JP2009292703A - Method for manufacturing die for forming optical element, and method for forming optical element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学素子成形用の金型の製造方法等に係り、特に、反射防止構造を有する光学素子を製造するのに適した光学素子成形用の金型の製造方法等に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a mold for molding an optical element, and more particularly to a method of manufacturing a mold for molding an optical element suitable for manufacturing an optical element having an antireflection structure.
入射光に対する反射防止が必要となる光学素子には、反射防止対策が施されていることが多い。この反射防止対策として、蒸着、スパッタリング、塗装等の手法により、低屈折率からなる単層膜や、低屈折率と高屈折率とからなる多層膜を反射防止膜として成膜する方法が用いられる。この反射防止膜は、光の干渉を生じさせ、これにより光学素子に反射防止機能を持たせることができる。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手法で作ることができるため広く用いられている。しかし、光学的に最適な条件をもたせるには材料の選定、光学素子の形状、使用する光の波長等様々な要因が絡んでおり設計が難しい。また、成膜に複雑な工程が必要となり、コストがかかることが欠点である。 Anti-reflection measures are often taken for optical elements that need to prevent reflection of incident light. As an antireflection measure, a method of forming a single layer film having a low refractive index or a multilayer film having a low refractive index and a high refractive index as an antireflection film by a method such as vapor deposition, sputtering, or painting is used. . This antireflection film causes interference of light, whereby the optical element can have an antireflection function. Such an antireflection film is widely used because it can be formed by a general technique such as vapor deposition or sputtering. However, it is difficult to design optically optimal conditions because various factors such as material selection, optical element shape, and light wavelength to be used are involved. In addition, a complicated process is required for film formation, and the cost is disadvantageous.
そこで、反射防止膜の代わりに、光学素子表面に非常に微細な凹凸形状を持たせることで反射防止効果を持たせる技術が広く研究されている。これは、光の波長より短いピッチで、アスペクト比1以上の凹凸構造の表面に光を入射させた場合、その構造のピッチよりも長い波長の光がほとんど透過する現象を利用したものである。 Therefore, a technique for giving an antireflection effect by giving a very fine uneven shape on the surface of the optical element instead of the antireflection film has been widely studied. This utilizes the phenomenon that when light is incident on the surface of an uneven structure having an aspect ratio of 1 or more at a pitch shorter than the wavelength of light, light having a wavelength longer than the pitch of the structure is almost transmitted.
例えば、特許文献1には、電子線描画装置を用いて、光学素子上にドットアレイ状に金属のマスクを形成した後、反応性イオンエッチングを施し、その際金属マスク径が徐々に減少し、ついには消失するまでの間、光学素子をエッチングする事により、光学素子上に錘形状を形成する方法が記載されている。
また、他の方法としては、光学素子を金型を使用したプレス成形法により製造し、その際に形状転写元となる金型表面に凹凸構造を形成することが考えられる。金型にこのような凹凸構造を形成する方法として、例えば、特許文献2には、ニッケル基板上にニッケルとニッケルと相分離する材料を同時に成膜する工程と、成膜工程により得られたニッケルを成分とする複数のシリンダーと、複数のシリンダーを取り囲み、かつニッケルと相分離する材料を成分とするマトリックス領域とを有し、第1及び第2の材料の少なくともいずれか一方にニッケルを含有する混合膜からマトリックス部分をエッチング除去してニッケルあるいはニッケル合金からなる金型を作製する工程とを含む凹凸構造を有する光学素子用型の製造方法が記載されている。
For example, in Patent Document 1, an electron beam drawing apparatus is used to form a metal mask in the form of a dot array on an optical element, and then reactive ion etching is performed. At that time, the metal mask diameter gradually decreases, A method of forming a weight shape on an optical element by etching the optical element until it finally disappears is described.
As another method, it is conceivable that the optical element is manufactured by a press molding method using a mold, and a concavo-convex structure is formed on the surface of the mold as a shape transfer source. As a method for forming such a concavo-convex structure on a mold, for example, Patent Document 2 discloses a step of simultaneously forming a nickel and nickel phase-separating material on a nickel substrate, and a nickel obtained by the film forming step. And a matrix region containing a material surrounding the plurality of cylinders and phase-separated from nickel, and at least one of the first and second materials contains nickel. A method for producing a mold for an optical element having a concavo-convex structure including a step of producing a mold made of nickel or a nickel alloy by etching away a matrix portion from a mixed film is described.
