JP2005266283A - 微細構造の作製方法及び作製装置並びに光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡便に高精細な微細構造を作製することのできる微細構造の作製方法及び簡易な微細構造の作製装置並びにこの微細構造の作製装置によって作成された精度の高い光学素子を提供する。
【解決手段】 レーザー光源１から出射してマスタ６を通過したレーザー光１０で被露光体８を露光して、被露光体８の表面に所定の露光パターンを形成する微細構造の作製方法であって、マスタ６は、レーザー光１０に対して透明で、少なくとも一つの表面に周期性を有する１次元凹凸形状が形成されており、該凹凸形状は、マスタ６を通過したレーザー光１０が被露光体８の表面で干渉することにより所定の干渉パターンを生じるように形成され、レーザー光１０は直線偏光であって、該直線偏光の偏光方位は該凹凸形状の溝と平行であり、マスタ６と被露光体８は接触しておらず、干渉パターンにより、被露光体８を露光するものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、微細構造の作製方法及び作製装置並びに光学素子に関し、特に、安定かつ簡便に微細構造を作製することのできる微細構造の作製方法及び作製装置並びにこの微細構造の作製装置で作成された光学素子に関する。

従来の微細構造体の製造方法では、１つのレーザービーム等を２つのビームに分割して、これらの２つのビームを感光性材料（例えば、フォトレジスト）上で交差させることにより干渉パターンを発生させて感光性材料を露光した後に、現像処理を行って基板上に凹凸構造を形成していた（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−２８１８０３号公報（図１、図４）

しかし、従来の微細構造の製造方法では（例えば、特許文献１参照）、露光中に干渉パターンが移動しないように極めて安定した露光環境を整備する必要があり、例えば空気のゆらぎや微小な振動等を排除しなければならなかった。このため、製造設備が大型化して製造コストも高くなるという問題点があった。

本発明は、簡便に高精細な微細構造を作製することのできる微細構造の作製方法及び簡易な微細構造の作製装置並びにこの微細構造の作製装置によって作成された精度の高い光学素子を提供することを目的とする。

本発明に係る微細構造の作製方法は、レーザー光源から出射してマスタを通過したレーザー光で被露光体を露光して、被露光体の表面に所定の露光パターンを形成する微細構造の作製方法であって、マスタは、レーザー光に対して透明で、少なくとも一つの表面に周期性を有する１次元凹凸形状が形成されており、該凹凸形状は、マスタを通過したレーザー光が被露光体の表面で干渉することにより所定の干渉パターンを生じるように形成され、レーザー光は直線偏光であって、該直線偏光の偏光方位は該凹凸形状の溝と平行であり、マスタと被露光体は接触しておらず、干渉パターンにより、被露光体を露光するものである。
レーザー光に対して透明で、少なくとも一つの表面に凹凸形状が形成されているマスタをレーザー光が通過することにより１又は複数の回折光を発生させ、これらの回折光が被露光体の表面で干渉することにより所定の干渉パターンを生じさせる。このような干渉パターンを用いて露光することにより、広い焦点深度が得られマスタと被露光体の間のギャップの管理が極めて容易となり、広い範囲で露光が可能となる。また単純な光学系であるため、作製装置の小型化及び製造コストの低廉化を実現することができる。

また本発明に係る微細構造の作製方法は、レーザー光源から出射したレーザー光が、マスタの法線に対して斜め方向からマスタに入射し、該マスタによってレーザー光が少なくとも１つの回折光を含む複数のビームに分岐されるものである。
例えば、マスタの形成する凹凸形状を適当な形状に設計しておけば、マスタの法線に対して斜め方向から入射したレーザー光を、１本の透過光と１本の回折光に分岐することができる。このとき、透過光と回折光の強度をほぼ等しくすることにより、干渉パターンを鮮明にすることができ高精細な微細構造を作製することができる。

また本発明に係る微細構造の作製方法は、レーザー光源から出射したレーザー光が、マスタの法線に対して平行にマスタに入射し、該マスタによってレーザー光が少なくとも２つの回折光を含む複数のビームに分岐されるものである。
例えば、マスタの形成する凹凸形状を適当な形状に設計しておけば、マスタの法線に対して平行に入射したレーザー光を、２本の等しい強度の回折光に分岐することができる。これにより、干渉パターンを鮮明にすることができ高精細な微細構造を作製することができる。

