され、光電変換される。また、フォトダイオード２４によって光電変換された受光信号は、レーザ光源２１Ｂに入力され、レーザ光源２１Ｂは、入力された受光信号に基づいてレーザ光２０の変調を行う。
　電気光学偏向素子２９は、レーザ光２０の照射位置を制御することが可能な素子である。露光装置２Ｂは、電気光学偏向素子２９により、移動光学テーブル３２上に導かれるレーザ光２０の照射位置を変化させることも可能である。
　また、制御機構３７は、フォーマッタ４０と、ドライバ３０とを備え、レーザ光２０の照射を制御する。ドライバ３０は、フォーマッタ４０が生成した制御信号に基づいてレーザ光源２１Ｂの出力を制御する。これにより、レジスト層１５へのレーザ光２０の照射が制御される。
　なお、図８Ｂで示した露光装置２Ｂは、図８Ａで示した露光装置２Ａと同様に、レーザ光２０のフォーカスを動的に制御しており、スピンドルモータ３５の回転制御信号と、レーザ光２０の照射制御信号とを同期させていることは言うまでもない。
　以上にて、本実施形態に係る第１の製造方法について詳細に説明した。本実施形態に係る第１の製造方法によれば、基材１１の外周面に任意の形状の凹凸構造１３が形成された原盤１を製造することができる。
　［２．２．第２の製造方法］
　続いて、図９Ａ～図１０を参照して、本実施形態に係る第２の製造方法について説明する。
　具体的には、第２の製造方法では、第１の製造方法に比べて、基材１１の外周面に中間層１７を介してレジスト層１５が形成される点が相違する。すなわち、第２の製造方法では、レジスト層１５および中間層１７によって薄膜層が形成される。これにより、第２の製造方法では、レジストパターンが形成されたレジスト層１５をマスクに用いて中間層１７をエッチングすることで、レジスト層１５および中間層１７に薄膜パターンを形成する。さらに、薄膜パターンが形成されたレジスト層１５および中間層１７をマスクに用いて、基材１１をエッチングすることができる。したがって、第２の製造方法では、第１の製造方法に比べて、マスクとして使用可能な膜厚が増加するため、基材１１の厚み方向に対する凹凸構造１３の加工深さを増加させることができる。よって、本実施形態の第２の製造方法によれば、より加工深さが大きな凹凸構造１３（例えば、１μｍ～１０μｍ程度）を有する原盤１を製造することができる。
　（第２の製造方法の概要）
　以下では、図９Ａ～図９Ｅを参照して、本実施形態に係る第２の製造方法について、より具体的に説明する。図９Ａ～図９Ｅは、本実施形態に係る第２の製造方法の各工程を説明する断面図である。なお、図９Ａ～図９Ｅでは、基材１１を厚み方向に切断した際の断面形状を模式的に示している。
　まず、図９Ａに示すように、例えば、石英ガラスなどの基材１１上に中間層１７が形成され、中間層１７上にレジスト層１５が成膜される。
　中間層１７は、シリコン、ダイヤモンドライクカーボン（ｄｉａｍｏｎｄ－ｌｉｋｅ　ｃａｒｂｏｎ：ＤＬＣ）、または有機レジストなどで形成される。中間層１７がシリコンまたはＤＬＣである場合、中間層１７は、例えば、蒸着法、スパッタ法または化学気相蒸着法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）などを用いることで形成されてもよい。また、中間層１７が有機レジストである場合、中間層１７は、例えば、スピンコーティング、スリットコーティング、ディップコーティング、スプレーコーティング、またはスクリーン印刷等を用いることで形成されてもよい。なお、中間層１７が有する好ましい特性については、後述する。
　また、レジスト層１５は、熱リソグラフィを行うために、金属酸化物を含む熱反応型レジストにて形成される。レジスト層１５は、例えば、スパッタ法を用いることで成膜されてもよい。
　次に、図９Ｂに示すように、露光装置によりレジスト層１５が露光され、レジスト層１５に潜像１５Ａが形成される。具体的には、レーザ光２０をレジスト層１５に対して照射し、レーザ光２０が照射されたレジスト層１５の部位を変性させることで、潜像１５Ａが形成される。なお、この工程で用いられる露光装置は、第１の製造方法にて説明した露光装置２と同様であるため、ここでの説明は省略する。第１の製造方法にて説明した露光装置を用いることにより、入力された任意のオブジェクトに対応する位置のレジスト層１５にレーザ光２０を照射することができる。
