WO2006129514A1

WO2006129514A1 - 微細格子およびその金型

Info

Publication number: WO2006129514A1
Application number: PCT/JP2006/310167
Authority: WO
Inventors: Kazuya Yamamoto; Makoto Okada
Original assignee: Nalux Co., Ltd.
Priority date: 2005-06-03
Filing date: 2006-05-22
Publication date: 2006-12-07
Also published as: US8649096B2; US20090034079A1; JPWO2006129514A1; JP4206447B2

Description

明細書

微細格子およびその金型

技術分野

[0001] 本発明は、微細格子およびその金型に関する。特に、可視光線の波長以下の周期で 2次元に配列された微細格子用の、高い転写率を実現する金型およびその金型によって成形された微細格子に関する。

背景技術

[0002] 反射防止用の微細格子としては、円錐形状やピラミッド形状の突起を、 2次元に周期的に配列した格子が知られている（たとえば、 GRANN, E. B. et al.の "Optimal des ign for antireflective tapered two— dimensional subwavelength grating structures , O ptical Society of America, February 1995, Vol. 12, No. 2, pages 333—339)。格子の基板面において、 X方向の周期と Y方向の周期は等しぐこの周期は、可視光線の波長よりも小さくなるように設定される。本明細書では、このような格子を、 2次元微細格子または 2次元サブ波長格子と呼称する。錐型の格子凸部 (突起部)を備えた 2次元サブ波長格子は、連続的に変化する多数の薄膜層を重ね合わせたものと同様に、広 V、波長帯域に対して、反射防止効果を有することが知られて！ヽる。

[0003] このような 2次元サブ波長格子を製造する方法としては、周期的なドット状のパターンデータに基づいて、電子ビーム露光装置によって電子ビームを ON、 OFFさせることでレジストを露光し、レジストノターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして基板をエッチングして所望の構造の 2次元サブ波長格子を基板上に形成する方法（たとえば、特開 2004— 85831号公報）が知られている。また、光学素子上にドットァレイ状に金属のマスクを形成した後、反応性イオンエッチングを施し、その際金属マスクが徐々に減少し、ついには消滅するまでの間エッチングすることにより、錐形状を形成する方法 (たとえば、特開 2001-272505号公報）が知られている。

[0004] しかし、上記のいずれの方法も、工程が複雑であり、コストも力さむ。

[0005] 他方、低反射率の反射防止材を低コストで提供することを目的として、 2次元サブ波長格子を、型によって成型する方法 (たとえば、特開 2004— 287238号公報）が知られている。

[0006] し力しながら、上記の方法によっても、金型を使用して射出成形によって 2次元サブ波長格子を製造する場合には、転写率を向上させるのが困難であり、したがってァスぺクト比の高い 2次元サブ波長格子を得るのが困難である。ここで、転写率とは、金型の凸部の高さに対する、成型品の対応する凹部の深さ、または金型の凹部の深さに対する、成型品の凸部の高さの比率をいう。また、アスペクト比とは、格子の配列周期に対する格子凸部の高さの比率をいう。

[0007] 金型を使用して射出成形によって 2次元サブ波長格子を製造する場合に、転写率を向上させるのが困難である理由を以下に説明する。

[0008] 図 7は、射出成形によって 2次元サブ波長格子を製造する場合に使用される、従来の金型の形状を示す図である。図 7において、金型のキヤビティ底面を符号 103によつて示す。 2次元サブ波長格子の格子凸部を形成するための、金型の凹部を符号 1 09によって示す。

[0009] 図 8は、図 7に示す金型によって形成される格子凸部の形状を示す図である。図 8 において、格子凸部を符号 201によって示す。図 8の 4つの図は、上から下に、平面図、 A— A'断面図、 B— B'断面図および C— C'断面図を示す。

