(57)【要約】      （修正有）【課題】  大面積に亘って、パターンずれの発生しない、高精度な無反射構造を有する光学素子を繰り返し成形することのできる無反射構造を有する光学素子の製造方法を提供する。【解決手段】  石英ガラス基板の表面に、直径０．１５μｍの円柱状のＣｒマスクをピッチ０．１５μｍで形成する。円柱状のＣｒマスクが形成された石英ガラス基板を、ＲＦドライエッチング装置の中に入れ表面をエッチングし、石英ガラス基板の表面に、ピッチ０．１５μｍ、高さ０．１５μｍの円錐型の無反射構造を形成する。前記金型材料の表面に表面保護のための薄膜を形成し、無反射構造成形用金型３を作製する。無反射構造成形用金型３を用いて、離型のための炭素（Ｃ）の微粒子を含む離型剤１６が塗布された光学材料１１をプレス成形し、冷却せずに無反射構造成形用金型３をプレス成形した光学材料１１から離型させる。プレス成形した光学材料１１を冷却した後、離型剤１６を除去する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温強度に優れ、耐熱性を有し、ドライエッチングによる表面荒れの少ない金型材料に無反射構造に対応するマスクを形成し、ドライエッチングすることによって前記金型材料の表面に前記無反射構造を形成した後、前記金型材料の表面に表面保護のための薄膜を形成して、無反射構造成形用金型を作製し、
前記無反射構造成形用金型を用いて、離型のための離型剤を塗布した光学材料をプレス成形し、冷却せずに前記無反射構造成形用金型をプレス成形した前記光学材料から離型させ、
プレス成形した前記光学材料を冷却した後、前記離型剤を除去する無反射構造を有する光学素子の製造方法。
【請求項２】
高温強度に優れ、耐熱性を有し、ドライエッチングによる表面荒れの少ない金型材料に無反射構造に対応するマスクを形成し、ドライエッチングすることによって前記金型材料の表面に前記無反射構造を形成した後、前記金型材料の表面に、離型のための薄膜として、炭素（Ｃ）膜又はチッ化硼素（ＢＮ）膜を形成して、無反射構造成形用金型を作製し、
前記無反射構造成形用金型を用いて、光学材料をプレス成形し、冷却せずに前記無反射構造成形用金型をプレス成形した前記光学材料から離型させ、
プレス成形した前記光学材料を冷却する無反射構造を有する光学素子の製造方法。
【請求項３】
高温強度に優れ、耐熱性を有し、ドライエッチングによる表面荒れの少ない金型材料に無反射構造に対応するマスクを形成し、ドライエッチングすることによって前記金型材料の表面に前記無反射構造を形成した後、前記金型材料の表面に表面保護のための薄膜を形成して、無反射構造成形用金型を作製し、
前記無反射構造成形用金型を用いて、不活性ガス中に、構成分子中に炭素（Ｃ）又はフッ素（Ｆ）を含む気体あるいは霧状の液体を混合した雰囲気中で、光学材料をプレス成形し、冷却せずに前記無反射構造成形用金型をプレス成形した前記光学材料から離型させ、
プレス成形した前記光学材料を冷却する無反射構造を有する光学素子の製造方法。
【請求項４】
前記金型材料が、石英ガラス、シリコン、Ｎｉ合金、及び超硬合金上にＳｉＯ2 膜又はＳｉ膜を形成したものからなる群から選ばれる１つである請求項１〜３のいずれかに記載の無反射構造を有する光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記光学材料が多成分ガラス又は樹脂である請求項１〜３のいずれかに記載の無反射構造を有する光学素子の製造方法。
【請求項６】
前記無反射構造に対応する前記マスクの材料が、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｕ及びＣからなる群から選ばれる１つである請求項１〜３のいずれかに記載の無反射構造を有する光学素子の製造方法。
【請求項７】
前記無反射構造に対応する前記マスクが、円柱状又は多角柱状のマスクであって、使用波長以下のピッチでアレイ状に形成されている請求項１〜３のいずれかに記載の無反射構造を有する光学素子の製造方法。
【請求項８】
前記無反射構造に対応する前記マスクにレジストを形成し、電子ビームリソグラフィ、Ｘ線リソグラフィ又は干渉露光を用いたフォトリソグラフィにより、前記レジストを、円柱状又は多角柱状であって、使用波長以下のピッチでアレイ状にパターニングし、ウェットエッチング又はドライエッチングにより、前記マスクを、円柱状又は多角柱状であって、使用波長以下のピッチでアレイ状に形成する請求項１〜３のいずれかに記載の無反射構造を有する光学素子の製造方法。
