JP2009175707A - 微細構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】凹凸構造とこの上に重畳された微小な凸部を有する微細構造体を良好に製造し得る製造技術を提供すること。
【解決手段】(a)一面側に複数の凸部を有する基板上に当該複数の凸部を覆う感光膜を形成し、(b)感光膜上に液体を配置し、(c)液体を挟んで、透明な平行平板を基板と対向配置し、(d)レーザービームを用いて干渉光を発生させ、当該干渉光を平行平板及び液体を介して感光膜に照射し、(e)液体及び平行平板を排した後に、感光膜を現像し、(f)感光膜を現像して得られた感光膜パターンをマスクとして用いて基板をエッチングし、(g)感光膜パターンを除去すること、を含み、上記(b)における液体の屈折率が、１より大きく感光膜の屈折率と同等かそれより低い値である、微細構造体の製造方法である。
【選択図】図６

Description

本発明は、微細な構造を有する素子（例えば、光学素子）の製造技術に関する。

表面に設けられた凹凸構造により入射光に対して回折作用を与える回折光学素子が知られている。本願出願人は、このような回折光学素子に対し、前述の凹凸構造よりも更に微小な凸部を形成することによって、回折光学素子に入射光の反射を防止する機能を付加することを検討している。また、本願出願人は、前述の回折光学素子に対し、前述の凹凸よりも更に微小なストライプ状の凸部（ワイヤーグリッド）を形成することによって、回折光学素子に偏光分離機能を付加することも検討している。このように、回折機能のための凹凸構造と、反射防止機能又は偏光分離機能のための微小な凸部とを重畳した回折光学素子が実現されると、その応用範囲は大きく広がる。

上述した反射防止機能又は偏光分離機能を担う微小な凸部の形成には、多くの場合、感光膜を用いたフォトリソグラフィ技術が採用される。この場合、基板上の凹凸構造を覆う感光膜が設けられ、この感光膜を露光、現像することによって微小なパターンのマスクが形成される。そして、このマスクを用いてエッチングを行うことにより、微小な凸部が形成される。しかしながら、従来から周知の手法（例えば、スピンコート、スプレーコート）を採用して感光膜を形成した場合、下部の凹凸構造に影響され、感光膜の表面が平坦にならない場合が多い。これは、凹凸構造の凹部に感光膜の材料液が溜まってしまうことが主な要因と考えられる。このため、凹凸構造とこの上に重畳された微小な凸部を有する微細構造体を良好に形成することは難しかった。このような課題は、回折光学素子の製造時に限られるものではなく、同様な構造を有する微細構造体の製造一般に共通するものでもある。また、何らかの機能を意図した凹凸構造上に更なる微小凸部を形成する場合に限らず、単に平坦性の低い基板上へ微小な凸部を形成したい場合においても同様の技術的課題を生じ得る。

なお、本願に関連する先行技術文献としては、例えば特表２００２−５２０６７７号公報（特許文献１）が挙げられる。しかし、この特許文献１には、凹凸構造に重畳して微小な凸部を有する微細構造体の一例が開示されているがその製造方法については十分な開示ないしは示唆がなく、上記した技術的課題を解決するには至っていない。

特表２００２−５２０６７７号公報

本発明に係る具体的態様は、平坦性の低い面に微小な凸部が形成されてなる微細構造体を良好に製造し得る製造技術を提供することを一つの目的とする。

本発明に係る第１の態様の微細構造体の製造方法は、少なくとも一面に複数の凸部を有する基板と、当該基板の一面に設けられた、前記複数の凸部の各々よりも小さい複数の微小凸部と、を備える微細構造体の製造方法であって、（ａ）前記基板上に前記複数の凸部を覆う感光膜を形成すること、（ｂ）前記基板上に前記感光膜を覆う液体を配置すること、（ｃ）前記液体を挟んで、透明な平行平板を前記基板と対向配置すること、（ｄ）レーザービームを用いて干渉光を発生させ、当該干渉光を前記平行平板及び前記液体を介して前記感光膜に照射すること、（ｅ）前記液体及び前記平行平板を
排した後に、前記感光膜を現像すること、（ｆ）前記（ｅ）によって形成された感光膜パターンをマスクとして用いて、前記基板をエッチングすること、を含み、前記（ｂ）における前記液体の屈折率が、１より大きく前記感光膜の屈折率と同等かそれより低い値である、ことを特徴とする。

上述した第１の態様の製造方法における（ｄ）において、複数のレーザービームを交叉させることによって干渉光を発生させることができる。また、（ｃ）において、回折格子を備えた平行平板を用い、（ｄ）において、単数のレーザービームを回折格子に入射させることによって干渉光を発生させてもよい。

また、上述した第１の態様の製造方法における（ｃ）において、平行平板に開口部を有する遮光層を形成することができる。このとき、（ｃ）において、開口部を複数形成し、（ｄ）において、平行平板の上に開口部を個々に露出させる遮蔽板を順次配置して複数の領域に干渉光を照射することができる。また、（ｃ）において、開口部を単数形成し、（ｄ）において、平行平板を移動させて複数の領域に干渉光を照射してもよい。

本発明に係る第２の態様の微細構造体の製造方法は、少なくとも一面に複数の凸部を有する基板と、当該基板の一面に設けられた、前記複数の凸部の各々よりも小さい複数の微小凸部と、を備える微細構造体の製造方法であって、（ａ）前記基板上に前記複数の凸部を覆う感光膜を形成すること、（ｂ）前記基板上に前記感光膜を覆う水溶性膜を形成すること、（ｃ）レーザービームを用いて干渉光を発生させ、当該干渉光を前記水溶性膜を介して前記感光膜に照射すること、（ｄ）前記感光膜を現像すること、（ｅ）前記（ｄ）によって形成された感光膜パターンをマスクとして用いて、前記基板をエッチングすること、を含み、前記（ｂ）における前記水溶性膜の屈折率が、１より大きく前記感光膜の屈折率と同等かそれより低い値である、ことを特徴とする。

また、上述した第１の態様の製造方法における（ｃ）において、複数のレーザービームを交叉させることによって干渉光を発生させることができる。

本発明に係る製造方法においては、感光膜の上に、空気に比して高屈折率の液体或いはこれと同等な水溶性膜を配置し、この状態でレーザー干渉露光を行う。液体又は水溶性膜を配置することにより、感光膜に直接に干渉光を入射させる場合（すなわち空気と感光膜とが接した状態で露光する場合）に比較して、感光膜とこれに接した媒体（液体及び平行平板）との屈折率差が小さくなる。それにより、感光膜の表面の凹凸による干渉光の回折が抑制され、感光膜内における干渉光の強度分布が乱れることを回避できる。従って、本発明に係る製造方法によれば、平坦性の低い面においても良好な露光を実現し、良質な微細構造体を製造することが可能となる。

上述した第２の態様の製造方法における上記（ｄ）においては、前記水溶性膜を排した後に前記感光膜を現像することができる。また、水溶性膜を排することなく、感光膜を現像することもできる。すなわち、感光膜の現像以前に水溶性膜を除去することは必須ではない。水溶性膜を設けたままで現像を行った場合には、感光膜にパターンが形成され、水溶性膜も同時に溶解させることができる。

好ましくは、前記（ａ）に先立って、前記基板の一面側に前記複数の凸部を形成すること、を更に含む。ここで、「複数の凸部」とは、例えば入射光に対する回折機能を奏するためのものである。それにより、何らかの凸部を形成した後、更にこれら凸部よりも微小な凸部を形成する場合において良好な露光を実現することができる。

好ましくは、前記基板がエッチングされた後に、前記感光膜パターンを除去すること、を更に含む。なお、感光膜パターンを残留させる場合には本工程を行わなくてよい。感光膜パターンが最終的に不要な場合にこれを取り除くことができる。

また、前記平行平板は、前記複数のレーザービームが入射する側の面上に反射防止膜を有することも好ましい。それにより、空気層と平行平板との界面で生じる反射光が抑制され、露光むらをより一層低減することが可能となる。

