JP2006068926A

JP2006068926A - 樹脂製光学部品用の成形型の製造方法

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Publication number: JP2006068926A
Application number: JP2004251835A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Fukuda; 哲也福田
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2004-08-31
Filing date: 2004-08-31
Publication date: 2006-03-16

Abstract

【課題】酸化シリコン層のエッチング精度を向上させて、深さ方向の精度に優れた凹凸型面を有する成形型が製造可能な樹脂製光学部品用の成形型の製造方法を提供する。
【解決手段】基板１上に酸化シリコン層３と金属マスク層とレジスト層とを順次積層し、電子ビーム描画法によりレジスト層を露光するとともにレジスト層を現像することにより、複数の突起状のレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクにしてレジストパターンおよび金属マスク層を非選択的かつ異方的にエッチングし、エッチング後の金属マスク層をマスクにして酸化シリコン層３を選択的かつ等方的にエッチングし、基板１を回転させつつ、基板１の斜め上方向から酸化シリコン層３にイオンビームを照射することを特徴とする樹脂製光学部品用の成形型の製造方法を採用する。
【選択図】図１１

Description

本発明は、樹脂製光学部品用の成形型の製造方法に関するものである。

従来、反射防止膜を備えた導光板や、このような導光板をフロントライトに利用した液晶表示装置が知られている。この反射防止膜を備えることで、外光や液晶表示ユニットの表面に設けられた照明装置の照明光が液晶表示ユニットに到達する前に反射されてしまうことを防止し、もって外光や照明光を液晶表示ユニットに向けて効率よく入射させ、液晶表示装置の視認性を高めるのに大いに役立つ。この種の反射防止構造の一例として、例えば、ＡＲ(Anti-Reflective)格子と称される多数の微細な凹凸形状を有する微細凹凸面が設けられた反射防止膜が知られており、このＡＲ格子によって外光や照明光が液晶表示ユニットに入射する前に反射されてしまうことを防ぐことができるようになっている。

ＡＲ格子を備えた反射防止構造の製造方法としては、ＡＲ格子の微細凹凸面に対応する凹凸型面を備えた原型を作成し、次にこの原型の凹凸型面を転写した射出成形用金型を作成し、この射出成形金型を用いて樹脂を射出成形することにより、原型の凹凸面型に対応したＡＲ格子を備えた反射防止物品を製造する方法が開示されている（特許文献１参照）。

ところでＡＲ格子は、ナノメートルオーダーの寸法精度が要求されることから、特許文献１に記載の製造方法においては、原型および射出成形金型の寸法精度が高くなければならない。しかし特許文献１に記載された製造方法において、射出成形金型を作成する際の凹凸型面の転写精度が低い場合は、たとえ寸法精度が高い原型が得られたとしても、転写精度が低いために結果的に射出成形金型の寸法精度が低下し、実際に得られる反射防止膜の光学特性が劣化してしまうおそれがあった。また、転写精度が優れていたとしても、原型と射出成形金型の離型性が悪い場合には、やはり射出成形金型の寸法精度が低下し、反射防止膜の光学特性が低下するおそれがあった。
特開２００３−１５４５５５号公報

そこで最近では、ＡＲ格子の微細凹凸面とは逆形状の凹凸型面を有する成形型を微細加工手段により製造し、この成形型を用いて反射防止膜を製造する試みがなされている。このような成形型の製造方法の一例を挙げると、まずアルチック基板上にアルミナ層と酸化シリコン層を順次積層し、次に、酸化シリコン層上に金属マスク層とレジスト層を順次積層し、次に電子ビーム描画法を用いてレジスト層を露光してから現像することによりレジスト層を複数の柱状突起パターンとし、次にイオンミリング法および反応性イオンエッチンング法によってレジスト層、金属マスク層および酸化シリコン層に対して順次エッチングを行ない、最終的に酸化シリコン層にＡＲ格子の微細凹凸面に対応する凹凸型面を形成する方法が例示される。

また、反射防止膜を液晶表示装置に適用する場合において、光学特性として満足するものを得るには、ＡＲ格子を構成する微細な突起の深さを±１０ｎｍ程度の精度に抑える必要がある。従って、成形型の凹凸型面についても±１０ｎｍの精度で深さ寸法を制御する必要がある。
上記の成形型の製造方法において、凹凸型面の深さの精度は、レジスト層をパターニングした後の酸化シリコン層に対するエッチング工程により決められる。酸化シリコン層に対するエッチングは、金属マスク層をマスクとし、誘導結合プラズマを用いた反応性イオンエッチング法によって、酸化シリコン層を選択的かつ等方的にエッチングすることで行なわれる。しかし、この反応性イオンエッチング法では、エッチングガスが酸化シリコン層の真上方向から照射されるため、凹凸型面の凸部の頂上と凹部の底部が同時にエッチングされてしまい、凹凸型面の深さの制御が困難であり、凹凸型面の深さ寸法のバラツキが大きくなってしまうという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、酸化シリコン層に凹凸型面を成形する際のエッチング精度を向上させることにより、深さ方向の精度に優れた凹凸型面を有する成形型を製造することが可能な樹脂製光学部品用の成形型の製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の樹脂製光学部品用の成形型の製造方法は、樹脂製光学部品の微細凹凸面に対応する凹凸型面が設けられてなる成形型の製造方法であり、
基板上に酸化シリコン層と金属マスク層とレジスト層とを順次積層する工程と、電子ビーム描画法により前記レジスト層を露光するとともに該レジスト層を現像することにより、複数の突起状のレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクにして前記レジストパターンおよび前記金属マスク層を非選択的かつ異方的にエッチングする工程と、エッチング後の前記金属マスク層をマスクにして前記酸化シリコン層を選択的かつ等方的にエッチングする工程と、前記基板を回転させつつ、前記基板の斜め上方向から前記酸化シリコン層にイオンビームを照射する工程と、を具備してなることを特徴とする。