[0010] 平面図において、円形の斜線部分は、格子凸部を示す。斜線以外の部分が、金型のキヤビティ底面に対応する平面である。

[0011] A— A'断面図、 B— B'断面図および C C'断面図において、斜線部分は格子凸部の断面を示す。 A—A'、 B—B'および C— C'の方向を X方向とすると、格子凸部 201は、 X方向および Y方向に、一定の周期 Λで配置されている。ここで、断面形状が放物線力も形成されているが、断面形状は、三角形や他の形状であってもよい。

[0012] 図 9は、図 7に示す金型の断面を示す図である。図 9において、金型のキヤビティを符号 101によって示し、合成樹脂の注入口を符号 105によって示す。図 7と同様に、金型のキヤビティ底面を符号 103によって示し、金型の凹部を符号 109によって示す。金型の凹部 109が配置される周期は Λ、金型の凹部の深さは dである。ここで、周期 Λは、たとえば、 350ナノメータ、深さ dは、 350ナノメータである。

[0013] 図 9において、注入口 105から金型のキヤビティ 101に注入された合成樹脂は、矢印に示すように、キヤビティ底面 103に沿って流れ、金型の凹部 109に流れ込もうとする。金型の凹部 109のキヤビティ底面 103における直径は、周期 Λと同じぐ 350 ナノメータである。

[0014] 一般的に、流体中の物体のサイズを Lとすると、慣性力の粘性力に対する割合であるレイノルズ数は Lの 2乗に比例する。したがって、サイズが小さくなると、粘性力が支配的になる。金型の凹部 109のキヤビティ底面 103における直径は、 350ナノメータであり、きわめて小さいので、圧力に対して粘性力が大きくなり、合成樹脂は、金型の凹部 109に流れ込むのが困難となる。金型のキヤビティ 101が合成樹脂によって満たされ、合成樹脂の圧力が上昇するにしたがって、合成樹脂は、金型の凹部 109に少しずつ流れ込む。

[0015] 従来の金型の凹部 109は、互いに連絡していない。したがって、従来の金型の凹部 109の空気は、逃げ場が無く金型の凹部 109の底部にたまるため、空気の圧力により、合成樹脂は、所定の割合より多く金型の凹部 109に流れ込むことはできない。金型の凹部 109の深さ dが、 350ナノメータである場合に、当該金型の凹部 109によつて成形された格子凸部 201の高さは、せいぜい 180ナノメータである。すなわち、転写率は、約 51パーセントにすぎない。

[0016] このように、 2次元サブ波長格子を、金型を使用して射出成形によって製造する場合に、粘性力および金型の凹部にたまる空気により、転写率を向上させることが困難である。

[0017] 従来の金型によって製造した 2次元サブ波長格子において、格子凸部の高さが 18 0ナノメータである場合に、波長が 400ナノメータ、 600ナノメータおよび 800ナノメータの光に対する反射率は、それぞれ 0. 41パーセント、 0. 55パーセントおよび 1. 21 パーセントである。

発明の開示

[0018] 上記の背景の下で、 2次元サブ波長格子を、金型を使用して射出成形によって製造する場合に、転写率を向上させることのできる金型およびそのような金型によって製造される、アスペクト比の高、2次元サブ波長格子に対するニーズがある。

[0019] 本発明による微細格子用の金型は、キヤビティ底面に、中心位置が微細格子の周期である可視光線の波長よりも小さな間隔となるように配置された突起部を有する。

[0020] 本発明によれば、金型の凸部（突起部）と金型の凸部の間は、互いに連絡しているので、合成樹脂が流れ込む場合に、金型の凸部と金型の凸部の間の空気は逃げることができる。したがって、キヤビティ底面に凹部が設けられている場合のように、空気の圧力が上昇して、合成樹脂の流れ込みが妨げられることはない。その結果、転写率の高、微細格子を得ることができる。

[0021] 本発明の一実施形態によれば、金型の突起部の、キヤビティ底面に平行な断面が突起部の高さにしたがって小さくなり、断面の減少率が突起部の高さにしたがって大きくなる。

