JP4739729B2 - 反射防止構造体を備えた部材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、反射防止構造体を備えた部材の製造方法に関し、より特定的には、大面積かつ曲面形状の表面であっても高精度な反射防止構造体を形成できる反射防止構造体を備えた部材の製造方法に関する。

入射光に対する反射防止処理が施されたレンズなどの光学素子やカメラ鏡筒などの光学部品は、様々な用途で用いられている。これらの光学素子や光学部品の光学機能面には、蒸着、スパッタリング、および塗装等の手法により反射防止処理が一般的に施されており、低屈折率層からなる単層膜や低屈折率層と高屈折率層とを積層した多層膜等の反射防止膜が形成されている（例えば、特許文献１）。

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方法で形成できるため広く用いられていたが、反射防止膜の光学的膜厚を高精度に制御するためには複雑な工程が必要となるため、生産性やコスト面での改善が望まれていた。また、このような反射防止膜は、波長依存性があるため、所定の波長以外での反射防止効果は小さくなり、撮像光学機器において必要とされる可視光領域全域で良好な反射防止を達成することは非常に困難であり、さらに、入射角が大きくなると反射防止効果が小さくなるという角度依存性の問題もあるため、波長依存性と角度依存性とが改善された反射防止の方法が望まれていた。

そこで、これらの問題点を改善する方法として、近年、光学素子あるいは光学部品の表面に、反射防止構造体と呼ばれる、非常に微細な錐状凹凸形状をアレイ状に配列した構造体を形成する技術が注目を集めている。反射防止構造体とは、より具体的には、錐状凹凸形状が入射光の波長以下のピッチ（例えば、可視光であればサブミクロンピッチ）でアレイ状に並べられたものであり、この錐状凹凸形状のピッチと高さの比であるアスペクト比は１以上である。

このような反射防止構造体を光学素子あるいは光学部品の表面に形成すると、表面の屈折率分布は非常に滑らかに変化するようになり、錐状凹凸形状の配列ピッチよりも長い波長の入射光は、ほとんど全て光学素子あるいは光学部品内部に進入する。したがって、光学素子あるいは光学部品の表面からの光の反射を防止することができる。また、入射光の入射角度が大きくなっても、反射防止効果はそれほど小さくならないという特徴を持つ。このように、光学素子あるいは光学部品の表面に反射防止構造体を形成できれば、反射防止膜での課題である波長依存性と入射角依存性が解決できる。

反射防止構造体を形成する方法としては、例えば、特許文献２に記載されたものがある。この方法では、まず、石英ガラス等からなる光学素子の材料表面に、電子ビーム（ＥＢ）描画法によりパターニングすることによりレジストパターンを形成し、このレジストパターンを元にして、光学素子の材料表面に直接にサブミクロンピッチ構造のクロム（Ｃｒ）マスクを形成する。そして、光学素子材料のマスクで覆われた以外の部分をドライエッチング処理により微細加工する。
特開２００１−１２７８５２号公報 特開２００１−２７２５０５号公報

しかしながら、特許文献２に記載の方法のように、ドライエッチング処理を用いた微細加工法では、用いる光学材料によっては、エッチング処理後に表面が非常に荒れたり、エッチングレートが非常に遅くなることがあり、使用できる光学材料が限られるという問題がある。すなわち、石英ガラス等の単一成分材料であれば特に問題はないが、例えば、様々な光学常数で設計がなされる撮像光学機器に用いられる多成分ガラスや樹脂材料に上記した方法を適用しようとすると、所望の選択比が得られず、アスペクト比の大きい反射防止構造体を備えた光学素子あるいは光学部品を得ることはできない。

また、特許文献２のように、サブミクロンピッチの非常に細かなパターンの形成には、ＥＢ描画法が用いられるのが一般的である。しかしながら、サブミクロンパターンのパターニングにＥＢ描画法を用いると、非常に長時間の描画時間を要する。描画するパターン形状や条件にもよるが、例えば、５ｍｍ角の領域に０．２５μｍピッチで円形パターン（直径０．２μｍ）を描画するには、約５時間の描画時間を要する。したがって、例えば、カメラ鏡筒の内面全体に対応する面積（５０ｍｍ角）に描画するには、５００時間もの描画時間が必要となり、直接に、光学材料に反射防止構造体を形成して量産することは現実的に不可能であり、また、金型を製造することもかなり困難である。

