JP6903418B2 - 光学体、原盤、及び光学体の製造方法 - Google Patents
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Description
凸形状または凹形状を有する複数の構造体が可視光波長以下の平均周期で配列された凹凸構造を有する光学体であって、
前記構造体は、前記光学体の厚さ方向に垂直な面方向のうち、前記構造体が配列されるトラック方向に関して非対称な形状を有するとともに、前記トラック方向に対して垂直な方向に関して対称な形状を有し、
前記構造体の垂直断面形状は、前記トラック方向に傾斜した形状であり、
前記構造体の平面視形状は、前記トラック方向に関して非対称に歪んだ形状を有し、
前記構造体に外接する四角形を前記トラック方向に二等分する直線で前記構造体の平面視形状を2つの領域に分割した場合、それぞれの面積が異なり、
前記2つの領域のうち、小さい方の領域の面積を大きい方の領域の面積で除算することで得られる面積比は、0.83以上、0.97以下であり、
前記構造体の底面比率は、8%以上、10%以下である、光学体が提供される。
前記構造体は、前記トラック方向に周期的に配列されていてもよい。
前記構造体は、前記トラック方向に可視光波長以下の平均周期でランダムに配列されていてもよい。
前記構造体の底面比率は、10%未満であってもよい。
次に、図1〜図3に基づいて、光学体10の構成について説明する。光学体10は、基材11と、基材11の一方の表面に形成された凹凸構造12とを備える。なお、基材11と凹凸構造12とは一体成型されてもよい。例えば、基材11を熱可塑性樹脂フィルムとすることで、基材11と凹凸構造12とを一体成型することができる。詳細は後述する。
(2−1.第1の変形例)
次に、凹凸構造の各種変形例について説明する。図4は、凹凸構造12の第1の変形例を示す。第1の変形例では、凸部13の平面視形状は、図1に示す平面視形状にくらべて上下方向にやや扁平している。第1の変形例においても、図1の凹凸構造12と同様の効果が期待できる。
図5は、凹凸構造12の第2の変形例を示す。第2の変形例では、凸部13及び凹部14の配列パターンが正六方格子パターンからずれたパターンとなっている。具体的には、第2の変形例では、トラックピッチL3が図1に示すトラックピッチL3よりも若干狭くなっている。第2の変形例においても、図1の凹凸構造12と同様の効果が期待できる。
なお、第2の変形例のような凹凸構造12を得るためには、トラックピッチ及びドットピッチを適宜変更すればよい。例えば、トラックピッチを100〜180nm、ドットピッチを180〜270nmとすればよい。
図6は、凹凸構造12の第3の変形例を示す。図6中、上下方向がトラック方向(矢印B方向に相当)となる。第3の変形例では、凸部13は、トラック方向とは異なる方向(ここでは、右上方向)に関して非対称な形状となっている。すなわち、凸部13の平面視形状は、右上方向に関して非対称な形状となっている。例えば、図3と同様の領域X11、X12を定義した場合、右上側の領域X11は、左下側の領域X12よりも大きい。また、頂点13aは、中心点Aよりも右上方向にずれている。第3の変形例においても、図1の凹凸構造12と同様の効果が期待できる。なお、図6に示すような凹凸構造12を得るためには、後述する露光装置200において、対物レンズ223の光路方向手前側に非対称形状のアパーチャを設ければ良い。アパーチャの平面視形状は、凸部13の平面視形状に略一致する。このようなアパーチャを配置することで、対物レンズ223によりフーリエ変換後の像として集光されるレーザ光を非対称な形状とすることができる。
第4の変形例では、凹凸構造12は、図1に示す凹凸構造12の反転形状を有する。すなわち、第4の変形例では、図1の凸部13が凹部14に置き換わり、図1の凹部14が凸部13に置き換わっている。図7は、第4の変形例に係る凹凸構造12のCC断面図を示す。第4の変形例においても、図1の凹凸構造12と同様の効果が期待できる。この場合、凹部14の平面視形状及び垂直断面形状は、矢印B方向に関して非対称となる。凹部14の平面視形状及び垂直断面形状は、図1に示す凸部13の平面視形状及び垂直断面形状と同様に定義される。なお、凹部14の平面視形状は凹部14の開口面の形状となり、凹部14の平面視形状の重心が図1に示す凸部13の頂点13aに対応する。
凹凸構造12は、例えば図8に示す原盤100を用いて作製される。そこで、次に、原盤100の構成について説明する。原盤100は、例えば、ナノインプリント法で使用される原盤であり、円筒形状となっている。原盤100は円柱形状であっても、他の形状(例えば平板状)であってもよい。ただし、原盤100が円柱または円筒形状である場合、ロールツーロール方式によって原盤100の凹凸構造(すなわち、原盤凹凸構造)120を樹脂基材等にシームレス的に転写することができる。これにより、原盤100の原盤凹凸構造120が転写された光学体10を高い生産効率で作製することができる。このような観点からは、原盤100の形状は、円筒形状または円柱形状であることが好ましい。
