(57)【要約】【課題】微小凹凸部を有する反射防止構造体を製造する。【解決手段】本発明の製造方法は、所定の波長よりも大きい表面粗さの粗面２７ｐを有する基板２７を準備する工程と、基板２７の粗面２７ｐに金属を島状に堆積させる工程と、島状堆積物２８をマスクとして用いて、基板２７のドライエッチングを行い、所定の波長以下の平均ピッチを有する複数の針状の微小凹凸部２９を基板２７の粗面２７ｐに形成する工程とを含む。【選択図】図９
2009128543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長以上の光の反射を抑制する反射防止構造体の製造方法であって、
前記所定の波長よりも大きい表面粗さの粗面を有する基板を準備する工程と、
前記基板の前記粗面に金属を島状に堆積させる工程と、
前記金属の島状堆積物をマスクとして用いて、前記基板のドライエッチングを行い、前記所定の波長以下の平均ピッチを有する複数の微小凹凸部を前記基板の前記粗面に形成する工程と、
を含む、反射防止構造体の製造方法。
【請求項２】
前記基板を準備する工程が、前記基板の前記粗面の接平面の法線ベクトルと前記基板の基準面の法線ベクトルとのなす角度の平均値が５度以上となるように前記基板の前記表面を粗化する工程を含む、請求項１に記載の反射防止構造体の製造方法。
【請求項３】
前記基板が、シリコン単結晶基板である、請求項１又は請求項２に記載の反射防止構造体の製造方法。
【請求項４】
前記微小凹凸部を形成する工程において、炭素源ガスを含むプロセスガスで前記シリコン単結晶基板の反応性イオンエッチングを行う、請求項３に記載の反射防止構造体の製造方法。
【請求項５】
前記プロセスガスが、前記炭素源ガスとしてのメタンと、水素とを含む、請求項４に記載の反射防止構造体の製造方法。
【請求項６】
前記マスクが消失するまで前記基板のエッチングを継続する、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の反射防止構造体の製造方法。
【請求項７】
前記微小凹凸部を有する前記基板の複製型を電鋳又はプレス成形によって作製する工程と、前記複製型を用いて前記反射防止構造体を成形する工程とをさらに含む、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の反射防止構造体の製造方法。
【請求項８】
所定の波長以上の光の反射を抑制する反射防止構造体の製造方法であって、
第１基板の表面に金属を島状に堆積させる工程と、
前記金属の島状堆積物をマスクとして用いて、前記第１基板のドライエッチングを行い、前記所定の波長以下の平均ピッチを有する複数の微小凹凸部を前記第１基板の表面に形成する工程と、
前記所定の波長よりも大きい表面粗さの粗面を有する第２基板を準備する工程と、
前記第１基板を金型として用いてシート部材を成形し、そのシート部材を前記第２基板の前記粗面に貼り合わせる工程と、
を含む、反射防止構造体の製造方法。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の方法によって製造された反射防止構造体を含む光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射防止構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光の反射を抑制する反射防止処理が表面に施された種々の光学素子が提案されている。反射防止処理としては、例えば、屈折率の比較的低い膜（低屈折率膜）や、低屈折率膜と屈折率の比較的高い膜（高屈折率膜）とが交互に積層された多層膜からなる反射防止膜を表面に形成する処理が挙げられる（例えば、特許文献１）。
【０００３】
しかしながら、このような低屈折率膜や多層膜からなる反射防止膜は、形成に際して蒸着法やスパッタリング法等の煩雑な工程を要する。このため、生産性が低く、生産コストが高いという問題がある。また、低屈折率膜や多層膜からなる反射防止膜は、波長依存性及び入射角依存性が比較的大きいという問題もある。
【０００４】
このような問題に鑑み、入射角依存性及び波長依存性の比較的小さな反射防止処理として、例えば、光学素子の表面に入射光の波長以下のピッチで微小凹凸部を規則的に形成する処理が提案されている（例えば、非特許文献１）。この処理を行うことによって、素子と空気との界面における急激な屈折率変化が抑制され、素子と空気との界面において緩やかに屈折率が変化することとなる。このため、光学素子の表面における反射が低減され、光学素子内への高い光入射率を実現することができる。
【０００５】
また、特許文献２には、微小凹凸部を粗面に形成する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−１２７８５２号公報
【特許文献２】特表２００１−５１７３１９号公報
【非特許文献１】ダニエル  Ｈ．ラグイン（Ｄａｎｉｅｌ  Ｈ．  Ｒａｇｕｉｎ）  Ｇ．  マイケル  モリス（Ｇ．  Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｍｏｒｒｉｓ）著、「アナリシス  オブ  アンチリフレクション  ストラクチャード  サーフェス  ウィズ  コンティニュアス  ワン  ディメンジョナル  サーフェス  プロファイルズ  （Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ−ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  ｓｕｒｆａｃｅｓ  ｗｉｔｈ  ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｏｎｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｐｒｏｆｉｌｅｓ）」アプライド・オプティクス（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ）、第３２巻  第１４号（Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．１４）、Ｐ．２５８２−２５９８、１９９３年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、微小凹凸部を有する反射防止構造体を製造するための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】
