JP5257131B2 - 光学素子の製造方法、ならびに光学素子の作製用原盤およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光学素子の製造方法、ならびに光学素子の作製用原盤およびその製造方法に関する。具体的には、凸部または凹部からなる構造体が基体表面に多数設けられた光学素子の製造方法に関する。

従来より、ガラスやプラスチックなどの透光性基板を用いた光学素子においては、表面反射による光を減少させ、透過特性を上げるための方法として、光学素子表面に微細且つ緻密な凹凸（サブ波長構造体；蛾の目）形状を形成する方法がある。一般に、光学素子表面に周期的な可視光程度の波長構造体を設けた場合、ここを光が透過するときには回折が発生し、透過光の直進成分が大幅に減少する。しかし、サブ波長構造体のピッチが透過する光の波長よりも短い場合には回折は発生せず、例えばサブ波長構造体を錐面が凹状に窪まされた錐体としたときに、そのピッチや深さなどに対応する単一波長の光に対して有効な反射防止効果と優れた透過特性とを得ることができる（例えば非特許文献１参照）。以下では、錐面が凹状に窪まされた形状をテント状、錐面が凸状に膨らまされた形状を釣鐘状または釣鐘型と称する。

上述したテント状のサブ波長構造体を有する光学素子は以下のようにして作製される。まず、Ｓｉ基板上のフォトレジストに電子線記録により凹凸パターンを形成し、凹凸フォトレジストパターンをマスクにし、Ｓｉ基板をエッチングする。これにより、テント状を有する微細なサブ波長構造体（ピッチ：約３００ｎｍ、深さ：約４００ｎｍ）が基板表面に形成され、Ｓｉ原盤が作製される（図１８参照）。この微細な構造体は、正方格子状または六方格子状に設けられる。

上述のようにして作製したＳｉ原盤では、広い波長域を有する光に対して反射防止効果を得ることができる。特に、図１９に示すように、テント状を有する微細なサブ波長構造体を六方格子状に設けた場合、可視光域において高性能な反射防止効果（反射率１％以下）を得ることができる（図２０参照）。なお、図２０中、ｌ₁、ｌ₂はそれぞれＳｉ平坦部の反射率、パターン部の反射率を示す。

次に、作製したＳｉ原盤のＮｉめっきスタンパを作製する（図２１参照）。このスタンパの表面には、図２２に示すように、Ｓｉ原盤の凹凸構造とは反対の凹凸構造が形成される。次に、このスタンパを用いて、ポリカーボネートの透明樹脂に凹凸パターンを転写する。これにより、目的とする光学素子（複製基板）が得られる。この光学素子も高性能な反射防止効果（反射率０．３％以下）を得ることができる（図２３参照）。なお、図２３中、ｌ₃、ｌ₄はそれぞれパターン無しの反射率、パターン有りの反射率を示す。

反射防止体 Moth Eye Anti-reflective Nano-structure、[online]、［平成１８年１２月１２日検索］、インターネット＜http://keytech.ntt-at.co.jp/nano/prd_0016.html＞

しかしながら、テント状のサブ波長構造体を有する光学素子では、図２３に示すように、長波長領域（７００〜８００ｎｍ）において反射率が増加するという問題がある。

したがって、本発明の目的は、優れた反射防止特性を有する光学素子の製造方法、ならびに光学素子の作製用原盤およびその製造方法を提供することにある。

本発明者らは、従来技術が有する上述の課題を解決すべく、鋭意検討を行った。以下にその概要を説明する。

本発明者らは、長波長領域（７００〜８００ｎｍ）において反射率の増加を抑制すべく鋭意検討を行った結果、サブ波長構造体を釣鐘型の楕円錐形状または楕円錐台形状にした場合、十分な無反射効果が得られ、長波長領域（７００〜８００ｎｍ）において反射率増加が低減されることを見出すに至った。

そして、本発明者らは、釣鐘型の楕円錐形状または楕円錐台形状のサブ波長構造体を有する光学素子について、鋭意検討を重ねたところ、この光学素子は、反射率が波長の増加に伴って微少振幅のサイン波形状を示すという波長依存性を有することを見出すに至った。今後、更なる反射防止効果の向上が要求されることを考慮すると、上述の反射率の波長依存性を低減することが好ましい。

そこで、本発明者らは、上述の波長依存性を低減すべく鋭意検討を重ねた。その結果、深さ分布を有するサブ波長構造体を光学素子に設けることで、波長依存性を低減できることを見出すに至った。
本発明は以上の検討に基づいて案出されたものである。

本願第１の発明は、
凸部または凹部からなる構造体が可視光の波長以下の微細ピッチで原盤表面に多数設けられている、反射防止機能を有する光学素子の作製用原盤であって、
構造体は、原盤表面において複数列の円弧状トラックをなすように設けられ、
構造体は、深さ分布を有すると共に、長軸と短軸をもつ底面を有する錐体構造であり、トラックの円周方向に長軸方向を有することを特徴とする光学素子の作製用原盤である。

本願第２の発明は、
凸部または凹部からなる構造体が可視光の波長以下の微細ピッチで原盤表面に多数設けられている、反射防止機能を有する光学素子の作製用原盤の製造方法であって、
表面にレジスト層が形成された原盤を回転させるとともに、レーザ光を原盤の回転半径方向に相対移動させながら、レジスト層にレーザ光を間欠的に照射して、可視光の波長よりも短いピッチで潜像を形成する第１の工程と、
レジスト層を現像して、深さ分布を有するレジストパターンを原盤の表面に形成する第２の工程と、
レジストパターンをマスクとするエッチング処理を原盤に施すことで、原盤の表面に凹凸構造を形成する第３の工程と、
を有し、
潜像は、原盤表面において複数列の円弧状トラックをなすように設けられ、
潜像は、長軸と短軸を有し、トラックの円周方向に長軸方向を有することを特徴とする光学素子の作製用原盤の製造方法である。

