(57)【要約】【課題】  デポジッション／エッチング交互プロセスにより形成する溝構造を有する成型金型における成形転写性・耐久性や光学素子の光学性能を向上できるシリコン基体の加工方法、溝構造を有するシリコン基体、光学素子成形金型、シリコン製光学素子を提供を提供する。【解決手段】  この溝構造を有するシリコン基体は、ピッチＰが２００〜１０００ｎｍ、アスペクト比（Ｈ／Ｗ）が１〜１５、幅Ｗが８０〜５００ｎｍ、側壁のスカロップ幅が１０ｎｍ以下である溝構造を有し、溝構造はレジストにより形成されたマスクのあるシリコン基体に対しプラズマエッチング処理及びデポジッション処理を交互に繰り返すことで形成し得るものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レジストによりシリコン基体上にマスクを形成し、前記シリコン基体に対しプラズマエッチング処理及びデポジッション処理を交互に繰り返すことで、ピッチが２００〜１０００ｎｍ、アスペクト比が１〜１５、幅が８０〜５００ｎｍ、側壁のスカロップ幅が１０ｎｍ以下である溝構造を形成することを特徴とするシリコン基体の加工方法。
【請求項２】
前記スカロップ幅が４乃至１０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載のシリコン基体の加工方法。
【請求項３】
前記溝構造の側壁のテーパ度が０．０４以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のシリコン基体の加工方法。
【請求項４】
ピッチが２００〜１０００ｎｍ、アスペクト比が１〜１５、幅が８０〜５００ｎｍ、側壁のスカロップ幅が１０ｎｍ以下である溝構造を有し、前記溝構造はレジストにより形成されたマスクのあるシリコン基体に対しプラズマエッチング処理及びデポジッション処理を交互に繰り返すことで形成し得ることを特徴とする溝構造を有するシリコン基体。
【請求項５】
前記スカロップ幅が４乃至１０ｎｍであることを特徴とする請求項４に記載の溝構造を有するシリコン基体。
【請求項６】
前記溝構造の側壁のテーパ度が０．０４以下であることを特徴とする請求項４または５に記載の溝構造を有するシリコン基体。
【請求項７】
請求項１，２または３に記載の加工方法により加工された溝構造を有するシリコン基体または請求項４，５または６に記載の溝構造を有するシリコン基体から構成されたことを特徴とする光学素子成形金型。
【請求項８】
請求項１，２または３に記載の加工方法により加工された溝構造を有するシリコン基体から構成された光学素子用金型または請求項４，５または６に記載の溝構造を有するシリコン基体から構成された光学素子用金型により成形されたことを特徴とする光学素子。
【請求項９】
請求項１，２または３に記載の加工方法により加工された溝構造を有するシリコン基体または請求項４，５または６に記載の溝構造を有するシリコン基体から構成されたことを特徴とするシリコン製光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基体に対しプラズマエッチング処理及びデポジッション処理を交互に繰り返して溝構造を形成するシリコン基体の加工方法、溝構造を有するシリコン基体、光学素子成形金型、シリコン製光学素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコン（Ｓｉ）の異方性エッチングはシリコン基板を加工する方法として知られているが（例えば、下記特許文献１参照）、Ｓｉの異方性エッチングには、大別すると、以下の表１のように二種類がある。
【０００３】
【表１】
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【０００４】
デポジッション／エッチング交互プロセスとは、デポジッション工程とプラズマによるエッチング工程とを交互に繰り返すプロセスであり（例えば、下記特許文献２参照）、高アスペクト比の構造の作製に適しているが、スカロップと呼ばれる側壁あれ（凹凸）が生じ易いという欠点がある。かかるスカロップについて図１６を参照して説明する。
【０００５】
