JP2021167915A - 光学素子の製造方法、及び、光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の構造を有する光学機能部が設けられた光学素子の製造方法を提供する。【解決手段】光学素子１の製造方法は、基板１０の主面１０ａ上にレジスト層４１を形成することと、パターン領域Ｐをレジスト層４１に形成することと、溝部４２を形成することと、パターン領域Ｐを覆う誘電体層５１を形成することと、光学機能部２０を形成することとを有する。パターン領域Ｐは、レジスト層４１に形成される。溝部４２は、主面１０ａに直交する方向Ｄ１から見てパターン領域Ｐの周辺に相当する部分に形成される。誘電体層５１は、誘電体５０を堆積することで形成される。光学機能部２０は、パターン領域Ｐを覆う誘電体層５１を形成した後にレジスト層４１を取り除くことによって主面のうちパターン領域Ｐが配置されていた位置上に形成される。光学機能部２０は、誘電体５０によって構成される。【選択図】図５

Description

本発明は、光学素子の製造方法、及び、光学素子に関する。

基板と基板の主面上に設けられた光学機能部とを備える光学素子が知られている（たとえば、特許文献１）。特許文献１では、光学機能部は、誘電体によって構成される。

特表２０１８−５３６２０４号公報

特許文献１は、光学機能部の形成において、基板の主面上にレジスト層が形成され、所定のパターンが設けられた領域がレジスト層に形成され、当該パターン領域に誘電体が堆積されることを記載している。パターン領域に誘電体が堆積されることによって、基板の主面上に所望の構造を有する光学機能部が形成される。

本願発明者は、誘電体を堆積させる際にレジスト層に亀裂が入り、パターン領域の構造が崩壊するという問題に直面した。パターン領域の構造が崩壊した場合、所望の構造を有する光学機能部が形成されない。このため、パターン領域における構造の崩壊を抑制することが望まれている。当該構造の崩壊が抑制されれば、所望の構造を有する光学機能部が設けられた光学素子が実現され得る。

本発明の一つの態様は、所望の構造を有する光学機能部が設けられた光学素子の製造方法を提供することを目的とする。本発明の別の態様は、所望の構造を有する光学機能部が設けられた光学素子を提供することを目的とする。

本発明の一つの態様における光学素子の製造方法は、基板の主面上にレジスト層を形成することと、パターン領域をレジスト層に形成することと、溝部を形成することと、パターン領域を覆う誘電体層を形成することと、光学機能部を形成することと、を有している。パターン領域には、レジスト層を貫通するパターンが設けられている。溝部は、主面に直交する方向から見てパターン領域の周辺に相当する部分に形成される。誘電体層は、レジスト層が主面上に設けられている状態において誘電体を堆積することで形成される。光学機能部は、パターン領域を覆う誘電体層を形成した後にレジスト層を取り除くことによって主面のうちパターン領域が配置されていた位置上に形成される。光学機能部は、誘電体によって構成される。

上記一つの態様において、パターン領域の周辺に相当する部分に溝部が形成されている。本願発明者は、鋭意研究の結果、上記製造方法において、誘電体を堆積させる際にパターン領域における亀裂の発生が抑制されることを見いだした。パターン領域における亀裂の発生が抑制されれば、誘電体層が形成された後にレジスト層を取り除くことによって、所望の構造を有する光学機能部が実現され得る。

上記一つの態様において、上記製造方法は、レジスト層が主面上に設けられている状態において誘電体を堆積することで溝部を覆う誘電体層を形成することと、誘電体からなる壁部を形成することと、をさらに有してもよい。壁部は、溝部を覆う誘電体層を形成した後にレジスト層を取り除くことによって、主面のうち溝部が配置されていた位置上に形成されてもよい。この場合、パターン領域への亀裂の到達が抑制される。

上記一つの態様において、溝部は、主面に直交する方向から見て、パターン領域を完全に囲むようにレジスト層に形成されてもよい。この場合、パターン領域における亀裂の発生がより確実に抑制される。

上記一つの態様において、溝部は、主面に直交する方向から見て、パターン領域を囲むように形成されることで、パターン領域を含む内部領域を画定してもよい。主面に直交する方向から見て、内部領域からパターン領域を除いた部分の面積は、レジスト層が設けられた部分から当該内部領域を除いた部分の面積よりも小さくてもよい。この場合、パターン領域における亀裂の発生がより確実に抑制される。

上記一つの態様において、光学機能部は、複数の構造体を含んでいてもよい。各構造体は、主面に沿った方向における各構造体の最大長さが２００ｎｍ以下になるように形成されていてもよい。

上記一つの態様において、レジスト層には、互いに離間する複数のパターン領域が形成されてもよい。溝部は、主面に直交する方向から見て、各パターン領域の周辺に相当する部分に形成されてもよい。誘電体層は、各パターン領域を覆うように形成されてもよい。光学機能部は、各パターン領域が配置されていた位置に形成されてもよい。この場合、複数の光学機能部が一度に形成されながら、各パターン領域における亀裂の発生が抑制される。