上記の構成において、レジストパターンをマスクにして該レジストパターンおよび金属マスク層を非選択的かつ異方的にエッチングすることにより、金属マスク層に前記レジストパターンに対応する複数の突起が形成される。この突起状に形成された金属マスク層をマスクにして酸化シリコン層を選択的かつ等方的にエッチングすると、酸化シリコン層には断面が波状の凹凸型面が形成される。
この波状の凹凸型面に対して斜め上方からイオンビームを照射することにより、凸部の先端がエッチングされて凸部の高さが揃えられる。またイオンビームを凹凸型面の斜め上方から照射するため、イオンビームが凹部の底までは到達されず、凹部が更に削られることがない。このように、凹凸型面の凸部先端のみがエッチングされて凸部の高さが揃えられるので、凹凸の深さ寸法のバラツキを小さくすることができる。

また本発明の樹脂製光学部品用の成形型の製造方法は、先に記載の樹脂製光学部品用の成形型の製造方法であり、前記イオンビームを、前記基板に対して１５°以上６０°以下の方向から照射することを特徴とする。

上記の構成によれば、イオンビームを上記の角度範囲で照射するので、凹凸型面の凸部先端のみをエッチングすることができる。

本発明によれば、酸化シリコン層に凹凸型面を成形する際のエッチング精度を向上させることができ、深さ方向の精度に優れた凹凸型面を有する成形型を製造することができる。

（樹脂製光学部品用の成形型の製造方法）
以下、本発明の実施形態である樹脂製光学部品用の成形型の製造方法について図面を参照して説明する。
本実施形態の樹脂製光学部品用の成形型の製造方法は、基板上に酸化シリコン層と金属マスク層とレジスト層とを順次積層する積層工程と、電子ビーム描画法により前記レジスト層を露光するとともに該レジスト層を現像することにより、複数の突起状のレジストパターンを形成する露光現像工程と、前記レジストパターンをマスクにして前記レジストパターンおよび前記金属マスク層を非選択的かつ異方的にエッチングする第１エッチング工程と、エッチング後の前記金属マスク層をマスクにして前記酸化シリコン層を選択的かつ等方的にエッチングする第２エッチング工程と、前記基板を回転させつつ、前記基板の斜め上方向から前記酸化シリコン層にイオンビームを照射する第３エッチング工程とから構成されている。

以下、各工程について、図面を参照しながら説明する。
「積層工程」
図１ないし図４を参照して積層工程について説明する。積層工程では、基板上に下地層を積層し、更に酸化シリコン層と金属マスク層とレジスト層とを順次積層する。
まず、図１Ａに示すように、基板１の上面１ａに下地層２を積層する。下地層２を設けることによって、基板１と酸化シリコン層との密着性を向上できる。

下地層２の積層が完了したならば、下地層２の表面を洗浄処理することが望ましい。この洗浄処理によって、下地層２の積層時に下地層表面に付着した異物を取り除くことができる。洗浄処理の手段としては、例えば、イソプロピルアルコールを下地層２上に滴下してスクラバで掻き取る方法を例示できる。なお、図１における符号Ｍ_１は、異物の混入によって下地層２の表面に発生した欠陥である。

基板１としては非磁性セラミック基板が好ましく、かつ、６×１０^−３Ｐａ以上の機械的強度を有するものが好ましい。基板１が非磁性であれば、レジスト層を露光する方法として電子ビーム描画法を用いても、樹脂製光学部品の微細凹凸面と逆の凹凸型面を寸法精度良く形成することができる。また基板１がセラミック基板であれば、ガラス基板やシリコン基板に比べて射出成形時の樹脂圧に対する耐性が向上する。特に、機械的強度が６×１０^−３Ｐａ以上であれば、射出成形時の劣化や破壊を防止できる。
また、基板１の上面１ａは少なくとも表面粗さＲａ（中心線平均粗さ）が５ｎｍ以下であることが基板表面の平坦性を優れたものとすることができ、基板１上に形成される酸化シリコン層を平坦にすることができ、寸法精度が優れた凹凸型面を成形できる点で好ましい。基板１の表面粗さＲａが５ｎｍより大きいと、この基板１の上面１ａの凹凸の影響で酸化シリコン層に凹凸が生じ、寸法精度が優れた凹凸型面を形成できず、その結果としてＡＲ格子の形状にバラツキが生じ、反射防止効果が低減し、光の散乱が生じてしまう。
基板１の具体例としては、Ａｌ_２Ｏ_３・ＴｉＣ基板（アルチック基板）又はＡｌ_２Ｏ_３基板（アルミナ基板）を例示できる。