図１６のように、シリコン基板９１上に所定形状のマスク９２を形成し（ａ）次に、シリコン基板９１上においてデポジッション（ｂ）、エッチング（ｃ）、デポジッション（ｄ）、エッチング（ｅ）、デポジッション（ｇ）、と両工程を相互に繰り返すことで、マスク９２に対応して溝９３を形成することができるが、このとき、溝９３の側壁に凹凸が生じ、スカロップ９４が形成される。
【０００６】
上述のようなスカロップの大きい溝構造を有する成形金型で成形を行い、樹脂にその溝構造を転写すると、構造の転写性が悪くなり、また、成形金型の耐久性も低下する。また、被エッチング材料をそのまま光学素子に利用しようとした場合には、光学特性に悪影響を及ぼす。
【特許文献１】特表平０７−５０３８１５号公報
【特許文献２】特開平０２−１０５４１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、デポジッション／エッチング交互プロセスにより形成する溝構造を有する成型金型における成形転写性・耐久性や光学素子の光学性能を向上できるシリコン基体の加工方法、溝構造を有するシリコン基体、光学素子成形金型、シリコン製光学素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明等者は、鋭意検討・研究の結果、次のような知見を得た。即ち、デポジッション／エッチング交互プロセスにおけるスカロップは通常、数１０〜数１００ｎｍ程度の高低差を生じ、サブミクロンオーダーの微細周期溝構造を作製しようとした場合、数１０〜数１００ｎｍ程度の側壁のあれは大きな影響を与え、例えば、深さ１μｍ以上、アスペクト比１０以上の高アスペクト比のサブミクロンスケールの溝構造を作製する場合、スカロップの幅が１０ｎｍを越える溝構造を持つ成形金型でインプリントにより溝構造を樹脂に転写しようとすると、スカロップにより樹脂と成形金型が密着してしまい、溝構造を樹脂に転写することが難しくなることから溝構造の側壁は１０ｎｍ以下のスカロップを持つことが必要であるとの知見を得、更に、スカロップ幅が４ｎｍ以上が好ましく、そのテーパ度（図３参照）が光学性能の観点から０．０４以下であることが好ましい（図１５参照）との知見を得た。本発明はかかる知見に基づいてなされたものである。
【０００９】
本発明によるシリコン基体の加工方法は、レジストによりシリコン基体上にマスクを形成し、前記シリコン基体に対しプラズマエッチング処理及びデポジッション処理を交互に繰り返すことで、ピッチが２００〜１０００ｎｍ、アスペクト比が１〜１５、幅が８０〜５００ｎｍ、側壁のスカロップ幅が１０ｎｍ以下である溝構造を形成することを特徴とする。
【００１０】
このシリコン基体の加工方法によれば、レジストによりマスクを形成したシリコン基体に対しプラズマエッチング処理及びデポジッション処理を交互に繰り返すことでピッチが２００〜１０００ｎｍ、アスペクト比が１〜１５、幅が８０〜５００ｎｍの溝構造を形成するとき、その側壁のスカロップ幅を１０ｎｍ以下とすることで、上記溝構造を有する成形金型とした場合に溝構造の成形転写性及び耐久性を向上でき、また光学素子とした場合に光学性能を向上できる。
【００１１】
上記シリコン基体の加工方法において前記スカロップ幅が４乃至１０ｎｍであることが好ましく、スカロップ幅が４ｎｍ以上であることで、溝構造の成形転写性を更に向上できる。
【００１２】
また、前記溝構造の側壁のテーパ度（図３参照）が０．０４以下であることで、成形転写性及び光学性能を向上できる。
【００１３】
本発明による溝構造を有するシリコン基体は、ピッチが２００〜１０００ｎｍ、アスペクト比が１〜１５、幅が８０〜５００ｎｍ、側壁のスカロップ幅が１０ｎｍ以下である溝構造を有し、前記溝構造はレジストにより形成されたマスクのあるシリコン基体に対しプラズマエッチング処理及びデポジッション処理を交互に繰り返すことで形成し得ることを特徴とする。
【００１４】
この溝構造を有するシリコン基体によれば、レジストによりマスクを形成したシリコン基体に対しプラズマエッチング処理及びデポジッション処理を交互に繰り返すことで形成可能な、ピッチが２００〜１０００ｎｍ、アスペクト比が１〜１５、幅が８０〜５００ｎｍの溝構造において、側壁のスカロップ幅を１０ｎｍ以下とすることで、上記溝構造を有する成形金型とした場合に溝構造の成形転写性及び耐久性を向上でき、また光学素子とした場合に光学性能を向上できる。
