JP4935627B2 - 光学素子および光学素子作製用原盤の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光学素子および光学素子作製用原盤の製造方法に関する。詳しくは、凸部または凹部からなる構造体が基体表面に多数設けられた光学素子に関する。

従来、ガラスやプラスチックなどの透光性基板を用いた光学素子においては、表面反射による光を減少させ、透過特性を上げるための方法として、光学素子表面に微細且つ緻密な凹凸（サブ波長構造体；蛾の目）形状を形成する方法がある。一般に、光学素子表面に周期的な凹凸形状を設けた場合、ここを光が透過するときには回折が発生し、透過光の直進成分が大幅に減少する。しかし、凹凸形状のピッチが透過する光の波長よりも短い場合には回折は発生せず、例えば凹凸形状を円錐形としたときには、そのピッチや深さなどに対応する単一波長の光に対して有効な反射防止効果と優れた透過特性を得ることができる。

例えば、非特許文献１には、上述の構成を有する光学素子が開示されている。この光学素子は以下のようにして作製される。まず、Ｓｉ基板上のフォトレジストに電子線記録により凹凸フォトレジストパターンを形成し、凹凸フォトレジストパターンをマスクにして、Ｓｉ基板をエッチングする。これにより、図１６に示すように、微細なテント形状のサブ波長構造体（ピッチ：約３００ｎｍ、深さ：約４００ｎｍ）を有するＳｉ原盤が作製される。

上述のようにして作製されたＳｉ原盤では、広い波長域を有する光に対しても反射防止効果を得ることができる。さらに、図１７に示すように、上記サブ波長構造体を六方格子状に形成することにより、可視光域において非常に高性能な反射防止効果（反射率１％以下）を得ることができる（図１８参照）。なお、図１８中、ｌ₁、ｌ₂はそれぞれＳｉ平坦部の反射率、パターン部の反射率を示す。

次に、作製したＳｉ原盤のＮｉめっきスタンパを作製する。このスタンパの表面の所定領域には、図１９に示すように、Ｓｉ原盤のものとは反対の凹凸構造が形成されている。次に、このスタンパを用いて、ポリカーボネートの透明樹脂に凹凸パターンを転写する。これにより、目的とする光学素子（複製基板）が得られる。この光学素子も高性能な反射防止効果（反射率０．３％以下）を得ることができる（図２０参照）。なお、図２０中、ｌ₃、ｌ₄はそれぞれパターン無しの反射率、パターン有りの反射率を示す。

ＮＴＴアドバンストテクノロジ（株）、"波長依存性のない反射防止体（モスアイ）用成形金型原盤"、[online]、［平成１９年９月３日検索］、インターネット＜http://keytech.ntt-at.co.jp/nano/prd_0016.html＞

上記非特許文献１に記載された光学素子では、反射率を０．３％以下にすることができるが、近年では、光学素子の反射率をさらに低減することが望まれるようになっている。

したがって、この発明の目的は、さらに反射防止特性に優れた光学素子およびそれを作製するための光学素子作製用原盤の製造方法を提供することにある。

本発明者は、従来技術が有する上述の課題を解決すべく、鋭意検討を行った。以下にその概要を説明する。

従来、上記光学素子の技術分野では、反射防止特性の向上を目的として、光学素子の配置ピッチをより狭くする検討がなされている。しかし、本発明者らが、反射防止特性を向上すべく、鋭意検討を行ったところ、従来のように、光学素子の配置ピッチをより狭くするのではなく、従来の光学素子より配置ピッチをより広くすることにより、優れた反射防止特性を得ることができることを見出すに至った。
本発明は以上の検討に基づいて案出されたものである。

即ち、本発明の光学素子は、
凸部または凹部からなる構造体が基体表面に多数配置された、反射防止特性を有する光学素子であって、
構造体が準六方格子パターンを形成するように配置され、
同一トラック内における構造体の配置ピッチは、隣接する２つのトラック間における構造体の配置ピッチよりも長くなっており、
構造体の配置ピッチが３８０ｎｍ〜６８０ｎｍであり、構造体のアスペクト比が０．６２〜１．０９であることを特徴とする。

本発明の光学素子では、構造体を準六方格子パターンを形成するように配置し、同一トラック内における構造体の配置ピッチを、隣接する２つのトラック間における構造体の配置ピッチよりも長くし、構造体の配置ピッチを３８０ｎｍ〜６８０ｎｍ、アスペクト比を０．６２〜１．０９にしているので、従来の光学素子より構造体の配置ピッチが大きくなっている。このように構造体の配置ピッチを大きくすることで、反射率が従来の光学素子より低減される。

