(57)【要約】【課題】レーザ光学系を複雑にすることなく、簡易な方法で、パターンの周期性を向上させることの可能な光学素子および被加工体、ならびにそれらの製造方法を提供する。【解決手段】原盤１００の表面（被加工面１００Ａ）に下地構造体１１０を形成したのち、その表面に、偏光方向が、式（１）を満たす設定軸Ｄ２（図示せず）に対して直交する方向を向いているフェムト秒レーザ光Ｌfを照射する。これにより、式（２）で表されるばらつきを持って延在するナノメータオーダーの凹凸を含んで構成されたナノ構造体１２０（図示せず）を形成する。  ０°≦θp3≦３０°…（１）  ０°＜Δθf3＜１.５°…（２）  θp3：下地構造体１１０に含まれる凸部または凹部と設定軸Ｄ２とのなす角度  Δθf3：ナノ構造体１２０の、面内における一部を抜き出し、その部分に含まれる凹凸の延在方向の角度ばらつきをガウス関数で表したときの半値幅【選択図】図５
2011203661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の帯状の凸部または複数の帯状の凹部を有する表面に超短パルスレーザを照射することにより形成された第１パターンを第１の面に転写することにより形成された第１ナノ構造体を備え、
前記第１ナノ構造体は、ナノメータオーダーの第１凹凸を含んで構成され、
前記第１凹凸は、以下の式で表されるばらつきを持って延在している
光学素子。
０°＜Δθf1＜１.５°
Δθf1：前記第１ナノ構造体の、面内における一部を抜き出し、その部分に含まれる第１凹凸の延在方向の角度ばらつきをガウス関数で表したときの半値幅
【請求項２】
前記第１ナノ構造体の形成されている表面に、前記第１凹凸よりも粗い間隔で形成された複数の凸部または複数の凹部を含む第１下地構造体を備え、
前記第１下地構造体に含まれる凸部または凹部は、前記第１凹凸の延在方向と同一または略同一の方向に延在している
請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
複数の帯状の凸部または複数の帯状の凹部を有する表面に超短パルスレーザを照射することにより形成された第２パターンを前記第１の面のうち前記第１ナノ構造体とは異なる位置に転写することにより形成された第２ナノ構造体を備え、
前記第２ナノ構造体は、ナノメータオーダーの第２凹凸を含んで構成され、
前記第２凹凸は、前記第１凹凸の延在方向と交差する方向に、以下の式で表されるばらつきを持って延在している
請求項１または請求項２に記載の光学素子。
０°＜Δθf2＜１.５°
Δθf2：前記第２ナノ構造体の、面内における一部を抜き出し、その部分に含まれる第２凹凸の延在方向の角度ばらつきをガウス関数で表したときの半値幅
【請求項４】
前記第２ナノ構造体の形成されている表面に、前記第２凹凸よりも粗い間隔で形成されるとともに、前記第１下地構造体に含まれる凸部または凹部の延在方向と交差する方向に延在する複数の凸部または複数の凹部を含む第２下地構造体を備え、
前記第２下地構造体に含まれる凸部または凹部は、前記第２凹凸の延在方向と同一または略同一の方向に延在している
請求項３に記載の光学素子。
【請求項５】
前記第１下地構造体は、前記第１ナノ構造体の形成されている表面だけでなく、前記第２ナノ構造体の形成されている表面にも形成されており、
前記第２下地構造体は、前記第２ナノ構造体の形成されている表面だけでなく、前記第１ナノ構造体の形成されている表面にも形成されている
請求項３または請求項４に記載の光学素子。
【請求項６】
複数の帯状の凸部または複数の帯状の凹部を有する第２の面に超短パルスレーザを照射することにより形成された第３ナノ構造体を備え、
前記第３ナノ構造体は、ナノメータオーダーの第３凹凸を含んで構成され、
前記第３凹凸は、以下の式で表されるばらつきを持って延在している
被加工体。
０°＜Δθf3＜１.５°
Δθf3：前記第３ナノ構造体の、面内における一部を抜き出し、その部分に含まれる第３凹凸の延在方向の角度ばらつきをガウス関数で表したときの半値幅
【請求項７】
前記第３ナノ構造体の形成されている表面に、前記第３凹凸よりも粗い間隔で形成された複数の凸部または複数の凹部を含む第３下地構造体を備え、
前記第３下地構造体に含まれる凸部または凹部は、前記第３凹凸の延在方向と同一または略同一の方向に延在している
請求項６に記載の被加工体。
【請求項８】
前記第３ナノ構造体が形成された金属部材または半導体部材を備えた
請求項６または請求項７に記載の被加工体。
【請求項９】
複数の帯状の凸部または複数の帯状の凹部を有する第２の面に超短パルスレーザを照射することにより形成された第３ナノ構造体を備えた型を用いた転写により、第１の面に前記第３ナノ構造体を反転させた形状を有する第１ナノ構造体を形成する工程を含み、
前記第３ナノ構造体は、ナノメータオーダーの第３凹凸を含んで構成され、
前記第３凹凸は、以下の式で表されるばらつきを持って延在している
光学素子の製造方法。
０°＜Δθf3＜１.５°
Δθf3：前記第３ナノ構造体の、面内における一部を抜き出し、その部分に含まれる第３凹凸の延在方向の角度ばらつきをガウス関数で表したときの半値幅
【請求項１０】
前記型は、前記第３ナノ構造体の形成されている表面に、前記第３凹凸よりも粗い間隔で形成された複数の凸部または複数の凹部を含む第３下地構造体を備え、
前記第３下地構造体に含まれる凸部または凹部は、前記第３凹凸の延在方向と同一または略同一の方向に延在している
請求項９に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第３下地構造体は、前記第２の面に超短パルスレーザを照射する前に前記第２の面に既に形成されていた凸部または凹部が超短パルスレーザの照射によって加工されることにより形成されたものである
請求項１０に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１２】
前記型は、前記第２の面のうち前記第３ナノ構造体とは異なる位置に超短パルスレーザを照射することにより形成された第４ナノ構造体を備え、
前記第４ナノ構造体は、ナノメータオーダーの第４凹凸を含んで構成され、
前記第４凹凸は、前記第１凹凸の延在方向と交差する方向に、以下の式で表されるばらつきを持って延在しており、
前記第３ナノ構造体および前記第４ナノ構造体を備えた型を用いた転写により、前記第１の面に前記第１ナノ構造体と、前記第４ナノ構造体を反転させた形状を有する第２ナノ構造体とを形成する工程を含む
請求項９ないし請求項１１のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
０°＜Δθf4≦１.５°
Δθf4：前記第４ナノ構造体の、面内における一部を抜き出し、その部分に含まれる第４凹凸の延在方向の角度ばらつきをガウス関数で表したときの半値幅
【請求項１３】
前記型は、前記第４ナノ構造体の形成されている表面に、前記第４凹凸よりも粗い間隔で砥粒加工により形成されるとともに、前記第３下地構造体に含まれる凸部または凹部の延在方向と交差する方向に延在する複数の凸部または複数の凹部を含む第４下地構造体を備え、
前記第４下地構造体に含まれる凸部または凹部は、前記第４凹凸の延在方向と同一または略同一の方向に延在している
請求項１２に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１４】
前記第４下地構造体は、前記第２の面に超短パルスレーザを照射する前に前記第２の面に既に形成されていた凸部または凹部が超短パルスレーザの照射によって加工されることにより形成されたものである
請求項１３に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１５】
前記第３下地構造体は、前記第３ナノ構造体の形成されている表面だけでなく、前記第４ナノ構造体の形成されている表面にも形成されており、
前記第４下地構造体は、前記第４ナノ構造体の形成されている表面だけでなく、前記第３ナノ構造体の形成されている表面にも形成されている
請求項１２ないし請求項１４のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１６】
第２の面に、複数の凸部または複数の凹部を含む第３下地構造体を形成する第１工程と、
前記第３下地構造体を含む表面の全体または一部に対して、偏光方向が、以下の式（１）を満たす第１設定軸に対して直交する方向を向いている超短パルスレーザを照射することにより、以下の式（２）で表されるばらつきを持って延在するナノメータオーダーの第３凹凸を含んで構成された第３ナノ構造体を形成する第２工程と
を含む被加工体の製造方法。
０°≦θp3≦３０°…（１）
０°＜Δθf3＜１.５°…（２）
θp3：前記第３下地構造体に含まれる凸部または凹部と前記第１設定軸とのなす角度
Δθf3：前記第３ナノ構造体の、面内における一部を抜き出し、その部分に含まれる第３凹凸の延在方向の角度ばらつきをガウス関数で表したときの半値幅
【請求項１７】
前記第１工程において、前記第２の面に、前記第３下地構造体と、前記第３下地構造体に含まれる凸部または凹部と４５°以上９０°以下の範囲内で交差する方向に延在する複数の凸部または複数の凹部を含む第４下地構造体とを重複して形成し、
前記第２工程において、前記第３下地構造体よび前記第４下地構造体を含む表面の一部に対して、偏光方向が、前記第１設定軸に対して直交する方向を向いている超短パルスレーザを照射することにより、前記第３ナノ構造体を形成するとともに、前記第３下地構造体および前記第４下地構造体を含む表面のうち前記第３ナノ構造体の未形成部分に対して、偏光方向が、以下の式（３）を満たす第２設定軸に対して直交する方向を向いている超短パルスレーザを照射することにより、以下の式（４）で表されるばらつきを持って延在するナノメータオーダーの第４凹凸を含んで構成された第４ナノ構造体を形成する
請求項１６に記載の被加工体の製造方法。
０°≦θp4≦３０°…（３）
０°＜Δθf4＜１.５°…（４）
θp4：前記第４下地構造体に含まれる凸部または凹部と前記第２設定軸とのなす角度
Δθf4：前記第４ナノ構造体の、面内における一部を抜き出し、その部分に含まれる第４凹凸の延在方向の角度ばらつきをガウス関数で表したときの半値幅
【請求項１８】
前記第１工程において、前記第３下地構造体を、その表面を砥粒で加工することにより形成し、
前記第３下地構造体に含まれる凸部または凹部を、前記第３凹凸よりも粗い間隔で形成する
請求項１６に記載の被加工体の製造方法。
【請求項１９】
前記第１工程において、前記第３下地構造体および前記第４下地構造体を、その表面を砥粒で加工することにより形成し、
前記第３下地構造体および前記第４下地構造体に含まれる凸部または凹部を、前記第４凹凸よりも粗い間隔で形成する
請求項１７に記載の被加工体の製造方法。
【請求項２０】
前記第２の面は、金属部材または半導体部材の表面である