すなわち、本発明は、
所定の波長以上の光の反射を抑制する反射防止構造体の製造方法であって、
前記所定の波長よりも大きい表面粗さの粗面を有する基板を準備する工程と、
前記基板の前記粗面に金属を島状に堆積させる工程と、
前記金属の島状堆積物をマスクとして用いて、前記基板のドライエッチングを行い、前記所定の波長以下の平均ピッチを有する複数の微小凹凸部を前記基板の前記粗面に形成する工程と、
を含む、反射防止構造体の製造方法を提供する。
【０００８】
他の側面において、本発明は、
所定の波長以上の光の反射を抑制する反射防止構造体の製造方法であって、
第１基板の表面に金属を島状に堆積させる工程と、
前記金属の島状堆積物をマスクとして用いて、前記第１基板のドライエッチングを行い、前記所定の波長以下の平均ピッチを有する複数の微小凹凸部を前記第１基板の表面に形成する工程と、
前記所定の波長よりも大きい表面粗さの粗面を有する第２基板を準備する工程と、
前記第１基板を金型として用いてシート部材を成形し、そのシート部材を前記第２基板の前記粗面に貼り合わせる工程と、
を含む、反射防止構造体の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ナノメートルサイズの微小凹凸部を基板上に精度よく形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。先に、本発明の製造方法によって製造するべき反射防止構造体について説明し、その後、反射防止構造体の製造方法について説明する。
【００１１】
図１は反射防止構造体の一例たる拡散板１の斜視図である。図２は拡散板１の部分断面図である。拡散板１は、表示装置をはじめ、撮像装置、照明装置、プロジェクタ等の光学機器の構成部材に適用できる。半導体レーザ素子、ＬＥＤ素子、電球、冷陰極管等の発光素子、電荷結合素子（ＣＣＤ）やＣＭＯＳ等のイメージセンサ、パワーメータ、エネルギーメータ、反射率測定機器等の光検出器、マイクロレンズアレイ等に適用することもできる。
【００１２】
拡散板１は平面視略矩形状の面材であり、光を拡散透過させるもの（詳細には、以下に説明する微小凹凸部１１によって反射が抑制される光を少なくとも拡散透過させるもの）である。拡散板１は、例えばディスプレイ等の前面に配置され、ディスプレイ表面における光の反射（外光の映り込み等）を抑制するものである。尚、拡散板１の材質は特に限定されるものではないが、樹脂製又はガラス製であってもよい。また、微粒子等が分散混入されていてもよい。
【００１３】
拡散板１の表面１０には、図２に示すように、入射光２０の波長以下の周期（好ましくは、入射光２０のうち最も短い波長の光の波長以下の周期）で規則的に配列された複数の微小凹凸部１１が形成されている。このため、拡散板１の表面１０と空気層との間の急激な屈折率変化が抑制され、微小凹凸部１１が形成された表面１０の表層部において屈折率がなだらかに変化することとなる。従って、図３に示すように、微小凹凸部１１を形成することによって拡散板１の表面１０における反射が効果的に抑制される。
【００１４】
微小凹凸部１１は、所定の波長（例えば４００ｎｍ）以下の平均ピッチを有するものであれば不規則に配列していてもよく、反射を抑制する効果は規則的な配列の場合と同様に得られる。微小凹凸部１１が規則的に配列されている場合、平均ピッチが周期に一致することになる。
【００１５】
微小凹凸部１１は、表面１０と空気層との間の界面における屈折率変化をなだらかにする機能を有するものである限りにおいて特にその形状は限定されるものではなく、例えば、略円錐状（頂部が面取り又はＲ面取りされていてもよい）の凹部又は凸部、角錐台状の凹部又は凸部、線条（断面形状が、三角形状（頂部がＲ面取りされていてもよい）、台形状、矩形状等）の凹部又は凸部であってもよい。
【００１６】
また、高い反射抑制効果を実現する観点から、微小凹凸部１１の平均ピッチ（又は周期）が入射光２０の波長以下であることが好ましい。一方、微小凹凸部１１の高さが入射光２０の波長の０．４倍以上であることが好ましく、入射光２０の波長の１倍以上、さらには３倍以上であることがより好ましい。厳密には、入射光２０が波長幅をもったものであるような場合には、微小凹凸部１１の周期は、入射光２０の最短波長以下であることが好ましく、微小凹凸部１１の高さは入射光２０の最長波長の０．４倍以上（好ましくは１倍以上、さらには３倍以上）であることが好ましい。
【００１７】
一方、表面１０は、所定の波長（例えば４００ｎｍ）よりも大きい表面粗さＲcを有する粗面である。後述するように、表面１０の表面粗さＲcは、微小凹凸部１１に由来する粗さ成分をフィルタリングすることによって測定される値でありうる。表面１０は、図２に示すように非周期的な凹凸を有する面であってもよいし、図１７を参照して後述するように周期的な凹凸を有する面であってもよい。
【００１８】