本発明の光学素子作製用原盤の製造方法は、
凸部または凹部からなる構造体が基板表面に多数配置された、反射防止特性を有する光学素子を作製するための光学素子作製用原盤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ともに、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、準六方格子パターンの潜像を形成する第２の工程と、
レジスト層を現像して、基板の表面にレジストパターンを形成する第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の工程とを有し、
第２の工程では、同一トラック内における構造体の配置ピッチが、隣接する２つのトラック間における構造体の配置ピッチよりも長くなると共に、構造体の配置ピッチが３８０ｎｍ〜６８０ｎｍとなるように潜像を形成し、
第４の工程では、構造体のアスペクト比が０．６２〜１．０９となるようにエッチング処理することを特徴とする。

本発明の光学素子作製用原盤の製造方法では、基板を回転させるとともに、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、潜像を形成するので、従来の電子線記録による露光に比べて、露光の作業時間を短くすることができる。したがって、光学素子作製用原盤を従来より短時間で作製することができる。

以上説明したように、本発明によれば、反射防止特性に優れ透過率の高い光学素子を得ることができる。また、このような光学素子を高い生産性で製造することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（光学素子の構成）
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のトラックＴ１、Ｔ３、・・・における断面図である。図１Ｄは、図１ＢのトラックＴ２、Ｔ４、・・・における断面図である。図１Ｅは、図１ＢのトラックＴ１、Ｔ３、・・・に対応する潜像形成に用いられるレーザ光の変調波形を示す略線図である。図１Ｆは、図１ＢのトラックＴ２、Ｔ４、・・・に対応する潜像形成に用いられるレーザ光の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。この光学素子１は、ディスプレイ、光エレクトロニクス、光通信（光ファイバー）、太陽電池、照明装置など種々の光デバイスに適用して好適なものであり、例えば、種々の波長域を有する光ファイバーやディスプレイ導光板に適用可能である。また、入射光の入射角に応じた透過率を有する光学フィルタおよびこの光学フィルタを用いたバックライト装置に適用可能である。

図１Ａ、図１Ｂに示すように、本実施形態の光学素子１は、基体２の表面に凸部からなる構造体３が可視光の波長と同程度のピッチで多数配置された構成を有している。この光学素子１は、基体２を図２のＺ方向に透過する光について、構造体３とその周囲の空気との界面における反射を防止する機能を有している。

基体２は、透光性を有する透明基体であり、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの透明性合成樹脂、ガラスなどからなる。その形態は特に限られず、フィルム状、シート状、プレート状、ブロック状でもよい。基体２の形態は、例えば、ディスプレイ、光エレクトロニクス、光通信、太陽電池、照明装置など所定の反射防止機能が必要とされる各種光学デバイスの本体部分や、これらの光学デバイスに取り付けられるシートあるいはフィルム状の反射防止機能部品の形状などに合わせて決定される。

構造体３は、例えば、基体２と一体的に形成されている。各構造体３はそれぞれ同一の形状を有しているが、これに限られない。構造体３は、例えば、底面が長軸と短軸をもつ楕円形、長円形あるいは卵形の錐体構造で、頂部が曲面または平坦な形状に形成されている。特に、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であることが好ましい。耐久性および転写性を向上させることが可能となるからである。

構造体３は図示する凸部形状のものに限らず、基体１の表面に形成した凹部で構成されていてもよい。構造体３の高さは特に限定されず、例えば４２０ｎｍ程度、具体的には４１５ｎｍ〜４２１ｎｍである。なお、構造体３を凹部形状とした場合には、構造体３の深さとなる。

トラックＴの円周方向における構造体３の高さＨ１は、円弧状トラックＴの径方向における構造体３の高さＨ２よりも小さいことが好ましい。即ち、構造体３の高さＨ１、Ｈ２がＨ１＜Ｈ２の関係を満たすことが好ましい。Ｈ１≧Ｈ２の関係を満たすように構造体３を配列すると、円周方向の配置ピッチＰ１を長くする必要が生じるため、円周方向の構造体３の充填率が低下するためである。このように充填率が低下すると、反射特性の低下を招くことになる。

図３は、ディスク状光学素子１Ｗの構成の一例を示す概略平面図である。光学素子１は、図３に示すように、ディスク状光学素子１Ｗの表面ほぼ全域に構造体３が形成された後、ディスク状光学素子１Ｗから所定の製品サイズに合わせて切り出されて形成される。構造体３は、後述するような記録装置を用いて基板に形成した露光パターンをもとに形成される。ディスク状光学素子１Ｗから所定サイズの光学素子１を切り出すので、光学素子１の各構造体は、図１Ａに示したように、基体２の表面において複数列の円弧状のトラックＴ１，Ｔ２，Ｔ３，・・・（以下総称して「トラックＴ」ともいう。）をなすような配置形態を有する。

