| 说明书全文 |
광학 소자 및 그 제조 방법과 광학 소자 제작용 복제 기판 및 그 제조 방법{OPTICAL ELEMENT, METHOD FOR PRODUCING SAME, REPLICA SUBSTRATE CONFIGURED TO FORM OPTICAL ELEMENT, AND METHOD FOR PRODUCING REPLICA SUBSTRATE}
본 발명은, 그 전체 내용이 본원 명세서에 참고용으로 병합되어 있는, 2007년 6월 6일자로 일본 특허청에 출원된 일본특허출원 제2007-150817호에 관련된 주제를 포함한다. 본 발명은, 광학 소자 및 그 제조 방법과, 광학 소자 제작용 복제 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로는, 각각이 볼록부(projections) 또는 오목부(depressions)로 이루어지는 구조체가, 기체(基體; base)의 표면에 다수 배치된 광학 소자에 관한 것이다.
종래, 유리나 플라스틱 등의 투광성 기판을 이용한 광학 소자에서는, 표면 반사에 의한 광을 감소시켜서, 투과 특성을 향상시키기 위한 방법으로서, 광학 소자 표면에 미세하고 또한 치밀한 요철형상(projections and depressions(서브파장 구조체；나방의 눈(moth-eye) 구조체)을 형성하는 방법이 있다. 일반적으로, 광학 소자의 표면에 주기적인 요철형상을 설치한 경우, 이곳을 광이 투과할 때에는 회절이 발생하여, 투과광의 직진 성분이 대폭 감소한다. 그러나, 요철형상의 피치가 투과하는 광의 파장보다도 짧은 경우에는 회절은 발생하지 않고, 예를 들면 요철형상을 원추형으로 했을 때에, 그의 피치나 깊이 등에 대응하는 단일 파장의 광에 대해서 유효한 반사 방지 효과와 뛰어난 투과 특성을 얻을 수가 있다. 예를 들면, 비특허 문헌 1(NTT 어드반스트 테크놀러지(주) 사이트, ＜http://keytech.ntt-at.co.jp/nano/prd_0016.html＞(2006년 5월 21일 검색)"파장 의존성이 없는 반사 방지체(모스아이)용 성형금형 원반(成形金型原盤; master mold)")에는, 상술한 광학 소자의 제작 방법이 기재되어 있다. 우선, Si 기판 위의 포토레지스트에 전자선 기록에 의해 요철 포토레지스트(uneven photoresist) 패턴을 형성하고, 요철 포토레지스트 패턴을 마스크로 해서, Si 기판을 에칭한다. 이것에 의해, 도 15에 도시하는 바와 같이, 미세한 텐트 형상의 서브파장 구조체(피치: 약 300㎚, 깊이: 약400㎚)를 가지는 Si 성형금형 원반(Si master mold)이 제작된다. 상술한 바와 같이 해서 제작된 Si 성형금형 원반에서는, 넓은 파장역을 가지는 광에 대해서도, 반사 방지 효과를 얻을 수가 있다. 또한, 도 16에 도시하는 바와 같이, 상기 서브파장 구조체를 육방 격자형상으로 형성하는 것에 의해, 가시광역에서 매우 고성능인 반사 방지 효과(투과율 1% 이하)를 얻을 수가 있다(도 17 참 조). 또한, 도 17에서, l 1 은 Si 성형금형 원반의 평탄부의 반사율을 나타내고, l 2 는 Si 성형금형 원반의 패턴부의 반사율을 나타낸다. 다음에, 도 18에 도시하는 바와 같이, 제작된 Si 성형금형 원반의 Ni 도금된 스탬퍼를 제작한다. 이 스탬퍼 표면의 소정 영역 R1에는, 도 19에 도시하는 바와 같이, Si 성형금형 원반의 표면의 패턴과는 반대의 요철 패턴(uneven pattern)이 형성되어 있다. 다음에, 이 스탬퍼를 이용해서, 투명 폴리카보네이트 수지에 요철 패턴을 전사(轉寫:transfer)한다. 이것에 의해, 목적으로 하는 광학 소자(복제 기판)가 얻어진다. 이 광학 소자도 고성능인 반사 방지 효과(투과율 1% 이하)를 얻을 수가 있다(도 20 참조). 또한, 도 20중에서, l 3 은 패턴 이외의 부분(패턴이 없는 부분)의 반사율을 나타내고, 패턴부분(패턴이 있는 부분)의 반사율을 나타낸다. 단, 비특허 문헌 1에는, 상기 광학 소자의 투과 특성에 대해서는 기재하고 있지 않고, 또 상기 광학 소자를 이용해서 디스플레이 등의 도광(light-guiding) 성능을 개선하는 것에 대해서도 기재하고 있지 않다. 최근, 디스플레이, 광전자 디바이스, 광 통신 디바이스, 태양 전지, 조명 시스템 등의 각종 광학 디바이스의 반사 방지 소자나 고투과 소자에 대해서, 서브파장 구조체의 표면 요철형상(uneven surface)을 적용하려는 시도가 널리 행해지고 있다. 이하, 서브파장 구조체의 표면 요철형상의 적용예로서, 액정 디스플레이에 대해서 설명한다. 요즈음, 음극선관(CRT) 디스플레이 대신에, 액정 디스플레이(LCD: Liquid Crystal Display)나, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP: Plasma Display Panel)과 같은 초박형(超薄型) 디스플레이가 실용화되어 있다. 특히, 액정 디스플레이는, 저소비 전력 구동 및 대형 컬러 액정 표시 패널의 가격 감소로 인해 급속하게 보급되고 있다. 