JP2005331868A - 反射防止構造を有する光学素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 広い波長域を有する光に対して反射防止効果を持ち、且つ入射角度依存性の小さい反射防止構造を有する光学素子をより少ない工程で製造する。
【解決手段】 光学素子のエッチングに用いるＣＨＦ_３プラズマでエッチングされない球状粒子を基板上に均一に配列し、この球状粒子を酸素プラズマで所定量エッチングして球状粒子の間から基板を露出させることにより球状粒子でマスクされた基板を形成する。このマスクされた基板をＣＨＦ_３ガスでエッチングして基板表面に溝を形成する。次に、酸素プラズマで再び球状粒子を所定量エッチングした後でＣＨＦ_３ガスにより基板を再度エッチングする。この処理を球状粒子消失するまでの間行うと、光学素子上に略錘形状の溝を有する反射防止構造を形成できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学素子およびその製造方法に関し、特に、その表面に反射防止構造を有する光学素子およびその製造方法に関する。

従来より、ガラス等から成る光学素子において、表面反射による戻り光を減少させ且つ透過光を増加させるために表面処理が行われている。この表面処理の具体的な方法として、光学素子表面に微細且つ緻密な凹凸形状を形成する方法が知られている。

このように、光学素子表面に周期的な凹凸形状を設けた場合、光は、光学素子表面を透過するときに回折し、透過光の直進成分が大幅に減少するが、光学素子表面に形成された凹凸形状のピッチが透過する光の波長よりも短い凹凸形状の矩形としたときには、光は回折しないため、そのピッチや深さ等に対応する単一波長の光に対して有効な反射防止効果を得ることができる。さらに、凹凸形状を矩形とするのではなく、山と谷、即ち光学素子材料側と空気側の体積比が連続的に変化するようないわゆる錘形状（錘形状のパターン）とすることにより、広い波長域を有する光に対しても反射防止効果を得ることができることが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２など）。

例えば、特開２００１−２７２５０５号公報では、図９に示すように、光学素子上に光学素子上にドットアレイ状に金属のマスクを形成した後に反応性イオンエッチングを施し、その際金属マスク径が徐々に減少して消失するまでの間、光学素子をエッチングすることにより、光学素子上に錘形状のパターンを形成する方法を開示している。

即ち、図９の（ａ）において、光学基板１上に、電子線レジスト２をスピンコートした後、電子線３で直径１２５ｎｍ、ピッチ２５０ｎｍの円形を描画し、次に同図（ｂ）において、電子線レジスト２の電子線描画した部分を現像により除去して直径Ｄ、ピッチＰの円形を得る。次に同図（ｃ）において、金属４を電子線レジスト２上と電子線レジスト２が除去された部分の光学基板１上とに蒸着し、次に、同図（ｄ）において、電子線レジスト２を全て除去することにより光学基板１上に蒸着された金属４（金属マスク）を得る。次に、同図（ｅ）〜（ｇ）において、金属４が形成された光学基板１を反応性イオンエッチング装置内にセットし、反応ガスを流してエッチングを行うことにより光学基板１上に錘形状のパターンを形成している。
特開２００１−２７２５０５号公報 特開２００３−４３２０３号公報

しかしながら、上記説明した方法では、図９の（ａ）〜（ｄ）に示すように、（１）光学基板にレジストをコートする工程、（２）マスク露光する工程、（３）マスクを現像する工程、（４）電子線レジストを全て除去する工程が必要であり工程が長く、複雑になるなどの問題点がある。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決することを出発点としてなされたものであり、その目的は、より広い波長域を有する光に対して反射防止効果を持ち、且つ入射角度依存性の小さい反射防止構造を有する光学素子をより少ない工程で製造することができる光学素子の製造方法および光学素子を提供することである。

上記目的を達成するための本発明に係る一実施形態の光学素子の製造方法は、以下の構成を有する。すなわち、反射防止構造を有する光学素子の製造方法であって、基板上にドットアレイ状に所定粒径を有する略球状の粒子を配列する粒子配列工程と、前記粒子が配列された基板を第１反応ガスと接触させ、前記粒子を前記第１反応ガスによって選択的にエッチングすることにより前記粒子の間から基板の一部を露出させる粒子エッチング工程と、一部が露出した前記基板を第２反応ガスと接触させ、前記基板の露出した部分を前記第２反応ガスによって選択的にエッチングする基板エッチング工程と、を有し、前記粒子エッチング工程および前記基板エッチング工程による処理を前記基板上に配列された前記粒子が消失するまで、交互に繰り返し行うことによって前記基板上に略錘形状のパターンを形成することを特徴とする。