構造体３の周縁部に裾部を設けることが好ましい。光学素子の製造工程において光学素子を金型などから容易に剥離することが可能になるからである。また、裾部は、上記剥離特性の観点からすると、なだらかに高さが低下する曲面状とすることが好ましい。なお、裾部は、構造体の周縁部の一部にのみ設けてもよいが、上記剥離特性の向上の観点からすると、構造体３の周縁部の全部に設けることが好ましい。また、構造体３が凹部である場合には、裾部は、構造体３である凹部の開口周縁に設けられた曲面となる。

各構造体３は、隣接する２つのトラックＴ間において、一方のトラック（例えばＴ１）に配列された各構造体３の中間位置（半ピッチずれた位置）に、他方のトラック（例えばＴ２）の構造体３が配置されている。その結果、図１Ｂに示すように、隣接する３列のトラック（Ｔ１〜Ｔ３）間においてａ１〜ａ７の各点に構造体３の中心が位置する準六方格子パターンを形成するように各構造体３が配置されている。本発明において、準六方格子パターンは、図１７に示したような正六方格子パターンと異なり、トラックＴの円弧状に沿って歪んだ六方格子パターンを意味する。

更に、各構造体３が上述した準六方格子パターンを形成するように配置されることにより、図１Ｂに示すように、同一トラック（例えばＴ１）内における各構造体３の配置ピッチＰ１（ａ１〜ａ２間距離）は、隣接する２つのトラック（例えばＴ１およびＴ２）間における構造体３の配置ピッチ、即ち円周方向に対して約±６０°方向における構造体３の配置ピッチＰ２（例えばａ１〜ａ７，ａ２〜ａ７間距離）よりも長くなっている。このように構造体３を配置することで、構造体３の充填密度の更なる向上を図れるようになる。

構造体３のピッチＰを３８０ｎｍ〜６８０ｎｍ、構造体３のアスペクト比（高さＨ／ピッチＰ）を０．６２〜１．０９にすることが好ましく、構造体３のピッチＰを４００ｎｍ〜６５０ｎｍ、構造体のアスペクト比（高さＨ／ピッチＰ）を０．６５〜１．０３にすることがより好ましい。上記範囲にすることにより、優れた反射防止特性を実現することができる。

なお、本発明においてアスペクト比は、以下の式（１）により定義される。
アスペクト比＝Ｈ／Ｐ・・・（１）
但し、Ｈ：構造体の高さ、Ｐ：ピッチ
また、構造体の高さＨは、構造体３の半径方向の高さとする。構造体３の円周方向の高さは半径方向の高さよりも小さく、また、構造体３の円周方向以外の部分における高さは半径方向の高さとほぼ同一であるため、サブ波長構造体の深さを半径方向の高さで代表する。但し、構造体３が凹部である場合、上記式（１）における構造体の高さＨは、構造体の深さＨとする。

（光学素子の製造方法）
次に、図４〜図７を参照しながら、以上のように構成される光学素子１の製造方法について説明する。本実施形態では、原盤の作製工程と、複製基板の作製工程と、金型の作製工程と、光学素子の作製工程とを経て、上述した構成の光学素子１が製造される。

［原盤の作製工程］
まず、図４Ａ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、例えば石英基板である。次に、図４Ｂ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、有機材料でもよいし無機材料でもよい。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。また、無機系レジストとしては、例えば、タングステンやモリブデンなどの１種または２種以上の遷移金属からなる金属酸化物が好適である。

次に、図４Ｃに示すように、基板１１を回転させると共に、レーザ光（露光ビーム）１３をレジスト層１２に照射する。このとき、レーザ光１３を基板１１の半径方向に移動させながら、レーザ光を間欠的に照射することで、レジスト層１２を全面にわたって露光する。これにより、レーザ光１３の軌跡に応じた潜像１４が、可視光波長と同程度のピッチでレジスト層１２の全面にわたって形成される。なお、この露光工程の詳細については後述する。

この露光工程において、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ながら行うことにより、隣接する３列のトラック間において構造体（潜像）を準六方格子パターン状に配置形成することが可能となる。レーザ光１３の照射周期は、例えば、基体２を角速度一定で回転させ、円周方向の構造体３の配置ピッチが一定となるようにレーザ光１３のパルス周波数を最適化する。具体的には、トラック位置が基体中心から遠ざかるに従い、レーザ光１３の照射周期が短くなるように変調制御する。これにより、基体全面において空間周波数が一様なナノパターンを形成することが可能となる。

