JP2014206657A - 光学素子の製造方法及び光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】基材の表面に所望の形状及び密度を有する微細凹凸構造を均一にかつ容易に作製できる光学素子の製造方法を提供すること。
【解決手段】基材であるレンズ１０の表面（例えば第１光学面１１ａ）に島状のマスクＭＡを形成する際に、イオンビームＩＢ等によってマスク用の粒子の運動エネルギーを増加させる処理を行う。このように、マスク用の粒子にエネルギーを与えるため、マスク用の粒子がレンズ１０の表面上で島成長しやすくなる。その後、エッチングを行うことにより、レンズ１０の表面に所望の形状及び密度を有する微細凹凸構造である反射防止構造体５１を均一に形成することができる。基材の種類や基材の表面の濡れ性にかかわらず、所期の光学特性を有するレンズ１０を容易に製造することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、基材の表面上に反射防止構造体等の微細凹凸構造を有する光学素子の製造方法及び当該方法によって製造される光学素子に関する。

一般的に、カメラモジュール等に用いられる光学レンズでは、表面反射によるゴーストやフレアーを低減させるために反射防止加工がされている。最も一般的な反射防止加工としては、反射防止膜と呼ばれる光学薄膜を設ける方法がある（例えば、特許文献１参照）。

また、別の反射防止加工法として、反射防止構造体を設ける方法がある。反射防止構造体は、レンズ等の光学素子の表面に光の波長スケールの凹凸形状や巨視的に見て密度の低い部分を作製したものであり反射を低減する。反射防止構造体の作製法には、基板上に島状のパターンマスクを形成した後、エッチングを行う方法がある（例えば、特許文献２及び３参照）。また、反射防止構造体の作製法には、スパッタリングによってマスク形成とエッチングとを同時に行う方法がある（例えば、特許文献４参照）。

しかしながら、特許文献２及び３の方法では、基材の種類や濡れ性によって反射防止構造等の微細凹凸構造の形状や密度に大きな差が生じるため、所望の形状及び密度を有する凹凸構造を基材に対して安定して付与できず、所望の光学特性を有する光学素子を生産することが難しい。

また、特許文献４の方法では、スパッタリングを用いるため、比較的大きな面積での処理は難しく、生産性が悪くなる可能性がある。また、基材に凹凸が存在すると、プラズマ密度が形状に応じて変化するため、エッチングレートが変化してしまい、均一な凹凸構造を作製することが難しい。また、マスク形成とエッチングとを同時に行うため、工程進行時の制御パラメーターが増加し、構造形成の再現性が悪くなるという問題がある。

特開昭５２−９１４５１号公報 特開昭５６−１０８８７９号公報 特表２０１０−５１１０７９号公報 特開２００９−１５７１５０号公報

本発明は、基材の表面に所望の形状及び密度を有する微細凹凸構造を均一にかつ容易に作製できる光学素子の製造方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、上記方法によって製造される光学素子を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る光学素子の製造方法は、基材の表面でマスク用の粒子の運動エネルギーを増加させる処理を行いながら蒸着によって島状のマスクを形成するマスク形成工程と、マスク形成工程後、基材の表面をエッチングし微細凹凸構造を形成するエッチング工程と、を備える。

上記光学素子の製造方法によれば、基材の表面に島状のマスクを形成する際に、マスク用の粒子の運動エネルギーを増加させる処理を行う。その後、エッチングを行うことにより、基材の表面に所望の形状及び密度を有する微細凹凸構造を均一に形成することができる。この際、マスク用の粒子の運動エネルギーの増加により、基材の種類や基材の表面の濡れ性にかかわらず、島状に分散したマスクを所望の程度に形成することができ、所期の光学特性を有する光学素子を容易に製造することができる。

本発明の具体的な態様又は観点では、上記光学素子の製造方法において、マスク用の粒子の運動エネルギーを増加させる処理は、プラズマ及びイオンビームのいずれか一方を用いることによって行う。この場合、基材に負荷をかけたり、ダメージを与えたりすることなくマスク用の粒子のエネルギーを増加させることができる。また、比較的大きな面積を有する基材であっても表面全体でマスク用の粒子の運動エネルギーを増加させることができ、島状のマスクを均一に形成することができる。

本発明のさらに別の観点では、マスク用の粒子の運動エネルギーを増加させる処理は、基材の表面を加熱することによって行う。この場合、基材の表面において、粒子のエネルギーを均一に増加させることができる。

本発明のさらに別の観点では、マスク形成工程前に、基材の表面を改質する改質工程を行う。この場合、基材の表面の汚れを微細構造作製時のマスク形成の前に除去することができる。また、微細構造作製時における表面の濡れ性の変動を減少させることができる。

本発明のさらに別の観点では、基材の材料は、樹脂及び金属酸化物のいずれか一方である。基材の材料が樹脂の場合、樹脂のエッチングレートとマスクのエッチングレートとの差が大きいため、凹凸構造を作製しやすい。また、基材の材料が金属酸化物の場合、基材の強度が高くなるため、拭き耐性が高い。また、基材の材料は、樹脂に金属や金属酸化物を添加したものを用いることもできる。樹脂に金属や金属酸化物を添加したものを使用すれば、その組成に応じて必要な作製し易さ、拭き耐性を得ることが可能になる。

本発明のさらに別の観点では、エッチング工程において、プラズマ及びイオンビームのいずれか一方を用いることによってエッチングを行う。この場合、比較的大きな面積を有する基材であっても微細凹凸構造を均一に形成することができる。

