JP2006130841A - Method for producing member having reflection preventing structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、反射防止構造体を備えた部材の製造方法に関し、より特定的には、大面積かつ曲面形状の表面であっても高精度な反射防止構造体を形成できる反射防止構造体を備えた部材の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a member including an antireflection structure, and more specifically, includes an antireflection structure that can form an antireflection structure with high accuracy even on a large-area and curved surface. The present invention relates to a method for manufacturing a member.
入射光に対する反射防止処理が施されたレンズなどの光学素子やカメラ鏡筒などの光学部品は、様々な用途で用いられている。これらの光学素子や光学部品の光学機能面には、蒸着、スパッタリング、および塗装等の手法により反射防止処理が一般的に施されており、低屈折率層からなる単層膜や低屈折率層と高屈折率層とを積層した多層膜等の反射防止膜が形成されている(例えば、特許文献1)。 Optical elements such as lenses and optical components such as camera barrels that have been subjected to antireflection treatment for incident light are used in various applications. The optical functional surfaces of these optical elements and optical components are generally subjected to antireflection treatment by techniques such as vapor deposition, sputtering, and coating, and are provided with a single layer film or a low refractive index layer comprising a low refractive index layer. And an antireflective film such as a multilayer film in which a high refractive index layer is laminated (for example, Patent Document 1).
このような反射防止膜は、蒸着やスパッタリングという一般的な方法で形成できるため広く用いられていたが、反射防止膜の光学的膜厚を高精度に制御するためには複雑な工程が必要となるため、生産性やコスト面での改善が望まれていた。また、このような反射防止膜は、波長依存性があるため、所定の波長以外での反射防止効果は小さくなり、撮像光学機器において必要とされる可視光領域全域で良好な反射防止を達成することは非常に困難であり、さらに、入射角が大きくなると反射防止効果が小さくなるという角度依存性の問題もあるため、波長依存性と角度依存性とが改善された反射防止の方法が望まれていた。 Such an antireflection film has been widely used because it can be formed by a general method such as vapor deposition or sputtering, but a complicated process is required to control the optical film thickness of the antireflection film with high accuracy. Therefore, improvement in productivity and cost has been desired. In addition, since such an antireflection film has wavelength dependency, the antireflection effect at a wavelength other than a predetermined wavelength is reduced, and good antireflection is achieved over the entire visible light region required in the imaging optical apparatus. In addition, since there is an angle dependency problem that the antireflection effect decreases as the incident angle increases, an antireflection method with improved wavelength dependency and angle dependency is desired. It was.
そこで、これらの問題点を改善する方法として、近年、光学素子あるいは光学部品の表面に、反射防止構造体と呼ばれる、非常に微細な錐状凹凸形状をアレイ状に配列した構造体を形成する技術が注目を集めている。反射防止構造体とは、より具体的には、錐状凹凸形状が入射光の波長以下のピッチ(例えば、可視光であればサブミクロンピッチ)でアレイ状に並べられたものであり、この錐状凹凸形状のピッチと高さの比であるアスペクト比は1以上である。 Therefore, as a method for solving these problems, in recent years, a technology for forming a structure called an antireflection structure on which the surface of an optical element or optical component is arranged in a very fine conical uneven shape is arranged in an array. Has attracted attention. More specifically, the antireflection structure is a structure in which conical uneven shapes are arranged in an array at a pitch equal to or smaller than the wavelength of incident light (for example, submicron pitch in the case of visible light). The aspect ratio, which is the ratio of the pitch and height of the concavo-convex shape, is 1 or more.
このような反射防止構造体を光学素子あるいは光学部品の表面に形成すると、表面の屈折率分布は非常に滑らかに変化するようになり、錐状凹凸形状の配列ピッチよりも長い波長の入射光は、ほとんど全て光学素子あるいは光学部品内部に進入する。したがって、光学素子あるいは光学部品の表面からの光の反射を防止することができる。また、入射光の入射角度が大きくなっても、反射防止効果はそれほど小さくならないという特徴を持つ。このように、光学素子あるいは光学部品の表面に反射防止構造体を形成できれば、反射防止膜での課題である波長依存性と入射角依存性が解決できる。 When such an antireflection structure is formed on the surface of an optical element or optical component, the refractive index distribution on the surface changes very smoothly, and incident light having a wavelength longer than the arrangement pitch of the conical concavo-convex shape is not received. , Almost all enter the inside of the optical element or optical component. Therefore, reflection of light from the surface of the optical element or optical component can be prevented. Moreover, even if the incident angle of incident light increases, the antireflection effect does not decrease so much. Thus, if the antireflection structure can be formed on the surface of the optical element or optical component, the wavelength dependency and the incident angle dependency, which are problems in the antireflection film, can be solved.