微小凹凸部１１の配列が周期的である場合において、微小凹凸部１１の周期は、表面１０を平面視したときに観察される任意の１つの微小凹凸部１１と、その微小凹凸部１１から最も近い位置にある他の１つの微小凹凸部１１との頂部間距離Ｐで規定される。頂部間距離Ｐは、ＳＴＭ（Scanning Tunneling Microscope）、ＡＦＭ（Atomic Force Microscope）、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）等の表面観察手段によって正確に計測できる。また、微小凹凸部１１の配列が非周期的である場合には、上記距離Ｐの平均値が平均ピッチとして規定される。微小凹凸部１１の高さＨは、谷底から微小凹凸部１１の頂部までの距離の平均値（例えば１０個の微小凹凸部１１の平均値）で規定される。ＲzJIS（ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１）の定義は、上記規定に含まれるため、ＲzJISの測定値を、微小凹凸部の値としてよい。なお、ＲzJIS（ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１）は、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけを抜き取り、この抜き取り部分の平均線から縦倍率の方向に測定した、最も高い山頂から５番目までの山頂の標高の絶対値の平均値と、もっとも低い谷底から５番目までの谷底の標高の絶対値の平均値との和を求め、この値をマイクロメートル（μｍ）で表したものである。
【００１９】
尚、微小凹凸部１１は入射光２０のすべてに対して反射抑制効果を発揮するようなものである必要は必ずしもない。例えば、入射光２０の波長が、紫外光、近紫外光、可視光、近赤外光、赤外光を含む広い波長範囲にわたるものの、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の光の反射のみを抑制すればよい場合は、微小凹凸部１１の周期は４００ｎｍ以下であることが好ましい。一方、微小凹凸部１１の高さは７００ｎｍの０．４倍以上、すなわち２８０ｎｍ以上であることが好ましい。
【００２０】
微小凹凸部１１は、その高さが表面１０の各部で相互に異なるように形成されていてもよいが、作製容易性の観点から、高さが相互に略同一となるように形成されていることが好ましい。また、例えば、微小凹凸部１１が錐体状の凹部や錐体状の凸部であるような場合には、複数の微小凹凸部１１は、その錐体の底部中心と頂部とを結ぶ中心軸が相互に略平行となるように形成されているとよい。この場合、射出成形による拡散板１の作製が容易となる。一方、同様の理由により、微小凹凸部１１が断面三角形状の線条凹部又は線条凸部であるような場合には、複数の微小凹凸部１１は、横断面における底部中心と頂部とを結ぶ中心軸が、各部（例えば、１ｍｍ四方の大きさの各部）において相互に略平行となるように形成されていてもよい。
【００２１】
以上のように、表面１０には複数の微小凹凸部１１が形成されているため、表面１０における光の反射が抑制される。しかしながら、表面１０が滑面であるような場合には、十分に表面１０における正反射を抑制することができない。
【００２２】
図４は入射角４５度で入射する光の反射光強度を表すグラフである。
【００２３】
図４に示すように滑面上に微小凹凸部１１を形成した場合は、射出角が約４５度である反射光、すなわち正反射が観測される。このように、微小凹凸部１１が形成されている表面１０が滑面である場合は、入射光２０の正反射を十分に抑制することができない。それに対して、図４に示すように、入射光２０の波長よりも大きな表面粗さの粗面に微小凹凸部１１を形成した場合は、正反射が実質的に観測されない。ここで、図１に示す拡散板１では、図２に示すように、微小凹凸部１１は、入射光２０の波長よりも大きな表面粗さの粗面である表面１０に形成されている。詳細には、表面１０は、ＩＳＯ４２８７：１９９７（ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１に対応する）で規定される平均高さＲcで入射光２０の波長よりも大きな表面粗さに形成されている。従って、拡散板１では、表面１０における正反射もまた十分に抑制される。但し、この正反射の発生を抑制する効果は、表面１０の表面粗さがあまりに大きすぎると低下する傾向にある。表面１０の表面粗さＲcの好適な範囲は１００μｍ以下である。より好ましくは５０μｍであり、さらに好ましくは３０μｍである。
【００２４】
また、図３に示すように、滑面に微小凹凸部１１を形成した場合には、比較的大きな入射角の光に対しては十分な反射抑制効果を付与することができない。すなわち、反射率が入射角に依存することとなる。それに対して、微小凹凸部１１が形成された表面１０が、表面１０への入射光の波長よりも大きな表面粗さに形成されている場合、図３に示すように、反射率の入射角依存性が小さく、比較的大きな入射角の光に対しても高い反射抑制効果が得られる。
【００２５】
図５はθと反射率との相関を表すグラフである。尚、図５中に示すθは表面１０の粗さ形状の接平面（言い換えれば、表面１０の微小凹凸部１１を含めた形状から高周波成分として微小凹凸部１１をカットオフした形状における接平面）１３の法線ベクトルＮ2と表面１０の基準面１２の法線ベクトルＮ1とのなす角の大きさ（図７参照）である。接平面１３と表面１０との接点は、表面１０と基準面１２との交点ＣＬ（３次元座標上では交点ＣＬが環状の線になる）に定められる。なお、基準面１２は、ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１に規定された「平均線（ろ波うねり曲線（カットオフ波長λc：０．５ｍｍ））」を意味する。
【００２６】
図５に示すように、θが０度（すなわち、滑面）である場合は、微小凹凸部１１が形成されていた場合であっても、例えば５０度を超えるような大きな入射角、さらには７０度を超えるような大きな入射角の場合は、入射角の増大と共に反射率が増大する傾向にある。それに対して、θが０度から大きくなるにつれて反射率の入射角依存性が低減され、大きな入射角の光に対しても高い反射抑制効果が得られるようになる。
