JP4881792B2 - 光学素子、複合光学素子及び光学素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光学素子、複合光学素子及び光学素子の製造方法に関する。

位相板は、光学素子の一種で、互いに直交する偏光成分間に位相差を与える光学的機能を持ち、位相差板、波長板などとも呼ばれている。これらの位相差板は、光ピックアップ装置、画像投射装置、画像形成装置、液晶パネルなど種々の光学装置に用いられている。従来、位相板は、人造または天然の、ルチル、方解石、水晶など「複屈折性を示す一軸異方性結晶」を用いたものが知られているが、人造のものは「結晶を均一に成長させる」ことが難しく非常に高価になる。天然の結晶は「光学的に均一で大きな形状のもの」が入手困難で高価である。また、このような「結晶材料を用いた位相板」は、波長により位相差形成特性が特定され、動作波長範囲が狭いという問題もあった。

位相板の用途拡大に伴い、構造性複屈折を利用した構造性複屈折波長板が開発され、広帯域の波長範囲に対して機能できる位相板として、波長よりも小さいピッチの凹凸の周期構造の誘電体で形成されたサブ波長構造（ＳＷＳ）による位相板が提案されている。例えば、特許文献１には、サブ波長構造をガラス基板の表面構造として形成した位相板が開示されている。特許文献２には平行平板を基板として平面状に格子構造を転写した位相板が開示されているが、平行平板や格子構造を転写される部分の材質に関しては全く記載されていない。特許文献３には、複数の波長の光を位相差調整できる波長板が提案されている。特許文献
非特許文献１には、サブ波長構造の形成方法として、樹脂バルク材を用いる熱式ナノインプリント方法が開示されている。この熱式ナノインプリント方法は、比較的容易に樹脂製のサブ波長構造を形成できる。
特開２００５− ４４４２９号公報 特開２００５−１０６９０１号公報 特開２００４−２５８２９７号公報 ＫＯＮＩＣＡ ＭＩＮＯＬＴＡ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＲＥＰＯＲＴ ＶＯＬ．２（２００５） ｐ９７−１００ 「ナノインプリント技術を利用したサブ波長構造広帯域波長板の作製」

位相板の材料を光学材料として多用されているＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）樹脂とする場合を想定すると、サブ波長構造により互いに直交する偏光成分に対して与えられる位相差は、サブ波長の周期構造の凹部の溝幅に対する凹部の深さ（凸部の高さでもある。）の比であるアスペクト比に比例するため、例えば１／２波長の位相差を実現するためにはアスペクト比が１０近くなる。このような位相板は、薄い上にアスペクト比の大きい構造のため、製造工程中又は光学機器への取付け中に破損や変形が起こりやすく、周期構造の形状維持が難しいという問題がある。このような問題は、サブ波長の周期構造を持つ光学素子全般の問題であった。

ガラスや屈折率の大きな他の無機材料を誘電体材料として利用した場合でも、サブミクロンの周期構造における凸部は、樹脂製の位相板ほどでないにしても、製造工程中や光学機器への取付け中の摩耗や破損による光学特性の変化が問題となる。また、熱可塑性のない材料では、上述の熱式ナノインプリント方法がそのままでは適用できない。

本発明の目的は、上記課題を踏まえ、製造工程中又は光学機器への取付け中などに周期構造の形状維持が容易な丈夫な構造をした光学素子及びこの光学素子を備えた複合光学素子、並びに光学素子の製造方法を提供することである。

上記課題を解決するため本発明者等は、以下の発明を完成した。
本発明は、サブ波長のピッチを有する凹条と凸条の周期構造を持つ誘電体からなり、周期構造の凹部に、隣接する凸条同士を結合する支柱を設けた光学素子であって、
前記支柱の間隔は、支柱の幅を（Ｘ）としたとき、下記式（１）
Ｌｎ（Ｙ）＝Ｌｎ（１８．７）＋１．２２（Ｘ）・・・・式（１）
で表される（Ｙ）以上であることを特徴とする光学素子である。

