(57)【要約】【課題】作製コストを低減し、かつ、歩留りを向上させることが可能な多孔質構造体を提供する。【解決手段】この多孔質構造体は、多孔質構造を有するとともに、表面近傍の領域２ａにアルミニウムの靭性を低下させることが可能な元素（酸素）が含有された酸化アルミニウム膜２を備えている。そして、酸化アルミニウム膜２の表面近傍の領域２ａの元素（酸素）の含有率は、酸化アルミニウム膜２の表面近傍の領域２ａ以外の領域の元素（酸素）の含有率よりも高い。【選択図】図１
2006070304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成され、多孔質構造を有するとともに、少なくとも表面近傍の領域にアルミニウムの靭性を低下させることが可能な元素が含有された酸化アルミニウム膜とを備え、
前記酸化アルミニウム膜の前記表面近傍の領域の前記元素の含有率は、前記酸化アルミニウム膜の表面近傍以外の領域の前記元素の含有率よりも高い、多孔質構造体。
【請求項２】
前記アルミニウムの靭性を低下させることが可能な元素は、酸素、フッ素、窒素および炭素の少なくとも１つの元素を含む、請求項１に記載の多孔質構造体。
【請求項３】
前記基板の前記酸化アルミニウム膜とは反対側の領域上に形成され、前記基板の割れを抑制するための割れ抑制層をさらに備える、請求項１または２に記載の多孔質構造体。
【請求項４】
前記基板は、透明基板を含み、
前記割れ抑制層は、透明膜を含む、請求項３に記載の多孔質構造体。
【請求項５】
前記透明膜は、空気層の屈折率よりも大きく、かつ、前記透明基板の屈折率以下の屈折率を有する、請求項４に記載の多孔質構造体。
【請求項６】
基板上に、アルミニウム膜を形成する工程と、
前記アルミニウム膜の少なくとも表面近傍の領域に、アルミニウムの靭性を低下させることが可能な元素を導入する工程と、
前記アルミニウム膜の表面に複数の凸部を有する金型を押し付けることにより、前記アルミニウム膜の表面に複数の凹部を形成する工程と、
前記アルミニウム膜を陽極酸化することにより、前記複数の凹部に対応する領域に孔を有する酸化アルミニウム膜を形成する工程とを備えた、多孔質構造体の製造方法。
【請求項７】
前記アルミニウム膜の少なくとも表面近傍の領域に、アルミニウムの靭性を低下させることが可能な元素を導入する工程は、
前記アルミニウム膜の少なくとも表面近傍の領域に、酸素、フッ素および窒素の少なくとも１つの元素を導入する工程を含む、請求項６に記載の多孔質構造体の製造方法。
【請求項８】
前記アルミニウム膜の少なくとも表面近傍の領域に、アルミニウムの靭性を低下させることが可能な元素を導入する工程は、
前記アルミニウム膜の少なくとも表面近傍の領域に、炭素をイオン注入する工程を含む、請求項６に記載の多孔質構造体の製造方法。
【請求項９】
前記アルミニウム膜の表面に複数の凹部を形成する工程に先立って、
前記基板の前記アルミニウム膜とは反対側の領域上に、前記アルミニウム膜の表面に複数の凸部を有する金型を押し付ける際に前記基板の割れを抑制する割れ抑制層を形成する工程をさらに備える、請求項６〜８のいずれか１項に記載の多孔質構造体の製造方法。
【請求項１０】
前記割れ抑制層は、前記基板の反りを低減する機能も有する、請求項９に記載の多孔質構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔質構造体およびその製造方法に関し、特に、多孔質構造を有する酸化アルミニウム膜を備えた多孔質構造体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板上に、複数の細孔を有する酸化アルミニウム（アルミナ）膜が形成された多孔質構造体が知られている。また、従来、複数の細孔を有する酸化アルミニウム膜の形成方法として、実質的に平坦な表面を有するアルミニウム膜を酸性電解液中で陽極酸化することにより、複数の細孔を有する酸化アルミニウム膜を自己組織化的に形成する技術が知られている。このような陽極酸化法を用いて形成される複数の細孔を有する酸化アルミニウム膜は、光学フィルタなどの光学素子やナノデバイスの部品としての利用が期待されている。
【０００３】
上記した複数の細孔を有する酸化アルミニウム膜を光学素子やナノデバイスの部品として利用する場合の有用性は、複数の細孔の形状および配列に大きく影響される。ここで、従来の陽極酸化法を用いて酸化アルミニウム膜を形成する場合では、酸化アルミニウム膜に形成される細孔が酸化アルミニウム膜の表面に対して垂直にならずに屈曲するという不都合があった。また、細孔の平面形状が真円にならないために、細孔径の分布の広がりが大きくなるという不都合もあった。さらに、隣接する細孔同士の間隔のばらつきが大きくなるために、細孔の配列が不規則になるという不都合もあった。このように、細孔の形状にばらつきが生じるとともに、細孔の配列が不規則になるのは、陽極酸化開始時に、アルミニウム膜の表面にランダムに複数の凹部が発生するとともに、複数の凹部のうちの一部が優先的に成長して細孔になるためであると考えられている。
【０００４】
そこで、従来では、アルミニウム膜の表面に、規則的に配列された複数の同じ形状の凹部を予め形成するとともに、その凹部が形成されたアルミニウム膜を陽極酸化することによって、酸化アルミニウム膜に形成される複数の細孔の形状がばらつくのを抑制し、かつ、複数の細孔を規則的に配列する技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。この特許文献１には、アルミニウム膜の表面に規則的に配列された複数の同じ形状の凹部を形成する技術として、規則的に配列された複数の同じ形状の凸部を有する金型を、プレス機を用いてアルミニウム膜の表面に押し付けるテクスチャリング処理が開示されている。上記特許文献１では、アルミニウム膜を陽極酸化する際に、アルミニウム膜の表面の規則的に配列された複数の同じ形状の凹部が起点となって細孔が形成されるので、酸化アルミニウム膜に形成される複数の細孔の形状がばらつくのを抑制し、かつ、複数の細孔の配列が不規則になるのを抑制することが可能となる。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１２１２９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に開示されたテクスチャリング処理を行う場合、アルミニウム膜の表面に金型を押し付ける際に、約３ｔ／ｃｍ２〜約５ｔ／ｃｍ２の高いプレス圧力が必要となる。このように高いプレス圧力でアルミニウム膜の表面に金型を押し付けた場合には、以下のような不都合が生じる。すなわち、アルミニウムは、高い靭性を有する材料であるので、金型の複数の凸部がアルミニウム膜の表面近傍の領域にめり込んだ際に、金型の複数の凸部とアルミニウム膜の表面近傍の領域とが圧着された状態となる。この場合、金型のアルミニウム膜からの離型の際に、金型の複数の凸部とアルミニウム膜の表面近傍の領域とが圧着された状態のまま分離されるので、アルミニウム膜に形成（転写）される複数の凹部と、金型の複数の凸部とが損傷しやすくなるという不都合が生じる。その結果、複数の凸部を有する金型および複数の凹部を有するアルミニウム膜の作製にかかるコストが上昇するので、多孔質構造体の作製コストを低減するのが困難になるという問題点がある。また、アルミニウム膜に形成される複数の凹部が損傷しやすくなるので、複数の凹部の形状がばらつくという不都合が生じる。その結果、アルミニウム膜を陽極酸化することにより形成された酸化アルミニウム膜の複数の細孔の形状がばらつくので、歩留りを向上させるのが困難になるという問題点もある。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、作製コストを低減し、かつ、歩留りを向上させることが可能な多孔質構造体を提供することである。
【０００８】
この発明のもう１つの目的は、作製コストを低減し、かつ、歩留りを向上させることが可能な多孔質構造体の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００９】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による多孔質構造体は、基板と、基板上に形成され、多孔質構造を有するとともに、少なくとも表面近傍の領域にアルミニウムの靭性を低下させることが可能な元素が含有された酸化アルミニウム膜とを備えている。そして、酸化アルミニウム膜の表面近傍の領域の元素の含有率は、酸化アルミニウム膜の表面近傍以外の領域の元素の含有率よりも高い。
【００１０】
この第１の局面による多孔質構造体では、上記のように、酸化アルミニウム膜の少なくとも表面近傍の領域に、アルミニウムの靭性を低下させることが可能な元素を含有させ、かつ、酸化アルミニウム膜の表面近傍の領域の元素の含有率を、酸化アルミニウム膜の表面近傍以外の領域の元素の含有率よりも高くすることによって、複数の凹部を有するアルミニウム膜を陽極酸化することにより複数の孔を有する酸化アルミニウム膜を自己組織化的に形成する場合に、陽極酸化前のアルミニウム膜の表面近傍の領域にアルミニウムの靭性を低下させることが可能な元素を導入すれば、そのアルミニウム膜の表面近傍の領域の靭性を低下させることができる。これにより、複数の凸部を有する金型をアルミニウム膜の表面に押し付けるテクスチャリング処理を行うことによりアルミニウム膜の表面に複数の凹部を形成する際に、金型の複数の凸部とアルミニウム膜の表面近傍の領域とが圧着された状態になるのを抑制することができる。このため、金型のアルミニウム膜からの離型の際に、金型の複数の凸部とアルミニウム膜の表面近傍の領域とが圧着された状態になることに起因して、アルミニウム膜に形成（転写）される複数の凹部と、金型の複数の凸部とが損傷するのを抑制することができる。その結果、複数の凸部を有する金型および複数の凹部を有するアルミニウム膜の作製にかかるコストを低減することができるので、多孔質構造体の作製コストを低減することができる。また、アルミニウム膜に形成（転写）される複数の凹部が損傷するのを抑制することができるので、複数の凹部の形状にばらつきが生じるのを抑制することができる。その結果、アルミニウム膜を陽極酸化することにより形成される酸化アルミニウム膜の複数の孔の形状がばらつくのを抑制することができるので、歩留りを向上させることができる。
【００１１】
上記第１の局面による多孔質構造体において、好ましくは、アルミニウムの靭性を低下させることが可能な元素は、酸素、フッ素、窒素および炭素の少なくとも１つの元素を含む。このような元素を陽極酸化前のアルミニウム膜の表面近傍の領域に導入すれば、容易に、そのアルミニウム膜の表面近傍の領域の靭性を低下させることができる。
【００１２】
上記第１の局面による多孔質構造体において、好ましくは、基板の酸化アルミニウム膜とは反対側の領域上に形成され、基板の割れを抑制するための割れ抑制層をさらに備える。このように構成すれば、複数の凹部を有するアルミニウム膜を陽極酸化することにより複数の孔を有する酸化アルミニウム膜を自己組織化的に形成する場合に、複数の凸部を有する金型をアルミニウム膜の表面に押し付けるテクスチャリング処理を行うことによりアルミニウム膜の表面に複数の凹部を形成する際に、アルミニウム膜の表面に対する押し付け圧力が大きくなったとしても、割れ抑制層により基板に割れが生じるのを抑制することができる。