액정 디스플레이에서는, 투과형 컬러 액정 표시 패널을 배면 측으로부터 백라이트 장치에 의해 조명함으로써 컬러 화상을 표시시키는 백라이트 방식이 주로 채용된다. 백라이트 장치의 광원으로서는, 백색광을 발광하는 형광관을 사용한 냉음극 형광등(CCFL: Cold Cathode Fluorescent Lamp)이 많이 이용되고 있다. 그러나, 냉음극 형광등은 형광등 내에 수은을 포함하기 때문에, 환경에 악영향을 끼칠 우려가 있다. 그 때문에, 백라이트 장치의 광원으로서, 냉음극 형광관을 대신하는 광원이 요구되고 있다. 최근 청색 발광 다이오드가 개발되었기 때문에, 광의 3원색인 적색 광, 녹색 광, 청색 광을 각각 발광하는 발광 다이오드가 상업적으로 이용가능해졌다. 그 때문에, 냉음극 형광등을 대신하는 광원으로서 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)가 유망시되게 되었다. 발광 다이오드로부터 출사(出射 emit)되는 적색 광, 녹색 광, 청색 광을 혼합함으로써, 색순도가 우수한 백색 광을 얻을 수가 있다. 이 발광 다이오드를 백라이트 장치의 광원으로 함으로써, 컬러 액정 표시 패널을 거친 색광(colored light)의 색 순도가 높아진다. 그 때문에, 색 재현 범위를 NTSC(National Television System Committee) 시스템에 의해 규정되는 범위, 나아가서는 그것을 초과하는 범위까지 넓히는 것이 기대되고 있다. 이와 같이, 적색 광, 녹색 광, 청색 광을 각각 발광하는 발광 다이오드를, 컬러 액정 표시 패널을 조명하는 조명광을 생성하는 백라이트 장치의 광원으로 한 경우, 각 색광을 효율적으로 투과시키는 기술이 필요하게 된다. 그래서, 상술한 바와 같이, 서브파장 구조체의 표면 요철형상을 액정 디스플레이에 적용하는 검토가 이루어지고 있다. 예를 들면, 일본특허공보 제3723843호에는, 레지스트 막에 대해서 전자 빔 리소그래피 처리를 행하고, 그 후 현상 처리를 실시하는 것에 의해, 레지스트 패턴을 형성하고, 소정의 에칭 가스를 이용하여, 레지스트 패턴을 거쳐서 에칭 처리를 실시하는 것에 의해, 제2 반도체층을 직접적으로 에칭 처리하고, 반사 방지 필터(서브파장 구조체)를 형성하는 것이 개시되어 있다. 또, 이 특허 문헌에는, 이 반사 방지 필터를 가지는 반도체 발광 소자가, 반사 방지 필터를 가지지 않는 반도체 발광 소자와 비교해서, 30% 더 높은 발광 강도를 증대시키는 것이 기재되어 있다. 그러나, 전자선 노광은 작업 시간이 긴 결점을 가지고 있어, 공업적인 생산에는 적합하지 않다. 예를 들면, 가장 미세한 패턴을 위해 사용하는 빔전류 100㎀의 전자선 빔으로, 칼릭스아렌(calixarene)과 같은 수십 mC/㎠의 조사량(도우즈량)을 요구하는 레지스트에 그린 경우, 24시간 노광해도 한변이 200㎛인 정방형(正方形; square)을 완성할 수 없다. 또, 현재 일반적으로 이용되고 있는 휴대 전화용의 2.5인치 소형 디스플레이(50.8㎜×38.1㎜)의 면적을 노광하는 경우, 약 20일이나 소요되게 된다. 한편, 비특허 문헌 2(독립 행정 법인 산업 기술 종합 연구소, 사이트 ＜ http://aist.go.jp/aist_i/press_release/pr2006/pr20060306/pr20060306.html＞[2006년 5월 21일 검색], “나노미터 사이즈의 미세 가공을 가능하게 하는 탁상형(desktop) 장치를 개발")에 기재된 방법에서는, 광디스크 기록 기술을 이용하고 있다. 그 때문에, 대면적의 광학 소자를 고속으로 및 저가로 제작하는 것이 가능하다. 그렇지만, 이 방법으로 제작된 광학 소자는, 반사율의 파장 의존 특성이 나쁘고, 1% 이하의 저반사율을 실현할 수 없기 때문에, 반사 방지 구조로서는 실용적이지 않다. 이것은, 나노도트 패턴의 밀도(개구율)가 낮기(50% 이하) 때문이라고 생각된다. 또, 상술한 서브파장 구조체 이외에도, 무기 다층막을 액정 디스플레이에 적용하는 검토가 이루어지고 있다. 예를 들면, 일본공개특허공보(特開) 제2006-145885호에서는, 저굴절률 층을 형성하는 유전체 재료로서 산화 규소(SiO 2 ), 고굴절률 층을 형성하는 유전체 재료로서 5산화 니오브(Nb 2 O 5 )를 이용하고, 유전체를 24층 적층함으로써, 상술한 바와 같은 광학 특성을 가지는 광학 필터를 형성하고, 적색 광(640㎚), 녹색 광(530㎚), 청색 광(450㎚)의 투과율을 각각, 80%, 80%, 50%로 향상시키는 것이 개시되어 있다. 그러나, 이와 같은 광학 필터에서는, 충분한 투과율 특성의 개선은 얻어지지 않기 때문에, 더 높은 투과 특성의 개선, 특히 청색 광의 투과 특성의 개선이 요망된다.
