JP5586280B2 - 光学素子成形型の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、光学素子成形型の製造方法に関する。
近年、不要光の反射を抑制し、入射光の利用効率や不要光の反射による光学的ノイズを低減する等の目的で、反射防止処理が表面に施された反射防止光学素子が提案されている。
反射防止技術としては、煩雑な工程を要する反射防止膜を表面に形成する技術に代わって、例えば、光学素子の表面に入射光の波長以下のピッチの微小凹凸部からなる微細構造体を形成する技術が提案されている。
そして、このような微細構造体を有する光学素子の量産には型成形が有利である。
そして、このような微細構造体を有する光学素子の量産には型成形が有利である。
ところで、所望の曲面からなる光学素子の表面に形成される微細構造体において、個々の凹凸構造が当該曲面の法線方向に中心軸を有するように形成されている場合、当該法線方向が光軸方向（型の離型方向）に対して傾斜し、光軸方向から見たときに陰になる領域（いわゆるアンダカット部）では、成形時に成形品が成形型から離型困難になったり、微小凹部に成形材料が残存して、成形品である光学素子に形成される微細構造体の形状が損なわれる等の技術的課題がある。
この技術的課題を解決するために、特開２００８−１２６９０号公報には、曲面の傾斜する方向に延びる微細溝を多数配列したり、微細溝と微細円錐形状の形成領域を組み合わせてアンダカットを防止し、離型性を向上させようとする技術が開示されている。
しかしながら、上述の特許文献１の技術では、光学面の曲面形状の異なる光学素子毎に、個別に異なる溝の配列を設計する必要があり、成形型の設計や製造が煩雑になり、成形型および成形品である光学素子の製造コストが高くなる、という技術的課題がある。
本発明の目的は、成形型の製造コストを増大させることなく、成形時の離型性を向上させ、光学素子の品質や成形工程の生産性を向上させることが可能な技術を提供することにある。
本発明の第１の観点は、成形面に曲面を有する第１材料を準備する工程と、
前記第１の材料の前記成形面に凹形状の微細構造体を形成する工程と、
を含み、前記曲面に前記微細構造体が形成された光学素子型の製造方法であって、
前記第１材料よりも相対的にエッチングレートの高い第２材料を前記微細構造体の前記凹形状に充填する工程と、
前記成形面の光軸方向に優位な異方性を有する異方性エッチングを行う工程と、
を更に含む光学素子成形型の製造方法を提供する。
前記第１の材料の前記成形面に凹形状の微細構造体を形成する工程と、
を含み、前記曲面に前記微細構造体が形成された光学素子型の製造方法であって、
前記第１材料よりも相対的にエッチングレートの高い第２材料を前記微細構造体の前記凹形状に充填する工程と、
前記成形面の光軸方向に優位な異方性を有する異方性エッチングを行う工程と、
を更に含む光学素子成形型の製造方法を提供する。
本発明の第２の観点は、成形面に曲面を有する第１材料を準備する工程と、
前記第１の材料の前記成形面に凸形状の微細構造体を形成する工程と、
を含み、前記曲面に前記微細構造体が形成された光学素子型の製造方法であって、
前記第１材料よりも相対的にエッチングレートの高い第２材料で前記微細構造体を覆う工程と、
前記成形面の光軸方向に優位な異方性を有する異方性エッチングを行う工程と、
を更に含む光学素子成形型の製造方法を提供する。
前記第１の材料の前記成形面に凸形状の微細構造体を形成する工程と、
を含み、前記曲面に前記微細構造体が形成された光学素子型の製造方法であって、
前記第１材料よりも相対的にエッチングレートの高い第２材料で前記微細構造体を覆う工程と、
前記成形面の光軸方向に優位な異方性を有する異方性エッチングを行う工程と、
を更に含む光学素子成形型の製造方法を提供する。
本発明によれば、成形型の製造コストを増大させることなく、成形時の離型性を向上させ、光学素子の品質や成形工程の生産性を向上させることが可能な技術を提供することができる。
本実施の形態では、一態様として、曲面の法線方向に形成されている微細構造体の穴部に、微細構造体のスパッタレートより速い材料を穴内部に充填させた後、光軸方向に対し平行にイオンビームなどの直進性のあるビームを用いて異方性エッチングを行なう。これにより、微細構造体の穴部に充填された材料が光軸方向に平行にかつ選択的にエッチングされることにより、微細構造体の穴部の形成方向を曲面に対して法線方向から光軸方向に
傾けることができる。
傾けることができる。