本発明の別の態様における光学素子は、基板と、光学機能部と、壁部とを備えている。基板は、主面を有している。光学機能部は、基板の主面上に設けられていると共に誘電体によって構成されている。壁部は、基板の主面上において、主面に直交する方向から見て光学機能部の周辺に設けられている。

上記別の態様において、光学機能部の周辺に壁部が設けられている。光学機能部の周辺に壁部が形成される構成であれば、所望の構造を有する光学機能部を容易に実現できる。

上記別の態様において、壁部は、主面に直交する方向から見て、光学機能部を完全に囲っていてもよい。この場合、所望の構造を有する光学機能部がより容易かつ確実に実現され得る。

上記別の態様では、主面は、光学機能部が設けられている光学領域を含んでいてもよい。壁部は、主面に直交する方向から見て、光学領域を含む内部領域を画定していてもよい。主面に直交する方向から見て、内部領域から光学領域を除いた部分の面積は、主面から当該内部領域を除いた部分の面積よりも小さくてもよい。この場合、所望の構造を有する光学機能部がより確実に実現され得る。

上記別の態様では、光学機能部は、複数の構造体を含んでいてもよい。主面に沿った方向における各構造体の最大長さは、２００ｎｍ以下であってもよい。

上記別の態様では、基板の主面上には、互いに離間する光学領域にそれぞれ光学機能部が設けられていてもよい。壁部は、主面に直交する方向から見て、各光学領域の周辺に設けられていてもよい。この場合、所望の構造を有している複数の光学機能部が設けられた光学素子が容易に実現され得る。

本発明の一つの態様は、所望の構造を有する光学機能部が設けられた光学素子の製造方法を提供する。本発明の別の態様は、所望の構造を有する光学機能部が設けられた光学素子を提供する。

本実施形態における光学素子の概略平面図である。 光学素子の拡大斜視図である。 光学素子の拡大断面図である。 光学素子の製造方法を示すフローチャートである。 （ａ）から（ｅ）は、光学素子の製造方法を説明するための図である。 光学素子の製造方法を説明するための図である。 本実施形態の変形例における光学素子の製造方法を説明するための図である。 本実施形態の変形例における光学素子を示す概略平面図である。 本実施形態の変形例における光学素子の製造方法を説明するための図である。 （ａ）及び（ｂ）は、レジスト層に亀裂が生じている状態を示す図である。 保護壁により亀裂が抑制されている状態を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有している要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

まず、図１から図３を参照して、本実施形態における光学素子の構成を説明する。図１は、本実施形態における光学素子の概略平面図である。光学素子１は、電磁波が入射される面１ａを有している。光学素子１は、入射された電磁波に対して所望の光学的作用を生じさせる。たとえば、光学素子１は、入射された電磁波に対して透過率、反射率及び屈折率などに関する所望の光学性能を有している。たとえば、光学素子１は、２００ｎｍ〜２０００ｎｍの波長を有する電磁波に対して所望の光学性能を有するように構成されている。光学素子１は、たとえば、２６６ｎｍの波長を有する電磁波に対して、５００μｍの焦点距離を有するレンズである。

光学素子１は、基板１０と、光学機能部２０と、壁部３０とを備えている。光学素子１は、面１ａのうち、少なくとも上記電磁波を入射する部分に光学機能部２０を備えている。光学素子１は、少なくとも光学機能部２０が設けられている部分において、入射された電磁波に対して上記所望の光学的作用を生じさせる。図２は、光学機能部２０が設けられた部分における光学素子１の拡大斜視図である。図３は、光学機能部２０が設けられた部分における光学素子１の拡大断面図である。

基板１０は、主面１０ａを有している。基板１０の主面１０ａは、光学機能部２０が設けられている光学領域αを含んでいる。本実施形態では、基板１０は、光学素子１に入射される上記電磁波に対して透過性を有している。基板１０は、たとえば、２００ｎｍ〜２０００ｎｍの波長を有している電磁波に対して透過性を有している。本明細書において、「透過性を有する」とは、少なくとも約８０％の光透過率を有するこという。基板１０は、材料として、たとえば石英を含んでいる。たとえば、基板１０は、石英ガラスを含んでいる。主面１０ａは、平面である。主面１０ａの最大幅は、たとえば１０ｍｍ以上である。本実施形態では、主面１０ａは、たとえば、一辺が１０ｍｍ以上の矩形状を呈している。

光学機能部２０は、人工的な微細構造を有している。光学機能部２０によって、誘電体メタサーフェスが形成されている。光学機能部２０は、その構造によって、入射された電磁波に対して光学的に作用する。光学機能部２０は、主面１０ａ上に設けられている。「主面上に設けられている」とは、主面に接している場合だけでなく、別部材を介して主面上に設けられている場合も含んでいる。