つぎに、原盤100の製造方法を説明する。まず、原盤基材110上に、基材レジスト層を形成(成膜)する。ここで、基材レジスト層を構成するレジスト材は特に制限されず、有機レジスト材及び無機レジスト材のいずれであってもよい。有機レジスト材としては、例えば、ノボラック系レジスト、または化学増幅型レジストなどが挙げられる。また、無機レジスト材としては、例えば、タングステン(W)またはモリブデン(Mo)などの1種または2種以上の遷移金属を含む金属酸化物等が挙げられる。ただし、熱反応リソグラフィを行うためには、基材レジスト層は、金属酸化物を含む熱反応型レジストで形成されることが好ましい。
次に、図9に基づいて、露光装置200の構成について説明する。露光装置200は、基材レジスト層を露光する装置である。露光装置200は、レーザ光源201と、第1ミラー203と、フォトダイオード(Photodiode:PD)205と、偏向光学系と、制御機構230と、第2ミラー213と、移動光学テーブル220と、スピンドルモータ225と、ターンテーブル227とを備える。また、原盤基材110は、ターンテーブル227上に載置され、回転することができるようになっている。
本実施形態では、レーザ光の照射態様を調整することで、原盤凹凸構造120を原盤基材110上に形成する。レーザ照射態様の例として、レーザ光のパルス波形が挙げられる。そこで、レーザ光のパルス波形について説明する。
次に、図14を参照して、原盤100を用いた光学体10の製造方法の一例について説明する。光学体10は、原盤100を用いたロールツーロール方式の転写装置300によって製造可能である。図14に示す転写装置300では、光硬化性樹脂を用いて光学体10を作製する。
(1−1.光学体の作製)
実施例1では、以下の工程により原盤100を作製した。熱酸化ケイ素からなる平板状の原盤基材110を準備した。ついで、原盤基材110上にポジ型のレジスト材をスピンコートすることで、原盤基材110上に基材レジスト層を形成した。ここで、レジスト材としては、タングステン(W)を含む金属酸化物レジストを用いた。
光学体10の表面構造をSEM及びTEMで確認した。SEM写真を図20に示す。図20から明らかな通り、光学体10の表面に凹凸構造12が形成されていることを確認できた。また、凹凸構造12の欠落はほとんど確認されなかった。したがって、原盤100の転写性が良好であることが確認できた。この理由として、後述するように、底面比率が大きいこと、凸部13が矢印B方向に非対称な形状を有していることが考えられる。また、ドットピッチは250nm、トラックピッチは200nmであった。
構造体配置:六方格子
偏光:無偏光
屈折率:1.52
格子間隔(ドットピッチ):250nm
構造体高さ(凸部の高さ):180nm
(2−1.光学体の作製)
光学体10を作製する際の条件を以下のように変更した他は、実施例1と同様の処理を行うことで、光学体10を作製した。具体的には、レーザ光200Aのパルス波形を図12に示すものとした。また、高出力パルスP1の出力レベルIwを9.5MW/cm2とし、低出力パルスP2の出力レベルIb1を1.6MW/cm2とした。また、高出力パルスP1の出力時間t2を24nsとし、低出力パルスP2の出力時間t3を2*t1−t2=16nsとした。
光学体10の表面構造をSEM及びTEMで確認した。この結果、光学体10の表面に凹凸構造12が形成されていることを確認できた。また、凹凸構造12の欠落はほとんど確認されなかった。したがって、原盤100の転写性が良好であることが確認できた。また、ドットピッチは250nm、トラックピッチは200nmであった。
(3−1.光学体の作製)
光学体を作製する際の条件を以下のように変更した他は、実施例1と同様の処理を行うことで、光学体を作製した。具体的には、レーザ光200Aのパルス波形を図10に示すものとした。また、高出力パルスP1の出力レベルIwを9.5MW/cm2とし、低出力パルスP2の出力レベルIbを1.1MW/cm2(0.35mW)とした。また、高出力パルスP1及び低出力パルスP2の出力時間t1を20nsとした。
光学体の表面構造をSEM及びTEMで確認した。SEM写真を図22に示す。図22から明らかな通り、光学体の表面に凹凸構造(凸部500、凹部600)が形成されていることを確認できた。また、凹凸構造の欠落はほとんど確認されなかった。したがって、原盤の転写性が良好であることが確認できた。また、ドットピッチは250nmであった。
(4−1.光学体の作製)
高出力パルスP1の出力レベルIwを11.0MW/cm2とした他は、比較例1と同様の処理を行うことで、光学体を作製した。
光学体の表面構造をSEM及びTEMで確認した。この結果、光学体の表面に凹凸構造が形成されていることを確認できた。ただし、凸部同士が大きく重なり合っており、凹凸構造の欠落が散見された。また、ドットピッチは250nmであった。