また本発明に係る微細構造の作成方法は、マスタより発生させた所定の干渉パターンを、被露光体の裏面から照射するものである。
干渉パターンを被露光体の裏面から照射して、被露光体の表面を露光すれば、被露光体の一部が飛散してマスタを汚染することを防止できる。

また本発明に係る微細構造の作製方法は、被露光体に感光性レジストが塗布されており、該感光性レジストを露光することにより所定の露光パターンを形成するものである。
被露光体に塗布された感光性レジストを露光することにより、所望の露光パターンを正確に形成することができる。また、以下に示すリフトオフ等を容易に行うことができるようになる。

また本発明に係る微細構造の作製方法は、上記の感光性レジストに所定の露光パターンを形成した後に、リフトオフによって微細構造を作製するものである。
例えば、感光性レジストに所定の露光パターンを形成した後に、アルミ等の金属を蒸着或いはスパッタし、感光性レジストをリフトオフ（剥離）すれば、高精細な微細構造を容易に作成することができる。

また本発明に係る微細構造の作製方法は、上記の感光性レジストに所定の露光パターンを形成した後に、エッチングによって微細構造を作製するものである。
例えば、予め被露光体に金属膜を形成しておき、金属膜上に塗布された感光性レジストに所定の露光パターンを形成した後に、金属膜をエッチングすれば、高精細な微細構造を容易に作成することができる。

また本発明に係る微細構造の作製方法は、上記の感光性レジストに所定の露光パターンを形成した後に、無電解めっきによって微細構造を作製するものである。
例えば、感光性レジストに所定の露光パターンを形成した後に、アルミ等の金属を無電解めっきすれば、高精細な微細構造を容易に作成することができる。

また本発明に係る微細構造の作製方法は、上記の微細構造が、無機物からなるものである。
従来の有機材料の高分子物質を利用した光学素子（例えば、偏光板）では、高輝度の光を長時間照射すると特性が劣化してしまうが、本発明の微細構造の作製方法によって無機材料からなる微細構造を有する光学素子を作製すれば、耐光性に優れた光学素子を得ることができる。

また本発明に係る微細構造の作製方法は、上記の微細構造が、金属からなるものである。
本発明の微細構造の作製方法によって金属からなる微細構造を有する光学素子を作製すれば、更に耐光性に優れた光学素子（例えば、偏光板）を得ることができる。

また本発明に係る微細構造の作製方法は、レーザー光源から出射したレーザー光を、マスタ上で走査するものである。
レーザー光源から出射したレーザー光を、マスタ上で走査することにより、被露光体の広い範囲を露光することができる。

また本発明に係る微細構造の作製方法は、レーザー光源から出射したレーザー光を、マスタに対して固定して被露光体を一括露光するものである。
例えば、レーザー光源から径の広いレーザー光を出射して、レーザー光をマスタに対して固定して被露光体を一括露光すれば、被露光体の広い範囲を短時間で露光することができる。

また本発明に係る微細構造の作製方法は、レーザー光の波長が、５００ｎｍ以下であるものである。
５００ｎｍ以下の波長のレーザー光を使用すれば、例えば周期が２００ｎｍ程度の微細構造を作製することができ、可視光領域の光学素子（例えば、偏光板）等を作製することができる。

本発明に係る微細構造の作製装置は、レーザー光源から出射してマスタを通過したレーザー光で被露光体が露光され、被露光体の表面に所定の露光パターンが形成される微細構造の作製装置であって、マスタと被露光体は、スペーサーによって互いに固定されており、マスタは、レーザー光に対して透明で、少なくとも一つの表面に凹凸形状が形成されており、該凹凸形状は、１次元格子を形成し、マスタを通過したレーザー光を被露光体の表面で干渉させることにより所定の干渉パターンが生じるように形成され、レーザー光源から出射されたレーザー光がマスタに入射する際に、レーザー光の偏光方向が１次元格子を形成する凹凸形状と平行である直線偏光にし、マスタを通過したレーザー光が、光学素子で集光されずに直接被露光体を露光するようにしたものである。
レーザー光に対して透明で、少なくとも一つの表面に凹凸形状が形成されているマスタをレーザー光が通過することにより１又は複数の回折光を発生させ、これらの回折光が被露光体の表面で干渉することにより所定の干渉パターンを生じさせる。このときマスタを通過したレーザー光が、反射ミラーやレンズ等の光学素子で集光されずに直接被露光体を露光するようにする。このような光学系を採用することにより、広い焦点深度が得られマスタと被露光体の間のギャップの管理が極めて容易となり、広い範囲で露光が可能となる。また単純な光学系であるため、作製装置の小型化及び製造コストの低廉化を実現することができる。さらに、レーザー光の偏光方向を、１次元格子を形成する凹凸形状と平行である直線偏光にしているため、干渉に寄与する偏光成分が多くなり鮮明な干渉パターンを得ることができる。また、マスタと被露光体がスペーサーによって互いに固定されているため、マスタと被露光体の相対位置がずれることがなく、干渉パターンのコントラストが高い状態で安定した露光を行うことができる。