따라서, 생산성이 높고 또한 반사 방지 특성이 우수한 광학 소자 및 그 제조 방법과, 광학 소자 제작용 복제 기판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 기체(基體; base)와, 각각이 볼록부 또는 오목부의 형태로 되어 있고 또한 상기 기체의 표면에 미세 피치로 다수 배치되어 있는 구조체를 포함하는 광학 소자로서, 상기 구조체는, 복수의 원호형상(圓弧狀; arc) 트랙을 이루고 있음과 동시에, 인접한 3열의 원호형상 트랙 사이에서 사방(四方; tetragonal) 격자 패턴 또는 준사방(準四方; quasi-tetragonal) 격자 패턴으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자가 제공된다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 기체와, 각각이 볼록부 또는 오목부의 형태로 되어 있고 또한 상기 기체의 표면에 미세 피치로 다수 배치되어 있는 구조체를 포함하는 광학 소자 제작용 복제 기판으로서, 상기 구조체는, 복수의 원호형상 트랙을 이루고 있음과 동시에, 인접한 3열의 원호형상 트랙 사이에서 사방 격자 패턴 또는 준사방 격자 패턴으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자 제작용 복제 기판이 제공된다. 본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 각각이 볼록부 또는 오목부의 형태로 되어 있는 구조체가 미세 피치로 복제 기판의 표면에 다수 배치되어 있는 광학 소자 제작용 복제 기판의 제조 방법으로서, 기판의 표면에 레지스트층을 구비한 기판을 준비하는 제1 단계와; 기판을 회전시킴과 동시에, 레이저광을 기판의 회전 반경 방향으로 상대 이동시키면서, 레지스트층에 레이저광을 간헐적으로 조사해서, 가시광 파장보다도 짧은 피치로 잠상(潛像: latent pattern)을 형성하는 제2 단계와; 레지스트층을 현상함으로써, 기판의 표면에 레지스트 패턴을 형성하는 제3 단계와; 레지스트 패턴을 마스크로 하는 에칭 처리를 실시함으로써, 기판의 표면에 요철 패턴을 형성하는 제4 단계와; 기판의 요철 패턴을 전사함으로써, 복제 기판을 제작하는 제5 단계를 포함하되, 제2 단계에서는, 인접한 3열의 트랙 사이에서 사방 격자 패턴 또는 준사방 격자 패턴으로 잠상을 배치하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 제작용 복제 기판의 제조 방법이 제공된다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 각각이 볼록부 또는 오목부의 형태로 되어 있는 구조체가 미세 피치로 광학 소자의 표면에 다수 배치되어 있는 광학 소자의 제조 방법으로서, 표면에 레지스트층을 구비한 기판을 준비하는 제1 단계와; 기판을 회전시킴과 동시에, 레이저광을 기판의 회전 반경 방향으로 상대 이동시키면서, 레지스트층에 레이저광을 간헐적으로 조사해서, 가시광 파장보다도 짧은 피치로 잠상을 형성하는 제2 단계와; 레지스트층을 현상함으로써, 기판의 표면에 레지스트 패턴을 형성하는 제3 단계와; 레지스트 패턴을 마스크로 하는 에칭 처리를 실시함으로써, 기판의 표면에 요철 패턴을 형성하는 제4 단계와; 기판의 복제 기판을 제작하고, 복제 기판의 요철 패턴 위에 금속 도금층을 형성하는 제5 단계와; 금속 도금층을 복제 기판으로부터 박리함으로써, 요철 패턴이 전사된 금속성형용 금 형(metal mold)을 제작하는 제6 단계와; 금속성형용 금형을 이용해서, 요철 패턴을 표면에 가지는 투명 기체를 성형하는 제7 단계를 포함하며, 제2 단계에서는, 인접한 3열의 트랙 사이에서 사방 격자 패턴 또는 준사방 격자 패턴으로 잠상을 배치하는 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법이 제공된다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 미세 피치로 기체 표면에 다수 배치된 구조체가, 복수의 원호형상 트랙을 이루고 있음과 동시에, 인접한 3열의 원호형상 트랙 사이에서 사방 격자 패턴 또는 준사방 격자 패턴으로 배치되어 있으므로, 표면에서의 구조체의 충전 밀도(packing density)를 높일 수 있고, 이것에 의해 가시광의 반사 방지 효율을 높일 수 있다. 이것에 의해, 반사 방지 특성이 뛰어나며, 투과율이 극히 높은 광학 소자를 얻을 수가 있다. 또, 구조체의 제작에 광디스크의 기록 기술이 이용가능하므로, 상기한 구성의 광학 소자를 제작하기 위한 광학 소자 제작용 원반을 단시간에 효율좋게 제조할 수 있다. 더불어, 대형 기판이 이용될 수도 있으며, 이것에 의해 광학 소자의 생산성 향상을 도모할 수가 있다.
