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JP2003091070A - Three-dimensional structure and method for producing the same - Google Patents

Three-dimensional structure and method for producing the same

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JP2003091070A
JP2003091070A JP2001282173A JP2001282173A JP2003091070A JP 2003091070 A JP2003091070 A JP 2003091070A JP 2001282173 A JP2001282173 A JP 2001282173A JP 2001282173 A JP2001282173 A JP 2001282173A JP 2003091070 A JP2003091070 A JP 2003091070A
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JP
Japan
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pattern
mask
photosensitive material
dimensional structure
light
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JP2001282173A
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Kazuhiro Umeki
和博 梅木
Takuya Handa
卓也 半田
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Ricoh Optical Industries Co Ltd
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Ricoh Optical Industries Co Ltd
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Publication date
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  • Micromachines (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a tribological product holding a lubricant on the surface of a structural member by combining a three-dimensional structure and an ultrafine structure. SOLUTION: The objective shape is simulated and a mask with a GM pattern is formed using a CAD software. A double-faced polished cemented carbide is prepared as a base material and a high sensitivity photosensitive material is applied on the surface of the base material with a spinner and subjected to reduced exposure with a stepper using the mask without defocusing. After developing and rinsing the photosensitive material, hardening is carried out with a UV hardening device while retaining the rugged fine shape of the surface of the photosensitive material. When the shape of the photosensitive resist material is transferred to the cemented carbide by a dry etching method, micro- concaves 14 of about 0.02 μm diameter are formed in micro-concaves 12 in the surface 10b of a structural component of the cemented carbide. A lubricative material is dropped on the surface and the structural component is used.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はマイクロマシニング
製品、摩擦・磨耗(トライボロジー)分野(構造部材の
表面潤滑が関係する分野、例えば自動車エンジンの内
部、移動ステージ表面等、摩擦係数を低減させる分野)
の製品、光触媒など、三次元的構造を有する物品と、そ
れらの製造方法に関するものであり、特にその製造方法
は感光性材料が塗布された基板上に露光マスクを介して
露光し、現像・リンスしてその感光性材料に三次元構造
パターンを形成した後、その感光性材料パターンを硬化
させ、それをマスクとしてドライエッチング法でその基
板にパターンを転写して三次元構造体を形成する方法に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the field of micromachining products, friction and wear (tribology) (fields related to surface lubrication of structural members, for example, the interior of automobile engines, the field of moving stage surfaces, etc., for reducing the friction coefficient).
Products, photocatalysts, and other articles having a three-dimensional structure, and methods for manufacturing the same. In particular, the manufacturing method involves exposing a substrate coated with a photosensitive material through an exposure mask to develop and rinse the substrate. And then forming a three-dimensional structure pattern on the photosensitive material, curing the photosensitive material pattern, and using the mask as a mask to transfer the pattern to the substrate to form a three-dimensional structure. It is a thing.

【0002】[0002]

【従来の技術】光学素子の屈折面や反射面に、球面や非
球面等に代表される特殊な面形状が使用されるようにな
ってきている。また近年は液晶表示素子や液晶プロジェ
クタ等に関連して、マイクロレンズ等にも特殊な面形状
が求められている。そこで屈折面や反射面を型成形や研
磨によらずに形成する方法として、光学基板の表面にフ
ォトレジスト(感光性材料の代表例)の層を形成し、こ
のフォトレジスト層に対して二次元的な透過率分布を有
する濃度分布マスク(グラデーションマスク(GM))
を介して露光し、フォトレジストの現像・リンスにより
フォトレジストの表面形状として凸面形状もしくは凹面
形状を得、しかる後にフォトレジストと光学基板とに対
して異方性エッチングを行ない、フォトレジストの表面
形状を光学基板に彫り写して転写することにより、光学
基板の表面に所望の三次元構造の屈折面や反射面の形状
を得ることが知られている(特開平7−230159号
公報、特表平8−504515号公報を参照)。
2. Description of the Related Art As a refracting surface or a reflecting surface of an optical element, a special surface shape represented by a spherical surface or an aspherical surface has been used. Further, in recent years, a special surface shape has been required for microlenses and the like in connection with liquid crystal display elements, liquid crystal projectors and the like. Therefore, as a method of forming a refraction surface and a reflection surface without using molding or polishing, a layer of photoresist (a typical example of a photosensitive material) is formed on the surface of an optical substrate, and a two-dimensional pattern is formed on this photoresist layer. Density distribution mask (gradation mask (GM)) with a typical transmittance distribution
Through exposure, and develop or rinse the photoresist to obtain a convex or concave shape as the surface shape of the photoresist, and then anisotropically etch the photoresist and the optical substrate to obtain the surface shape of the photoresist. It is known to obtain a desired shape of a refracting surface or a reflecting surface of a three-dimensional structure on the surface of an optical substrate by engraving and transferring the same onto an optical substrate (Japanese Patent Laid-Open No. 7-230159, Japanese Patent Publication No. See JP-A 8-504515).

【0003】そこでは、屈折面や反射面等の三次元構造
の特殊表面形状を得るために用いられる濃度分布マスク
として、表面形状に対応して透過率が段階的に変化する
二次元的な透過率分布を持った濃度分布マスクが使用さ
れている。
There, as a concentration distribution mask used for obtaining a special surface shape of a three-dimensional structure such as a refracting surface or a reflecting surface, a two-dimensional transmission in which the transmittance changes stepwise according to the surface shape. A density distribution mask having a rate distribution is used.

【0004】特表平8−504515号公報に記載され
ている濃度分布マスクでは、二次元的な透過率分布のパ
ターンを形成するために、マスクパターンを光伝達開口
と称する単位セルに分割し、各単位セルの開口寸法が、
形成しようとするフォトレジストパターンの対応した位
置の高さに応じた光透過量又は遮光量となるように設定
されている。その単位セルの遮光膜パターンは遮光膜が
存在して光の透過率が0%の領域と、遮光膜がなくて光
の透過率が100%の領域の2種類により構成され、光
の透過率が0%の領域と光の透過率が100%の領域は
互いに一方向に寄せられてひとつの塊になるように配置
されている。遮光膜パターンの最小寸法は露光に用いる
光の波長よりも短かくなるような超微細パターンであ
る。
In the density distribution mask described in Japanese Patent Publication No. 8-504515, the mask pattern is divided into unit cells called light transmission apertures in order to form a two-dimensional transmittance distribution pattern. The opening size of each unit cell is
The amount of light transmission or the amount of light shielding is set according to the height of the corresponding position of the photoresist pattern to be formed. The light-shielding film pattern of the unit cell is composed of two types, that is, a region where the light-shielding film exists and the light transmittance is 0%, and a region where the light-transmitting film does not exist and the light transmittance is 100%. The region of 0% and the region of 100% light transmittance are arranged in one direction so as to be one lump. The minimum size of the light-shielding film pattern is an ultrafine pattern that is shorter than the wavelength of light used for exposure.

【0005】また、その製造方法として電子ビーム(E
B)照射による描画方法が採られている。特開平7−2
30159号公報には、描画時のレーザー光照射光量を
単位セル内で変更することによって、単位セル内の光透
過量を変更することによる濃度分布マスクの製造方法が
記載されている。
As a method of manufacturing the same, an electron beam (E
B) The drawing method by irradiation is adopted. JP 7-2
Japanese Patent No. 30159 describes a method of manufacturing a concentration distribution mask by changing the light transmission amount in the unit cell by changing the laser light irradiation light amount at the time of drawing in the unit cell.

【0006】摩擦・磨耗のトライボロジー分野において
は、潤滑剤(オイル)を構造部材表面に保持することが
求められている。そのため、構造物表面にV溝や凹溝を
機械的に形成し、潤滑油を保持する方法は提案されてい
るが、微細な三次元構造、特に微細な三次元構造の表面
にさらに超微細な構造を形成して摩擦・磨耗を低減させ
るようなことは知られていない。
In the field of tribology of friction and wear, it is required to retain a lubricant (oil) on the surface of structural members. Therefore, a method of mechanically forming a V-groove or a concave groove on the surface of a structure and retaining the lubricating oil has been proposed, but an ultra-fine three-dimensional structure, particularly a fine three-dimensional surface It is not known to form a structure to reduce friction and wear.

【0007】光触媒分野では、アナターゼ型、ブルック
ライト型の結晶構造をもつ酸化チタン(TiO2)にお
いては、酸化チタン表面では、紫外線照射によって有機
物質を燃焼(化学反応)させる分解反応が生じ、また、
紫外光で水をH、Oに分解して親水化反応が生じること
が判っている。
In the field of photocatalysts, in titanium oxide (TiO 2 ) having anatase type and Brooklite type crystal structures, decomposition reaction of burning (chemical reaction) an organic substance occurs on the surface of titanium oxide by ultraviolet irradiation, and ,
It has been known that water is decomposed into H and O by ultraviolet light and a hydrophilization reaction occurs.

【0008】光触媒表面でのこのような反応による効果
を工業的に効率よく得ようとすると、光触媒反応が起き
る前に空気中や水中の有機物質が拡散して触媒表面に到
達し、そこに吸着される必要がある。それには、材料の
微細な凹凸を含めた表面積が影響する。したがって、光
触媒としては表面積の大きいポーラスな材料が用いられ
ることが望ましい。
In order to industrially efficiently obtain the effect of such a reaction on the photocatalyst surface, an organic substance in the air or water diffuses and reaches the catalyst surface before the photocatalytic reaction occurs and is adsorbed there. Needs to be done. The surface area of the material, including fine irregularities, affects it. Therefore, it is desirable to use a porous material having a large surface area as the photocatalyst.