上記課題を解決するために、本発明に係る光学素子は、上述の光学素子の製造方法を用いて製造する。

上記光学素子によれば、上記方法で光学素子を製造することにより、基材の表面に所望の形状及び密度を有する微細凹凸構造を均一に形成することができる。これにより、基材の種類や基材の表面の濡れ性にかかわらず、所望の光学特性を有する光学素子となる。

（Ａ）は、第１実施形態の光学素子の平面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す光学素子の側面図及び部分拡大図である。 図１（Ａ）の光学素子の製造に用いる成形金型を説明する断面の概念図である。 図１（Ａ）の光学素子の製造に用いる加工装置を説明する概念図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、図１（Ａ）の光学素子の成形工程を説明するための図である。 （Ａ）は、図１（Ａ）の光学素子の製造工程のうち改質工程を説明する概念図であり、（Ｂ）は、図１（Ａ）の光学素子のマスク形成工程を説明する概念図であり、（Ｃ）及び（Ｄ）は、エッチング工程を説明する概念図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、マスク用の粒子の運動エネルギーを増加させる処理の効果を説明する図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、図１（Ａ）の光学素子の実施例１及び比較例１を説明する図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、図１（Ａ）の光学素子の実施例２及び比較例２を説明する図である。 実施例３の基材の表面の可視光平均反射率を説明する図である。 第２実施形態の光学素子の製造方法に用いる加工装置を説明する概念図である。

〔第１実施形態〕
図面を参照して、本発明の第１実施形態に係る光学素子の製造方法及び光学素子について説明する。

本実施形態の光学素子であるレンズ１０は、例えば撮像レンズとして用いられる。図１（Ａ）に示すように、レンズ１０は、光軸ＯＡ方向から見て略円形の輪郭を有する。レンズ１０は、図１（Ａ）及び１（Ｂ）に示すように、レンズ本体１１とフランジ部１２とを有する。レンズ本体１１は、例えば非球面型のレンズ部であり、光学的な機能を有する部分として凸形状の第１光学面１１ａと凸形状の第２光学面１１ｂとを有している。フランジ部１２は、第１光学面１１ａの周囲に広がる平坦な第１フランジ面１２ａと、第２光学面１１ｂの周囲に広がる平坦な第２フランジ面１２ｂを有する。第１及び第２フランジ面１２ａ，１２ｂは、光軸ＯＡに垂直なＸＹ面に対して平行に配置されている。

図１（Ｂ）に拡大して示すように、レンズ１０の第１光学面１１ａ上には、反射防止構造体５１が設けられている。なお、図１（Ｂ）において、第１光学面１１ａと反射防止構造体５１との境界は、実際には明確に存在しないが便宜上点線で示されている。なお、第２光学面１１ｂ上にも、反射防止構造体５１が設けられている。第２光学面１１ｂ上に設けられた反射防止構造体５１の形状等は、第１光学面１１ａ上に設けられた反射防止構造体５１の形状等と同様であるため、以下、第１光学面１１ａ側についてのみ説明する。

反射防止構造体５１は、基材の表面である第１光学面１１ａの全面に略均一な密度で形成されている。反射防止構造体５１は、第１光学面１１ａ等に沿った面内において、ランダムに配置された微細な凹凸形状（微細凹凸構造）を有する。反射防止構造体５１は、入射光側から光学素子中心側に向かうにつれて凹凸形状の体積密度が増加するような先細りの構造となっている。つまり、反射防止構造体５１は、略錐体状の微細突起を集めたものとなっている。反射防止構造体５１の粗さ（Ｒｚ：十点平均粗さ）は、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下となっている。なお、反射防止構造体５１の粗さＲｚは、５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下が好ましく、さらに、２５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下がより好ましい。反射防止構造体５１は、イオンビームやプラズマを用いることにより形成される。一般に、ある界面での反射率は、界面を挟む二空間の屈折率の差で決定され、その差が大きいほど表面反射率が増加する。反射防止構造体５１は、第１光学面１１ａ上に形成された使用波長レベル以下の凹凸形状であるため、反射防止構造体５１と第１光学面１１ａとの間には、急激な屈折率変化がある界面が存在しない。これにより、反射防止構造体５１における屈折率変化が緩やかなものとなり、表面反射率が低下する。この効果は、波長や入射角に依存するものではない。そのため、反射防止構造体５１は、高低屈折率層等を有する従来型の構造体に比較して波長依存性と角度依存性とを抑えることができる。

レンズ１０の材料には、樹脂や金属酸化物等が用いられる。樹脂としては、例えば熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、光硬化性樹脂、有機無機ハイブリッド材料等が用いられる。具体的には、光硬化性樹脂として、例えばアクリル樹脂、アリル樹脂、エポキシ系樹脂、フッ素系樹脂等がある。熱硬化性樹脂として、例えばフッ素系樹脂、シリコーン系樹脂等がある。熱可塑性樹脂として、例えばポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、環状オレフィンコポリマー等がある。有機無機ハイブリッド材料として、例えばポリイミド・チタニアハイブリッド等がある。また、金属酸化物として、例えばＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ｐ_２Ｏ_５、ＧｅＯ_２、ＢｅＦ_２、Ａｓ_２Ｓ_３、ＳｉＳｅ_２、ＧｅＳ_２、ＴｉＯ_２、ＴｅＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｖ_２Ｏ_５、Ｓｂ_２Ｏ_５、ＰｂＯ、ＣｕＯ、ＺｒＦ_４、ＡｌＦ_３、ＩｎＦ_３、ＺｎＣｌ_２、ＺｎＢｒ_２等もしくはそれらを含むものが用いられる。