(5−1.光学体の作製)
高出力パルスP1の出力時間t2を22〜25nsの間でランダムに変更しながら露光を行った他は、実施例2と同様の処理を行うことで、光学体10を作製した。
光学体10の表面構造をSEM及びTEMで確認した。SEM写真を図21に示す。この結果、光学体10の表面に凹凸構造12が形成されていることを確認できた。また、凹凸構造12の欠落はほとんど確認されなかった。したがって、原盤100の転写性が良好であることが確認できた。また、実施例4では凹凸がランダムに配置されている。そこで、隣接する凸部13の組み合わせを複数ピックアップし、これらのピッチの算術平均値を平均周期として算出した。この結果、平均周期は、250nmであった。
(6−1.光学体の作製)
実施例1にて作製された原盤100の原盤凹凸構造120が転写された転写用フィルムを作製した。そして、この転写用フィルムを原盤100の代わりに用いた他は、実施例1と同様の処理を行うことで、光学体10を作製した。
光学体10の表面構造をSEM及びTEMで確認した。この結果、光学体10の表面に凹凸構造12が形成されていることを確認できた。凹凸構造12のCC断面は図7に示す形状となっていた。また、凹凸構造12の欠落はほとんど確認されなかった。したがって、原盤100の転写性が良好であることが確認できた。また、ドットピッチは250nm、トラックピッチは200nmであった。
(7−1.光学体の作製)
光学体10を作製する際の条件を以下のように変更した他は、実施例1と同様の処理を行うことで、光学体10を作製した。具体的には、原盤凹凸構造120上に無機材料系の離型処理剤をコーティングした。
光学体10の表面構造をSEM及びTEMで確認した。この結果、光学体10の表面に凹凸構造12が形成されていることを確認できた。また、凹凸構造12の欠落はほとんど確認されなかった。したがって、原盤100の転写性が良好であることが確認できた。また、ドットピッチは250nm、トラックピッチは200nmであった。
11 基材
12 凹凸構造
13 凸部
13a 頂点
14 凹部
100 原盤
110 原盤基材
120 原盤凹凸構造
Claims (16)
- 凸形状または凹形状を有する複数の構造体が可視光波長以下の平均周期で配列された凹凸構造を有する光学体であって、
前記構造体は、前記光学体の厚さ方向に垂直な面方向のうち、前記構造体が配列されるトラック方向に関して非対称な形状を有するとともに、前記トラック方向に対して垂直な方向に関して対称な形状を有し、
前記構造体の垂直断面形状は、前記トラック方向に傾斜した形状であり、
前記構造体の平面視形状は、前記トラック方向に関して非対称に歪んだ形状を有し、
前記構造体に外接する四角形を前記トラック方向に二等分する直線で前記構造体の平面視形状を2つの領域に分割した場合、それぞれの面積が異なり、
前記2つの領域のうち、小さい方の領域の面積を大きい方の領域の面積で除算することで得られる面積比は、0.83以上、0.97以下であり、
前記構造体の底面比率は、8%以上、10%以下である、光学体。 - 前記面積比が0.95以下であることを特徴とする、請求項1記載の光学体。
- 前記構造体の垂直断面形状が前記トラック方向に関して非対称な形状を有する、請求項1又は2に記載の光学体。
- 前記構造体の垂直断面形状の頂点の位置が、前記構造体の前記トラック方向の中心点に対して前記トラック方向に変位していることを特徴とする、請求項3記載の光学体。
- 前記頂点の位置の変位量を、前記構造体のドットピッチで除した変位比が0.03以上であることを特徴とする、請求項4記載の光学体。
- 前記変位比が0.03以上、0.5以下あることを特徴とする、請求項5記載の光学体。
- 前記構造体の前記トラック方向上の配列ピッチは、前記凹凸構造の前記トラック方向に対して垂直な方向上の配列ピッチと異なる、請求項1〜6のいずれか1項に記載の光学体。
- 前記構造体は凸形状を有する、請求項1〜7のいずれか1項に記載の光学体。
- 前記構造体は凹形状を有する、請求項1〜7のいずれか1項に記載の光学体。
- 前記構造体は、硬化性樹脂の硬化物で構成されている、請求項1〜9のいずれか1項に記載の光学体。
- 隣接する前記構造体同士が接している、請求項1〜10のいずれか1項に記載の光学体。
- 前記構造体は、前記トラック方向に周期的に配列されている、請求項1〜11のいずれか1項に記載の光学体。
- 前記構造体は、前記トラック方向に可視光波長以下の平均周期でランダムに配列されている、請求項1〜11のいずれか1項に記載の光学体。
- 請求項1〜13のいずれか1項に記載の光学体が有する前記凹凸構造の反転形状が表面に形成された原盤。
- 前記原盤は、板状、円筒形状、または円柱形状である、請求項14記載の原盤。
- 請求項14または15記載の原盤を転写型として用いて基材上に前記凹凸構造を形成する、光学体の製造方法。
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