さらには、ＥＢ描画法を用いる方法では、レンズなどの曲面形状の表面に微細パターンを描画することは非常に困難であり、非常に特殊な３次元位置制御のできるステージを備えた電子ビーム描画装置が必要となる。したがって、現実的には、電子ビーム描画を用いて、レンズ表面に反射防止構造体を形成することは不可能である。

それ故に、本発明は、大面積かつ曲面形状の表面であっても、高精度な反射防止構造体を形成できる反射防止構造体を備えた部材の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、以下の工程からなる反射防止構造体を備えた部材の製造方法である。すなわち、まず、原盤材料の表面に触媒機能を持った核形成を行う。次に、核の上に結晶を成長させることにより針状結晶を原盤材料の表面に形成する。針状結晶を原盤材料の表面に形成するときには、化学蒸着法、気相エピタキシー法、分子線エピタキシー法、および無電解メッキ法のうちのいずれかの方法により行い、核の上に、炭素、珪素、窒化珪素、二酸化珪素、窒化硼素、および金属の中から選ばれる少なくとも１種類を含む結晶を成長させる。次に、針状結晶が形成された原盤材料を用いて型を形成する。そして、得られた型を用いて反射防止構造体を備えた部材を形成する。このように、原盤材料の表面に形成された核の上に針状結晶を形成することで、大面積かつ曲面形状の表面であっても、高精度な反射防止構造体を形成でき、しかもこのような反射防止構造体を備えた型を安価に製造できる。このような型を容易に製造できることで、各種部材に反射防止構造体を容易に形成することができる。

本発明における部材とは、具体的には、光学素子あるいは光学部品である。上述のように、大面積かつ曲面形状の表面であっても、高精度な反射防止構造体を備えた型を容易に製造できるため、光学素子あるいは光学部品のいずれにも、容易に反射防止構造体を形成することができる。

また、型を形成するときに、電鋳型を形成した場合には、部材を形成する際に、この電鋳型を用いて、樹脂材料からなる成形用素材を成型加工する。ここでの成型加工は、射出成形、プレス成形、およびナノインプリント法のいずれかの方法により行う。また、電鋳型を形成するときには、この電鋳型の成形面に撥水処理を施すようにしても良い。

また、本発明においては、型を形成するときに、針状結晶をマスクとして原盤材料の表面にドライエッチング処理を行い、次に、保護離型膜を形成することにより得られる場合には、得られた型を用いて多成分ガラスからなる成形用素材をプレス成形する。この時の原盤材料は、ドライエッチングによる表面荒れの少ない材料が好ましく、具体的には、石英ガラス、シリコン、ニッケル（Ｎｉ）合金、及び超硬合金上に酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）膜又はシリコン（Ｓｉ）膜を形成したものからなる群から選ばれる１つであることが望ましい。

保護離型膜は、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、タングステンおよびタンタルからなる群から選ばれる少なくとも１種類の金属にて形成されることが好ましい。

また、プレス成形用型を形成するときには、保護離型膜を形成した後に、型の表面に炭素膜または窒化硼素膜を形成するようにしても良い。そして、多成分ガラスからなる成形用素材をプレス成形する際に、冷却せずに離型する。このような処理により、光学素子あるいは光学部品として多成分ガラスを用いても、形成された反射防止構造体の形状を損なうことなく容易に離型できる。なお、炭素膜または窒化硼素膜は、多成分ガラスからなる成形用素材の表面に形成するようにしても同様の効果が得られる。

本発明における針状結晶とは、部材において反射を防止すべき光の波長以下のピッチでアレイ状に形成され、アスペクト比は１以上である。

以上のように本発明によれば、反射防止構造体を備えた部材を形成するための型を、原盤材料の表面に触媒機能を持った核を形成して、この核の上に針状結晶を形成して形成することで、大面積や曲面上にも波長依存性や入射角依存性の非常に小さな反射防止構造体を容易に形成することができる。そして、得られた型を用いて光学材料を成形することにより、様々な光学材料で構成された各種の部材、すなわち光学素子や光学部品に精度の良い反射防止構造体を非常に容易に形成できる。