下地層２は、Ａｌ_２Ｏ_３またはＴｉＯ_２からなることが好ましい。また下地層２の層厚は、０．２μｍを超えて５μｍ未満であることが好ましく、より好ましくは０．５μｍ以上３μｍ以下がよい。下地層２の層厚が０．２μｍ以下であると、基板１と酸化シリコン層との密着力が低下し、樹脂製光学部品の連続成形によって酸化シリコン層の剥離が生じてしまう。また下地層２の層厚が５μｍ以上であると、下地層２の成膜時の内部歪みが増加し、これにより樹脂製光学部品の連続成形の際に酸化シリコン層の剥離が生じてしまう。

次に、下地層２の上に酸化シリコン層３を積層する。酸化シリコン層３を積層するには、第１酸化シリコン層および第２酸化シリコン層を順次積層して酸化シリコン積層体とし、次に酸化シリコン積層体の表面をＣＭＰ法で研磨して酸化シリコン層とする。
具体的には、図２に示すように、第１酸化シリコン層３ａおよび第２酸化シリコン層３ｂを順次積層して酸化シリコン積層体３ｃを形成する。なお、各酸化シリコン層３ａ、３ｂの積層後にそれぞれ、上記と同様に洗浄処理を行なうことが好ましい。これにより、各酸化シリコン層３ａ，３ｂの積層時に酸化シリコン層３ａ，３ｂ表面に付着した異物を取り除くことができる。なお、図における符号Ｍ_２は、異物の混入によって第２酸化シリコン層３ｂの表面に発生した欠陥である。また、第２酸化シリコン層３ｂの表面には、下地層２の欠陥Ｍ１が転写されてなる欠陥Ｍ１１も発生する。

第１酸化シリコン層３ａの層厚は、１．０μｍ以上５μｍ以下の範囲が好ましく、１．２μｍ以上３μｍ以下の範囲がより好ましい。第１酸化シリコン層３ａの層厚が１．０μｍ未満だと、最終的に得られる酸化シリコン層の層厚が薄くなり、凹凸型面の形成が困難になるので好ましくない。また、第１酸化シリコン層３ａの層厚が５μｍを越えると、最終的に得られる酸化シリコン層の層厚が大きくなり、樹脂製光学部品の連続成形によって酸化シリコン層が内部から割れてしまうおそれがあるので好ましくない。
また、第２酸化シリコン層３ｂの層厚は、１．０μｍ以上５μｍ以下の範囲が好ましく、１．３μｍ以上３μｍ以下の範囲がより好ましい。第２酸化シリコン層３ｂの層厚が１．３μｍ未満だと、後の工程で欠陥を取り除くことができなくなるので好ましくない。また、第２酸化シリコン層３ｂの層厚が５μｍを越えると、次のＣＭＰ研磨工程での研磨量が多くなり、生産性が低下するので好ましくない。

次に、図３に示すように、酸化シリコン積層体３ｃの表面をＣＭＰ法（化学的機械研磨法）によって研磨することにより、第２酸化シリコン層の欠陥Ｍ_２、Ｍ_１１を取り除く。このようにして、欠陥が一切ない酸化シリコン層３が形成される。

このときの研磨量は、第２酸化シリコン層３ｂの層厚よりも大きくすることが好ましい。研磨量を第２酸化シリコン層３ｂの層厚より大きくすることで、第２酸化シリコン層３ｂが完全に除去されるとともに、第１酸化シリコン層３ａの一部研磨される。すなわち、第１，第２酸化シリコン層３ａ，３ｂの界面部分が完全に取り除かれる。
第２シリコン層３ｂが取り除かれることで、異物の混入により発生した欠陥Ｍ_２、Ｍ_１１を取り除くことができる。また、第１、第２酸化シリコン層３ａ，３ｂの界面部分を取り除くことで、界面部分に残存する汚染成分などの、欠陥としては現れないが凹凸型面の形成に障害となる部分を除くことができる。
具体的な研磨量は、ＣＭＰ法の研磨精度と、酸化シリコン積層体３ｃの層厚の分布を考慮して決めることが望ましい。例えば、第２酸化シリコン層３ｂの層厚が１．３μｍ程度である場合は研磨量を１．６μｍ程度にすることが望ましい。

また、研磨後の酸化シリコン層３の層厚を、１．２μｍ以上２．０μｍ以下の範囲に設定することが望ましく、１．５μｍ以上２．０μｍ以下の範囲に設定することがより望ましい。酸化シリコン層の層厚が１．２μｍ未満だと、凹凸型面の形成が困難になるので好ましくない。また、酸化シリコン層３の層厚が２．０μｍを越えると、樹脂製光学部品の連続成形によって酸化シリコン層３が内部から割れてしまうおそれがあるので好ましくない。

次に、図４に示すように、酸化シリコン層３上に金属マスク層４とレジスト層５を順次積層する。
金属マスク層４の材質はＣｒが好ましく、また金属マスク層４の層厚は０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の範囲が好ましく、０．１μｍ以上０．４μｍ以下の範囲がより好ましい。
レジスト層５としては電子線レジストが好ましく、またレジスト層５の層厚は０．１μｍ以上０．４μｍ以下の範囲が好ましく、０．２μｍ以上０．３μｍ以下の範囲がより好ましい。