本願第３の発明は、
凸部または凹部からなる構造体が可視光の波長以下の微細ピッチで基板表面に多数設けられている、反射防止機能を有する光学素子の製造方法であって、
表面にレジスト層が形成された原盤を回転させるとともに、レーザ光を原盤の回転半径方向に相対移動させながら、レジスト層にレーザ光を間欠的に照射して、可視光波長よりも短いピッチで潜像を形成する第１の工程と、
レジスト層を現像して、深さ分布を有するレジストパターンを原盤の表面に形成する第２の工程と、
レジストパターンをマスクとするエッチング処理を原盤に施すことで、原盤の表面に凹凸構造を形成する第３の工程と、
原盤、または原盤から複製された成形金型を用いて、光学素子を成形する第４の工程と、
を有し、
潜像は、原盤表面において複数列の円弧状トラックをなすように設けられ、
潜像は、長軸と短軸を有し、トラックの円周方向に長軸方向を有することを特徴とする光学素子の製造方法である。

本願発明では、構造体は、頂部の傾きが緩やかで底部にかけて徐々に急峻な傾きの楕円錐形状または楕円錐台形状を有していることが好ましい。

本願発明では、構造体は、基体表面において複数列の円弧状トラックをなすように設けられていることが好ましい。この場合、楕円錐形状または楕円錐台形状は、トラックの円周方向に長軸方向を有することが好ましい。また、構造体は、隣接するトラック間において準六方格子パターンを構成することが好ましい。

本願発明では、同一トラック内における構造体の配置ピッチＰ１は、隣接する２つのトラック間における構造体の配置ピッチＰ２よりも長いことが好ましい。

本願発明では、円弧状トラックの円周方向における構造体の深さは、円弧状トラックの径方向における構造体の深さよりも小さいことが好ましい。

本願発明では、各構造体の深さ分布の形成が、基体表面に、少なくとも２種以上の値で選択的に、もしくは連続的に、もしくは区分的に連続に変化してなされていることが好ましい。

本願発明では、各構造体の深さ分布の形成が、基体表面にステップ関数状に変化してなされていることが好ましい。

本願発明では、各構造体の深さ分布の形成が、基体表面にステップ関数状に変化してなされ、少なくとも一つ以上の深さの種類の存在する割合が、他の深さの種類の存在する割合と異なるように、選択的に構造体を形成していることが好ましい。

本願発明では、第２の工程では、隣接するトラック間において準六方格子パターンを構成するように潜像を形成することが好ましい。

本願発明では、第４の工程では、レジストパターンをマスクとするエッチング処理とレジストパターンに対するアッシング処理とを繰り返し行うと共に、エッチング処理時間を徐々に長くすることが好ましい。

本願発明では、第５の工程では、基板の表面に光硬化樹脂層を形成した後、該光硬化樹脂層を剥離し、凹凸構造が転写された複製基板を作製することが好ましい。

本願発明では、レーザ光は、振幅が周期的または非周期的に変動する鋸波状または三角波状に変調されることが好ましい。

本願発明では、レーザ光は、振幅が周期的または非周期的に変動する矩形波状に変調されることが好ましい。

本願発明では、レーザ光は、振幅が周期的または非周期的に変動すると共に、時間幅が周期的または非周期的に変動する矩形波状に変調されることが好ましい。

本願発明では、レーザ光は、多値ステップ波形に変調されることが好ましい。

本願発明では、レーザ光は、選択的多値ステップ波形に変調されることが好ましい。

本願発明では、レーザ光は、区分的に連続な波形に変調されることが好ましい。

以上説明したように、本発明によれば、光学素子に深さ分布を有する構造体を設けるので、反射特性の波長依存性を低減することができる。したがって、優れた反射防止特性を有する光学素子を実現することができる。

本発明の実施形態による光学素子の構成の一例を示す概略図である 図１に示した光学素子１の一部を拡大して表す斜視図である。 原盤の製造工程を説明するための模式図である。 原盤の製造工程を説明するための模式図である。 原盤の製造工程に用いる露光装置の概略構成図である。 光学素子作製原盤から光学素子を作製するまでの概略工程を説明するための模式図である。 光学素子の切り出し工程を説明するための模式図である。 構造体の深さ分布を制御するレーザ光変調波形の例を示す略線図である。 実施例２の複製基板のＳＥＭ像を示す図である。 比較例１の複製基板のＳＥＭ像を示す図である。 比較例２の複製基板のＳＥＭ像を示す図である。 実施例１の反射特性を示すグラフである。 実施例２の反射特性を示すグラフである。 比較例１の反射特性を示すグラフである。 比較例２の反射特性を示すグラフである。 参考例１〜６のＲＣＷＡシミュレーションの結果を示すグラフである。 参考例７〜９のＲＣＷＡシミュレーションの結果を示すグラフである。 従来のＳｉ原盤の構成を示す図である。 従来のＳｉ原盤の構成を示す図である。 従来のＳｉ原盤における波長と反射率との関係を示すグラフである。 従来のＳｉ原盤のＮｉめっきスタンパの構成を示す図である。 図１７に示したＮｉめっきスタンパを拡大して示す図である。 従来の光学素子における波長と反射率との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（光学素子の構成）
図１Ａは、本発明の実施形態による光学素子１の構成の一例を示す概略平面図である。図１Ｂは、図１Ａに示した光学素子１の一部を拡大して表す平面図である。図１Ｃは、図１ＢのＣ−Ｃ線における断面図である。図１Ｄは、図１Ｂに示した構造体３に対応する潜像をパターニングする際に用いられるレーザ光変調波形を示す略線図である。図２は、図１Ａに示した光学素子１の一部を拡大して表す斜視図である。

本実施形態による光学素子１は、基体２の表面に凸部からなる構造体３が可視光の波長（約４００ｎｍ）以下の微細ピッチで多数設けられた構成を有している。この光学素子１は、基体２を図２の−Ｚ方向に透過する光について、構造体３とその周囲の空気との界面における反射を防止する機能を有している。

この光学素子１は、例えばディスプレイ、光エレクトロニクス、光通信（光ファイバー）、太陽電池、照明装置など種々の光学デバイスに用いて好適なものであり、具体的には例えば種々の波長域を有する光ファイバーやディスプレイ導光板などに用いることができる。

