JP2010052398A - Mold, method for manufacturing the same, and method for manufacturing optical element - Google Patents

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Toshiharu Mori
登史晴 森
Kento Hasegawa
研人 長谷川
Junji Nishii
準治 西井
Haruya Kasa
晴也 笠
Yoshihiko Hirai
義彦 平井
Yoshihisa Kimoto
慶久 木元
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Osaka University NUC
Konica Minolta Opto Inc
Osaka Prefecture University PUC
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Osaka University NUC
Konica Minolta Opto Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mold capable of obtaining a fine one-dimensional periodic structure with a preferred height, the method for manufacturing the same, and the method for manufacturing an optical element having a fine one-dimensional periodic structure. <P>SOLUTION: In the mold, projection parts 12 extending in one direction on the surface 11a of a base plate 11 are formed periodically, at a predetermined interval in a direction B perpendicular to an extending direction A. In the projection parts 12, there is no flat portion parallel to the surface 11a of the base plate 11 in the tip portion thereof and the cross sections perpendicular to the extending direction A have a tapered shapes. The mold is manufactured, by forming a metal mask layer on the surface of the base plate, drawing the periodic structure by applying a resist on the metal mask layer, developing, and dry-etching the base plate. Furthermore, a glass material or a resin material is press molded by using the mold. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、モールド、特に光の波長オーダーの微細な一次元周期構造を有する光学素子を成型するためのモールド、その製造方法、及び、光学素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a mold, particularly a mold for molding an optical element having a fine one-dimensional periodic structure in the order of the wavelength of light, a manufacturing method thereof, and a manufacturing method of the optical element.

一般に、非球面レンズやレンズアレイなどの光学素子は、多くの場合、精密プレス成型技術(以下、モールド法とも称する)によって量産化されている。一方、光の波長オーダーの微細な一次元周期構造を有する回折機能を有する微小光学素子は、ガラス基板の表面にリソグラフィにより微細構造パターンを形成し、エッチング法などで直接加工する方法で作製されており、量産には高コストを要していた。   In general, optical elements such as aspheric lenses and lens arrays are often mass-produced by a precision press molding technique (hereinafter also referred to as a molding method). On the other hand, a micro optical element having a diffraction function having a fine one-dimensional periodic structure in the order of the wavelength of light is manufactured by forming a fine structure pattern on the surface of a glass substrate by lithography and directly processing it by an etching method or the like. Therefore, high cost was required for mass production.

そこで、近年では、前記モールド法をこれらの微細構造を有する光学素子の製造にも応用する開発が進められている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1などで従来提案されているモールドは、図14に示すように、基板111の表面111aに微細な凸部112を一方向に延在するように形成したもので、凸部112の周期Pは500nm、高さHは440nm、スペース幅Sは300nm、ライン幅Lは200nm、凸部112の側壁角αは84°である。   Therefore, in recent years, development has been advanced in which the mold method is applied to the production of optical elements having these fine structures (see, for example, Patent Document 1). As shown in FIG. 14, a mold conventionally proposed in Patent Document 1 or the like is formed by forming a fine convex 112 on a surface 111 a of a substrate 111 so as to extend in one direction, and the period of the convex 112. P is 500 nm, height H is 440 nm, space width S is 300 nm, line width L is 200 nm, and the sidewall angle α of the convex portion 112 is 84 °.

しかしながら、このようなモールド100を用いてガラス材料をプレス成型すると、図15に示すように、ガラス材料20が凸部112の間に十分に充填されず、成型品の微細な周期構造体に必要な高さが得られないという問題点を有している。その理由は、凸部112の先端が平らであるため、ガラス材料20を凸部112の間に押し上げる(充填させる)力が十分に得られないと考えられる。
特許第2992596号公報
However, when a glass material is press-molded using such a mold 100, the glass material 20 is not sufficiently filled between the convex portions 112 as shown in FIG. 15, and is necessary for a fine periodic structure of a molded product. There is a problem that a high height cannot be obtained. The reason for this is considered to be that the tip of the convex portion 112 is flat, so that a sufficient force to push (fill) the glass material 20 between the convex portions 112 cannot be obtained.
Japanese Patent No. 2992596

そこで、本発明の目的は、好ましい高さの微細な一次元周期構造を得ることのできるモールド、その製造方法、及び、微細な一次元周期構造を有する光学素子の製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a mold capable of obtaining a fine one-dimensional periodic structure having a preferable height, a method for producing the mold, and a method for producing an optical element having a fine one-dimensional periodic structure. .