（第１の実施形態）
以下に、本発明の第１の実施形態に係る反射防止構造体を備えた部材の製造方法について説明する。本実施形態では、まず、原盤材料の表面に針状結晶を形成することにより電鋳型を形成し、この電鋳型を用いて、反射防止構造体を備えた部材を形成する。本実施形態における部材としては、具体的には、レンズ、プリズム、フィルター、光学シート、および回折格子等の光学素子や、レンズ鏡筒のような光学素子を保持するための機構部品等の光学部品が挙げられるが、以下の説明では、光学シートを例に挙げて説明する。

図１は、本実施形態に係る電鋳型を製造する過程における各段階での基板および型の断面図である。図１（ａ）は、電鋳型を形成するために使用する、原盤材料を示す。原盤材料には、（１００）面に配向した直径１００ｍｍの単結晶シリコンウェハ基板１１が用いられ、その表面は表面粗さＲａが約２ｎｍ程度に平滑に研磨加工されている。この単結晶シリコンウェハ基板１１の表面に、触媒機能を持った核を形成する。ここで、触媒機能を持った核とは、反応性ガスを核表面に吸着し、核の表面上で酸化還元反応などを引き起こす働きをするものであり、例えば、ｄ電子を有する金属元素を蒸着法やスパッタリング法により、基板表面で初期的に形成される小さな核が挙げられる。

図１（ｂ）は、単結晶シリコンウェハ基板１１の表面に、触媒機能を持った核としてＣｒの島状結晶１２を形成した状態を示す。図１（ｂ）に示す状態の基板を得るためには、まず、単結晶シリコンウェハ基板１１の表面に、Ｃｒ金属を原料とした電子ビーム真空蒸着法によりＣｒを蒸着させる。そして、Ｃｒの島状結晶１２が形成されたところで蒸着を停止する。得られた島状結晶１２は（１００）面に配向しており、２５０ｎｍのピッチで、単結晶シリコンウェハ基板１１の表面にほぼ均等に緻密に形成されていた。

図１（ｃ）は、島状結晶１２の上に、針状結晶１３を形成した状態を示す。このような状態の基板を得るためには、まず、島状結晶１２が形成された単結晶シリコンウェハ基板１１を、ＴＥＯＳ（テトラエトオキシシラン）ガス雰囲気下に曝し、基板温度２００℃、ガス圧５０Ｐａの条件下で周波数１３．５６ＭＨｚの高周波を印可することにより放電プラズマを発生させる。そして、ＣＶＤ(chemical vapor deposition) 法により、島状結晶１２の上に、シリコン（Ｓｉ）の結晶を成長させて針状結晶１３を形成する。結晶の成長は、針状結晶１３の大きさが、直径２５０ｎｍ、高さ８００ｎｍとなったところで停止する。なお、本発明における針状結晶１３は、反射防止構造体が形成された部材、ここでは光学シートを使用する際に反射を防止すべき光の波長（以下、使用波長と称す）以下のピッチでアレイ状に形成され、アスペクト比が１以上となるように形成する。

図１（ｄ）は、針状結晶１３を形成した単結晶シリコンウェハ基板１１から複製した電鋳型１４を形成した状態を示す。このような状態の基板を得るためには、まず、針状結晶１３が形成された単結晶シリコンウェハ基板１１の表面をパラジウム（Ｐｄ）により活性化処理する。次に、この基板を、無電解ニッケル（Ｎｉ）−リン（Ｐ）メッキ溶液に浸漬して、針状結晶１３の表面に厚み１０ｎｍの無電解Ｎｉ−Ｐメッキ層を形成することにより導電性を付与する。次いで、無電解Ｎｉ−Ｐメッキ層をカソード電極とし、対極に白金（Ｐｔ）板を用いて、スルファミン酸Ｎｉメッキ液中で、電流密度０．５Ａ／ｄｍ²〜５Ａ／ｄｍ²の条件下で、メッキ部分の厚みが約２ｍｍになるまで電気メッキを行うことで、電鋳型１４が得られる。