好ましい本発明は、前記支柱が、凹条に所定間隔で周期的に配置されていることを特徴とする前記光学素子である。

好ましい本発明は、前記支柱の配列が、光学素子の周期構造を上部から見た際に、周期構造に対し垂直な配置、周期構造に対し斜行した配置、周期構造方向に対し千鳥状の配置のいずれかであることを特徴とする前記光学素子である。

好ましい本発明は、前記凹条中の支柱の間隔が、使用される波長より広いことを特徴とする前記光学素子である。

好ましい本発明は、前記凹条の溝深さは、前記凹条の幅以上であることを特徴とする前記光学素子である。

好ましい本発明は、前記支柱の高さが、凸条の高さ以下であることを特徴とする前記光学素子である。

好ましい本発明は、凹条及び凸条の断面形状が、それぞれ矩形を含む多角形、又はＵ字形であることを特徴とする前記光学素子である。

好ましい本発明は、凹条及び凸条が、直線状、円形状、楕円形状及び多角形状のいずれかであることを特徴とする前記光学素子である。

本発明は、表面に前記光学素子を備えたことを特徴とする複合光学素子である。

好ましい本発明は、前記光学素子が、表面の一部に配置されていることを特徴とする前記複合光学素子である。

本発明は、誘電体表面に可塑性の硬化型樹脂前駆体を配置する工程と、前記誘電体表面に配置された硬化型樹脂前駆体を成形型により誘電体表面の周期構造の凸条及び隣接する凸条同士を結合する支柱に相当する位置に配置する工程と、周期構造の凸条及び支柱に相当する位置に配置された硬化型樹脂前駆体を硬化させて硬化型樹脂の凸部を形成する工程と、硬化型樹脂の凸部を形成された誘電体の凸部を形成されていない表面の一部をドライエッチングにより除去し凹条を形成する工程と、凹条を形成された誘電体から硬化型樹脂を除去する工程とを含むことを特徴とする前記光学素子の製造方法である。

本発明は、誘電体表面にフォトレジスト樹脂を配置する工程と、前記誘電体表面に配置されたフォトレジスト樹脂を露光して、誘電体表面の周期構造の凸条及び隣接する凸条同士を結合する支柱に相当する位置にレジストパターンを形成する工程と、レジストパターンを形成された誘電体のレジストパターンを形成されていない表面の一部をドライエッチングにより除去し凹条を形成する工程と、凹条を形成された誘電体表面からフォトレジスト樹脂を除去する工程とを含むことを特徴とする前記光学素子の製造方法である。

本発明によれば、製造工程中又は光学機器への取付け中などに周期構造の形状維持が容易な丈夫な構造をした光学素子及びこの光学素子を備えた複合光学素子の提供、並びに光学素子の製造方法を提供することができる。

本発明を実施するための最良の形態を必要に応じて図面を参照にして説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明の好ましい形態における例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。

（実施形態１）
本発明の光学素子は、サブ波長の厚さを有する凹条と凸条の周期構造を持津誘電体からなり、周期構造の凹条中に、隣接する凸条同士を結合する支柱を設けている。図１に本発明の光学素子の例を実施形態１の位相板として示す。図１（ａ）は、本発明の位相板の一部を表す平面図である。図１（ｂ）は、そのａ１−ａ１断面の断面図、図１（ｃ）は、ｂ１−ｂ１断面の断面図である。従来の位相板は、図５に示すように、図１（ａ）における縦横の格子状の凸条のうち、横方向の凸条がない状態のものである。本発明の位相板は、図１に示すように、周期構造の隣接する凸条の間に、凸条と同じ高さの支柱が存在し、これが凸条の周期構造方向への応力に対して抗力を発揮する構造となっている。別の表現をすれば、この構造は、縦横の格子状に凸条が形成されているので、凸条に応力がかかっても、従来の位相板の凸条のように周期構造方向の強度が特に弱いということがない。図１においては、アスペクト比（ｈ／Ｓ）を５程度としているが、これが１０以上になれば格段に強度差が出てくる。

