JP5162585B2 - 光学素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、ＣＤやＤＶＤの光ピックアップ用として使用される光学素子及びその製造方法に関する。

例えば下記の特許文献１には、光ピックアップ用の光学素子の凸部（山部）表面及び凹部（谷部）表面に反射防止構造が形成された発明が開示されている。

従来では、特許文献１の［０００３］欄にも記載されているように、誘電体膜を光学素子に成膜して反射防止コーティングを行っていたが、特に凹部底面に前記誘電体膜を所定膜厚にて成膜することが困難となってきており、特許文献１では、特許文献１の図８に示すように、凸部（山部）の上面、及び凹部（谷部）の底面にレジストを塗布し、例えば電子ビーム（ＥＢ）露光により前記レジストに所定パターンを形成し、エッチングを施すことで前記凸部上面及び凹部底面にナノ構造の反射防止構造を形成している（特許文献１の［００２９］欄〜［００３２］欄）。
特開２００６−１８５５６２公報 特開２００３−７５６０２号公報 特開２００３−３１５５２１号公報

ところで光ピックアップ機器の小型化・高分解能化を実現するには、波長ごとにコントラストのある回折格子が必要であり、特定波長で高い回折効率を得るには、回折パターンにおける前記凸部と凹部間の段差を大きくすることが望ましい。

しかしながら従来の技術では、前記凸部と凹部間の段差が１μｍを超える深溝構造に対して凸部上面及び凹部底面の双方に適切に反射防止構造を施すことができなかった。そして、上記した特許文献には、このような深溝構造に対して適切に反射防止構造を形成する具体的製法が開示されていない。

また、前記深溝構造の回折パターンを備える成形品を型から製造する際、前記凸部上面と前記凹部底面間の側面が傾斜面で形成されるようにして、離型性を向上させることが必要であるが、上記した特許文献には、前記傾斜面を備える光学素子の好ましい反射防止構造は開示されておらず、また当然に、その製造方法も開示されていない。

また上記した特許文献には、曲率半径が１０ｍｍ未満のレンズに対する好ましい反射防止構造は開示なく、また当然に、その製造方法も開示されていない。

そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、１．５μｍ以上の深溝の回折パターン、あるいは高さが５０μｍ以上で、曲率半径が１０ｍｍ未満の急峻に突出する曲面状の凸部を備えた形態に対して、適切に反射防止効果を向上させた光学素子及びその製造方法を提供することを目的としている。

本発明における光学素子は、
表面に凹凸形状から成る回折パターンが形成され、前記回折パターンの凸部と凹部間の段差は１．５μｍ以上であり、
前記凸部の上面と、前記凹部の底面間に位置する側面は、少なくとも前記底面に近い部分に前記凸部の幅寸法が前記凹部の底面方向に向けて徐々に広がる傾斜面を有し、
前記凸部の上面、前記凹部の底面、及び、傾斜面の表面に、微細な凹凸形状から成る反射防止構造が形成されていることを特徴とするものである。

本発明の光学素子では、離型性を向上させるための傾斜面が少なくとも前記凹部底面に近い部分に設けられているので、１．５μｍ以上の深溝の回折パターンが高精度に形成されるとともに、凸部上面、凹部底面及び前記傾斜面にも前記反射防止構造が形成されているので、より適切に反射防止効果を向上させることができ、回折格子としての性能を適切に向上させることが可能である。

上記のような曲面状に突出する凸部表面にも適切に反射防止構造を形成でき、反射防止効果を適切に向上させることが可能である。

本発明では、前記微細な凹凸形状中の微細凸部のピッチ間隔は２５０ｎｍ以下であると、より適切に反射防止効果を向上させることができ好適である。

本発明における光学素子の製造方法は、以下の工程を有することを特徴とするものである。

（ａ） 基板表面に凹凸形状の回折パターンを形成し、このとき、前記回折パターンの凸部と凹部間の段差を１．５μｍ以上で形成する工程、
（ｂ） 前記凸部の上面から前記凹部の底面にかけてレジストを蒸着する工程、
（ｃ） 電子ビーム露光の際の電子銃を、前記凸部の上面から前記凹部の底面への段差形状に沿って駆動させて露光し、前記レジストに、微細な凹凸形状から成る反射防止構造のパターンを形成する工程、
（ｄ） 前記レジストに覆われていない前記基板表面をエッチングして、前記凸部の上面、及び、前記凹部の底面面に前記反射防止構造を形成する工程、
（ｅ） 前記レジストを除去する工程。

上記した（ｂ）工程により、段差が１．５μｍ以上ある深溝構造の凸部上面から凹部底面を、適切に蒸着レジストにて覆うことができ、（ｃ）工程での露光を、電子ビーム露光の際の電子銃を段差形状に沿って駆動させることで、反射防止構造のパターンを、凸部上面及び凹部底面の双方に適切に形成でき、したがって、深溝構造の凸部上面及び凹部底面に適切且つ容易に反射防止構造を形成することが出来る。

本発明では、前記（ｃ）工程時、前記凸部と前記凹部との段差近傍に形成された前記レジスト層に対する露光幅を、前記段差近傍から離れた位置での前記レジスト層に対する露光幅に比べて細く設定ことが好ましい。