しかしながら、電子線描画を用いる方法は非常に長時間の描画時間を要し、また描画装置が非常に高価であるため、生産コストの大幅な上昇となる。そのため、低コスト化が望まれている光学素子の生産には適さないという問題がある。
また、相分離する材料を利用して光学素子用型を製造する方法では、相分離する材料に合金を使用すると、合金を構成する金属の組み合わせにより凹凸構造のパターンサイズが決まってしまう。よって目的のパターンサイズに合わせるためには、異なる組み合わせの合金を種々選定する必要があるが、その選定は容易ではない。
However, the method using electron beam drawing requires a very long drawing time, and the drawing apparatus is very expensive, resulting in a significant increase in production cost. Therefore, there is a problem that it is not suitable for production of an optical element for which cost reduction is desired.
In addition, in the method of manufacturing an optical element mold using a phase-separating material, when an alloy is used as the phase-separating material, the pattern size of the concavo-convex structure is determined by the combination of metals constituting the alloy. Therefore, in order to match the target pattern size, various combinations of alloys need to be selected, but the selection is not easy.
上記課題に鑑み、本発明の目的は、簡易な手法により、反射防止構造の転写構造等の凹凸構造が形成された光学素子成形用の金型を製造する方法を提供することである。
更に、本発明の他の目的は、反射防止構造等の凹凸構造を表面に有する光学素子を大量、安価に製造する方法を提供することである。
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a method for producing a mold for molding an optical element in which a concavo-convex structure such as a transfer structure of an antireflection structure is formed by a simple method.
Furthermore, another object of the present invention is to provide a method for manufacturing an optical element having a concavo-convex structure such as an antireflection structure on its surface in a large amount and at a low cost.
本発明者らは、鋭意検討した結果、相分離する材料として、ブロックポリマーからなる自己組織化膜を使用し、この自己組織化膜を利用することで、凹凸構造を光学素子成形用の金型の表面に簡易に作製可能であることを見出し、かかる知見に基づき本発明を完成した。即ち、本発明は以下を要旨とするものである。 As a result of intensive studies, the present inventors have used a self-assembled film made of a block polymer as a material for phase separation, and by using this self-assembled film, the uneven structure can be used as a mold for molding optical elements. Based on this finding, the present invention was completed. That is, the gist of the present invention is as follows.
本発明の光学素子成形用の金型の製造方法は、母材にマスク膜を成膜する工程と、ブロックポリマーにより形成され二相よりなる自己組織化膜をマスク膜上に形成する工程と、自己組織化膜のうち一方の相からなる部分を除去する第1エッチング工程と、自己組織化膜のうち第1エッチング工程により除去した一方の相からなる部分に対応する部分の、第1エッチング工程によって露出したマスク膜を除去する第2エッチング工程と、第2エッチング工程により除去したマスク膜に対応する部分の、第2エッチング工程により露出した母材の表面部分を除去することで母材に凹凸構造を形成する第3エッチング工程と、を有することを特徴とする。 The optical element molding die manufacturing method of the present invention includes a step of forming a mask film on a base material, a step of forming a two-phase self-assembled film formed of a block polymer on the mask film, A first etching step of removing a portion of one phase of the self-assembled film, and a first etching step of a portion corresponding to the portion of one phase of the self-assembled film removed by the first etching step A second etching step for removing the mask film exposed by the step, and a surface corresponding to the mask film removed by the second etching step, by removing the surface portion of the base material exposed by the second etching step, And a third etching step for forming the structure.
ここで、凹凸構造は、反射防止構造の転写構造であることが好ましい。また、ブロックポリマーは、疎水性のポリマーと親水性のポリマーとが結合したものであることが好ましく、ジブロックポリマーであることが更に好ましい。このジブロックポリマーは、ポリスチレンとポリメタクリル酸メチルとが結合したものであることが好ましく、ポリメタクリル酸メチルは、20mol%〜30mol%の割合で含まれることが更に好ましい。 Here, the concavo-convex structure is preferably a transfer structure having an antireflection structure. The block polymer is preferably a combination of a hydrophobic polymer and a hydrophilic polymer, more preferably a diblock polymer. The diblock polymer is preferably a combination of polystyrene and polymethyl methacrylate, and the polymethyl methacrylate is more preferably contained in a proportion of 20 mol% to 30 mol%.