図１（ｅ）は、反射防止構造体１５を備えた電鋳型１４の構成を示す断面図である。この電鋳型１４は、図１（ｄ）に示す状態の基板において、針状結晶１３が形成された単結晶シリコンウェハ基板１１と電鋳型１４とを離型することにより得られる。得られた電鋳型１４の成形面には、直径２５０ｎｍ、高さ８００ｎｍである針状結晶１３の反転形状が、ピッチ２５０ｎｍで、ほぼ均等にかつ緻密に形成された反射防止構造体１５が形成される。

上記のように製造された電鋳型１４は、あらかじめ原盤材料（単結晶シリコンウェハ基板１１）の上に触媒機能を持った核を形成し、この核の上に針状結晶１３を成長させているので、波長依存性や入射角依存性の非常に小さな反射防止構造体を容易に製造することができる。このような反射防止構造体を備えた電鋳型１４は、加熱軟化した樹脂や低融点ガラス等を直接に、射出成形やプレス成形する成形型として用いることができる。以下に、上記のように製造された電鋳型１４を用いて、光学シートに反射防止構造体を形成する工程について説明する。

図２は、本実施形態に係る反射防止構造体を備えた光学シートを製造する過程における各段階での装置の断面図である。ここでは、光学シートを形成する成形用素材として、ポリオレフィン樹脂を用い、プレス成形により光学シートを形成する。図２（ａ）は、光学シートの製造に使用する成形機の構成を示す断面図である。成形機は、下型２１、上型２３、予熱ステージ２４、プレスステージ２５、冷却ステージ２６、上ヘッド２７、シリンダー２８、型投入口２９、および型取出し口２１０を備える。

図２（ａ）において、シリンダー２８によって上下方向（図中矢印方向）に可動自在に構成された上ヘッド２７には、上記工程で形成した電鋳型１４が上型２３として固定されている。上型２３と対向する位置にはプレスステージ２５が配置されており、上型２３およびプレスステージ２５は、ともに所定の温度（ここでは１８０℃）に昇温されている。上型２３と対をなす下型２１は、表面を鏡面に研磨した平板石英ガラス（直径１００ｍｍ、厚さ２ｍｍ）であり、成形用素材２２である、直径８０ｍｍ、厚さ１ｍｍのポリオレフィン樹脂を載置した状態で、型投入口２９から予熱ステージ２４に供給される。予熱ステージ２４は、１８０℃に昇温されている。予熱ステージ２４に供給された下型２１は、プレスステージ２５、冷却ステージ２６へと順次搬送される。

図２（ｂ）は、プレスステージ２５へ供給された成形用素材２２にプレス成形を行う状態を示す。シリンダー２８の下降に伴って上型２３が下降し、上型２３と下型２１によって成形用素材２２はプレス成形される。ここでは、成形用素材２２は、１８０℃に設定されたプレスステージ２５上で、同じく１８０℃に設定された上型２３および下型２１により、５，０００Ｎの圧力で１分間プレスされる。次に、そのままの圧力を保ちながら、プレスステージ、上型２３、および下型２１の温度を１００℃まで下げたところで、シリンダー２８を上昇させることにより、上ヘッド２７とともに上型２３を上昇させて、上型２３を成形用素材２２から離型させる。これにより、上型２３に形成されていた反射防止構造体１５が成形用素材２２の表面へと転写され、反射防止構造体２０が表面に形成された直径９０ｍｍの光学シート２１１が得られる。なお、上型２３を離型させるときには、下型２１はプレスステージ２５に固定されるように外周部分をプレスステージ２５に押し当てている（図示せず）ので、反射防止構造体２０を備えた光学シート２１１は下型２１に乗ったままの状態となる。この状態で、光学シート２１１を載置した下型２１は、水冷している冷却ステージ２６へと搬送される。