以上の目的を達成するため、本発明の第1の形態は、
基板の表面に一方向に延在する凸部が該凸部の延在方向と直交する方向に所定の間隔で周期的に形成された、一次元周期構造のモールドであって、
前記凸部は、その先端部分に基板の表面と平行な平坦部が存在することなく、前記延在方向と直交する断面が先細な形状であること、
を特徴とする。
In order to achieve the above object, the first aspect of the present invention provides:
A mold having a one-dimensional periodic structure in which convex portions extending in one direction on the surface of the substrate are periodically formed at predetermined intervals in a direction perpendicular to the extending direction of the convex portions,
The convex part has a tapered shape in a cross section perpendicular to the extending direction without a flat part parallel to the surface of the substrate at the tip part,
It is characterized by.

第1の形態である前記モールドにおいて、所定の間隔で周期的に形成された凸部は、その先端部分に基板の表面と平行な平坦部が存在することなく、延在方向と直交する断面が先細な形状であるため、ガラス材料や樹脂材料をプレス成型する際に、成型材料に対して成型材料を凸部の間に充填させるための力が大きく作用することになり、成型品(光学素子)に微細な周期構造体を必要な高さに形成することができる。   In the mold according to the first aspect, the convex portion periodically formed at a predetermined interval has a cross section orthogonal to the extending direction without a flat portion parallel to the surface of the substrate at the tip portion. Because of its tapered shape, when a glass material or a resin material is press-molded, the force for filling the molding material between the convex portions acts greatly on the molding material. A fine periodic structure can be formed at a required height.

本発明の第2の形態は、
前記第1の形態であるモールドの製造方法であって、
基板の表面にメタルマスクを成膜する工程と、
前記メタルマスク上にレジストを塗布する工程と、
前記レジストに周期構造を描画し、現像する工程と、
反応性ガス又は反応性ガスと不活性ガスとの混合ガスを用いて前記基板をドライエッチングする工程と、
を備えたことを特徴とする。
The second aspect of the present invention is:
A method for manufacturing a mold according to the first embodiment,
Forming a metal mask on the surface of the substrate;
Applying a resist on the metal mask;
Drawing and developing a periodic structure on the resist; and
Dry etching the substrate using a reactive gas or a mixed gas of a reactive gas and an inert gas;
It is provided with.

本発明の第3の形態は、
前記第1の形態であるモールド又は前記第2の形態である方法で製造されたモールドを用いて、ガラス材料又は樹脂材料をプレス成型し、微細な一次元周期構造を有する光学素子を成型することを特徴とする。
The third aspect of the present invention is:
Using a mold that is the first form or a mold that is manufactured by the method that is the second form, press molding a glass material or a resin material to form an optical element having a fine one-dimensional periodic structure. It is characterized by.

以下、本発明に係るモールド、その製造方法、及び、光学素子の製造方法の実施例について説明する。   Hereinafter, examples of the mold according to the present invention, the manufacturing method thereof, and the manufacturing method of the optical element will be described.

