WO2010001772A1

WO2010001772A1 - 反射防止構造を有する光学部品および前記光学部品の製造方法

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Publication number: WO2010001772A1
Application number: PCT/JP2009/061441
Authority: WO
Inventors: 義幸古山
Original assignee: アルプス電気株式会社
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2009-06-24
Publication date: 2010-01-07
Also published as: JP5211165B2; CN102084273A; CN102084273B; US20110090569A1; JPWO2010001772A1

Abstract

【課題】　偏光方向に依存することなく常に反射率を維持でき、しかも欠陥部が生じにくく、高い反射率を実現できる反射防止構造を備えた光学部品およびその製造方法を提供する。【解決手段】　光学部品の光の入射面に反射防止構造１が設けられている。反射防止構造１は、Ｘ方向に延びる突条部１１ｘおよび溝部１２ｘを有する第１の領域２Ａ，２Ｂと、Ｙ方向に延びる突条部１１ｙおよび溝部１２ｙを有する第２の領域３Ａ，３Ｂとが交互に形成されている。よって、入射する光の偏光方向に依存しない反射率を実現できる。また隣り合う領域間で突条部および溝部の角度が９０度相違しているため、隣り合う領域の境界部に欠損部が形成されにくい。

Description

反射防止構造を有する光学部品および前記光学部品の製造方法

　本発明は、レンズや回折格子などの光学部品に係り、特に光の入射面に微細な凹凸形状の反射防止構造が形成された光学部品およびその製造方法に関する。

　レンズや回折格子などの各種光学部品は、光の入射面に反射防止構造が設けられている。この反射防止構造としては、前記入射面に屈折率の相違する複数の薄膜を積層して形成したもの、または以下の特許文献１ないし３に記載されているように、前記入射面に微細な凹凸を形成したものがある。

　前記反射防止構造として微細な凹凸を形成したものは、複数の薄膜を積層して形成したものに比べて、反射を防止できる光の波長帯域を広く形成でき、また光の透過率を高くできる利点がある。
特開２００３－２２２７０１号公報特開２００５－１８１７４０号公報特開２００６－０３９４５０号公報

　光学部品の入射面に微細な凹凸パターンを有する反射防止構造を形成する製造方法は、型の表面にレジスト層を形成し、このレジスト層を前記凹凸パターンに応じて部分的に露光し且つ現像して、一部のレジスト層を残す。そして、レジスト層が除去された部分で光学部品の前記入射面をエッチングしまたはミリングして、型の表面に微細な凹凸を有する転写パターンを形成する。この型を使用して光学部品を形成する際に、前記転写パターンを光学部品の入射面に転写して反射防止構造を形成する。

　反射防止構造の前記凹凸のピッチは微細であるため、通常はレジスト層の表面を電子線で走査して露光を行う。この場合、電子線で露光できる範囲の面積が限られているため、前記レジスト層の表面を複数の領域に区分し、それぞれの領域ごとに電子線を走査させてレジスト層を露光させることが必要となる。

　しかし、電子線の走査範囲を、走査を完了した領域から隣りの領域に移行させる際に、電子線照射部と型との相対的な送り距離に誤差が生じるのを避けることはできない。この誤差により、隣り合う領域の間で露光領域どうしが重なって、隣り合う領域の境界部にレジスト層の欠陥部が生じやすくなる。領域の境界部に前記欠陥部が形成されると、入射面での光の反射率が低下するなどの問題が生じやすくなる。

　本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、光の入射面に反射防止構造を形成する際に、複数に区分した領域の境界部で、欠損部などが形成されるのを防止しやく、入射面での光の反射率を常に高く維持できる光学部品およびその製造方法を提供することを目的としている。

　本発明は、光が入射しまたは出射する面に反射防止構造が形成された光学部品において、
　前記反射防止構造は、前記面が複数の領域に区分され、それぞれの前記領域に、平行で直線状に延びる複数の突条部と複数の溝部とが交互に繰り返されて形成され、隣り合う前記領域で、前記突条部および前記溝部の延びる方向が９０度相違していることを特徴とするものである。