[0022] 金型の突起部の形状をこのようにすれば、仮に転写率が低くなり、格子突起部の頂点に近い部分が形成されなくとも、当該部分の断面積の変化率は小さいので、反射特性に対する影響は小さくなる。

[0023] 本発明の他の実施形態によれば、金型の突起部のキヤビティ底面に平行な断面が円形である。

[0024] 本発明の他の実施形態によれば、金型の突起部のキヤビティ底面における断面の円形の中心が、当該円形の直径の長さに等しい一辺を備える正方形の頂点の位置を占めるように、金型の突起部がキヤビティ底面に配置される。

[0025] 本発明の他の実施形態によれば、金型の突起部のキヤビティ底面における断面の円形の中心が、当該円形の直径の長さに等しい一辺を備える正三角形の頂点の位置を占めるように、金型の突起部がキヤビティ底面に配置される。

[0026] 金型のキヤビティ底面に突起部をこのように配置することにより、一定周期の 2次元微細格子を実現することができる。

[0027] 本発明の他の実施形態によれば、金型の突起部が放物面形状である。

[0028] 金型の突起部の形状をこのようにすれば、仮に転写率が低くなり、格子突起部の頂点に近い部分が形成されなくとも、当該部分の断面積の変化率は小さいので、反射特性に対する影響は小さくなる。

[0029] 本発明による微細格子は、本発明のいずれかの実施形態による金型によって成形される。 [0030] したがって、転写率が高ぐ反射特性も良好である。

[0031] 本発明の一実施形態によれば、微細格子は合成樹脂からなる。

図面の簡単な説明

[0032] [図 1]射出成形によって 2次元サブ波長格子を製造する場合に使用される、本発明の一実施形態による金型の形状を示す図である。

[図 2]図 1に示す金型によって形成される格子凸部の形状を示す図である。

[図 3]図 1に示す金型の断面を示す図である。

[図 4]本発明の他の実施形態による格子凸部の形状を示す図である。

[図 5]本発明の他の実施形態において転写率が 85パーセントおよび 100パーセントの場合、ならびに従来技術において転写率が 51パーセントの場合について、波長に対する反射率の変化を示す図である。

[図 6]本発明の一実施形態による金型の製造方法を示す図である。

[図 7]射出成形によって 2次元サブ波長格子を製造する場合に使用される、従来の金型の形状を示す図である。

[図 8]図 7に示す金型によって形成される格子凸部の形状を示す図である。

[図 9]図 7に示す金型の断面を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

[0033] 図 1は、射出成形によって 2次元サブ波長格子を製造する場合に使用される、本発明の一実施形態による金型の形状を示す図である。図 1において、金型のキヤビティ底面を符号 103によって示す。 2次元サブ波長格子の格子を形成するための、金型の凸部を符号 107によって示す。本実施形態においては、金型がキヤビティ底面 10 3上に凹部ではなく凸部 107を備える点に留意されたい。

[0034] 図 2は、図 1に示す金型によって形成される格子凸部の形状を示す図である。図 2 において、格子凸部（突起部）を符号 201によって示す。図 2の 4つの図は、上から下に、平面図、 A—A'断面図、 B— B'断面図および C— C'断面図を示す。

[0035] 平面図にぉ、て、斜線部分は、格子凸部の最も高、面を示す。この面が、金型のキヤビティ底面に対応する。平面図における円形は、金型の凸部 107の底面に対応する。隣接する円形が互いに接し、隣接する円形の中心は、正方形を形成するように配置されている。金型の凸部の底面は、正三角形、正方形、正六角形などの正多角形でもよい。

[0036] A— A'断面図、 B— B'断面図および C C'断面図において、斜線部分は格子凸部の断面を示す。 A—A'、 B—B'および C— C'の方向を X方向とすると、格子凸部 201は、 X方向および Y方向に、一定の周期 Λで配置されている。ここで、格子凸部の断面形状は、放物線から形成されている。格子凸部の断面形状を放物面カゝら形成するのは、格子凸部の底面に平行な断面の減少率が格子凸部の高さにしたがって小さくなるようにするためである。このようにすれば、仮に転写率が低くなり、格子凸部の頂点に近い部分が形成されなくとも、反射特性に対する影響は小さくなるという利点がある。この利点を無視すれば、断面形状は、三角形や他の形状であってもよい。