段差近傍で生じる電荷チャージによる過露光状態を露光幅にて補正でき、これにより、段差近傍においても適切に反射防止構造を形成できる。また例えば特許文献２や特許文献３にはドーズ量の調整による露光方法が開示されているが、このような露光方法では露光時間が長くなるのに対し、本発明のように露光幅を調整する露光方法では露光時間をドーズ量の調整による露光方法に比べて短くでき、製造方法を容易化できる。

また本発明では、前記（ｃ）工程では、凸部上面、あるいは凹部底面のどちらか一方の領域に形成されたレジストを先に電子ビーム露光し、次に、他方の領域に形成されたレジストを電子ビーム露光することが効率良く露光できて好適である。

また本発明では、前記（ａ）工程時に、前記回折パターンの凸部上面と凹部底面間に位置する側面を、少なくとも前記底面に近い部分が、前記凸部の幅寸法が前記凹部底面方向に向けて徐々に広がる傾斜面となるように形成し、
前記（ｂ）工程では、前記凸部の上面から、前記傾斜面の表面、及び前記凹部の底面にかけてレジストを蒸着し、
前記（ｄ）工程では、前記凸部の上面、前記凹部の底面、及び、前記傾斜面の表面に、前記反射防止構造を形成することが好ましい。

上記により傾斜面にも適切に反射防止構造を形成でき、反射防止効果が高い光学素子を適切且つ簡単に製造することが出来る。このように本発明では、前記傾斜面に反射防止構造を形成できるので、従来に比べて、前記傾斜面の傾き角度を離型性の観点から自由に設定しやすく、製造方法を容易化できる。

また本発明では、前記（ａ）工程から前記（ｅ）工程を経て形成された基板を母型として前記基板から型を形成し、前記型から光学素子材料の表面に、前記回折パターン及び前記反射防止構造を転写して、光学素子を製造してもよい。

また本発明では、前記（ａ）工程から前記（ｅ）工程を経て形成された基板を型として、前記型から光学素子材料の表面に、前記回折パターン及び前記反射防止構造を転写して、光学素子を製造してもよい。

本発明では上記により、型から、回折パターンの段差が１．５μｍ以上の深溝構造で、しかも凸部上面、凹部底面、及び傾斜面表面に反射防止構造が形成された光学素子を適切且つ容易に製造できる。しかも型の凸部上面と凹部底面間の少なくとも前記底面に近い部分に傾斜面が形成されるので、型から成形品を離型性良く製造できる。

また、前記反射防止構造の微細凸部のピッチ間隔を２５０ｎｍ以下で形成することが好適である。

本発明の光学素子は、回折パターンの凸部上面と凹部底面間の少なくとも前記底面に近い部分に、離型性を向上させるための傾斜面が設けられているので、１．５μｍ以上の深溝の回折パターンを高精度に形成できるとともに、凸部上面、凹部底面及び前記傾斜面にも前記反射防止構造を形成できるので、より適切に反射防止効果を向上させることができ、回折格子としての性能を適切に向上させることが可能である。

また本発明の光学素子では、高さが５０μｍ以上で、且つ曲率半径が１０ｍｍ未満である曲面状の凸部表面にも適切に反射防止構造を形成でき、反射防止効果を適切に向上させることが可能である。

また本発明の光学素子の製造方法によれば、段差が１．５μｍ以上の深溝構造の凸部上面から凹部底面、あるいは、高さが５０μｍ以上で、且つ曲率半径が１０ｍｍ未満である曲面状の凸部表面を、蒸着レジストにて覆う工程と、電子ビーム露光の際の電子銃を段差形状に沿って駆動させて露光する工程とを有することで、深溝構造の凸部上面及び凹部底面や、前記曲面状の凸部表面に適切且つ容易に反射防止構造を形成することが出来る。

図１は、本実施形態の光学素子（回折格子）を膜厚方向から切断した部分断面図である。

図１に示す回折格子１は、第１の成形体２と、支持体３と、第２の成形体４とで構成される。第１の成形体２は前記支持体３の一方の面３ａに固着され、第２の成形体４は前記支持体２の他方の面３ｂに固着されている。

前記第１の成形体２、支持体３及び第２の成形体４は夫々、樹脂やガラス等で形成される。

図１に示すように前記第１の成形体２の表面には、凹凸形状から成る回折パターン５が形成されている。

前記回折パターン５の凸部６と凹部７間の段差Ｈ１は、１．５μｍ以上である。また前記凸部６間の最小間隔Ｔ１は、５〜２０μｍ程度である。

また図１に示すように、前記凸部６の上面６ａ、及び前記凹部７の底面７ａには、夫々、微細な凹凸形状から成る反射防止構造８が形成されている。ここで上記した前記回折パターン５の凸部６と凹部７間の段差Ｈ１は、例えば、前記凸部６の上面６ａに形成された前記反射防止構造８の微細凸部９の頂点と、前記凹部７の底面７ａに形成された前記反射防止構造８の微細凸部９の頂点間の高さ寸法で規定される。