また本発明に係る微細構造の作製装置は、上記のマスタ及び被露光体が平板状であって、マスタと被露光体が平行に配置されるものである。
マスタ及び被露光体が平板状で、マスタと被露光体が平行に配置されるため、被露光体の表面に容易に干渉パターンを生じさせることができ、広い焦点深度を得ることができる。

本発明に係る光学素子は、上記のいずれかの微細構造の作製装置で作製された微細構造を有するものである。
例えば、金属等からなる１次元格子状の微細構造を、本発明の微細構造の作製装置で作成すれば、可視光領域で使用できる光学素子（偏光板、反射防止素子、波長板等）を容易かつ高精細に作製することができる。

実施形態１．
図１は、本発明の実施形態１に係る微細構造の作製装置の概略模式図である。なお図１では、微細構造の作製装置の要部のみを示しているが、図１に示される構成要素以外の構成要素を付加してもよい。
本実施形態１に係る微細構造の作製装置は、レーザー光源１、ビーム強度調整器２、反射ミラー３、偏光板４、１／２波長板５、マスタ６、スペーサ７、被露光体８、ステージ９を備えている。本実施形態１のレーザー光源１は、固体ＵＶ（紫外線）レーザーのＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）レーザーであり、波長２６６ｎｍの第４高調波を出射する。なおこのレーザー光源１から出射されるレーザー光１０は、径が１ｍｍであるとする。レーザー光源１を出射したレーザー光１０は、ビーム強度調整器２で適当な強度に調整される。

そしてビーム強度調整器２を透過したレーザー光１０は、反射ミラー３で反射されて偏光板４の方向へ向きを変えられる。なお、レーザー光１０の向きを変える必要がない場合には、反射ミラー３を設ける必要はない。反射ミラー３で反射されたレーザー光１０は、偏光板４で特定の偏光方向の直線偏光光にされ、更に１／２波長板５によって偏光方向を所定の向き（後に詳述）に変えられる。

偏光板４、１／２波長板５を通過したレーザー光１０はマスタ６に向かい、マスタ６の法線に対して斜め方向からマスタ６に入射する。マスタ６は例えば石英からなる平板状の基板であり、レーザー光１０の入射する面の反対側の面に凹凸形状が形成されている。この凹凸形状は回折格子となっており、レーザー光１０を所定の回折光（後に詳述）を含む複数のビームに分岐する。なおマスタ６を通過したレーザー光１０は、一部が回折せずにまっすぐ透過する場合もある。また回折光は１つだけ発生する場合と、複数発生する場合があり、これらはマスタ６の設計条件（後に詳述）により異なる。

マスタ６を通過し、回折光や透過光となったレーザー光１０は、平板状でマスタ６と平行又はほぼ平行に配置された被露光体８に照射される。このときレーザー光１０は、複数の回折光同士又は回折光と透過光の間で干渉し、被露光体６の表面で所定の干渉パターンを生じるようになっている。なお本実施形態１では、マスタ６と被露光体８はスペーサー７で互いに固定されており、マスタ６と被露光体８の間隔は、例えば５ｍｍ以下で近接配置されている。このマスタ６と被露光体８の間隔は、使用するレーザーの空間コヒーレント、レーザービーム系、及びマスタ６の凹凸形状の設計条件に合わせて最適な間隔にするのが望ましい。
さらに、被露光体８、スペーサー７、マスタ６は、ステージ９上に載置されている。このステージ９は、後に示すようにマスタ６上でレーザー光１０を走査するために、任意の方向に移動可能にするようにしてもよい。