この場合、曲面の法線方向に形成されている微細構造体の穴部にメッキや真空蒸着等の処理を行うことにより、穴部に材料を充填させる。この時の材料は微細構造体よりもエッチングレートが速いものを選択する。
次に直進性のあるイオンビームなどを用いて、光軸方向に平行に異方性エッチングする。これにより、曲面に形成されている微細構造体穴は、曲面の法線方向から光軸方向に傾くことになる。
このように、光軸方向に微細構造体が傾くことにより、型成形時に光学素子等の成形品の離型が円滑に行われるようになる。
このように、光軸方向に微細構造体が傾くことにより、型成形時に光学素子等の成形品の離型が円滑に行われるようになる。
以上のことから、曲面に微細構造体が形成された成形型において、雛型し易い微細構造体を比較的簡便な方法で形成することが可能となる。
すなわち、微細構造体の凹凸が曲面の法線方向に形成されている成形型に対し、比較的簡便な方法で形成方向を光軸方向に修正することにより、成形時の離型性を向上させることができる。
すなわち、微細構造体の凹凸が曲面の法線方向に形成されている成形型に対し、比較的簡便な方法で形成方向を光軸方向に修正することにより、成形時の離型性を向上させることができる。
この結果、離型時における光学素子等の成形品に転写される微細構造体の損傷等が減少し、成形品の品質や歩留りが向上するとともに、型作製のコスト削減も可能となり、反射防止光学素子の型成形工程における生産性が向上する。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
なお、以下の本実施の形態の説明では、各図において、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向は図示の通りとし、Ｚ方向は光軸方向とする。
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施の形態である光学素子成形型の製造方法の一例を工程順に例示した略断面図である。
図２は、本発明の一実施の形態である光学素子成形型の製造方法の一例を工程順に例示した拡大断面図である。
図１は、本発明の一実施の形態である光学素子成形型の製造方法の一例を工程順に例示した略断面図である。
図２は、本発明の一実施の形態である光学素子成形型の製造方法の一例を工程順に例示した拡大断面図である。
図３、図４は、本発明の一実施の形態である光学素子成形型の製造方法の一例における微細構造体部分の拡大断面図である。
図５は、本発明の一実施の形態である光学素子成形型の製造方法で製作された成形型を用いた成形動作の一例を示す拡大断面図である。
図５は、本発明の一実施の形態である光学素子成形型の製造方法で製作された成形型を用いた成形動作の一例を示す拡大断面図である。
図６は、本発明の一実施の形態である光学素子成形型の製造方法で製作された成形型を用いて成形された成形品である光学素子の一例を示す略断面である。
図１等に例示されるように、本実施の形態１の光学素子成形型の製造方法では、まず、所望の成形面１２を有する型基材１１（第１材料）を準備する（加工工程Ｓ１１）。本実施の形態１の場合、一例として、成形面１２は、図１中のＺ方向に平行な光軸１２ａを有し、光軸１２ａに関して回転対称な凸面である。
次に、この型基材１１の成形面１２に、当該成形面１２の表面に開口するように、複数の凹形微細構造体１３（凹形状の微細構造体）を形成する（加工工程Ｓ１２）。
この場合、一例として、複数の凹形微細構造体１３は、たとえば、等方性の湿式エッチング等の方法で成形面１２に形成される。
この場合、一例として、複数の凹形微細構造体１３は、たとえば、等方性の湿式エッチング等の方法で成形面１２に形成される。
従って、図２の拡大図の加工工程Ｓ１２に例示されるように、成形面１２における個々の凹形微細構造体１３の形成位置における法線１２ｂに対して、個々の凹形微細構造体１３の中心軸１３ａが平行になるように（ほぼ一致するように）当該凹形微細構造体１３が形成される。
本実施の形態１では、成形面１２は、光軸１２ａに関して回転対称な凸面を呈するため、凹形微細構造体１３の中心軸１３ａは、光軸１２ａから離れた位置になるに従って、光軸１２ａから遠ざかる方向に傾斜角度が漸増する。このため、光軸１２ａに対する中心軸１３ａの傾斜角度が大きい凹形微細構造体１３では、光軸１２ａに平行な方向から見た場合に、陰とならずに見える非アンダカット面部１３ｄと、陰となって見えないアンダカット面部１３ｂが存在する。
また、個々の凹形微細構造体１３のサイズは、開口部の口径および深さの各々が、たとえば、可視光線の波長以下のナノメートルのオーダである。
