(57)【要約】【課題】  表面に設けられたパターンを転写することにより光学素子を製造するために使用される光学素子用型を製造する方法を提供する。【解決手段】  シリコン基板１にレジスト２を塗布し、エキシマレーザステッパにより、所定のパターンが形成されたレチクル３のパターンをレジスト２に露光転写する。（ａ）。そして、レジストを現像して（ｂ）、残ったレジストをマスクとしてシリコン基板１をエッチングして凹部１ａを形成する（ｃ）。その後、残ったレジスト２を取り除き、凹部１ａが形成された基板１のみにする（ｄ）。そして、８５０℃以上の酸素雰囲気に曝す。すると、（ｅ）に示すように、凹部１ａに沿ってテーパのついた凹部４ａを有するシリコン酸化膜４が、基板１の表面に形成される。これが、光学素子用型５となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に設けられたパターンを転写することにより光学素子を製造するために使用される光学素子用型を製造する方法であって、シリコン基板にレジストを塗布した後、露光転写装置により、当該レジストに、レチクルに形成された所定のパターンを投影し、前記レジストを現像した後、残ったレジストをマスクとして前記シリコン基板をエッチングすることにより、前記シリコン基板に所定のパターンの凹部を形成し、その後、前記シリコン基板のパターンが形成された面に酸化膜を形成する工程を有することを特徴とする光学素子用型の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光学素子用型の製造方法であって、酸化膜を形成する方法が、前記シリコン基板のパターンが形成された面を８５０℃以上の酸素雰囲気中に曝し、シリコン酸化膜を成長させる方法であることを特徴とする光学素子用型の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の光学素子用型の製造方法であって、前記凹部の深さｈと前記凹部の配列ピッチＰとの比ｈ／Ｐが、１以上であることを特徴とする光学素子用型の製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の光学素子用型の製造方法によって製造された光学素子用型。
【請求項５】
請求項４に記載の光学素子用型のパターンを転写することによって形成された光学素子用型。
【請求項６】
請求項５に記載の光学素子用型のパターンを、さらに転写することによって形成された光学素子用型。
【請求項７】
請求項４から請求項６のうちいずれか１項に記載の光学素子用型の表面に形成されたパターンを転写する工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の光学素子の製造方法によって製造された反射防止構造体。
【請求項９】
請求項８に記載の反射防止構造体を有することを特徴とする光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に微細な凹凸構造を有する光学素子、表面に微細な凹凸構造を有する反射防止構造体等の光学素子を製造するための光学素子用型の型の製造方法、この製造方法により製造される光学素子用型、この光学素子用型を使用した光学素子の製造方法、この製造方法によって製造された反射防止構造体、及びこの反射防止構造体を有する光学素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在反射防止膜として使用されているものは、誘電体多層膜を用いたものである。これは、主として、屈折率の異なる２種類の誘電体（例えばSiＯ２とTa２Ｏ５）の薄膜を交互に重ねたもので、膜厚み、膜の総数、膜の屈折率等の組み合わせにより所望の波長特性を有する反射防止膜を設計することができる。しかし、このような誘電体多層膜からなる反射防止膜は、入射角度特性が狭い、波長依存性が悪い等の問題点がある。また多層膜を平面等の基板やレンズの表面に成膜することは容易であるが、表面に凹凸構造等のパターンを有する光学素子に反射防止機能を付加させたい場合には、薄膜を形成することが困難であるので、別の方法が必要とされる。
【０００３】
このような要請に応えるものとして最近注目されているのが、電子線描画装置とエッチング法を用いて、凹凸構造体を形成し、これに反射防止特性を持たせる方法である。しかし、電子線描画装置を用いる方法では、描画に時間がかかるため、大面積の光学素子の製造が困難であり、生産には適さないという問題点がある。
【０００４】
