JP2005074774A - 処理方法、型、成形方法、成形装置、再生方法、再生装置及び光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】
より容易に且つ低コストで、高アスペクト比又は角Ｒの小さい微細構造を有する成形物を成形できる型、成形方法、成形装置並びに光学素子を提供する。
【解決手段】
可動型３，１０の非球面形状３ａ、１０ａ及び微細形状３ｂ、１０ｂの表面には、ドライエッチング処理を通して均一なフッ素コートがなされているので、型開きの際に樹脂素材が張り付くことが抑制される。
【選択図】 図４

Description

本発明は、処理方法、型、成形方法、成形装置、再生方法、再生装置及び光学素子に関し、特に、フッ素コートを行える処理方法、微細形状を有する型、成形方法、成形装置、再生方法、再生装置及び光学素子に関する。

近年、急速に発展している光ピックアップ装置の分野では、極めて高精度な対物レンズなどの光学素子が用いられている。プラスチックやガラスなどの素材を、金型を用いてそのような光学素子に成形すると、均一な形状の製品を迅速に製造することができるため、かかる金型成形は、そのような用途の光学素子の大量生産に適しているといえる。

更に、近年の光ピックアップ装置は、より短波長の半導体レーザからの光束を用いて、ＡＯＤ（Advanced Optical Disc），ＢＤ（Blueray Disc）などの記録媒体に対して高密度な情報の記録及び／又は再生を行えるものが開発されており、その光学系の収差特性改善のため、微細構造である回折構造を光学面に設けることが行われている。又、そのような高密度な情報の記録及び／又は再生を行える光ピックアップ装置であっても、従来から大量に供給されたＣＤ、ＤＶＤに対しても情報の記録及び／又は再生を確保する必要があり、そのため波長選択性を備えた回折構造を設けることも行われている。

ここで、回折構造は、使用する光源波長にもよるが、例えば段差が最小２μｍ程度の輪帯構造であるため、通常の射出成形において、溶融した樹脂を型内に射出するのみでは、型に形成された微細構造の段差の奥深くに素材が入り込みにくく、そのため微細構造の転写が精度良くなされないという問題がある。転写不良（素材のダレ）により設計通りの回折構造が形成されないと、その回折特性が劣化してしまい、かかる光学素子を用いた光ピックアップ装置において書き込みエラーなどが生じる恐れがある。このため、素材の選定や、溶融した樹脂の温度や圧力を調整するなど、種々の工夫がなされているが、従来の方法では、ダレを完全になくすのは困難である。

一方、以下の特許文献１には、加熱軟化状態にあるガラス素材をプレスすることによって、表面に微細パターンを有する光学素子を成形する方法が開示されている。
特開２００２−２２０２４１号公報

ところが、特許文献１に記載の技術では、ガラス素材の表面に、幅約１００〜５０μｍ、高さが約２０〜１０μｍという、アスペクト比が０．２程度の微細形状を成形するのが限界である。これは、無機ガラスの常温での弾性率が７０ＧＰａ程度と高いため、その表面に３０００Ｎという非常に大きな力で加熱した型を押しつけても、微細構造の奥にガラス素材がスムーズに流れ込まず、その結果アスペクト比が０．２程度の微細形状しか成形できなかったのである。従って、例えばアスペクト比が１以上という微細形状を有する成形物は、試作品としては存在するかもしれないが、形状の揃った工業製品としては未だ存在していないといえる。

加えて、近年、使用する光源の波長の数倍からそれよりも小さな微細構造を光学面に施して、新たな光学的機能を光学素子に付加することが試みられている。例えば、成形レンズの屈折による通常の集光機能とその時に副作用として発生する正の分散を、その非球面光学面の表面に回折溝を施すことで得られる回折による大きな負の分散を利用してうち消し、本来、屈折だけでは不可能な色消し機能を単玉光学素子に付加することが、ＤＶＤ／ＣＤ互換の光ディスク用ピックアップ対物レンズで実用化されている。これは、光学素子を透過する光の波長の数１０倍の大きさの回折溝による回折作用を利用したもので、このように波長より十分大きな構造による回折作用を扱う領域は、スカラー領域と呼ばれている。

一方、光学素子を透過する光の波長の数分の一という微細な間隔で、円錐形状の突起を光学面の表面に密集させて形成させることで、光の反射抑制機能を発揮できることが判っている。即ち、光波が光学素子に入射する際の空気との境界面での屈折率変化を、従来の光学素子のように１から媒体屈折率まで瞬間的に変化させるのではなく、微細な間隔で並んだ突起の円錐形状によって緩やかに変化させ、それにより光の反射を抑制することができるのである。このような突起を形成した光学面は、いわゆる蛾の眼（ｍｏｔｈ ｅｙｅ）と呼ばれる微細構造で、光の波長よりも微細な構造体が波長よりも短い周期で並ぶことにより、もはや個々の構造が回折せずに光波に対して平均的な屈折率として働くものである。このような領域を等価屈折率領域と一般に呼んでいる。このような等価屈折率領域に関しては、例えば電子情報通信学会論文誌Ｃ Ｖｏｌ．Ｊ８３−Ｃ Ｎｏ．３ｐｐ．１７３−１８１ ２０００年３月に述べられている。

等価屈折率領域の微細構造によれば、従来の反射防止コートに比べて反射防止効果の角度依存性や波長依存性を少なくしながら大きな反射防止効果を得られるが、プラスチック成形等によれば、光学面と微細構造を同時に創成できることから、レンズ機能と反射防止機能が同時に得られて、従来のように成形後に反射防止コート処理をするといった後加工が不要となる等の生産上のメリットも大きいと考えられ注目されている。さらに、このような等価屈折率領域の微細構造を光学面に対して方向性を持つように配すると、強い光学異方性を光学面に持たせることもでき、従来、水晶などの結晶を削りだして製作していた複屈折光学素子を成形によって得ることができ、また、屈折や反射光学素子と組み合わせて新たな光学的機能を付加することができる。この場合の光学異方性は、構造性複屈折と呼ばれている。

上述したスカラー領域と等価屈折率領域の間には、回折効率が入射条件のわずかな違いにより急激に変化する共鳴領域がある。例えば、回折輪帯の溝幅を狭くしていくと、波長の数倍程度で急激に回折効率が減少し、また増加するという現象（アノマリー）が発生する。この領域の性質を利用して、特定の波長のみを反射する導波モード共鳴格子フィルターを微細構造で実現して、通常の干渉フィルターと同等の効果をより角度依存性を少なくして実現できる。

ところで、スカラー領域や、等価屈折率領域や、共鳴領或を利用して光学素子を形成しようとする場合、その光学面に微細な突起（又はくぼみ）を形成する必要がある。このような微細な突起（又はくぼみ）を備えた光学素子を大量生産するには、一般的には樹脂を素材として成形を行うことが適しているといえるが、かかる場合、微細な突起（又はくぼみ）に対応したくぼみ（又は突起）を備えた光学面転写面をどのようにして形成するかが問題となる。

すなわち、上述したような等価屈折領域や共鳴領域の突起（又はくぼみ）に関しては、数十乃至数百ナノメートルの間隔で突起（又はくぼみ）を光学素子の光学面に形成しなくてはならないが、従来の射出成形では、それに対応した型の微細形状の奥底まで樹脂が行き届かず、微細形状を精度良く転写することは極めて困難である。

これに対し、微細形状を有する型の温度を、例えば常温での弾性率が１〜４（ＧＰａ）である素材のガラス転移点温度より高く設定し、かかる型を樹脂素材に向かって押圧することで、その微細形状を樹脂素材に転写し、それにより微細形状が高アスペクト比を有していても精度良い転写成形が可能な技術が、本発明者らによって研究されている。しかるに、上述した技術により微細形状の転写が可能であっても、離型する際に素材と型とが張り付きやすく成形が困難という問題がある。

本発明は、かかる従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、より容易に且つ低コストで、撥水処理を施せる処理方法、撥水処理を施した型、その再生方法、再生装置、成形方法、成形装置並びに光学素子を提供することを目的とする。

前記第１の本発明の処理方法は、樹脂材料表面に押し当てることで成形する無機材（例えばＳｉ、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４）の型の処理方法において、その型表面にフッ素系ガス中におけるプラズマを利用してフッ素原子を固定するので、前記型の表面に均一なフッ素コートを施せる。

前記フッ素系ガスは酸素ガスを含むと好ましい。

前記成形の前に、前記型の表面を洗浄すると好ましい。

前記成形の前に、ドライエッチング装置を用いて前記型の表面形状を創成すると好ましい。かかる場合、フッ素ガスを用いてドライエッチング処理を行うことで、微細形状の形成と同時にフッ素コートを行えるので好都合である。

前記フッ素原子を固定した後に、加水処理を行うと、フッ素原子の固定を早めるので好ましい。

第２の本発明の型は、樹脂材料表面に押し当てることで成形する無機材の型であって、その表面にフッ素原子が固定されているので、成形後における前記樹脂材料の離型性を高めることができる。そのような型は、上述したドライエッチング処理に限らず、ウェットエッチング処理或いは機械加工処理で形成されることができるが、その場合には、上述したフッ素コートを施す処理は別処理となる。