次に、凹形微細構造体１３が形成され成形面１２の全面に、たとえば、メッキや蒸着等の方法で所望の厚さに充填材料１４（第２材料）を被着させ、個々の凹形微細構造体１３の内部に充填材料１４を充填する（加工工程Ｓ１３）。
本実施の形態１の場合、この充填材料１４は、下地の成形面１２、すなわち型基材１１よりも、後述の異方性エッチング１００に対するエッチングレートの大きい材質を選択する。
すなわち、型基材１１（成形面１２）のエッチングレートをＲ１１、充填材料１４のエッチングレートをＲ１４とすると、Ｒ１１＜Ｒ１４の関係となるようにする。
すなわち、型基材１１（成形面１２）のエッチングレートをＲ１１、充填材料１４のエッチングレートをＲ１４とすると、Ｒ１１＜Ｒ１４の関係となるようにする。
具体的には一例として、型基材１１として石英、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を用い、、充填材料１４としてアルミニウム（Ａｌ）またはチタン（Ｔｉ）を選択することができる。
次に、充填材料１４が被着された型基材１１に対して、異方性エッチング１００を実施し（加工工程Ｓ１４）、成形面１２および非アンダカット面部１３ｄの全面が露出した時点で異方性エッチング１００を終了し（加工工程Ｓ１５）、凹形微細構造体１３の内部にアンダカット面部１３ｂの大小に応じた残存充填材料１４ａが被着した構成の凹形微細構造体１５を備えた成形型１０が得られる。
すなわち、本実施の形態１の場合、この異方性エッチング１００は、型基材１１の成形面１２における光軸１２ａに平行な方向にエッチングが優位に進行する異方性エッチング１００である。
これにより、光軸１２ａに対して中心軸１３ａ（法線１２ｂ）が傾斜した位置に存在する凹形微細構造体１３、すなわち、アンダカット面部１３ｂが存在する凹形微細構造体１３では、当該アンダカット面部１３ｂによって異方性エッチング１００に対する陰が生じ、異方性エッチング１００の完了時点で、図２の加工工程Ｓ１５に例示されるように、当該アンダカット面部１３ｂの部分にエッチング残りである残存充填材料１４ａが存在する。
すなわち、本実施の形態１の場合には、アンダカット面部１３ｂを有する全ての凹形微細構造体１３において、当該アンダカット面部１３ｂの光軸１２ａに対する傾斜角度の大小に応じた大きさの残存充填材料１４ａがアンダカット面部１３ｂに付着して存在する。
換言すれば、成形面１２の任意の位置に配置された凹形微細構造体１３では、異方性エ
ッチング１００により、自動的にアンダカット面部１３ｂが消失するように残存充填材料１４ａが被着した形状の凹形微細構造体１５形成される。
ッチング１００により、自動的にアンダカット面部１３ｂが消失するように残存充填材料１４ａが被着した形状の凹形微細構造体１５形成される。
この凹形微細構造体１５における残存充填材料１４ａの表面は、異方性エッチング１００のエッチング方向、すなわち光軸１２ａの方向に平行な離型方向平行面１３ｃとなる。
従って、異方性エッチング１００が完了した時点での成形型１０には、成形面１２の個々の凹形微細構造体１３において、残存充填材料１４ａによりアンダカット面部１３ｂは存在せず、離型方向平行面１３ｃおよび非アンダカット面部１３ｄからなる凹形微細構造体１５が存在するのみとなる。
なお、成形型１０の成形面１２における凹形微細構造体１５（凹形微細構造体１３）の配置態様としては、図３に例示されるように、個々の凹形微細構造体１３の開口部が接しないように離散的に配置してもよい。
あるいは図４に例示されるように、成形面１２において、複数の凹形微細構造体１５（凹形微細構造体１３）の開口部が互いに接するように密に配置してもよい。
また、特に図示しないが、必要に応じて、成形面１２および凹形微細構造体１５を覆うように薄い保護膜を形成してもよい。この保護膜は、たとえば、金属メッキ等の方法で形成することができる。
このようにして得られた凹形微細構造体１５を具備した成形型１０を用いた型成形により、図５に例示されるように、反射防止光学素子３０の成形を行う。
すなわち、樹脂やガラス等の可塑性の成形素材を成形型１０に充填することにより、成形型１０の成形面１２が光学機能面３２として転写され、かつ、成形面１２の凹形微細構造体１５が凸形微細構造体３１（凸形状を含む微細構造体）として転写された、図６に例示される反射防止光学素子３０を得る。
本実施の形態１の成形型１０の場合、この型成形では、上述の図５のように、光軸１２ａの方向に離型を行う。
この場合、上述のように個々の凹形微細構造体１５では、離型方向平行面１３ｃと非アンダカット面部１３ｄしか存在せず、アンダカット面部１３ｂは存在しない。
