JP2010152411A - 光学素子およびその製造方法、ならびに光学素子作製用複製基板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
光学素子1には、凸部または凹部からなる構造体3が可視光の波長以下の微細ピッチで基体表面に多数設けられている。構造体3は、頂部の傾きが緩やかで中央部から底部に徐々に急峻な傾きの楕円錐形状または楕円錐台形状であり、深さ分布を有する。
【選択図】図1
Description
本発明は以上の検討に基づいて案出されたものである。
凸部または凹部からなる構造体が可視光の波長以下の微細ピッチで基体表面に多数設けられている光学素子であって、
構造体は、深さ分布を有することを特徴とする光学素子である。
凸部または凹部からなる構造体が可視光の波長以下の微細ピッチで基板表面に多数設けられている光学素子作製用複製基板であって、
構造体は、深さ分布を有することを特徴とする光学素子作作製複製基板である。
凸部または凹部からなる構造体が可視光の波長以下の微細ピッチで基板表面に多数設けられている光学素子作製用複製基板の製造方法であって、
表面にレジスト層が形成された基板を準備する第1の工程と、
基板を回転させると共に、レーザ光を基板の回転半径方向に相対移動させながら、レジスト層にレーザ光を間欠的に照射して、可視光の波長よりも短いピッチで潜像を形成する第2の工程と、
レジスト層を現像して、深さ分布を有するレジストパターンを基板の表面に形成する第3の工程と、
レジストパターンをマスクとするエッチング処理をレジスト層に施すことで、基板の表面に凹凸構造を形成する第4の工程と、
基板の凹凸構造を転写して複製基板を作製する第5の工程と
を有することを特徴とする光学素子作製用複製基板の製造方法である。
凸部または凹部からなる構造体が可視光の波長以下の微細ピッチで基板表面に多数設けられている光学素子の製造方法であって、
表面にレジスト層が形成された基板を準備する第1の工程と、
基板を回転させると共に、レーザ光を基板の回転半径方向に相対移動させながら、レジスト層にレーザ光を間欠的に照射して、可視光波長よりも短いピッチで潜像を形成する第2の工程と、
レジスト層を現像して、深さ分布を有するレジストパターンを基板の表面に形成する第3の工程と、
レジストパターンをマスクとするエッチング処理をレジスト層に施すことで、基板の表面に凹凸構造を形成する第4の工程と、
基板の複製基板を作製し、複製基板の凹凸構造の上に金属メッキ層を形成する第5の工程と、
金属メッキ層を複製基板から剥離して、凹凸構造が転写された成形金型を作製する第6の工程と、
成形金型を用いて凹凸構造が表面に形成された透明基体を成形する第7の工程と
を有することを特徴とする光学素子の製造方法である。
図1Aは、本発明の実施形態による光学素子1の構成の一例を示す概略平面図である。図1Bは、図1Aに示した光学素子1の一部を拡大して表す平面図である。図1Cは、図1BのC−C線における断面図である。図1Dは、図1Bに示した構造体3に対応する潜像をパターニングする際に用いられるレーザ光変調波形を示す略線図である。図2は、図1Aに示した光学素子1の一部を拡大して表す斜視図である。
次に、以上のように構成される光学素子の製造方法の一例について説明する。この光学素子の製造方法は、原盤の製造工程と、複製基板の製造工程と、成形金型の製造工程と、光学素子の作製工程と、切り出し工程とを有する。以下、図3〜図7を参照しながら、これらの工程を順次説明する。
まず、図3Aに示すように、ディスク状(円盤状)の基板11を準備する。この基板11は、例えば石英基板などである。次に、図3Bに示すように、基板11の表面にレジスト層12を形成する。レジスト層12は、例えば有機系レジストからなる。有機系レジストとしては、例えばノボラック系レジストや化学増幅型レジストを用いることができる。