본 발명에 따르면, 반사 방지 특성이 뛰어나고, 투과율이 극히 높은 광학 소자를 얻을 수가 있다. 또, 이와 같은 광학 소자를 높은 생산성으로 제조할 수가 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 첨부 도면을 참조하면서 설명한다. 광학 소자의 구성 도 1의 (a)는, 본 발명의 일실시예에 따른 광학 소자(1)의 구성의 1예를 도시하는 개략적인 평면도이다. 도 1의 (b)는, 도 1의 (a)에 도시한 광학 소자(1)의 일부를 확대해서 도시하는 평면도이다. 도 1의 (c)는, 도 1의 (b)의 트랙 T1, T3, … 을 따라서 도시한 단면도이다. 도 1의 (d)는, 도 1의 (b)의 트랙 T2, T4, … 을 따라서 도시한 단면도이다. 도 1의 (e)는, 도 1의 (b)의 트랙 T1, T3, … 에 대응하는 잠상 형성에 이용되는 레이저광의 변조 파형을 도시하는 개략도이다. 도 1의 (f)는, 도 1의 (b)의 트랙 T2, T4, … 에 대응하는 잠상 형성에 이용되는 레이저광의 변조 파형을 도시하는 개략도이다. 도 2는, 도 1의 (a)에 도시한 광학 소자(1)의 일부를 확대해서 도시하는 사시도이다. 이 광학 소자(1)는, 디스플레이, 광 전자 디바이스, 광 통신 디바이스(광섬유), 태양 전지, 조명 시스템 등의 각종 광 디바이스에 적용하는데 매우 적합한 것이며, 예를 들면 각종 파장 대역을 가지는 광성분이 투과하는 광섬유나 디스플레이 도광판에 적용가능하다. 또, 입사광(入射光)의 입사각에 따른 투과율을 가지는 광학 필터(서브파장 구조체) 및 이 광학 필터를 이용한 디스플레이 패널을 조명하는 백라이트 장치에 적용가능하다. 본 실시예에 따른 광학 소자(1)는, 기체(2)와, 각각이 볼록부 또는 오목부 형태로 되어 있고 또한 상기 기체(2)의 표면에 가시광의 파장(예를 들면, 약 400㎚) 이하의 미세 피치로 다수 배치된 구조체(3)를 포함하고 있다. 이 광학 소자(1)는, 기체(2)를 도 2의 음의 Z방향으로 투과하는 광에 대해서, 구조체(3)와 공기와 의 계면에서의 반사를 방지하는 기능을 가지고 있다. 기체(2)는, 투광성을 가지는 투명 기체이다. 기체(2)는, 예를 들면 폴리카보네이트(PC)나 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등의 투명성 합성 수지 또는 유리 등으로 이루어진다. 기체(2)의 형태는 특별히 한정되지 않고, 필름형상, 시트형상, 플레이트형상, 블록형상이더라도 좋다. 상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 광학 소자(1)는, 디스플레이, 광 전자 디바이스, 광 통신 디바이스, 태양 전지, 조명 시스템 등과 같이 소정의 반사 방지 기능이 필요하게 되는 각종 광학 디바이스에 적용하는데 매우 적합한 것이다. 기체(2)의 형태는, 이들 광학 디바이스의 본체 부분이나, 이들 광학 디바이스에 부착(取付; attach)되는 시트형상 또는 필름형상의 반사 방지 기능 부품의 형상 등에 따라서 결정된다. 구조체(3)는, 예를 들면 기체(2)와 일체적으로 형성되어 있다. 각 구조체(3)는 각각 동일한 형상을 가지고 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 구조체(3)는, 예를 들면 바닥면(底面)이 장축과 단축을 가지는 타원형, 장원형(長圓形) 또는 계란형인 추체(錐體) 구조이다. 구조체(3)의 꼭대기부(頂部)는 곡면 또는 평탄면(이하, 이들을 총칭해서 "타원뿔대(楕圓錐台; truncated elliptical cone) 형상"이라고 한다)으로 형성되어 있다. 특히, 중앙부의 경사가 바닥부 및 꼭대기부보다도 가파른(급준한) 타원뿔대 형상인 것이 바람직하다. 또, 꼭대기부의 경사가 완만하고 중앙부에서 바닥부로 서서히 가파른 경사로 되는 타원뿔대 형상, 즉 종모양(釣鐘型; bell-shaped)의 타원뿔대 형상인 것도 바람직하다. 구조체(3)는, 예를 들면 볼록형상 또는 오목형상을 가진다. 각 구조체(3)는, 기체 표면에서 복수의 원호형상 트랙을 이루고 있음과 동시에, 인접한 3열의 원호형상 트랙 사이에서 사방 격자 패턴 또는 준사방 격자 패턴을 이루고 있다. 구조체(3)의 높이 또는 깊이는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 159㎚∼312㎚ 정도이다. 원주 약 45°방향에서의 피치 P3은, 예를 들면 275㎚∼297㎚ 정도이다. 구조체(3)의 종횡비(높이/배치 피치)는, 예를 들면 0.54∼1.13 정도이다. 또한, 각 구조체(3)의 종횡비는 모두 동일한 경우에 한정되지 않고, 각 구조체(3)의 일정한 높이 분포를 가지도록 구성되어 있어도 좋다. 도 3은, 디스크형상 광학 소자(1W)의 구성의 1예를 도시하는 개략 평면도이다. 광학 소자(1)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 디스크형상 광학 소자(1W) 표면의 거의 전역에 구조체(3)가 형성된 후, 광학 소자(1W)로부터 소정의 제품 사이즈에 맞게 잘라내어져(커팅되어) 형성된다. 구조체(3)는, 후술하는 바와 같이 광디스크 기록 장치를 변형해서 구성된 노광 장치를 이용하여 형성된 노광 패턴에 따라서 형성된다. 상술한 바와 같이, 디스크형상 광학 소자(1W)를 소정 사이즈로 잘라내어 광학 소자(1)를 제작하므로, 광학 소자(1)의 각 구조체(3)는, 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 기체(2)의 표면에서 복수의 원호형상 트랙 T1, T2, T3, … (이하, 총칭해서 「트랙 T」라고도 한다)을 이루는 바와 같은 배치 형태를 가진다. 