請求項１６ないし請求項１９のいずれか一項に記載の被加工体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面の全体または一部にナノ構造を備えた光学素子および被加工体、ならびにそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パルス幅が１ピコ秒（１０-12秒）以下の超短パルスレーザ、いわゆるフェムト秒レーザを用いることにより、パターンを描画することが知られている。フェムト秒レーザによって描画されたパターンは、ｎｍ（ナノメータ）オーダーの微細な凹凸によって構成されており、その凹凸は、そのパターンを描画する際にフェムト秒レーザの偏光方向と略直交する方向に延在している。ただし、その凹凸の延在方向には、およそ±５°程度のばらつきがある。また、レーザ照射の条件によっては、その凹凸に、うねりが生じ、その凹凸が厳密には直線にならないことがある。そのため、フェムト秒レーザは、工業用途、特に光学部材の作製にはあまり向いていなかった。
【０００３】
そこで、例えば、特許文献１では、パルス状のフェムト秒レーザを、被照射面に対して、極短時間の間に２回照射することにより、パターンの周期性を向上させることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２１２６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１の方法では、レーザ光学系に特別な光学遅延回路を設けることが必要であり、レーザ光学系が複雑となってしまうという問題があった。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、レーザ光学系を複雑にすることなく、簡易な方法で形成された、パターンのばらつきの少ない光学素子および被加工体を提供することにある。また、第２の目的は、レーザ光学系を複雑にすることなく、簡易な方法で、パターンのばらつきを低減することの可能な光学素子の製造方法および被加工体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の光学素子は、複数の帯状の凸部または複数の帯状の凹部を有する表面に超短パルスレーザを照射することにより形成された第１パターンを第１の面に転写することにより形成された第１ナノ構造体を備えたものである。ここで、第１ナノ構造体は、ナノメータオーダーの第１凹凸を含んで構成されており、第１凹凸は、以下の式で表されるばらつきを持って延在している。
０°＜Δθf1＜１．５°
Δθf1：第１ナノ構造体の、面内における一部を抜き出し、その部分に含まれる第１凹凸の延在方向の角度ばらつきをガウス関数で表したときの半値幅
【０００８】
本発明の光学素子において、第１ナノ構造体の形成されている表面に、第１凹凸よりも粗い間隔の複数の凸部または複数の凹部を含む第１下地構造体が形成されていてもよい。このとき、第１下地構造体に含まれる凸部または凹部は、例えば、第１凹凸の延在方向と同一または略同一の方向に延在していてもよい。
【０００９】
また、本発明の光学素子において、複数の帯状の凸部または複数の帯状の凹部を有する表面に超短パルスレーザを照射することにより形成された第２パターンを第１の面のうち第１ナノ構造体とは異なる位置に転写することにより第２ナノ構造体が形成されていてもよい。このとき、第２ナノ構造体は、例えば、ナノメータオーダーの第２凹凸を含んで構成されていてもよく、第２凹凸は、例えば、第１凹凸の延在方向と交差する方向に、以下の式で表されるばらつきを持って延在していてもよい。
０°＜Δθf2＜１．５°
Δθf2：第２ナノ構造体の、面内における一部を抜き出し、その部分に含まれる第２凹凸の延在方向の角度ばらつきをガウス関数で表したときの半値幅
【００１０】
さらに、上記の場合において、第２ナノ構造体の形成されている表面に、複数の第１下地溝の延在方向と交差する方向に延在する複数の凸部または複数の凹部を含む第２下地構造体が形成されていてもよい。このとき、第２下地構造体に含まれる複数の凸部または複数の凹部は、第２凹凸よりも粗い間隔で形成されている。また、第２下地構造体に含まれる凸部または凹部は、例えば、第２凹凸の延在方向と同一または略同一の方向に延在していてもよい。
【００１１】
また、上記の場合において、第１下地構造体は、例えば、第１ナノ構造体の形成されている表面だけでなく、第２ナノ構造体の形成されている表面にも形成されていてもよい。さらに、第２下地構造体は、例えば、第２ナノ構造体の形成されている表面だけでなく、第１ナノ構造体の形成されている表面にも形成されていてもよい。
【００１２】
本発明の光学素子では、表面に複数の凸部または複数の凹部を設けた上で超短パルスレーザを照射することにより形成された、パターンのばらつきの少ない第１パターンを転写することにより、パターンのばらつきの少ない第１ナノ構造体が形成される。
【００１３】
本発明の被加工体は、複数の帯状の凸部または複数の帯状の凹部を有する第２の面に超短パルスレーザを照射することにより形成された第３ナノ構造体を備えたものである。第３ナノ構造体は、ナノメータオーダーの第３凹凸を含んで構成されており、第３凹凸は、以下の式で表されるばらつきを持って延在している。
０°＜Δθf3＜１．５°
Δθf3：第３ナノ構造体の、面内における一部を抜き出し、その部分に含まれる第３凹凸の延在方向の角度ばらつきをガウス関数で表したときの半値幅
【００１４】
本発明の被加工体において、第３ナノ構造体の形成されている表面に、第３凹凸よりも粗い間隔の複数の凸部または複数の凹部を含む第３下地構造体が形成されていてもよい。このとき、第３下地構造体に含まれる凸部または凹部は、例えば、第３凹凸の延在方向と同一または略同一の方向に延在していてもよい。
【００１５】
本発明の被加工体では、表面に複数の凸部または複数の凹部を設けた上で超短パルスレーザを照射することにより、パターンのばらつきの少ない第３ナノ構造体が形成される。
【００１６】
本発明の光学素子の製造方法は、複数の帯状の凸部または複数の帯状の凹部を有する第２の面に超短パルスレーザを照射することにより形成された第３ナノ構造体を備えた型を用いた転写により、第１の面に第３ナノ構造体を反転させた形状を有する第１ナノ構造体を形成する工程を含んだものである。ここで、第３ナノ構造体は、ナノメータオーダーの第３凹凸を含んで構成されており、第３凹凸は、以下の式で表されるばらつきを持って延在している。
０°＜Δθf3＜１．５°
Δθf3：第３ナノ構造体の、面内における一部を抜き出し、その部分に含まれる第３凹凸の延在方向の角度ばらつきをガウス関数で表したときの半値幅
【００１７】
本発明の光学素子の製造方法において、型は、例えば、第３ナノ構造体の形成されている表面に、第３凹凸よりも粗い間隔の複数の凸部または複数の凹部を含む第３下地構造体を備えていてもよい。このとき、第３下地構造体は、例えば、第２の面に超短パルスレーザを照射する前に第２の面に既に形成されていた凸部または凹部が超短パルスレーザの照射によって加工されることにより形成されたものであってもよい。また、第３下地構造体に含まれる凸部または凹部は、例えば、第３凹凸の延在方向と同一または略同一の方向に延在していてもよい。
【００１８】
また、本発明の光学素子の製造方法において、型は、例えば、第２の面のうち第３ナノ構造体とは異なる位置に超短パルスレーザを照射することにより形成された第４ナノ構造体を備えていてもよい。このとき、第４ナノ構造体は、例えば、ナノメータオーダーの第４凹凸を含んで構成されていてもよく、第４凹凸は、例えば、第１凹凸の延在方向と交差する方向に、以下の式で表されるばらつきを持って延在していてもよい。この場合において、本発明の光学素子の製造方法が、例えば、第３ナノ構造体および第４ナノ構造体を備えた型を用いた転写により、第１の面に第１ナノ構造体と、第４ナノ構造体を反転させた形状を有する第２ナノ構造体とを形成する工程を含んでいてもよい。
０°＜Δθf4≦１．５°
Δθf4：第４ナノ構造体の、面内における一部を抜き出し、その部分に含まれる第４凹凸の延在方向の角度ばらつきをガウス関数で表したときの半値幅
【００１９】
また、本発明の光学素子の製造方法において、型は、例えば、第４ナノ構造体の形成されている表面に、第３ナノ構造体に含まれる凸部または凹部の延在方向と交差する方向に延在する複数の凸部または複数の凹部を含む第４下地構造体を備えていてもよい。このとき、第４下地構造体に含まれる複数の凸部または複数の凹部は、第４凹凸よりも粗い間隔で形成されている。また、第４下地構造体は、例えば、第２の面に超短パルスレーザを照射する前に第２の面に既に形成されていた凸部または凹部が超短パルスレーザの照射によって加工されることにより形成されたものであってもよい。また、第４下地構造体に含まれる凸部または凹部は、例えば、第４凹凸の延在方向と同一または略同一の方向に延在していてもよい。
【００２０】
また、本発明の光学素子の製造方法において、第３下地構造体は、例えば、第３ナノ構造体の形成されている表面だけでなく、第４ナノ構造体の形成されている表面にも形成されていてもよい。このとき、さらに、第４下地構造体は、例えば、第４ナノ構造体の形成されている表面だけでなく、第３ナノ構造体の形成されている表面にも形成されていてもよい。
【００２１】
また、本発明の光学素子の製造方法において、第３下地構造体は、例えば、その表面を砥粒で加工することにより形成されたものであってもよい。このとき、さらに、第４下地構造体は、例えば、その表面を砥粒で加工することにより形成されたものであってもよい。
【００２２】
本発明の光学素子の製造方法では、表面に複数の凸部または複数の凹部を設けた上で超短パルスレーザを照射することにより形成された、パターンのばらつきの少ない第３ナノ構造体を転写することにより、パターンのばらつきの少ない第１ナノ構造体が形成される。
【００２３】
本発明の被加工体の製造方法は、以下の２つの工程を含むものである。
（Ａ）第２の面に、複数の凸部または複数の凹部を含む第３下地構造体を形成する第１工程
（Ｂ）第３下地構造体を含む表面の全体または一部に対して、偏光方向が、以下の式（１）を満たす第１設定軸に対して直交する方向を向いている超短パルスレーザを照射することにより、以下の式（２）で表されるばらつきを持って延在するナノメータオーダーの第３凹凸を含んで構成された第３ナノ構造体を形成する第２工程
０°≦θp3≦３０°…（１）
０°＜Δθf3＜１．５°…（２）
θp3：第３下地構造体に含まれる凸部または凹部と第１設定軸とのなす角度
Δθf3：第３ナノ構造体の、面内における一部を抜き出し、その部分に含まれる第３凹凸の延在方向の角度ばらつきをガウス関数で表したときの半値幅
【００２４】
本発明の被加工体の製造方法において、第１工程で、例えば、第２の面に、第３下地構造体と、第３下地構造体に含まれる凸部または凹部と４５°以上９０°以下の範囲内で交差する方向に延在する複数の凸部または複数の凹部を含む第４下地構造体とを重複して形成してもよい。さらに、第２工程で、例えば、第３下地構造体および第４下地構造体を含む表面の一部に対して、偏光方向が、第１設定軸に対して直交する方向を向いている超短パルスレーザを照射することにより、第３ナノ構造体を形成してもよい。続いて、第２工程で、第３下地構造体および第４下地構造体を含む表面のうち第３ナノ構造体の未形成部分に対して、偏光方向が、以下の式（３）を満たす第２設定軸に対して直交する方向を向いている超短パルスレーザを照射することにより、以下の式（４）で表されるばらつきを持って延在するナノメータオーダーの第４凹凸を含んで構成された第４ナノ構造体を形成してもよい。