　続いて、図９Ｃに示すように、潜像１５Ａが形成されたレジスト層１５上に現像液が滴下され、レジスト層１５が現像される。現像液は、例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）などの有機アルカリ系の現像液を使用することができる。これにより、レジスト層１５に任意のオブジェクトに対応するレジストパターンが形成される。
　次に、図９Ｄに示すように、レジストパターンが形成されたレジスト層１５をマスクとして用い、中間層１７をエッチングする第１のエッチング工程が行われる。これにより、中間層１７に対しても薄膜パターンが形成される。中間層１７に対する第１のエッチングには、ドライエッチングを使用することができる。例えば、中間層１７の材質がＤＬＣである場合、酸素ガスを用いた反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）を用いることで、垂直異方性の高いエッチングを行うことができる。
　続いて、図９Ｅに示すように、薄膜パターンが形成されたレジスト層１５および中間層１７をマスクとして用い、基材１１をエッチングする第２のエッチング工程が行われる。これにより、基材１１に対して、任意の形状の凹凸構造１３が形成される。なお、基材１１に対するエッチングには、ドライエッチングを使用することができる。例えば、基材１１の材質が石英ガラス（ＳｉＯ２）である場合、フッ化炭素系ガスを用いた反応性イオンエッチングを用いることで、垂直異方性の高いエッチングを行うことができる。
　以上の工程によれば、基材１１に対して、入力された任意のオブジェクトに対応する形状を有し、かつ、加工深さが大きい凹凸構造１３（例えば、１μｍ～１０μｍ程度）を形成することができる。
　（中間層の特性）
　ここで、中間層１７は、第１のエッチング工程において、レジスト層１５のエッチングレートよりも速いエッチングレートを有し、第２のエッチング工程において、基材１１のエッチングレートよりも遅いエッチングレートを有する材質で形成されることが好ましい。具体的には、中間層１７は、ＤＬＣまたは有機レジストなどで形成された有機層であることが好ましい。
　例えば、レジスト層１５が金属酸化物を含む熱反応型レジストである場合、ＤＬＣまたは有機レジストなどで形成された有機層は、酸素ガスを用いた反応性イオンエッチングの際に、レジスト層１５よりもエッチングレートが速くなる。また、基材１１の材質が石英ガラス（ＳｉＯ２）である場合、ＤＬＣまたは有機レジストなどで形成された有機層は、フッ化炭素系ガスを用いた反応性イオンエッチングの際に、基材１１よりもエッチングレートが遅くなる。よって、中間層１７がＤＬＣまたは有機レジストなどで形成された有機層である場合、本実施形態に係る第２の製造方法では、好適に基材１１をエッチングし、加工深さが大きな凹凸構造１３を有する原盤１を製造することができる。
　また、中間層１７は、熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の材質で形成されることが好ましい。本実施形態に係る第２の製造方法では、レジスト層１５は、熱リソグラフィによって潜像１５Ａが形成される。そのため、中間層１７の熱伝導率が高い場合、レーザ光２０の照射によってレジスト層１５に与えられた熱が中間層１７を介して拡散してしまい、潜像１５Ａを形成できない可能性がある。したがって、中間層１７の熱伝導率は、より低いほうが好ましく、具体的には、２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが好ましい。なお、中間層１７の材質の熱伝導率の下限値は特に規定するものではないが、０よりは大きいことが好ましい。
　さらに、中間層１７は、基材１１上に直接形成されたレジスト層１５に対するレーザ光２０の反射率と、基材１１上に中間層１７を介して形成されたレジスト層１５に対するレーザ光２０の反射率との差が５％以下となる材質で形成されることが好ましい。