この場合、上述のように個々の凹形微細構造体１５では、離型方向平行面１３ｃと非アンダカット面部１３ｄしか存在せず、アンダカット面部１３ｂは存在しない。
すなわち、光軸１２ａに平行な離型方向から見たときに、個々の凹形微細構造体１５の内部では見えない部分、すなわち陰になる部部が存在しない。
このため、離型時に、凹形微細構造体１５の内部に充填された成形素材によって反射防止光学素子３０に形成される凸形微細構造体３１では、離型方向平行面１３ｃが転写された光軸平行面３１ａ（光軸方向３２ａに平行）と非アンダカット面部１３ｄが転写された光軸傾斜面３１ｂで構成され、アンダカット面部１３ｂと噛み合って離型困難となる現象であるアンダカットは発生しない。
この結果、成形型１０に対する反射防止光学素子３０の離型動作が円滑に行われ、成形される反射防止光学素子３０の凸形微細構造体３１が離型時に損傷を受けることがなく、成形型１０の離型性が向上する。
また、凹形微細構造体１３に残存充填材料１４ａが存在することによってアンダカットを防止する形状の凹形微細構造体１５は、凹形微細構造体１３に充填された充填材料１４
に対する異方性エッチング１００によって自動的に最適な形状に形成される。
に対する異方性エッチング１００によって自動的に最適な形状に形成される。
このため、従来のように、成形面１２における凹形微細構造体１３の配置において、アンダカット面部１３ｂを生じないように離型方向に凹形微細構造体１３の開口方向（中心軸１３ａの方向）を揃えたり、アンダカット面部１３ｂを生じないように凹形微細構造体１３の配置位置や傾斜角度を制限する等の煩雑な配慮は全く不要であり、成形面１２における凹形微細構造体１３（凹形微細構造体１５）の配置位置や形状設計等に制約を受けない利点がある。また、離型性向上のために成形型１０に複雑な分割構造等を採用する必要もない。
従って、成形型１０における成形面１２の形状等に応じて成形型１０の構造を変更する等の煩雑な工程は不要であり、成形型の製造コストを増大させることなく、成形型１０を用いた成形時の離型性を向上させ、反射防止光学素子３０等の光学素子の品質や、成形工程の生産性を向上させることができる。
（実施の形態２）
図７は、本発明の他の実施の形態である光学素子成形型の製造方法の一例を工程順に例示した略断面図である。
図８は、本発明の他の実施の形態である光学素子成形型の製造方法の一例を工程順に例示した拡大断面図である。
図７は、本発明の他の実施の形態である光学素子成形型の製造方法の一例を工程順に例示した略断面図である。
図８は、本発明の他の実施の形態である光学素子成形型の製造方法の一例を工程順に例示した拡大断面図である。
図９、図１０は、本発明の他の実施の形態である光学素子成形型の製造方法の一例における微細構造体部分の拡大断面図である。
図１１は、本発明の他の実施の形態である光学素子成形型の製造方法で製作された成形型を用いた成形動作の一例を示す拡大断面図である。
図１１は、本発明の他の実施の形態である光学素子成形型の製造方法で製作された成形型を用いた成形動作の一例を示す拡大断面図である。
図１２は、本発明の他の実施の形態である光学素子成形型の製造方法で製作された成形型を用いて成形された成形品である光学素子の一例を示す略断面である。
この実施の形態２の光学素子成形型の製造方法では、まず、所望の成形面２２を有する型基材２１（第１材料）を準備する（加工工程Ｓ２１）。本実施の形態２の場合、一例として、成形面２２は、図７中のＺ方向に平行な光軸２２ａを有し、光軸２２ａに関して回転対称な凸面である。
次に、この型基材２１の成形面２２に、当該成形面２２の表面から突出するように、複数の凸形微細構造体２３（凸形状の微細構造体）を形成する（加工工程Ｓ２２）。
この場合、一例として、複数の凸形微細構造体２３は、たとえば、等方性の湿式エッチング等の方法で成形面２２に形成される。
この場合、一例として、複数の凸形微細構造体２３は、たとえば、等方性の湿式エッチング等の方法で成形面２２に形成される。
従って、図８の拡大図の加工工程Ｓ２２に例示されるように、成形面２２における個々の凸形微細構造体２３の形成位置における法線２２ｂに対して、個々の凸形微細構造体２３の中心軸２３ａが平行になるように（ほぼ一致するように）当該凸形微細構造体２３が形成される。
本実施の形態２では、成形面２２は、光軸２２ａに関して回転対称な凸面を呈するため、凸形微細構造体２３の中心軸２３ａは、光軸２２ａから離れた位置になるに従って、光軸２２ａから遠ざかる方向に傾斜角度が漸増する。このため、光軸２２ａに対する中心軸２３ａの傾斜角度が大きい凸形微細構造体２３では、光軸２２ａに平行な方向から見た場合に、陰とならずに見える非アンダカット面部２３ｄと、陰となって見えないアンダカット面部２３ｂが存在する。