【００２７】
具体的に、θが５度以下である部分が占める単位面積（例えば、１ｍｍ四方）当たりの割合が８０％未満であることが好ましい。言い換えれば、θが５度以上である部分が占める単位面積当たりの割合が２０％以上であることが好ましい。この場合、入射角が８９度の光の反射率を滑面に微小凹凸部１１を形成する場合と比較して約３割以上低減することができる。また、θが１０度以下である部分が占める単位面積当たりの割合が９０％未満であることが好ましい。言い換えれば、θが１０度以上である部分が占める単位面積当たりの割合が１０％以上であることが好ましい。この場合も、入射角が８９度の光の反射率を滑面に微小凹凸部１１を形成する場合と比較して約３割以上低減することができる。
【００２８】
より好ましくは、θが５度以下である部分が占める単位面積当たりの割合が５０％未満であることが好ましい。言い換えれば、θが５度以上である部分が占める単位面積当たりの割合が５０％以上であることが好ましい。また、θが１０度以下である部分が占める単位面積当たりの割合が８０％未満であることが好ましい。言い換えれば、θが１０度以上である部分が占める単位面積当たりの割合が２０％以上であることが好ましい。この場合、入射角が８９度の光の反射率を滑面に微小凹凸部１１を形成する場合と比較して約５割以上低減することができる。
【００２９】
さらに好ましくは、θが５度以下である部分が占める単位面積当たりの割合が３０％未満であることが好ましい。言い換えれば、θが５度以上である部分が占める単位面積当たりの割合が７０％以上であることが好ましい。また、θが１０度以下である部分が占める単位面積当たりの割合が５０％未満であることが好ましい。言い換えれば、θが１０度以上である部分が占める単位面積当たりの割合が５０％以上であることが好ましい。この場合、入射角が８９度の光の反射率を滑面に微小凹凸部１１を形成する場合と比較して約７割以上低減することができる。
【００３０】
次に、θの平均値（θave）の好ましい範囲について説明する。
【００３１】
図６はθaveと反射率との相関を表すグラフである。
【００３２】
図６に示すように、θaveが大きくなるにつれて入射角依存性が低下し、入射角が比較的大きな光に対しても高い反射抑制効果が得られるようになる。具体的に、θaveが５度以上であることが好ましい。この場合、入射角が８９度の光の反射率を滑面に微小凹凸部１１を形成する場合と比較して約３割以上低減することができる。より好ましくは、θaveが１０度以上である。この場合、入射角が８９度の光の反射率を滑面に微小凹凸部１１を形成する場合と比較して約５割以上低減することができる。さらに好ましくは、θaveが１５度以上である。この場合、入射角が８９度の光の反射率を滑面に微小凹凸部１１を形成する場合と比較して約６割以上低減することができる。
【００３３】
また、θの分布のピーク（最も頻度が高いθの値）が０度よりも大きいことが好ましく、２度以上、さらには５度以上であることが好ましい。
【００３４】
また、ここでは、拡散板１の表面１０に微小凹凸部１１が直接形成されている例について説明したが、微小凹凸部１１を形成したシールを貼着又は粘着させることにより表面１０を形成してもよい。言い換えれば、拡散板１は一体でなくてもよく、複数の構成部材により構成されているものであってもよい。
【００３５】
また、ここでは、微小凹凸部１１が表面１０の全面にわたって形成されている例について説明したが、微小凹凸部１１を表面１０の全面にわたって必ずしも設ける必要はなく、必要に応じた箇所のみに微小凹凸部１１を形成してもよい。この場合に、微小凹凸部１１を設けた箇所のみならず、表面１０のその他の箇所も微小凹凸部１１を設けた箇所と同等の表面粗さの粗面としても構わず、また、それ以下の表面粗さの滑面としてもよい。さらに、微小凹凸部１１を設けていない箇所には反射率が比較的低い膜と比較的高い膜との多層膜からなるような他の反射防止構造を形成してもよい。また、微小凹凸部１１が形成されている領域内においても、必要に応じて微小凹凸部１１の高さや周期（ピッチ）を調節してもよい。
【００３６】
次に、反射防止構造体の製造方法について説明する。拡散板１などの反射防止構造体は、反射防止構造体となるべき基板の表面を粗化することによって粗面を形成し、その粗面に微小凹凸部を形成することによって製造することができる。また、始めに金型を作製し、その金型を用いて樹脂などの材料を成形することによって反射防止構造体を製造してもよい。量産向きなのは後者であるため、本明細書では後者の方法を中心に説明する。
【００３７】
<<原型の作製>>
１．基板の粗化
まず、金型の作製に使用する基板を準備する。基板の材料は特に限定されず、基板の材料は特に限定されず、ガラス、金属、半導体、セラミック及び樹脂から選ばれるいずれかによって構成されているとよい。具体的には、硼酸系ガラス、珪酸系ガラスなどのガラス材料、シリコン、ＧａＡｓなどの半導体材料、Ｓｉ3Ｎ4などのセラミック材料、Ｔａなどの金属材料を用いることができる。本実施形態では、そのような基板として、シリコン単結晶基板を用いる。後述するように、シリコン単結晶基板は、表面の粗化がやりやすく、微小凹凸部を極めて精度よく形成できるので好適である。
【００３８】
シリコン単結晶基板として、ＣＺ（Czochralski）法又はＦＺ（Floating Zone Melting）法によって作製された、主表面が｛１００｝面のものを用いることができる。主表面が｛１００｝面のシリコン単結晶基板は、化学的な方法による粗化がしやすいこと、微小凹凸部を能率的に形成できることから好適である。また、主表面が｛１００｝面のシリコン単結晶基板は入手しやすい。機械的な強度の面で、ＣＺ法によって作製されたシリコン単結晶基板が優れる。導電型は、ｎ型であってもｐ型であっても構わない。ただし、｛１１０｝面のシリコン単結晶基板あるいは多結晶基板を用いてもよい。