【００１３】
この場合、好ましくは、基板は、透明基板を含み、割れ抑制層は、透明膜を含む。このように構成すれば、基板に対して光を透過させる光学素子に本発明を適用する場合に、テクスチャリング処理の後に割れ抑制層を除去する必要がないので、製造プロセスを簡略化することができる。
【００１４】
上記基板が透明基板を含むとともに、割れ抑制層が透明膜を含む構成において、好ましくは、透明膜は、空気層の屈折率よりも大きく、かつ、透明基板の屈折率以下の屈折率を有する。このように構成すれば、透明基板から空気層に向かって屈折率を徐々に小さくすることができるので、透明基板と空気層との屈折率差が大きいことに起因して、フレネル反射が発生するのを抑制することができる。
【００１５】
この発明の第２の局面による多孔質構造体の製造方法は、基板上に、アルミニウム膜を形成する工程と、アルミニウム膜の少なくとも表面近傍の領域に、アルミニウムの靭性を低下させることが可能な元素を導入する工程と、アルミニウム膜の表面に複数の凸部を有する金型を押し付けることにより、アルミニウム膜の表面に複数の凹部を形成する工程と、アルミニウム膜を陽極酸化することにより、複数の凹部に対応する領域に孔を有する酸化アルミニウム膜を形成する工程とを備えている。
【００１６】
この第２の局面による多孔質構造体の製造方法では、上記のように、アルミニウム膜の少なくとも表面近傍の領域に、アルミニウムの靭性を低下させることが可能な元素を導入することによって、アルミニウム膜の表面近傍の領域の靭性を低下させることができる。これにより、アルミニウム膜の表面に複数の凸部を有する金型を押し付けることにより、アルミニウム膜の表面に複数の凹部を形成する際に、金型の複数の凸部とアルミニウム膜の表面近傍の領域とが圧着された状態になるのを抑制することができる。このため、金型のアルミニウム膜からの離型の際に、金型の複数の凸部とアルミニウム膜の表面近傍の領域とが圧着された状態になることに起因して、アルミニウム膜に形成（転写）される複数の凹部と、金型の複数の凸部とが損傷するのを抑制することができる。その結果、複数の凸部を有する金型および複数の凹部を有するアルミニウム膜の作製にかかるコストを低減することができるので、多孔質構造体の作製コストを低減することができる。また、アルミニウム膜に形成（転写）される複数の凹部が損傷するのを抑制することができるので、複数の凹部の形状にばらつきが生じるのを抑制することができる。その結果、アルミニウム膜を陽極酸化することにより形成される酸化アルミニウム膜の複数の孔の形状がばらつくのを抑制することができるので、歩留りを向上させることができる。
【００１７】
上記第２の局面による多孔質構造体の製造方法において、アルミニウム膜の少なくとも表面近傍の領域に、アルミニウムの靭性を低下させることが可能な元素を導入する工程は、アルミニウム膜の少なくとも表面近傍の領域に、酸素、フッ素および窒素の少なくとも１つの元素を導入する工程を含んでいてもよい。このような元素をアルミニウム膜の表面近傍の領域に導入すれば、容易に、そのアルミニウム膜の表面近傍の領域の靭性を低下させることができる。
【００１８】
上記第２の局面による多孔質構造体の製造方法において、アルミニウム膜の少なくとも表面近傍の領域に、アルミニウムの靭性を低下させることが可能な元素を導入する工程は、アルミニウム膜の少なくとも表面近傍の領域に、炭素をイオン注入する工程を含んでいてもよい。このように炭素をアルミニウム膜の表面近傍の領域にイオン注入すれば、容易に、そのアルミニウム膜の表面近傍の領域の靭性を低下させることができる。
【００１９】
上記第２の局面による多孔質構造体の製造方法において、好ましくは、アルミニウム膜の表面に複数の凹部を形成する工程に先立って、基板のアルミニウム膜とは反対側の領域上に、アルミニウム膜の表面に複数の凸部を有する金型を押し付ける際に基板の割れを抑制する割れ抑制層を形成する工程をさらに備える。このように構成すれば、複数の凸部を有する金型をアルミニウム膜の表面に押し付けるテクスチャリング処理を行うことによりアルミニウム膜の表面に複数の凹部を形成する際に、アルミニウム膜の表面に対する押し付け圧力が大きくなったとしても、割れ抑制層により基板に割れが生じるのを抑制することができる。
【００２０】
この場合、好ましくは、割れ抑制層は、基板の反りを低減する機能も有する。このように構成すれば、アルミニウム膜の表面に金型を押し付けるテクスチャリング処理を行う際に、基板のアルミニウム膜側の表面が凹状に大きく反っている場合に比べて、アルミニウム膜の表面に対する押し付け圧力が不均一になるのを抑制することができる。これにより、テクスチャリング処理の際の基板の割れをより抑制することができる。
【００２１】
なお、上記アルミニウムの靭性を低下させることが可能な元素が酸素、フッ素、窒素および炭素の少なくとも１つの元素を含む構成において、アルミニウムの靭性を低下させることが可能な元素は、フッ素を含んでいてもよい。このように構成すれば、酸化アルミニウムの屈折率は、１．７であり、フッ素元素が含有された酸化アルミニウムの屈折率は、フッ化アルミニウムの屈折率と実質的に同じ１．３８であるので、酸化アルミニウム膜の表面近傍の領域の屈折率（１．３８）を、空気層の屈折率（１）と、酸化アルミニウム膜の表面近傍以外の領域の屈折率（１．７）との間の屈折率にすることができる。これにより、酸化アルミニウム膜の上方の空気層から酸化アルミニウム膜に向かって屈折率を徐々に大きくすることができるので、空気層と酸化アルミニウム膜との屈折率差が大きいことに起因して、フレネル反射が発生するのを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による光学素子（多孔質構造体）の構造を示した平面図であり、図２は、図１の１００−１００線に沿った断面図である。まず、図１および図２を参照して、第１実施形態による光学素子の構造について説明する。
【００２４】
第１実施形態による光学素子では、図２に示すように、透光性であるとともに、約１ｍｍの厚みを有する石英基板１上に、多孔質構造を有するとともに、約３μｍの厚みを有する酸化アルミニウム（アルミナ）膜２が形成されている。なお、石英基板１は、本発明の「基板」および「透明基板」の一例である。
【００２５】
ここで、第１実施形態では、酸化アルミニウム膜２の表面近傍の領域（酸化アルミニウム膜２の破線よりも上方の領域）２ａの酸素の含有率は、酸化アルミニウム膜２の表面近傍の領域２ａ以外の領域の酸素の含有率よりも高い。なお、酸素は、アルミニウムの靭性を低減させることが可能な元素である。また、酸化アルミニウム膜２には、石英基板１の表面に達する深さを有するとともに、深さ方向に均一な直径を有する複数の細孔２ｂが形成されている。また、酸化アルミニウム膜２の複数の細孔２ｂは、図１に示すように、三角格子状に配列されて細孔パターンを構成している。なお、細孔２ｂは、本発明の「孔」の一例である。
【００２６】
第１実施形態では、上記のように、酸化アルミニウム膜２の表面近傍の領域２ａの酸素の含有率を、酸化アルミニウム膜２の表面近傍の領域２ａ以外の領域の酸素の含有率よりも高くすることによって、複数の凹部を有するアルミニウム膜を陽極酸化することにより複数の細孔２ｂを有する酸化アルミニウム膜２を自己組織化的に形成する場合に、陽極酸化前のアルミニウム膜の表面近傍の領域にアルミニウムの靭性を低下させることが可能な酸素元素を導入すれば、そのアルミニウム膜の表面近傍の領域の靭性を低下させることができる。これにより、複数の凸部を有する金型をアルミニウム膜の表面に押し付けるテクスチャリング処理を行うことによりアルミニウム膜の表面に複数の凹部を形成する際に、金型の複数の凸部とアルミニウム膜の表面近傍の領域とが圧着された状態になるのを抑制することができる。このため、金型のアルミニウム膜からの離型の際に、金型の複数の凸部とアルミニウム膜の表面近傍の領域とが圧着された状態になることに起因して、アルミニウム膜に形成（転写）される複数の凹部と、金型の複数の凸部とが損傷するのを抑制することができる。その結果、複数の凸部を有する金型および複数の凹部を有するアルミニウム膜の作製にかかるコストを低減することができるので、光学素子の作製コストを低減することができる。また、アルミニウム膜に形成（転写）される複数の凹部が損傷するのを抑制することができるので、複数の凹部の形状にばらつきが生じるのを抑制することができる。その結果、アルミニウム膜を陽極酸化することにより形成される酸化アルミニウム膜２の複数の細孔２ｂの形状がばらつくのを抑制することができるので、歩留りを向上させることができる。
【００２７】
図３〜図２１は、図１および図２に示した第１実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図および平面図である。次に、図１〜図２１を参照して、第１実施形態による光学素子の製造プロセスについて説明する。なお、図１２、図１３、図１５〜図２０は、基板上に形成される複数個の素子のうちの１つ分の断面図である。
【００２８】
まず、図３〜図９を参照して、後述するテクスチャリング処理に用いる金型１１（図９参照）の製造プロセスについて説明する。図３に示すように、スピンコート法を用いて、４ｍｍ角のＳｉＣ基板１１ａ上に、約０．１μｍ〜約０．３μｍの厚みを有するポジ型レジスト（ＺＥＰ−５２０：日本ゼオン製）１２を塗布する。この後、電子ビーム描画法を用いて、ポジ型レジスト１２に、約１００ｎｍの直径を有する複数の細孔が三角格子状に配列された細孔パターンを露光した後、現像する。これにより、図４に示すように、ポジ型レジスト１２に、約１００ｎｍの直径を有するとともに、三角格子状に配列された複数の細孔１２ａが形成される。
【００２９】
次に、図５に示すように、電子ビーム蒸着法を用いて、ポジ型レジスト１２の上面およびＳｉＣ基板１１ａの細孔１２ａに対応する領域を覆うように、約７０ｎｍの厚みを有するＮｉ層１３を形成する。この後、リフトオフ法によりポジ型レジスト１２を除去する。これにより、図６に示すように、約１００ｎｍの直径を有する複数のＮｉ層１３が三角格子状に配列された状態となる。
【００３０】
次に、図７に示すように、ＣＦ４ガスによる反応性ドライエッチング技術を用いて、三角格子状に配列された複数のＮｉ層１３をマスクとして、ＳｉＣ基板１１ａの上面から約３００ｎｍの深さまでをエッチングする。この後、図７に示した構造を、硫酸と過酸化水素水との混合液に浸漬することによって、Ｎｉ層１３を除去する。これにより、図９に示すように、約３００ｎｍの突出高さと、約１００ｎｍの根元部の直径とを有する複数の円錐形状の凸部１１ｂを含むＳｉＣからなる金型１１が形成される。また、金型１１の複数の凸部１１ｂは、図８に示すように、三角格子状に配列される。このようにして、後述するテクスチャリング処理に用いる金型１１が形成される。