次に、基板１１を回転させながら、レジスト層１２上に現像液を滴下して、図５Ａに示すように、レジスト層１２を現像処理する。図示するように、レジスト層１２をポジ型のレジストにより形成した場合には、レーザ光１３で露光した露光部は、非露光部と比較して現像液に対する溶解速度が増すので、露光部（潜像１４）に応じたパターンがレジスト層１２に形成される。

次に、基板１１の上に形成されたレジスト層１２のパターン（レジストパターン）をマスクとして、基板１１の表面をエッチング処理する。これにより、図５Ｂに示すように、円弧状トラックの円周方向に長軸方向をもつ楕円錐形状または楕円錐台形状の凹部（構造体）１５ａを得ることができる。エッチング方法は、例えばドライエッチングによって行われる。このとき、エッチング処理とアッシング処理を交互に行うことにより、例えば、錐体状の凹部１５ａのパターンを形成することができるとともに、レジスト層の３倍以上の深さ（選択比３以上）の石英マスターを作製でき、構造体３の高アスペクト比化を図ることができる。

以上のようにして、本実施形態の光学素子作製用原盤１５が製造される。この原盤１５は、光学素子１を形成するマスター原器であり、凹部１５ａからなる表面凹凸構造が、後述する複製基板および成形金型を経て、光学素子１の構造体３を形成する。従って、原盤１５の凹部１５ａは、原盤１５の円周方向に歪んだ準六方格子パターンを形成するように配置されている。

次に、図４Ｃに示した露光工程の詳細について、図６を参照して説明する。図６は、露光装置の概略構成図である。本実施形態では、露光装置は、光学ディスク記録装置をベースにして構成されている。

レーザ光源２１は、基板１１の表面に着膜されたレジスト層１２を露光するための光源であり、例えば波長λ＝２６６ｎｍの遠紫外線レーザ光１３を発振するものである。レーザ光源２１から出射されたレーザ光１３は、平行ビームのまま直進し、電気光学素子（ＥＯＭ：Electro Optical Modulator）２２へ入射する。電気光学素子２２を透過したレーザ光１３は、ミラー２３で反射され、変調光学系２５に導かれる。

ミラー２３は、偏光ビームスプリッタで構成されており、一方の偏光成分を反射し他方の偏光成分を透過する機能をもつ。ミラー２３を透過した偏光成分はフォトダイオード２４で受光され、その受光信号に基づいて電気光学素子２２を制御してレーザ光１３の位相変調を行う。

変調光学系２５において、レーザ光１３は、集光レンズ２６により、石英（ＳｉＯ₂）などからなる音響光学素子（ＡＯＭ：Acoust-Optic Modulator）２７に集光される。レーザ光１３は、音響光学素子２７により強度変調され発散した後、レンズ２８によって平行ビーム化される。変調光学系２５から出射されたレーザ光１３は、ミラー３１によって反射され、移動光学テーブル３２上に水平かつ平行に導かれる。

移動光学テーブル３２は、ビームエキスパンダ３３、ミラー３４および対物レンズ３５を備えている。移動光学テーブル３２に導かれたレーザ光１３は、ビームエキスパンダ３３により所望のビーム形状に整形された後、ミラー３４および対物レンズ３５を介して、基板１１上のレジスト層１２へ照射される。基板１１は、スピンドルモータ３６に接続されたターンテーブル（図示略）の上に載置されている。そして、基板１１を回転させるとともに、レーザ光１３を基板１１の回転半径方向に移動させながら、レジスト層１２へレーザ光１３を間欠的に照射することにより、レジスト層１２の露光工程が行われる。形成された潜像１４は、円周方向に長軸を有する略楕円形になる。レーザ光１３の移動は、移動光学テーブル３２の矢印Ｒ方向への移動によって行われる。

図６に示した露光装置は、図１Ｂに示した準六方格子の２次元パターンに対応する潜像１４をレジスト層１２に形成するための制御機構３７を備えている。制御機構３７は、フォーマッタ２９とドライバ３０とを備える。フォーマッタ２９は、極性反転部を備え、この極性反転部が、レジスト層１２に対するレーザ光１３の照射タイミングを制御する。ドライバ３０は、極性反転部の出力を受けて、音響光学素子２７を制御する。

制御機構３７は、潜像１４の２次元パターンが空間的にリンクするように、１トラック毎に、音響光学素子２７によるレーザ光１３の強度変調と、スピンドルモータ３６の駆動回転速度と、移動光学テーブル３２の移動速度とをそれぞれ同期させる。基板１１は、角速度一定（ＣＡＶ）で回転制御される。そして、スピンドルモータ３６による基板１１の適切な回転数と、音響光学素子２７によるレーザ強度の適切な周波数変調と、移動光学テーブル３２によるレーザ光１３の適切な送りピッチとでパターニングを行う。これにより、レジスト層１２に対して準六方格子パターンの潜像１４を形成する。