なお、この露光工程の詳細については後述する。
図8A、図8Bは、構造体の深さを均一に分布させる場合のレーザ光変調波形の例を示す。このような変調波形を得るためには、例えば、レーザ光13は以下のように変調される。すなわち、レーザ光13は、電気光学変調器22において、振幅が周期的または非周期的に例えば±10%程度変動する鋸波状または三角波状に変調される。なお、この変調されたレーザ光13は変調光学系25に導かれる。
まず、作製した原盤15の凹凸構造面に紫外線硬化樹脂などの光硬化樹脂を塗布し、その上にアクリル板などの透明基板16aを重ねて配置する。そして、透明基板16aの上から紫外線などを照射し光硬化樹脂を硬化させた後、原盤15から剥離する。これにより、図6Aに示すように、透明基板16aの一主面に光硬化樹脂からなる構造体16bが設けられ、複製基板16が作製される。
次に、作製した複製基板16の凹凸構造面に導電化膜を無電界メッキ法により形成した後、電界メッキ法によって金属メッキ層を形成する。これら無電解メッキ膜および電界メッキ層の構成材料には、例えばニッケル(Ni)が好適である。そして、金属メッキ層の形成後、複製基板16から金属メッキ層を剥離し、必要に応じて外形加工を施する。これにより、図6Bに示すように、深さ分布を有する凹部17aが一主面に設けられた成形金型17が作製される。
次に、作製した成形金型17を射出成形機の所定位置に設置し、金型を閉じキャビティを形成した後、ポリカーボネートなどの溶融樹脂を充填する。次に、溶融樹脂を冷却した後に金型を開き、固化した樹脂を取り出す。これにより、図6Cに示したように、深さ分布を有する構造体3が基体2の一主面に一体形成されたディスク状基板1Wが作製される。
次に、ディスク状基板1Wを所定の製品サイズに応じて切り出す。例えば、ディスク状基板1Wが直径200mmを有する円形状である場合、図7Aに示すように、ディスク状基板1Wから携帯電話機用(例えば横2.5インチ)の光学素子1を4枚、あるいは、図7Bに示すように、ディスク状基板1Wから携帯ゲーム装置用(例えば横4.3インチ)の光学素子1を2枚切り出すことができる。以上により、図1に示す光学素子1が作製される。
[原盤の作製]
石英基板11上に、化学増幅型またはノボラック系ポジ型レジスト層12を厚さ150nm程度塗布し、このレジスト層12に、図5に示した露光装置を用いて準六方格子パターンの潜像12aを形成した。レーザ光13の波長は266nm、レーザパワーは0.50mJ/mとした。なお、レーザ光13は、電気光学変調器22において、振幅が非周期的に±10%程度変動するサイン波形に変調した後、変調光学系25に導いた。また、レジスト層12に対するレーザ光13の照射周期を1トラック毎に変化させた。その後、レジスト層12に対して現像処理を施して、準六方格子状のレジストパターンを作製した。現像液としては、無機アルカリ性現像液(東京応化社製)を用いた。
次に、作製した石英マスタ15上に紫外線硬化樹脂を塗布した後、アクリル板16aを紫外線硬化樹脂上に密着させた。そして、紫外線を照射して紫外線硬化樹脂を硬化させ、石英マスタ15から剥離した。以上により、準六方格子状にサブ波長構造体16bが設けられた複製基板16が作製された。
石英マスタ(原盤)15の作製工程におけるアッシング時間およびエッチング時間を変える以外は実施例1と同様にして、複製基板16を作製した。
電気光学変調器22において、振幅が一定のサイン波形にレーザ光を変調すること以外は実施例2と同様にして、複製基板16を作製した。
電気光学変調器22において、振幅が一定のサイン波形にレーザ光を変調すること以外は実施例1と同様にして、複製基板16を作製した。
(1)光ディスク記録装置を応用した露光装置を用いて、サブ波長構造体3を一主面に有する複製基板16を作製することができる(図9〜図11参照)。