図２（ｃ）は、光学シート２１１を載置した下型２１が冷却ステージ２６へ搬送された状態を示す。冷却ステージ２６へ搬送され、冷却された光学シート２１１は、下型２１とともに、型取出し口２１０より成形機の外部へと搬出される。そして、下型２１より冷却された光学シート２１１を取り外すことで、反射防止構造体２０を備えた光学シート２１１の成形工程が完了する。得られた光学シート２１１は、直径９０ｍｍ、厚み０．７ｍｍのサイズであり、表面反射率を測定したところ波長６００ｎｍで、反射率０．１％であった。

上記のように、反射防止構造体１５を備えた電鋳型１４を用いて、反射防止構造体２０を備えた光学シート２１１を形成するに要した時間は、数分程度である。また、電鋳型１４自体の製造に要した時間も、延べの加工時間は数時間程度である。これに較べ、従来より行われているＥＢ描画法により反射防止構造体を形成する場合には、同サイズ（直径９０ｍｍ）のポリオレフィン樹脂シートの表面に反射防止構造体を形成するだけで、数百時間以上もの描画時間がかかる。したがって、本発明の製造方法は、飛躍的に生産性が向上していると言える。

なお、上記において説明した電鋳型１４は、図１（ｅ）の工程の後に、さらに電鋳型１４の成形面に撥水処理を施す工程を設けてもよい。撥水処理に使用する撥水処理剤には、従来公知の材料が使用でき、電鋳型１４の成形面にこのような撥水処理材料をコーティングすることで、電鋳型１４を成形型として用いる際に、成形用素材２２、特に樹脂材料の付着が防止できる。従って、電鋳型１４の成形面に撥水処理が施されていれば、図２（ｂ）の工程において１００℃まで成形型等の温度を下げなくても、容易に電鋳型１４（上型２３）を離型することができるようになり、さらに成形サイクルが短くなる。

また、上記説明では、ＣＶＤ法によりＳｉの針状結晶１３を原盤材料の表面に形成した例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＣＶＤ法に代えて気相エピタキシー（ＶＰＥ）法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、および無電解メッキ法のうちのいずれかの方法を適用できる。また、Ｓｉの針状結晶１３だけでなく、炭素（Ｃ）、窒化珪素（ＳｉＣ）、二酸化珪素（ＳｉＯ₂ ）、窒化硼素（ＢＮ）、および金属の中から１種類以上を含む結晶を成長させて針状結晶とすることもできる。

また、上記説明では、電鋳型１４を上型として用いてプレス成形法により反射防止構造体を備えた部材を形成する例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電鋳型１４は、下型あるいは上型と下型の両方にも用いることができる。また、反射防止構造体を備えた部材を成形加工する際には、プレス成形法だけでなく、射出成形法やナノインプリント法等にも適用できる。

（実施の形態２）
以下に、本発明の第２の実施形態に係る反射防止構造体を備えた部材の製造方法について説明する。本実施形態では、反射防止構造体を備えた両面凸レンズの製造方法について説明する。本実施形態は、原盤材料として、石英ガラスを主体とする原盤材料を用い、反射防止構造体を備えた部材として多成分ガラスからなる両面凸レンズを形成する点で第１の実施形態とは異なる。ただし、原盤材料に針状結晶を形成する過程やプレス成形を行う成形機の基本的な構成は第１の実施形態とほぼ同様である。

図３は、本実施形態に係る反射防止構造体を備えた凸レンズ成形用型を製造する過程における各段階での原盤材料の断面図である。ここでは、ピッチ２５０ｎｍ、深さ８００ｎｍの円錐型の反射防止構造体を備えた多成分ガラスからなる両面凸レンズを製造するための成型用型を製造する過程について説明する。図３（ａ）は、凸レンズ成形用型の原盤材料の状態を示す。本実施の形態においては、このような原盤材料は、厚み２ｍｍ、直径５ｍｍである円柱状の石英ガラス基板３１を用い、石英ガラス基板３１の表面（プレス面）に高精密研削加工及び研磨加工を施すことにより得られ、研磨加工が施された表面には、凸レンズの反転形状である凹曲面を有する成形面３１ａが形成されている。