각 구조체(3)는, 예를 들면 바닥면의 장축 방향을 트랙 T의 원주 방향을 향해서 배치되어 있다. 각 구조체(3)의 바닥부에는, 예를 들면 원호형상 트랙 T의 원주 방향을 따라서 연장되는 말단부(tail)를 가지고 있어도 좋다. 트랙 T의 원주에 대해서 45°방향에서의 구조체(3)의 높이 H1은, 예를 들면 원호형상 트랙 T의 지름 방향에서의 구조체(3)의 높이 H2보다도 작다. 즉, H1＜H2의 관계에 있다. 각 구조체(3)는, 인접한 2개의 트랙 사이에서, 한쪽 트랙(예를 들면, T1)에서의 구조체(3)가, 다른쪽 트랙(예를 들면, T2)에서의 인접한 구조체(3) 사이의 중간 위치에 배치되어 있다. 즉, 한쪽 트랙(예를 들면, T1)에서의 구조체(3)와 다른쪽 트랙(예를 들면, T2)에서의 구조체(3)는, 서로 원주방향으로 반피치만큼 어긋나 있다. 그 결과, 도 1의 (b)에 도시하는 바와 같이,각 구조체(3)는, 인접한 3열의 트랙(T1∼T3) 사이에서, a1∼a4의 각 점에 구조체(3)의 중심이 위치하는 사방 격자 패턴 또는 준사방 격자 패턴으로 배치되어 있다. 원주 방향에서의 피치 P2는 반경 방향에서의 피치 P1의 2배의 간격이며, 원주 45°방향에서의 피치 P3은 반경 방향에서의 피치 P1의 √2배이다. 반경 방향에서의 피치 P1은, 예를 들면 200㎚이고, 원주 방향에서의 피치 P2는, 예를 들면 400㎚이며, 원주 45°방향에서의 피치 P3은, 예를 들면 283㎚이다. 여기서, 표현 "사방 격자 패턴"은, 트랙 T의 원호를 따라서 구부러지고, 또한 원주 방향에서의 피치 P2가 반경 방향에서의 피치 P1의 2배로 되어 있는 사방 격자 패턴을 말한다. "준사방 격자 패턴"이라 함은, 트랙 T의 원호를 따라서 만곡되고, 또한 원주 방향에서의 피치 P2가 반경 방향에서의 피치 P1의 2배로 되어 있지 않은 사방 격자 패턴을 말한다. 또, 표현 "반경 방향에서의 피치 P1"은, 인접한 2개의 트랙 사이에서의 구조체(3)의 배치 피치(예를 들면, 트랙 T1과 T2 사이의 거리)를 말한다. 표현 "원주 방향에서의 피치 P2"은, 동일 트랙(예를 들면, T2) 내에서의 각 구조체(3)의 배치 피치(a2와 a4 사이의 거리)를 말한다. 표현 "원주 약 45°방향에서의 피치 P3"은, 원주 방향에 대해서 (약) 45°방향에서의 구조체(3)의 배치 피치(예를 들면, a1과 a2 사이의 거리)를 말한다. 광학 소자의 제조 방법 다음에, 도 4의 (a)∼도 7의 (b)를 참조하면서, 이상과 같이 구성되는 광학 소자의 제조 방법의 일 실시예에 대해서 설명한다. 이 광학 소자의 제조 방법에서는, 광학 소자 제작용 성형금형 원반(master mold)의 제조 단계와, 광학 소자 제작용 복제 기판의 제조 단계와, 광학 소자 제작용 금속성형용 금형(metal mold)의 제조 단계와, 광학 소자의 제작 단계를 거쳐서, 상술한 구성의 광학 소자(1)가 제조된다. 광학 소자 제작용 성형금형 원반의 제조 단계 우선, 도 4의 (a)에 도시하는 바와 같이, 디스크형상의 기판(11)을 제작한다. 이 기판(11)은, 예를 들면 석영 기판 등이다. 다음에, 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이, 기판(11)의 표면에 레지스트층(12)을 형성한다. 레지스트층(12)은, 예를 들면 유기 레지스트 또는 무기 레지스트로 이루어진다. 유기 레지스트로서는, 예를 들면 노볼락계 레지스트, 화학 증폭형 레지스트 등을 이용할 수 있다. 다음에, 도 4의 (c)에 도시하는 바와 같이, 기판(11)을 회전시킴과 동시에, 레이저광(노광 빔)(13)을 레지스트층(12)에 조사한다. 이 때, 레이저광(13)을 기판(11)의 반경 방향으로 이동시키면서, 레이저광(13)을 간헐적으로 조사함으로써, 레지스트층(12)을 전면(全面)에 걸쳐서 노광한다. 이것에 의해, 레이저광(13)의 궤 적(locus)에 따른 잠상(14)이, 가시광 파장보다도 짧은 피치로 레지스트층(12)의 전면에 걸쳐서 형성된다. 레이저광(13)은, 예를 들면 그의 변조 파형이 정현파 형상, 구형파 형상, 톱니파 형상으로 되도록 강도-변조되어, 레지스트층(12)에 조사된다. 또, 레이저광(13)의 변조 파형의 진폭이, 예를 들면 주기적 또는 비주기적으로(랜덤하게) 변화되도록 해도 좋다. 또한, 이 노광 단계의 상세에 대해서는 후술한다. 이 노광 단계에서는, 예를 들면 레지스트층(12)에 대한 레이저광(13)의 조사 주기를 1트랙마다 변화시킴으로써, 인접한 3열의 트랙 사이에서 잠상(구조체)(14)을 사방 격자 형상 또는 준사방 격자형상으로 배치하는 것이 바람직하다. 또, 레이저광(13)의 조사 주기는, 예를 들면 기판(11)을 일정한 각속도로 회전시켜서, 원주 방향에서의 피치 P2가 일정하게 되도록 레이저광(13)의 펄스 주파수를 최적화하는 것에 의해 조정된다. 구체적으로는, 트랙 위치가 기판 중심으로부터 멀어짐에 따라, 레이저광(13)의 조사 주기가 짧아지도록 변조 제어한다. 