例えば、円周方向の周期Ｐ１を４００ｎｍ、円周方向約６０度方向（約−６０度方向）の周期Ｐ２を３８０ｎｍにするには、送りピッチは３２３ｎｍにすればよい。更に、極性反転制御部の制御信号を、空間周波数（潜像１４のパターン密度、Ｐ１：４００ｎｍ、Ｐ２：３８０ｎｍ）が一様になるように徐々に変化させる。より具体的には、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ながら露光を行い、各トラックＴにおいてＰ１がほぼ４００ｎｍとなるように制御機構３７においてレーザ光１３の周波数変調を行う。即ち、トラック位置が基板中心から遠ざかるに従い、レーザ光の照射周期が短くなるように変調制御する。これにより、基板全面において空間周波数が一様なナノパターンを形成することが可能となる。

次に、図５を参照して、原盤１５から光学素子１が作製されるまでの一連の工程について説明する。

原盤１５は、上述したように、基板１１の表面にレジスト層１２のパターンを形成した状態から、このレジストパターンをマスクとするエッチング処理を施し、基板１１の表面に凹部１５ａを含む凹凸構造が形成することで作製される。

ここで、レジスト層１２のパターンは、基板１１の半径方向と円周方向とで現像後の層厚が異なっており、半径方向の層厚よりも円周方向の層厚が薄い。これは、露光工程において基板１１を回転させながらレーザ光１３を照射するため、レーザ光１３の照射時間が基板半径方向よりも円周方向の方が長くなり、これが現像後においてレジスト層１２の層厚の違いとなって現れるからである。その後のエッチング処理においては、基板１１の円周方向と半径方向でのレジスト層１２の層厚の違いによって、形成される凹部１５ａに形状の異方性が付される。

［複製基板の作製工程］
次に、作製された原盤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を重ねて配置する。そして、透明基板の上から紫外線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５Ｃに示すように、透明基板１６ａの上に光硬化樹脂からなる構造体１６ｂが形成された複製基板１６が作製される。

［金型の作製工程］
次に、作製された複製基板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。メッキ層の形成後、複製基板１６から剥離し、必要に応じて外形加工を施すことで、図５Ｄに示すように、凹部１７ａが形成された金型１７が作製される。

［光学素子の作製工程］
次に、作製された金型１７を射出成形機の成形金型として設置し、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ことによって、図５Ｅに示したように、表面に構造体３が一体形成されたディスク状光学素子１Ｗが作製される。その後、図７Ａ、図７Ｂに示したようにディスク状光学素子１Ｗから所定の製品サイズに切り出すことにより、図１に示した形態の光学素子１が作製される。

なお、原盤１５は、基板１１をエッチング処理して形成する場合に限らず、レジスト層１２のパターンが形成された基板１１をそのまま原盤として用いることも可能である。

以上、本実施形態によれば、配置ピッチＰが３８０ｎｍ〜６８０ｎｍ、アスペクト比が０．６２〜１．０９となるように、凸部又は凹部からなる構造体３を基体表面に多数配置しているので、従来の光学素子より構造体３の配置ピッチが大きくなっている。このように構造体３の配置ピッチを大きくすることで、反射率が従来の光学素子より低減される。

また、構造体３を複数列の円弧状トラックをなすとともに、隣接する３列のトラック間において準六方格子パターンをなすように形成した場合、基体表面における構造体３の充填密度を高くすることができ、これにより可視光の反射防止効率を高め、反射防止特性に優れた透過率の極めて高い光学素子１を得ることができる。

また、各構造体３を楕円錐形状とした光学素子１は、各構造体をテント形状にした従来の光学素子（図１６参照）に比べて、光学素子１の凹凸構造面の耐久性を高めることができるとともに、複製基板１６、金型１７および光学素子１の各凹凸構造面の転写性を高めることが可能となる。

また、光ディスク記録装置を応用した露光装置を用いて原盤１５を作製するようにしているので、上記構成の光学素子１を短時間で効率良く製造することができるとともに基体２の大型化にも対応可能となり、これにより生産性の向上を図ることができる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