又、電子線描画装置の代わりに、ステッパーを用いて、所望のパターンを有する一つのレチクルより、そのパターンを光学素子に露光転写する方法が考えられている。しかし、また例えば可視光（４００−８００nm）領域で反射防止機能を有する反射防止構造体を製造したい場合には、凹凸構造のピッチを少なくともその波長以下とする必要がある。
【０００５】
現在多用されているステッパーのうち、最も微細なパターンを露光転写できるものはｉ線ステッパ（露光波長３６５nm）であるが、ｉ線ステッパーで形成できるパターンのピッチは８００nm以上であるとされており、ｉ線ステッパーは、前述のような微細な構造を形成するための露光転写装置としては不適当である。よって、前述のような微細な構造を形成するための露光転写装置としては、最近使用が開始されるようになったエキシマレーザステッパー等で露光する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、エキシマレーザステッパー等を用いてレジストの露光を行った場合でも、光学素子に反射防止特性を持たせるためには、光学素子に形成される微細な凸状の突起パターンを円錐形状にする必要がある。このような形状を基板のエッチングを制御することにより形成することは、非常に困難であるという問題がある。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、表面に設けられたパターンを転写することにより光学素子を製造するために使用される光学素子用型を製造する方法、この製造方法により製造される光学素子用型、この光学素子用型を使用した光学素子の製造方法、この製造方法によって製造された反射防止構造体、及びこの反射防止構造体を有する光学素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するための第１の手段は、表面に設けられたパターンを転写することにより光学素子を製造するために使用される光学素子用型を製造する方法であって、シリコン基板にレジストを塗布した後、露光転写装置により、当該レジストに、レチクルに形成された所定のパターンを投影し、前記レジストを現像した後、残ったレジストをマスクとして前記シリコン基板をエッチングすることにより、前記シリコン基板に所定のパターンの凹部を形成し、その後、前記シリコン基板のパターンが形成された面に酸化膜を形成する工程を有することを特徴とするもの（請求項１）である。
【０００９】
本手段の骨子は、エッチングによりシリコン基板に凹部を形成した後、このパターンが形成された面に酸化膜を形成して、酸化膜面を型として使用可能なようにすることである。シリコン酸化膜は硬度が高いので型として適当なばかりでなく、酸化膜の形成過程において、エッチングにより形成された凹部が、その開口部が広く、深さが深くなるに従って細くなるような形状となる。このように、凹部（光学素子の凸部に対応する）にテーパを付けることができるので、特に反射防止構造体としての特性を持たせるのに都合がよい。
【００１０】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、酸化膜を形成する方法が、前記シリコン基板のパターンが形成された面を８５０℃以上の酸素雰囲気中に曝し、シリコン酸化膜を成長させる方法であることを特徴とするもの（請求項２）である。
【００１１】
シリコン酸化膜を成長させるのには、熱酸化、ＣＶＤ等が考えられるが、このうち、シリコン基板のパターンが形成された面を８５０℃以上の酸素雰囲気中に曝し、シリコン酸化膜を熱酸化により酸化させる方法は短時間で酸化膜の形成ができるので大量生産に適し、コストも安い。
【００１２】
又、この方法を使用すれば、凹部の開口部ではテーパの度合いが緩く、開口部から深さが深くなるに従ってテーパの度合いが急になるような酸化膜の形状とすることができ、これを使用して形成される光学素子の表面の突起は、その根本部で垂直に近く、先端部に行くに従ってテーパがきつくなるような形状となり、反射率を低下させることに役立つと共に、突起の構造を強くできる。又、凹部の底部は丸まった形状となるので、光学素子の突起の先端部が丸まった形状となり、耐久性が増加する。
【００１３】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、前記凹部の深さｈと前記凹部の配列ピッチＰとの比ｈ／Ｐが、１以上であることを特徴とするもの（請求項３）である。
【００１４】
凹部の深さｈと凹部の配列ピッチＰとの比ｈ／Ｐを１以上とすることによって、これを転写して形成される光学素子表面での反射率を有効に下げることができると共に耐久性を向上させることができる。