「露光現像工程」
次に、露光現像工程では、電子ビーム描画法によりレジスト層５を露光するとともにレジスト層５を現像することにより、複数の突起状のレジストパターン１５を形成する。
本実施形態で好適に用いられる電子ビーム描画法は、所謂可変成形方式と呼ばれるものであり、図５には、この可変成形方式を実現するための電子ビーム描画装置の光学系の模式図を示す。図５に示す電子ビーム描画装置は、電子銃３１と、基板１を載置するＸＹステージ３２と、電子銃３１とＸＹステージ３２との間に配置された第１アパーチャ３３および第２アパーチャ３４とから概略構成されている。第１アパーチャ３３には正方形の開口部３３ａが１つ設けられている。また図６に示すように第２アパーチャ３４には、複数の開口部３４ａが千鳥格子状に配列されて設けられている。
また図５に示すように、電子銃１と第１アパーチャ３３の間にはブランキング電極３５と照射レンズ３６が配置されている。更に、第１アパーチャ３３と第２アパーチャ３４の間には成形偏向器３７とビーム成形レンンズ３８とが配置されている。更にまた、第２アパーチャ３４とＸＹステージ３２との間には縮小レンズ３９と投影レンズ４０と位置偏向器４１が配置されている。

この電子ビーム描画装置においては、電子銃３１から放出された電子ビームが、照射レンズ３６によって第１アパーチャ３３の正方形の開口部３３ａに一様に照射される。この開口部３３ａの像はビーム成形レンズ３８で第２アパーチャ３４に結像される。この結像された像は、第２アパーチャ３４の複数の開口部３４ａを通過することにより、開口部３４ａに対応した複数の電子ビームに分割される。分割された電子ビームは、縮小レンズ３９により縮小され、投影レンズ４０および位置偏向器４１を経て基板１のレジスト層５上に結像される。このようにしてレジスト層５上に結像された電子ビーム像によりレジスト層５の露光が行なわれる。

一度の電子ビーム照射で露光される面積はレジスト層の全面積の一部である。従って、一回の露光が終了したならば、ＸＹステージにより基板１を移動させるか、あるいは位置偏向器４１を作動させて電子ビームの照射位置を相対移動させ、再び電子ビームの照射を行なう。このようにして、レジスト層５の全部に対して露光を行なう。

図６に示すように、第２アパーチャ３４には、複数の方形状の開口部３４ａが千鳥格子状に配列されている。また、開口部３４ａの開口率が５％以下に設定されている。開口率とは、第２アパーチャ３４に照射される電子ビームの照射面積（第１アパーチャ３３の開口部３３ａを通過して第２アパーチャ３４上に結像された電子ビームの照射面積）に対する複数の開口部３４ａ…の開口面積の割合であり、開口部３４ａ…の大きさおよび数により容易に変更できるものである。この開口率が５％を越えると、第２アパーチャ３４により分割された電子ビームが後方散乱を起こし、電子ビーム同士が相互に干渉してレジスト層３５の露光を精度良く行なうことができなくなるので好ましくない。

また、レジスト層５上に結像される電子ビーム像は、第２アパーチャ３４に設けられた開口部３４ａを通過したものであるから、図６に示す開口部３４ａ…のパターンを縮小したものとなる。このとき、レジスト層５上に縮小投影された各開口部３４ａ…に対応する電子ビームの照射領域の一辺長が、８０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲に設定されるように、電子ビーム描画装置の光学系を調整することが望ましい。
一辺長を小さくするには第２アパーチャの開口部３４ａ…の大きさを小さくすればよいが、電子ビームの照射領域の一辺長を８０ｎｍ未満とするのは、第２アパーチャ３４の構成上不可能である。また一辺長が１００ｎｍを越えると、レジスト層５上における電子ビーム像同士が干渉してしまうので、レジスト層５を精度良くパターニンングするのが困難になる。よって、レジスト層５上に縮小投影する各開口部３４ａ…に対応する電子ビームの照射領域の一辺長は上記の範囲に設定することが望ましい。

また、各開口部３４ａ…に対応する電子ビームの照射領域同士の間隔は、レジスト層上において、１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下のピッチとすることが好ましく、１６０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下のピッチとすることがより好ましい。ピッチが小さすぎると、分割ビーム同士が干渉してしまうので好ましくない。また、ピッチが大きすぎると、凹凸型面における凹凸のピッチが広がってしまい、樹脂製光学部品の光学特性が低下してしまう。

上記の露光工程では、第２アパーチャ３４に複数の開口部３４ａ…が設けられているので、電子ビームの１回の照射により、ＡＲ格子の微細突起に対応するパターンを一度に複数箇所に形成させることができ、レジスト層５の露光工程を大幅に短縮化することができる。

次に、露光後のレジスト層をエッチングして現像する。このようにして複数の突起状のレジストパターンを形成する。図７にレジストパターンの断面模式図を示し、図８にはレジストパターンの平面模式図を示す。図７および図８に示すように、金属マスク層４上に、複数の円柱突起１５ａからなるレジストパターン１５が形成される。円柱突起１５ａ…同士の間には下地の金属マスク層４が露出される。なお、方形の電子ビーム像が照射されたにも関わらず、レジストパターンが円柱突起１５ａとなるのは、レジスト層５の解像度が電子ビーム像の解像度よりも低いためである。円柱突起１５ａの直径は例えば６０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の範囲とすることが好ましく、９０ｎｍ以上１４０ｎｍ以下の範囲とすることがより好ましい。また、円柱突起１５ａ同士のピッチは例えば１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲とすることが好ましく、１６０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の範囲とすることがより好ましい。