이것에 의해, 도 3에 도시하는 바와 같이, 기체 전면에서 공간 주파수가 한결같고(균일하며), 원호형상 트랙의 원주 방향에 대해서 45°기울어진 정방형(square) 형상이나 마름모꼴(菱形, 斜方形) 형상 등으로 배치된 나노패턴을 형성하는 것이 가능하게 된다. 다음에, 기판(11)을 회전시키면서, 레지스트층(12) 위에 현상액(14)을 적하해서(떨어뜨려), 도 4의 (d)에 도시하는 바와 같이, 레지스트층(12)을 현상 처리한다. 이것에 의해, 사방 격자 형상 또는 준사방 격자 형상의 레지스트 패턴이 레지스트층(12)에 형성된다. 또한, 레지스트층(12)을 포지티브형의 레지스트에 의해 형 성한 경우, 레이저광(13)으로 노광한 노광부는, 비노광부와 비교해서 현상액에 대한 용해 속도가 증가하므로, 노광부(잠상(14))에 따른 패턴이 레지스트층(12)에 형성된다. 다음에, 기판(11) 위에 형성된 레지스트층(12)의 패턴(레지스트 패턴)을 마스크로 해서, 기판(11)의 표면을 에칭 처리한다. 이것에 의해, 도 4의 (e)에 도시하는 바와 같이, 오목부(15a)가, 사방 격자 패턴 또는 준사방 격자 패턴으로 기판 위에 형성된다. 에칭 방법으로서는, 예를 들면 드라이 에칭법을 이용할 수 있다. 이 때, 에칭 처리와 애싱 처리(ashing)를 교대로(번갈아) 반복해서 행하는 것에 의해, 예를 들면 타원뿔대 형상의 오목부(15a) 패턴을 형성할 수 있음과 동시에, 레지스트층(12)의 3배 이상의 깊이(선택비 3이상)의 성형금형 원반(마스터)을 제작할 수 있고, 구조체(3)의 종횡비의 증가를 도모할 수가 있다. 상술한 바와 같이 해서 잠상(14)을 현상하고, 얻어진 레지스트 패턴을 마스크로 하는 에칭 처리를 실시하는 것에 의해, 예를 들면 원호형상 트랙의 원주 방향에 장축 방향을 가지는 타원뿔대 형상 등의 구조체(3)를 얻을 수가 있다. 특히, 타원뿔대 형상의 구조체(3)로서는, 중앙부의 경사가 선단부 및 바닥부의 경사보다도 가파르게 형성되는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 내구성 및 전사성을 향상시키는 것이 가능하기 때문이다. 또, 원주 방향에서의 피치 P2가 반경 방향에서의 피치 P1과 똑같은 사방 격자 패턴, 또는 원주 방향에서의 피치 P2가 반지름 방향에서의 피치 P1보다도 긴 준사방 격자 패턴 등을 얻을 수 있고, 이것에 의해, 각 구조체(3)의 종횡비(충전 밀도)의 향상이 더욱 도모된다. 이상의 단계에 의해, 목적으로 하는 광학 소자 제작용 성형금형 원반(15)이 제조된다. 이 광학 소자 제작용 성형금형 원반(15)은, 도 1의 (a)에 도시한 광학 소자(1)를 형성하도록 구성된 마스터 원기(原器: master)이다. 즉, 이 광학 소자 제작용 성형금형 원반(15)의 오목부(15a)로 이루어지는 표면 요철 구조에 의거해서, 광학 소자(1)의 구조체(3)가 형성된다. 따라서, 광학 소자 제작용 성형금형 원반(15)의 오목부(15a)는, 예를 들면 광학 소자 제작용 성형금형 원반(15)의 원주를 따라 구부러진, 사방 격자 패턴 또는 준사방 격자 패턴으로 배치되어 있다. 다음에, 도 5를 참조해서, 도 4의 (c)에 도시한 노광 단계의 상세 항목에 대해서 설명한다. 도 5에 도시하는 노광 장치는, 광학 디스크 기록 장치를 변형해서 구성되어 있다. 레이저(21)는, 기판(11)의 표면에 착막(着膜)된 레지스트층(12)을 노광하기 위한 광원이다. 예를 들면, 레이저(21)는, 파장 λ=266㎚인 원자외선 레이저광(13)을 생성하는 것이다. 레이저(21)로부터 출사된 레이저광(13)은, 평행 빔으로서 직진하고, 전기 광학 변조기(EOM: Electro Optical Modulator)(22)에 입사된다. 전기 광학 변조기(22)를 투과한 레이저광(13)은, 미러(23)에 의해 반사되어, 변조 광학계(25)로 도광된다. 미러(23)는, 편광 빔 분할기로 구성되어 있으며, 한쪽의 편광 성분을 반사시키고 다른 쪽의 편광 성분을 투과시키는 기능을 가진다. 미러(23)를 투과한 편광 성분은 포토다이오드(PD)(24)에서 수광된다. 그 수광 신호에 의거해서 전기 광학 변조기(22)가 제어되어, 레이저광(13)의 위상 변조가 행해진다. 변조 광학계(25)에서, 레이저광(13)은, 집광 렌즈(26)에 의해, 석영(SiO 2 ) 등으로 이루어지는 음향 광학 변조기(AOM: Acousto-Optic Modulator)(27)에 집광된다. 레이저광(13)은, 음향 광학 변조기(27)에 의해 강도 변조되어 발산한 후, 렌즈(28)에 의해서 평행빔화된다. 변조 광학계(25)로부터 출사된 레이저광(13)은, 미러(31)에 의해 반사되어, 이동 광학 테이블(32) 위에 수평으로 또한 평행하게 도광된다. 이동 광학 테이블(32)은, 빔 확장기(beam expander)(BEX)(33), 미러(34) 및 대물 렌즈(35)를 구비하고 있다. 