光学機能部２０は、誘電体によって構成されている。光学機能部２０は、複数の構造体２２を含んでいる。本実施形態において、光学機能部２０は、図１に示されているように、基板１０の主面１０ａ上における矩形状の光学領域αに設けられている。本実施形態において、光学素子１は、１つの光学領域αを有している。光学領域αは、主面１０ａに直交する方向Ｄ１から見て、複数の構造体２２が配置されている領域である。光学領域αは、たとえば、３２０μｍ四方である。

複数の構造体２２は、誘電体からなる。複数の構造体２２は、主面１０ａ上に配置されている。複数の構造体２２は、基板１０の主面１０ａ上に二次元配列されている。本実施形態において、複数の構造体２２は、主面１０ａに直交する方向Ｄ１から見て、上述した光学領域α内に配置されている。

光学機能部２０は、複数の構造体２２の構造に応じて、入射される電磁波に対する種々の光学的作用を生じる。換言すれば、複数の構造体２２は、入射される電磁波に対して所望の光学的作用を生じるように構成されている。複数の構造体２２は、たとえば、二酸化ハフニウム、二酸化チタン、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、ケイ素、及びヒ化ガリウムの少なくとも１つを含んでいる。

各構造体２２は、基板１０の主面１０ａに交差する方向Ｄ１に延在している。本実施形態において、方向Ｄ１は、主面１０ａに直交している。各構造体２２は、たとえば、柱形状を呈している。各構造体２２は、たとえば、図２に示されているように、円柱形状を呈している。本実施形態において、各構造体２２は、主面１０ａに対して直立している。複数の構造体２２は、互いに異なる形状を有している構造体２３，２４を含んでいてもよい。方向Ｄ２は、方向Ｄ１に交差している。方向Ｄ２は、基板１０の主面１０ａに沿っている。本実施形態において、方向Ｄ２は、主面１０ａに平行であり、方向Ｄ１に直交している。方向Ｄ１が第一方向である場合、方向Ｄ２は第二方向である。

方向Ｄ１における各構造体２２の最大長さＬ１は、たとえば、１ｎｍ〜２０００ｎｍである。主面１０ａに沿った方向Ｄ２における各構造体２２の最大長さＬ２は、たとえば、２００ｎｍ以下である。最大長さＬ２は、たとえば、１ｎｍ〜２００ｎｍである。最大長さＬ２がたとえば３０ｎｍ〜２００ｎｍであれば、各構造体２２の形成がさらに容易に実現される。方向Ｄ１における各構造体の最大長さＬ１に対する、方向Ｄ２における当該構造体２２の最大長さＬ２の比率は、たとえば、０．０６〜０．４０である。本実施形態では、２６６ｎｍの波長を有する電磁波が光学素子１に入射されることを想定しており、最大長さＬ１は５００ｎｍであり、構造体２３，２４の最大長さＬ２は８０ｎｍ〜１２０ｎｍであり、複数の構造体２２の間隔は１６０ｎｍである。複数の構造体２２の間隔は、方向Ｄ１から見て、各構造体２２の幾何中心の間隔を意味する。

構造体２３及び構造体２４は、たとえば、円柱形状である。構造体２３と構造体２４とは、たとえば、主面１０ａに沿った方向Ｄ２における最大長さＬ２が異なる。方向Ｄ２における構造体２３，２４の最大長さＬ２は、底面の直径である。構造体２３，２４の底面が楕円形状を呈している場合には、方向Ｄ２は短軸方向である。構造体２３，２４の底面が矩形状を呈している場合には、方向Ｄ２は短辺方向である。構造体２３，２４の底面が長尺形状を呈している場合には、方向Ｄ２は長尺方向に直交する方向である。

図３に示されているように、壁部３０は、基板１０の主面１０ａ上に設けられている。壁部３０は、方向Ｄ１から見て、光学領域αの周辺に設けられている。壁部３０は、方向Ｄ１から見て、光学機能部２０の周辺に設けられている。本実施形態において、壁部３０は、方向Ｄ１から見て、光学機能部２０が設けられた１つの光学領域αを囲っている。壁部３０は、環状を呈している。壁部３０は、方向Ｄ１から見て、環状を呈している。壁部３０は、光学領域αの縁に沿って配置されている。本実施形態の変形例として、光学素子１が互いに離間した複数の光学領域αを有していてもよい。壁部３０は、互いに離間した複数の光学領域αを纏めて囲っていてもよい。換言すれば、互いに隣り合う光学領域αの間に壁部３０が位置していなくてもよい。

本実施形態において、図１に示されているように、壁部３０は、方向Ｄ１から見て、光学機能部２０を完全に囲っている。換言すれば、壁部３０は、連続した環状に形成されている。本実施形態の変形例として、壁部３０は、方向Ｄ１から見て、光学機能部２０を断続的に囲っていてもよい。換言すれば、壁部３０は、少なくとも一部において破断した環状に形成されていてもよい。さらに換言すれば、壁部３０は、互いに離間する複数の部材から形成されていてもよく、これらの複数の部材が１つの光学領域αを囲っていてもよい。

