JP7474103B2 - 光学素子の製造方法、及び、光学素子 - Google Patents

Description

本発明は、光学素子の製造方法、及び、光学素子に関する。

微細構造を表面に有する光学素子が知られている（たとえば、特許文献１）。特許文献１には、誘電体によって形成されたメタマテリアルを有する光学素子が記載されている。この光学素子のメタマテリアルは、誘電体によって基板上に形成された複数の微細な構造体である。

特表２０１８－５３６２０４号公報

特許文献１には、光学素子の製造において、基板上にパターン加工されたレジスト層が設けられ、当該レジスト層を覆う誘電体層が形成されることが記載されている。レジスト層が設けられている第一部分とレジスト層が設けられていない第二部分とが基板上に形成された後に誘電体が積層されることによって、誘電体は、第一部分では基板上に積層されず第二部分では基板上に積層される。このため、レジスト層を取り除くことによって誘電体が基板の第二部分のみに残る。この結果、基板上に誘電体からなる構造体が形成される。

入射された光に対して所望の光学的な作用を生じさせるために、誘電体を用いた種々の微細構造が形成された光学素子の実現が望まれている。本願発明者は、上記構造体によって所望の微細構造を基板上に形成する場合には、レジスト層を取り除く際に複数の構造体によって形成される構造が崩れてしまうことを見出した。たとえば、柱形状の誘電体からなる複数の構造体によって微細構造を基板上に直接形成する場合には、レジスト層を取り除く際に、基板からの構造体の脱離及び構造体の倒れなどの欠陥が生じることが観察された。

本発明の一つの態様は、誘電体を用いた種々の微細構造が実現され得る光学素子の製造方法を提供することを目的とする。本発明の別の態様は、誘電体を用いた所望の微細構造が実現され得る構成を有している光学素子を提供することを目的とする。

本発明の一つの態様における光学素子の製造方法は、基板上に接合層を形成することと、接合層の第二面上にレジスト層を形成することで第一部分と第二部分とを第二面に形成することと、第二領域を覆うと共にレジスト層に接する誘電体層を形成することと、誘電体からなる複数の構造体を接合層の第二面上に形成することと、を有する。接合層は、基板と対向する第一面と第一面の反対側に位置する第二面とを有する。第一部分はレジスト層によって覆われており、第二部分はレジスト層から露出している。誘電体層は、レジスト層が第二面上に設けられている状態において少なくとも第二部分に誘電体を堆積することで形成される。複数の構造体は、誘電体層を形成した後にレジスト層を取り除くことによって第二面上に形成される。

上記一つの態様では、基板上に接合層が形成され、接合層の第二面上に誘電体からなる複数の構造体が形成される。この場合、レジスト層を取り除く際において、複数の構造体が基板上に直接形成される場合に比べて、複数の構造体によって形成される構造の崩れが抑制され得る。複数の構造体によって形成される構造の崩れが抑制されるほど、光学素子の信頼性及び生産スループットも向上する。したがって、当該製造方法によれば、製造される光学素子の信頼性と生産スループットとが両立されながら、当該光学素子において誘電体を用いた種々の微細構造が実現され得る。

上記一つの態様では、各構造体は、第二面に交差する第一方向に第二面から延在する柱形状に形成されてもよい。この場合、製造される光学素子の信頼性及び生産スループットが確保されながら、所望の光学性能に応じた種々の微細構造が実現され得る。

上記一つの態様では、各構造体は、第二面に沿った第二方向における各構造体の最大長さが、２００ｎｍ以下になるように形成されてもよい。この場合、製造される光学素子の信頼性及び生産スループットが確保されながら、所望の光学性能に応じた種々の微細構造が実現され得る。

上記一つの態様では、各構造体は、第二面に交差する第一方向における各構造体の最大長さに対する、第二面に沿った第二方向における各構造体の最大長さの比率が、０．０６～０．４０になるように形成されてもよい。この場合、製造される光学素子の信頼性及び生産スループットが確保されながら、所望の光学性能に応じた種々の微細構造が実現され得る。

