(57)【要約】【課題】  高アスペクト比の微細格子を形成可能な金型作製方法を提供する。【解決手段】  光学部材６０成形用の金型作製方法において、  模型材１０の表面にマスク膜２０を形成する工程と、  マスク膜２０上に微細溝４０を有するレジストマスク３０を形成する工程と、  マスク膜２０にエッチング加工を施して微細溝４０を模型材１０の表面に到達させる工程と、  模型材１０にエッチング加工を施して微細凹部１１を形成する工程と、  レジストマスク３０を剥離除去し、微細凹部１１を剥離液により酸化させる工程と、  模型材１０にエッチング加工を施して上部に逆傾斜部１４を有する溝部１３を形成してエア逃げ形成部１６ａを有する微細格子１６を形成する工程と、  模型材１０に対して電鋳加工を施し、格子形成部５１の底部にエア逃げ形成部１６ａに対応するエア逃げ部５１ａを有する金型５０を形成する工程とを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に微細格子を有する光学部材を成形するための金型であって上記微細格子に対応する格子形成部を有する金型作製方法において、
上記金型の電鋳母型となる模型材の表面に薄膜を成膜してマスク膜を形成する工程と、
上記マスク膜上にレジストを塗布し、該レジストに上記微細格子に対応した微細溝の原画パターンを描画、現像して、微細溝からなるレジストパターンを有するレジストマスクを形成する工程と、
上記レジストマスクから露出したマスク膜にエッチング加工を施して食刻し、上記微細溝を上記模型材の表面に到達させる工程と、
上記微細溝から露出した模型材にエッチング加工を施して食刻し、上記模型材の表面に微細凹部を形成する工程と、
上記レジストマスクを剥離液により剥離除去する工程と、
上記模型材の微細凹部を酸化させる工程と、
上記微細凹部が酸化した模型材にエッチング加工を施して食刻し、上部に逆傾斜部を有する溝部を形成することで先端部にエア逃げ形成部を有する微細格子を形成する工程と、
上記微細格子を形成した模型材に対して電鋳加工を施し、上記格子形成部の底部に上記エア逃げ形成部に対応するエア逃げ部を有する金型を形成する工程とを有することを特徴とする金型作製方法。
【請求項２】
上記模型材の微細凹部を断面Ｖ字状に形成することを特徴とする請求項１記載の金型作製方法。
【請求項３】
上記模型材をシリコンにより形成することを特徴とする請求項１又は２記載の金型作製方法。
【請求項４】
上記模型材の微細凹部を酸性のレジストマスク剥離液により酸化させることを特徴とする請求項１記載の金型作成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表面に微細格子を有する光学部材を成形するための金型作製方法に関し、より詳細には光学部材と同形状に形成した模型材に電鋳加工を施してなる金型作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、レンズや回折格子等の光学部材は、光学部材の模型材に対して電鋳加工を行うことにより金型を作製し、この金型を用いた射出成形により製造する方法が一般的となっている。
ここで光学部材の光学面には、光の反射を防止するため、格子の間隔（周期）が入射光の波長の半分以下の反射防止格子を設けることがある。このような反射防止格子を光学部材の光学面に形成するためには、光学部材の模型材にも同様に反射防止格子に対応する微細格子を形成し、この模型材に対して電鋳加工を施す必要がある。
【０００３】
このような微細格子を模型材表面に形成する方法としては、例えば特許文献１、特許文献２に記載されているように、模型材にエッチング加工を施すことにより形成する方法がある。具体的には、まず模型材上に二酸化ケイ素等からなるマスク膜を成膜する。次にこのマスク膜上にレジストを塗布し、露光装置により微細格子の対応する原画パターンをレジストに描画し、この原画パターンを現像することで、微細格子のパターンに対応する間隔でレジスト部と微細溝が繰り返すレジストパターンをレジストに形成し、レジストマスクを形成する。そして、このレジストマスクをエッチングマスクとしてマスク膜にエッチング加工を施し、マスク膜に微細溝からなるマスクパターンを形成する。続いてレジストマスクを除去することで模型材上にはマスクパターンが形成されたマスク膜のみが残る。
このマスク膜をエッチングマスクとして、模型材にエッチング加工を施すことで、模型材の露出部が食刻される。模型材は厚さ方向に食刻されると共に幅方向にも食刻されることで厚さ方向に徐々に幅が狭くなる傾斜状の溝が形成され、食刻されなかった残存部分が微細格子となる。