基体２は、例えばポリカーボネート（ＰＣ）やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの透明性合成樹脂、ガラスなどの透光性を有する透明基体である。また、基体２の形状は、例えば、上述した各種光学デバイスなどの本体部分や、これらの光学デバイスなどに取り付けられるシートあるいはフィルム状の反射防止機能部品の形状などに合わせて選ばれる。このような形状としては、例えばフィルム状、シート状、プレート状、ブロック状などが挙げられる。

構造体３は深さ分布を有している。ここで、深さ分布とは、２種以上の深さ（高さ）を有する構造体３が基体２の表面に設けられていることを意味する。すなわち、基準となる高さを有する構造体３と、この構造体３とは異なる高さを有する構造体３とが基体２の表面に設けられている。例えば、図２に示すように、高さＨ１を有する構造体３と高さＨ２を有する構造体３とが基体２の表面に設けられている。基準とは異なる高さを有する構造体は、例えば基体２の表面に周期的または非周期的（ランダム）に設けられている。その周期性の方向としては、例えば円周方向、半径方向または円周方向に対して±θ方向が挙げられる。

構造体３は、例えば基体２と一体的に形成されている。各構造体３はそれぞれ同一の形状を有しているが、これに限られない。構造体３は、例えば底面が長軸と短軸をもつ楕円形、長円形あるいは卵形の錐体構造で、頂部が例えば曲面または平坦な形状に形成されている。特に、頂部の傾きが緩やかで例えば中央部から底部に徐々に急峻な傾きの楕円錐形状（図２参照）であることが好ましい。長波長領域（７００〜８００ｎｍ）における反射率の増加を抑えることができるからである。

各構造体３は、図１Ａに示すように、基体２の表面において複数列の円弧状のトラックＴ１，Ｔ２，Ｔ３，・・・（以下総称して「トラックＴ」ともいう。）をなすように設けられている。各構造体３は、隣接する２つのトラックＴ間において、一方のトラック（例えばＴ１）に配列された各構造体３の中間位置（半ピッチずれた位置）に、他方のトラック（例えばＴ２）の構造体３が設けられていることが好ましい。すなわち、図１Ｂに示すように、隣接する３列のトラック（Ｔ１〜Ｔ３）間においてａ１〜ａ７の各点に構造体３の中心が位置する準六方格子パターンを形成するように各構造体３が設けられていることが好ましい。基体２の表面における構造体３の充填密度を高くできるからである。なお、準六方格子パターンとは、正六方格子パターンと異なり、トラックＴの円弧状に沿って歪んだ六方格子パターンを意味する。

同一トラック内における各構造体３は、例えば一定の配置ピッチＰ１（ａ１−ａ２間距離）で設けられており、その配置ピッチＰ１は、例えば約３３０ｎｍに選ばれる。また、円周方向に対して±θ方向、例えば±約６０°方向において、各構造体３は、例えば一定の配置ピッチＰ２（ａ１−ａ７（ａ２−ａ７）間距離）で設けられており、その配置ピッチＰ２は、例えば約３００ｎｍに選ばれる。

また、図１Ｂに示すように、同一トラック（例えばＴ１）内における各構造体３の配置ピッチＰ１（ａ１−ａ２間距離）は、例えば、隣接する２つのトラック（例えばＴ１およびＴ２）間における構造体３の配置ピッチ、すなわち円周方向に対して±約６０°方向における構造体３の配置ピッチＰ２（例えばａ１−ａ７，ａ２−ａ７間距離）よりも長くなっている。

構造体３の深さ（高さ）Ｈは、例えば３００ｎｍ〜３８０ｎｍ程度である。円弧状トラックＴの円周方向における構造体３の深さは、円弧状トラックＴの径方向における構造体３の深さよりも小さくなっている。構造体３のアスペクト比（深さＨ／配置ピッチ（平均周期）Ｐ）は、好ましくは０．９１〜１．４０の範囲内である。この範囲内で、非常に優れた透過特性が得られるからである。

（光学素子の製造方法）
次に、以上のように構成される光学素子の製造方法の一例について説明する。この光学素子の製造方法は、原盤の製造工程と、複製基板の製造工程と、成形金型の製造工程と、光学素子の作製工程と、切り出し工程とを有する。以下、図３〜図７を参照しながら、これらの工程を順次説明する。

［原盤の製造工程］
まず、図３Ａに示すように、ディスク状（円盤状）の基板１１を準備する。この基板１１は、例えば石英基板などである。次に、図３Ｂに示すように、基板１１の表面にレジスト層１２を形成する。レジスト層１２は、例えば有機系レジストからなる。有機系レジストとしては、例えばノボラック系レジストや化学増幅型レジストを用いることができる。

次に、図３Ｃに示すように、基板１１を回転させると共に、レーザ光（露光ビーム）１３をレジスト層１２に照射する。このとき、レーザ光１３を基板１１の半径方向に移動させながら、レーザ光１３を間欠的に照射することで、レジスト層１２を全面にわたって露光する。これにより、レーザ光１３の軌跡に応じた潜像１２ａが、可視光波長よりも短いピッチでレジスト層１２の全面にわたって形成される。レーザ光１３としては、例えば周期的または非周期的（ランダム）に振幅が変化する波形を有するものが用いられる。このような波形の形状としては、例えばサイン波状、矩形波状、鋸波状を挙げることができる。
なお、この露光工程の詳細については後述する。

この露光工程では、例えば、レジスト層１２に対するレーザ光１３の照射周期を１トラック毎に変化させながら行うことにより、隣接する３列のトラック間において構造体（潜像）を準六方格子パターン状に設けることが好ましい。また、レーザ光１３の照射周期は、例えば、基板１１を角速度一定で回転させ、円周方向の構造体３の配置ピッチＰ１が一定となるようにレーザ光１３のパルス周波数を最適化する。より具体的には、トラック位置が基板中心から遠ざかるに従い、レーザ光１３の照射周期が短くなるように変調制御する。これにより、基板全面において空間周波数が一様なナノパターンを形成することが可能となる。

次に、基板１１を回転させながら、レジスト層１２上に現像液１４を滴下して、図４Ａに示すように、レジスト層１２を現像処理する。これより、深さ分布を有するレジストパターンがレジスト層１２に形成される。なお、レジスト層１２をポジ型のレジストにより形成した場合には、レーザ光１３で露光した露光部は、非露光部と比較して現像液に対する溶解速度が増すので、図４Ｂに示すように、露光部（潜像１２ａ）に応じたパターンがレジスト層１２に形成される。

