JP5257131B2 - Manufacturing method of optical element, master for manufacturing optical element, and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、光学素子の製造方法、ならびに光学素子の作製用原盤およびその製造方法に関する。具体的には、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の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing an optical element, and to prepare master and its manufacturing method of the optical element. Specifically, the present invention relates to a method for manufacturing an optical element in which a large number of structures including convex portions or concave portions are provided on a substrate surface.

従来より、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可視光程度の波長構造体を設けた場合、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、サブ波長構造体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、例えばサブ波長構造体を錐面が凹状に窪まされた錐体としたときに、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とを得ることができる（例えば非特許文献１参照）。以下では、錐面が凹状に窪まされた形状をテント状、錐面が凸状に膨らまされた形状を釣鐘状または釣鐘型と称する。   Conventionally, in an optical element using a light-transmitting substrate such as glass or plastic, as a method for reducing light due to surface reflection and improving transmission characteristics, a fine and fine unevenness (sub-wavelength structure) is formed on the surface of the optical element. There is a method of forming the body; In general, in the case where a wavelength structure having a visible light level is provided on the surface of an optical element, diffraction occurs when light passes through the optical element surface, and the linear component of transmitted light is greatly reduced. However, when the pitch of the sub-wavelength structure is shorter than the wavelength of the transmitted light, diffraction does not occur. For example, when the sub-wavelength structure is a cone with a concave conical surface, the pitch or It is possible to obtain an effective antireflection effect and excellent transmission characteristics with respect to light having a single wavelength corresponding to depth or the like (see, for example, Non-Patent Document 1). Hereinafter, the shape in which the conical surface is recessed in a concave shape is referred to as a tent shape, and the shape in which the conical surface is inflated in a convex shape is referred to as a bell shape or a bell shape.

上述したテント状のサブ波長構造体を有する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、Ｓｉ基板をエッチングする。これにより、テント状を有する微細なサブ波長構造体（ピッチ：約３００ｎｍ、深さ：約４００ｎｍ）が基板表面に形成され、Ｓｉ原盤が作製される（図１８参照）。この微細な構造体は、正方格子状または六方格子状に設けられる。   The optical element having the above-described tent-shaped subwavelength structure is manufactured as follows. First, a concavo-convex pattern is formed on the photoresist on the Si substrate by electron beam recording, and the Si substrate is etched using the concavo-convex photoresist pattern as a mask. As a result, a fine subwavelength structure having a tent shape (pitch: about 300 nm, depth: about 400 nm) is formed on the substrate surface, and an Si master is manufactured (see FIG. 18). This fine structure is provided in a square lattice shape or a hexagonal lattice shape.

上述のようにして作製したＳｉ原盤では、広い波長域を有する光に対して反射防止効果を得ることができる。特に、図１９に示すように、テント状を有する微細なサブ波長構造体を六方格子状に設けた場合、可視光域において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２０参照）。なお、図２０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。 In the Si master produced as described above, an antireflection effect can be obtained for light having a wide wavelength range. In particular, as shown in FIG. 19, when a fine subwavelength structure having a tent shape is provided in a hexagonal lattice shape, a high-performance antireflection effect (reflectance of 1% or less) can be obtained in the visible light region. (See FIG. 20). In FIG. 20, l 1 and l 2 represent the reflectance of the Si flat portion and the reflectance of the pattern portion, respectively.

次に、作製したＳｉ原盤のＮｉめっきスタンパを作製する（図２１参照）。このスタンパの表面には、図２２に示すように、Ｓｉ原盤の凹凸構造とは反対の凹凸構造が形成される。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２３参照）。なお、図２３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。 Next, a Ni plating stamper of the produced Si master is produced (see FIG. 21). On the surface of this stamper, as shown in FIG. 22, an uneven structure opposite to the uneven structure of the Si master is formed. Next, using this stamper, the concavo-convex pattern is transferred to a polycarbonate transparent resin. Thereby, the target optical element (replication substrate) is obtained. This optical element can also provide a high-performance antireflection effect (reflectance of 0.3% or less) (see FIG. 23). In FIG. 23, l 3 and l 4 indicate the reflectance without a pattern and the reflectance with a pattern, respectively.

反射防止体 Moth Eye Anti-reflective Nano-structure、[online]、［平成１８年１２月１２日検索］、インターネット＜http://keytech.ntt-at.co.jp/nano/prd_0016.html＞Anti-reflective body Moth Eye Anti-reflective Nano-structure, [online], [December 12, 2006 search], Internet <http://keytech.ntt-at.co.jp/nano/prd_0016.html>

しかしながら、テント状のサブ波長構造体を有する光学素子では、図２３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。   However, the optical element having a tent-like subwavelength structure has a problem that the reflectance increases in the long wavelength region (700 to 800 nm) as shown in FIG.

したがって、本発明の目的は、優れた反射防止特性を有する光学素子の製造方法、ならびに光学素子の作製用原盤およびその製造方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a manufacturing method, and manufacturing master and its manufacturing method of the optical elements of the optical element having good anti-reflection characteristics.

本発明者らは、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。   The present inventors have intensively studied to solve the above-described problems of the prior art. The outline will be described below.

本発明者らは、長波長領域（７００〜８００ｎｍ）において反射率の増加を抑制すべく鋭意検討を行った結果、サブ波長構造体を釣鐘型の楕円錐形状または楕円錐台形状にした場合、十分な無反射効果が得られ、長波長領域（７００〜８００ｎｍ）において反射率増加が低減されることを見出すに至った。   As a result of intensive studies to suppress an increase in reflectance in the long wavelength region (700 to 800 nm), the present inventors have made the subwavelength structure into a bell-shaped elliptical cone shape or elliptical truncated cone shape, A sufficient anti-reflection effect was obtained, and it was found that the increase in reflectance was reduced in the long wavelength region (700 to 800 nm).

そして、本発明者らは、釣鐘型の楕円錐形状または楕円錐台形状のサブ波長構造体を有する光学素子について、鋭意検討を重ねたところ、この光学素子は、反射率が波長の増加に伴って微少振幅のサイン波形状を示すという波長依存性を有することを見出すに至った。今後、更なる反射防止効果の向上が要求されることを考慮すると、上述の反射率の波長依存性を低減することが好ましい。   The inventors of the present invention have made extensive studies on an optical element having a bell-shaped elliptical cone-shaped or elliptical truncated cone-shaped sub-wavelength structure. As a result, the reflectance of the optical element increases as the wavelength increases. As a result, it has been found that it has a wavelength dependency of showing a sine wave shape with a minute amplitude. Considering that further improvement in the antireflection effect will be required in the future, it is preferable to reduce the wavelength dependency of the reflectance described above.

そこで、本発明者らは、上述の波長依存性を低減すべく鋭意検討を重ねた。その結果、深さ分布を有するサブ波長構造体を光学素子に設けることで、波長依存性を低減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。 Therefore, the present inventors have intensively studied to reduce the above-described wavelength dependency. As a result, it has been found that wavelength dependency can be reduced by providing a sub-wavelength structure having a depth distribution in an optical element.
The present invention has been devised based on the above studies.

本願第１の発明は、
凸部または凹部からなる構造体が可視光の波長以下の微細ピッチで原盤表面に多数設けられている、反射防止機能を有する光学素子の作製用原盤であって、
構造体は、原盤表面において複数列の円弧状トラックをなすように設けられ、
構造体は、深さ分布を有すると共に、長軸と短軸をもつ底面を有する錐体構造であり、トラックの円周方向に長軸方向を有することを特徴とする光学素子の作製用原盤である。 A first aspect of the present invention is the gun,
A master for producing an optical element having an antireflection function, in which a large number of structures consisting of convex portions or concave portions are provided on the surface of the master with a fine pitch below the wavelength of visible light,
The structure is provided so as to form a plurality of rows of arc-shaped tracks on the surface of the master,
The structure is a conical structure having a depth distribution and a bottom surface having a major axis and a minor axis, and has a major axis direction in the circumferential direction of the track. There is .

本願第２の発明は、
凸部または凹部からなる構造体が可視光の波長以下の微細ピッチで原盤表面に多数設けられている、反射防止機能を有する光学素子の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原盤を回転させるとともに、レーザ光を原盤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、可視光の波長よりも短いピッチで潜像を形成する第１の工程と、
レジスト層を現像して、深さ分布を有するレジストパターンを原盤の表面に形成する第２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原盤に施すことで、原盤の表面に凹凸構造を形成する第３の工程と、
を有し、
潜像は、原盤表面において複数列の円弧状トラックをなすように設けられ、
潜像は、長軸と短軸を有し、トラックの円周方向に長軸方向を有することを特徴とする光学素子の作製用原盤の製造方法である。 The second invention of the present application is
A manufacturing method of a master for producing an optical element having an antireflection function, wherein a large number of structures consisting of convex portions or concave portions are provided on the surface of the master with a fine pitch below the wavelength of visible light,
While rotating the master with the resist layer formed on the surface and relatively moving the laser beam in the radial direction of the master, the resist layer is intermittently irradiated with laser light at a pitch shorter than the wavelength of visible light. A first step of forming a latent image;
A second step of developing the resist layer to form a resist pattern having a depth distribution on the surface of the master;
A third step of forming an uneven structure on the surface of the master by performing an etching process using the resist pattern as a mask on the master;
Have
The latent image is provided so as to form a plurality of arc-shaped tracks on the surface of the master,
A latent image has a major axis and a minor axis, and has a major axis direction in the circumferential direction of a track.