【００３１】
次に、図１０〜図２１を参照して、光学素子の製造プロセスについて説明する。
【００３２】
まず、図１０に示すように、約５０．８ｍｍの直径を有するとともに、約１ｍｍの厚みを有する石英基板１を準備する。
【００３３】
次に、図１１および図１２に示すように、電子ビーム蒸着法またはスパッタリング法を用いて、石英基板１上に、約３μｍの厚みを有するアルミニウム膜３を形成する。この際、アルミニウム膜３は、図１１に示すように、加熱されたＡｌ微粒子が石英基板１上に堆積されることにより形成されるので、Ａｌ微粒子が常温に戻る際に収縮する。このため、石英基板１は、表面側（アルミニウム膜３が形成された側）が凹状になるように反る。この場合の石英基板１の凹状の表面の高低差は、約１６μｍである。
【００３４】
次に、第１実施形態では、図１３に示すように、水蒸気雰囲気中において、アルミニウム膜３の表面処理を行う。この表面処理の条件としては、圧力：常圧、温度：約４００℃〜約７００℃、時間：約３０分〜約６０分である。これにより、アルミニウム膜３の上面から約１μｍの深さまでの表面近傍の領域３ａに酸素元素が導入される。ここで、純アルミニウムの破壊靭性値は、約２００ＭＰａ・ｍ１／２であり、酸素元素が含有されたアルミニウムの破壊靭性値は、酸化アルミニウム（アルミナ）の破壊靭性値と実質的に同じ約４．２ＭＰａ・ｍ１／２である。なお、破壊靭性値は、その値が高い程、靭性が高いことを意味する。このため、アルミニウム膜３の表面近傍の領域３ａに酸素元素を導入することによって、表面近傍の領域３ａの靭性が、表面近傍の領域３ａ以外の領域の靭性よりも低くなる。
【００３５】
次に、第１実施形態では、図１４および図１５に示すように、電子ビーム蒸着法またはスパッタリング法を用いて、石英基板１の裏面上に、約２．４μｍの厚みを有するとともに、高い靭性（破壊靭性値：約２００ＭＰａ・ｍ１／２）を有するアルミニウム膜４を形成する。なお、アルミニウム膜４は、本発明の「割れ抑制層」の一例である。ここで、石英基板１の表面上に形成されたアルミニウム膜３の厚み（約３μｍ）をＴ１とするとともに、石英基板１の裏面上に形成されたアルミニウム膜４の厚み（約２．４μｍ）をＳ１とした場合、アルミニウム膜３の厚みＴ１およびアルミニウム膜４の厚みＳ１は、以下の式（１）を満たすように設定されている。
【００３６】
Ｔ１−０．８（μｍ）≦Ｓ１（μｍ）≦Ｔ１−０．４（μｍ）・・（１）
本実施形態では、Ｔ１＝約３μｍ、Ｓ１＝約２．４μｍであるので、上記式（１）を満たす。
【００３７】
この際、第１実施形態では、アルミニウム膜４は、図１４に示すように、上記したアルミニウム膜３と同様、加熱されたＡｌ微粒子が石英基板１の裏面上に堆積されることにより形成されるので、Ａｌ微粒子が常温に戻る際に収縮する。このため、石英基板１は、表面側（アルミニウム膜３が形成された側）が凸状になるように反る。この場合の石英基板１の凸状の表面の高低差は、約３μｍである。すなわち、石英基板１の裏面上に、上記した式（１）を満たす厚み（約２．４μｍ）を有するアルミニウム膜４を形成することによって、石英基板１の表面の高低差を、約１６μｍから約３μｍに小さくすることができる。
【００３８】
次に、図１６に示すように、図９に示した金型１１の凸部１１ｂ側を下向きにするとともに、その金型１１をアルミニウム膜３の表面上に設置する。この後、金型１１の複数の凸部１１ｂをアルミニウム膜３の表面に押し付けるテクスチャリング処理を行う。具体的には、油圧プレス機を用いて、アルミニウム膜３の表面に対する押し付け圧力（プレス圧力）を５ｔ／ｃｍ２に設定した状態で約２分間保持する。
【００３９】
この際、第１実施形態では、石英基板１の裏面上に形成されたアルミニウム膜４が高い靭性（破壊靭性値：約２００ＭＰａ・ｍ１／２）を有するので、アルミニウム膜４を石英基板１に対する割れ抑制層として機能させることができる。また、上記したように、アルミニウム膜３の表面近傍の領域３ａの靭性（破壊靭性値：約４．２ＭＰａ・ｍ１／２）が低下しているので、金型１１の複数の凸部１１ｂとアルミニウム膜３の表面近傍の領域３ａとが圧着された状態になるのを抑制することができる。
【００４０】
この後、アルミニウム膜３からの金型１１の離型を行うことによって、図１７に示す状態にする。これにより、アルミニウム膜３の表面近傍の領域３ａに、複数の凹部３ｂが形成される。また、アルミニウム膜３の複数の凹部３ｂは、図８に示した金型１１の複数の凸部１１ｂの三角格子状の配列と同様、三角格子状に配列される。
【００４１】
次に、図１８に示すように、スピンコート法を用いて、アルミニウム膜３の表面近傍の領域３ａを覆うように、レジスト（ＯＦＰＲ５０００−１５０ＣＰ：東京応化工業製）５を塗布する。そして、図１８に示した構造を、リン酸液中に浸漬することによって、石英基板１の裏面上のアルミニウム膜４のみを除去する。これにより、図１９に示すように、石英基板１の裏面が露出された状態にする。この後、レジスト５を除去することによって、図２０に示す状態になる。
【００４２】
次に、図２１に示すように、陽極酸化法を用いて、表面近傍の領域３ａに複数の凹部３ｂが形成されたアルミニウム膜３の酸化処理を行う。具体的には、陽極としてのアルミニウム膜３の表面と、白金からなる陰極６の表面とが対向するように配置する。そして、０．０５モル濃度（Ｍ）を有する０℃〜約１０℃のシュウ酸溶液７中で、約１００Ｖの定電圧を印加することにより酸化処理を行う。これにより、図１および図２に示したように、三角格子状に配列された複数の細孔２ｂを有する酸化アルミニウム膜２が自己組織化的に形成される。
【００４３】
ここで、第１実施形態では、陽極酸化前のアルミニウム膜３の表面近傍の領域３ａ（図２１参照）に予め酸素元素が含有されているので、酸化アルミニウム膜２の表面近傍の領域２ａの酸素の含有率は、酸化アルミニウム膜２の表面近傍の領域２ａ以外の領域の酸素の含有率よりも高くなる。また、酸化アルミニウム膜２の複数の細孔２ｂは、アルミニウム膜３の複数の凹部３ｂ（図２１参照）を起点として形成されることにより、三角格子状に配列される。また、酸化アルミニウム膜２の複数の細孔２ｂは、石英基板１の表面に達する深さを有するとともに、深さ方向に均一な直径を有するように形成される。
【００４４】
第１実施形態の製造プロセスでは、上記のように、アルミニウム膜３の表面近傍の領域３ａに、アルミニウムの靭性を低下させることが可能な酸素元素を導入することによって、アルミニウム膜３の表面近傍の領域３ａの靭性を低下させることができる。これにより、アルミニウム膜３の表面に複数の凸部１１ｂを有する金型１１を押し付けることにより、アルミニウム膜３の表面に複数の凹部３ｂを形成する際に、金型１１の複数の凸部１１ｂとアルミニウム膜３の表面近傍の領域３ａとが圧着された状態になるのを抑制することができる。このため、金型１１のアルミニウム膜３からの離型の際に、金型１１の複数の凸部１１ｂとアルミニウム膜３の表面近傍の領域３ａとが圧着された状態になることに起因して、アルミニウム膜３に形成（転写）される複数の凹部３ｂと、金型１１の複数の凸部１１ｂとが損傷するのを抑制することができる。その結果、複数の凸部１１ｂを有する金型１１および複数の凹部３ｂを有するアルミニウム膜３の作製にかかるコストを低減することができるので、光学素子の作製コストを低減することができる。また、アルミニウム膜３に形成（転写）される複数の凹部３ｂが損傷するのを抑制することができるので、複数の凹部３ｂの形状にばらつきが生じるのを抑制することができる。その結果、アルミニウム膜３を陽極酸化することにより形成される酸化アルミニウム膜２の複数の細孔２ｂの形状がばらつくのを抑制することができるので、歩留りを向上させることができる。
【００４５】
また、第１実施形態の製造プロセスでは、石英基板１の裏面上に、高い靭性を有するアルミニウム膜４を形成することによって、金型１１をアルミニウム膜３の表面に押し付けるテクスチャリング処理を行う際に、アルミニウム膜３の表面に対する押し付け圧力が大きくなったとしても、高い靭性を有するアルミニウム膜４により石英基板１に加わる圧力を和らげることができる。これにより、石英基板１に大きい圧力が加わることに起因して、石英基板１に割れが生じるのを抑制することができる。
【００４６】
また、第１実施形態の製造プロセスでは、石英基板１の裏面上に、アルミニウム膜４を形成することにより、石英基板１の表面の高低差を約１６μｍから約３μｍに小さくすることによって、アルミニウム膜３の表面に金型を押し付けるテクスチャリング処理を行う際に、石英基板１の表面側（アルミニウム膜３が形成された側）が凹状に大きく反っている場合に比べて、アルミニウム膜３の表面に対する押し付け圧力が不均一になるのを抑制することができる。これにより、テクスチャリング処理の際の石英基板１の割れをより抑制することができる。
【００４７】
（第２実施形態）
図２２は、本発明の第２実施形態による光学素子（多孔質構造体）の構造を示した断面図である。図２２を参照して、この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、表面近傍の領域にフッ素元素が含有された酸化アルミニウム膜を含む光学素子について説明する。
【００４８】
この第２実施形態による光学素子では、図２２に示すように、透光性であるとともに、約１ｍｍの厚みを有する石英基板１上に、多孔質構造を有するとともに、約３μｍの厚みを有する酸化アルミニウム（アルミナ）膜２２が形成されている。
【００４９】
ここで、第２実施形態では、酸化アルミニウム膜２２の表面近傍の領域（酸化アルミニウム膜２２の破線よりも上方の領域）２２ａに、フッ素元素が含有されている。なお、フッ素は、アルミニウムの靭性を低減させることが可能な元素である。また、３６５ｎｍの波長の光に対して、酸化アルミニウムの屈折率は、１．７であり、フッ素元素が含有された酸化アルミニウムの屈折率は、フッ化アルミニウムの屈折率と実質的に同じ１．３８である。すなわち、酸化アルミニウム膜２２の表面近傍の領域２２ａは、空気層の屈折率（１）と、酸化アルミニウム膜２２の表面近傍の領域２２ａ以外の領域の屈折率（１．７）との間の屈折率（１．３８）を有する。また、酸化アルミニウム膜２２には、石英基板１の表面に達する深さを有するとともに、深さ方向に均一な直径を有する複数の細孔２２ｂが形成されている。また、酸化アルミニウム膜２２の複数の細孔２２ｂは、図１に示した第１実施形態の複数の細孔２ｂと同様、三角格子状に配列されて細孔パターンを構成している。なお、細孔２２ｂは、本発明の「孔」の一例である。
【００５０】