　具体的には、レジスト層１５に照射したレーザ光２０の反射率が増加した場合、熱リソグラフィの露光に寄与するレーザ光２０の割合が減少する。そのため、中間層１７は、中間層１７を形成したことによってレジスト層１５に対するレーザ光２０の挙動を大きく変動させないことが好ましく、レジスト層１５に対するレーザ光の反射率の変化が小さい材質であることが好ましい。
　また、露光装置が、レーザ光２０の反射光の非点収差を検出することでレーザ光２０のフォーカスを制御している場合、中間層１７は、露光装置がレーザ光２０の反射光を検出できるように、反射光の光量を減少させないことが好ましい。具体的には、中間層１７は、中間層１７の有無によって、レジスト層１５からの反射光が大きく変化しない材質で形成されることが好ましい。
　ここで、中間層１７が形成されず、基材１１にレジスト層１５のみが成膜された場合、加工深さが大きな凹凸構造１３（例えば、１μｍ～１０μｍ程度）を基材１１に形成することが困難になる。具体的には、レジスト層１５では、熱リソグラフィにより潜像１５Ａが形成されるため、レーザ光２０のよる熱をレジスト層１５の厚み方向に基材１１側まで伝導させる必要がある。そのため、レジスト層１５が１００ｎｍ以上の膜厚である場合、照射されたレーザ光２０の熱が基材１１側まで伝導せず、適切な潜像１５Ａを形成できなくなる。したがって、レジスト層１５が１００ｎｍ以上の膜厚である場合、適切な潜像１５Ａが形成できず、基材１１のエッチングが困難になるため、加工深さが大きい凹凸構造１３（例えば、１μｍ～１０μｍ程度）を基材１１に形成することが困難になる。
　一方、中間層１７には、上記のレジスト層１５のような膜厚の制限はないため、基材１１に形成する凹凸構造１３の加工深さに基づいて適切な膜厚を設定し、加工深さが大きい凹凸構造１３を基材１１に形成することができる。
　以上にて、本実施形態に係る第２の製造方法について詳細に説明した。本実施形態に係る第２の製造方法によれば、基材１１の厚み方向に対して大きな加工深さを有し、任意の形状の凹凸構造１３が形成された原盤１を製造することができる。
　＜３．実施例＞
　以下では、実施例および比較例を参照しながら、上記実施形態に係る原盤の製造方法について、具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、上記実施形態に係る原盤の製造方法の実施可能性および効果を示すための一条件例であり、本発明に係る原盤の製造方法が以下の実施例に限定されるものではない。
　［３．１．中間層の特性評価］
　以下の工程により、基材上に中間層およびレジスト層を積層して試験片を製造し、中間層の好ましい特性について評価した。
　（試験例１）
　石英ガラスからなる基材上に、炭化水素系ガスを用いた化学気相蒸着（ＣＶＤ）により、中間層としてＤＬＣを膜厚５００ｎｍにて成膜した。次に、中間層上にレジスト層としてタングステン酸化物をスパッタ法により膜厚５５ｎｍにて成膜し、試験片を製造した。
　（試験例２）
　試験例１において、ＤＬＣに替えてシリコン（Ｓｉ）をスパッタ法により膜厚５００ｎｍにて成膜し、中間層を形成した以外は、試験例１と同様の方法にて試験片を製造した。
　（試験例３）
　試験例１において、ＤＬＣに替えてアルミニウム（Ａｌ）をスパッタ法により膜厚５００ｎｍにて成膜し、中間層を形成した以外は、試験例１と同様の方法にて試験片を製造した。
　（参考例）
　試験例１において、中間層を形成せずに、基板上に直接レジスト層を形成した以外は、試験例１と同様の方法にて試験片を製造した。
　試験例１～３に係る試験片について、露光装置によりレーザ光を照射し、潜像が形成できるか否かを評価した。露光のレーザ光源には、波長４０５ｎｍのレーザ光を発する青色半導体レーザを用いた。また、露光後の現像には、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）の２．３８質量％水溶液を用い、２７℃にて９００秒間現像した。