本願第３の発明は、
凸部または凹部からなる構造体が可視光の波長以下の微細ピッチで基板表面に多数設けられている、反射防止機能を有する光学素子の製造方法であって、
表面にレジスト層が形成された原盤を回転させるとともに、レーザ光を原盤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、可視光波長よりも短いピッチで潜像を形成する第１の工程と、
レジスト層を現像して、深さ分布を有するレジストパターンを原盤の表面に形成する第２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原盤に施すことで、原盤の表面に凹凸構造を形成する第３の工程と、
原盤、または原盤から複製された成形金型を用いて、光学素子を成形する第４の工程と、
を有し、
潜像は、原盤表面において複数列の円弧状トラックをなすように設けられ、
潜像は、長軸と短軸を有し、トラックの円周方向に長軸方向を有することを特徴とする光学素子の製造方法である。 The third invention of the present application is
A method for producing an optical element having an antireflection function, wherein a large number of structures consisting of convex portions or concave portions are provided on the substrate surface with a fine pitch equal to or less than the wavelength of visible light,
While rotating the master on which the resist layer is formed on the surface, the laser light is intermittently irradiated to the resist layer while moving the laser light relatively in the rotational radius direction of the master, and the laser beam is latent at a pitch shorter than the visible light wavelength. A first step of forming an image;
A second step of developing the resist layer to form a resist pattern having a depth distribution on the surface of the master;
A third step of forming an uneven structure on the surface of the master by performing an etching process using the resist pattern as a mask on the master;
A fourth step of molding an optical element using a master or a molding die replicated from the master;
Have
The latent image is provided so as to form a plurality of arc-shaped tracks on the surface of the master,
The latent image has a major axis and a minor axis, and has a major axis direction in the circumferential direction of the track.

本願発明では、構造体は、頂部の傾きが緩やかで底部にかけて徐々に急峻な傾きの楕円錐形状または楕円錐台形状を有していることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the structure has an elliptical cone shape or an elliptical truncated cone shape with a gentle slope at the top and a gradually steep slope toward the bottom.

本願発明では、構造体は、基体表面において複数列の円弧状トラックをなすように設けられていることが好ましい。この場合、楕円錐形状または楕円錐台形状は、トラックの円周方向に長軸方向を有することが好ましい。また、構造体は、隣接するトラック間において準六方格子パターンを構成することが好ましい。 In the present invention , the structure is preferably provided so as to form a plurality of rows of arc-shaped tracks on the surface of the substrate. In this case, the elliptical cone shape or elliptical truncated cone shape preferably has a major axis direction in the circumferential direction of the track. Further, the structure preferably forms a quasi-hexagonal lattice pattern between adjacent tracks.

本願発明では、同一トラック内における構造体の配置ピッチＰ１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Ｐ２よりも長いことが好ましい。 In the present invention , the arrangement pitch P1 of the structures in the same track is preferably longer than the arrangement pitch P2 of the structures between two adjacent tracks.

本願発明では、円弧状トラックの円周方向における構造体の深さは、円弧状トラックの径方向における構造体の深さよりも小さいことが好ましい。 In the present invention , the depth of the structure in the circumferential direction of the arc-shaped track is preferably smaller than the depth of the structure in the radial direction of the arc-shaped track.

本願発明では、各構造体の深さ分布の形成が、基体表面に、少なくとも２種以上の値で選択的に、もしくは連続的に、もしくは区分的に連続に変化してなされていることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the depth distribution of each structure is formed on the surface of the substrate selectively, continuously, or continuously in sections with at least two or more values. .

本願発明では、各構造体の深さ分布の形成が、基体表面にステップ関数状に変化してなされていることが好ましい。 In the present invention , it is preferable that the depth distribution of each structure is formed in a step function on the surface of the substrate.

本願発明では、各構造体の深さ分布の形成が、基体表面にステップ関数状に変化してなされ、少なくとも一つ以上の深さの種類の存在する割合が、他の深さの種類の存在する割合と異なるように、選択的に構造体を形成していることが好ましい。 In the present invention , the formation of the depth distribution of each structure is made in a step function on the surface of the substrate, and the proportion of at least one depth type is the presence of other depth types. It is preferable that the structure is selectively formed so as to be different from the ratio to be applied.

本願発明では、第２の工程では、隣接するトラック間において準六方格子パターンを構成するように潜像を形成することが好ましい。 In the present invention , in the second step, it is preferable to form a latent image so as to form a quasi-hexagonal lattice pattern between adjacent tracks.

本願発明では、第４の工程では、レジストパターンをマスクとするエッチング処理とレジストパターンに対するアッシング処理とを繰り返し行うと共に、エッチング処理時間を徐々に長くすることが好ましい。 In the present invention , in the fourth step, it is preferable to repeatedly perform the etching process using the resist pattern as a mask and the ashing process for the resist pattern, and gradually increase the etching process time.

本願発明では、第５の工程では、基板の表面に光硬化樹脂層を形成した後、該光硬化樹脂層を剥離し、凹凸構造が転写された複製基板を作製することが好ましい。 In the present invention , in the fifth step, it is preferable that a photocurable resin layer is formed on the surface of the substrate, and then the photocurable resin layer is peeled off to produce a duplicate substrate on which the concavo-convex structure is transferred.

本願発明では、レーザ光は、振幅が周期的または非周期的に変動する鋸波状または三角波状に変調されることが好ましい。 In the present invention , the laser beam is preferably modulated in a sawtooth or triangular wave shape whose amplitude varies periodically or aperiodically.

本願発明では、レーザ光は、振幅が周期的または非周期的に変動する矩形波状に変調されることが好ましい。 In the present invention , the laser light is preferably modulated into a rectangular wave shape whose amplitude varies periodically or aperiodically.

本願発明では、レーザ光は、振幅が周期的または非周期的に変動すると共に、時間幅が周期的または非周期的に変動する矩形波状に変調されることが好ましい。 In the present invention , the laser beam is preferably modulated into a rectangular wave shape whose amplitude varies periodically or aperiodically and whose time width varies periodically or aperiodically.

本願発明では、レーザ光は、多値ステップ波形に変調されることが好ましい。 In the present invention , the laser beam is preferably modulated into a multi-value step waveform.

本願発明では、レーザ光は、選択的多値ステップ波形に変調されることが好ましい。 In the present invention , the laser beam is preferably modulated into a selective multilevel step waveform.

本願発明では、レーザ光は、区分的に連続な波形に変調されることが好ましい。 In the present invention , the laser beam is preferably modulated into a piecewise continuous waveform.

以上説明したように、本発明によれば、光学素子に深さ分布を有する構造体を設けるので、反射特性の波長依存性を低減することができる。したがって、優れた反射防止特性を有する光学素子を実現することができる。   As described above, according to the present invention, since the optical element is provided with the structure having the depth distribution, the wavelength dependency of the reflection characteristics can be reduced. Therefore, an optical element having excellent antireflection characteristics can be realized.

本発明の実施形態による光学素子の構成の一例を示す概略図であるIt is the schematic which shows an example of a structure of the optical element by embodiment of this invention. 図１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。It is a perspective view which expands and represents a part of optical element 1 shown in FIG. 原盤の製造工程を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the manufacturing process of an original disk. 原盤の製造工程を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the manufacturing process of an original disk. 原盤の製造工程に用いる露光装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the exposure apparatus used for the manufacturing process of a master. 光学素子作製原盤から光学素子を作製するまでの概略工程を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the general | schematic process until producing an optical element from an optical element production original disc. 光学素子の切り出し工程を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the cutting-out process of an optical element. 構造体の深さ分布を制御するレーザ光変調波形の例を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the example of the laser beam modulation waveform which controls the depth distribution of a structure. 実施例２の複製基板のＳＥＭ像を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an SEM image of a duplicate substrate of Example 2. 比較例１の複製基板のＳＥＭ像を示す図である。6 is a view showing an SEM image of a duplicate substrate of Comparative Example 1. FIG. 比較例２の複製基板のＳＥＭ像を示す図である。6 is a view showing an SEM image of a duplicate substrate of Comparative Example 2. FIG. 実施例１の反射特性を示すグラフである。3 is a graph showing the reflection characteristics of Example 1. 実施例２の反射特性を示すグラフである。6 is a graph showing the reflection characteristics of Example 2. 比較例１の反射特性を示すグラフである。6 is a graph showing the reflection characteristics of Comparative Example 1. 比較例２の反射特性を示すグラフである。10 is a graph showing the reflection characteristics of Comparative Example 2. 参考例１〜６のＲＣＷＡシミュレーションの結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the RCWA simulation of Reference Examples 1-6. 参考例７〜９のＲＣＷＡシミュレーションの結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the RCWA simulation of Reference Examples 7-9. 従来のＳｉ原盤の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional Si original disk. 従来のＳｉ原盤の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional Si original disk. 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。It is a graph which shows the relationship between the wavelength in a conventional Si original disc, and a reflectance. 従来のＳｉ原盤のＮｉめっきスタンパの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the Ni plating stamper of the conventional Si original disk. 図１７に示したＮｉめっきスタンパを拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows the Ni plating stamper shown in FIG. 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。It is a graph which shows the relationship between the wavelength in a conventional optical element, and a reflectance.

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Ｃ−Ｃ線における断面図である。図１Ｄは、図１Ｂに示した構造体３に対応する潜像をパターニングする際に用いられるレーザ光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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(Configuration of optical element)
FIG. 1A is a schematic plan view showing an example of the configuration of the optical element 1 according to the embodiment of the present invention. 1B is an enlarged plan view showing a part of the optical element 1 shown in FIG. 1A. 1C is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 1B. FIG. 1D is a schematic diagram showing a laser light modulation waveform used when patterning a latent image corresponding to the structure 3 shown in FIG. 1B. FIG. 2 is an enlarged perspective view showing a part of the optical element 1 shown in FIG. 1A.

本実施形態による光学素子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（約４００ｎｍ）以下の微細ピッチで多数設けら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。   The optical element 1 according to the present embodiment has a configuration in which a large number of structures 3 having convex portions are provided on the surface of a base 2 at a fine pitch of a wavelength of visible light (about 400 nm) or less. The optical element 1 has a function of preventing reflection of light transmitted through the base 2 in the −Z direction in FIG. 2 at the interface between the structure 3 and the surrounding air.

この光学素子１は、例えばディスプレイ、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学デバイスに用いて好適なものであり、具体的には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などに用いることができる。   The optical element 1 is suitable for use in various optical devices such as displays, optoelectronics, optical communications (optical fibers), solar cells, lighting devices, and specifically, for example, optical fibers having various wavelength ranges, It can be used for a display light guide plate and the like.

基体２は、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、ガラスなどの透光性を有する透明基体である。また、基体２の形状は、例えば、上述した各種光学デバイスなどの本体部分や、これらの光学デバイスなど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選ばれる。このような形状としては、例えばフィルム状、シート状、プレート状、ブロック状などが挙げられる。   The substrate 2 is a transparent substrate having translucency such as a transparent synthetic resin such as polycarbonate (PC) or polyethylene terephthalate (PET), or glass. The shape of the substrate 2 is selected according to, for example, the main body of the various optical devices described above, the shape of a sheet or film-shaped antireflection functional component attached to these optical devices, and the like. Examples of such a shape include a film shape, a sheet shape, a plate shape, and a block shape.