上記一つの態様では、複数の構造体は、第二面に二次元配列されるように形成されてもよい。複数の構造体と当該複数の構造体の各々が設けられている接合層とによって、メタマテリアルが形成されてもよい。メタマテリアルにおいて、互いに隣り合う構造体の各々が設けられている接合層は、互いに連続するように形成されてもよい。この場合、複数の構造体によって形成される構造の崩れが容易に抑制される。

上記一つの態様では、基板は、石英によって形成されてもよい。

上記一つの態様では、接合層は、二酸化ハフニウム、二酸化チタン、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、ケイ素、及びヒ化ガリウムの少なくとも１つによって形成されてもよい。誘電体は、二酸化ハフニウム、二酸化チタン、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、ケイ素、及びヒ化ガリウムの少なくとも１つを含んでいてもよい。この場合、複数の構造体による構造が崩れることがさらに抑制され、信頼性及び生産スループットがさらに向上する。

上記一つの態様では、接合層と構造体とは、同一の材料によって形成されてもよい。この場合、複数の構造体によって形成される構造の崩れがさらに容易に抑制され、信頼性及び生産スループットがさらに向上する。

本発明の別の態様における光学素子は、基板と、基板上に形成されたメタマテリアルと、を備えている。メタマテリアルは、接合層と複数の構造体とを含んでいる。接合層は、基板上に配置されていると共に、基板と対向する第一面と第一面の反対側に位置する第二面とを有している。複数の構造体は、接合層の第二面上に配置されていると共に誘電体からなる。

上記別の態様では、基板上に接合層が配置され、接合層の第二面上に誘電体からなる複数の構造体が配置されている。この構成によれば、基板上に複数の構造体が直接配置された構成よりも、複数の構造体によって形成される構造の崩れが抑制される。複数の構造体によって形成される構造の崩れが抑制されるほど、光学素子の信頼性及び生産スループットも向上する。したがって、当該光学素子は、信頼性と生産スループットとが両立されながら、誘電体を用いた所望の微細構造が実現され得る構成を有している。

上記別の態様では、各構造体は、第二面に交差する第一方向に第二面から延在する柱形状を呈していてもよい。この場合、信頼性及び生産スループットが確保されながら、所望の光学性能が実現され得る。

上記別の態様では、第二面に沿った第二方向における各構造体の最大長さは、２００ｎｍ以下であってもよい。この場合、信頼性及び生産スループットが確保されながら、所望の光学性能が実現され得る。

上記別の態様では、第二面に交差する第一方向における各構造体の最大長さに対する、第二面に沿った第二方向における当該構造体の最大長さの比率は、０．０６～０．４０であってもよい。この場合、信頼性及び生産スループットが確保されながら、所望の光学性能が実現され得る。

上記別の態様では、複数の構造体は、第二面に二次元配列されていてもよい。互いに隣り合う構造体の各々が設けられている接合層は、互いに連続していてもよい。この場合、信頼性及び生産スループットが確保されながら、所望の光学性能が実現され得る。

上記別の態様では、基板は、石英を含んでいてもよい。

上記別の態様では、接合層は、二酸化ハフニウム、二酸化チタン、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、ケイ素、及びヒ化ガリウムの少なくとも１つを含んでいてもよい。各構造体は、二酸化ハフニウム、二酸化チタン、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、ケイ素、及びヒ化ガリウムの少なくとも１つを含んでいてもよい。この場合、複数の構造体によって形成される構造の崩れがさらに抑制され、信頼性及び生産スループットがさらに向上する。

上記別の態様では、接合層と構造体とは、同一の材料を含んでいてもよい。この場合、複数の構造体によって形成される構造の崩れがさらに抑制され、信頼性及び生産スループットがさらに向上する。