図２は、図１に示すマスタ６のレーザー光１０が入射する部分の近辺を示した拡大模式図である。なお図２では、レーザー光１０の光束を２本示しているが、これらは実際には１つの光束の中の特定の部分のレーザー光である。
図２に示すように、マスタ６の法線に対して斜め方向から入射したレーザー光１０は、透過光（０次回折光）１１と１次回折光１２に分岐される。なお本実施形態１では、レーザー光１０を透過光１１と１次回折光１２に分岐するようにしているが、被露光体８に以下に示すような１次元格子以外の形状を形成したい場合には、複数の回折光を生じさせるようにしてもよい。また透過光１１と１次回折光以外に、多少他の回折光が混ざっていてもよい。
透過光１１と１次回折光１２は、被露光体８の表面で干渉することにより、所定の干渉パターンを生じる。ここで被露光体８は、例えば厚さ１ｍｍのガラス等からなる基板８ｂの表面に厚さ２００ｎｍの感光性レジスト８ａが塗布されたものであり、感光性レジスト８ａが干渉パターンによって露光されることにより所定の露光パターンが形成される。

図３は、図２に示すマスタ６のＡ部分の拡大断面図である。マスタ６の、レーザー光１０の入射する面の反対側の面には凹凸形状が全面に形成されている。本実施形態１のマスタ６に形成される凹凸形状は、図３に示すような溝形状のもので、非常に細長い溝が多数形成されており、１次元格子を形成している。なお図３では、紙面手前側から紙面奥側に延びる細長い溝状の凹凸形状を示している。またこの凹凸形状の深さ及び周期は、ベクトル解析により最適設計されており、ほぼ透過光１１と１次回折光１２だけを発生させるようになっている。このような凹凸形状を有するマスタ６を使用することにより、被露光体８の表面に微細な１次元格子状の干渉パターンを形成することができる。
なお図２において、マスタ６に入射するレーザー光１０は、その偏光方向が図３に示す１次元格子格子を形成する凹凸形状の溝と平行な直線偏光（以下、ＴＥ偏光という）としている。これは、透過光１１と１次回折光１２が干渉する際に、ＴＥ偏光と直角方向の成分（以下、ＴＭ偏光という）はあまり干渉に寄与しないが、ＴＥ偏光はほとんど干渉に寄与するからである。

図４は、被露光体８を露光する際の状態を示す斜視図である。本実施形態１では、レーザー光源１から出射されるレーザー光１０の径が１ｍｍと小さく、例えば径が８インチの被露光体８を一括露光できないため、図４に示すようにレーザー光１０をマスタ６上で走査することにより広い領域を露光する。なおこのとき、マスタ６及び被露光体８を固定してレーザー光１０を移動させてもよく、レーザー光１０を固定してマスタ６及び被露光体８を移動させるようにしてもよい。

図５は、図３に示すマスタ６に形成された凹凸形状の深さと透過光（０次回折光）１１及び１次回折光１２の強度の関係を示す図である。図３に示す凹凸形状の深さ及び周期は、ベクトル解析により最適設計されており、本実施形態１では周期が２００ｎｍ、深さが１８０ｎｍとなっている。なお図５では、ＴＥ偏光についての計算結果を示している。
図５に示すように、深さが約１８０ｎｍの１次元格子を形成すれば透過光１１と１次回折光１２の強度がほぼ等しくなることが分かる。このように、透過光１１と１次回折光１２がほぼ等しい条件で干渉を起こすようにすれば、鮮明な干渉パターンが得られる。このときの透過光１１及び１次回折光１２の回折角度（マスタ６の法線とビームの角度）はそれぞれ４２度であり、両者が干渉することにより被露光体８の表面に周期２００ｎｍの１次元格子の露光パターンを形成することができる。
なおこのマスタ６の凹凸形状は、例えば、石英基板上のレジストに電子ビームによってパターンを描画した後に、レジストパターンをマスクとして石英基板をイオンエッチングすることにより形成することができる。