【００１５】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段から第３の手段のうちいずれかの光学素子用型の製造方法によって製造された光学素子用型（請求項４）である。
【００１６】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第４の手段である光学素子用型のパターンを転写することによって形成された光学素子用型（請求項５）である。
【００１７】
本手段は、第４の手段の光学素子用型を型として、そのパターンを転写した光学素子用型である。転写の方法としては、樹脂成形等の方法も使用できるが、最も一般的には電鋳を使用する方法が使用される。すなわち、第４の手段の光学素子用型を型として電鋳を行い、電鋳品を光学素子用型として実際に使用する。電鋳を用いて型を作ることにより、耐用回数の多い型とすることができる。本手段の場合には、前記第４の手段の光学素子用型は、通常の型として使用されるものと凹凸を逆にしておく必要があることは言うまでもない。
【００１８】
前記課題を解決するための第６の手段は、前記第５の手段である光学素子用型のパターンを、さらに転写することによって形成された光学素子用型（請求項６）である。
【００１９】
本手段は、前記第４の手段である光学素子用型のレプリカである。この製造方法としては、例えば前記第４の光学素子用型を型として樹脂成形により中間製品（前記第５の光学素子用型）を製造し、この中間製品を電鋳の型として、電鋳により本手段の光学素子用型を形成する方法が採用できる。これにより、多くのレプリカを電鋳で形成できる。
【００２０】
前記課題を解決するための第７の手段は、前記第４の手段から第６の手段のいずれかである光学素子用型の表面に形成されたパターンを転写する工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法（請求項７）である。
【００２１】
本手段によれば、スタンピングや射出成形等の技術を使用して、安価に大量の光学素子を製造することができる。特に、前記第５の手段、第６の手段を電鋳品で形成した場合には、スタンピングで光学素子を形成するのに好都合である。
【００２２】
前記課題を解決するための第８の手段は、前記第７の手段での光学素子の製造方法によって製造された反射防止構造体（請求項８）である。
【００２３】
前述のように、光学素子用型の凹部にはテーパがついているので、本手段の反射防止構造体の表面の突起は傾斜がついたものとなり、反射率を低下させることができる。
【００２４】
前記課題を解決するための第９の手段は、前記第８の手段の反射防止構造体を有することを特徴とする光学素子（請求項９）である。
【００２５】
本手段は、第６の手段の反射防止構造体を有するので反射率を低下させることができる。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように、本発明によれば、表面に設けられたパターンを転写することにより光学素子を製造するために使用される光学素子用型を製造する方法、この製造方法により製造される光学素子用型、この光学素子用型を使用した光学素子の製造方法、この製造方法によって製造された反射防止構造体、及びこの反射防止構造体を有する光学素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態である光学素子用型の製造方法と光学素子の製造方法の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態である光学素子用型の製造方法と光学素子の製造方法の例の概要を示す図である。
【００２８】
まずシリコン基板１にレジスト２を塗布し、エキシマレーザステッパにより、所定のパターンが形成されたレチクル３のパターンをレジスト２に露光転写する。レチクルに形成されるパターンの形状は、円、四角、三角等、特に限定されないが、この実施の形態においては円を用いている。２ａが露光部分である（ａ）。そして、レジストを現像して（ｂ）、残ったレジストをマスクとしてシリコン基板１をエッチングして凹部１ａを形成する（ｃ）。その際、凹部４ａの分布のピッチをＰとし、エッチング深さをｈとするとき、ｈ／Ｐが１以上となるようにこれらの値を決定することが好ましい。その後、残ったレジスト２を取り除き、凹部１ａが形成された基板１のみにする（ｄ）。
【００２９】
そして、８５０℃以上の酸素雰囲気に曝す。すると、（ｅ）に示すように、凹部１ａに沿ってテーパのついた凹部４ａを有するシリコン酸化膜４が、基板１の表面に形成される。これが、光学素子用型５となる。