反射防止構造体を形成する方法としては、例えば、特許文献2に記載されたものがある。この方法では、まず、石英ガラス等からなる光学素子の材料表面に、電子ビーム(EB)描画法によりパターニングすることによりレジストパターンを形成し、このレジストパターンを元にして、光学素子の材料表面に直接にサブミクロンピッチ構造のクロム(Cr)マスクを形成する。そして、光学素子材料のマスクで覆われた以外の部分をドライエッチング処理により微細加工する。
しかしながら、特許文献2に記載の方法のように、ドライエッチング処理を用いた微細加工法では、用いる光学材料によっては、エッチング処理後に表面が非常に荒れたり、エッチングレートが非常に遅くなることがあり、使用できる光学材料が限られるという問題がある。すなわち、石英ガラス等の単一成分材料であれば特に問題はないが、例えば、様々な光学常数で設計がなされる撮像光学機器に用いられる多成分ガラスや樹脂材料に上記した方法を適用しようとすると、所望の選択比が得られず、アスペクト比の大きい反射防止構造体を備えた光学素子あるいは光学部品を得ることはできない。 However, in the microfabrication method using the dry etching process as in the method described in Patent Document 2, depending on the optical material used, the surface may be very rough after the etching process or the etching rate may be very slow. There is a problem that optical materials that can be used are limited. That is, there is no particular problem as long as it is a single component material such as quartz glass, but for example, the above-described method is applied to multi-component glass and resin materials used in imaging optical devices designed with various optical constants. Then, a desired selection ratio cannot be obtained, and an optical element or an optical component including an antireflection structure having a large aspect ratio cannot be obtained.
また、特許文献2のように、サブミクロンピッチの非常に細かなパターンの形成には、EB描画法が用いられるのが一般的である。しかしながら、サブミクロンパターンのパターニングにEB描画法を用いると、非常に長時間の描画時間を要する。描画するパターン形状や条件にもよるが、例えば、5mm角の領域に0.25μmピッチで円形パターン(直径0.2μm)を描画するには、約5時間の描画時間を要する。したがって、例えば、カメラ鏡筒の内面全体に対応する面積(50mm角)に描画するには、500時間もの描画時間が必要となり、直接に、光学材料に反射防止構造体を形成して量産することは現実的に不可能であり、また、金型を製造することもかなり困難である。 In addition, as in Patent Document 2, the EB drawing method is generally used to form a very fine pattern with a submicron pitch. However, if the EB drawing method is used for patterning the submicron pattern, a very long drawing time is required. Depending on the pattern shape and conditions to be drawn, for example, it takes about 5 hours to draw a circular pattern (diameter 0.2 μm) at a pitch of 0.25 μm in a 5 mm square region. Therefore, for example, drawing on an area (50 mm square) corresponding to the entire inner surface of the camera barrel requires 500 hours of drawing time, and mass production is performed by directly forming an antireflection structure on the optical material. Is practically impossible and it is also quite difficult to manufacture molds.
さらには、EB描画法を用いる方法では、レンズなどの曲面形状の表面に微細パターンを描画することは非常に困難であり、非常に特殊な3次元位置制御のできるステージを備えた電子ビーム描画装置が必要となる。したがって、現実的には、電子ビーム描画を用いて、レンズ表面に反射防止構造体を形成することは不可能である。 Furthermore, in the method using the EB drawing method, it is very difficult to draw a fine pattern on a curved surface such as a lens, and an electron beam drawing apparatus provided with a stage capable of very special three-dimensional position control. Is required. Therefore, in reality, it is impossible to form an antireflection structure on the lens surface using electron beam drawing.
それ故に、本発明は、大面積かつ曲面形状の表面であっても、高精度な反射防止構造体を形成できる反射防止構造体を備えた部材の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a member provided with an antireflection structure that can form an antireflection structure with high accuracy even on a large-area and curved surface.
上記課題を解決する本発明は、以下の工程からなる反射防止構造体を備えた部材の製造方法である。すなわち、まず、原盤材料の表面に触媒機能を持った核形成を行う。次に、核の上に結晶を成長させることにより針状結晶を原盤材料の表面に形成する。次に、針状結晶が形成された原盤材料を用いて型を形成する。そして、得られた型を用いて反射防止構造体を備えた部材を形成する。このように、原盤材料の表面に形成された核の上に針状結晶を形成することで、大面積かつ曲面形状の表面であっても、高精度な反射防止構造体を形成でき、しかもこのような反射防止構造体を備えた型を安価に製造できる。このような型を容易に製造できることで、各種部材に反射防止構造体を容易に形成することができる。 This invention which solves the said subject is a manufacturing method of the member provided with the reflection preventing structure which consists of the following processes. That is, first, nucleation having a catalytic function is performed on the surface of the master material. Next, acicular crystals are formed on the surface of the master material by growing crystals on the nuclei. Next, a mold is formed using a master material on which needle-like crystals are formed. Then, a member provided with the antireflection structure is formed using the obtained mold. Thus, by forming a needle crystal on the core formed on the surface of the master material, a highly accurate antireflection structure can be formed even on a large area and curved surface. A mold having such an antireflection structure can be manufactured at low cost. Since such a mold can be easily manufactured, an antireflection structure can be easily formed on various members.
本発明における部材とは、具体的には、光学素子あるいは光学部品である。上述のように、大面積かつ曲面形状の表面であっても、高精度な反射防止構造体を備えた型を容易に製造できるため、光学素子あるいは光学部品のいずれにも、容易に反射防止構造体を形成することができる。 The member in the present invention is specifically an optical element or an optical component. As described above, even if the surface has a large area and a curved surface, a mold having a high-precision anti-reflection structure can be easily manufactured. Therefore, an anti-reflection structure can be easily applied to either an optical element or an optical component. The body can be formed.