【００１５】
上記溝構造を有するシリコン基体において前記スカロップ幅が４乃至１０ｎｍであることが好ましく、スカロップ幅が４ｎｍ以上であることで溝構造の成形転写性を更に向上できる。
【００１６】
前記溝構造の側壁のテーパ度（図３参照）が光学性能の観点から０．０４以下であることで（図１５参照）、成形転写性及び光学性能を向上できる。
【００１７】
本発明による光学素子成形金型は、上述のシリコン基体の加工方法により加工された溝構造を有するシリコン基体または上述の溝構造を有するシリコン基体から構成されたことを特徴とする。かかる光学素子成形金型によれば、溝構造の成形転写性及び耐久性を向上できる。
【００１８】
本発明による光学素子は、上述の加工方法により加工された溝構造を有するシリコン基体から構成された光学素子用金型または上述の溝構造を有するシリコン基体から構成された光学素子用金型により成形されたことを特徴とする。この光学素子によれば、その光学性能を向上できる。
【００１９】
本発明によるシリコン製光学素子は、上述のシリコン基体の加工方法により加工された溝構造を有するシリコン基体または上述の溝構造を有するシリコン基体から構成されたことを特徴とする。かかるシリコン製光学素子によれば、光学素子の光学性能を向上できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のシリコン基体の加工方法及び溝構造を有するシリコン基体によれば、デポジッション／エッチング交互プロセスにより形成する溝構造を有する成型金型における成形転写性・耐久性や光学素子の光学性能を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。図１は本実施の形態の周期溝構造を有する波長板を模式的に示す側面図である。図２は図１の溝におけるスカロップの幅の定義を説明するための模式的な要部側面図である。図３は図１の溝におけるテーパ度の定義を説明するための模式的な要部側面図である。
【００２２】
図１に示す波長板１０は、複数の溝１１が周期的に形成された周期溝構造（格子構造）をシリコン基体上に有し、１／４波長板として機能するものである。図１のように、波長板１０の各溝１１は、深さＨ、幅Ｗ、ピッチＰとすると、ピッチＰが２００〜１０００ｎｍ、幅Ｗが８０〜５００ｎｍ、アスペクト比（Ｈ／Ｗ）が１〜１５となるように形成されている。
【００２３】
各溝１１は、デポジッション／エッチング交互プロセスによりシリコン基体に形成され、図２のように、溝１１の側壁１２，１３にはスカロップ１４が形成され、スカロップ１４の側壁１２，１３からのスカロップ幅ｃが４乃至１０ｎｍに形成されている。
【００２４】
また、各溝１１は、図３のように、溝１１の上端の開口の幅をＡとし、下端の底の幅をＢとし、テーパ度を（｜Ａ−Ｂ｜）／Ｈとすると、テーパ度は０．０４以下となるようにした。
【００２５】
次に、図１のような周期溝構造をシリコン基体上に形成するデポジッション／エッチング交互プロセスを実行できるエッチング装置について図４，図５を参照して説明する。
【００２６】
図４は、本実施の形態のデポジッション／エッチング交互プロセスを実行可能なＩＣＰ（誘導結合プラズマ）エッチング装置を概略的に示す図である。図５は図４のＩＣＰエッチング装置の制御系の要部を示すブロック図である。
【００２７】
図４に示すように、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）エッチング装置２００は、真空プラズマチャンバ２１１内に、プラズマ生成用高周波電源２１２に接続された一対の高周波電極２１３，２１４が配置され、高周波電極２１３，２１４に対向する側に被加工基材としてのシリコン基体２１０を保持する基体ホルダ２１５が配置されている。高周波電源２１２から高周波電極２１３，２１４に高周波電圧が印加されることで真空プラズマチャンバ２１１内のプラズマ生成領域ＡＡにプラズマが形成され、エッチングガスをチャンバ２１１内に流しながらシリコン基体２１０をドライエッチングすることができ、また、デポジッションガスをチャンバ２１１内に流しながら板状のシリコン基体２１０に対し成膜することができる。
【００２８】