　評価結果を中間層の材質の熱伝導率（文献値）と共に以下の表１に示す。なお、表１において、「○」は、現像後にパターンが形成されており、レーザ光の照射により潜像が形成可能であったことを示す。また、「×」は、現像後にパターンが形成されておらず、レーザ光の照射により潜像が形成できなかったことを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１を参照すると、試験例１および２に係る試験片は、中間層の熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であるため、レーザ光の熱がレジスト層から中間層に拡散せず、レジスト層に潜像を形成できることがわかる。一方、試験例３に係る試験片は、中間層の熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）を超えるため、レーザ光の熱がレジスト層から中間層に拡散し、レジスト層に潜像を形成できないことがわかる。
　また、光学薄膜コーティング特性計算ソフトによる計算にて、試験例１および３、参考例に係る試験片の反射率を波長ごとに算出した。光学薄膜コーティング特性計算ソフトには、ＴＦｃａｌｃ（Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｓｐｅｃｔｒａ社）を用いた。算出した反射率の結果を図１０に示す。図１０は、試験例１および３、参考例に係る試験片の反射率の計算結果である。なお、図１０で示す反射率は、試験片の表面の法線方向から光が入射した場合の反射率である。
　図１０に示すように、中間層としてＤＬＣを成膜した試験例１の反射率と、基材上にレジスト層のみを成膜した参考例の反射率との差は、各波長において５％以下であった。したがって、中間層としてＤＬＣを用いた場合、中間層の有無によるレーザ光への影響が小さいことがわかる。一方、中間層としてＡｌを成膜した試験例３の反射率と、基材上にレジスト層のみを成膜した参考例の反射率との差は、各波長において５％を超えていた。したがって、中間層としてＤＬＣを用いた場合、中間層の有無によるレーザ光に対する影響が大きいため、露光が困難になることがわかる。
　さらに、試験例１にて成膜した中間層（ＤＬＣ）、レジスト層（タングステン酸化物）、および基材（石英ガラス）のそれぞれについて、エッチングガスに酸素ガスまたはフッ化炭素系ガス（ＣＦ４／ＣＨＦ３ガス）を用いた場合のエッチングレートを確認した。
　各層に対するエッチングレートの確認結果を以下の表２に示す。なお、エッチング装置には、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置を用いた。エッチングガスにＯ２ガス（流量３０ｓｃｃｍ）を用いる場合、ガス圧は０．５Ｐａ、投入電力は１５０Ｗとした。また、エッチングガスにＣＦ４／ＣＨＦ３ガス（流量５ｓｃｃｍ／２５ｓｃｃｍ）を用いる場合、ガス圧は０．５Ｐａ、投入電力は２００Ｗとした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２を参照すると、レジスト層をマスクとして中間層をエッチングする工程では、Ｏ２ガスをエッチングガスに用いることにより、中間層のエッチングレートをレジスト層のエッチングレートよりも速くすることができる。また、レジスト層および中間層をマスクとして基材をエッチングする工程では、ＣＦ４／ＣＨＦ３ガスをエッチングガスに用いることにより、レジスト層および中間層のエッチングレートを基材のエッチングレートよりも遅くすることができる。
　以上の中間層の特性評価から、試験例１に係るレジスト層および中間層は、上記にて説明した本実施形態の第２の製造方法に好適に用いられることがわかる。
　［３．２．原盤の製造］
　続いて、以下の工程により原盤を製造した。
　（実施例１）
　まず、４．５ｍｍ厚の円筒形状の石英ガラスからなる基材の外周面に、炭化水素系ガスを用いたＣＶＤにより、中間層としてＤＬＣを膜厚８００ｎｍにて成膜した。次に、中間層上にタングステン酸化物をスパッタ法により膜厚５５ｎｍにて成膜した。