【請求項９】
前記表面保護のための薄膜が、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｗ及びＴａからなる群から選ばれる少なくとも１種類の金属を含む請求項１又は３に記載の無反射構造を有する光学素子の製造方法。
【請求項１０】
前記無反射構造に対応する前記マスクの材料が、Ｘ線リソグラフィ用レジストである請求項１〜３のいずれかに記載の無反射構造を有する光学素子の製造方法。
【請求項１１】
前記無反射構造に対応する前記マスクが、円錐状又は多角錐状のマスクであって、Ｘ線リソグラフィにより、使用波長以下のピッチでアレイ状に形成されている請求項１〜３のいずれかに記載の無反射構造を有する光学素子の製造方法。
【請求項１２】
前記無反射構造成形用金型の表面形状が曲面である請求項１０又は１１に記載の無反射構造を有する光学素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載の方法により製造された無反射構造を有する光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大面積に亘って、パターンずれの発生しない、高精度な無反射構造を有する光学素子を製造する方法、及び当該方法により製造された無反射構造を有する光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学素子の表面反射を防止するために、光学素子の表面に無反射構造を形成する方法が提案されている。提案されている無反射構造は、サブミクロンピッチでアスペクト比が１以上の非常に微細な凹凸形状を有している。そして、このような微細な構造を形成する方法として、ドライエッチングを用いた微細加工法が提案されている。
【０００３】
一方、高精度な光学素子を、大量かつ安価に製造する有効な方法として、ガラスあるいは樹脂からなる光学材料（成形用素材）をプレス成形する方法が提案されている。
【０００４】
加熱軟化したガラスあるいは樹脂からなる光学材料を、金型を用いてプレス成形する場合には、光学材料が金型から離型し難いため、金型の表面に特殊な離型膜を形成したり、成形ショットごとに離型剤を塗布したりして、離型が容易となるように工夫されている。特に、ガラスを光学材料として用いる場合には、金型の表面にかなり特殊なコーティングが施される。例えば、特許文献１には、ＷＣを主成分とする超硬合金又はサーメットを金型材料として用い、当該金型材料を用いて作製した金型の表面に貴金属系保護膜をコーティングしたものが開示されている。そして、かかる構成の金型を用いることにより、プレス成形による光学素子の量産を可能とすることができる。また、特許文献２に記載の金型においては、窒化ホウ素、窒化クロム、炭化クロム、酸化クロム、炭化珪素、炭素、白金あるいは超硬合金からなる金型本体の光学機能面に１０ｎｍ以下の膜厚を有する炭素膜を形成することにより、ガラスとの離型性が良好となるようにされている。
【特許文献１】特公昭６２−２８０９１号公報
【特許文献２】特開平６−３０５７４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ドライエッチングを用いた微細加工法の場合、用いる光学材料によっては、エッチング後に表面が非常に荒れてしまったり、エッチングレートが非常に遅くなったりして、使用できる光学材料が限られてしまう。すなわち、使用できる光学材料は石英ガラス等に限定され、様々な光学常数で設計がなされる光学機器に用いられる多成分ガラスや樹脂を使用することはできない。このため、ドライエッチングを用いた微細加工法によって無反射構造を有する光学素子を作製しようとしても、所望の選択比が得られず、アスペクト比の大きい無反射構造を有する光学素子を得ることはできない。また、エッチングの再現性が低いために、歩留まりの低下や量産性の劣化を引き起こし、生産コストが著しく高くなるという問題もある。
【０００６】
また、無反射構造を有する光学素子をプレス成形する場合、従来のプレス成形方法では、加熱軟化した光学材料を金型と接触させた状態（プレスした状態）で冷却すると、金型と光学材料との熱膨張率の差に起因して熱応力が発生し、その結果、光学材料に転写されるパターンの精度が低下してしまう。特に、金型の中心から外周に向けて距離が長くなるほど、光学材料に転写されるパターンのずれが大きくなるため、大面積に亘って、微細な凹凸パターンを正確に転写することはできない。このため、冷却せずに金型をプレス成形した光学材料から離型させる必要がある。