이동 광학 테이블(32)에 도광된 레이저광(13)은, 빔 확장기(33)에 의해 원하는 빔 형상으로 정형된 후, 미러(34) 및 대물 렌즈(35)를 통해서, 기판(11) 위의 레지스트층(12)에 조사된다. 기판(11)은, 스핀들 모터(36)에 접속된 턴테이블(미도시) 위에 재치(載置)되어 있다. 그리고, 기판(11)을 회전시킴과 동시에, 레이저광(13)을 기판(11)의 회전 반경 방향으로 이동시키면서, 레지스트층(12)에 레이저광(13)을 간헐적으로 조사하는 것에 의해, 레지스트층(12)의 노광 단계가 행해진다. 형성된 잠상(14)은, 예를 들면 원주 방향에 장축을 가지는 대략 타원형으로 된다. 레이저광(13)의 이동은, 이동 광학 테이블(32)을 화살표 R로 나타내어지는 방향으로 이동하는 것에 의해 행해진다. 도 5에 도시한 노광 장치는, 도 1의 (b)에 도시한 사방 격자 패턴 또는 준사방 격자 패턴의 2차원 패턴에 대응하는 잠상(14)을, 레지스트층(12)에 형성하기 위한 제어 기구(37)를 구비하고 있다. 제어 기구(37)는, 포맷기(29)와 드라이버(30) 를 구비한다. 포맷기(29)는, 극성 반전부를 구비한다. 이 극성 반전부는, 레지스트층(12)에 대한 레이저광(13)의 조사 타이밍을 제어한다. 드라이버(30)는, 극성 반전부의 출력에 의거해서, 음향 광학 변조기(27)를 제어한다. 제어 기구(37)는, 잠상(14)의 2차원 패턴이 공간적으로 링크되도록, 1트랙마다, 음향 광학 변조기(27)에 의한 레이저광(13)의 강도 변조와, 스핀들 모터(36)(spindle motor)의 구동 회전 속도와, 이동 광학 테이블(32)의 이동 속도를 각각 동기(일치)시킨다. 기판(11)은, 예를 들면 일정한 각속도(CAV: Constant Angular Velocity)로 회전 제어된다. 그리고, 스핀들 모터(36)에 의한 기판(11)의 적절한 회전수와, 음향 광학 변조기(27)에 의한 레이저 광강도의 적절한 주파수 변조와, 이동 광학 테이블(32)에 의한 레이저광(13)의 적절한 이송(feed) 피치로 패터닝을 행한다. 이것에 의해, 레지스트층(12)에 대해서 사방 격자 패턴 또는 준사방 격자 패턴을 가지는 잠상(14)이 형성된다. 예를 들면, 원주 방향에서의 피치 P2를 400㎚, 원주 약 45°방향에서의 피치 P3을 283㎚로 하는 경우에 있어서, 이송 피치를 200㎚로 하면 좋다. 또, 극성 반전 제어부의 제어 신호를, 균일한 공간 주파수(잠상(14)의 패턴 밀도, 원주 방향에서의 피치 P2: 400㎚)가 얻어지도록 서서히 변화시킨다. 보다 구체적으로는, 레지스트층(12)에 대한 레이저광(13)의 조사 주기를 1트랙마다 변화시키면서 노광을 행하고, 각 트랙 T에서 원주 방향에서의 피치 P2가 거의 400㎚로 되도록 제어 기구(37)에서 레이저광(13)의 주파수 변조를 행한다. 즉, 트랙 위치가 기판 중심으로부터 멀어짐에 따라, 레이저광의 조사 주기가 짧아지도록 변조 제어한다. 이것에 의해, 기판 전면에서 공간 주파수가 균일한 나노패턴을 형성하는 것이 가능하게 된다. 다음에, 도 6의 (a) 내지 도 6의 (e)를 참조해서, 광학 소자 제작용 원반(15)으로부터 광학 소자(1)가 제작될 때까지의 단계에 대해서 설명한다. 광학 소자 제작용 성형금형 원반(15)은, 상술한 바와 같이, 기판(11)의 표면에 레지스트층(12)의 패턴을 형성함으로써 제작(형성)되고(도 6의 (a)), 이 레지스트 패턴을 마스크로 하는 에칭 처리를 실시해서, 기판(11)의 표면에 오목부(15a)를 포함하는 요철 패턴을 형성함으로써 제작된다(도 6의 (b)). 여기서, 레지스트층(12)의 패턴은, 기판(11)의 반경 방향과 원주에 대해 (약) 45°방향에서 현상 후의 층두께가 다르게 되어 있고, 반경 방향의 층두께보다도 원주 방향의 층두께가 얇다. 그 이유는, 노광 단계에서 기판(11)을 회전시키면서 레이저광(13)을 조사하기 때문에, 레이저광(13)의 조사 시간이 원주에 대해 (약) 45°방향보다도 원주 방향 쪽이 길어지며, 이것이 현상 후에 레지스트층(12)의 층두께의 차이로 되어 나타나기 때문이다. 그 후의 에칭 처리에서는, 기판(11)의 원주 방향과 원주에 대해 (약) 45°방향에서의 레지스트층(12)의 층두께의 차이에 의해서, 오목부(15a)에 형상 이방성(異方性)이 부여된다. 광학 소자 제작용 복제 기판의 제조 단계 우선, 제작된 광학 소자 제작용 성형금형 원반(15)의 요철 패턴에 자외선 경화 수지 등의 광경화 수지를 도포한다. 그 광경화 수지 위에 아크릴판 등의 투명 기판을 (겹쳐서) 배치한다. 그리고, 투명 기판 위로부터 자외선 등을 조사해서 광경화 수지를 경화시킨다. 그 후, 광학 소자 제작용 성형금형 원반(15)으로부터 박 리(detach)한다. 이것에 의해, 도 6의 (c)에 도시하는 바와 같이, 광학 소자 제작용 복제 기판(16)이 제작되며, 그 복제 기판(16)은 투명 기판(16a)의 1주면에 광경화 수지로 이루어지는 구조체(16b)를 가지고 있다. 