本発明に係る第３の態様の微細構造体の製造方法は、少なくとも一面に複数の凸部を有する基板と、当該基板の一面に設けられた、前記複数の凸部の各々よりも小さい複数の微小凸部と、を備える微細構造体の製造方法であって、（ａ）前記基板上に前記複数の凸部を覆う金属膜を形成すること、（ｂ）前記基板上に前記金属膜を覆う第１の反射防止膜を形成すること、（ｃ）前記基板上に前記第１の反射防止膜を覆う感光膜を形成すること、（ｄ）前記基板上に前記感光膜を覆う液体を配置すること、（ｅ）前記液体を挟んで、透明な平行平板を前記基板と対向配置すること、（ｆ）レーザービームを用いて干渉光を発生させ、当該干渉光を前記平行平板及び前記液体を介して前記感光膜に照射すること、（ｇ）前記液体及び前記平行平板を排除した後に、前記感光膜を現像すること、（ｈ）前記（ｇ）によって形成された感光膜パターンをマスクとして用いて、前記金属膜及び前記第１の反射防止膜をエッチングすること、を含み、前記（ｄ）における前記液体の屈折率が、１より大きく前記感光膜の屈折率と同等かそれより低い値である、ことを特徴とする。

上述した第３の態様の製造方法における（ｆ）において、複数のレーザービームを交叉させることによって干渉光を発生させることができる。また、（ｅ）において、回折格子を備えた平行平板を用い、（ｆ）において、単数のレーザービームを回折格子に入射させることによって干渉光を発生させてもよい。

また、上述した第３の態様の製造方法における（ｅ）において、平行平板に開口部を有する遮光層を形成することができる。このとき、（ｅ）において、開口部を複数形成し、（ｆ）において、平行平板の上に開口部を個々に露出させる遮蔽板を順次配置して複数の領域に前記干渉光を照射することができる。また、（ｅ）において、開口部を単数形成し、（ｆ）において、平行平板を移動させて複数の領域に干渉光を照射してもよい。

本発明に係る第４の態様の微細構造体の製造方法は、少なくとも一面に複数の凸部を有する基板と、当該基板の一面に設けられた、前記複数の凸部の各々よりも小さい複数の微小凸部と、を備える微細構造体の製造方法であって、（ａ）前記基板上に前記複数の凸部を覆う金属膜を形成すること、（ｂ）前記基板上に前記金属膜を覆う第１の反射防止膜を形成すること、（ｃ）前記基板上に前記第１の反射防止膜を覆う感光膜を形成すること、（ｄ）前記基板上に前記感光膜を覆う水溶性膜を形成すること、（ｅ）レーザービームを用いて干渉光を発生させ、当該干渉光を前記水溶性膜を介して前記感光膜に照射すること、（ｆ）前記感光膜を現像すること、（ｇ）前記（ｆ）によって形成された感光膜パターンをマスクとして用いて、前記金属膜及び前記第１の反射防止膜をエッチングすること、を含み、前記（ｄ）における前記水溶性膜の屈折率が、１より大きく前記感光膜の屈折率と同等かそれより低い値である、ことを特徴とする。

また、上述した第４の態様の製造方法における（ｅ）において、複数のレーザービームを交叉させることによって干渉光を発生させることができる。

本発明に係る製造方法においては、感光膜の上に、空気に比して高屈折率の液体或いはこれと同等な水溶性膜を配置し、この状態でレーザー干渉露光を行う。液体又は水溶性膜を配置することにより、感光膜に直接に干渉光を入射させる場合（すなわち空気と感光膜とが接した状態で露光する場合）に比較して、感光膜とこれに接した媒体（液体及び平行平板）との屈折率差が小さくなる。それにより、感光膜の表面の凹凸による干渉光の回折が抑制され、感光膜内における干渉光の強度分布が乱れることを回避できる。従って、本発明に係る製造方法によれば、平坦性の低い面においても良好な露光を実現し、良質な微細構造体を製造することが可能となる。

上述した第４の態様の製造方法における上記（ｆ）においては、前記水溶性膜を排した後に前記感光膜を現像することができる。また、水溶性膜を排することなく、感光膜を現像することもできる。すなわち、感光膜の現像以前に水溶性膜を除去することは必須ではない。水溶性膜を設けたままで現像を行った場合には、感光膜にパターンが形成され、水溶性膜も同時に溶解させることができる。

好ましくは、前記（ａ）に先立って、前記基板の一面側に前記複数の凸部を形成すること、を更に含む。ここで、「複数の凸部」とは、例えば入射光に対する回折機能を奏するためのものである。それにより、何らかの凸部を形成した後、更にこれら凸部よりも微小な凸部を形成する場合において良好な露光を実現することができる。

好ましくは、前記金属膜及び前記第１の反射防止膜がエッチングされた後に、前記感光膜パターンを除去すること、を更に含む。なお、感光膜パターンを残留させる場合には本工程を行わなくてよい。感光膜パターンが最終的に不要な場合にこれを取り除くことができる。

好ましくは、前記感光膜パターンが除去された後に、前記第１の反射防止膜を除去すること、を更に含む。第１の反射防止膜が最終的に不要な場合にこれを取り除くことができる。

なお、第１の反射防止膜を残留させる場合には本工程を行わなくてよい。それにより、工程の簡素化を図ることができる。

また、前記平行平板は、前記複数のレーザービームが入射する側の面上に第２の反射防止膜を有することも好ましい。それにより、空気層と平行平板との界面で生じる反射光が抑制され、露光むらをより一層低減することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図においては、各構成要素を図面上で認識し得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法や比率を実際のものとは適宜に異ならせてある。

（第１の実施形態）
図１は、第１の本実施形態に係る微細構造体の一例である回折光学素子の断面構造を示す模式図である。図１に示す本実施形態の回折光学素子（光学素子）１は、基板２と、回折構造部３と、グリッド部（非回折構造部）４と、を備える。

基板２は、入射光の波長に対して透明な基板である。基板２としては、例えばガラス基板（石英ガラス基板）などの無機材料からなる基板が用いられる。基板２の厚さは、例えば１．２ｍｍ程度である。この基板２の一面側に回折構造部３が設けられている。また、基板２の他面は図示のように平面である。

回折構造部３は、基板２の一面側に設けられている。この回折構造部３は、交互に配列された複数の凹部３ａ及び凸部３ｂを含む。なお、図中では便宜上、各１つずつの凹部３ａおよび凸部３ｂについて符号を付している。これらの凹部３ａおよび凸部３ｂからなる回折構造部３は図示のようにその断面形状が矩形である。なお、多少のテーパを有する形状であってもよい。本実施形態では、回折構造部３は、基板２の一面側を加工することによって形成されている。すなわち、基板２と回折構造部３とは一体に構成されている。

グリッド部４は、基板２の一面であって回折構造部３の上面に沿って設けられている。本実施形態のグリッド部４は、上記の基板２、回折構造部３と一体に形成されている。このグリッド部４は、上述した回折構造部３における複数の凸部３ｂの各々よりもサイズが小さい複数の微小凸部４ａを含む。各微小凸部４ａは、誘電体材料によって構成される。本実施形態では、各微小凸部４ａの構成材料は石英ガラスである。

図２は、グリッド部４の一部を拡大して示した模式的な斜視図である。グリッド部４の各微小凸部４ａは、例えば図２（Ａ）に示すように、一方向（図示のＹ方向）に延在するストライプ形状の構造体である。これらの微小凸部４ａは、例えばＸ方向に沿って周期的に配列されている。また、各微小凸部４ａは図２（Ａ）に示したような一次元グリッドに限定されず、例えば図２（Ｂ）に示すようにマトリクス状に配列されたもの（二次元グリッド）であってもよい。この場合における各微小凸部４ａの相互間隔は一定であってもよいし、一定でなくてもよい。なお、図２（Ｂ）では、微小凸部４ａの一例として円錐形状のものを示しているが、微小凸部４ａの形状はこれに限定されない。微小凸部４ａの形状は、半球状、角錐状、柱状などいずれの形状であってもよい。

図３は、回折構造部３の一部を拡大して示した模式的な斜視図である。図３（Ａ）に示すように、回折構造部３は、一方向（図示のＹ方向）に延在する複数の凹部３ａおよび凸部３ｂを有する。これらの凹部３ａおよび凸部３ｂは、図示のようにストライプ形状となっており、Ｘ方向に沿って周期的に配列されている。なお、各凹部３ａおよび凸部３ｂは図３（Ａ）に示したような一次元状の配列（一次元グリッド）に限定されず、例えば図３（Ｂ）に示すように各凹部３ａおよび凸部３ｂが二次元状の配列（二次元グリッド）であってもよい。