また、自己組織化膜のうち一方の相からなる部分は略円柱形状をなすことが好ましく、第1エッチング工程、第2エッチング工程、第3エッチング工程のうち少なくとも1つの工程は、乾式エッチングにより行うことが好ましく、乾式エッチングは、反応性イオンエッチングであることが更に好ましい。 Moreover, it is preferable that the part which consists of one phase among self-organization films | membranes makes a substantially cylindrical shape, and at least 1 process is performed by dry etching among a 1st etching process, a 2nd etching process, and a 3rd etching process. The dry etching is more preferably reactive ion etching.
また、本発明の光学素子の製造方法は、母材にマスク膜を成膜する工程と、マスク膜上にブロックポリマーにより形成され二相よりなる自己組織化膜を形成する工程と、自己組織化膜のうち一方の相からなる部分を選択的に除去する第1エッチング工程と、自己組織化膜のうち除去した一方の相からなる部分に対応する部分のマスク膜を除去する第2エッチング工程と、除去したマスク膜に対応する部分の母材の表面部分を除去する第3エッチング工程と、により製造された光学素子成形用の金型を用いて、加熱軟化させた光学素子母材をプレス成形することで、光学素子の表面に凹凸構造を形成することを特徴とする。 The optical element manufacturing method of the present invention includes a step of forming a mask film on a base material, a step of forming a self-assembled film formed of a block polymer on the mask film and comprising two phases, and a self-assembly. A first etching step for selectively removing a portion made of one phase of the film; and a second etching step for removing a mask film of a portion corresponding to the portion made of one phase of the self-assembled film. And a third etching step for removing the surface portion of the base material corresponding to the removed mask film, and press-molding the heat-softened optical element base material using the optical element molding die manufactured by the third etching step By doing so, an uneven structure is formed on the surface of the optical element.
ここで、凹凸構造は、反射防止構造であることが好ましい。 Here, the uneven structure is preferably an antireflection structure.
本発明によれば、簡易な手法により、反射防止構造の転写構造等の凹凸構造が形成された光学素子成形用の金型等を製造することができる。 According to the present invention, it is possible to manufacture a mold or the like for molding an optical element in which an uneven structure such as a transfer structure having an antireflection structure is formed by a simple method.
図1(a)〜(f)は、本実施の形態による成形面に凹凸構造を有する光学素子成形用の金型の製造方法を説明した図である。
まず、グラッシーカーボンよりなる母材11の表面にマスク膜12を成膜する(図1(a))。このマスク膜12は、後述するように乾式エッチングを行う際のマスクとして機能するものである。そして、この際にエッチングされにくい材料であれば、特に限定されることはないが、例えば、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、シリコン(Si)から選ばれる少なくとも一種の単体、合金、窒化物または酸化物を含む材料を使用することができる。本実施の形態では、クロムからなるマスク膜12を、スパッタリング法を用いて、20nmの厚さで成膜を行った。
FIGS. 1A to 1F are diagrams illustrating a method for manufacturing a mold for molding an optical element having a concavo-convex structure on a molding surface according to the present embodiment.