以上のレンズ１０では、第１及び第２光学面１１ａ，１１ｂに比較的均一に反射防止構造体５１が形成されている。そのため、第１及び第２光学面１１ａ，１１ｂにおける反射光が低減され、反射光で発生しうるゴーストを抑えることができる。また、反射防止構造体５１が第１及び第２光学面１１ａ，１１ｂと同じ材質で形成されているため、膜剥がれやクラックといった不良が発生することを防ぐことができる。また、光線の入射角度にかかわらず均質な反射防止構造体５１を有することにより、高精度な光学特性を有するレンズ１０となる。

以下、図２及び図３を参照しつつ、図１（Ａ）等に示すレンズ１０を製造するためのレンズ製造装置の一例について説明する。レンズ製造装置は、図２に示す成形装置（成形金型４０のみ図示）と、図３に示す加工装置６０とを備える。

図２に示すように、成形金型４０は、固定側の第１金型４１と可動側の第２金型４２とで構成される。図示を省略しているが、成形金型４０は、射出成形機に組み込まれて使用されるものであり、第１金型４１は、射出成形機の固定盤に固定され、第２金型４２は、射出成形機の可動盤に固定される。両金型４１，４２は、可動盤に付随する不図示の駆動機構により、パーティングラインＰＬを境として相対的に開閉可能になっている。第１金型４１と第２金型４２とに挟まれた型空間ＣＶは、レンズ１０（図１（Ａ）等参照）の形状に対応するものとなっている。型空間ＣＶには、図示を省略する射出装置からの溶融樹脂が供給され適度の圧力で充填される。

成形金型４０のうち第１金型４１は、レンズ１０の第１光学面１１ａ及び第１フランジ面１２ａを成形するためのものである。第１金型４１は、第２金型４２に対向する端面４１ａに、レンズ１０の第１光学面１１ａ及び第１フランジ面１２ａに対応する第１転写面４１ｂを有する。

第２金型４２は、レンズ１０の第２光学面１１ｂ及び第２フランジ面１２ｂを成形するためのものである。第２金型４２は、第１金型４１に対向する端面４２ａに、レンズ１０の第２光学面１１ｂ及び第２フランジ面１２ｂに対応する第２転写面４２ｂを有する。

以上の成形金型４０を利用して成形されたレンズ１０の光学面１１ａ，１１ｂは、比較的平滑な非球面の曲面（或いは球面）であり、これらの光学面１１ａ，１１ｂ上には、図１（Ｂ）に示すような反射防止構造体５１がまだ形成されていない。

図３に示すように、レンズ１０に反射防止構造体５１を形成するための加工装置６０は、真空チャンバー６１と、ステージ６２と、イオンガン６３と、中和ガン６４と、蒸着装置６５と、ガス供給部６６，６７と、ガス排出部６８と、制御部６９とを備える。

真空チャンバー６１は、加工装置６０内を気密に保つためのものである。真空チャンバー６１内には、ステージ６２と、イオンガン６３と、中和ガン６４と、蒸着装置６５とが設けられている。また、真空チャンバー６１は、ポート６１ａを介してガス供給部６６，６７と連通し、ポート６１ｂを介してガス排出部６８と連通している。

ステージ６２は、真空チャンバー６１の上部に設けられており、駆動部６２ｄによって、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向に３次元的に移動可能となっており、鉛直軸のまわりに回転させることもできる。ステージ６２のイオンガン６３等に対向するステージ面６２ａ上には、レンズ１０が載置され固定されている。ステージ６２の位置調整により、レンズ１０の位置調整がされる。また、ステージ６２の回転により、レンズ１０を真空チャンバー６１の上部空間内で周回させることもできる。なお、図示を省略しているが、ステージ６２は、反転機構を備え、ステージ面６２ａ上に保持されたレンズ１０の表裏を適当なタイミングで反転させることができる。

イオンガン６３は、レンズ１０の第１及び第２光学面１１ａ，１１ｂ上に反射防止構造体５１を形成するためのものである。イオンガン６３は、プラズマ中のイオンを電圧印加等によって抽出し、イオンガン６３の外部に放出する。具体的には、イオンガン６３は、供給されたガスをイオン化し、イオンガン６３の陽極６３ａと陰極６３ｂとの間にビーム電圧を印加する。イオンガン６３は、イオン化したガス（例えば、正イオン）を陰極６３ｂ側に接近、通過させ、イオンビームＩＢとして真空チャンバー６１内に放出する。放出されたイオンビームＩＢは、ステージ６２上のレンズ１０の第１光学面１１ａと第２光学面１１ｂとに照射される。これにより、後述するマスクＭＡを形成するマスク形成工程において、第１及び第２光学面１１ａ，１１ｂに対して活性化処理を行うことができるとともに、その後のエッチング工程において、第１及び第２光学面１１ａ，１１ｂのうち後述するマスクＭＡが形成されていない露出した樹脂部分をエッチングすることができる。

中和ガン６４は、イオンビームＩＢ中のイオンを中和させて電解分布の影響を抑えるためのものである。中和ガン６４には、不図示のガス導入源から電離用のガスが導入されており、導入されたガスが電離される。電離によって生成された電子を真空チャンバー６１に放出させると、イオンガン６３によってイオン化したガスが電子によって中和される。なお、中和ガン６４の代わりに中和グリッドを用いてもよい。

蒸着装置６５は、レンズ１０の第１光学面１１ａ上と第２光学面１１ｂ上とに後述するマスクＭＡを形成するためのものである。蒸着装置６５は、例えばＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＦ_２、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＣｅＯ_２、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｇ、及びこれらの混合物等の蒸着を行う。