　続いて、露光装置によってレーザ光による熱リソグラフィを行い、レジスト層に潜像を形成した。なお、露光装置のレーザ光源には、波長４０５ｎｍのレーザ光を発する青色半導体レーザを用いた。基材を９００ｒｐｍで回転させ、レーザ光を基材の軸方向に１．５μｍ／秒にて走査しながら露光した。入力画像（露光パターン）には、直径４μｍの円を５μｍピッチにて千鳥状に配列した六方格子配列の画像を使用し、入力画像の分割間隔は、基材の周方向および軸方向ともに１００ｎｍ間隔とした。また、直径４μｍの円が凸部に対応するように、露光装置にて直径４μｍの円以外の部分を露光した。なお、露光時間は、４５時間であった。
　続いて、露光した基材をＴＭＡＨの２．３８質量％水溶液を用いて、２７℃にて９００秒間現像し、露光した部分のレジストを溶解させた。
　さらに、現像後のレジスト層をマスクに用いて、中間層をエッチングする第１のエッチング工程を行った。第１のエッチング工程では、エッチングガスにＯ２ガス（流量３０ｓｃｃｍ）を用い、ガス圧０．５Ｐａ、投入電圧１５０Ｗにて、８０分間、反応性イオンエッチングを行った。続いて、レジスト層および中間層をマスクに用いて、基材をエッチングする第２のエッチング工程を行った。第２のエッチング工程では、エッチングガスにＣＦ４ガス（流量５ｓｃｃｍ）およびＣＨＦ３ガス（流量２５ｓｃｃｍ）を用い、ガス圧０．５Ｐａ、投入電圧２００Ｗにて、５００分間、反応性イオンエッチングを行った。
　以上の工程により、実施例１に係る原盤を製造した。
　（実施例２）
　実施例１において、入力画像（露光パターン）に、３．５μｍ四方の正方形を４．５μｍピッチにて配列した四方格子配列の画像を使用した以外は、実施例１と同様の方法にて原盤を製造した。なお、実施例１と同様に、３．５μｍ四方の正方形が凸部に対応するように、露光装置にて３．５μｍ四方の正方形以外の部分を露光した。
　（比較例１）
　熱リソグラフィを用いず、機械的加工である超精密切削により、比較例１に係る原盤を製造した。図１３Ａは、比較例１に係る原盤に形成したパターンを説明する説明図であり、図１３Ｂは、比較例１に係る原盤に形成したパターンを基材の厚み方向に切断した際の断面を模式的に示した断面図である。
　図１３Ａに示すように、比較例１に係る原盤は、円筒形状の基材１１Ａからなり、基材１１Ａの外周面には凹凸構造１３Ａが形成される。凹凸構造１３Ａは、例えば、基材１１Ａの軸方向に所定の間隔で形成された縦溝１３１Ａと、縦溝１３１Ａと直交し、所定の間隔で形成された横溝１３３Ａからなる。また、図１３Ｂに示すように、比較例１に係る原盤の縦溝１３１Ａおよび横溝１３３Ａの溝幅は、２μｍにて形成し、溝ピッチは、７μｍにて形成し、溝深さは、４μｍにて形成した。
　具体的には、まず、ステンレス鋼からなる基材の外周面にメッキ法によりニッケルリン層を膜厚２００μｍにて形成した。次に、超精密旋盤により、単結晶ダイヤモンド工具を用いて、基材を回転させながら、ニッケルリン層に上述した溝幅２μｍ、溝ピッチ７μｍ、溝深さ４μｍの溝を軸方向に２２０ｍｍの幅で形成した。なお、基材１１Ａの加工は、縦溝１３１Ａの加工、および横溝１３３Ａの加工の２回に分けて行った。なお、すべての溝を形成するために、４７日間かかった。また、単結晶ダイヤモンド工具は、摩耗に伴い、加工中に４～５回交換した。
　［３．３．原盤の評価］
　上記の工程により製造した実施例１および２、比較例１に係る原盤について、形成した凹凸構造をＵＶ（紫外線）転写フィルムに転写することで評価した。なお、以下で説明するＳＥＭ画像は、原盤の転写物を観察している。そのため、以下で示す転写物のパターンの凹凸構造は、原盤の凹凸構造に対して、凹部と凸部との位置が反転している。
　まず、図１１および１２を参照して、実施例１および２に係る原盤の転写物に対する走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）の観察結果を説明する。
　図１１は、実施例１に係る原盤の転写物を観察したＳＥＭ画像であり、図１２は、実施例２に係る原盤の転写物を観察したＳＥＭ画像である。また、図１１Ａおよび図１２Ａは、転写物の上面を観察したＳＥＭ画像であり、図１１Ｂおよび図１２Ｂは、図１１Ａおよび図１２Ａに示す転写物をＸ－ＸＸ線にて切断した断面を観察したＳＥＭ画像である。