【０００７】
ところが、特許文献１に記載されているＷＣを主成分とする超硬合金又はサーメットを金型材料として用いて作製した金型の表面に貴金属系保護膜をコーティングしたものを用いて、光学材料としてのガラスをプレス成形する場合、金型とガラスとの離型性はかなり良好であるが、冷却せずに金型をプレス成形したガラスから離型させることはできず、無反射構造を有する光学素子を精密に成形することはできない。また、特許文献２に記載されている炭素膜を形成した金型を用いると、冷却せずに離型させることはできるが、金型本体の材料を無反射構造の凹凸形状に加工することは非常に困難である。
【０００８】
本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、大面積に亘って、パターンずれの発生しない、高精度な無反射構造を有する光学素子を繰り返し成形することが可能な無反射構造を有する光学素子の製造方法、及び当該方法により製造された無反射構造を有する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】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明に係る無反射構造を有する光学素子の第１の製造方法は、高温強度に優れ、耐熱性を有し、ドライエッチングによる表面荒れの少ない金型材料に無反射構造に対応するマスクを形成し、ドライエッチングすることによって前記金型材料の表面に前記無反射構造を形成した後、前記金型材料の表面に表面保護のための薄膜を形成して、無反射構造成形用金型を作製し、前記無反射構造成形用金型を用いて、離型のための離型剤を塗布した光学材料をプレス成形し、冷却せずに前記無反射構造成形用金型をプレス成形した前記光学材料から離型させ、プレス成形した前記光学材料を冷却した後、前記離型剤を除去することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る無反射構造を有する光学素子の第２の製造方法は、高温強度に優れ、耐熱性を有し、ドライエッチングによる表面荒れの少ない金型材料に無反射構造に対応するマスクを形成し、ドライエッチングすることによって前記金型材料の表面に前記無反射構造を形成した後、前記金型材料の表面に、離型のための薄膜として、炭素（Ｃ）膜又はチッ化硼素（ＢＮ）膜を形成して、無反射構造成形用金型を作製し、前記無反射構造成形用金型を用いて、光学材料をプレス成形し、冷却せずに前記無反射構造成形用金型をプレス成形した前記光学材料から離型させ、プレス成形した前記光学材料を冷却することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る無反射構造を有する光学素子の第３の製造方法は、高温強度に優れ、耐熱性を有し、ドライエッチングによる表面荒れの少ない金型材料に無反射構造に対応するマスクを形成し、ドライエッチングすることによって前記金型材料の表面に前記無反射構造を形成した後、前記金型材料の表面に表面保護のための薄膜を形成して、無反射構造成形用金型を作製し、前記無反射構造成形用金型を用いて、不活性ガス中に、構成分子中に炭素（Ｃ）又はフッ素（Ｆ）を含む気体あるいは霧状の液体を混合した雰囲気中で、光学材料をプレス成形し、冷却せずに前記無反射構造成形用金型をプレス成形した前記光学材料から離型させ、プレス成形した前記光学材料を冷却することを特徴とする。
【００１２】
前記本発明の無反射構造を有する光学素子の第１〜第３の製造方法においては、前記金型材料が、石英ガラス、シリコン、Ｎｉ合金、及び超硬合金上にＳｉＯ2 膜又はＳｉ膜を形成したものからなる群から選ばれる１つであるのが好ましい。
【００１３】
前記本発明の無反射構造を有する光学素子の第１〜第３の製造方法においては、前記光学材料が多成分ガラス又は樹脂であるのが好ましい。
【００１４】
前記本発明の無反射構造を有する光学素子の第１〜第３の製造方法においては、前記無反射構造に対応する前記マスクの材料が、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｕ及びＣからなる群から選ばれる１つであるのが好ましい。
【００１５】
前記本発明の無反射構造を有する光学素子の第１〜第３の製造方法においては、前記無反射構造に対応する前記マスクが円柱状又は多角柱状のマスクであって、使用波長以下のピッチでアレイ状に形成されているのが好ましい。
【００１６】
