JP4417881B2 - 微細構造を有する部材の製造方法、およびその製造方法に用いる露光方法 - Google Patents

Description

本発明は、微細構造を有する部材の製造方法、およびその製造方法に用いる露光方法に関し、特定的には反射防止構造体などのサブミクロンの周期構造を有する部材の製造方法、及びその製造方法に用いられる露光方法に関する。

光反射防止が施された光学素子は様々な用途で用いられている。反射防止処理の手法としては、例えば蒸着、スパッタリング、あるいは塗装等によって、低屈折率層単層膜あるいは低屈折率層と高屈折率層との多層膜からなる反射防止層を設ける等の技術が一般的である（特許文献１）。しかしながら、蒸着やスパッタリングなどによる反射防止層は、生産性及びコストに課題があった。反射防止層を形成する方法では波長依存性が大きく、所定の波長以外での反射防止効果は小さくなり、撮像系などにおいて必要とされる可視光領域全域で良好な反射防止効果を実現することは非常に困難である。また、入射角が大きくなると反射防止効果は小さくなる角度依存性の課題がある。

光学素子表面に入射光の波長以下の大きさの微細構造を付加することにより、微細構造層の屈折率を変えることができることが知られている(非特許文献１)。反射を防止しようとする波長以下の周期であり、反射を防止しようとする波長の０．４倍以上の高さである断面が三角波状の微細構造を光学素子表面に形成すると、光学素子表面での屈折率の急激な変化は、滑らかになり、不要な反射光を生じさせることなく、入射光を光学素子内部へと進入させることができる。微細構造による光学素子の光反射防止処理方法は、前述の多層膜からなる反射防止処理方法にくらべて、波長依存性が小さく、角度依存性についても改善される(非特許文献２)。

微細構造により、可視光領域の光に対する反射防止機能を実現するには、サブミクロン領域の加工法が求められる。このようなサブミクロン領域の微細構造の形成方法として、フォトリソグラフィ技術、Ｘ線リソグラフィ技術(特許文献３)、２光束干渉露光技術(非特許文献３)、電子ビーム描画技術（特許文献２）などとエッチング技術などを組み合わせることにより形成する手法が提案されてきた。例えば、光学素子の材料（例えば、石英ガラス）表面に電子ビーム（ＥＢ）描画などの方法を用いて、直接サブミクロンピッチのパターンのマスクを形成し、ドライエッチングにより光学素子材料のマスクで覆われた以外の部分を微細加工する方法がある（特許文献２）。
特開２００１−１２７８５２号公報 特開２００１−２７２５０５号公報 特開昭５６−２６４３８号公報 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 サーフェイス ウィズ コンティニュアス ワン ディメンジョナル サーフェイス プロフィールズ (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 エリック Ｂ．グラン(Eric B. Grann)、Ｍ．Ｇ．モーラン(M. G. Moharam)、ドリュー Ａ．ポメ(Drew A. Pommet)、「オプティマル デザイン フォー アンチリフレクティブ テイパード ツゥー ディメンジョナル サブウェーブレンクス グレイティング ストラクチャーズ (Optimal design for antireflective tapered two-dimensional subwavelength grating structures)」、 ジャーナル・オブ・オプティカルソサエティ・オブ・アメリカ Ａ(Journal of the Optical Society of America A)、第１２巻 第２号(Vol. 12, No. 2)、 Ｐ．３３３−３３９、１９９５年 ユウゾウ・オノ(Yuzo Ono)、ヤスオ・キムラ(Yasuo Kimura)、ヨシノリ・オオタ(Yoshinori Ohta)、ノブオ・ニシダ(Nobuo Nishida)、「アンチレフレクション エフェクト イン ウルトラハイ スペイシャル ホログラフィック グレイティングス (Antireflection effect in ultrahigh spatial-frequency holographic relief gratings)」、 アプライド・オプティクス(Applied Optics)、第２６巻 第６号(Vol. 26, No.6)、Ｐ．１１４２−１１４６、１９８７年

レンズなどの曲面をもつ光学素子表面にサブミクロンの周期構造を付加するとき、曲面への加工、最小分解能、加工の容易さの３つの点全てにおいて満足する方法は、これまでに提案されていない。

例えば、フォトリソグラフィ技術は、最小分解能が優れているが、焦点深度が浅く、露光される面が平面である必要がある。

また、特許文献３に記載されたようなＸ線リソグラフィ技術には、マスクと部材の間を密着もしくは微小空隙を開けて露光する方法、マスクと部材を離して露光する方法が提案されている。ところが、前者は分解能に優れるものの、マスクと部材とを密着させるか、もしくは微小空隙を介して対向させるため、ほとんど作動距離は無い。このため、部材はマスクと同一面形状が必要とされ、事実上平面基板への加工に限定される。後者は、作動距離が長く表面形状は任意であるため、曲面加工への応用もできるが、マスクにおいてＸ線が回折するため、分解能は低下する。