また、上記目的を達成するための本発明に係る一実施形態の光学素子の製造方法装置は、以下の構成を有する。すなわち、反射防止構造を有する光学素子の製造方法であって、基板上にドットアレイ状に所定粒径を有する略球状の粒子を配列する粒子配列工程と、前記粒子が配列された基板を第１反応ガスと接触させ、前記粒子を前記第１反応ガスによって選択的にエッチングすることにより前記粒子の間から基板の一部を露出させる粒子エッチング工程と、一部が露出した前記基板を第２反応ガスと接触させ、前記基板の露出した部分を前記第２反応ガスによって選択的にエッチングして前記基板上に略円柱状のパターンを形成する基板エッチング工程と、前記略円柱状のパターンが形成された基板を前記第１反応ガスと再び接触させ、前記第１反応ガスによって前記粒子が消失するまで選択的エッチングする粒子消失エッチング工程と、を有することを特徴とする。

また、上記目的を達成するための本発明に係る一実施形態の光学素子の製造方法装置は、以下の構成を有する。すなわち、反射防止構造を有する光学素子の製造方法であって、基板上にドットアレイ状に所定粒径を有する略球状の粒子を配列する粒子配列工程と、前記粒子が配列された基板を第１反応ガスと第２反応ガスとを含む混合ガスに接触させ、前記粒子を前記第１反応ガスによって選択的にエッチングして前記粒子の間から基板の一部を露出させ、続いて前記基板の露出した部分を前記第２反応ガスによって選択的にエッチングする、前記粒子と前記基板のエッチングを同時に行うエッチング工程と、を有し、前記エッチング工程は、前記粒子が前記第１反応ガスによるエッチングによって消失するまでの間行うことにより前記基板上に略錘形状のパターンを形成することを特徴とする。

ここで、例えば、前記粒子配列工程は、前記基板上に所定粒径を有する粒子を含む溶液を塗布することにより行うことが好ましい。

ここで、例えば、前記基板は、石英ガラスまたはガラスによって形成された光学素子であり、前記粒子は、ポリスチレン樹脂粒子およびポリメチルメタクリレート樹脂粒子を含むポリアクリル樹脂粒子のいずれか１つであることが好ましい。

ここで、例えば、前記粒子は、平均粒径が１０〜１０００ｎｍを有する略球状の粒子であることが好ましい。

ここで、例えば、前記第１反応ガスは酸素であり、前記第２反応ガスは、ＣＨＦ_３、ＣＨ_２Ｆ_２、またはＣＨＦ_３およびＣＨ_２Ｆ_２の混合ガスであることが好ましい。

ここで、例えば、前記基板は、環状オレフィン樹脂およびポリカーボネート樹脂を含む透明な樹脂のいずれか１つを用いて形成された光学素子であり、前記粒子は、シリカ粒子であることが好ましい。

ここで、例えば、前記粒子は、平均粒径が１０〜１０００ｎｍを有する略球状の粒子であることが好ましい。

ここで、例えば、前記第１反応ガスはＣＨＦ_３、ＣＨ_２Ｆ_２、またはＣＨＦ_３およびＣＨ_２Ｆ_２の混合ガスであり、前記第２反応ガスは酸素であることが好ましい。

また、上記目的を達成するための本発明に係る一実施形態の光学素子は、上記に記載した反射防止構造を有する光学素子の製造方法によって製造されたことを特徴とする。

本発明によれば、より広い波長域を有する光に対して反射防止効果を持ち、且つ入射角度依存性の小さい反射防止構造を有する光学素子をより少ない工程で製造することができる光学素子の製造方法および光学素子を提供することができる。

以下添付図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
第１の実施形態では、光学素子表面に所定間隔で配列された略錘形状（以下、略錘形状のパターンと称す場合もある）の反射防止構造を有する光学素子の製造方法について、図１〜図５を用いて説明する。さらに、この反射防止構造を有する基板から射出成形用型の製造方法とこの射出成形用型を用いる反射防止構造を有する基板の量産方法について図６を用いて説明する。

［概要］
まず第１の実施形態の反応性イオンエッチング法を用いて光学素子表面上に所定間隔で配列された略錘形状の反射防止構造を形成する製造方法の特徴について説明する。本製造方法の特徴は、光学素子のエッチングに用いる反応ガス（例えば、ＣＨＦ_３ガス）でエッチングされない材料を球状粒子の形態でマスキング材料として用い、この球状粒子を基板上にドットアレイ状（ドットアレイ状とは、図２（ａ）および（ｂ）の模式図に一例を示すように球状粒子が基板上に等間隔で配列された状態をさす。）に配列した後で、この球状粒子を選択的にエッチングする反応ガスを用いてエッチングすることにより球状粒子の間から基板を露出させて、基板表面上に等間隔に並んだドットアレイ状のマスクを容易に形成できる点である。そのため、このマスクを用いると、光学素子上に所定間隔で配列された略錘形状の反射防止構造が容易に形成することができる。