図１に示すように前記凸部６の上面６ａと、前記凹部７の底面７ａ間に位置する側面は、前記凸部６の上面６ａの両側から下方向（凹部７の底面７ａ方向）に向けて形成された垂直面１２と、前記垂直面１２の下端部と前記凹部７の底面７ａとの間（前記側面の裾部）に形成された傾斜面１０とで構成される。前記幅寸法Ｔ２の最小値、すなわち前記凸部６の上面６ａでの幅寸法は５〜２０μｍ程度である。前記傾斜面１０は、前記凹部７の底面７ａから、上方に向けて前記垂直面１２の下端部と接する位置まで高さ寸法Ｈ４で形成されている。前記高さ寸法Ｈ４は、０．１〜０．５μｍである。

前記傾斜面１０の膜厚方向（支持体３表面に対する垂直方向）からの傾きθ１は、図にあるように裾野部にだけ形成する場合は、１〜４５°の広い範囲で設定できる。傾斜面１０は凸部の上面から凹部の底面までの全体に形成することも可能で、その場合のθ１は１〜１０°の範囲内であることが好適である。

前記傾斜面１０は、例えば、型から第１の成形体２の表面に回折パターン５及び反射防止構造８を転写した後、前記第１の成形体２を型から抜き易くするために設けられている。例えば、前記凹部７の底面７ａの近い部分に傾斜面１０が形成されず、前記側面全体が垂直面１２であると、離型性が悪化するため、１．５μｍ以上の深溝の回折パターン５が精度良く形成されず、１．５μｍよりも小さい浅溝の回折パターンしか形成出来なくなる。これに対して本実施形態では、傾斜面１０を設けたことにより離型性が向上したため、１．５μｍ以上の深溝の回折パターン５が高精度に形成される。

前記傾斜面１０は図１に示す膜厚方向からの断面形状で直線状あるいは曲面状に現れる。

図１に示すように前記傾斜面１０にも微細な凹凸形状の反射防止構造８が形成されている。

このように図１に示す実施形態では、前記反射防止構造８は、凸部６の上面６ａ、凹部７の底面７ａ、及び傾斜面１０の表面に形成されている。なお前記反射防止構造８は前記垂直面１２には形成されない。ここで、前記反射防止構造８は、凸部６の上面６ａ、凹部７の底面７ａ、及び傾斜面１０の表面の全体に施される形態のほか、各面の一部に施される形態も含む。

また前記反射防止構造８は、前記微細凸部９がピッチ間隔Ｔ３を空けて紙面垂直方向に長く延ばされて成る波状で形成された構成、あるいは前記微細凸部９が多数のドット状で形成された構成であってもよい。前記微細凸部９は、図１に示す膜厚方向からの断面形状で、矩形状、台形状、半円状等であってもよいが、先端が尖った三角形状であることが反射防止効果を向上できて好適である。

前記反射防止構造８の微細凸部９のピッチ間隔Ｔ３（微細凸部９の頂点間距離）は、２５０ｎｍ以下に設定されている。なお、前記ピッチ間隔Ｔ３は５０ｎｍ以上で２５０ｎｍ以下であることが好適である。これにより反射防止効果を向上させることが出来る。

図１に示す実施形態では、前記第２の成形体４の表面にも反射防止構造８が形成されている。

図１に示す回折格子１では、凸部６の上面６ａと凹部７の底面７ａ間に、離型性を向上させるための傾斜面１０が設けられているので、１．５μｍ以上の深溝の回折パターン５が高精度に形成されるとともに、凸部６の上面６ａ及び凹部７の底面７ａのみならず前記傾斜面１０にも微細凸部９のピッチ間隔Ｔ３が２５０ｎｍ以下の反射防止構造８が形成されているので、より適切に反射防止効果を向上させることができ、回折格子としての性能を適切に向上させることが可能である。

図１に示す回折格子１では、特定波長で高い回折効率を得ることが出来るため、例えば光ピックアップの機器に前記回折格子１を搭載した場合、前記機器の小型化・高分解能化を実現することが可能である。

図１に示す回折格子１は、第１の成形体２のみで、あるいは、第１の成形体２と支持体３とで、又は、第１の成形体２と第２の成形体４とで構成される形態であってもよい。

また前記傾斜面１０は、前記凸部６の上面６ａと凹部７の底面７ａ間の側面全体に形成されてもよいが、図１に示すように、前記底面７ａに近い部分のみ前記傾斜面１０が形成される形態であることが回折格子１の性能を適切に維持でき好適である。

図２は、参考例の光学素子（レンズ）を膜厚方向から切断した部分断面図である。
図２に示すレンズ１５は、例えばＳｉ（シリコン）で形成されている。図２に示すように前記レンズ１５の表面１５ａには、曲面状に突出する凸部１６が形成されている。前記凸部１６の裾部１６ａから前記凸部１６の頂点１６ｂまでの高さ寸法Ｈ２は５０μｍ以上で形成される。また前記凸部１６は曲率半径が１０ｍｍ未満である。

図２に示すように前記凸部１６の表面には、微細な凹凸形状の反射防止構造１７が形成されている。ここで上記した凸部１６の高さ寸法Ｈ２は、前記凸部１６も最も高い位置に形成された前記反射防止構造１７を構成する微細凸部１８の頂点から前記裾部１６ａ（最も前記凸部１６の幅寸法が広がる位置での端部）までの高さ寸法で規定される。