構造体３は深さ分布を有している。ここで、深さ分布とは、２種以上の深さ（高さ）を有する構造体３が基体２の表面に設けられていることを意味する。すなわち、基準となる高さを有する構造体３と、この構造体３とは異なる高さを有する構造体３とが基体２の表面に設けられている。例えば、図２に示すように、高さＨ１を有する構造体３と高さＨ２を有する構造体３とが基体２の表面に設けられている。基準とは異なる高さを有する構造体は、例えば基体２の表面に周期的または非周期的（ランダム）に設けられている。その周期性の方向としては、例えば円周方向、半径方向または円周方向に対して±θ方向が挙げられる。   The structure 3 has a depth distribution. Here, the depth distribution means that the structures 3 having two or more depths (heights) are provided on the surface of the base 2. That is, the structure 3 having a reference height and the structure 3 having a height different from the structure 3 are provided on the surface of the base 2. For example, as shown in FIG. 2, a structure 3 having a height H1 and a structure 3 having a height H2 are provided on the surface of the base 2. The structure having a height different from the reference is provided, for example, on the surface of the base 2 periodically or non-periodically (randomly). Examples of the direction of the periodicity include a circumferential direction, a radial direction, and a ± θ direction with respect to the circumferential direction.

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、頂部が例えば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例えば中央部から底部に徐々に急峻な傾きの楕円錐形状（図２参照）であることが好ましい。長波長領域（７００〜８００ｎｍ）における反射率の増加を抑えることができるからである。   The structure 3 is formed integrally with the base 2, for example. Although each structure 3 has the same shape, it is not restricted to this. The structure 3 is, for example, an elliptical, oval or oval cone structure whose bottom surface has a major axis and a minor axis, and the top portion is formed in, for example, a curved surface or a flat shape. In particular, an elliptical cone shape (see FIG. 2) having a gentle slope at the top and a gradually steep slope from the center to the bottom is preferable. This is because an increase in reflectance in the long wavelength region (700 to 800 nm) can be suppressed.

各構造体３は、図１Ａに示すように、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。）をなすように設けられている。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が設けられていることが好ましい。すなわち、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が設けられていることが好ましい。基体２の表面における構造体３の充填密度を高くできるからである。なお、準六方格子パターンとは、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。   As shown in FIG. 1A, each structure 3 forms a plurality of rows of arc-shaped tracks T1, T2, T3,... (Hereinafter collectively referred to as “tracks T”) on the surface of the base 2. Is provided. Each structure 3 is located between two adjacent tracks T at the intermediate position (position shifted by a half pitch) of each structure 3 arranged in one track (for example, T1) and the other track (for example, T2). It is preferable that the structure 3 is provided. That is, as shown in FIG. 1B, each structure 3 is formed so as to form a quasi-hexagonal lattice pattern in which the center of the structure 3 is positioned at each point a1 to a7 between adjacent three rows of tracks (T1 to T3). Is preferably provided. This is because the packing density of the structures 3 on the surface of the substrate 2 can be increased. The quasi-hexagonal lattice pattern means a hexagonal lattice pattern distorted along the arc shape of the track T, unlike the regular hexagonal lattice pattern.

同一トラック内における各構造体３は、例えば一定の配置ピッチＰ１（ａ１−ａ２間距離）で設けられており、その配置ピッチＰ１は、例えば約３３０ｎｍに選ばれる。また、円周方向に対して±θ方向、例えば±約６０°方向において、各構造体３は、例えば一定の配置ピッチＰ２（ａ１−ａ７（ａ２−ａ７）間距離）で設けられており、その配置ピッチＰ２は、例えば約３００ｎｍに選ばれる。   Each structure 3 in the same track is provided, for example, at a constant arrangement pitch P1 (a1-a2 distance), and the arrangement pitch P1 is selected to be about 330 nm, for example. Further, in the ± θ direction, for example, ± about 60 ° direction with respect to the circumferential direction, each structure 3 is provided, for example, at a constant arrangement pitch P2 (distance between a1-a7 (a2-a7)), The arrangement pitch P2 is selected to be about 300 nm, for example.

また、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、例えば、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、すなわ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。   As shown in FIG. 1B, the arrangement pitch P1 (distance between a1 and a2) of each structure 3 in the same track (for example, T1) is, for example, a structure between two adjacent tracks (for example, T1 and T2). It is longer than the arrangement pitch of the bodies 3, that is, the arrangement pitch P <b> 2 (for example, the distance between a <b> 1-a <b> 7 and a <b> 2-a <b> 7 ”) of the structures 3 in the direction of about ± 60 ° with respect to the circumferential direction.

構造体３の深さ（高さ）Ｈは、例えば３００ｎｍ〜３８０ｎｍ程度である。円弧状トラックＴの円周方向における構造体３の深さは、円弧状トラックＴの径方向における構造体３の深さよりも小さくなっている。構造体３のアスペクト比（深さＨ／配置ピッチ（平均周期）Ｐ）は、好ましくは０．９１〜１．４０の範囲内である。この範囲内で、非常に優れた透過特性が得られるからである。   The depth (height) H of the structure 3 is, for example, about 300 nm to 380 nm. The depth of the structure 3 in the circumferential direction of the arc-shaped track T is smaller than the depth of the structure 3 in the radial direction of the arc-shaped track T. The aspect ratio (depth H / arrangement pitch (average period) P) of the structures 3 is preferably in the range of 0.91 to 1.40. This is because very excellent transmission characteristics can be obtained within this range.

（光学素子の製造方法）
次に、以上のように構成される光学素子の製造方法の一例について説明する。この光学素子の製造方法は、原盤の製造工程と、複製基板の製造工程と、成形金型の製造工程と、光学素子の作製工程と、切り出し工程とを有する。以下、図３〜図７を参照しながら、これらの工程を順次説明する。 (Optical element manufacturing method)
Next, an example of a method for manufacturing the optical element configured as described above will be described. This optical element manufacturing method includes a master manufacturing process, a duplicate substrate manufacturing process, a molding die manufacturing process, an optical element manufacturing process, and a cutting process. Hereinafter, these steps will be sequentially described with reference to FIGS.

［原盤の製造工程］
まず、図３Ａ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、例えば石英基板などである。次に、図３Ｂ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、例えば有機系レジストからなる。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。 [Master production process]
First, as shown in FIG. 3A, a disk-shaped (disk-shaped) substrate 11 is prepared. This substrate 11 is, for example, a quartz substrate. Next, as shown in FIG. 3B, a resist layer 12 is formed on the surface of the substrate 11. The resist layer 12 is made of, for example, an organic resist. As the organic resist, for example, a novolac resist or a chemically amplified resist can be used.

次に、図３Ｃ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１３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１２ａが、可視光波長よりも短いピッチでレジスト層１２の全面にわたって形成される。レーザ光１３としては、例えば周期的または非周期的（ランダム）に振幅が変化する波形を有するものが用いられる。このような波形の形状としては、例えばサイン波状、矩形波状、鋸波状を挙げることができる。
なお、この露光工程の詳細については後述する。 Next, as shown in FIG. 3C, the substrate 11 is rotated and the resist layer 12 is irradiated with a laser beam (exposure beam) 13. At this time, the resist layer 12 is exposed over the entire surface by intermittently irradiating the laser beam 13 while moving the laser beam 13 in the radial direction of the substrate 11. Thereby, a latent image 12a corresponding to the locus of the laser beam 13 is formed over the entire surface of the resist layer 12 at a pitch shorter than the visible light wavelength. As the laser beam 13, for example, one having a waveform whose amplitude changes periodically or non-periodically (randomly) is used. Examples of the waveform shape include a sine wave shape, a rectangular wave shape, and a sawtooth wave shape.
Details of this exposure step will be described later.

この露光工程では、例えば、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設けることが好ましい。また、レーザ光１３の照射周期は、例えば、基板１１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Ｐ１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。より具体的には、トラック位置が基板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。   In this exposure process, for example, the structure (latent image) is formed in a quasi-hexagonal lattice pattern between three adjacent tracks by changing the irradiation period of the laser beam 13 on the resist layer 12 for each track. It is preferable to provide it. The irradiation period of the laser light 13 is, for example, that the substrate 11 is rotated at a constant angular velocity, and the pulse frequency of the laser light 13 is optimized so that the arrangement pitch P1 of the structures 3 in the circumferential direction is constant. More specifically, the modulation control is performed so that the irradiation period of the laser beam 13 is shortened as the track position moves away from the center of the substrate. As a result, it is possible to form a nano pattern having a uniform spatial frequency over the entire surface of the substrate.

次に、基板１１を回転させながら、レジスト層１２上に現像液１４を滴下して、図４Ａに示すように、レジスト層１２を現像処理する。これより、深さ分布を有するレジストパターンがレジスト層１２に形成される。なお、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、図４Ｂに示すように、露光部（潜像１２ａ）に応じたパターンがレジスト層１２に形成される。   Next, while rotating the substrate 11, a developer 14 is dropped on the resist layer 12, and the resist layer 12 is developed as shown in FIG. 4A. Thus, a resist pattern having a depth distribution is formed on the resist layer 12. When the resist layer 12 is formed of a positive resist, the exposed portion exposed with the laser beam 13 has a higher dissolution rate with respect to the developer than the non-exposed portion. Therefore, as shown in FIG. 4B, A pattern corresponding to the exposed portion (latent image 12a) is formed on the resist layer 12.

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４Ｃに示すように、基板１１の一主面に深さ分布を有する凹部パターン１５ａが形成され、原盤１５が作製される。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とを交互に繰り返し行うことにより、例えば釣鐘型錐体状の凹部１５ａのパターンを形成することができると共に、レジスト層１２の３倍以上の深さ（選択比３以上）のマスタを作製でき、構造体３の高アスペクト比化を図ることができる。   Next, the surface of the substrate 11 is etched using the pattern (resist pattern) of the resist layer 12 formed on the substrate 11 as a mask. As a result, as shown in FIG. 4C, a concave pattern 15a having a depth distribution is formed on one main surface of the substrate 11, and the master 15 is manufactured. The etching method is performed by dry etching, for example. At this time, by alternately repeating the etching process and the ashing process, for example, a pattern of the bell-shaped cone-shaped recess 15a can be formed, and the depth of the resist layer 12 is three times (selectivity 3). The above master) can be manufactured, and the aspect ratio of the structure 3 can be increased.