樹脂材料表面に押し当てることで成形する無機材の型は、上述の処理方法により処理されていると好ましい。

樹脂材料表面に押し当てることで成形する無機材の型は、上述の処理方法により処理されてなり、アスペクト比が１以上である形状を有すると好ましい。

本発明者らは、本発明に先立ち、従来と全く異なる視点から微細形状を有する成形物を成形できる新規な方法を創案した。例えば常温での弾性率が１〜４（ＧＰａ）であるような樹脂素材の場合、微細形状を有する型を加熱して、その型表面に押しつけると、押しつけた表面が溶融して微細形状に倣い、その結果、アスペクト比が１以上であっても精密に型の微細形状を転写した成形物を得られることを見出したのである。かかる場合、特許文献１に記載されているように３０００Ｎもの型押圧力は不要であり、従来の射出成形機を改良するだけで足り、製造設備が低コスト化され、また短時間で大量な成形物を製造することが可能となる。

ところが、このような成形技術において、押圧した型と素材とが張り付くという問題が生じた。これに対し、型にフッ素コートすれば樹脂素材との離型性を向上させることができる。しかしながら、微細形状を有する型をフッ素系溶液中に浸漬したり、その溶液をスプレーで塗布しても、サブミクロンオーダーの微細形状の奥底までフッ素コートすることは困難であり、十分な離型性を得ることができず、また後工程の浸漬やスプレーにより、精度良く形成された微細形状を損なう恐れもあった。

そこで本発明者らは、鋭意研究の結果、フッ素系ガスの雰囲気中でドライエッチングを行えば、微細形状の加工と同時に、微細形状の表面に、その形状に関わらずフッ素コートを均一に行うことができ、それにより樹脂素材に対する離型性を向上させることができることを発見したのである。尚、本明細書中において、「フッ素コート」とは、フッ素分子を含む物質を表面に固定することをいい、例えば「フッ素コートされた型」とは、フッ素分子を含む物質を表面に固定された型をいうものとする。

第３の本発明の成形方法は、微細形状を有する型の表面をフッ素ガスの雰囲気に曝すことによりフッ素コートを行うステップと、前記微細形状を有する型の温度を、常温での弾性率が１〜４（ＧＰａ）である素材のガラス転移点温度より高く設定するステップと、前記型を前記素材に向かって押圧することで、前記微細形状を前記素材に転写するステップと、前記微細形状を有する型を冷却するステップと、を有することを特徴とする。即ち、フッ素コートが施された微細形状を有する型を加熱して、常温での弾性率が１〜４（ＧＰａ）である素材のガラス転移点温度より高く設定し、前記型を前記素材に向かって押圧することで、前記微細形状を前記素材に精度良く転写することができ、又離型もスムーズに行える。

ちなみに、常温での弾性率が１〜４（ＧＰａ）であるような素材とは、例えばＰＭＭＡ（弾性率１．５〜３．３ＧＰａ）、ポリカーボネイト（弾性率３．１ＧＰａ）、ポリオレフィン（弾性率２．５〜３．１ＧＰａ）などの弾性率が１〜４の範囲の樹脂を組成成分として含有することが好ましい。ここで、常温とは２５℃のことをいう。これらの樹脂は、ガラス転移点が５０〜１６０℃であることが好ましい。弾性率は、ＪＩＳ−Ｋ７１６１、７１６２などに従い求めることができる。ガラス転移点温度は、ＪＩＳ Ｒ３１０２−３：２００１に従い求めることができる。

前記型に対し、フッ素系ガスを含む雰囲気中でドライエッチング処理を施すことで微細形状を形成し、且つ前記微細形状にフッ素コートを行うと好ましい。

前記型に対し、フッ素系ガスを含まない雰囲気中でドライエッチング処理を施すことで微細形状を形成し、且つ前記微細形状をフッ素系ガスプラズマ雰囲気に曝すことフッ素コートを行うと好ましい。

前記型を前記素材に向かって押圧する前に、前記微細形状の型と、それに対向する型の間に前記素材を射出するステップと前記素材を冷却するステップとを有すと好ましい。

前記素材は光学素子の素材であると好ましいが、インクジェットプリンタのヘッドなどにも適用できる。

前記素材には、前記微細形状により輪帯状の回折構造が転写され、前記回折構造の半径方向のピッチは１０μｍ以下であり、前記回折構造の光軸方向断面における角部の曲率半径は１μｍ未満であると好ましい。

従来の射出成形においては、回折構造に対応した型の微細構造の奥まで樹脂が入り込みにくいことから、それにより得られる光学素子の回折構造は、その光軸方向断面における角部がダレてその曲率半径が１μｍを大きく超えており、光透過率が悪化する恐れがある。これに対し、本発明の光学素子では、前記回折構造の光軸方向断面における角部の曲率半径が１μｍ未満となり、より高い光透過率を得ることができる。尚、このような成形物や光学素子は、以下の成形方法又は成形装置により得ることができる。

前記素材には、前記微細形状により、アスペクト比が１以上であって構造性複屈折を生じさせる形状が転写されると好ましい。

「アスペクト比」とは、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、微細構造の凹部又は凸部の幅をＡ、深さ又は高さをＢとしたときに、Ｂ／Ａで表される値をいう。「微細形状」とは、Ａの値が１０μｍ以下の形状をいう。成形後の厚みとは、型を押し当てる方向に対しての成形物の厚みをいい、例えば図４に示すＴの値である。この成形後の厚みは、０．１〜２０ｍｍであり、好ましくは１〜５ｍｍである。

前記素材には、前記微細形状により、アスペクト比が１以上であって光の波長以下のサイズで周期構造を持ち反射防止機能を有する形状が転写されると好ましい。

第４の本発明の成形装置は、フッ素系ガスの雰囲気中でドライエッチングされることにより、フッ素コートを施された微細形状が形成された可動型と、前記可動型の微細形状を包囲するように遮蔽する固定型と、前記可動型を加熱するヒータと、前記可動型と前記固定型とを相対移動させる駆動部と、を有し、前記可動型と前記固定型とで閉鎖される空間に、常温での弾性率が１〜４（ＧＰａ）である素材を配置し、少なくとも前記素材の内部が固化した状態で、前記ヒータにより前記可動型を加熱し、前記移動部が前記可動型を前記素材に向かって相対移動させることにより、前記可動型の微細形状が転写されるようになっていることを特徴とする。即ち、フッ素コートが施された微細形状を有する型を加熱して、常温での弾性率が１〜４（ＧＰａ）である素材のガラス転移点温度より高く設定し、前記型を前記素材に向かって押圧することで、前記微細形状を前記素材に精度良く転写することができ、又離型もスムーズに行える。

尚、本発明の成形装置を用いて成形する場合、微細形状以外の母形状を予め射出成形等により成形し、その後、前記素材の内部が固化した状態で、素材のガラス転移点以上に加熱された前記可動型を素材に押しつけることで、母形状を維持しつつ微細形状が素材に転写される。従って、前記素材は、前記可動型と前記固定型とで閉鎖される空間内に射出されると良い。ただし、母形状を成形する型と微細形状を成形する可動型とは別個にしても良く、かかる場合、型交換時に素材を冷却することが可能となる。

第５の本発明の再生方法は、奥までフッ素コートがなされた微細形状が形成された型を用いて樹脂素材を成形した後に、前記型を再生する再生方法であって、前記型を洗浄するステップと、前記型を、酸素ガスからなる第１の雰囲気に配置し、前記第１の雰囲気中でプラズマを生成するステップと、前記型を、フッ素系ガス及び酸素ガスからなる第２の雰囲気に配置し、前記第２の雰囲気中でプラズマを生成するステップと、を有することを特徴とする。

更に、前記第２の雰囲気中でプラズマを生成した後、プラズマに曝された前記処理対象物の表面を水蒸気に曝すステップを有することを特徴とする。

図１２は、本発明の概念を説明するための図である。図１２（ａ）において、上述したドライエッチング処理などによって、奥までフッ素コートがなされた微細形状が形成された型Ｍを用いて樹脂素材Ｒを成形する。かかる成形は、通常の射出成形でもよいが、後述するように型Ｍを加熱して押圧すれば、型Ｍの微細形状を精度良く樹脂素材Ｍに転写できる。

しかるに、型Ｍは微細形状を有するため、成形後に樹脂素材のカスなどが微細形状に詰まって残る恐れがある。そこで、図１２（ｂ）に示すように、型Ｍを酸素ガスプラズマ槽へと搬送し、その表面を酸素ガスの（第１の）雰囲気中で生成したプラズマに曝す（洗浄するステップ）。それにより微細形状に詰まった樹脂素材を除去することができる。

続いて、図１２（ｃ）に示すように、型Ｍをフッ素ガス＋酸素ガスプラズマ槽へと搬送し、その表面をフッ素ガスと酸素ガスの（第２の）雰囲気中で生成したプラズマに曝す。それにより微細形状の奥までフッ素コートを施し、型Ｍの離型性を確保できる。