【0009】ポーラスで、表面積の大きい材料を作るに
は、例えば触媒として酸化チタンを用いる場合には、酸
化チタン同士の結合をあまり進めないように低温で焼結
が進まない条件で作成する方法、バインダーがやや少な
い条件で製作する方法、及びゾル−ゲル法で表面薄膜を
製作する方法が知られている。
In order to produce a porous material having a large surface area, for example, when titanium oxide is used as a catalyst, a method of producing it at a low temperature so that sintering does not proceed so as not to promote the bonding of titanium oxides to each other, A method for producing a surface thin film by a sol-gel method and a method for producing it under the condition that the amount of binder is slightly small are known.

【0010】感光性材料の「感度曲線」は、概略図3に
示すように与えられている。感光性材料によって感度曲
線は異なり、aは高感度感光性材料、bは低高感度感光
性材料である。Aは感光性材料の塗布膜厚、CEL(コ
ントラスト・エンハンスト・リソグラフィー)は感光初
期の感光性材料除去量で、高感度感光性材料のCEL
(高)は低感度感光性材料のCEL(低)よりも大き
い。D1は低感度感光性材料が感光し始める照射光量、
D2は高感度感光性材料が感光し始める照射光量で、そ
れぞれのCEL効果による初期照射光量である。D3は
高感度感光性材料の全膜厚除去に要する照射光量、D4
は低感度感光性材料の全膜厚除去に要する照射光量で、
これらはそれぞれの感光性材料が底部まで感光する時の
露光量である。
The "sensitivity curve" of the photosensitive material is given as shown schematically in FIG. The sensitivity curve differs depending on the photosensitive material, where a is a high-sensitivity photosensitive material and b is a low-sensitivity photosensitive material. A is the coating thickness of the photosensitive material, CEL (contrast / enhancement / lithography) is the amount of the photosensitive material removed in the initial stage of exposure, which is the CEL of the high-sensitivity photosensitive material.
(High) is larger than CEL (Low) of the low-sensitivity photosensitive material. D1 is the irradiation light amount at which the low-sensitivity photosensitive material starts to be exposed
D2 is the irradiation light amount at which the high-sensitivity photosensitive material starts to be exposed, and is the initial irradiation light amount due to each CEL effect. D3 is the amount of irradiation light required to remove the entire film thickness of the high-sensitivity photosensitive material, D4
Is the amount of irradiation light required to remove the entire film thickness of the low-sensitivity photosensitive material,
These are the exposure amounts when each photosensitive material is exposed to the bottom.

【0011】光透過量は、感光性材料中に含まれる分子
構造によって光の吸収係数が異なるため感光性材料に応
じてCEL量及び感度曲線が異なる。感光性材料中を光
が進行する際には、深さに応じて光エネルギー(光量)
が減少する。つまり、感光性材料の厚さ(深さ)と照射
光エネルギー量は指数関数で減少する反比例の関係にあ
る。したがって、「光透過率」と感光性材料の残膜量を
実験データから求めると、感光性材料の厚さ方向に分布
を有するレジスト膜厚分布を形成することが可能とな
る。
Since the light transmission coefficient has a different light absorption coefficient depending on the molecular structure contained in the photosensitive material, the CEL amount and the sensitivity curve differ depending on the photosensitive material. When the light travels through the photosensitive material, the light energy (light quantity) depends on the depth.
Is reduced. That is, the thickness (depth) of the photosensitive material and the irradiation light energy amount are in an inversely proportional relationship that decreases with an exponential function. Therefore, if the "light transmittance" and the residual film amount of the photosensitive material are obtained from the experimental data, it is possible to form a resist film thickness distribution having a distribution in the thickness direction of the photosensitive material.

【0012】図3からわかるように、低感度感光性材料
を用いるとD1からD4の範囲で階調が得られ、階調の
範囲を広くとることができる反面、パターンのシャープ
ネス(切れ)を向上させることが難しい。一方、高感度
感光性材料を用いるとD2からD3の範囲でのみ階調が
得られ、階調の範囲を広くとることができないが、パタ
ーンのシャープネスを向上させることが容易である。
As can be seen from FIG. 3, when the low-sensitivity photosensitive material is used, gradation can be obtained in the range of D1 to D4, and the gradation range can be widened, but the sharpness of the pattern is improved. Difficult to make On the other hand, when the high-sensitivity photosensitive material is used, gradation can be obtained only in the range of D2 to D3, and the range of gradation cannot be widened, but it is easy to improve the sharpness of the pattern.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、パターンの
シャープネスを向上させるために、高感度感光性材料を
使用することを検討した。従来技術の特表平8−504
515号公報に示されている濃度分布レチクルマスクは
図1(A)、(B)に示されるような単位セルをもって
おり、そのような濃度分布レチクルマスクを用いて高感
度感光性材料を露光すると、現像後の断面形状は図1
(A)に実線で示されるように、感光性材料に各単位セ
ルの階調段差が大きく生じるため、滑らかな形状とはな
らない。
The present invention has investigated the use of high sensitivity photosensitive materials to improve pattern sharpness. Prior art table 8-504
The density distribution reticle mask disclosed in Japanese Patent No. 515 has unit cells as shown in FIGS. 1A and 1B, and when a high sensitivity photosensitive material is exposed using such a density distribution reticle mask. The cross-sectional shape after development is shown in Figure 1.
As shown by the solid line in (A), a gradation step of each unit cell is large in the photosensitive material, so that the shape is not smooth.

【0014】高感度感光性材料では、マスクの単位セル
内の光透過率分布をそのまま転写するため、表面に微細
な凹凸を形成することができる。そこで、本発明の第1
の目的は、表面に微細な凹凸をもった三次元構造体を提
供することである。
With the high-sensitivity photosensitive material, since the light transmittance distribution in the unit cell of the mask is transferred as it is, fine irregularities can be formed on the surface. Therefore, the first aspect of the present invention
The purpose of is to provide a three-dimensional structure having fine irregularities on the surface.

【0015】摩擦・磨耗のトライボロジー分野では、構
造部材は高強度・超硬度材料金属で製作されているた
め、機械加工によっては構造部材の加工途中において構
造物表面に微細構造を製造することはできなかった。本
発明の第2の目的は、摩擦・磨耗のトライボロジー分野
において、三次元構造と超微細構造を兼ね備えることに
よって潤滑剤を構造部材表面に保持することである。
In the tribology field of friction and wear, since the structural members are made of high-strength, superhard material metal, it is not possible to manufacture a fine structure on the surface of the structure during machining of the structural members by machining. There wasn't. A second object of the present invention is to retain a lubricant on the surface of a structural member by combining a three-dimensional structure and an ultrafine structure in the tribological field of friction and wear.

【0016】光触媒分野では、表面積の大きい材料を作
ろうとすれば、従来の製作方法では、目的とする材料ご
とに製作するプロセスが異なるという問題が生じる。本
発明の第3の目的は、表面積の大きい光触媒構造を容易
に製造できるようにすることである。
In the field of photocatalysis, if a material having a large surface area is to be produced, the conventional production method has a problem that the production process is different for each target material. A third object of the present invention is to facilitate the production of a photocatalytic structure having a large surface area.

【0017】本発明の第4の目的は、トライボロジー製
品や光触媒その他の製品に適用するのに適する、表面に
微細な凹凸をもった三次元構造体を高精度で安価に製造
する方法を提供することである。
A fourth object of the present invention is to provide a method for producing a three-dimensional structure having fine irregularities on the surface thereof with high accuracy and at low cost, which is suitable for application to tribological products, photocatalysts and other products. That is.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明の三次元構造体
は、その表面に微細な凹凸をもち、その凹凸はこの三次
元構造体寸法の1/200以下の領域内に複数個が形成
されたものであり、その凹凸の高さ寸法はこの三次元構
造体の高さの1/1000以上である。
The three-dimensional structure of the present invention has fine irregularities on its surface, and a plurality of irregularities are formed within a region of 1/200 or less of the dimension of the three-dimensional structure. The height dimension of the unevenness is 1/1000 or more of the height of this three-dimensional structure.

【0019】その凹凸が三次元構造体寸法の1/200
より大きくなると目的形状を滑らかにすることが困難に
なるからである。また、その凹凸の高さ寸法がこの三次
元構造体の高さの1/1000より小さくなると、表面
に微細な凹凸をもつ目的三次元構造体がトライボロジー
製品や光触媒に適用されたときに所期の目的を達成する
ことが困難になり、さらに、製造の際に感光性材料パタ
ーンの構造を維持することが困難になるからである。
The unevenness is 1/200 of the three-dimensional structure size.
This is because it becomes difficult to make the target shape smoother as the size becomes larger. Further, if the height dimension of the unevenness is smaller than 1/1000 of the height of this three-dimensional structure, the intended three-dimensional structure having fine unevenness on the surface is expected when applied to a tribological product or a photocatalyst. This is because it is difficult to achieve the above-mentioned object and it is difficult to maintain the structure of the photosensitive material pattern during manufacturing.