(2)レジスト層12に対するレーザ光13の照射周期を1トラック毎に変化させることにより、楕円錐形状のサブ波長構造体3を準六方格子状に形成できる(図9〜図11参照)。
(3)振幅が一定のサイン波形にレーザ光13を変調することにより、深さ分布がないサブ波長構造体3を形成することができるのに対して(図10、図11参照)、振幅が非周期的に±10%程度変動するサイン波形にレーザ光13を変調することにより、深さ分布を有するサブ波長構造体3を形成することができる(図9、円により囲んだ領域参照)。
(4)石英マスタのエッチング工程において、アッシングとエッチングとを繰り返し交互に行うと共に、エッチングの時間を徐々に長くすることにより、サブ波長構造体3の形状を、頂部の傾きが緩やかで中央部から底部に徐々に急峻な傾きの楕円錐形状にできる(図9〜図11参照)。
なお、サブ波長構造体16bの円周方向の深さは半径方向の深さよりも小さく、また、サブ波長構造体16bの円周方向以外の部分の深さが半径方向の深さとほぼ同一であったことから、サブ波長構造体16bの深さを半径方向の深さで代表した。
また、平均周期Pは以下の式(1)により定義される。
平均周期P=(P1+P2+P2)/3=(330+300+300)/3=310 ・・・(1)
上述のようにして作製した実施例1〜2および比較例1〜2の複製基板の反射率を測定した。なお、反射率の測定には、紫外可視分光光度計(日本分光社株式会社製、商品名:V−500)を用いた。その測定結果を図12〜図15に示す。
実施例1では、反射率波長依存特性(波長350〜800nm)はほとんどなく、反射率変動が0.04%pp以下である。また、反射率は0.2%程度、最大反射率0.22%以下であり非常に良好な無反射性能が得られた。
実施例2では、反射率波長依存特性(波長350〜800nm)はほとんどなく、反射率変動が0.1%pp以下である。また、反射率は0.35%程度、最大反射率0.4%以下であり良好な無反射性能が得られた。
比較例1では、反射率は波長依存性(波長350〜800nm)が有り、反射率が波長の増加に伴って微少振幅のサイン波形状を示している。また、反射率は0.2〜0.7%程度である。
比較例1では、反射率は波長依存性(波長350〜800nm)が有り、反射率が波長の増加に伴って微少振幅のサイン波形状を示している。また、平均反射率は0.2%、最大反射率0.3%、最小反射率0.1%である。
[原盤の作製・複製基板の作製]
まず、原盤の作製および複製基板の作製を実施例1と同様にして行い、複製基板16を作製した。
次に、作製した複製基板16の凹凸パターン上に、無電界メッキ法によりニッケル皮膜でなる導電化膜を形成した。そして、導電化膜層が形成された複製基板を電鋳装置に設置し、電気メッキ法により導電化膜上に300±5μm程度の厚さのニッケルメッキ層を形成した。続いて、複製基板からニッケルメッキ層をカッターなどを用いて剥離した後、転写された凹凸構造面をアセトンで洗浄し、凹部準六方格子パターンを有するNi金属マスタ(成形金型)17を作製した。
次に、作製したNi金属マスタ17を用いてポリカーボネート樹脂の射出成形基板を作製し、表面に凸部準六方格子パターンを有するディスク状基板1Wを得た。その後、このディスク状基板1Wを所定サイズに切り出して、光学素子1を作製した。
上述のようにして作製した光学素子1を走査型電子顕微鏡(SEM:scanning electron microscope)により観察を行った。その結果、実施例1と同様の形状および配置を有するサブ波長構造体3が基体2の表面に形成されていることが分かった。