（実施例１）
［原盤の作製工程］
石英基板上に、化学増幅型またはノボラック系ポジ型レジスト層を厚さ１５０ｎｍ程度塗布し、このレジスト層に、図６に示した露光装置を用いて準六方格子パターンの潜像を形成した。レーザ光の波長は２６６ｎｍ、レーザパワーは、０．５０ｍＪ／ｍとした。その後、レジスト層に対して現像処理を施して、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、Ｏ₂アッシングによりレジストパターンを除去し開口径を広げるプロセスと、ＣＨＦ₃ガス雰囲気中でのプラズマエッチング９で石英基板をエッチングするプロセスを繰り返し行った。その結果、石英基板の表面が露出している準六方格子パターン径が徐々に広がりながら、エッチングが進行し、その他の領域はレジストパターンがマスクとなりエッチングされず、図５Ｂに模式的に示したような断面略三角形状の凹部が形成された。エッチング量はエッチング時間によって変化させた。最後に、Ｏ₂アッシングによりレジストパターンを完全に除去した。

以上のようにして、円周方向ピッチ（円周方向周期）Ｐ１が４００ｎｍ、４８０ｎｍ、５８０ｎｍ、６８０ｎｍ、円周方向約６０°方向（円周約６０°方向周期））ピッチＰ２が３８０ｎｍ、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍ、深さ４２０ｎｍ程度の凹部準六方格子パターンを有する石英マスター（原盤）を作製した。

［複製基板の作製工程］
次に、作製した石英マスター上に紫外線硬化樹脂を塗布した後、アクリル板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、石英マスターから剥離した。以上のようにして、凸部準六方格子パターンを有する複製基板を作製した。

［成形用金型の作製工程］
次に、作製した複製基板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金属マスター（成形用金型）を作製した。

［光学素子の作製工程］
次に、作製したＮｉ金属マスター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複製基板を得た。その後、この複製基板を所定サイズに切り出して、光学素子を作製した。

実施例２〜５では、構造体の円周方向ピッチＰ１、円周約６０°方向ピッチ、アスペクト比を変えて複製基板を作製し、それらの複製基板の形状、反射特性を評価した。

（実施例２）
［原盤の作製工程］
円周方向ピッチＰ１：４００ｎｍ、円周約６０°方向ピッチＰ２：３８０ｎｍの準六方格子パターンの潜像１４をレジスト層１２に形成する以外は実施例１と同様にして、準六方格子パターンのレジストパターンを作製した。

次に、アッシングおよびエッチングのプロセスを以下の順序で行った。（１）Ｏ₂アッシング４秒、ＣＨＦ₃エッチング１分、（２）Ｏ₂アッシング４秒、ＣＨＦ₃エッチング２分、（３）Ｏ₂アッシング４秒、ＣＨＦ₃エッチング３分、（４）Ｏ₂アッシング４秒、ＣＨＦ₃エッチング４分、（５）Ｏ₂アッシング４秒、ＣＨＦ₃エッチング５分、（６）Ｏ₂アッシング４秒、ＣＨＦ₃エッチング６分。最後に、Ｏ₂アッシングを行うことにより、レジストパターンを完全に除去した。
以上により、準六方格子パターンの原盤が作製された。

［複製基板の作製工程］
次に、作製した石英マスターを用いる以外は実施例１と同様にして複製基板を作製した。

（実施例３）
円周方向ピッチＰ１：４８０ｎｍ、円周約６０°方向ピッチＰ２：４５０ｎｍの準六方格子パターンの潜像をレジスト層に形成する以外は実施例２と同様にして、複製基板を作製した。

（実施例４）
円周方向ピッチＰ１：５８０ｎｍ、円周約６０°方向ピッチＰ２：５５０ｎｍの準六方格子パターンの潜像をレジスト層に形成する以外は実施例２と同様にして、複製基板を作製した。

（実施例５）
円周方向ピッチＰ１：６８０ｎｍ、円周約６０°方向ピッチＰ２：６５０ｎｍの準六方格子パターンの潜像をレジスト層に形成する以外は実施例２と同様にして、複製基板を作製した。

（形状の評価１）
上述のようにして作製した実施例２〜５の複製基板１６について、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope）により観察を行った。そして、ＡＦＭの断面プロファイルから各複製基板の構造体の高さを求めた。その結果を表１に示す。なお、パターンの円周方向の高さは、半径方向の高さよりも小さかった。また、パターンの円周方向以外の部分の高さが半径方向の高さとほぼ同一であったことから、パターンの高さを半径方向の高さで代表した。

（形状の評価２）
上述のようにして作製した実施例２、５の複製基板について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）により観察を行った。その結果を図８、図９に示す。

図８、図９から以下のことが分かる。
複製基板上には、準六方格子パターンをなすように凸形状の構造体が多数配設されている。また、構造体は、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、所謂釣鐘形状を有する。このような形状の構造体は、原盤のエッチング工程において、構造体の先端部から中央部、底部にかけて徐々にエッチング時間を長くすることで得ることができる。