たとえば、図２（ａ）に示すように、光学素子のエッチングに用いる反応ガス（例えば、ＣＨＦ_３ガス）でエッチングされない球状粒子１−０（例えば直径２００ｎｍ程度）をスピンコーティング方法などを用いて基板２上にドットアレイ状（球状粒子が基板に等間隔で配列された状態）に配列させる。次に、この基板２を球状粒子のみを選択的にエッチングする第１反応ガス（例えば、酸素ガスなど）と接触させて等間隔に並んだ球状粒子を所定量（例えば、５０ｎｍ）エッチングすると、図２（ｂ）に示すように、エッチングされた球状粒子の間から基板表面が等間隔で露出され、ドットアレイ状のマスクが形成される。図２（ｂ）に続いて、次に、この基板２を選択的にエッチングする第２反応ガス（例えば、ＣＨＦ_３など）と接触させ、露出した基板の部分を選択的にエッチングすると、図２（ｃ）に示すようにマスキング用の球状粒子の間から露出した基板の部分のみが選択的にエッチングされる。

そこで、光学素子上に略錘形状の反射防止構造をドットアレイ状に形成する場合には、図２（ｃ）に続いて、図２（ｂ）で説明し第１反応ガス（酸素ガス）によるマスク用の球状粒子の選択的エッチングと、続いて図２（ｃ）で説明した第２反応ガス（ＣＨＦ_３）による露出した基板部のエッチングを交互に、マスク用の球状粒子が消失するまで、繰り返し行う。その結果、例えば、図５（ａ）に示すような基板２上に所定間隔で配列された略錘形状の反射防止構造（略錘形状のパターン）を形成することができる。

以下、図１〜図６を用いて光学素子の製造方法について具体的に説明する。なお、以下の説明では、説明を簡単にするため、粒子１として直径２０４ｎｍφのポリスチレン球状樹脂微粒子を、基板２として、光学素子である石英ガラスを、第１反応ガスとして酸素ガスを、第２反応ガスとしてＣＨＦ_３ガスを用いる例で説明する。

［光学素子上へ樹脂微粒子の塗布：図１］
図１の（ａ）および（ｂ）は、基板（光学素子）２上に、粒子１の一例としてポリスチレン標準粒子（直径２０４ｎｍφ）を固形分として１０％含む懸濁水（Seeradynco.lmd.製）をスピンコート法によって塗布したときの基板２の表面付近の状態を模式的に示した平面図および縦断面図であり、粒子１が厚さ２０４ｎｍの単層として基板２上に均一に配列され、基板２を被覆（マスク）した状態を示している。ここで、基板の大きさは、例えば、縦２６ｍｍ×横７６ｍｍ×厚さ１ｍｍである。図１に示すように、基板２上には、直径２０４ｎｍφのポリスチレン標準粒子がドットアレイ状（球状粒子が基板上に等間隔で配列された状態）に配列されている。

［基板上への反射防止構造（略錘形状）の形成：図２〜図５］
次に、図２〜図５を用いて粒子１（直径２０４ｎｍφのポリスチレン標準粒子）を基板のマスクに使用して基板２表面に、ピッチ２０４ｎｍ、高さ１５０ｎｍの略錘形状のパターンの反射防止構造を形成する方法について説明する。

図２（ａ）は、基板２上に粒子１−０（直径２０４ｎｍφのポリスチレン球状粒子）をドットアレイ状に配列したプラズマエッチング処理前の基板２を示す示す模式図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の基板２をプラズマエッチング処理装置内に配置し、基板２を粒子１−０のみを選択的にエッチングする酸素ガスと接触させて粒子１−０を５０ｎｍエッチングし、エッチングされた粒子１−１の間から基板２の表面を露出させて基板２上にドットアレイ状に配列された粒子１−１のマスクが形成された状態を示す示す模式図である。

図２（ｂ）に示す酸素プラズマ３−１による選択的エッチング処理では、直径２０４ｎｍφの粒子１−０のみが酸素プラズマ３−１で選択的にエッチングされ直径１５４ｎｍφの粒子１−１となるが、基板２は酸素プラズマ３−１でエッチングされない。酸素プラズマによるエッチング条件は、例えば、ガス圧力：２.７Ｐａ、バイアスパワー：１００ｗ、酸素ガス：２０ｓｃｃｍ、エッチング時間：３０ｓｅｃである。なお、バイアスパワーとは、光学基板上にプラズマを引き込むために印加される高周波電力であり、単位ｓｃｃｍは、標準状態におけるガスの供給速度ｃｍ^３／分（standardcubic centimeter per minute）を示す。