０°≦θp4≦３０°…（３）
０°＜Δθf4＜１．５°…（４）
θp4：第４下地構造体に含まれる凸部または凹部と第２設定軸とのなす角度
Δθf4：第４ナノ構造体の、面内における一部を抜き出し、その部分に含まれる第４凹凸の延在方向の角度ばらつきをガウス関数で表したときの半値幅
【００２５】
また、本発明の被加工体の製造方法において、第１工程で、第３下地構造体に含まれる凸部または凹部を、第３凹凸よりも粗い間隔で形成してもよい。さらに、第２工程において、第４下地構造体に含まれる凸部または凹部を、第４凹凸よりも粗い間隔で形成してもよい。また、本発明の被加工体の製造方法において、第３下地構造体は、例えば、その表面を砥粒で加工することにより形成されたものであってもよい。さらに、第３下地構造体および第４下地構造体は、その表面を砥粒で加工することにより形成されたものであってもよい。
【００２６】
本発明の被加工体の製造方法では、表面に複数の凸部または複数の凹部を設けた上で超短パルスレーザを照射することにより、パターンのばらつきの少ない第３ナノ構造体が形成される。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の光学素子および被加工体、ならびにそれらの製造方法によれば、超短パルスレーザを照射する前に表面にあらかじめ複数の凸部または複数の凹部を設けておくことにより、パターンのばらつきの少ないナノ構造体を形成することができるようにした。これにより、レーザ光学系を複雑にすることなく、簡易な方法で、パターンのばらつきを低減することができる。また、レーザ光学系を複雑にすることなく、簡易な方法で、パターンのばらつきの少ない光学素子および被加工体を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光学素子の一例を表す上面構成図および断面構成図である。
【図２】図１の光学素子の他の例を表す上面構成図および断面構成図である。
【図３】図１の光学素子の製造に際して使用される原盤の製造方法の一例を説明する上面図である。
【図４】図３に続く工程を説明する上面図である。
【図５】図４に続く工程を説明する上面図である。
【図６】レーザ光の偏光方向と、下地膜およびナノ構造体の延在方向との関係を表す関係図である。
【図７】図３〜図５の工程を経て製造された原盤の一例を表す上面図および断面図である。
【図８】図３〜図５の工程を経て製造された原盤の他の例を表す上面図および断面図である。
【図９】砥粒のメッシュ番号と、砥粒加工による下地構造体の最大高さ粗さとの関係を表す図である。
【図１０】（Ａ）各下地延在方向における、砥粒加工による下地構造体の最大高さ粗さと、ナノ構造体の延在方向との関係を表す図である。（Ｂ）各下地延在方向における、砥粒加工による下地構造体の最大高さ粗さと、ナノ構造体の延在方向の角度ばらつきの半値幅との関係を表す図である。
【図１１】実施例に係る原盤の上面画像を表す図である。
【図１２】図１１の上面画像の２次元ＤＴＦによるパワースペクトル密度分布を表す図である。
【図１３】比較例に係る原盤の上面画像を表す図である。
【図１４】図１３の上面画像の２次元ＤＴＦによるパワースペクトル密度分布を表す図である。
【図１５】図７の原盤を用いた光学素子の製造方法の一例を説明する断面図である。
【図１６】図３とは異なるタイプの原盤の製造方法の一例を説明する斜視図である。
【図１７】図１６に続く工程を説明する上面図である。
【図１８】図１７に続く工程を説明する上面図である。
【図１９】図１６〜図１８の工程を経て製造された原盤の一例を表す斜視図である。
【図２０】図１６〜図１８の工程を経て製造された原盤の他の例を表す斜視図である。
【図２１】本発明の第２の実施形態に係る光学素子の一例を表す上面構成図および断面構成図である。
【図２２】図２１の光学素子の他の例を表す上面構成図および断面構成図である。
【図２３】図２１の光学素子の製造に際して使用される原盤の製造方法の一例を説明する上面図である。
【図２４】図２３に続く工程を説明する上面図である。
【図２５】図２４に続く工程を説明する上面図である。
【図２６】図２５に続く工程を説明する上面図である。
【図２７】第１領域における、レーザ光の偏光方向と、下地膜およびナノ構造体の延在方向との関係を表す関係図である。
【図２８】第２領域における、レーザ光の偏光方向と、下地膜およびナノ構造体の延在方向との関係を表す関係図である。
【図２９】図２３〜図２６の工程を経て製造された原盤の一例を表す上面図および断面図である。
【図３０】図２３〜図２６の工程を経て製造された原盤の他の例を表す上面図および断面図である。
【図３１】図２９の原盤を用いた光学素子の製造方法の一例を説明する断面図である。
【図３２】図２３とは異なるタイプの原盤の製造方法の一例を説明する斜視図である。
【図３３】図３２に続く工程を説明する上面図である。
【図３４】図３３に続く工程を説明する上面図である。
【図３５】図３４に続く工程を説明する上面図である。
【図３６】図３２〜図３５の工程を経て製造された原盤の一例を表す斜視図である。
【図３７】図３２〜図３５の工程を経て製造された原盤の他の例を表す斜視図である。
【図３８】本発明の一変形例に係る半導体ウェハの一例を表す上面構成図および断面構成図である。
【図３９】図３８の半導体ウェハの他の例を表す上面構成図および断面構成図である。
【図４０】本発明の他の変形例に係る受動素子の一例を表す上面構成図である。
【図４１】図４０の受動素子の他の例を表す上面構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（単一領域を有する光学素子およびその製造に使用する原盤）
２．第２の実施の形態（２つの領域を有する光学素子およびその製造に使用する原盤）
３．変形例（半導体ウェハ、受動素子）
【００３０】
＜第１の実施の形態＞
［構成］
図１（Ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る光学素子１の上面構成の一例を表すものである。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ矢視方向の断面構成の一例を表したものである。この光学素子１は、例えば、図１（Ｂ）に示したように、基材１０の表面１０Ａにナノ構造体１１Ａがパターニングされたものである。ナノ構造体１１Ａは、例えば、図１（Ｂ）に示したように表面１０Ａ全体に形成されていてもよいし、表面１０Ａの一部にだけ形成されていてもよい。さらに、基材１０の表面１０Ａのうち、ナノ構造体１１Ａの形成されている表面に、ナノ構造体１１Ａよりも粗い下地構造体１１Ｂが形成されている。ナノ構造体１１Ａは、基材１０の表面１０Ａにおいて下地構造体１１Ｂの表面にも形成されており、下地構造体１１Ｂは、文字通り、ナノ構造体１１Ａの下地となっている。
【００３１】
なお、基材１０の表面１０Ａが本発明の「第１の面」の一具体例に相当する。また、ナノ構造体１１Ａが本発明の「第１ナノ構造体」の一具体例に相当し、下地構造体１１Ｂが本発明の「第１下地構造体」の一具体例に相当する。
【００３２】
基材１０は、樹脂フィルムまたは樹脂基板である。基材１０は、例えば、プラスチックなどの熱可塑性を有する材料（例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレンなど）から構成されている。光学素子１が、位相差をできるだけ小さくする用途に用いられる場合には、基材１０は、非晶質シクロオレフィンポリマーや脂環式アクリル樹脂、ノルボルネン系樹脂から構成されることが好ましい。基材１０の厚みは、例えば３０μｍ〜５００μｍである。
【００３３】
基材１０は、例えば単層構造であってもよいし、多層構造であってもよい。基材１０が多層構造となっている場合には、基材１０は、例えば、図１（Ｂ）に示したように、支持体１２の表面に凹凸層１１が形成された２層構造となっている。凹凸層１１の表面には、上述のナノ構造体１１Ａおよび下地構造体１１Ｂが形成されている。
【００３４】
ナノ構造体１１Ａは、後述の原盤１００の表面１００Ａ（図３等参照）に形成されたパターンを基材１０の表面に転写することにより形成されたものである。ナノ構造体１１Ａは、ナノメータオーダー（１ｎｍ以上１０００ｎｍ未満）の凹凸を含んで構成されている。なお、原盤１００の表面１００Ａに形成されたパターンが、本発明の「第１パターン」の一具体例に相当する。また、ナノ構造体１１Ａに含まれる凹凸が、本発明の「第１凹凸」の一具体例に相当する。
【００３５】
ナノ構造体１１Ａに含まれる凹凸は、帯状の凸部または帯状の凹部（図示せず）が、その延在方向が概ね揃った状態で２次元配置された形状となっている。この凹凸は、当該凹凸の延在方向と交差する方向において、ナノメータオーダーの周期性、規則性、またはランダム性を有している。ナノ構造体１１Ａに含まれる凹凸は、下地構造体１１Ｂに含まれる凹凸（凸部または凹部）の延在方向と同一または略同一の方向に延在している。さらに、ナノ構造体１１Ａに含まれる凹凸は、以下の式で表されるばらつきを持って延在している。
０°＜Δθf1＜１．５°
【００３６】
ここで、Δθf1は、ナノ構造体１１Ａの、面内における一部（例えば１ｍｍ角）を抜き出し、その部分に含まれる凹凸の延在方向の角度ばらつきをガウス関数で表したときの半値幅である。
【００３７】
下地構造体１１Ｂは、ナノ構造体１１Ａと同様、後述の原盤１００の表面１００Ａに形成されたパターンを基材１０の表面に転写することにより形成されたものである。下地構造体１１Ｂは、ナノ構造体１１Ａよりも粗い凹凸を含んで構成されている。下地構造体１１Ｂに含まれる凹凸は、帯状の凸部または帯状の凹部（図示せず）が、その延在方向が概ね揃った状態で２次元配置された形状となっている。この凹凸は、当該凹凸の延在方向と交差する方向において、所定の周期性、規則性、またはランダム性を有している。下地構造体１１Ｂに含まれる凹凸は、ナノ構造体１１Ａよりも粗い周期性、規則性、またはランダム性を有していてもよいし、ナノ構造体１１Ａと同等またはそれよりも細かい周期性、規則性、またはランダム性を有していてもよい。下地構造体１１Ｂに含まれる凹凸は、ナノ構造体１１Ａに含まれる凹凸の延在方向と同一または略同一の方向に延在している。
【００３８】
なお、下地構造体１１Ｂがナノ構造体１１Ａ内に埋もれてしまい、例えば、図２（Ａ），（Ｂ）に示したように、判別できないこともある。以下では、特に断りのない限り、下地構造体１１Ｂが、ナノ構造体１１Ａ内において判別可能な状態で形成されているものとする。
【００３９】
［製造方法］