針状結晶を原盤材料の表面に形成するときには、化学蒸着法、気相エピタキシー法、分子線エピタキシー法、および無電解メッキ法のうちのいずれかの方法により行い、核の上に、炭素、珪素、窒化珪素、二酸化珪素、窒化硼素、および金属の中から選ばれる少なくとも1種類を含む結晶を成長させる。 When forming acicular crystals on the surface of the master material, any one of chemical vapor deposition, vapor phase epitaxy, molecular beam epitaxy, and electroless plating may be used. A crystal containing at least one selected from silicon nitride, silicon dioxide, boron nitride, and metal is grown.
また、型を形成するときに、電鋳型を形成した場合には、部材を形成する際に、この電鋳型を用いて、樹脂材料からなる成形用素材を成型加工する。ここでの成型加工は、射出成形、プレス成形、およびナノインプリント法のいずれかの方法により行う。また、電鋳型を形成するときには、この電鋳型の成形面に撥水処理を施すようにしても良い。 Further, when an electroforming mold is formed when forming a mold, a molding material made of a resin material is molded using the electroforming mold when forming a member. The molding process here is performed by any one of injection molding, press molding, and nanoimprinting. Further, when forming the electroforming mold, the water repellent treatment may be applied to the molding surface of the electroforming mold.
また、本発明においては、型を形成するときに、針状結晶をマスクとして原盤材料の表面にドライエッチング処理を行い、次に、保護離型膜を形成することにより得られる場合には、得られた型を用いて多成分ガラスからなる成形用素材をプレス成形する。この時の原盤材料は、ドライエッチングによる表面荒れの少ない材料が好ましく、具体的には、石英ガラス、シリコン、ニッケル(Ni)合金、及び超硬合金上に酸化シリコン(SiO2 )膜又はシリコン(Si)膜を形成したものからなる群から選ばれる1つであることが望ましい。 Further, in the present invention, when forming the mold, if it is obtained by performing a dry etching process on the surface of the master material using the acicular crystal as a mask and then forming a protective release film, A molding material made of multi-component glass is press-molded using the obtained mold. The master material at this time is preferably a material with less surface roughness caused by dry etching. Specifically, a silicon oxide (SiO 2 ) film or silicon (on silica glass, silicon, nickel (Ni) alloy, and cemented carbide) It is desirable that it is one selected from the group consisting of Si) films.
保護離型膜は、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、タングステンおよびタンタルからなる群から選ばれる少なくとも1種類の金属にて形成されることが好ましい。 The protective release film is preferably formed of at least one metal selected from the group consisting of platinum, palladium, iridium, rhodium, osmium, ruthenium, rhenium, tungsten and tantalum.
また、プレス成形用型を形成するときには、保護離型膜を形成した後に、型の表面に炭素膜または窒化硼素膜を形成するようにしても良い。そして、多成分ガラスからなる成形用素材をプレス成形する際に、冷却せずに離型する。このような処理により、光学素子あるいは光学部品として多成分ガラスを用いても、形成された反射防止構造体の形状を損なうことなく容易に離型できる。なお、炭素膜または窒化硼素膜は、多成分ガラスからなる成形用素材の表面に形成するようにしても同様の効果が得られる。 When forming a press mold, a carbon film or boron nitride film may be formed on the surface of the mold after the protective release film is formed. Then, when the molding material made of multi-component glass is press-molded, it is released without cooling. By such treatment, even if multi-component glass is used as an optical element or optical component, it can be easily released without impairing the shape of the formed antireflection structure. The same effect can be obtained by forming the carbon film or boron nitride film on the surface of the molding material made of multi-component glass.
本発明における針状結晶とは、部材において反射を防止すべき光の波長以下のピッチでアレイ状に形成され、アスペクト比は1以上である。 The acicular crystals in the present invention are formed in an array at a pitch equal to or less than the wavelength of light that should be prevented from being reflected in the member, and the aspect ratio is 1 or more.
以上のように本発明によれば、反射防止構造体を備えた部材を形成するための型を、原盤材料の表面に触媒機能を持った核を形成して、この核の上に針状結晶を形成して形成することで、大面積や曲面上にも波長依存性や入射角依存性の非常に小さな反射防止構造体を容易に形成することができる。そして、得られた型を用いて光学材料を成形することにより、様々な光学材料で構成された各種の部材、すなわち光学素子や光学部品に精度の良い反射防止構造体を非常に容易に形成できる。 As described above, according to the present invention, a mold for forming a member having an antireflection structure is formed. A nucleus having a catalytic function is formed on the surface of a master material, and a needle-like crystal is formed on the nucleus. By forming the film, it is possible to easily form an antireflection structure having a very small wavelength dependency and incident angle dependency even on a large area or a curved surface. Then, by molding an optical material using the obtained mold, it is possible to very easily form a highly accurate antireflection structure on various members made of various optical materials, that is, optical elements and optical components. .