図３（ｂ）は、石英ガラス基板３１の成形面３１ａに、触媒機能を持った核としてＰｄの島状結晶３２が形成された状態を示す。図３（ｂ）に示す島状結晶３２を得るためには、まず、凹曲面に加工された石英ガラス基板３１の成形面３１ａに、アルゴン（Ａｒ）ガスを用いたスパッタリング法により、Ｐｄをスパッタリングする。そして、Ｐｄの島状結晶３２が形成されたところでスパッタリングを停止する。この時、Ａｒガスの圧力は０．５Ｐａであり、供給した高周波（ＲＦ）電力は３００Ｗである。

図３（ｃ）は、島状結晶３２の上に針状結晶３３を形成した状態を示す。このような状態の基板を得るためには、まず、無電解メッキ法により、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｐの針状結晶３３をＰｄの島状結晶３２の上に成長させ、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｐの針状結晶３３の大きさが、直径２５０ｎｍ、高さが２００ｎｍとなったところで結晶成長を停止する。これにより、石英ガラス基板３１の成形面３１ａに、反射防止構造体に対応するマスクとして、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｐからなる、直径２５０ｎｍ、高さ２００ｎｍの針状結晶３３が形成される。このＮｉ−Ｃｕ−Ｐの針状結晶３３のマスクは、使用波長以下のピッチでアレイ状に緻密に形成されている。

図３（ｄ）は、針状結晶３３をマスクとして、石英ガラス基板３１の成形面３１ａをドライエッチング処理した状態を示す。このような状態の基板を得るためには、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｐ針状結晶３３のマスクが形成された石英ガラス基板３１を、ＲＦドライエッチング装置の中に入れ、ＣＨＦ₃ ガスとＯ₂ ガスとを用いて、石英ガラス基板３１の表面を、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｐ針状結晶３３のマスクが無くなるまでエッチング処理する。これにより、石英ガラス基板３１の成形面３１ａに、ピッチ２５０ｎｍ、高さ８００ｎｍの円錐形状の反射防止構造体３０が形成された凸レンズ成形用型３４が得られる。この結果から、本実施の形態では、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｐ針状結晶３３のマスクと石英ガラスとのエッチングの選択比が４であることが判る。

最後に、スパッタリング法を用いて、Ｃｒ膜を介して表面保護のための離型保護膜として、Ｐｔ−Ｉｒ−Ｗ合金膜（図示せず）を０．０５μｍの厚みで形成した。以上により、反射防止構造体を有する凸レンズ成形用型３４が得られた。得られた凸レンズ成形用型３４は、曲面状の成型面に微細な形状を備えた反射防止構造体３０が均一に形成されていた。

以下に、上記のように製造された凸レンズ成形用型３４を用いて、反射防止構造体を備えた多成分ガラスからなる両凸レンズを製造する方法について説明する。図４は、両凸レンズの製造に使用する成形機の構成を示す断面図である。成形機の基本的な構成は、第１の実施形態で説明した図２に示す成形機とほぼ同様である。

図４（ａ）に示す成形機では、反射防止構造体を備えた凸レンズ成形用型３４を２個用意し、そのうち１個に、さらに離型性を良くするためにＣのスパッタ膜を０．０５μｍの厚みで形成する。Ｃのスパッタ膜が形成された凸レンズ成形用型３４は上型４３として上ヘッド４７に固定し、スパッタ膜が形成されていない凸レンズ成形用型３４は下型４１として予熱ステージ４４に載置した。そして、型の酸化防止のために、ガス導入口４１２より、Ｎ₂ガスを３０リットル／分の流量で成形機内に導入し、プレスステージ４５を所定の温度（ここでは、５８０℃）に昇温するとともに、予熱ステージ４４も５８０℃に昇温した。成形用素材４２には、直径４．３ｍｍ、厚み２ｍｍのマーブル状のクラウン系硼珪酸ガラス（ガラス転移点（Ｔｇ）：５０１℃、屈伏点（Ａｔ）：５４９℃）を用い、下型４１の上に載せた状態で型投入口４９より成形機の内部に投入し、５８０℃に設定した予熱ステージ４４で３分間加熱した。