上述のようにして潜像１２ａを現像し、得られた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により、例えば、円弧状トラックの円周方向に長軸方向をもつ楕円錐台形状などの構造体３を得ることができる。特に、楕円錐台形状の構造体３としては、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るものが好ましい。これにより、耐久性および転写性を向上させることが可能であるからである。また、同一トラック内における構造体３の配置ピッチＰ１が、例えば、隣接する２トラック間における構造体３の配置ピッチＰ２よりも長い準六方格子パターンを得ることができ、これにより、構造体３の充填密度の更なる向上を図れるようになる。   By developing the latent image 12a as described above and performing an etching process using the obtained resist pattern as a mask, for example, an elliptical truncated cone shape having a major axis direction in the circumferential direction of the arc-shaped track The body 3 can be obtained. In particular, the elliptical frustum-shaped structure 3 is preferably formed such that the inclination of the central portion is steeper than the inclination of the tip and bottom. This is because it is possible to improve durability and transferability. Further, a quasi-hexagonal lattice pattern in which the arrangement pitch P1 of the structures 3 in the same track is longer than, for example, the arrangement pitch P2 of the structures 3 between two adjacent tracks can be obtained. The packing density can be further improved.

以上の工程により、図４Ｃに示す原盤１５が製造される。この原盤１５は、図１に示した光学素子１を形成するマスタ原器である。この原盤１５の凹部１５ａからなる表面凹凸構造により、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が形成される。したがって、原盤１５の凹部１５ａは、例えば、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設けられている。   The master 15 shown in FIG. 4C is manufactured through the above steps. The master 15 is a master master that forms the optical element 1 shown in FIG. The structure 3 of the optical element 1 is formed by the surface concavo-convex structure formed of the concave portion 15a of the master 15 through a replication substrate and a molding die described later. Therefore, the recess 15a of the master 15 is provided so as to form a quasi-hexagonal lattice pattern distorted in the circumferential direction of the master 15, for example.

次に、図５を参照して、図３Ｃに示した露光工程の詳細について説明する。図５に示す露光装置は、光学ディスク記録装置をベースにして構成されている。   Next, details of the exposure process shown in FIG. 3C will be described with reference to FIG. The exposure apparatus shown in FIG. 5 is configured based on an optical disk recording apparatus.

レーザ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、電気光学変調器（ＥＯＭ：Electro Optical Modulator）２２へ入射する。電気光学変調器２２は、一般的にレーザ光源のノイズを低減するために用いられるが、この一実施形態では、入射するレーザ光１３を、周期的または非周期的に振幅が変動する所定の周期波または非周期波に変調する。例えば、電気光学変調器２２は、図１Ｄに示すように、周期的または非周期的に振幅が変動するサイン波状に入射レーザ光１３を変調する。ここで、振幅の変動は、例えば、基準となる振幅に対して±１０％程度の変動である。電気光学変調器（ＥＯＭ：Electro Optical Modulator）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。   The laser 21 is a light source for exposing the resist layer 12 deposited on the surface of the substrate 11 and oscillates, for example, a deep ultraviolet laser beam 13 having a wavelength λ = 266 nm. The laser beam 13 emitted from the laser 21 travels straight as a parallel beam and enters an electro-optic modulator (EOM) 22. The electro-optic modulator 22 is generally used to reduce noise of a laser light source. In this embodiment, the incident laser light 13 is incident on the laser beam 13 having a predetermined period whose amplitude varies periodically or aperiodically. Modulate to wave or non-periodic wave. For example, as shown in FIG. 1D, the electro-optic modulator 22 modulates the incident laser light 13 in a sine wave shape whose amplitude varies periodically or aperiodically. Here, the fluctuation of the amplitude is, for example, a fluctuation of about ± 10% with respect to the reference amplitude. Laser light 13 that has passed through an electro-optic modulator (EOM) 22 is reflected by a mirror 23 and guided to a modulation optical system 25.

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有する。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変調器２２を制御してレーザ光１３の位相変調を行う。   The mirror 23 is composed of a polarization beam splitter and has a function of reflecting one polarization component and transmitting the other polarization component. The polarization component transmitted through the mirror 23 is received by the photodiode 24, and the electro-optic modulator 22 is controlled based on the received light signal to perform phase modulation of the laser beam 13.

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変調器（ＡＯＭ：Acoust-Optic Modulator）２７に集光される。レーザ光１３は、音響光学変調器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。 In the modulation optical system 25, the laser beam 13 is collected by an acousto-optic modulator (AOM) 27 made of quartz (SiO 2 ) or the like by a condenser lens 26. The laser beam 13 is intensity-modulated by an acousto-optic modulator 27 and diverges, and then converted into a parallel beam by a lens 28. The laser beam 13 emitted from the modulation optical system 25 is reflected by the mirror 31 and guided onto the moving optical table 32 in a horizontal and parallel manner.

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（図示省略）の上に載置されている。そして、基板１１を回転させると共に、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１２ａは、例えば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を矢印Ｒ方向へ移動することにより行われる。   The moving optical table 32 includes a beam expander 33, a mirror 34, and an objective lens 35. The laser beam 13 guided to the moving optical table 32 is shaped into a desired beam shape by the beam expander 33 and then irradiated to the resist layer 12 on the substrate 11 through the mirror 34 and the objective lens 35. The substrate 11 is placed on a turntable (not shown) connected to the spindle motor 36. Then, the resist layer 12 is exposed by intermittently irradiating the resist layer 12 with the laser beam 13 while rotating the substrate 11 and moving the laser beam 13 in the rotational radius direction of the substrate 11. The formed latent image 12a has, for example, a substantially elliptical shape having a long axis in the circumferential direction. The laser beam 13 is moved by moving the moving optical table 32 in the arrow R direction.

図５に示した露光装置は、レジスト層１２に対して図１Ｂに示した準六方格子の２次元パターンからなる潜像１２ａを形成するための制御機構を備えている。制御機構は、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、音響光学変調器２７を制御する。   The exposure apparatus shown in FIG. 5 includes a control mechanism for forming a latent image 12a composed of a two-dimensional pattern of the quasi-hexagonal lattice shown in FIG. The control mechanism includes a formatter 29 and a driver 30. The formatter 29 includes a polarity reversal unit, and this polarity reversal unit controls the irradiation timing of the laser beam 13 on the resist layer 12. The driver 30 receives the output from the polarity inversion unit and controls the acousto-optic modulator 27.

制御機構は、潜像１２ａ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、音響光学変調器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、例えば角速度一定（ＣＡＶ：Constant Angular Velocity）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、音響光学変調器２７によるレーザ光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１２ａを形成する。   The control mechanism modulates the intensity of the laser beam 13 by the acousto-optic modulator 27, the driving rotation speed of the spindle motor 36, and the moving optics for each track so that the two-dimensional pattern of the latent image 12a is spatially linked. The moving speed of the table 32 is synchronized with each other. The rotation of the substrate 11 is controlled, for example, at a constant angular velocity (CAV). Then, patterning is performed with an appropriate number of rotations of the substrate 11 by the spindle motor 36, an appropriate frequency modulation of the laser light intensity by the acousto-optic modulator 27, and an appropriate feed pitch of the laser light 13 by the moving optical table 32. As a result, a latent image 12 a having a quasi-hexagonal lattice pattern is formed on the resist layer 12.

例えば、図１に示したように、円周方向の配置ピッチ（周期）Ｐ１を３３０ｎｍ、円周方向に対して約６０度方向（約−６０度方向）の配置ピッチ（周期）Ｐ２を３００ｎｍにする場合、送りピッチを２５１ｎｍにすればよい。また、極性反転部の制御信号を、空間周波数（潜像１２ａのパターン密度、Ｐ１：３３０ｎｍ、Ｐ２：３００ｎｍ）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において配置ピッチＰ１がほぼ３３０ｎｍとなるように制御機構においてレーザ光１３の周波数変調を行う。すなわち、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。ナノパターン形成波形帯域は、例えば１０〜２０ＭＨｚ程度である。   For example, as shown in FIG. 1, the arrangement pitch (period) P1 in the circumferential direction is 330 nm, and the arrangement pitch (period) P2 in the direction of about 60 degrees (about −60 degrees) with respect to the circumferential direction is set to 300 nm. In this case, the feed pitch may be 251 nm. Further, the control signal of the polarity inversion unit is gradually changed so that the spatial frequency (pattern density of the latent image 12a, P1: 330 nm, P2: 300 nm) becomes uniform. More specifically, exposure is performed while changing the irradiation period of the laser beam 13 on the resist layer 12 for each track, and the frequency of the laser beam 13 is controlled by the control mechanism so that the arrangement pitch P1 is approximately 330 nm in each track T. Modulate. That is, modulation control is performed so that the irradiation period of the laser beam 13 is shortened as the track position is moved away from the center of the substrate. As a result, it is possible to form a nano pattern having a uniform spatial frequency over the entire surface of the substrate. The nano pattern formation waveform band is, for example, about 10 to 20 MHz.

なお、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とでのレジスト層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。   In the pattern of the resist layer 12, the layer thickness after development differs between the radial direction and the circumferential direction of the substrate 11, and the circumferential layer thickness is thinner than the radial layer thickness. This is because the irradiation with the laser beam 13 is performed while rotating the substrate 11 in the exposure step, and therefore the irradiation time of the laser beam 13 is longer in the circumferential direction than in the substrate radial direction, which is the layer of the resist layer 12 after development. This is because it appears as a difference in thickness. In the subsequent etching process, shape anisotropy is imparted to the formed recess 15 a due to the difference in the layer thickness of the resist layer 12 between the circumferential direction and the radial direction of the substrate 11.