(モールド、図1及び図2参照)
図1に本発明の一実施例であるモールド10を示す。このモールド10は、炭化ケイ素からなる基板11の表面11aに一方向(矢印A参照)に延在する凸部12を延在方向Aと直交する方向(矢印B参照)に所定の間隔で周期的に形成したものである。凸部12は、その先端部分に表面11aと平行な平坦部が存在することなく、延在方向Aと直交するB方向の断面が先細な湾曲した形状とされている。モールド10の製造方法や湾曲形状の詳細については後述する。
(See mold, Fig. 1 and Fig. 2)
FIG. 1 shows a mold 10 according to an embodiment of the present invention. The mold 10 has a convex portion 12 extending in one direction (see arrow A) on a surface 11a of a substrate 11 made of silicon carbide, periodically in a direction orthogonal to the extending direction A (see arrow B) at predetermined intervals. Is formed. The convex portion 12 has a curved shape in which the cross section in the B direction perpendicular to the extending direction A is tapered without a flat portion parallel to the surface 11a at the tip portion. Details of the method for manufacturing the mold 10 and the curved shape will be described later.

凸部12の周期Pは500nm、高さHは440nm、スペース幅Sは300nm、ライン幅Lは200nm、凸部12の側壁角αは84°である。   The period P of the convex part 12 is 500 nm, the height H is 440 nm, the space width S is 300 nm, the line width L is 200 nm, and the side wall angle α of the convex part 12 is 84 °.

このモールド10は、図2に示すように、上型として用い、下型15との間にガラス材料20又は樹脂材料を挟み込み、加熱・加圧しつつ光学素子をプレス成型する。この場合、所定の間隔で周期的に形成された凸部12は、その先端部分に表面11aと平行な平坦部が存在することなく、延在方法Aと直交する断面が先細な湾曲形状であるため、ガラス材料20や樹脂材料をプレス成型する際に、成型材料に対して成型材料を凸部12の間に充填させるための力(特に水平方向の力)が大きく作用する(図2の矢印参照、図15の矢印と比較のこと)ことになり、成型品(光学素子)に微細な周期構造体を必要な高さに形成することができる。   As shown in FIG. 2, the mold 10 is used as an upper mold, a glass material 20 or a resin material is sandwiched between the lower mold 15, and an optical element is press-molded while being heated and pressurized. In this case, the convex part 12 formed periodically at a predetermined interval has a curved shape with a tapered cross section perpendicular to the extending method A without a flat part parallel to the surface 11a at the tip part. Therefore, when the glass material 20 or the resin material is press-molded, a force (particularly a horizontal force) for filling the molding material with the molding material between the convex portions 12 acts greatly (arrow in FIG. 2). (Refer to the arrow in FIG. 15), and a fine periodic structure can be formed at a required height in the molded product (optical element).

成型対象であるガラス材料としては、光学用途として通常用いられることの多い軟化点が300℃以上の高軟化点ガラスなどである。樹脂材料としてはポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリスチレン、非晶性ポリオレフィンを用いることができる。   Examples of the glass material to be molded include high-softening point glass having a softening point of 300 ° C. or higher, which is often used for optical applications. As the resin material, polymethyl methacrylate, polycarbonate, polystyrene, and amorphous polyolefin can be used.

(モールドの製造方法、図3参照)
前記モールド10は図3に示す工程により製造することができる。まず、炭化ケイ素からなる基板11を用意し(図3(a)参照)、その表面にメタルマスク層13をスパッタ法などで成膜する(図3(b)参照)。続いて、メタルマスク層13上にレジスト14をスピンコートなどによって塗布し(図3(c)参照)、このレジスト14に電子線又は紫外線を用いて周期構造を描画し(図3(d)参照)、オルトキシレン液などを用いて現像する(図3(e)参照)。次に、反応性ガス又は反応性ガスと不活性ガスとの混合ガスを用いてドライエッチングする(図3(f),(g)参照)。これにて、基板11の表面11aに凸部12が微細な一次元周期構造として形成される(図3(h)参照)。
(Mold manufacturing method, see FIG. 3)
The mold 10 can be manufactured by the process shown in FIG. First, a substrate 11 made of silicon carbide is prepared (see FIG. 3A), and a metal mask layer 13 is formed on the surface thereof by sputtering or the like (see FIG. 3B). Subsequently, a resist 14 is applied on the metal mask layer 13 by spin coating or the like (see FIG. 3C), and a periodic structure is drawn on the resist 14 using an electron beam or ultraviolet rays (see FIG. 3D). ) And development using an ortho-xylene solution or the like (see FIG. 3E). Next, dry etching is performed using a reactive gas or a mixed gas of a reactive gas and an inert gas (see FIGS. 3F and 3G). Thereby, the convex part 12 is formed in the surface 11a of the board | substrate 11 as a fine one-dimensional periodic structure (refer FIG.3 (h)).