図４（ｂ）は、プレスステージ４５に供給された成形用素材４２にプレス加工を行う状態を示す。プレスステージ４５は、５８０℃に設定されており、シリンダー４８が下降することにより上型４３が下降し、上型４３と下型４１によって成形用素材４２はプレス成形される。プレス条件は、１０００Ｎの加圧力で２分間である。そして、そのまま温度を下げずに、シリンダー４８を上昇させて、上ヘッド４７とともに上型４３を上昇させ、上型４３を成形用素材４２から離型させた。これにより、上型４３および下型４１に形成されていた反射防止構造体３０が成形用素材４２の表面に転写され、光学素子４１１として表面に反射防止構造体３０が形成された両凸面レンズが得られる。なお、上型４３を離型するときには、下型４１はプレスステージ４５に固定されるよう、外周部分をプレスステージ４５に押し当てている（図示せず）ので、成形された反射防止構造体を備えた光学素子４１１が下型４１に乗った状態となり、その状態で、３００℃に設定した冷却ステージ４６に搬送され、３分間冷却される。

図４（ｃ）は、反射防止構造体を備えた光学素子４１１を載置した下型４１が冷却ステージ４６に搬送された状態を示す。冷却ステージ４６に搬送された光学素子４１１は、下型４１とともに型取出し口４１０より成形機の外部に搬出される。そして、下型４１より取り外すことにより、反射防止構造体を備えた光学素子４１１の製造が完了する。得られた光学素子４１１は、直径４．５ｍｍ、厚さ１．３ｍｍの両凸レンズであり、表面反射率を測定すると波長６００ｎｍで、反射率０．０５％であった。

このように、本実施形態にかかる反射防止構造体を備えた部材の製造方法によると、多成分ガラスを成型用素材４２として用いても、図４（ｂ）の工程において説明したように、型の温度を下げなくても、すなわち成型用素材４２を冷却しなくても、反射防止構造体の形状を損なうことなく容易に離型することができる。また、両凸レンズのような曲面上にも容易に反射防止構造体を成形できるようになる。したがって、様々な用途の光学素子および光学部品に適用できる。

なお、上記説明では、成型用型の表面にＣ膜を形成した例を挙げて説明したが、Ｃ膜の他にも窒化硼素膜も適用でき、さらには成型用型の代わりに成型用素材４２の表面にこれらの膜を形成するようにしても同様の効果が得られる。また、上記説明では、上記説明では凸レンズ成形用型を形成するために円柱形状の原盤材料を用いたが、その形状は特に限定されるものではなく、製造する光学素子および光学部品の形状に応じて適宜選択可能である。

また、上記説明では、保護離型膜として、Ｐｔ−Ｉｒ−Ｗ合金膜を形成した例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、タングステンおよびタンタルからなる群から選ばれる少なくとも１種類の金属にて形成されたものが適用できる。

さらに、上記説明では、反射防止構造体の形状の形成に無電解メッキ法によるＮｉ−Ｃｕ−Ｐ針状結晶を用いたが、原盤材料の表面に触媒機能を持った核形成を行った後、核の上に、ＣＶＤ法、ＶＰＥ法、あるいはＭＢＥ法により、Ｃ、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＯ₂、ＢＮ、金属の中から１種類以上を含む結晶を成長させることにより、針状結晶を原盤材料表面に形成することができる。

本発明は、大面積かつ曲面形状の表面であっても、高精度な反射防止構造体を形成できるという特徴を有するので、反射防止効果が要求されるレンズ素子、プリズム素子、およびミラー素子などの光学素子やレンズ鏡筒のような光学部品等に広く適用可能であり、これらの光学素子や光学部品が用いられる光再生記録装置の光ピックアップ光学系、デジタルスチルカメラなどの撮影光学系、プロジェクタの投影系および照明系、光走査光学系等に好適である。

本発明の第１の実施の形態に係る反射防止構造体を備えた電鋳型の製造方法を説明する図 同実施の形態に係る反射防止構造体を備えた光学シートの製造方法を説明する図 本発明の第２の実施の形態に係る反射防止構造体を備えた凸レンズ成形型の製造方法を説明する図 同実施の形態に係る反射防止構造体を備えた両凸レンズの成形方法を説明する図