非特許文献３に記載されたような２光束干渉露光技術は、曲面の表面への加工は可能であるが、部材への露光時の振動を受けやすく、安定的に部材表面へ微細構造を形成することは容易ではない。

特許文献２に記載されたような電子ビーム描画技術は、部材表面が平面である必要があり、また、部材表面を逐次走査する方法であるため部材作成に時間がかかり、数十平方ミリメートルオーダ以上の面積を必要とする光学素子の製造には、適当ではない。

そこで、本発明の目的は、曲面上にサブミクロンの周期的な微細構造を容易に形成する製造方法を提供することである。本発明の他の目的は、この製造方法に好適に用いられる露光方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の製造方法は、周期Ｐの格子パターンを有するマスクを準備する準備工程と、マスクを介して、スペクトル幅がΔλである光を部材に照射する照射工程とを備え、照射工程において、マスクと部材との距離ｄをｄ≧２Ｐ²／Δλとすることにより、部材表面上に周期がＰ／２となる強度分布を形成する。

本発明によれば、曲面上にサブミクロンの周期的な微細構造を容易に形成する製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、この製造方法に好適に用いられる露光方法を提供することができる。

（原理説明）
図１は、実施の形態にかかる露光方法を示す概略図である。図１を参照して、実施の形態の露光方法を説明する。図１において、マスク１１と部材１２とが、対向して配置されている。部材１２は、表面に微細構造を形成すべき基板である。マスク１１と部材１２との間の最も近接する間隔をｄとする。また、部材１２は、感光性をもつ材料が表面に形成されている。なお、部材１２自体が感光性を持つ材料から形成されていてもよい。図１において、図示しない光源から射出された光は、マスク１１を通過して部材１２に照射される。

図２は、実施の形態にかかる振幅型マスクの概略図である。振幅型マスクは、光吸収部２１と、光透過部２２とを含む。光吸収部２１と光透過部２２とは、有効領域２３内に配置される。光吸収部２１と光透過部２２とは、周期Ｐでストライプ状に配置されている。光吸収部と光透過部はそれぞれ幅Ｐ／２であり、マスクの有効領域に占める割合はそれぞれ５０％である。

はじめに、露光時のマスク１１と部材１２との距離Ｐについて述べる。以下、図２のマスクを用いて、空間コヒーレンス度が高い波長λの単色光を光源として、露光する場合について考える。マスク１１と部材１２の距離ｄを連続的に変化させると、光の回折と干渉により、部材１２の表面上の強度分布は、図３に示すように、マスクからの伝播距離により周期的に強度パターンが変化する。図３は、タルボットイメージの概略図である。

図３において、強度パターンは、周期Ｐのマスクと同一の強度分布(タルボットイメージ)→マスクの半分の周期(Ｐ／２)の強度分布(タルボットサブイメージ)→周期Ｐのマスクを反転させた強度分布(反転タルボットイメージ)→タルボットサブイメージ→タルボットイメージの順に変化する。タルボットイメージが繰り返されるサイクル(タルボット周期)１周期分の距離は、２Ｐ²／λである。

ここで、複数の異なる波長を持つ複数の光を発振する光源を用いて、マスクを用いて露光する場合、タルボット周期が光源を構成する波長により異なる。すなわち、マスクと部材表面の距離が離れると、前記部材表面上での強度分布は、波長ごとに異なる。スペクトル幅Δλ内に、２つ以上の波長を含むとき、部材表面での強度分布は、波長毎に異なる強度分布を積分した分布となる。

ここで、連続スペクトルであるような光源を考え、前記光源の短波長端の波長をλ、長波長端の波長をλ＋Δλとする。マスクと部材の距離ｄの間に、波長λ＋Δλのタルボット周期が波長λのタルボット周期に比べて１周期以上多く含まれるような距離ｄを考えると、
ｄ／(２Ｐ²／λ)−ｄ／(２Ｐ²／(λ＋Δλ))≧１、
となり、これを解くと、
ｄ≧２Ｐ²／Δλ (１)
となる。
式(１)を満たす距離ｄにおいて、波長λと波長λ＋Δλの間にある波長の光がタルボット周期１周期分に含まれる強度分布全てを作り出す。よって、波長ごとに異なる強度分布を積分した結果は、タルボット周期１周期分の強度分布を積分した結果と等しくなる。