【００３９】
シリコン単結晶基板の表面の粗化は、機械的及び／又は化学的な方法によって行うことができる。機械的な方法として、サンドブラスト又はサンドペーパーによって粗化する方法がある。サンドブラストに代えて、ショットブラスト又はウェットブラストを採用してもよい。これらの方法によって粗化を行えば、シリコン単結晶基板の表面は、非周期的な凹凸を有する粗面となる。シリコン単結晶基板以外の基板の粗化も基本的にはシリコン単結晶基板の場合と同じ方法で行えばよい。
【００４０】
シリコン単結晶基板の表面の粗化は、形成される粗面の表面粗さが所定の波長よりも大きくなるように行われる。具体的には、図７を参照して説明したように、シリコン単結晶基板の粗面の接平面の法線ベクトルとシリコン単結晶基板の基準面の法線ベクトルとのなす角度の平均値が５度以上となるように行えばよい。あるいは、平均高さＲcが１００μｍ以下（好ましくは５０μｍ以下、さらに好ましくは３０μｍ以下）となるように行えばよい。ブラスト処理によって粗化を行う場合には、こうした要件を満足するように、投射物の硬さ、平均粒径、投射速度等の処理条件を決定すればよい。サンドペーパーを用いて粗化を行う場合には、サンドペーパーの適切な番手を選択すればよい。凹凸が不足すると、先に説明したように、反射防止効果が不十分となる。
【００４１】
また、バイトのような工具でシリコン単結晶基板の表面を微細加工（研削加工又は切削加工）することによって、シリコン単結晶基板の表面を直接的に粗化してもよい。この方法によれば、凹凸のピッチや高さを自由に設定できる。具体的には、シリコン単結晶基板の表面に対するバイトの刃の角度を制御することにより、図７に示す角度θを自由に設定できる。つまり、シリコン単結晶基板の表面を直接加工する方法は、上記角度θを厳密に設定したい場合や周期的な凹凸を有する粗面を形成したい場合に推奨される方法である。また、レーザを用いてシリコン単結晶基板の表面を粗化してもよい。使用するレーザの種類や出力を制御することによって、工具による機械加工と同様に、上記角度θの制御が可能である。
【００４２】
一方、化学的な方法としては、シリコン単結晶基板の表面に酸又はアルカリを接触させて、シリコン単結晶基板の表面をエッチングする方法を例示できる。具体的には、異方性エッチングを利用することによって、シリコン単結晶基板の表面にマイクロメートルサイズの凹凸（テクスチャ構造）を形成することができる。例えば、水酸化ナトリウム溶液、水酸化カリウム溶液、炭酸カリウム溶液などのアルカリ溶液を６０〜８０℃に加熱し、その溶液にシリコン単結晶基板を浸漬し、シリコン単結晶基板の表面の異方性エッチングを行う。主表面が｛１００｝面のシリコン単結晶基板の異方性エッチングを行うことにより、図８に示すように、テクスチャ構造を４つの｛１１１｝面に囲まれた正四角錐状の突起の集合体として形成することができる。各突起の高低差は、数μｍから数十μｍの範囲となる。エッチングに用いるアルカリ溶液にエチレングリコールや２−プロパノールなどのアルコールが含まれていると、均一な高さのテクスチャ構造を迅速に形成できる利点がある。なお、このような化学的な方法は、機械的な方法と組み合わせて実施してもよい。
【００４３】
２．微小凹凸部の形成
次に、シリコン単結晶基板の粗面に微小凹凸部を形成する。具体的には、シリコン単結晶基板の粗面に金属を島状に堆積させる工程と、金属の島状堆積物をマスクとして用いて、炭素源ガスを含むプロセスガスでシリコン単結晶基板の反応性イオンエッチングを行い、所定の波長以下の平均ピッチを有する複数の針状の微小凹凸部をシリコン単結晶基板の粗面に形成する工程とを行う。この方法によれば、ナノメートルサイズの針状の微小凹凸部をシリコン単結晶基板の粗面に能率的に形成できる。なお、エッチングの形式は、反応性イオンエッチングに限定されず、使用する基板の材料に応じて適切なドライエッチングの形式を採用すればよい。
【００４４】
まず、図９（ａ）（ｂ）に示すように、表面を粗化したシリコン単結晶基板２７に金属を堆積させる。これにより、シリコン単結晶基板２７の粗面２７ｐ上に島状堆積物２８が形成される。堆積させるべき金属として、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ及びＰｔからなる群より選ばれる少なくとも１つを用いることができる。金属の堆積方法は特に限定されず、スパッタリング法や蒸着法などの公知の方法を採用できる。微小な島状堆積物を均一に形成する観点から、Ａｒ等の不活性ガス雰囲気で行うスパッタリング法が推奨される。
【００４５】
島状堆積物２８は、所定の波長（例えば４００ｎｍ）以下の平均直径を有する。このような平均直径の島状堆積物２８を用いると、所定の波長（例えば４００ｎｍ）以下の平均ピッチを有する針状の微小凹凸部を形成することができる。金属を島状に堆積させるには、主に、金属の堆積速度及び堆積時間を制御すればよい。なお、島状堆積物２８の平均直径は、所定個数（例えば１０個）の平均値であり、例えばＳＥＭ観察によって測定できる。
【００４６】
次に、図９（ｃ）に示すように、島状堆積物２８をエッチングマスクとして用いてシリコン単結晶基板２７をエッチングする（エッチング工程）。エッチングには、反応性イオンエッチングを採用するとよい。反応性イオンエッチングにおいては、炭素源ガス及びキャリアガスを含むプロセスガスを用いて行うとよい。炭素源ガスとして、Ｃ１−Ｃ３の飽和又は不飽和炭化水素ガスを用いることができ、メタンが好適である。キャリアガスとして、水素、希ガス又は水素と希ガスとの混合ガスを用いることができる。炭化水素ガスとキャリアガスの混合比率は、標準状態における体積比で、例えば（炭化水素ガス）：（キャリアガス）＝１０：１〜２：１の範囲である。