ガス供給部６６，６７は、イオンビームＩＢを照射するための導入ガスをイオンガン６３に供給するものである。導入ガスとして、不活性ガスと反応性ガスとが用いられる。不活性ガスとして、例えばアルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ_２）、ヘリウム（Ｈｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、ネオン（Ｎｅ）、及びこれら混合ガスがある。また、反応性ガスとして、例えば酸素（Ｏ_２）、四フッ化炭素（ＣＦ_４）、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ_３）がある。ここで、Ａｒ、Ｏ_２、Ｎ_２、及びこれら混合ガスは、比較的安価であるため好ましい。その中でも、Ｏ_２及びこれを含んだ混合ガスは、第１及び第２光学面１１ａ，１１ｂのエッチングの際に反応性エッチングを同時に行うことができるため特に好ましい。

ガス排出部６８は、真空チャンバー６１内を排気するためのものである。ガス排出部６８によって、真空チャンバー６１内を所定の真空度まで排気する。

制御部６９は、ステージ６２、イオンガン６３、中和ガン６４、蒸着装置６５、及びガス排出部６８の動作を制御するためのものである。

以下、図４（Ａ）〜４（Ｃ）及び図５（Ａ）〜５（Ｄ）を参照しつつ、図１（Ａ）等に示すレンズ１０の製造工程について説明する。レンズ１０の製造工程は、レンズ１０を成形する成形工程と、レンズ１０の表面を改質する改質工程と、第１及び第２光学面１１ａ，１１ｂ上に反射防止構造体５１を形成する構造体形成工程とで構成される。

〔成形工程〕
成形工程は、図２に示す第１及び第２金型４１，４２を組み込んだ射出成形機を用いて行われる。本工程により、レンズ１０の本体部分が成形される。

まず、両金型４１，４２を成形に適する温度まで加熱する。次に、図４（Ａ）に示すように、第１金型４１と第２金型４２とが接触する型当たり位置まで両金型４１，４２を相対的に近接させて型閉じを行うとともに、第１金型４１を第２金型４２とを必要な圧力で締め付ける型締めを行う。次に、図４（Ｂ）に示すように、型締めされた第１金型４１と第２金型４２との間の型空間ＣＶ中に、必要な圧力で溶融樹脂ＭＰを注入する射出を行わせる。この際、第１金型４１と第２金型４２とが適度に加熱されており、型空間ＣＶ中の溶融樹脂ＭＰが緩やかに冷却される。溶融樹脂ＭＰが冷却されて十分硬化した段階で、図４（Ｃ）に示すように、第２金型４２を後退させる型開きを行うことにより、第１金型４１と第２金型４２とが離間する。この結果、両金型４１，４２間から光学素子としてのレンズ１０を取り出すことができる。レンズ１０には、微視的にも比較的滑らかな曲面である第１及び第２光学面１１ａ，１１ｂが形成されている。

〔改質工程〕
改質工程は、後述するマスク形成工程前に、基材の表面、すなわちレンズ１０の第１及び第２光学面１１ａ，１１ｂを改質するために行う。改質工程は、図３に示す加工装置６０を用いて行う。具体的には、図５（Ａ）に示すように、レンズ１０の第１及び第２光学面１１ａ，１１ｂに対してイオンビームＩＢを１０秒〜１０分程度照射する。本工程により、第１及び第２光学面１１ａ，１１ｂの汚れを除去し、基材表面を活性化することができる。また、次工程の構造体形成工程における第１及び第２光学面１１ａ，１１ｂの濡れ性の変化を減少させることができる。改質工程において、イオンビームの出力及びイオンビーム形成用のガスは、マスク形成工程やエッチング工程と同様のものとすることができる。

〔構造体形成工程〕
構造体形成工程は、マスク形成工程と、エッチング工程とを有する。本工程により、基材の表面、すなわちレンズ１０の第１及び第２光学面１１ａ，１１ｂに反射防止構造体５１が形成される。なお、第１及び第２光学面１１ａ，１１ｂに対する処理工程は同様であるため、便宜上、第１光学面１１ａに反射防止構造体５１を形成する場合についてのみ説明する。

Ａ）マスク形成工程
本工程おけるマスク形成工程は、エッチング工程の前処理として行われる。マスク形成工程では、レンズ１０の第１光学面１１ａ上にマスクＭＡを形成する。マスク形成工程において、イオンビーム等の粒子の衝突エネルギーを用いることによってマスク用の粒子の運動エネルギーを増加させる処理を行いながら蒸着によってマスクＭＡを形成する。マスクＭＡは、図５（Ｂ）に拡大して示すように、微細な島状のパターンとなっている。マスクＭＡは、ランダムに配置された複数の島ＩＭを有している。マスク形成工程は、蒸着等の膜堆積によって行われる。薄膜の初期成長過程において、膜の成長核が島ＩＭとなって成長する状態、すなわち島成長が起こる。薄膜成長の初期過程を利用することで、マスクＭＡを分散した島状に形成することができる。膜が層状になる前の島成長の状態では、島ＩＭが存在している部分と第１光学面１１ａが露出している部分とが存在するため、微細な島状の遮蔽パターンを有するマスクとして機能する。