更に、図１２（ｄ）に示すように、型Ｍを加水槽へと搬送し、その表面を水蒸気に曝すことで、短時間で高い撥水性を確保できる。具体的には、型Ｍを包有する加水槽内を減圧し、槽内で水を気化させる方法や、型Ｍを水と共にホットプレート上で加熱し水蒸気に曝す方法などがある。このようにして、再生（樹脂を除去してフッ素コートし直すこと）された型Ｍは、図１２（ａ）に示すように、再び成形に用いられる。

第６の本発明の再生装置は、奥までフッ素コートがなされた微細形状が形成された一方向に回転する型を用いて樹脂素材を成形した後に、前記型を再生する再生装置であって、前記型を洗浄する装置と、第１の回転位置で、前記型の表面を酸素ガスからなる第１の雰囲気に曝し、前記第１の雰囲気中でプラズマを生成するアッシング装置と、前記第１の回転位置より回転方向後よりの第２の回転位置で、前記型の表面をフッ素系ガス及び酸素ガスからなる第２の雰囲気に配置し、前記第２の雰囲気中でプラズマを生成するコート装置と、を有することを特徴とする。

更に、前記第２の回転位置より回転方向後よりの第３の回転位置で、前記型の表面を水蒸気に曝す加水装置を有することを特徴とする。

図１３は、本発明の概念を説明するための図である。図１３において、外周面に、上述したドライエッチング処理により奥までフッ素コートがなされた微細形状を形成した円筒状の型Ｍは、対向ローラＲＬとの間に薄い板状の樹脂素材Ｒを挟持している。樹脂素材Ｒは、左方のロールから巻き出され、回転する型Ｍと対向ローラＲＬとの間を通過する際に、型Ｍの微細形状が連続的に転写され、更に右方でロール状に巻き取られるようになっている。

型Ｍの外周面は微細形状を有するため、成形後に樹脂素材のカスなどが微細形状に詰まって残る恐れがある。そこで、図に示すように、型Ｍの成形が終わった外周面は、まず第１の位置にあるアッシング装置（洗浄する装置）へ回転移動し、酸素ガスの（第１の）雰囲気中で生成したプラズマに曝されるようになっている。それにより微細形状に詰まった樹脂素材を除去することができる。

続いて、アッシング装置を通過した型Ｍの外周面は、第２の位置にあるコート装置へと回転移動し、フッ素ガスと酸素ガスの（第２の）雰囲気中で生成したプラズマに曝されるようになっている。それにより微細形状の奥までフッ素コートを施し、型Ｍの離型性を確保できる。

更に、コート装置を通過した型Ｍの外周面は、第３の位置にある加水装置へと回転移動し、水蒸気に曝されることで、表面処理が行われるようになっている。このようにして、再生された型Ｍの外周面は、回転移動により再び対向ローラＲＬに対向する位置へと移動し、新たな樹脂素材Ｒを成形できるようになっているため、成形と再生とを連続的に行うことが可能となる。

本発明によれば、より容易に且つ低コストで、高アスペクト比又は角Ｒの小さい微細構造を有する成形物を成形できる型、成形方法、成形装置並びに光学素子を提供できる。

以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して説明する。図２は、本実施の形態にかかる型の製造方法を示すフローチャート図である。図３は、図２に示す主要な工程において、処理される型の素材を示す断面図である。尚、本実施の形態により製作される型には、その転写光学面に、光学素子の回折輪帯に対応した微細形状が形成されるものとする。

まず、図１のステップＳ１０１で、ＳｉＯ_２又はポリシリコン製の略半球型の形状を有する型の素材１０の表面に粗加工を施す。その後、ステップＳ１０２で、詳細は後述する施盤（ここでは超精密旋盤（ＳＰＤＴ加工機）を含む）のチャックに型の素材１０を取り付ける。更に、ステップＳ１０３で、型の素材１０を回転させなから、ダイヤモンド工具により、その上面を図３（ａ）に示すように切削加工し転写光学面（成形しようとする光学素子の光学曲面に対応する）１０ａを形成し、且つ外周近傍の上面に周溝１１ａ（第１のマーク）を切削加工し、更に外周面１０ｆを切削加工する。このとき、転写光学面１０ａの光軸の位置は、その外形から確認することはできないが、同時に加工されることから転写光学面１０ａと周溝１１ａとは、精度良く同軸に形成されることとなり、又、円筒面に形成された電極部材１１の外周面１０ｆも、光軸と精度良く同軸に形成される。即ち、外周面１０ｆは回転軸を有し、それは転写光学面の光軸に一致することとなる。

ここで、周溝１１ａは、例えば、暗視野部（凹部に相当）と明視野部（凸部に相当）とからなる複数の溝から形成されてよく、暗視野部、明視野部を各々複数個有するとさらに好ましい（これはダイヤモンド工具の先端が凹凸を有するものであれば容易に形成できる）。また、周溝１１ａの凹凸形状により、後述するごとく塗布されるレジスト飛散防止の堤防としても機能させることができる。

更に、ステップＳ１０４で、型の素材１０を超精密旋盤から取り外し、ステップＳ１０５で、後述するＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）加工機のステージ上にセットする。続くステップＳ１０６で、ＦＩＢ加工機のステージ上の型の素材１０における周溝１１ａを読み取り、例えばその内側エッジから型の素材１０の光軸の位置を決定し、ステップＳ１０７で、決定した光軸から等距離で３つ（４つ以上でも良い）の第２のマーク１１ｂを、型の素材１０上に描画する（図３（ｂ）参照）。ダイヤモンド工具により加工形成した周溝１１ａの幅は比較的広いため、これを用いて加工の基準とすることは、加工精度を低下させる恐れがあるが、ＦＩＢ加工機は、幅が２０ｎｍの線を形成できるため、例えば十字線を形成すると、２０ｎｍ×２０ｎｍの微細なマークを形成することができ、それを加工の基準とすることで、より高精度な加工が期待できる。

ステップＳ１０８で、型の素材１０をＦＩＢ加工機のステージから取り外し、ステップＳ１０９で、第２のマーク１１ｂ上に保護テープ１３を貼り付ける（図３（ｂ）参照）。この保護テープ１３は、後加工で母型の素材１０上に塗布されるレジストＬが、第２のマーク１１ｂに付着しないようにするためのものである。レジストＬが第２のマーク１１ｂに付着すると、加工の基準として読み取りが不適切になる恐れがある。

更に、ステップＳ１１０で、型の素材１０を不図示のスピンコータにセットし、ステップＳ１１１で、レジストＬを型の素材１０上に流下させながらプレスピンを実施し、その後ステップＳ１１２で本スピンを実施し、レジストＬの被膜を行う（図３（ｂ）参照）。プレスピンと本スピンとを分けたのは、複雑な曲面である転写光学面１０ａに、均一な膜厚のレジストＬを被膜させるためである。

その後、ステップＳ１１３で、型の素材１０をスピンコータから取り外し、ステップＳ１１４で、ベーキングを行ってレジストＬの被膜を安定させ、ステップＳ１１５で保護テープ１３を剥がす。

続いて、ステップＳ１１６で、型の素材１０を不図示の形状測定器（画像認識手段と記憶手段とを有する）にセットし、ステップＳ１１７で、形状測定器の画像認識手段を用いて、第２のマーク１１ｂを検出する。更に、ステップＳ１１８で、超精密旋盤に用いた型の素材１０の転写光学面１０ａの３次元座標を、第２のマーク１１ｂに基づく３次元座標に変換して、これを記憶手段に記憶する。このように、転写光学面１０ａを新たな３次元座標で記憶し直すのは、後工程で電子ビーム描画を行う際に、転写光学面１０ａの被加工面に対して、狭い電子ビームの焦点深度を合わせるために、電子銃と型の素材１０との相対位置を調整する必要があるからである。尚、第２のマーク１１ｂは、測定の際、測定データにかかる座標の基準点がどこなのかを作業者が視認するための位置認識マークとして利用できる。その後、ステップＳ１１９で型の素材１０を形状測定器から取り外す。

ステップＳ１２０で、型の素材１０を、後述する電子ビーム描画装置の３次元ステージにセットし、ステップＳ１２１で、読取手段（走査型電子顕微鏡：電子ビーム描画装置に付属していると好ましい）を介して型の素材１０の第２のマーク１１ｂを検出し、それと記憶されている転写光学面１０ａの３次元座標とから、転写光学面１０ａの被加工面の形状を求め、ステップＳ１２２で、求めた被加工面の形状に対して電子ビームの焦点が合うように、３次元ステージを移動させ、電子ビームＢ（図３（ｂ）参照）を照射し、所定の処理として所望の輪帯形状を描画する。描画後、ステップＳ１２３で、３次元ステージより型の素材１０を取り外し、ステップＳ１２４で現像処理を行って、輪帯形状のレジストを得る。ここで、同一点における電子ビームＢの照射時間を長くすれば、それだけレジストの除去量が増大するため、位置と照射時間（ドーズ量）を調整することで、ブレーズ形状の輪帯になるよう、レジストを残すことができる。尚、型の素材１０の外周面１０ｆを基準として、上述したごとく輪帯形状のレジストを得ることで、後述するごとく転写光学面にブレース状の輪帯を形成しても良い。