(第1の実施形態)
以下に、本発明の第1の実施形態に係る反射防止構造体を備えた部材の製造方法について説明する。本実施形態では、まず、原盤材料の表面に針状結晶を形成することにより電鋳型を形成し、この電鋳型を用いて、反射防止構造体を備えた部材を形成する。本実施形態における部材としては、具体的には、レンズ、プリズム、フィルター、光学シート、および回折格子等の光学素子や、レンズ鏡筒のような光学素子を保持するための機構部品等の光学部品が挙げられるが、以下の説明では、光学シートを例に挙げて説明する。
(First embodiment)
Below, the manufacturing method of the member provided with the reflection preventing structure which concerns on the 1st Embodiment of this invention is demonstrated. In this embodiment, first, an electroforming mold is formed by forming a needle-like crystal on the surface of a master material, and a member provided with an antireflection structure is formed using this electroforming mold. Specifically, the members in the present embodiment include optical elements such as lenses, prisms, filters, optical sheets, and diffraction gratings, and mechanical parts for holding optical elements such as lens barrels. In the following description, an optical sheet will be described as an example.
図1は、本実施形態に係る電鋳型を製造する過程における各段階での基板および型の断面図である。図1(a)は、電鋳型を形成するために使用する、原盤材料を示す。原盤材料には、(100)面に配向した直径100mmの単結晶シリコンウェハ基板11が用いられ、その表面は表面粗さRaが約2nm程度に平滑に研磨加工されている。この単結晶シリコンウェハ基板11の表面に、触媒機能を持った核を形成する。ここで、触媒機能を持った核とは、反応性ガスを核表面に吸着し、核の表面上で酸化還元反応などを引き起こす働きをするものであり、例えば、d電子を有する金属元素を蒸着法やスパッタリング法により、基板表面で初期的に形成される小さな核が挙げられる。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a substrate and a mold at each stage in the process of manufacturing an electroforming mold according to the present embodiment. FIG. 1 (a) shows a master material used to form an electroforming mold. As the master material, a single crystal
図1(b)は、単結晶シリコンウェハ基板11の表面に、触媒機能を持った核としてCrの島状結晶12を形成した状態を示す。図1(b)に示す状態の基板を得るためには、まず、単結晶シリコンウェハ基板11の表面に、Cr金属を原料とした電子ビーム真空蒸着法によりCrを蒸着させる。そして、Crの島状結晶12が形成されたところで蒸着を停止する。得られた島状結晶12は(100)面に配向しており、250nmのピッチで、単結晶シリコンウェハ基板11の表面にほぼ均等に緻密に形成されていた。
FIG. 1B shows a state in which
図1(c)は、島状結晶12の上に、針状結晶13を形成した状態を示す。このような状態の基板を得るためには、まず、島状結晶12が形成された単結晶シリコンウェハ基板11を、TEOS(テトラエトオキシシラン)ガス雰囲気下に曝し、基板温度200℃、ガス圧50Paの条件下で周波数13.56MHzの高周波を印可することにより放電プラズマを発生させる。そして、CVD(chemical vapor deposition) 法により、島状結晶12の上に、シリコン(Si)の結晶を成長させて針状結晶13を形成する。結晶の成長は、針状結晶13の大きさが、直径250nm、高さ800nmとなったところで停止する。なお、本発明における針状結晶13は、反射防止構造体が形成された部材、ここでは光学シートを使用する際に反射を防止すべき光の波長(以下、使用波長と称す)以下のピッチでアレイ状に形成され、アスペクト比が1以上となるように形成する。
FIG. 1C shows a state in which the needle-
図1(d)は、針状結晶13を形成した単結晶シリコンウェハ基板11から複製した電鋳型14を形成した状態を示す。このような状態の基板を得るためには、まず、針状結晶13が形成された単結晶シリコンウェハ基板11の表面をパラジウム(Pd)により活性化処理する。次に、この基板を、無電解ニッケル(Ni)−リン(P)メッキ溶液に浸漬して、針状結晶13の表面に厚み10nmの無電解Ni−Pメッキ層を形成することにより導電性を付与する。次いで、無電解Ni−Pメッキ層をカソード電極とし、対極に白金(Pt)板を用いて、スルファミン酸Niメッキ液中で、電流密度0.5A/dm2〜5A/dm2の条件下で、メッキ部分の厚みが約2mmになるまで電気メッキを行うことで、電鋳型14が得られる。
FIG. 1 (d) shows a state in which the
図1(e)は、反射防止構造体15を備えた電鋳型14の構成を示す断面図である。この電鋳型14は、図1(d)に示す状態の基板において、針状結晶13が形成された単結晶シリコンウェハ基板11と電鋳型14とを離型することにより得られる。得られた電鋳型14の成形面には、直径250nm、高さ800nmである針状結晶13の反転形状が、ピッチ250nmで、ほぼ均等にかつ緻密に形成された反射防止構造体15が形成される。
FIG. 1E is a cross-sectional view showing the configuration of the
上記のように製造された電鋳型14は、あらかじめ原盤材料(単結晶シリコンウェハ基板11)の上に触媒機能を持った核を形成し、この核の上に針状結晶13を成長させているので、波長依存性や入射角依存性の非常に小さな反射防止構造体を容易に製造することができる。このような反射防止構造体を備えた電鋳型14は、加熱軟化した樹脂や低融点ガラス等を直接に、射出成形やプレス成形する成形型として用いることができる。以下に、上記のように製造された電鋳型14を用いて、光学シートに反射防止構造体を形成する工程について説明する。
In the