【0020】本発明のトライボロジー製品は、本発明の
三次元構造体の微細な凹凸の表面に潤滑剤を保持したも
のである。本発明の光触媒は、本発明の三次元構造体の
微細な凹凸の表面に光触媒層をコーティングしたもので
ある。
The tribological product of the present invention is one in which a lubricant is held on the surface of fine irregularities of the three-dimensional structure of the present invention. The photocatalyst of the present invention is obtained by coating the surface of fine irregularities of the three-dimensional structure of the present invention with a photocatalyst layer.

【0021】本発明の製造方法では、感光性材料が塗布
された基板上に露光マスクを介して露光し、現像・リン
スしてその感光性材料に三次元構造パターンを形成した
後、その感光性材料パターンを硬化させ、それをマスク
としてドライエッチング法で前記基板にパターンを転写
して三次元構造体を形成する。その際、露光マスクは光
遮光部分の面積を決定するように光透過部分が多段階に
分解されたパターンをもつ複数の単位セルを備えてお
り、感光性材料として単位セル内のパターンが凹凸形状
として転写される高感度な感光性材料を使用し、現像・
リンス後の感光性材料パターンとして三次元の全体構造
の表面にマスクの単位セル内パターンの光透過領域の寸
法に応じた微細な凹凸を形成する。そして、必要な三次
元構造と超微細構造を兼ね備えた三次元構造体を得るた
めに、感光性材料パターンを表面に凹凸をもった状態で
硬化させ、それをマスクとしてドライエッチング法で基
板にパターンを転写することにより、マスクの単位セル
内の光透過パターンに対応して表面に微細な凹凸をもつ
三次元構造体を形成する。
In the manufacturing method of the present invention, a substrate coated with a photosensitive material is exposed through an exposure mask, developed and rinsed to form a three-dimensional structural pattern on the photosensitive material, and then the photosensitive material is exposed. The material pattern is cured, and the pattern is transferred to the substrate by dry etching using the material pattern as a mask to form a three-dimensional structure. At that time, the exposure mask is provided with a plurality of unit cells having a pattern in which the light transmitting portion is decomposed in multiple stages so as to determine the area of the light shielding portion. Using a high-sensitivity photosensitive material that is transferred as
As a photosensitive material pattern after rinsing, fine irregularities are formed on the surface of the three-dimensional overall structure in accordance with the dimensions of the light transmission region of the pattern in the unit cell of the mask. Then, in order to obtain a three-dimensional structure having both a required three-dimensional structure and an ultrafine structure, the photosensitive material pattern is cured in a state with unevenness on the surface, and it is used as a mask to form a pattern on the substrate by a dry etching method. Is transferred to form a three-dimensional structure having fine irregularities on the surface corresponding to the light transmission pattern in the unit cell of the mask.

【0022】ここで、高感度な感光性材料とは、γ値が
1.75以上のものである。γ値が1.75未満のものを
低感度な感光性材料と呼ぶ。γ値は次の定義により与え
られる数値である。再び図3を参照すると、感光性材料
が感光し始める照射光量(D1又はD2として示されて
いる)をD0と表わし、感光性材料の全膜厚除去に要す
る照射光量(D3又はD4として示されている)をDと
表わすとすれば、γ値は γ=1/(logD−logD0) と定義される。γ値が大きいほど感度が高く、解像度が
よくなる。
Here, the high-sensitivity photosensitive material has a γ value of 1.75 or more. A material having a γ value of less than 1.75 is called a low-sensitivity photosensitive material. The γ value is a numerical value given by the following definition. Referring again to FIG. 3, the amount of irradiation light (indicated as D1 or D2) at which the photosensitive material starts to be exposed is represented as D 0, and the amount of irradiation light required for removing the entire film thickness of the photosensitive material (indicated as D3 or D4). ) Is represented by D, the γ value is defined as γ = 1 / (logD−logD 0 ). The larger the γ value, the higher the sensitivity and the better the resolution.

【0023】本発明で使用する露光マスク(レチクル)
は、特表平8−504515号公報に記載の方法及び特
開平7−230159号公報に記載の方法のいずれの方
法によっても製作することができる。両方法の違いは、
おおよそ単位セルの寸法、製作時の光源、デジタ
ル方式かアナログ方式か、ということなどである。
Exposure mask (reticle) used in the present invention
Can be produced by any of the methods described in JP-A-8-504515 and JP-A-7-230159. The difference between the two methods is
Approximately unit cell size, light source at the time of production, digital method or analog method.

【0024】露光マスクを特表平8−504515号公
報に記載の方法により製作した場合には、その露光マス
クは光遮光部分が極微細パターンによりデジタル的に形
成され、光透過部分がサブミクロンで形成されて多段階
に分解されたパターンをもつ複数の単位セルを備えるこ
とになる。また、露光マスクを特開平7−230159
号公報に記載の方法により製作した場合には、その露光
マスクは光透過分布がアナログ的に濃度分布したパター
ンをもつ複数の単位セルを備えることになる。
When the exposure mask is manufactured by the method described in Japanese Patent Publication No. 8-504515, the light-shielding portion of the exposure mask is digitally formed by an ultrafine pattern, and the light-transmitting portion is submicron. A plurality of unit cells having a pattern formed and decomposed in multiple stages will be provided. Further, an exposure mask is disclosed in JP-A-7-230159.
When manufactured by the method described in the publication, the exposure mask has a plurality of unit cells having a pattern in which the light transmission distribution has an analog density distribution.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】本発明のトライボロジー製品にお
いて、三次元構造体の表面を平坦面又は曲面することが
でき、その表面に微細凹構造が存在し、その微細凹構造
内に微細凹凸が形成されているものとすることができ
る。構造物の機械的な強度が十分である場合、つまり工
業的な使用条件下で構造物の機能と寿命が十分である場
合、トライボロジー効果を発現するための表面微細構造
はその面積割合が大きいほど効果が大きい。しかし、微
細構造を表面に均一に形成する場合、微細凹構造が表面
全体に占める割合が50%より大きくなってくると、構
造物の強度と寿命が低下してくる。そのため、微細凹構
造が表面全体に占める割合は50%以下であることが好
ましい。本発明の光触媒において、光触媒層の好ましい
例は酸化チタンである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the tribological product of the present invention, the surface of a three-dimensional structure can be made flat or curved, a fine concave structure exists on the surface, and fine irregularities are formed in the fine concave structure. It can be. If the mechanical strength of the structure is sufficient, that is, the function and life of the structure are sufficient under the conditions of industrial use, the surface microstructure for exhibiting the tribological effect has a larger area ratio. Great effect. However, in the case where the fine structure is uniformly formed on the surface, if the ratio of the fine concave structure to the entire surface is more than 50%, the strength and the life of the structure decrease. Therefore, the ratio of the fine concave structure to the entire surface is preferably 50% or less. In the photocatalyst of the present invention, a preferred example of the photocatalyst layer is titanium oxide.

【0026】本発明の製造方法では、三次元構造体の表
面に微細な凹凸が偏らないで分布するように形成するた
めには、マスクの単位セルは、光透過部分と遮光部分が
交互に繰り返し配置されたパターンをもち、目的形状に
応じて光透過部分の間隔が設定されているものであるこ
とが好ましい。
According to the manufacturing method of the present invention, in order to form fine unevenness on the surface of the three-dimensional structure so that the fine unevenness is not unevenly distributed, in the unit cell of the mask, light transmitting portions and light shielding portions are alternately repeated. It is preferable that the pattern has an arranged pattern, and the interval between the light transmitting portions is set according to the target shape.

【0027】感光性材料パターンの表面に鮮明な微細凹
凸を形成するためには、感光性材料の露光は焦点ボカシ
量がゼロであることが好ましい。これにより、マスクの
遮光パターンに対応した微細凹凸を形成することができ
るようになる。マスクはその単位セルの寸法が得ようと
する三次元構造体に対応したマスク上の寸法の1/20
0以下であることが好ましい。単位セルの寸法がそれよ
り大きくなると目的形状を滑らかにすることが困難にな
るからである。
In order to form sharp fine irregularities on the surface of the photosensitive material pattern, the exposure of the photosensitive material preferably has zero focus blur. This makes it possible to form fine irregularities corresponding to the light-shielding pattern of the mask. The size of the mask is 1/20 of the size on the mask corresponding to the three-dimensional structure to be obtained by the unit cell.
It is preferably 0 or less. This is because if the size of the unit cell is larger than that, it becomes difficult to smooth the target shape.

【0028】また、感光性材料パターン表面の微細凹凸
の高さ寸法は感光性材料パターンにおける所望構造全体
の高さの1/1000以上であることが好ましい。微細
凹凸の高さ寸法がそれより小さくなると、感光性材料パ
ターンの構造を維持することが困難になるからである。
The height of the fine irregularities on the surface of the photosensitive material pattern is preferably 1/1000 or more of the height of the entire desired structure in the photosensitive material pattern. This is because it becomes difficult to maintain the structure of the photosensitive material pattern when the height dimension of the fine irregularities is smaller than that.