本実施形態１では、レーザー光１０に対して透明で、少なくとも一つの表面に凹凸形状が形成されているマスタ６をレーザー光１０が通過することにより透過光１１及び１次回折光１２を発生させ、これらの光が被露光体８の表面で干渉することにより所定の干渉パターンを生じさせ、反射ミラーやレンズ等の光学素子で集光されずに直接被露光体８を露光するようにするため、広い焦点深度が得られマスタ６と被露光体８の間のギャップの管理が極めて容易となり、広い範囲で露光が可能となる。また単純な光学系であるため、作製装置の小型化及び製造コストの低廉化を実現することができる。
なお本実施形態１では、マスタ６により発生させた干渉パターンを被露光体８の表面から照射しているが、この干渉パターンを被露光体８の裏面から照射して、被露光体８の表面を露光してもよい。このように裏面から露光した場合には、被露光体８の一部が飛散してマスタ６を汚染することを防止することができる。

実施形態２．
図６は、本発明の実施形態２に係る微細構造の作製装置の概略模式図である。なお図６では、微細構造の作製装置の要部のみを示しているが、図６に示される構成要素以外の構成要素を付加してもよい。
なお本実施形態２に係る微細構造の作製装置のレーザー光源１は、ガスＵＶ（紫外線）レーザーのエキシマレーザーであり、波長２４８ｎｍのレーザー光１０を出射する。なおこのレーザー光源１から出射されるレーザー光１０は、径が２００ｍｍであるとする。また、レーザー光１０はマスタ６の法線に対して平行にマスタ６に入射する。
その他の微細構造の作製装置の構成は、実施形態１の微細構造の作製装置と同様であり、説明を省略する。

図７は、図６に示すマスタ６のレーザー光１０が入射する部分の近辺を示した拡大模式図である。なお図７では、レーザー光１０の光束を２本示しているが、これらは実際には１つの光束の中の特定の部分のレーザー光である。
図７に示すように、マスタ６の法線に対して平行に入射したレーザー光１０は、＋１次回折光１３と−１次回折光１４に分岐される。なお本実施形態２では、レーザー光１０を＋１次回折光１３と−１次回折光１４に分岐するようにしているが、被露光体８に以下に示すような１次元格子以外の形状を形成したい場合には、複数の回折光を生じさせるようにしてもよい。
＋１次回折光１３と−１次回折光１４は、被露光体８の表面で干渉することにより、所定の干渉パターンを生じる。ここで被露光体８は、例えば厚さ１ｍｍのガラス等からなる基板８ｂの表面に厚さ２００ｎｍの感光性レジスト８ａが塗布されたものであり、感光性レジスト８ａが干渉パターンによって露光されることにより所定の露光パターンが形成される。

図８は、図７に示すマスタ６のＢ部分の拡大断面図である。マスタ６の、レーザー光１０の入射する面の反対側の面には凹凸形状が全面に形成されている。本実施形態２のマスタ６に形成される凹凸形状は、実施形態１の凹凸形状と同様に溝形状のもので、非常に細長い溝が多数形成されており、１次元格子を形成している。なお図８では、紙面手前側から紙面奥側に延びる細長い溝状の凹凸形状を示している。またこの凹凸形状の深さ及び周期は、ベクトル解析により最適設計されており、＋１次回折光１３と−１次回折光１４だけを発生させるようになっている。このような凹凸形状を有するマスタ６を使用することにより、被露光体８の表面に微細な１次元格子状の干渉パターンを形成することができる。
なお図７において、マスタ６に入射するレーザー光１０は、実施形態１と同様に、その偏光方向が図８に示す１次元格子格子を形成する凹凸形状の溝と平行な直線偏光（以下、ＴＥ偏光という）としている。これは、透過光１１と１次回折光１２が干渉する際に、ＴＥ偏光と直角方向の成分（以下、ＴＭ偏光という）はあまり干渉に寄与しないが、ＴＥ偏光はほとんど干渉に寄与するからである。

図９は、被露光体８を露光する際の状態を示す斜視図である。本実施形態２では、レーザー光源１から出射されるレーザー光１０の径が２００ｍｍと大きいため、図９に示すように例えば径が８インチの被露光体８を一括露光できる。なおこのとき、レーザー光１０をマスタ６及び被露光体８に対して固定する。