図４は、マスク透過直後の入射光の強度分布を示すグラフである。また、図５は、タルボット周期１周期分を積分した強度分布を示すグラフである。図４及び図５において、横軸は、マスク１１のピッチを単位としてマスクの中心を基準とした位置を示し、縦軸は、入射光の最大強度を基準とした相対的な強度分布を示す。図４に示した強度分布の光が部材に入射すると、部材１２上にタルボット１周期分の強度分布を積分した強度分布が形成される。図５から明らかなように、部材１２表面上の強度分布の周期は、Ｐ／２である。

図６は、マスクのからの距離と光強度分布を示す概略図である。図６は、連続スペクトル光がマスクに入射した時の、マスクからの距離と光強度分布の関係を模式的に表している。したがって、マスクからの距離が０のときは、マスク透過直後の強度分布６１を表している。図６において、ｄ≧２Ｐ²／Δλの場合、光の伝播方向に対し、垂直方向の光強度分布は、周期がＰ／２の三角波状の強度分布６２となる。

このように、実施の形態の露光方法を用いた場合、マスクと部材の距離がｄ≧２Ｐ²／Δλを満たしていれば、マスクと部材との距離に関係なくほぼ一定の周期を持つ強度分布を得ることができることがわかる。言い換えれば、マスクと部材表面の距離が一定でない曲面形状をもつ部材表面であっても、実施の形態の露光方法を用いることにより、一定の周期を持つ強度分布を得ることができる。実際には、マスクと部材とｄ距離を大きく離すと、光源の大きさ、空間コヒーレンスなどについて高い性能を要求される。このため、マスクと部材の距離は、光源に含まれる波長λの１０⁶ 倍以下であることが望ましい。

次に、光源の波長について述べる。上述の露光方法は、露光に用いられる波長に依存することなく同様の作用効果を奏する。したがって、１μｍ以下の波長である近赤外光、可視光、紫外光、Ｘ線光などを用いて、上述の露光方法を実施することが可能である。１μｍ以下の波長を持つ光は、従来の切削加工や研削加工などが困難なサブミクロン領域以下の構造を形成することが可能であるため、特に効果的である。

次に、光源のスペクトルについて述べる。光源のスペクトルは、連続スペクトルであることが最も望ましい。このような性質を持つ光源として、高い空間コヒーレンスと幅広い連続スペクトルを有するシンクロトロン放射光や短パルスレーザを用いて発生させたスーパーコンティニュアム光がある。また、擬似的に連続スペクトルを実現する光源として、多波長レーザ光がある。また、スペクトル幅Δλの範囲に２つ以上の波長の光を含む光源であっても、類似の効果を得ることができる。

図７は、５波長の光を含む光源を用いた時のマスクからの距離と光強度分布の変化をシミュレーションした結果を示すグラフである。また、図８は、３３波長の光を含む光源を用いた時のマスクからの距離と光強度分布の変化をシミュレーションした結果を示すグラフである。図７に示す５波長の場合、ｄ≧２Ｐ²／Δλでは振幅の変動はあるものの、おおむねＰ／２の周期の強度分布となっていることがわかる。図８の３３波長の場合、ｄ≧２Ｐ²／Δλでは振幅の変動はほとんど無く、Ｐ／２の周期の強度分布となっていることがわかる。

次に、露光により形成された微細構造の形状について述べる。図９（ａ）は、平面基板に微細構造を形成するときの露光方法を示す概略図、図９（ｂ）は、微細構造が形成された平面基板の断面図である。図９（ａ）において、部材９１は平板形状を持ち、マスク１１と距離ｄを隔てて対向して配置される。ここで、距離ｄは、ｄ≧２Ｐ²／Δλを満たす。この条件で露光した後、現像すると、図９（ｂ）に示すように微細形状が部材表面に形成される。微細構造９２が付加された部材は、図５に示す強度分布に対応しており、微細構造の周期はＰ／２である。断面が三角波形状である微細構造は、光学部材の反射防止目的に好適であり、実施の形態の露光方法により、反射防止に適した微細形状を１回の露光で実現できる。

図９に示した部材は平面形状であったが、これに限られない。すなわち、実施の形態の露光方法は、ｄ≧２Ｐ²／Δλを満たしていれば、マスクと部材の距離が変わっても強度分布の変化が小さいため、マスクと部材表面の距離が一定ではないような、表面が球面、非球面、円筒面、自由曲面などの曲面形状をもつ部材であっても、微細構造を形成するための露光を行うことができる。なお、表面が凹面、凸面、あるいは、凹面と凸面の両方を含む面であっても、微細構造を形成するための露光を行うことができる。

微細構造を付加しようとする部材の面は、光源に近い面（対向した側の面）が最適である。部材の光源から遠い面に微細構造を形成しようとした場合、部材内部における露光光源の光の内部損失が課題となる。内部損失が大きくなければ、光源から遠い面であっても微細構造を形成することができる。