釣鐘型の楕円錐形状を有し、かつ、深さ分布のないサブ波長構造体3が設けられた光学素子について、RCWAシミュレーションを行った。その結果を図16に示す。なお、円周方向の配置ピッチP1を325nm、円周方向に対して約60°方向(約−60°方向)の配置ピッチP2を300nm、アスペクト比を0.9とした。
アスペクト比を1.0、1.1、1.2、1.3、1.4に変えること以外は参考例1と同様にして、RCWAシミュレーションを行った。その結果を図16に示す。
釣鐘型の楕円錐形状を有し、かつ、深さ分布を有するサブ波長構造体3が設けられた光学素子について、RCWAシミュレーションを行った。なお、円周方向の配置ピッチP1を325nm、円周方向に対して約60°方向(約−60°方向)の配置ピッチP2を300nm、深さ分布を2値化するため、アスペクト比を0.9と1.3の2値化とした。その結果を図17に示す。
サブ波長構造体3の深さを多値化するため、アスペクト比を0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4とすること以外は参考例7と同様にして、RCWAシミュレーションを行った。その結果を図17に示す。
サブ波長構造体3の深さを選択的多値化するため、アスペクト比を0.8、0.9、1.0、1.1、1.3、1.4とすること以外は参考例7と同様にして、RCWAシミュレーションを行った。その結果を図17に示す。
(a)参考例1では、図16に示すように、長波長領域において反射率が増加しない。また、釣鐘型楕円錐状のサブ波長構造体3の深さにより、反射率の波長依存特性つまり微小振幅のサイン波の波長依存特性は異なる。
(b)参考例2では、図17に示すように、長波長領域において反射率の増加がなく、かつ、反射率の波長依存特性をなくすことができる。
1W ディスク状基板
2 基体
3,16b 構造体
11 基板
12 レジスト層
12a 潜像
13 レーザ光
14 現像液
15 原盤
15a,17a 凹部
16 複製基板
16a 透明基板
17 成形金型
21 レーザ
22 EOM
23,31,34 ミラー
24 PD
25 変調光学系
26 集光レンズ
27 AOM
28 コリメータレンズ
29 フォーマッタ
30 ドライバ
32 移動光学テーブル系
33 BEX
35 対物レンズ
36 スピンドルモータ
Claims (15)
- 凸部または凹部からなる構造体が可視光の波長以下の微細ピッチで基体表面に多数設けられている反射防止用光学素子であって、
上記構造体は、深さ分布を有し、
上記各構造体の深さ分布の形成が、上記基体表面に、少なくとも2種以上の値で選択的に、もしくは連続的に、もしくは区分的に連続に変化してなされていることを特徴とする反射防止用光学素子。 - 凸部または凹部からなる構造体が可視光の波長以下の微細ピッチで基体表面に多数設けられている反射防止用光学素子であって、
上記構造体は、深さ分布を有し、
上記各構造体の深さ分布の形成が、上記基体表面にステップ関数状に変化してなされていることを特徴とする反射防止用光学素子。 - 凸部または凹部からなる構造体が可視光の波長以下の微細ピッチで基体表面に多数設けられている反射防止用光学素子であって、
上記構造体は、深さ分布を有し、
上記各構造体の深さ分布の形成が、上記基体表面にステップ関数状に変化してなされ、少なくとも一つ以上の深さの種類の存在する割合が、他の深さの種類の存在する割合と異なるように、選択的に構造体を形成していることを特徴とする反射防止用光学素子。 - 凸部または凹部からなる構造体が可視光の波長以下の微細ピッチで基板表面に多数設けられている反射防止用光学素子の作製用複製基板であって、
上記構造体は、深さ分布を有することを特徴とする反射防止用光学素子の作製用複製基板。 - 凸部または凹部からなる構造体が可視光の波長以下の微細ピッチで基板表面に多数設けられている、反射防止用光学素子の作製用複製基板の製造方法であって、
表面にレジスト層が形成された基板を準備する第1の工程と、