【００４７】
シリコン単結晶基板２７の反応性イオンエッチングは、シリコン単結晶基板２７の温度を２５０〜８００℃に加熱するとともに、シリコン単結晶基板２７に負のバイアスを印加しながら行うとよい。また、雰囲気の圧力は、大気圧よりも低い圧力、例えば数百〜数万Ｐａの範囲に保つ。プロセスガスに含まれる炭素源ガスは、マイクロ波によってプラズマ化され、シリコン単結晶基板２７のエッチング作用をもたらす。
【００４８】
シリコン単結晶基板２７のエッチングは、エッチングマスクとしての島状堆積物２８が消失するまで継続するとよい。そうすれば、島状堆積物２８を除去するアッシング工程が不要になるとともに、尖鋭な微小凹凸部を形成できる。シリコン単結晶基板２７の反応性イオンエッチングに供する時間は、島状堆積物２８の消失に要する時間を目安に定めることができる。具体的には、島状堆積物２８の消失に要する時間よりも若干長めにエッチング時間を定めるとよい。このようにすれば、頂部の鈍りが少ない微小凹凸部２９を精度よく形成できる。なお、エッチング工程を経て十分な高さの微小凹凸部２９が形成された後にも島状堆積物２８が残存する場合には、島状堆積物２８を除去するためのアッシング工程を行ってもよい。
【００４９】
エッチング工程を経て、図９（ｄ）に示すように、シリコン単結晶基板２７の粗面２７ｐに針状の微小凹凸部２９が形成される。各微小凹凸部２９のサイズは、例えば、底面の直径が２００〜３００ｎｍ、高さが約１μｍである。なお、針状の微小凹凸部２９は、炭素薄膜で覆われている。この炭素薄膜は、シリコン単結晶基板２７をアニールすることによって、炭化珪素被膜に変化しうる。この炭化珪素被膜は、酸性水溶液（例えば硝酸と弗酸とを含む水溶液）を用いたエッチングによって除去されてもよい。針状の微小凹凸部２９を有するシリコン単結晶基板２７は、これ自体を反射防止構造体として取り扱うこともできるし、反射防止構造体を成形するための金型の一部として取り扱うこともできるし、複製型を作製するための原型として取り扱うこともできる。
【００５０】
<<複製型の作製>>
量産性を高めるために、微小凹凸部２９を有する基板２７の複製型を作製し、その複製型を用いて反射防止構造体の成形を行うようにしてもよい。図１１に示すのは、微小凹凸部２９を有する基板２７から電鋳によって複製型を作製する工程の説明図である。まず、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、微小凹凸部２９を有する基板２７を無電解Ｎｉメッキ浴６３に浸漬し、微小凹凸部２９を被覆する無電解Ｎｉメッキ層６４を形成する。次に、図１１（ｃ）に示すように、基板２７を電解Ｎｉメッキ浴６５に浸漬して通電し、基板２７上に電解Ｎｉメッキ層６６を形成する。電解Ｎｉメッキ層６６の厚さは、例えば０．３〜４０．０ｍｍ程度確保するとよい。無電解Ｎｉメッキ浴６３としてはＮｉ／Ｂ溶液、電解Ｎｉメッキ浴６５としてはスルファミン酸ニッケル電解液などの公知のメッキ浴を用いることができる。基板２７が導電性を有する場合には、図１１（ｂ）に示す無電解メッキ工程を省略してもよい。
【００５１】
最後に、図１１（ｄ）に示すように、無電解Ｎｉメッキ層６４及び電解Ｎｉメッキ層６６を有する基板２７を塩基溶液６７に浸漬し、選択エッチングによって基板２７を溶解させ、Ｎｉメッキ層６４，６６の部分から基板２７の部分を除去する。これにより、微小凹凸部６８が表面６６ｐ（粗面）に形成されたＮｉ複製型６６が得られる（図１１（ｅ））。さらに、基板２７と複製型６６との線膨張係数や弾性係数などの特性の差を利用して両者を分離させてもよい。なお、Ｎｉメッキに代えて、ＣｕメッキやＳｎメッキなどの他の金属メッキを採用してもよいし、これらの２種以上を組み合わせてもよい。
【００５２】
以上の操作を繰り返せば、同一の表面形状を有する複製型を何重にも作製できる。これらの複製型は、樹脂やガラスの成形型として用いることができるため、反射防止構造体の量産に好適である。
【００５３】
<<反射防止構造体（拡散板１）の成形>>
上記のようにして作製した基板２７（又は複製型６６）を用いて、反射防止構造体（拡散板１）の成形を行うことができる。図１０は、プレス成形によって反射防止構造体を製造する工程の説明図である。図１０に示すように、基板２７を含む上金型３５と、成形するべき材料３８（例えばガラス、樹脂）を収容した下金型３６とを向かい合わせる。ヒータ３９，３９に通電し、材料の軟化点を超える温度まで金型３５，３６を加熱する。材料３８を十分に軟化させた後、金型３５，３６を型締めし、軟化した材料３８に基板２７を押し付けることによって、基板２７の微小凹凸部２９の形状を材料３８に転写する。その後、金型３５，３６を徐冷して型開きし、微小凹凸部４０を有する成形体４１を取り出す。なお、この成形体４１を金型（複製型）として用いて、反射防止構造体の成形を行うこともできる。
【００５４】
また、基板２７を金型の一部として用いる射出成形法によって反射防止構造体を製造することもできる。図１２（ａ）に示すように、まず、微小凹凸部２９が形成された基板２７をインサート型として、上金型１０１と下金型１０２との間に組み込む。樹脂を充填するキャビティＳＨを形成する部分にシランカップリング剤を塗布して離型層１０３を形成し、型締めする。次に、図１２（ｂ）（ｃ）に示すように、金型１０１，１０２を加熱し、溶融樹脂をキャビティＳＨに射出する。図１２（ｄ）に示すように、金型１０１，１０２の温度を下げて樹脂を固化させ、型開きする。これにより、反射防止構造体としての樹脂成型品１０５Ａ（拡散板１）が得られる。射出する樹脂の種類に特に制限はなく、アクリル樹脂、フッ素樹脂、オレフィン系樹脂、ポリカーボネート樹脂など射出成形が可能な種々の樹脂を用いることができる。
【００５５】