図３に示す成膜装置としての加工装置６０内で主に蒸着装置６５を利用してマスク形成工程を行う。マスクＭＡを構成する島ＩＭの数密度や大きさは、膜の成長条件（表面へのエネルギー供給を含む）を調整することによって適宜変更することができる。堆積される島ＩＭの平均膜厚は、例えば１ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましい。マスクＭＡの材料は、例えば低屈折透明材料、高屈折透明材料等がある。具体的には、低屈折透明材料として、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２、ＢａＦ_２、Ｎａ_３ＡｌＦ_６、Ｎａ_５Ａｌ_３Ｆ_１４、ＳｉＯ等、乃至はそれらの混合物がある。また、高屈折透明材料として、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔｉ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、ＨｆＯ_２等、乃至はそれらの混合物がある。特に、低屈折透明材料の場合、反射防止構造体５１上に残留しても反射の要因になりくい。マスクＭＡのパターニングを施すことにより、第１光学面１１ａの面上の位置に応じてエッチング速度の違いが生じ、後述するエッチング工程において微細な凹凸形状を形成することができる。

既に説明したように、マスク形成工程の際にレンズ１０の表面にイオンビーム等を照射しつつ蒸着を行う。つまり、加工装置６０において蒸着装置６５を動作させて膜蒸着を行う際に、レンズ１０の第１光学面１１ａに向けられたイオンガン６３を適宜動作させる。つまり、イオンガン６３から放出されるイオンビームＩＢと、蒸着装置６５から出射される蒸着粒子ＥＢとが、レンズ１０の目的とする面、すなわち第１光学面１１ａに並行して照射されるようになっている。

具体的な動作について説明すると、レンズ１０をステージ６２に固定した後、ガス排出部６８によって真空チャンバー６１内の気体を排気する。排気によって維持される背圧は、１×１０^−１Ｐａ以下となっている。なお、背圧は、１×１０^−３Ｐａ以下がより好ましい。また、背圧は、後述する導入ガスの１／１０以下の圧力であることが望ましい。

次に、真空チャンバー６１内に導入ガスを導入する。導入ガスは、例えばＡｒ、Ｏ_２、Ｎ_２、Ｈｅ、Ｋｒ、Ｎｅ、ＣＦ_４、ＳＦ_６、ＣＨＦ_３及びこれらの混合ガスのいずれかが用いられる。また、これらのガス流量は１ｓｃｃｍ〜２００ｓｃｃｍである。

以上の真空チャンバー６１の状態でイオンビームＩＢを放出し、レンズ１０の第１光学面１１ａにイオン照射を行う。この際、イオンビームの出力エネルギーは１Ｗ〜１ｋＷである。また、かかるイオン照射は、既に説明したように蒸着装置６５を用いて蒸着と並行して行われる。この結果、レンズ１０の第１光学面１１ａ上にイオンビームＩＢを一様かつ適度に当てつつ、第１光学面１１ａ上にマスク材料の一様かつ微弱な蒸着粒子ＥＢを入射させることができる。このように蒸着粒子ＥＢの照射に際してイオンビームＩＢを存在させることで、蒸着粒子ＥＢによって第１光学面１１ａ上に付着するマスク材料粒子に適度なエネルギーが与えられて活性化される。この結果、通常の蒸着では島ＩＭを形成することが難しく連続膜となってしまうような材料・膜厚であってもマスクＭＡとなるべき島ＩＭの凝集が促進され、第１光学面１１ａ上に適度に分散した多数の島ＩＭを一様に形成することができる。

Ｂ）エッチング工程
本工程におけるエッチング工程は、図３に示すエッチング装置としての加工装置６０を用いることで行われる。エッチング工程において、イオンガン６３及び中和ガン６４を利用して、イオンビームＩＢの照射、すなわち粒子の衝突エネルギーを用いる手法によってエッチングを行う。この際、イオンビームの出力及びイオンビーム形成用のガスは、エッチング工程とマスク形成工程とで異なるものとできる。

マスク形成工程の際に使用したガスと異なるガスを用いる場合、ガス排出部６８によって真空チャンバー６１内の気体を排気する。排気によって維持される背圧は、１×１０^−１Ｐａ以下となっている。なお、背圧は、１×１０^−３Ｐａ以下がより好ましい。また、背圧は、後述する導入ガスの１／１０以下の圧力であることが望ましい。

次に、真空チャンバー６１内に導入ガスを導入する。導入ガスは、例えばＡｒ、Ｏ_２、Ｎ_２、Ｈｅ、Ｋｒ、Ｎｅ、ＣＦ_４、ＳＦ_６、ＣＨＦ_３及びこれらの混合ガスのいずれかが用いられる。ここで、導入ガスに、不活性ガスと反応性ガスとを用いると、エッチングレートを簡単に調整することができる。導入ガスの圧力は、１Ｐａ以下となっている。なお、導入ガスの圧力は、１×１０⁻¹Ｐａ以下がより好ましい。より低いガス圧でエッチングを行うことにより、イオンの平均自由工程が長くなる。そのため、イオンの運動エネルギーが第１光学面１１ａに衝突するまでに失われにくくなり、エッチングレートが上昇する。よって、イオンの平均自由工程がレンズ１０とイオンガン６３との間の距離と同じ又は１／１０程度になるように全圧を設定することにより、エッチングレートの上昇が見込まれる。エッチング工程において、第１光学面１１ａが配置されている部分での最大のエッチングレートと最小のエッチングレートとの差は、最大のエッチングレートの１０％以内となっている。