図１において周期構造の凹凸は断面形状が矩形波形状であり、このような矩形波状の凹凸が、図面に直交する方向へ均一な断面形状で形成されている。従って、周期構造における凸部は図面に直交する方向に長い「凸条」をなし、凹部は図面に直交する方向に長い「凹条」又は「溝」をなす。凸条をなす凸部を「ランド」と呼び、凹条をなす凹部を「スペース」と呼ぶ。

断面矩形波状の周期構造の間隔（ピッチ）ＰＸは、図に示すように、１対をなすランドとスペースのランド幅Ｌとスペース幅Ｓの和（Ｌ＋Ｓ）となる。また、スペース底部に対するランドの高さを溝深さｈとする。

このとき、フィリングファクタは（Ｌ／ＰＸ）、アスペクト比は（ｈ／Ｓ）である。即ち、フィリングファクタが大きいことは、ピッチＰＸに占めるランド幅Ｌが大きいことを意味し、アスペクト比が大きいほど、スペース幅Ｓに対する溝深さｈが大きい。アスペクト比は、周期構造形成の容易さ、周期構造の強度等の観点から１０よりも小さいこと、より好ましくは、５程度以下が望ましい。しかし、位相板としての性能、偏光の選択性、位相差の選択の自由度等からは、アスペクト比が大きい方が好ましく、アスペクト比は、１以上、より好ましくは３以上とすることが現実的である。

支柱は、それぞれの凹条において所定間隔で周期的に配置されていることが好ましい。支柱の間隔を周期的にすることで、位相板の凸条の強度を平準化出来る。

支柱の間隔ＰＹは、位相板を作用させようとしている光の波長の周期より広いことが好ましい。光の波長の周期以下であると、この支柱自身が位相板の作用を発揮し、本来の周期構造から想定される位相板の機能を変化させてしまう可能性があるからである。なお、支柱による光の回折作用を考慮すると、支柱の間隔ＰＹは、光の波長の周期の３倍以上、特に５倍以上とすることが好ましい。さらに、支柱の幅ＬＹが１μｍ以上であるときには、支柱の間隔ＰＹは２０μｍ以上であることが好ましい。

図１４には、支柱の幅ＬＹをパラメータとして、支柱の間隔ＰＹに対する位相板の効率の計算結果のグラフを示した。なお、グラフにおける計算の前提条件を下に示した。
（前提条件）
周期構造のピッチＰＸ：０．５μｍ
周期構造の凸条の幅Ｌ：０．２ミクロン
周期構造の凹条の溝深さｈ：２．５μｍ
フィリングファクタ（Ｌ／ＰＸ）：０．４
使用光線の波長：８０８ｎｍ
位相差板の屈折率：１．４５
効率の対象：０次透過率
支柱の幅ＬＹ：０．２〜２ミクロン（パラメータとしている。）
支柱の間隔ＰＹ：変数。

グラフから判るように、この条件下では、支柱の幅ＬＹが０．２μｍのときは、支柱の間隔ＰＹが約２μｍで効率７０％以上とすることが出来る。そして、支柱の間隔ＰＹが１０μｍ以上であれば、ほとんど支柱の影響がない。支柱の幅ＬＹ間隔ＰＹが１０ミクロンの場合においても、支柱の間隔ＰＹを２０μｍ以上とすれば、ほとんど支柱の影響を受けない。