次いで、光学素子１の製造方法について説明する。最初に、光学素子１の製造に際して使用する型（原盤）の製造方法について説明し、その後に、光学素子１の製造方法について説明する。なお、型（原盤）には、平板タイプと、ロールタイプの２種類がある。そこで、最初に、平板タイプの製造法について説明し、その後に、ロールタイプについて説明する。また、光学素子１の製造には、２Ｐ成型法（Photo Polymerization：光硬化を利用した成型法）や熱転写法を用いることが可能である。そこで、光学素子１の製造方法の説明に際して、まず、２Ｐ成型法による光学素子１の製造方法を説明し、その後に、熱転写法による光学素子１の製造方法について説明する。なお、２Ｐ成型法および熱転写法は、平板タイプ、ロールタイプのいずれのタイプの型（原盤）も使用可能である。
【００４０】
（平板タイプの原盤の製造方法）
まず、作業者は、転写用のパターンが未形成の平板タイプの原盤１００を用意する（図３）。この原盤１００は、金属部材（例えば、ＳＵＳ(例えば、ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ４２０Ｊ２)、Ｎｉ、ＮｉＰ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅ）によって形成されたものである。この原盤１００の被加工面である表面１００Ａは、例えば、鏡面状態となっている。なお、表面１００Ａは鏡面状態となっていなくてもよく、例えば、表面１００Ａに、転写用のパターンよりも細かな凹凸が形成されていてもよいし、転写用のパターンと同等か、それよりも粗い凹凸が形成されていてもよい。
【００４１】
次に、作業者は、表面１００Ａを砥粒で加工する。このとき、作業者は、砥粒として、最終的には、例えば、＃２０００，＃４０００，＃６０００，＃８０００，＃１００００，＃１５０００程度の細かさのものを使用する。なお、作業者は、必要に応じて、上で例示したものよりも粗いものを使用してもよい。また、作業者は、必要に応じて、表面１００Ａに直線状に加工痕を入れてもよいし、所定の曲線を描くように加工痕を入れてもよい。図４は、作業者が表面１００Ａを直線状に加工痕を入れた結果、表面１００Ａに、下地構造体１１０が形成された様子を模式的に表したものである。なお、砥粒加工自体は、工作機械によって行うようにしてもよい。なお、下地構造体１１０が、本発明の「第３下地構造体」の一具体例に相当する。
【００４２】
下地構造体１１０は、後に形成するナノ構造体１２０（図７（Ａ）参照）よりも粗い凹凸を含んで構成されている。下地構造体１１０に含まれる凹凸は、帯状の凸部または帯状の凹部（図示せず）が、その延在方向が概ね揃った状態で２次元配置された形状となっている。この凹凸は、当該凹凸の延在方向と交差する方向において、ナノ構造体１２０よりも粗い周期性、規則性、またはランダム性を有している。
【００４３】
次に、下地構造体１１０を含む表面に対して、パルス幅が１ピコ秒（１０-12秒）以下の超短パルスレーザ、いわゆるフェムト秒レーザを用いてパターンを描画する。例えば、図５に示したように、下地構造体１１０の形成された表面に対して、フェムト秒レーザ光Ｌｆを照射すると共に、その照射スポットを表面１００Ａに対してスキャンさせる。
【００４４】
このとき、レーザ波長、繰り返し周波数、パルス幅、ビームスポット形状、偏光、表面１００Ａへ照射するレーザの強度、レーザの走査速度等が適宜設定されることにより、所望の凹凸を有するナノ構造体１２０が形成される。例えば、レーザ光の偏光を直線偏光とし、その偏光方向Ｄ１を、下地構造体１１０に含まれる凹凸（凸部または凹部）の延在方向Ｄ３と所定の関係となるよう設定することにより、ナノ構造体１２０が形成される（図６、図７（Ａ），（Ｂ）、図８（Ａ），（Ｂ））。なお、図８（Ａ），（Ｂ）には、レーザ照射後の下地構造体１１０がナノ構造体１２０内に埋もれてしまい、判別できない状態になっている場合が例示されている。また、ナノ構造体１２０が、本発明の「第３ナノ構造体」の一具体例に相当する。
【００４５】
レーザ加工に用いるレーザの波長は、例えば８００ｎｍである。ただし、レーザ加工に用いるレーザの波長は、４００ｎｍや２６６ｎｍなどでもかまわない。繰り返し周波数は、加工時間を考慮すると大きいほうが好ましいが、繰り返し周波数が１ｋＨｚや２ｋＨｚであっても加工は可能である。パルス幅は短い方が好ましく、２００フェムト秒（１０-15秒）〜１ピコ秒（１０-12秒）程度であることが好ましい。表面１００Ａへ照射されるレーザのビームスポットは、四角形形状であることが好ましい。ビームスポットの整形は、例えば、アパーチャーやシリンドリカルレンズ等（図示せず）によって行うことが可能である。
【００４６】
また、ビームスポットの強度分布は、なるべく均一であることが好ましい。これは、型に形成する凹凸の深さなどの面内分布をなるべく均一化したいためである。ビームスポットのサイズを、Ｌｘ、Ｌｙ（図示せず）とし、レーザの走査方向をｙ方向とすると、Ｌｘは、例えば、許容できる走査回数によって決まる。Ｌｙはステージ速度やレーザ強度、繰り返し周波数などにより、適宜決めることができるが、例えば、３０〜５００μｍ程度である。
【００４７】
ところで、上述のナノ構造体１２０は、ナノメータオーダーの凹凸を含んで構成されている。ナノ構造体１２０に含まれる凹凸は、帯状の凸部または帯状の凹部（図示せず）が、その延在方向が概ね揃った状態で２次元配置された形状となっている。この凹凸は、当該凹凸の延在方向と交差する方向において、ナノメータオーダーの周期性、規則性、またはランダム性を有している。ナノ構造体１２０に含まれる凹凸は、下地構造体１１０に含まれる凹凸（凸部または凹部）の延在方向と同一または略同一の方向に延在している。さらに、ナノ構造体１２０に含まれる凹凸は、以下の式で表されるばらつきを持って延在している。
０°＜Δθf3＜１.５°
【００４８】
ここで、Δθf3は、ナノ構造体１２０の、面内における一部（例えば１ｍｍ角）を抜き出し、その部分に含まれる凹凸の延在方向の角度ばらつきをガウス関数で表したときの半値幅である。
【００４９】
ところで、上述のナノ構造体１２０が形成されるためには、下地構造体１１０を含む表面の全体または一部に対して照射するフェムト秒レーザ光Ｌｆの偏光方向Ｄ１が、以下の式を満たす設定軸Ｄ２に対して直交する方向を向いていることが必要である。
０°≦θp3≦３０°
【００５０】
ここで、θp3は、下地構造体１１０に含まれる凹凸（凸部または凹部）の延在方向Ｄ３と、設定軸Ｄ２とのなす角度である。
【００５１】
次に、偏光方向Ｄ１を上述したように設定する理由について説明する。
【００５２】
図９は、砥粒のメッシュ番号と、砥粒加工による下地構造体の最大高さ粗さとの関係の一例を表したものである。図９の最大高さ粗さは、研磨後のＳＵＳ３０４を、下地の溝方向と直交する方向で切断したときの断面を測定することにより得られたものである。図１０（Ａ）は、各θp3における、砥粒加工による下地構造体１１０の最大高さ粗さと、ナノ構造体１２０に含まれる凹凸の延在方向Ｄ４と、設定軸Ｄ２とのなす角度θf3との関係の一例を表したものである。図１０（Ｂ）は、各θp3における、砥粒加工による下地構造体１１０の最大高さ粗さと、θf3の角度ばらつきをガウス関数で表したときの半値幅Δθf3との関係の一例を表したものである。また、図１０（Ａ）中の２本の破線は、フェムト秒レーザ光Ｌｆを鏡面に照射したときのθf3のばらつきの範囲（０°±５°）を表しており、図１０（Ｂ）中の２本の破線は、フェムト秒レーザ光Ｌｆを鏡面に照射したときのΔθf3のばらつきの範囲（１.５°以上８°以下）を表している。
【００５３】
図１０（Ａ）から、下地構造体１１０の最大高さ粗さが０．０６μｍ以上の場合には、θp3が０°以上３０°以下の範囲内、下地構造体１１０の最大高さ粗さが０．０６μｍよりも小さい場合には、θp3が０°以上１５°以下の範囲内において、θf3がθp3と同一または略同一となっていることがわかる。これは、θp3が上記の範囲内において、ナノ構造体１２０に含まれる凹凸の延在方向Ｄ４が、下地構造体１１０に含まれる凹凸（凸部または凹部）の延在方向Ｄ３と同一または略同一となっていることを示している。さらに、図１０（Ａ）から、θp3が３０°よりも大きい場合には、θf3はθp3の大きさとは無関係に、概ね０°となっていることがわかる。これは、θp3が３０°よりも大きい場合には、ナノ構造体１２０に含まれる凹凸の延在方向Ｄ４は、下地構造体１１０に含まれる凹凸（凸部または凹部）の延在方向Ｄ３とは無関係に、フェムト秒レーザ光Ｌｆの偏光方向Ｄ１と直交する方向（設定軸Ｄ２の延在方向）を向いていることを示している。
【００５４】
また、図１０（Ａ）から、下地構造体１１０を含む表面に対してフェムト秒レーザを照射した場合には、下地構造体１１０の最大高さ粗さが０．０６μｍ以上の場合には、θp3が０°以上３０°以下の範囲内、下地構造体１１０の最大高さ粗さが０．０６μｍよりも小さい場合には、θp3が０°以上１５°以下の範囲内において、θf3のばらつきは、上述のばらつきと比べて極めて小さく、最大でも、せいぜい±数°であることがわかる。一方、下地構造体１１０を含む表面に対してフェムト秒レーザを照射した場合であって、θp3が３０°よりも大きいときには、θf3のばらつきは、上述のばらつきと概ね等しくなっていることがわかる。
【００５５】
次に、図１０（Ｂ）から、θp3が０°以上３０°以下の範囲内において、Δθf3が０°よりも大きく１.５°よりも小さい範囲内にあることがわかる。一方、θp3が３０°よりも大きい場合には、Δθf3が概ね、１.５°以上６°以下の範囲内にあることがわかる。
【００５６】
なお、図１０（Ａ），（Ｂ）に示したデータの傾向は、フェムト秒レーザの照射対象物の形状に依らない。従って、図１０（Ａ），（Ｂ）に示したデータの傾向は、型（原盤）が、平板タイプであっても、ロールタイプであっても、特に変化しない。
【００５７】
図１１は、実際に、＃８０００の研磨フィルムを用いて、θp3が０°となるように、原盤１００の表面１００Ａに下地構造体１１０を形成した後の表面１００Ａに対して、フェムト秒レーザ光Ｌｆを照射することにより形成されたナノ構造体１２０の顕微鏡写真を示したものである。図１２は、その表面の画像の２次元ＤＦＴによるパワースペクトル密度分布を示したものである。図１３、図１４は、比較例の結果を示したものである。具体的には、図１３は、実際に、鏡面に対して、フェムト秒レーザ光Ｌｆを照射することにより形成されたナノ構造体１２０の顕微鏡写真を示したものである。図１４は、その表面の画像の２次元ＤＦＴによるパワースペクトル密度分布を示したものである。
【００５８】
図１１〜図１４から、フェムト秒レーザ光Ｌｆを照射する前に表面１００Ａにあらかじめ下地構造体１１０を設けておくことにより、ばらつきの少ないナノ構造体１２０を形成することができることがわかった。
【００５９】
（平板タイプの原盤を用いた光学素子１の製造方法）
次に、上記のようにして製造した原盤１００を用いて、光学素子１を製造する。
【００６０】
（２Ｐ成型法）
図１５は、２Ｐ成型法により光学素子１を製造する工程を表したものである。例えば、支持体１２上に紫外線や電子線などのエネルギー線Ｌで硬化する樹脂材料を塗布して樹脂層１１Ｄを形成する。続いて、原盤１００を、光学素子１の表面１０Ａのパターンを反転させた反転パターン（ナノ構造体１２０）を樹脂層１１Ｄ側に向けて、樹脂層１１Ｄに押し当てる。この後、例えば、エネルギー線Ｌを支持体１２側から樹脂層１１Ｄに向けて照射して樹脂層１１Ｄを硬化させることにより、原盤１００のパターンを樹脂層１１Ｄの表面に転写する。その後、支持体１２を離型する。このようにして、光学素子１が製造される。