以上の真空チャンバー６１の状態でイオンビームＩＢを放出し、第１光学面１１ａにイオン照射を行う。この際、イオンの加速エネルギーは１Ｗ〜１ｋＷである。

イオンビームＩＢの照射により、図５（Ｃ）に示すように、マスクＭＡの島ＩＭとともに、レンズ１０の樹脂が露出した部分がエッチングされる。これにより、図５（Ｄ）に示すように、第１光学面１１ａに入射光側から光学素子中心側に向かうにつれて凹凸形状の体積密度が増加するような構造を有する反射防止構造体５１が形成される。なお、図５（Ｃ）のように反射防止構造体５１上にマスクＭＡが残留している場合もある。上記のようなエッチング工程後、第１光学面１１ａに付着したマスクＭＡを除去するマスク除去工程を行ってもよい。この場合、例えばイオンビームＩＢの調整によりマスクＭＡの除去処理を行う。

以上により、図１（Ａ）等に示すレンズ１０の第１光学面１１ａ上に反射防止構造体５１を形成することができるが、レンズ１０をステージ６２上で反転させることにより、第２光学面１１ｂ上にも、同様の手法で反射防止構造体５１を形成することができる。その場合再び真空に排気する必要が無いため、反射防止構造体の作製時間を短縮することが可能になる。結果的に、光学面１１ａ，１１ｂが反射防止構造体５１で被覆されたレンズ１０が完成する。

以上説明した光学素子の製造方法等によれば、基材であるレンズ１０の表面（例えば第１光学面１１ａ）に島状のマスクＭＡを形成する際に、イオンビームＩＢによってマスク用の粒子の運動エネルギーを増加させる処理を行う。このように、マスク用の粒子にエネルギーを与えるため、粒子の表面拡散が促進されマスク用の粒子がレンズ１０の表面上で島成長しやすくなる。その後、イオンビームＩＢを用いてエッチングを行うことにより、レンズ１０の表面（第１及び第２光学面１１ａ，１１ｂ）に所望の形状及び密度を有する微細凹凸構造である反射防止構造体５１を均一に形成することができる。これにより、基材の種類や基材の表面の濡れ性にかかわらず、島状に分散したマスクＭＡを所望の程度に形成することができ、所期の光学特性を有するレンズ１０を容易に製造することができる。

イオンビームＩＢ等を照射しつつマスクＭＡを形成すると、基材の表面の濡れ性の影響を受けにくいため、異なる材料の基材（レンズ１０の本体材料：具体的には射出成形等によって形成された光透過性の樹脂）に対しても同様の条件でエッチングを行うことができる。また、基材の表側（例えば第１光学面１１ａ）と裏側（例えば第２光学面１１ｂ）とで同じ処理で同様の特性を得ることができる。また、部分的な濡れ性の変化が基材の表裏の表面にあっても外観不良が生じにくい。以上のことから、本実施形態の方法は、生産しやすく、材料の制限もなくレンズ１０に反射防止構造体５１を付与することができる。

本実施形態の方法で製造したレンズ１０には、図６（Ａ）に示すように、線状の外観不良は生じない。一方、マスク用の粒子の運動エネルギーを増加させる処理を行わずに製造したレンズには、部分的に表面の濡れ性が異なるため、図６（Ｂ）に示すように、線状の外観不良が生じうる。そのため、図６（Ｂ）のような表面では、場所によって反射率に差が現われる、不良部分で光の散乱が起きる等の問題が発生する。

〔実施例１〕
以下、本実施形態のうち構造体形成工程の実施例を説明する。
反射防止構造体５１の基材として、熱可塑性樹脂製（ＡＰＥＬ（三井化学株式会社製））の基板を用いた。基板の直径は１１ｍｍであり、厚さは３ｍｍである。構造体形成工程のマスク形成工程において、図３に示すイオンガン６３等を用いて基材の表面にイオンビームＩＢを照射しつつ、図３に示す蒸着装置６５を用いて無処理の基材上にＴｉＯ_２のマスクＭＡを成膜した。この際、イオンの加速エネルギーは、１Ｗ−１ｋＷとした。本工程において、マスクＭＡの膜厚は、平均膜厚が１ｎｍ−１０ｎｍ程度となるようにした。その後、エッチング工程において、図３に示すイオンガン６３等を用いてマスクＭＡを形成した基材に対してＡｒとＯ_２の混合ガスによってイオンビームエッチング処理を５０分間行った。この際、イオンの加速エネルギーは、１Ｗ−１ｋＷとした。これにより、基材の表面に反射防止構造体５１が作製される。基材の両面に対して構造体形成工程を行い、最初に反射防止構造体５１が形成された面を先行面とし、次に反射防止構造体５１が形成された面を後行面とした。

図７（Ａ）に実施例１の基材の表面の反射率を示す。図７（Ａ）は、波長に対する可視光平均反射率を示すグラフである。図７（Ａ）において、線ａが実施例１の先行面の反射率を示し、線ｂが実施例１の後行面の反射率を示す。反射率は、顕微分光測定機（ＵＳＰＭ−ＲＵIII、オリンパス社製）を用いて測定した。反射率は、基材の表面に対して垂直に測定した。

図７（Ａ）に示すように、先行面と後行面とにおいて、略同一の反射率を得ることができた。つまり、先行面の反射防止構造体５１の形成によって後行面のマスクＭＡの形状が変化しないことがわかる。

〔比較例１〕
以下、構造体形成工程の比較例を説明する。
比較例１において、実施例１と同じ基材に対して構造体形成工程を行った。構造体形成工程は、マスク形成時にイオンビームを照射しない点を除き、上述した実施例１と同様である。

図７（Ｂ）に比較例１の基材の表面の反射率を示す。図７（Ｂ）は、波長に対する平均反射率を示すグラフである。図７（Ｂ）において、線ｃが比較例１の先行面の反射率を示し、線ｄが比較例１の後行面の反射率を示す。反射率の測定方法は上述の実施例１と同様である。