次に、反射防止構造体の他の製造方法について説明する。拡散板１などの反射防止構造体は、以下に説明する方法によっても製造することができる。図１３（ａ）（ｂ）に示すように、まず、先に説明した方法によって、所定の波長以下の平均ピッチを有する複数の微小凹凸部１２２を有する原型１２０を作製する。つまり、第１基板１２０（例えばシリコン単結晶基板）の平滑な表面に微小凹凸部１２２を形成する。次に、図１３（ｃ）（ｄ）に示すように、プレス成形によって、原型１２０の表面形状をシート部材１２４に転写する。
【００５６】
一方、所定の波長よりも大きい表面粗さの粗面を有する第２基板１２８（図１３（ｅ）参照）を別途準備する。この第２基板１２８は、レンズ鏡筒など最終製品を構成する部品でありうる。そして、原型１２０を用いて成形したシート部材１２４を第２基板１２８の粗面１２８ｐに貼り合わせる。貼り合わせは、接着剤を用いて行うことができる。粗面１２８ｐにシート部材１２４が追従できるように、シート部材１２４の厚さが調節されているとよい。以上のようにして、微小凹凸部１２６を有する第２基板１２８（例えば光学部品）が得られる。
【００５７】
次に、本発明の方法によって製造できる反射防止構造体の他のいくつかの例について説明する。本発明の方法によって製造される反射防止構造体は、拡散板１のように光透過性を有するものに限定されず、例えば、光吸収性を有するものであってもよい。
【００５８】
図１４は反射防止構造体を適用した撮像装置の構成を表す概略図である。
【００５９】
撮像装置２０１は、装置本体２０３と、光学ユニットとしてのレンズ鏡筒ユニット２０２とを備えている。ここでは、レンズ鏡筒ユニット２０２が装置本体２０３に取り付けられている例を説明するが、レンズ鏡筒ユニット２０２は、例えば、装置本体２０３に着脱可能に構成されていてもよい。
【００６０】
レンズ鏡筒ユニット２０２は、筒状（具体的には円筒状）のレンズ鏡筒２０５と、レンズ鏡筒２０５の内部に収納された光学系２０４とを備えている。一方、装置本体２０３には、光学系２０４の光軸ＡＸ上に位置するように配置された撮像素子２０６を備えている。光学系２０４は、この撮像素子２０６の撮像面上に光学像を結像するためのものであり、光学系２０４により撮像面上に結像された光学像は撮像素子２０６によって電気信号に変換され、例えば、装置本体２０３内に設けられたメモリ（外付けメモリであってもよい）に記憶されたり、装置本体２０３に接続されたケーブルを介して他の装置へと出力されるようになっている。尚、撮像素子２０６は、例えば、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等により構成することができる。
【００６１】
光学系２０４は撮像素子２０６の撮像面上に好適に光学像を結像させることができるものであれば特に限定されることはなく、例えば図１４に示すように、第１レンズ（群）Ｌ１、第２レンズ（群）Ｌ２、及び第３レンズ（群）Ｌ３の３つのレンズ（群）により構成されていてもよい。また、それら３つのレンズ（群）Ｌ１〜Ｌ３のうちの少なくともいずれかが光軸ＡＸ方向に変位自在であり、フォーカシング及び／又は変倍が可能な構成であってもよい。
【００６２】
図１５はレンズ鏡筒２０５の正面図である。
【００６３】
図１６はレンズ鏡筒２０５の一部を拡大した断面図である。レンズ鏡筒２０５の内周面には、微小凹凸部を有する反射防止構造体が設けられている。レンズ鏡筒２０５に設けられた反射防止構造体は、例えば図１２で説明した射出成形法によって製造できるものであり、レンズ鏡筒２０５を構成する部材そのものであってもよいし、レンズ鏡筒２０５の内周面に貼り付けられた粘着シートであってもよい。
【００６４】
レンズ鏡筒２０５は像側から光学系２０４に入射する光（一般的には、可視光）を吸収するように構成されている。このため、像側からレンズ鏡筒ユニット２０２に入射する光学系２０４の包括画角以上の光束や光学系２０４を構成するレンズ等の表面における反射に起因する迷光はレンズ鏡筒２０５によって吸収される。従って、撮像装置２０１は、ゴーストやフレア等の発生が抑制され、高い光学性能を有する。
【００６５】
具体的には、光吸収性の材料（例えば、染料や顔料）をレンズ鏡筒２０５に分散混入させる構成としてもよい。又は、レンズ鏡筒２０５を実質的に光吸収性の材料により形成してもよい。可視光を吸収する光吸収性の材料としては、シアン、マゼンタ、イエロー等の複数の色素を混合することによって得られる黒色染料（例えば、有本化学工業株式会社製Ｐｌａｓｔ  Ｂｌａｃｋ  ８９５０や８９７０）や、カーボンブラックなどが挙げられる。また、それら顔料や染料を分散混入させる母体は、例えば、ガラス、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等の樹脂（好ましくは、ガラス転移温度が９０℃以上１７０℃以下の樹脂）やガラス繊維含有樹脂などであってもよい。さらには、レンズ鏡筒２０５にゴミや塵等が付着するのを抑制する観点から、レンズ鏡筒２０５は帯電防止材料を含有するものであることが好ましい。また、レンズ鏡筒２０５は、耐光性（特に紫外光に対する耐光性）が高いものであることが好ましい。
【００６６】
レンズ鏡筒２０５は像側からレンズ鏡筒ユニット２０２に入射する光（厳密にはそのうち反射を抑制すべき波長の光）を吸収するものであり、且つ、その光の反射を抑制するための微小凹凸部１１（図２参照）が内周面２１０に複数形成されているために、レンズ鏡筒２０５の内周面２１０における光の反射は大幅に低減される。
【００６７】
通常、光を透過させるレンズ等の光学素子においては、例えば５０度を超えるような大きな入射光の反射は考慮する必要性は小さい。しかしながら、レンズ鏡筒ユニット２０５の場合は、小さい入射角の光のみが入射するとは限らないため、入射角の比較的大きな入射光の反射を抑制する構成とすることが好ましい。
【００６８】