[0037] 図 3は、図 1に示す金型の断面を示す図である。図 3において、金型のキヤビティを符号 101によって示し、合成樹脂の注入口を符号 105によって示す。図 1と同様に、金型のキヤビティ底面を符号 103によって示し、金型の凸部を符号 107によって示す。金型の凸部 107が配置される周期は Λ、金型の凸部の高さは dである。ここで、周期 Λは、たとえば、 350ナノメータ、高さ dは、 350ナノメータである。

[0038] 図 3において、注入口 105から金型のキヤビティ 101に注入された合成樹脂は、矢印に示すように、金型の凸部 107に沿って流れ、金型の凸部と金型の凸部の間に流れ込もうとする。金型の凸部 107のキヤビティ底面 103における直径は、周期 Λと同じぐ 350ナノメータである。

[0039] 合成樹脂は、具体的にアクリル、シンクロォレフィン、ポリカーボネードなどである。

注入する場合の温度範囲は、 250°Cから 280°Cである。

[0040] 一般的に、流体中の物体のサイズを Lとすると、慣性力の粘性力に対する割合であるレイノルズ数は Lの 2乗に比例する。したがって、サイズが小さくなると、粘性力が支配的になる。金型の凸部 107のキヤビティ底面 103における直径は、 350ナノメータであり、きわめて小さいので、圧力に対して粘性力が大きくなり、合成樹脂は、金型の凸部と金型の凸部の間に流れ込むのが困難となる。金型のキヤビティ 101が合成榭脂によって満たされ、合成樹脂の圧力が上昇するにしたがって、合成樹脂は、金型の凸部と金型の凸部の間に少しずつ流れ込む。 [0041] 従来の金型の凹部 109は、互いに連絡していない。したがって、従来の金型の凹部 109の空気は、合成樹脂が金型の凹部 109に流れ込む場合に、逃げ場が無く金型の凹部 109の底部にたまるため、空気の圧力により、合成樹脂は、所定の割合より多く金型の凹部 109に流れ込むことはできない。しかし、本実施形態においては、金型の凸部と金型の凸部の間は、互いに連絡しているので、合成樹脂が流れ込む場合に、金型の凸部と金型の凸部の間の空気は逃げることができる。したがって、空気の圧力が上昇して、合成樹脂の流れ込みが妨げられることはない。

[0042] 金型の凸部 107の高さ dが、 350ナノメータである場合に、当該金型の凸部 107によって成形された格子凸部の高さは、 300乃至 350ナノメータである。すなわち、転写率は、約 85パーセントから 100パーセントに達する。

[0043] このように、本実施形態によれば、 2次元サブ波長格子を、金型を使用して射出成形によって製造する場合に、転写率を顕著に向上させることができる。

[0044] 本実施形態の金型によって製造した 2次元サブ波長格子において、格子凸部の高さが 350ナノメータである場合に、波長が 400ナノメータ、 600ナノメータおよび 800 ナノメータの光に対する反射率は、それぞれ 0. 14パーセント、 0. 21パーセントおよび 0. 37パーセントである。

[0045] 図 4は、本発明の他の実施形態による格子凸部の形状を示す図である。図 4において、格子凸部を符号 201によって示す。図 4の 4つの図は、上から下に、平面図、 A -A'断面図、 B— B'断面図および C— C'断面図を示す。

[0046] 平面図にぉ、て、斜線部分は、格子凸部の最も高、面を示す。この面が、金型のキヤビティ底面に対応する。平面図における円形は、金型の凸部 107の底面に対応する。隣接する円形が互いに接し、隣接する円形の中心は、正三角形を形成するように配置されている。本実施形態においては、格子凸部の最も高い面の面積は、図 2 に示す実施形態の場合よりも小さくなる。したがって、反射率は、図 2に示す実施形態の場合よりも小さくなり、より好ましい。