次に、基板１１の上に形成されたレジスト層１２のパターン（レジストパターン）をマスクとして、基板１１の表面をエッチング処理する。これにより、図４Ｃに示すように、基板１１の一主面に深さ分布を有する凹部パターン１５ａが形成され、原盤１５が作製される。エッチング方法は、例えばドライエッチングによって行われる。このとき、エッチング処理とアッシング処理とを交互に繰り返し行うことにより、例えば釣鐘型錐体状の凹部１５ａのパターンを形成することができると共に、レジスト層１２の３倍以上の深さ（選択比３以上）のマスタを作製でき、構造体３の高アスペクト比化を図ることができる。

上述のようにして潜像１２ａを現像し、得られたレジストパターンをマスクとするエッチング処理を施すことにより、例えば、円弧状トラックの円周方向に長軸方向をもつ楕円錐台形状などの構造体３を得ることができる。特に、楕円錐台形状の構造体３としては、中央部の傾きが先端部および底部の傾きよりも急峻に形成されるものが好ましい。これにより、耐久性および転写性を向上させることが可能であるからである。また、同一トラック内における構造体３の配置ピッチＰ１が、例えば、隣接する２トラック間における構造体３の配置ピッチＰ２よりも長い準六方格子パターンを得ることができ、これにより、構造体３の充填密度の更なる向上を図れるようになる。

以上の工程により、図４Ｃに示す原盤１５が製造される。この原盤１５は、図１に示した光学素子１を形成するマスタ原器である。この原盤１５の凹部１５ａからなる表面凹凸構造により、後述する複製基板および成形金型を経て、光学素子１の構造体３が形成される。したがって、原盤１５の凹部１５ａは、例えば、原盤１５の円周方向に歪んだ準六方格子パターンを形成するように設けられている。

次に、図５を参照して、図３Ｃに示した露光工程の詳細について説明する。図５に示す露光装置は、光学ディスク記録装置をベースにして構成されている。

レーザ２１は、基板１１の表面に着膜されたレジスト層１２を露光するための光源であり、例えば波長λ＝２６６ｎｍの遠紫外線レーザ光１３を発振するものである。レーザ２１から出射されたレーザ光１３は、平行ビームのまま直進し、電気光学変調器（ＥＯＭ：Electro Optical Modulator）２２へ入射する。電気光学変調器２２は、一般的にレーザ光源のノイズを低減するために用いられるが、この一実施形態では、入射するレーザ光１３を、周期的または非周期的に振幅が変動する所定の周期波または非周期波に変調する。例えば、電気光学変調器２２は、図１Ｄに示すように、周期的または非周期的に振幅が変動するサイン波状に入射レーザ光１３を変調する。ここで、振幅の変動は、例えば、基準となる振幅に対して±１０％程度の変動である。電気光学変調器（ＥＯＭ：Electro Optical Modulator）２２を透過したレーザ光１３は、ミラー２３で反射され、変調光学系２５に導かれる。

ミラー２３は、偏光ビームスプリッタで構成されており、一方の偏光成分を反射し他方の偏光成分を透過する機能を有する。ミラー２３を透過した偏光成分はフォトダイオード２４で受光され、その受光信号に基づいて電気光学変調器２２を制御してレーザ光１３の位相変調を行う。

変調光学系２５において、レーザ光１３は、集光レンズ２６により、石英（ＳｉＯ₂）などからなる音響光学変調器（ＡＯＭ：Acoust-Optic Modulator）２７に集光される。レーザ光１３は、音響光学変調器２７により強度変調され発散した後、レンズ２８によって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１３は、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。

移動光学テーブル３２は、ビームエキスパンダ３３、ミラー３４および対物レンズ３５を備えている。移動光学テーブル３２に導かれたレーザ光１３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、ミラー３４および対物レンズ３５を介して、基板１１上のレジスト層１２へ照射される。基板１１は、スピンドルモータ３６に接続されたターンテーブル（図示省略）の上に載置されている。そして、基板１１を回転させると共に、レーザ光１３を基板１１の回転半径方向に移動させながら、レジスト層１２へレーザ光１３を間欠的に照射することにより、レジスト層１２の露光工程が行われる。形成された潜像１２ａは、例えば円周方向に長軸を有する略楕円形になる。レーザ光１３の移動は、移動光学テーブル３２を矢印Ｒ方向へ移動することにより行われる。

図５に示した露光装置は、レジスト層１２に対して図１Ｂに示した準六方格子の２次元パターンからなる潜像１２ａを形成するための制御機構を備えている。制御機構は、フォーマッタ２９とドライバ３０とを備える。フォーマッタ２９は、極性反転部を備え、この極性反転部が、レジスト層１２に対するレーザ光１３の照射タイミングを制御する。ドライバ３０は、極性反転部の出力を受けて、音響光学変調器２７を制御する。

制御機構は、潜像１２ａの２次元パターンが空間的にリンクするように、１トラック毎に、音響光学変調器２７によるレーザ光１３の強度変調と、スピンドルモータ３６の駆動回転速度と、移動光学テーブル３２の移動速度とをそれぞれ同期させる。基板１１は、例えば角速度一定（ＣＡＶ：Constant Angular Velocity）で回転制御される。そして、スピンドルモータ３６による基板１１の適切な回転数と、音響光学変調器２７によるレーザ光強度の適切な周波数変調と、移動光学テーブル３２によるレーザ光１３の適切な送りピッチとでパターニングを行う。これにより、レジスト層１２に対して準六方格子パターンの潜像１２ａを形成する。