偏光の透過率が９７％以上となるようにするための支柱の幅と支柱間のピッチには、相関関係があり、支柱幅（Ｘ）を０．２，０．５，１．０，２．０μｍとしたときの支柱間のピッチ（Ｙ）は、それぞれおよそ２０，４０，７０，２００μｍ以上とすれば十分である。この関係は、概略下式で表すことが出来る。
Ｌｎ（Ｙ）＝Ｌｎ（１８．７）＋１．２２Ｘ
（実施形態２）
本発明の光学素子の実施形態２として、図２に例示する位相板がある。この位相板は、図１に示した位相板とは支柱の高さが異なっている。図１（ｂ）と図２（ｂ）にその違いが表されているように、この実施形態の位相板は、支柱の高さが（ｈ／Ｎ）である。なお、ここでＮは１より大きな数である。Ｎとしては、３、好ましくは２以下とすることが望ましい。このように支柱の高さを周期構造の凸条より低くすることにより、支柱による位相差形成の効果を低減でき、図１４で示した効率（０次透過率）を向上させることが出来る。しかし、支柱の高さが低すぎれば、当然周期構造の凸条の強度保持には不利に働く。そこで、支柱の高さｈ／Ｎは、凸条の高さｈの１／１から１／３程度とすることが好ましい。

（実施形態３）
本発明の光学素子の実施形態３として、図３に例示する位相板がある。この位相板は、図２に示した位相板の変形で、支柱の断面形状が矩形ではなく、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように上部が略Ｕ字形になっている。周期構造の凸条と支柱は結合しているが、これは凸条が図の左右からの応力により破壊や変形することを防ぐためである。この目的からすれば、支柱の断面形状は、上部がＵ字形や三角形などとなっていても良い。とくに略Ｕ字形となった構造は製作の容易製から好ましい形状である。

（実施形態４）
本発明の光学素子の実施形態４として、図４に例示する位相板がある。この位相板は、支柱の配置を工夫した位相板である。実施形態４の位相板は、図４に示すように周期構造のそれぞれの凹条における支柱の配置が隣の凹条における位置とは独立して配置されている。図４（ａ）に示すように、この位相板の支柱の配置は、隣り合う凹条で支柱間隔のほぼ１／２だけ周期的にずれている。これを千鳥構造の支柱配置と呼ぶ。このように、支柱は、それぞれの凹条において独立に配置しても良い。

（実施形態５）
本発明の光学素子の実施形態５として、図５に例示する位相板がある。この位相板は、別の面から支柱の配置を工夫した位相板である。この位相板は、図５（ａ）の平面図に示すように、支柱が周期構造に対し直角に配置されていないことが特徴である。図５に示す例では、支柱が平面図上で直線的に配置されているが、支柱の配置は、平面図上で同心円を描いたり、波状の曲線を描くようにしても良い。実施形態４，５に示す支柱の形態は、追って説明する周期構造の凸条と凹条が直線状でなく、円形状や楕円形状のようなときに効果的な配置である。

（実施形態６）
本発明の光学素子の実施形態６として、図１に例示する位相板の凸条及び凹条の断面形状における角部の、少なくとも一方が丸みを帯びたＵ字形となった位相板がある。図７には、凸条及び凹条の断面形状が矩形図７（ａ）及びＵ字形図７（ｂ）の断面形状を持った位相板の部分断面図を示した。特に、凹条の溝の奥に当たる角部は製作上、Ｕ字形になりやすい。このような位相板でも特に問題はなく、製作の精度を考慮すれば、むしろ現実的な形態である。

（実施形態７）
本発明の光学素子の実施形態７として、図８（ｂ）に例示するように、位相板の凸条及び凹条における条の方向の全体形状として、凸条及び凹条が円形となったものがある。図１においては、位相板の一部の微細構造を示しているので、周期構造は平行な直線として描かれている。位相板の周期構造は全体として平行な直線状の凹条と凸条の繰り返し（図８（ａ）参照）でもよいが、凹条と凸条の繰り返しは、同心円を描く円形の凹条と凸条の繰り返しによる周期構造でもよい。この全体としての周期構造の形状は、その他にも楕円形状（図８（ｃ）参照）や正方形、六角形、八角形などの多角形状（図８（ｄ）参照）などでもよい。位相板としては、微細な部分でほぼ同じ形状の凹条と凸条が繰り返される周期構造が形成されていればよい。なお、図８においては、図８（ａ）〜（ｄ）は、凹条中の支柱を図示しているが、支柱の配置は、凸条の強度が保たれるようにすればよく、それぞれの間隔をほぼ同じようにしておくことが好ましい。