本発明の一つの態様は、誘電体を用いた種々の微細構造が実現され得る光学素子の製造方法を提供する。本発明の別の態様は、誘電体を用いた所望の微細構造が実現され得る構成を有している光学素子を提供することを目的とする。

本実施形態における光学素子を示す概略平面図である。 光学素子の拡大斜視図である。 光学素子の拡大断面図である。 光学素子の製造方法を示すフローチャートである。 （ａ）から（ｉ）は、光学素子の製造方法を説明するための図である。 微細構造に欠陥が生じている状態を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有している要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

まず、図１から図３を参照して、本実施形態における光学素子の構成を説明する。図１は、本実施形態における光学素子を示す概略平面図である。光学素子１は、電磁波が入射される面１ａを有している。光学素子１は、入射された電磁波に対して所望の光学的作用を生じさせる。たとえば、光学素子１は、入射された電磁波に対して透過率、反射率及び屈折率などに関する所望の光学性能を有している。たとえば、光学素子１は、２００ｎｍ～２０００ｎｍの波長を有する電磁波に対して所望の光学性能を有するように構成されている。光学素子１は、たとえば、２６６ｎｍの波長を有する電磁波に対して、５００μｍの焦点距離を有するレンズである。

光学素子１は、基板１０と、メタマテリアル２０とを備えている。光学素子１は、面１ａのうち、少なくとも上記電磁波を入射する部分にメタマテリアル２０を備えている。光学素子１は、少なくともメタマテリアル２０が設けられている部分において、入射された電磁波に対して上記所望の光学的作用を生じさせる。図２は、メタマテリアル２０が配置された部分における光学素子１の拡大斜視図である。図３は、メタマテリアル２０が配置された部分における光学素子１の拡大断面図である。

基板１０は、主面１０ａを有している。本実施形態では、基板１０は、光学素子１に入射される上記電磁波に対して透過性を有している。基板１０は、たとえば、２００ｎｍ～２００００ｎｍの波長を有している電磁波に対して透過性を有している。本明細書において、「透過性を有する」とは、少なくとも約８０％の光透過率を有するこという。基板１０は、材料として、たとえば石英を含んでいる。たとえば、基板１０は、石英ガラスを含んでいる。主面１０ａは、平面である。

メタマテリアル２０は、人工的な微細構造を有している。メタマテリアル２０によって、誘電体メタサーフェスが形成されている。メタマテリアル２０は、その構造によって、入射された電磁波に対して光学的に作用する。メタマテリアル２０は、主面１０ａ上に設けられている。メタマテリアル２０は、接合層２１と複数の構造体２２とを含んでいる。本実施形態では、メタマテリアル２０は、図１に示されているように、基板１０の主面１０ａ上における矩形状の領域αに設けられている。本実施形態では、領域αは、主面１０ａの一部である。領域αは、主面１０ａに直交する方向Ｄ１から見て、複数の構造体２２が配置されている領域である。領域αは、たとえば、３２０μｍ四方である。

接合層２１は、主面１０ａ上に配置されている。接合層２１は、基板１０の主面１０ａと対向する第一面２１ａと、第一面２１ａの反対側に位置する第二面２１ｂとを有している。本実施形態では、接合層２１の第一面２１ａは、主面１０ａに接している。第一面２１ａ及び第二面２１ｂは、平面である。第一面２１ａと第二面２１ｂとは、互いに平行である。接合層２１は、たとえば、二酸化ハフニウム、二酸化チタン、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、ケイ素、及びヒ化ガリウムの少なくとも１つを含んでいる。

本実施形態では、接合層２１は、基板１０の主面１０ａ上において一体的に形成された層からなる。接合層２１は、連続した一つの層である。本実施形態の変形例として、接合層２１は、主面１０ａ上に、互いに離間するように配置された複数の層からなってもよい。

本実施形態では、接合層２１は、たとえば、領域αの外部も含めた主面１０ａの全面に配置されている。メタマテリアル２０は、領域αに位置する接合層２１の一部と複数の構造体２２とによって構成されている。本実施形態の変形例として、接合層２１は、領域αのみに配置されていてもよい。接合層２１の厚さは、たとえば、３０ｎｍである。