壁部３０は、方向Ｄ１から見て、内部領域β１を画定している。換言すれば、内部領域β１は、壁部３０によって囲まれている。光学領域αは、内部領域β１に含まれている。光学機能部２０は、内部領域β１に設けられている。方向Ｄ１から見て、内部領域β１から光学領域αを除いた部分の面積は、主面１０ａから当該内部領域β１を除いた部分の面積よりも小さい。本実施形態では、内部領域β１の面積は、主面１０ａのうち当該内部領域β１を除いた部分の面積よりも小さい。本実施形態では、壁部３０は矩形環状を呈しており、内部領域β１は矩形状を呈している。

本実施形態において、方向Ｄ１から見て、内部領域β１の外縁３０ａの最大幅Ｗ１は、約６５０μｍである。方向Ｄ１から見て、方向Ｄ２における内部領域β１の外縁３０ａの一辺の長さＷ２は、約４６０μｍである。方向Ｄ２における壁部３０の幅Ｗ３は、約２０μｍである。壁部３０と光学領域αとの最短距離Ｗ４は、約７０μｍである。

次に、図４、図５（ａ）から図５（ｅ）、図６、及び図３を参照して、光学素子１の製造方法を説明する。図４は、光学素子の製造方法を示すフローチャートである。図５（ａ）から図５（ｅ）及び図６は、光学素子の製造方法を説明するための図である。

まず、基板１０を準備する（工程Ｓ１）。基板１０は、図５（ａ）に示されているように主面１０ａを有している。方向Ｄ１は主面１０ａに直交する方向であり、方向Ｄ２は主面１０ａに沿った方向である。基板１０は、光学素子１に入射される上記電磁波に対して透過性を有している。基板１０は、たとえば、石英によって形成されている。たとえば、基板１０は、石英ガラスを含んでいる。

次に、基板１０の主面１０ａ上にレジスト層４１を形成する（工程Ｓ２）。工程Ｓ２において、レジスト層４１は、図５（ｂ）に示されているように、連続する一つの層として主面１０ａ上に形成される。工程Ｓ２において、レジスト層４１は、主面１０ａと対向する第一面４１ａと、第一面４１ａの反対側に位置する第二面４１ｂとを有している。レジスト層４１の厚さは、形成する各構造体２２の最大長さＬ１に応じて決定される。レジスト層４１の厚さは、たとえば各構造体２２の最大長さＬ１と同一である。「同一」には、製造誤差の範囲を含んでいる。レジスト層４１は、たとえば、電子ビームレジストによって形成されている。レジスト層４１は、フォトレジストによって形成されていてもよい。レジスト層４１は、工程Ｓ２において、たとえば、スピンコートによって主面１０ａ上にレジストを塗布することで形成される。主面１０ａとレジスト層４１との間に、別の層が形成されてもよい。

次に、パターン領域Ｐを形成するようにレジスト層４１を加工する（工程Ｓ３）。パターン領域Ｐは、パターニングが行われた領域である。工程Ｓ３のパターニングにおいて、レジスト層４１は、図５（ｃ）及び図６に示されているように、レジスト層４１の第二面４１ｂから第一面４１ａに貫通するパターンが形成されるように加工される。当該加工によって、上記パターンが設けられたパターン領域Ｐがレジスト層４１に形成される。本実施形態では、パターン領域Ｐのパターンから基板１０の主面１０ａが露出する。主面１０ａとレジスト層４１との間に別の層が設けられた場合には、パターン領域Ｐのパターンにおいて当該別の層が露出する。パターン領域Ｐのパターンは、形成する各構造体２２に応じて決定される。本実施形態において、パターン領域Ｐは、矩形状を呈している。

次に、溝部４２を形成するようにレジスト層４１を加工する（工程Ｓ４）。レジスト層４１には、図５（ｃ）及び図６に示されているように、溝部４２が、方向Ｄ１から見てパターン領域Ｐの周辺に相当する部分に形成される。溝部４２は、レジスト層４１の第二面４１ｂから第一面４１ａに貫通するように形成される。溝部４２において、基板１０の主面１０ａが露出する。本実施形態において、溝部４２は、方向Ｄ１から見て、１つのパターン領域Ｐを囲むように形成される。溝部４２は、環状を呈している。

本実施形態において、溝部４２は、方向Ｄ１から見て、パターン領域Ｐを完全に囲むようにレジスト層４１に形成される。換言すれば、溝部４２は、連続した環状に形成される。本実施形態の変形例として、溝部４２は、方向Ｄ１から見て、パターン領域Ｐを断続的に囲むようにレジスト層４１に形成されてもよい。換言すれば、溝部４２は、少なくとも一部において破断した環状に形成されていてもよい。さらに換言すれば、溝部４２は、互いに離間する複数の部位から形成されていてもよく、これらの複数の部位が１つのパターン領域Ｐを囲むように形成されてもよい。これらの場合、レジスト層４１の加工に要する時間が低減される。