[0047] A— A'断面図、 B— B'断面図および C C'断面図において、斜線部分は格子凸部の断面を示す。 A—A'、 B—B'および C— C'の方向を X方向とすると、格子凸部 201は、 X方向および Y方向に、一定の周期 Λで配置されている。ここで、格子凸部の断面形状は、放物線から形成されている。格子凸部の断面形状を放物面カゝら形成するのは、格子凸部の底面に平行な断面の減少率が格子凸部の高さにしたがって小さくなるようにするためである。このようにすれば、仮に転写率が低くなり、格子凸部の頂点に近い部分が形成されなくとも、反射特性に対する影響は小さくなるという利点がある。この利点を無視すれば、断面形状は、三角形や他の形状であってもよい。

[0048] 本実施形態においても、金型の凸部と金型の凸部の間は、互いに連絡しているので、金型の凸部と金型の凸部の間の空気は逃げることができる。したがって、空気の圧力が上昇して、合成樹脂の流れ込みが妨げられることはない。

[0049] 金型の凸部 107の深さ dが、 350ナノメータである場合に、当該金型の凸部 107によって成形された格子凸部の高さは、 300乃至 350ナノメータである。すなわち、転写率は、約 85パーセントから 100パーセントに達する。

[0050] このように、本実施形態によれば、 2次元サブ波長格子を、金型を使用して射出成形によって製造する場合に、転写率を顕著に向上させることができる。

[0051] 本実施形態の金型によって製造した 2次元サブ波長格子において、格子凸部の高さが 350ナノメータである場合に、波長が 400ナノメータ、 600ナノメータおよび 800 ナノメータの光に対する反射率は、それぞれ 0. 13パーセント、 0. 19パーセントおよび 0. 14パーセントである。

[0052] 図 5は、本実施形態において転写率が 85パーセントおよび 100パーセントの場合、ならびに従来技術において転写率が 51パーセントの場合について、波長に対する反射率の変化を示す図である。

[0053] ここで、図 6を参照しながら、一定の周期 Λで配置される凸部を備える金型の製造方法について説明する。

[0054] はじめに、基板上にレジストを堆積し、格子の頂点を中心とした円パターンが得られるように、電子ビームまたは光を照射する。その後、レジストを現像処理によって除去する。パターユングされた形状を、レジストが無くなるまで、イオンエッチングを行うと、突起部が回転放物面形状の微細格子の金型を製造することができる。

[0055] 本発明による微細格子およびその金型を、反射防止用の 2次元サブ波長格子を例として説明した。本発明による微細格子は、共振モードフィルタやその他の用途に使用することちでさる。

Claims

請求の範囲

[1] 微細格子用の金型であって、キヤビティ底面に、中心位置が微細格子の周期である可視光線の波長よりも小さな間隔となるように配置された突起部を有する金型。

[2] 突起部の、キヤビティ底面に平行な断面が突起部の高さにしたがって小さくなり、断面の減少率が突起部の高さにしたがって大きくなる請求項 1に記載の金型。

[3] 突起部のキヤビティ底面に平行な断面が円形である請求項 1または 2に記載の金型。

[4] 突起部のキヤビティ底面における断面の円形の中心が、当該円形の直径の長さに等しい一辺を備える正方形の頂点の位置を占めるように、突起部がキヤビティ底面に配置される請求項 3に記載の金型。

[5] 突起部のキヤビティ底面における断面の円形の中心が、当該円形の直径の長さに等しい一辺を備える正三角形の頂点の位置を占めるように、突起部がキヤビティ底面に配置される請求項 3に記載の金型。

[6] 突起部が放物面形状である請求項 3に記載の金型。

[7] 請求項 1から 6のいずれかに記載された金型によって成形された微細格子。

[8] 合成樹脂からなる請求項 7に記載の微細格子。