例えば、図１に示したように、円周方向の配置ピッチ（周期）Ｐ１を３３０ｎｍ、円周方向に対して約６０度方向（約−６０度方向）の配置ピッチ（周期）Ｐ２を３００ｎｍにする場合、送りピッチを２５１ｎｍにすればよい。また、極性反転部の制御信号を、空間周波数（潜像１２ａのパターン密度、Ｐ１：３３０ｎｍ、Ｐ２：３００ｎｍ）が一様になるように徐々に変化させる。より具体的には、レジスト層１２に対するレーザ光１３の照射周期を１トラック毎に変化させながら露光を行い、各トラックＴにおいて配置ピッチＰ１がほぼ３３０ｎｍとなるように制御機構においてレーザ光１３の周波数変調を行う。すなわち、トラック位置が基板中心から遠ざかるに従い、レーザ光１３の照射周期が短くなるように変調制御する。これにより、基板全面において空間周波数が一様なナノパターンを形成することが可能となる。ナノパターン形成波形帯域は、例えば１０〜２０ＭＨｚ程度である。

なお、レジスト層１２のパターンは、基板１１の半径方向と円周方向とで現像後の層厚が異なっており、半径方向の層厚よりも円周方向の層厚が薄い。これは、露光工程において基板１１を回転させながらレーザ光１３を照射するため、レーザ光１３の照射時間が基板半径方向よりも円周方向の方が長くなり、これが現像後においてレジスト層１２の層厚の違いとなって現れるからである。その後のエッチング処理においては、基板１１の円周方向と半径方向とでのレジスト層１２の層厚の違いによって、形成される凹部１５ａに形状の異方性が付される。

ここで、図８を参照して、構造体の深さ分布を制御するレーザ光変調波形の例について説明する。上記レーザ光変調波形の帯域は、例えば数ｋＨｚ〜数１０ｋＨｚである。
図８Ａ、図８Ｂは、構造体の深さを均一に分布させる場合のレーザ光変調波形の例を示す。このような変調波形を得るためには、例えば、レーザ光１３は以下のように変調される。すなわち、レーザ光１３は、電気光学変調器２２において、振幅が周期的または非周期的に例えば±１０％程度変動する鋸波状または三角波状に変調される。なお、この変調されたレーザ光１３は変調光学系２５に導かれる。

図８Ｃは、構造体３の深さを２値化に分布させる場合のレーザ光変調波形の例を示す。このような変調波形を得るためには、例えば、レーザ光１３は以下のように変調される。すなわち、レーザ光１３は、電気光学変調器２２において、振幅が周期的または非周期的に例えば±１０％程度変動する矩形波状に変調される。なお、この変調されたレーザ光１３は変調光学系２５に導かれる。

図８Ｄは、構造体３の深さを２値化して存在割合を変えて分布させる場合のレーザ光変調波形の例を示す。このような変調波形を得るためには、例えば、レーザ光１３は以下のように変調される。すなわち、レーザ光１３は、電気光学変調器２２において、振幅が周期的または非周期的に例えば±１０％程度変動すると共に、時間幅（パルス幅）が周期的または非周期的に変動する矩形波状に変調される。

図８Ｅは、構造体３の深さを多値化して分布させる場合のレーザ光変調波形の例を示す。このような変調波形を得るためには、例えば、レーザ光１３は以下のように変調される。すなわち、レーザ光１３は、電気光学変調器２２において、多値ステップ波形に変調される。

図８Ｆは、構造体３の深さを選択的に多値化して分布させる場合のレーザ光変調波形の例を示す。このような変調波形を得るためには、例えば、レーザ光１３は以下のように変調される。すなわち、レーザ光１３は、電気光学変調器２２において、選択的多値ステップ波形（中央値なし）に変調される。

図８Ｇは、構造体３の深さを区分的に選択して分布させる場合のレーザ光変調波形の例を示す。このような変調波形を得るためには、例えば、レーザ光１３は以下のように変調される。すなわち、レーザ光１３は、電気光学変調器２２において、区分的に連続な波形（中央領域なし）に変調される。ナノパターンモスアイ形状波形と上記深さ分布を制御するレーザ変調波形の重畳波形となる。

次に、図６を参照して、原盤１５から光学素子１が作製されるまでの工程について説明する。

［複製基板の製造工程］
まず、作製した原盤１５の凹凸構造面に紫外線硬化樹脂などの光硬化樹脂を塗布し、その上にアクリル板などの透明基板１６ａを重ねて配置する。そして、透明基板１６ａの上から紫外線などを照射し光硬化樹脂を硬化させた後、原盤１５から剥離する。これにより、図６Ａに示すように、透明基板１６ａの一主面に光硬化樹脂からなる構造体１６ｂが設けられ、複製基板１６が作製される。

［成形金型の製造工程］
次に、作製した複製基板１６の凹凸構造面に導電化膜を無電界メッキ法により形成した後、電界メッキ法によって金属メッキ層を形成する。これら無電解メッキ膜および電界メッキ層の構成材料には、例えばニッケル（Ｎｉ）が好適である。そして、金属メッキ層の形成後、複製基板１６から金属メッキ層を剥離し、必要に応じて外形加工を施する。これにより、図６Ｂに示すように、深さ分布を有する凹部１７ａが一主面に設けられた成形金型１７が作製される。

［光学素子の作製工程］
次に、作製した成形金型１７を射出成形機の所定位置に設置し、金型を閉じキャビティを形成した後、ポリカーボネートなどの溶融樹脂を充填する。次に、溶融樹脂を冷却した後に金型を開き、固化した樹脂を取り出す。これにより、図６Ｃに示したように、深さ分布を有する構造体３が基体２の一主面に一体形成されたディスク状基板１Ｗが作製される。

［切り出し工程］
次に、ディスク状基板１Ｗを所定の製品サイズに応じて切り出す。例えば、ディスク状基板１Ｗが直径２００ｍｍを有する円形状である場合、図７Ａに示すように、ディスク状基板１Ｗから携帯電話機用（例えば横２．５インチ）の光学素子１を４枚、あるいは、図７Ｂに示すように、ディスク状基板１Ｗから携帯ゲーム装置用（例えば横４．３インチ）の光学素子１を２枚切り出すことができる。以上により、図１に示す光学素子１が作製される。

なお、構造体３は、上述したように露光装置を用いて基板１１のレジスト層１２に形成した露光パターンをもとに形成されるので、ディスク状基板１Ｗから所定サイズに切り出した光学素子１では、各構造体３は、基体２の表面において複数列の円弧状のトラックＴをなすように設けられている。