工程Ｓ４において、溝部４２は、方向Ｄ１から見て、内部領域β２を画定する。換言すれば、内部領域β２は、溝部４２によって囲まれる。パターン領域Ｐは、内部領域β２に含まれている。方向Ｄ１から見て、内部領域β２からパターン領域Ｐを除いた部分の面積は、レジスト層４１が設けられた部分から当該内部領域β２を除いた部分の面積よりも小さい。本実施形態において、内部領域β２の面積は、レジスト層４１が設けられた部分のうち当該内部領域β２を除いた部分の面積よりも小さい。本実施形態において、溝部４２は矩形環状を呈しており、内部領域β２は矩形状を呈している。

本実施形態において、方向Ｄ１から見て、内部領域β２の外縁４２ａの最大幅Ｗ６は、約６５０μｍである。方向Ｄ１から見て、方向Ｄ２における内部領域β２の外縁４２ａの一辺の長さＷ７は、約４６０μｍである。方向Ｄ２における溝部４２の幅Ｗ８は、約２０μｍである。溝部４２とパターン領域Ｐとの最短距離Ｗ９は、約７０μｍである。

工程Ｓ３及び工程Ｓ４において、レジスト層４１は、たとえば、電子ビームリソグラフィによる露光及び現像によって加工される。レジスト層４１がフォトレジストによって形成されている場合には、レジスト層４１は、フォトリソグラフィによる露光及び現像によって加工される。本実施形態の変形例として、工程Ｓ４は、工程Ｓ３の前に行われてもよいし、工程Ｓ３と同時に行われてもよい。

次に、工程Ｓ３及び工程Ｓ４において加工されたレジスト層４１が主面１０ａ上に設けられている状態において誘電体５０を堆積することで、誘電体層５１を形成する（工程Ｓ５）。誘電体５０は、レジスト層４１及びレジスト層４１から露出した主面１０ａ上に積層される。誘電体層５１は、パターン領域Ｐ及び溝部４２を覆う。方向Ｄ１において、レジスト層４１から露出した主面１０ａに形成された誘電体層５１の長さは、レジスト層４１の長さよりも長い。換言すれば、誘電体５０は、レジスト層４１から露出した主面１０ａにおいて、方向Ｄ１におけるレジスト層４１の厚さよりも厚くなるように堆積される。

誘電体５０は、たとえば、気相薄膜形成法によって基板１０の主面１０ａに面する側から堆積される。気相薄膜形成法としては、たとえば、原子層堆積法（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）が用いられる。気相薄膜形成法としては、たとえば、化学気相成長（ＣＶＤ:chemical Vapor deposition）が用いられる。本実施形態では、図５（ｄ）に示されているように、誘電体５０は、原子層堆積法によって、主面１０ａが面する側からパターン領域Ｐ及び溝部４２に積層される。工程Ｓ５において、誘電体５０は、少なくともレジスト層４１及びレジスト層４１から露出した主面１０ａが視認できなくなるまで積層される。誘電体５０の積層処理を続けることで、誘電体層５１が形成される。誘電体５０は、たとえば二酸化ハフニウム、二酸化チタン、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、ケイ素、及びヒ化ガリウムの少なくとも１つを含んでいる。本実施形態において、誘電体層５１は、約１７０℃の成膜温度によって、パターン領域Ｐ及び溝部４２に積層される。

次に、誘電体層５１の一部を取り除く（工程Ｓ６）。図５（ｅ）に示されているように、誘電体層５１の一部は、レジスト層４１の第二面４１ｂと誘電体層５１とが面一になるように取り除かれる。このように誘電体層５１の不要部を除去することによって、誘電体層５１は、基板１０の主面１０ａに直交する方向Ｄ１から見て、主面１０ａにレジスト層４１が設けられていない部分のみに残る。工程Ｓ６において、誘電体層５１は、たとえば、エッチングによって取り除かれる。エッチングとしては、たとえば、ドライエッチングが用いられる。ドライエッチングとしては、たとえば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）が用いられる。反応イオンエッチングには、たとえば、誘導結合型プラズマが用いられる。

次に、レジスト層４１を取り除く（工程Ｓ７）。図３に示されているように、基板１０の主面１０ａ上に配置されているレジスト層４１が全て取り除かれる。工程Ｓ７について、レジスト層４１は、たとえば、レジスト剥離処理（アッシング）によって除去される。レジスト剥離処理としては、たとえば、酸素プラズマアッシングが用いられる。

工程Ｓ７では、レジスト層４１を取り除くことによって、誘電体５０からなる複数の構造体２２と誘電体５０からなる壁部３０とが主面１０ａ上に形成される。複数の構造体２２によって、光学機能部２０が形成される。このように、レジスト層４１を取り除くことによって、誘電体５０によって構成された光学機能部２０が主面１０ａ上に形成される。光学機能部２０は、パターン領域Ｐが配置されていた位置に形成される。壁部３０は、溝部４２が配置されていた位置に形成される。内部領域β２は、内部領域β１に相当する。

本実施形態の変形例として、図７に示されているように、工程Ｓ７の後に、壁部３０が取り除かれてもよい。壁部３０は、たとえば、薬液によって取り除かれてもよい。壁部３０は、ダイシングによって基板１０を切削する際に取り除かれてもよい。壁部３０を残す構成の方が、生産スループットが高い。