また図２に示す形態では、前記微細凸部１８のピッチ間隔Ｔ３は、図１と同様に、２５０ｎｍ以下で形成され、好ましくは５０ｎｍ以上で２５０ｎｍ以下で形成される。

図２に示す形態では、前記レンズ１５の裏面１５ｂであって前記凸部１６と膜厚方向で対向する位置にも反射防止構造１９が形成されている。

図２に示す形態においても、曲面状に突出する凸部１６の表面に適切に反射防止構造１７を形成でき、反射防止効果を適切に向上させることが可能である。

図１の回折格子１を構成する第１の成形体２の製造方法について説明する。図３ないし図５は、第１の成形体２の製造途中の形態を図１と同様に膜厚方向から切断して示した断面図である。

図３に示す符号２０は例えばＳｉで形成された基板である。図３に示すように前記基板２０の表面２０ａの全面にスピンコートで第１のレジスト層２１を塗布する。そして、前記第１のレジスト層２１を露光現像して前記第１のレジスト層２１を回折パターン形状に残す。

前記第１のレジスト層２１の両側側面２１ａは、垂直面である。続いて前記第１のレジスト層２１に覆われていない基板２０の部分を例えばリアクティブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ）によって削る。図３に示す点線部分に沿って基板２０が削られる。

これによって前記基板２０の表面２０ａには、凸部２２と凹部２３とが交互に繰り返して成る回折パターンが形成される。

図３に示す工程では、前記凸部２２と前記凹部２３間の段差Ｈ３が１．５μｍ以上となるように基板２０をエッチングする。

このとき、前記凸部２２の上面と凹部２３の底面間に位置する側面には、前記凹部２３の底面に近い部分に、前記凸部２２の幅寸法が前記凹部２３の底面方向に向けて徐々に広がる傾斜面２４が形成される。また、前記凸部２２の上面から前記傾斜面２３の上端部までの前記側面は垂直面２６で形成される。

例えば、ＲＩＥで前記凸部２２と前記凹部２３間の段差を１μｍ以上形成した後、６０℃の２０％ＫＯＨ水溶液に一分間浸漬させると、約０．５μｍ程度、エッチングが進行し、このとき、前記凹部２３底面に近いＳｉ基板の［１１１］面が出ている箇所に傾斜面２４を形成できる。また、前記前記凸部２２と前記凹部２３間の段差Ｈ３は１．５μｍ以上と深溝であるため、例えばドライエッチングでは、前記前記凸部２２の上面と凹部２３の底面間に位置する側面が影になり（シャドー効果）、前記凹部２３の底面に近い部分は削られにくく前記凹部２３の底面に近い部分が傾斜面２４となって形成される。

前記傾斜面２４は、基板２０の膜厚方向（基板２０の表面２０ａに対する垂直方向）に対し、１〜４５°の広い範囲で設定できる。この角度は、傾斜面２４が始まる側面上の点が高く（凹部としては浅く）なるほど小さくなり、側面全体を傾斜面とする場合は、１〜１０°の傾き角度θ１で形成されることが好適である。

続いて前記第１のレジスト層２１を除去した後、図４に示す工程では、前記凸部２２の上面２２ａ、凹部２３の底面２３ａ、垂直面２６及び傾斜面２４の表面に、ポリスチレン、α−メチルスチレン、カリックスアーレン、ステロール類等の芳香族系の低分子量高分子材料を蒸着して第２のレジスト層２５を形成する。この実施形態では、前記第２のレジスト層２５は例えばネガ型である。

このように前記第２のレジスト層２５を蒸着にて形成することで、凸部２２と凹部２３間の段差Ｈ３が１．５μｍ以上の深溝構造であっても、凸部２２の上面２２ａ、垂直面２６の表面、傾斜面２４の表面、及び、凹部２３の底面２３ａ全体を前記第２のレジスト層２５にて適切に覆うことが可能である。前記第２のレジスト層２５の平均膜厚は０．０５〜０．２μｍ程度である。なお前記垂直面２６の表面に形成される前記第２のレジスト層２５の膜厚は他の部位よりも薄くなる。また第２のレジスト層２５は、前記垂直面２６の表面に形成されなくてもよい。

次に電子ビーム露光装置を用いて、前記第２のレジスト層２５に、微細な凹凸形状から成る反射防止構造のパターンを形成する。

図５に示すように、前記電子ビーム露光装置の電子銃３０を基板２０の表面の上方で駆動させて前記第２のレジスト層２５を露光する際、前記電子銃３０の高さをＺ軸ステージにて調整し、前記電子銃３０が、凸部２２の上面２２ａから凹部２３の底面２３ａの段差形状に合わせて駆動するように、前記電子銃３０を、図５の（１）〜（９）の各空間領域での軌跡Ａに沿って駆動させる。なお（１）〜（９）の各空間領域での電子銃３０の駆動の順番は、（１）〜（９）の順であってもよいし、違っていても良い。好ましい駆動の順番は後述する。