ここで、図８を参照して、構造体の深さ分布を制御するレーザ光変調波形の例について説明する。上記レーザ光変調波形の帯域は、例えば数ｋＨｚ〜数１０ｋＨｚである。
図８Ａ、図８Ｂは、構造体の深さを均一に分布させる場合のレーザ光変調波形の例を示す。このような変調波形を得るためには、例えば、レーザ光１３は以下のように変調される。すなわち、レーザ光１３は、電気光学変調器２２において、振幅が周期的または非周期的に例えば±１０％程度変動する鋸波状または三角波状に変調される。なお、この変調されたレーザ光１３は変調光学系２５に導かれる。 Here, an example of a laser beam modulation waveform for controlling the depth distribution of the structure will be described with reference to FIG. The band of the laser light modulation waveform is, for example, several kHz to several tens of kHz.
8A and 8B show examples of laser light modulation waveforms when the depth of the structure is uniformly distributed. In order to obtain such a modulation waveform, for example, the laser beam 13 is modulated as follows. That is, the laser light 13 is modulated by the electro-optic modulator 22 into a sawtooth or triangular wave whose amplitude varies periodically or aperiodically by, for example, about ± 10%. The modulated laser beam 13 is guided to the modulation optical system 25.

図８Ｃは、構造体３の深さを２値化に分布させる場合のレーザ光変調波形の例を示す。このような変調波形を得るためには、例えば、レーザ光１３は以下のように変調される。すなわち、レーザ光１３は、電気光学変調器２２において、振幅が周期的または非周期的に例えば±１０％程度変動する矩形波状に変調される。なお、この変調されたレーザ光１３は変調光学系２５に導かれる。   FIG. 8C shows an example of a laser light modulation waveform when the depth of the structure 3 is distributed in a binarized manner. In order to obtain such a modulation waveform, for example, the laser beam 13 is modulated as follows. That is, the laser light 13 is modulated in the electro-optic modulator 22 into a rectangular wave shape whose amplitude varies periodically or aperiodically by, for example, about ± 10%. The modulated laser beam 13 is guided to the modulation optical system 25.

図８Ｄは、構造体３の深さを２値化して存在割合を変えて分布させる場合のレーザ光変調波形の例を示す。このような変調波形を得るためには、例えば、レーザ光１３は以下のように変調される。すなわち、レーザ光１３は、電気光学変調器２２において、振幅が周期的または非周期的に例えば±１０％程度変動すると共に、時間幅（パルス幅）が周期的または非周期的に変動する矩形波状に変調される。   FIG. 8D shows an example of a laser light modulation waveform in the case where the depth of the structure 3 is binarized and distributed by changing the existence ratio. In order to obtain such a modulation waveform, for example, the laser beam 13 is modulated as follows. In other words, the laser light 13 has a rectangular wave shape in which the amplitude varies periodically or aperiodically, for example, about ± 10% and the time width (pulse width) varies periodically or aperiodically in the electro-optic modulator 22. Is modulated.

図８Ｅは、構造体３の深さを多値化して分布させる場合のレーザ光変調波形の例を示す。このような変調波形を得るためには、例えば、レーザ光１３は以下のように変調される。すなわち、レーザ光１３は、電気光学変調器２２において、多値ステップ波形に変調される。   FIG. 8E shows an example of a laser light modulation waveform when the depth of the structure 3 is distributed in a multivalued manner. In order to obtain such a modulation waveform, for example, the laser beam 13 is modulated as follows. That is, the laser beam 13 is modulated into a multi-level step waveform by the electro-optic modulator 22.

図８Ｆは、構造体３の深さを選択的に多値化して分布させる場合のレーザ光変調波形の例を示す。このような変調波形を得るためには、例えば、レーザ光１３は以下のように変調される。すなわち、レーザ光１３は、電気光学変調器２２において、選択的多値ステップ波形（中央値なし）に変調される。   FIG. 8F shows an example of a laser light modulation waveform when the depth of the structure 3 is selectively multi-valued and distributed. In order to obtain such a modulation waveform, for example, the laser beam 13 is modulated as follows. That is, the laser beam 13 is modulated into a selective multi-value step waveform (no median value) in the electro-optic modulator 22.

図８Ｇは、構造体３の深さを区分的に選択して分布させる場合のレーザ光変調波形の例を示す。このような変調波形を得るためには、例えば、レーザ光１３は以下のように変調される。すなわち、レーザ光１３は、電気光学変調器２２において、区分的に連続な波形（中央領域なし）に変調される。ナノパターンモスアイ形状波形と上記深さ分布を制御するレーザ変調波形の重畳波形となる。   FIG. 8G shows an example of a laser light modulation waveform when the depth of the structure 3 is selected and distributed in a piecewise manner. In order to obtain such a modulation waveform, for example, the laser beam 13 is modulated as follows. That is, the laser light 13 is modulated by the electro-optic modulator 22 into a piecewise continuous waveform (no central region). This is a superimposed waveform of the nano-pattern moth-eye shape waveform and the laser modulation waveform for controlling the depth distribution.

次に、図６を参照して、原盤１５から光学素子１が作製されるまでの工程について説明する。   Next, with reference to FIG. 6, the process from the master 15 to the production of the optical element 1 will be described.

［複製基板の製造工程］
まず、作製した原盤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１６ａを重ねて配置する。そして、透明基板１６ａの上から紫外線など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６Ａに示すように、透明基板１６ａの一主面に光硬化樹脂からなる構造体１６ｂが設けられ、複製基板１６が作製される。 [Replication substrate manufacturing process]
First, a photo-curing resin such as an ultraviolet-curing resin is applied to the uneven structure surface of the manufactured master 15, and a transparent substrate 16a such as an acrylic plate is placed thereon. And after irradiating an ultraviolet-ray etc. from the transparent substrate 16a and hardening photocuring resin, it peels from the original recording 15. FIG. As a result, as shown in FIG. 6A, the structure 16b made of a photo-curing resin is provided on one main surface of the transparent substrate 16a, and the duplicate substrate 16 is manufactured.

［成形金型の製造工程］
次に、作製した複製基板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。そして、金属メッキ層の形成後、複製基板１６から金属メッキ層を剥離し、必要に応じて外形加工を施する。これにより、図６Ｂに示すように、深さ分布を有する凹部１７ａが一主面に設けられた成形金型１７が作製される。 [Molding die manufacturing process]
Next, after a conductive film is formed on the concavo-convex structure surface of the produced replica substrate 16 by an electroless plating method, a metal plating layer is formed by an electroplating method. For example, nickel (Ni) is suitable as a constituent material of the electroless plating film and the electroplating layer. Then, after the formation of the metal plating layer, the metal plating layer is peeled off from the duplicate substrate 16, and an outer shape process is performed as necessary. As a result, as shown in FIG. 6B, a molding die 17 in which a concave portion 17a having a depth distribution is provided on one main surface is produced.

［光学素子の作製工程］
次に、作製した成形金型１７を射出成形機の所定位置に設置し、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。次に、溶融樹脂を冷却した後に金型を開き、固化した樹脂を取り出す。これにより、図６Ｃに示したように、深さ分布を有する構造体３が基体２の一主面に一体形成されたディスク状基板１Ｗが作製される。 [Optical element manufacturing process]
Next, the produced molding die 17 is placed at a predetermined position of the injection molding machine, the die is closed to form a cavity, and then a molten resin such as polycarbonate is filled. Next, after the molten resin is cooled, the mold is opened and the solidified resin is taken out. As a result, as shown in FIG. 6C, a disk-shaped substrate 1W in which the structure 3 having a depth distribution is integrally formed on one main surface of the base 2 is manufactured.

［切り出し工程］
次に、ディスク状基板１Ｗを所定の製品サイズに応じて切り出す。例えば、ディスク状基板１Ｗが直径２００ｍｍを有する円形状である場合、図７Ａに示すように、ディスク状基板１Ｗから携帯電話機用（例えば横２．５インチ）の光学素子１を４枚、あるいは、図７Ｂに示すように、ディスク状基板１Ｗから携帯ゲーム装置用（例えば横４．３インチ）の光学素子１を２枚切り出すことができる。以上により、図１に示す光学素子１が作製される。 [Cutout process]
Next, the disk-shaped substrate 1W is cut out according to a predetermined product size. For example, when the disk-shaped substrate 1W has a circular shape having a diameter of 200 mm, as shown in FIG. 7A, four optical elements 1 for a cellular phone (for example, 2.5 inches wide) are used from the disk-shaped substrate 1W, or As shown in FIG. 7B, two optical elements 1 for portable game devices (for example, 4.3 inches wide) can be cut out from the disk-shaped substrate 1W. Thus, the optical element 1 shown in FIG. 1 is manufactured.

なお、構造体３は、上述したように露光装置を用いて基板１１のレジスト層１２に形成した露光パターンをもとに形成されるので、ディスク状基板１Ｗから所定サイズに切り出した光学素子１では、各構造体３は、基体２の表面において複数列の円弧状のトラックＴをなすように設けられている。   Since the structure 3 is formed based on the exposure pattern formed on the resist layer 12 of the substrate 11 using the exposure apparatus as described above, in the optical element 1 cut out to a predetermined size from the disk-shaped substrate 1W. Each structure 3 is provided so as to form a plurality of rows of arc-shaped tracks T on the surface of the base 2.

以上、本実施形態によれば、光学素子１の構造体３に深さ分布を設けているので、反射特性の波長依存性を低減することができる。したがって、優れた反射防止特性を有する光学素子を実現することができる。   As described above, according to the present embodiment, since the depth distribution is provided in the structure 3 of the optical element 1, the wavelength dependence of the reflection characteristics can be reduced. Therefore, an optical element having excellent antireflection characteristics can be realized.

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を作製できるので、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共に基板１１１の大型化にも対応可能である。したがって、光学素子１の生産性の向上を図ることができる。   In addition, since the master 15 can be manufactured using an exposure apparatus to which an optical disk recording apparatus is applied, the optical element 1 can be efficiently manufactured in a short time and the substrate 111 can be increased in size. Therefore, the productivity of the optical element 1 can be improved.

また、構造体３が、複数列の円弧状トラックをなすと共に、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設けられている場合には、基体２の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るので、可視光の反射防止効率を高めることができる。したがって、反射防止特性に優れ、且つ透過率の極めて高い光学素子１を提供することができる。   When the structures 3 are provided so as to form a plurality of rows of arc-shaped tracks and to form a quasi-hexagonal lattice pattern between the adjacent three rows of tracks, the structures 3 on the surface of the base 2 Since the packing density can be increased, the antireflection efficiency of visible light can be increased. Therefore, it is possible to provide the optical element 1 having excellent antireflection characteristics and extremely high transmittance.