以上、本実施形態によれば、光学素子１の構造体３に深さ分布を設けているので、反射特性の波長依存性を低減することができる。したがって、優れた反射防止特性を有する光学素子を実現することができる。

また、光ディスク記録装置を応用した露光装置を用いて原盤１５を作製できるので、光学素子１を短時間で効率良く製造することができると共に基板１１１の大型化にも対応可能である。したがって、光学素子１の生産性の向上を図ることができる。

また、構造体３が、複数列の円弧状トラックをなすと共に、隣接する３列のトラック間において準六方格子パターンをなすように設けられている場合には、基体２の表面における構造体３の充填密度を高くすることができるので、可視光の反射防止効率を高めることができる。したがって、反射防止特性に優れ、且つ透過率の極めて高い光学素子１を提供することができる。

また、各構造体３を釣鐘状の錐体とした場合には、図１８に示した従来のテント状の微細なサブ波長構造体に比べて、構造体３の耐久性を高めることができると共に、複製基板１６、成形金型１７およびディスク状基板１Ｗの各凹凸構造面の転写性を高めることが可能となる。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、以下の実施例においては、上述の実施形態と対応する部分には同一の符号を付す。

実施例１〜２および比較例１〜２では、サブ波長構造体１６ｂの深さ分布について検討を行った。

（実施例１）
［原盤の作製］
石英基板１１上に、化学増幅型またはノボラック系ポジ型レジスト層１２を厚さ１５０ｎｍ程度塗布し、このレジスト層１２に、図５に示した露光装置を用いて準六方格子パターンの潜像１２ａを形成した。レーザ光１３の波長は２６６ｎｍ、レーザパワーは０．５０ｍＪ／ｍとした。なお、レーザ光１３は、電気光学変調器２２において、振幅が非周期的に±１０％程度変動するサイン波形に変調した後、変調光学系２５に導いた。また、レジスト層１２に対するレーザ光１３の照射周期を１トラック毎に変化させた。その後、レジスト層１２に対して現像処理を施して、準六方格子状のレジストパターンを作製した。現像液としては、無機アルカリ性現像液（東京応化社製）を用いた。

次に、Ｏ₂アッシングによりレジストパターンを除去し開口径を広げるプロセスと、ＣＨＦ₃ガス雰囲気中でのプラズマエッチングで石英基板１１をエッチングするプロセスとを繰り返し行った。その結果、石英基板１１の表面が露出している準六方格子パターン径が徐々に広がりながら、エッチングが進行し、その他の領域はレジストパターンがマスクとなりエッチングされず、図４Ｃに模式的に示したような釣鐘型楕円錐体状を有し、かつ、深さ分布を有する凹部１５ａが形成された。なお、エッチング量はエッチング時間によって変化させた。最後に、Ｏ₂アッシングによりレジストパターンを完全に除去した。

ここで、上述のアッシングおよびエッチングのプロセスの詳細について説明する。まず、（１）Ｏ₂アッシング４秒、ＣＨＦ₃エッチング１分、（２）Ｏ₂アッシング４秒、ＣＨＦ₃エッチング１．５分、（３）Ｏ₂アッシング４秒、ＣＨＦ₃エッチング２分、（４）４．Ｏ₂アッシング４秒、ＣＨＦ₃エッチング３分、（５）Ｏ₂アッシング４秒、ＣＨＦ₃エッチング４分、（６）Ｏ₂アッシング４秒、ＣＨＦ₃エッチング５分のプロセスを、プロセス（１）〜（６）の順序で順次行った。最後に、Ｏ₂アッシングを１０秒行うことにより、レジストパターンを完全に除去した。

以上により、円周方向の配置ピッチＰ１が３３０ｎｍ、円周方向に対して約６０°方向（約−６０°方向）の配置ピッチＰ２が３００ｎｍの凹部準六方格子パターンを有する石英マスタ（原盤）１５が作製された。

［複製基板の作製］
次に、作製した石英マスタ１５上に紫外線硬化樹脂を塗布した後、アクリル板１６ａを紫外線硬化樹脂上に密着させた。そして、紫外線を照射して紫外線硬化樹脂を硬化させ、石英マスタ１５から剥離した。以上により、準六方格子状にサブ波長構造体１６ｂが設けられた複製基板１６が作製された。

（実施例２）
石英マスタ（原盤）１５の作製工程におけるアッシング時間およびエッチング時間を変える以外は実施例１と同様にして、複製基板１６を作製した。

ここで、上述のアッシングおよびエッチングのプロセスの詳細について説明する。まず、（１）Ｏ₂アッシング４秒、ＣＨＦ₃エッチング１分、（２）Ｏ₂アッシング４秒、ＣＨＦ₃エッチング２分、（３）Ｏ₂アッシング４秒、ＣＨＦ₃エッチング３分、（４）Ｏ₂アッシング４秒、ＣＨＦ₃エッチング４分、（５）Ｏ₂アッシング４秒、ＣＨＦ₃エッチング３分、（６）Ｏ₂アッシング４秒、ＣＨＦ₃エッチング２分、（７）Ｏ₂アッシング４秒、ＣＨＦ₃エッチング１分のプロセスを、プロセス（１）〜（７）の順序で順次行った。最後に、Ｏ₂アッシングを１０秒行うことにより、レジストパターンを完全に除去した。

（比較例１）
電気光学変調器２２において、振幅が一定のサイン波形にレーザ光を変調すること以外は実施例２と同様にして、複製基板１６を作製した。

（比較例２）
電気光学変調器２２において、振幅が一定のサイン波形にレーザ光を変調すること以外は実施例１と同様にして、複製基板１６を作製した。

（形状の評価）

上述のようにして作製した実施例１、比較例１および比較例２の複製基板について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：scanning electron microscope）により観察を行った。その結果を図９〜図１１に示す。