【0029】基板上に感光性材料パターンを形成し、そ
の感光性材料パターンを前記基板に彫り写すことにより
3次元構造の表面形状をもつ物品を製造する際に、その
感光性材料パターンを形成するために感光性材料を露光
するのに使用する濃度分布レチクルマスクの製作方法を
まず述べる。
When a photosensitive material pattern is formed on a substrate and the photosensitive material pattern is engraved on the substrate to form an article having a surface shape of a three-dimensional structure, the photosensitive material pattern is formed. First, a method of manufacturing a concentration distribution reticle mask used for exposing a photosensitive material will be described.

【0030】まず別途、所望の三次元構造設計を行な
う。この設計の際、感光性材料の感度曲線と目的形状の
対応を明らかにして、単位セル内の透過率、すなわちG
MパターンNo.を配置する。GMパターン(単位セ
ル)の例としては、図1(C)〜(F)に示されたよう
なものがある。(C)は千鳥状配列、(D)はランダム
配列、(E)はライン・アンド・スペース配列、(F)
は片寄せライン・アンド・スペース配列の例を示したも
のである。もちろん、使用できるGMパターンはこれら
に限定されるものではない。
First, a desired three-dimensional structure is designed separately. In this design, the correspondence between the sensitivity curve of the photosensitive material and the target shape was clarified, and the transmittance in the unit cell, that is, G
M pattern No. To place. Examples of GM patterns (unit cells) include those shown in FIGS. 1 (C) to 1 (F). (C) staggered array, (D) random array, (E) line and space array, (F)
Shows an example of a one-sided line-and-space arrangement. Of course, the GM patterns that can be used are not limited to these.

【0031】次いで、この設計に基づき、濃度分布レチ
クルマスクを製作する。具体的には、(レチクルマスク
上の)感光性材料の感度特性と、所望の形状設計による
単位セルの光透過量分布に応じて、感光性材料に直接照
射するレーザー又は電子線描画の照射(露光)を行な
う。
Next, based on this design, a concentration distribution reticle mask is manufactured. Specifically, depending on the sensitivity characteristics of the photosensitive material (on the reticle mask) and the light transmission amount distribution of the unit cell according to the desired shape design, irradiation of the laser or electron beam writing (the irradiation of the photosensitive material directly) Exposure).

【0032】濃度分布レチクルマスクの製作方法の一例
を示す。図4に示されるように、以下のステップを備え
ている。 (A)マスクブランクスを単位セルに分割するステップ
(ステップS1)。すなわち、所望の三次元形状から、
マスクブランクスをグリッド状に分割して、得ようとす
る濃度分布マスクの二次元の光強度分布パターンをグリ
ッド状に配列設計する。
An example of a method of manufacturing the concentration distribution reticle mask will be shown. As shown in FIG. 4, the following steps are provided. (A) A step of dividing the mask blanks into unit cells (step S1). That is, from the desired three-dimensional shape,
The mask blanks are divided into grids, and the two-dimensional light intensity distribution pattern of the concentration distribution mask to be obtained is arranged and designed in a grid.

【0033】(B)加工プロセス条件及び感光性材料の
感度から決定される数式化された「感度曲線」に基づい
て単位セルそれぞれの光透過領域又は遮光領域を決定す
るステップ(ステップS2)。
(B) A step of determining a light transmission area or a light shielding area of each unit cell based on a mathematically expressed "sensitivity curve" determined from the processing process conditions and the sensitivity of the photosensitive material (step S2).

【0034】(C)上記決定された光透過領域又は遮光
領域を「各グリッド」に配置してCAD(Computer Aid
ed Design)で必要な描画回数、焦点深度、ビーム径を
計算し、データ化するステップ(ステップS3)。
(C) The light transmission area or the light shielding area determined above is arranged in "each grid" and CAD (Computer Aid)
ed Design), a step of calculating the necessary number of times of drawing, the depth of focus, and the beam diameter and converting them into data (step S3).

【0035】(D)ステップ(C)のデータに基づい
て、マスクブランクス上の感光性材料を所定の条件(焦
点深度、ビーム径)で所定の回数だけ多数(多段階)回
描画する(単位セルによって描画回数を変化させる)描
画ステップ(ステップS4)。もちろん、1回露光の場
合もある。このステップは、図5(a)〜(d)示され
るように多段階描画する。ここでは、一例として4回に
分けて描画をする場合を示しており、その4回のうちの
必要な回数だけ描画することによりその単位セルの光透
過量が決定される。最上部に(A)として示されている
図はこれら4回の全てを描画した場合の描画パターンで
ある。
(D) Based on the data of step (C), the photosensitive material on the mask blanks is drawn a predetermined number of times (multi-step) under predetermined conditions (depth of focus, beam diameter) (unit cell). Drawing step (step S4). Of course, there is also a case of single exposure. In this step, multi-step drawing is performed as shown in FIGS. Here, as an example, a case is shown in which drawing is divided into four times, and the light transmission amount of the unit cell is determined by drawing as many times as necessary among the four times. The drawing shown as (A) at the top is the drawing pattern when all these four times are drawn.

【0036】各回の描画は図5の右上に矢印で示されて
いるような走査線にそって光ビーム又は電子線ビームを
複数本同時に又は順次走査し、グリッド毎に、「描画O
N,OFF」を制御することにより行なう。各回で描画
領域が異なるように設定されている。
For each drawing, a plurality of light beams or electron beam beams are simultaneously or sequentially scanned along a scanning line as indicated by an arrow in the upper right of FIG.
It is performed by controlling "N, OFF". The drawing area is set to be different each time.

【0037】単位セル内の光透過率変化は、「中心から
周辺に向かって変化する」場合もあるし、「単位セルを
グリッドに分割し、そのグリッドにおいて光透過率が不
連続に変化する」場合もある。グリッドに光透過率が0
%と100%の中間の値を示す「中間透過率を有する部
分」を配置することができる。つまり、0%と100%
の中間の値を示す光透過率、例えば30%、50%、7
0%のような中間透過率を有する部分を配置することが
できる。
The change in light transmittance in the unit cell may "change from the center to the periphery", or "the unit cell is divided into grids and the light transmittance changes discontinuously in the grid." In some cases. No light transmission on the grid
It is possible to arrange a “portion having an intermediate transmittance” showing an intermediate value between 100% and 100%. In other words, 0% and 100%
Light transmittance showing an intermediate value of, for example, 30%, 50%, 7
It is possible to arrange a portion having an intermediate transmittance such as 0%.

【0038】グリッドの寸法を小さくすることができる
ので、配置の方法として不連続(例えばランダム)に中
間透過率をもつグリッドを配置することが可能となる。
また、同じ透過率をもつグリッドを塊状として配置する
こともできる。この方式を進めると、連続した濃度分布
配置となる。この場合、中間階調を非常に細かくとる
ことができるため単位セル寸法を飛躍的に小さくするこ
とができる。したがって、所望の形状が急激に変化す
る形状、すなわち勾配の急な形状でも容易に階調を形成
することができる。ランダム配置することによって隣
接セルと光回り込み量を平均化できる、などの利点があ
る。
Since the size of the grid can be reduced, it is possible to dispose grids having intermediate transmittances discontinuously (for example, randomly) as a disposition method.
It is also possible to arrange grids having the same transmittance as a block. When this method is advanced, a continuous concentration distribution arrangement is obtained. In this case, since the intermediate gradation can be made very fine, the unit cell size can be dramatically reduced. Therefore, it is possible to easily form gradation even in a shape in which a desired shape changes rapidly, that is, a shape having a steep gradient. By randomly arranging, there is an advantage that the light sneak amount can be averaged with the adjacent cells.

【0039】グリッドに光透過率が0%と100%の中
間の値を示す「中間透過率を有する部分」を配置する例
を図7に示す。ここでは、一辺1μmの単位セルを一辺
0.2μmの5×5=25のセルに分割した。例えば、
白、黒、30%、50%、70%の5段階の光透過率部
分を配置した場合、全部白、又は全部黒の場合は階調と
はなり得ないので、この場合は4階調である。したがっ
て、理論的には25×4=100階調である。つまり、
n段階の濃度変化では、n−1階調である。また、単位
セルの分割数(グリッド数)によって階調は異なる。上
の例では、グリッド数×(n−1)=25×4=100
である。
FIG. 7 shows an example in which "a portion having an intermediate transmittance" showing an intermediate value between 0% and 100% of the optical transmittance is arranged on the grid. Here, a unit cell having a side of 1 μm is divided into 5 × 5 = 25 cells having a side of 0.2 μm. For example,
In the case of arranging five levels of light transmittance portions of white, black, 30%, 50% and 70%, no gradation can be obtained in the case of all white or all black, so in this case 4 gradations are used. is there. Therefore, theoretically, there are 25 × 4 = 100 gradations. That is,
The density change of n steps has n-1 gradation. Further, the gradation differs depending on the division number (grid number) of the unit cell. In the above example, the number of grids × (n−1) = 25 × 4 = 100
Is.

【0040】グリッドの光透過率と階調の関係は、下の
表1のように設定した。
The relationship between the light transmittance of the grid and the gradation was set as shown in Table 1 below.

【0041】図7では、(A)30/100階調の単位
セルと(B)60/100階調の単位セルの光透過率配
置を示している。(C)は0/100階調、30/10
0階調及び60/100階調を組み合わせた例を示した
ものであり、各グリッドの階調数を数値で示したものが
図7(D)である。なお、図7の例は、乱数を発生させ
て各グリッド番地に光透過濃度分布を形成した場合であ
る。
FIG. 7 shows the light transmittance arrangement of (A) unit cell of 30/100 gradation and (B) unit cell of 60/100 gradation. (C) is 0/100 gradation, 30/10
FIG. 7D shows an example in which 0 gradations and 60/100 gradations are combined, and the number of gradations in each grid is shown by numerical values. The example of FIG. 7 is a case where a random number is generated to form a light transmission density distribution at each grid address.