【００６１】
（熱転写法）
まず、基材（図示せず）を用意する。このときの基材は、単層構造となっていてもよいし、多層構造（例えば、基材の表面に樹脂層が形成された２層構造）となっていてもよい。次に、例えば、基材をガラス転移温度付近まで加熱し、この加熱した基板の表面（２層構造の場合は、樹脂層の表面）に、原盤１００を、光学素子１の表面１０Ａのパターンを反転させた反転パターン（ナノ構造体１２０）を基材側に向けて押し当てる。その後、冷却、離型する。これにより、光学素子１が製造される。
【００６２】
（ロールタイプの原盤の製造方法）
まず、作業者は、転写用のパターンが未形成のロールタイプの原盤２００を用意する（図１６）。この原盤２００は、金属部材（例えば、ＳＵＳ(例えば、ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ４２０Ｊ２)、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅ）によって形成されたものである。この原盤２００の被加工面である表面２００Ａは、例えば、鏡面状態となっている。なお、表面２００Ａは鏡面状態となっていなくてもよく、例えば、表面２００Ａに、転写用のパターンよりも細かな凹凸が形成されていてもよいし、転写用のパターンと同等か、それよりも粗い凹凸が形成されていてもよい。
【００６３】
次に、作業者は、表面２００Ａを砥粒加工する。このとき、作業者は、砥粒として、最終的には、例えば、＃２０００，＃４０００，＃６０００，＃８０００，＃１００００，＃１５０００程度の細かさのものを使用する。なお、作業者は、必要に応じて、上で例示したものよりも粗いものを使用してもよい。また、作業者は、必要に応じて、表面２００Ａに直線状に加工痕を入れてもよいし、所定の曲線を描くように研磨してもよい。図１７は、作業者が表面２００Ａに直線状に加工痕を入れた結果、表面２００Ａに、下地構造体２１０が形成された様子を模式的に表したものである。なお、砥粒加工自体は、工作機械によって行うようにしてもよい。なお、下地構造体２１０が、本発明の「第３下地構造体」の一具体例に相当する。
【００６４】
下地構造体２１０は、後に形成するナノ構造体２２０（図１９参照）よりも粗い凹凸を含んで構成されている。下地構造体２１０に含まれる凹凸は、帯状の凸部または帯状の凹部（図示せず）が、その延在方向が概ね揃った状態で２次元配置された形状となっている。この凹凸は、当該凹凸の延在方向と交差する方向において、ナノ構造体２２０よりも粗い周期性、規則性、またはランダム性を有している。
【００６５】
次に、下地構造体２１０を含む表面に対して、フェムト秒レーザを用いてパターンを描画する。例えば、図１８に示したように、下地構造体２１０の形成された表面に対して、フェムト秒レーザ光Ｌｆを照射すると共に、その照射スポットを表面２００Ａに対してスキャンさせる。
【００６６】
このとき、レーザ波長、繰り返し周波数、パルス幅、ビームスポット形状、偏光、表面２００Ａへ照射するレーザの強度、レーザの走査速度等が適宜設定されることにより、所望の凹凸を有するナノ構造体２２０が形成される。また、レーザ光の偏光を直線偏光とし、その偏光方向Ｄ１を、下地構造体２１０に含まれる凹凸の延在方向Ｄ３と所定の関係となるよう設定することにより、ナノ構造体２２０が形成される（図６、図１９（Ａ），（Ｂ）、図２０（Ａ），（Ｂ））。なお、図２０（Ａ），（Ｂ）には、レーザ照射後の下地構造体２１０がナノ構造体２２０内に埋もれてしまい、判別できない状態になっている場合が例示されている。また、ナノ構造体２２０が、本発明の「第３ナノ構造体」の一具体例に相当する。
【００６７】
レーザ加工に用いるレーザの波長、繰り返し周波数、パルス幅、ビームスポットの形状、ビームスポットの強度分布、ビームスポットのサイズは、平板タイプの原盤１００のときと同様である。また、ナノ構造体２２０は、上述のナノ構造体１２０と同様の構成となっており、ばらつきの少ないパターンとなっている。また、下地構造体２１０も、上述の下地構造体１１０と同様の構成となっている。
【００６８】
[効果]
次に、光学素子１およびその製造方法の効果について説明する。
【００６９】
本実施の形態の原盤１００，２００の製造方法では、表面１００Ａ，２００Ａに下地構造体１１０，２１０を設けた上でフェムト秒レーザを照射することにより、パターンのばらつきの少ないナノ構造体１２０，２２０が形成される。これにより、レーザ光学系を複雑にすることなく、簡易な方法で、パターンのばらつきを低減することができる。
【００７０】
また、本実施の形態の光学素子１では、表面１００Ａ，２００Ａに下地構造体１１０，２１０を設けた上でフェムト秒レーザを照射することにより形成された、パターンのばらつきの少ないナノ構造体１２０，２２０を転写することにより、パターンのばらつきの少ないナノ構造体１１Ａが形成される。これにより、レーザ光学系を複雑にすることなく、簡易な方法で、パターンのばらつきの少ない光学素子１を実現することができる。
【００７１】
＜第２の実施の形態＞
［構成］
図２１（Ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る光学素子２の上面構成の一例を表すものである。図２１（Ｂ）は、図２１（Ａ）のＡ−Ａ矢視方向の断面構成の一例を表したものである。この光学素子２は、例えば、図１（Ｂ）に示したように、基材２０の表面２０Ａにナノ構造体２１Ａ，２１Ｂがパターニングされたものである。
【００７２】
基材２０の表面２０Ａのうち、ナノ構造体２１Ａの形成されている表面に、ナノ構造体２１Ａよりも粗い下地構造体２１Ｃが形成されている。また、基材２０の表面２０Ａのうち、ナノ構造体２１Ｂの形成されている表面に、ナノ構造体２１Ｂよりも粗い下地構造体２１Ｄが形成されている。さらに、下地構造体２１Ｃは、基材２０の表面１０Ａにおいて、ナノ構造体２１Ａの形成されている表面だけでなく、ナノ構造体２１Ｂの形成されている表面にも形成されている。また、下地構造体２１Ｄは、基材２０の表面１０Ａにおいて、ナノ構造体２１Ｂの形成されている表面だけでなく、ナノ構造体２１Ａの形成されている表面にも形成されている。つまり、下地構造体２１Ｃ，２１Ｄは、文字通り、ナノ構造体２１Ａ，２１Ｂの下地となっている。
【００７３】
なお、基材２０の表面２０Ａが本発明の「第１の面」の一具体例に相当する。また、ナノ構造体２１Ａが本発明の「第１ナノ構造体」の一具体例に相当し、ナノ構造体２１Ｂが本発明の「第２ナノ構造体」の一具体例に相当する。また、下地構造体２１Ｃが本発明の「第１下地構造体」の一具体例に相当し、下地構造体２１Ｄが本発明の「第２下地構造体」の一具体例に相当する。
【００７４】
基材２０は、上記実施の形態の基材１０と同様の材料・厚みによって構成されている。基材２０は、例えば単層構造であってもよいし、多層構造であってもよい。基材２０が多層構造となっている場合には、基材２０は、例えば、図２１（Ｂ）に示したように、支持体２２の表面に凹凸層２１が形成された２層構造となっている。凹凸層２１の表面には、上述のナノ構造体２１Ａ，２１Ｂおよび下地構造体２１Ｃ，２１Ｄが形成されている。
【００７５】
ナノ構造体２１Ａ，２１Ｂは、基材２０の表面において、例えばストライプ状に、交互に配列されている。これらのストライプ幅は、例えば表示装置における画素ピッチと同等の幅となっている。ナノ構造体２１Ａ，２１Ｂは、後述の原盤３００，４００の表面３００Ａ，４００Ａ（図２３、図３２等参照）に形成されたパターンを基材２０の表面に転写することにより形成されたものである。ナノ構造体２１Ａ，２１Ｂは、ナノメータオーダーの凹凸を含んで構成されている。なお、原盤３００，４００の表面３００Ａ，４００Ａに形成されたパターンが、本発明の「第１パターン」および「第２パターン」の一具体例に相当する。また、ナノ構造体２１Ａに含まれる凹凸が本発明の「第１凹凸」の一具体例に相当し、ナノ構造体２１Ｂに含まれる凹凸が本発明の「第２凹凸」の一具体例に相当する。
【００７６】
ナノ構造体２１Ａに含まれる凹凸は、帯状の凸部または帯状の凹部（図示せず）が、その延在方向が概ね揃った状態で２次元配置された形状となっている。この凹凸は、当該凹凸の延在方向と交差する方向において、ナノメータオーダーの周期性、規則性、またはランダム性を有している。ナノ構造体２１Ａに含まれる凹凸は、下地構造体２１Ｃに含まれる凹凸（凸部または凹部）の延在方向と同一または略同一の方向に延在している。さらに、ナノ構造体１１Ａに含まれる凹凸は、以下の式で表されるばらつきを持って延在している。
０°＜Δθf1＜１.５°
【００７７】
ここで、Δθf1は、ナノ構造体２１Ａの、面内における一部（例えば１ｍｍ角）を抜き出し、その部分に含まれる凹凸の延在方向の角度ばらつきをガウス関数で表したときの半値幅である。
【００７８】
ナノ構造体２１Ｂに含まれる凹凸は、帯状の凸部または帯状の凹部（図示せず）が、その延在方向が概ね揃った状態で２次元配置された形状となっている。この凹凸は、当該凹凸の延在方向と交差する方向において、ナノメータオーダーの周期性、規則性、またはランダム性を有している。ナノ構造体２１Ｂに含まれる凹凸は、下地構造体２１Ｄに含まれる凹凸（凸部または凹部）の延在方向と同一または略同一の方向に延在している。さらに、ナノ構造体２１Ｂに含まれる凹凸は、ナノ構造体２１Ａに含まれる凹凸の延在方向と交差する方向（例えば、ナノ構造体２１Ａに含まれる凹凸の延在方向と４５°以上９０°以下で交差する方向）に、以下の式で表されるばらつきを持って延在している。
０°＜Δθf2＜１.５°
【００７９】
ここで、Δθf2は、ナノ構造体２１Ｂの、面内における一部（例えば１ｍｍ角）を抜き出し、その部分に含まれる凹凸の延在方向の角度ばらつきをガウス関数で表したときの半値幅である。
【００８０】
下地構造体２１Ｃは、後述の原盤３００，４００の表面３００Ａ、４００Ａに形成されたパターンを基材２０の表面に転写することにより形成されたものである。下地構造体１１Ｃは、ナノ構造体２１Ａよりも粗い凹凸を含んで構成されている。下地構造体２１Ｃに含まれる凹凸は、帯状の凸部または帯状の凹部（図示せず）が、その延在方向が概ね揃った状態で２次元配置された形状となっている。この凹凸は、当該凹凸の延在方向と交差する方向において、ナノ構造体２１Ａよりも粗い周期性、規則性、またはランダム性を有している。下地構造体２１Ｃに含まれる凹凸（凹部または凸部）は、ナノ構造体２１Ａに含まれる凹凸の延在方向と同一または略同一の方向に延在している。
【００８１】