（反射特性の評価）
上述のようにして作製した実施例２〜５の複製基板の反射率を測定した。その測定結果を図１０〜図１３に示す。図１０、図１１は、入射角５°〜７０°で入射する光に対する反射率を示し、図１２、１３は、入射角５°で入射する光に対する反射率を示す。なお、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。

図１０に示すように、実施例２の複製基板では反射率の波長依存特性が有り、その反射率は微小振幅のサイン波形状を示している。しかし、このような波長依存性は実用上問題のあるものではない。また、後述するように、釣鐘型楕円錐状の構造体を有する光学素子に関するＲＣＷＡシミュレーションの結果によれば、反射率は波長依存性を有し、微小振幅のサイン波を示すが、長波長領域において反射率は増加しないことが確認されている。なお、上記非特許文献１に記載された光学素子では、構造体がテント状の形状を有しているので、図２０に示すように、長波長領域（７００−８００ｎｍ）において、反射率が増加するという問題がある。また、実施例２の複製基板では、反射率の平均が０．２％以下であり、非特許文献１に記載された複製基板の無反射効果（反射率０．３％以下）より良い特性が得られる。さらに、角度依存性も少なく、入射角±４０度まで平均反射率が０．３％以下であり、入射角±５０度で平均反射率が０．６％と非常に良い入射角特性を示している。

図１１に示すように、実施例３の複製基板では反射率は波長依存特性を有し、微小振幅のサイン波形状を示すが、反射率の平均が０．１５％以下であり、実施例２よりさらに良い特性である。角度依存性も少なく、入射角±４０度まで平均反射率が０．２０％以下であり、入射角±５０度で平均反射率が０．５％と非常に良い入射角特性を示している。

図１２に示すように、実施例４の複製基板では反射率の波長依存特性は多少あるが、優れた反射防止特性が得られている。特に、青色光、緑色光に対する反射防止特性に優れ、これらの光に対する反射率は０．１程度に抑えられている。

図１３に示すように、実施例５の複製基板では反射率の波長依存特性は多少あるが、優れた反射防止特性が得られている。特に、青色光、緑色光に対する反射防止特性に優れ、これらの光に対する反射率は０．１程度に抑えられている。また、ピッチＰが６６０ｎｍと広く、アスペクト比Ｈ／Ｐが０．６４と小さいため、複製が容易で生産に向いている。

実施例３〜５の複製基板は、可視光領域（波長３５０〜８００ｎｍ）において特に優れた無反射特性を有し、ディスプレイ以外にも、多くの照明装置や保護窓などの多くの応用商品に適応可能である。

以上により、優れた無反射性能を得るためには、準六方格子パターンの構造体のピッチＰを３８０ｎｍ〜６８０ｎｍ、構造体のアスペクト比（高さＨ／ピッチＰ）を０．６２〜１．０９にすることが好ましく、準六方格子パターンの構造体のピッチＰを４００ｎｍ〜６５０ｎｍ、構造体のアスペクト比（高さＨ／ピッチＰ）を０．６５〜１．０３にすることがより好ましい。

なお、本実施例では、構造体が、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、所謂釣鐘型を有する場合について説明したが、中央部の傾きが先端部および底部の傾きよりも急峻に形成された楕円錐形状でもほぼ同様な無反射特性を得ることができる。また、準六方格子状で凸形状の楕円錐、あるいは、六方格子状で凸形状の楕円錐や楕円錐台でもほぼ同様な無反射特性を得ることができる。

試験例１では、ＲＣＷＡ（Rigorous Coupled Wave Analysis）シミュレーションにより構造体の深さと反射率との関係について検討した。

（試験例１）
構造体の高さを３００ｎｍ〜６６０ｎｍの範囲で変えて、ＲＣＷＡシミュレーションを行った。その結果を図１４に示す。なお、構造体の形状は釣鐘型とし、その配列は六方格子状とした。

図１４から、構造体の高さを３００ｎｍ〜６６０ｎｍの範囲で変化させても、反射率を０．１０％まで下げることは困難であることが分かる。

試験例２では、ＲＣＷＡ（Rigorous Coupled Wave Analysis）シミュレーションにより構造体の配置ピッチと反射率との関係について検討した。

（試験例２）
構造体の高さＨを４２０ｎｍ一定とし、配置ピッチを２００ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲で変えて、ＲＣＷＡシミュレーションを行った。その結果を図１５に示す。

図１５から、構造体の配置ピッチを大きくすることにより、反射率を０．１０％以下まで下げることが可能であることが分かる。

以上、この発明の実施形態および実施例について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態および実施例に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