また、個々の凸形微細構造体２３のサイズは、基端部の口径および高さの各々が、たとえば、可視光線の波長以下のナノメートルのオーダである。
次に、凸形微細構造体２３が形成され成形面２２の全面に、たとえば、メッキや蒸着等の方法で所望の厚さに充填材料２４（第２材料）を被着させ、凸形微細構造体２３が埋没する厚さに、凸形微細構造体２３の周囲に充填材料２４を充填する（加工工程Ｓ２３）。
本実施の形態２の場合、この充填材料２４は、下地の成形面２２、すなわち型基材２１よりも、後述の異方性エッチング１００に対するエッチングレートの大きい材質を選択する。
すなわち、型基材２１のエッチングレートをＲ２１、充填材料２４のエッチングレートをＲ２４とすると、Ｒ２１＜Ｒ２４の関係となるようにする。
すなわち、型基材２１のエッチングレートをＲ２１、充填材料２４のエッチングレートをＲ２４とすると、Ｒ２１＜Ｒ２４の関係となるようにする。
具体的には一例として、型基材２１として石英、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を用い、充填材料２４としてアルミニウム（Ａｌ）またはチタン（Ｔｉ）を選択することができる。
次に、充填材料２４が被着された型基材２１に対して、異方性エッチング１００を実施し（加工工程Ｓ２４）、成形面２２および非アンダカット面部２３ｄの全面が露出した時点で異方性エッチング１００を終了し（加工工程Ｓ２５）、凸形微細構造体２３の周囲にアンダカット面部２３ｂの大小に応じた残存充填材料２４ａが付着して残存した構成の凸形微細構造体２５を備えた成形型２０が得られる。
すなわち、本実施の形態２の場合、この異方性エッチング１００は、型基材２１の成形面２２における光軸２２ａに平行な方向にエッチングが優位に進行する異方性エッチング１００である。
これにより、光軸２２ａに対して中心軸２３ａ（法線２２ｂ）が傾斜した位置に存在する凸形微細構造体２３、すなわち、アンダカット面部２３ｂが存在する凸形微細構造体２３では、当該アンダカット面部２３ｂによって異方性エッチング１００に対する陰が生じ、異方性エッチング１００の完了時点で、図８の加工工程Ｓ２５に例示されるように、当該アンダカット面部２３ｂの部分にエッチング残りである残存充填材料２４ａが存在する。
すなわち、本実施の形態２の場合には、アンダカット面部２３ｂを有する全ての凸形微細構造体２３において、当該アンダカット面部２３ｂの光軸２２ａに対する傾斜角度の大小に応じた大きさの残存充填材料２４ａがアンダカット面部２３ｂに付着して存在する。
換言すれば、成形面２２の任意の位置に配置された凸形微細構造体２３では、異方性エッチング１００により、自動的にアンダカット面部２３ｂが消失するように残存充填材料２４ａが被着した形状の凸形微細構造体２５形成される。
この凸形微細構造体２５における残存充填材料２４ａの表面は、異方性エッチング１００のエッチング方向、すなわち光軸２２ａの方向に平行な離型方向平行面２３ｃとなる。
従って、異方性エッチング１００が完了した時点での成形型２０には、成形面２２の個々の凸形微細構造体２３において、残存充填材料２４ａによりアンダカット面部２３ｂは存在せず、離型方向平行面２３ｃおよび非アンダカット面部２３ｄからなる凸形微細構造体２５が存在するのみとなる。
なお、成形型２０の成形面２２における凸形微細構造体２５（凸形微細構造体２３）の配置態様としては、図９に例示されるように、個々の凸形微細構造体２３の基端部が接しないように離散的に配置してもよい。
あるいは図１０に例示されるように、成形面２２において、複数の凸形微細構造体２５（凸形微細構造体２３）の基端部が互いに接するように密に配置してもよい。
この図１０のように、隣り合う凸形微細構造体２３の基端部が接する場合には、残存充填材料２４ａは、凸形微細構造体２３のアンダカット面部２３ｂと、隣の凸形微細構造体２３の非アンダカット面部２３ｄとに支持されて存在する。
なお、上述の実施の形態１の場合と同様に、成形型２０の成形面２２および凸形微細構造体２５を覆うように保護膜を形成してもよい。
このようにして得られた凸形微細構造体２５を具備した成形型２０を用いた型成形により、図１１に例示されるように反射防止光学素子４０の成形を行う。
このようにして得られた凸形微細構造体２５を具備した成形型２０を用いた型成形により、図１１に例示されるように反射防止光学素子４０の成形を行う。