次に、本実施形態の変形例における光学素子１Ａに関して説明する。本変形例は、概ね、上述した実施形態と類似又は同じである。以下、上述した実施形態と本変形例との相違点を主として説明する。まず、図８を参照して、光学素子１Ａの構成について説明する。図８は、本実施形態の変形例における光学素子を示す概略平面図である。本変形例の光学素子１Ａは、基板１０に複数の光学領域αと壁部３０とが設けられている点に関して、上述した実施形態と相違する。

図８に示されているように、光学素子１Ａにおいて、互いに離間する複数の光学領域αが基板１０の主面１０ａ上に設けられている。各光学領域αには、光学機能部２０が設けられている。したがって、光学素子１Ａには、主面１０ａ上に複数の光学機能部２０が設けられている。本変形例において、複数の光学領域αは、主面１０ａ上に二次元配列されている。複数の光学領域αは、行方向及び列方向のそれぞれにおいて、等間隔に配置されている。

方向Ｄ１から見て、壁部３０は、各光学領域αの周辺に設けられている。壁部３０は、各光学領域αに設けられた光学機能部２０を囲っている。互いに隣り合う光学領域αの間には、壁部３０が配置されている。壁部３０は、互いに離間した複数の内部領域β１を画定している。複数の光学領域αは、それぞれ、壁部３０によって画定された互いに異なる内部領域β１に配置されている。換言すれば、各内部領域β１に１つの光学領域αが配置されている。本変形例のさらなる変形例として、各内部領域β１に互いに離間する複数の光学領域αが配置されていてもよい。

図８に示されている変形例において、壁部３０は、互いに離間した複数の壁部３１を含んでいる。互いに隣り合う壁部３０の最短距離Ｗ１１は、たとえば、壁部３０と光学領域αとの最短距離Ｗ４と同一である。本変形例において、最短距離Ｗ１１は、約７０μｍである。互いに隣り合う光学領域αは、互いに離間した壁部３１によってそれぞれ囲われている。本変形例のさらなる変形例として、互いに隣り合う光学領域αは、互いに連結された壁部３０によってそれぞれ囲われていてもよい。換言すれば、互いに隣り合う光学領域αは、互いに共通する部分を有している壁部３０によってそれぞれ囲われていてもよい。

次に、図９を参照して、上述した光学素子１Ａの製造方法について説明する。図９は、本実施形態の変形例における光学素子の製造方法を説明するための図である。本変形例の光学素子１Ａは、工程Ｓ３及び工程Ｓ４において、基板１０に複数のパターン領域Ｐが形成される点に関して、上述した実施形態と相違する。

光学素子１Ａの製造方法において、図９に示されているように、工程Ｓ３において、互いに離間する複数のパターン領域Ｐがレジスト層４１に形成される。たとえば、複数のパターン領域Ｐは、方向Ｄ１から見て、二次元配列される。たとえば、複数のパターン領域Ｐは、行方向及び列方向のそれぞれにおいて、等間隔に形成される。この場合、工程Ｓ４において、溝部４２は、方向Ｄ１から見て、各パターン領域Ｐの周辺に相当する部分に形成される。換言すれば、溝部４２は、各パターン領域Ｐを囲むように形成される。互いに隣り合うパターン領域Ｐの間には、溝部４２が配置される。溝部４２は、互いに離間した複数の内部領域β２を画定する。複数のパターン領域Ｐは、それぞれ、溝部４２によって画定された互いに異なる内部領域β２に配置される。換言すれば、各内部領域β２に１つのパターン領域Ｐが配置される。

本変形例のさらなる変形例として、各内部領域β２に互いに離間する複数のパターン領域Ｐが配置されてもよい。溝部４２は、互いに離間した複数のパターン領域Ｐを纏めて囲っていてもよい。溝部４２は、互いに隣り合う光学領域αの間に壁部３０が位置していなくてもよい。

図９に示されている変形例において、溝部４２は、互いに離間した複数の溝部４３を含んでいる。互いに隣り合う溝部４３の最短距離Ｗ１２は、たとえば、溝部４２とパターン領域Ｐとの最短距離Ｗ９と同一である。本変形例において、最短距離Ｗ１２は、約７０μｍである。互いに隣り合うパターン領域Ｐは、互いに離間した溝部４３によってそれぞれ囲われる。本変形例のさらなる変形例として、互いに隣り合うパターン領域Ｐは、互いに連結された溝部４２によってそれぞれ囲われてもよい。換言すれば、互いに隣り合うパターン領域Ｐは、互いに共通する部分を有している溝部４２によってそれぞれ囲われてもよい。

図９に示されている状態から、工程Ｓ５において、誘電体層５１が各パターン領域Ｐ及び溝部４２を覆うように形成される。その後、工程Ｓ６及び工程Ｓ７が行われることによって、図８を用いて説明した変形例のように、互いに離間する複数の光学領域α及び壁部３０が基板１０の主面１０ａ上に形成される。各光学領域αには、光学機能部２０が形成される。光学機能部２０は、各パターン領域Ｐが配置されていた位置に形成される。この結果、光学素子１Ａが形成される。