図４は、回折構造部３とグリッド部４を部分的に拡大して示す模式斜視図である。この図に基づき、グリッド部４の各微小凸部４ａが一次元グリッドである場合における回折構造部３とグリッド部４との配置関係の好適な態様について説明する。回折構造部３とグリッド部４との相互の配置関係は、例えば図４（Ａ）に示すような態様とすることができる。具体的には、図４（Ａ）に示す例では、回折構造部３の各凹部３ａおよび各凸部３ｂはそれぞれ図示のＹ方向に沿って延在しており、かつこれらの凹部３ａおよび凸部３ｂはＸ方向に沿って交互に配置されている。同様に、グリッド部４の各微小凸部４ａはそれぞれ図示のＹ方向に沿って延在しており、かつこれらの微小凸部４ａはＸ方向に沿って交互に配置されている。すなわち、各凹部３ａおよび各凸部３ｂの延在方向と微小凸部４ａの延在方向とが平行である。

また、回折構造部３とグリッド部４との相互の配置関係は、図４（Ｂ）や図４（Ｃ）に示すように、各凹部３ａおよび各凸部３ｂの延在方向と各微小凸部４ａの延在方向とがある角度で交差するようになっていることも好ましい。具体的には、図４（Ｂ）に示す例では、回折構造部３の各凹部３ａおよび各凸部３ｂはそれぞれ図示のＹ方向に沿って延在しており、かつこれらの凹部３ａおよび凸部３ｂはＸ方向に沿って交互に配置されている。これに対して、グリッド部４の各微小凸部４ａはそれぞれ図示のＹ方向に対してほぼ４５°の角度で交差した方向に沿って延在しており、かつこれらの微小凸部４ａは当該交差方向と直交する方向に沿って交互に配置されている。

図４（Ｃ）に示す例では、回折構造部３の各凹部３ａおよび各凸部３ｂはそれぞれ図示のＹ方向に沿って延在しており、かつこれらの凹部３ａおよび凸部３ｂはＸ方向に沿って交互に配置されている。これに対して、グリッド部４の各微小凸部４ａはそれぞれ図示のＹ方向に対してほぼ９０°の角度で交差した方向（すなわちＸ方向）に沿って延在しており、かつこれらの微小凸部４ａは当該交差方向と直交する方向（すなわちＹ方向）に沿って交互に配置されている。このように、各凹部３ａおよび凸部３ｂと各微小凸部４ａとの間を交差させることにより、各凹部３ａと各凸部３ｂとの段差の近傍における微小凸部４ａの形成がより容易となる。各凹部３ａおよび各凸部３ｂの延在方向と各微小凸部４ａの延在方向との交差角度は適宜設定すればよい。上記の一例とした交差角度である４５°および９０°は、光学系一般においてよく用いられる角度であるために好ましい。

図５は、回折構造部３およびグリッド部４の一部を拡大して示した模式断面図である。なお、説明の便宜上、ハッチングが省略されている。この図５に基づいて回折構造部３およびグリッド部４の構造を更に詳細に説明する。図示のように、回折構造部３の各凸部３ｂの相互間隔（凹凸構造の周期）をδ（ｎｍ）、グリッド部４の各微小凸部４ａの相互間隔（グリッド周期）をｄ（ｎｍ）、入射光の波長をλ（ｎｍ）とする。本実施形態の回折光学素子１においては、この入射光の波長λと回折構造およびグリッド構造との間には以下の（１）式の関係がある。
ｄ＜λ かつ λ＜δ （１）
回折光学素子１が可視光に対して用いられる場合を考えると、上記のδ、ｄはそれぞれ、例えばｄ＝３００ｎｍ、δ＝５．０μｍと定めることができる。すなわち、グリッド周期ｄは、入射光の波長λの半分程度かそれより小さい値であればよい。また、凹凸構造の周期δは、入射光の波長λの数倍〜１０倍程度であればよい。これらの関係を満たすことにより、凸部３ｂよりもサイズの小さい微小凸部４ａを実現できる。

また、グリッド部４の周期ｄと深さｈを、入射光の波長λとの関係で例えば以下の（２）式のように定めることができる。
ｄ＝０．５５０λ ， ｈ＝０．２０７λ （２）
このような条件でグリッド部４を形成すれば、グリッド部４によって反射光をほぼゼロとすることができる。例えば、λ＝５３２ｎｍとすると、ｄ＝２９３ｎｍ、ｈ＝１１０ｎｍとなる。

他方、回折構造部３の凹凸構造の深さｇ（凹部３ａと凸部３ｂとの段差）についての好適な条件は以下の（３）式によって定めることができる。
ｇ＝λ／２（ｎ−１） （３）
ただし、回折構造部３の素材の屈折率をｎとする。（３）式は、波長λに対する適正な深さが存在することを意味する。例えば、λ＝５３２ｎｍ、ｎ＝１．４６とすると、ｇ＝５７８ｎｍとなる。

本実施形態の回折光学素子１は以上のような構成を有しており、次にこの回折光学素子１の製造方法について説明する。
図６及び図７は、回折光学素子（微細構造体）の製造方法の一例を示す模式工程図である。回折光学素子１の断面の一部が拡大して示されている。

まず、基板２の一面に凹部３ａおよび凸部３ｂからなる回折構造部３が形成される（図６（Ａ））。本工程は、例えば周知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて実現できる。具体的には、基板２の一面上に感光膜（レジスト膜等；図示せず）を形成しておき、各凹部３ａおよび凸部３ｂに対応した露光パターンを有する露光マスクを用いてこの感光膜を露光し、現像する。その後、この現像後の感光膜をエッチングマスクとして用いて、ドライエッチングまたはウェットエッチングを行う。それにより、露光マスクのパターンが基板２の一面に所定の凹凸形状が形成される。ここで、基板２は、例えば上記のように石英ガラス基板であり、その板厚は例えば１．２ｍｍである。また、凹部３ａと凸部３ｂとの段差（すなわち回折構造部３の深さ）は、例えば上記のように５７８ｎｍである。この深さｇは、エッチング時間等によって制御する。

次に、基板２の一面上に、回折構造部３を覆う感光膜９が形成される（図６（Ｂ））。感光膜９は、例えばネガ型またはポジ型のレジスト膜である。感光膜９は、例えばスピンコート法を用いて形成することができる。この感光膜９の膜厚は適宜設定すればよいが、少なくとも各凹部３ａおよび凸部３ｂに重畳する領域を全て覆い、かつ膜表面がほぼ平坦となるようにすることが望ましい。しかし、感光膜９の下側の凹部３ａ及び凸部３ｂの影響により、図示のように感光膜９の表面の平坦性が低い場合がある。

次に、感光膜９を覆う高屈折率の液体（液状の膜）１０を形成し、この液体１０を挟んで、透明な平行平板（基板）１１を基板２と対向配置する（図６（Ｂ））。平行平板１１と基板２によって挟まれることにより、図示のように液体１０が感光膜９上に保持される。平行平板１１の少なくとも液体１０と接する面は、高い平坦性（例えば、数ｎｍレベル）を有することが望まれる。平行平板１１は、例えば石英ガラス基板からなる。また、図示のように、平行平板１１は、後述する複数のレーザービームが入射する側の面上に反射防止膜１３を有することも好ましい。反射防止膜１３とは、例えば誘電体多層膜などである。

ここで、液体１０は、その屈折率が１より大きく（すなわち、空気の屈折率より大きく）、かつ感光膜９の屈折率と同等（同程度）かそれより低い値であるものが用いられる。液体１０としては、例えば、半導体装置の製造時における液浸リソグラフィで使われている高屈折率液体を用いることができる。この場合における液体１０の屈折率は、例えば１．５３程度の値である。また、感光膜９の屈折率は、例えば１．７０程度であり、平行平板１１の屈折率は、例えば１．５０程度である。液体１０の屈折率は、感光膜９の屈折率に近いほど望ましい。なお、例示した各屈折率は後述するレーザーの波長（２６６ｎｍ）における値である。