図１０（ａ）は、球面レンズに微細構造を形成するときの露光方法を示す概略図、図１０（ｂ）は、微細構造が形成された球面レンズの断面図である。図１０（ａ）において、部材１０１は凸の球面レンズ形状を持ち、マスク１１と最短部分で距離ｄを隔てて対向して配置される。ここで、距離ｄは、ｄ≧２Ｐ²／Δλを満たす。この条件で露光した後、現像すると、図１０（ｂ）に示すように微細形状が部材表面に形成された球面レンズ１０２を得る。このように、マスク１１が最も近づく距離がｄ≧Ｐ²／Δλの条件を満たしていれば、部材照射面全面にわたり、周期がＰ／２となる微細構造を形成できること示している。

次に、露光に用いることのできるマスクの格子周期Ｐについて述べる。マスクの周期は、露光光源に含まれる光（波長：λ）が透過できなければならないため、Ｐ≧λでなければならない。また、本発明の露光方法をサブミクロン領域の加工に用いる場合は、Ｐ／２≦１μｍ、すなわちＰ≦２μｍである必要がある。

次に、マスクの光透過部と光遮蔽部のマスク透過直後の光強度比について述べる。図１１は、マスクコントラスト２であるマスクを用いた時のマスクからの距離と光強度分布の変化をシミュレーションした結果を示すグラフである。また、図１２は、マスクコントラスト５であるマスクを用いた時のマスクからの距離と光強度分布の変化をシミュレーションした結果を示すグラフである。

図１１は、図２に示すマスク透過直後の光透過部の光強度を１とし，光遮蔽部の光強度を０．５（マスクコントラスト２)とした場合のマスクからの距離ｄと強度分布の関係をシミュレーションした結果を示している。同様に、図１２は、マスク透過直後の光透過部の光強度を１とし，光遮蔽部の光強度を０．２（マスクコントラスト５）とした場合のマスクからの距離ｄと強度分布の関係をシミュレーションした結果を示している。

ここで、マスクコントラストとは、マスク直後の光透過部の光強度とマスク直後の光遮蔽部の光強度比を表し、(マスク直後の光透過部の最大光強度)／(マスク直後の光遮蔽部の最小光強度)により定義される。図１１及び図１２等を考慮すると、マスクコントラストは、最低２以上(図１１)、望ましくは５以上(図１２)必要である。マスクコントラストが２未満であると、部材表面上での強度分布のコントラストが低下し、微細な構造を部材表面に形成することができない。

次に、マスクの光透過部と光遮蔽部の構成面積比率について述べる。図１３は、光透過部面積が７５％である振幅型マスクの概略図である。図１４は、光透過部面積が７５％であるマスクを用いた時のマスクからの距離と光強度分布の変化をシミュレーションした結果を示すグラフである。

マスクの光透過部面積が有効領域面積の５０％を超えると、部材表面上において互いに隣り合う強度分布が重なり合うため、コントラストが悪化する。図１４からわかるように、図８を用いて示した透過部面積を５０％とした時と比べて、コントラストが低下していることがわかる。良好なコントラストを得るためには、マスクの光透過部面積を７５％未満とする必要がある。

以下、マスクの製造方法の一例を説明する。はじめに、石英ガラスなどの光源の光を透過する平面基板上に、光源の光を吸収するＴａ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｆｅの元素のうち１種類以上を含んでいる吸収材をスパッタリング法などにより部材表面に吸収層として形成する。次に、電子ビーム描画装置を用いて、光透過部の吸収層を除去する。この方法により、所望の光吸収部を持つマスクを製造することができる。

以上、実施の形態の露光方法について説明したが、以上の説明は例示であり、これに限定されない。例えば、実施の形態では、振幅変調型マスクを用いて説明をしたが、振幅変調型に限らず、位相変調型のマスク、あるいは、振幅位相変調型のマスクでも同等の効果を得ることができる。

また、実施の形態では、マスクの変調は２値である場合を示したが、これに限られない。変調の周期がＰであるような条件の下で、マスクの変調を３値以上の多値、あるいは連続変調としてもよい。これらの場合においては、部材表面の強度分布は異なることもあるが、その強度分布の周期はＰ／２であり、実施の形態と同様の作用効果を奏する。

また、実施の形態では、１次元格子からなるマスクを用いて説明したが、入射光に対し２次元方向に変調を与える２次元格子からなるマスクであってもよい。２次元格子は、２つ以上の独立した格子ベクトルから構成され、１次元格子に分解して考えることができる。したがって、各１次元格子の周期は、同じであっても、互いに異なっていても、部材表面上での光の強度分布の周期が半分になる点は、変わらない。