下地構造体２１Ｄは、後述の原盤３００，４００の表面３００Ａ、４００Ａに形成されたパターンを基材２０の表面に転写することにより形成されたものである。下地構造体１１Ｄは、ナノ構造体２１Ｂよりも粗い凹凸を含んで構成されている。下地構造体２１Ｄに含まれる凹凸は、帯状の凸部または帯状の凹部（図示せず）が、その延在方向が概ね揃った状態で２次元配置された形状となっている。この凹凸は、当該凹凸の延在方向と交差する方向において、ナノ構造体２１Ｂよりも粗い周期性、規則性、またはランダム性を有している。下地構造体２１Ｄに含まれる凹凸（凹部または凸部）は、ナノ構造体２１Ｃに含まれる凹凸の延在方向と同一または略同一の方向に延在している。従って、下地構造体２１Ｄに含まれる凹凸（凹部または凸部）は、下地構造体２１Ｃに含まれる凹凸（凹部または凸部）の延在方向と交差する方向（例えば、下地構造体２１Ｃに含まれる凹凸（凹部または凸部）の延在方向と４５°以上９０°以下で交差する方向）に延在している。
【００８２】
ただし、下地構造体２１Ｃ，２１Ｄは、判別するのが容易ではないほど浅い、または緩やかな形状となっている場合もある。その場合には、下地構造体２１Ｃ，２１Ｄがナノ構造体２１Ａ，２１Ｂ内に埋もれてしまい、例えば、図２２（Ａ），（Ｂ）に示したように、判別できないこともある。以下では、特に断りにない限り、下地構造体２１Ｃ，２１Ｄが、ナノ構造体２１Ａ，２１Ｂ内において判別可能な状態で形成されているものとする。
【００８３】
［製造方法］
次いで、光学素子２の製造方法について、上述した光学素子１の製造方法と同様の手順で説明する。
【００８４】
（平板タイプの原盤の製造方法）
まず、作業者は、転写用のパターンが未形成の平板タイプの原盤３００を用意する（図２３）。この原盤３００の材質、被加工面（表面３００Ａ）の状態等は、上記実施の形態の原盤１００の場合と同様にすることができる。
【００８５】
次に、作業者は、表面３００Ａを砥粒加工する。具体的には、作業者は、表面３００Ａに対して、互いに交差する２方向に直線状に加工痕を入れる。交差角度は、例えば、４５°以上９０°以下の範囲内の一の角度である。その結果、例えば、図２４に示したように、表面３００Ａの同一エリアには、所定の方向に延在する凸部または凹部（図示せず）を含む下地構造体３１０と、下地構造体３１０に含まれる凸部または凹部と交差する方向に延在する凸部または凹部（図示せず）を含む下地構造体３２０とが重複して形成される。
【００８６】
このとき、作業者は、砥粒として、最終的には、例えば、＃２０００，＃４０００，＃６０００，＃８０００，＃１００００，＃１５０００程度の細かさのものを使用する。なお、作業者は、表面３００Ａに対して、互いに交差する２方向に曲線状に加工痕を入れてもよい。なお、砥粒加工自体は、工作機械によって行うようにしてもよい。なお、下地構造体３１０が、本発明の「第３下地構造体」の一具体例に相当し、下地構造体３２０が、本発明の「第４下地構造体」の一具体例に相当する。
【００８７】
下地構造体３１０、３２０は、それぞれ、後に形成するナノ構造体３５０、３６０（図２９（Ａ）参照）よりも粗い凹凸を含んで構成されている。下地構造体３１０、３２０に含まれる凹凸は、帯状の凸部または帯状の凹部（図示せず）が、その延在方向が概ね揃った状態で２次元配置された形状となっている。これらの凹凸は、それぞれ、当該凹凸の延在方向と交差する方向において、ナノ構造体３５０、３６０よりも粗い周期性、規則性、またはランダム性を有している。
【００８８】
次に、下地構造体３１０，３２０を含む表面に対して、パルス幅が１ピコ秒（１０-12秒）以下の超短パルスレーザ、いわゆるフェムト秒レーザを用いてパターンを描画する。例えば、図２５に示したように、下地構造体３１０，３２０の形成された表面のうち第１領域３３０に対して、フェムト秒レーザ光Ｌｆ１を照射すると共に、その照射スポットを表面３００Ａのうち第１領域３３０に対してスキャンさせる。なお、第１領域３３０は、後にナノ構造体３５０の形成される領域に対応している。
【００８９】
続いて、例えば、図２６に示したように、下地構造体３１０，３２０の形成された表面のうち第２領域３４０に対して、フェムト秒レーザ光Ｌｆ２を照射すると共に、その照射スポットを表面３００Ａのうち第２領域３４０に対してスキャンさせる。なお、第２領域３４０は、後にナノ構造体３６０の形成される領域に対応している。
【００９０】
このとき、レーザ波長、繰り返し周波数、パルス幅、ビームスポット形状、偏光、表面３００Ａへ照射するレーザの強度、レーザの走査速度等が適宜設定されることにより、第１領域３３０に所望の凹凸を有するナノ構造体３５０が形成され、第２領域３４０に所望の凹凸を有するナノ構造体３６０が形成される。
【００９１】
例えば、フェムト秒レーザ光Ｌｆ１の偏光を直線偏光とし、その偏光方向Ｄ１０を、下地構造体３１０に含まれる凹凸（凸部または凹部）の延在方向Ｄ１２と所定の関係となるよう設定することにより、ナノ構造体３５０が形成される（図２７、図２９（Ａ），（Ｂ）、図３０（Ａ），（Ｂ））。さらに、フェムト秒レーザ光Ｌｆ２の偏光を直線偏光とし、その偏光方向Ｄ２０を、下地構造体３２０に含まれる凹凸（凸部または凹部）の延在方向Ｄ２２と所定の関係となるよう設定することにより、ナノ構造体３６０が形成される（図２８、図２９（Ａ），（Ｂ）、図３０（Ａ），（Ｂ））。
【００９２】
なお、図３０（Ａ），（Ｂ）には、レーザ照射後の下地構造体３１０，３２０がナノ構造体３５０，３６０内に埋もれてしまい、判別できない状態になっている場合が例示されている。また、ナノ構造体３５０が本発明の「第３ナノ構造体」の一具体例に相当し、ナノ構造体３６０が本発明の「第４ナノ構造体」の一具体例に相当する。
【００９３】
レーザ加工に用いるレーザの波長、繰り返し周波数、パルス幅、ビームスポットの形状・整形方法・強度分布等は、上記実施の形態と同様の条件を採用することができる。
【００９４】
ところで、上述のナノ構造体３５０は、ナノメータオーダーの凹凸を含んで構成されている。ナノ構造体３５０に含まれる凹凸は、帯状の凸部または帯状の凹部（図示せず）が、その延在方向が概ね揃った状態で２次元配置された形状となっている。この凹凸は、当該凹凸の延在方向と交差する方向において、ナノメータオーダーの周期性、規則性、またはランダム性を有している。ナノ構造体３５０に含まれる凹凸は、下地構造体３１０に含まれる凹凸（凸部または凹部）の延在方向と同一または略同一の方向に延在している。さらに、ナノ構造体３５０に含まれる凹凸は、以下の式で表されるばらつきを持って延在している。
０°＜Δθf3＜１.５°
【００９５】
ここで、Δθf3は、ナノ構造体３５０の、面内における一部（例えば１ｍｍ角）を抜き出し、その部分に含まれる凹凸の延在方向の角度ばらつきをガウス関数で表したときの半値幅である。
【００９６】
同様に、上述のナノ構造体３６０は、ナノメータオーダーの凹凸を含んで構成されている。ナノ構造体３６０に含まれる凹凸は、帯状の凸部または帯状の凹部（図示せず）が、その延在方向が概ね揃った状態で２次元配置された形状となっている。この凹凸は、当該凹凸の延在方向と交差する方向において、ナノメータオーダーの周期性、規則性、またはランダム性を有している。ナノ構造体３６０に含まれる凹凸は、下地構造体３２０に含まれる凹凸（凸部または凹部）の延在方向と同一または略同一の方向に延在している。さらに、ナノ構造体３６０に含まれる凹凸は、ナノ構造体３５０に含まれる凹凸の延在方向と交差する方向（例えば、ナノ構造体３５０に含まれる凹凸の延在方向と４５°以上９０°以下で交差する方向）に、以下の式で表されるばらつきを持って延在している。
０°＜Δθf4＜１.５°
【００９７】
ここで、Δθf4は、ナノ構造体３６０の、面内における一部（例えば１ｍｍ角）を抜き出し、その部分に含まれる凹凸の延在方向の角度ばらつきをガウス関数で表したときの半値幅である。
【００９８】
ところで、上述のナノ構造体３５０が形成されるためには、下地構造体３１０，３２０を含む表面の全体または一部に対して照射するフェムト秒レーザ光Ｌｆ１の偏光方向Ｄ１０が、以下の式を満たす設定軸Ｄ１１に対して直交する方向を向いていることが必要である。
０°≦θp3≦３０°
【００９９】
ここで、θp3は、下地構造体３１０に含まれる凹凸（凸部または凹部）の延在方向Ｄ１２と、設定軸Ｄ１１とのなす角度である。
【０１００】
同様に、上述のナノ構造体３６０が形成されるためには、下地構造体３１０，３２０を含む表面の全体または一部に対して照射するフェムト秒レーザ光Ｌｆ２の偏光方向Ｄ２０が、以下の式を満たす設定軸Ｄ２１に対して直交する方向を向いていることが必要である。
０°≦θp4≦３０°
【０１０１】
ここで、θp4は、下地構造体３２０に含まれる凹凸（凸部または凹部）の延在方向Ｄ２２、設定軸Ｄ２１とのなす角度である。
【０１０２】
次に、偏光方向Ｄ１０，２０を上述したように設定する理由について説明する。図９から、θp3が０°以上３０°以下の範囲内において、ナノ構造体３５０に含まれる凹凸の延在方向Ｄ１３が、下地構造体３１０に含まれる凹凸（凸部または凹部）の延在方向Ｄ１２と同一または略同一となることがわかる。同様に、θp4が０°以上３０°以下の範囲内において、ナノ構造体３６０に含まれる凹凸の延在方向Ｄ２３が、下地構造体３２０に含まれる凹凸（凸部または凹部）の延在方向Ｄ２２と同一または略同一となることがわかる。
【０１０３】
また、図９から、θp3が３０°よりも大きい場合には、ナノ構造体３５０に含まれる凹凸の延在方向Ｄ１３は、下地構造体３２０に含まれる凹凸（凸部または凹部）の延在方向Ｄ２２とは無関係に、フェムト秒レーザ光Ｌｆ１の偏光方向Ｄ１０と直交する方向（設定軸Ｄ１１の延在方向）を向くことがわかる。また、θp4が３０°よりも大きい場合には、ナノ構造体３６０に含まれる凹凸の延在方向Ｄ２３は、下地構造体３１０に含まれる凹凸（凸部または凹部）の延在方向Ｄ１３とは無関係に、フェムト秒レーザ光Ｌｆ２の偏光方向Ｄ２０と直交する方向（設定軸Ｄ２１の延在方向）を向くことがわかる。
【０１０４】
このことから、フェムト秒レーザ光Ｌｆ１は、このフェムト秒レーザ光Ｌｆ１の偏光方向と４５°以上ずれた方向に延在する凹凸（凸部または凹部）を含む下地構造体３２０の影響を受けることがないことがわかる。また、フェムト秒レーザ光Ｌｆ２は、このフェムト秒レーザ光Ｌｆ２の偏光方向と４５°以上ずれた方向に延在する凹凸（凸部または凹部）を含む下地構造体３１０の影響を受けることがないことがわかる。従って、下地構造体３１０，３２０を含む表面の全体または一部に対してフェムト秒レーザ光Ｌｆ１を照射すると、フェムト秒レーザ光Ｌｆ１は、下地構造体３１０の影響だけを受けて、第１領域３３０に、ナノ構造体３５０を形成する。同様に、下地構造体３１０，３２０を含む表面の全体または一部に対してフェムト秒レーザ光Ｌｆ２を照射すると、フェムト秒レーザ光Ｌｆ２は、下地構造体３２０の影響だけを受けて、第２領域３４０に、ナノ構造体３６０を形成する。
【０１０５】
従って、フェムト秒レーザ光Ｌｆ１，２を照射する前に表面３００Ａにあらかじめ下地構造体３１０，３２０を設けておくことにより、ばらつきの少ないナノ構造体３５０，３６０を形成することができる。
【０１０６】
（平板タイプの原盤を用いた光学素子１の製造方法）
次に、上記のようにして製造した原盤３００を用いて、光学素子２を製造する。
【０１０７】
（２Ｐ成型法）