前記本発明の無反射構造を有する光学素子の第１〜第３の製造方法においては、前記無反射構造に対応する前記マスクにレジストを形成し、電子ビームリソグラフィ、Ｘ線リソグラフィ又は干渉露光を用いたフォトリソグラフィにより、前記レジストを、円柱状又は多角柱状であって、使用波長以下のピッチでアレイ状にパターニングし、ウェットエッチング又はドライエッチングにより、前記マスクを、円柱状又は多角柱状であって、使用波長以下のピッチでアレイ状に形成するのが好ましい。
【００１７】
前記本発明の無反射構造を有する光学素子の第１又は第３の製造方法においては、前記表面保護のための薄膜が、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｗ及びＴａからなる群から選ばれる少なくとも１種類の金属を含んでいるのが好ましい。
【００１８】
前記本発明の無反射構造を有する光学素子の第１又は第３の製造方法においては、前記無反射構造に対応する前記マスクの材料が、Ｘ線リソグラフィ用レジストであるのが好ましい。また、この場合には、前記無反射構造成形用金型の表面形状が曲面であるのが好ましい。
【００１９】
前記本発明の無反射構造を有する光学素子の第１又は第３の製造方法においては、前記無反射構造に対応する前記マスクが、円錐状又は多角錐状のマスクであって、Ｘ線リソグラフィにより、使用波長以下のピッチでアレイ状に形成されているのが好ましい。また、この場合には、前記無反射構造成形用金型の表面形状が曲面であるのが好ましい。
【００２０】
また、本発明に係る無反射構造を有する光学素子の構成は、前記本発明の無反射構造を有する光学素子の第１〜第３の製造方法により製造されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、冷却せずに無反射構造成形用金型をプレス成形した光学材料から離型させることが可能となるので、無反射構造成形用金型とプレス成形される光学材料との熱膨張率の差に起因する熱応力の発生を防止して、光学材料に転写されるパターンの精度を高めることができる。その結果、大面積に亘って、パターンずれの発生しない、高精度な無反射構造を有する光学素子を、繰り返し成形することが可能となる。また、本発明によれば、無反射構造成形用金型を用いたプレス成形により光学素子を製造するようにしたので、無反射構造を有する光学素子を再現性良く成形することができる。その結果、量産性が飛躍的に向上するので、生産コストを著しく低下させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
【００２３】
［第１の実施の形態］
本実施の形態においては、本発明の無反射構造を有する光学素子として、片面にピッチ０．１５μｍ、深さ０．１５μｍの円錐型の微細構造を有する平板光学素子を例に挙げて説明する。
【００２４】
図１は無反射構造を有する光学素子のプレス成形用金型を示す断面図である。
【００２５】
図１中、１は２０ｍｍ×２０ｍｍ×５ｍｍの石英ガラス基板である。石英ガラスは、高温強度に優れ、耐熱性を有し、ドライエッチングによる表面荒れの少ない材料である。石英ガラス基板１の表面（プレス面）には、ピッチ０．１５μｍ、高さ０．１５μｍの円錐型の無反射構造２が形成されており、この無反射構造２が形成された石英ガラス基板１が無反射構造成形用金型３として用いられる。
【００２６】
以下、無反射構造成形用金型３の作製方法について、図２を参照しながら説明する。図２（ａ）に示すように、まず、石英ガラス基板１の表面（プレス面）を、高精密研削加工及び研磨加工によって平滑に加工した（Ｒａ約２ｎｍ）。次いで、図２（ｂ）に示すように、平滑に加工された石英ガラス基板１の表面（プレス面）に、スパッタリング法を用いて、Ｃｒ膜２０を０．１μｍの厚みで形成した。次いで、図２（ｃ）に示すように、Ｃｒ膜２０の表面に、スピンコート法を用いて、ＰＭＭＡレジスト２１を０．３μｍの厚みで形成した。次いで、図２（ｄ）に示すように、ＥＢ（電子ビーム）描画法を用いて、Ｃｒ膜２０の表面に、ＰＭＭＡレジストからなる直径０．１５μｍの円柱パターン２２をピッチ０．１５μｍで形成した。次いで、図２（ｅ）に示すように、Ｃｒ膜２０をウェットエッチングすることにより、石英ガラス基板１の表面（プレス面）に、無反射構造２に対応するＣｒからなる円柱パターンをマスクとして形成した（Ｃｒマスク２３）。このＣｒマスク２３は、使用波長以下のピッチでアレイ状に形成されている。次いで、図２（ｆ）に示すように、円柱状のＣｒマスク２３が形成された石英ガラス基板１を、ＲＦドライエッチング装置の中に入れ、ＣＨＦ3 ＋Ｏ2 ガスを用いて、石英ガラス基板１の表面をエッチングした。