(57)【要約】【課題】  短時間で製造でき、大面積化が可能で、他の光学素子等との複合が容易な新規な構造を有する光学素子を提供する。【解決手段】  基板１にレジスト２を塗布し、マスク３を通して露光を行う（ａ）。露光を行った後、現像を行う（ｂ）。このようにして作製されたものをレジスト原盤５と呼ぶ。  透明な光学材料からなる基板６を用意し、レジスト原盤５と基板６の間に紫外線硬化型樹脂４を挟み、基板６を通して紫外線を照射し、紫外線硬化型樹脂４を硬化させる（ｃ）。この際、真空に引きながらナノプリントを行う。これにより、紫外線硬化型樹脂４の柱状部分の中央部に、気泡が入った部分が発生する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状構造体が複数配列された構造を有し、前記柱状構造体の両端部分には気泡が含まれておらず、中央部分に気泡が含まれていることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
請求項１に記載の光学素子であって、使用波長をλとするとき、高さがλ以上の柱状構造が２λ／３以下のピッチで配列された構造を有することを特徴とする光学素子。
【請求項３】
請求項１に記載の光学素子であって、高さが500nm以上の柱状構造が350nm以下のピッチで配列された構造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】
本発明は光学素子（フォトニック結晶を含む）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ナノプリント技術を応用して、柱状構造体が複数配列された構造を有する素子を、例えば紫外線硬化型樹脂等で形成し、これらを回折格子や、フォトニック結晶等の光学素子として使用する技術が開発されている。このような光学素子は、その構造と使用方法により、１次元、２次元又は３次元光学素子として使用されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２５８６５０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらの光学素子においては、光学特性を持たせるためには、柱状構造部分の屈折率を一様に保って、各柱状部分の高さを変えたり、一つの柱状部分を、屈折率の異なる材料を繋ぎ合わせて構成する等の手法が行われていた。しかし、これらの方法では、製造される光学素子のパターンが限られフレキシビリティがないという問題点があった。又、製作に時間がかかるという問題点もあった。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、短時間で製造でき、大面積化が可能で、他の光学素子等との複合が容易な新規な構造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】
【０００６】
前記課題を解決するための第１の手段は、柱状構造体が複数配列された構造を有し、前記柱状構造体の両端部分には気泡が含まれておらず、中央部分に気泡が含まれていることを特徴とする光学素子である。
【０００７】
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、請求項１に記載の光学素子であって、使用波長をλとするとき、高さがλ以上の柱状構造が２λ／３以下のピッチで配列された構造を有することを特徴とするものである。
【０００８】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段であって、請求項１に記載の光学素子であって、高さが500nm以上の柱状構造が350nm以下のピッチで配列された構造を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、短時間で製造でき、大面積化が可能で、他の光学素子等との複合が容易な新規な構造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】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態の例を、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の製造方法の例を示す図である。まず、基板１にレジスト２を塗布し、マスク３を通して露光を行う（ａ）。露光光として、ｇ線、ｉ線、エキシマレーザ光、Ｆ２レーザ光、EUVL、ＥＢ、Ｘ線、放射光などを使用することができる。または、直接描画による露光方法でもよい。露光を行った後、現像を行う（ｂ）。このようにして作製されたものをレジスト原盤５と呼ぶことにする。
【００１１】
ガラス、石英、蛍石、サファイアなどの透明な光学材料からなる基板６を用意し、レジスト原盤５と基板６の間に紫外線硬化型樹脂４を挟み、基板６を通して紫外線を照射し、紫外線硬化型樹脂４を硬化させる（ｃ）。このとき、基板６と紫外線硬化型樹脂４の間に、離形膜、有機膜、シランカップリング膜等を塗布しておいてもよい。樹脂の厚みおよびＸＹの位置決め機構を有する装置を用いて成形（ナノプリント）を行うことで、樹脂層の厚み、位置を精密にコントロールしながら成形し、紫外線照射することで硬化させる。
【００１２】
このような、型のパターンを樹脂に転写する工程は、ナノプリントと呼ばれるが、ナノプリントを行う際、真空に引きながら行う。樹脂の硬化後、基板１を剥離させ、レジスト２を溶解して、紫外線硬化型樹脂４と基板６からなる光学素子を形成する（ｄ）。
【００１３】