【００３０】
例えば、基板１の凹部１ａが円筒形であった場合、シリコン酸化膜の凹部４ａは円錐形状となる。但し、円錐の頂部（凹部４ａの底部）は、丸まった形状となる。実際には、凹部４ａは、その開口に近い方でテーパの度合いが緩く、深さが深くなるに従ってテーパがきつくなるような形状となり、これは、反射防止構造体を形成する上で好ましい。
【００３１】
なお、シリコン酸化膜４を形成する方法としては、ＣＶＤによる方法もあり得るが、コストが高く生産性も悪い上に、上述のようにシリコン酸化膜４の凹部４ａの形状にテーパを付けることが難しいので、上述のような熱酸化を利用する方が好ましい。酸素雰囲気の場合、温度の上限値は1100℃とすることが好ましい。シリコン酸化膜４の膜厚は数nm程度でも十分である。
【００３２】
又、熱酸化を使用する場合は、（ｃ）〜（ｄ）に移る際の残ったレジスト２の除去を行わず、レジスト２がついたまま熱酸化し、その仮定でレジスト２を同時に除去するようにしてもよい。
【００３３】
以上のような工程で製造された、シリコン基板１とシリコン酸化膜４とからなる光学素子用型５から、反射防止構造体を製造する方法を以下に説明する。（ｆ）に示すように、光学素子用型５と、ガラス基板６との間に紫外線硬化型樹脂７をディスペンサ等を使用して挟み込み、ガラス基板６を通して紫外線を照射して硬化させる。その後、紫外線硬化型樹脂７を光学素子用型５から剥離すると、ガラス基板６と紫外線硬化型樹脂７とからなる反射防止構造体８が形成される（ｇ）。
【００３４】
その際、ガラス基板６と紫外線硬化型樹脂７の間には、密着性を良くするため、シランカップリング処理をしておく。ガラス基板１が、レンズのような曲面形状を有する場合には、予め、シリコン基板１の形状をその曲面形状に合わせて形成しておけばよい。逆に、紫外線硬化型樹脂７のみからなる反射防止構造体を形成したいときは、シランカップリング処理を行わず、ガラス基板６を型として用いればよい。
【００３５】
又、ガラス基板６の代わりに、ＭＥＭＳやフォトニック結晶等が形成された光学素子を用いることにより、これらの光学素子の表面に、簡単に反射防止構造を形成することができる。
【００３６】
さらに、光学素子用型５から直接反射防止構造体８を作らず、光学素子用型５の表面に不電解めっきによりNiをめっきし、それを電極としてNi電鋳を行って、新たな光学素子用型を形成し、これを反射防止構造体８の形成に使用してもよい。このときは、反射防止構造体８に形成されるパターンの凹凸が図に示すものと逆になるので、予めこれを考慮して、レチクル３のパターンを決定しておく必要がある。
【００３７】
又、図１における反射防止構造体８を反射防止構造体として使用せず、紫外線硬化型樹脂７の表面に無電解めっきによりNiをめっきし、それを電極としてNi電鋳を行って、新たな光学素子用型（光学素子用型５のレプリカ）を形成し、これを反射防止構造体の製造の型として使用してもよい。
【実施例】
【００３８】
図１に示すような方法で、光学素子用型を作成した。シリコン基板の厚さは725μm、直径を200mmとした。これにレジストを塗布し、エキシマレーザステッパを用いて露光を行った。使用したレチクルは、レジスト上において、直径100nm〜200nmの円形パターンが、0.25μｍ及び0.20μmのピッチで２次元方向に形成されるようなものを用いた（パターン径が異なる２種類のレチクルを用いた）。エッチングは、エッチング条件を変化させて、200nm〜1000nmのエッチング深さの基板を各種形成した。そして、９００℃の酸素雰囲気中にさらし、シリコン酸化膜を形成した。このようにして、孔径と孔深さの異なる光学素子用型を形成した。
【００３９】
又、熱酸化の温度を８５０℃〜1100℃まで変えることにより、形成される酸化膜の凹部のテーパの傾きを変えることができた。
この光学素子用型を使用して、図１に示した方法で、反射防止構造体を表面に有する光学素子を多数作成することができた。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態である光学素子用型の製造方法と光学素子の製造方法の例の概要を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１…基板（シリコン基板）、１ａ…凹部、２…レジスト、２ａ…露光部分、３…レチクル、４…シリコン酸化膜、４ａ…凹部、５…光学素子用型、６…ガラス基板、７…紫外線硬化型樹脂、８…反射防止構造体
【図１】
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