また、各構造体３を釣鐘状の錐体とした場合には、図１８に示した従来のテント状の微細なサブ波長構造体に比べて、構造体３の耐久性を高めることができると共に、複製基板１６、成形金型１７およびディスク状基板１Ｗの各凹凸構造面の転写性を高めることが可能となる。   In addition, when each structure 3 is a bell-shaped cone, the durability of the structure 3 can be improved as compared with the conventional tent-shaped fine subwavelength structure shown in FIG. It becomes possible to improve the transferability of the concavo-convex structure surfaces of the duplicate substrate 16, the molding die 17, and the disk-shaped substrate 1W.

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、以下の実施例においては、上述の実施形態と対応する部分には同一の符号を付す。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following examples. In the following examples, parts corresponding to those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals.

実施例１〜２および比較例１〜２では、サブ波長構造体１６ｂの深さ分布について検討を行った。   In Examples 1-2 and Comparative Examples 1-2, the depth distribution of the sub-wavelength structure 16b was examined.

（実施例１）
［原盤の作製］
石英基板１１上に、化学増幅型またはノボラック系ポジ型レジスト層１２を厚さ１５０ｎｍ程度塗布し、このレジスト層１２に、図５に示した露光装置を用いて準六方格子パターンの潜像１２ａを形成した。レーザ光１３の波長は２６６ｎｍ、レーザパワーは０．５０ｍＪ／ｍとした。なお、レーザ光１３は、電気光学変調器２２において、振幅が非周期的に±１０％程度変動するサイン波形に変調した後、変調光学系２５に導いた。また、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た。その後、レジスト層１２に対して現像処理を施して、準六方格子状の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。 Example 1
[Preparation of master]
A chemically amplified or novolac positive resist layer 12 is applied to a thickness of about 150 nm on a quartz substrate 11, and a quasi-hexagonal lattice pattern latent image 12a is applied to the resist layer 12 using the exposure apparatus shown in FIG. Formed. The wavelength of the laser beam 13 was 266 nm, and the laser power was 0.50 mJ / m. The laser beam 13 was modulated by the electro-optic modulator 22 into a sine waveform whose amplitude fluctuates about ± 10% non-periodically and then guided to the modulation optical system 25. Further, the irradiation period of the laser beam 13 on the resist layer 12 was changed for each track. Thereafter, the resist layer 12 was developed to produce a quasi-hexagonal lattice-like resist pattern. An inorganic alkaline developer (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was used as the developer.

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で石英基板１１をエッチングするプロセスとを繰り返し行った。その結果、石英基板１１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４Ｃに模式的に示したような釣鐘型楕円錐体状を有し、かつ、深さ分布を有する凹部１５ａが形成された。なお、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。 Next, the process of removing the resist pattern by O 2 ashing to widen the opening diameter and the process of etching the quartz substrate 11 by plasma etching in a CHF 3 gas atmosphere were repeated. As a result, the etching progresses while the quasi-hexagonal lattice pattern diameter at which the surface of the quartz substrate 11 is exposed gradually increases, and the other regions are not etched using the resist pattern as a mask, which is schematically shown in FIG. 4C. A concave portion 15a having such a bell-shaped elliptical cone shape and having a depth distribution was formed. The etching amount was changed depending on the etching time. Finally, the resist pattern was completely removed by O 2 ashing.

ここで、上述のアッシングおよびエッチングのプロセスの詳細について説明する。まず、（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１．５分、（３）Ｏ2アッシング４秒、ＣＨＦ3エッチング２分、（４）４．Ｏ2アッシング４秒、ＣＨＦ3エッチング３分、（５）Ｏ2アッシング４秒、ＣＨＦ3エッチング４分、（６）Ｏ2アッシング４秒、ＣＨＦ3エッチング５分のプロセスを、プロセス（１）〜（６）の順序で順次行った。最後に、Ｏ2アッシングを１０秒行うことにより、レジストパターンを完全に除去した。 Here, the details of the above ashing and etching processes will be described. First, (1) O 2 ashing 4 seconds, CHF 3 etching 1 minute, (2) O 2 ashing 4 seconds, CHF 3 etching 1.5 minutes, (3) O 2 ashing 4 seconds, CHF 3 etching 2 minutes, ( 4) 4. O 2 ashing 4 seconds, CHF 3 etching 3 minutes, (5) O 2 ashing 4 seconds, CHF 3 etching 4 minutes, (6) O 2 ashing 4 seconds, CHF 3 etching 5 minutes, process (1) to It carried out sequentially in the order of (6). Finally, O 2 ashing was performed for 10 seconds to completely remove the resist pattern.

以上により、円周方向の配置ピッチＰ１が３３０ｎｍ、円周方向に対して約６０°方向（約−６０°方向）の配置ピッチＰ２が３００ｎｍの凹部準六方格子パターンを有する石英マスタ（原盤）１５が作製された。   As described above, the quartz master (master) 15 having the concave quasi-hexagonal lattice pattern in which the arrangement pitch P1 in the circumferential direction is 330 nm and the arrangement pitch P2 in the direction of about 60 ° (about −60 ° direction) with respect to the circumferential direction is 300 nm. Was made.

［複製基板の作製］
次に、作製した石英マスタ１５上に紫外線硬化樹脂を塗布した後、アクリル板１６ａ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１５から剥離した。以上により、準六方格子状にサブ波長構造体１６ｂが設けられた複製基板１６が作製された。 [Production of duplicate substrate]
Next, an ultraviolet curable resin was applied on the manufactured quartz master 15, and then the acrylic plate 16a was adhered to the ultraviolet curable resin. Then, the ultraviolet curable resin was cured by irradiating ultraviolet rays, and peeled off from the quartz master 15. As described above, the replica substrate 16 provided with the sub-wavelength structure 16b in a quasi-hexagonal lattice shape was manufactured.

（実施例２）
石英マスタ（原盤）１５の作製工程におけるアッシング時間およびエッチング時間を変える以外は実施例１と同様にして、複製基板１６を作製した。 (Example 2)
A duplicate substrate 16 was produced in the same manner as in Example 1 except that the ashing time and the etching time in the production process of the quartz master (master disk) 15 were changed.

ここで、上述のアッシングおよびエッチングのプロセスの詳細について説明する。まず、（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３分、（６）Ｏ2アッシング４秒、ＣＨＦ3エッチング２分、（７）Ｏ2アッシング４秒、ＣＨＦ3エッチング１分のプロセスを、プロセス（１）〜（７）の順序で順次行った。最後に、Ｏ2アッシングを１０秒行うことにより、レジストパターンを完全に除去した。 Here, the details of the above ashing and etching processes will be described. First, (1) O 2 ashing 4 seconds, CHF 3 etching 1 minute, (2) O 2 ashing 4 seconds, CHF 3 etching 2 minutes, (3) O 2 ashing 4 seconds, CHF 3 etching 3 minutes, (4) O 2 ashing 4 seconds, CHF 3 etching 4 minutes, (5) O 2 ashing 4 seconds, CHF 3 etching 3 minutes, (6) O 2 ashing 4 seconds, CHF 3 etching 2 minutes, (7) O 2 ashing 4 seconds The process of CHF 3 etching for 1 minute was sequentially performed in the order of processes (1) to (7). Finally, O 2 ashing was performed for 10 seconds to completely remove the resist pattern.

（比較例１）
電気光学変調器２２において、振幅が一定のサイン波形にレーザ光を変調すること以外は実施例２と同様にして、複製基板１６を作製した。 (Comparative Example 1)
A duplicate substrate 16 was produced in the same manner as in Example 2 except that the electro-optic modulator 22 modulated the laser light into a sine waveform with a constant amplitude.

（比較例２）
電気光学変調器２２において、振幅が一定のサイン波形にレーザ光を変調すること以外は実施例１と同様にして、複製基板１６を作製した。 (Comparative Example 2)
A duplicate substrate 16 was produced in the same manner as in Example 1 except that the electro-optic modulator 22 modulated the laser light into a sine waveform with a constant amplitude.

（形状の評価） (Evaluation of shape)

上述のようにして作製した実施例１、比較例１および比較例２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９〜図１１に示す。   The replica substrates of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 produced as described above were observed with a scanning electron microscope (SEM). The results are shown in FIGS.

図９〜図１１から以下のことが分かる。
（１）光ディスク記録装置を応用した露光装置を用いて、サブ波長構造体３を一主面に有する複製基板１６を作製することができる（図９〜図１１参照）。
（２）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ることにより、楕円錐形状のサブ波長構造体３を準六方格子状に形成できる（図９〜図１１参照）。
（３）振幅が一定のサイン波形にレーザ光１３を変調することにより、深さ分布がないサブ波長構造体３を形成することができるのに対して（図１０、図１１参照）、振幅が非周期的に±１０％程度変動するサイン波形にレーザ光１３を変調することにより、深さ分布を有するサブ波長構造体３を形成することができる（図９、円により囲んだ領域参照）。
（４）石英マスタのエッチング工程において、アッシングとエッチングとを繰り返し交互に行うと共に、エッチングの時間を徐々に長くすることにより、サブ波長構造体３の形状を、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にできる（図９〜図１１参照）。 The following can be understood from FIGS.
(1) The replica substrate 16 having the sub-wavelength structure 3 on one main surface can be produced using an exposure apparatus to which an optical disk recording apparatus is applied (see FIGS. 9 to 11).
(2) The elliptical cone-shaped sub-wavelength structure 3 can be formed in a quasi-hexagonal lattice by changing the irradiation period of the laser beam 13 on the resist layer 12 for each track (see FIGS. 9 to 11).
(3) By modulating the laser beam 13 into a sine waveform having a constant amplitude, the sub-wavelength structure 3 having no depth distribution can be formed (see FIGS. 10 and 11), whereas the amplitude is By modulating the laser beam 13 into a sine waveform that fluctuates about ± 10% aperiodically, the sub-wavelength structure 3 having a depth distribution can be formed (see FIG. 9, region surrounded by a circle).
(4) In the etching process of the quartz master, ashing and etching are alternately repeated, and the etching time is gradually increased, so that the shape of the sub-wavelength structure 3 is changed from the central portion with a gentle top slope. An elliptical cone shape with a gradually steep slope at the bottom can be formed (see FIGS. 9 to 11).