図２（ｃ）は、図２（ｂ）の酸素プラズマ３−１による選択的エッチング処理後、酸素ガスを排気しＣＨＦ_３ガスを導入してＣＨＦ_３プラズマ４−１により、マスキング用の粒子１−１の間から露出される基板２の部分のみを選択的にエッチングした結果を示す模式図である。ＣＨＦ_３プラズマ４−１による選択的エッチング処理では、粒子１−１の間から露出される基板２の部分のみが選択的にエッチングされるが粒子１−１はＣＨＦ_３プラズマ４−１によってエッチングされないため、図２（ｃ）に示すように、粒子１−１の間から露出される基板２の部分のみが選択的にエッチングされ直径１５４ｎｍ、高さ５０ｎｍの円柱状のパターン（エッチングされた溝の横にエッチングされず円柱状で残ったものを円柱状のパターンと表現するものとする）５−１が形成される。ＣＨＦ_３プラズマによるエッチング条件は、例えば、ガス圧力：２.７Ｐａ、バイアスパワー：１００ｗ、ＣＨＦ_３ガス：４０ｓｃｃｍ、エッチング時間：２０ｓｅｃである。

図３〜図５は、図２（ｂ）と図２（ｃ）で説明した酸素プラズマによるマスキング用粒子のエッチングする処理と、エッチングされたマスキング用の粒子間から露出された基板２をＣＨＦ_３プラズマで選択的にエッチング処理をマスキング用粒子が消失するまで連続して交互に行う場合の模式図である。

すなわち、酸素プラズマ３−２により基板上のマスキング用粒子１−２は直径は１０４ｎｍまでエッチングされ（図３（ａ））、続いて粒子１−２の間から露出される基板２の部分のみがＣＨＦ_３プラズマ４−２で選択的にエッチングされ直径１５４ｎｍ／１０４ｎｍ、高さ１００ｎｍのステップ状の円柱状のパターン（エッチングされた溝の横にエッチングされずステップ状の円柱状で残ったものを円柱状のパターンと表現するものとする）５−２が形成される（図３（ｂ））。続いて、酸素プラズマ３−３により基板上のマスキング用粒子１−３は直径は５４ｎｍまでエッチングされ（図４（ａ））、続いて粒子１−２の間から露出される基板２の部分のみがＣＨＦ_３プラズマ４−３で選択的にエッチングされ直径１５４ｎｍ/１０４ｎｍ/５４ｎｍ、高さ１５０ｎｍの略錘柱状のパターン（エッチングされた溝の横にエッチングされずに残ったステップ状の円柱状のパターンで錘形状に近いものを略錘形状のパターンと表現するものとする）５−３が形成される（図４（ｂ））。続いて、酸素プラズマ３−４により基板上のマスキング用粒子１−４は消失するまでエッチングされることにより、図５（ａ）に示すように、基板表面にピッチ２０４ｎｍ、高さ１５０ｎｍの略錘形状のパターンが形成される。この略錘形状のパターンはドットアレイ状に配列されている。

なお、本発明は、上記説明した材料や方法に限定されるものではない。例えば、粒子１としては、ポリスチレン樹脂粒子、ポリアクリル樹脂粒子およびポリメチルメタクリレート樹脂粒子などを用いることができる。なお、直径２０４ｎｍφポリスチレン樹脂微粒子は、固形分として１０％含む懸濁水（Seeradynco.lmd.製）として入手することができるが、ポリスチレン樹脂微粒子の粒径は、直径２０４ｎｍφに限ることはなく、例えば、１０〜１０００ｎｍφ範囲で自由に選択して入手することができる。この粒子１の大きさは、使用光の波長（使用波長と呼ぶ）を基板１の屈折率で割った値以下であれば良い。この使用光とは、本実施形態で得られる錘形状を成す反射防止構造部分に入射させる光のことである。

また、基板２としては、石英やガラスなどの各種ガラスを用いることができる。第１反応ガスとしては、酸素などの樹脂粒子を選択的にエッチングできる酸化性のガスであればどのようなガスでも混合ガスでもよく、また、酸素プラズマにより基板上のマスキング用粒子のエッチング量は５０ｎｍに限ることはなく、５０ｎｍより多くしても５０ｎｍより少なくしても良い。第２反応ガスとしては、ＣＨＦ_３以外に、ＣＨ_２Ｆ_２、またはＣＨＦ_３およびＣＨ_２Ｆ_２の混合ガス等を用いることができる。例えば、ＣＨＦ_３の代わりに、ＣＨＦ_３とＣＨ_２Ｆ_２の混合ガスを用いる場合、ＣＨＦ_３の混合割合は１０〜５０％とするのが好ましい。これは、混合ガス中のＣＨＦ３の濃度が低すぎると、基板のエッチング形状のテーパ角度が大きくなりすぎ、アスペクト比が１以下になってしまう。逆に、ＣＨＦ_３の濃度が高すぎると、テーパ部分がＶ字ではなくＵ字形状となってしまうからである。また、以下の説明では、基板２上へ球状粒子の単層膜を形成する方法として、スピンコーティング方法を用いる例を説明するが、基板２上に球状粒子の単層膜が形成される方法であるならばどのような方法を用いても良い。