次に、基板２の一面上に形成された感光膜９に対して、上述の液体１０及び平行平板１１を介してレーザー干渉露光が行われる（図６（Ｃ））。レーザー干渉露光に用いられる光源としては、例えば波長２６６ｎｍの連続発振ＤＵＶ（Deep Ultra Violet）レーザーが挙げられる。このレーザーから出力されるレーザービームを適宜２本のレーザービームＬ１、Ｌ２に分岐し、図示のように所定の角度で交叉させる。それにより、周期的な明暗からなる干渉縞を含む光（干渉光）が発生する。干渉縞のピッチ（明暗の周期）は上記の交叉角度によって決まる。交叉角度を適宜設定することにより、干渉縞のピッチを２９３ｎｍとすることができる。このような干渉光を感光膜９に照射することにより、感光膜９には干渉縞のピッチに対応した潜像パターンが形成される。上述のように平行平板１１に反射防止膜１３が設けられている場合には、空気層と平行平板１１との界面で生じる反射光が抑制され、露光むらをより一層低減することが可能となる。なお、微細構造体としての回折光学素子１に求められる精度等によってはある程度の露光むらが許容される場合も考えられ、また、平行平板１１、液体１０、感光膜９のそれぞれの屈折率のバランスによっては空気層と平行平板１１との界面における反射光が実用上問題ない程度に抑えられる場合も考えられる。このため、平行平板１１に反射防止膜１３を設けることは必須ではない。

次に、干渉光を用いて潜像パターンが形成された感光膜９が現像される（図６（Ｄ））。それにより、図示のように干渉縞のピッチに対応した周期を有する感光膜パターン９ａが形成される。例えば、干渉縞のピッチを２９３ｎｍとした場合には、この感光膜パターン９ａの周期も概ね２９３ｎｍとなる。

次に、感光膜パターン９ａをマスクとしてエッチング（例えば、ドライエッチング）が行われる（図７（Ａ））。それにより、図示のように感光膜パターン９ａのパターンが基板２に転写される。その後、感光膜パターン９ａが除去される（図７（Ｂ））。それにより、図示のように基板２の一面上に、回折構造部３の各凹部３ａおよび凸部３ｂの表面に沿ってグリッド部４（すなわち、各微小凸部４ａ）が形成される。

なお、上記図６及び図７においては一次元グリッドのグリッド部４を含む回折光学素子を製造する方法について示したが、図６（Ｃ）に示したレーザー干渉露光を行う際に、干渉光に対する基板２の一面の相対的位置を９０度違えて２度の露光を行うことにより、二次元グリッドのグリッド部４を含む回折光学素子を製造することができる。具体的には、干渉光と基板２の一面との相対的位置を変えて２度のレーザー干渉露光を行うにより、感光膜９に二次元格子状の潜像パターンを形成することができる。このような潜像パターンを用いてエッチングを行うことにより、二次元グリッドのグリッド部４を形成することができる。

次に、上述した製造方法の変形実施例について説明する。上述した製造方法においては、複数のレーザービームを交叉させて干渉光を発生させていたが、回折格子を用いることにより、単数のレーザービームを用いて干渉光を発生させることが可能となる。
図８は、上述した製造方法における図６に相当する本変形実施例に係る回折光学素子（微細構造体）の製造方法の一例を示す模式工程図である。

上述した製造方法と同様に、まず、基板２の一面に凹部３ａおよび凸部３ｂからなる回折構造部３が形成され（図８（Ａ））、次に、基板２の一面上に、回折構造部３を覆う感光膜９が形成される（図８（Ｂ））。
次に、上述した製造方法と同様に、感光膜９を覆う高屈折率の液体（液状の膜）１０を形成し、この液体１０を挟んで、平行平板（基板）１１を基板２と対向配置する（図８（Ｂ））。ここで、本変形実施例では、平行平板１１のレーザービームが入射する側の面上に後述する回折格子１４が形成されている。

次に、基板２の一面上に形成された感光膜９に対して、上述の液体１０及び平行平板１１を介してレーザー干渉露光が行われる（図８（Ｃ））。レーザー干渉露光に用いられる光源としては、上述した製造方法と同様のものを用い、このレーザーから出力される１本のレーザービームＬ１を所定の角度で回折格子１４に入射させる。それにより、周期的な明暗からなる干渉縞を含む光（干渉光）が発生する。このような干渉光を感光膜９に照射することにより、上述した製造方法と同様に、感光膜９には干渉縞のピッチに対応した潜像パターンが形成される。

次に、上述した製造方法と同様に、干渉光を用いて潜像パターンが形成された感光膜９が現像される（図８（Ｄ））。それにより、図示のように干渉縞のピッチに対応した周期を有する感光膜パターン９ａが形成される。
次に、上述した製造方法と同様に、感光膜パターン９ａをマスクとしてエッチングが行われ、感光膜パターン９ａが除去される（図７参照）。それにより、上述した製造方法と同様に、基板２の一面上に、回折構造部３の各凹部３ａおよび凸部３ｂの表面に沿ってグリッド部４（すなわち、各微小凸部４ａ）が形成される。

図９は、回折格子１４の拡大図である。
回折格子１４の凸部１４ａの形成方法は、例えば石英の平行平板１１の一面上に感光膜（レジスト膜等；図示せず）を形成しておき、各凸部１４ａに対応した露光パターンを有する露光マスクを用いてこの感光膜を露光し、現像する。その後、この現像後の感光膜をエッチングマスクとして用いて、ドライエッチングまたはウェットエッチングを行う。それにより、露光マスクのパターンが平行平板１１の一面に所定の凹凸形状が形成される。

図示のように、レーザービームの入射角をθ_ｉ、回折次数をｍ、入射光の波長をλ、回折格子１４の各凸部１４ａの相互間隔（凹凸構造の周期）をｄ１（ｎｍ）とする。本変形実施形態の回折格子１４においては、この入射光の入射角および波長λと回折構造との間には以下の（４）式の関係がある。
ｓｉｎθ_ｉ＝ｍλ／（２ｄ１） （４）

例えば相互間隔ｄ１＝１４０ｎｍ、幅Ｗ＝７０ｎｍの回折格子１４に対して波長λ＝２６６ｎｍのレーザービームを入射させ、０次と−１次の回折光を用いて露光する場合、回折次数ｍ＝−１とすると入射角θ_ｉ＝７１．８°となる。このとき、０次の回折光の回折角θ_０＝７１．８°、−１次の回折光の回折角θ_−１＝７１．８°となり、０次の回折光と−１次の回折光とで形成される干渉縞のピッチ（明暗の周期）は１４０ｎｍになる。すなわち、２本のレーザービームを交叉させて得られる干渉縞と同様の干渉縞が形成される。

０次と−１次の回折光の強度は回折格子の深さＤにより、調整することができる。
図１０は、縦軸を０次と−１次の回折光の回折効率、横軸を回折格子１４の深さＤとして、回折光の回折効率と回折格子１４の深さＤとの関係を示すグラフである。
図１０に示すように、深さＤ＝約１５０ｎｍの回折格子１４を用いることで、０次と−１次の回折光の強度が略等しくなることが分かる。したがって、回折格子１４の深さＤを約１５０ｎｍとすることで、コントラストの高い干渉縞を得ることができる。

図１１は、基板２にレーザービームが照射される領域を模式的に表した斜視図である。
基板２は、例えば約４０ｃｍ×約５０ｃｍ程度の大きさであり、基板２から複数の液晶パネルが形成される。レーザービームの強度分布は基板２上で正規分布を呈している。そのため、図１１に示すように、基板２の中央部にレーザービームを照射すると、レーザービームの強度が比較的均一な領域Ｒ１と、強度の変動が大きい領域Ｒ２が発生する。したがって、領域Ｒ１においてはコントラストの高い干渉縞を得ることができるが、領域Ｒ２においては干渉縞のコントラストが低下して意図した感光膜９の潜像パターンが得られない。そのため、領域Ｒ２においてレーザービームを遮蔽して領域Ｒ１にのみレーザービームを照射する必要がある。

図１２（Ａ）は、液体１０を挟んで平行平板１１を基板２と対向配置させた状態を示す図８（Ｂ）の縮尺を小さくし、平行平板１１のより広い領域を示す断面図である。
図１２（Ａ）に示すように、平行平板１１の液体１０側の面には、たとえば金属膜等の遮光性を有する材料により遮光層１５が形成されている。遮光層１５には、一の液晶パネルの寸法に対応した開口部１５ａが開口形成されている。開口部１５ａは、遮光層１５をフォトリソグラフィ法、エッチング法等によりパターニングすることで形成されている。開口部１５ａは、図１１に示す領域Ｒ１よりも小さくなるように形成されている。
平行平板１１の寸法が基板２の寸法と同等かそれ以下の場合には、開口部１５ａを複数形成することが好ましい。また、平行平板１１の寸法が基板２の寸法と比較して十分に大きい場合には、開口部１５ａは単数であってもよい。