図５に示す（１）、（５）、（９）の各領域では、いずれも電子銃３０が凹部２３の底面２３ａの上方に位置し、（２）、（４）、（６）、（８）の各領域では、いずれも電子銃３０が傾斜面２４の上方に位置し、（３）、（７）の各領域では、いずれも電子銃３０が凸部２２の上面２２ａの上方に位置し、各領域において、電子銃３０と基板２０の表面間の距離はほぼ一定に保たれている。

本実施形態では、前記凹部２３の底面２３ａの段差近傍から、傾斜面２４、及び凸部２２の上面２２ａの段差近傍に形成された第２のレジスト層２５に対する露光幅を、前記凹部２３の底面２３ａの中央部や前記凸部２２の上面２２ａの中央部に形成された第２のレジスト層２５に対する露光幅に比べて細く設定する。

図６には、図５に示す基板２０の表面に形成された第２のレジスト層２５の各領域を電子ビーム露光装置によって露光する際に、段差等を加味して計算により求めた露光幅（計算値）が示されている。ここで前記露光幅（計算値）は、凹部２３、傾斜面２４及び凸部２２の各面上の第２のレジスト層２５に対して実際に露光した際の幅を示しているわけではないので注意されたい。前記露光幅（計算値）は、電子ビーム露光装置に設定され、この露光幅（計算値）により電子銃３０にて第２のレジスト層２５に対して露光を行うが、後述するように段差近傍では過露光状態となるため、実際には段差近傍での露光幅は計算値よりも広がる。以下の露光領域３１，３２の幅寸法Ｔ６，Ｔ７は、いずれも上記した計算値である。

図６に示すように前記凹部２３の底面２３ａの段差近傍に位置する側部上の第２のレジスト層２５に対する露光領域３１の幅寸法Ｔ６は、前記凹部２３の底面２３ａの中央部上の第２のレジスト層２５に対する露光領域３２の幅寸法Ｔ７に比べて細く設定される。

同様に、前記凸部２２の上面２２ａの段差近傍に位置する側部上の第２のレジスト層２５に対する露光領域３１の幅寸法Ｔ６は、前記凸部２２の上面２２ａの中央部上の第２のレジスト層２５に対する露光領域３２の幅寸法Ｔ７に比べて細く設定される。

前記傾斜面２４上のレジスト層２５に対する露光領域３１は、前記凸部２２及び凹部２３の側部上での露光領域３１と同様に細く設定されている。

露光領域３１，３２の幅寸法Ｔ６，Ｔ７は、露光領域３１，３２内での電子銃３０による露光走査回数にて自由に設定できる。前記電子銃３０のビーム径は、露光領域３１の幅寸法Ｔ６以下であり、露光領域３２の幅寸法Ｔ７よりも小さい。電子銃３０を図示Ｙ方向に駆動させて前記ビーム径にて露光した後、電子銃３０を図示Ｘ方向に微小送りして再び図示Ｙ方向に駆動させて前記ビーム径にて露光する。これを繰り返すことで、幅方向に露光領域が広がっていく。例えば、太い幅寸法Ｔ７の露光領域３２を形成する際の電子銃３０の露光走査回数を３回とした場合、細い幅寸法Ｔ６の露光領域３１を形成するには、電子銃３０の露光走査回数を２回とする。

例えば、細い露光領域３１の幅寸法Ｔ６は、太い露光領域３２の幅寸法Ｔ７を１としたとき、０．５〜０．７の比率で設定される。

段差近傍は、電荷チャージによる過露光状態となり、よって第２のレジスト層２５に対する実際の露光領域３１の幅寸法はＴ６よりも広がる。しかしながら本実施形態では、電子銃３０による露光領域３１の幅寸法Ｔ６を予め細く設定しているので、幅寸法Ｔ６が広がって第２のレジスト層２５を露光しても、凹部２３の底面２３ａの側部、傾斜面２４の表面及び凸部２２の上面２２ａの側部での過露光状態を補正でき、凹部２３の底面２３ａの側部、傾斜面２４の表面及び凹部２２の上面２２ａの側部に適切に反射防止構造のパターンを形成することが可能である。

またドーズ量で調整する露光方法ではプログラムが非常に複雑化し、第２のレジスト層２５に対する露光時間が非常に長くなってしまうのに対して本実施形態では、例えば上記したように露光領域３１，３２に対する電子銃３０の露光走査回数を変えるだけで簡単に露光幅を所定幅に調整でき、露光時間を短く出来る。

また蒸着レジストによって形成された第２のレジスト層２５の露光感度は低いため、予め、第２のレジスト層２５の全面に弱く電子線照射を行って前記第２のレジスト層２５の電子線架橋をある程度進めてから、図６に示す本格的な露光領域３１，３２の形成を行ってもよい。これにより図６に示す露光の際の電子銃３０による照射量を下げることができ、露光時間を短縮することが出来る。

また、例えば、図５の（３）、（７）の領域に電子銃３０を移動させて、凸部２２の上面２２ａに形成された第２のレジスト層２５を露光し、続いて、図５の（１）（５）（９）の領域に電子銃３０を移動させて、凹部２３の底面２３ａに形成された第２のレジスト層２５を露光し、続いて、図５の（２）（６）の領域に電子銃３０を移動させて、傾きが同じ方向である傾斜面２４に形成された第２のレジスト層２５を露光し、最後に、図５の（４）（８）の領域に電子銃３０を移動させて、傾きが同じ方向である傾斜面２４に形成された第２のレジスト層２５を露光する。