真空プラズマチャンバ２１１内の基体ホルダ２１５には加工形状制御用バイアス高周波電源２１６が接続され、基体ホルダ２１５のバイアス電極に印加されるバイアス電力によってシース領域ＢＢがシリコン基体２１０及び基体ホルダ２１５の周りに形成される。エッチングのときにバイアス電圧によりバイアス電力を制御することで、シース領域ＢＢ内にあるシリコン基体２１０のエッチング加工形状を制御できる。
【００２９】
また、真空プラズマチャンバ２１１には、真空装置２２１が切替バルブ２２２を介して接続されている。また、エッチングガス源２２３が制御バルブ２２４を介して接続され、またデポジッションガス源２２５が制御バルブ２２６を介して接続されている。制御バルブ２２４及び制御バルブ２２６は、ガス流量を制御することで、ガス圧を所定範囲内で変化させることができる。
【００３０】
図４のＩＣＰエッチング装置２００は、図５のように、中央演算処理装置（ＣＰＵ）から構成される制御部１００を備え、制御部１００は、プラズマ生成用高周波電源２１２、加工形状制御用バイアス高周波電源２１６、真空装置２２１，真空装置用切替バルブ２２２、エッチングガス源用制御バルブ２２４及びデポジッションガス源用制御バルブ２２６を所定のシーケンスに従って制御する。
【００３１】
図５の制御部１００は、真空プラズマチャンバ２１１内の雰囲気をエッチングガスとデポジッションガスに交互に切り替えるように制御バルブ２２４，２２６を制御することで、シリコン基体２１０に対しエッチング及びデポジッション（成膜）を交互に行うことができる。そして、そのプロセスガスの切り替えのときに切替バルブ２２２，制御バルブ２２４，２２６を制御し、真空装置２２１により真空プラズマチャンバ２１１内をいったん排気し１０-2Ｐａ以下まで減圧することで、その切り替え直前のプロセスガス（エッチングガスまたはデポジッションガス）を充分に排気する。
【００３２】
制御部１００は、更に、入力設定部２２０から入力された設定条件に基づいて、プラズマ生成のための高周波電力（電圧）及びバイアス電力（電圧）を設定し、エッチング工程・デポジッション工程・排気工程の各時間やエッチングガス及びデポジッションガスの各流量を制御できる。
【００３３】
次に、プロセスパラメータの最適化について図４〜図６を参照して説明する。図６は図４のＩＣＰエッチング装置におけるバイアス電力を規格化した規格化バイアスとスカロップ幅、テーパ度との関係をそれぞれ示すグラフである。
【００３４】
図１の周期溝構造における溝１１のピッチＰ２００ｎｍ〜１μｍ、幅Ｗ８０〜５００ｎｍ、アスペクト比（Ｈ／Ｗ）１〜１５、スカロップ幅ｃ４乃至１０ｎｍを実現するためにプロセスパラメータの最適化は次のようにして行うことができる。
【００３５】
プロセスパラメータとしては、次の表２に示すように、各特性に影響を与えるプロセス圧力、ガス流量、ＲＦ電力、バイアス電力が考えられる。
【００３６】
【表２】
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【００３７】
（１）真空プラズマチャンバ２１１について高真空条件にすることでイオンの平均自由工程を長くし、溝の側壁へのエッチングを小さくする。
【００３８】
（２）バイアス電力をできる限り小さくすることで、エッチングレートを小さくする。これによって極端にデポジッション／エッチングの時間間隔を短くすることなく、スカロップを低減することができる。
【００３９】
（３）上述のようにバイアス電力を下げていくと、あるバイアス値からエッチャントイオンが溝底面に到達し難くなり、エッチングレートが低下する現象が顕著になり（マイクロローディング現象）、その結果、溝がテーパ状になる。所望のアスペクト比に対して必要最低限のバイアス電力を決定する。
【００４０】
（４）図６に示す規格化バイアスとスカロップ幅、テーパ度との各関係及び上記（２）、（３）から理想バイアス値を図６の破線で示す範囲Ｆ内で決定する。
【００４１】
（５）必要な構の深さからレジストとシリコンの選択比を見積もり、可能な限り物理的にエッチングを行うＲＦ電力を選択する。
【００４２】
上述のようにしてプロセスパラメータを最適化することで、スカロップ幅ｃが６ｎｍ、テーパ度（｜Ａ−Ｂ｜／Ｈ）が０．０１、アスペクト比（Ｈ／Ｗ）が１０の周期溝構造を作製することが可能となる。
【００４３】