ステップＳ１２５で、プラズマシャワー（ｐ）によるドライエッチングを経て、レジストを除去し、更に型の素材１０の転写光学面１０ａの表面を彫り込んで微細形状であるブレーズ状の輪帯１０ｂ（実際より誇張されて描かれている）を形成する（図３（ｃ）参照）。このとき、ドライエッチングをフッ素系ガス（ＳＦ_６、ＣＦ_４等）の雰囲気中で行うことで、微細形状の形成と同時に、その表面に均一なフッ素コートを施すことができる。尚、フッ素系ガス以外を用いてドライエッチングを行った場合、その雰囲気を大気に開放することなく、フッ素系ガスで満たしてプラズマを生成することで、同様の均一なフッ素コートが可能である。このようにして、微細形状を有する型１０が形成される。

本実施の形態によれば、ドライエッチング装置を用いて、型の素材にフッ素コートを行うことにより、ほぼ真空中で異物の侵入を排除しつつコートを行えるため、コート面の均一性、密着性等に優れる。又、フッ素溶液などを用いないため、取り扱いが容易であり、処理の手間がかからず、材料コストも削減でき、しかも環境保護の観点からも好ましい。又、溝幅が１μｍ以下であるような微細形状であると、フッ素系溶液の浸漬やスプレーでは、液の表面張力のため、溝底まで均一なコートを行うことは困難であるが、フッ素ガス雰囲気内でプラズマ生成を小なうことで、微細形状の奥底まで均一なフッ素コートが可能となる。

本発明者らの実験結果によれば、シリコンの基材上に純水を滴下した場合における水滴の接触角は３９度であったのに対し、シリコンの基材をフッ素系の溶液内に浸漬して表面にフッ素コートした比較例における水滴の接触角は約１００度であった。これに対し、シリコンの基材を保持したフッ素系ガスの雰囲気中においてプラズマを生成することで、その表面にフッ素コートした実施例における水滴の接触角は約１００度であり、浸漬した場合と同様な撥水効果が認められた。

図１４は、本発明者らの行ったＸＰＳ分析の結果を示す図である。ＸＰＳ分析結果によれば、図１４に示すように、Ｘ線の入射角を３０度〜９０度まで変えた状態で、フッ素元素を測定した結果、上述した比較例に対し、上述した実施例の方が全域でフッ素元素量が多かった。即ち、フッ素コートが場所によらず均一に行われたことがわかる。

図１５は、本発明者らの行った加水処理の実験効果を示す図である。かかる実験結果によれば、ドライエッチング後に、シリコン基材の処理表面を水蒸気に曝さない場合には、所定の撥水性を得るのに６時間以上を必要とするのに対し、水蒸気に曝すことで、同じ撥水性を得るのに数分以内で足りることがわかった。

図４は、本実施の形態にかかる成形方法を実施できる光学素子の成形装置の断面図である。図４において、下型１の上に円管状の上型２が移動自在に配置されている。円筒状の可動型３が、上型２に対して摺動可能に内包されており、図２，３の製造方法により製造された可動型１０が、下型１に対して摺動可能に内包されている。

可動型３の下面には、成形しようとする光学素子の非球面形状３ａと、構造性複屈折を生じさせる形状に対応した微細形状３ｂとが形成されている。又、可動型３の内側には、ヒータ４が設置されている。可動型１０の上面には、成形しようとする光学素子の非球面形状１０ａと、回折構造に対応した微細形状１０ｂとが形成されている。又、可動型１０の内側には、ヒータ４’が設置されている。尚、本実施の形態では、下型１と上型２とで固定型を構成する。

図５は、本実施の形態にかかる成形方法を示すフローチャート図である。図５を参照して、かかる成形方法について説明する。まず、ステップＳ２０１で、下型１，上型２，可動型３、１０を、図４に示す状態に配置し、いわゆる型締めを行う。続いて、ステップＳ２０２で、外部の加熱シリンダー（不図示）にて加熱溶融された樹脂素材を、ゲートＧを介して下型１，上型２内へと射出する（素材を射出するステップ）。

ステップＳ２０３で、射出された素材を冷却する（自然冷却でも、可動型３，１０の少なくとも一方を退避させて素材を雰囲気に暴露する強制冷却を行っても良い）。このとき、素材の表面には、可動型３、１０の非球面形状３ａ、１０ｂが転写されているが、素材の射出のみでは、微細形状３ｂ、１０ｂは十分に転写するのは困難である。そこで、ステップＳ２０４で、ヒータ４、４’により可動型３、１０を加熱し、樹脂素材のガラス転移点以上の温度にする（型の温度を素材のガラス転移点温度より高く設定するステップ）。その後、ステップＳ２０５で、不図示の駆動部によってわずかな力（重力方向上側の可動型３は自重でも良い）で、可動型３、１０を樹脂素材に向かって押圧すると、微細形状３ｂ、１０ｂが当たる樹脂素材の表面が溶融し、微細形状３ｂ、１０ｂの溝底まで行き渡るようになる（微細形状を転写するステップ）。従って、アスペクト比が１以上の微細形状、及び光軸方向断面の角部の曲率半径が１μｍ以下の微細形状でも精度良く転写できる。

その後、ステップＳ２０６で、ヒータ４、４’の加熱を停止し、樹脂素材を冷却固化させ（冷却するステップ）、ステップＳ２０７で、不図示の駆動部を用いて下型１から上型２及び可動型３、１０を退避させる型開きにより、高精度な微細形状を得る光学素子を形成できる。このとき、非球面形状３ａ、１０ａ及び微細形状３ｂ、１０ｂの表面には、均一なフッ素コートがなされているので、型開きの際に樹脂素材が張り付くことが抑制される。

従来の射出成形においては、微細形状の転写を行わない場合で数１０秒程度、微細形状の転写を行う場合は１分程度のサイクルタイムを要していたが、本願発明の成形方法によれば、予め設計形状誤差範囲内に成形された被成形物表面に微細形状を転写し形状を整形する場合には、２〜３秒のサイクルタイムで成形が完了する。又、成形素材を射出するステップから始めた場合でも、微細形状を転写し形状を整形する場合に、従来の射出成形に＋２〜３秒程度の工程を加えるのみで、従来技術では困難であった、微細形状を誤差数ｎｍ以内で精度良く確実に転写することが可能となる。

図６は、以上の成形方法により成形される光学素子の例を示す図である。図６（ａ）の斜視図で示される形状の光学素子１５は、図６（ｂ）に示すように表面には構造性複屈折の微細形状１５ａを有しており、図６（ｂ）に示すように裏面には光軸方向断面が鋸歯状の回折構造１５ｂを有している。構造性複屈折の微細形状１５ａは、輪帯状の矩形溝を有しており、図６（ｄ）に示す断面形状を有している。ここで、一例として、光学素子１５の素材の屈折率を１．９２とし、入射する光の波長をλとすると、構造性複屈折の微細形状１５ａにおける各部寸法は、ｄ１＝０．２５λ、ｄ２（溝幅）＝０．３９λ、ｄ３＝２λ、ｄ４（溝深さ）＝１．２２λとなる。又、図６（ｃ）において、鋸歯状の回折構造１５ｂの光軸方向断面における角部の曲率半径Ｒは１μｍ未満である。

図７は、以上の成形方法により成形される光学素子の別の例を示す図である。図７（ａ）の断面図を示される形状の光学素子２０は、図７（ｂ）に示すように表面には光軸方向断面が鋸歯状の回折構造２０ａを有している。更に、回折構造２０ａの傾斜面には、深さ方向に向かうにつれ縮径した円錐形状の多数の孔２０ｂが形成されている。反射防止機能を有するこの孔２０ｂは、傾斜面の面積の２０％乃至４０％（好ましくは３０％）を占める。

（超精密旋盤：ＳＰＤＴ加工装置について）
以下、型の素材１０の切削加工に用いる超精密旋盤例えば、ＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｉｎｔ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｔｕｒｎｉｎｇ）の制御系の概略構成について、図８（ａ）及び図８（ｂ）を参照しつつ説明する。

超精密旋盤１００は、図８（ａ）に示すように、型の素材１０などのワーク１１０を固定するための回転保持部材である固定部１１１と、前記ワーク１１０に対して加工を施すための切削バイトの刃先であるダイアモンド工具１１２と、前記固定部１１１をＺ軸方向に移動させるＺ軸スライドテーブル１２０と、前記ダイアモンド工具１１２を保持しつつＸ軸方向（あるいは加えてＹ軸方向）に移動させるＸ軸スライドテーブル１２２と、Ｚ軸スライドテーブル１２０及びＸ軸スライドテーブル１２２を移動自在に保持する定盤１２４と、を含んで構成されている。なお、固定部１１１もしくはダイアモンド工具１１２のいずれか一方又は双方を回転駆動するための不図示の回転駆動手段が設けされ、後述の制御手段１３８に電気的に接続されている。