図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）に示す平行平板１１に複数の開口部１５ａを形成した状態を示す分解斜視図である。
図１２（Ｂ）に示すように、平行平板１１のレーザービームの入射側には、開口部１５ａの一つを露出させる遮蔽板１６が配置されている。図８（ｃ）に示すように、回折格子１４を備えた平行平板１１にレーザービームＬ１を照射する際には、図１２（Ｂ）に示すように、遮蔽板１６から露出された開口部１５ａに、図１１に示すレーザービームの強度が均一な領域Ｒ１が重なるようにする。これにより、強度の変動が大きい領域Ｒ２のレーザービームを遮光層１５および遮蔽板１６により遮蔽して、コントラストの高い干渉縞を得ることができる。したがって、感光膜９の潜像パターンを均一に形成することができる。

次いで、遮蔽板１６を回転させるか、あるいは別の遮蔽板を用いて別の開口部１５ａを露出させ、同様にレーザービームＬ１を照射する。このように、個々の開口部１５ａを順次露出させてレーザービームＬ１を照射することで、基板２の複数の液晶パネルの形成領域に感光膜９の潜像パターンを均一に形成することができる。

図１２（Ｃ）は、図１２（Ａ）に示す平行平板１１に単数の開口部１５ａを形成した状態を示す分解斜視図である。
図１２（Ｃ）に示すように、平行平板１１は基板２に対して十分に大きく形成されている。すなわち、平行平板１１は、基板２の周辺部に開口部１５ａを移動させた状態で、開口部１５ａにより露出された部分を除いて基板２が平行平板１１に形成された遮光層１５によって覆われるように形成されている。

そのため、平行平板１１と基板２とを相対的に移動させて開口部１５ａに複数の液晶パネルの形成領域を順次露出させ、図１１に示すレーザービームの強度が均一な領域Ｒ１が重なるようにレーザービームＬ１を照射することができる。これにより、強度の変動が大きい領域Ｒ２のレーザービームを遮光層１５により遮蔽して、コントラストの高い干渉縞を得ることができる。したがって、基板２の複数の液晶パネルの形成領域に感光膜９の潜像パターンを均一に形成することができる。

次に、上述した製造方法の別の変形実施例について説明する。上述した製造方法においては、平行平板１１を用いて高屈折率の液体１０を保持していたが、この液体１０に代えて高屈折率の水溶性膜を用いることにより、平行平板１１の使用を省略することが可能となる。

図１３は、変形実施例に係る回折光学素子（微細構造体）の製造方法を示す模式工程図である。なお、上述した図６及び図７に示した製造方法と異なる点のみを示し、共通する部分については図示を省略している。

まず、上記と同様に、基板２の一面に凹部３ａおよび凸部３ｂからなる回折構造部３が形成され（図６（Ａ）参照）、この回折構造部３を覆う感光膜９が形成される（図６（Ｂ）参照）。

その後、感光膜９上に水溶性膜１２が形成される（図１３（Ａ））。水溶性膜１２の形成は、例えばスピンコート法によって行われる。水溶性膜１２の粘性等を適宜調整することにより、感光膜９の表面の段差を水溶性膜１２によって緩和することができる。このような水溶性膜としては、例えば東京応化工業株式会社のＴＳＰシリーズと称される、フォトレジストの表面に塗布するための反射防止膜を利用することができる。水溶性膜１２を用いる場合には、上記実施形態のように平行平板１１を用いる必要がない。水溶性膜１２は、その屈折率が１より大きく、かつ感光膜９の屈折率と同等かそれより低い値であるものが用いられる。例えば、水溶性膜１２の屈折率は１．４０〜１．５０程度である。水溶性膜１２の屈折率は、感光膜９の屈折率に近いほど望ましい。

次に、基板２の一面上に形成された感光膜９に対して、上述の水溶性膜１２を介してレーザー干渉露光が行われる（図１３（Ｂ））。レーザー干渉露光の諸条件は上述した通りである。上述のように２度のレーザー干渉露光を行ってもよい。
また、図１３（Ｂ）に仮想線（二点鎖線）で示すように、水溶性膜１２のレーザービームの入射側に図図８〜図１２に示す回折格子１４を備えた平行平板１１を配置して、Ｌ１またはＬ２のいずれか一方のレーザービームを用いてレーザー干渉露光を行ってもよい。

次に、感光膜９が現像される（図６（Ｄ）参照）。このとき、水溶性膜１２もその水溶性ゆえに容易に除去することができる。具体的には、感光膜９の露光に先立って水溶性膜１２を排しておいてもよいし、水溶性膜１２を排することなく、感光膜９を現像することもできる。すなわち、感光膜９の現像以前に水溶性膜１２を除去することは必須ではない。水溶性膜１２を設けたままで現像を行った場合には、感光膜９にパターンが形成され、水溶性膜１２も同時に溶解させることができる。これにより得られた感光膜パターン９ａをマスクとしてエッチングが行われ（図７（Ａ）参照）、感光膜パターン９ａのパターンが基板２に転写される。その後感光膜パターン９ａが除去される（図７（Ｂ）参照）。それにより、基板２の一面上に、回折構造部３の各凹部３ａおよび凸部３ｂの表面に沿ってグリッド部４（すなわち、各微小凸部４ａ）が形成される。

このように、第１の実施形態の製造方法においては、感光膜の上に、空気に比して高屈折率の液体或いはこれと同等な水溶性膜を配置し、この状態でレーザー干渉露光を行う。液体又は水溶性膜を配置することにより、感光膜に直接に干渉光を入射させる場合（すなわち空気と感光膜とが接した状態で露光する場合）に比較して、感光膜とこれに接した媒体（液体及び平行平板）との屈折率差が小さくなる。それにより、感光膜の表面の凹凸による干渉光の回折が抑制され、感光膜内における干渉光の強度分布が乱れることを回避できる。従って、本実施形態に係る製造方法によれば、平坦性の低い面においても良好な露光を実現し、良質な微細構造体を製造することが可能となる。

以上の本実施形態に係る製造方法によって製造される回折光学素子は、ガラス基板表面に形成された回折構造体の表面にグリッド構造（サブ波長構造）が重畳されたものであり、例えば入射するレーザービームを複数に分岐する用途や、エネルギー分布を変化させる等のビーム整形を行う用途に用いられる。サブ波長構造によって奏される反射防止機能により、入射光の反射損失を低減し、高い光利用効率を達成することが可能となる。このような回折光学素子は、特に、現時点において適当な反射防止膜の素材が存在しない、紫外線あるいは赤外線領域の光を利用する場合に適している。

なお、第１の実施形態では、微細構造体の一例として回折光学素子を示したが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、種々の微細構造体を製造する際に適用可能である。また、基板２の一例として石英ガラスを挙げていたが、半導体基板（例えば、シリコン基板）や金属基板（例えば、ニッケル基板）を基板２として用いることも可能である。半導体基板や金属基板に形成された微細構造体は成形型としても利用できる。

（第２の実施形態）
図１４は、第２の本実施形態に係る微細構造体の一例である回折光学素子の断面構造を示
す模式図である。図１４に示す本実施形態の回折光学素子（光学素子）３１は、基板３２と、回折構造部３３と、グリッド部（非回折構造部）３４と、を備える。これらの構成のうち、基板３２、回折構造部３３はそれぞれ上述した第１の実施形態における基板２、回折構造部３と共通しており、これらについては詳細な説明を省略する。本実施形態における回折光学素子３１は、グリッド部３４が金属からなる複数の微小凸部３４ａを含んで構成される点で、上記第１の実施形態の回折光学素子１と相違する。

グリッド部３４は、基板３２の一面であって回折構造部３３の上面に沿って設けられている。本実施形態のグリッド部３４は、上述した回折構造部３における複数の凸部３ｂの各々よりもサイズが小さい複数の微小凸部４ａを含む。各微小凸部４ａは、金属材料によって構成される。本実施形態では、各微小凸部４ａの構成材料は例えばアルミニウムである。グリッド部３４の各微小凸部４ａは、上述した第１の実施形態における図２（Ａ）に示したものと同様に、一方向（図示のＹ方向）に延在するストライプ形状の構造体である。これらの微小凸部４ａは、例えばＸ方向に沿って周期的に配列されている。このようなグリッド部３４は、偏光分離機能を奏する。すなわち、本実施形態の回折光学素子３１は、回折構造部３３による回折機能と、グリッド部３４による偏光分離機能とを併せ持つものである。