［反射防止構造（略錘形状のパターン）を有する基板の反射率］
図５に示す上記作製した反射防止構造（ピッチ２０４ｎｍ、高さ１５０ｎｍの略錘形状のパターン５−３）を有する石英ガラスの基板の反射率と、反射防止構造が形成されていない通常の石英ガラスの反射率とを比較したところ、４００〜８００ｎｍの広い可視波長域の光に対して、反射防止構造を有する石英ガラスでは、反射率が１.０％以下であるのに対して、反射防止構造が形成されていない石英ガラスでは、反射率は３.０％以上となった。このことから、上記作製した反射防止構造は、４００〜８００ｎｍの広い可視波長域の光に対して、反射率を低減する効果を有することが分かった。

［射出成形用型の形成：図６］
次に、図６に示す模式図を用いて、上記説明した反射防止構造を有する基板から射出成形用型の製造方法およびこの射出成形用型を用いる反射防止構造を有する基板の量産方法の一例を説明する。すなわち、図６（ａ）に示すように、図２〜図５の方法で作製された反射防止構造を有する石英ガラス製の基板を用い、図６（ｂ）に示すように通常のニッケル電鋳処理を行うことによって、図６（ｃ）に示すような射出成形型を容易に製造することができる。そこで、図６（ｃ）に示す射出成形型を用いることにより、図６（ｄ）に示す光学素子を容易に量産することができる。

［変形例１］
第１の実施形態では、基板表面に球状粒子を均一に配列した後で、酸素プラズマによる球状粒子のエッチング処理とそれに続くＣＨＦ_３プラズマによる露出した基板のエッチング処理を交互にマスク用の球状粒子が消失するまで、繰り返し行うことにより光学素子上に所定間隔で配列された略錘形状の反射防止構造を形成した。

しかしながら、上記の製造方法に代えて、酸素ガスとＣＨＦ_３ガスの混合ガスを用いたプラズマ処理を行うと、上記の酸素プラズマ処理による粒子１のエッチングと上記の粒子１のエッチングで露出した基板２の部分のＣＨＦ_３プラズマによるエッチング処理とを並行して行うことができる。そのため、例えば、図５（ａ）に示されるような略錘形状のパターンを形成するのに、１回のプラズマ処理で行うことができるので工程を簡略化することができる。この混合ガスを用いるエッチング条件は、略錘形状のパターンの高さによって変化するが、その一例は、ガス圧力：２.７Ｐａ、バイアスパワー：１００ｗ、混合ガス（酸素ガス１０ｓｃｃｍ＋ＣＨＦ_３ガス４０ｓｃｃｍ）、エッチング時間：９０ｓｅｃである。

［変形例２］
第１の実施形態では、マスク用の微粒子としてポリスチレン等の樹脂粒子を用い、基板として石英ガラス等のガラスを用い、ガラス製の光学素子の製造方法を説明した。しかしながら、マスク用の微粒子として樹脂粒子の代わりにシリカ粒子を用い、基板としてガラスの代わりに透光性を有する環状オレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂など光学樹脂を用いると、第１の実施形態で説明した製造方法を応用することにより、光学樹脂製の光学素子を製造することができる。この場合の第１の実施形態と異なる点は、マスク用のシリカ粒子をエッチングするときに用いる第１の反応ガスとしてＣＨＦ_３ガスを用い、基板用の光学樹脂をエッチングするときに用いる第２の反応ガスとして酸素ガスを用いる点である。

以上説明したように、本発明によれば、光学素子のエッチングに用いる反応ガスでエッチングされない材料を球状粒子の形態でマスキング材料として用い、この球状粒子を基板上にドットアレイ状に配列した後で、この球状粒子を選択的にエッチングする反応ガスを用いてエッチングすることにより球状粒子の間から基板を露出させて、基板表面上に等間隔に並んだドットアレイ状のマスクを形成し、このマスクを用いるて光学素子上に所定間隔で配列された略錘形状の反射防止構造を形成でき、この反射防止構造は、広い波長域を有する光に対して反射防止効果を有する。また、この反射防止構造を有する表面形状が転写された任意のサイズの光透過性プラスチック反射防止膜を安価に大量に生産することもできる。その用途としては、複写機等のトーリックレンズ、カメラのファインダレンズ等の光学レンズ、液晶、プラズマ、EL等の表示画面などに使用することができる。