なお、以上の工程においては、レジスト原盤５を型として用いたが、以上の工程において形成された紫外線硬化型樹脂を型として用いてもよく、これら、レジスト原盤５や紫外線硬化型樹脂からなる型に電鋳を行って型どりしたものを型として使用してもよい。すなわち、従来のナノプリント技術において型として使用されているものは、適宜型として使用することができる。
【００１４】
紫外線硬化型樹脂のような透明な材料を型として使用する場合や、光照射以外で硬化する、例えば熱硬化型の樹脂を使用する場合は、基板６として透明なものを使用する必要がなく、Si、Si/SiO２、SOI,GaAsなどの半導体材料などが使用できる。又、基板６に、Al、Ag、Au、Cu、Cr、Ta、Ni、Si等の金属膜やSiO２、Ta２O５、TiO２等の酸化物膜やSiN、AlN、等の窒化膜が積層されていてもよい。
【００１５】
樹脂の硬化後、基板６を剥離する際、有機溶剤や純水を界面に浸透させて剥離を促進させてもよい。もしくは圧力、温度、真空装置、剥離ジグなどを用いて剥離を促進させてもよい。
【００１６】
真空引きを行いながらナノプリント工程を行うことにより、紫外線硬化型樹脂４の柱状部分の中央部に、気泡が入った部分が発生する。図２にこの様子を模式的に示す。硬化した紫外線硬化型樹脂４の柱状部分の両端部は、密な紫外線硬化型樹脂４ａで構成されるが、中央部が気泡混入部分４ｂとなる。よって、これらの部分で屈折率が異なり、従来とは異なる光学特性を示す光学素子が形成できる。このような柱状構造のＳＥＭ写真を図３に示す。図３を見ると、柱状部の中央部に気泡混入部分が形成されているのがはっきり分かる。
【００１７】
このような構造は、柱状部分の高さが100nm以上、ピッチが350nm以下のときに形成しやすく、ピッチが350nm以下、320nm以下、300nm以下、280nm以下、250nm以下、220nm以下、200nm以下、180nm以下と小さくなるに従ってできやすくなる。又、高さは500nm以上であると特に製造しやすい。
【００１８】
又、素子に入射する波長をλとした際に、柱状構造のピッチが２λ/３程度以下、高さがλ以下であると、特異な光学特性を発揮し易くなる。同様、柱状構造の高さは、少なくともλ/４以上、もしくはλ/２、以上もしくはλ以上となるに従って、特異な光学特性を発揮しやすくなる。構成されるPitch（＝今後「Ｗ１」と呼ぶ）より小さい幅（サイズ）により、任意に高さが変調されている素子でもよい。この場合は、３次元構造の素子構成となっている。
【００１９】
又、樹脂で構成されている幅Ｗ１において、深さ方向に空気（泡）が入った構造が、積層構造（例えば、樹脂/泡/樹脂 等）であったり、薄膜と組み合わせた構造であってもよい。これらの構造を有することにより、「Ｗ１」自身の有効屈折率を変調することが可能となる。またさらには、屈折率の異なる層を多層構造に積層することも可能となる。
【００２０】
又、型と樹脂を任意に組み合わせることにより、任意の形状、任意のピッチ、幅、径、深さ、厚み、任意の位置、任意の欠陥を形成することが可能となる。これらのナノテクノロジーを用いることで、１次元もしくは２次元もしくは３次元の光学素子やフォトニック結晶などが作製可能となる。
【００２１】
また貼り合わせを行うことでTotal １μｍ以上、２μｍ以上の高さを有することを特徴とする素子の作製が可能となる。さらには、上記の光学素子は、単体で用いてもよいし、レンズやＭＥＭＳ等の技術を入れた素子をあわせて用いてもよい。またレーザやＬＥＤ等とも組み合わせた素子であってもよい。
【００２２】
以上、従来これまでにない作製方法を用いることにより、短時間で大面積化が可能で、他光学素子等との複合が容易な素子を提供することができる。また有効屈折率を任意に可変することや、２次元構造を有しながら屈折率構造を多層化させる素子を提供できる。また、高アスペクト比を有する素子の作製や３次元で屈折率の異なる材料を２種類以上有することにより、光学設計の自由度が上がり、多種多用途での展開が可能となりうる素子を提供することが可能となる。
【実施例】
【００２３】
種々の形状とPitchを有するマスクを複数作製した。特にPitchは200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1μm、2μm、4μmとした。Si、Si/SiO２基板などを用いてレジストを塗布し、ステッパーで露光を行い、現像を行い、Etchingを行うことで、溝幅と溝深さの異なる素子を複数種類作製した。このようにして、3次元構造を有するSi 原盤を作製した。ナノプリントにて樹脂を転写させ、真空中でナノプリントを複数回行い剥離することで素子を用意した。図３に、このようにして形成された光学素子の断面ＳＥＭ写真の一部を示す。樹脂の間の層に空気層が入った構造体が作製できていることがわかる。これは、一つ一つのピラーにおいて、有効屈折率が異なる素子構造体の作成ができることを示唆している。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態である光学素子の製造方法の例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における柱状構造体の概念を示す図である。
【図３】本発明の実施例である光学素子の断面ＳＥＭ写真の一部を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１…基板、２…レジスト、３…マスク、４…紫外線硬化型樹脂、４ａ…密な紫外線硬化型樹脂、４ｂ…気泡混入部分、５…レジスト原盤、６…基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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