次に、図４，図５のＩＣＰエッチング装置を用いて図１の周期溝構造をシリコン基体上に形成する加工方法について図７，図８を参照して説明する。図７は本実施の形態によるシリコン基体の加工方法の各ステップＳ０１乃至Ｓ１２を示すフローチャートである。図８は図７の加工方法によりシリコン基体に溝形状を形成する工程（ａ）、（ｂ）を模式的に示す断面図である。
【００４４】
図７のシリコン基体の加工方法は、図８（ａ）のように電子ビーム描画・現像により所定の微細パターンが形成されたエッチングマスク１５を有するシリコン基体２１０に対しデポジッション／プラズマエッチング交互プロセスを行うことで、図８（ｂ）のような深さＨ、幅Ｗを有する高アスペクト比の溝を加工するものである。
まず、シリコン基体２１０にレジスト（感光性の樹脂）を均一に塗布してから（Ｓ０１）、そのレジスト表面に対し電子ビームにより所定の微細パターンを描画し（Ｓ０２）、所定の現像材料により現像することで（Ｓ０３）、図８（ａ）のようにシリコン基体２１０の表面２１０ａ上に微細パターンを有するエッチングマスク１５を形成する。
【００４５】
なお、ステップＳ０２における電子ビーム描画は、本発明者等が、他の発明者とともに、例えば、特開２００４−１０７７９３号公報や特開２００４−５４２１８号公報等で提案した電子ビーム描画装置により行うことができる。これにより、所望の描画パターンを電子ビームによる３次元描画でサブミクロンオーダーの高精度でレジスト膜上に形成できる。
【００４６】
次に、上述のエッチングマスク１５の形成されたシリコン基体２１０を図４の真空プラズマチャンバ２１１内の基体ホルダ２１５に保持してＩＣＰエッチング装置２００にセットする（Ｓ０４）。そして、上述の（１）乃至（５）のようにして求めたバイアス電力やＲＦ電力等の最適化条件を図５の入力設定部２２０から入力し図１のＩＣＰエッチング装置２００に設定する（Ｓ０５）。
【００４７】
次に、ＩＣＰエッチング装置２００を上記条件の下で作動させ、真空プラズマチャンバ２１１内を排気してから、デポジッションガスを制御バルブ２２６によりデポジッションガス源２２５から真空プラズマチャンバ２１１内に導入し、電極２１３，２１４に高周波電圧を印加してプラズマを生成し、シリコン基体２１０に対しデポジッションを行う（Ｓ０６）。
【００４８】
次に、制御バルブ２２６でデポジッションガスの供給を止め、真空装置２２１により真空プラズマチャンバ２１１の内圧が１０-2Ｐａ以下になるまでデポジッションガスを排気する（Ｓ０７）。
【００４９】
次に、エッチングガスを制御バルブ２２４によりエッチングガス源２２３から真空プラズマチャンバ２１１内に導入し、電極２１３，２１４に高周波電圧を印加してプラズマを生成するとともにバイアス電圧をシリコン基体２１０に印加し、シリコン基体２１０に対しエッチングを行う（Ｓ０８）。
【００５０】
そして、エッチングが続く場合（Ｓ０９）、制御バルブ２２４でエッチングガスの供給を止め、真空装置２２１により真空プラズマチャンバ２１１の内圧が１０-2Ｐａ以下の圧力になるまでエッチングガスを排気する（Ｓ１０）。
【００５１】
次に、上述のステップＳ０６に戻りデポジッションを行い、続いて、排気（Ｓ０７）、エッチング（Ｓ０８）を同様にして行う。このようにして、デポジッション工程とエッチング工程とを交互に繰り返すことでシリコン基体２１０に対するエッチングを行う。
【００５２】
次に、上述のエッチングが終了したら（Ｓ０９）、ＩＣＰエッチング装置２００を停止し（Ｓ１１）、シリコン基体２１０を真空プラズマチャンバ２１１内から移動させる（Ｓ１２）。
【００５３】
上述のようにして、レジストによりマスク１５を形成したシリコン基体２１０に対しプラズマエッチング処理及びデポジッション処理を交互に繰り返すことで、シリコン基体２１０の表面２１０ａに図８（ｂ）のように深さＨ、幅Ｗの高アスペクト比（Ｈ／Ｗ）の複数の溝１１を形成できる。このとき、図１６で説明したように、図２の側壁１２，１３にプラズマエッチング処理とデポジッション処理を交互に繰り返すことによる凹凸が生じ、スカロップ１４が形成されるが、上述のプロセスパラメータの最適化により、スカロップ１４のスカロップ幅ｃを４乃至１０ｎｍにすることが可能である。
【００５４】