図３１は、２Ｐ成型法により光学素子２を製造する工程を表したものである。例えば、支持体２２上に紫外線や電子線などのエネルギー線Ｌで硬化する樹脂材料を塗布して樹脂層２１Ｄを形成する。続いて、原盤３００を、光学素子２の表面２０Ａのパターンを反転させた反転パターン（ナノ構造体３５０，３６０）を樹脂層２１Ｄ側に向けて、樹脂層２１Ｄに押し当てる。この後、例えば、エネルギー線Ｌを支持体２２側から樹脂層２１Ｄに向けて照射して樹脂層２１Ｄを硬化させることにより、原盤３００のパターンを樹脂層２１Ｄの表面に転写する。その後、支持体２２を離型する。このようにして、光学素子２が製造される。
【０１０８】
（熱転写法）
まず、基材（図示せず）を用意する。このときの基材は、単層構造となっていてもよいし、多層構造（例えば、基材の表面に樹脂層が形成された２層構造）となっていてもよい。次に、例えば、基材をガラス転移温度付近まで加熱し、この加熱した基板の表面（２層構造の場合は、樹脂層の表面）に、原盤３００を、光学素子２の表面２０Ａのパターンを反転させた反転パターン（ナノ構造体３５０，３６０）を基材側に向けて押し当てる。その後、冷却、離型する。これにより、光学素子１が製造される。
【０１０９】
（ロールタイプの原盤の製造方法）
まず、作業者は、転写用のパターンが未形成のロールタイプの原盤４００を用意する（図３２）。この原盤４００の材質、被加工面（表面４００Ａ）の状態等は、上記実施の形態の原盤２００の場合と同様にすることができる。
【０１１０】
次に、作業者は、表面４００Ａを砥粒加工する。具体的には、作業者は、表面４００Ａに対して、互いに交差する２方向に直線状に加工痕を入れる。交差角度は、例えば、４５°以上９０°以下の範囲内の一の角度である。その結果、例えば、図３３に示したように、表面４００Ａの同一エリアには、所定の方向に延在する凸部または凹部（図示せず）を含む下地構造体４１０と、下地構造体４１０に含まれる凸部または凹部と交差する方向に延在する凸部または凹部（図示せず）を含む下地構造体４２０とが重複して形成される。
【０１１１】
このとき、作業者は、砥粒として、最終的には、例えば、＃２０００，＃４０００，＃６０００，＃８０００，＃１００００，＃１５０００程度の細かさのものを使用する。なお、作業者は、表面４００Ａに対して、互いに交差する２方向に曲線状に加工痕を入れてもよい。なお、砥粒加工自体は、工作機械によって行うようにしてもよい。なお、下地構造体４１０が、本発明の「第３下地構造体」の一具体例に相当し、下地構造体４２０が、本発明の「第４下地構造体」の一具体例に相当する。
【０１１２】
下地構造体４１０、４２０は、それぞれ、後に形成するナノ構造体４５０、４６０（図３６（Ａ）参照）よりも粗い凹凸を含んで構成されている。下地構造体４１０に含まれる凹凸は、帯状の凸部または帯状の凹部（図示せず）が、その延在方向が概ね揃った状態で２次元配置された形状となっている。これらの凹凸は、それぞれ、当該凹凸の延在方向と交差する方向において、ナノ構造体４５０、４６０よりも粗い周期性、規則性、またはランダム性を有している。
【０１１３】
次に、下地構造体４１０，４２０を含む表面に対して、フェムト秒レーザを用いてパターンを描画する。例えば、図３４に示したように、下地構造体４１０，４２０の形成された表面のうち第１領域４３０に対して、フェムト秒レーザ光Ｌｆ１を照射すると共に、その照射スポットを表面４００Ａのうち第１領域４３０に対してスキャンさせる。なお、第１領域４３０は、後にナノ構造体４５０の形成される領域に対応している。
【０１１４】
続いて、例えば、図３５に示したように、下地構造体４１０，４２０の形成された表面のうち第２領域４４０に対して、フェムト秒レーザ光Ｌｆ２を照射すると共に、その照射スポットを表面４００Ａのうち第２領域４４０に対してスキャンさせる。なお、第２領域４４０は、後にナノ構造体４６０の形成される領域に対応している。
【０１１５】
このとき、レーザ波長、繰り返し周波数、パルス幅、ビームスポット形状、偏光、表面４００Ａへ照射するレーザの強度、レーザの走査速度等が適宜設定されることにより、第１領域４３０に所望の凹凸を有するナノ構造体４５０が形成され、第２領域４４０に所望の凹凸を有するナノ構造体４６０が形成される。
【０１１６】
例えば、フェムト秒レーザ光Ｌｆ１の偏光を直線偏光とし、その偏光方向Ｄ１０を、下地構造体４１０に含まれる凹凸（凸部または凹部）の延在方向Ｄ１２と所定の関係となるよう設定することにより、ナノ構造体４５０が形成される（図３６（Ａ），（Ｂ）、図３７（Ａ），（Ｂ））。さらに、フェムト秒レーザ光Ｌｆ２の偏光を直線偏光とし、その偏光方向Ｄ２０を、下地構造体４２０に含まれる凹凸（凸部または凹部）の延在方向Ｄ２２と所定の関係となるよう設定することにより、ナノ構造体４６０が形成される（図３６（Ａ），（Ｂ）、図３７（Ａ），（Ｂ））。
【０１１７】
なお、図３７（Ａ），（Ｂ）には、レーザ照射後の下地構造体４１０，４２０がナノ構造体４５０，４６０内に埋もれてしまい、判別できない状態になっている場合が例示されている。また、ナノ構造体４５０が本発明の「第３ナノ構造体」の一具体例に相当し、ナノ構造体４６０が本発明の「第４ナノ構造体」の一具体例に相当する。
【０１１８】
レーザ加工に用いるレーザの波長、繰り返し周波数、パルス幅、ビームスポットの形状・整形方法・強度分布等は、上記実施の形態と同様の条件を採用することができる。
【０１１９】
ところで、上述のナノ構造体４５０は、ナノメータオーダーの凹凸を含んで構成されている。ナノ構造体４５０に含まれる凹凸は、帯状の凸部または帯状の凹部（図示せず）が、その延在方向が概ね揃った状態で２次元配置された形状となっている。この凹凸は、当該凹凸の延在方向と交差する方向において、ナノメータオーダーの周期性、規則性、またはランダム性を有している。ナノ構造体４５０に含まれる凹凸は、下地構造体４１０に含まれる凹凸（凸部または凹部）の延在方向と同一または略同一の方向に延在している。さらに、ナノ構造体４５０に含まれる凹凸は、以下の式で表されるばらつきを持って延在している。
０°＜Δθf3＜１.５°
【０１２０】
ここで、Δθf3は、ナノ構造体４５０の、面内における一部（例えば１ｍｍ角）を抜き出し、その部分に含まれる凹凸の延在方向の角度ばらつきをガウス関数で表したときの半値幅である。
【０１２１】
同様に、上述のナノ構造体４６０は、ナノメータオーダーの凹凸を含んで構成されている。ナノ構造体４６０に含まれる凹凸は、帯状の凸部または帯状の凹部（図示せず）が、その延在方向が概ね揃った状態で２次元配置された形状となっている。この凹凸は、当該凹凸の延在方向と交差する方向において、ナノメータオーダーの周期性、規則性、またはランダム性を有している。ナノ構造体４６０に含まれる凹凸は、下地構造体４２０に含まれる凹凸（凸部または凹部）の延在方向と同一または略同一の方向に延在している。さらに、ナノ構造体４６０に含まれる凹凸は、ナノ構造体４５０に含まれる凹凸の延在方向と交差する方向（例えば、ナノ構造体４５０に含まれる凹凸の延在方向と４５°以上９０°以下で交差する方向）に、以下の式で表されるばらつきを持って延在している。
０°＜Δθf4＜１.５°
【０１２２】
ここで、Δθf4は、ナノ構造体４６０の、面内における一部（例えば１ｍｍ角）を抜き出し、その部分に含まれる凹凸の延在方向の角度ばらつきをガウス関数で表したときの半値幅である。
【０１２３】
ところで、上述のナノ構造体４５０が形成されるためには、下地構造体４１０，４２０を含む表面の全体または一部に対して照射するフェムト秒レーザ光Ｌｆ１の偏光方向Ｄ１０が、以下の式を満たす設定軸Ｄ１１に対して直交する方向を向いていることが必要である。
０°≦θp3≦３０°
【０１２４】
ここで、θp3は、下地構造体３１０に含まれる凹凸（凸部または凹部）の延在方向Ｄ１２と、設定軸Ｄ１１とのなす角度である。
【０１２５】
同様に、上述のナノ構造体４６０が形成されるためには、下地構造体４１０，４２０を含む表面の全体または一部に対して照射するフェムト秒レーザ光Ｌｆ２の偏光方向Ｄ２０が、以下の式を満たす設定軸Ｄ２１に対して直交する方向を向いていることが必要である。
０°≦θp4≦３０°
【０１２６】
ここで、θp4は、下地構造体４２０に含まれる凹凸（凸部または凹部）の延在方向Ｄ２２、設定軸Ｄ２１とのなす角度である。
【０１２７】
なお、偏光方向Ｄ１０，２０を上述したように設定する理由については、平板タイプの原盤を用いた場合と同様である。
【０１２８】
従って、フェムト秒レーザ光Ｌｆ１，２を照射する前に表面４００Ａにあらかじめ下地構造体４１０，４２０を設けておくことにより、ばらつきの少ないナノ構造体４５０，４６０を形成することができる。
【０１２９】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、上記実施の形態に限定されず、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、下地構造体１１０，２１０，３１０，３２０，４１０，４２０、ナノ構造体１２０，２２０，３５０，３６０、４５０，４６０が金属部材に形成されていた。しかし、これらは、例えば、半導体ウェハ（シリコンウェハ、ＧａＡsウェハ、サファイアウェハなど）の表面に形成されてもよい。例えば、図３８（Ａ），（Ｂ）に示したように、半導体ウェハ３の表面３Ａに、下地構造体１１０およびナノ構造体１２０が形成されていてもよい。また、例えば、図３９（Ａ），（Ｂ）に示したように、半導体ウェハ３の表面３Ａに、ナノ構造体１２０が形成されていてもよい。また、例えば、図４０に示したように、受動素子４の表面のうち機能部４Ａとして設定した部位に、下地構造体１１０およびナノ構造体１２０が形成されていてもよい。また、例えば、図４１に示したように、受動素子４の表面のうち機能部４Ａとして設定した部位に、ナノ構造体１２０が形成されていてもよい。なお、図４０、図４１において、受動素子４の代わりに、能動素子（図示せず）を設けてもよい。
【符号の説明】
【０１３０】
１，２…光学素子、３…半導体ウェハ、４…受動素子、１０，１０Ｄ，２０，２０Ｄ…基材、３Ａ，４Ａ，１０Ａ，２０Ａ，１００Ａ，２００Ａ，３００Ａ，４００Ａ…表面、１１，２１…凹凸層、１１Ａ，２１Ａ，２１Ｂ，１２０，２２０，３５０，３６０，４５０，４６０…ナノ構造体、１１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，１１０，２１０，３１０，３２０，４１０，４２０…下地構造体、１１Ｄ，２１Ｄ…樹脂層、１２，２２…支持体、２２，３３０…第１領域、２３，３４０…第２領域、１００，２００，３００，４００…原盤。
【図１】
2011203661.tif 000003
【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】
2011203661.tif 000019
【図１８】
2011203661.tif 000020
【図１９】
2011203661.tif 000021
【図２０】
2011203661.tif 000022
【図２１】
2011203661.tif 000023
【図２２】
2011203661.tif 000024
【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】