「第１エッチング工程」
次に、第１エッチング工程では、レジストパターン１５をマスクにしてレジストパターン１５および金属マスク層４を非選択的かつ異方的にエッチングする。
エッチングの手段としては、イオンミリング法が好ましい。イオンミリング法は、非選択的にエッチング可能であり、また異方的にエッチング可能である点で金属マスク層４のエッチングに好適である。レジストパターン１５をマスクにして金属マスク層４をイオンミリングによりエッチンングすると、図９に示すように、レジストパターン１５の円柱突起１５ａと、円柱突起１５ａの間に露出している金属マスク層４が同時にエッチングされる。一方、円柱突起１５ａに覆われている金属マスク層４はエッチングされることがない。
エッチング量は、金属マスク層４の層厚以下とすることが望ましい。このエッチンングにより、金属マスク層４上には、レジストパターン１５に対応した複数の円柱突起１４ａが形成される。円柱突起１４ａの高さはエッチング量で調整することができ、１４０オングストローム以上（１４ｎｍ以上）とすることが好ましく、７０オングストロームないし８０オングストローム程度（７ｎｍないし８ｎｍ程度）とすることがより好ましい。エッチング量がこれよりも大きいと、イオンミリングでスパッタされた金属マスク層４の成分が円柱突起１４ａに再付着してしまうので好ましくない。
最後に、残存するレジストパターン１５を除去する。

「第２エッチング工程」
次に、第２エッチング工程では、エッチング後の金属マスク層４をマスクにして酸化シリコン層３を選択的かつ等方的にエッチングする。
エッチングの手段としては、反応性イオンエッチング法が好ましい。反応性イオンエッチング法は、エッチングレートを任意に変更可能な選択的エッチングを行なうことができ、かつ等方的にエッチングすることができるので、酸化シリコン層３のエッチングに用いて好適である。エッチングレートは、ＳｉＯ_２（酸化シリコン層）：Ｃｒ（金属マスク層）＝３５：１ないし５０：１の範囲で行なうことが望ましい。このエッチングレートで金属マスク層４をマスクにして酸化シリコン層３を反応性イオンエッチング法でエッチングすると、図１０に示すように、酸化シリコン層３に断面視波状の凹凸面３ａが形成される。凹凸面３ａの凸部３ｂは、金属マスク層４の円柱突起１４ａに対応して形成されたものである。このような凸部３ｂが形成されるのは、酸化シリコン層３に対して金属マスク層４のエッチングレートが低いためである。また、凹凸面３ａの断面が連続した波状の曲線になるのは、酸化シリコン層３が等方的にエッチングされるためである。

「第３エッチング工程」
次に、第３エッチング工程では、基板１を回転させつつ、基板１の斜め上方向から酸化シリコン層３にイオンビームを照射して凹凸面３ａ上の凸部３ｂの先端部分のみをエッチングする。
第２エッチング工程における反応性イオンエッチング法は等方的なエッチング手段であるため、酸化シリコン層３に凹凸面３ａが形成される際に、凸部３ｂの先端部分と凹部３ｃの底部部分が同時にエッチングされる。このため、凹凸面３ａ全体に渡って凸部３ｂの高さ（凹部３ｃの深さ）が均一にならない場合がある。そこで、第３エッチング工程を行なって凸部３ｂの先端部分のみをエッチングすることにより、凹凸面３ａ全体に渡って凸部３ｂの高さを一定にする。
具体的には、図１１および図１２に示すように、基板を回転させながら、基板１の斜め上方向１５°ないし６０°の角度から酸化シリコン層３にイオンビームを照射する。基板１を回転させることで、凸部３ｂの全周に渡ってイオンビームを照射させることができ、凸部３ｂの形状の対称性が保たれる。また、基板１の斜め上方からイオンビームを照射することで、凸部３ｂの先端部分にはイオンビームが照射されるが、凹部３ｃの底部にはイオンビームが照射されない。このようにして凸部３ａの先端部分のみをエッチングすることができ、凸部３ａの高さを制御することができ、凹凸面３ａの深さ寸法のバラツキを小さくすることができる。このようにして、凹凸の深さおよび凸部３ｂのピッチが一定である凹凸型面１３が形成される。
なお、イオンビームの照射角度が６０°以上であると、凸部３ｂの先端部分に十分なイオンビームが照射されず、凸部３ｂのエッチングが不十分になるので好ましくない。また、照射角度が１５°未満であると、イオンビームが凹部３ｃの底部まで照射されてしまい、凹凸面３ａの深さを均一にできなくなるので好ましくない。なお、照射角度は、基板の上面の法線方向に対する角度である。即ち、法線方向が０°であり、基板と平行方向が９０°である。