　本発明では、前記反射防止構造が、隣り合う前記領域の境界部において、９０度相違する方向に延びる前記突条部どうしが繋がっている部分と、隣り合う前記領域の境界部において、９０度相違する方向に延びる前記溝部どうしが繋がっている部分とを含んでいるものとして構成できる。
　例えば、それぞれの前記領域が四角形である。

　本発明の光学部品の製造方法は、型の表面に、凹凸の転写パターンを形成する工程と、前記型で光学部品を形成する際に光学部品の光の入射面に前記転写パターンを転写して凹凸状の反射防止構造を形成する工程とを有し、
　前記転写パターンを転写した前記反射防止構造は、複数の領域に区分され、それぞれの前記領域に、平行で直線状に延びる複数の突条部と複数の溝部とが交互に繰り返されて形成され、隣り合う前記領域で、前記突条部および前記溝部の延びる方向が９０度相違していることを特徴とするものである。

　また本発明の光学部品の製造方法は、前記型の表面にレジスト層を形成し、前記レジスト層を電子線で露光し現像して一部の前記レジスト層を残し、レジスト層が存在していない部分で前記型の表面を除去して前記転写パターンを形成するものである。

　例えば本発明は、前記レジスト層に、前記領域単位で前記電子線を照射し、前記領域単位で前記レジスト層を露光するものである。

　本発明の光学部品の製造方法は、前記型で光学材料をプレスして前記光学部品を形成するもの、または前記型内に溶融した光学材料を供給し、冷却して前記光学部品を形成するものである。

　本発明の光学部品は、光の入射面または出射面が四角形で好ましくは正方形の複数の領域に区分され、それぞれの領域に直線状で平行な突条部と溝部とが形成されており、隣接する領域では、前記突条部と溝部の向きが直交している。そのために、領域間の配置ピッチに若干の誤差が生じても、隣接する領域の境界部において、幅の広い欠損部などが生じるのを防止できる。

　本発明の光学部品は、隣り合う領域の突条部と溝部の向きが９０度相違しているため、入射面に入射する光や出射面から出射する光の偏光方向に関わらず、常に安定した反射防止効果を発揮することができる。しかも、隣り合う領域の境界面で、大きな欠陥部などができにくいため、領域の配列ピッチの狂いに起因した反射防止効率の低下を抑制できる。

　また本発明の光学部品の製造方法は、電子線を使用して微細ピッチの突条部と溝部とを高精度に形成できる。また、領域のピッチに狂いが生じても、入射面や出射面での反射防止効率の低下を抑制できる光学部品を製造することが可能である。

　図１は本発明の実施の形態の光学部品に形成された反射防止構造の一部を示す平面図、図２は図１に示す反射防止構造を拡大した拡大平面図である。図３は電子線でレジスト層を露光する工程を示す説明図である。図４は比較例の光学部品の反射防止構造を示す平面図、図５は図４に示す比較例の拡大平面図である。図６（Ａ）（Ｂ）は、前記比較例の問題点を示す説明図、図７は本発明の実施の形態の利点を示す説明図である。図８は前記比較例の反射防止構造の反射防止率を測定した結果を示す線図、図９は本発明の実施の形態の反射防止構造の反射防止率を測定した結果を示す線図である。

　図１と図２に示す反射防止構造１は、光学部品の光の入射面あるいは出射面に形成されている。光学部品は、レンズ、回折格子、プリズム、ビームスプリッタ、さらには発光素子や受光素子を収納したケースの光通過領域に設けられた透明カバーなどであり、いずれも光透過率の高い実質的に透明な光学材料で形成されている。

　例えば、前記光学部品は、加熱したガラスを型でプレスして形成されるものであり、この場合は、前記型の表面に形成された微細な凹凸を有する転写パターンが光学部品の入射面や出射面に転写されて前記反射防止構造１が形成される。あるいは、前記光学部品は、有機光学材料が溶融された型内に射出されて形成されるものであり、この場合も、前記型の表面に形成された微細な凹凸を有する転写パターンが光学部品の入射面や出射面に転写されて前記反射防止構造１が形成される。