前記ドライエッチング工程においては、最初はメタルマスク層13がエッチングされ、次いで炭化ケイ素基板11がエッチングされていく、メタルマスク層13が消滅する程度にドライエッチングを継続することにより、凸部12の先端部分をその断面が先細な湾曲形状となるように形成することができる。   In the dry etching process, the metal mask layer 13 is etched first, then the silicon carbide substrate 11 is etched, and the dry etching is continued to the extent that the metal mask layer 13 disappears, whereby the tip of the projection 12 The portion can be formed such that its cross section has a tapered curved shape.

基板11としては、炭化ケイ素(SiC)以外に、グラッシーカーボン(GC),ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)、超硬(WC),石英(SiO2)、白金(Pt)などの貴金属、ステンレスなどの合金であってもよい。 As the substrate 11, in addition to silicon carbide (SiC), glassy carbon (GC), diamond, diamond-like carbon (DLC), carbide (WC), quartz (SiO 2 ), noble metals such as platinum (Pt), stainless steel, etc. An alloy of

基板11として炭化ケイ素を用いる場合、周期構造より小さい結晶粒径の多結晶炭化ケイ素又は単結晶炭化ケイ素を用いることが好ましい。このような炭化ケイ素は、緻密で均質な組成を有し、化学気相成膜(CVD)法、スパッタ法、蒸着法などによって作製することができる。   When silicon carbide is used as the substrate 11, it is preferable to use polycrystalline silicon carbide or single crystal silicon carbide having a crystal grain size smaller than that of the periodic structure. Such silicon carbide has a dense and homogeneous composition, and can be produced by a chemical vapor deposition (CVD) method, a sputtering method, a vapor deposition method, or the like.

メタルマスク層13としては、タングステンシリサイド(WSi)を用いることができる。WSiを用いることにより、ドライエッチングの際にマスク層13の開口部がプラズマによって拡大する速度を調整できる。その結果、マスク層13のエッチング速度と基板11のエッチング速度の比率を任意に設定して、凸部12の側壁角αを調整することができる。   As the metal mask layer 13, tungsten silicide (WSi) can be used. By using WSi, it is possible to adjust the speed at which the opening of the mask layer 13 is expanded by plasma during dry etching. As a result, the ratio of the etching rate of the mask layer 13 and the etching rate of the substrate 11 can be arbitrarily set to adjust the sidewall angle α of the convex portion 12.

ドライエッチングの際に用いる反応性ガスは、CBrCl、CCl22、CCl4、CL2、CHF3、CF4、SF6、O2からなる群から選ばれた少なくとも一つのガスであってもよい。また、不活性ガスは、Ar、Ne、Krからなる群から選ばれた少なくとも一つのガスであってもよい。特に、エッチングガスとしてフッ素含有ガス又はフッ素含有ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いることが好ましい。フッ素含有ガスと酸素ガスの比率に応じて、マスク層13と基板11のエッチング速度を調整でき、結果として凸部12の側壁角αを調整することができる。 The reactive gas used in the dry etching may be at least one gas selected from the group consisting of CBrCl, CCl 2 F 2 , CCl 4 , CL 2 , CHF 3 , CF 4 , SF 6 , and O 2. Good. The inert gas may be at least one gas selected from the group consisting of Ar, Ne, and Kr. In particular, it is preferable to use a fluorine-containing gas or a mixed gas of fluorine-containing gas and oxygen gas as an etching gas. The etching rate of the mask layer 13 and the substrate 11 can be adjusted according to the ratio of the fluorine-containing gas and the oxygen gas, and as a result, the sidewall angle α of the convex portion 12 can be adjusted.