＜第２の実施形態＞
第１の実施形態では、光学素子表面に所定間隔で配列された略錘形状（略錘形状のパターン）の反射防止構造を有する光学素子の製造方法について説明した。第２の実施形態では、この略錘形状のパターンの代わりにアスペクト比の大きい円柱状のパターンを反射防止構造として用いる光学素子の製造方法について説明する。なお、第２の実施形態の製造方法は第１の実施形態の製造方法と重複する点が多いので、以下の説明では、重複する点についての説明は省略し、第２の実施形態の製造方法が第１の実施形態の製造方法と異なる点のみを説明する。

［円柱状のパターンの反射防止構造を有する光学素子の製造：図７］
第２の実施形態の製造方法の特徴は、第１の実施形態の製造方法に比べてより少ない製造工程で基板表面に反射防止構造を形成できる点である。この理由は、第１の実施形態では反射防止構造として略錘形状のパターンを形成して用いたが、第２の実施形態では、第２の実施形態で用いた略錘形状のパターンの代わりにアスペクト比の大きい円柱状のパターン（直径に比べて高さが大きい円柱状のパターン）を用いるからである。このアスペクト比の大きい円柱状のパターンは、略錘形状のパターン構造で得られるのと同様に、広い可視波長域の光に対して反射防止効果を有するが、第１の実施形態で説明した略錘形状のパターンを形成するのに比べてより少ない製造工程で製造できる。そのため、第２の実施形態の製造方法は、第１の実施形態の製造方法に比べてより容易に基板表面に反射防止構造を形成できる。

［基板上への反射防止構造（円柱状のパターン）の形成：図７］
以下、図７の模式図を用いて粒子１００（直径２０４ｎｍφのポリスチレン標準粒子）によってマスクされた基板２００から直径１５４ｎｍ、高さ４００ｎｍ、ピッチ２０４ｎｍを有する円柱状のパターンからなる反射防止構造の製造方法について説明する。

図７（ａ）は、基板２００（石英ガラス）上に粒子１００（直径２０４ｎｍφのポリスチレン球状粒子）をドットアレイ状に配列した基板２をプラズマエッチング処理装置内に配置し、酸素ガスを導入して酸素プラズマによる基板２００上に配列された粒子１００のエッチング処理を開始したときであり、図７（ｂ）は、酸素プラズマによるエッチング処理後の状態を示している。

図７（ｂ）に示す酸素プラズマによる選択的エッチング処理において、図７（ａ）に示す直径２０４ｎｍφの粒子１００は、酸素プラズマにより５０ｎｍエッチングされ、直径１５４ｎｍφの粒子１０１となる。この酸素プラズマによるエッチング条件は、ガス圧力：２.７Ｐａ、バイアスパワー：１００ｗ、酸素ガス：２０ｓｃｃｍ、エッチング時間：３０ｓｅｃである。

図７（ｃ）は、図７（ｂ）の酸素プラズマによる選択的エッチング処理に続いて、酸素ガスを排気しＣＨＦ_３ガスを導入してＣＨＦ_３プラズマにより、直径１５４ｎｍφのマスキング用粒子１０１の間から露出される基板２の部分のみを選択的にエッチングすることにより円柱状のパターン（エッチングされた溝の横にエッチングされず円柱状で残ったものを円柱状のパターンと表現するものとする）が形成されたことを示す模式図である。このＣＨＦ_３プラズマによるエッチング処理では、粒子１０１の間から露出される基板２の部分のみが選択的にエッチングされ３００が形成されるが、粒子１０１はＣＨＦ_３プラズマ４−１によってエッチングされないため、図７（ｃ）に示すように、粒子１０１の間から露出される基板２の部分のみが選択的にエッチングされ、直径１５４ｎｍ、高さ４００ｎｍ、ピッチ２０４ｎｍを有する円柱状のパターン３００が形成される。このＣＨＦ_３プラズマによるエッチング条件は、ガス圧力：２.７Ｐａ、バイアスパワー：１００ｗ、ＣＨＦ_３ガス：４０ｓｃｃｍ、エッチング時間：１６０ｓｅｃである。

図７（ｄ）は、図７（ｃ）に示すよう円柱状のパターン３００を基板２００上に形成した後で、酸素ガスを導入して酸素プラズマによる基板２００上に配列された粒子１０１をエッチング処理して消失させた後の状態を示している。この酸素プラズマによるエッチング条件は、ガス圧力：２.７Ｐａ、バイアスパワー：１００ｗ、酸素ガス：８０ｓｃｃｍ、エッチング時間：６０ｓｅｃである。