図１７に示すのは、周期的な凹凸を有する表面（粗面）に微細凹凸部が形成された拡散板（反射防止構造体）の断面図である。拡散板５０の表面（粗面）には、錐状（例えば四角錐状）の構造単位７０，７０が周期的に配列されることによって基礎構造部７が形成され、この基礎構造部７の表面（構造単位７０の斜面７１，７３）に多数の微小凹凸部１１が密集して形成されている。先に説明したように、基礎構造部７はバイトを用いて基板の表面を研削加工することによって形成することができ、微小凹凸部１１は図８及び図９を参照して説明した手順に従って形成することができる。
【００６９】
図１７に示す拡散板５０において、各構造単位７０の斜面７１，７３と基準面５１とのなす角度α（傾斜角α）は、図７で説明した角度θに対応する。具体的に、傾斜角αは５°以上であることが好ましい。傾斜角αを５°以上とすることによって、入射光の入射角が小さくなる。さらに、傾斜角αは４５°であることが好ましい。傾斜角αを４５°にすることによって、基準面５１に対して０°〜９０°の入射角で入射した入射光は、斜面７１，７３に対して−４５°〜４５°の入射角で入射することになり、基準面５１に対してどんな入射角で入射してくる入射光に対しても、斜面７１，７３に対する入射角の絶対値の最大値を４５°以下にできる。
【００７０】
また、レンズ鏡筒２０５は、図１８に示す方法によって製造することができる。図１８（ａ）に示すように、まず、レンズ鏡筒２０５の成形用金型を作製するための基板１３０を準備する。基板１３０の表面１３０ｒは、製造するべきレンズ鏡筒２０５の内径に対応した直径（具体的には等しい直径）の円筒面の一部（例えば９０°の角度範囲）によって構成されている。図１８（ｂ）に示すように、基板１３０の表面１３０ｒを粗化することによって粗面１３０ｐを形成し、さらに、微小凹凸部１３２を形成する。基板１３０の表面１３０ｒを粗化する工程及び微小凹凸部１３２を形成する工程は、先に述べた通りである。
【００７１】
本発明では、金属の島状堆積物をマスクとして用いてエッチングを行い、微小凹凸部１３２を形成するので、フォトリソグラフィー技術に随伴する焦点深度の問題が本質的に存在しない。そのため、基板１３０の表面１３０ｒの曲率半径が比較的大きい場合であっても、精度よく微小凹凸部１３２を形成できる利点がある。
【００７２】
次に、図１８（ｃ）に示すように、微小凹凸部１３２を有する基板１３０を上金型１３４と下金型１３０との間に収容させ、型締め後、キャビティＣＶに樹脂を射出する。つまり、基板１３０はインサート型として用いられる。基板１３０の複製型をインサート型として用いてもよい。
【００７３】
図１８（ｄ）に示すように、樹脂成形によって得られた部品１４０は、レンズ鏡筒２０５の一部である。同様の方法で作製した複数の部品を組み合わせることによって、円筒状のレンズ鏡筒２０５が完成する（図１８（ｅ））。このような方法によれば、レンズ鏡筒２０５の内周面のほぼ全域に微小凹凸部を形成できるので、ゴーストやフレアの低減に極めて有効である。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明に係る反射防止構造体は、反射光等の不要光の発生が十分に抑制されたものであるため、撮像装置、照明装置、光走査装置、光ピックアップ装置、ディスプレイ等の種々の光学機器に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】反射防止構造体の一例たる拡散板の斜視図
【図２】拡散板の部分断面図
【図３】入射角と反射率の相関を表すグラフ
【図４】入射角４５度で入射する光の反射光強度を表すグラフ
【図５】θと反射率との相関を表すグラフ
【図６】θaveと反射率との相関を表すグラフ
【図７】表面の図２に示す部分の粗さ形状を表す断面図
【図８】シリコン単結晶基板のテクスチャ構造の説明図
【図９】シリコン単結晶基板の粗面に針状の微小凹凸部を形成する工程の説明図
【図１０】プレス成形によって反射防止構造体を製造する工程の説明図
【図１１】微小凹凸部を有する基板から電鋳によって複製型を作製する工程の説明図
【図１２】複製型を用いて樹脂を成形する工程の説明図
【図１３】反射防止構造体の他の製造方法の工程説明図
【図１４】反射防止構造体を適用した撮像装置の構成を表す概略図
【図１５】レンズ鏡筒の正面図
【図１６】レンズ鏡筒の一部を拡大した断面図
【図１７】周期的な凹凸を有する表面に微細凹凸部が形成された反射防止構造体の断面図
【図１８】レンズ鏡筒の製造方法の工程説明図
【符号の説明】
【００７６】
１，４１，５０  拡散板（反射防止構造体）
１０，２７ｐ，６６ｐ  表面（粗面）
１１，２９，４０，６８  微小凹凸部
１２，５１  基準面
１３  接平面
２７  シリコン単結晶基板
６６  複製型
１０５Ａ  樹脂成形品（反射防止構造体）
【図１】
2009128543.tif 000003
【図２】
2009128543.tif 000004
【図３】
2009128543.tif 000005
【図４】
2009128543.tif 000006
【図５】
2009128543.tif 000007
【図６】
2009128543.tif 000008
【図７】
2009128543.tif 000009
【図８】
2009128543.tif 000010
【図９】
2009128543.tif 000011
【図１０】
2009128543.tif 000012
【図１１】
2009128543.tif 000013
【図１２】
2009128543.tif 000014
【図１３】
2009128543.tif 000015
【図１４】
2009128543.tif 000016
【図１５】
2009128543.tif 000017
【図１６】
2009128543.tif 000018
【図１７】
2009128543.tif 000019
【図１８】
2009128543.tif 000020