また、超精密旋盤１００は、図８（ａ）に示すように、Ｚ軸スライドテーブル１２０の駆動を制御するＺ方向駆動手段１３１と、Ｘ軸スライドテーブル１２２のＸ軸方向での駆動（あるいは加えてＹ軸方向での駆動）を制御するＸ方向駆動手段１３２及びＹ方向駆動手段１３３と、これらにより送り量を制御する送り量制御手段１３４と、切込量を制御する切込量制御手段１３５と、温度を制御する温度制御手段１３６と、各種制御条件や制御テーブルないしは処理プログラムを記憶した記憶手段１３７と、これら各部の制御を司る制御手段１３８と、を含んで構成される。

ダイアモンド工具１１２は、図８（ｂ）に示すように、本体部分を構成するダイアモンドチップ１１３と、この先端部に構成された頂角αからなるすくい面１１４と、側面部を構成する第１逃げ面１１５、第２逃げ面１１６から構成される。このすくい面１１４に含まれる刃先には、予めないしは摩耗による複数の凹凸部１１４ａが形成されている。

上記のような構成を有する超精密旋盤１００において、概略以下のように作用する。すなわち、セットされた型の素材１０であるワーク１１０に対して、ダイアモンド工具１１２が相対移動することによって、ワーク１１０の加工を行うこととなる。この際、ダイアモンド工具１１２は、刃先がＲバイトの構成を有していることから、刃先の当たるポイントが順次変化し、摩耗に対しても強い。

そして、本実施の形態においては、上述のような超精密旋盤を用いて、前記型の素材１０を加工する際には、温度コントロールを実施しながら、送り量、切込量を制御して曲面部の切削加工されることとなる。

（集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工装置について）
次に、第２のマーク１１ｂを形成するための集束イオンビーム加工装置の概略構成について、図９を参照しつつ説明する。

集束イオンビーム加工装置（ＦＩＢ：Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ装置）は、Ｇａ等の金属イオン源を用いた集束イオンビームによる型の素材１０の加工や集束イオンビームを型の素材１０に走査して得られる走査像の観察（ＳＩＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｉｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を行うものであり、イオン源から発生し加速されたイオンビームを静電型のコンデンサレンズや対物レンズ等によって細かく集束して型の素材１０上に照射し、型の素材１０上のイオンビームの照射点を偏向器によって走査し、この走査によって型の素材１０から発生した、例えば、２次電子を検出し、この検出信号に基づいて、走査像等を表示するものである。

集束イオンビーム加工装置２００は、高真空に保持されており、図９に示すように、イオン源となる液体金属イオン源２０１、イオンを引き出す引出電極２０２、イオンビームを所望のエネルギーに加速する複数段よりなる加速管２０３、イオンビームを制限するアパーチャ２０５により開口を可変可能なコンデンサレンズ２０４、アパーチャ２０７により開口を可変調節可能でありイオンビームをフォーカスして試料に照射する対物レンズ２０６、偏向器２０８、ブランキング／Ｅ×Ｂ制限アパーチャを備えたＥ×Ｂ質量分析器２０９、エミッタアライメント２１０、アライメントセットスティグメータ２１１、アライメントセット２１２、アライメントセットスティグメータ２１３、加工しようとする型の素材１０を載置し型の素材１０の位置と傾きを自在に調節できるステージ２１４、位置認識マーク等を検出するための検出器２１５、レーザー供給源２１６及び光学系からなるレーザー干渉計２１７、ステージ２１４を駆動するステージ駆動手段２２０、及びこれらの各部の制御を行う制御回路２３０、操作入力を行うための操作入力部２６１、型の素材１０及び走査像を観察認識するための画像認識部２６０、不図示の電源等を含んで構成される。

アパーチャ２０５、２０７は、例えば、イオンビームの通路を制限するなどして、イオンビーム径等を変更可能な開口を有しており、開口以外では、イオンビームが透過できない厚さを有している。なお、アパーチャをＮ段階の形成してもよい。

検出器２１５は、型の素材１０へのイオンビームの照射に基づいて発生した、例えば２次電子を検出するためのものである。

ステージ駆動手段２２０は、ステージをＸ方向に駆動するためのＸ方向駆動機構２２１と、Ｙ方向に駆動するためのＹ方向駆動機構と、Ｚ方向に駆動するためのＺ方向駆動機構と、θ方向に駆動するためのθ方向駆動機構と、を含んで構成される。

制御回路２３０は、イオン源２０１を制御するイオン源制御回路２３１と、加速管２０３を制御する加速管制御回路２３２と、コンデンサレンズ２０４による集束を制御する第１の集束制御回路２３３と、対物レンズ２０６による集束を制御する第２の集束制御回路２３４と、偏向器２０８の偏向器を制御する偏向制御回路２３５と、ステージ駆動手段２２０を制御するステージ制御回路２３６と、型の素材１０で発生した二次イオンを検出する検出器２１からの信号処理を制御する検出器制御回路２３７と、レーザー干渉計２１７を制御するレーザー干渉計制御回路２３８と、Ｅ×Ｂ質量分析器２０９を制御することでイオンを選択するイオン選択制御回路２３９と、エミッタアライメント２１０・アライメントセットスティグメータ２１１・アライメントセット２１２・アライメントセットスティグメータ２１３を各々制御する第１〜第４の各アライメント制御回路２４０・２４１・２４２・２４３と、各種制御テーブル、プログラムを格納した記憶部２５０と、各種表示画像を表示処理する表示処理部２５１と、これらの制御を司るＣＰＵ等の制御部２５２と、を含んで構成されている。

記憶部２５０は、例えば、半導体メモリやディスク装置などの記憶装置の一領域として実現され、画像データと位置データとの組み合わせ等をも記憶する。例えば、断面の位置座標などからなる位置データと、各断面画像データを構成する画素を、走査した順番に格納した断面画像データとを組み合わせて、一対のデータとして記憶できる。記憶部２５０には、このデータを記憶する領域が複数設けられており、型の素材１０の特定箇所に形成する各断面に対応する上記各データを、例えば、位置データの順番などに並べて、格納できる。

表示処理部２５１は、特定箇所を表示するために、記憶部２５０に蓄積した各画像データおよび位置データに基づいて、例えば画像等を画像認識部２６０に表示するよう処理する。なお、表示処理部２５１は、記憶部２５０に格納したデータから、任意のＸ、Ｙ、Ｚ座標の画素のデータを読み出し、所望の視点から見た立体的な画像を画像認識部２６０に表示可能としてもよい。表示の方法としては、様々な方法が考えられるが、例えば、隣接する画素データから輪郭を抽出し、さらに、輪郭の前後関係を判定して、隠れている部分を破線などで表示できるようにすることが好ましい。また、該画像データに対して、輝度の変化による輪郭抽出などの画像処理を行い、イオンビームによって形成された孔、線など、型の素材１０の表面の特徴的な部分の大きさや位置を認識し、ステージ２１４が型の素材１０を所望の位置に配されているか否かや、イオンビームによって、所望の大きさの孔、線が型の素材１０に形成されたか否かを判定できようにしてよい。

制御部２５２は、例えば検出器制御回路２３７を介して上記検出器２１５からの検出信号を受け取って、画像データを形成すると共に、操作入力部２６１の指示、あるいは、画像データなどに基づいて、各部へ各種条件を設定する。さらに、操作入力部２６１などから入力される作業者の指示などに応じて、ステージ２１４およびイオンビーム照射のための各部を制御できる。

また、上記制御部２５２は、検出器制御回路２３７によって、デジタル値に変換された検出器２１５からの全ての検出信号を受け取る。該検出信号は、イオンビームが走査している位置、すなわち、イオンビームの偏向方向に応じて変化する。したがって、偏向方向と該検出信号とを同期させることにより、イオンビームの各走査位置における型の素材１０の表面形状および材質を検出できる。制御部２５２は、これらを走査位置に対応して再構成して、型の素材１０の表面の画像データを画像認識部２６０上に表示できる。

（動作説明）
上述のような構成を有する集束イオンビーム装置２００において、最初に、集束イオンビーム装置２００に設けられたステージ２１４上に一面に転写光学面１０と第１のマーク１１ｂが形成された型の素材１０をセットし、周囲を真空状態にして、イオンビームを型の素材１０に走査可能な状態にまで、集束イオンビーム装置２００をセットアップする。

次に、イオンビームで型の素材１０上のある領域を走査する。この際、イオン源２０１からのイオンは、引き出し電圧５〜１０ｋＶで発生し、加速管２０３にて加速される。加速されたイオンビームは、コンデンサレンズ２０４及び対物レンズ２０６により集束され、ステージ２１４上の型の素材１０に到達する。

なお、Ａｕ―Ｓｉ―Ｂｅなどの合金イオン源を用いる場合には、Ｅ×Ｂ質量分析器２０９により必要とするイオンのみを直進させ、不要なイオンの軌道を曲げることによって、必要なイオンを分離選択することができる。

また、Ｓｉのように、同位体が存在するイオンを扱う場合には、コンデンサレンズ２０４によるイオンビームのクロスオーバーポイントをＥ×Ｂ質量分析器２０９の中心にくるように調整制御されることが好ましい。これにより、同位体を分離せずに有効に利用できる。このようにして、イオンは、対物レンズ２０６により型の素材１０上で一点に集束され、例えば、ラスター状に走査され得る。