［位相板を備えた複合光学素子］
（実施形態８）
本発明の実施形態８として、本発明の光学素子、例えば位相板を備えた複合光学素子がある。本発明の位相板も光学素子の一種ではあるが、この位相板は、他の光学素子、例えば偏光分離素子、プリズム、レンズあるいは他の位相板と組み合わせて使用される場合がある。一方で、本発明の位相板は非常に薄い構造とすることが出来るので、他の光学素子の表面に形成又は配置することが好ましい。このようにすれば、位相板の支持体が省略でき、素子の組み合わせを小型化出来る。又、個々の光学素子の組み合わせに比べ光を効率よく利用できる。なお、他の光学素子の表面に位相板を配置するときは、必要な部分のみに位相板を備えていればよい。

［光学素子の製造方法］
（実施形態９）
実施形態９は、本発明の光学素子である位相板の製造方法であり、以下の工程を含む。まず、（１）誘電体表面に可塑性の硬化型樹脂前駆体を配置する工程と、（２）配置された硬化型樹脂前駆体を成形型により誘電体表面の前記周期構造の凸条及び支柱に相当する位置に配置する工程と、（３）周期構造の凸条及び支柱に相当する位置に配置された硬化型樹脂前駆体を硬化させて硬化型樹脂の凸条を形成する工程と、（４）硬化型樹脂の凸条を形成された誘電体の凸条を形成されていない表面の一部をドライエッチングにより除去し凹条を形成する工程と、（５）凹条を形成された誘電体から硬化型樹脂を除去する工程とを含む。

実施形態９の位相板の製造方法を、図９〜１１を参照にしながら説明する。まず、位相板の周期構造を形成するための成形型を作製する。成形型の作成方法を図９，１０に示した。図９はシリコン製成形型、図１０は石英製成形型の製作例である。図９はシリコン製成形型の製作例で説明すると、まず、目的とする位相板の周期構造面より少し大きめのシリコン基板上に電子線描画用フォトレジスト樹脂（レジストと略称することがある。）を塗布し、電子線により周期構造及び支柱に対応する模様を描画する。この場合、目的とする位相板の周期構造における凹条に対応する部分にレジストが残るように電子線描画する。

次の工程で、電子線描画されたレジスト塗布基板をリンスし、不要な部分のレジストを除去する。これにより、レジストによる周期構造及び支柱のマスクがシリコン基板上に現像される。

次の工程で、周期構造及び支柱のマスクが施されたシリコン基板の表面をＫＯＨ溶液でアルカリウェットエッチングし、マスクされていない表面部分を垂直にエッチングする。エッチングによりシリコン基板表面が露出している部分のみに垂直な凹部が形成される。なお、この実施例では、アルカリウェットエッチングで凹部を形成したが、ドライエッチング法によって凹部を形成してもよい。

最後に、マスクとして残留していたレジストを剥離する。レジストの剥離は、酸素ガスプラズマによる方法やＣＡＲＯＳ洗浄法（硫酸と過酸化水素水の混合液による洗浄法）などによればよい。できあがった周期構造及び支柱の成形型は、図９（４）を参照すれば、ピッチＰが目的とする位相板の周期構造と同じで、凸部の幅（ライン幅Ｌ）が目的とする位相板の周期構造の凹部（溝）の幅（スペース幅Ｓ）に相当するようにする。成形型の凸部の高さ（溝の深さＤ）は、目的とする位相板の周期構造における凸部の高さ（溝の深さ）と同じにする必要はなく、位相板の周期構造形成時のマスク用の樹脂の厚さに相当する厚さがあればよい。なお、支柱部分は位相板の周期構造の凸部と同じようにして形成できる考えておけばよい。