　図１に示すように、反射防止構造１は、Ｘ方向へ平行に延びる突条部および溝部を有する第１の領域２と、Ｙ方向へ平行に延びる突条部および溝部を有する第２の領域３とが、Ｘ方向とＹ方向の両方向に向けて交互に配置されている。第１の領域２と第３の領域３は、それぞれ四角形であり、好ましくは正方形である。

　図２には、２つの第１の領域２Ａ，２Ｂと、これに隣接する２つの第２の領域３Ａ，３Ｂの構造および配列状態が拡大して示されている。図２では、第１の領域２Ａと第２の領域３Ａとの境界、および第１の領域２Ｂと第２の領域３Ｂとの境界であってＹ方向に延びる設計上の境界線をＢ１で示している。また、第１の領域２Ａと第２の領域３Ｂとの境界、および第１の領域２Ｂと第２の領域３Ａとの境界であってＸ方向に延びる設計上の境界線をＢ２で示している。

　図２に示すように、第１の領域２Ａ，２Ｂでは、複数の突条部１１ｘと複数の溝部１２ｘがＸ方向へ向けて直線状に延びている。突条部１１ｘと溝部１２ｘは、Ｙ方向に向けて交互に配置されており、複数の突条部１１ｘどうしは平行で、複数の溝部１２ｘどうしも平行であり、突条部１１ｘと溝部１２ｘも互いに平行である。第２の領域３Ａ，３Ｂでは、複数の突条部１１ｙと複数の溝部１２ｙがＹ方向へ向けて直線状に延びている。突条部１１ｙと溝部１２ｙは、Ｘ方向に向けて交互に配置されている。複数の突条部１１ｙどうしは平行で、複数の溝部１２ｙどうしも平行であり、突条部１１ｙと溝部１２ｙも互いに平行である。

　突条部１１ｘ，１１ｙの幅寸法と溝部１２ｘ，１２ｙの幅寸法は共に１００～５００ｎｍ程度である。また、溝部１２ｘ，１２ｙの深さ寸法は突条部１１ｘ，１１ｙの幅寸法と同程度である。そして、第１の領域２Ａ，２Ｂの一辺の長さ寸法は２００～４００μｍ程度である。

　次に、光学部品に前記反射防止構造１を形成する方法について説明する。
　光学部品を形成する型のうちの入射面や出射面を転写する型表面にレジスト層を形成し、電子線露光装置を使用して、レジスト層を部分的に露光する。図３は、レジスト層２０の第１の領域２に相当する区画領域２１に、帯状のパターンを露光する工程を示している。電子線露光装置のビームガンから電子線２３が間欠的に照射されて、レジスト層２０に微小スポットが形成されて露光される。

　図３に示すように、第１の領域２に相当する区画領域２１内で、微小スポットがＸ方向とＹ方向に順に移動させられ、この電子線２３の走査により、帯状の感光部２４ｘが形成される。複数の帯状の感光部２４ｘは、互いに平行でありＸ方向へ向けて直線的に延びている。また、感光部２４ｘと感光部２４ｘとの間に帯状の非感光部２５ｘが形成される。複数の帯状の非感光部２５ｘも互いに平行でありＸ方向へ向けて直線的に延びている。

　図３に示すように第１の領域２に対応する区画領域２１内に、感光部２４ｘと非感光部２５ｘと形成した後に、電子線露光装置内において、型を保持しているＸ－ＹテーブルをＸ方向またはＹ方向へ移動させ、電子線２３の照射領域を、１領域ピッチ分だけ移動させる。そして、既に露光が完了した区画領域２１に隣接する区画領域３１に、同様にして第２の領域３に相当する帯状のパターンを露光する。この隣接する区画領域３１では、感光部と非感光部がＹ方向へ直線的に延びるように形成される。

　型の入射面を転写する表面のほぼ全域において第１の領域２に対応する区画領域２１と第２の領域３に対応する区画領域３１の露光が完了した後に、現像工程に移行する。レジスト層がポジ用である場合、感光部２４ｘのレジスト層が除去され、非感光部２５ｘのレジスト層が残される。そして、レジスト層が除去された部分で型の表面をエッチングしまたはミリングして型の表面を帯状の領域で除去する。その後に残されたレジスト層を除去することで、型の表面に微細な凹凸の転写パターンが形成される。