走査により、型の素材１０の表面より放出される２次電子や２次イオンを検出し、検出結果に基づいて、表示処理部２５１により画像処理を施し、該領域の表面形状を示すＳＩＭ像を画像認識部２６０に表示する。例えば、ステージ２１４を移動させる毎にＳＩＭ像を表示し、特定箇所を表示できるようにステージ２１４の位置合わせを行う。

作業者は、例えば、操作入力部２６１などを用いて、特定箇所を表示したＳＩＭ像に対し、例えば、加工の条件設定として、加工領域、加工時間、およびイオンビームの電流値等を指定するとよい。例えば、型の素材１０の表面のＳＩＭ画像を取得し、さらに、特定箇所に対して加工領域を設定し、該加工領域の加工時間と、加工に使用するイオンビームのイオンビーム径および電流値とを指定する。なお、不図示の他の観察光学系を利用して型の素材１０の状態を観察してもよい。

ここで、本実施の形態においては、型の素材１０上の第１のマーク１１ａを、検出器２１５からの検出信号に基づいて、画像認識部２６０にて認識させる。

そして、第１のマーク１１ａの線に平行な平行線をイオンビームにより形成する。この際、ステージ２１４並びにイオンビームの相対移動により、前記平行線を弧の一部を描くようにないしは直線的に形成することが好ましい。

この際、集束イオンビーム加工装置２００は、上記加工領域を走査する。型の素材１０の材質、イオンビームの種類（イオンビーム電流値の違い）やエネルギー、ドーズ量などによって、スパッタリングされる量が決まるので、１回の走査によって、加工領域は、略一定の深さまで堀り進められる。また、走査に対応して、２次電子や２次イオンの検出信号全てを記憶部２５０に記憶し、特定箇所における画像データを取得し、作業者の指示に応じて任意の位置の像を得ることができる。

次に、前記平行線に略直交する直交線をイオンビームにより形成する。これらを、第１のマーク１１ａの同心円の円周に沿った方向で、複数例えば、３ヶ所形成することにより複数の各第２のマーク１１ｂを構成することができる。

なお、第２のマーク１１ｂを３ヶ所形成する場合の形成手順としては、上記のものに限らず、予め、３ヶ所についての平行線をステージ２１４を間欠的に回転駆動させることで形成しておき、その後、各々の箇所についての直交線を形成するようにしても構わない。

さらに、これら制御手順などを、予め記憶部２５０等に制御プログラムとして記憶しておき、操作入力部２６１からは、例えば、第２のマーク１１ｂを３ヶ所形成する場合には、「３」、５ヶ所形成する場合には、「５」と操作入力することにより、自動的に第１のマーク１１ａを検出して第２のマーク１１ｂを形成すべき点を自動算出し、実行開始ボタン等を押下することにより、第２のマーク１１ｂの形成が自動的になされるような構成とすることが好ましい。

このように、集束イオンビーム装置を利用し、集束イオンビーム装置の観察光学系や２次イオン画像等で観察を行い、第１のマークを認識して、集束イオンビーム装置のステージ位置で座標を知る。当該座標位置で集束イオンビームを走査して第２のマークを形成することができる。

ここに、線幅（ビームの集束）は、例えば、好ましくは、略１ｎｍ〜略５０ｎｍ程度とする。ただし、Ｇａイオンを打ち込む場合に限る。さらに好ましくは、２０ｎｍ程度とする。光学素子の中心軸の位置ずれは１μｍ以内にする必要があり、この１μｍに対して充分小さい径により位置を決められるからである。

なお、集束イオンビーム加工装置としては、このような例に限らず、イオンビームによる加工と表面観測とを同時に行い、型の素材１０の表面に平行な平面の画像を順次取得し、３次元画像データとして蓄積すると共に、画像変換により任意の断面を得る構成を有してもよい。

（電子ビーム描画装置について）
次に、電子ビーム描画装置の全体の概略構成について、図１０を参照して説明する。図１０は、本例の電子ビーム描画装置の全体構成を示す説明図である。

電子ビーム描画装置４０１は、図１０に示すように、大電流で高解像度の電子線プローブを形成して高速に描画対象の型の素材１０上を走査するものであり、高解像度の電子線プローブを形成し、電子ビームを生成してターゲットに対してビーム照射を行う電子ビーム生成手段である電子銃４１２と、この電子銃４１２からの電子ビームを通過させるスリット４１４と、スリット４１４を通過する電子ビームの前記型の素材１０に対する焦点位置を制御するための電子レンズ４１６と、電子ビームが出射される経路上に配設され開口により所望の電子ビームのビーム形状にするためのアパーチャー４１８と、電子ビームを偏向させることでターゲットである型の素材１０上の走査位置等を制御する偏向器４２０と、偏向を補正する補正用コイル４２２と、を含んで構成されている。なお、これらの各部は、鏡筒４１０内に配設されて電子ビーム出射時には真空状態に維持される。

さらに、電子ビーム描画装置４１１は、描画対象となる型の素材１０を載置するための載置台であるＸＹＺステージ４３０と、このＸＹＺステージ４３０上の載置位置に型の素材１０を搬送するための搬送手段であるローダ４４０と、ＸＹＺステージ４３０上の型の素材１０の表面の基準点を測定するための測定手段である測定装置４８０と、ＸＹＺステージ４３０を駆動するための駆動手段であるステージ駆動手段４５０と、ローダを駆動するためのローダ駆動装置４６０と、鏡筒４１０内及びＸＹＺステージ４３０を含む筐体４１１内を真空となるように排気を行う真空排気装置４７０と、型の素材１０上を観察する観察系４９１と、これらの制御を司る制御手段である制御回路４９２と、を含んで構成されている。

なお、電子レンズ４１６は、高さ方向に沿って複数箇所に離間して設置される各コイル４１７ａ、４１７ｂ、４１７ｃの各々の電流値によって電子的なレンズが複数生成されることで各々制御され、電子ビームの焦点位置が制御される。

測定装置４８０は、型の素材１０に対してレーザーを照射することで型の素材１０を測定する第１のレーザー測長器４８２と、第１のレーザー測長器４８２にて発光されたレーザー光（第１の照射光）が型の素材１０を反射し当該反射光を受光する第１の受光部４８４と、前記第１のレーザー測長器４８２とは異なる照射角度から照射を行う第２のレーザー測長器４８６と、前記第２のレーザー測長器４８６にて発光されたレーザー光（第２の照射光）が型の素材１０を反射し当該反射光を受光する第２の受光部４８８と、を含んで構成されている。

ステージ駆動手段４５０は、ＸＹＺステージ４３０をＸ方向に駆動するＸ方向駆動機構４５２と、ＸＹＺステージ４３０をＹ方向に駆動するＹ方向駆動機構４５４と、ＸＹＺステージ４３０をＺ方向に駆動するＺ方向駆動機構４５６と、ＸＹＺステージ４３０をθ方向に駆動するθ方向駆動機構４５８と、を含んで構成されている。これによって、ＸＹＺステージ４３０を３次元的に動作させたり、アライメントを行うことができる。

なお、制御回路４９２は、図示しないが、電子銃４１２に電源を供給するための電子銃電源部、この電子銃電源部での電流、電圧などを調整制御する電子銃制御部、電子レンズ４１６（複数の各電子的なレンズを各々）を動作させるためのレンズ電源部、このレンズ電源部での各電子レンズに対応する各電流を調整制御するレンズ制御部、を含んで構成される。

さらに、制御回路４９２は、補正用コイル４２２を制御するためのコイル制御部、偏向器４２０にて成形方向の偏向を行う成形偏向部、偏向器４２０にて副走査方向の偏向を行うための副偏向部、偏向器４２０にて主走査方向の偏向を行うための主偏向部、電子ビームの電界を制御する電界制御手段である電界制御回路、描画パターンなどを前記型の素材１０に対して生成するためのパターン発生回路、各種レーザー制御系、ステージ駆動手段４５０を制御するためのステージ制御回路、ローダ駆動装置４６０を制御するローダ制御回路、測定情報を入力するための測定情報入力部、入力された情報や他の複数の情報を記憶するための記憶手段であるメモリ、各種制御を行うための制御プログラムを記憶したプログラムメモリ、各部を備えた制御系、これらの各部の制御を司る例えばＣＰＵなどにて形成された制御部、を含んで構成されている。

（動作説明）
上述のような構成を有する電子ビーム描画装置４０１において、ローダ４４０によって搬送された型の素材１０がＸＹＺステージ４３０上に載置されると、真空排気装置４７０によって鏡筒４１０及び筐体４１１内の空気やダストなどを排気したした後、電子銃４１２から電子ビームが照射される。

電子銃４１２から照射された電子ビームは、電子レンズ４１６を介して偏向器４２０により偏向され、偏向された電子ビームＢ（以下、この電子レンズ４１６を通過後の偏向制御された電子ビームに関してのみ「電子ビームＢ」と符号を付与することがある）は、ＸＹＺステージ４３０上の型の素材１０の表面、例えば曲面部（曲面）１２上の描画位置に対して照射されることで描画が行われる。