第２実施形態では、上記のように、酸化アルミニウム膜２２の表面近傍の領域２２ａに、アルミニウムの靭性を低下させることが可能なフッ素元素を含有させることによって、複数の凹部を有するアルミニウム膜を陽極酸化することにより複数の細孔２２ｂを有する酸化アルミニウム膜２２を自己組織化的に形成する場合に、陽極酸化前のアルミニウム膜の表面近傍の領域にアルミニウムの靭性を低下させることが可能なフッ素元素を導入すれば、そのアルミニウム膜の表面近傍の領域の靭性を低下させることができる。これにより、複数の凸部を有する金型をアルミニウム膜の表面に押し付けるテクスチャリング処理を行うことによりアルミニウム膜の表面に複数の凹部を形成する際に、金型の複数の凸部とアルミニウム膜の表面近傍の領域とが圧着された状態になるのを抑制することができる。このため、金型のアルミニウム膜からの離型の際に、金型の複数の凸部とアルミニウム膜の表面近傍の領域とが圧着された状態になることに起因して、アルミニウム膜に形成（転写）される複数の凹部と、金型の複数の凸部とが損傷するのを抑制することができる。その結果、複数の凸部を有する金型および複数の凹部を有するアルミニウム膜の作製にかかるコストを低減することができるので、光学素子の作製コストを低減することができる。また、アルミニウム膜に形成（転写）される複数の凹部が損傷するのを抑制することができるので、複数の凹部の形状にばらつきが生じるのを抑制することができる。その結果、アルミニウム膜を陽極酸化することにより形成される酸化アルミニウム膜２２の複数の細孔２２ｂの形状がばらつくのを抑制することができるので、歩留りを向上させることができる。
【００５１】
また、第２実施形態では、酸化アルミニウム膜２２の表面近傍の領域２２ａに、フッ素元素を含有させることによって、酸化アルミニウムの屈折率は、１．７であり、フッ素元素が含有された酸化アルミニウムの屈折率は、フッ化アルミニウムの屈折率と実質的に同じ１．３８であるので、酸化アルミニウム膜２２の表面近傍の領域２２ａの屈折率（１．３８）を、空気層の屈折率（１）と、酸化アルミニウム膜２２の表面近傍の領域２２ａ以外の領域の屈折率（１．７）との間の屈折率にすることができる。これにより、酸化アルミニウム膜２２の上方の空気層から酸化アルミニウム膜２２に向かって屈折率を徐々に大きくすることができるので、空気層と酸化アルミニウム膜２２との屈折率差が大きいことに起因して、フレネル反射が発生するのを抑制することができる。
【００５２】
図２３〜図３０は、図２２に示した第２実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図２２〜図３０を参照して、第２実施形態による光学素の製造プロセスについて説明する。なお、図２４、図２５、図２７〜図２９は、基板上に形成される複数個の素子のうちの１つ分の断面図である。
【００５３】
まず、図２３および図２４に示すように、電子ビーム蒸着法またはスパッタリング法を用いて、石英基板１上に、約３μｍの厚みを有するアルミニウム膜２３を形成する。この際、アルミニウム膜２３は、図２３に示すように、加熱されたＡｌ微粒子が石英基板１上に堆積されることにより形成されるので、Ａｌ微粒子が常温に戻る際に収縮する。このため、石英基板１は、表面側（アルミニウム膜２３が形成された側）が凹状になるように反る。この場合の石英基板１の凹状の表面の高低差は、約１６μｍである。
【００５４】
次に、第２実施形態では、図２５に示すように、アルミニウム膜２３をフッ素含有ガス（たとえば、ＣＦ４ガス）中に晒すことによって、アルミニウム膜２３の表面処理を行う。この表面処理の条件としては、温度：約４００℃〜約７００℃、時間：約３０分〜約６０分である。これにより、アルミニウム膜２３の上面から約０．５μｍの深さまでの表面近傍の領域２３ａにフッ素元素が導入される。ここで、フッ素元素が導入されたアルミニウムの破壊靭性値は、純アルミニウムの破壊靭性値（約２００ＭＰａ・ｍ１／２）よりも低くなると考えられる。このため、アルミニウム膜２３の表面近傍の領域２３ａにフッ素元素を導入することによって、表面近傍の領域２３ａの靭性が、表面近傍の領域２３ａ以外の領域の靭性よりも低くなる。
【００５５】
次に、第２実施形態では、図２６および図２７に示すように、電子ビーム蒸着法またはスパッタリング法を用いて、石英基板１の裏面上に、約２．４μｍの厚みを有するとともに、高い靭性（破壊靭性値：約２００ＭＰａ・ｍ１／２）を有するアルミニウム膜２４を形成する。なお、アルミニウム膜２４は、本発明の「割れ抑制層」の一例である。ここで、アルミニウム膜２３の厚み（Ｔ１：約３μｍ）およびアルミニウム膜２４の厚み（Ｓ１：約２．４μｍ）は、上記した式（１）を満たすように設定されている。
【００５６】
この際、第２実施形態では、アルミニウム膜２４は、図２６に示すように、上記したアルミニウム膜２３と同様、加熱されたＡｌ微粒子が石英基板１の裏面上に堆積されることにより形成されるので、Ａｌ微粒子が常温に戻る際に収縮する。このため、石英基板１は、表面側（アルミニウム膜２３が形成された側）が凸状になるように反る。この場合の石英基板１の凸状の表面の高低差は、約３μｍである。すなわち、石英基板１の裏面上に、上記した式（１）を満たす厚み（約２．４μｍ）を有するアルミニウム膜２４を形成することによって、石英基板１の表面の高低差を、約１６μｍから約３μｍに小さくすることができる。
【００５７】
次に、図２８に示すように、図８および図９に示した第１実施形態と同様の金型１１を用いて、アルミニウム膜２３の表面に対してテクスチャリング処理を行う。具体的には、油圧プレス機を用いて、アルミニウム膜２３の表面に対する押し付け圧力（プレス圧力）を５トン／ｃｍ２に設定した状態で約２分間保持する。
【００５８】
この際、第２実施形態では、石英基板１の裏面上に形成されたアルミニウム膜２４が高い靭性（破壊靭性値：約２００ＭＰａ・ｍ１／２）を有するので、アルミニウム膜２４を石英基板１に対する割れ抑制層として機能させることができる。また、上記したように、アルミニウム膜２３の表面近傍の領域２３ａの靭性が低下しているので、金型１１の複数の凸部１１ｂとアルミニウム膜２３の表面近傍の領域２３ａとが圧着された状態になるのを抑制することができる。
【００５９】
この後、アルミニウム膜２３からの金型１１の離型を行うことによって、図２９に示す状態にする。これにより、アルミニウム膜２３の表面近傍の領域２３ａに、複数の凹部２３ｂが形成される。また、アルミニウム膜２３の複数の凹部２３ｂは、図８に示した金型１１の複数の凸部１１ｂの三角格子状の配列と同様、三角格子状に配列される。この後、図１８〜図２０に示した第１実施形態と同様のプロセスを用いて、石英基板１の裏面上のアルミニウム膜２４のみを除去する。
【００６０】
次に、図３０に示すように、陽極酸化法を用いて、表面近傍の領域２３ａに複数の凹部２３ｂが形成されたアルミニウム膜２３の酸化処理を行う。具体的には、陽極としてのアルミニウム膜２３の表面と、白金からなる陰極６の表面とが対向するように配置する。そして、０．０５モル濃度（Ｍ）を有する０℃〜約１０℃のシュウ酸溶液７中で、約１００Ｖの定電圧を印加することにより酸化処理を行う。これにより、図２２に示したように、三角格子状に配列された複数の細孔２２ｂを有する酸化アルミニウム膜２２が自己組織化的に形成される。
【００６１】
ここで、第２実施形態では、陽極酸化前のアルミニウム膜２３の表面近傍の領域２３ａ（図３０参照）に予めフッ素元素が含有されているので、酸化アルミニウム膜２２の表面近傍の領域２２ａにフッ素元素が含有された状態となる。また、酸化アルミニウム膜２２の複数の細孔２２ｂは、アルミニウム膜２３の複数の凹部２３ｂ（図３０参照）を起点として形成されることにより、三角格子状に配列される。また、酸化アルミニウム膜２２の複数の細孔２２ｂは、石英基板１の表面に達する深さを有するとともに、深さ方向に均一な直径を有するように形成される。
【００６２】
第２実施形態の製造プロセスでは、上記のように、アルミニウム膜２３の表面近傍の領域２３ａに、アルミニウムの靭性を低下させることが可能なフッ素元素を導入することによって、アルミニウム膜２３の表面近傍の領域２３ａの靭性を低下させることができる。これにより、アルミニウム膜２３の表面に複数の凸部１１ｂを有する金型１１を押し付けることにより、アルミニウム膜２３の表面に複数の凹部２３ｂを形成する際に、金型１１の複数の凸部１１ｂとアルミニウム膜２３の表面近傍の領域２３ａとが圧着された状態になるのを抑制することができる。このため、金型１１のアルミニウム膜２３からの離型の際に、金型１１の複数の凸部１１ｂとアルミニウム膜２３の表面近傍の領域２３ａとが圧着された状態になることに起因して、アルミニウム膜２３に形成（転写）される複数の凹部２３ｂと、金型１１の複数の凸部１１ｂとが損傷するのを抑制することができる。その結果、複数の凸部１１ｂを有する金型１１および複数の凹部２３ｂを有するアルミニウム膜２３の作製にかかるコストを低減することができるので、光学素子の作製コストを低減することができる。また、アルミニウム膜２３に形成（転写）される複数の凹部２３ｂが損傷するのを抑制することができるので、複数の凹部２３ｂの形状にばらつきが生じるのを抑制することができる。その結果、アルミニウム膜２３を陽極酸化することにより形成される酸化アルミニウム膜２２の複数の細孔２２ｂの形状がばらつくのを抑制することができるので、歩留りを向上させることができる。
【００６３】
また、第２実施形態の製造プロセスでは、石英基板１の裏面上に、高い靭性を有するアルミニウム膜２４を形成することによって、金型１１をアルミニウム膜２３の表面に押し付けるテクスチャリング処理を行う際に、アルミニウム膜２３の表面に対する押し付け圧力が大きくなったとしても、高い靭性を有するアルミニウム膜２４により石英基板１に加わる圧力を和らげることができる。これにより、石英基板１に大きい圧力が加わることに起因して、石英基板１に割れが生じるのを抑制することができる。
【００６４】
また、第２実施形態の製造プロセスでは、石英基板１の裏面上に、アルミニウム膜２４を形成することにより、石英基板１の表面の高低差を約１６μｍから約３μｍに小さくすることによって、アルミニウム膜２３の表面に金型を押し付けるテクスチャリング処理を行う際に、石英基板１の表面側（アルミニウム膜２３が形成された側）が凹状に大きく反っている場合に比べて、アルミニウム膜２３の表面に対する押し付け圧力が不均一になるのを抑制することができる。これにより、テクスチャリング処理の際の石英基板１の割れをより抑制することができる。
【００６５】
（第３実施形態）
図３１は、本発明の第３実施形態による光学素子（多孔質構造体）の構造を示した断面図である。図３１を参照して、この第３実施形態では、上記第１および第２実施形態と異なり、表面近傍の領域に窒素元素が含有された酸化アルミニウム膜を含む光学素子について説明する。
【００６６】
この第３実施形態による光学素子では、図３１に示すように、透光性であるとともに、約１ｍｍの厚みを有する石英基板１上に、多孔質構造を有するとともに、約３μｍの厚みを有する酸化アルミニウム（アルミナ）膜３２が形成されている。
【００６７】
ここで、第３実施形態では、酸化アルミニウム膜３２の表面近傍の領域（酸化アルミニウム膜３２の破線よりも上方の領域）３２ａに、窒素元素が含有されている。なお、窒素は、アルミニウムの靭性を低減させることが可能な元素である。また、酸化アルミニウム膜３２には、石英基板１の表面に達する深さを有するとともに、深さ方向に均一な直径を有する複数の細孔３２ｂが形成されている。また、酸化アルミニウム膜３２の複数の細孔３２ｂは、図１に示した第１実施形態の複数の細孔２ｂと同様、三角格子状に配列されて細孔パターンを構成している。なお、細孔３２ｂは、本発明の「孔」の一例である。