図９〜図１１から以下のことが分かる。
（１）光ディスク記録装置を応用した露光装置を用いて、サブ波長構造体３を一主面に有する複製基板１６を作製することができる（図９〜図１１参照）。
（２）レジスト層１２に対するレーザ光１３の照射周期を１トラック毎に変化させることにより、楕円錐形状のサブ波長構造体３を準六方格子状に形成できる（図９〜図１１参照）。
（３）振幅が一定のサイン波形にレーザ光１３を変調することにより、深さ分布がないサブ波長構造体３を形成することができるのに対して（図１０、図１１参照）、振幅が非周期的に±１０％程度変動するサイン波形にレーザ光１３を変調することにより、深さ分布を有するサブ波長構造体３を形成することができる（図９、円により囲んだ領域参照）。
（４）石英マスタのエッチング工程において、アッシングとエッチングとを繰り返し交互に行うと共に、エッチングの時間を徐々に長くすることにより、サブ波長構造体３の形状を、頂部の傾きが緩やかで中央部から底部に徐々に急峻な傾きの楕円錐形状にできる（図９〜図１１参照）。

また、上述のようにして作製した実施例１〜２および比較例１〜２の複製基板について、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope）により観察を行った。そして、ＡＦＭの断面プロファイルから各複製基板のサブ波長構造体１６ｂの深さ（高さ）を求めた。その結果を表１に示す。
なお、サブ波長構造体１６ｂの円周方向の深さは半径方向の深さよりも小さく、また、サブ波長構造体１６ｂの円周方向以外の部分の深さが半径方向の深さとほぼ同一であったことから、サブ波長構造体１６ｂの深さを半径方向の深さで代表した。
また、平均周期Ｐは以下の式（１）により定義される。
平均周期Ｐ＝（Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ２）／３＝（３３０＋３００＋３００）／３＝３１０ ・・・（１）

表１から以下のことが分かる。すなわち、エッチング時間を変えることにより、サブ波長構造体３の形状を変えられることが分かる。したがって、エッチング時間を変えることにより、所望の特性を有する光学素子１を作製できることが分かる。

（反射特性の評価）
上述のようにして作製した実施例１〜２および比較例１〜２の複製基板の反射率を測定した。なお、反射率の測定には、紫外可視分光光度計（日本分光社株式会社製、商品名：Ｖ−５００）を用いた。その測定結果を図１２〜図１５に示す。

図１２〜図１５から、実施例１〜２および比較例１〜２の反射特性それぞれについて以下のことが分かる。

（ｂ）実施例１の反射特性（図１２参照）
実施例１では、反射率波長依存特性（波長３５０〜８００ｎｍ）はほとんどなく、反射率変動が０．０４％ｐｐ以下である。また、反射率は０．２％程度、最大反射率０．２２％以下であり非常に良好な無反射性能が得られた。

（ａ）実施例２の反射特性（図１３参照）
実施例２では、反射率波長依存特性（波長３５０〜８００ｎｍ）はほとんどなく、反射率変動が０．１％ｐｐ以下である。また、反射率は０．３５％程度、最大反射率０．４％以下であり良好な無反射性能が得られた。

（ｃ）比較例１の反射特性（図１４参照）
比較例１では、反射率は波長依存性（波長３５０〜８００ｎｍ）が有り、反射率が波長の増加に伴って微少振幅のサイン波形状を示している。また、反射率は０．２〜０．７％程度である。

（ｄ）比較例２の反射特性（図１５参照）
比較例１では、反射率は波長依存性（波長３５０〜８００ｎｍ）が有り、反射率が波長の増加に伴って微少振幅のサイン波形状を示している。また、平均反射率は０．２％、最大反射率０．３％、最小反射率０．１％である。

以上の点を考慮すると、サブ波長構造体１６ｂに深さ分布を持たせることで、反射率の波長依存特性を低減することができる。また、反射率の波長依存特性を低減し、かつ、より優れた反射防止特性を得るためには、アスペクト比は０．９１〜１．４１であることが好ましい。

また、実施例１〜２の無反射性能は、現存の無反射技術により達成できるものではない。すなわち、実施例１〜２の複製基板１６は、格段に優れた無反射性能を有している。

実施例３では、複製基板１６を用いて成形金型１７を作製した後、この成形金型１７を用いて光学素子１を作製した。

（実施例３）
［原盤の作製・複製基板の作製］
まず、原盤の作製および複製基板の作製を実施例１と同様にして行い、複製基板１６を作製した。

［成形金型の作製］
次に、作製した複製基板１６の凹凸パターン上に、無電界メッキ法によりニッケル皮膜でなる導電化膜を形成した。そして、導電化膜層が形成された複製基板を電鋳装置に設置し、電気メッキ法により導電化膜上に３００±５μｍ程度の厚さのニッケルメッキ層を形成した。続いて、複製基板からニッケルメッキ層をカッターなどを用いて剥離した後、転写された凹凸構造面をアセトンで洗浄し、凹部準六方格子パターンを有するＮｉ金属マスタ（成形金型）１７を作製した。

［光学素子の作製］
次に、作製したＮｉ金属マスタ１７を用いてポリカーボネート樹脂の射出成形基板を作製し、表面に凸部準六方格子パターンを有するディスク状基板１Ｗを得た。その後、このディスク状基板１Ｗを所定サイズに切り出して、光学素子１を作製した。

（光学素子の評価）
上述のようにして作製した光学素子１を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：scanning electron microscope）により観察を行った。その結果、実施例１と同様の形状および配置を有するサブ波長構造体３が基体２の表面に形成されていることが分かった。

また、上述のようにして作製した光学素子１の反射特性を実施例１と同様にして評価した。その結果、実施例３では、実施例１と同様の反射特性が得られることが分かった。

参考例１〜９では、ＲＣＷＡ（Rigorous Coupled Wave Analysis）シミュレーションによりサブ波長構造体３の深さ分布について検討を行った。

（参考例１）
釣鐘型の楕円錐形状を有し、かつ、深さ分布のないサブ波長構造体３が設けられた光学素子について、ＲＣＷＡシミュレーションを行った。その結果を図１６に示す。なお、円周方向の配置ピッチＰ１を３２５ｎｍ、円周方向に対して約６０°方向（約−６０°方向）の配置ピッチＰ２を３００ｎｍ、アスペクト比を０．９とした。

（参考例２〜６）
アスペクト比を１．０、１．１、１．２、１．３、１．４に変えること以外は参考例１と同様にして、ＲＣＷＡシミュレーションを行った。その結果を図１６に示す。