【0042】(E)ステップ(D)で描画されたマスク
ブランクスを現像・リンスして三次元の感光性材料パタ
ーンを得るステップ(ステップS5)。 (F)その後、ドライエッチング又はウエットエッチン
グによって感光性材料パターン形状を遮光膜14に転写
するステップ(ステップS6)。得られた濃度分布マス
クを用いて三次元構造の物品を製作する方法は、その濃
度分布マスクを用い、縮小光学系露光機で、感光性材料
が塗布された基板上に縮小露光する工程と、露光された
感光性材料を現像しリンスして表面に微細な凹凸をもつ
三次元構造の感光性材料パターンを形成する工程と、こ
の感光性材料パターンを表面に微細な凹凸をもった状態
でマスクとしてドライエッチング法でパターンを基板に
転写する工程から構成される。
(E) A step of developing and rinsing the mask blank drawn in step (D) to obtain a three-dimensional photosensitive material pattern (step S5). (F) After that, a step of transferring the photosensitive material pattern shape to the light shielding film 14 by dry etching or wet etching (step S6). A method of manufacturing an article having a three-dimensional structure using the obtained concentration distribution mask is, using the concentration distribution mask, a step of performing reduction exposure on a substrate coated with a photosensitive material by a reduction optical system exposure device, The process of developing and rinsing the exposed photosensitive material to form a photosensitive material pattern with a three-dimensional structure having fine irregularities on the surface, and masking this photosensitive material pattern with fine irregularities on the surface As a step of transferring the pattern to the substrate by a dry etching method.

【0043】上記引例の特表平8−504515号公報
の方法における単位セルの考え方と本発明のものを比較
すると、その引例の方法では図6左側の図に示すよう
に、光透過部分を単位セルの一部分に集約させている。
これによって、露光される単位セルは集約された光透過
部分のパターンは、微視的に捉えると大きな凹形状であ
る。これに対して、本発明では、図6右側の図に示すよ
うに、単位セル内において積極的に微細な凹凸を形成
し、この凹凸形状を積極的に構造製作時に活用するもの
である。活用の方策として、凹凸形状をそのまま活用し
て、構造部材表面の三次元構造表面に微細構造として残
存させる。
Comparing the concept of the unit cell in the method of Japanese Patent Publication No. 8-504515 of the above-mentioned reference with that of the present invention, in the method of the reference, as shown in the drawing on the left side of FIG. It is concentrated in a part of the cell.
As a result, the pattern of the light transmitting portion in which the unit cells to be exposed are integrated has a large concave shape when microscopically captured. On the other hand, in the present invention, as shown in the drawing on the right side of FIG. 6, fine unevenness is positively formed in the unit cell, and this uneven shape is positively utilized at the time of manufacturing the structure. As a utilization policy, the concavo-convex shape is utilized as it is and left as a fine structure on the surface of the three-dimensional structure on the surface of the structural member.

【0044】もちろん、本発明及び引例の方法において
も、単位セルの集合体としての光透過量は目的の構造を
製作できるように設計されている。また、本発明ではデ
ジタル的な光透過量変化をさせる方法も含んでいる点に
おいては、引例の方法と同様である。
Of course, also in the method of the present invention and the method of reference, the light transmission amount as an aggregate of the unit cells is designed so that the desired structure can be manufactured. Further, the present invention is similar to the method of the reference in that it also includes a method of digitally changing the light transmission amount.

【0045】上記の描画エネルギーは、予め別途用意し
たシミュレーションによって決定する。つまり、予めC
r膜厚と光透過量の関係をグラフ化し数式化しておく。
上記の様に、単位セル内の光透過量(O.D.)の集合
が所望の形状を表わすように各単位セルの光学濃度量を
決定し、光透過量の分布を設定する。
The drawing energy is determined by a simulation prepared separately in advance. That is, C in advance
The relationship between the r film thickness and the amount of light transmission is graphed and mathematically expressed.
As described above, the optical density amount of each unit cell is determined and the distribution of the light transmission amount is set so that the set of the light transmission amount (OD) in the unit cell represents a desired shape.

【0046】以上によって、引例方法の最大の欠点であ
るパターン配置の向き(同じパターンでも光透過部分
がどこに配置されているか:同じ形状でも右向きか左向
きか)で製作形状が異なる、三次元構造物の微細な構
造制御ができない、などの問題点を解決できる。
As described above, the three-dimensional structure in which the manufacturing shape is different depending on the direction of the pattern arrangement (where the light transmitting portion is arranged even in the same pattern: the same shape, facing right or left), which is the greatest drawback of the reference method It is possible to solve problems such as the inability to control the fine structure of.

【0047】この方法を用いれば、感光性材料の感度が
高いためにパターンのシャープネスを得るのが容易であ
るため、高度に制御が必要な感度曲線の管理・高度な製
造プロセスの管理を必要とすることもなく安価に、しか
も容易に、製作速度速く、製作することが可能となる。
When this method is used, it is easy to obtain the sharpness of the pattern due to the high sensitivity of the photosensitive material. Therefore, it is necessary to manage the sensitivity curve and the manufacturing process that require high control. It becomes possible to manufacture at low cost, easily, and at high manufacturing speed.

【0048】縮小光学系露光で三次元方向に光透過量濃
度分布を有するデジタルマスクを使用して、構造体の表
面に微細形状を兼ね備えた構造物を製作できる。構造物
表面に製作する三次元構造体の表面にさらに微細な凹凸
構造を製作することで表面反応及び、表面張力を利用し
た特殊機能を構造物表面に与えることが可能となる。
It is possible to manufacture a structure having a fine shape on the surface of the structure by using a digital mask having a light transmission amount concentration distribution in the three-dimensional direction by the reduction optical system exposure. By producing a finer uneven structure on the surface of the three-dimensional structure to be formed on the surface of the structure, it becomes possible to give the surface of the structure a special function utilizing surface reaction and surface tension.

【0049】[0049]

【実施例】(単位セル内の形状と配置、及び「光透
過」、「光遮光」ドットの形状と配置)単位セル内の形
状と配置、及び「光透過」、「光遮光」ドットの形状と
配置について説明する。以下に示す例は、代表的な例を
示したものであり、単位セルの寸法、ドットの寸法、起
点の寸法等は、所望の形状に対応して設計されるべきも
ので、本実施例に限定されるものではない。即ち、各単
位セルとドットの寸法によって階調数が決定されるの
で、これらの寸法は、目的形状と目的階調によって決定
するものである。
[Example] (Shape and arrangement in unit cell, and shape and arrangement of "light transmission" and "light shielding" dots) Shape and arrangement in unit cell and shape of "light transmission" and "light shielding" dots And the arrangement will be described. The examples shown below are typical examples, and the unit cell dimensions, dot dimensions, starting point dimensions, etc. should be designed in accordance with the desired shape. It is not limited. That is, since the number of gradations is determined by the size of each unit cell and dot, these sizes are determined by the target shape and the target gradation.

【0050】単位セル形状は、所望の形状に応じて、例
えば、なだらかな曲面が続く場合、不連続な面で構成さ
れる場合など階調の変化量によって、濃度分布マスク特
性を発現する「最も効果的な多角形」及び「その組み合
わせ」を選択することで最適な形状を決定することがで
きる。
The unit cell shape is the "most" that exhibits the density distribution mask characteristic depending on the desired shape, for example, when a smooth curved surface continues or when it is composed of discontinuous surfaces, depending on the gradation change amount. The optimum shape can be determined by selecting “effective polygon” and “combination thereof”.

【0051】また、同様に単位セルの寸法も所望の形状
に対して必要な階調をどの程度微細にとるかで決定され
る。即ち、短い距離で多くの階調を必要とする時には、
比較的小さな寸法の単位セルを選択し、ドット寸法をで
きるだけ小さくするのが望ましい。また、ドット面積の
増加・減少は入力時のインプットデータであり、マスク
の製作条件によってはレーザー光の太りやドライエッチ
ングの等方性エッチングなどにより形状が崩れることが
ある。
Similarly, the size of the unit cell is also determined by the degree of fineness required for the desired shape. That is, when many gradations are required in a short distance,
It is desirable to select unit cells of relatively small size and to make the dot size as small as possible. Further, the increase / decrease of the dot area is input data at the time of input, and the shape may collapse due to the thickening of the laser beam or isotropic etching such as dry etching depending on the mask manufacturing conditions.

【0052】(濃度分布マスクレチクルの製作)濃度分
布マスクレチクルの製作には図9に示すリコー光学株式
会社製のレーザー光照射装置を用いてレーザー光を照射
しレジスト材料に描画を行なった。このレーザー光照射
では、所望の形状に応じて最適のビーム形状を決定し、
多角形形状や円形状などをアパチャーで整形することが
できる。また、レーザーパワーは、レーザーに供給する
電流値を変更するか、または光出射側に減光フィルター
を挿入して変更してもよい。
(Production of Concentration Distribution Mask Reticle) In the production of the concentration distribution mask reticle, laser light was irradiated using a laser light irradiation device manufactured by Ricoh Optical Co., Ltd. shown in FIG. In this laser light irradiation, the optimum beam shape is determined according to the desired shape,
Apertures can be used to shape polygonal shapes and circular shapes. Further, the laser power may be changed by changing the current value supplied to the laser or by inserting a neutral density filter on the light emitting side.