そして、このような方法により表面に反射防止格子を形成した模型材に対し、電鋳加工を行うことで、所望の金型を作製することができる。
【特許文献１】特開平６−０４３３１２号公報
【特許文献２】特開２０００−１９３８１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、反射防止格子のアスペクト比が高い場合、反射防止格子を形成するための金型側の溝状の格子形成部のアスペクト比も高くなる。この場合、金型に対して光学樹脂を充填すると、光学樹脂が格子形成部に流入するときに格子形成部内の空気が十分に排出されず、格子形成部への光学樹脂の充填が適切に行われない。そのため、反射防止格子の先端部分が形成されず、結果として高アスペクト比の反射防止格子が形成されない。
仮に、反射防止格子のアスペクト比を高めるために成形圧力を高めたとしても、残留空気の体積が小さくなるだけで、格子形成部の底部に完全に光学樹脂が充填されることはない。また、成形圧力を高めるには圧縮成形機等の専用機が必要となり、またこの高圧力状態に耐えうる高剛性の金型が必要となり、いずれも製造コストが嵩む原因となる。
【０００５】
本発明は以上の問題点を鑑みてなされたものであり、高アスペクト比の微細格子を形成可能な金型作製方法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】
【０００６】
上記の課題を解決するため本発明に係る金型作製方法は、表面に微細格子を有する光学部材を成形するための金型であって上記微細格子に対応する格子形成部を有する金型作製方法において、上記金型の電鋳母型となる模型材の表面に薄膜を成膜してマスク膜を形成する工程と、上記マスク膜上にレジストを塗布し、該レジストに上記微細格子に対応した微細溝の原画パターンを描画、現像して、微細溝からなるレジストパターンを有するレジストマスクを形成する工程と、上記レジストマスクから露出したマスク膜にエッチング加工を施して食刻し、上記微細溝を上記模型材の表面に到達させる工程と、上記微細溝から露出した模型材にエッチング加工を施して食刻し、上記模型材の表面に微細凹部を形成する工程と、上記レジストマスクを剥離液により剥離除去する工程と、上記模型材の微細凹部を酸化させる工程と、上記微細凹部が酸化した模型材にエッチング加工を施して食刻し、上部に逆傾斜部を有する溝部を形成することで先端部にエア逃げ形成部を有する微細格子を形成する工程と、上記微細格子を形成した模型材に対して電鋳加工を施し、上記格子形成部の底部に上記エア逃げ形成部に対応するエア逃げ部を有する金型を形成する工程とを有することを特徴として構成されている。
【０００７】
また本発明に係る金型作製方法は、上記模型材の微細凹部を断面Ｖ字状に形成することを特徴として構成されている。
【０００８】
また本発明に係る金型作製方法は、上記模型材をシリコンにより形成することを特徴として構成されている。
【０００９】
さらに、本発明に係る金型作成方法は、上記模型材の微細凹部を酸性のレジストマスク剥離液により酸化させることを特徴として構成されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る金型作製方法によれば、模型材の表面に薄膜を成膜してマスク膜を形成する工程と、マスク膜上にレジストマスクを形成する工程と、レジストマスクから露出したマスク膜にエッチング加工を施して食刻して微細溝を模型材の表面に到達させる工程と、微細溝から露出した模型材にエッチング加工を施して食刻して模型材の表面に微細凹部を形成する工程と、レジストマスクを剥離液により剥離除去する工程と、模型材の微細凹部を酸化させる工程と、微細凹部が酸化した模型材にエッチング加工を施して食刻し、上部に逆傾斜部を有する溝部を形成することで先端部にエア逃げ形成部を有する微細格子を形成する工程と、模型材に対して電鋳加工を施し、格子形成部の底部にエア逃げ形成部に対応するエア逃げ部を有する金型を形成する工程とを有することから、金型内に光学樹脂を注入した際、金型の格子形成部内に残留した空気がエア逃げ部に納まり、従って光学部材は残留する空気の影響を受けず、高アスペクト比の微細格子を形成することが可能となる。また、金型内に残留する空気を圧縮する必要もなくなるため、成形圧力を高める必要が無くなり、圧縮成形機等の専用機や、高剛性の金型が必要なくなる。さらに、微細凹部の深さ、形状を変更することで、形成されるエア逃げ形成部の形状を所望の形状に形成することが可能となる。