複数の構造体２２は、誘電体からなる。複数の構造体２２は、接合層２１の第二面２１ｂ上に配置されている。複数の構造体２２は、接合層２１の第二面２１ｂに接している。メタマテリアル２０は、複数の構造体２２の構造に応じて、入射される電磁波に対する種々の光学的作用を生じる。換言すれば、複数の構造体２２は、入射される電磁波に対して所望の光学的作用を生じるように構成されている。複数の構造体２２は、たとえば、二酸化ハフニウム、二酸化チタン、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、ケイ素、及びヒ化ガリウムの少なくとも１つを含んでいる。本実施形態において、複数の構造体２２と接合層２１とは、同一の材料を含んでいる。

複数の構造体２２は、接合層２１の第二面２１ｂに二次元配列されている。本実施形態では、複数の構造体２２は、主面１０ａに直交する方向Ｄ１から見て、上述した領域α内に設けられている。

各構造体２２は、連続した一つの層からなる接合層２１の第二面２１ｂに接している。本実施形態では、互いに隣り合う構造体２２の各々が設けられている接合層２１は、互いに連続している。本実施形態の変形例として、互いに隣り合う構造体２２の各々が設けられている接合層２１は、互いに離間していてもよい。この変形例において、方向Ｄ１において、構造体２２の側面と接合層２１とは面一に構成されていてもよいし、構造体２２の側面と接合層２１とに段差が設けられていてもよい。

各構造体２２は、接合層２１の第二面２１ｂから第二面２１ｂに交差する方向Ｄ１に延在している。各構造体２２は、基板１０の主面１０ａに交差する方向Ｄ１に延在している。本実施形態において、方向Ｄ１は、第二面２１ｂ及び主面１０ａに直交している。各構造体２２は、たとえば、柱形状を呈している。各構造体２２は、たとえば、図２及び図３に示されているように、円柱形状を呈している。本実施形態では、各構造体２２は、第二面２１ｂに対して直立している。複数の構造体２２は、互いに異なる形状を有している構造体２３，２４を含んでいてもよい。方向Ｄ２は、方向Ｄ１に交差している。方向Ｄ２は、基板１０の主面１０ａに沿っている。本実施形態において、方向Ｄ２は、第二面２１ｂ及び主面１０ａに平行であり、方向Ｄ１に直交している。方向Ｄ１が第一方向である場合、方向Ｄ２は第二方向である。

方向Ｄ１における各構造体２２の最大長さＬ１は、たとえば、１ｎｍ～２０００ｎｍである。第二面２１ｂに沿った方向Ｄ２における各構造体２２の最大長さＬ２は、たとえば、２００ｎｍ以下である。最大長さＬ２は、たとえば、１ｎｍ～２００ｎｍである。最大長さＬ２は、たとえば、３０ｎｍ～２００ｎｍであれば、各構造体２２の形成がさらに容易に実現される。方向Ｄ１における各構造体の最大長さＬ１に対する、方向Ｄ２における当該構造体２２の最大長さＬ２の比率は、たとえば、０．０６～０．４０である。本実施形態では、２６６ｎｍの波長を有する電磁波が光学素子１に入射されることを想定しており、最大長さＬ１は５００ｎｍであり、構造体２３，２４の最大長さＬ２は８０ｎｍ～１２０ｎｍであり、複数の構造体２２の間隔は１６０ｎｍである。複数の構造体２２の間隔は、方向Ｄ１から見て、各構造体２２の幾何中心の間隔を意味する。

構造体２３及び構造体２４は、たとえば、円柱形状である。構造体２３と構造体２４とは、たとえば、第二面２１ｂに沿った方向Ｄ２における最大長さＬ２が異なる。方向Ｄ２における構造体２３，２４の最大長さＬ２は、底面の直径である。構造体２３，２４の底面が楕円形状を呈している場合には、方向Ｄ２は短軸方向である。構造体２３，２４の底面が矩形状を呈している場合には、方向Ｄ２は短辺方向である。構造体２３，２４の底面が長尺形状を呈している場合には、方向Ｄ２は長尺方向に直交する方向である。