以上のように、シリコン基体２１０においてピッチＰ２００ｎｍ〜１μｍ、幅Ｗ８０〜５００ｎｍ、アスペクト比（Ｈ／Ｗ）１〜１５、テーパ度（｜Ａ−Ｂ｜／Ｈ）０．０４以下、スカロップ幅ｃ４乃至１０ｎｍである溝１１を持つ周期溝構造を得ることができる。
【００５５】
また、図７では、デポジッション（Ｓ０６）とエッチング（Ｓ０８）とを交互に繰り返す際に、直前のプロセスガスを充分に排気する排気工程（Ｓ０７，Ｓ１０）を行ってから、次のプロセス（デポジッションまたはエッチング）を行うので、次のプロセスではエッチングガスとデポジッションガスが混ざった状態が存在せず、各プロセスを安定して実行でき、シリコン基体２１０に上述の所望の溝形状の周期溝構造を精度よく加工できる。
【００５６】
次に、上述の図７，図８において周期溝形状が形成されたシリコン基体を成形金型として用いて光学素子を製造する工程Ｓ２１乃至Ｓ２７について図９及び図１０を参照して説明する。
【００５７】
図９は本実施の形態による成形金型により光学素子を成形で製造する工程を説明するためのフローチャートである。図１０（ａ）乃至（ｃ）は図９において成形金型により光学素子をインプリント成形で製造する工程を説明するための成形金型及び光学素子の模式的な側面図である。
【００５８】
上述のようにして複数の溝１１による周期溝構造が形成されたシリコン基体２１０を図１０（ａ）のように、波長板や回折格子等の光学素子成形のための成形金型Ｃとする（Ｓ２１）。
【００５９】
図１０（ａ）のように、ステンレス鋼等からなる下型３１の上面に素材Ｍをセットし固定し、ステンレス鋼等からなる上型３２の下面に成形金型Ｃをセットし固定する（Ｓ２２）。なお、素材Ｍとしては、例えば、ＰＭＭＡ、ポリカーボネート、ポリオレフィン等の光学素子用素材が好ましい。
【００６０】
次に、上型３２の内部に設けたヒータに通電することで上型３２を素材Ｍのガラス転移点温度以上に加熱する（Ｓ２３）。次に、図１０（ｂ）のように、上型３２を下方に移動させて下型３１に押圧する（Ｓ２４）。これにより、素材Ｍは急速にガラス転移点温度以上に加熱されて溶融し、その表面に成形金型Ｃの複数の溝１１の形状が転写される（Ｓ２５）。
【００６１】
次に、上型３２のヒータへの通電を停止し上型３２を自然冷却させ（強制冷却でもよい）、下型３１の内部に設けた配管に冷却水を流して下型３１を強制冷却する（Ｓ２６）。
【００６２】
次に、図１０（ｃ）のように、上型３２を上方に移動させて素材Ｍから離すようにして離型を行うことで（Ｓ２７）、周期溝構造が転写された光学素子を得る。このようにして、インプリント法により、例えば、図１に示す波長板１０を作製することができる。
【００６３】
以上のようにして、光学素子成形のための成形金型Ｃを、上述のシリコン基体の加工方法で上述の各寸法を所定範囲で形成した周期溝構造を持つシリコン基体２１０から構成し、波長板等の光学素子を成形できる。
【００６４】
即ち、レジストによりマスク１５を形成したシリコン基体２１０に対しプラズマエッチング処理及びデポジッション処理を交互に繰り返すことで形成可能な、ピッチＰが２００〜１０００ｎｍ、アスペクト比（Ｈ／Ｗ）が１〜１５、幅Ｗが８０〜５００ｎｍの周期溝構造を有するシリコン基体２１０を成形金型とし、溝１１の側壁１２，１３のスカロップ幅ｃを４ｎｍ乃至１０ｎｍとすることで、成形金型における成形転写性及び成形金型の耐久性を向上できる。また、溝１１のテーパ度（｜Ａ−Ｂ｜／Ｈ）を０．０４以下とすることで、成形転写性を一層向上できる。
【００６５】
また、図９，図１０では、複数の溝１１による周期溝構造を有する図８（ｂ）のシリコン基体２１０を光学素子成形のための成形金型Ｃとしたが、図８（ｂ）のシリコン基体２１０をそのまま、例えば図１の波長板１０のような光学素子とすることができる。このように、ピッチＰが２００〜１０００ｎｍ、アスペクト比（Ｈ／Ｗ）が１〜１５、幅Ｗが８０〜５００ｎｍの周期溝構造を有するシリコン基体をシリコン製光学素子とし、スカロップ幅ｃを４ｎｍ乃至１０ｎｍとすることで、光学素子の光学性能を向上できる。
【００６６】