符号の説明

１１ 単結晶シリコンウェハ基板
１２ 島状結晶
１３ 針状結晶
１４ 電鋳型
１５ 反射防止構造体
２０ 反射防止構造体
２１、４１ 下型
２２、４２ 成形用素材
２３、４３ 上型
２４、４４ 予熱ステージ
２５、４５ プレスステージ
２６、４６ 冷却ステージ
２７、４７ 上ヘッド
２８、４８ シリンダー
２９、４９ 型投入口
２１０、４１０ 型取出し口
２１１、４１１ 光学素子
３１ 石英ガラス基板
３２ 島状結晶
３３ 針状結晶
３４ 凸レンズ成形用型
４１２ ガス導入口

Claims (11)

1. 原盤材料の表面に触媒機能を持った核形成を行う工程と、
   前記核の上に結晶を成長させることにより針状結晶を原盤材料の表面に形成する工程と、
   前記針状結晶が形成された原盤材料を用いて型を形成する工程と、
   前記型を用いて反射防止構造体を備えた部材を形成する工程とを備え、
   前記針状結晶を原盤材料の表面に形成する工程は、化学蒸着法、気相エピタキシー法、分子線エピタキシー法、および無電解メッキ法のうちのいずれかの方法により行い、前記核の上に、炭素、珪素、窒化珪素、二酸化珪素、窒化硼素、および金属の中から選ばれる少なくとも１種類を含む結晶を成長させることを特徴とする、反射防止構造体を備えた部材の製造方法。
2. 前記部材は、光学素子あるいは光学部品であることを特徴とする、請求項１に記載の反射防止構造体を備えた部材の製造方法。
3. 前記型を形成する工程では、電鋳型を形成し、
   前記部材を形成する工程では、前記電鋳型を用いて、樹脂材料からなる成形用素材を成型加工することを特徴とする、請求項１に記載の反射防止構造体を備えた部材の製造方法。
4. 前記成型加工を行う工程は、射出成形法、プレス成形法、およびナノインプリント法のいずれかの方法により行うことを特徴とする、請求項３に記載の反射防止構造体を備えた部材の製造方法。
5. 前記電鋳型を形成する工程は、当該電鋳型の成形面に撥水処理を施す工程をさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の反射防止構造体を備えた部材の製造方法。
6. 前記型を形成する工程では、前記針状結晶をマスクとして前記原盤材料の表面にドライエッチング処理を行う工程と、保護離型膜を形成する工程とを含み、
   前記部材を形成する工程は、前記型を用いて多成分ガラスからなる成形用素材をプレス成形することを特徴とする、請求項１に記載の反射防止構造体を備えた部材の製造方法。
7. 前記原盤材料は、ドライエッチングによる表面荒れの少ない材料であり、石英ガラス、シリコン、ニッケル合金、及び超硬合金上に酸化シリコン膜又はシリコン膜を形成したものからなる群から選ばれる１つであることを特徴とする、請求項６に記載の反射防止構造体を備えた部材の製造方法。
8. 前記保護離型膜は、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、タングステンおよびタンタルからなる群から選ばれる少なくとも１種類の金属にて形成されることを特徴とする、請求項６に記載の反射防止構造体を備えた部材の製造方法。
9. 前記プレス成形用型を形成する工程は、前記保護離型膜を形成した後に、当該型の表面に炭素膜または窒化硼素膜を形成する工程をさらに含み、
   多成分ガラスからなる成形用素材をプレス成形する際に、冷却せずに離型することを特徴とする、請求項６に記載の反射防止構造体を備えた部材の製造方法。
10. 前記プレス成形に先だって前記多成分ガラスからなる成形用素材の表面に、炭素膜または窒化硼素膜を形成する工程をさらに含み、
    多成分ガラスからなる成形用素材をプレス成形する際に、冷却せずに離型することを特徴とする、請求項６に記載の反射防止構造体を備えた部材の製造方法。
11. 前記針状結晶は、前記部材において反射を防止すべき光の波長以下のピッチでアレイ状に形成され、アスペクト比は１以上であることを特徴とする、請求項１に記載の反射防止構造体を備えた部材の製造方法。

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