2011203661.tif 000030
【図２９】
2011203661.tif 000031
【図３０】
2011203661.tif 000032
【図３１】
2011203661.tif 000033
【図３２】
2011203661.tif 000034
【図３３】
2011203661.tif 000035
【図３４】
2011203661.tif 000036
【図３５】
2011203661.tif 000037
【図３６】
2011203661.tif 000038
【図３７】
2011203661.tif 000039
【図３８】
2011203661.tif 000040
【図３９】
2011203661.tif 000041
【図４０】
2011203661.tif 000042
【図４１】
2011203661.tif 000043
【手続補正書】
【提出日】平成22年10月19日(2010.10.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２１２６４６号公報
【手続補正書】
【提出日】平成23年1月28日(2011.1.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の帯状の凸部または複数の帯状の凹部を有する表面に超短パルスレーザを照射することにより形成された第１パターンを第１の面に転写することにより形成された第１ナノ構造体を備え、
前記第１ナノ構造体は、ナノメータオーダーの第１凹凸を含んで構成され、
前記第１凹凸は、以下の式で表されるばらつきを持って延在している
光学素子。
０°＜Δθf1＜１.５°
Δθf1：前記第１ナノ構造体の、面内における一部を抜き出し、その部分に含まれる第１凹凸の延在方向の角度ばらつきをガウス関数で表したときの半値幅
【請求項２】
前記第１ナノ構造体の形成されている表面に、前記第１凹凸よりも粗い間隔で形成された複数の凸部または複数の凹部を含む第１下地構造体を備え、
前記第１下地構造体に含まれる凸部または凹部は、前記第１凹凸の延在方向と同一または略同一の方向に延在している
請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
複数の帯状の凸部または複数の帯状の凹部を有する表面に超短パルスレーザを照射することにより形成された第２パターンを前記第１の面のうち前記第１ナノ構造体とは異なる位置に転写することにより形成された第２ナノ構造体を備え、
前記第２ナノ構造体は、ナノメータオーダーの第２凹凸を含んで構成され、
前記第２凹凸は、前記第１凹凸の延在方向と交差する方向に、以下の式で表されるばらつきを持って延在している
請求項１または請求項２に記載の光学素子。
０°＜Δθf2＜１.５°
Δθf2：前記第２ナノ構造体の、面内における一部を抜き出し、その部分に含まれる第２凹凸の延在方向の角度ばらつきをガウス関数で表したときの半値幅
【請求項４】
前記第２ナノ構造体の形成されている表面に、前記第２凹凸よりも粗い間隔で形成されるとともに、前記第１下地構造体に含まれる凸部または凹部の延在方向と交差する方向に延在する複数の凸部または複数の凹部を含む第２下地構造体を備え、
前記第２下地構造体に含まれる凸部または凹部は、前記第２凹凸の延在方向と同一または略同一の方向に延在している
請求項３に記載の光学素子。
【請求項５】
前記第１下地構造体は、前記第１ナノ構造体の形成されている表面だけでなく、前記第２ナノ構造体の形成されている表面にも形成されており、
前記第２下地構造体は、前記第２ナノ構造体の形成されている表面だけでなく、前記第１ナノ構造体の形成されている表面にも形成されている
請求項３または請求項４に記載の光学素子。
【請求項６】
複数の帯状の凸部または複数の帯状の凹部を有する第２の面に超短パルスレーザを照射することにより形成された第３ナノ構造体を備え、
前記第３ナノ構造体は、ナノメータオーダーの第３凹凸を含んで構成され、
前記第３凹凸は、以下の式で表されるばらつきを持って延在している
被加工体。
０°＜Δθf3＜１.５°
Δθf3：前記第３ナノ構造体の、面内における一部を抜き出し、その部分に含まれる第３凹凸の延在方向の角度ばらつきをガウス関数で表したときの半値幅
【請求項７】
前記第３ナノ構造体の形成されている表面に、前記第３凹凸よりも粗い間隔で形成された複数の凸部または複数の凹部を含む第３下地構造体を備え、
前記第３下地構造体に含まれる凸部または凹部は、前記第３凹凸の延在方向と同一または略同一の方向に延在している
請求項６に記載の被加工体。
【請求項８】
前記第３ナノ構造体が形成された金属部材または半導体部材を備えた
請求項６または請求項７に記載の被加工体。
【請求項９】
複数の帯状の凸部または複数の帯状の凹部を有する第２の面に超短パルスレーザを照射することにより形成された第３ナノ構造体を備えた型を用いた転写により、第１の面に前記第３ナノ構造体を反転させた形状を有する第１ナノ構造体を形成する工程を含み、
前記第３ナノ構造体は、ナノメータオーダーの第３凹凸を含んで構成され、
前記第３凹凸は、以下の式で表されるばらつきを持って延在している
光学素子の製造方法。
０°＜Δθf3＜１.５°
Δθf3：前記第３ナノ構造体の、面内における一部を抜き出し、その部分に含まれる第３凹凸の延在方向の角度ばらつきをガウス関数で表したときの半値幅
【請求項１０】
前記型は、前記第３ナノ構造体の形成されている表面に、前記第３凹凸よりも粗い間隔で形成された複数の凸部または複数の凹部を含む第３下地構造体を備え、
前記第３下地構造体に含まれる凸部または凹部は、前記第３凹凸の延在方向と同一または略同一の方向に延在している
請求項９に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第３下地構造体において、前記第２の面に超短パルスレーザを照射する前に前記第２の面に既に形成されていた凸部または凹部は、砥粒加工により形成されたものである
請求項１０に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１２】
前記型は、前記第２の面のうち前記第３ナノ構造体とは異なる位置に超短パルスレーザを照射することにより形成された第４ナノ構造体を備え、
前記第４ナノ構造体は、ナノメータオーダーの第４凹凸を含んで構成され、
前記第４凹凸は、前記第１凹凸の延在方向と交差する方向に、以下の式で表されるばらつきを持って延在しており、
前記第３ナノ構造体および前記第４ナノ構造体を備えた型を用いた転写により、前記第１の面に前記第１ナノ構造体と、前記第４ナノ構造体を反転させた形状を有する第２ナノ構造体とを形成する工程を含む
請求項９ないし請求項１１のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
０°＜Δθf4≦１.５°
Δθf4：前記第４ナノ構造体の、面内における一部を抜き出し、その部分に含まれる第４凹凸の延在方向の角度ばらつきをガウス関数で表したときの半値幅
【請求項１３】
前記型は、前記第４ナノ構造体の形成されている表面に、前記第４凹凸よりも粗い間隔で砥粒加工により形成されるとともに、前記第３下地構造体に含まれる凸部または凹部の延在方向と交差する方向に延在する複数の凸部または複数の凹部を含む第４下地構造体を備え、
前記第４下地構造体に含まれる凸部または凹部は、前記第４凹凸の延在方向と同一または略同一の方向に延在している
請求項１２に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１４】
前記第４下地構造体において、前記第２の面に超短パルスレーザを照射する前に前記第２の面に既に形成されていた凸部または凹部は、砥粒加工により形成されたものである
請求項１３に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１５】
前記第３下地構造体は、前記第３ナノ構造体の形成されている表面だけでなく、前記第４ナノ構造体の形成されている表面にも形成されており、
前記第４下地構造体は、前記第４ナノ構造体の形成されている表面だけでなく、前記第３ナノ構造体の形成されている表面にも形成されている
請求項１２ないし請求項１４のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１６】
第２の面に、複数の凸部または複数の凹部を含む第３下地構造体を形成する第１工程と、
前記第３下地構造体を含む表面の全体または一部に対して、偏光方向が、以下の式（１）を満たす第１設定軸に対して直交する方向を向いている超短パルスレーザを照射することにより、以下の式（２）で表されるばらつきを持って延在するナノメータオーダーの第３凹凸を含んで構成された第３ナノ構造体を形成する第２工程と
を含む被加工体の製造方法。
０°≦θp3≦３０°…（１）
０°＜Δθf3＜１.５°…（２）
θp3：前記第３下地構造体に含まれる凸部または凹部と前記第１設定軸とのなす角度
Δθf3：前記第３ナノ構造体の、面内における一部を抜き出し、その部分に含まれる第３凹凸の延在方向の角度ばらつきをガウス関数で表したときの半値幅
【請求項１７】
前記第１工程において、前記第２の面に、前記第３下地構造体と、前記第３下地構造体に含まれる凸部または凹部と４５°以上９０°以下の範囲内で交差する方向に延在する複数の凸部または複数の凹部を含む第４下地構造体とを重複して形成し、
前記第２工程において、前記第３下地構造体よび前記第４下地構造体を含む表面の一部に対して、偏光方向が、前記第１設定軸に対して直交する方向を向いている超短パルスレーザを照射することにより、前記第３ナノ構造体を形成するとともに、前記第３下地構造体および前記第４下地構造体を含む表面のうち前記第３ナノ構造体の未形成部分に対して、偏光方向が、以下の式（３）を満たす第２設定軸に対して直交する方向を向いている超短パルスレーザを照射することにより、以下の式（４）で表されるばらつきを持って延在するナノメータオーダーの第４凹凸を含んで構成された第４ナノ構造体を形成する
請求項１６に記載の被加工体の製造方法。
０°≦θp4≦３０°…（３）
０°＜Δθf4＜１.５°…（４）
θp4：前記第４下地構造体に含まれる凸部または凹部と前記第２設定軸とのなす角度
Δθf4：前記第４ナノ構造体の、面内における一部を抜き出し、その部分に含まれる第４凹凸の延在方向の角度ばらつきをガウス関数で表したときの半値幅
【請求項１８】
前記第１工程において、前記第３下地構造体を、その表面を砥粒で加工することにより形成し、
前記第３下地構造体に含まれる凸部または凹部を、前記第３凹凸よりも粗い間隔で形成する
請求項１６に記載の被加工体の製造方法。
【請求項１９】
前記第１工程において、前記第３下地構造体および前記第４下地構造体を、その表面を砥粒で加工することにより形成し、
前記第３下地構造体および前記第４下地構造体に含まれる凸部または凹部を、前記第４凹凸よりも粗い間隔で形成する
請求項１７に記載の被加工体の製造方法。
【請求項２０】
前記第２の面は、金属部材または半導体部材の表面である
請求項１６ないし請求項１９のいずれか一項に記載の被加工体の製造方法。