このように同じ高さの面、あるいは同じ傾斜方向の面上に形成された第２のレジスト層２５毎に露光を行うことで電子銃３０のＺ軸方向の駆動を少なくでき、効率良く露光でき露光時間の短縮に繋がるとともに、高精度に露光することが可能になる。

あるいは図６のように露光幅（計算値）が異なるように設定されている場合、同じ露光幅で設定されている領域毎に露光を行ってもよい。

第２のレジスト層２５に対する露光後、現像することにより図５の点線部分の第２のレジスト層２５が除去されて、前記第２のレジスト層２５が反射防止構造のパターン形状に残される。なお本実施形態では、反射防止構造の微細凸部間のピッチ間隔が２５０ｎｍ以下となるように反射防止構造のパターン間の間隔が調整されている。

なお上記したようにこの実施形態では第２のレジスト層２５はネガ型であるため、露光現像により、露光された箇所がパターンとして残り、露光されていない箇所が除去される。

続いて、例えば、リアクティブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ）によって、前記第２のレジスト層２５に覆われていない基板２０表面を削る。これにより、前記凸部２２の上面２２ａ、凹部２３の底面２３ａ、及び傾斜面２４の表面に、図１と同様の微細な凹凸形状の反射防止構造８を形成できる。またこのとき、前記反射防止構造８の微細凸部間のピッチ間隔Ｔ３を２５０ｎｍ以下に出来る。そして前記第２のレジスト層２５を除去する。なお前記垂直面２６の表面が前記第２のレジスト層２５で覆われていないと、前記垂直面２６も前記リアクティブ・イオン・エッチングの影響を受ける可能性があるが、そもそも反射防止構造を形成するためのリアクティブ・イオン・エッチングはわずかに行われるだけであり、また異方性エッチングのため、他の部位に比べてエッチングの影響は非常に小さく、前記垂直面２６に対する削除量はわずかである。

以上により本実施形態では、図４に示す蒸着レジストによって、１．５μｍ以上の深溝構造の凸部２２の上面２２ａから凹部２３の底面２３ａ、及び傾斜面２４上を、適切に第２のレジスト層２５にて覆うことができ、さらに図５の工程での露光を、電子ビーム露光の際の電子銃３０を段差形状に沿って駆動させて行うことで、深溝構造の凸部２２の上面２２ａ、傾斜面２４の表面、及び凹部２３の底面２３ａに適切且つ容易に反射防止構造を形成することが出来る。

特に、本実施形態では、図６で説明したように、段差近傍に対する露光領域３１を予め細く設定することで、段差近傍で生じる電荷チャージによる過露光状態を適切に補正でき、これにより、段差近傍においても適切に反射防止構造を形成できる。

また図６のように露光幅（計算値）を調整する際には、例えば凸部２２側から凹部２３側に向けて露光幅（計算値）が徐々に細くなるように設定してもよい。また前記反射防止構造８の微細凸部９をドット状とする場合には、段差近傍での露光径（＝露光幅）を、前記段差近傍から離れた領域での露光径に比べて小さく設定すればよい。

図３ないし図６に示す工程を経て形成された基板２０を、そのまま図１に示す第１の成形体２としてもよいし、あるいは、前記基板２０を母型として、図７に示すように、例えばＮｉ電鋳やＳｉＣにて表面に回折パターン及び反射防止構造が形成された型４０を形成する。前記基板２０を型４０から除去した後、図８に示すように、型４０を、軟化状態にあるガラスや熱可塑性樹脂等の光学素子材５０の表面にプレスして回折パターン及び反射防止構造を転写する。そして温度を降下させていき、前記光学素子材５０を固体化した後、前記光学素子材５０を前記型４０から取り外す。これにより図１に示す第１の成形体２を形成できる。

前記光学素子材５０の表面に回折パターン及び反射防止構造を転写してなる第１の成形体２を型４０から抜くとき、図１に示す形態と同様に回折パターン５の凸部６の上面６ａと凹部７の底面７ａ間の側面のうち前記底面７ａに近い部分が傾斜面１０で形成されるため、離型しやすい。

前記傾斜面１０の傾き角度θ１を緩やかにすれば離型性は向上するが、従来では、回折パターンの段差が１．５μｍ以上の深溝構造において、前記底面７ａに近い部分に形成された傾斜面１０に反射防止構造を形成できた例はなく、このため、前記傾斜面１０の傾き角度θ１を緩やかにすると、前記傾斜面１０に反射防止構造が形成されないことによる反射防止効果の悪化が問題となった。よって従来では、前記傾斜面１０の傾き角度θ１を緩やかにできず、そうすると離型性が悪くなるから、回折パターンの段差を１．５μｍ以上の深溝構造で形成できなくなり、したがって、従来では、回折パターンの段差が１．５μｍ以上の深溝構造において、凸部２２の上面２２ａ、凹部２３の底面２３ａ、及び傾斜面２４の表面に反射防止構造を形成した光学素子は存在しなかった。