図１０は、図８に示すマスタ６に形成された凹凸形状の深さと透過光（０次回折光）、＋１次回折光１３及び−１次回折光１４の強度の関係を示す図である。図８に示す凹凸形状の深さ及び周期は、ベクトル解析により最適設計されており、本実施形態２では周期が４００ｎｍ、深さが２７０ｎｍとなっている。なお図１０では、ＴＥ偏光についての計算結果を示している。
図１０に示すように、深さが約２７０ｎｍの１次元格子を形成すれば透過光の強度が最小となり＋１次回折光１３及び−１次回折光１４の強度が最大となることが分かる。この例では、＋１次回折光１３と−１次回折光１４以外に、僅かな０次回折光が混在しているが、その強度は十分に小さいため、干渉露光に影響を与えることはない。このように、透過光の強度が最小となり＋１次回折光１３と−１次回折光１４の強度が最大となる条件で干渉を起こすようにすれば、鮮明な干渉パターンが得られる。このときの透過＋１次回折光１３及び−１次回折光１４の回折角度（マスタ６の法線とビームの角度）はそれぞれ３８度であり、両者が干渉することにより被露光体８の表面に周期２００ｎｍの１次元格子の露光パターンを形成することができる。
なおこのマスタ６の凹凸形状は、実施形態１と同様に、例えば、石英基板上のレジストに電子ビームによってパターンを描画した後に、レジストパターンをマスクとして石英基板をイオンエッチングすることにより形成することができる。

本実施形態２では、レーザー光１０に対して透明で、少なくとも一つの表面に凹凸形状が形成されているマスタ６をレーザー光１０が通過することにより＋１次回折光１３及び−１次回折光１４を発生させ、これらの光が被露光体８の表面で干渉することにより所定の干渉パターンを生じさせ、反射ミラーやレンズ等の光学素子で集光されずに直接被露光体８を露光するようにするため、広い焦点深度が得られマスタ６と被露光体８の間のギャップの管理が極めて容易となり、広い範囲で露光が可能となる。また単純な光学系であるため、作製装置の小型化及び製造コストの低廉化を実現することができる。その他の効果は、実施形態１と同様である。

なお実施形態１及び実施形態２では、マスタ６に形成される凹凸形状が１次元格子状のものを示したが、例えば被露光体８に２次元格子状の露光パターンを形成したい場合には、凹凸形状を２次元格子状にすればよい。

さらに実施形態１ではレーザー光１０の径を１ｍｍとしているが、ビーム径を大きくして被露光体８を一括露光するようにしてもよい。また実施形態２において、ビーム径を小さくして、レーザー光１０をマスタ６上で走査するようにしてもよい。

実施形態３．
図１１は、本発明の実施形態３に係る光学素子を示した縦断面模式図である。なお図１１に示す光学素子は、実施形態１及び実施形態２に係る微細構造の作製装置で作成された微細構造を有するものである。本実施形態３では、図１及び図６に示す微細構造の作製装置で被露光体８に露光パターンを形成した後の微細構造の作製方法についても説明する。
図１１に示す光学素子２０は、被露光体８の基板８ｂの表面に、アルミ等の金属又は無機物からなる微細構造２１が形成されることにより構成されている。本実施形態３の光学素子２０に形成された微細構造２１は、図３及び図８に示される１次元格子状の凹凸形状を有したマスタ６を使用して作製されている。このため、微細構造２１も非常に細長い溝形状が多数形成されており、１次元格子を形成している。

ここで、図１１に示すような微細構造２１を有する光学素子２０を作製する方法について説明する。
まず図２及び図７に示すように、凹凸形状が形成されたマスタ６を使用して被露光体８の表面のポジ型の感光性レジスト８ａを露光して、１次元格子状の露光パターンを形成する。なお感光性レジスト８ａは、ポジ型に限られるものではなく、ネガ型レジストを用いてもよい。そして、例えば露光されていない部分の感光性レジスト８ａを除去し、感光性レジスト８ａを多数の細長い壁状（厚み〜２００ｎｍ）に残す。そしてこのレジストパターンの上から、例えばアルミ等の金属を感光性レジスト８ａの間に厚さ１５０ｎｍだけ蒸着して、感光性レジスト８ａを剥離（リフトオフ）する。これにより、図１１に示すような光学素子２０が完成する。この光学素子２０の微細構造２１は、周期が２００ｎｍで、溝と壁の幅の比が１：１である。