なお、上述の側壁のスカロップを小さくするプロセスとしてハロゲン化水素系のガスを用いたエッチングを行ってもよいが、このエッチングは、対マスクとの選択比が小さいため、リフトオフ法によりマスクにＣｒなどの金属もしくはＳｉＯ2などの金属酸化物のようなハードマスクを用いる必要がある。しかし、シリコン基体上にかかるハードマスクを形成するプロセスは操作が煩雑になることから寸法安定性に欠くため精度の高い光学素子への応用は現実的ではない。この点からも、本実施の形態のようにマスクにはレジスト（感光性の樹脂）を用ることが要求される。なお、リフトオフ法とは、基板上に塗布したレジスト膜に図形を形成した後に磁性体薄膜をメッキ法等により形成した後、有機溶剤による溶解などによりレジストを除去する方法である。
【実施例】
【００６７】
次に、本発明によるプラズマエッチング法について実施例により更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００６８】
〈実施例１，２〉
【００６９】
実施例１，比較例１として、デポジッション／エッチング交互プロセスによりシリコン基体上に周期溝形状を形成した。実施例１では、図１１（ａ）の顕微鏡写真に示すように、スカロップ幅４．２ｎｍの溝を形成できた。これに対し、比較例１では、図１１（ｂ）の顕微鏡写真に示すように、スカロップが大きく形成され、スカロップ幅１５ｎｍの溝が形成された。なお、図１１（ａ）、（ｂ）の左下に側壁の拡大写真を示す。
【００７０】
実施例２として、デポジッション／エッチング交互プロセスによりシリコン基体上に高アスペクト比の溝による周期溝形状を形成した。実施例２では、図１２の顕微鏡写真に示すように、ピッチ２００ｎｍ、幅１２５ｎｍ、高さ１２５０ｎｍ，スカロップ幅６．０ｎｍのアスペクト比１０の溝を形成できた。
【００７１】
実施例１，２のプロセス条件は次のように設定した。
装置：株式会社アルバック  型式CE300I  装置名ICPエッチング装置
ガス(1)（デポジッションガス）：ＳＦ6／Ｏ2
デポジッションガス圧：１．３３Ｐａ
ガス(2)（エッチングガス）：Ｃ4Ｆ8
エッチングガス圧：０．３Ｐａ
デポジッション時プラズマ励起用高周波出力：３００Ｗ
エッチング時プラズマ励起用高周波出力：１５０Ｗ
バイアス出力：３Ｗ
【００７２】
なお、比較例１では、バイアス出力を６Ｗとした以外は、実施例１，２のプロセス条件と同一とした。
【００７３】
〈実施例３〉
【００７４】
実施例３では、実施例１の周期溝構造において、次の表３のように、テーパ度を０乃至０．０３の範囲内で７段階に変え、スカロップ幅を、０乃至２０の範囲内で１１段階に変え、成形金型とし図１０の成形を実行し波長板を作製し、その形状転写性及び波長板の光学性能を調べた。
【００７５】
例えば、図１３（ａ）のようなスカロップ幅が１５ｎｍの周期溝構造を有するシリコン基体からなる成形金型で樹脂材料により成形を行い、その成形後の樹脂は、図１３（ｂ）のように延びて変形した。これはスカロップ幅が大きく、成形金型の溝の側壁と樹脂との密着性が高く、離型時に延びて変形してしまうためであると考えられる。これに対し、図１４（ａ）のようなスカロップ幅が６ｎｍの周期溝構造を有するシリコン基体からなる成形金型で樹脂材料により成形を行い、その成形後の樹脂は、図１４（ｂ）のように延び等による変形が認められなかった。これはスカロップ幅が小さく、成形金型の溝の側壁と樹脂との密着性が低く、離型時における延びによる変形が小さいためであると考えられる。
【００７６】
【表３】
2006216630.tif 000005
【００７７】
表３から、テーパ度が０．０４以下であれば、少なくとも光学性能を満足できることが分かり、スカロップ幅が１２ｎｍ以上、または、２ｎｍ以下であると、形状転写性を満足できないが、４乃至１０ｎｍの範囲内であれば、形状転写性を満足できることが分かる。
【００７８】
〈実施例４〉
【００７９】
実施例４では、図１０のような成形金型により得た光学素子（広帯域波長板）について周期溝構造（格子構造）の溝がテーパ状になった場合の光学性能のシュミュレーション（λ＝４０５ｎｍ）を行った。その結果について図１５を参照して説明する。
【００８０】
溝の基本形状を図１５（ａ）とし、テーパ度（（Ｂ−Ａ）／Ｈ）を０〜０．０６を越える程度まで変えた場合の位相差を図１５（ｂ）に示す。この場合、位相差の許容値は±０．００８λであり、位相差は設計値±０．００８λの範囲内にあることが要求される。なお、この許容値は、広帯域波長板を光ピックアップへ応用する際の基準であり、広帯域波長板の位相差が許容値を超えると、青色レーザダイオードへの戻り光の影響から光源の安定性を損なうことや受光素子が十分な光量を得られないことが生じ得る。