これにより、石英ガラス基板１と共にＣｒマスク２３も僅かずつエッチングされ、幅が小さくなる。そして、Ｃｒマスク２３が完全に無くなるまでエッチングすることにより、石英ガラス基板１の表面（プレス面）に、ピッチ０．１５μｍ、高さ０．１５μｍの円錐型の無反射構造２が形成された。エッチング後の表面荒れは少なく、研磨面とほぼ等しい表面粗さであった。最後に、円錐型の無反射構造２が形成された石英ガラス基板１の表面（プレス面）に、スパッタリング法を用いて、表面保護のためのＩｒ−Ｒｈ合金膜を０．０５μｍの厚みで形成した。以上により、無反射構造成形用金型３が得られた。
【００２７】
下金型４は、以下のような構造を有している。すなわち、図１に示すように、２０ｍｍ×２０ｍｍ×５ｍｍのＷＣを主成分とする超硬合金の中央部分に、１５ｍｍ×１５ｍｍ×０．５ｍｍの窪み４ａが形成され、窪み４ａが形成された表面には、スパッタリング法を用いて、表面保護のためのＩｒ−Ｒｈ合金膜が０．５μｍの厚みで形成されている。
【００２８】
以下、上記のような構成を有する無反射構造成形用金型３と下金型４を用いて、無反射構造を有する光学素子を製造する方法について、図３、図４を参照しながら説明する。図３は無反射構造を有する光学素子の成形プロセスを示す工程図、図４は無反射構造を有する光学素子のプレス成形方法を示す工程図である。
【００２９】
図３（ａ）に示すように、まず、チャンバー１５で覆われた成形機の上ヘッド５に、上記した無反射構造成形用金型３を上型６として固定し、当該上型６をプレスステージ８と共に所定の温度（ここでは、５９０℃）まで昇温した。また、予熱ステージ７も５９０℃まで昇温した。そして、上記した下金型４を下型１０として用い、１５ｍｍ×１５ｍｍ×１．０ｍｍのクラウン系の硼珪酸ガラス（転移点（Ｔｇ）：５０１℃、屈伏点（Ａｔ）：５４９℃）を、光学材料１１として下型１０の上に載せ、光学材料１１が載せられた下型１０を、チャンバー１５の金型投入口１２から成形機内に投入して、５９０℃に設定された予熱ステージ７で３分間加熱した。ここで、光学材料１１の表面には、離型のための炭素（Ｃ）の微粒子を含む離型剤１６が塗布されている（図４（ａ）参照）。
【００３０】
次に、図３（ｂ）に示すように、光学材料１１が載せられた下型１０を、予熱ステージ７から同じく５９０℃に設定されたプレスステージ８に搬送した。次いで、シリンダー１３を下降させて、同じく５９０℃に設定され、かつ、上ヘッド５に固定された上型６により、光学材料１１を１０００Ｎの加圧力で３分間プレスした（図４（ａ）、（ｂ）参照）。そして、冷却せずに（そのままの温度で）シリンダー１３を上昇させることにより、上ヘッド５と共に上型６を上昇させて、上型６を、プレス成形した光学材料１１から離型させた（図４（ｂ）、（ｃ）参照）。ここで、冷却せずに（高温のままで）、上型６を、プレス成形した光学材料１１から離型させることができるのは、光学材料１１とのぬれ性が悪いからである。すなわち、酸化物や金属では、冷却せずに（高温のままで）離型させることは不可能であるが、炭素（Ｃ）（あるいはチッ化硼素（ＢＮ））は非常にぬれ性が悪いため、冷却せずに（高温のままで）離型させることができる。上型６がプレス成形された光学材料１１から離型すると、プレス成形された光学材料１１は下型１０の上に載った状態となる。
【００３１】
次に、図３（ｃ）に示すように、プレス成形された光学材料１１が載せられた下型１０を、プレスステージ８から３００℃に設定された冷却ステージ９に搬送し、そこで３分間冷却した。
【００３２】
最後に、チャンバー１５の金型取り出し口１４から下型１０と共にプレス成形された光学材料１１を外部に取り出し、プレス成形された光学材料１１を下型１０から取り外した後、離型剤１６を除去した。これにより、無反射構造を有する光学素子１７が得られた（図４（ｃ）参照）。
【００３３】
本実施の形態によれば、上記のように、冷却せずに上型６（無反射構造成形用金型３）をプレス成形した光学材料１１から離型させることが可能となるので、上型６（無反射構造成形用金型３）とプレス成形される光学材料１１との熱膨張率の差に起因する熱応力の発生を防止して、光学材料１１に転写されるパターンの精度を高めることができる。その結果、大面積に亘って、パターンずれの発生しない、高精度な無反射構造を有する光学素子１７を、繰り返し成形することが可能となる。また、本実施の形態によれば、無反射構造成形用金型３を用いたプレス成形により光学素子１７を製造するようにしたので、無反射構造を有する光学素子１７を再現性良く成形することができる。その結果、量産性が飛躍的に向上するので、生産コストを著しく低下させることが可能となる。