次に、図４及び図５（ａ）から図５（ｉ）を参照して、光学素子１の製造方法を説明する。図４は、光学素子の製造方法を示すフローチャートである。図５（ａ）から図５（ｉ）は、光学素子１の製造方法を説明するための図である。

まず、基板１０を準備する（工程Ｓ１）。基板１０は、図５（ａ）に示されているように主面１０ａを有している。方向Ｄ１は主面１０ａに直交する方向であり、方向Ｄ２は主面１０ａに沿った方向である。基板１０は、光学素子１に入射される上記電磁波に対して透過性を有している。基板１０は、たとえば、石英によって形成されている。たとえば、基板１０は、石英ガラスを含んでいる。

次に、基板１０上に接合層２１を形成する（工程Ｓ２）。図５（ｂ）に示されているように、基板１０の主面１０ａ上に接合層２１を配置する。工程Ｓ２によって形成された接合層２１は、基板１０の主面１０ａと対向する第一面２１ａと、第一面２１ａの反対側に位置する第二面２１ｂとを有している。工程Ｓ２において、接合層２１は、連続する一つの層として主面１０ａ上に形成される。接合層２１は、主面１０ａの全面に形成される。接合層２１は、たとえば、二酸化ハフニウム、二酸化チタン、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、ケイ素、及びヒ化ガリウムの少なくとも１つを材料として形成される。接合層２１は、主面１０ａ上に二酸化ハフニウム、二酸化チタン、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、ケイ素、及びヒ化ガリウムの少なくとも１つを含む塗布剤を塗布することによって形成される。

次に、接合層２１の第二面２１ｂ上にレジスト層３１を形成する（工程Ｓ３）。工程Ｓ３において、レジスト層３１は、図５（ｃ）に示されているように、連続する一つの層として接合層２１の第二面２１ｂ上に形成される。工程Ｓ３において、レジスト層３１は、接合層２１の第二面２１ｂと対向する第一面３１ａと、第一面３１ａの反対側に位置する第二面３１ｂとを有している。レジスト層３１の厚さは、形成する各構造体２２の最大長さＬ１に応じて決定される。レジスト層３１の厚さは、たとえば各構造体２２の最大長さＬ１と同一である。「同一」には、製造誤差の範囲を含んでいる。レジスト層３１は、たとえば、電子ビームレジストによって形成されている。レジスト層３１は、フォトレジストによって形成されていてもよい。レジスト層３１は、工程Ｓ３において、たとえば、スピンコートによって主面１０ａ上にレジストを塗布することで形成される。

次に、レジスト層３１を加工する（工程Ｓ４）。レジスト層３１は、図５（ｄ）に示されているように、レジスト層３１の第二面３１ｂから第一面３１ａに貫通するパターンが形成されるように加工される。当該加工によって、接合層２１の第二面２１ｂに、レジスト層３１によって覆われた第一部分Ｒ１と接合層２１の第二面２１ｂがレジスト層３１から露出した第二部分Ｒ２とが形成される。第二部分Ｒ２は、第二面２１ｂから第一部分Ｒ１を除いた部分である。工程Ｓ４において、レジスト層３１は、たとえば、電子ビームリソグラフィによる露光及び現像によって加工される。レジスト層３１がフォトレジストによって形成されている場合には、レジスト層３１は、フォトリソグラフィによる露光及び現像によって加工される。方向Ｄ２における第二部分Ｒ２の最大幅は、形成する各構造体２２の最大長さＬ２に応じて決定される。本実施形態では、方向Ｄ２における第二部分Ｒ２の最大幅は、最大長さＬ２であり、たとえば、２００ｎｍ以下である。