最後に、凹凸型面１３上に保護レジスト層６をスピンコート法により塗布する。このようにして、凹凸型面１３を有する樹脂製光学部品用の成形型１１が得られる。

（樹脂製光学部品の製造方法）
次に、本発明に係る樹脂製光学部品（反射防止層）の製造方法について、以下に説明する。
本発明に係る樹脂製光学部品は、図１４に示す射出成形用型を用いる射出成形により製造することができる。図１４は、射出成形用型４０の概略構成を示す断面図である。
この射出成形用型４０は、樹脂製光学部品（反射防止層）を成形するためのキャビティ空間４５を画定する第１の母型４０ａ及び第２の母型４０ｂとが備えられ、第１の母型４０ａの内面４１ａには、先の樹脂製光学部品用の成形型１１が配置され、第２の母型４０ｂの内面４１ｂは樹脂製光学部品の微細凹凸面と反対側の面を成形する面とされている。また、第１の母型４０ａと第２の母型４０ｂの側端には型内に樹脂製光学部品の構成材料のシリコン系樹脂を注入する射出口４２が形成されている。第１の母型４０ａと第２の母型４０ｂの材質としては、シリコンウエハ等のセラミックスが用いられる。

このような射出成形用型４０を用いて樹脂製光学部品を作製するには、射出成形用型４０を射出成型機にセットして、射出口４２から溶融した樹脂製光学部品の材料のシリコン系樹脂等の光透過性樹脂を射出成形圧力４００ｋｇ／ｃｍ^２ないし５００ｋｇ／ｃｍ^２で射出して樹脂射出成形物を成型すると、成形型１１に備えられた酸化シリコン層３に形成された凹凸型面１３の凹凸形状が転写された樹脂射出成形物を成形でき、この後、離型すると目的とする樹脂製光学部品が得られる。

上記の樹脂製光学部品の製造方法によれば、上記のような構成の射出成形用型４０を用いて射出成形するので、成形型１１に備えられた酸化シリコン層３の凹凸型面１３の凹凸形状が樹脂射出成形物に直接転写でき、しかも転写のときに形状が崩れることもないので、サブミクロンオーダーの微細な凸部が複数形成された微細凹凸面を有する樹脂製光学部品を寸法精度良く製造できる。

（樹脂製光学部品）
図１５および図１６に、本実施形態に係る樹脂製光学部品の一例である反射防止層を示す。図１５は、反射防止層の表面形状を模式的に示す部分斜視図である。図１６は図１５の反射防止層の部分断面図である。この反射防止層５０は、表面にサブミクロンオーダーの微細な凹部又は凸部が格子状に配列形成されて構成されている。

反射防止層５０の一方の面には、直径０．１５〜０．４μｍ程度（あるいはピッチが０．１５〜０．４μｍ程度）の多数の微細な凸部５１が格子状に配列されて形成されており、幅広い波長域の光を高い透過率で透過させることができるようになっている。上記のような微細な凹凸形状を設けることにより光の反射を防止できるのは、それぞれの凸部が可視領域の波長以下の高さ及び繰り返しピッチで配列形成されているために、入射した光の反射が生じないことによる。反射防止層５０の面のうち上記のような微細な凸部５１が多数設けられた面を微細凹凸面５１ａと呼ぶ。この微細凹凸面５１ａは、先の成形型１１の凹凸型面１３が転写されて形成されてなるものである。

凸部５１の直径あるいはピッチは０．２μｍ以下が好ましく、また凸部５１の高さＨは０．１μｍ程度以上が好ましい。これは、ピッチＰが０．２μｍを越えると、導光板に光を入射させた際に色づきが発生するからである。また、凸部５１の高さＨが０．１μｍ未満であると、防反射効果が不十分であり、反射率が高くなるからである。
上記凸部５１のピッチは、小さくするほど反射防止層５０の透過率を高めることができるが、極微細な凸部５１を均一な寸法で配列形成するのは困難であり、製造コストの増加の原因となるため、実用的には凸部５１ピッチの下限値は、０．１５μｍ程度である。
また、凸部５１のアスペクト比（高さＨと凸部５１のピッチＰの比）は、０．７以上の範囲とされ、好ましくは１以上２以下の範囲である。これは凸部５１のアスペクト比が０．７未満であると、充分な防反射効果が得られないからである。
反射防止層５９の材質としては、シリコン系樹脂、アクリル樹脂、ノルボルネン樹脂などの光透過性樹脂が用いられている。

（液晶表示装置）
図１には、上記の反射防止層５０（樹脂製光学部品）が備えられた液晶表示装置の一例を断面図で示す。
この液晶表示装置６１は、反射型の液晶パネル８０と、その前面側に配設されたフロントライト（照明装置）７０とを備えて構成されている。
フロントライト７０は、略平板状の透明の導光板７２と、この導光板７２の側端面（入光面）７２ａに配設された光源７３とを備えて構成されている。導光板７２は、アクリル系樹脂などの光透過性樹脂から構成され、この導光板７２の図示下側（液晶表示ユニット８０側）の面は、フロントライト７０の照明光が出射される出射面７２ｂとされており、図示上側（液晶表示ユニット７０と反対側）の面には、断面視三角波状のプリズム形状が形成されている。より詳細には、出射面７２ｂに対して傾斜して形成された緩斜面部７４ａと、この緩斜面部７４ａよりも急な傾斜角度で形成された急斜面部７４ｂとからなる断面視三角形状の複数の凸部７４が互いに平行に形成されている。そして、導光板７２の出射面７２ｂの下側に、先の反射防止層（樹脂製光学部品）５０が備えられている。