【００１１】
また本発明に係る金型作製方法によれば、模型材の微細凹部を断面Ｖ字状に形成することから、模型材に形成するエア逃げ形成部を垂直状に形成することが可能となり、これにより金型のエア逃げ部も垂直状となり、金型に光学樹脂を注入したときに仮にエア逃げ部に光学樹脂が流入したとしても、光学部材の離型が可能となる。
【００１２】
また本発明に係る金型作製方法によれば、模型材をシリコンにより形成することから、微細凹部は酸性の剥離液によって酸化されると二酸化ケイ素となり、エア逃げ形成部の形成が容易となる。
【００１３】
さらに、本発明に係る金型作成方法によれば、模型材の微細凹部を酸性のレジストマスク剥離液により酸化させることにより、レジストマスクの剥離と同時に微細凹部を酸化させることができ、製造工程を簡素化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本発明の実施形態における金型を形成する工程を示す図である。金型５０はNiなどからなるものであり、成形しようとする光学部材６０と同形状に形成された模型材１０を電鋳母型として電鋳加工を行うことにより形成される。
本実施形態においては、模型材１０は切削加工などにより光学面や外形状が光学部材６０と略同形状に形成されているものとし、ここではこの模型材１０に、光学部材６０の反射防止格子６１に対応する反射防止格子１６を形成する工程から説明する。
【００１５】
模型材１０に対して反射防止格子１６を形成する工程においては、まず初めに、模型材１０の表面に二酸化ケイ素からなるマスク膜２０を、スパッタ法、ＣＶＤ法等により成膜する（図１（ａ））。このマスク膜２０は模型材１０に対するエッチングマスクとなる。なお、マスク膜２０の材料は二酸化ケイ素に限られるものではなく、エッチングマスクの材料としてよく用いられるクロム等の他の材料であってもよい。
【００１６】
そしてこのマスク膜２０に対して、形成しようとする反射防止格子１６に対応する微細溝４０からなるマスクパターンを作成する。具体的には、まずマスク膜２０上にレジスト３０ａを塗布する（図１（ｂ））。そして露光装置によりこのレジスト３０ａに対して上述の微細溝４０に対応する原画パターンを描画し、この原画パターンを現像して、反射防止格子１６のパターンに対応する間隔でレジスト部と微細溝４０が繰り返すレジストマスク３０を形成する（図１（ｃ））。
【００１７】
そして、このレジストマスク３０をエッチングマスクとして、マスク膜２０に対して、フッ素系のガスなどのエッチングガスによってドライエッチングを行う。これにより、マスク膜２０においてレジストマスク３０の微細溝４０から露出している部分が食刻されて除去され、微細溝４０が模型材１０の表面に到達し、マスク膜２０にマスクパターンが形成される（図１（ｄ））。
【００１８】
そしてさらに、マスク膜２０にマスクパターンを形成した後もこのマスク膜２０をエッチングマスクとして模型材１０にエッチングガスによってドライエッチングを行い、模型材１０の微細溝４０から露出した部分を厚さ方向に略一様に食刻して微細凹部１１を形成する（図１（ｅ））。この微細凹部１１の食刻する深さは、マスク膜２０の厚さと同程度、若しくはマスク膜２０の厚さよりも浅い程度でよい。
【００１９】
模型材１０に微細凹部１１を形成した後は、レジストマスク３０は除去する（図１（ｆ））。ここで、レジストマスク３０は、硫酸過水などの酸性酸化物を剥離液用いて剥離除去する。このとき、模型材１０の微細凹部１１は微細溝４０から露出しているため、微細凹部１１の表面は剥離液と接触して酸化され、図１（ｆ）に示すように二酸化ケイ素に組成が変化した酸化部１２が形成される。剥離液による酸化が不十分な場合には、酸素プラズマ等で酸化させてもよい。
【００２０】
次に、マスク膜２０をエッチングマスクとして、模型材１０に対してエッチングガスによりドライエッチングを行う（図１（ｇ））。これにより、模型材１０の微細溝４０から露出した部分が食刻される。食刻の初期段階では、上述した二酸化ケイ素からなる酸化部１２が食刻される。ここで、二酸化ケイ素はシリコンに比べ、幅方向に食刻されにくいという特性を有している。これにより、酸化部１２は二酸化ケイ素であるため厚さ方向に食刻されていくが、この酸化部１２の周辺は酸化されておらず組成がシリコンのままであるため、二酸化ケイ素の部分に比べて幅方向に食刻されやすい。
この結果、食刻の初期段階においては、模型材１０に形成される溝部１３は、図１（ｇ）に示すように厚さ方向に徐々に幅広となる逆傾斜部１４となる。
【００２１】