以上の露光方法により、部材上に様々な微細構造を製造することが可能になる。このような微細構造は、光学部材の反射防止を目的とした反射防止構造体の他、光学部材の素材が本来もたない特性を付与するも目的にも用いることができる。例えば、異方性をもたない光学部材表面に異方性をもつ微細構造を付加した場合には、波長板、偏光板、偏光ビームスプリッタ、偏光ミラーなどの偏光素子の効果を得ることができる。また、例えば計測や観測等に用いた場合においては、電波領域からガンマー線領域まで、波長に制限されることなく利用可能である。さらに、実施の形態は、波の性質を利用した技術であるから、音波であっても適用可能である。

以上のように、実施の形態の微細構造の製造方法によれば、曲面形状をもつ光学部材や光吸収体の表面にサブミクロンの微細周期構造を容易に形成することができる。特に実施の形態にかかる露光方法を用いることにより、マスクと部材表面の距離が一定でない曲面形状をもつ部材表面であっても、マスクと部材の表面の距離ｄがｄ≧２Ｐ²／Δλを満たしていれば、マスクの周期Ｐの半分の一定の周期Ｐ／２の微細周期構造を形成することができる。また、実施の形態の微細構造の製造方法によれば、マスクの格子周期が所望の格子周期の２倍となるため、マスクを容易に作成することができる。さらに、実施の形態の微細構造の製造方法によれば、マスクと部材の距離が離れているため、マスクと部材を密着もしくは微小空隙を開けて露光する方法と比較すると、生産性を向上させることができる。加えて、実施の形態の微細構造の製造方法によれば、回折・干渉により、部材表面上の光強度分布が連続的に変化するため、１回の露光で連続的な三角波形状を得ることができる。

（実施例１）
図１５を参照して、実施例１の微細構造の製造方法を説明する。図１５（ａ）〜（ｃ）は、実施例１にかかる平面基板へ微細構造を形成する方法の概略図である。図１５において、はじめに、図１５（ａ）に示すような、１次元格子である振幅型のＸ線用のマスク１５１を準備した。マスク１５１は、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板上にＴａをスパッタリング法により厚さ１μｍの吸収層を形成し、電子ビーム描画装置によりＸ線透過部のＴａを除去して作成した。マスク１５１は、有効領域１５２の大きさが２０ｍｍ×２０ｍｍで、Ｘ線透過部１５３とＸ線遮蔽部１５４との幅は、共に２００ｎｍとした。

次に、マスク１５１に、大きさ３０ｍｍ×３０ｍｍのＰＭＭＡ(アクリル樹脂)の透明平面基板の部材１５２を対向させて露光を行った。図１５（ｂ）に示すように、シンクロトロン放射光によるＸ線光源からＸ線を照射した。Ｘ線光源の中心波長は０．３６ｎｍ、スペクトル幅は０．３６ｎｍである。また、Ｘ線光源のスペクトル分布は、ガウス分布であり、マスク１５１と部材１５２との距離ｄは、１．５ｍｍである。以上の条件で、部材１５２の上方から部材にＸ線を露光した。露光量は１０Ａ・ｍｉｎであった。露光後、２−(２−ｎ−ブトキシエトキシ)エタノールを主成分とする現像液に３分間浸漬して、部材の上側表面に周期２００ｎｍ、高さ４００ｎｍの１次元周期の微細構造を持つ部材１５６を作製した。

微細構造を形成した部材１５６の反射率は、直線偏光であるＨe−Ｎｅレーザ光を用いて測定したところ、反射散乱光を含めて０．１％以下であった。なお、測定に用いたＨe−Ｎｅレーザ光の偏光方向は、部材の周期構造の格子ベクトルに対し平行方向に合わせ測定した。なお、露光時に部材をマスクに対し±５°傾け、マスクと部材が最も近づく距離を１．５ｍｍとして露光した場合においても、マスクと部材を平行にして露光した場合と同様に、部材の上側表面に周期２００ｎｍ、高さ４００ｎｍの１次元周期の微細構造を形成できた。

（実施例２）
実施例２にかかる微細構造の製造方法を説明する。図１６（ａ）〜（ｄ）は、実施例２にかかる平面基板へ２次元微細構造を形成する方法の概略図である。実施例２において、露光に際して、実施例１と等しい光源とマスク１５１と、部材１５２とを用いた。実施例１と同様に、部材１５２をマスク１５１の距離ｄが、１．５ｍｍとなるように設置し、実施例１と同一条件にて部材表面にＸ線を露光した。図１６（ａ）は、図１５（ａ）と同様のマスク１５１を表す概略図である。図１６（ｂ）は、１回目の露光が終了したあとの部材１６１の表面における露光量の分布を示す。図１６（ｂ）において、１回目の露光で強く露光された部分は１６１で示されている。