図１５は、回折構造部３３とグリッド部３４を部分的に拡大して示す模式斜視図である。一次元グリッドであるグリッド部３４の各微小凸部４ａと回折構造部３との配置関係の好適な態様については、上述した第１の実施形態と同様である。すなわち、回折構造部３３とグリッド部３４との相互の配置関係は、例えば図１５（Ａ）に示すような態様とすることができる。具体的には、図１５（Ａ）に示す例では、回折構造部３３の各凹部３３ａおよび各凸部３３ｂはそれぞれ図示のＹ方向に沿って延在しており、かつこれらの凹部３３ａおよび凸部３３ｂはＸ方向に沿って交互に配置されている。同様に、グリッド部３４の各微小凸部３４ａはそれぞれ図示のＹ方向に沿って延在しており、かつこれらの微小凸部３４ａはＸ方向に沿って交互に配置されている。すなわち、各凹部３３ａおよび各凸部３３ｂの延在方向と微小凸部３４ａの延在方向とが平行である。

また、回折構造部３３とグリッド部３４との相互の配置関係は、図１５（Ｂ）や図１５（Ｃ）に示すように、各凹部３３ａおよび各凸部３３ｂの延在方向と各微小凸部３４ａの延在方向とがある角度で交差するようになっていることも好ましい。具体的には、図１５（Ｂ）に示す例では、回折構造部３３の各凹部３３ａおよび各凸部３３ｂはそれぞれ図示のＹ方向に沿って延在しており、かつこれらの凹部３３ａおよび凸部３３ｂはＸ方向に沿って交互に配置されている。これに対して、グリッド部３４の各微小凸部３４ａはそれぞれ図示のＹ方向に対してほぼ４５°の角度で交差した方向に沿って延在しており、かつこれらの微小凸部３４ａは当該交差方向と直交する方向に沿って交互に配置されている。

図１５（Ｃ）に示す例では、回折構造部３３の各凹部３３ａおよび各凸部３３ｂはそれぞれ図示のＹ方向に沿って延在しており、かつこれらの凹部３３ａおよび凸部３３ｂはＸ方向に沿って交互に配置されている。これに対して、グリッド部３４の各微小凸部３４ａはそれぞれ図示のＹ方向に対してほぼ９０°の角度で交差した方向（すなわちＸ方向）に沿って延在しており、かつこれらの微小凸部３４ａは当該交差方向と直交する方向（すなわちＹ方向）に沿って交互に配置されている。このように、各凹部３３ａおよび凸部３３ｂと各微小凸部３４ａとの間を交差させることにより、各凹部３３ａと各凸部３３ｂとの段差の近傍における微小凸部３４ａの形成がより容易となる。各凹部３３ａおよび各凸部３３ｂの延在方向と各微小凸部３４ａの延在方向との交差角度は適宜設定すればよい。上記の一例とした交差角度である４５°および９０°は、光学系一般においてよく用いられる角度であるために好ましい。

本実施形態の回折光学素子３１は以上のような構成を有しており、次にこの回折光学素子３１の製造方法について説明する。
図１６及び図１７は、回折光学素子（微細構造体）の製造方法の一例を示す模式工程図である。回折光学素子３１の断面の一部が拡大して示されている。なお、第１の実施形態と共通する事項については説明を省略する。

まず、基板３２の一面に凹部３３ａおよび凸部３３ｂからなる回折構造部３３が形成される（図１６（Ａ））。本工程は、例えば周知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて実現できる。次に、この回折構造部３３を覆う金属膜４３が形成され、更にこの金属膜４３を覆う反射防止膜（第１の反射防止膜）４４が形成される（図１６（Ａ））。金属膜４３とは、上述したように、例えば膜厚１２０ｎｍ程度のアルミニウム膜が適しており、例えばスパッタリング法などの物理気相堆積法を用いて成膜される。また、反射防止膜４４とは、例えば膜厚９０ｎｍ程度のＳｎＯ２膜が適している。反射防止膜４４としてＳｉＯＮ膜を用いることもできる。

次に、基板２の一面上に、回折構造部３３上の金属膜４３及び反射防止膜４４を覆う感光膜３９が形成される（図１６（Ｂ））。本工程の詳細は上記した第１の実施形態の場合と同様である。

次に、感光膜３９の上に高屈折率の液体（液状の膜）４０を配置し、この液体４０を挟んで、透明な平行平板４１を基板３２と対向配置する（図１６（Ｃ））。本工程の詳細は上記した第１の実施形態の場合と同様である。すなわち、図示のように、平行平板４１は、後述する複数のレーザービームが入射する側の面上に反射防止膜（第２の反射防止膜）４５を有することも好ましい。ここでの反射防止膜４５とは、例えば誘電体多層膜などである。

次に、基板３２の一面上に形成された感光膜３９に対して、上述の液体４０及び平行平板４１を介してレーザー干渉露光が行われる（図１６（Ｄ））。本工程の詳細は上記した第１の実施形態の場合と同様である。本工程により、感光膜３９には干渉縞のピッチに対応した潜像パターンが形成される。上述のように平行平板４１に反射防止膜４５が設けられている場合には、空気層と平行平板４１との界面で生じる反射光が抑制され、露光むらをより一層低減することが可能となる。なお、微細構造体としての回折構造体３１に求められる精度等によってはある程度の露光むらが許容される場合も考えられ、また、平行平板４１、液体４０、感光膜３９のそれぞれの屈折率のバランスによっては空気層と平行平板４１との界面における反射光が実用上問題ない程度に抑えられる場合も考えられる。このため、平行平板４１に反射防止膜４５を設けることは必須ではない。

次に、干渉光を用いて潜像パターンが形成された感光膜３９が現像される（図１７（Ａ））。それにより、図示のように干渉縞のピッチに対応した周期を有する感光膜パターン３９ａが形成される。

次に、感光膜パターン３９ａをマスクとしてエッチング（例えば、ドライエッチング）が行われる（図１７（Ｂ））。それにより、図示のように感光膜パターン３９ａのパターンが反射防止膜４４及び金属膜４３に転写される。その後、感光膜パターン３９ａが除去される（図１７（Ｂ））。それにより、図示のように基板３２の一面上に、回折構造部３３の各凹部３３ａおよび凸部３３ｂの表面に沿ってグリッド部３４（すなわち、各微小凸部３４ａ）が形成される。なお、反射防止膜４４に感光膜パターン３９ａのパターンが転写されて得られた膜パターン４４ａについては、必要に応じて除去され（図１７（Ｃ）参照）、またはそのまま残される。

次に、上述した製造方法の変形実施例について説明する。
まず、上述した製造方法と同様に、基板３２の一面に凹部３３ａおよび凸部３３ｂからなる回折構造部３３が形成され、回折構造部３３を覆う金属膜４３が形成され、更にこの金属膜４３を覆う反射防止膜（第１の反射防止膜）４４が形成される（図１８（Ａ））。
次に、上述した製造方法と同様に、回折構造部３３上の金属膜４３及び反射防止膜４４を覆う感光膜３９が形成される（図１８（Ｂ））。

次に、感光膜３９の上に高屈折率の液体（液状の膜）４０を配置し、この液体４０を挟んで、透明な平行平板４１を基板３２と対向配置する（図１８（Ｃ））。ここで、本変形実施例では、平行平板４１のレーザービームが入射する側の面上に第１の実施形態の変形実施例と同様の回折格子４６が形成されている。

次に、基板２の一面上に形成された感光膜３９に対して、上述の液体１０及び平行平板１１を介してレーザー干渉露光が行われる（図１８（Ｄ））。レーザー干渉露光に用いられる光源としては、上述した製造方法と同様のものを用い、このレーザーから出力される１本のレーザービームＬ１を所定の角度で回折格子４６に入射させる。それにより、周期的な明暗からなる干渉縞を含む光（干渉光）が発生する。このような干渉光を感光膜３９に照射することにより、上述した製造方法と同様に、感光膜３９には干渉縞のピッチに対応した潜像パターンが形成される。