図７（Ｂ）に示すように、先行面と後行面において、反射率が大きく異なった。つまり、先行面の反射防止構造体の形成によって後行面のマスクＭＡの形状が変化したことがわかる。このように、先行面に反射防止構造体を作製する際に、エッチング工程において回り込んだイオンによって、後行面の濡れ性が変化してしまう。そのため、後行面に均一にマスクが形成されず、結果として後行面の反射率が異なるものとなった。

〔実施例２〕
以下、構造体形成工程の別の実施例について説明する。実施例２において、反射防止構造体５１の基材として、熱可塑性樹脂（ＡＰＥＬ（三井化学株式会社製）、ＥＰ５０００（三菱ガス化学株式会社製）、ＺＥＯＮＥＸ（日本ゼオン株式会社製））の基板を用いた。基板の直径は１１ｍｍであり、厚さは３ｍｍである。構造体形成工程は、上述した実施例１と同様である。

図８（Ａ）に実施例２の基材の表面の反射率を示す。図８（Ａ）は、波長に対する可視光平均反射率を示すグラフである。図８（Ａ）において、線ｅが材料がＡＰＥＬである基材の表面の反射率を示し、線ｆが材料がＥＰ５０００である基材の表面の反射率を示し、線ｇが材料がＺＥＯＮＥＸである基材の表面の反射率を示す。反射率の測定方法は上述の実施例１と同様である。

図７（Ａ）に示すように、いずれの材料を用いた基材でも略同一の反射率を得ることができた。つまり、基材の材料が異なっていても、構造体形成工程において同様の条件で所望の反射率を得ることができることがわかる。

〔比較例２〕
以下、構造体形成工程の別の比較例を説明する。
比較例２において、実施例２と同じ基材に対して構造体形成工程を行った。構造体形成工程は、マスク形成時にイオンビームを照射しない点を除き、上述した実施例１と同様である。

図８（Ｂ）に比較例２の基材の表面の反射率を示す。図８（Ｂ）は、波長に対する平均反射率を示すグラフである。図８（Ｂ）において、線ｈが材料がＡＰＥＬである基材の表面の反射率を示し、線ｉが材料がＥＰ５０００である基材の表面の反射率を示し、線ｋが材料がＺＥＯＮＥＸである基材の表面の反射率を示す。反射率の測定方法は上述の実施例１と同様である。

図８（Ｂ）に示すように、同様の条件で構造体形成工程を行っても、基材の材料が異なると反射率が大きく異なった。つまり、基材の材料に応じて構造体形成工程の条件を変更する必要があることがわかる。

〔実施例３〕
以下、構造体形成工程の別の実施例について説明する。実施例３において、反射防止構造体５１の基材として、熱可塑性樹脂（ＡＰＥＬ（三井化学株式会社製））のレンズ１０を用いた。実施例３において、構造体形成工程の際に、エッチング処理にイオンビームを用いたサンプル１と、プラズマを用いた反射防止構造体５１を形成したサンプル２とを得た。サンプル１、２共にマスク形成工程において、イオンビームを照射しつつＴｉＯ_２のマスクＭＡを成膜した。本工程において、マスクＭＡの膜厚は、平均膜厚が１ｎｍ−２０ｎｍ程度となるようにした。その後、エッチング工程において、サンプル１に対しては、図３に示すイオンガン６３等を用いてマスクＭＡを形成した基材に対してＡｒとＯ_２の混合ガスによってイオンビームエッチング処理を５０分間行った。この際、イオンの加速エネルギーは、１Ｗ〜１ｋＷとした。一方、サンプル２に対しては、図示を省略するプラズマ装置を用いてプラズマエッチング処理を５分間行った。この際、プラズマエッチングは、プラズマ発生用の高周波電圧と基板バイアス用の低周波電圧を印加できるものを使用し、高周波電源１０Ｗ−５００Ｗ、低周波電源５Ｗ−２００Ｗの極力低電源で実施した。また、プラズマエッチング用のガスにはＯ_２を使用した。

図９に実施例３の基材の表面の可視光平均反射率を示す。図９において、線ｍがイオンビームを用いて反射防止構造体５１を形成した基材の表面の反射率を示し、線ｎがプラズマを用いて反射防止構造体５１を形成した基材の表面の反射率を示す。反射率の測定方法は上述の実施例１と同様である。

図９に示すように、イオンビーム及びプラズマのいずれを用いてもレンズ１０の表面の反射率は比較的低くなった。特に、イオンビームの方が低いレートでエッチング可能であるため熱ダメージが小さく、例えば波長４５０ｎｍにおける散乱が若干が小さくなった。

〔実施例４〕
以下、構造体形成工程の別の実施例について説明する。実施例４において、図３に示す蒸着装置６５を用いて、ガラス基板上に極力低いレートで膜を堆積させた。光学干渉表面粗さ計（Ｗｙｋｏ（Veeco社製））を用いて成膜した膜の厚さを測定した。レートは測定した膜厚を作製時間で割って算出した。その結果、実施例４の最低堆積レートは０．０１ｎｍ／ｓｅｃであった。

〔比較例３〕
以下、構造体形成工程の別の比較例について説明する。比較例３において、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置を用いて、ガラス基板上に極力低いレートで膜を堆積させた。膜厚の測定方法は、実施例４と同様である。比較例３の最低堆積レートは１０ｎｍ／ｓｅｃであった。

実施例４及び比較例３の結果からＣＶＤに比べて蒸着の方が精密制御が容易であることがわかった。

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る光学素子の製造方法等について説明する。なお、第２実施形態の光学素子の製造方法等は第１実施形態の光学素子の製造方法等を変形したものであり、特に説明しない事項は第１実施形態と同様である。