上記基板を回転させるとともに、レーザ光を上記基板の回転半径方向に相対移動させながら、上記レジスト層にレーザ光を間欠的に照射して、可視光の波長よりも短いピッチで潜像を形成する第2の工程と、
上記レジスト層を現像して、深さ分布を有するレジストパターンを上記基板の表面に形成する第3の工程と、
上記レジストパターンをマスクとするエッチング処理を上記レジスト層に施すことで、上記基板の表面に凹凸構造を形成する第4の工程と、
上記基板の凹凸構造を転写して複製基板を作製する第5の工程と
を有し、
上記レーザ光は、振幅が周期的または非周期的に変動する鋸波状または三角波状に変調されることを特徴とする、反射防止用光学素子の作製用複製基板の製造方法。 - 凸部または凹部からなる構造体が可視光の波長以下の微細ピッチで基板表面に多数設けられている、反射防止用光学素子の作製用複製基板の製造方法であって、
表面にレジスト層が形成された基板を準備する第1の工程と、
上記基板を回転させるとともに、レーザ光を上記基板の回転半径方向に相対移動させながら、上記レジスト層にレーザ光を間欠的に照射して、可視光の波長よりも短いピッチで潜像を形成する第2の工程と、
上記レジスト層を現像して、深さ分布を有するレジストパターンを上記基板の表面に形成する第3の工程と、
上記レジストパターンをマスクとするエッチング処理を上記レジスト層に施すことで、上記基板の表面に凹凸構造を形成する第4の工程と、
上記基板の凹凸構造を転写して複製基板を作製する第5の工程と
を有し、
上記レーザ光は、振幅が周期的または非周期的に変動する矩形波状に変調されることを特徴とする、反射防止用光学素子の作製用複製基板の製造方法。 - 凸部または凹部からなる構造体が可視光の波長以下の微細ピッチで基板表面に多数設けられている、反射防止用光学素子の作製用複製基板の製造方法であって、
表面にレジスト層が形成された基板を準備する第1の工程と、
上記基板を回転させるとともに、レーザ光を上記基板の回転半径方向に相対移動させながら、上記レジスト層にレーザ光を間欠的に照射して、可視光の波長よりも短いピッチで潜像を形成する第2の工程と、
上記レジスト層を現像して、深さ分布を有するレジストパターンを上記基板の表面に形成する第3の工程と、
上記レジストパターンをマスクとするエッチング処理を上記レジスト層に施すことで、上記基板の表面に凹凸構造を形成する第4の工程と、
上記基板の凹凸構造を転写して複製基板を作製する第5の工程と
を有し、
上記レーザ光は、振幅が周期的または非周期的に変動すると共に、時間幅が周期的または非周期的に変動する矩形波状に変調されることを特徴とする、反射防止用光学素子の作製用複製基板の製造方法。 - 凸部または凹部からなる構造体が可視光の波長以下の微細ピッチで基板表面に多数設けられている、反射防止用光学素子の作製用複製基板の製造方法であって、
表面にレジスト層が形成された基板を準備する第1の工程と、
上記基板を回転させるとともに、レーザ光を上記基板の回転半径方向に相対移動させながら、上記レジスト層にレーザ光を間欠的に照射して、可視光の波長よりも短いピッチで潜像を形成する第2の工程と、
上記レジスト層を現像して、深さ分布を有するレジストパターンを上記基板の表面に形成する第3の工程と、
上記レジストパターンをマスクとするエッチング処理を上記レジスト層に施すことで、上記基板の表面に凹凸構造を形成する第4の工程と、
上記基板の凹凸構造を転写して複製基板を作製する第5の工程と
を有し、
上記レーザ光は、多値ステップ波形に変調されることを特徴とする、反射防止用光学素子の作製用複製基板の製造方法。 - 凸部または凹部からなる構造体が可視光の波長以下の微細ピッチで基板表面に多数設けられている、反射防止用光学素子の作製用複製基板の製造方法であって、