【００３４】
尚、本実施の形態においては、高温強度に優れ、耐熱性を有し、ドライエッチングによる表面荒れの少ない金型材料として石英ガラスが用いられているが、金型材料としては必ずしも石英ガラスに限定されるものではなく、例えば、シリコン、Ｎｉ合金、超硬合金上にＳｉＯ2 膜又はＳｉ膜を形成したもの等を金型材料として用いてもよい。
【００３５】
また、本実施の形態においては、光学材料１１としてクラウン系の硼珪酸ガラスが用いられているが、光学材料としては必ずしもクラウン系の硼珪酸ガラスに限定されるものではなく、多成分ガラス又は樹脂であればよい。多成分ガラスとしては、硼珪酸ガラスの他にアルミノシリケ−トガラス、フリントガラス、リン酸ガラス等が用いられ、樹脂としてはアクリル、テフロン（デュポン社の登録商標）、ポリエチレン、ポリオレフィン等が用いられる。成形により無反射構造を形成するので、光学材料１１として多成分ガラス又は樹脂を用いても、アスペクト比の大きい無反射構造を有する光学素子を得ることが可能となる。
【００３６】
また、本実施の形態においては、表面保護のための薄膜としてＩｒ−Ｒｈ合金膜が用いられているが、表面保護のための薄膜としては必ずしもＩｒ−Ｒｈ合金膜に限定されるものではない。表面保護のための薄膜は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｗ及びＴａからなる群から選ばれる少なくとも１種類の金属を含んでいればよい。離型剤１６が光学材料１１の表面に均一に塗布されていない場合、この表面保護のための薄膜がなければ、光学材料１１が部分的に直接金型に接触し、完全に溶着して、まったく離型させることができなくなってしまう。そして、無理に離型させようとすると、光学材料１１が割れてしまう。Ｉｒ−Ｒｈ合金膜等の表面保護のための薄膜は、これを防止するためのものである。
【００３７】
また、本実施の形態においては、石英ガラス基板１の表面（プレス面）に、無反射構造２に対応する円柱状のＣｒマスクを形成するようにされているが、必ずしもこの構成に限定されるものではない。例えば、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃ等の材料を用いてマスクを形成してもよく、また、多角柱状のマスクを形成してもよい。
【００３８】
また、本実施の形態においては、電子ビームリソグラフィを用いて、レジストを、円柱状又は多角柱状にパターニングしているが、Ｘ線リソグラフィ又は干渉露光を用いたフォトリソグラフィを用いて、レジストを、円柱状又は多角柱状にパターニングしてもよい。
【００３９】
また、本実施の形態においては、ウェットエッチングすることにより、マスクを、円柱状又は多角柱状に形成しているが、ドライエッチングすることにより、マスクを、円柱状又は多角柱状に形成してもよい。
【００４０】
［第２の実施の形態］
本実施の形態においては、無反射構造を有する光学素子のプレス成形用金型として、上記第１の実施の形態とほぼ同様のものを用いた（図１参照）。本実施の形態のプレス成形用金型は、以下の点において、上記第１の実施の形態のプレス成形用金型と異なっている。すなわち、本実施の形態においては、無反射構造成形用金型３を作製する際に、円錐型の無反射構造２が形成された石英ガラス基板１の表面（プレス面）に、表面保護のためのＩｒ−Ｒｈ合金膜を形成する代わりに、離型のための炭素（Ｃ）膜を０．０５μｍの厚みで形成した。このため、本実施の形態においては、上記第１の実施の形態と異なり、プレス成形される光学材料１１の表面には、離型のための離型剤は塗布されない。
【００４１】
尚、無反射構造成形用金型３と下金型４を用いて、無反射構造を有する光学素子１７を製造する方法は、上記第１の実施の形態と同様であるため（図３、図４参照）、ここでは説明を省略する。
【００４２】
本実施の形態によっても、上記第１の実施の形態と同様の理由により、冷却せずに上型６（無反射構造成形用金型３）をプレス成形した光学材料１１から離型させることが可能となるので、大面積に亘って、パターンずれの発生しない、高精度な無反射構造を有する光学素子１７を、繰り返し成形することが可能となる。
【００４３】
本実施の形態においては、無反射構造成形用金型３を作製する際に、円錐型の無反射構造２が形成された石英ガラス基板１の表面（プレス面）に、離型のための炭素（Ｃ）膜を形成するようにされているが、離型のための薄膜としては炭素（Ｃ）膜に限定されるものではなく、例えば、チッ化硼素（ＢＮ）膜であってもよい。