次に、部材１６１の方向を９０度回転させ、１回目と同じ露光条件にて２回目の露光を行った。図１６（ｃ）は、２回目の露光が終了したあとの部材表面における露光量の分布を表す概略図である。１、２回目の露光で強く露光された部分は１６２、１回目もしくは２回目の露光で強く露光された部分は１６３で示されている。実施例１と同様の現像方法により、部材１６１を現像し、部材１６１の表面に周期２００ｎｍ、高さ４００ｎｍの２次元周期の微細構造を形成した部材１６４を作製した（図１６（ｄ））。微細構造を形成した部材１６４の反射率は、円偏光であるＨｅ−Ｎｅレーザ光を用いて測定したところ、反射散乱光を含めて０．１％以下であった。

（実施例３）
実施例３にかかる微細構造の製造方法を説明する。図１７（ａ）は、実施例３にかかる球面レンズの露光方法、図１７（ｂ）は、微細構造が形成された球面レンズの概略図である。実施例３において、実施例２と同様の露光方法、現像方法を用い、球面形状をもつ部材表面１７１に周期２００ｎｍ、高さ４００ｎｍの２次元周期パターンである微細構造を形成した。部材の直径は２５ｍｍ、照射領域におけるレンズのサグ量は２ｍｍであった。図１７（ａ）に示ように、部材１７１の球面側表面を上に向け、部材とマスクが最も近づく場所での距離が１．５ｍｍ以上離れるように部材を設置しＸ線を露光した。露光後、部材１７１を現像し、部材１７１の球面側表面に周期２００nm、高さ４００nmの２次元周期パターンである微細構造を形成した。微細構造が付加された球面レンズ１７２の反射率を、円偏光であるＨｅ−Ｎｅレーザ光を用いて測定したところ、反射散乱光を含めて０．１％以下であった。

（実施例４）
実施例４にかかる微細構造の製造方法を説明する。図１８（ａ）は、実施例４にかかる非球面レンズの露光方法、図１８（ｂ）は、微細構造が形成された非球面レンズの概略図である。実施例３と同様の露光方法、現像方法を用い、非球面形状をもつ部材１８１の非球面表面に周期２００ｎｍ、高さ４００ｎｍの２次元周期パターンである微細構造を形成した。部材の直径は２５ｎｍ、照射領域におけるレンズのサグ量は２ｍｍであった。微細構造を形成した部材１８２の反射率は、円偏光であるＨｅ−Ｎｅレーザ光を用いて測定したところ、反射散乱光を含めて０．１％以下であった。

（実施例５）
実施例５にかかる微細構造の製造方法を説明する。実施の形態３と同様の露光方法、現像方法を用い、黒色ＰＭＭＡ(アクリル樹脂)シートの部材表面に周期２００ｎｍ、高さ４００ｎｍの２次元周期パターンである微細構造を形成した。微細構造を形成した黒色ＰＭＭＡ(アクリル樹脂)シートの反射率は、円偏光であるＨｅ−Ｎｅレーザ光を用いて測定したところ、反射散乱光を含めて０．１％以下であった。この黒色ＰＭＭＡシートは、他部材に添付することにより、反射防止付加材として用いることが可能である。ここで、反射防止付加材とは、反射防止効果をもつ部材であり、この反射防止効果をもつ部材を反射防止したい別の部材の一部あるいは全体と接合し、反射防止したい部材に所望の反射防止効果を付加することを目的とした部材である。

（実施例６）
実施例６にかかる微細構造の製造方法を説明する。図１９（ａ）は、微細構造が形成された鏡筒部品の概略断面図、図１９（ｂ）は、微細構造が形成された鏡筒部品を組み立てた鏡筒の概略断面図である。実施例３と同様の露光方法、現像方法を用い、黒色ＰＭＭＡ(アクリル樹脂)を成形した鏡筒部品に微細構造を付加した。まず、直径１５mmの円筒鏡筒を１２０度ごとに３分割した鏡筒部品を樹脂成形により製作し、それぞれの部品内側に２００ｎｍ、高さ４００ｎｍの２次元周期パターンである微細構造を付加した。微細構造を付加した鏡筒部品を図１９（ａ）に示す。３つの部品を貼り合わせることにより、樹脂鏡筒を製作した（図１９（ｂ）)。微細構造を形成した鏡筒の反射率は、円偏光であるＨｅ−Ｎｅレーザ光を用いて測定したところ、反射散乱光を含めて０．１％以下であった。微細構造を形成した鏡筒にレンズを挿入し、フレア光の検査をしたところ、従来の微細技術に比べ、極めて良好な特性を示した。