【0053】図9に示すレーザー光照射装置は、レーザ
ー光発振装置1、レーザー光発振装置1からのレーザー
光を複数のレーザー光に分割するビームスプリッター
2、レーザー光の光路を折り曲げるミラー3、ミラー3
で折り曲げられたレーザー光を変調する光変調器4、デ
ータバスからの信号により光変調器4を制御して個々の
レーザー光のON・OFFを制御する光変調制御装置
5、光変調器4からのレーザー光を偏向する光偏向器
6、レーザー光をレジスト材料層に集光するための対物
レンズ7、載置されたマスクブランクスをX方向及びY
方向に移動するX−Yステージ8、並びに光偏向器6の
動作とX−Yステージ8の動作を制御する制御装置9な
どの主要構成部品から構成されている。
The laser beam irradiation device shown in FIG. 9 includes a laser beam oscillator 1, a beam splitter 2 for splitting the laser beam from the laser beam oscillator 1 into a plurality of laser beams, a mirror 3 for bending an optical path of the laser beam, and a mirror. Three
From the optical modulator 4, which modulates the laser light bent by the optical modulator 4, the optical modulator 4 which controls the optical modulator 4 by the signal from the data bus to control ON / OFF of each laser light, Optical deflector 6 for deflecting the laser light, the objective lens 7 for condensing the laser light on the resist material layer, the mounted mask blanks in the X direction and the Y direction.
It is composed of an XY stage 8 that moves in the direction, and main components such as a controller 9 that controls the operation of the optical deflector 6 and the operation of the XY stage 8.

【0054】このレーザー光照射装置は、設計データに
応じてX−Yステージ8の動作と、個々のレーザー光の
ON・OFF及び偏向を制御することにより、マスクブ
ランクスのレジスト材料層に所望のマスクパターンを描
画する。すなわち、このレーザー光照射装置によりレジ
スト材料層にレーザー光を照射して各単位セル毎に光透
過領域又は遮光領域を所望の透過率分布になるように2
次元的にパターン形成を行なう。また基板表面高さ検出
器(AF(自動焦点合わせ)機能)が付属しており、A
F面から僅かにずらすことによって焦点位置を変更して
いる。レーザービーム径は本実施例では直径0.2μ
m、位置あわせ精度0.05μm、焦点位置精度0.1
μmで行った。尚、単位セル形状とドット形状は目的と
する製品により適当なものを選択すればよい。
This laser light irradiating device controls the operation of the XY stage 8 and ON / OFF and deflection of each laser light according to the design data, so that a desired mask is formed on the resist material layer of the mask blank. Draw a pattern. That is, the resist material layer is irradiated with laser light by this laser light irradiation device so that the light transmission region or the light shielding region of each unit cell has a desired transmittance distribution.
Pattern formation is performed dimensionally. In addition, a substrate surface height detector (AF (automatic focusing) function) is attached.
The focus position is changed by slightly shifting it from the F plane. The laser beam diameter is 0.2 μm in this embodiment.
m, alignment accuracy 0.05 μm, focus position accuracy 0.1
μm. The unit cell shape and the dot shape may be selected as appropriate depending on the intended product.

【0055】CADデータを図9に示したレーザー光照
射装置にインストールして、X−Yステージ8とレーザ
ー光のON、OFF及びビーム描画位置と描画回数を制
御しながら、所定の方法で濃度分布マスクブランクスに
露光した。そして、所定の方法で現像、リンスを行なっ
てレジスト材料層をパターニングした。その後、ドライ
エッチングにてCr膜のパターニングを行なった。以下
の具体例ではドット形状を四角円形状としてCADプロ
グラムを作成した。このようにして、目的とする開口寸
法を有し、かつ濃度分布を有する濃度分布マスクレチク
ルを製作した。
The CAD data is installed in the laser beam irradiation apparatus shown in FIG. 9, and the density distribution is performed by a predetermined method while controlling the ON / OFF of the XY stage 8 and the laser beam and the beam drawing position and the number of times of drawing. The mask blanks were exposed. Then, development and rinsing were performed by a predetermined method to pattern the resist material layer. Then, the Cr film was patterned by dry etching. In the following specific examples, the CAD program was created with the dot shape as a square circle. In this way, a density distribution mask reticle having a target opening size and a density distribution was manufactured.

【0056】(実施例1) (マイクロ凹構造による摩擦係数低下の具体例:平面研
削盤用X−Yステージ)潤滑性を必要とする超硬合金製
の平面研削盤用X−Yステージを製作した。製作手順を
以下に示す。図8に示す微細形状を得る為に、目的形状
をシミュレーションし、別途CADソフトを使用してG
Mパターンを製作する。
Example 1 (Specific Example of Reduction of Friction Coefficient by Micro Concave Structure: XY Stage for Surface Grinding Machine) An XY stage for surface grinding machine made of cemented carbide which requires lubricity is manufactured. did. The manufacturing procedure is shown below. In order to obtain the fine shape shown in FIG. 8, the target shape is simulated and G
Produce M pattern.

【0057】具体的には、直径50ミクロン凹形状のマ
イクロレンズアレイを表面に製作し、このマイクロレン
ズ構造の総合面積が全体面積の30%以下になるように
製作する。このとき、GM製作の要領は、中央部の4×
4=16単位セル(濃度分布マスクレチクル上では□2
μm×2μm、実際のパターンでは□0.8μm×0.
8μm)にはセルNo.80番(クロム残りなし)を配
置する。また、レンズ四隅部分はセルNo.1番(クロ
ム全部残り)を配置する。この間のNo.1〜No.8
0のセルには、各「階調」に対応する「開口面積」を対
応させる。この関係は、露光プロセスとレジスト感度曲
線から得られる関係である。勿論、レジスト材料やプロ
セスが異なればその都度感度曲線を把握する必要があ
る。
Specifically, a microlens array having a concave shape with a diameter of 50 microns is formed on the surface so that the total area of this microlens structure is 30% or less of the total area. At this time, the procedure for GM production is 4 × in the central part.
4 = 16 unit cell (□ 2 on the density distribution mask reticle
.mu.m.times.2 .mu.m, in the actual pattern .quadrature.0.8 .mu.m.times.0.
8 μm), cell No. Place number 80 (without chrome remaining). Also, the four corners of the lens are the cell numbers. Place No. 1 (all remaining chrome). No. 1-No. 8
The “open area” corresponding to each “gradation” is associated with the cell of 0. This relationship is a relationship obtained from the exposure process and the resist sensitivity curve. Of course, if the resist material and process are different, it is necessary to grasp the sensitivity curve each time.

【0058】本実施例では、No.5の次のパターンか
らNo.75までのパターン部分(すなわち、マイクロ
レンズの斜面に相当する部分:レンズ傾斜が滑らかな部
分)では、単位セル□2μm×2μmを□0.2μm×
0.2μmの小さな領域に分割し10×10=100の
領域に分割した。この領域に所定の光透過量を与えなが
ら、かつ微細な凹凸が形成できるように各GMパターン
の光透過領域を配置する。具体的には、図2に示すよう
に、幅d、長さLの遮光パターンを縦横合計8ライン配
置することにより光透過領域を配置した。例えば、GM
パターンNo.40では、全体領域64領域の内で、
「光透過する領域は幅d=0.4μm、長さL=2.0
μmの遮光パターン設計した。このときレンズ底部に近
い部分は、光透過領域を集中させて広くした配置を実施
した。このGMレチクルマスクを使用してステッパーで
縮小露光した。本実施例では、オイルトラップを目的と
した溝形成が目的であるので、溝幅は実基板上で0.1
μm程度であることが望ましい。
In this embodiment, No. From the pattern next to No. 5, No. In the pattern portion up to 75 (that is, the portion corresponding to the slope of the microlens: the portion where the lens inclination is smooth), the unit cell □ 2 μm × 2 μm is changed to □ 0.2 μm ×
It was divided into small regions of 0.2 μm and divided into 10 × 10 = 100 regions. The light transmission areas of the GM patterns are arranged so that minute unevenness can be formed while giving a predetermined light transmission amount to this area. Specifically, as shown in FIG. 2, the light-transmitting regions are arranged by arranging light-shielding patterns having a width d and a length L in a total of 8 lines in the vertical and horizontal directions. For example, GM
Pattern No. In 40, in the whole area 64 area,
"The light-transmitting region has a width d = 0.4 μm and a length L = 2.0.
A light-shielding pattern of μm was designed. At this time, in the portion near the bottom of the lens, the light transmission region was concentrated and widened. This GM reticle mask was used for reduction exposure with a stepper. Since the purpose of this embodiment is to form a groove for the purpose of oil trap, the groove width is 0.1 on the actual substrate.
It is desirable that the thickness is about μm.