図2は、本実施形態に係る反射防止構造体を備えた光学シートを製造する過程における各段階での装置の断面図である。ここでは、光学シートを形成する成形用素材として、ポリオレフィン樹脂を用い、プレス成形により光学シートを形成する。図2(a)は、光学シートの製造に使用する成形機の構成を示す断面図である。成形機は、下型21、上型23、予熱ステージ24、プレスステージ25、冷却ステージ26、上ヘッド27、シリンダー28、型投入口29、および型取出し口210を備える。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the device at each stage in the process of manufacturing an optical sheet including the antireflection structure according to the present embodiment. Here, a polyolefin resin is used as a molding material for forming the optical sheet, and the optical sheet is formed by press molding. Fig.2 (a) is sectional drawing which shows the structure of the molding machine used for manufacture of an optical sheet. The molding machine includes a
図2(a)において、シリンダー28によって上下方向(図中矢印方向)に可動自在に構成された上ヘッド27には、上記工程で形成した電鋳型14が上型23として固定されている。上型23と対向する位置にはプレスステージ25が配置されており、上型23およびプレスステージ25は、ともに所定の温度(ここでは180℃)に昇温されている。上型23と対をなす下型21は、表面を鏡面に研磨した平板石英ガラス(直径100mm、厚さ2mm)であり、成形用素材22である、直径80mm、厚さ1mmのポリオレフィン樹脂を載置した状態で、型投入口29から予熱ステージ24に供給される。予熱ステージ24は、180℃に昇温されている。予熱ステージ24に供給された下型21は、プレスステージ25、冷却ステージ26へと順次搬送される。
In FIG. 2A, the
図2(b)は、プレスステージ25へ供給された成形用素材22にプレス成形を行う状態を示す。シリンダー28の下降に伴って上型23が下降し、上型23と下型21によって成形用素材22はプレス成形される。ここでは、成形用素材22は、180℃に設定されたプレスステージ25上で、同じく180℃に設定された上型23および下型21により、5,000Nの圧力で1分間プレスされる。次に、そのままの圧力を保ちながら、プレスステージ、上型23、および下型21の温度を100℃まで下げたところで、シリンダー28を上昇させることにより、上ヘッド27とともに上型23を上昇させて、上型23を成形用素材22から離型させる。これにより、上型23に形成されていた反射防止構造体15が成形用素材22の表面へと転写され、反射防止構造体20が表面に形成された直径90mmの光学シート211が得られる。なお、上型23を離型させるときには、下型21はプレスステージ25に固定されるように外周部分をプレスステージ25に押し当てている(図示せず)ので、反射防止構造体20を備えた光学シート211は下型21に乗ったままの状態となる。この状態で、光学シート211を載置した下型21は、水冷している冷却ステージ26へと搬送される。
FIG. 2B shows a state in which the
図2(c)は、光学シート211を載置した下型21が冷却ステージ26へ搬送された状態を示す。冷却ステージ26へ搬送され、冷却された光学シート211は、下型21とともに、型取出し口210より成形機の外部へと搬出される。そして、下型21より冷却された光学シート211を取り外すことで、反射防止構造体20を備えた光学シート211の成形工程が完了する。得られた光学シート211は、直径90mm、厚み0.7mmのサイズであり、表面反射率を測定したところ波長600nmで、反射率0.1%であった。
FIG. 2C shows a state where the
上記のように、反射防止構造体15を備えた電鋳型14を用いて、反射防止構造体20を備えた光学シート211を形成するに要した時間は、数分程度である。また、電鋳型14自体の製造に要した時間も、延べの加工時間は数時間程度である。これに較べ、従来より行われているEB描画法により反射防止構造体を形成する場合には、同サイズ(直径90mm)のポリオレフィン樹脂シートの表面に反射防止構造体を形成するだけで、数百時間以上もの描画時間がかかる。したがって、本発明の製造方法は、飛躍的に生産性が向上していると言える。
As described above, the time required to form the
なお、上記において説明した電鋳型14は、図1(e)の工程の後に、さらに電鋳型14の成形面に撥水処理を施す工程を設けてもよい。撥水処理に使用する撥水処理剤には、従来公知の材料が使用でき、電鋳型14の成形面にこのような撥水処理材料をコーティングすることで、電鋳型14を成形型として用いる際に、成形用素材22、特に樹脂材料の付着が防止できる。従って、電鋳型14の成形面に撥水処理が施されていれば、図2(b)の工程において100℃まで成形型等の温度を下げなくても、容易に電鋳型14(上型23)を離型することができるようになり、さらに成形サイクルが短くなる。
The
また、上記説明では、CVD法によりSiの針状結晶13を原盤材料の表面に形成した例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、CVD法に代えて気相エピタキシー(VPE)法、分子線エピタキシー(MBE)法、および無電解メッキ法のうちのいずれかの方法を適用できる。また、Siの針状結晶13だけでなく、炭素(C)、窒化珪素(SiC)、二酸化珪素(SiO2 )、窒化硼素(BN)、および金属の中から1種類以上を含む結晶を成長させて針状結晶とすることもできる。
In the above description, an example in which the
また、上記説明では、電鋳型14を上型として用いてプレス成形法により反射防止構造体を備えた部材を形成する例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電鋳型14は、下型あるいは上型と下型の両方にも用いることができる。また、反射防止構造体を備えた部材を成形加工する際には、プレス成形法だけでなく、射出成形法やナノインプリント法等にも適用できる。
Further, in the above description, the example in which the member provided with the antireflection structure is formed by the press molding method using the
(実施の形態2)
以下に、本発明の第2の実施形態に係る反射防止構造体を備えた部材の製造方法について説明する。本実施形態では、反射防止構造体を備えた両面凸レンズの製造方法について説明する。本実施形態は、原盤材料として、石英ガラスを主体とする原盤材料を用い、反射防止構造体を備えた部材として多成分ガラスからなる両面凸レンズを形成する点で第1の実施形態とは異なる。ただし、原盤材料に針状結晶を形成する過程やプレス成形を行う成形機の基本的な構成は第1の実施形態とほぼ同様である。
(Embodiment 2)