図１０は、本実施形態用いる加工装置６０を説明する図である。この場合、真空チャンバー６１内において、ステージ６２の下側に対向して熱エネルギー照射装置７２が配置されている。熱エネルギー照射装置７２は、例えば電子線、レーザー光、輻射熱等をステージ６２方向に一様に照射させる装置であり、基材の表面、すなわちレンズ１０の光学面１１ａ，１１ｂを加熱する。熱エネルギー照射装置７２は、加工装置６０において蒸着装置６５を動作させて膜蒸着を行う際に動作させる。これにより、レンズ１０の第１光学面１１ａ上に電子線、レーザー光、輻射熱等を照射しつつ、第１光学面１１ａ上にマスク材料の一様かつ微弱な蒸着粒子ＥＢを入射させることができる。このように蒸着粒子ＥＢの照射に際して光学面１１ａを加熱することで、蒸着粒子ＥＢによって第１光学面１１ａ上に付着するマスク材料粒子に適度なエネルギーが与えられる。この結果、マスクＭＡとなるべき島ＩＭの凝集が適度に促進され、第１光学面１１ａ上に適度に分散した多数の島ＩＭを一様に形成することができる。

以上、本実施形態に係る光学素子の製造方法等について説明したが、本発明に係る光学素子の製造方法等は上記のものには限られない。例えば、上記実施形態において、第１及び第２光学面１１ａ，１１ｂの形状、大きさは、用途や機能に応じて適宜変更することができる。

また、上記実施形態では、単一のレンズ１０の反射防止加工について説明したが、互いに接合又は連結される複数のレンズを備える複合レンズの１つ以上の光学面に反射防止加工を施して反射防止構造体５１を形成することができる。同様に、複数のレンズ要素を２次元的に配列したレンズアレイの表面に反射防止加工を施して反射防止構造体５１を形成することができる。

また、上記実施形態において、レンズ１０に形成した反射防止構造体５１は、レンズ以外にも、ミラー、回折構造、照明部品、光伝送部品等の様々な光学製品の光学面上に形成することができる。

また、上記実施形態において、レンズ１０を射出成形によって形成したが、レンズ１０は、例えば光透過性の型間で光硬化させるといった各種モールド法を用いて成形することができる。また、レンズ１０の作製には、モールドを用いた手法以外にも様々な手法を用いることができる。例えば、熱融着、熱処理、蒸着、塗布、堆積後のエッチング等を用いてレンズ１０を作製してもよい。なお、レンズ１０がガラス製の場合、例えば金型によるプレス成形によって成形される。

また、上記実施形態において、第１及び第２光学面１１ａ，１１ｂの双方に反射防止構造体５１を形成する必要はなく、第１及び第２光学面１１ａ，１１ｂのいずれか一方の反射防止構造体５１を省略し、或いは通常の干渉型の反射防止膜に置き換えることができる。第１及び第２光学面１１ａ，１１ｂのいずれか一方の反射防止構造体５１を他の方法（例えば、フォトレジスト等をマスクとして用いてエッチング等により微細凹凸構造を形成するもの）によって形成した反射防止構造体に置き換えてもよい。

また、上記実施形態において、エッチング工程用のイオンガンとマスク形成工程用のイオンガンとを別物とすることができる。ガス供給部６６，６７は２つ設けられているが、１つでも３つ以上でもよい。

また、上記実施形態において、反射防止構造体５１上に保護層が設けられていてもよい。この場合、図３に示す蒸着装置６５を用いて保護層を形成することができる。

１０…レンズ 、１１…レンズ本体 、１１ａ，１１ｂ…光学面 、１２…フランジ部 、１２ａ，１２ｂ…フランジ面 、４０…成形金型 、４１…第１金型 、４２…第２金型 、５１…反射防止構造体 、６０…加工装置 、６１…真空チャンバー 、６２…ステージ 、６３…イオンガン 、６４…中和ガン 、６５…蒸着装置 、７２…熱エネルギー照射装置 、ＣＶ…型空間 、ＥＢ…蒸着粒子 、ＩＢ…イオンビーム 、ＩＭ…島 、ＭＡ…マスク 、ＭＰ…溶融樹脂 、ＯＡ…光軸 、ＰＬ…パーティングライン

Claims (7)

1. 基材の表面でマスク用の粒子の運動エネルギーを増加させる処理を行いながら蒸着によって島状のマスクを形成するマスク形成工程と、
   前記マスク形成工程後、前記基材の表面をエッチングし微細凹凸構造を形成するエッチング工程と、
   を備えることを特徴とする光学素子の製造方法。
2. 前記マスク用の粒子の運動エネルギーを増加させる処理は、プラズマ及びイオンビームのいずれか一方を用いることによって行うことを特徴とする請求項１に記載の光学素子の製造方法。
3. 前記マスク用の粒子の運動エネルギーを増加させる処理は、前記基材の表面を加熱することによって行うことを特徴とする請求項１に記載の光学素子の製造方法。
4. 前記マスク形成工程前に、前記基材の表面を改質する改質工程を行うことを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
5. 前記基材の材料は、樹脂及び金属酸化物のいずれか一方であることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
6. 前記エッチング工程において、プラズマ及びイオンビームのいずれか一方を用いることによってエッチングを行うことを特徴とする請求項１から５までのいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
7. 請求項１から６までのいずれか一項に記載の光学素子の製造方法を用いて製造することを特徴とする光学素子。

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