　前記の型を使用して、光学材料をプレス成型し、または光学材料を射出成型することで、光学部品が形成されるとともに、光学部品の光の入射面や出射面に、図１と図２に示した反射防止構造１が転写されて形成される。

　図４と図５に示す比較例の反射防止構造１０１は、複数の領域１０３に区分されている。領域１０３は、四角形であり、実施の形態の第１の領域２および第２の領域３と同じ面積で形成されている。領域１０３はＸ方向とＹ方向に交互に並んでいる。図５では、隣り合う領域１０３の境界でＹ方向に延びる境界線をＢ１１で示し、Ｘ方向に延びる境界線をＢ１２で示している。

　領域１０３には、突条部１１１ｙと溝部１１２ｙとがＸ方向に向けて交互に形成されているが、比較例は、全ての領域１０３において、突条部１１１ｙと溝部１１２ｙが、Ｙ方向へ向けて直線的に延び且つ互いに平行に形成されている。

　比較例は、前記実施の形態と同様の製造方法で形成される。すなわち、型の表面にレジスト層が形成され、このレジスト層の表面で区分される区画領域に電子線が照射されて、Ｙ方向に延びる感光部と非感光部が形成される。Ｘ－Ｙテーブルを移動させてさらに露光を行い、隣り合う全ての区画領域に感光部と非感光部を形成した後にレジスト層を現像する。そして、エッチングやミリングで型の表面に微細な凹凸を形成し、この型の表面で光学部品の入射面を転写することで、図４と図５に示す反射防止構造１０１が形成される。比較例の反射防止構造の突条部１１１ｙと溝部１１２ｙの幅寸法などは、実施の形態の突条部１１ｘ，１１ｙおよび溝部１２ｘ，１２ｙと同じである。

　図２に示す本発明の実施の形態の反射防止構造１と、図５に示す比較例の反射防止構造１０１とを比較すると、実施の形態の方が比較例に比べて、隣り合う領域の境界部に、欠損部が形成されにくい。すなわち、図５に示すように、比較例では、Ｘ方向に隣り合う領域１０３，１０３の領域間の配列ピッチに狂いが生じると、Ｙ方向に延びる境界線Ｂ１１の部分に、突条部１１１ｙのピッチＰよりも広い幅寸法Ｄの欠陥部１３０が形成されやすい。

　図６（Ａ）（Ｂ）は、型の表面に形成されたレジスト層１２０が露光されて現像された状態を断面図で示している。図６（Ａ）（Ｂ）は、レジスト層１２０に電子線２３が照射された感光部１２４と、電子線が照射されない非感光部１２５が形成された後に、現像によって感光部１２４のレジスト層が除去された状態を示している。

　図６（Ａ）は、電子線を照射して微小スポットを走査させる区画領域の領域間の配列ピッチが高精度に設定され、隣り合う領域の間において、感光部１２４と非感光部１２５が一定のピッチＰで形成されたものを示している。この場合は、隣り合う区画領域の境界部にレジスト層の欠陥が形成されにくい。

　しかし、実際には、電子線でひとつの区画領域の露光が完了した後に、Ｘ－Ｙテーブルを移動させて隣りの区画領域を露光する際に、隣り合う区画領域の配列ピッチに狂いが生じるのを避けることができない。図６（Ｂ）は、Ｘ方向に隣接する区画領域の領域配列ピッチに、感光部１２４のピッチＰの１／５程度の誤差が生じて、両区画領域が接近した状態を示している。この場合、隣り合う区画領域の境界部において、隣り合う感光部１２４ａと感光部１２４ｂが接近しすぎることになり、感光部１２４ａと感光部１２４ｂとで挟まれる非感光部１２６の幅寸法が、正規の非感光部１２５の幅寸法よりも小さくなる。その結果、レジスト層１２０を現像したときに、幅寸法の小さい非感光部１２６が欠落しやすくなり、レジスト層１２０に幅寸法Ｄの欠陥部が形成される可能性が高くなる。