導光板７２の側端面７２ａに配設された光源７３は、導光板７２の側端面７２ａに沿って設けられた棒状の光源であり、例えば、棒状の導光体７３ｂの両端部にそれぞれ白色ＬＥＤなどが配設されたものを例示できる。この光源７３は、白色ＬＥＤなどから出射された光を導光体７３ｂを介して導光板７２に導入するようになっている。そしてフロントライト７０は、光源７３から出射された光を、導光板７２の側端面７２ａから導光板７２内部へ導入し、内部を伝搬するこの光を、反射面７２ｃに設けられた凸部７４の急斜面部７４ｂで反射させることで光の伝搬方向を変化させ、出射面７２ｂから照明光として出射させるようになっている。

導光板７２の出射面７２ｂ側には反射防止層５０が備えられている。反射防止層５０は上記微細凹凸面５１ａが導光板７２の出射面７２ｂ側となるように配置されている。
反射防止層５０が設けられていることで、導光板７２内部を伝搬する光が出射面７２ｂに入射した際に反射光がほとんど生じず、効率よく液晶パネル８０を照明できるようになる。また、出射面７２ｂの内面側での反射がほとんど生じないことで、出射面７２ｂで反射された光が使用者に到達することにより生じる白化現象を抑え、コントラストを向上させて表示品質を向上させることができる。
また、反射型の液晶パネル８０により反射された光が、導光板７２の出射面７２ｂに入射する際にも、この反射防止層５０が有効に作用し、高い透過率で液晶パネル８０の反射光を透過させ、結果として高輝度の表示が得られるようになっている。これは、液晶パネル８０の反射光が、導光板７２の出射面７２ｂで反射されると表示光の一部が損失されて輝度が低下することとなり、また出射面７２ｂでの反射により導光板７２の白化がおこるために表示のコントラストが低下することとなるが、上記導光板７２に、反射防止層５０が設けられていることで、上記の現象を防止することができるためである。

尚、反射防止層５０は、導光板７２の出射面７２ｂのみに設けられるものではなく、光源７３が配置される側端面７２ａに設けても良い。このような構成とすることで、光源７３（導光体７３ｂ）から導光板７２に光が導入される際の導光板７２の側端面７２ａでの反射も抑えることができるので、光源の利用効率を更に高めて、フロントライト７０の輝度を向上させることができる。

液晶パネル８０は、対向して配置された上基板８１と下基板８２との間に液晶層８３が挟持され、この液晶層８３が基板８１，８２の内面側周縁部に沿って額縁状に設けられたシール材８４により封止された構成とされている。
上基板８１の内面側（下基板８２側）には、液晶制御層８６が形成されており、下基板８２の内面側（上基板８１側）には、フロントライト７０の照明光や外光を反射させるための金属薄膜を有する反射層８７が形成され、この反射層８７上に液晶制御層８８が形成されている。
液晶制御層８６，８８は、液晶層８３を駆動制御するための電極や、配向膜等を含んで構成されており、上記電極をスイッチングするための半導体素子等も含むものである。また、場合によってはカラー表示のためのカラーフィルタを備えていてもよい。そして、図１に示すように、下基板８２側の液晶制御層８８が、シール材８４を越えて外側まで延長されて形成され、その先端部８８ａにおいて、フレキシブル基板８９ａと接続されている。尚、上基板８１側の液晶制御層８６は、フレキシブル基板（図示略）と接続されている。
反射層８７は、液晶表示パネル８０に入射した外光やフロントライト１０の照明光を反射させるためのアルミニウムや銀などの高反射率の金属薄膜からなる反射膜を備えるものであり、特定の方向で反射光が強くなり液晶表示装置の視認性が低下するのを防止するための光散乱手段を備えることが好ましい。この光散乱手段としては、金属反射膜に微細凹凸形状を付与したものや、樹脂膜中に樹脂膜を構成する材料と異なる屈折率の樹脂ビーズを分散させた散乱膜等を用いることができる。

以上の構成の本実施形態の液晶表示装置６１は、外光が十分に得られる環境では、外光を利用した反射表示を行うことができ、外光が得られない環境においては、フロントライト７０を点灯させ、導光板７２の出射面７２ｂから出射される光を照明光として表示を行うことができるようになっている。
そして、フロントライト７０の導光板７２に反射防止層５０が設けられていることで、光源７３から導光板７２内部に導入された光を効率よく出射面７２ｂから取り出すことができるので、液晶パネル８０に入射する照明光量を高めて高輝度の表示を行うことができる。
さらには、上記液晶パネル８０に入射した光は、下基板８２の反射層８７により反射されて再び導光板７２に入射し、この導光板７２を透過して使用者に到達するようになっているが、本実施形態の液晶表示装置６１では、上記導光板７２に反射防止層５０が設けられていることで、液晶パネル８０からの反射光が導光板の出射面７２ｂでほとんど反射されずに使用者に到達する。従って、導光板７２の出射面７２ｂで反射されて表示光の輝度が低下するのを防止し、又、出射面７２ｂで反射が生じることによる導光板７２の白化も防止できるので、高輝度で高コントラストの表示を得ることができる。

（実施例１）
１．２ｍｍ厚のアルチック基板に厚さ１．２μｍのＡｌ_２Ｏ_３からなる下地層を積層した。次に、厚さ２．３μｍの第１酸化シリコン層、厚さ１．３μｍの第２酸化シリコン層を順次積層して酸化シリコン積層体を形成した。次に、酸化シリコン積層体の表面をＣＭＰ法により研磨して酸化シリコン層とした。研磨量は１．６μｍとした。酸化シリコン層の厚みは２μｍとなった。
次に、厚さ２００オングストローム（２０ｎｍ）のＣｒからなる金属マスク層と、厚さ２０００オングストローム（２００ｎｍ）の電子線レジストからなるレジスト層を順次積層した。