（実施例７）
実施例７にかかる微細構造の製造方法を説明する。図２０（ａ）は、２次元格子である振幅型マスクの概略図、図２０（ｂ）は、微細構造体が形成された平面基板の概略図である。実施例７の微細構造の製造において、実施例１と同様の部材を用いた。図２０（ａ）において、マスク２０１は、２次元格子の振幅型マスクである。マスク２０１の周期は、互いに直交する２方向についていずれも４００ｎｍである。部材とマスクとの距離ｄが１．５ｍｍとなるように設置し、実施例１と同一条件にて部材表面にＸ線を露光した。実施例１に用いた現像方法により、部材を現像し、部材表面に周期２００ｎｍ、高さ４００ｎｍの２次元周期パターンである微細構造を形成した（図２０（ｂ））。微細構造を形成した部材２０２の反射率は、円偏光であるＨｅ−Ｎｅレーザ光を用いて測定したところ、反射散乱光を含めて０．１％以下であった。

本発明は、デジタルカメラやプリンタ装置などに用いられるレンズ素子、プリズム素子など光路中の光線に対する反射防止処理が必要な光学機能面を持つ光学素子に好適である。また、本発明は、それら光学素子の保持に用いられる構造部材や光学素子を含む機器全体を保護する筐体部材などに適用することにより、不要光を防止する反射防止面とすることができる。さらに、本発明は、半導体レーザ素子や発光ダイオードなどの発光素子や、フォトダイオードなどの受光素子、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子や、光通信に用いられる光スイッチや分岐器などの各種デバイスにおいて、反射防止処理が必要な部分に形成することにより、各デバイスの機能を向上させることができる。さらに、本発明は、液晶表示パネルや有機エレクトロルミネッセンスパネル、プラズマ発光パネルなどのディスプレイパネルの表示部分に適用してもよい。その他、本発明は、光学機器に用いられる反射防止処理が必要なあらゆる部材に対して広く適用可能である。また、本発明は、波長板、偏光板、偏光ビームスプリッタ、偏光ミラーなどの偏光素子にも適用可能である。

実施の形態にかかる露光方法を示す概略図 実施の形態にかかる振幅型マスクの概略図 タルボットイメージの概略図 マスク透過直後の入射光の強度分布を示すグラフ タルボット周期１周期分を積分した強度分布を示すグラフ マスクのからの距離と光強度分布を示す概略図 ５波長の光を含む光源を用いた時のマスクからの距離と光強度分布の変化をシミュレーションした結果を示すグラフである。 ３３波長の光を含む光源を用いた時のマスクからの距離と光強度分布の変化をシミュレーションした結果を示すグラフ （ａ）は、平面基板に微細構造を形成するときの露光方法を示す概略図、（ｂ）は、微細構造が形成された平面基板の断面図 （ａ）は、球面レンズに微細構造を形成するときの露光方法を示す概略図、（ｂ）は、微細構造が形成された球面レンズの断面図 マスクコントラスト２であるマスクを用いた時のマスクからの距離と光強度分布の変化をシミュレーションした結果を示すグラフ 、マスクコントラスト５であるマスクを用いた時のマスクからの距離と光強度分布の変化をシミュレーションした結果を示すグラフ 光透過部面積が７５％である振幅型マスクの概略図 光透過部面積が７５％であるマスクを用いた時のマスクからの距離と光強度分布の変化をシミュレーションした結果を示すグラフ （ａ）〜（ｃ）は、実施例１にかかる平面基板へ微細構造を形成する方法の概略図 （ａ）〜（ｄ）は、実施例２にかかる平面基板へ２次元微細構造を形成する方法の概略図 （ａ）は、実施例３にかかる球面レンズの露光方法、（ｂ）は、微細構造が形成された球面レンズの概略図 （ａ）は、実施例４にかかる非球面レンズの露光方法、（ｂ）は、微細構造が形成された非球面レンズの概略図 （ａ）は、微細構造が形成された鏡筒部品の概略断面図、（ｂ）は、微細構造が形成された鏡筒部品を組み立てた鏡筒の概略断面図 （ａ）は、２次元格子である振幅型マスクの概略図、（ｂ）は、微細構造体が形成された平面基板の概略図