石英製成形型の製造方法を図１０に示した。この場合は、基板としてシリコンの代わりに石英を用い手いるところが異なっている。石英をエッチングするため、図１０（３）に示すようにドライエッチング法を採用している。エッチングガスとしては、Ｃ_４Ｆ_８，ＣＨＦ_３などのガスを用いて垂直にエッチングする。エッチング装置としては、ＲＩＥ，ＮｌＤ，ＴＣＰなどが利用できる。その他はほとんどシリコン製成形型と同じようにして石英製成形型が製造できる。周期構造の構成についてもシリコン製成形型と同じである。成形型は、位相板製作時に成形型の上から紫外線を照射しマスク樹脂を硬化させる場合に備え、紫外線透過性の高い材料で製作することが好ましい。

次に、図１１の工程［ａ］〜［ｉ］を参照しながらシリコン製の位相板の製作工程について説明する。まず、ガラス基板上にスパッタリングによりシリコン膜を形成する（工程［ａ］）。このシリコン膜の厚さは、後述のガラス基板をエッチングする際に目的とする位相板の周期構造における凹凸を形成する際に機能する厚さがあればよい。ガラス基板の厚さは、目的とする位相板の支持体の役目もあるので、０．０５〜２ｍｍ、好ましくは０．１〜０．５ｍｍ程度とすればよい。

次いで、シリコン膜を形成したガラス基板上に硬化前の可塑性のある紫外線硬化樹脂の樹脂層を形成する（工程［ｂ］）。この樹脂層の厚さは、次の工程である成形型を樹脂層に押し当てて樹脂層に周期構造を転写する際に、成形型内に樹脂が十分に流れ込み、成形型内に入りきれない樹脂が大量にはみ出さない程度がよい。具体的な樹脂層の厚さは、成形型の溝の深さより僅かに厚い程度がよい。

樹脂層を形成したガラス基板上に石英製の成形型を押し当てて、成形型の周期構造を樹脂層に転写する。この際、成形型の凹部に十分に樹脂が入り込み、かつ成形型の凸部とシリコン薄膜との間には樹脂層ができるだけ残らない程度に、ガラス基板に成形型を押圧する。ガラス基板に成形型を押圧して樹脂に周期構造を転写した状態で、紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して紫外線硬化樹脂を硬化させる（工程［ｃ］）。この場合、成形型が石英製であれば、成形型の上から紫外線を照射できる。硬化型樹脂が熱硬化型である場合は、熱をかけて樹脂を硬化させればよいので、シリコン製成形型を用いてもよい。

周期構造を破壊しないように注意して、ガラス基板から成形型を真上に引き抜くと、ガラス基板上に成形型の凹部に対応する樹脂製のマスクパターンが形成されている（工程［ｄ］）。しかし、同時に成形型の凹部に対応する部分以外にも薄い樹脂層が残っている場合が多いので、これを除去するため、成形型製造時に行ったような酸素ドライエッチングを行う（工程［ｅ］）。ここでは、残っている樹脂層のみを除去し、形成されたマスクパターンは出来るだけ変化させないように、必要最小限のエッチング操作をする。

マスクされていない部分にシリコン膜が露出したら、シリコン膜のエッチングを行う（工程［ｆ］）。シリコン膜のエッチングには、ＳＦ６，ＣＨＦ_３などのガスが用いられる。

シリコン膜がエッチングされたら、次にガラス基板のエッチングを行う（工程［ｇ］）。ガラス基板のエッチングは、Ｃ_４Ｆ_８、Ａｒガスを用いる。エッチングの深さは、ガラス基板の深さで測定し、目的とする位相板の凹条の深さに調整する。