Below, the manufacturing method of the member provided with the reflection preventing structure which concerns on the 2nd Embodiment of this invention is demonstrated. In the present embodiment, a method for manufacturing a double-sided convex lens having an antireflection structure will be described. This embodiment is different from the first embodiment in that a master disk material mainly composed of quartz glass is used as a master material, and a double-sided convex lens made of multicomponent glass is formed as a member having an antireflection structure. However, the process of forming the needle crystal on the master material and the basic configuration of the molding machine that performs press molding are substantially the same as those in the first embodiment.
図3は、本実施形態に係る反射防止構造体を備えた凸レンズ成形用型を製造する過程における各段階での原盤材料の断面図である。ここでは、ピッチ250nm、深さ800nmの円錐型の反射防止構造体を備えた多成分ガラスからなる両面凸レンズを製造するための成型用型を製造する過程について説明する。図3(a)は、凸レンズ成形用型の原盤材料の状態を示す。本実施の形態においては、このような原盤材料は、厚み2mm、直径5mmである円柱状の石英ガラス基板31を用い、石英ガラス基板31の表面(プレス面)に高精密研削加工及び研磨加工を施すことにより得られ、研磨加工が施された表面には、凸レンズの反転形状である凹曲面を有する成形面31aが形成されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the master material at each stage in the process of manufacturing a convex lens molding die provided with the antireflection structure according to this embodiment. Here, a process of manufacturing a mold for manufacturing a double-sided convex lens made of multicomponent glass provided with a conical antireflection structure having a pitch of 250 nm and a depth of 800 nm will be described. FIG. 3A shows the state of the master material of the convex lens molding die. In the present embodiment, such a master material uses a cylindrical
図3(b)は、石英ガラス基板31の成形面31aに、触媒機能を持った核としてPdの島状結晶32が形成された状態を示す。図3(b)に示す島状結晶32を得るためには、まず、凹曲面に加工された石英ガラス基板31の成形面31aに、アルゴン(Ar)ガスを用いたスパッタリング法により、Pdをスパッタリングする。そして、Pdの島状結晶32が形成されたところでスパッタリングを停止する。この時、Arガスの圧力は0.5Paであり、供給した高周波(RF)電力は300Wである。
FIG. 3B shows a state in which Pd island-
図3(c)は、島状結晶32の上に針状結晶33を形成した状態を示す。このような状態の基板を得るためには、まず、無電解メッキ法により、Ni−Cu−Pの針状結晶33をPdの島状結晶32の上に成長させ、Ni−Cu−Pの針状結晶33の大きさが、直径250nm、高さが200nmとなったところで結晶成長を停止する。これにより、石英ガラス基板31の成形面31aに、反射防止構造体に対応するマスクとして、Ni−Cu−Pからなる、直径250nm、高さ200nmの針状結晶33が形成される。このNi−Cu−Pの針状結晶33のマスクは、使用波長以下のピッチでアレイ状に緻密に形成されている。
FIG. 3C shows a state in which the
図3(d)は、針状結晶33をマスクとして、石英ガラス基板31の成形面31aをドライエッチング処理した状態を示す。このような状態の基板を得るためには、Ni−Cu−P針状結晶33のマスクが形成された石英ガラス基板31を、RFドライエッチング装置の中に入れ、CHF3 ガスとO2 ガスとを用いて、石英ガラス基板31の表面を、Ni−Cu−P針状結晶33のマスクが無くなるまでエッチング処理する。これにより、石英ガラス基板31の成形面31aに、ピッチ250nm、高さ800nmの円錐形状の反射防止構造体30が形成された凸レンズ成形用型34が得られる。この結果から、本実施の形態では、Ni−Cu−P針状結晶33のマスクと石英ガラスとのエッチングの選択比が4であることが判る。
FIG. 3D shows a state where the
最後に、スパッタリング法を用いて、Cr膜を介して表面保護のための離型保護膜として、Pt−Ir−W合金膜(図示せず)を0.05μmの厚みで形成した。以上により、反射防止構造体を有する凸レンズ成形用型34が得られた。得られた凸レンズ成形用型34は、曲面状の成型面に微細な形状を備えた反射防止構造体30が均一に形成されていた。
Finally, a sputtering method was used to form a Pt—Ir—W alloy film (not shown) with a thickness of 0.05 μm as a release protection film for surface protection via a Cr film. Thus, a convex lens molding die 34 having an antireflection structure was obtained. In the obtained convex lens molding die 34, the
以下に、上記のように製造された凸レンズ成形用型34を用いて、反射防止構造体を備えた多成分ガラスからなる両凸レンズを製造する方法について説明する。図4は、両凸レンズの製造に使用する成形機の構成を示す断面図である。成形機の基本的な構成は、第1の実施形態で説明した図2に示す成形機とほぼ同様である。 Hereinafter, a method for producing a biconvex lens made of multi-component glass having an antireflection structure using the convex lens molding die 34 produced as described above will be described. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a molding machine used for manufacturing a biconvex lens. The basic configuration of the molding machine is almost the same as the molding machine shown in FIG. 2 described in the first embodiment.