すなわち、樹脂やガラス等の可塑性の成形素材を成形型２０に充填することにより、成形型２０の成形面２２が光学機能面４２として転写され、かつ、成形面２２の凸形微細構造体２５が凹形微細構造体４１（凹形状を含む微細構造体）として転写された、図１２に例示される反射防止光学素子４０を得る。
本実施の形態２の成形型２０の場合、この型成形では、上述の図１１のように、光軸２２ａの方向に離型を行う。
この場合、上述のように個々の凸形微細構造体２５では、離型方向平行面２３ｃと非アンダカット面部２３ｄしか存在せず、アンダカット面部２３ｂは存在しない。
この場合、上述のように個々の凸形微細構造体２５では、離型方向平行面２３ｃと非アンダカット面部２３ｄしか存在せず、アンダカット面部２３ｂは存在しない。
すなわち、光軸２２ａに平行な離型方向から見たときに、個々の凸形微細構造体２５の周囲では見えない陰になる部分が存在しない。
このため、離型時に、凸形微細構造体２５の周囲に充填された成形素材によって反射防止光学素子４０に形成される凹形微細構造体４１では、離型方向平行面２３ｃが転写された光軸平行面４１ａ（光軸方向４２ａに平行）と非アンダカット面部２３ｄが転写された光軸傾斜面４１ｂで構成され、凸形微細構造体２５が対応する凹形微細構造体４１と噛み合って離型困難となる現象であるアンダカットは発生しない。
この結果、成形型２０に対する反射防止光学素子４０の離型動作が円滑に行われ、成形される反射防止光学素子４０の凹形微細構造体４１が離型時に損傷を受けることがなく、成形型２０の離型性が向上する。
すなわち、反射防止光学素子４０の凹形微細構造体４１が損傷されないので所望の反射防止効果を確実に実現できる。
すなわち、反射防止光学素子４０の凹形微細構造体４１が損傷されないので所望の反射防止効果を確実に実現できる。
さらに、本実施の形態２では、成形面２２の表面上に突設された凸形微細構造体２５が離型時に折れて損傷を受けることも回避され、成形型２０の寿命が伸び、低コスト化を実現できる。
また、凸形微細構造体２３の周囲のアンダカット面部２３ｂに残存充填材料２４ａが存在することによってアンダカットを防止する形状の凸形微細構造体２５は、凸形微細構造体２３の周囲に充填された充填材料２４に対する異方性エッチング１００によって自動的に最適な形状に形成される。
このため、従来のように、成形面２２における凸形微細構造体２３の配置において、アンダカット面部２３ｂを生じないように離型方向に先端部（中心軸２３ａ）の方向を揃えたり、アンダカット面部２３ｂを生じないように凸形微細構造体２３の配置位置や傾斜角度を制限する等の煩雑な配慮は全く不要であり、成形面２２における凸形微細構造体２３（凸形微細構造体２５）の配置位置や形状設計等に制約を受けない利点がある。また、離型性向上のために成形型２０に複雑な分割構造等を採用する必要もない。
従って、成形型２０における成形面２２の形状等に応じて成形型２０の構造を変更する等の煩雑な工程は不要であり、成形型の製造コストを増大させることなく、成形型２０を用いた成形時の離型性を向上させ、反射防止光学素子４０等の光学素子の品質や、成形工程の生産性を向上させることができる。
図１３は、上述した、本発明の各実施の形態の光学素子成形型の製造方法のフローチャートである。
すなわち、上述の各実施の形態では、まず、成形型１０（成形型２０）の成形面１２（成形面２２）の形状を決定して、当該成形面１２を有する型基材１１を製作する（ステップ３０１）（加工工程Ｓ１１）（加工工程Ｓ２１）。
すなわち、上述の各実施の形態では、まず、成形型１０（成形型２０）の成形面１２（成形面２２）の形状を決定して、当該成形面１２を有する型基材１１を製作する（ステップ３０１）（加工工程Ｓ１１）（加工工程Ｓ２１）。
次に、凹形微細構造体１３（凸形微細構造体２３）の形状を決定し（ステップ３０２）、成形面１２（成形面２２）に形成する（ステップ３０３）（加工工程Ｓ１２）（加工工程Ｓ２２）。
次に、凹形微細構造体１３（凸形微細構造体２３）を充填材料１４（充填材料２４）で覆う（ステップ３０４）（加工工程Ｓ１３）（加工工程Ｓ２３）。
次に、凹形微細構造体１３（凸形微細構造体２３）を充填材料１４（充填材料２４）で覆う（ステップ３０４）（加工工程Ｓ１３）（加工工程Ｓ２３）。
次に、成形面１２（成形面２２）の光軸１２ａ（光軸２２ａ）の方向に優位な異方性を有する異方性エッチング１００を充填材料１４（充填材料２４）に対して実施し、アンダカットのない、最終的な凹形微細構造体１５（凸形微細構造体２５）を成形面１２（成形面２２）に形成する（ステップ３０５）（加工工程Ｓ１４）（加工工程Ｓ２４）。
図１４は、本発明の上述の各実施の形態の光学素子成形型の製造方法で用いられる異方性エッチングを実現するドライエッチング装置の構成例を示す概念図である。