一方、上述の酸化部１２が食刻され終わると、それ以降は酸化されていないため、組成はもとのシリコンのままである。シリコンは厚さ方向と共に、幅方向にも食刻されやすいので、逆傾斜部１４の下部には図１（ｇ）に示すような、厚さ方向に徐々に幅狭となる傾斜部１５が形成される。
そして食刻されずに残存した部分が反射防止格子１６となる。この反射防止格子１６は、上述したように溝部１３が上部に逆傾斜部１４を有するように形成したことで、先端部に末広がり状のエア逃げ形成部１６ａを有する。溝部１３の形成が終わると、ふっ酸処理装置等を用いてマスク膜２０を除去し、模型材１０が完成する（図１（ｈ））。
【００２２】
このようにして完成した模型材１０を電鋳母材として電鋳加工を行い、Niなどからなる金型５０を形成する（図１（ｉ））。電鋳加工は転写精度が高く、金型５０には模型材１０の表面形状が忠実に転写され、金型５０には模型材１０の反射防止格子１６と形状が反転した格子形成部５１が形成される。また、この格子形成部５１の底部には、エア逃げ形成部１６ａと形状が反転したエア逃げ部５１ａが形成される。金型５０を形成した後、模型材１０は溶解除去する（図１（ｊ））。
【００２３】
そして、このような金型５０に光学樹脂を圧入して光学部材６０を射出成形する（図１（ｋ））。このとき、成形圧力を調節することにより、金型５０に残留する空気がエア逃げ部５１ａ内に納まるようにし、エア逃げ部５１ａ内には光学樹脂が充填されないようにする。これにより、光学部材６０の反射防止格子６１は、射出成形の際に金型５０内に残留する空気の影響を受けることなく、先端部まで所望の形状に形成されるようになる。従って、高アスペクト比の反射防止格子６１を形成可能となる。
また、金型５０内に残留する空気を圧縮する必要もなくなるため、成形圧力を高める必要が無くなり、圧縮成形機等の専用機や、高剛性の金型が必要なくなる。
【００２４】
以上、本発明の実施形態について説明した。なお上記実施形態においては、模型材１０に形成する溝部１３の上部に厚さ方向に徐々に幅広となる逆傾斜部１４を形成することとした。しかし、溝部１３の上部は必ずしも逆傾斜状である必要はなく、例えば図２に示すように略垂直状となるように形成してもよい。このように、溝部１３の上部に垂直部１７を形成することで、金型５０に形成されるエア逃げ部５１ａも略垂直状となる。これにより、光学部材６０の射出成形の際に、仮に光学樹脂がエア逃げ部５１ａまで充填されたとしても、このエア逃げ部５１ａ内に形成された反射防止格子６１の先端部が金型５０に引っかかることはないので、光学部材６０は離型可能となる。
【００２５】
溝部１３の上部にこのような垂直部１７を形成するには、エッチング条件を変更することで図３に示すように、模型材１０の表面に形成する微細凹部１１を断面Ｖ字状に形成する。これにより、溝部１３の上部における幅方向への食刻量が低減され、図２に示すように溝部１３の上部に垂直部１７を形成することが可能となる。さらに、図４のように微細凹部１１のマスク膜２０と接する部分をマスク膜２０の下面まで至るように形成することにより、溝部１３の上部の垂直部１７の幅を狭め、溝深さを深めることが可能となる。
このように、微細凹部１１の深さ、形状を変更することで、形成される溝部１３の上部の形状を変更することができ、従ってエア逃げ形成部１６ａを所望の形状に形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態における金型を形成する工程を示す図である。
【図２】エア逃げ形成部を垂直状に形成した模型材の断面図である。
【図３】微細凹部を断面Ｖ字状に形成した模型材の断面図である。
【図４】微細凹部を断面Ｖ字状に形成した他の例の模型材の断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０      模型材
１１      微細凹部
１２      酸化部
１３      溝部
１４      逆傾斜部
１５      傾斜部
１６      反射防止格子
１６ａ    エア逃げ形成部
２０      マスク膜
３０      レジストマスク
３０ａ    レジスト
４０      微細溝
５０      金型
５１      格子形成部
５１ａ    エア逃げ部
６０      光学部材
６１      反射防止格子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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