図4(a)に示す成形機では、反射防止構造体を備えた凸レンズ成形用型34を2個用意し、そのうち1個に、さらに離型性を良くするためにCのスパッタ膜を0.05μmの厚みで形成する。Cのスパッタ膜が形成された凸レンズ成形用型34は上型43として上ヘッド47に固定し、スパッタ膜が形成されていない凸レンズ成形用型34は下型41として予熱ステージ44に載置した。そして、型の酸化防止のために、ガス導入口412より、N2ガスを30リットル/分の流量で成形機内に導入し、プレスステージ45を所定の温度(ここでは、580℃)に昇温するとともに、予熱ステージ44も580℃に昇温した。成形用素材42には、直径4.3mm、厚み2mmのマーブル状のクラウン系硼珪酸ガラス(ガラス転移点(Tg):501℃、屈伏点(At):549℃)を用い、下型41の上に載せた状態で型投入口49より成形機の内部に投入し、580℃に設定した予熱ステージ44で3分間加熱した。
In the molding machine shown in FIG. 4 (a), two convex lens molding dies 34 having antireflection structures are prepared, and one of them is provided with a C sputtered film in order to further improve mold release properties. It is formed with a thickness of 05 μm. The convex lens molding die 34 on which the C sputtered film was formed was fixed to the
図4(b)は、プレスステージ45に供給された成形用素材42にプレス加工を行う状態を示す。プレスステージ45は、580℃に設定されており、シリンダー48が下降することにより上型43が下降し、上型43と下型41によって成形用素材42はプレス成形される。プレス条件は、1000Nの加圧力で2分間である。そして、そのまま温度を下げずに、シリンダー48を上昇させて、上ヘッド47とともに上型43を上昇させ、上型43を成形用素材42から離型させた。これにより、上型43および下型41に形成されていた反射防止構造体30が成形用素材42の表面に転写され、光学素子411として表面に反射防止構造体30が形成された両凸面レンズが得られる。なお、上型43を離型するときには、下型41はプレスステージ45に固定されるよう、外周部分をプレスステージ45に押し当てている(図示せず)ので、成形された反射防止構造体を備えた光学素子411が下型41に乗った状態となり、その状態で、300℃に設定した冷却ステージ46に搬送され、3分間冷却される。
FIG. 4B shows a state in which the forming
図4(c)は、反射防止構造体を備えた光学素子411を載置した下型41が冷却ステージ46に搬送された状態を示す。冷却ステージ46に搬送された光学素子411は、下型41とともに型取出し口410より成形機の外部に搬出される。そして、下型41より取り外すことにより、反射防止構造体を備えた光学素子411の製造が完了する。得られた光学素子411は、直径4.5mm、厚さ1.3mmの両凸レンズであり、表面反射率を測定すると波長600nmで、反射率0.05%であった。
FIG. 4C shows a state in which the
このように、本実施形態にかかる反射防止構造体を備えた部材の製造方法によると、多成分ガラスを成型用素材42として用いても、図4(b)の工程において説明したように、型の温度を下げなくても、すなわち成型用素材42を冷却しなくても、反射防止構造体の形状を損なうことなく容易に離型することができる。また、両凸レンズのような曲面上にも容易に反射防止構造体を成形できるようになる。したがって、様々な用途の光学素子および光学部品に適用できる。
As described above, according to the method for manufacturing the member provided with the antireflection structure according to the present embodiment, even if multi-component glass is used as the
なお、上記説明では、成型用型の表面にC膜を形成した例を挙げて説明したが、C膜の他にも窒化硼素膜も適用でき、さらには成型用型の代わりに成型用素材42の表面にこれらの膜を形成するようにしても同様の効果が得られる。また、上記説明では、上記説明では凸レンズ成形用型を形成するために円柱形状の原盤材料を用いたが、その形状は特に限定されるものではなく、製造する光学素子および光学部品の形状に応じて適宜選択可能である。
In the above description, the example in which the C film is formed on the surface of the molding die has been described. However, a boron nitride film can be applied in addition to the C film, and the
また、上記説明では、保護離型膜として、Pt−Ir−W合金膜を形成した例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、タングステンおよびタンタルからなる群から選ばれる少なくとも1種類の金属にて形成されたものが適用できる。 In the above description, the example in which the Pt—Ir—W alloy film is formed as the protective release film has been described. However, the present invention is not limited to this, and platinum, palladium, iridium, rhodium, A material formed of at least one metal selected from the group consisting of osmium, ruthenium, rhenium, tungsten and tantalum is applicable.