【００６８】
第３実施形態では、上記のように、酸化アルミニウム膜３２の表面近傍の領域３２ａに、アルミニウムの靭性を低下させることが可能な窒素元素を含有させることによって、複数の凹部を有するアルミニウム膜を陽極酸化することにより複数の細孔３２ｂを有する酸化アルミニウム膜３２を自己組織化的に形成する場合に、陽極酸化前のアルミニウム膜の表面近傍の領域にアルミニウムの靭性を低下させることが可能な窒素元素を導入すれば、そのアルミニウム膜の表面近傍の領域の靭性を低下させることができる。これにより、複数の凸部を有する金型をアルミニウム膜の表面に押し付けるテクスチャリング処理を行うことによりアルミニウム膜の表面に複数の凹部を形成する際に、金型の複数の凸部とアルミニウム膜の表面近傍の領域とが圧着された状態になるのを抑制することができる。このため、金型のアルミニウム膜からの離型の際に、金型の複数の凸部とアルミニウム膜の表面近傍の領域とが圧着された状態になることに起因して、アルミニウム膜に形成（転写）される複数の凹部と、金型の複数の凸部とが損傷するのを抑制することができる。その結果、複数の凸部を有する金型および複数の凹部を有するアルミニウム膜の作製にかかるコストを低減することができるので、光学素子の作製コストを低減することができる。また、アルミニウム膜に形成（転写）される複数の凹部が損傷するのを抑制することができるので、複数の凹部の形状にばらつきが生じるのを抑制することができる。その結果、アルミニウム膜を陽極酸化することにより形成される酸化アルミニウム膜３２の複数の細孔３２ｂの形状がばらつくのを抑制することができるので、歩留りを向上させることができる。
【００６９】
図３２〜図３９は、図３１に示した第３実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図３１〜図３９を参照して、第３実施形態による光学素子の製造プロセスについて説明する。なお、図３３、図３４、図３６〜図３８は、基板上に形成される複数個の素子のうちの１つ分の断面図である。
【００７０】
まず、図３２および図３３に示すように、電子ビーム蒸着法またはスパッタリング法を用いて、石英基板１上に、約３μｍの厚みを有するアルミニウム膜３３を形成する。この際、アルミニウム膜３３は、図３２に示すように、加熱されたＡｌ微粒子が石英基板１上に堆積されることにより形成されるので、Ａｌ微粒子が常温に戻る際に収縮する。このため、石英基板１は、表面側（アルミニウム膜３３が形成された側）が凹状になるように反る。この場合の石英基板１の凹状の表面の高低差は、約１６μｍである。
【００７１】
次に、第３実施形態では、図３４に示すように、高周波プラズマ発生装置を用いて、アルミニウム膜３３の表面に窒素ラジカルを照射することによって、アルミニウム膜３３の表面処理を行う。この表面処理の条件としては、パワー：約２３０Ｗ、圧力：約１３３×１０−５Ｐａ、窒素ガス流量：約１．２５ｓｃｃｍ、温度：約３００℃〜約６００℃、時間：約３０分〜約６０分である。これにより、アルミニウム膜３３の上面から約０．５μｍの深さまでの表面近傍の領域３３ａに窒素元素が導入される。ここで、アルミニウムの破壊靭性値は、約２００ＭＰａ・ｍ１／２であり、窒素元素が含有されたアルミニウムの破壊靭性値は、窒化アルミニウムの破壊靭性値と実質的に同じ約２．５ＭＰａ・ｍ１／２である。このため、アルミニウム膜３３の表面近傍の領域３３ａに窒素元素を導入することによって、表面近傍の領域３３ａの靭性が、表面近傍の領域３３ａ以外の領域の靭性よりも低くなる。
【００７２】
次に、第３実施形態では、図３５および図３６に示すように、電子ビーム蒸着法またはスパッタリング法を用いて、石英基板１の裏面上に、約２．４μｍの厚みを有するとともに、高い靭性（破壊靭性値：約２００ＭＰａ・ｍ１／２）を有するアルミニウム膜３４を形成する。なお、アルミニウム膜３４は、本発明の「割れ抑制層」の一例である。ここで、アルミニウム膜３３の厚み（Ｔ１：約３μｍ）およびアルミニウム膜３４の厚み（Ｓ１：約２．４μｍ）は、上記した式（１）を満たすように設定されている。
【００７３】
この際、第３実施形態では、アルミニウム膜３４は、図３５に示すように、上記したアルミニウム膜３３と同様、加熱されたＡｌ微粒子が石英基板１の裏面上に堆積されることにより形成されるので、Ａｌ微粒子が常温に戻る際に収縮する。このため、石英基板１は、表面側（アルミニウム膜３３が形成された側）が凸状になるように反る。この場合の石英基板１の凸状の表面の高低差は、約３μｍである。すなわち、石英基板１の裏面上に、上記した式（１）を満たす厚み（約２．４μｍ）を有するアルミニウム膜３４を形成することによって、石英基板１の表面の高低差を、約１６μｍから約３μｍに小さくすることができる。
【００７４】
次に、図３７に示すように、図８および図９に示した第１実施形態と同様の金型１１を用いて、アルミニウム膜３３の表面に対してテクスチャリング処理を行う。具体的には、油圧プレス機を用いて、アルミニウム膜３３の表面に対する押し付け圧力（プレス圧力）を５トン／ｃｍ２に設定した状態で約２分間保持する。
【００７５】
この際、第３実施形態では、石英基板１の裏面上に形成されたアルミニウム膜３４が高い靭性（破壊靭性値：約２００ＭＰａ・ｍ１／２）を有するので、アルミニウム膜３４を石英基板１に対する割れ抑制層として機能させることができる。また、上記したように、アルミニウム膜３３の表面近傍の領域３３ａの靭性（破壊靭性値：約２．５ＭＰａ・ｍ１／２）が低下しているので、金型１１の複数の凸部１１ｂとアルミニウム膜３３の表面近傍の領域３３ａとが圧着された状態になるのを抑制することができる。
【００７６】
この後、アルミニウム膜３３からの金型１１の離型を行うことによって、図３８に示す状態にする。これにより、アルミニウム膜３３の表面近傍の領域３３ａに、複数の凹部３３ｂが形成される。また、アルミニウム膜３３の複数の凹部３３ｂは、図８に示した金型１１の複数の凸部１１ｂの三角格子状の配列と同様、三角格子状に配列される。この後、図１８〜図２０に示した第１実施形態と同様のプロセスを用いて、石英基板１の裏面上のアルミニウム膜３４のみを除去する。
【００７７】
次に、図３９に示すように、陽極酸化法を用いて、表面近傍の領域３３ａに複数の凹部３３ｂが形成されたアルミニウム膜３３の酸化処理を行う。具体的には、陽極としてのアルミニウム膜３３の表面と、白金からなる陰極６の表面とが対向するように配置する。そして、０．０５モル濃度（Ｍ）を有する０℃〜約１０℃のシュウ酸溶液７中で、約１００Ｖの定電圧を印加することにより酸化処理を行う。これにより、図３１に示したように、三角格子状に配列された複数の細孔３２ｂを有する酸化アルミニウム膜３２が自己組織化的に形成される。
【００７８】
ここで、第３実施形態では、陽極酸化前のアルミニウム膜３３の表面近傍の領域３３ａ（図３９参照）に予め窒素元素が含有されているので、酸化アルミニウム膜３２の表面近傍の領域３２ａに窒素元素が含有された状態となる。また、酸化アルミニウム膜３２の複数の細孔３２ｂは、アルミニウム膜３３の複数の凹部３３ｂ（図３９参照）を起点として形成されることにより、三角格子状に配列される。また、酸化アルミニウム膜３２の複数の細孔３２ｂは、石英基板１の表面に達する深さを有するとともに、深さ方向に均一な直径を有するように形成される。
【００７９】
第３実施形態の製造プロセスでは、上記のように、アルミニウム膜３３の表面近傍の領域３３ａに、アルミニウムの靭性を低下させることが可能な窒素元素を導入することによって、アルミニウム膜３３の表面近傍の領域３３ａの靭性を低下させることができる。これにより、アルミニウム膜３３の表面に複数の凸部１１ｂを有する金型１１を押し付けることにより、アルミニウム膜３３の表面に複数の凹部３３ｂを形成する際に、金型１１の複数の凸部１１ｂとアルミニウム膜３３の表面近傍の領域３３ａとが圧着された状態になるのを抑制することができる。このため、金型１１のアルミニウム膜３３からの離型の際に、金型１１の複数の凸部１１ｂとアルミニウム膜３３の表面近傍の領域３３ａとが圧着された状態になることに起因して、アルミニウム膜３３に形成（転写）される複数の凹部３３ｂと、金型１１の複数の凸部１１ｂとが損傷するのを抑制することができる。その結果、複数の凸部１１ｂを有する金型１１および複数の凹部３３ｂを有するアルミニウム膜３３の作製にかかるコストを低減することができるので、光学素子の作製コストを低減することができる。また、アルミニウム膜３３に形成（転写）される複数の凹部３３ｂが損傷するのを抑制することができるので、複数の凹部３３ｂの形状にばらつきが生じるのを抑制することができる。その結果、アルミニウム膜３３を陽極酸化することにより形成される酸化アルミニウム膜３２の複数の細孔３２ｂの形状がばらつくのを抑制することができるので、歩留りを向上させることができる。
【００８０】
また、第３実施形態の製造プロセスでは、石英基板１の裏面上に、高い靭性を有するアルミニウム膜３４を形成することによって、金型１１をアルミニウム膜３３の表面に押し付けるテクスチャリング処理を行う際に、アルミニウム膜３３の表面に対する押し付け圧力が大きくなったとしても、高い靭性を有するアルミニウム膜３４により石英基板１に加わる圧力を和らげることができる。これにより、石英基板１に大きい圧力が加わることに起因して、石英基板１に割れが生じるのを抑制することができる。
【００８１】
また、第３実施形態の製造プロセスでは、石英基板１の裏面上に、アルミニウム膜３４を形成することにより、石英基板１の表面の高低差を約１６μｍから約３μｍに小さくすることによって、アルミニウム膜３３の表面に金型を押し付けるテクスチャリング処理を行う際に、石英基板１の表面側（アルミニウム膜３３が形成された側）が凹状に大きく反っている場合に比べて、アルミニウム膜３３の表面に対する押し付け圧力が不均一になるのを抑制することができる。これにより、テクスチャリング処理の際の石英基板１の割れをより抑制することができる。
【００８２】
（第４実施形態）
図４０は、本発明の第４実施形態による光学素子（多孔質構造体）の構造を示した断面図である。図４０を参照して、この第４実施形態では、上記第１〜第３実施形態と異なり、表面近傍の領域に炭素が含有された酸化アルミニウム膜を含む光学素子について説明する。
【００８３】
この第４実施形態による光学素子では、図４０に示すように、透光性であるとともに、約１ｍｍの厚みを有する石英基板１上に、多孔質構造を有するとともに、約３μｍの厚みを有する酸化アルミニウム（アルミナ）膜４２が形成されている。
【００８４】
ここで、第４実施形態では、酸化アルミニウム膜４２の表面近傍の領域（酸化アルミニウム膜４２の破線よりも上方の領域）４２ａに、炭素元素が導入されている。なお、炭素は、アルミニウムの靭性を低減させることが可能な元素である。また、酸化アルミニウム膜４２には、石英基板１の表面に達する深さを有するとともに、深さ方向に均一な直径を有する複数の細孔４２ｂが形成されている。また、酸化アルミニウム膜４２の複数の細孔４２ｂは、図１に示した第１実施形態の複数の細孔２ｂと同様、三角格子状に配列されて細孔パターンを構成している。なお、細孔４２ｂは、本発明の「孔」の一例である。