（参考例７）
釣鐘型の楕円錐形状を有し、かつ、深さ分布を有するサブ波長構造体３が設けられた光学素子について、ＲＣＷＡシミュレーションを行った。なお、円周方向の配置ピッチＰ１を３２５ｎｍ、円周方向に対して約６０°方向（約−６０°方向）の配置ピッチＰ２を３００ｎｍ、深さ分布を２値化するため、アスペクト比を０．９と１．３の２値化とした。その結果を図１７に示す。

（参考例８）
サブ波長構造体３の深さを多値化するため、アスペクト比を０．８、０．９、１．０、１．１、１．２、１．３、１．４とすること以外は参考例７と同様にして、ＲＣＷＡシミュレーションを行った。その結果を図１７に示す。

（参考例９）
サブ波長構造体３の深さを選択的多値化するため、アスペクト比を０．８、０．９、１．０、１．１、１．３、１．４とすること以外は参考例７と同様にして、ＲＣＷＡシミュレーションを行った。その結果を図１７に示す。

図１６〜図１７から以下のことが分かる。
（ａ）参考例１では、図１６に示すように、長波長領域において反射率が増加しない。また、釣鐘型楕円錐状のサブ波長構造体３の深さにより、反射率の波長依存特性つまり微小振幅のサイン波の波長依存特性は異なる。
（ｂ）参考例２では、図１７に示すように、長波長領域において反射率の増加がなく、かつ、反射率の波長依存特性をなくすことができる。

以上の点を考慮すると、光学素子１のＲＣＷＡシミュレーション結果と、実際に作製した光学素子１または複製基板１６の測定結果とは、ほぼ同様の傾向を示す。

以上、本発明の実施形態および実施例について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態および実施例に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

例えば、上述の実施形態および実施例において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。

また、上述の実施形態および実施例では、基板をエッチング処理して原盤を形成する場合について説明したが、レジスト層のパターンが形成された基板をそのまま原盤として用いることも可能である。

また、上述の実施形態および実施例では、構造体が凸形状の場合について説明したが、構造体を凹形状としてもよい。この場合にも上述の実施形態および実施例と同様の効果を得ることができる。

また、上述の実施形態および実施例において、各構造体の深さ分布の形成が、基体表面に、少なくとも２種以上の値で選択的に、もしくは連続的に、もしくは区分的に連続に変化してなされ、それぞれ深さの存在確率に重み付けがされて形成しているようにしてもよい。

１ 光学素子
１Ｗ ディスク状基板
２ 基体
３，１６ｂ 構造体
１１ 基板
１２ レジスト層
１２ａ 潜像
１３ レーザ光
１４ 現像液
１５ 原盤
１５ａ，１７ａ 凹部
１６ 複製基板
１６ａ 透明基板
１７ 成形金型
２１ レーザ
２２ ＥＯＭ
２３，３１，３４ ミラー
２４ ＰＤ
２５ 変調光学系
２６ 集光レンズ
２７ ＡＯＭ
２８ コリメータレンズ
２９ フォーマッタ
３０ ドライバ
３２ 移動光学テーブル系
３３ ＢＥＸ
３５ 対物レンズ
３６ スピンドルモータ

Claims (5)

1. 凸部または凹部からなる構造体が可視光の波長以下の微細ピッチで原盤表面に多数設けられている、反射防止機能を有する光学素子の作製用原盤であって、
   上記構造体は、上記原盤表面において複数列の円弧状トラックをなすように設けられ、
   上記構造体は、深さ分布を有すると共に、長軸と短軸をもつ底面を有する錐体構造であり、上記トラックの円周方向に長軸方向を有することを特徴とする光学素子の作製用原盤。
2. 凸部または凹部からなる構造体が可視光の波長以下の微細ピッチで原盤表面に多数設けられている、反射防止機能を有する光学素子の作製用原盤の製造方法であって、
   表面にレジスト層が形成された原盤を回転させるとともに、レーザ光を上記原盤の回転半径方向に相対移動させながら、上記レジスト層にレーザ光を間欠的に照射して、可視光の波長よりも短いピッチで潜像を形成する第１の工程と、
   上記レジスト層を現像して、深さ分布を有するレジストパターンを上記原盤の表面に形成する第２の工程と、
   上記レジストパターンをマスクとするエッチング処理を上記原盤に施すことで、上記原盤の表面に凹凸構造を形成する第３の工程と、
   を有し、
   上記潜像は、上記原盤表面において複数列の円弧状トラックをなすように設けられ、
   上記潜像は、長軸と短軸を有し、上記トラックの円周方向に長軸方向を有することを特徴とする光学素子の作製用原盤の製造方法。
3. 上記第１の工程では、隣接するトラック間において準六方格子パターンを構成するように上記潜像を形成することを特徴とする請求項２記載の光学素子の作製用原盤の製造方法。
4. 上記第３の工程では、上記レジストパターンをマスクとするエッチング処理と上記レジストパターンに対するアッシング処理とを繰り返し行うと共に、エッチング処理時間を徐々に長くすることを特徴とする請求項２記載の光学素子の作製用原盤の製造方法。
5. 凸部または凹部からなる構造体が可視光の波長以下の微細ピッチで基板表面に多数設けられている、反射防止機能を有する光学素子の製造方法であって、
   表面にレジスト層が形成された原盤を回転させるとともに、レーザ光を上記原盤の回転半径方向に相対移動させながら、上記レジスト層にレーザ光を間欠的に照射して、可視光波長よりも短いピッチで潜像を形成する第１の工程と、
   上記レジスト層を現像して、深さ分布を有するレジストパターンを上記原盤の表面に形成する第２の工程と、
   上記レジストパターンをマスクとするエッチング処理を上記原盤に施すことで、上記原盤の表面に凹凸構造を形成する第３の工程と、
   上記原盤、または上記原盤から複製された成形金型を用いて、上記光学素子を成形する第４の工程と、
   を有し、
   上記潜像は、上記原盤表面において複数列の円弧状トラックをなすように設けられ、
   上記潜像は、長軸と短軸を有し、上記トラックの円周方向に長軸方向を有することを特徴とする光学素子の製造方法。