また、上述のようにして作製した実施例１〜２および比較例１〜２の複製基板について、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サブ波長構造体１６ｂの深さ（高さ）を求めた。その結果を表１に示す。
なお、サブ波長構造体１６ｂの円周方向の深さは半径方向の深さよりも小さく、また、サブ波長構造体１６ｂの円周方向以外の部分の深さが半径方向の深さとほぼ同一であったことから、サブ波長構造体１６ｂの深さを半径方向の深さで代表した。
また、平均周期Ｐは以下の式（１）により定義される。
平均周期Ｐ＝（Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ２）／３＝（３３０＋３００＋３００）／３＝３１０ ・・・（１） Moreover, about the replication board | substrate of Examples 1-2 produced as mentioned above and Comparative Examples 1-2, it observed with the atomic force microscope (AFM: Atomic Force Microscope). Then, the depth (height) of the sub-wavelength structure 16b of each replication substrate was obtained from the cross-sectional profile of the AFM. The results are shown in Table 1.
The depth in the circumferential direction of the sub-wavelength structure 16b is smaller than the depth in the radial direction, and the depth of the portion other than the circumferential direction in the sub-wavelength structure 16b is substantially the same as the depth in the radial direction. Therefore, the depth of the sub-wavelength structure 16b is represented by the depth in the radial direction.
The average period P is defined by the following formula (1).
Average period P = (P1 + P2 + P2) / 3 = (330 + 300 + 300) / 3 = 310 (1)

表１から以下のことが分かる。すなわち、エッチング時間を変えることにより、サブ波長構造体３の形状を変えられることが分かる。したがって、エッチング時間を変えることにより、所望の特性を有する光学素子１を作製できることが分かる。   Table 1 shows the following. That is, it can be seen that the shape of the sub-wavelength structure 3 can be changed by changing the etching time. Therefore, it can be seen that the optical element 1 having desired characteristics can be manufactured by changing the etching time.

（反射特性の評価）
上述のようにして作製した実施例１〜２および比較例１〜２の複製基板の反射率を測定した。なお、反射率の測定には、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。その測定結果を図１２〜図１５に示す。 (Evaluation of reflection characteristics)
The reflectances of the replicated substrates of Examples 1-2 and Comparative Examples 1-2 produced as described above were measured. In addition, the ultraviolet visible spectrophotometer (The JASCO Corporation make, brand name: V-500) was used for the measurement of a reflectance. The measurement results are shown in FIGS.

図１２〜図１５から、実施例１〜２および比較例１〜２の反射特性それぞれについて以下のことが分かる。   From FIG. 12 to FIG. 15, the following can be seen for each of the reflection characteristics of Examples 1-2 and Comparative Examples 1-2.

（ｂ）実施例１の反射特性（図１２参照）
実施例１では、反射率波長依存特性（波長３５０〜８００ｎｍ）はほとんどなく、反射率変動が０．０４％ｐｐ以下である。また、反射率は０．２％程度、最大反射率０．２２％以下であり非常に良好な無反射性能が得られた。 (B) Reflection characteristics of Example 1 (see FIG. 12)
In Example 1, there is almost no reflectance wavelength dependence characteristic (wavelength 350-800 nm), and a reflectance fluctuation | variation is 0.04% pp or less. Further, the reflectance was about 0.2% and the maximum reflectance was 0.22% or less, and a very good antireflection performance was obtained.

（ａ）実施例２の反射特性（図１３参照）
実施例２では、反射率波長依存特性（波長３５０〜８００ｎｍ）はほとんどなく、反射率変動が０．１％ｐｐ以下である。また、反射率は０．３５％程度、最大反射率０．４％以下であり良好な無反射性能が得られた。 (A) Reflection characteristics of Example 2 (see FIG. 13)
In Example 2, there is almost no reflectance wavelength dependence characteristic (wavelength 350-800 nm), and a reflectance fluctuation | variation is 0.1% pp or less. Further, the reflectivity was about 0.35%, and the maximum reflectivity was 0.4% or less, and good antireflection performance was obtained.

（ｃ）比較例１の反射特性（図１４参照）
比較例１では、反射率は波長依存性（波長３５０〜８００ｎｍ）が有り、反射率が波長の増加に伴って微少振幅のサイン波形状を示している。また、反射率は０．２〜０．７％程度である。 (C) Reflection characteristics of Comparative Example 1 (see FIG. 14)
In Comparative Example 1, the reflectance has a wavelength dependency (wavelength of 350 to 800 nm), and the reflectance shows a sine wave shape with a minute amplitude as the wavelength increases. The reflectance is about 0.2 to 0.7%.

（ｄ）比較例２の反射特性（図１５参照）
比較例１では、反射率は波長依存性（波長３５０〜８００ｎｍ）が有り、反射率が波長の増加に伴って微少振幅のサイン波形状を示している。また、平均反射率は０．２％、最大反射率０．３％、最小反射率０．１％である。 (D) Reflection characteristics of Comparative Example 2 (see FIG. 15)
In Comparative Example 1, the reflectance has a wavelength dependency (wavelength of 350 to 800 nm), and the reflectance shows a sine wave shape with a minute amplitude as the wavelength increases. The average reflectance is 0.2%, the maximum reflectance is 0.3%, and the minimum reflectance is 0.1%.

以上の点を考慮すると、サブ波長構造体１６ｂに深さ分布を持たせることで、反射率の波長依存特性を低減することができる。また、反射率の波長依存特性を低減し、かつ、より優れた反射防止特性を得るためには、アスペクト比は０．９１〜１．４１であることが好ましい。   Considering the above points, the wavelength dependence characteristic of the reflectance can be reduced by giving the sub-wavelength structure 16b a depth distribution. Further, in order to reduce the wavelength dependency characteristic of the reflectance and obtain a more excellent antireflection characteristic, the aspect ratio is preferably 0.91 to 1.41.

また、実施例１〜２の無反射性能は、現存の無反射技術により達成できるものではない。すなわち、実施例１〜２の複製基板１６は、格段に優れた無反射性能を有している。   Moreover, the antireflection performance of Examples 1 and 2 cannot be achieved by the existing antireflection technology. That is, the duplicate substrate 16 of Examples 1 and 2 has remarkably excellent antireflection performance.

実施例３では、複製基板１６を用いて成形金型１７を作製した後、この成形金型１７を用いて光学素子１を作製した。   In Example 3, after forming the molding die 17 using the replication substrate 16, the optical element 1 was manufactured using the molding die 17.

（実施例３）
［原盤の作製・複製基板の作製］
まず、原盤の作製および複製基板の作製を実施例１と同様にして行い、複製基板１６を作製した。 (Example 3)
[Manufacture of master and replica substrate]
First, the production of the master and the production of the duplicate substrate were performed in the same manner as in Example 1, and the duplicate substrate 16 was produced.

［成形金型の作製］
次に、作製した複製基板１６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（成形金型）１７を作製した。 [Production of molds]
Next, a conductive film made of a nickel film was formed on the concavo-convex pattern of the produced replica substrate 16 by electroless plating. Then, the duplicate substrate on which the conductive film layer was formed was placed in an electroforming apparatus, and a nickel plating layer having a thickness of about 300 ± 5 μm was formed on the conductive film by electroplating. Subsequently, after peeling the nickel plating layer from the replica substrate using a cutter or the like, the transferred concavo-convex structure surface was washed with acetone to produce a Ni metal master (molding die) 17 having a concave quasi-hexagonal lattice pattern. .

［光学素子の作製］
次に、作製したＮｉ金属マスタ１７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基板１Ｗを得た。その後、このディスク状基板１Ｗを所定サイズに切り出して、光学素子１を作製した。 [Production of optical elements]
Next, an injection-molded substrate of polycarbonate resin was produced using the produced Ni metal master 17, and a disk-like substrate 1W having a convex quasi-hexagonal lattice pattern on the surface was obtained. Thereafter, the disk-shaped substrate 1W was cut out to a predetermined size to produce the optical element 1.

（光学素子の評価）
上述のようにして作製した光学素子１を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：scanning electron microscope）により観察を行った。その結果、実施例１と同様の形状および配置を有するサブ波長構造体３が基体２の表面に形成されていることが分かった。 (Evaluation of optical elements)
The optical element 1 produced as described above was observed with a scanning electron microscope (SEM). As a result, it was found that the sub-wavelength structure 3 having the same shape and arrangement as in Example 1 was formed on the surface of the substrate 2.

また、上述のようにして作製した光学素子１の反射特性を実施例１と同様にして評価した。その結果、実施例３では、実施例１と同様の反射特性が得られることが分かった。   Further, the reflection characteristics of the optical element 1 produced as described above were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, it was found that the same reflection characteristics as in Example 1 were obtained in Example 3.

参考例１〜９では、ＲＣＷＡ（Rigorous Coupled Wave Analysis）シミュレーションによりサブ波長構造体３の深さ分布について検討を行った。   In Reference Examples 1 to 9, the depth distribution of the sub-wavelength structure 3 was examined by RCWA (Rigorous Coupled Wave Analysis) simulation.

（参考例１）
釣鐘型の楕円錐形状を有し、かつ、深さ分布のないサブ波長構造体３が設けられた光学素子について、ＲＣＷＡシミュレーションを行った。その結果を図１６に示す。なお、円周方向の配置ピッチＰ１を３２５ｎｍ、円周方向に対して約６０°方向（約−６０°方向）の配置ピッチＰ２を３００ｎｍ、アスペクト比を０．９とした。 (Reference Example 1)
RCWA simulation was performed on the optical element having the bell-shaped elliptical cone shape and provided with the sub-wavelength structure 3 having no depth distribution. The result is shown in FIG. The arrangement pitch P1 in the circumferential direction was 325 nm, the arrangement pitch P2 in the direction of about 60 ° (about −60 ° direction) with respect to the circumferential direction was 300 nm, and the aspect ratio was 0.9.

（参考例２〜６）
アスペクト比を１．０、１．１、１．２、１．３、１．４に変えること以外は参考例１と同様にして、ＲＣＷＡシミュレーションを行った。その結果を図１６に示す。 (Reference Examples 2-6)
An RCWA simulation was performed in the same manner as in Reference Example 1 except that the aspect ratio was changed to 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, and 1.4. The result is shown in FIG.