(光学素子の製造方法、図4〜図7参照)
前記モールド10を用いた光学素子の製造方法を説明する。製造方法の第1例は、図4に示すように、下型15上にガラス材料20を配置し(図4(a)参照)、上型(モールド10)に対して下型15を上昇させて所定の温度・圧力でプレスする(図4(b)参照)。その後、下型15を下降させ、成型品20’を取り出す(図4(c)参照)。
(Optical element manufacturing method, see FIGS. 4 to 7)
A method for manufacturing an optical element using the mold 10 will be described. In the first example of the manufacturing method, as shown in FIG. 4, a glass material 20 is disposed on the lower mold 15 (see FIG. 4A), and the lower mold 15 is raised with respect to the upper mold (mold 10). And pressing at a predetermined temperature and pressure (see FIG. 4B). Thereafter, the lower mold 15 is lowered and the molded product 20 ′ is taken out (see FIG. 4C).

製造方法の第2例は、図5に示すように、下型(モールド10)上にガラス材料20を配置し(図5(a)参照)、上型16に対してモールド10を上昇させて所定の温度・圧力でプレスする(図5(b)参照)。その後、モールド10を下降させ、成型品20’を取り出す(図5(c)参照)。   In the second example of the manufacturing method, as shown in FIG. 5, the glass material 20 is disposed on the lower mold (mold 10) (see FIG. 5A), and the mold 10 is raised with respect to the upper mold 16. Press at a predetermined temperature and pressure (see FIG. 5B). Thereafter, the mold 10 is lowered and the molded product 20 'is taken out (see FIG. 5C).

製造方法の第3例は、図6に示すように、上型と下型にモールド10A,10Bを用いるもので、下型としてのモールド10B上にガラス材料20を配置し(図6(a)参照)、上型であるモールド10Aに対してモールド10Bを上昇させて所定の温度・圧力でプレスする(図6(b)参照)。その後、モールド10Bを下降させ、成型品20’を取り出す(図6(c)参照)。   As shown in FIG. 6, the third example of the manufacturing method uses molds 10A and 10B for an upper mold and a lower mold, and a glass material 20 is disposed on a mold 10B as a lower mold (FIG. 6A). Reference), the mold 10B is raised relative to the upper mold 10A and pressed at a predetermined temperature and pressure (see FIG. 6B). Thereafter, the mold 10B is lowered, and the molded product 20 'is taken out (see FIG. 6C).

ここで、前記第1例によって成型された光学素子の凸部の高さについて本発明者らの実験結果を図7に示す。図7において、特性C1は図1に示した発明例であるモールド10を用い、特性C2は図14に示した従来例であるモールド100を用いた結果である。モールド10,100の諸条件は以下のとおりである。また、本発明例であるモールド10の凸部12の先端部分の断面形状は、略2次関数形状である。   Here, FIG. 7 shows the experimental results of the inventors regarding the height of the convex portion of the optical element molded by the first example. In FIG. 7, characteristic C1 is a result of using the mold 10 of the invention example shown in FIG. 1, and characteristic C2 is a result of using the mold 100 of the conventional example shown in FIG. Various conditions of the molds 10 and 100 are as follows. Further, the cross-sectional shape of the tip portion of the convex portion 12 of the mold 10 according to the present invention is a substantially quadratic function shape.

基板材料:CVD法による炭化ケイ素
高さH:440nm
周期P:500nm
スペース幅S:300nm
ライン幅L:200nm
側壁角α:84°
ガラス材料:K−PSK100(リン酸系ガラス)
屈折率nd:1.59、屈伏点At:423℃
成型条件:成型温度430℃、成型圧力5MPa
Substrate material: Silicon carbide by CVD method Height H: 440 nm
Period P: 500 nm
Space width S: 300nm
Line width L: 200 nm
Side wall angle α: 84 °
Glass material: K-PSK100 (phosphate glass)
Refractive index nd: 1.59, yield point At: 423 ° C
Molding conditions: Molding temperature 430 ° C, molding pressure 5MPa