次に、上述した製造方法と同様に、感光膜３９が現像され、感光膜パターン３９ａをマスクとしてエッチングが行われ、感光膜パターン３９ａが除去される（図１７参照）。それにより、図示のように基板３２の一面上に、回折構造部３３の各凹部３３ａおよび凸部３３ｂの表面に沿ってグリッド部３４（すなわち、各微小凸部３４ａ）が形成される。

次に、上述した製造方法の別の変形実施例について説明する。上述した製造方法においては、平行平板４１を用いて高屈折率の液体４０を保持していたが、この液体４０に代えて水溶性膜を用いることにより、平行平板４１の使用を省略することが可能となる。

図１９は、変形実施例に係る回折光学素子（微細構造体）の製造方法を示す模式工程図である。なお、上述した図１６及び図１７に示した製造方法と異なる点のみを示し、共通する部分については図示を省略している。

まず、上記と同様に、基板３２の一面に凹部３３ａおよび凸部３３ｂからなる回折構造部３、金属膜４３及び反射防止膜４４が形成され（図１６（Ａ）参照）この反射防止膜４４を覆う感光膜３９が形成される（図１６（Ｂ）参照）。

その後、感光膜３９上に水溶性膜４２が形成される（図１９（Ａ））。水溶性膜４２の詳細については、上述した第１の実施形態における水溶性膜１２と同様である。

次に、基板３２の一面上に形成された感光膜３９に対して、上述の水溶性膜４２を介してレーザー干渉露光が行われる（図１９（Ｂ））。レーザー干渉露光の諸条件は上述した通りである。
また、図１９（Ｂ）に仮想線（二点鎖線）で示すように、水溶性膜４２のレーザービームの入射側に図１８に示す回折格子４６を備えた平行平板４１を配置して、Ｌ１またはＬ２のいずれか一方のレーザービームを用いてレーザー干渉露光を行ってもよい。

次に、感光膜３９が現像される（図１７（Ａ）参照）。このとき、水溶性膜４２もその水溶性ゆえに容易に除去することができる。具体的には、感光膜３９の露光に先立って水溶性膜４２を排しておいてもよいし、水溶性膜４２を排することなく、感光膜３９を現像することもできる。すなわち、感光膜３９の現像以前に水溶性膜４２を除去することは必須ではない。水溶性膜４２を設けたままで現像を行った場合には、感光膜３９にパターンが形成され、水溶性膜４２も同時に溶解させることができる。これにより得られた感光膜パターン３９ａをマスクとしてエッチングが行われ（図１７（Ｂ）参照）、感光膜パターン３９ａのパターンが金属膜４３及び反射防止膜４４に転写される。その後感光膜パターン３９ａが除去される（図１７（Ｂ）参照）。それにより、基板３２の一面上に、回折構造部３３の各凹部３３ａおよび凸部３３ｂの表面に沿ってグリッド部３４（すなわち、各微小凸部３４ａ）が形成される。

このように、第２の実施形態の製造方法においても、感光膜の上に、空気に比して高屈折率の液体或いはこれと同等な水溶性膜を配置し、この状態でレーザー干渉露光を行う。液体又は水溶性膜を配置することにより、感光膜に直接に干渉光を入射させる場合（すなわち空気と感光膜とが接した状態で露光する場合）に比較して、感光膜とこれに接した媒体（液体及び平行平板）との屈折率差が小さくなる。それにより、感光膜の表面の凹凸による干渉光の回折が抑制され、感光膜内における干渉光の強度分布が乱れることを回避できる。従って、本実施形態に係る製造方法によれば、平坦性の低い面においても良好な露光を実現し、良質な微細構造体を製造することが可能となる。

以上の本実施形態に係る製造方法によって製造される回折光学素子は、ガラス基板表面に形成された回折構造体の表面に、金属膜からなる一次元グリッド構造（サブ波長構造）が重畳されたものであり、例えば入射するレーザービームを拡散させる用途や、エネルギー分布を変化させる等のビーム整形を行う用途に用いられる。サブ波長構造によって奏される偏光分離機能により、入射光の一方の偏光成分のみを高い光利用効率で拡散反射させることが可能となる。このような偏光分離機能を備える回折光学素子は、例えば、携帯電話機等の携帯型機器の表示部を構成する部品として、或いは液晶プロジェクタの光変調部を構成する部品として好適に利用される。

なお、第２の実施形態では、微細構造体の一例として回折光学素子を示したが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、種々の微細構造体を製造する際に適用可能である。

（変形実施の態様）
以下に、上述した各実施形態についての変形実施の態様を説明する。

上述した各実施形態では、基板の一面側に対してエッチング等の加工を行うことによって回折構造部を形成していたが、他の製造方法を採用することも可能である。具体的には、基板の一面上に、使用する光波長に対して透明なポリマー（高分子樹脂）膜を形成し、その後このポリマー膜に対してフォトマスク露光およびウェットエッチングを行うことによって、上記と同様な回折光学素子を形成することも可能である。この方法によって形成した光学素子の構造例を図２０に示す。図２０に示す回折光学素子２０１は、上述した第１の実施形態に対応するものであり、ガラス等の基板２０２の一面側に、ポリマー膜を用いて形成された回折構造部２０３及びグリッド部２０４が配置されている。回折構造部２０３は凹部２０３ａおよび凸部２０３ｂを含み、これらの凹部２０３ａおよび凸部２０３ｂの表面に沿って、複数の微小凸部２０４ａからなるグリッド部２０４が配置されている。なお、説明及び図示を省略するが第２の実施形態においても同様である。

また、上記以外にも、型成形が可能であり、使用する光波長に対して透明な高屈折率ガラス（ｎ＝２．０程度）を用いて、回折構造部を有する基板を一体成形してもよい。この場合、屈折率が高いことにより、回折構造部の深さｇをより小さくすることが可能となるので、グリッド部を形成する上で好ましい。また、基板上に他の膜（例えば、ＳｉＯ2などの無機膜）を形成し、この膜を選択的にエッチングすることにより回折構造部を形成することもできる。この方法によって形成された光学素子の構造例を図２１に示す。図２１に示す光学素子３０１は、上述した第１の実施形態に対応するものであり、ガラス等の基板３０２の一面側に、ＳｉＯ2などの膜を用いて形成された回折構造部３０３が配置されている。回折構造部３０３は凹部３０３ａおよび凸部３０３ｂを含み、これらの凹部３０３ａおよび凸部３０３ｂの表面に沿って、複数の微小凸部３０４ａからなるグリッド部３０４が配置されている。なお、説明及び図示を省略するが第２の実施形態においても同様である。

また、基板の一面側における凹凸構造は、上記実施形態における回折構造部のように何らかの機能を発揮するものである場合のほか、単に基板の表面の平坦性が低い場合など、基板が元から凹凸構造を有するであっても本発明を適用することが可能である。

第１の実施形態に係る光学素子の断面構造を示す模式図である。 グリッド部の一部を拡大して示した模式的な斜視図である。 回折構造部の一部を拡大して示した模式的な斜視図である。 回折構造部とグリッド部を部分的に拡大して示す模式斜視図である。 回折構造部とグリッド部の一部を拡大して示した模式断面図である。 回折光学素子（微細構造体）の製造方法を示す模式断面図である。 回折光学素子（微細構造体）の製造方法を示す模式断面図である。 変形実施例に係る回折光学素子（微細構造体）の製造方法を示す模式断面図である。 平行平板の拡大図である。 回折光の回折効率と回折格子の深さとの関係を示すグラフである。 基板にレーザービームが照射される領域を模式的に表した斜視図である。 （Ａ）は変形実施例に係る回折光学素子（微細構造体）の製造方法を示す図であり、（Ａ）は模式断面図、（Ｂ）および（Ｃ）は模式斜視図である。 変形実施例に係る回折光学素子の製造方法を示す模式工程図である。 第２の実施形態に係る光学素子の断面構造を示す模式図である。 回折構造部とグリッド部を部分的に拡大して示す模式斜視図である。 回折光学素子（微細構造体）の製造方法を示す模式断面図である。 回折光学素子（微細構造体）の製造方法を示す模式断面図である。 変形実施例に係る回折光学素子の製造方法を示す模式工程図である。 変形実施例に係る回折光学素子の製造方法を示す模式工程図である。 他の実施形態の回折光学素子の断面構造を示す模式図である。 他の実施形態の回折光学素子の断面構造を示す模式図である。