First, the
次に、ブロックポリマーにより形成され二相よりなる自己組織化膜13をマスク膜12上に形成する(図1(b))。後に詳述するが、このブロックポリマーは、成膜後に加熱等を行うことにより自己組織化して二相に分離し、マトリクス相14の中に分散相15が成長した構造となる。本実施の形態では分散相15は、略円柱形状であることが好ましい。
本実施の形態では、ブロックポリマーとして、PS(ポリスチレン)とPMMA(ポリメタクリル酸メチル)とが結合したものを使用する。本実施の形態では、PMMAが20mol%〜30mol%の割合で含まれ、残りをPSとしたジブロックポリマーを使用することができる。このジブロックポリマーの全体の分子量は、例えば、約40000である。そして、溶媒としてトルエンを用い、PS−PMMAが重量比で1%になるように分散させたスラリーをスピンコートすることにより成膜を行なうことができる。成膜後、170℃の温度で、24h加熱を行うアニール処理を行うと、1μmの厚さの自己組織化膜13が形成される。
ここで、図2は、自己組織化膜13を説明した斜視図である。図2で示したように、この自己組織化膜13は、PSを主成分とするマトリクス相14にPMMAを主成分とする略円柱形状である分散相15がハニカム状に成長した構造になる。
Next, a self-assembled
In the present embodiment, a block polymer in which PS (polystyrene) and PMMA (polymethyl methacrylate) are bonded is used. In the present embodiment, it is possible to use a diblock polymer containing PMMA at a ratio of 20 mol% to 30 mol% and the rest being PS. The total molecular weight of this diblock polymer is, for example, about 40,000. Film formation can be performed by spin-coating a slurry in which toluene is used as a solvent and PS-PMMA is dispersed at a weight ratio of 1%. After the film formation, if annealing is performed at 170 ° C. for 24 hours, a self-assembled
Here, FIG. 2 is a perspective view illustrating the self-assembled
次に、RFプラズマによる反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)による乾式エッチングを行い、自己組織化膜13のうち一方の相からなる部分を除去する(第1エッチング工程)(図1(c))。この乾式エッチングは、酸素ガスを処理ガスとすることで行う。このときのPMMAを主成分とする分散相15とPSを主成分とするマトリクス相14のエッチングレート比は約3:1である。即ち、この工程において、分散相15が先に除去され、ハニカム状に並んだ略円柱形状の空隙部16が形成される。そして、分散相15からなる部分に対応する部分のマスク膜12の一部が露出する。
本実施の形態において、反応性イオンエッチングは、酸素ガスの圧力を30Pa、RF電力を500W、処理時間を20minとした。
Next, dry etching by reactive ion etching (RIE) using RF plasma is performed to remove a portion composed of one phase of the self-assembled film 13 (first etching step) (FIG. 1C )). This dry etching is performed by using oxygen gas as a processing gas. At this time, the etching rate ratio between the
In the present embodiment, the reactive ion etching is performed by setting the pressure of the oxygen gas to 30 Pa, the RF power to 500 W, and the processing time to 20 minutes.
次に、残ったマトリクス相14をマスクとして、今度は処理ガスとしてアルゴンを用いたイオンエッチングによる乾式エッチングを行なう(第2エッチング工程)(図1(d))。これにより自己組織化膜13のうち第1エッチング工程により除去した一方の相からなる部分に対応する部分の、第1エッチング工程によって露出したマスク膜12を除去することができる。本実施の形態における乾式エッチングでは、PSを主成分とするマトリクス相14とクロムよりなるマスク膜12のエッチングレート比は約5:1である。即ち、この工程により、分散相15が存在した部分のマスク膜12が除去され、母材11の表面の一部が露出する。また、マトリクス相14が併せて除去される。
本実施の形態において、イオンエッチングは、アルゴンの圧力を1Pa、RF電力を500Wとし、処理時間を6minとした。
Next, using the
In the present embodiment, the ion etching was performed by setting the argon pressure to 1 Pa, the RF power to 500 W, and the processing time to 6 minutes.
次に、RFプラズマによる反応性イオンエッチングによる乾式エッチングを行う(第3エッチング工程)(図1(e))。この乾式エッチングは、酸素ガスを処理ガスとすることで行う。この乾式エッチングにより、クロムよりなるマスク膜12は、ほとんどエッチングされないが、グラッシーカーボンよりなる母材11は、エッチングが行われる。このため第2エッチング工程により除去したマスク膜12に対応する部分の、第2エッチング工程により露出した母材11の表面部分を除去することができる。その結果、母材11に凹部17が作製され、母材11に凹凸構造が形成される。
本実施の形態において、反応性イオンエッチングは、酸素ガスの圧力を30Pa、RF電力を500W、処理時間を20minとした。
Next, dry etching is performed by reactive ion etching using RF plasma (third etching step) (FIG. 1E). This dry etching is performed by using oxygen gas as a processing gas. By this dry etching, the
In the present embodiment, the reactive ion etching is performed by setting the pressure of the oxygen gas to 30 Pa, the RF power to 500 W, and the processing time to 20 minutes.
最後に、残存したマスク膜12をクロムエッチング液を用いて除去すると、微細な凹凸構造を有する光学素子成形用の金型10が製造できる(図1(f))。
本実施の形態において、この凹凸構造の中心間距離(P)は、約100nmとなった。また、凹凸構造の凹部底面から凸部頂面までの平均的な高さ(H)は約200nmとなった。このようにして、アスペクト比が1以上の微細な凹凸構造である、反射防止構造の転写構造を成形面に有する光学素子成形用の金型が製造できる。
Finally, when the remaining
In the present embodiment, the center-to-center distance (P) of this concavo-convex structure is about 100 nm. Further, the average height (H) from the bottom surface of the concave-convex structure to the top surface of the convex portion was about 200 nm. In this way, an optical element molding die having an antireflection structure transfer structure on the molding surface, which is a fine concavo-convex structure having an aspect ratio of 1 or more, can be produced.