表面にレジスト層が形成された基板を準備する第1の工程と、
上記基板を回転させるとともに、レーザ光を上記基板の回転半径方向に相対移動させながら、上記レジスト層にレーザ光を間欠的に照射して、可視光の波長よりも短いピッチで潜像を形成する第2の工程と、
上記レジスト層を現像して、深さ分布を有するレジストパターンを上記基板の表面に形成する第3の工程と、
上記レジストパターンをマスクとするエッチング処理を上記レジスト層に施すことで、上記基板の表面に凹凸構造を形成する第4の工程と、
上記基板の凹凸構造を転写して複製基板を作製する第5の工程と
を有し、
上記レーザ光は、選択的多値ステップ波形に変調されることを特徴とする、反射防止用光学素子の作製用複製基板の製造方法。 - 凸部または凹部からなる構造体が可視光の波長以下の微細ピッチで基板表面に多数設けられている、反射防止用光学素子の作製用複製基板の製造方法であって、
表面にレジスト層が形成された基板を準備する第1の工程と、
上記基板を回転させるとともに、レーザ光を上記基板の回転半径方向に相対移動させながら、上記レジスト層にレーザ光を間欠的に照射して、可視光の波長よりも短いピッチで潜像を形成する第2の工程と、
上記レジスト層を現像して、深さ分布を有するレジストパターンを上記基板の表面に形成する第3の工程と、
上記レジストパターンをマスクとするエッチング処理を上記レジスト層に施すことで、上記基板の表面に凹凸構造を形成する第4の工程と、
上記基板の凹凸構造を転写して複製基板を作製する第5の工程と
を有し、
上記レーザ光は、区分的に連続な波形に変調されることを特徴とする、反射防止用光学素子の作製用複製基板の製造方法。 - 上記第2の工程では、隣接するトラック間において準六方格子パターンを構成するように上記潜像を形成することを特徴とする請求項5〜10のいずれか1項に記載の、反射防止用光学素子の作製用複製基板の製造方法。
- 上記第4の工程では、上記レジストパターンをマスクとするエッチング処理と上記レジストパターンに対するアッシング処理とを繰り返し行うと共に、エッチング処理時間を徐々に長くすることを特徴とする請求項5〜10のいずれか1項に記載の、反射防止用光学素子の作製用複製基板の製造方法。
- 上記第5の工程では、上記基板の表面に光硬化樹脂層を形成した後、該光硬化樹脂層を剥離し、上記凹凸構造が転写された複製基板を作製することを特徴とする請求項5〜10のいずれか1項に記載の、反射防止用光学素子の作製用複製基板の製造方法。
- 凸部または凹部からなる構造体が可視光の波長以下の微細ピッチで基板表面に多数設けられている反射防止用光学素子の製造方法であって、
表面にレジスト層が形成された基板を準備する第1の工程と、
上記基板を回転させるとともに、レーザ光を上記基板の回転半径方向に相対移動させながら、上記レジスト層にレーザ光を間欠的に照射して、可視光波長よりも短いピッチで潜像を形成する第2の工程と、
上記レジスト層を現像して、深さ分布を有するレジストパターンを上記基板の表面に形成する第3の工程と、
上記レジストパターンをマスクとするエッチング処理を上記レジスト層に施すことで、上記基板の表面に凹凸構造を形成する第4の工程と、
上記基板の複製基板を作製し、上記複製基板の凹凸構造の上に金属メッキ層を形成する第5の工程と、
上記金属メッキ層を上記複製基板から剥離して、上記凹凸構造が転写された成形金型を作製する第6の工程と、
上記成形金型を用いて上記凹凸構造が表面に形成された透明基体を成形する第7の工程と
を有することを特徴とする反射防止用光学素子の製造方法。 - 上記第7の工程の後、上記透明基体を所定サイズに切り出す第8の工程をさらに有する
ことを特徴とする請求項14記載の反射防止用光学素子の製造方法。
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