次に、加工されたレジスト層３１が接合層２１の第二面２１ｂに設けられている状態において誘電体４０を堆積することで、誘電体層４１を形成する（工程Ｓ５）。誘電体４０は、レジスト層３１及び第二部分Ｒ２上に積層される。誘電体層４１は、第二部分Ｒ２を覆うと共にレジスト層３１に接する。方向Ｄ１において第二部分Ｒ２上に形成された誘電体層４１の長さは、方向Ｄ１におけるレジスト層３１の長さよりも長い。換言すれば、誘電体４０は、第二部分Ｒ２において、方向Ｄ１におけるレジスト層３１の厚さよりも厚くなるように堆積される。

誘電体４０は、たとえば、気相薄膜形成法によって基板１０の主面１０ａに面する側から堆積される。気相薄膜形成法としては、たとえば、原子層堆積法（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）が用いられる。気相薄膜形成法としては、たとえば、化学気相成長法（ＣＶＤ：chemical vapor deposition）が用いられる。本実施形態では、図５（ｅ）に示されているように、誘電体４０は、原子層堆積法によって、第二面２１ｂが面する側からレジスト層３１上及び接合層２１の第二部分Ｒ２上に積層される。工程Ｓ５において、誘電体４０は、少なくとも接合層２１の第二面２１ｂ及びレジスト層３１が視認できなくなるまで積層される。誘電体４０の積層処理を続けることで、図５（ｆ）に示されているように誘電体層４１が形成される。形成された誘電体層４１は、レジスト層３１及び接合層２１を覆っている。誘電体４０は、たとえば二酸化ハフニウム、二酸化チタン、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、ケイ素、及びヒ化ガリウムの少なくとも１つを含む。接合層２１と誘電体層とは、たとえば、同一の材料によって形成される。本実施形態では、誘電体層４１は、約１７０℃の成膜温度によって、レジスト層３１上及び接合層２１の第二部分Ｒ２上に積層される。

次に、誘電体層４１の一部を取り除く（工程Ｓ６）。図５（ｇ）に示されているように、誘電体層４１の一部は、レジスト層３１の第二面３１ｂと誘電体層４１とが面一になるように取り除かれる。このように誘電体層４１の不要部を除去することによって、誘電体層４１は、基板１０の主面１０ａに直交する方向Ｄ１から見て、接合層２１の第二部分Ｒ２と重なる部分のみに残る。工程Ｓ６において、誘電体層４１は、たとえば、エッチングによって取り除かれる。エッチングとしては、たとえば、ドライエッチングが用いられる。ドライエッチングとしては、たとえば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）が用いられる。反応イオンエッチングには、たとえば、誘導結合型プラズマが用いられる。

次に、レジスト層３１を取り除く（工程Ｓ７）。図５（ｈ）に示されているように、接合層２１上に配置されているレジスト層３１が全て取り除かれる。工程Ｓ７について、レジスト層３１は、たとえば、レジスト剥離処理（アッシング）によって除去される。レジスト剥離処理としては、たとえば、酸素プラズマアッシングが用いられる。

レジスト層３１を取り除くことによって、誘電体４０からなる複数の構造体２２が接合層２１の第二部分Ｒ２上に形成される。複数の構造体２２と当該複数の構造体２２の各々が設けられている接合層２１とによって、メタマテリアル２０が形成される。工程Ｓ７において、メタマテリアル２０において、互いに隣り合う構造体２２の各々が設けられている接合層２１は、互いに連続するように形成されている。

以上の工程Ｓ１から工程Ｓ７によって、各構造体２２は、接合層２１の第二面２１ｂから第二面２１ｂに交差する方向Ｄ１に延在する柱形状に形成される。複数の構造体２２は、接合層２１の第二面２１ｂに二次元配列されるように形成される。各構造体２２は、接合層２１の第二面２１ｂに沿った方向Ｄ２における各構造体２２の最大長さＬ２が２００ｎｍ以下になるように形成される。各構造体２２は、方向Ｄ１における各構造体２２の最大長さＬ１に対する、方向Ｄ２における各構造体２２の最大長さＬ２の比率が、０．０６～０．４０になるように形成される。接合層２１と構造体２２とは、同一の材料によって形成される。