【００８５】
第４実施形態では、上記のように、酸化アルミニウム膜４２の表面近傍の領域４２ａに、アルミニウムの靭性を低下させることが可能な炭素元素を導入することによって、複数の凹部を有するアルミニウム膜を陽極酸化することにより複数の細孔４２ｂを有する酸化アルミニウム膜４２を自己組織化的に形成する場合に、陽極酸化前のアルミニウム膜の表面近傍の領域にアルミニウムの靭性を低下させることが可能な炭素元素を導入すれば、そのアルミニウム膜の表面近傍の領域の靭性を低下させることができる。これにより、複数の凸部を有する金型をアルミニウム膜の表面に押し付けるテクスチャリング処理を行うことによりアルミニウム膜の表面に複数の凹部を形成する際に、金型の複数の凸部とアルミニウム膜の表面近傍の領域とが圧着された状態になるのを抑制することができる。このため、金型のアルミニウム膜からの離型の際に、金型の複数の凸部とアルミニウム膜の表面近傍の領域とが圧着された状態になることに起因して、アルミニウム膜に形成（転写）される複数の凹部と、金型の複数の凸部とが損傷するのを抑制することができる。その結果、複数の凸部を有する金型および複数の凹部を有するアルミニウム膜の作製にかかるコストを低減することができるので、光学素子の作製コストを低減することができる。また、アルミニウム膜に形成（転写）される複数の凹部が損傷するのを抑制することができるので、複数の凹部の形状にばらつきが生じるのを抑制することができる。その結果、アルミニウム膜を陽極酸化することにより形成される酸化アルミニウム膜４２の複数の細孔４２ｂの形状がばらつくのを抑制することができるので、歩留りを向上させることができる。
【００８６】
図４１〜図４８は、図４０に示した第４実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図４０〜図４８を参照して、第４実施形態による光学素子の製造プロセスについて説明する。なお、図４２、図４３、図４５〜図４７は、基板上に形成される複数個の素子のうちの１つ分の断面図である。
【００８７】
まず、図４１および図４２に示すように、電子ビーム蒸着法またはスパッタリング法を用いて、石英基板１上に、約３μｍの厚みを有するアルミニウム膜４３を形成する。この際、アルミニウム膜４３は、図４１に示すように、加熱されたＡｌ微粒子が石英基板１上に堆積されることにより形成されるので、Ａｌ微粒子が常温に戻る際に収縮する。このため、石英基板１は、表面側（アルミニウム膜４３が形成された側）が凹状になるように反る。この場合の石英基板１の凹状の表面の高低差は、約１６μｍである。
【００８８】
次に、第４実施形態では、図４３に示すように、アルミニウム膜４３の上面から約０．１μｍ〜約０．２μｍの深さまでの表面近傍の領域４３ａに、炭素（Ｃ）をイオン注入する。このイオン注入の条件としては、エネルギ：約５０ｋｅＶ、ドーズ量：約３×１０１７ｃｍ−２、温度：室温である。これにより、アルミニウム膜４３の表面近傍の領域４３ａに炭素元素が導入される。ここで、アルミニウム膜４３の表面近傍の領域４３ａに炭素をイオン注入することにより表面近傍の領域４３ａの硬度が増すので、表面近傍の領域４３ａの靭性が、表面近傍の領域４３ａ以外の領域の靭性よりも低くなる。
【００８９】
次に、第４実施形態では、図４４および図４５に示すように、電子ビーム蒸着法またはスパッタリング法を用いて、石英基板１の裏面上に、約２．４μｍの厚みを有するとともに、高い靭性（破壊靭性値：約２００ＭＰａ・ｍ１／２）を有するアルミニウム膜４４を形成する。なお、アルミニウム膜４４は、本発明の「割れ抑制層」の一例である。ここで、アルミニウム膜４３の厚み（Ｔ１：約３μｍ）およびアルミニウム膜４４の厚み（Ｓ１：約２．４μｍ）は、上記した式（１）を満たすように設定されている。
【００９０】
この際、第４実施形態では、アルミニウム膜４４は、図４４に示すように、上記したアルミニウム膜４３と同様、加熱されたＡｌ微粒子が石英基板１の裏面上に堆積されることにより形成されるので、Ａｌ微粒子が常温に戻る際に収縮する。このため、石英基板１は、表面側（アルミニウム膜４３が形成された側）が凸状になるように反る。この場合の石英基板１の凸状の表面の高低差は、約３μｍである。すなわち、石英基板１の裏面上に、上記した式（１）を満たす厚み（約２．４μｍ）を有するアルミニウム膜４４を形成することによって、石英基板１の表面の高低差を、約１６μｍから約３μｍに小さくすることができる。
【００９１】
次に、図４６に示すように、図８および図９に示した第１実施形態と同様の金型１１を用いて、アルミニウム膜４３の表面に対してテクスチャリング処理を行う。具体的には、油圧プレス機を用いて、アルミニウム膜４３の表面に対する押し付け圧力（プレス圧力）を５トン／ｃｍ２に設定した状態で約２分間保持する。
【００９２】
この際、第４実施形態では、石英基板１の裏面上に形成されたアルミニウム膜４４が高い靭性（破壊靭性値：約２００ＭＰａ・ｍ１／２）を有するので、アルミニウム膜４４を石英基板１に対する割れ抑制層として機能させることができる。また、上記したように、アルミニウム膜４３の表面近傍の領域４３ａの靭性が低下しているので、金型１１の複数の凸部１１ｂとアルミニウム膜４３の表面近傍の領域４３ａとが圧着された状態になるのを抑制することができる。
【００９３】
この後、アルミニウム膜４３からの金型１１の離型を行うことによって、図４７に示す状態にする。これにより、アルミニウム膜４３の表面近傍の領域４３ａに、複数の凹部４３ｂが形成される。また、アルミニウム膜４３の複数の凹部４３ｂは、図８に示した金型１１の複数の凸部１１ｂの三角格子状の配列と同様、三角格子状に配列される。この後、図１８〜図２０に示した第１実施形態と同様のプロセスを用いて、石英基板１の裏面上のアルミニウム膜４４のみを除去する。
【００９４】
次に、図４８に示すように、陽極酸化法を用いて、表面近傍の領域４３ａに複数の凹部４３ｂが形成されたアルミニウム膜４３の酸化処理を行う。具体的には、陽極としてのアルミニウム膜４３の表面と、白金からなる陰極６の表面とが対向するように配置する。そして、０．０５モル濃度（Ｍ）を有する０℃〜約２℃のシュウ酸溶液７中で、約１００Ｖの定電圧を印加することにより酸化処理を行う。これにより、図４０に示したように、三角格子状に配列された複数の細孔４２ｂを有する酸化アルミニウム膜４２が自己組織化的に形成される。
【００９５】
ここで、第４実施形態では、陽極酸化前のアルミニウム膜４３の表面近傍の領域４３ａ（図４８参照）に予め炭素元素がイオン注入により導入されているので、酸化アルミニウム膜４２の表面近傍の領域４２ａに炭素元素が導入された状態となる。また、酸化アルミニウム膜４２の複数の細孔４２ｂは、アルミニウム膜４３の複数の凹部４３ｂ（図４８参照）を起点として形成されることにより、三角格子状に配列される。また、酸化アルミニウム膜４２の複数の細孔４２ｂは、石英基板１の表面に達する深さを有するとともに、深さ方向に均一な直径を有するように形成される。
【００９６】
第４実施形態の製造プロセスでは、上記のように、アルミニウム膜４３の表面近傍の領域４３ａに、アルミニウムの靭性を低下させることが可能な炭素元素をイオン注入することによって、アルミニウム膜４３の表面近傍の領域４３ａの靭性を低下させることができる。これにより、アルミニウム膜４３の表面に複数の凸部１１ｂを有する金型１１を押し付けることにより、アルミニウム膜４３の表面に複数の凹部４３ｂを形成する際に、金型１１の複数の凸部１１ｂとアルミニウム膜４３の表面近傍の領域４３ａとが圧着された状態になるのを抑制することができる。このため、金型１１のアルミニウム膜４３からの離型の際に、金型１１の複数の凸部１１ｂとアルミニウム膜４３の表面近傍の領域４３ａとが圧着された状態になることに起因して、アルミニウム膜４３に形成（転写）される複数の凹部４３ｂと、金型１１の複数の凸部１１ｂとが損傷するのを抑制することができる。その結果、複数の凸部１１ｂを有する金型１１および複数の凹部４３ｂを有するアルミニウム膜４３の作製にかかるコストを低減することができるので、光学素子の作製コストを低減することができる。また、アルミニウム膜４３に形成（転写）される複数の凹部４３ｂが損傷するのを抑制することができるので、複数の凹部４３ｂの形状にばらつきが生じるのを抑制することができる。その結果、アルミニウム膜４３を陽極酸化することにより形成される酸化アルミニウム膜４２の複数の細孔４２ｂの形状がばらつくのを抑制することができるので、歩留りを向上させることができる。
【００９７】
また、第４実施形態の製造プロセスでは、石英基板１の裏面上に、高い靭性を有するアルミニウム膜４４を形成することによって、金型１１をアルミニウム膜４３の表面に押し付けるテクスチャリング処理を行う際に、アルミニウム膜４３の表面に対する押し付け圧力が大きくなったとしても、高い靭性を有するアルミニウム膜４４により石英基板１に加わる圧力を和らげることができる。これにより、石英基板１に大きい圧力が加わることに起因して、石英基板１に割れが生じるのを抑制することができる。
【００９８】
また、第４実施形態の製造プロセスでは、石英基板１の裏面上に、アルミニウム膜４４を形成することにより、石英基板１の表面の高低差を約１６μｍから約３μｍに小さくすることによって、アルミニウム膜４３の表面に金型を押し付けるテクスチャリング処理を行う際に、石英基板１の表面側（アルミニウム膜４３が形成された側）が凹状に大きく反っている場合に比べて、アルミニウム膜４３の表面に対する押し付け圧力が不均一になるのを抑制することができる。これにより、テクスチャリング処理の際の石英基板１の割れをより抑制することができる。
【００９９】
（第５実施形態）
図４９は、本発明の第５実施形態による光学素子（多孔質構造体）の構造を示した断面図である。図４９を参照して、この第５実施形態では、上記第１〜第４実施形態と異なり、石英基板の裏面上に、ＳｉＯ２膜を形成する場合について説明する。
【０１００】
この第５実施形態による光学素子では、図４９に示すように、透光性であるとともに、約１ｍｍの厚みを有する石英基板１上に、多孔質構造を有するとともに、約３μｍの厚みを有する酸化アルミニウム（アルミナ）膜５２が形成されている。
【０１０１】
ここで、第５実施形態では、酸化アルミニウム膜５２の表面近傍の領域（酸化アルミニウム膜５２の破線よりも上方の領域）５２ａの酸素の含有率は、酸化アルミニウム膜５２の表面近傍の領域５２ａ以外の領域の酸素の含有率よりも高い。なお、酸素は、アルミニウムの靭性を低減させることが可能な元素である。また、酸化アルミニウム膜５２には、石英基板１の表面に達する深さを有するとともに、深さ方向に均一な直径を有する複数の細孔５２ｂが形成されている。また、酸化アルミニウム膜５２の複数の細孔５２ｂは、図１に示した第１実施形態の複数の細孔２ｂと同様、三角格子状に配列されて細孔パターンを構成している。なお、細孔５２ｂは、本発明の「孔」の一例である。
【０１０２】