本実施の形態のドライエッチング装置２００は、チャンバ２１０の内部に平行に対向する下部平面カソード電極２２０および上部平面アノード電極２３０と、これらの間に高周波電力を印加する高周波電源２４０を備えている。
下部平面カソード電極２２０の側には、ブロッキングコンデンサ２４１を介して高周波電源２４０が接続され、後述のプラズマ形成時に、下部平面カソード電極２２０の側がマイナス電位に帯電するように構成されている。
チャンバ２１０には、ガス供給口２１１が設けられ、異方性エッチング１００を実現するための所望のエッチングガス１０１が供給される。
また、チャンバ２１０は、図示しない真空排気系に接続されており、内部を所望の真空度に排気することが可能になっている。
また、チャンバ２１０は、図示しない真空排気系に接続されており、内部を所望の真空度に排気することが可能になっている。
以下、本実施の形態のドライエッチング装置２００を用いて成形型１０の異方性エッチングを行う場合を説明する。
まず、チャンバ２１０の内部に、充填材料１４で覆われた型基材１１を、充填材料１４を上部平面アノード電極２３０に向けて、下部平面カソード電極２２０の上に載置する。
まず、チャンバ２１０の内部に、充填材料１４で覆われた型基材１１を、充填材料１４を上部平面アノード電極２３０に向けて、下部平面カソード電極２２０の上に載置する。
このとき、型基材１１に形成されている成形面１２の光軸１２ａは、下部平面カソード電極２２０と上部平面アノード電極２３０の対向方向に平行になるように配置される。
次に、チャンバ２１０を所望の真空度に排気しつつ、ガス供給口２１１からエッチングガス１０１を供給するとともに、高周波電源２４０から下部平面カソード電極２２０と上部平面アノード電極２３０の間に高周波電力を印加することで、エッチングガス１０１を、反応性の陽イオンを含むプラズマ化する。
このとき、ブロッキングコンデンサ２４１により、下部平面カソード電極２２０の側がマイナスに帯電するので、プラズマ中のエッチングガス１０１の陽イオンは、下部平面カソード電極２２０と上部平面アノード電極２３０の対向方向（すなわち、光軸１２ａの方向）に平行に加速されて充填材料１４に入射し、この反応性の陽イオンの衝突により、充填材料１４では、光軸１２ａに平行な方向に化学的および物理的に浸食される異方性エッチング１００が行われる。
これにより、凹形微細構造体１３の内部には、陽イオンの照射の陰になる部位に上述の残存充填材料１４ａが形成され、エッチング完了時には、アンダカットが解消された形状の凹形微細構造体１５が得られる。
上述の成形型２０の場合も同様であり、光軸２２ａに平行な陽イオンの照射方向に対して、成形面２２の表面に突出した凸形微細構造体２３の陰になる部分に残存充填材料２４ａが形成されることによって、アンダカットが解消された凸形微細構造体２５が得られる。
なお、異方性エッチング１００を実現する手段としてのドライエッチング装置２００は一例であり、これに限定されない。
たとえば、光軸１２ａに平行な方向を有し、成形面１２（成形面２２）の表面を覆う充填材料１４（充填材料２４）を選択的に加工するイオンビームの照射による物理的な加工（イオンミリング）等によって異方性エッチング１００を実現してもよい。
なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
たとえば、反射防止光学素子３０や反射防止光学素子４０としては、レンズに限らず、任意の曲面を有するミラーやプリズム等の一般の光学素子に広く適用できる。
たとえば、反射防止光学素子３０や反射防止光学素子４０としては、レンズに限らず、任意の曲面を有するミラーやプリズム等の一般の光学素子に広く適用できる。
なお、型基材と充填材のエッチングレート比により、レンズ面形状や微細構造体形状が変化するが、レンズ面形状や微細構造体形状を予め補正加工しておくことで、所望の形状とすることができる。
（付記１）穴形状の微細構造体が形成されている反射防止光学素子成形型の曲面を有する成形面に、微細構造体のエッチングレートよりも速い材料を微細構造体穴内部に充填させた後、該成形型の光軸方向に対し平行方向にエッチングを行なうことを特徴とする反射防止光学素子成形用金型の製造方法。
（付記２）エッチング後の反射防止光学素子成形型にニッケルメッキを行い、成形面に反転させた穴形状の微細構造体を形成することを特徴とする付記１記載の反射防止光学素子成形用金型の製造方法。
（付記３）付記１または付記２の製造方法により作製された反射防止光学素子成形金型によって成形された反射防止光学素子。