この際に、測定装置４８０によって、型の素材１０上の描画位置（描画位置のうち少なくとも高さ位置）、もしくは後述するような基準点の位置が測定され、制御回路４９２は、当該測定結果に基づき、電子レンズ４１６のコイル４１７ａ、４１７ｂ、４１７ｃなどに流れる各電流値などを調整制御して、電子ビームＢの焦点深度の位置、すなわち焦点位置を制御し、当該焦点位置が前記描画位置となるように移動制御される。

あるいは、測定結果に基づき、制御回路４９２は、ステージ駆動手段４５０を制御することにより、前記電子ビームＢの焦点位置が前記描画位置となるようにＸＹＺステージ４３０を移動させる。

また、本例においては、電子ビームの制御、ＸＹＺステージ４３０の制御のいずれか一方の制御によって行っても、双方を利用して行ってもよい。

次に、測定装置４８０の第１のレーザー測長器４８２により電子ビームと交差する方向から型の素材１０に対して第１の光ビームＳ１を照射し、型の素材１０を透過する第１の光ビームＳ１の受光によって、第１の光強度分布が検出される。

この際に、第１の光ビームＳ１は、型の素材１０の底部にて反射されるため、第１の強度分布に基づき、型の素材１０の平坦部上の（高さ）位置が測定算出されることになる。しかし、この場合には、型の素材１０の転写光学面１０上の（高さ）位置を測定することができない。

そこで、本例においては、さらに第２のレーザー測長器４８６を設けている。すなわち、第２のレーザー測長器４８６によって、第１の光ビームＳ１と異なる電子ビームとほぼ直交する方向から型の素材１０に対して第２の光ビームＳ２を照射し、型の素材１０を透過する第２の光ビームＳ２が第２の受光部４８８にて受光されることによって、第２の光強度分布が検出され、これに基づき、位置が測定算出される。

そして、この型の素材１０の高さ位置を、例えば描画位置として、前記電子ビームの焦点位置の調整が行われ描画が行われることとなる。

（プラズマエッチング装置の構成について）
次に、型の素材１０に対してドライ（プラズマ）エッチング処理を行うためのプラズマエッチング装置の概略構成について説明する。異方性エッチング処理を行える一例として、ここでは高密度プラズマを発生できる誘導結合プラズマ処理装置を示す。

誘導結合プラズマ処理装置の典型的な構造において、気密な処理室の天井に誘電体壁（窓板）が配設され、該誘電体壁上に高周波（ＲＦ）アンテナが配設される。高周波アンテナにより、処理室内に誘導電界が形成され、該電界により、処理ガスがプラズマに転化される。このようにして生成された処理ガスのプラズマを使用して、処理室内に配置された基材に対してエッチング等の処理が施される。

図１１は、本実施の形態に係る誘導結合プラズマエッチング装置を示す概略断面図である。図１１に示すように、プラズマエッチング装置３０１は、導電性材料、例えばアルミニウム製の筐体から分解可能に組立てられた気密な容器３２０を有する。容器３２０は、接地線３２１によって接地されている。なお、容器３２０は、壁面から汚染物が発生しないように、内壁面が陽極酸化によりアルマイト処理されている。

容器３２０内は、上側のアンテナ室３２４と、処理室３２６とに気密的に隔離されることが好ましい。隔離に際し仕切られる仕切り構造は、石英等からなるセグメントを組み合わせてなる誘電体壁３３２を含む支持部３３４により形成される。支持部３３４の下面は、水平面上で実質的に整一した状態に形成される。

なお、支持部３３４の下面は、更に、平滑な下面を有する石英等からなる誘電体カバー（不図示）により被覆されることが好ましく、一方、誘電体壁３３２の上側には、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等からなる不図示の樹脂板を配設することが好ましい。

アンテナ室３２４には、ヒータ３６１が配設され、これは電源３６２に接続されている。ヒータ３６１により支持部３３４を介して誘電体壁３３２を含む仕切り構造が加熱され、これにより、処理室３２６に露出する仕切り構造の下面に副生成物が付着するのが防止される。

支持部３３４は、導電性材料、望ましくは金属、例えばアルミニウム製の筐体からされた中空の部材からなり、シャワーへッドを構成するためのシャワー筐体として兼用される。支持部３３４を構成する筐体の内外表面は、壁面から汚染物が発生しないように、陽極酸化によりアルマイト処理される。支持部兼シャワー筐体３３４には、ガス流路が内部に形成されると共に、ガス流路に連通し且つ後述するサセプタ即ち載置台３７１に対して開口する複数のガス供給孔が下面に形成される。

支持部３３４の中央に接続された管状の管部３３５内には、支持部３３４内のガス流路に連通するガス供給管３５１が配設される。ガス供給管３５１は、容器３２０の天井を貫通し、容器３２０外に配設された処理ガス源部３５０に接続される。即ち、プラズマ処理中、処理ガスが、処理ガス源部３５０からガス供給管３５１を介して、支持部兼シャワー筐体３３４内に供給され、その下面のガス供給孔から処理室３２６内に放出される。

アンテナ室３２４内には、誘電体壁３３２に面するように、仕切り構造上に配設された高周波（ＲＦ）のアンテナ３３１が配設される。

アンテナ３３１は、仕切り構造上の部分が例えば渦巻き状をなす平面型のコイルアンテナからなる。アンテナ３３１は、一端部が容器３２０の天井の略中央から導出され、整合器３４１を介して高周波電源３４２に接続される。一方、他端部は容器３２０に接続され、これにより接地される。

プラズマ処理中、高周波電源３４２からは、誘導電界形成用の高周波電力がアンテナ３３１ヘ供給される。アンテナ３３１により、処理室３２６内に誘導電界が形成され、この誘導電界により、支持部兼シャワー筐体３３４から供給された処理ガスがプラズマに転化される。このため、高周波電源３４２は、プラズマを発生させるのに十分な出力で高周波電力を供給できるように設定される。

誘電体壁３３２を挟んで高周波のアンテナ３３１と対向するように、処理室３２６内には基材を載置するための載置台であるサセプタ３７１が配設される。サセプタ３７１は、導電性材料、例えばアルミニウム製の部材からなり、その表面は、汚染物が発生しないように、陽極酸化によりアルマイト処理される。サセプタ３７１の周囲には基材を固定するための保持部材３７３が配設される。

サセプタ３７１は、絶縁体枠３７２内に収納され、更に、中空の支柱上に支持される。支柱は容器３２０の底部を気密に貫通し、容器３２０外に配設された駆動手段３７４に支持される。即ち、サセプタ３７１は、型の素材１０のロード／アンロード時に、この駆動手段３７４により例えば上下方向に駆動される。

サセプタ３７１は、中空の支柱内に配置された給電棒により、整合器３８１を介して高周波電源３８２に接続される。プラズマ処理中、高周波電源３８２からは、バイアス用の高周波電力がサセプタ３７１に印加される。このバイアス用の高周波電力は、処理室３２６内で励起されたプラズマ中のイオンを効果的に基材に引込むために使用される。

更に、サセプタ３７１内には、基材の温度を制御するため、ヒータ等の加熱手段や冷媒流路等からなる温度調整手段３７５や温度センサ（不図示）が配設され、温度調整手段３７５を制御する温度制御手段３７６に接続される。これ等の機構や部材に対する配管や配線は、いずれも中空の支柱を通して容器３２０外に導出される。

処理室３２６の底部には、排気管３７７を介して、真空ポンプなどを含む真空排気機構が接続される。真空排気機構により、処理室３２６内が排気されると共に、プラズマ処理中、処理室３２６内が真空雰囲気、所定の圧力雰囲気に設定及び維持される。

本実施の形態にかかるバイアス用電力を出力するバイアス用の高周波電源３８２には、バイアス用電力の供給を制御する制御手段３９４が接続されている。

一方、上記バイアス用電力よりも周波数が相対的に高いプラズマ生成用電力を出力するプラズマ生成用の高周波電源３４２にも、上記制御手段３９４が接続されており、この制御手段３９４によってプラズマ生成用電力の供給が制御される。この制御手段３９４には、さらに、種々の設定入力値等を表示するための表示手段３９３、操作入力を行うための操作入力手段３９２、各種テーブルや種々の制御プログラム、設定情報等を記憶した記憶手段３９１が接続される。なお、この制御手段３９４と前述の電子ビーム描画装置の制御回路等が種々の通信手段を介してネットワーク接続することにより、電子ビーム描画装置にて設定され、演算された種々の補正係数を含む情報が自動的に記憶手段３９１に格納されて制御の際に利用可能に形成することが好ましい。

次に、図１１の誘導結合プラズマエッチング装置を用いて、型の素材１０に対してプラズマエッチング処理を施す場合について説明する。

まず、ゲートバルブ３２２を通して搬送手段により型の素材１０をサセプタ３７１の載置面に載置した後、保持部材３７３により基材をサセプタ３７１に固定する。次に、処理室３２６内にガス供給源３５０からエッチングガス（例えばＳＦ_６とＯ_２による例えば混合比９：１の混合ガス）を含む処理ガス吐出させると共に、排気管３７７を介して処理室３２６内を真空引きすることにより、処理室３２６内を所定の圧力雰囲気に維持する。