　図６（Ｂ）に示すように、幅寸法Ｄの欠陥部が発生したレジスト層のパターンを利用して型の表面をエッチングし、その型を使用して光学部品を形成すると、図５に示すように、光の入射面に転写された反射防止構造１０１において、隣り合う領域１０３の境界線Ｂ１１－Ｂ１１上に幅寸法Ｄの欠陥部１３０が形成される。すなわち、電子線で露光する区画領域の領域配列ピッチが、わずかに１／５×Ｐだけ接近しただけで、ピッチＰよりも大きな欠陥部１３０が形成されてしまう。

　図７は、本発明の実施の形態において、レジスト層２０を電子線で露光する際に、Ｘ方向に隣接する区画領域が、図６と同様に１／５×Ｐ程度接近した状態を示している。図７では、右側の区画領域３１に、Ｙ方向に延びる感光部２４ｙと非感光部２５ｙが形成され、左側の区画領域２１に、Ｘ方向に延びる感光部２４ｘと非感光部２５ｘが形成される。そして、区画領域２１と区画領域３１とが１／５×Ｐ程度接近することにより、区画領域３１の最も左に位置する非感光部３６の幅寸法Ｗａが、他の非感光部２５ｙの寸法Ｗ０よりも小さくなる。ただし、この非感光部３６には、Ｘ方向に延びる非感光部２５ｘが連続しているため、現像したときに、幅寸法Ｗａの非感光部３６が脱落しなくなり、図６（Ｂ）に示す幅寸法Ｄの欠陥部が形成されにくい。

　その結果、図２に示すように、光学部品の入射面に形成される反射防止構造１において、隣り合う領域２Ａ，３Ａの境界部や、領域３Ｂと領域２Ｂの境界部に欠陥部が形成されにくい。

　例えば、図２に示すように、第１の領域２Ａと第２の領域３Ａとの境界線Ｂ１上で、Ｘ方向に延びる突条部１１ｘとＹ方向に延びる突条部１１ｙとが繋がることがあっても、この境界線Ｂ１に、図５に示す境界線Ｂ１１上のような大きな欠陥部が形成されにくい。また、図２に示す第１の領域２Ｂと第２の領域３Ｂとの境界線Ｂ１上では、Ｘ方向に延びる溝部１２ｘとＹ方向に延びる溝部１２ｙとが互いに繋がって連通されているが、この境界線Ｂ１においても、図５に示す境界線Ｂ１１上のような大きな欠陥部が形成されにくい。

　すなわち、隣り合う領域において、互いに直交する方向に延びる突条部どうしが繋がっている部分や、互いに直交する方向に延びる溝部どうしが繋がっている部分を混在させることで、領域の境界部に大きな欠陥が形成されるのを防止できる。

　図８は、比較例で形成した反射防止構造１０１の反射率の測定結果を示し、図９は前記実施の形態の反射防止構造１の反射率の測定結果を示している。

　実施の形態の反射防止構造１と比較例の反射防止構造１０１は、いずれも区画２，３，１０３が３００μｍ×３００μｍの正方形である。また、実施の形態と比較例は、いずれも突条部の幅寸法が３００ｎｍで、溝部の底部の幅寸法が２００であり、溝部の深さ寸法が３００ｎｍである。

　それぞれの反射防止構造をＳｉウエハーの表面に形成し、それぞれの反射防止構造に対し垂直に紫外線を照射し、照射方向に対する角度が５度の反射方向において、反射率計で反射率を測定した。

　実施の形態と比較例の双方では、直線偏光の紫外線を使用した。波長は４００ｎｍから７００ｎｍの範囲とした。図８と図９は、横軸が照射した紫外線の波長であり、縦軸が反射率である。

　図８の比較例は、紫外線の偏光方向とＹ軸との角度が０度のときの反射率を（ｉ）、前記角度が４５度のときの反射率を（ｉｉ）、前記角度が９０度のときの反射率を（ｉｉｉ）で示している。図９は実施の形態の測定結果である。実施の形態に対しても、偏光方向をＹ軸に対して０度、４５度、９０度と変化させて照射したが、それぞれの角度の反射率はほぼ同じであった。