これに対して、本実施形態では、回折パターンが１．５μｍ以上の深溝構造において、前記底面７ａに近い部分に形成された傾斜面１０上にも反射防止構造８を形成できるから、前記傾斜面１０の傾き角度θ１を１〜４５°の範囲で緩やかにすることが可能になり、これにより離型性を向上させるとともに反射防止効果に優れた回折格子を製造できる。

なお図３ないし図６の工程により形成された基板２０を型にして、図８に示す工程と同様に光学素子材５０の表面に回折パターン及び反射防止構造をプレス加工にて転写して回折格子を製造してもよい。

なお図３ないし図６に示す回折格子の製造方法では、図１に示す凸部６の上面６ａと凹部７の底面７ａ間に位置する側面全体を垂直面で形成することも可能である。またその一方、前記側面全体を傾斜面で形成することも可能であるが、高性能な回折格子１を得るには、前記傾斜面の凸部６の上面６ａに近い側を垂直面で、前記凹部２３の底面２３ａに近い側を傾斜面で形成することがより好ましい。

図２に示すレンズ１５は、図３ないし図６に示す回折格子の製造方法に準じて製造される。図９ないし図１１は、製造工程中のレンズの形態を図２と同様に膜厚方向から切断して示した断面図である。

まず図９に示す形状のレンズ１５を用意する。前記レンズ１５は例えばＳｉ（シリコン）で形成されている。

図９に示すように前記レンズ１５の表面１５ａには、曲面状に突出する凸部１６が形成されている。前記凸部１６の裾部１６ａから前記凸部１６の頂点１６ｂまでの高さ寸法Ｈ２は５０μｍ以上で形成される。また前記凸部１６の曲率半径は１０ｍｍ未満である。

続いて、図１０に示す工程では、図４工程と同様に、前記レンズ１５の表面１５ａに、レジスト層５１を蒸着にて形成する。これにより前記凸部１６の表面からその両側に広がる平面全体にわたって適切にレジスト層５１を付着することが出来る。

続いて、図１１に示す工程では、図５工程と同様に、前記レジスト層５１に反射防止構造のパターンを電子ビーム露光装置を用いて描画する。

このとき前記電子ビーム露光装置の電子銃をレンズ表面１５ａの上方で駆動させて前記レジスト層５１を露光する際、前記電子銃の高さをＺ軸ステージにて調整しながら、前記電子銃を、凸部１６の曲面形状に沿って駆動させる。

また、電子ビーム露光の際、前記凸部１６表面の頂点１６ｂ近傍に形成されたレジスト層５１に対する露光幅に比べて、前記裾部１６ａ近傍に形成されたレジスト層５１に対する露光幅を小さく設定することが、前記裾部１６ａ近傍での電荷チャージによる過露光状態を補正でき、前記凸部１６の頂点１６ｂから裾部１６ａにわたって適切に反射防止構造を形成できる。

電子ビーム露光後、現像工程により、残されたレジスト層５１にて、図１１に示すように凸部１６の表面に反射防止構造のパターンを形成し、前記レジスト層５１に覆われていない前記凸部１６の表面を、例えばリアクティブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ）にて削ることで、図２に示すように、前記凸部１６の表面に、微細な凹凸形状から成り、微細凸部１８のピッチ間隔Ｔ３が２５０ｎｍ以下の反射防止構造１７を形成できる。

そして前記レジスト層５１を除去すると図２に示す凸部１６表面に反射防止構造１７が形成されたレンズ１５が完成する。

上記のように、図９から図１１に示す工程に基づき、最終生成品であるレンズ１５を形成してもよいし、あるいは図９ないし図１１に示す工程により、まず図２と同じ形状の母型を形成し、図７で説明したのと同様に、前記母型から型を形成して、図８で説明したのと同様に、前記型を、軟化状態にあるガラスや熱可塑性樹脂等の光学素子材５０の表面にプレスして回折パターン及び反射防止構造を転写して、前記レンズ１５を形成してもよい。

また図９ないし図１１に基づき、まず母型を形成するには、例えばＣｕによる基板を機械加工等によって図９の形態に形成し、続いて、前記基板の表面に例えばＳｉ膜を形成し、前記Ｓｉ膜に対して、図１０〜図１１工程により反射防止構造を形成してもよい。

図１２は、回折パターンの段差が１．５μｍで形成されたＳｉ基板の凸部上面及び凹部底面に反射防止構造を、蒸着レジストに対する露光幅（計算値）を段差近傍で細く設定した場合のＦＩＢ（集束イオンビーム）に基づく断面画像である。中央部の露光幅（計算値）を１としたとき、段差近傍の露光幅（計算値）を、０．５の比率で形成した。

図１２に示すように凸部の上面、及び凹部の底面の段差近傍にも適切に微細凹凸形状の反射防止構造が形成されていることがわかった。

［比較例］
図１３は、回折パターンの段差が１．５μｍで形成されたＳｉ基板の凸部上面及び凹部底面に反射防止構造を、蒸着レジストに対する露光幅（計算値）を段差近傍にかかわらず一定に設定した場合のＦＩＢ（集束イオンビーム）に基づく断面画像である。