さらに、上記説明では、反射防止構造体の形状の形成に無電解メッキ法によるNi−Cu−P針状結晶を用いたが、原盤材料の表面に触媒機能を持った核形成を行った後、核の上に、CVD法、VPE法、あるいはMBE法により、C、Si、SiC、SiO2、BN、金属の中から1種類以上を含む結晶を成長させることにより、針状結晶を原盤材料表面に形成することができる。 Furthermore, in the above description, Ni-Cu-P needle-like crystals by electroless plating were used to form the shape of the antireflection structure, but after performing nucleation with a catalytic function on the surface of the master material, By growing a crystal containing one or more of C, Si, SiC, SiO 2 , BN, and metal on the core by CVD, VPE, or MBE, the acicular crystal is formed on the surface of the master material. Can be formed.
本発明は、大面積かつ曲面形状の表面であっても、高精度な反射防止構造体を形成できるという特徴を有するので、反射防止効果が要求されるレンズ素子、プリズム素子、およびミラー素子などの光学素子やレンズ鏡筒のような光学部品等に広く適用可能であり、これらの光学素子や光学部品が用いられる光再生記録装置の光ピックアップ光学系、デジタルスチルカメラなどの撮影光学系、プロジェクタの投影系および照明系、光走査光学系等に好適である。 Since the present invention has a feature that a highly accurate antireflection structure can be formed even on a large surface and a curved surface, such as a lens element, a prism element, and a mirror element that require an antireflection effect. Widely applicable to optical components such as optical elements and lens barrels, etc., optical pickup optical systems of optical reproduction recording devices in which these optical elements and optical components are used, photographing optical systems such as digital still cameras, projectors Suitable for projection systems, illumination systems, optical scanning optical systems, and the like.
11 単結晶シリコンウェハ基板
12 島状結晶
13 針状結晶
14 電鋳型
15 反射防止構造体
20 反射防止構造体
21、41 下型
22、42 成形用素材
23、43 上型
24、44 予熱ステージ
25、45 プレスステージ
26、46 冷却ステージ
27、47 上ヘッド
28、48 シリンダー
29、49 型投入口
210、410 型取出し口
211、411 光学素子
31 石英ガラス基板
32 島状結晶
33 針状結晶
34 凸レンズ成形用型
412 ガス導入口
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記核の上に結晶を成長させることにより針状結晶を原盤材料の表面に形成する工程と、
前記針状結晶が形成された原盤材料を用いて型を形成する工程と、
前記型を用いて反射防止構造体を備えた部材を形成する工程とを備えることを特徴とする、反射防止構造体を備えた部材の製造方法。 Nucleation process with catalytic function on the surface of the master material;
Forming acicular crystals on the surface of the master material by growing crystals on the nuclei;
Forming a mold using a master material on which the needle-like crystals are formed;
Forming a member provided with the antireflection structure using the mold, and a method for producing the member provided with the antireflection structure.
前記部材を形成する工程では、前記電鋳型を用いて、樹脂材料からなる成形用素材を成型加工することを特徴とする、請求項1に記載の反射防止構造体を備えた部材の製造方法。 In the step of forming the mold, an electroforming mold is formed,
The method for producing a member having an antireflection structure according to claim 1, wherein in the step of forming the member, a molding material made of a resin material is molded using the electroforming mold.
前記部材を形成する工程は、前記型を用いて多成分ガラスからなる成形用素材をプレス成形することを特徴とする、請求項1に記載の反射防止構造体を備えた部材の製造方法。 The step of forming the mold includes a step of performing a dry etching process on the surface of the master material using the acicular crystal as a mask, and a step of forming a protective release film,
The method for producing a member having an antireflection structure according to claim 1, wherein the step of forming the member comprises press-molding a molding material made of multi-component glass using the mold.
多成分ガラスからなる成形用素材をプレス成形する際に、冷却せずに離型することを特徴とする、請求項7に記載の反射防止構造体を備えた部材の製造方法。 The step of forming the press molding die further includes the step of forming a carbon film or a boron nitride film on the surface of the die after forming the protective release film,
The method for producing a member having an antireflection structure according to claim 7, wherein the molding material made of multicomponent glass is press-molded without being cooled.
多成分ガラスからなる成形用素材をプレス成形する際に、冷却せずに離型することを特徴とする、請求項7に記載の反射防止構造体を備えた部材の製造方法。 Prior to the press molding, further comprising a step of forming a carbon film or a boron nitride film on the surface of the molding material made of the multicomponent glass,
The method for producing a member having an antireflection structure according to claim 7, wherein the molding material made of multicomponent glass is press-molded without being cooled.
2. The antireflection structure according to claim 1, wherein the acicular crystals are formed in an array at a pitch equal to or less than a wavelength of light to be prevented from being reflected in the member, and an aspect ratio is 1 or more. The manufacturing method of the member provided with.
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