本実施形態の変形例として、図５（ｉ）に示されているように、工程Ｓ７の後に、接合層２１の一部が取り除かれてもよい。この場合、工程Ｓ２において形成された接合層２１のうち、少なくとも各構造体２２に接している部分は残される。残された接合層２１は、各構造体２２と基板１０とを連結している。たとえば、各構造体２２上に保護膜を設けてエッチングすることで、接合層２１の一部を取り除いてもよい。この場合、互いに隣り合う構造体２２の各々が設けられている接合層２１は、互いに離間するように構成されてもよい。図５（ｉ）に示されているように、方向Ｄ１において、構造体２２の側面と接合層２１とは面一に構成されていてもよい。別の変形例として、構造体２２の側面と接合層２１とに段差が設けられていてもよい。

次に、上述した光学素子１の製造方法及び光学素子１の作用効果について説明する。

基板１０上に複数の構造体２２が直接形成される構成において所望の微細構造を形成する場合には、レジスト層３１は、基板１０上に直接形成されて加工される。誘電体４０は、露出した基板１０の主面１０ａ上に直接積層される。この場合、レジスト層３１を取り除く際に、上記第二部分Ｒ２における複数の構造体２２による構造が崩れてしまう。たとえば、複数の構造体２２によって微細構造を基板１０上に直接形成する場合には、レジスト層３１を取り除く際に、図６に示されているように、基板１０からの構造体２２の脱離及び構造体２２の倒れなどの欠陥が生じる。すなわち、複数の構造体２２による微細構造が崩れる。

光学素子１の製造方法においては、基板１０上に接合層２１が配置され、接合層２１の第二面２１ｂ上に誘電体４０からなる複数の構造体２２が形成される。この場合、レジスト層３１を取り除く際において、複数の構造体２２が基板１０上に直接形成される場合に比べて、複数の構造体２２によって形成される構造の崩れが抑制される。複数の構造体によって形成される構造の崩れが抑制されるほど、光学素子の信頼性及び生産スループットも向上する。したがって、当該製造方法によれば、製造される光学素子１の信頼性と生産スループットとが両立されながら、当該光学素子１において誘電体を用いた種々の微細構造が実現され得る。

光学素子１において、基板１０上に接合層２１が配置され、接合層２１の第二面２１ｂ上に誘電体からなる複数の構造体２２が形成されている。この構成によれば、基板１０上に複数の構造体２２が直接配置された構成よりも、複数の構造体２２によって形成される構造の崩れが抑制される。したがって、当該光学素子１は、信頼性と生産スループットとが両立されながら、誘電体を用いた所望の微細構造が実現され得る構成を有している。

各構造体２２は、第二面２１ｂから第二面２１ｂに交差する方向Ｄ１に延在する柱形状に形成される。各構造体２２は、第二面２１ｂに沿った方向Ｄ２における各構造体２２の最大長さＬ２が、２００ｎｍになるように形成される。各構造体２２は、方向Ｄ１における各構造体２２の最大長さＬ１に対する、第二面２１ｂに沿った方向Ｄ２における各構造体２２の最大長さＬ２の比率が、０．０６～０．４０になるように形成される。これらの場合、製造される光学素子１の信頼性及び生産スループットが確保されながら、所望の光学性能に応じた種々の微細構造が実現され得る。

複数の構造体２２は、第二面２１ｂに二次元配列されるように形成されている。メタマテリアル２０において、互いに隣り合う構造体２２の各々が設けられている接合層２１は、互いに連続するように形成される。この場合、複数の構造体２２によって形成される構造の崩れが容易に抑制される。