次に、上述した光学素子１，１Ａの製造方法及び光学素子１，１Ａの作用効果について説明する。工程Ｓ５において説明したように誘電体を堆積させる際には、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示されているようにレジスト層に亀裂が入る。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、レジスト層１０１に形成されているパターン領域ＰＡ，ＰＢを覆うように誘電体を積層した際に、レジスト層１０１に亀裂１０２が発生している状態を示している。発生した亀裂は、パターン領域ＰＡ，ＰＢに達している。図１０（ｂ）には、亀裂によってパターン領域ＰＢにおける構造が崩壊している様子が示されている。

光学素子１，１Ａの製造方法では、パターン領域Ｐの周辺に相当する部分に溝部４２が形成されている。この場合、図１１に示されているように、誘電体５０を堆積させる際にパターン領域Ｐにおける亀裂の発生が抑制される。図１１において、内部領域β２の外部において発生した亀裂１０３は、溝部４２において留まっている。パターン領域Ｐにおける亀裂１０３の発生が抑制されれば、誘電体層５１が形成された後にレジスト層４１を取り除くことによって、所望の構造を有する光学機能部２０が実現され得る。パターン領域Ｐにおける亀裂１０３の発生が抑制されることによって、光学機能部２０が設けられた光学素子１，１Ａの歩留まりが向上し、生産スループットも向上し得る。

光学素子１，１Ａの製造方法において、複数の構造体２２のような微細な構造を光学機能部２０に形成する場合には、工程Ｓ３及び工程Ｓ４において、レジスト層４１は電子ビームリソグラフィによって加工される。この場合、工程Ｓ３及び工程Ｓ４において、光学機能部２０の形成に不要なレジスト層４１の部分を全て取り除くには膨大な時間を要する。本実施形態における光学素子１，１Ａの製造方法によれば、所望の構造を有する光学機能部２０の形成時間が短縮され得る。

光学素子１，１Ａの製造方法は、レジスト層４１が主面１０ａ上に設けられている状態において誘電体５０を堆積することで溝部４２を覆う誘電体層５１を形成することと、誘電体５０からなる壁部３０を形成することと、をさらに有している。壁部３０は、溝部４２を覆う誘電体層５１を形成した後にレジスト層４１を取り除くことによって、主面１０ａのうち溝部４２が配置されていた位置上に形成される。この場合、内部領域β２の外部からの亀裂のパターン領域Ｐへの到達が抑制される。

光学素子１，１Ａの製造方法において、溝部４２は、方向Ｄ１から見て、パターン領域Ｐを完全に囲むようにレジスト層４１に形成されている。この場合、パターン領域Ｐにおける亀裂の発生がより確実に抑制される。

光学素子１，１Ａの製造方法において、溝部４２は、方向Ｄ１から見て、パターン領域Ｐを囲むように形成されることで、パターン領域Ｐを含む内部領域β２を画定している。方向Ｄ１から見て、内部領域β２からパターン領域Ｐを除いた部分の面積は、レジスト層４１が設けられた部分から当該内部領域β２を除いた部分の面積よりも小さい。この場合、パターン領域Ｐにおける亀裂の発生がより確実に抑制される。

光学素子１Ａの製造方法において、レジスト層４１には、互いに離間する複数のパターン領域Ｐが形成されている。溝部４２は、方向Ｄ１から見て、各パターン領域Ｐの周辺に相当する部分に形成されている。誘電体層５１は、各パターン領域Ｐを覆うように形成されている。光学機能部２０は、各パターン領域Ｐが配置されていた位置に形成されている。この場合、複数の光学機能部２０が一度に形成されながら、各パターン領域Ｐにおける亀裂の発生が抑制される。

光学素子１，１Ａでは、光学機能部２０の周辺に壁部３０が設けられている。このように光学機能部２０の周辺に壁部３０が形成される構成であれば、所望の構造を有する光学機能部２０を容易に実現できる。この場合、光学機能部２０が設けられた光学素子１，１Ａの歩留まりが向上し、生産スループットも向上し得る。たとえば、光学機能部２０の周辺に壁部３０が形成される構成では、壁部３０を形成する誘電体を堆積する際において、当該光学機能部２０に対応するパターン領域Ｐを構成する部分とそれ以外のレジスト層４１の部分とが分断される。このため、パターン領域Ｐに亀裂が発生し難い。

光学素子１，１Ａにおいて、壁部３０は、方向Ｄ１から見て、光学機能部２０を完全に囲っている。この場合、所望の構造を有する光学機能部２０がより容易かつ確実に実現され得る。

光学素子１，１Ａにおいて、壁部３０は、方向Ｄ１から見て、光学領域αを含む内部領域β１を画定している。方向Ｄ１から見て、内部領域β１から光学領域αを除いた部分の面積は、主面１０ａから当該内部領域β１を除いた部分の面積よりも小さい。この場合、所望の構造を有する光学機能部２０がより確実に実現され得る。