このようにして、第２の実施形態の製造方法では、図７（ｄ）に示すよう直径１５４ｎｍ、高さ４００ｎｍ、ピッチ２０４ｎｍを有する円柱状のパターン３００を３回プラズマ処理（酸素プラズマ処理２回、ＣＨＦ_３プラズマ処理１回）で簡単に形成することができる。

なおこの反射防止構造（円柱状の直径１５４ｎｍ、高さ４００ｎｍ、ピッチ２０４ｎｍ）を有する石英ガラスの基板と、反射防止構造が形成されていない石英ガラスの反射率を比較したところ、４００〜８００ｎｍの広い可視波長域の光に対して、上記の反射防止構造を有する石英ガラスでは、反射率が１.０％以下であるのに対して、反射防止構造が形成されていない石英ガラスでは、反射率は３.０％以上となった。このことから、上記作製した反射防止構造は、４００〜８００ｎｍの広い可視波長域の光に対して、反射率を低減する効果を有することが分かった。

［射出成形用型の形成：図８］
次に、図８に示す模式図を用いて、上記説明した円柱状のパターンの反射防止構造を有する基板から射出成形用型の製造方法およびこの射出成形用型を用いる反射防止構造を有する基板の量産方法の一例を説明する。すなわち、図７の方法で作製された反射防止構造を有する石英ガラス製の基板（図７（ａ））を用いて、通常のニッケル電鋳処理（図７（ｂ））によって図７（ｃ）に示す射出成形型を製造し、この射出成形型を用いて、図７（ｄ）に示すように、例えば、表面形状が転写された任意のサイズの光透過性プラスチック反射防止膜を安価に大量に生産することができる。

［変形例１］
第２の実施形態では、マスク用の微粒子としてポリスチレン等の樹脂粒子を用い、基板として石英ガラス等のガラスを用い、ガラス製の光学素子の製造方法を説明した。しかしながら、マスク用の微粒子として樹脂粒子の代わりにシリカ粒子を用い、基板としてガラスの代わりに透光性を有する環状オレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂など光学樹脂を用いると、第２の実施形態で説明した製造方法を応用することにより、光学樹脂製の光学素子を製造することができる。この場合の第２の実施形態と異なる点は、マスク用のシリカ粒子をエッチングするときに用いる第１の反応ガスにＣＨＦ_３ガスを用い、基板用の光学樹脂をエッチングするときに用いる第２の反応ガスに酸素ガスを用いる点である。

以上説明したように、本発明によれば、より広い波長域を有する光に対して反射防止効果を持ち、且つ入射角度依存性の小さい反射防止構造とするために、アスペクト比の大きい円柱形状を光学素子上に形成することができる。また、この反射防止構造を有する表面形状が転写された任意のサイズの光透過性プラスチック反射防止膜を安価に大量に生産することができる。その用途としては、複写機等のトーリックレンズ、カメラのファインダレンズ等の光学レンズ、液晶、プラズマ、EL等の表示画面などに使用することができる。

（ａ）は基板上に粒子を塗布したときの基板表面付近の状態を模式的に示した平面図であり、（ｂ）はその縦断面図である。 （ａ）は、プラズマエッチング処理前の基板を示し、（ｂ）は、酸素プラズマ処理により基板上に直径１５４ｎｍを有する粒子のマスクが形成された状態を示し、（ｃ）は、続くＣＨＦ_３プラズマ処理で露出された基板が選択的にエッチングされ円柱状のパターンが形成された状態を示す模式図である。 （ａ）は、図２に続いく酸素プラズマ処理で直径１０４ｎｍを有する粒子のマスクが形成された状態を示し、（ｂ）は、続くＣＨＦ_３プラズマ処理で露出された基板が選択的にエッチングされステップ状の円柱状のパターンが形成された状態を示す模式図である。 （ａ）は、図３に続いく酸素プラズマ処理で直径５４ｎｍを有する粒子のマスクが形成された状態を示し、（ｂ）は、続くＣＨＦ_３プラズマ処理で露出された基板が選択的にエッチングされ略錘形状のパターンが形成された状態を示す模式図である。 （ａ）は、図４に続いく酸素プラズマ処理で粒子をエッチング除去した状態を示す模式図である。 射出成形用型の製造方法およびこの射出成形用型を用いて反射防止構造を有する基板の量産方法を説明する図である。 円柱状のパターンを反射防止構造として光学素子に形成するための製造方法を説明する図である。 円柱状のパターンを反射防止構造を有する基板から射出成形用型を製造し、この射出成形用型を用いて反射防止構造を有する基板を量産する方法を説明する図である。 光学素子上に金属マスクを形成し、この金属マスクを用いて錘形状のパターンを光学素子上に形成する従来の製造方法を説明する図である。