符号の説明

１…回折光学素子（微細構造体）、２…基板、３…回折構造部、３ａ…凹部、３ｂ…凸部、４…グリッド部、４ａ…微小凸部、９…感光膜、９ａ…感光膜パターン、１０…液体、１１…平行平板、１２…水溶性膜、１３…反射防止膜、１４…回折格子、１５…遮光層、１５ａ…開口部、１６…遮蔽板

Claims (25)

1. 少なくとも一面に複数の凸部を有する基板と、当該基板の一面に設けられた、前記複数の凸部の各々よりも小さい複数の微小凸部と、を備える微細構造体の製造方法であって、（ａ）前記基板上に前記複数の凸部を覆う感光膜を形成すること、
   （ｂ）前記基板上に前記感光膜を覆う液体を配置すること、
   （ｃ）前記液体を挟んで、透明な平行平板を前記基板と対向配置すること、
   （ｄ）レーザービームを用いて干渉光を発生させ、当該干渉光を前記平行平板及び前記液体を介して前記感光膜に照射すること、
   （ｅ）前記液体及び前記平行平板を排した後に、前記感光膜を現像すること、
   （ｆ）前記（ｅ）によって形成された感光膜パターンをマスクとして用いて、前記基板をエッチングすること、
   を含み、
   前記（ｂ）における前記液体の屈折率が、１より大きく前記感光膜の屈折率と同等かそれより低い値である、
   微細構造体の製造方法。
2. 前記（ｄ）において、複数の前記レーザービームを交叉させることによって前記干渉光を発生させる、請求項１に記載の微細構造体の製造方法。
3. 前記（ｃ）において、回折格子を備えた前記平行平板を用い、
   前記（ｄ）において、単数の前記レーザービームを前記回折格子に入射させることによって前記干渉光を発生させる、請求項１に記載の微細構造体の製造方法。
4. 前記（ｃ）において、前記平行平板に開口部を有する遮光層を形成する、請求項３に記載の微細構造体の製造方法。
5. 前記（ｃ）において、前記開口部を複数形成し、
   前記（ｄ）において、前記平行平板の上に前記開口部を個々に露出させる遮蔽板を順次配置して複数の領域に前記干渉光を照射する、請求項４に記載の微細構造体の製造方法。
6. 前記（ｃ）において、前記開口部を単数形成し、
   前記（ｄ）において、前記平行平板を移動させて複数の領域に前記干渉光を照射する、請求項４に記載の微細構造体の製造方法。
7. 少なくとも一面に複数の凸部を有する基板と、当該基板の一面に設けられた、前記複数の凸部の各々よりも小さい複数の微小凸部と、を備える微細構造体の製造方法であって、（ａ）前記基板上に前記複数の凸部を覆う感光膜を形成すること、
   （ｂ）前記基板上に前記感光膜を覆う水溶性膜を形成すること、
   （ｃ）レーザービームを用いて干渉光を発生させ、当該干渉光を前記水溶性膜を介して前記感光膜に照射すること、
   （ｄ）前記感光膜を現像すること、
   （ｅ）前記（ｄ）によって形成された感光膜パターンをマスクとして用いて、前記基板をエッチングすること、
   を含み、
   前記（ｂ）における前記水溶性膜の屈折率が、１より大きく前記感光膜の屈折率と同等かそれより低い値である、
   微細構造体の製造方法。
8. 前記（ｃ）において、複数の前記レーザービームを交叉させることによって前記干渉光を発生させる、請求項１に記載の微細構造体の製造方法。
9. 前記（ｄ）は、前記水溶性膜を排した後に前記感光膜を現像する、請求項７または請求項８に記載の微細構造体の製造方法。
10. 前記（ａ）に先立って、前記基板の一面側に前記複数の凸部を形成すること、を更に含む、請求項１又は７又は８に記載の微細構造体の製造方法。
11. 前記基板がエッチングされた後に、前記感光膜パターンを除去すること、を更に含む、請求項１又は７又は８に記載の微細構造体の製造方法。
12. 前記平行平板は、前記複数のレーザービームが入射する側の面上に反射防止膜を有する、請求項１に記載の微細構造体の製造方法。
13. 少なくとも一面に複数の凸部を有する基板と、当該基板の一面に設けられた、前記複数の凸部の各々よりも小さい複数の微小凸部と、を備える微細構造体の製造方法であって、（ａ）前記基板上に前記複数の凸部を覆う金属膜を形成すること、
    （ｂ）前記基板上に前記金属膜を覆う第１の反射防止膜を形成すること、
    （ｃ）前記基板上に前記第１の反射防止膜を覆う感光膜を形成すること、
    （ｄ）前記基板上に前記感光膜を覆う液体を配置すること、
    （ｅ）前記液体を挟んで、透明な平行平板を前記基板と対向配置すること、
    （ｆ）レーザービームを用いて干渉光を発生させ、当該干渉光を前記平行平板及び前記液体を介して前記感光膜に照射すること、
    （ｇ）前記液体及び前記平行平板を排した後に、前記感光膜を現像すること、
    （ｈ）前記（ｇ）によって形成された感光膜パターンをマスクとして用いて、前記金属膜及び前記第１の反射防止膜をエッチングすること、
    を含み、
    前記（ｄ）における前記液体の屈折率が、１より大きく前記感光膜の屈折率と同等かそれより低い値である、
    微細構造体の製造方法。
14. 前記（ｆ）において、複数の前記レーザービームを交叉させることによって前記干渉光を発生させる、請求項１３に記載の微細構造体の製造方法。
15. 前記（ｅ）において、回折格子を備えた前記平行平板を用い、
    前記（ｆ）において、単数の前記レーザービームを前記回折格子に入射させることによって前記干渉光を発生させる、請求項１３に記載の微細構造体の製造方法。
16. 前記（ｅ）において、前記平行平板に開口部を有する遮光層を形成する、請求項１５に記載の微細構造体の製造方法。
17. 前記（ｅ）において、前記開口部を複数形成し、
    前記（ｆ）において、前記平行平板の上に前記開口部を個々に露出させる遮蔽板を順次配置して複数の領域に前記干渉光を照射する、請求項１６に記載の微細構造体の製造方法。
18. 前記（ｅ）において、前記開口部を単数形成し、
    前記（ｆ）において、前記平行平板を移動させて複数の領域に前記干渉光を照射する、請求項１６に記載の微細構造体の製造方法。
19. 少なくとも一面に複数の凸部を有する基板と、当該基板の一面に設けられた、前記複数の凸部の各々よりも小さい複数の微小凸部と、を備える微細構造体の製造方法であって、（ａ）前記基板上に前記複数の凸部を覆う金属膜を形成すること、
    （ｂ）前記基板上に前記金属膜を覆う第１の反射防止膜を形成すること、
    （ｃ）前記基板上に前記第１の反射防止膜を覆う感光膜を形成すること、
    （ｄ）前記基板上に前記感光膜を覆う水溶性膜を形成すること、
    （ｅ）レーザービームを用いて干渉光を発生させ、当該干渉光を前記水溶性膜を介して前記感光膜に照射すること、
    （ｆ）前記感光膜を現像すること、
    （ｇ）前記（ｆ）によって形成された感光膜パターンをマスクとして用いて、前記金属膜及び前記第１の反射防止膜をエッチングすること、
    を含み、
    前記（ｄ）における前記水溶性膜の屈折率が、１より大きく前記感光膜の屈折率と同等かそれより低い値である、
    微細構造体の製造方法。
20. 前記（ｅ）において、複数の前記レーザービームを交叉させることによって前記干渉光を発生させる、請求項１に記載の微細構造体の製造方法。
21. 前記（ｆ）は、前記水溶性膜を排した後に前記感光膜を現像する、請求項１９に記載の微細構造体の製造方法。
22. 前記（ａ）に先立って、前記基板の一面側に前記複数の凸部を形成すること、を更に含む、請求項１３又は１９に記載の微細構造体の製造方法。
23. 前記金属膜及び前記第１の反射防止膜がエッチングされた後に、前記感光膜パターンを除去すること、を更に含む、請求項１３又は１９に記載の微細構造体の製造方法。
24. 前記感光膜パターンが除去された後に、前記第１の反射防止膜を除去すること、を更に含む、請求項２３に記載の微細構造体の製造方法。
25. 前記平行平板は、前記複数のレーザービームが入射する側の面上に第２の反射防止膜を有する、請求項１３に記載の微細構造体の製造方法。

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