【0059】本実施例では、母材料として両面研磨した
超硬合金を用意した。この表面上に高感度感光性材料
(東京応化社製:OFPR−5000−800)をスピ
ンナーにて塗布した。その後、ホットプレート上で90
℃、120秒間プリベークした。この時の感光性材料厚
さは9.2μmであった。次いで、上記マスクを用いて
縮小率1/2.5のステッパーで縮小露光した。露光条
件は、デフォーカス:+0μm、照射量:390mW×
0.69秒(照度:269mJ)である。
In this example, a cemented carbide having both sides polished was prepared as a base material. A high-sensitivity photosensitive material (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd .: OFPR-5000-800) was applied onto this surface with a spinner. Then 90 on the hot plate
It was prebaked at 120 ° C. for 120 seconds. At this time, the thickness of the photosensitive material was 9.2 μm. Next, reduction exposure was performed using a stepper with a reduction ratio of 1 / 2.5 using the above mask. The exposure conditions are defocus: +0 μm, irradiation amount: 390 mW ×
It is 0.69 seconds (illuminance: 269 mJ).

【0060】露光後、PEB(ポスト・エキスポージャ
ー・ベーク)を60℃にて180秒実施した。次いで、
感光性材料の現像、リンスを行なった。このときのレジ
スト高さは8.0μmであった。ジャストフォーカスの
効果によって、感光性材料表面には狙いどおりの凹凸微
細形状を製作することができた。
After the exposure, PEB (Post Exposure Bake) was carried out at 60 ° C. for 180 seconds. Then
The photosensitive material was developed and rinsed. At this time, the resist height was 8.0 μm. Due to the effect of just focus, it was possible to fabricate the fine irregularities on the surface of the photosensitive material as intended.

【0061】その後、紫外線硬化装置にて180秒間紫
外線を照射しながら真空引きを実施して、レジストのハ
ードニングを行なった。紫外線硬化装置は、レジストの
露光に使用する波長よりも短波長でレジストを硬化させ
ることのできる波長を照射する。この操作によって、レ
ジストの耐プラズマ性は向上し、次工程での加工に耐え
られるようになる。このときのレジスト高さは7.5μ
mであった。
Thereafter, the resist was hardened by evacuating it while irradiating it with ultraviolet rays for 180 seconds using an ultraviolet curing device. The ultraviolet curing device irradiates with a wavelength that can cure the resist at a wavelength shorter than the wavelength used for exposing the resist. By this operation, the plasma resistance of the resist is improved and the resist can be processed in the next step. The resist height at this time is 7.5μ.
It was m.

【0062】ついで、ホットプレート上で、95℃で5
分間、後ポストベーク(ハードニング後のポストベー
ク)を行った。この時、温度上昇は25℃から95℃ま
で70℃/4分(17.5℃/分)の勾配で上昇させ
た。その後、95℃で1分間保持した。この加熱によっ
て、感光性材料中の溶剤を徐々に蒸発させながら、かつ
加熱の後半では感光性材料の表面凹凸を僅かに流動させ
て目的形状を得ることができた。
Then, on a hot plate, at 5 ° C. for 5 minutes.
A post-post bake (post-bake after hardening) was performed for a minute. At this time, the temperature was increased from 25 ° C. to 95 ° C. with a gradient of 70 ° C./4 minutes (17.5 ° C./minute). Then, it hold | maintained at 95 degreeC for 1 minute. By this heating, while gradually evaporating the solvent in the photosensitive material, in the latter half of the heating, the surface irregularities of the photosensitive material were slightly flowed to obtain the target shape.

【0063】次に、上記の感光性レジスト材料形状をド
ライエッチング法によって超硬合金に転写した。ドライ
エッチングは、TCPエッチング装置を用い、CL2
10.0sccm、CF4:5.5sccmのガスを導入
しながら、基板バイアス電圧:1200w、上部電極パ
ワー:1250W、真空度1.5×10-3Toor(す
なわち1.5mToor)で40分間エッチングを行な
った。この時の超硬合金のエッチング速度は、0.02
μm/分であった。エッチングの選択比は0.2でエッ
チング後の形状高さは、1.6μmであった。表面粗さ
は、Ra=0.001μm以下で良好であった。
Next, the shape of the above-mentioned photosensitive resist material was transferred to the cemented carbide by the dry etching method. For dry etching, a TCP etching apparatus was used and CL 2 :
While introducing a gas of 10.0 sccm and CF 4 : 5.5 sccm, a substrate bias voltage: 1200 w, an upper electrode power: 1250 W, and a vacuum degree of 1.5 × 10 −3 Toor (that is, 1.5 mToor) for 40 minutes. I did. The etching rate of the cemented carbide at this time is 0.02
It was μm / min. The etching selection ratio was 0.2, and the shape height after etching was 1.6 μm. The surface roughness was Ra = 0.001 μm or less, which was good.

【0064】その結果、図8(B)に示されるように、
上記超硬合金の機構部品表面10b表面のマイクロ凹形
状12の内部には、さらに小さな直径0.02μm程度
の凹形状14があった。この合金表面に潤滑材料を滴下
し摩擦係数を測定すると、マイクロ凹形状がない場合に
比較して1/10に低下した。図8(A)に示されるよ
うな凸形状の機構部品表面10aをもつもの、図8
(C)に示されるような平面形状の機構部品表面10c
をもつものについても同様に製作することができる。
As a result, as shown in FIG.
Inside the micro concave shape 12 on the surface of the mechanical component surface 10b of the cemented carbide, there was a smaller concave shape 14 having a diameter of about 0.02 μm. When a lubricating material was dropped on the surface of this alloy and the friction coefficient was measured, it was reduced to 1/10 as compared with the case where there was no micro concave shape. A device having a convex mechanical component surface 10a as shown in FIG.
A plane-shaped mechanical component surface 10c as shown in FIG.
It is possible to manufacture the same with the above.

【0065】(実施例2) (光触媒表面の具体例)実施例1と同様のマスクを使用
して、青板硝子基板上に同様のマイクロ凹形状と、その
表面に微細凹形状を製作した。この際、微細凹形状の直
径は、0.13μmであった。
Example 2 (Specific Example of Photocatalyst Surface) Using the same mask as in Example 1, a similar micro-recessed shape was formed on a soda-lime glass substrate, and a finely recessed shape was formed on the surface. At this time, the diameter of the fine concave shape was 0.13 μm.

【0066】次に、この表面にスパッタリング法によっ
て、アナターゼ型の結晶構造をもつTiO2を1000
Åコートした。この成膜によって、青板ガラス基板上に
紫外線照射によって有機物質を燃焼(化学反応)させる
分解反応が生じる膜を成膜できた。これによって、戸外
で使用する際の有機付着物を太陽光紫外線によって自然
に除去できる。
Next, TiO 2 having an anatase type crystal structure was formed on the surface by sputtering to 1000
Å Coated. By this film formation, it was possible to form a film on the soda-lime glass substrate in which a decomposition reaction in which an organic substance is burned (chemical reaction) is generated by ultraviolet irradiation. As a result, organic deposits when used outdoors can be naturally removed by sunlight and ultraviolet rays.

【0067】次に、このガラスの裏面に、SiO2(2
500Å)、Al(1500Å)、SiO2(2500
Å)の物質を順番に成膜した。このコーティングによっ
て反射ミラーの効果を発揮する。光触媒反応が起きる際
は有機物質が拡散して触媒表面に到達し、ここに吸着さ
れる必要がある。これには、材料の微細な凹凸を含めた
表面積が影響する。したがって、光触媒は表面積の大き
いポーラスな材料が用いられることが望ましいので、本
件発明の表面に吸着ようの微細構造を有する反射ミラー
は、工業的に有効である。
Next, on the back surface of this glass, SiO 2 (2
500Å), Al (1500Å), SiO 2 (2,500
The materials of Å) were deposited in order. This coating exerts the effect of a reflection mirror. When the photocatalytic reaction occurs, the organic substance needs to diffuse and reach the surface of the catalyst to be adsorbed there. This is affected by the surface area of the material, including the fine irregularities. Therefore, it is desirable that a porous material having a large surface area be used as the photocatalyst, so that the reflection mirror having a fine structure capable of being adsorbed on the surface of the present invention is industrially effective.

【0068】[0068]

【発明の効果】本発明三次元構造体は、その表面に微細
な凹凸をもっているので、その表面に潤滑剤を保持する
ことにより、表面張力を利用した特殊機能を構造物表面
に与えることができるトライボロジー製品を得ることが
できる。また、三次元構造体の表面の微細な凹凸に光学
触媒層をコーティングすることにより、表面反応を利用
した特殊機能を構造物表面に与えることができる光触媒
を得ることができる。例えば、表面に光学触媒層を備え
た耐環境性のある工業用ミラー等が製作できる。本発明
の製造方法によれば、三次元方向に光透過量濃度分布を
有するデジタルマスク又はアナログマスクを使用して、
高感度な感光性材料が塗布された基板上に露光し、現像
・リンスしてその感光性材料の表面に微細な凹凸形状を
もつ三次元構造パターンを形成し、微細な凹凸形状をも
った状態でその感光性材料パターンを硬化させ、それを
マスクとしてドライエッチング法で基板にパターンを転
写して三次元構造体を形成するので、表面に微細な凹凸
をもった三次元構造体を高精度で安価に提供できるよう
になる。
Since the three-dimensional structure of the present invention has fine irregularities on its surface, holding a lubricant on the surface can impart a special function utilizing surface tension to the surface of the structure. Tribological products can be obtained. Further, by coating the optical catalyst layer on the fine irregularities on the surface of the three-dimensional structure, it is possible to obtain a photocatalyst capable of imparting a special function utilizing the surface reaction to the surface of the structure. For example, an environment-resistant industrial mirror or the like having an optical catalyst layer on the surface can be manufactured. According to the manufacturing method of the present invention, using a digital mask or analog mask having a light transmission amount concentration distribution in the three-dimensional direction,
Exposure to a substrate coated with a high-sensitivity photosensitive material, development and rinsing to form a three-dimensional structural pattern with fine irregularities on the surface of the photosensitive material, and a state with fine irregularities Then, the photosensitive material pattern is cured, and the pattern is transferred to the substrate by dry etching using the mask as a mask to form a three-dimensional structure, so that a three-dimensional structure with fine irregularities on the surface can be formed with high accuracy. It can be offered at a low price.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 濃度分布マスクに配置される単位セルの例を
示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a unit cell arranged on a density distribution mask.