また、第５実施形態では、石英基板１の裏面上に、石英基板１の割れを抑制するための約３．０μｍの厚みを有するＳｉＯ２膜５４が形成されている。ここで、３６５ｎｍの波長の光に対して、石英基板１の屈折率は、１．４７４であり、ＳｉＯ２膜５４の屈折率は、１．４２である。すなわち、ＳｉＯ２膜５４は、空気層の屈折率（１）と、石英基板１の屈折率（１．４７４）との間の屈折率（１．４２）を有する。なお、ＳｉＯ２膜５４は、本発明の「割れ抑制層」および「透明膜」の一例である。
【０１０３】
第５実施形態では、上記のように、酸化アルミニウム膜５２の表面近傍の領域５２ａの酸素の含有率を、酸化アルミニウム膜５２の表面近傍の領域５２ａ以外の領域の酸素の含有率よりも高くすることによって、上記した第１実施形態と同様、アルミニウム膜の表面近傍の領域の靭性を低下させることができるので、金型のアルミニウム膜からの離型の際に、金型の複数の凸部とアルミニウム膜の表面近傍の領域とが圧着された状態になることに起因して、アルミニウム膜に形成（転写）される複数の凹部と、金型の複数の凸部とが損傷するのを抑制することができる。
【０１０４】
また、第５実施形態では、石英基板１の裏面上に、石英基板１の割れを抑制するためのＳｉＯ２膜５４を形成することによって、複数の凹部を有するアルミニウム膜を陽極酸化することにより複数の細孔５２ｂを有する酸化アルミニウム膜５２を自己組織化的に形成する場合に、複数の凸部を有する金型をアルミニウム膜の表面に押し付けるテクスチャリング処理を行うことによりアルミニウム膜の表面に複数の凹部を形成する際に、アルミニウム膜の表面に対する押し付け圧力が大きくなったとしても、石英基板１に割れが生じるのを抑制することができる。また、透明膜であるＳｉＯ２膜５４は、テクスチャリング処理の後に除去する必要がないので、製造プロセスを簡略化することができる。
【０１０５】
また、第５実施形態では、石英基板１の裏面上に、空気層の屈折率（１）よりも大きく、かつ、石英基板１の屈折率（１．４７４）以下の屈折率（１．４２）を有するＳｉＯ２膜５４を形成することによって、石英基板１から空気層に向かって屈折率を徐々に小さくすることができるので、石英基板１と空気層との屈折率差が大きいことに起因して、フレネル反射が発生するのを抑制することができる。
【０１０６】
図５０〜図５７は、図４９に示した第５実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図４９〜図５７を参照して、第５実施形態による光学素子の製造プロセスについて説明する。なお、図５１、図５２、図５４〜図５６は、基板上に形成される複数個の素子のうちの１つ分の断面図である。
【０１０７】
まず、図５０および図５１に示すように、電子ビーム蒸着法またはスパッタリング法を用いて、石英基板１上に、約３μｍの厚みを有するアルミニウム膜５３を形成する。この際、アルミニウム膜５３は、図５０に示すように、加熱されたＡｌ微粒子が石英基板１上に堆積されることにより形成されるので、Ａｌ微粒子が常温に戻る際に収縮する。このため、石英基板１は、表面側（アルミニウム膜５３が形成された側）が凹状になるように反る。この場合の石英基板１の凹状の表面の高低差は、約１６μｍである。
【０１０８】
次に、第５実施形態では、図５２に示すように、水蒸気雰囲気中において、アルミニウム膜５３の表面処理を行う。この表面処理の条件としては、圧力：常圧、温度：約４００℃〜約７００℃、時間：約３０分〜約６０分である。これにより、アルミニウム膜５３の上面から約１μｍの深さまでの表面近傍の領域５３ａに酸素元素が導入される。ここで、純アルミニウムの破壊靭性値は、約２００ＭＰａ・ｍ１／２であり、酸素元素が含有されたアルミニウムの破壊靭性値は、酸化アルミニウム（アルミナ）の破壊靭性値と実質的に同じ約４．２ＭＰａ・ｍ１／２である。このため、アルミニウム膜５３の表面近傍の領域５３ａに酸素元素を導入することによって、表面近傍の領域５３ａの靭性が、表面近傍の領域５３ａ以外の領域の靭性よりも低くなる。
【０１０９】
次に、第５実施形態では、図５３および図５４に示すように、電子ビーム蒸着法またはスパッタリング法を用いて、石英基板１の裏面上に、石英基板１の割れを抑制するための約３．０μｍの厚みを有するＳｉＯ２膜５４を形成する。ここで、石英基板１の表面上に形成されたアルミニウム膜５３の厚み（約３μｍ）をＴ２とするとともに、石英基板１の裏面上に形成されたＳｉＯ２膜５４の厚み（約３．０μｍ）をＳ２とした場合、アルミニウム膜５３の厚みＴ２およびＳｉＯ２膜５４の厚みＳ２は、以下の式（２）を満たすように設定されている。
【０１１０】
Ｔ２−１．０（μｍ）≦Ｓ２（μｍ）≦Ｔ２（μｍ）・・（２）
第５実施形態では、Ｔ２＝約３μｍ、Ｓ２＝約３．０μｍであるので、上記式（２）を満たす。
【０１１１】
この際、第５実施形態では、ＳｉＯ２膜５４は、図５３に示すように、加熱されたＳｉＯ２微粒子が石英基板１の裏面上に堆積されることにより形成されるので、ＳｉＯ２微粒子が常温に戻る際に収縮する。このため、石英基板１は、表面側（アルミニウム膜５３が形成された側）が凸状になるように反る。この場合の石英基板１の凸状の表面の高低差は、約３μｍである。すなわち、石英基板１の裏面上に、上記した式（２）を満たす厚み（約２．４μｍ）を有するＳｉＯ２膜５４を形成することによって、石英基板１の表面の高低差を、約１６μｍから約３μｍに小さくすることができる。
【０１１２】
次に、図５５に示すように、図８および図９に示した第１実施形態と同様の金型１１を用いて、アルミニウム膜５３の表面に対してテクスチャリング処理を行う。具体的には、油圧プレス機を用いて、アルミニウム膜５３の表面に対する押し付け圧力（プレス圧力）を５トン／ｃｍ２に設定した状態で約２分間保持する。
【０１１３】
この際、第５実施形態では、上記したように、アルミニウム膜５３の表面近傍の領域５３ａの靭性が低下しているので、金型１１の複数の凸部１１ｂとアルミニウム膜５３の表面近傍の領域５３ａとが圧着された状態になるのを抑制することができる。
【０１１４】
この後、アルミニウム膜５３からの金型１１の離型を行うことによって、図５６に示す状態にする。これにより、アルミニウム膜５３の表面近傍の領域５３ａに、複数の凹部５３ｂが形成される。また、アルミニウム膜５３の複数の凹部５３ｂは、図８に示した金型１１の複数の凸部１１ｂの三角格子状の配列と同様、三角格子状に配列される。
【０１１５】
次に、図５７に示すように、陽極酸化法を用いて、表面近傍の領域５３ａに複数の凹部５３ｂが形成されたアルミニウム膜５３の酸化処理を行う。この際、第５実施形態では、石英基板１の裏面上のＳｉＯ２膜５４を除去せずに、酸化処理を行う。具体的には、陽極としてのアルミニウム膜５３の表面と、白金からなる陰極６の表面とが対向するように配置する。そして、０．０５モル濃度（Ｍ）を有する０℃〜約１０℃のシュウ酸溶液７中で、約１００Ｖの定電圧を印加することにより酸化処理を行う。これにより、図４９に示したように、三角格子状に配列された複数の細孔５２ｂを有する酸化アルミニウム膜５２が自己組織化的に形成される。
【０１１６】
ここで、第５実施形態では、陽極酸化前のアルミニウム膜５３の表面近傍の領域５３ａ（図５７参照）に予め酸素元素が含有されているので、酸化アルミニウム膜５２の表面近傍の領域５２ａの酸素の含有率は、酸化アルミニウム膜５２の表面近傍の領域５２ａ以外の領域の酸素の含有率よりも高くなる。また、酸化アルミニウム膜５２の複数の細孔５２ｂは、アルミニウム膜５３の複数の凹部５３ｂ（図５７参照）を起点として形成されることにより、三角格子状に配列される。また、酸化アルミニウム膜５２の複数の細孔５２ｂは、石英基板１の表面に達する深さを有するとともに、深さ方向に均一な直径を有するように形成される。
【０１１７】
第５実施形態の製造プロセスでは、上記のように、アルミニウム膜５３の表面近傍の領域５３ａに、アルミニウムの靭性を低下させることが可能な酸素元素を導入することによって、上記した第１実施形態と同様、アルミニウム膜５３の表面近傍の領域５３ａの靭性を低下させることができる。これにより、アルミニウム膜５３の表面に複数の凸部１１ｂを有する金型１１を押し付けることにより、アルミニウム膜５３の表面に複数の凹部５３ｂを形成する際に、金型１１のアルミニウム膜５３からの離型の際に、金型１１の複数の凸部１１ｂとアルミニウム膜５３の表面近傍の領域５３ａとが圧着された状態になることに起因して、アルミニウム膜５３に形成（転写）される複数の凹部５３ｂと、金型１１の複数の凸部１１ｂとが損傷するのを抑制することができる。
【０１１８】
また、第５実施形態の製造プロセスでは、石英基板１の裏面上に、石英基板１の割れを抑制するためのＳｉＯ２膜５４を形成することによって、金型１１をアルミニウム膜５３の表面に押し付けるテクスチャリング処理を行う際に、アルミニウム膜５３の表面に対する押し付け圧力が大きくなったとしても、ＳｉＯ２膜５４により石英基板１に割れが生じるのを抑制することができる。また、透明膜であるＳｉＯ２膜５４は、テクスチャリング処理の後に除去する必要がないので、製造プロセスを簡略化することができる。
【０１１９】
また、第５実施形態の製造プロセスでは、石英基板１の裏面上に、ＳｉＯ２膜５４を形成することにより、石英基板１の表面の高低差を約１６μｍから約３μｍに小さくすることによって、アルミニウム膜５３の表面に金型を押し付けるテクスチャリング処理を行う際に、石英基板１の表面側（アルミニウム膜５３が形成された側）の表面が凹状に大きく反っている場合に比べて、アルミニウム膜５３の表面に対する押し付け圧力が不均一になるのを抑制することができる。これにより、アルミニウム膜よりも靭性の低いＳｉＯ２膜５４を石英基板１の裏面上に形成した場合にも、テクスチャリング処理の際の石英基板１の割れを抑制することができる。
【０１２０】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【０１２１】
たとえば、上記第１〜第５実施形態では、複数の細孔を有する酸化アルミニウム膜を含む光学素子に本発明を適用する例を示したが、本発明はこれに限らず、光学素子以外の複数の細孔を有する酸化アルミニウム膜を含む多孔質構造体にも適用可能である。
【０１２２】
また、上記第１〜第５実施形態では、酸素、フッ素、窒素および炭素のいずれか１つの元素をアルミニウム膜の表面近傍の領域に導入することによって、アルミニウム膜の表面近傍の領域の靭性を低下させたが、本発明はこれに限らず、酸素、フッ素、窒素および炭素のうちの２つ以上の元素をアルミニウム膜の表面近傍の領域に導入することによって、アルミニウム膜の表面近傍の領域の靭性を低下させてもよい。また、酸素、フッ素、窒素および炭素以外のアルミニウム膜の靭性を低下させることが可能な元素をアルミニウム膜の表面近傍の領域に導入することによって、アルミニウム膜の表面近傍の領域の靭性を低下させてもよい。
【０１２３】