　図１１Ａおよび図１２Ａを参照すると、実施例１および２に係る原盤は、それぞれ露光装置に入力された任意の形状を有する凹凸構造が形成されていることがわかる。なお、図１１Ａおよび図１２Ａにおいて、ＳＥＭ画像の上下方向が基材の周方向に相当し、左右方向が基材の軸方向に相当する。また、図１１Ｂおよび図１２Ｂを参照すると、実施例１および２に係る原盤は、凹凸構造の高さが３．４μｍ～３．５μｍであり、マイクロメートルオーダーの大きな加工深さを有する凹凸構造を形成できていることがわかる。
　続いて、実施例１、２、および比較例１に係る原盤の加工深さのばらつきについて評価した。具体的には、実施例１、２、および比較例１に係る原盤をＵＶ転写フィルムに転写して転写物を製造した。また、製造した転写物をレーザ顕微鏡により周方向４カ所、軸方向４カ所ずつ深さを測定し、最大深さばらつきを算出した。なお、レーザ顕微鏡は、キーエンス製のＶＫ８７００を用いた。なお、比較例１は、深さばらつきが大きかったため、同一条件で２回、原盤を製造し、それぞれ深さばらつきを評価した。
　深さばらつき測定の結果を以下の表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３を参照すると、熱リソグラフィを用いて凹凸構造を形成した実施例１に係る原盤は、機械的加工を用いて凹凸構造を形成した比較例１に係る原盤に比べて、深さばらつきが小さいことがわかる。
　また、比較例１に係る原盤は、縦溝の加工と、横溝の加工とに分けて加工しているため、縦溝と横溝との間で加工深さが異なり、段差が発生していることがわかった。具体的には、比較例１に係る原盤にて発生している段差は、最大で１．４μｍ～１．６μｍであった。一方、実施例１に係る原盤では、凹凸構造中に段差は観察されなかった。
　これは、比較例１に係る原盤では、加工に用いる単結晶ダイヤモンド工具が加工の進行に伴って摩耗し、加工深さが狙い値よりも浅くなることが原因であると考えられる。そこで、比較例１に係る原盤において、単結晶ダイヤモンド工具の加工距離と狙い深さからの変化量との関係を評価した。評価結果を図１４に示す。図１４は、単結晶ダイヤモンド工具の加工距離と、狙い深さからの変化量との関係を示すグラフ図である。なお、図１４に示す□点、△点、×点は、それぞれ異なる単結晶ダイヤモンド工具に対応する。
　また、単結晶ダイヤモンド工具の加工距離と狙い深さからの変化量との関係は、深さばらつきと同様に、レーザ顕微鏡によって比較例１に係る原盤の転写物の深さ測定することで評価した。具体的には、単結晶ダイヤモンド工具３本のそれぞれが形成した溝の深さが、加工距離によってどのように変化しているかを、原盤の転写物を観察することで測定した。
　図１４に示すように、いずれの単結晶ダイヤモンド工具も、加工距離が長くなるにつれ摩耗し、溝の加工深さが狙い値よりも浅くなっていることがわかった。また、単結晶ダイヤモンド工具ごとに加工距離に対する摩耗の進行度合いがばらついていることがわかった。このような単結晶ダイヤモンド工具ごとのばらつきも、比較例１に係る原盤の加工深さのばらつきの原因となっていると考えられる。
　以上にて説明したように、本実施形態に係る原盤の製造方法によれば、任意の形状を有する凹凸構造が形成された原盤を短期間で製造することができる。また、本実施形態に係る原盤の製造方法によれば、マイクロメートルオーダーの加工深さを有する凹凸構造が形成された原盤を製造することができる。さらに、本実施形態に係る製造方法により製造された原盤は、マイクロメートルオーダーの加工深さを有する凹凸構造を形成可能な他の方法である超精密切削と比べて凹凸構造の加工深さばらつきを小さくすることができることがわかった。
　以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
　なお、本発明に係る製造方法により製造された原盤の転写物は、任意の形状の凹凸構造を有するため、様々な用途に適用することができる。