一方、図5(a)〜(f)は、従来の電子線描画装置を用いた方法により、光学素子に凹凸構造を作製する方法を説明した図である。
まず、石英やガラス等からなる基板51に、電子線レジスト52をスピンコートにより成膜する(図5(a))。
次に、電子線描画装置により、電子線ビームを電子線レジスト52に照射し、電子線レジスト52を所定のパターン53を露光する(図5(b))。このパターンは例えば、数十nm程度の幅で描くことができる。
次に、露光した電子線レジスト52の露光した部分を現像により除去する(図5(c))。
次に、金属54を成膜する(図5(d))。この金属54は、例えばクロム(Cr)やアルミニウム(Al)からなり、蒸着を行うことで成膜することができる。
次に、リフトオフにより電子線レジスト52を除去する(図5(e))。その結果、基板51上に蒸着された金属54が残る。
次に、金属54を金属マスクとして、反応性イオンエッチングにより、エッチングを行う。ここでは、反応ガスとしてC4F8とCH2F2の混合ガスを用いることができる。そして、金属マスクが消失するまでエッチングを行うと錘形状の突起が得られる(図5(f))。
On the other hand, FIGS. 5A to 5F are views for explaining a method for producing a concavo-convex structure in an optical element by a method using a conventional electron beam drawing apparatus.
First, an electron beam resist 52 is formed on a
Next, the electron beam lithography is performed by irradiating the electron beam resist 52 with an electron beam drawing apparatus, and the electron beam resist 52 is exposed to a predetermined pattern 53 (FIG. 5B). This pattern can be drawn with a width of about several tens of nanometers, for example.
Next, the exposed portion of the exposed electron beam resist 52 is removed by development (FIG. 5C).
Next, a
Next, the electron beam resist 52 is removed by lift-off (FIG. 5E). As a result, the
Next, etching is performed by reactive ion etching using the
以上のような電子線描画装置を用いる方法では、図5(b)で説明を行った所定のパターン53を露光する工程において長時間の描画時間を要する。対して、本実施の形態のようにブロックポリマーを利用する方法では、長時間の描画時間を要さずに、微細な凹凸構造を作製することができる。
In the method using the electron beam drawing apparatus as described above, a long drawing time is required in the step of exposing the
次に、本実施の形態で使用するブロックポリマーについて更に詳述する。
本実施の形態で形成するブロックポリマーは、自発的に、あるいはアニール処理等により二相に分離するものであれば、特に限定されることはない。但し、相分離を容易に生じさせるために、疎水性のポリマーと親水性のポリマーとが結合したものであることが好ましい。より具体的には、上述したPS(ポリスチレン)−PMMA(ポリメタクリル酸メチル)からなるAB型のジブロックポリマーの他に、PP(ポリプロピレン)−EPR(エチレンプロピレン)からなるAB型のジブロックポリマー、PS(ポリスチレン)−PEO(ポリエチレンオキシド)−PS(ポリスチレン)からなるABA型のトリブロックポリマー等が使用可能である。
Next, the block polymer used in the present embodiment will be described in detail.
The block polymer formed in this embodiment is not particularly limited as long as it is spontaneously separated into two phases by annealing treatment or the like. However, in order to easily cause phase separation, a hydrophobic polymer and a hydrophilic polymer are preferably combined. More specifically, in addition to the AB type diblock polymer made of PS (polystyrene) -PMMA (polymethyl methacrylate), the AB type diblock polymer made of PP (polypropylene) -EPR (ethylene propylene). ABA type triblock polymer composed of PS (polystyrene) -PEO (polyethylene oxide) -PS (polystyrene) can be used.