　図８と図９の測定結果を比較すると、本発明の実施の形態では、光の偏光方向がどの向きであっても、同等の反射防止効果を発揮させることができる。また、図８に示す比較例の４５度の反射率（ｉｉ）と、図９に実施の形態の反射率を比較すると、図９に示す実施の形態の反射率の方がわずかに大きくなっている。すなわち、比較例では、隣り合う領域の配列ピッチの誤差によって図５に示すような欠陥部１３０が形成されることで全ての波長に対して反射率がやや低下するが、本発明の実施の形態では、前記欠陥部１３０が形成されにくく、その結果として反射率の低下を抑制できていることが分る。

本発明の実施の形態の光学部品の反射防止構造の一部を示す平面図、図１に示す反射防止構造の一部を拡大した拡大平面図、反射防止構造の製造工程において、レジスト層を電子線で露光する工程を示し説明図、比較例の反射防止構造の一部を示す平面図、図４に示す反射防止構造の一部を拡大した拡大平面図、比較例の反射防止構造の製造過程において、レジスト層を露光し現像した状態を示す拡大断面図であり、（Ａ）は露光する区画領域の領域配列ピッチが正常な状態、（Ｂ）は前記区画領域の領域配列ピッチに狂いが生じた状態を示す、本発明の実施の形態の反射防止構造の製造過程において、レジスト層を露光し現像した状態を示す平面図であり、露光する区画領域の領域配列ピッチに狂いが生じた状態を示す、比較例の反射防止構造の反射率の測定結果を示す線図、本発明の実施の形態の反射防止構造の反射率の測定結果を示す線図、

１　反射防止構造
２，２Ａ，２Ｂ，３，３Ａ，３Ｂ　領域
１１ｘ，１１ｙ　突条部
１２ｘ，１２ｙ　溝部
２０　レジスト層
２１，３１　区画領域
２４ｘ，２４ｙ　感光部
２５ｘ，２５ｙ　非感光部
３６　非感光部

Claims

　光が入射しまたは出射する面に反射防止構造が形成された光学部品において、
　前記反射防止構造は、前記面が複数の領域に区分され、それぞれの前記領域に、平行で直線状に延びる複数の突条部と複数の溝部とが交互に繰り返されて形成され、隣り合う前記領域で、前記突条部および前記溝部の延びる方向が９０度相違していることを特徴とする光学部品。
　前記反射防止構造は、隣り合う前記領域の境界部において、９０度相違する方向に延びる前記突条部どうしが繋がっている部分と、隣り合う前記領域の境界部において、９０度相違する方向に延びる前記溝部どうしが繋がっている部分とを含んでいる請求項１記載の光学部品。
　それぞれの前記領域が四角形である請求項１または２記載の光学部品。
　型の表面に、凹凸の転写パターンを形成する工程と、前記型で光学部品を形成する際に光学部品の光の入射面に前記転写パターンを転写して凹凸状の反射防止構造を形成する工程とを有し、
　前記転写パターンを転写した前記反射防止構造は、複数の領域に区分され、それぞれの前記領域に、平行で直線状に延びる複数の突条部と複数の溝部とが交互に繰り返されて形成され、隣り合う前記領域で、前記突条部および前記溝部の延びる方向が９０度相違していることを特徴とする光学部品の製造方法。
　前記反射防止構造は、隣り合う前記領域の境界部において、９０度相違する方向に延びる前記突条部どうしが繋がっている部分と、隣り合う前記領域の境界部において、９０度相違する方向に延びる前記溝部どうしが繋がっている部分とを含んでいる請求項４記載の光学部品の製造方法。
　前記型の表面にレジスト層を形成し、前記レジスト層を電子線で露光し現像して一部の前記レジスト層を残し、レジスト層が存在していない部分で前記型の表面を除去して前記転写パターンを形成する請求項４または５記載の光学部品の製造方法。
　前記レジスト層に、前記領域単位で前記電子線を照射し、前記領域単位で前記レジスト層を露光する請求項６記載の光学部品の製造方法。
　前記型で光学材料をプレスして前記光学部品を形成する請求項４ないし７のいずれかに記載の光学部品の製造方法。
　前記型内に溶融した光学材料を供給し、冷却して前記光学部品を形成する請求項４ないし７のいずれかに記載の光学部品の製造方法。