【図2】 実施例における単位セル内の光透過領域又は
遮光領域を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a light transmission region or a light shielding region in a unit cell in an example.

【図3】 感光性材料の感度曲線を示す例である。FIG. 3 is an example showing a sensitivity curve of a photosensitive material.

【図4】 濃度分布マスク製造方法を示すフローチャー
ト図である。
FIG. 4 is a flowchart showing a method of manufacturing a density distribution mask.

【図5】 多段階描画を示す図で、(a)〜(d)は各
回の描画領域、(A)はこれら4回の全てを描画した場
合の描画パターンである。
FIG. 5 is a diagram showing multi-step drawing, in which (a) to (d) are drawing areas for each time, and (A) is a drawing pattern when all of these four times are drawn.

【図6】 引例の方法と本発明の方法を比較する単位セ
ルの断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a unit cell comparing the method of the reference with the method of the present invention.

【図7】 単位セルをグリッドに分割して光透過濃度分
布を形成した例を示した単位セル光透過率配置を示す図
であり、(A)は30/100階調の単位セル、(B)
は60/100階調の単位セル、(C)は0/100階
調、30/100階調及び60/100階調の単位セル
を組み合わせた例を示したものである。
FIG. 7 is a diagram showing a unit cell light transmittance arrangement showing an example in which a unit cell is divided into grids to form a light transmission density distribution. FIG. 7A is a unit cell of 30/100 gradations, and FIG. )
Shows a unit cell of 60/100 gradation, and (C) shows an example in which unit cells of 0/100 gradation, 30/100 gradation and 60/100 gradation are combined.

【図8】 トライボロジー応用製品の断面形状を示す図
であり、(A)は機構部品表面が凸面、(B)は凹面、
(C)は平面の場合である。
FIG. 8 is a view showing a cross-sectional shape of a tribology applied product, where (A) is a convex surface of a mechanical component, and (B) is a concave surface.
(C) is a case of a plane.

【図9】 濃度分布マスクレチクルの製作に用いるレー
ザー光照射装置の一例を示す概略構成図である。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing an example of a laser light irradiation device used for manufacturing a concentration distribution mask reticle.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10a,10b,10c 超硬合金の機構部品表面 12 マイクロ凹形状 14 さらに小さな凹形状 10a, 10b, 10c Surface of mechanical parts made of cemented carbide 12 micro concave shape 14 Smaller concave shape

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H095 BB32 BB33 BB36 BC09 2H097 BA06 BB01 FA02 GB02 JA02 JA03 LA15 4K057 DA05 DA11 DA20 DB02 DB17 DC10 DD03 DD08 DN10    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 2H095 BB32 BB33 BB36 BC09                 2H097 BA06 BB01 FA02 GB02 JA02                       JA03 LA15                 4K057 DA05 DA11 DA20 DB02 DB17                       DC10 DD03 DD08 DN10

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 三次元構造体の表面に微細な凹凸をも
ち、その凹凸はこの三次元構造体寸法の1/200以下
の領域内に複数個が形成されたものであり、その凹凸の
高さ寸法はこの三次元構造体の高さの1/1000以上
であることを特徴とする三次元構造体。
1. The surface of a three-dimensional structure has fine irregularities, and a plurality of irregularities are formed within a region of 1/200 or less of the dimensions of the three-dimensional structure, and the height of the irregularities is high. The three-dimensional structure is characterized in that the dimension is 1/1000 or more of the height of this three-dimensional structure.
【請求項2】 請求項1に記載の三次元構造体の表面に
潤滑剤を保持していることを特徴とするトライボロジー
製品。
2. A tribological product, wherein a lubricant is held on the surface of the three-dimensional structure according to claim 1.
【請求項3】 三次元構造体の表面が平坦面又は曲面で
あり、その表面に微細凹構造が存在し、その微細凹構造
内に前記微細凹凸が形成されている請求項2に記載のト
ライボロジー製品。
3. The tribology according to claim 2, wherein the surface of the three-dimensional structure is a flat surface or a curved surface, a fine concave structure is present on the surface, and the fine irregularities are formed in the fine concave structure. Product.
【請求項4】 前記微細凹構造が表面全体に占める割合
が50%以下である請求項2又は3に記載のトライボロ
ジー製品。
4. The tribological product according to claim 2, wherein the fine concave structure occupies 50% or less of the entire surface.
【請求項5】 請求項1に記載の三次元構造体の表面に
光学触媒層をコーティングしたことを特徴とする光触
媒。
5. A photocatalyst, characterized in that the surface of the three-dimensional structure according to claim 1 is coated with an optical catalyst layer.
【請求項6】 前記光学触媒層は酸化チタンである請求
項5に記載の光触媒。
6. The photocatalyst according to claim 5, wherein the optical catalyst layer is titanium oxide.
【請求項7】 感光性材料が塗布された基板上に露光マ
スクを介して露光し、現像・リンスしてその感光性材料
に三次元構造パターンを形成した後、その感光性材料パ
ターンを硬化させ、それをマスクとしてドライエッチン
グ法で前記基板にパターンを転写して三次元構造体を形
成する方法において、 前記露光マスクは光遮光部分の面積を決定するように光
透過部分が多段階に分解されたパターンをもつ複数の単
位セルを備えており、 前記感光性材料として前記単位セル内のパターンが凹凸
形状として転写される高感度な感光性材料を使用し、現
像・リンス後の前記感光性材料パターンとして三次元の
全体構造の表面にマスクの単位セル内パターンの光透過
領域の寸法に応じた微細な凹凸を形成し、 前記感光性材料パターンを表面に凹凸をもった状態で硬
化させ、それをマスクとしてドライエッチング法で前記
基板にパターンを転写することにより、マスクの単位セ
ル内の光透過パターンに対応して表面に微細な凹凸を形
成することを特徴とする三次元構造体の製造方法。
7. A substrate coated with a photosensitive material is exposed through an exposure mask, developed and rinsed to form a three-dimensional structural pattern on the photosensitive material, and then the photosensitive material pattern is cured. In the method of forming a three-dimensional structure by transferring a pattern to the substrate by dry etching using the mask as a mask, the light-transmitting portion of the exposure mask is decomposed in multiple stages so as to determine the area of the light-shielding portion. A plurality of unit cells having different patterns, wherein the photosensitive material is a highly sensitive photosensitive material to which the pattern in the unit cells is transferred as an uneven shape, and the photosensitive material after development and rinsing is used. As a pattern, fine unevenness is formed on the surface of the three-dimensional overall structure according to the size of the light transmission region of the pattern in the unit cell of the mask, and the photosensitive material pattern also has unevenness on the surface. It is cured in a state of being formed, and a pattern is transferred to the substrate by a dry etching method using it as a mask to form fine unevenness on the surface corresponding to the light transmission pattern in the unit cell of the mask. Method for manufacturing a three-dimensional structure.
【請求項8】 前記マスクの単位セルは、光透過部分と
遮光部分が交互に繰り返し配置されたパターンをもち、
目的形状に応じて光透過部分の間隔が設定されているも
のである請求項7に記載の三次元構造体の製造方法。
8. The unit cell of the mask has a pattern in which light transmitting portions and light shielding portions are alternately and repeatedly arranged,
The method for manufacturing a three-dimensional structure according to claim 7, wherein the intervals of the light transmitting portions are set according to the target shape.
【請求項9】 前記露光は焦点ボカシ量がゼロである請
求項7又は8に記載の三次元構造体の製造方法。
9. The method for manufacturing a three-dimensional structure according to claim 7, wherein the exposure has a focus blur amount of zero.
【請求項10】 前記マスクはその単位セルの寸法が得
ようとする三次元構造体に対応したマスク上の寸法の1
/200以下である請求項7から9のいずれかに記載の
三次元構造体の製造方法。
10. The mask has one of the dimensions on the mask corresponding to the three-dimensional structure to be obtained from the dimensions of the unit cell.
It is / 200 or less, The manufacturing method of the three-dimensional structure in any one of Claim 7 to 9.
【請求項11】 前記凹凸の高さ寸法は感光性材料パタ
ーンにおける所望構造全体の高さの1/1000以上で
ある請求項7から10のいずれかに記載の三次元構造体
の製造方法。
11. The method for manufacturing a three-dimensional structure according to claim 7, wherein the height of the unevenness is 1/1000 or more of the height of the entire desired structure in the photosensitive material pattern.
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