符号の説明

１１ マスク
１２ 微細構造を形成する部材
２１ 光遮蔽部
２２ 光透過部
２３ マスクの有効領域
６１ マスク透過直後の強度分布
６２ 周期がＰ／２の三角波状の強度分布
９１ 平面基板
９２ 微細構造が形成された平面基板
１０１ 球面レンズ
１０２ 微細構造が形成された球面レンズ
１５１ マスク
１５２ マスクの有効領域
１５３ 光透過部
１５４ 光遮蔽部
１５５ 平面基板
１５６ 微細構造が形成された平面基板
１６１ １回目の露光で強く露光された部分
１６２ １，２回目の露光で強く露光された部分
１６３ １回目もしくは２回目の露光で強く露光された部分
１６４ ２次元周期の微細構造を形成した平面基板
１７１ 球面レンズ
１７２ 微細構造が形成された球面レンズ
１８１ 非球面レンズ
１８２ 微細構造が形成された非球面レンズ
１９１ 微細構造が形成された鏡筒部品
２０１ ２次元格子マスク
２０２ ２次元格子マスクにより微細構造が形成された平面基板

Claims (25)

1. 周期Ｐの格子パターンを有するマスクを準備する準備工程と、
   前記マスクを介して、スペクトル幅がΔλである光を部材に照射する照射工程とを備え、
   前記照射工程において、前記マスクと前記部材との距離ｄをｄ≧２Ｐ²／Δλとすることにより、前記部材表面上に周期がＰ／２となる強度分布を形成する、露光方法。
2. 前記照射工程において、前記部材は、光源の波長に感光する材料を含む材料である、請求項１記載の露光方法。
3. 前記照射工程において、前記光は、１μｍ以下の波長を含む、請求項１記載の露光方法。
4. 前記照射工程において、前記光は、スペクトル幅Δλ内において、連続スペクトル、もしくは、５波長以上のスペクトルを含む、請求項１記載の露光方法。
5. 前記準備工程において、前記マスクは、周期Ｐが２μｍ以下の格子パターンを有する、請求項１記載の露光方法。
6. 前記準備工程において、前記光に含まれる波長をλとし、周期ＰがＰ≧λとなるような格子パターンを有するマスクを用いる、請求項１記載の露光方法。
7. 前記照射工程において、前記マスクと前記部材との距離ｄが、前記光に含まれる波長λの１０⁶倍以下である、請求項１記載の露光方法。
8. 前記照射工程において、前記部材の表面上の位置により、前記マスクと前記部材との距離ｄが一定ではない表面形状をもつ部材に用いる、請求項１記載の露光方法。
9. 請求項１記載の露光方法を複数回用いる、請求項１に記載の露光方法。
10. 請求項１記載の露光方法に続けて、前記部材を現像することにより前記部材に微細構造を形成する、微細構造を有する部材の製造方法。
11. 前記微細構造は、凹面、凸面、あるいは凹面と凸面の両方を含む面に形成される、請求項１０に記載の微細構造を有する部材の製造方法。
12. 前記微細構造は、反射を抑制しようとする光の波長以下の周期であり、高さが反射を防止しようとする光の波長の０．４倍以上である、反射防止構造体である、請求項１０に記載の微細構造を有する部材の製造方法。
13. 前記微細構造は、異方性をもち、前記部材を偏光素子として機能させる、請求項１０に記載の微細構造を有する部材の製造方法。
14. 前記照射工程において、前記マスクは、振幅変調型マスクである、請求項１記載の露光方法。
15. 前記マスクの最小光透過率と最大光透過率の比が１:２以上である、ことを特徴とする請求項１４記載の露光方法。
16. マスクの最小光透過率と最大光透過率の比が１:５以上である、請求項１５記載の露光方法。
17. 前記マスクの周期的な格子構造を有する有効領域において、マスクの最小光透過率と最大光透過率との和の半分以上の光透過率をもつ領域の面積が７５％以下である、請求項１４記載の露光方法。
18. 前記マスクの周期的な格子構造を有する有効領域において、マスクの最小光透過率と最大光透過率の和の半分以上の光透過率をもつ領域の面積が５０％以下である、請求項１４記載の露光方法。
19. 前記マスクは、周期Ｐのスリットパターンからなるマスクである、請求項１４記載の露光方法。
20. 前記準備工程において、前記マスクは、光吸収材が、反射を防止しようとする光の波長の２倍以下の周期で形成された格子を有する、請求項１記載の露光方法。
21. 前記準備工程において、前記マスクは、位相変調型マスクである、請求項１記載の露光方法。
22. 前記準備工程において、前記マスクは、位相振幅変調型マスクである、請求項１記載の露光方法。
23. 前記準備工程において、前記マスクは、１次元周期格子を含むマスクである、請求項１記載の露光方法。
24. 前記準備工程において、前記マスクは、２以上の格子ベクトルから構成される２次元周期格子を含むマスクである、請求項１記載の露光方法。
25. 前記準備工程において、前記マスクは、互いに相異なる方向の周期が異なる格子を有する、請求項１に記載の露光方法。
    
    

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