以上の条件において、成型時間を60秒、120秒、180秒、240秒、300秒に設定してプレス成型を行った結果、本発明例であるモールド10を用いた場合、従来例であるモールド100を用いた場合に比較して、いずれの成型時間にあってもほぼ50nm以上の高さの凸部を有する光学素子を得ることができた。   Under the above conditions, the molding time is set to 60 seconds, 120 seconds, 180 seconds, 240 seconds, and 300 seconds. As a result of performing press molding, when the mold 10 according to the present invention is used, the mold according to the conventional example is used. Compared with the case of using 100, an optical element having a convex portion with a height of about 50 nm or more could be obtained at any molding time.

(先端部分の断面形状、図8〜図13参照)
次に、モールド10の凸部12の先端部分における断面の好ましい形状について説明する。この先端部分は、前述のごとく、基板11の表面11aと平行な平坦部が存在することなく、延在方向Aと直交するB方向の断面が先細な湾曲した形状とされている。そして、この断面形状は、例えば、べき関数y={(H/2)/(S/2)p}xpで表される形状である。べき関数yにおいて、Hは凸部12の高さ、Sは凸部12のスペース幅(凸部の周期P−凸部の幅L)である。
(Cross-sectional shape of the tip portion, see FIGS. 8 to 13)
Next, the preferable shape of the cross section in the front-end | tip part of the convex part 12 of the mold 10 is demonstrated. As described above, the tip portion has a curved shape in which the cross section in the B direction orthogonal to the extending direction A is tapered without the presence of a flat portion parallel to the surface 11a of the substrate 11. The cross-sectional shape is, for example, a shape represented by a power function y = {(H / 2) / (S / 2) p } x p . In the power function y, H is the height of the convex part 12, and S is the space width of the convex part 12 (period of convex part P-width of convex part L).

図8はp=1、図9はp=1.5、図10はp=2、図11はp=3、図12はp=4、図13はp=5である場合の湾曲状態を始点(0,0)から終点(S/2,H/2)までに設定し、成型される凸部をシミュレートした。プレス成型の諸条件は前記実験と同じである。なお、比較例として、図16に、モールドの凸部の先端角部を半径100nmの円弧とした場合(平坦面が残っている)に成型される凸部をシミュレートした結果を示す。   8 is p = 1, FIG. 9 is p = 1.5, FIG. 10 is p = 2, FIG. 11 is p = 3, FIG. 12 is p = 4, and FIG. 13 is p = 5. The convex part to be molded was simulated by setting from the start point (0, 0) to the end point (S / 2, H / 2). The conditions for press molding are the same as in the above experiment. As a comparative example, FIG. 16 shows a result of simulating a convex portion formed when the tip corner portion of the convex portion of the mold is an arc having a radius of 100 nm (a flat surface remains).

図8〜図13及び図16において、成型される凸部に表したクロスハッチングの濃淡は、薄い部分ほど流動化が大きいことを示している。これらの各図から明らかなように、凸部12の先端部分に平坦面が残っている図16に示す成型品の凸部の高さが258nmであるのに対して、関数yのべき指数pが1〜5の湾曲形状を備えた図8〜図13に示す成型品の凸部の高さは265〜345nmであり、いずれも高く形成することができる。   In FIGS. 8 to 13 and 16, the shade of cross hatching represented on the convex portion to be molded indicates that the thinner the portion, the greater the fluidization. As is clear from these figures, the height of the convex part of the molded product shown in FIG. 16 in which the flat surface remains at the tip of the convex part 12 is 258 nm, whereas the exponent p of the function y 8 to 13 having a curved shape of 1 to 5 has a height of 265 to 345 nm, and can be formed high.

(他の実施例)
なお、本発明に係るモールド、その製造方法、及び、光学素子の製造方法は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
(Other examples)
In addition, the mold which concerns on this invention, its manufacturing method, and the manufacturing method of an optical element are not limited to the said Example, It can change variously within the range of the summary.