符号の説明

１ 粒子
２ 基板
３−１ 酸素プラズマ
３−２ 酸素プラズマ
３−３ 酸素プラズマ
３−４ 酸素プラズマ
４−１ ＣＨＦ_３
４−２ ＣＨＦ_３
４−３ ＣＨＦ_３

Claims (13)

1. 反射防止構造を有する光学素子の製造方法であって、
   基板上にドットアレイ状に所定粒径を有する略球状の粒子を配列する粒子配列工程と、
   前記粒子が配列された基板を第１反応ガスと接触させ、前記粒子を前記第１反応ガスによって選択的にエッチングすることにより前記粒子の間から基板の一部を露出させる粒子エッチング工程と、
   一部が露出した前記基板を第２反応ガスと接触させ、前記基板の露出した部分を前記第２反応ガスによって選択的にエッチングする基板エッチング工程と、を有し、
   前記粒子エッチング工程および前記基板エッチング工程による処理を前記基板上に配列された前記粒子が消失するまで、交互に繰り返し行うことによって前記基板上に略錘形状のパターンを形成することを特徴とする反射防止構造を有する光学素子の製造方法。
2. 反射防止構造を有する光学素子の製造方法であって、
   基板上にドットアレイ状に所定粒径を有する略球状の粒子を配列する粒子配列工程と、
   前記粒子が配列された基板を第１反応ガスと接触させ、前記粒子を前記第１反応ガスによって選択的にエッチングすることにより前記粒子の間から基板の一部を露出させる粒子エッチング工程と、
   一部が露出した前記基板を第２反応ガスと接触させ、前記基板の露出した部分を前記第２反応ガスによって選択的にエッチングして前記基板上に略円柱状のパターンを形成する基板エッチング工程と、
   前記略円柱状のパターンが形成された基板を前記第１反応ガスと再び接触させ、前記第１反応ガスによって前記粒子が消失するまで選択的にエッチングする粒子消失エッチング工程と、
   を有することを特徴とする反射防止構造を有する光学素子の製造方法。
3. 反射防止構造を有する光学素子の製造方法であって、
   基板上にドットアレイ状に所定粒径を有する略球状の粒子を配列する粒子配列工程と、
   前記粒子が配列された基板を第１反応ガスと第２反応ガスとを含む混合ガスに接触させ、前記粒子を前記第１反応ガスによって選択的にエッチングして前記粒子の間から基板の一部を露出させ、続いて前記基板の露出した部分を前記第２反応ガスによって選択的にエッチングする、前記粒子と前記基板のエッチングを同時に行うエッチング工程と、を有し、
   前記エッチング工程は、前記粒子が前記第１反応ガスによるエッチングによって消失するまで行うことにより前記基板上に略錘形状のパターンを形成することを特徴とする反射防止構造を有する光学素子の製造方法。
4. 前記粒子配列工程は、前記基板上に所定粒径を有する粒子を含む液を塗布することにより行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
5. 前記基板は、石英ガラスまたはガラスによって形成された光学素子であり、前記粒子は、ポリスチレン樹脂粒子およびポリメチルメタクリレート樹脂粒子を含むポリアクリル樹脂粒子のいずれか１つであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
6. 前記粒子は、平均粒径が１０〜１０００ｎｍを有する略球状の粒子であることを特徴とする請求項５に記載の光学素子の製造方法。
7. 前記第１反応ガスは酸素であり、前記第２反応ガスは、ＣＨＦ_３、ＣＨ_２Ｆ_２、またはＣＨＦ_３およびＣＨ_２Ｆ_２の混合ガスであることを特徴とする請求項５に記載の光学素子の製造方法。
8. 前記基板は、環状オレフィン樹脂およびポリカーボネート樹脂を含む透明な樹脂のいずれか１つを用いて形成された光学素子であり、前記粒子は、シリカ粒子であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
9. 前記粒子は、平均粒径が１０〜１０００ｎｍを有する略球状の粒子であることを特徴とする請求項８に記載の光学素子の製造方法。
10. 前記第１反応ガスはＣＨＦ_３、ＣＨ_２Ｆ_２、またはＣＨＦ_３およびＣＨ_２Ｆ_２の混合ガスであり、前記第２反応ガスは酸素であることを特徴とする請求項８に記載の光学素子の製造方法。
11. 請求項１に記載の反射防止構造を有する光学素子の製造方法によって製造されたことを特徴とする光学素子。
12. 請求項２に記載の反射防止構造を有する光学素子の製造方法によって製造されたことを特徴とする光学素子。
13. 請求項３に記載の反射防止構造を有する光学素子の製造方法によって製造されたことを特徴とする光学素子。

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