【００４４】
［第３の実施の形態］
本実施の形態においては、無反射構造を有する光学素子１７のプレス成形用金型として、上記第１の実施の形態と同様のものを用いた（図１参照）。
【００４５】
また、本実施の形態における、無反射構造を有する光学素子１７の成形プロセスは、上記第１の実施の形態とほぼ同様である。本実施の形態の成形プロセスは、以下の点において、上記第１の実施の形態の成形プロセスと異なっている。すなわち、本実施の形態においては、無反射構造を有する光学素子１７の成形を、チャンバー１５の雰囲気ガス導入口１８から、Ｎ2 とＣＯ2 （１０ｖｏｌ．％）を成形機内に導入しながら行った。
【００４６】
上記雰囲気中で、無反射構造を有する光学素子１７の成形を行ったところ、１００００ショット成形後も、光学材料１１の１５ｍｍ×１５ｍｍの領域全面に亘って、パターンずれの発生しない、高精度な無反射構造を有する光学素子１７を、繰り返し成形できることが分かった。
【００４７】
比較例として、Ｎ2 ガスのみを成形機内に導入しながら、同じ条件の下で、無反射構造を有する光学素子１７の成形を行ったところ、上型６（無反射構造成形用金型３）と光学材料１１との離型性が悪く、光学材料１１をプレスした後、冷却せずに（そのままの温度（５９０℃）で）上型６（無反射構造成形用金型３）をプレス成形した光学材料１１から離型させることはできなかった。この場合、温度を４００℃まで下げると、上型６がプレス成形した光学材料１１から離型するようになったので、冷却ステージ９で冷却した後、無反射構造を有する光学素子１７を取り出して、その表面を観察した。その結果、中心部分では精密に無反射構造を有する光学素子パターンが形成されているが、中心から離れるにしたがってパターンのずれが大きくなり、外周近くでは無反射構造を有する光学素子パターンが二重になっていた。これは、光学材料１１をプレスした後に、上型６（無反射構造成形用金型３）を冷却すると、上型６（無反射構造成形用金型３）をプレス成形した光学材料１１から離型させることができない光学素子の製造方法では、上型６（無反射構造成形用金型３）とプレス成形される光学材料１１との熱膨張率の差に起因して熱応力が発生し、上型６（無反射構造成形用金型３）が光学材料１１とずれてしまうからであると考えられる。従って、かかる製造方法では、大面積に亘って、パターンずれの発生しない、高精度な無反射構造を有する光学素子を、繰り返し成形することは困難である。
【００４８】
これに対して、本実施の形態のように、Ｎ2 とＣＯ2 （１０ｖｏｌ．％）を成形機内に導入した場合には、プレス成形を行う温度のままで、上型６（無反射構造成形用金型３）をプレス成形した光学材料１１から容易に離型させることが可能となる。ここで、冷却せずに（高温のままで）、上型６を、プレス成形した光学材料１１から離型させることができるのは、光学材料１１及び金型の表面にＣＯ2 ガスを吸着させることにより、ＣＯ2 ガスに離型剤及び離型膜の効果を発揮させることができるからである。その結果、上型６（無反射構造成形用金型３）とプレス成形される光学材料１１との熱膨張率の差に起因する熱応力の発生を防止して、光学材料１１に転写されるパターンの精度を高めることができるので、上記したように、大面積に亘って、パターンずれの発生しない、高精度な無反射構造を有する光学素子１７を、繰り返し成形することが可能となる。
【００４９】
尚、本実施の形態においては、無反射構造を有する光学素子１７の成形を、チャンバー１５の雰囲気ガス導入口１８から、Ｎ2 とＣＯ2 （１０ｖｏｌ．％）を成形機内に導入しながら行っているが、必ずしもかかる雰囲気に限定されるものではなく、窒素（Ｎ2 ）やアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガス中に、構成分子中に炭素（Ｃ）又はフッ素（Ｆ）を含む気体あるいは霧状の液体を混合した雰囲気であればよい。例えば、Ｎ2 とＣＦ4 （１０ｖｏｌ．％）の混合ガス、あるいは、Ｎ2 ガスをエチレングリコール溶液の中に通した気体を成形機内に導入しながら、無反射構造を有する光学素子１７の成形を行っても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００５０】
［第４の実施の形態］
本実施の形態においては、本発明の無反射構造を有する光学素子として、凸面である片面にピッチ０．１５μｍ、深さ０．１５μｍの円錐型の微細構造を有する平凸レンズを製造する場合について説明する。