例えば、前記実施例で示した材料や数値はあくまで例示である。また、モールドには成型材料との融着を防止するための離型膜を設けてもよい。   For example, the materials and numerical values shown in the above embodiments are merely examples. The mold may be provided with a release film for preventing fusion with the molding material.

本発明に係るモールドの一実施例を示す斜視図。The perspective view which shows one Example of the mold which concerns on this invention. 前記モールドを使用してガラス材料をプレス成型する状態を示す説明図。Explanatory drawing which shows the state which press-molds glass material using the said mold. 前記モールドの製造プロセスを示す説明図。Explanatory drawing which shows the manufacturing process of the said mold. 本発明に係る光学素子の製造方法の第1例を示す説明図。Explanatory drawing which shows the 1st example of the manufacturing method of the optical element which concerns on this invention. 本発明に係る光学素子の製造方法の第2例を示す説明図。Explanatory drawing which shows the 2nd example of the manufacturing method of the optical element which concerns on this invention. 本発明に係る光学素子の製造方法の第3例を示す説明図。Explanatory drawing which shows the 3rd example of the manufacturing method of the optical element which concerns on this invention. 本発明例であるモールドと従来例であるモールドでプレス成型された成型品の凸部の高さを示すグラフ。The graph which shows the height of the convex part of the molded product press-molded with the mold which is an example of this invention, and the mold which is a prior art example. べき指数p=1の先端部分断面形状を有するモールドを用いた成型状態をシミュレートした模式図。The schematic diagram which simulated the molding state using the mold which has the front-end | tip part cross-sectional shape of the power index p = 1. べき指数p=1.5の先端部分断面形状を有するモールドを用いた成型状態をシミュレートした模式図。The schematic diagram which simulated the molding state using the mold which has the front-end | tip part cross-sectional shape of the power index p = 1.5. べき指数p=2の先端部分断面形状を有するモールドを用いた成型状態をシミュレートした模式図。The schematic diagram which simulated the molding state using the mold which has the front-end | tip part cross-sectional shape of the power index p = 2. べき指数p=3の先端部分断面形状を有するモールドを用いた成型状態をシミュレートした模式図。The schematic diagram which simulated the shaping | molding state using the mold which has the front-end | tip part cross-sectional shape of the power index p = 3. べき指数p=4の先端部分断面形状を有するモールドを用いた成型状態をシミュレートした模式図。The schematic diagram which simulated the shaping | molding state using the mold which has the front-end | tip part cross-sectional shape of the power index p = 4. べき指数p=5の先端部分断面形状を有するモールドを用いた成型状態をシミュレートした模式図。The schematic diagram which simulated the shaping | molding state using the mold which has the front-end | tip part cross-sectional shape of the power index p = 5. 従来のモールドを示す斜視図。The perspective view which shows the conventional mold. 従来のモールドを使用してガラス材料をプレス成型する状態を示す説明図。Explanatory drawing which shows the state which press-molds glass material using the conventional mold. 凸部の先端部分に平坦面を残した比較例であるモールドを用いた成型状態をシミュレートした模式図。The schematic diagram which simulated the shaping | molding state using the mold which is a comparative example which left the flat surface in the front-end | tip part of a convex part.

符号の説明Explanation of symbols

10…モールド
11…基板
11a…表面
12…凸部
13…メタルマスク層
14…レジスト
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Mold 11 ... Board | substrate 11a ... Surface 12 ... Convex part 13 ... Metal mask layer 14 ... Resist

Claims (11)