ガラス基板のエッチングが終わったら、凸条の先端に付着している残樹脂とシリコンを除去する（工程［ｈ］）。アルカリ（ＫＯＨ）溶液で洗浄してやればシリコンが剥離するので、簡単に除去することが出来る。これで、本発明のガラス製位相板ができあがる（工程［ｉ］）。

（実施形態１０）
実施形態１０においては、ガラス基板上にＴａ_２Ｏ_５製の位相差板を形成する方法である。実施形態９に示した、ガラス基板上にガラス製の位相差板を形成する方法に類似しているので、図１２の工程［ａ］〜［ｇ］を参照しながら相違点を中心に説明する。

まず、ガラス基板上にＴａ_２Ｏ_５膜を形成する（工程［ａ］）。Ｔａ_２Ｏ_５膜は、シリコン膜同様スパッタリングで形成できる。Ｔａ_２Ｏ_５膜の厚さは、少なくとも目的とする位相板の周期構造における凹凸の深さより厚いものとする。具体的には、０．５μｍ以上好ましくは１ミクロン以上、さらに好ましくは３μｍ以上とする。ガラス基板は実施形態９と同じでよい。

次に、Ｔａ_２Ｏ_５膜を形成したガラス基板上に紫外線硬化樹脂層を形成し（工程［ｂ］）、成形型で押圧し、紫外線照射して紫外線硬化樹脂を硬化させ（工程［ｃ］）、樹脂マスクパターンを形成し（工程［ｄ］）、Ｔａ_２Ｏ_５膜上に残った余分の樹脂を酸素エッチングにより除去する工程（工程［ｅ］）は実施形態９と同じである。なお、この場合Ｔａ_２Ｏ_５膜は紫外線透過性があるので、紫外線はガラス基板側から照射することも出来る。その場合、成形型としてシリコン製成形型を利用することも出来る。

マスクパターンの完成したガラス基板表面のＴａ_２Ｏ_５膜を実施形態９のガラスエッチング（図１１の工程［ｇ］）と同様の操作でエッチングする（工程［ｆ］）。Ｔａ_２Ｏ_５膜を目的とする位相板の周期構造の深さまでエッチングしたら、樹脂マスクを剥離して（工程［ｇ］）目的とするＴａ_２Ｏ_５製位相板が完成する。なお、樹脂マスクの剥離は酸素エッチングによればよい。

（実施形態１１）
この実施形態１１の位相板の製造方法は、（１）誘電体表面にフォトレジスト樹脂を配置する工程と、（２）配置されたフォトレジスト樹脂を露光して、誘電体表面の前記周期構造の凸条及び支柱に相当する位置にレジストパターンを形成する工程と、（３）レジストパターンを形成された誘電体のレジストパターンを形成されていない表面の一部をドライエッチングにより除去し凹条を形成する工程と、（４）凹条を形成された誘電体表面からフォトレジスト樹脂を除去する工程とを含む。

この位相板の製造方法についても、実施形態９に示した位相板の製造方法との相違点を中心に説明する。実施形態１１の位相板の製造方法を、図１３の工程［ａ］〜［ｇ］として示した。ガラス基板上にシリコン膜を形成する工程は実施形態９と同じである（工程［ａ］）。シリコン膜上に樹脂層を形成する工程においては、フォトレジスト樹脂層を形成する（工程［ｂ］）。そして、露光によってマスクパターンを形成する（工程［ｃ］）。マスクパターンは、実施形態９と同様目的とする位相板の凸条及び支柱部がマスクされるように描画する。マスクパターンを形成されたガラス基板は、マスクされていないシリコン表面を実施形態９の工程［ｆ］〜［ｉ］と同じように、シリコンのエッチング（工程［ｄ］）、ガラス基板のエッチング（工程［ｅ］）、樹脂及びシリコンの剥離（工程［ｆ］）を施されガラス製位相板となる（工程［ｇ］）。