光学素子１Ａにおいて、基板１０の主面１０ａ上には、互いに離間する光学領域αにそれぞれ光学機能部２０が設けられている。壁部３０は、方向Ｄ１から見て、各光学領域αの周辺に設けられている。この場合、所望の構造を有している複数の光学機能部２０が設けられた光学素子１Ａが容易に実現され得る。

以上、本発明の実施形態及び変形例について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態及び変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

たとえば、方向Ｄ１から見て、光学領域α及びパターン領域Ｐの形状は、矩形状に限定されない。たとえば、方向Ｄ１から見て、光学領域α及びパターン領域Ｐの形状は、円形状であってもよい。壁部３０及び溝部４２の形状は、矩形環状に限定されない。たとえば、光学領域α及びパターン領域Ｐの形状は、円環状であってもよい。光学領域α及びパターン領域Ｐの形状が矩形状である場合、それらの形成が容易であり、所望の構造を有する光学機能部２０が容易に実現され得る。壁部３０及び溝部４２が光学領域α及びパターン領域Ｐの縁に沿って形成される場合、パターン領域Ｐにおける亀裂が発生し難い。

１，１Ａ…光学素子、１０…基板、２０…光学機能部、２２，２３，２４…構造体、３０，３１…壁部、４１…レジスト層、４２，４３…溝部、５０…誘電体、５１…誘電体層、Ｄ１，Ｄ２…方向、Ｐ…パターン領域、α…光学領域、β１，β２…内部領域。

Claims (11)

1. 基板の主面上にレジスト層を形成することと、
   前記レジスト層を貫通するパターンが設けられたパターン領域を前記レジスト層に形成することと、
   前記主面に直交する方向から見て、前記パターン領域の周辺に相当する部分に溝部を形成することと、
   前記レジスト層が前記主面上に設けられている状態において誘電体を堆積することで、前記パターン領域を覆う誘電体層を形成することと、
   前記パターン領域を覆う前記誘電体層を形成した後に前記レジスト層を取り除くことによって、前記主面のうち前記パターン領域が配置されていた位置上に、誘電体によって構成された光学機能部を、形成することと、を有する、光学素子の製造方法。
2. 前記レジスト層が前記主面上に設けられている状態において誘電体を堆積することで、前記溝部を覆う誘電体層を形成することと、
   前記溝部を覆う前記誘電体層を形成した後に前記レジスト層を取り除くことによって、前記主面のうち前記溝部が配置されていた位置上に、誘電体からなる壁部を形成することと、をさらに有する、請求項１に記載の光学素子の製造方法。
3. 前記溝部は、前記主面に直交する方向から見て、前記パターン領域を完全に囲むように前記レジスト層に形成される、請求項１又は２に記載の光学素子の製造方法。
4. 前記溝部は、前記主面に直交する方向から見て、前記パターン領域を囲むように形成されることで、前記パターン領域を含む内部領域を画定しており、
   前記主面に直交する方向から見て、前記内部領域から前記パターン領域を除いた部分の面積は、前記レジスト層が設けられた部分から当該内部領域を除いた部分の面積よりも小さい、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
5. 前記光学機能部は、複数の構造体を含んでおり、
   各前記構造体は、前記主面に沿った方向における各前記構造体の最大長さが２００ｎｍ以下になるように形成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
6. 前記レジスト層には、互いに離間する複数の前記パターン領域が形成され、
   前記溝部は、前記主面に直交する方向から見て、各前記パターン領域の周辺に相当する部分に形成され、
   前記誘電体層は、前記各パターン領域を覆うように形成され、
   前記光学機能部は、前記各パターン領域が配置されていた位置に形成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
7. 主面を有している基板と、
   前記基板の前記主面上に設けられていると共に誘電体によって構成されている光学機能部と、
   前記基板の前記主面上において、前記主面に直交する方向から見て前記光学機能部の周辺に設けられている壁部と、を備える、光学素子。
8. 前記壁部は、前記主面に直交する方向から見て、前記光学機能部を完全に囲っている、請求項７に記載の光学素子。
9. 前記主面は、前記光学機能部が設けられている光学領域を含んでおり、
   前記壁部は、前記主面に直交する方向から見て、前記光学領域を含む内部領域を画定しており、
   前記主面に直交する方向から見て、前記内部領域から前記光学領域を除いた部分の面積は、前記主面から当該内部領域を除いた部分の面積よりも小さい、請求項７又は８に記載の光学素子。
10. 前記光学機能部は、複数の構造体を含んでおり、
    前記主面に沿った方向における各前記構造体の最大長さは、２００ｎｍ以下である、請求項７〜９のいずれか一項に記載の光学素子。
11. 前記基板の前記主面上には、互いに離間する光学領域にそれぞれ前記光学機能部が設けられており、
    前記壁部は、前記主面に直交する方向から見て、各前記光学領域の周辺に設けられている、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の光学素子。

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