上記のリフトオフを利用した微細構造２１の作製方法の他に、ドライエッチングを利用した微細構造２１の作製方法もある。ドライエッチングを利用した微細構造２１の作製方法では、図２及び図７に示す被露光体８の感光性レジスト８ａと基板８ｂの間に予めアルミ等の金属膜（図２及び図７において図示せず）を形成しておく。そして、凹凸形状が形成されたマスタ６を使用して被露光体８の表面の感光性レジスト８ａを露光して、１次元格子状の露光パターンを形成する。その後、例えば露光されていない部分の感光性レジスト８ａを除去し、感光性レジスト８ａを１次元格子状に残す。そして残った感光性レジスト８ａをエッチングマスクとして金属膜をドライエッチングした後に、感光性レジスト８ａをすべて除去する。これにより、図１１に示すような微細構造２１を有する光学素子２０が完成する。

また、リフトオフを利用した微細構造２１の作製方法に似たものに、めっきを利用した微細構造２１の作製方法がある。この方法では、凹凸形状が形成されたマスタ６を使用して被露光体８の表面の感光性レジスト８ａを露光して、１次元格子状の露光パターンを形成する。そして、例えば露光されていない部分の感光性レジスト８ａを除去し、感光性レジスト８ａを多数の細長い壁状に残す。そしてこのレジストパターンの上から、例えばアルミ等の金属を感光性レジスト８ａの間に厚さ１５０ｎｍだけ無電解めっきし、感光性レジスト８ａを除去する。これにより、図１１に示すような光学素子２０が完成する。

図１２は、本実施形態３の光学素子２０を偏光板として利用した場合の斜視図である。偏光方向がランダムなランダム光２２を本実施形態３の光学素子２０に入射すると、微細構造２１の溝の向きと平行な方向の偏光成分（以下、ＴＥ偏光という）は、微細構造２１によって遮断されて透過せず、微細構造２１の溝の向きと直角な偏光成分（以下、ＴＭ偏光という）のみが透過する。

図１３は、図１２に示す偏光板としての光学素子２０の偏光分離特性を示した図である。図１３では、横軸が微細構造２１の周期とランダム光２２の波長の比となっており、縦軸がＴＥ偏光とＴＭ偏光の透過光強度となっている。
図１３に示すように、微細構造２１の周期とランダム光２２の波長の比がほぼ０〜０．５の範囲で、ＴＭ偏光が多く透過しＴＥ偏光がほとんど透過していない。このため本実施形態３の光学素子２０は、この範囲の波長の光に対して偏光板として利用することができる。なお本実施形態１の微細構造２１の周期は２００ｎｍであるため、本実施形態３の光学素子２０は、ほぼすべての可視光領域の光に対して偏光板として使用することができる。また微細構造２１が、アルミ等の金属又は無機物から構成されているため、耐光性に優れており、例えば液晶プロジェクタへの応用も可能である。

また図１１に示すような、光の波長より小さな構造を有する光学素子は、偏光板以外の光学素子としても利用することができる。例えば、本発明により石英基板上に作成された微細構造を光が透過すると、その偏光方位によって屈折率が異なるために構造性複屈折が起きる。このような微細構造は、１／２波長板や１／４波長板等の波長板としても使用できる。また光の波長より小さい構造を有する微細構造は、反射防止機能を持たせることもできるため、それを反射防止素子として使用することもできる。この場合、多層膜からなる反射防止素子と同様に、広い範囲の波長の光に対して反射防止効果を有する。
なおこれらの光学素子を作製するためには、マスタ６に形成される凹凸形状を最適に設計すればよい。

本発明の実施形態１に係る微細構造の作製装置の概略模式図。 図１に示すマスタのレーザー光が入射する部分の近辺を示した拡大模式図。 図２に示すマスタのＡ部分の拡大断面図。 被露光体を露光する際の状態を示す斜視図。 図３に示すマスタに形成された凹凸形状の深さと透過光及び１次回折光の強度の関係を示す図。 本発明の実施形態２に係る微細構造の作製装置の概略模式図。 図６に示すマスタのレーザー光が入射する部分の近辺を示した拡大模式図。 図７に示すマスタのＢ部分の拡大断面図。 被露光体８を露光する際の状態を示す斜視図。 図８に示すマスタに形成された凹凸形状の深さと透過光、＋１次回折光及び−１次回折光の強度の関係を示す図。 本発明の実施形態３に係る光学素子を示した縦断面模式図。 本実施形態３の光学素子を偏光板として利用した場合の斜視図。 図１２に示す偏光板としての光学素子の偏光分離特性を示した図。