本発明の位相板の例（１） 本発明の位相板の例（２） 本発明の位相板の例（３） 本発明の位相板の例（４） 本発明の位相板の例（５） 従来の位相板 位相板の断面形状 位相板の周期構造全体の概念平面図 シリコン製成形型作製プロセス 石英製成形型作製プロセス 位相板の製作工程、１）ナノインプリント／ガラス基板 位相板の製作工程、２）ナノインプリント／Ｔａ_２Ｏ_５／ガラス基板 位相板の製作工程、３）フォトレジスト／ガラス基板 支柱の間隔に対する光の透過効率

符号の説明

Ｌ：周期構造の凸条の厚さ（Ｘ軸方向の凸条の幅）
ＬＹ：支柱の厚さ（Ｙ軸方向の支柱の幅）
Ｓ：周期構造の凹条の厚さ（溝の幅）
ｈ：周期構造の凸条の高さ（凹条又は溝の深さ）
ＰＸ：周期構造の周期（Ｘ軸方向のピッチ）
ＰＹ：支柱の溝方向における間隔（Ｙ軸方向のピッチ）
ｈ／Ｎ，ｄ：支柱の高さ

Claims (12)

1. サブ波長のピッチを有する凹条と凸条の周期構造を持つ誘電体からなり、周期構造の凹条中に、隣接する凸条同士を結合する支柱を設けた光学素子であって、
   前記支柱の間隔は、支柱の幅を（Ｘ）としたとき、下記式（１）
   Ｌｎ（Ｙ）＝Ｌｎ（１８．７）＋１．２２（Ｘ）・・・・式（１）
   で表される（Ｙ）以上であることを特徴とする光学素子。
2. 前記支柱は、凹条中に所定間隔で周期的に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
3. 前記支柱の配列は、光学素子の周期構造を上部から見た際に、周期構造に対し垂直な配置、周期構造に対し斜行した配置、周期構造方向に対し千鳥状の配置のいずれかであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。
4. 前記凹条中の支柱の間隔は、使用される波長より広いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学素子。
5. 前記凹条の溝深さは、前記凹条の幅以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学素子。
6. 前記支柱の高さは、凸条の高さ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学素子。
7. 前記凹条及び凸条の断面形状は、それぞれ矩形を含む多角形又はＵ字形であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学素子。
8. 前記凹条及び凸条は、直線状、円形状、楕円形状及び多角形状のいずれかであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学素子。
9. 表面に請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学素子を備えたことを特徴とする複合光学素子。
10. 前記光学素子が、表面の一部に配置されていることを特徴とする請求項９に記載の複合光学素子。
11. 誘電体表面に可塑性の硬化型樹脂前駆体を配置する工程と、
    前記誘電体表面に配置された硬化型樹脂前駆体を成形型により誘電体表面の周期構造の凸条及び隣接する凸条同士を結合する支柱に相当する位置に配置する工程と、
    前記周期構造の凸条及び支柱に相当する位置に配置された硬化型樹脂前駆体を硬化させて硬化型樹脂の凸条を形成する工程と、
    硬化型樹脂の凸条を形成された誘電体の凸条を形成されていない表面の一部をドライエッチングにより除去し凹条を形成する工程と、
    凹条を形成された誘電体から硬化型樹脂を除去する工程とを含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
12. 誘電体表面にフォトレジスト樹脂を配置する工程と、
    前記誘電体表面に配置されたフォトレジスト樹脂を露光して、誘電体表面の周期構造の凸条及び隣接する凸条同士を結合する支柱に相当する位置にレジストパターンを形成する工程と、
    レジストパターンを形成された誘電体のレジストパターンを形成されていない表面の一部をドライエッチングにより除去し凹条を形成する工程と、
    凹条を形成された誘電体表面からフォトレジスト樹脂を除去する工程とを含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。

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