接合層２１は、二酸化ハフニウム、二酸化チタン、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、ケイ素、及びヒ化ガリウムの少なくとも１つによって形成される。各構造体２２は、二酸化ハフニウム、二酸化チタン、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、ケイ素、及びヒ化ガリウムの少なくとも１つによって形成される。接合層２１と構造体２２とは、同一の材料によって形成される。これらの場合、複数の構造体２２による構造が崩れることがさらに抑制され、信頼性及び生産スループットがさらに向上する。

以上、本発明の実施形態及び変形例について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態及び変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

たとえば、上述した実施形態において、メタマテリアル２０は、接合層２１と複数の構造体２２とを含んでいる構成を示した。メタマテリアル２０は、接合層２１及び複数の構造体２２以外の物質を含んでいてもよい。当該物質は、接合層２１又は複数の構造体２２の表面に設けられていてもよいし、接合層２１及び複数の構造体２２の少なくとも１つの内部に設けられていてもよい。当該物質は、誘電体であってもよいし、誘電体でなくてもよい。

上述した実施形態において、光学素子１は、基板１０を備えている。しかし、光学素子１は、基板１０を備えていなくてもよい。たとえば、光学素子１は、メタマテリアル２０のみを備えていてもよい。光学素子１は、接合層２１及び複数の構造体２２のみを備えていてもよい。この場合、光学素子１は、たとえば、図５（ｈ）に示されているようにレジスト層３１が取り除かれた後に、基板１０を接合層２１から取り除くことで製造されてもよい。この場合、上述した工程Ｓ１と工程Ｓ２の間において、基板１０と接合層２１との間に別の層が形成されていてもよい。

１…光学素子、１０…基板、２０…メタマテリアル、２１…接合層、２１ａ…第一面、２１ｂ…第二面、２２，２３，２４…構造体、３１…レジスト層、４０…誘電体、Ｒ１…第一部分、Ｒ２…第二部分。

Claims (7)

1. 基板上に、前記基板と対向する第一面と前記第一面の反対側に位置する第二面とを有する接合層を形成することと、
   前記接合層の前記第二面上にレジスト層を形成することで、前記レジスト層によって覆われた第一部分と前記レジスト層から露出した第二部分とを前記第二面に形成することと、
   前記レジスト層が前記第二面上に設けられている状態において誘電体を堆積することで、前記第二部分を覆うと共に前記レジスト層に接する誘電体層を形成することと、
   前記誘電体層を形成した後に前記レジスト層を取り除くことによって、前記誘電体からなる複数の構造体を前記接合層の前記第二面上に形成することと、を有し、
   前記接合層と前記構造体とは、同一の材料によって形成される、光学素子の製造方法。
2. 各前記構造体は、前記第二面に交差する第一方向に前記第二面から延在する柱形状に形成される、請求項１に記載の光学素子の製造方法。
3. 各前記構造体は、前記第二面に沿った第二方向における各前記構造体の最大長さが２００ｎｍ以下になるように形成される、請求項１又は２に記載の光学素子の製造方法。
4. 各前記構造体は、前記第二面に交差する第一方向における各前記構造体の最大長さに対する、前記第二面に沿った第二方向における各前記構造体の最大長さの比率が０．０６～０．４０になるように形成される、請求項１～３のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
5. 前記複数の構造体は、前記第二面に二次元配列されるように形成され、
   前記複数の構造体と当該複数の構造体の各々が設けられている前記接合層とによって、メタマテリアルが形成され、
   前記メタマテリアルにおいて、互いに隣り合う前記構造体の各々が設けられている前記接合層は、互いに連続するように形成される、請求項１～４のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
6. 前記基板は、石英によって形成されている、請求項１～５のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
7. 前記接合層は、二酸化ハフニウム、二酸化チタン、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、ケイ素、及びヒ化ガリウムの少なくとも１つによって形成され、
   前記誘電体は、二酸化ハフニウム、二酸化チタン、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、ケイ素、及びヒ化ガリウムの少なくとも１つを含んでいる、請求項１～６のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。

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