次に、電子ビーム描画法によってレジスト層を露光してから現像することにより、レジストパターンを形成した。このレジストパターンをマスクにして金属マスク層をイオンミリング法でエッチングした。金属マスク層に対するミリング量は７５オングストローム（７．５ｎｍ）とした。次に、反応性イオンエッチング法により、エッチングレートがＳｉＯ_２：Ｃｒ＝４０：１の条件で金属マスク層をマスクにして酸化シリコン層を４００秒間エッチングし、酸化シリコン層に凹凸面を形成した。更に、アルチック基板を回転させつつ、基板に対して斜め３０°の角度からイオンビームを６０秒間照射することにより、凹凸面上の凸部の先端部分のみをエッチングして凹凸面の深さを均一化させた。このようにして実施例１の樹脂製光学部品用の成形型を５組製造した。

（比較例１）
基板に対して斜め３０°の角度からのイオンビーム照射によるエッチングを行なわなかったこと以外は上記実施例１と同様にして、比較例１の樹脂製光学部品用の成形型を５組製造した。

実施例１および比較例１の成形型について、凹凸型面の平均深さを計測し、凹凸深さのバラツキの幅を計測した。結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例１は、比較例１よりもバラツキの幅が大幅に小さくなり、±１０ｎｍ以下のばらつきになっていることがわかる。

（実施例２）
アルチック基板を回転させつつ、基板に対して斜め３０°の角度からイオンビームを１５秒間ないし９０秒間照射したこと以外は上記実施例１と同様にして実施例２の樹脂製光学部品用の成形型を製造した。得られた成形型について、凹凸型面の平均深さを計測した。そして、凹凸面の平均深さの減少量と、イオンビームによるエッチング時間との関係を図１８に示す。

図１８に示すように、エッチング時間と凹凸型面の平均深さの減少量には、強い相関関係があることがわかる。従って、エッチング時間を調整することで、凹凸型面の平均深さを自由に変更することができ、樹脂製光学部品の光学特性を容易に変更できることが判明した。

本発明の実施形態である樹脂製光学部品用の成形型の製造方法を説明するための断面工程図。本発明の実施形態である樹脂製光学部品用の成形型の製造方法を説明するための断面工程図。本発明の実施形態である樹脂製光学部品。用の成形型の製造方法を説明するための断面工程図。本発明の実施形態である樹脂製光学部品用の成形型の製造方法を説明するための断面工程図。本発明の実施形態である樹脂製光学部品用の成形型の製造方法に使用される電子ビーム描画装置の光学系を説明する斜視模式図。電子ビーム描画装置に備えられる第２アパーチャを示す平面模式図。本発明の実施形態である樹脂製光学部品用の成形型の製造方法を説明するための断面工程図。図７の平面模式図本発明の実施形態である樹脂製光学部品用の成形型の製造方法を説明するための断面工程図。本発明の実施形態である樹脂製光学部品用の成形型の製造方法を説明するための断面工程図。本発明の実施形態である樹脂製光学部品用の成形型の製造方法を説明するための断面工程図。第３エッチング工程の詳細を説明する断面模式図。本発明の実施形態である樹脂製光学部品用の成形型の製造方法を説明するための断面工程図。樹脂製光学部品用の成形型を製造する際に用いる射出成形用型を示す断面模式図。樹脂製光学部品の一例である反射防止層の一部を示す斜視図。樹脂製光学部品の一例である反射防止層の一部を示す断面模式図。樹脂製光学部品を備えた液晶表示装置の構成を示す断面模式図。樹脂製光学部品用の成形型の凹凸型面の平均深さの減少量とエッチング時間との関係を示すグラフ。

符号の説明

１…基板、３…酸化シリコン層、３ａ…第１酸化シリコン層、３ｂ…第２酸化シリコン層、３ｃ…酸化シリコン積層体、４…金属マスク層、５…レジスト層、１１…樹脂製光学部品用の成形型、１３…凹凸型面、１５…レジストパターン、３３…第１アパーチャ、３４…第２アパーチャ、３４ａ…開口部、５０…樹脂製光学部品（反射防止層）、５１ａ…微細凹凸面

Claims

樹脂製光学部品の微細凹凸面に対応する凹凸型面が設けられてなる成形型の製造方法であり、
基板上に酸化シリコン層と金属マスク層とレジスト層とを順次積層する工程と、電子ビーム描画法により前記レジスト層を露光するとともに該レジスト層を現像することにより、複数の突起状のレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクにして前記レジストパターンおよび前記金属マスク層を非選択的かつ異方的にエッチングする工程と、エッチング後の前記金属マスク層をマスクにして前記酸化シリコン層を選択的かつ等方的にエッチングする工程と、前記基板を回転させつつ、前記基板の斜め上方向から前記酸化シリコン層にイオンビームを照射する工程と、を具備してなることを特徴とする樹脂製光学部品用の成形型の製造方法。
前記イオンビームを、前記基板に対して１５°以上６０°以下の方向から照射することを特徴とする請求項１に記載の樹脂製光学部品用の成形型の製造方法。