次に、高周波電源３４２から所定の高周波電力をアンテナ３３１に印加することにより、仕切り壁構造を介して処理室３２６内に均一な誘導電界を形成する。かかる誘導電界により、処理室３２６内で処理ガスがプラズマに転化され、高密度の誘導結合プラズマが生成される。このようにして生成されたプラズマ中のイオンは、高周波電源３８２からサセプタ３７１に対して印加される所定の高周波電力によって、型の素材１０に効果的に引込まれ、レジストのマスクパターンを有する型の素材１０に対して所望のエッチング処理が施される。

この際、制御手段３９４の制御により、プラズマ生成用の高周波電源３４２から所定の第１の周波数の第１の電力の高周波電力を印加すると共に、バイアス用の高周波電源３８２から整合器３８１を介して、上記プラズマ生成用の第１の電力よりも相対的に低い第２の周波数である第２の電力の高周波電力を例えば、間欠的に印加する。

ここで、バイアス用電力の制御は、バイアス用電力を印加するオンサイクル、バイアス用電力を印加しないオフサイクル、とを交互に繰り返し、デューティー（オンサイクル時間／（オンサイクル時間＋オフサイクル時間））を制御することが好ましい。これにより、例えば、基材の特定箇所における比（基層のエッチングされた量／レジスト層のエッチングされた量）を制御できる。なお、バイアス用電力のオン・オフの周期を生成するために、特殊なパルス電源を用いても、ソフトウェアによって電源のオン・オフを制御してもよい。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。本発明は、光ピックアップ装置用の光学素子に限らず、種々の光学素子、或いはインクジェットプリンタのヘッドなどの成形にも適用できる。

アスペクト比を説明するための図である。 本実施の形態にかかる型の製造方法を示すフローチャート図である。 図２に示す主要な工程において、処理される型の素材を示す断面図である。 本実施の形態にかかる成形方法を実施できる光学素子の成形装置の断面図である。 本実施の形態にかかる成形方法を示すフローチャート図である。 本実施の形態にかかる成形方法により成形される光学素子の例を示す図である。 本実施の形態にかかる成形方法により成形される光学素子の別の例を示す図である。 図８（ａ）は、部材Ａの加工に用いられる超精密旋盤の構成の一例を示す概略構成図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）の超精密旋盤において使用されるダイアモンド工具の刃先の一例を示す斜視図である。 部材Ａの加工に用いられる集束イオンビーム加工装置の構成の一例を示す説明図である。 電子ビーム描画装置の構成の一例を示す説明図である。 プラズマエッチング装置を示す概略構成図である。 本発明の概念を説明するための図である。 本発明の概念を説明するための図である。 本発明者らの行った実験結果を示す図である。 本発明者らの行った実験結果を示す図である。

符号の説明

１ 下型
２ 上型
３ 可動型
４ ヒータ
１０ 型の素材
１１ａ 第１のマーク（周溝）
１１ｂ 第２のマーク
１００ 超精密旋盤（ＳＰＤＴ加工装置）
２００ 集束イオンビーム加工装置
３０１ プラズマエッチング装置
４０１ 電子ビーム描画装置

Claims (27)

1. 樹脂材料表面に押し当てることで成形する無機材の型の処理方法において、その型表面にフッ素系ガス中におけるプラズマを利用してフッ素原子を固定することを特徴とする処理方法。
2. 前記フッ素系ガスは酸素ガスを含むことを特徴とする請求項１に記載の処理方法。
3. 前記成形の前に、前記型の表面を洗浄することを特徴とする請求項１又は２に記載の処理方法。
4. 前記成形の前に、ドライエッチング装置を用いて前記型の表面形状を創成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の処理方法。
5. 前記フッ素原子を固定した後に、加水処理を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の処理方法。
6. 樹脂材料表面に押し当てることで成形する無機材の型であって、その表面にフッ素原子が固定されていることを特徴とする型。
7. 請求項１乃至３のいずれかに記載の処理方法により処理されていることを特徴とする型。
8. 請求項５又は６に記載の処理方法により処理されてなり、アスペクト比が１以上である形状を有することを特徴とする型。
9. 微細形状を有する型の表面をフッ素ガスの雰囲気に曝すことによりフッ素コートを行うステップと、
   前記微細形状を有する型の温度を、常温での弾性率が１〜４（ＧＰａ）である素材のガラス転移点温度より高く設定するステップと、
   前記型を前記素材に向かって押圧することで、前記微細形状を前記素材に転写するステップと、
   前記微細形状を有する型を冷却するステップと、を有することを特徴とする成形方法。
10. 前記型に対し、フッ素系ガスを含む雰囲気中でドライエッチング処理を施すことで微細形状を形成し、且つ前記微細形状にフッ素コートを行うことを特徴とする請求項９に記載の成形方法。
11. 前記型に対し、フッ素系ガスを含まない雰囲気中でドライエッチング処理を施すことで微細形状を形成し、且つ前記微細形状をフッ素系ガスプラズマ雰囲気に曝すことでフッ素コートを行うことを特徴とする請求項１０に記載の成形方法。
12. 前記型を前記素材に向かって押圧する前に、前記微細形状の型と、それに対向する型の間に前記素材を射出するステップと前記素材を冷却するステップとを有することを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載の成形方法。
13. 前記素材は光学素子の素材であることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれかに記載の成形方法。
14. 前記素材には、前記微細形状により輪帯状の回折構造が転写され、前記回折構造の半径方向のピッチは１０μｍ以下であり、前記回折構造の光軸方向断面における角部の曲率半径は１μｍ未満であることを特徴とする請求項１３に記載の成形方法。
15. 前記素材には、前記微細形状により、アスペクト比が１以上であって構造性複屈折を生じさせる形状が転写されることを特徴とする請求項１３に記載の成形方法。
16. 前記素材には、前記微細形状により、アスペクト比が１以上であって光の波長以下のサイズで周期構造を持ち反射防止機能を有する形状が転写されることを特徴とする請求項１３に記載の成形方法。
17. フッ素系ガスの雰囲気中でドライエッチングされることにより、フッ素コートを施された微細形状が形成された可動型と、
    前記可動型の微細形状を包囲するように遮蔽する固定型と、
    前記可動型を加熱するヒータと、
    前記可動型と前記固定型とを相対移動させる駆動部と、を有し、
    前記可動型と前記固定型とで閉鎖される空間に、常温での弾性率が１〜４（ＧＰａ）である素材を配置し、少なくとも前記素材の内部が固化した状態で、前記ヒータにより前記可動型を加熱し、前記移動部が前記可動型を前記素材に向かって相対移動させることにより、前記可動型の微細形状が転写されるようになっていることを特徴とする成形装置。
18. 前記素材は、前記可動型と前記固定型とで閉鎖される空間内に射出されることを特徴とする請求項１７に記載の成形装置。
19. 前記素材は光学素子の素材であることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の成形装置。
20. 前記素材には、前記微細形状により輪帯状の回折構造が転写され、前記回折構造の半径方向のピッチは１０μｍ以下であり、前記回折構造の光軸方向断面における角部の曲率半径は１μｍ未満であることを特徴とする請求項１９に記載の成形装置。
21. 前記素材には、前記微細形状により、アスペクト比が１以上であって構造性複屈折を生じさせる形状が転写されることを特徴とする請求項１９に記載の成形装置。
22. 前記素材には、前記微細形状により、アスペクト比が１以上であって光の波長以下のサイズで周期構造を持ち反射防止機能を有する形状が転写されることを特徴とする請求項１９に記載の成形装置。
23. 奥までフッ素コートがなされた微細形状が形成された型を用いて樹脂素材を成形した後に、前記型を再生する再生方法であって、
    前記型を洗浄するステップと、
    前記型を、酸素ガスからなる第１の雰囲気に配置し、前記第１の雰囲気中でプラズマを生成するステップと、
    前記型を、フッ素系ガス及び酸素ガスからなる第２の雰囲気に配置し、前記第２の雰囲気中でプラズマを生成するステップと、を有することを特徴とする再生方法。
24. 前記第２の雰囲気中でプラズマを生成した後、プラズマに曝された前記処理対象物の表面を水蒸気に曝すステップを有することを特徴とする請求項２３に記載の再生方法。
25. 奥までフッ素コートがなされた微細形状が形成された一方向に回転する型を用いて樹脂素材を成形した後に、前記型を再生する再生装置であって、
    前記型を洗浄する装置と、
    第１の回転位置で、前記型の表面を酸素ガスからなる第１の雰囲気に曝し、前記第１の雰囲気中でプラズマを生成するアッシング装置と、
    前記第１の回転位置より回転方向後よりの第２の回転位置で、前記型の表面をフッ素系ガス及び酸素ガスからなる第２の雰囲気に配置し、前記第２の雰囲気中でプラズマを生成するコート装置と、を有することを特徴とする再生装置。
26. 前記第２の回転位置より回転方向後よりの第３の回転位置で、前記型の表面を水蒸気に曝す加水装置を有することを特徴とする請求項２５に記載の再生装置。
27. 請求項９乃至１６のいずれかに記載の成形方法、又は請求項１７乃至２２のいずれかに記載の成形装置を用いて成形されたことを特徴とする光学素子。
    

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