基板の表面に一方向に延在する凸部が該凸部の延在方向と直交する方向に所定の間隔で周期的に形成された、一次元周期構造のモールドであって、
前記凸部は、その先端部分に基板の表面と平行な平坦部が存在することなく、前記延在方向と直交する断面が先細な形状であること、
を特徴とするモールド。
A mold having a one-dimensional periodic structure in which convex portions extending in one direction on the surface of the substrate are periodically formed at predetermined intervals in a direction perpendicular to the extending direction of the convex portions,
The convex part has a tapered shape in a cross section perpendicular to the extending direction without a flat part parallel to the surface of the substrate at the tip part,
Mold characterized by.
前記凸部の先端部分の断面形状は関数y={(H/2)/(S/2)p}xpで表される形状であること、
H:凸部の高さ
S:凸部のスペース幅(凸部の周期P−凸部の幅L)
を特徴とする請求項1に記載のモールド。
The cross-sectional shape of the tip portion of the convex portion is a shape represented by the function y = {(H / 2) / (S / 2) p } x p ;
H: Height of convex part S: Space width of convex part (period P of convex part-width L of convex part)
The mold according to claim 1.
前記関数において1≦p≦5であることを特徴とする請求項2に記載のモールド。   The mold according to claim 2, wherein 1 ≦ p ≦ 5 in the function. 炭化ケイ素からなる基板の表面に前記凸部の周期構造が形成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のモールド。   The mold according to any one of claims 1 to 3, wherein a periodic structure of the convex portions is formed on a surface of a substrate made of silicon carbide. 請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のモールドの製造方法であって、
基板の表面にメタルマスクを成膜する工程と、
前記メタルマスク上にレジストを塗布する工程と、
前記レジストに周期構造を描画し、現像する工程と、
反応性ガス又は反応性ガスと不活性ガスとの混合ガスを用いて前記基板をドライエッチングする工程と、
を備えたことを特徴とするモールドの製造方法。
A method for producing a mold according to any one of claims 1 to 4,
Forming a metal mask on the surface of the substrate;
Applying a resist on the metal mask;
Drawing and developing a periodic structure on the resist; and
Dry etching the substrate using a reactive gas or a mixed gas of a reactive gas and an inert gas;
A method for producing a mold, comprising:
前記基板として炭化ケイ素を用いることを特徴とする請求項5に記載のモールドの製造方法。   The method for manufacturing a mold according to claim 5, wherein silicon carbide is used as the substrate. 電子線又は紫外線を用いて前記レジストに周期構造を描画することを特徴とする請求項5又は請求項6に記載のモールドの製造方法。   The mold manufacturing method according to claim 5, wherein a periodic structure is drawn on the resist using an electron beam or ultraviolet rays. 前記反応性ガスは、CBrCl、CCl22、CCl4、CL2、CHF3、CF4、SF6、O2からなる群から選ばれた少なくとも一つのガスであることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載のモールドの製造方法。 The reactive gas is at least one gas selected from the group consisting of CBrCl, CCl 2 F 2 , CCl 4 , CL 2 , CHF 3 , CF 4 , SF 6 , and O 2. The manufacturing method of the mold of Claim 5 or Claim 6. 前記不活性ガスは、Ar、Ne、Krからなる群から選ばれた少なくとも一つのガスであることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載のモールドの製造方法。   The method for producing a mold according to claim 5 or 6, wherein the inert gas is at least one gas selected from the group consisting of Ar, Ne, and Kr. エッチングガスとしてフッ素含有ガス又はフッ素含有ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載のモールドの製造方法。   The mold manufacturing method according to claim 5 or 6, wherein a fluorine-containing gas or a mixed gas of a fluorine-containing gas and an oxygen gas is used as an etching gas. 請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のモールド又は請求項5ないし請求項10のいずれかに記載の方法で製造されたモールドを用いて、ガラス材料又は樹脂材料をプレス成型し、微細な一次元周期構造を有する光学素子を成型することを特徴とする光学素子の製造方法。   Using a mold according to any one of claims 1 to 4 or a mold manufactured by the method according to any one of claims 5 to 10, a glass material or a resin material is press-molded to obtain a fine An optical element manufacturing method, comprising molding an optical element having a one-dimensional periodic structure.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103921386A (en) * 2014-04-02 2014-07-16 丹阳市宏益精密仪器厂 Polytetrafluoroethylene (PTFE) throttling valve plug mold, compression molding manufacturing method and sintering forming method
JP2019215522A (en) * 2018-04-17 2019-12-19 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Method for manufacturing mold for transfer of surface fine structure and mold for transfer of surface fine structure

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