　例えば、転写物は、転写された凹凸構造に対して回路を形成することで、プリンテッド・エレクトロニクスに対して適用することができる。他の例としては、転写物は、転写された凹凸構造に対して血液等の生体試料の流路を形成することにより、バイオセンサまたは診断デバイスとして適用することができる。また、転写物は、転写された凹凸構造にて光学的特性を制御することにより、光学素子として適用することができる。さらに、転写物は、転写された凹凸構造を用いることにより、粒子配列シートとして適用することができる。
　１　　　　原盤
　２　　　　露光装置
　１１　　　基材
　１３　　　凹凸構造
　１５　　　レジスト層
　１５Ａ　　潜像
　１７　　　中間層
　２０　　　レーザ光
　２１　　　レーザ光源
　４０　　　フォーマッタ
　４０１　　入力画像取得部
　４０３　　小領域分割部
　４０５　　信号生成部
　４０７　　クロック信号生成部

Claims (15)

  1. 　円筒または円柱形状の基材の外周面に薄膜層を形成するステップと、
    　オブジェクトが描かれた入力画像に基づいて、前記オブジェクトに対応する制御信号を生成するステップと、
    　前記制御信号に基づいて前記薄膜層にレーザ光を照射し、前記薄膜層に前記オブジェクトに対応する薄膜パターンを形成するステップと、
    　前記薄膜パターンが形成された前記薄膜層をマスクに用いて、前記基材の前記外周面に前記オブジェクトに対応するパターンを形成するステップと、
    を含む原盤の製造方法。
  2. 　前記入力画像を複数の小領域に分割し、前記小領域の各々に前記オブジェクトが含まれるか否かに基づいて、前記小領域に前記レーザ光を照射するか否かを決定し、当該決定結果に基づいて、前記制御信号を生成する、請求項１に記載の原盤の製造方法。
  3. 　前記小領域の大きさは、前記レーザ光のスポットの大きさよりも小さい、請求項２に記載の原盤の製造方法。
  4. 　前記薄膜層に前記薄膜パターンを形成するステップは、
    　前記基材の中心軸を回転軸として前記基材を回転させながら、前記基材に前記レーザ光を照射する、請求項１～３のいずれか一項に記載の原盤の製造方法。
  5. 　前記制御信号は、前記基材の回転を制御する信号と同期するように生成される、請求項４に記載の原盤の製造方法。
  6. 　前記レーザ光の光源は、半導体レーザであり、
    　前記薄膜層には、熱リソグラフィにより前記薄膜パターンが形成される、請求項１～５のいずれか一項に記載の原盤の製造方法。
  7. 　前記薄膜層は、前記外周面に形成された中間層と、前記中間層上に形成されたレジスト層とを含み、
    　前記薄膜層に前記薄膜パターンを形成するステップは、
    　前記レジスト層を現像することにより前記レジスト層に前記薄膜パターンを形成するステップと、
    　前記レジスト層をマスクとして、前記中間層をエッチングするステップと、を含む、請求項１～６のいずれか一項に記載の原盤の製造方法。
  8. 　前記中間層のエッチングレートは、前記レジスト層のエッチングレートよりも速く、
    　前記中間層のエッチングレートは、前記基材のエッチングレートよりも遅い、請求項７に記載の原盤の製造方法。
  9. 　前記中間層の熱伝導率は、２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である、請求項７または８に記載の原盤の製造方法。
  10. 　前記基材上に直接形成された前記レジスト層に対する前記レーザ光の反射率と、前記基材上に前記中間層を介して形成された前記レジスト層に対する前記レーザ光の反射率との差は、５％以下である、請求項７～９のいずれか一項に記載の原盤の製造方法。
  11. 　前記レジスト層は、金属酸化物を含む、請求項７～１０のいずれか一項に記載の原盤の製造方法。
  12. 　前記中間層は、ダイヤモンドライクカーボンを含む、請求項７～１１のいずれか一項に記載の原盤の製造方法。
  13. 　請求項１～１２のいずれか一項に記載の製造方法により製造された原盤のパターンが転写された転写物。
  14. 　請求項１３に記載の転写物のパターンが転写されたレプリカ原盤。
  15. 　請求項１４に記載のレプリカ原盤のパターンが転写された転写物。
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