符号の説明

１ レーザー光源、２ ビーム強度調整器、３ 反射ミラー、４ 偏光板、５ １／２波長板、６ マスタ、７ スペーサ、８ 被露光体、８ａ 感光性レジスト、８ｂ 基板、９ ステージ、１０ レーザー光、１１ 透過光（０次回折光）、１２ １次回折光、１３ ＋１次回折光、１４ −１次回折光、２０ 光学素子、２１ 微細構造、２２ ランダム光。

Claims (16)

1. レーザー光源から出射してマスタを通過したレーザー光で被露光体を露光して、前記被露光体の表面に所定の露光パターンを形成する微細構造の作製方法であって、
   前記マスタは、前記レーザー光に対して透明で、少なくとも一つの表面に周期性を有する１次元凹凸形状が形成されており、該凹凸形状は、前記マスタを通過したレーザー光が前記被露光体の表面で干渉することにより所定の干渉パターンを生じるように形成され、前記レーザー光は直線偏光であって、該直線偏光の偏光方位は該凹凸形状の溝と平行であり、前記マスタと前記被露光体は接触しておらず、
   前記干渉パターンにより、前記被露光体を露光することを特徴とする微細構造の作製方法。
2. 前記レーザー光源から出射したレーザー光が、前記マスタの法線に対して斜め方向からマスタに入射し、該マスタによってレーザー光が少なくとも１つの回折光を含む複数のビームに分岐されることを特徴とする請求項１記載の微細構造の作製方法。
3. 前記レーザー光源から出射したレーザー光が、前記マスタの法線に対して平行にマスタに入射し、該マスタによってレーザー光が少なくとも２つの回折光を含む複数のビームに分岐されることを特徴とする請求項１記載の微細構造の作製方法。
4. 前記マスタより発生させた前記所定の干渉パターンを、前記被露光体の裏面から照射することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の微細構造の作製方法。
5. 前記被露光体に感光性レジストが塗布されており、該感光性レジストを露光することにより所定の露光パターンを形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の微細構造の作製方法。
6. 前記感光性レジストに所定の露光パターンを形成した後に、リフトオフによって微細構造を作製することを特徴とする請求項５記載の微細構造の作製方法。
7. 前記感光性レジストに所定の露光パターンを形成した後に、エッチングによって微細構造を作製することを特徴とする請求項５記載の微細構造の作製方法。
8. 前記感光性レジストに所定の露光パターンを形成した後に、無電解めっきによって微細構造を作製することを特徴とする請求項５記載の微細構造の作製方法。
9. 前記微細構造は、無機物からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の微細構造の作製方法。
10. 前記微細構造は、金属からなることを特徴とする請求項９記載の微細構造の作製方法。
11. 前記レーザー光源から出射したレーザー光を、前記マスタ上で走査することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の微細構造の作製方法。
12. 前記レーザー光源から出射したレーザー光を、前記マスタに対して固定して被露光体を一括露光することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の微細構造の作製方法。
13. 前記レーザー光の波長が、５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の微細構造の作製方法。
14. レーザー光源から出射してマスタを通過したレーザー光で被露光体が露光され、前記被露光体の表面に所定の露光パターンが形成される微細構造の作製装置であって、
    前記マスタと前記被露光体は、スペーサーによって互いに固定されており、
    前記マスタは、前記レーザー光に対して透明で、少なくとも一つの表面に凹凸形状が形成されており、該凹凸形状は、１次元格子を形成し、前記マスタを通過したレーザー光を前記被露光体の表面で干渉させることにより所定の干渉パターンが生じるように形成され、
    前記レーザー光源から出射されたレーザー光が前記マスタに入射する際に、レーザー光の偏光方向が前記１次元格子を形成する凹凸形状と平行である直線偏光にし、
    前記マスタを通過したレーザー光が、光学素子で集光されずに直接被露光体を露光するようにしたことを特徴とする微細構造の作製装置。
15. 前記マスタ及び前記被露光体は平板状であって、前記マスタと前記被露光体は平行に配置されることを特徴とする請求項１４記載の微細構造の作製装置。
16. 請求項１４又は１５に記載の微細構造の作製装置で作成された微細構造を有することを特徴とする光学素子。
    

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