相分離する材料として、合金を使用する場合は、合金を構成する金属の組み合わせによりパターンサイズが決まってしまう。そのため、目的のパターンサイズに合わせるためには、異なる組み合わせの合金を選定する必要があるが、その選定は容易ではない。一方、ブロックポリマーを使用した場合は、ブロックポリマーを構成するポリマーの鎖長を変化させることで容易にパターンサイズを目的のものに変更可能である。
更に、このようなパターンサイズの変更をするのに、ブロックポリマーを分散させた溶液の種類を変更するだけで済む。そのため、反射防止構造の転写構造を成形面に有する光学素子成形用金型の生産性を向上しやすくなり、光学素子を大量、安価に製造しやすくなる。
When an alloy is used as the material for phase separation, the pattern size is determined by the combination of metals constituting the alloy. Therefore, in order to match the target pattern size, it is necessary to select different combinations of alloys, but the selection is not easy. On the other hand, when a block polymer is used, the pattern size can be easily changed to a desired one by changing the chain length of the polymer constituting the block polymer.
Furthermore, to change the pattern size, it is only necessary to change the type of the solution in which the block polymer is dispersed. Therefore, it becomes easy to improve the productivity of an optical element molding die having a transfer structure of an antireflection structure on the molding surface, and it becomes easy to manufacture a large amount of optical elements at low cost.
なお、図1で説明した本実施の形態において、分散相15の部分を選択的にエッチング除去することにより、最終的に凹凸構造を母材11に形成した。しかしながら、マトリクス相14の部分を選択的にエッチング除去する方法でも、母材11に凹凸構造を作製することが可能である。このためには、例えば、PS(ポリスチレン)とPMMA(ポリメタクリル酸メチル)を、成分比にてPSを15mol%〜25mol%とし、残りをPMMAとしたジブロックポリマーを使用する。このような成分比のジブロックポリマーを使用することで、PMMAを主成分とするマトリクス相14にPSを主成分とする略円柱形状である分散相15がハニカム状に成長した構造になる。そして、図1(c)で説明を行った工程において、PMMAを主成分とするマトリクス相14が選択的にエッチング除去される。
In the present embodiment described with reference to FIG. 1, the uneven structure is finally formed in the
また、乾式エッチングとして容量結合型のRFプラズマによって反応性イオンエッチングを行う方法について説明したが、これに限られるものではなく、例えば、ECR(Electron Cyclotron Resonance)エッチング法、誘導結合プラズマエッチング法等も利用可能である。
更に、エッチングは、乾式エッチングに限るものではなく、ウエットエッチングを用いる方法でも適用可能である。
In addition, the method of performing reactive ion etching using capacitively coupled RF plasma as dry etching has been described. However, the present invention is not limited to this, and for example, ECR (Electron Cyclotron Resonance) etching method, inductively coupled plasma etching method, etc. Is available.
Further, the etching is not limited to dry etching, and can be applied by a method using wet etching.
次に、反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)を行う装置、エッチング条件等について詳しく説明を行う。
図3は、容量結合型のRFプラズマによって反応性イオンエッチングを行う処理装置を説明した図である。
図3で示した反応性イオンエッチングを行う処理装置30は、被処理物31が設置される設置台32と、設置台32に対向して配置される対向電極33とを有する。また、処理装置30は、被処理物31の周囲環境に所定の処理ガスを導入する処理ガス導入バルブ34と、設置台32と対向電極33との間に高周波電圧を印加する高周波電源35と、周囲環境から空気又は処理ガスを排気する排気バルブ36及び排気ポンプ37とを有して構成される。
Next, an apparatus for performing reactive ion etching (RIE), etching conditions, and the like will be described in detail.
FIG. 3 is a diagram illustrating a processing apparatus that performs reactive ion etching using capacitively coupled RF plasma.