【００８１】
図１５（ｂ）に示すように、溝のテーパ度が大きくなるにつれて広帯域波長板の位相差が大きくなり、位相差が図に示す設計値からずれていき、テーパ度が０．０４を越えると、位相差の許容値（＋０．００８λ）を越える。
【００８２】
なお、各実施例１乃至４では、材料にポリオレフィン樹脂を用い、その屈折率は、次のとおりである。
n=1.560135(λ405nm)
n=1.540895(λ650nm)
n=1.537340(λ780nm)
【００８３】
以上のように本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、図９，図１０では、インプリント成形としたが、本発明はこれに限定されず、成形金型を射出成形によるものとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本実施の形態の周期溝構造を有する波長板を模式的に示す側面図である。
【図２】図１の溝におけるスカロップの幅の定義を説明するための模式的な要部側面図である。
【図３】図１の溝におけるテーパ度の定義を説明するための模式的な要部側面図である。
【図４】本実施の形態のデポジッション／エッチング交互プロセスを実行可能なＩＣＰ（誘導結合プラズマ）エッチング装置を概略的に示す図である。
【図５】図４のＩＣＰエッチング装置の制御系の要部を示すブロック図である。
【図６】図４のＩＣＰエッチング装置におけるバイアス電力を規格化した規格化バイアスとスカロップ幅、テーパ度との関係をそれぞれ示すグラフである。
【図７】本実施の形態によるシリコン基体の加工方法の各ステップＳ０１乃至Ｓ１２を示すフローチャートである。
【図８】図７の加工方法によりシリコン基体に溝形状を形成する工程（ａ）、（ｂ）を模式的に示す断面図である。
【図９】本実施の形態による成形金型により光学素子をインプリント成形で製造する工程を説明するためのフローチャートである。
【図１０】図１０（ａ）乃至（ｃ）は図９において成形金型により光学素子を成形で製造する工程を説明するための成形金型及び光学素子の模式的な側面図である。
【図１１】実施例１でシリコン基体に形成した周期溝構造を示す顕微鏡写真（ａ）及び比較例１で形成した周期溝構造を示す顕微鏡写真（ｂ）である。
【図１２】実施例２でシリコン基体に形成した周期溝構造を示す顕微鏡写真である。
【図１３】実施例３で比較のために形成したスカロップ幅が大きい周期溝構造を有するシリコン基体の顕微鏡写真（ａ）及びそのシリコン基体を成形金型として成形を行った樹脂の顕微鏡写真である（ｂ）。
【図１４】実施例３で形成したスカロップ幅が小さい周期溝構造を有するシリコン基体の顕微鏡写真（ａ）及びそのシリコン基体を成形金型として成形を行った樹脂の顕微鏡写真である（ｂ）。
【図１５】実施例４において光学素子（広帯域波長板）における周期溝構造（格子構造）の溝がテーパ状になった場合の光学性能のシュミュレーション結果を説明するための図である。図１５（ａ）は溝の基本形状を示す図であり、図１５（ｂ）は、λ＝４０５ｎｍのときのテーパ度と位相差の関係を示すグラフである。
【図１６】デポジッション／エッチング交互プロセスの各工程（ａ）乃至（ｇ）を説明するためのシリコン基体の側面図であり、スカロップが形成される様子を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００８５】
１０ 波長板（溝構造を有するシリコン基体）
１１ 複数の溝
１２，１３ 側壁
１４ スカロップ
１５ エッチングマスク
３１ 下型
３２ 上型
２１０ シリコン基体
２１１ 真空プラズマチャンバ
２１２ プラズマ生成用高周波電源
２１６ 加工形状制御用バイアス高周波電源
Ｐ 溝のピッチ
Ｈ 溝の深さ
Ｗ 溝の幅
ｃ スカロップ幅
【図１】
2006216630.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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