（付記３）付記１または付記２の製造方法により作製された反射防止光学素子成形金型によって成形された反射防止光学素子。
１０ 成形型
１１ 型基材
１２ 成形面
１２ａ 光軸
１２ｂ 法線
１３ 凹形微細構造体
１３ａ 中心軸
１３ｂ アンダカット面部
１３ｃ 離型方向平行面
１３ｄ 非アンダカット面部
１４ 充填材料
１４ａ 残存充填材料
１５ 凹形微細構造体
２０ 成形型
２１ 型基材
２２ 成形面
２２ａ 光軸
２２ｂ 法線
２３ 凸形微細構造体
２３ａ 中心軸
２３ｂ アンダカット面部
２３ｃ 離型方向平行面
２３ｄ 非アンダカット面部
２４ 充填材料
２４ａ 残存充填材料
２５ 凸形微細構造体
３０ 反射防止光学素子
３１ 凸形微細構造体
３１ａ 光軸平行面
３１ｂ 光軸傾斜面
３２ 光学機能面
３２ａ 光軸方向
４０ 反射防止光学素子
４１ 凹形微細構造体
４１ａ 光軸平行面
４１ｂ 光軸傾斜面
４２ 光学機能面
４２ａ 光軸方向
１００ 異方性エッチング
１０１ エッチングガス
２００ ドライエッチング装置
２１０ チャンバ
２１１ ガス供給口
２２０ 下部平面カソード電極
２３０ 上部平面アノード電極
２４０ 高周波電源
２４１ ブロッキングコンデンサ
１１ 型基材
１２ 成形面
１２ａ 光軸
１２ｂ 法線
１３ 凹形微細構造体
１３ａ 中心軸
１３ｂ アンダカット面部
１３ｃ 離型方向平行面
１３ｄ 非アンダカット面部
１４ 充填材料
１４ａ 残存充填材料
１５ 凹形微細構造体
２０ 成形型
２１ 型基材
２２ 成形面
２２ａ 光軸
２２ｂ 法線
２３ 凸形微細構造体
２３ａ 中心軸
２３ｂ アンダカット面部
２３ｃ 離型方向平行面
２３ｄ 非アンダカット面部
２４ 充填材料
２４ａ 残存充填材料
２５ 凸形微細構造体
３０ 反射防止光学素子
３１ 凸形微細構造体
３１ａ 光軸平行面
３１ｂ 光軸傾斜面
３２ 光学機能面
３２ａ 光軸方向
４０ 反射防止光学素子
４１ 凹形微細構造体
４１ａ 光軸平行面
４１ｂ 光軸傾斜面
４２ 光学機能面
４２ａ 光軸方向
１００ 異方性エッチング
１０１ エッチングガス
２００ ドライエッチング装置
２１０ チャンバ
２１１ ガス供給口
２２０ 下部平面カソード電極
２３０ 上部平面アノード電極
２４０ 高周波電源
２４１ ブロッキングコンデンサ
Claims (6)
- 成形面に曲面を有する第１材料を準備する工程と、
前記第１の材料の前記成形面に凹形状の微細構造体を形成する工程と、
を含み、前記曲面に前記微細構造体が形成された光学素子型の製造方法であって、
前記第１材料よりも相対的にエッチングレートの高い第２材料を前記微細構造体の前記凹形状に充填する工程と、
前記成形面の光軸方向に優位な異方性を有する異方性エッチングを行う工程と、
を更に含むことを特徴とする光学素子成形型の製造方法。 - 請求項１記載の光学素子成形型の製造方法において、
前記微細構造体を構成する個々の前記凹形状は、当該成形面の法線方向に形成され、前記異方性エッチングの後に、前記凹形状の内部の前記異方性エッチングに対して陰になる部位に前記第２材料が選択的に残存することを特徴とする光学素子成形型の製造方法。 - 請求項２記載の光学素子成形型の製造方法において、
さらに、前記異方性エッチングによって露出した前記成形面、および前記凹形状に残存する前記第２材料を覆うように金属メッキを行う工程を含むことを特徴とする光学素子成形型の製造方法。 - 成形面に曲面を有する第１材料を準備する工程と、
前記第１の材料の前記成形面に凸形状の微細構造体を形成する工程と、
を含み、前記曲面に前記微細構造体が形成された光学素子型の製造方法であって、
前記第１材料よりも相対的にエッチングレートの高い第２材料で前記微細構造体を覆う工程と、
前記成形面の光軸方向に優位な異方性を有する異方性エッチングを行う工程と、
を更に含むことを特徴とする光学素子成形型の製造方法。 - 請求項４記載の光学素子成形型の製造方法において、
前記微細構造体を構成する個々の前記凸形状は、当該成形面の法線方向に形成され、前記異方性エッチングの後に、前記凸形状の周囲の前記異方性エッチングに対して陰になる部位に前記第２材料が選択的に残存することを特徴とする光学素子成形型の製造方法。 - 請求項５記載の光学素子成形型の製造方法において、
さらに、前記異方性エッチングによって露出した前記成形面、および前記凸形状の周囲に残存する前記第２材料を覆うように金属メッキを行う工程を含むことを特徴とする光学素子成形型の製造方法。
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