The
設置台32は、被処理物31を搭載できる強度を有した、例えば、ステンレス等の導電体で構成される。そして、設置台32は、対向電極33と共に、高周波電源35に接続される。
The
対向電極33は、例えば、ステンレス等の導電体で構成される。対向電極33は、被処理物31が搭載された設置台32に対してほぼ平行になるように、対向電極33は設置台32に対して対向配置される。
The counter electrode 33 is made of, for example, a conductor such as stainless steel. The counter electrode 33 is disposed opposite to the installation table 32 so that the counter electrode 33 is substantially parallel to the installation table 32 on which the
処理ガス導入バルブ34は、後述する排気バルブ36及び排気ポンプ37とが、設置台32と対向電極33との間に形成される被処理物31の周囲環境から空気を排出して所定の真空度に達した後に、処理ガスを導入する。
In the processing
高周波電源35は、設置台32と対向電極33との間に高周波電圧を印加する。印加される高周波は、処理ガス導入バルブ34によって導入される処理ガスが励起されてプラズマを生起させる程度の周波数及び電圧を有する。
The high
排気バルブ36及び排気ポンプ37は、設置台32と対向電極33との間に形成される被処理物31の周囲環境から、所定の真空度に達するまで空気を排出する。また、排気バルブ36及び排気ポンプ37は、処理が終了した後に、処理ガスを排気する際に使用される。
The
以上の構成を有する処理装置30を使用して反応性イオンエッチングを行う方法を以下に説明する。
まず、被処理物31が設置台32上の所定位置に搭載される。被処理物31としては、本実施の形態では、図1(b)で説明を行った母材11上にマスク膜12および自己組織化膜13が形成されたものや、図1(d)で説明を行った母材11上に部分的にマスク膜12が残存したものが該当する。
次に、排気バルブ36及び排気ポンプ37が協働して、所定の真空度に達するまで被処理物31の周囲環境から空気を排出する。所定の真空度に達した後、処理ガス導入バルブ34から、処理ガスが導入される。
そして、設置台32と対向電極33との間に、高周波電源35によって高周波電圧が印加される。印加された高周波電圧により処理ガスが分解されて、ラジカルやイオンが生成される。生成されたラジカルやイオンは、被処理物31に衝突し、金属酸化物と化学反応を起こして気化させ除去することでエッチングが行われる。
A method of performing reactive ion etching using the
First, the
Next, the
A high frequency voltage is applied between the
次に、以上説明した製造方法により製造された金型10を用いて、光学素子をプレス成形する装置および方法を以下に説明する。
図4は、本実施の形態により反射防止構造の転写構造が作製された金型10を用いた、プレス成形装置100を示す構成図である。
プレス成形装置100は、光学素子をプレス成形する下金型10a及び上金型10bと、下金型10a及び上金型10bを所定の温度に維持する下均熱プレート114及び上均熱プレート116と、下金型10a及び上金型10bを昇温する下加熱ヒーター118及び上加熱ヒーター120とを有して構成される。また、プレス成形装置100は、上金型10bを可動させる加圧シリンダー124と、光学素子の成形環境を制御する窒素導入口126及び窒素排気口128と、下金型10a及び上金型10b等を収容するガラスレンズ成形器130と、上金型10bの動作を規制するスリーブ132とを有して構成される。
Next, an apparatus and a method for press-molding an optical element using the
FIG. 4 is a configuration diagram showing a
The
下金型10aと上金型10bとは共に、上述した反射防止構造の転写構造を成形面に有する金型10である。下金型10aと上金型10bとが、載置されて軟化された光学素子母材122をプレス成形法により成形してガラスレンズを製作する。
下均熱プレート114と上均熱プレート116は、それぞれ下加熱ヒーター118と上加熱ヒーター120に搭載される。下均熱プレート114と上均熱プレート116は、サーマルバッファ(熱的緩衝体)の役割を果たし、下加熱ヒーター118と上加熱ヒーター120から受ける熱を、光学素子の製作に支障がない程度に均一な状態にして下金型10aと上金型10bとに伝える。ここで、下加熱ヒーター118と上加熱ヒーター120とは、図示しない制御手段を用いて、下金型10aと上金型10bの表面がプレス成形に適した温度になるように制御されている。
Both the
Lower soaking
光学素子母材122は、例えば、シリカを主成分とし、アルミナ、ナトリウム、フッ化ランタン等が添加された低融点ガラスにより構成される。光学素子母材122は、例えば、軟化温度が約600℃以下の低融点ガラスであっても、軟化温度が約400℃以下の超低融点ガラスであってもよい。
加圧シリンダー124は、上加熱ヒーター120及び上均熱プレート116に固定された上金型10bを上下動させる駆動系である。図示しない制御手段により動作が制御される。
窒素導入口126及び窒素排気口128は、成形時の金型の雰囲気を窒素として、高温下での酸化を防止している。
The optical
The
The
以上の構成を有するプレス成形装置100が光学素子母材122をプレス成形して光学素子を製造する製造工程を以下に説明する。
まず、光学素子母材122を、下金型10aと上金型10bとの間に光学素子母材122を投入し、光学素子母材122をプレス成形装置100に配置する。
A manufacturing process in which the
First, the optical
次に、図示しない排気ポンプ及び処理ガス導入ポンプを使って、窒素導入口126から窒素を導入し、プレス成形装置100内部の空気を窒素ガスに置換する。そして、下加熱ヒーター118及び上加熱ヒーター120を昇温し、窒素雰囲気下で光学素子母材122の転移点(転移温度)Tgまで光学素子母材122を充分に加熱し、更に、屈伏点(屈伏温度)Atまで昇温して光学素子母材122を軟化させる。
そして、屈伏温度At付近になったとき、加圧シリンダー124により上金型10bを可動させ、下金型10aと上金型10bとにより光学素子母材122をプレスする。