【００５１】
本実施の形態においては、無反射構造成形用金型（上金型）として、以下のようにして作製した金型を用いた。図５は本発明の第４の実施の形態で用いる無反射構造成形用金型の作製方法を模式的に示す工程図である。
【００５２】
図５（ａ）に示すように、まず、無反射構造を有する光学素子のプレス成形用金型となる、厚さ１０ｍｍ、直径５ｍｍの円柱状石英ガラス基板２５の表面（プレス面）を、高精密研削加工及び研磨加工により、凸レンズの反転形状である凹曲面に加工した後、凹曲面に加工された石英ガラス基板２５の表面（プレス面）に、スピンコート法を用いて、Ｘ線リソグラフィ用レジストであるＰＭＭＡレジスト２６を０．５μｍの厚みで形成した。次いで、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｘ線２７を照射しながらＸ線リソグラフィ用マスク２８を高精度に移動させることにより、石英ガラス基板２５の表面（プレス面）に、無反射構造に対応するマスク２９として、ＰＭＭＡレジストからなる直径０．１５μｍ、高さ０．３μｍの円錐状パターンをピッチ０．１５μｍで形成した。このマスク２９は、使用波長以下のピッチでアレイ状に形成されている。次いで、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、ＰＭＭＡレジストからなるマスク２９が形成された石英ガラス基板２５を、ＲＦドライエッチング装置の中に入れ、ＣＨＦ3 ＋Ｏ2 ガスを用いて、石英ガラス基板２５の表面をエッチングした。これにより、石英ガラス基板２５の表面（プレス面）に、ピッチ０．１５μｍ、高さ０．１５μｍの円錐型の無反射構造３０が形成された。最後に、円錐型の無反射構造３０が形成された石英ガラス基板２５の表面（プレス面）に、スパッタリング法を用いて、Ｃｒ膜を介して表面保護のためのＩｒ−Ｒｈ合金膜を０．０５μｍの厚みで形成した。以上により、無反射構造成形用金型３１が得られた。
【００５３】
下金型は、以下のような構造を有している。すなわち、厚さ１０ｍｍ、直径５ｍｍの円柱状のＷＣを主成分とする超硬合金の表面に、スパッタリング法を用いて、表面保護のためのＩｒ−Ｒｈ合金膜が０．５μｍの厚みで形成されている。
【００５４】
尚、無反射構造成形用金型（上金型）３１と下金型を用いて、無反射構造を有する光学素子（平凸レンズ）を製造する方法は、上記第１の実施の形態と同様であるため、ここでは説明を省略する（図３、図４参照）。
【００５５】
本実施の形態によっても、上記第１の実施の形態と同様の理由により、冷却せずに上型（無反射構造成形用金型３１）をプレス成形した光学材料１１から離型させることが可能となるので、大面積に亘って、パターンずれの発生しない、高精度な無反射構造を有する光学素子（平凸レンズ）を、繰り返し成形することが可能となる。
【００５６】
尚、本実施の形態においては、石英ガラス基板２５の表面（プレス面）に、無反射構造に対応する円錐状のマスク２９を形成するようにされているが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、例えば、多角錐状のマスクを形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】無反射構造を有する光学素子のプレス成形用金型を示す断面図
【図２】無反射構造成形用金型の作製プロセスを示す工程図
【図３】無反射構造を有する光学素子の成形プロセスを示す工程図
【図４】無反射構造を有する光学素子のプレス成形方法を示す工程図
【図５】無反射構造成形用金型の他の作製プロセスを示す工程図
【符号の説明】
【００５８】
１、２５  石英ガラス基板
２、３０  無反射構造
３、３１  無反射構造成形用金型
４  下金型
５  上ヘッド
６  上型
７  予熱ステージ
８  プレスステージ
９  冷却ステージ
１０  下型
１１  光学材料
１２  金型投入口
１３  シリンダー
１４  金型取り出し口
１５  チャンバー
１６  離型剤
１７  光学素子
１８  雰囲気ガス導入口
２０  Ｃｒ膜
２１、２６  ＰＭＭＡレジスト
２２  円柱パターン
２３  Ｃｒマスク
２７  Ｘ線
２８  Ｘ線リソグラフィ用マスク
２９  マスク
【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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