図１３の丸で囲った部分に示すように凹部底面の段差近傍には反射防止構造が形成されないことがわかった。

本実施形態の光学素子（回折格子）を膜厚方向から切断した部分断面図、 参考例の光学素子（レンズ）を膜厚方向から切断した部分断面図、 図１に示す回折格子を構成する第１の成形体の製造方法を示す一工程図（部分断面図）、 図３の次に行なわれる一工程図（部分断面図）、 図４の次に行なわれる一工程図（部分断面図）、 図５に示す基板の表面に形成された第２のレジスト層の各領域に反射防止構造のパターンを形成する際に、段差等を加味して計算により求めた露光幅（計算値）を示す模式図、 図３ないし図５の工程を経て形成された基板を母型として、前記基板から型を形成する工程を示す断面図、 図７により形成された型を用いて光学素子材の表面に回折パターン及び反射防止構造をプレス加工する際の工程を示す断面図、 図２に示すレンズの製造方法を示す一工程図（部分断面図）、 図９の次に行なわれる一工程図（部分断面図）、 図１０の次に行なわれる一工程図（部分断面図）、 段差近傍にも適切に反射防止構造が形成されたことを示すＦＩＢ（集束イオンビーム）に基づく断面画像（実施例）、 段差近傍に反射防止構造が形成されなかったことを示すＦＩＢ（集束イオンビーム）に基づく断面画像（比較例）、

符号の説明

１ 回折格子
２ 第１の成形体
５ 回折パターン
６、１６、２２ 凸部
６ａ （凸部の）上面
７、２３ 凹部
７ａ （凹部の）底面
８、１７ 反射防止構造
９、１８ 微細凸部
１０、２４ 傾斜面
１２、２６ 垂直面
１５ レンズ
１６ａ 裾部
１６ｂ 頂点
２０ 基板
２１ 第１のレジスト層
２５ 第２のレジスト層
３０ 電子銃
３１、３２ 露光領域
４０ 型
５０ 光学素子材
５１ レジスト層
Ｈ１、Ｈ３ 段差

Claims (9)

1. 表面に凹凸形状から成る回折パターンが形成され、前記回折パターンの凸部と凹部間の段差は１．５μｍ以上であり、
   前記凸部の上面と、前記凹部の底面間に位置する側面は、少なくとも前記底面に近い部分に前記凸部の幅寸法が前記凹部の底面方向に向けて徐々に広がる傾斜面を有し、
   前記凸部の上面、前記凹部の底面、及び、前記傾斜面の表面に、微細な凹凸形状から成る反射防止構造が形成されていることを特徴とする光学素子。
2. 前記微細な凹凸形状中の微細凸部のピッチ間隔は２５０ｎｍ以下である請求項１記載の光学素子。
3. （ａ） 基板表面に凹凸形状の回折パターンを形成し、このとき、前記回折パターンの凸部と凹部間の段差を１．５μｍ以上で形成する工程、
   （ｂ） 前記凸部の上面から前記凹部の底面にかけてレジストを蒸着する工程、
   （ｃ） 電子ビーム露光の際の電子銃を、前記凸部の上面から前記凹部の底面への段差形状に沿って駆動させて露光し、前記レジストに、微細な凹凸形状から成る反射防止構造のパターンを形成する工程、
   （ｄ） 前記レジストに覆われていない前記基板表面をエッチングして、前記凸部の上面、及び、前記凹部の底面に前記反射防止構造を形成する工程、
   （ｅ） 前記レジストを除去する工程、
   を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
4. 前記（ｃ）工程時、前記凸部と前記凹部との段差近傍に形成された前記レジスト層に対する露光幅を、前記段差近傍から離れた位置での前記レジスト層に対する露光幅に比べて細く設定する請求項３記載の光学素子の製造方法。
5. 前記（ｃ）工程では、凸部上面、あるいは凹部底面のどちらか一方の領域に形成されたレジストを先に電子ビーム露光し、次に、他方の領域に形成されたレジストを電子ビーム露光する請求項３に記載の光学素子の製造方法。
6. 前記（ａ）工程時に、前記回折パターンの凸部上面と凹部底面間に位置する側面を、少なくとも前記底面に近い部分が、前記凸部の幅寸法が前記凹部底面方向に向けて徐々に広がる傾斜面となるように形成し、
   前記（ｂ）工程では、前記凸部の上面から、前記傾斜面の表面、及び前記凹部の底面にかけてレジストを蒸着し、
   前記（ｄ）工程では、前記凸部の上面、前記凹部の底面、及び、前記傾斜面の表面に、前記反射防止構造を形成する請求項３に記載の光学素子の製造方法。
7. 前記（ａ）工程から前記（ｅ）工程を経て形成された基板を母型として、前記基板から型を形成し、前記型から光学素子材料の表面に、前記回折パターン及び前記反射防止構造を転写する請求項６記載の光学素子の製造方法。
8. 前記（ａ）工程から前記（ｅ）工程を経て形成された基板を型として、前記型から光学素子材料の表面に、前記回折パターン及び前記反射防止構造を転写する請求項６記載の光学素子の製造方法。
9. 前記反射防止構造の微細凸部のピッチ間隔を２５０ｎｍ以下で形成する請求項３に記載の光学素子の製造方法。

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