Next, nitrogen is introduced from the
When the temperature becomes near the yield temperature At, the
光学素子母材122は、プレスの際に下金型10a及び上金型10bにより加えられる圧力により外側に広がり、下金型10aと上金型10bとの間にできる空隙に収容され、プレス成形される。それと同時に、下金型10aと上金型10bの表面の反射防止構造の転写構造凹部に光学素子母材122が充填される。
その後、圧力を加えたままプレス成形装置100を転移温度Tg付近まで冷却し、次に上金型10bの圧力を開放し、例えば常温まで冷却して、光学素子を取り出す。
この一連の工程により、下金型10aと上金型10bの表面の凹凸構造が光学素子に転写され、表面に反射防止構造等の凹凸構造が形成された光学素子が製造される。
The optical
Thereafter, the
Through this series of steps, the concavo-convex structure on the surfaces of the
10…金型、10a…下金型、10b…上金型、11…母材、12…マスク膜、13…自己組織化膜、14…マトリクス相、15…分散相、30…処理装置、100…プレス成形装置
DESCRIPTION OF
Claims (11)
母材にマスク膜を成膜する工程と、
ブロックポリマーにより形成され二相よりなる自己組織化膜を前記マスク膜上に形成する工程と、
前記自己組織化膜のうち一方の相からなる部分を除去する第1エッチング工程と、
前記自己組織化膜のうち前記第1エッチング工程により除去した前記一方の相からなる部分に対応する部分の、当該第1エッチング工程によって露出した前記マスク膜を除去する第2エッチング工程と、
前記第2エッチング工程により除去した前記マスク膜に対応する部分の、当該第2エッチング工程により露出した前記母材の表面部分を除去することで当該母材に凹凸構造を形成する第3エッチング工程と、
を有することを特徴とする光学素子成形用の金型の製造方法。 A method for producing a mold for optical element molding,
Forming a mask film on the base material;
Forming a two-phase self-assembled film formed of a block polymer on the mask film;
A first etching step of removing a portion of one phase of the self-assembled film;
A second etching step of removing the mask film exposed by the first etching step in a portion corresponding to the portion made of the one phase removed by the first etching step in the self-assembled film;
A third etching step of forming a concavo-convex structure on the base material by removing a surface portion of the base material exposed by the second etching step at a portion corresponding to the mask film removed by the second etching step; ,
The manufacturing method of the metal mold | die for optical element shaping | molding characterized by having this.
母材にマスク膜を成膜する工程と、当該マスク膜上にブロックポリマーにより形成され二相よりなる自己組織化膜を形成する工程と、当該自己組織化膜のうち一方の相からなる部分を選択的に除去する第1エッチング工程と、当該自己組織化膜のうち除去した一方の相からなる部分に対応する部分の当該マスク膜を除去する第2エッチング工程と、除去した当該マスク膜に対応する部分の当該母材の表面部分を除去する第3エッチング工程と、により製造された光学素子成形用の金型を用いて、加熱軟化させた光学素子母材をプレス成形することで、光学素子の表面に凹凸構造を形成することを特徴とする光学素子の製造方法。 A method for manufacturing an optical element, comprising:
A step of forming a mask film on a base material, a step of forming a self-assembled film formed of a block polymer on the mask film and comprising two phases, and a portion of the self-assembled film comprising one phase. Corresponding to the first etching step to selectively remove, the second etching step to remove the mask film in the portion corresponding to the portion composed of one phase of the self-assembled film, and the removed mask film An optical element by press-molding the heat-softened optical element base material using the optical element molding die manufactured by the third etching step for removing the surface portion of the base material of the part to be processed An uneven structure is formed on the surface of the optical element.
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