例えば、上述の実施形態および実施例において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。

また、上述の実施形態および実施例では、構造体が複数列の円弧状トラックをなすとともに、隣接する３列のトラック間において準六方格子パターンをなすように配置される場合を例として説明したが、構造体が複数列の直線上に配置されるとともに、隣接する３列間において六方格子をなすように配置されるようにしてもよい。

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、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、図１Ｃは、図１ＢのトラックＴ１、Ｔ３、・・・における断面図、図１Ｄは、図１ＢのトラックＴ２、Ｔ４、・・・における断面図、図１Ｅは、図１ＢのトラックＴ１、Ｔ３、・・・に対応する潜像形成に用いられるレーザ光の変調波形を示す略線図、図１Ｆは、図１ＢのトラックＴ２、Ｔ４、・・・に対応する潜像形成に用いられるレーザ光の変調波形を示す略線図である。 図１Ａに示した光学素子の一部を拡大して表す斜視図である。 ディスク状光学素子の構成の一例を示す概略平面図である。 図４Ａ〜図４Ｃは、光学素子の製造方法について説明するための工程図である。 図５Ａ〜図５Ｅは、光学素子の製造方法について説明するための工程図である。 原盤の製造工程に用いる露光装置の概略構成図である。 図７Ａ、図７Ｂは、光学素子の製造方法について説明するための模式図である。 実施例２の複製基板の一主面のＳＥＭ写真である。 実施例５の複製基板の一主面のＳＥＭ写真である。 実施例２の複製基板の反射特性を示すグラフである。 実施例３の複製基板の反射特性を示すグラフである。 実施例４の複製基板の反射特性を示すグラフである。 実施例５の複製基板の反射特性を示すグラフである。 試験例１の光学素子の反射特性を示すグラフである。 試験例２の光学素子の反射特性を示すグラフである。 従来のＳｉ原盤の構成を示す図である。 従来のＳｉ原盤の構成を示す図である。 従来のＳｉ原盤における波長と反射率との関係を示すグラフである。 従来のＮｉめっきスタンパを拡大して示す図である。 従来の光学素子における波長と反射率との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 光学素子
１Ｗ ディスク状光学素子
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 潜像
１５ 光学素子作製用原盤
１５ａ，１７ａ 凹部
１６ 光学素子作製用複製基板
１６ａ 透明基板
１７ 光学素子作製用金型
２１ レーザ
２２ 電気光学変調器
２３，３１，３４ ミラー
２４ フォトダイオード
２６ 集光レンズ
２７ 音響光学変調器
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 ビームエキスパンダ
３５ 対物レンズ
３６ スピンドルモータ
３７ 制御機構

Claims (7)

1. 凸部または凹部からなる構造体が基体表面に多数配置された、反射防止特性を有する光学素子であって、
   上記構造体が準六方格子パターンを形成するように配置され、
   同一トラック内における上記構造体の配置ピッチは、隣接する２つのトラック間における上記構造体の配置ピッチよりも長くなっており、
   上記構造体の配置ピッチが３８０ｎｍ〜６８０ｎｍであり、上記構造体のアスペクト比が０．６２〜１．０９であることを特徴とする光学素子。
2. 上記各構造体は、上記基体表面において複数列の円弧状トラックをなすとともに、上記準六方格子パターンをなすように配置されていることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
3. 上記各構造体は、上記円弧状トラックの円周方向に長軸方向をもつ楕円錐形状または楕円錐台形状であることを特徴とする請求項２記載の光学素子。
4. 上記楕円錐形状または楕円錐台形状は、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を有することを特徴とする請求項３記載の光学素子。
5. 上記円弧状トラックの円周方向における上記構造体の高さまたは深さは、上記円弧状トラックの径方向における上記構造体の高さまたは深さよりも小さいことを特徴とする請求項２記載の光学素子。
6. 上記構造体の配置ピッチが４００ｎｍ〜６５０ｎｍであり、上記構造体のアスペクト比が０．６５〜１．０３であることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
7. 凸部または凹部からなる構造体が基板表面に多数配置された、反射防止特性を有する光学素子を作製するための光学素子作製用原盤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、準六方格子パターンの潜像を形成する第２の工程と、
   上記レジスト層を現像して、上記基板の表面にレジストパターンを形成する第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の工程とを有し、
   上記第２の工程では、同一トラック内における上記構造体の配置ピッチが、隣接する２つのトラック間における上記構造体の配置ピッチよりも長くなると共に、上記構造体の配置ピッチが３８０ｎｍ〜６８０ｎｍとなるように潜像を形成し、
   上記第４の工程では、上記構造体のアスペクト比が０．６２〜１．０９となるようにエッチング処理することを特徴とする光学素子作製用原盤の製造方法。