（参考例７）
釣鐘型の楕円錐形状を有し、かつ、深さ分布を有するサブ波長構造体３が設けられた光学素子について、ＲＣＷＡシミュレーションを行った。なお、円周方向の配置ピッチＰ１を３２５ｎｍ、円周方向に対して約６０°方向（約−６０°方向）の配置ピッチＰ２を３００ｎｍ、深さ分布を２値化するため、アスペクト比を０．９と１．３の２値化とした。その結果を図１７に示す。 (Reference Example 7)
An RCWA simulation was performed on the optical element having the sub-wavelength structure 3 having a bell-shaped elliptical cone shape and having a depth distribution. Note that the arrangement pitch P1 in the circumferential direction is 325 nm, the arrangement pitch P2 in the direction of about 60 ° (about −60 ° direction) with respect to the circumferential direction is 300 nm, and the depth distribution is binarized. .9 and 1.3 were binarized. The result is shown in FIG.

（参考例８）
サブ波長構造体３の深さを多値化するため、アスペクト比を０．８、０．９、１．０、１．１、１．２、１．３、１．４とすること以外は参考例７と同様にして、ＲＣＷＡシミュレーションを行った。その結果を図１７に示す。 (Reference Example 8)
Other than changing the aspect ratio to 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 in order to multi-value the depth of the sub-wavelength structure 3 An RCWA simulation was performed in the same manner as in Reference Example 7. The result is shown in FIG.

（参考例９）
サブ波長構造体３の深さを選択的多値化するため、アスペクト比を０．８、０．９、１．０、１．１、１．３、１．４とすること以外は参考例７と同様にして、ＲＣＷＡシミュレーションを行った。その結果を図１７に示す。 (Reference Example 9)
Reference example except that the aspect ratio is 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.3, 1.4 in order to selectively multi-value the depth of the sub-wavelength structure 3 RCWA simulation was performed in the same manner as in FIG. The result is shown in FIG.

図１６〜図１７から以下のことが分かる。
（ａ）参考例１では、図１６に示すように、長波長領域において反射率が増加しない。また、釣鐘型楕円錐状のサブ波長構造体３の深さにより、反射率の波長依存特性つまり微小振幅のサイン波の波長依存特性は異なる。
（ｂ）参考例２では、図１７に示すように、長波長領域において反射率の増加がなく、かつ、反射率の波長依存特性をなくすことができる。 The following can be understood from FIGS.
(A) In Reference Example 1, as shown in FIG. 16, the reflectance does not increase in the long wavelength region. Further, the wavelength dependence characteristic of the reflectance, that is, the wavelength dependence characteristic of a sine wave with a minute amplitude differs depending on the depth of the bell-shaped elliptical cone-shaped subwavelength structure 3.
(B) In Reference Example 2, as shown in FIG. 17, the reflectance does not increase in the long wavelength region, and the wavelength dependence characteristic of the reflectance can be eliminated.

以上の点を考慮すると、光学素子１のＲＣＷＡシミュレーション結果と、実際に作製した光学素子１または複製基板１６の測定結果とは、ほぼ同様の傾向を示す。   Considering the above points, the RCWA simulation result of the optical element 1 and the measurement result of the actually produced optical element 1 or the replica substrate 16 show almost the same tendency.

以上、本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。   Although the embodiments and examples of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible. It is.

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。   For example, the numerical values given in the above-described embodiments and examples are merely examples, and different numerical values may be used as necessary.

また、上述の実施形態および実施例では、基板をエッチング処理して原盤を形成する場合について説明したが、レジスト層のパターンが形成された基板をそのまま原盤として用いることも可能である。   In the above-described embodiment and examples, the case where the master is formed by etching the substrate has been described. However, the substrate on which the resist layer pattern is formed can be used as it is as the master.

また、上述の実施形態および実施例では、構造体が凸形状の場合について説明したが、構造体を凹形状としてもよい。この場合にも上述の実施形態および実施例と同様の効果を得ることができる。   Further, in the above-described embodiments and examples, the case where the structure is convex has been described, but the structure may be concave. Also in this case, the same effects as those of the above-described embodiment and examples can be obtained.

また、上述の実施形態および実施例において、各構造体の深さ分布の形成が、基体表面に、少なくとも２種以上の値で選択的に、もしくは連続的に、もしくは区分的に連続に変化してなされ、それぞれ深さの存在確率に重み付けがされて形成しているようにしてもよい。   Further, in the above-described embodiments and examples, the formation of the depth distribution of each structural body changes selectively, continuously, or continuously in sections at least two or more values on the substrate surface. Each of them may be formed by weighting the existence probability of each depth.

１ 光学素子
１Ｗ ディスク状基板
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 現像液
１５ 原盤
１５ａ，１７ａ 凹部
１６ 複製基板
１６ａ 透明基板
１７ 成形金型
２１ レーザ
２２ ＥＯＭ
２３，３１，３４ ミラー
２４ ＰＤ
２５ 変調光学系
２６ 集光レンズ
２７ ＡＯＭ
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 ＢＥＸ
３５ 対物レンズ
３６ スピンドルモータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical element 1W Disk-shaped board | substrate 2 Base | substrate 3,16b Structure 11 Board | substrate 12 Resist layer 12a Latent image 13 Laser beam 14 Developer 15 Master 15a, 17a Recessed part 16 Duplicated board 16a Transparent substrate 17 Mold 21 Laser 22 EOM
23, 31, 34 Mirror 24 PD
25 Modulating optical system 26 Condensing lens 27 AOM
28 Collimator Lens 29 Formatter 30 Driver 32 Moving Optical Table System 33 BEX
35 Objective lens 36 Spindle motor

Claims (5)

凸部または凹部からなる構造体が可視光の波長以下の微細ピッチで原盤表面に多数設けられている、反射防止機能を有する光学素子の作製用原盤であって、
上記構造体は、上記原盤表面において複数列の円弧状トラックをなすように設けられ、
上記構造体は、深さ分布を有すると共に、長軸と短軸をもつ底面を有する錐体構造であり、上記トラックの円周方向に長軸方向を有することを特徴とする光学素子の作製用原盤。 A master for producing an optical element having an antireflection function, in which a large number of structures consisting of convex portions or concave portions are provided on the surface of the master with a fine pitch below the wavelength of visible light,
The structure is provided so as to form a plurality of arc-shaped tracks on the master surface.
The structure is a cone structure having a depth distribution and a bottom surface having a major axis and a minor axis, and has a major axis direction in the circumferential direction of the track. Master. 凸部または凹部からなる構造体が可視光の波長以下の微細ピッチで原盤表面に多数設けられている、反射防止機能を有する光学素子の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原盤を回転させるとともに、レーザ光を上記原盤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、可視光の波長よりも短いピッチで潜像を形成する第１の工程と、
上記レジスト層を現像して、深さ分布を有するレジストパターンを上記原盤の表面に形成する第２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上記原盤に施すことで、上記原盤の表面に凹凸構造を形成する第３の工程と、
を有し、
上記潜像は、上記原盤表面において複数列の円弧状トラックをなすように設けられ、
上記潜像は、長軸と短軸を有し、上記トラックの円周方向に長軸方向を有することを特徴とする光学素子の作製用原盤の製造方法。 A manufacturing method of a master for producing an optical element having an antireflection function, wherein a large number of structures consisting of convex portions or concave portions are provided on the surface of the master with a fine pitch below the wavelength of visible light,
While rotating the master with the resist layer formed on the surface and relatively moving the laser beam in the rotational radius direction of the master, the resist layer is intermittently irradiated with the laser beam, which is shorter than the wavelength of visible light. A first step of forming a latent image at a pitch;
Developing the resist layer to form a resist pattern having a depth distribution on the surface of the master;
A third step of forming an uneven structure on the surface of the master by performing an etching process on the master with the resist pattern as a mask;
Have
The latent image is provided so as to form a plurality of arc-shaped tracks on the master surface.
The latent image has a major axis and a minor axis, and has a major axis direction in the circumferential direction of the track. 上記第１の工程では、隣接するトラック間において準六方格子パターンを構成するように上記潜像を形成することを特徴とする請求項２記載の光学素子の作製用原盤の製造方法。 3. The method of manufacturing a master for manufacturing an optical element according to claim 2, wherein in the first step, the latent image is formed so as to form a quasi-hexagonal lattice pattern between adjacent tracks. 上記第３の工程では、上記レジストパターンをマスクとするエッチング処理と上記レジストパターンに対するアッシング処理とを繰り返し行うと共に、エッチング処理時間を徐々に長くすることを特徴とする請求項２記載の光学素子の作製用原盤の製造方法。 3. The optical element according to claim 2, wherein in the third step, an etching process using the resist pattern as a mask and an ashing process on the resist pattern are repeatedly performed, and the etching process time is gradually increased. Manufacturing method of master for production. 凸部または凹部からなる構造体が可視光の波長以下の微細ピッチで基板表面に多数設けられている、反射防止機能を有する光学素子の製造方法であって、
表面にレジスト層が形成された原盤を回転させるとともに、レーザ光を上記原盤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、可視光波長よりも短いピッチで潜像を形成する第１の工程と、
上記レジスト層を現像して、深さ分布を有するレジストパターンを上記原盤の表面に形成する第２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上記原盤に施すことで、上記原盤の表面に凹凸構造を形成する第３の工程と、
上記原盤、または上記原盤から複製された成形金型を用いて、上記光学素子を成形する第４の工程と、
を有し、
上記潜像は、上記原盤表面において複数列の円弧状トラックをなすように設けられ、
上記潜像は、長軸と短軸を有し、上記トラックの円周方向に長軸方向を有することを特徴とする光学素子の製造方法。 A method for producing an optical element having an antireflection function, wherein a large number of structures consisting of convex portions or concave portions are provided on the substrate surface with a fine pitch equal to or less than the wavelength of visible light,
While rotating the master on which the resist layer is formed on the surface and relatively moving the laser light in the rotational radius direction of the master, the resist layer is intermittently irradiated with the laser light, and the pitch is shorter than the visible light wavelength. A first step of forming a latent image with:
Developing the resist layer to form a resist pattern having a depth distribution on the surface of the master;
A third step of forming an uneven structure on the surface of the master by performing an etching process on the master with the resist pattern as a mask;
A fourth step of molding the optical element using the master or a molding die replicated from the master;
Have
The latent image is provided so as to form a plurality of arc-shaped tracks on the master surface.
The method of manufacturing an optical element, wherein the latent image has a major axis and a minor axis, and has a major axis direction in a circumferential direction of the track.
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