また、上記第１〜第４実施形態では、石英基板の表面上に形成されるアルミニウム膜の厚みＴ１を約３μｍに設定するとともに、石英基板の裏面上に形成されるアルミニウム膜の厚みＳ１を約２．４μｍに設定することによって、石英基板の表面の高低差を約１６μｍから約３μｍに小さくしたが、本発明はこれに限らず、石英基板上に形成されるアルミニウム膜の厚みＴ１と、石英基板の裏面上に形成されるアルミニウム膜の厚みＳ１とが上記した式（１）を満たしていればよい。上記した式（１）を満たすように、石英基板上に形成されるアルミニウム膜の厚みＴ１と、石英基板の裏面上に形成されるアルミニウム膜の厚みＳ１とを設定すれば、石英基板の表面の高低差を約５μｍ以下にすることができる。
【０１２４】
また、上記第５実施形態では、石英基板の表面上に形成されるアルミニウム膜の厚みＴ２を約３μｍに設定するとともに、石英基板の裏面上に形成されるＳｉＯ２膜の厚みＳ２を約２．４μｍに設定することによって、石英基板の表面の高低差を約１６μｍから約３μｍに小さくしたが、本発明はこれに限らず、石英基板上に形成されるアルミニウム膜の厚みＴ２と、石英基板の裏面上に形成されるＳｉＯ２膜の厚みＳ２とが上記した式（２）を満たしていればよい。上記した式（２）を満たすように、石英基板上に形成されるアルミニウム膜の厚みＴ２と、石英基板の裏面上に形成されるＳｉＯ２膜の厚みＳ２とを設定すれば、石英基板の表面の高低差を約５μｍ以下にすることができる。
【０１２５】
また、上記第５実施形態では、石英基板の裏面上に、石英基板の反りを小さくするとともに、割れ抑制層として機能するＳｉＯ２膜（透明膜）を形成したが、本発明はこれに限らず、石英基板の裏面上に、石英基板の反りを小さくするとともに、割れ抑制層として機能するＳｉＯ２膜以外の透明膜を形成してもよい。石英基板の反りを小さくするとともに、割れ抑制層として機能する透明膜としては、ＳｉＯ２膜以外に、たとえば、ＺｒＯ膜、ＨｆＯ２膜、Ｓｃ２Ｏ３膜、Ｙ２Ｏ３膜、ＴｈＯ２膜、ＭｇＯ膜、Ａｌ２Ｏ３膜、ＡｌＦ３膜、ＮｄＦ３膜、ＬａＦ３膜、ＴｈＦ４膜、ＭｇＦ２膜、ＬｉＦ膜、ＮａＦ膜およびＴｉＯ２膜などがある。上記した透明膜のうち、ＭｇＦ２膜、ＬｉＦ膜、ＮａＦ膜およびＡｌＦ３膜は、３６５ｎｍの波長の光に対して、空気層の屈折率（１）と石英基板の屈折率（１．４７４）との間の屈折率を有する。このため、石英基板の裏面上に、ＭｇＦ２膜、ＬｉＦ膜、ＮａＦ膜またはＡｌＦ３膜を形成すれば、石英基板の裏面側でのフレネル反射を抑制することができる。なお、ＭｇＦ２膜、ＬｉＦ膜、ＮａＦ膜およびＡｌＦ３膜の３６５ｎｍの波長の光に対する屈折率は、それぞれ、１．４１、１．３９、１．３７、１．３８である。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】本発明の第１実施形態による光学素子（多孔質構造体）の構造を示した平面図である。
【図２】図１の１００−１００線に沿った断面図である。
【図３】図１および図２に示した第１実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図４】図１および図２に示した第１実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図５】図１および図２に示した第１実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図６】図１および図２に示した第１実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図７】図１および図２に示した第１実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図８】図１および図２に示した第１実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための平面図である。
【図９】図８の２００−２００線に沿った断面図である。
【図１０】図１および図２に示した第１実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１１】図１および図２に示した第１実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１２】図１１の破線で囲まれた領域３００の拡大図である。
【図１３】図１および図２に示した第１実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１４】図１および図２に示した第１実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１５】図１４の破線で囲まれた領域４００の拡大図である。
【図１６】図１および図２に示した第１実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１７】図１および図２に示した第１実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１８】図１および図２に示した第１実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１９】図１および図２に示した第１実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２０】図１および図２に示した第１実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２１】図１および図２に示した第１実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２２】本発明の第２実施形態による光学素子（多孔質構造体）の構造を示した断面図である。
【図２３】図２２に示した第２実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２４】図２３の破線で囲まれた領域５００の拡大図である。
【図２５】図２２に示した第２実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２６】図２２に示した第２実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２７】図２６の破線で囲まれた領域６００の拡大図である。
【図２８】図２２に示した第２実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２９】図２２に示した第２実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３０】図２２に示した第２実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３１】本発明の第３実施形態による光学素子（多孔質構造体）の構造を示した断面図である。
【図３２】図３１に示した第３実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３３】図３２の破線で囲まれた領域７００の拡大図である。
【図３４】図３１に示した第３実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３５】図３１に示した第３実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３６】図３５の破線で囲まれた領域８００の拡大図である。
【図３７】図３１に示した第３実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３８】図３１に示した第３実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３９】図３１に示した第３実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図４０】本発明の第４実施形態による光学素子（多孔質構造体）の構造を示した断面図である。
【図４１】図４０に示した第４実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図４２】図４１の破線で囲まれた領域９００の拡大図である。
【図４３】図４０に示した第４実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図４４】図４０に示した第４実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図４５】図４４の破線で囲まれた領域１０００の拡大図である。
【図４６】図４０に示した第４実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図４７】図４０に示した第４実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図４８】図４０に示した第４実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図４９】本発明の第５実施形態による光学素子（多孔質構造体）の構造を示した断面図である。
【図５０】図４９に示した第５実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図５１】図５０の破線で囲まれた領域１１００の拡大図である。
【図５２】図４９に示した第５実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図５３】図４９に示した第５実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図５４】図５３の破線で囲まれた領域１２００の拡大図である。
【図５５】図４９に示した第５実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図５６】図４９に示した第５実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図５７】図４９に示した第５実施形態による光学素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【符号の説明】
【０１２７】
１  石英基板（基板、透明基板）
２、２２、３２、４２、５２  酸化アルミニウム膜
２ａ、２２ａ、３２ａ、４２ａ、５２ａ  表面近傍の領域
２ｂ、２２ｂ、３２ｂ、４２ｂ、５２ｂ  細孔（孔）
３、２３、３３、４３、５３  アルミニウム膜
３ａ、２３ａ、３３ａ、４３ａ、５３ａ  表面近傍の領域
３ｂ、２３ｂ、３３ｂ、４３ｂ、５３ｂ  凹部
４、２４、３４、４４  アルミニウム膜（割れ抑制層）
１１  金型
１１ｂ  凸部
５４  ＳｉＯ２膜（割れ抑制層、透明膜）
【図１】
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【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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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