광학 소자 제작용 금형의 제조 단계 다음에, 제작된 광학 소자 제작용 복제 기판(16)의 요철 패턴에 도전화막(conductivity-imparting film; 도전성 부여막)을 무전해 도금법(electroless plating) 등에 의해 형성한 후, 전해 도금법(electroplating; 전기 도금법) 등에 의해서 금속 도금층을 형성한다. 그 결과 생성되는 무전해 도금막 및 전해 도금층의 구성 재료로는, 예를 들면 니켈(Ni)이 매우 적합하다. 그리고, 금속 도금층의 형성후, 광학 소자 제작용 복제 기판(16)으로부터 금속 도금층을 박리하고, 필요에 따라서 외형 가공(outline machining)을 실시한다. 이것에 의해, 도 6의 (d)에 도시하는 바와 같이, 오목부(17a)가 그의 주면(main surface)에 배치된 광학 소자 제작용의 금속성형용 금형(metal mold)(17)이 제작된다. 광학 소자의 제작 단계 다음에, 제작된 광학 소자 제작용의 금속성형용 금형(17)을 사출 성형기의 소정 위치에 설치한다. 금형(die)을 닫고 캐비티를 형성한 후, 폴리카보네이트 등의 용융 수지를 충전(charge)한다. 다음에, 용융(molten) 수지를 냉각한 후, 금형을 열고 고형화된 수지를 제거한다. 이것에 의해, 도 6의 (e)에 도시한 바와 같이, 구조체(3)가 기체(2)의 1주면과 일체로 배치(형성)된 디스크형상 광학 소자(1W)가 제작된다. 절단(커팅) 단계 다음에, 디스크형상 광학 소자(1W)를 소정의 제품 사이즈에 맞게 잘라낸다(커팅한다). 예를 들면, 디스크형상 광학 소자(1W)가 직경 200㎜를 가지는 원형(circle) 모양인 경우, 도 7의 (a)에 도시하는 바와 같이, 디스크형상 광학 소자(1W)로부터 휴대 전화기용(예를 들면, 가로(橫) 2.5인치) 등의 광학 소자(1)를 4장(枚) 잘라낼 수 있다. 또는, 도 7의 (b)에 도시하는 바와 같이, 디스크형상 광학 소자(1W)로부터 휴대 게임 장치용(예를 들면, 가로 4.3인치) 등의 광학 소자(1)를 2장 잘라낼 수가 있다. 이상에 의해, 도 1의 (a)에 도시하는 광학 소자(1)가 제작된다. 이상, 본 실시예에 따르면, 기체(2)의 표면에 가시광 파장 이하의 미세 피치로 다수 배치된 구조체(3)가, 복수의 원호형상 트랙을 이루도록 배치되어 있음과 동시에, 인접한 3열의 트랙 사이에서 사방 격자 패턴 또는 준사방 격자 패턴으로 구조체(3)가 배치되어 있으므로, 기체 표면에서의 구조체(3)의 충전 밀도를 높게 할 수 있다. 이것에 의해, 가시광의 반사 방지 효율을 높이고, 반사 방지 특성이 뛰어나며, 투과율이 극히 높은 광학 소자(1)를 제공할 수가 있다. 또, 본 실시예에 따르면, 각 구조체(3)를 상술한 바와 같은 타원뿔대 형상으로 한 것에 의해, 도 15에 도시한 종래의 추체 형상의 서브파장 구조체 구조에 비해서, 요철 패턴의 내구성을 높일 수가 있다. 또 그와 동시에, 복제 기판(16), 금속성형용 금형(17) 및 광학 소자(1)의 각 요철 패턴의 전사성을 높이는 것이 가능하게 된다. 또, 본 실시예에 따르면, 광디스크 기록 장치를 응용한 노광 장치를 이용해서 성형금형 원반(15)을 제작하도록 하고 있으므로, 상기한 구성의 광학 소자(1)를 단시간에 효율좋게 제조할 수가 있다. 이것에 부가해서, 광학 소자(1)의 대형화에도 대응가능하게 되며, 이것에 의해 생산성의 향상을 도모할 수가 있다. 또, 마스터 원기인 성형금형 원반(15)을 저비용(저가)로 또한 단시간에 제작할 수가 있다. 또, 본 실시예에 따르면, 레지스트층(12)에 대한 레이저광(13)의 조사 주기를 1트랙마다 변화시키면서 노광을 행하는 것에 의해, 인접한 3열의 트랙 사이에서 잠상(14)을 사방 격자 패턴 또는 준사방 격자 패턴 형상으로 배치하고 있다. 그 결과 형성된 잠상(14)을 현상한다. 이 현상에 의해 얻어진 레지스트 패턴을 마스크로 하는 에칭 처리를 실시하므로, 원호형상 트랙의 원주 방향에 대해서 45°경사진 정방형 형상이나 마름모꼴 형상으로 배치된 타원뿔대 형상의 구조체(3)를 얻을 수가 있다. 특히, 이 타원뿔대 형상의 구조체(3)는, 중앙부의 경사가 선단부 및 바닥부의 경사보다도 가파르게 형성되는 것이 바람직하고, 이것에 의해, 내구성 및 전사성을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또, 동일 트랙내에서의 구조체(3)의 배치 피치가, 인접한 2트랙 사이에서의 구조체(3)의 배치 피치보다도 2배 긴 사방 격자 패턴을 얻을 수가 있다. 또는, 동일 트랙내에서의 구조체(3)의 배치 피치가, 인접한 2트랙 사이에서의 구조체(3)의 배치 피치보다도 2배 이상 긴 준사방 격자 패턴을 얻을 수가 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 설명하겠지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하의 실시예에서는, 상술한 실시예와 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙인다. 실시예 1∼3에서는, 사방 격자 패턴 또는 준사방 격자 패턴으로 서브파장 구조체(3)를 배치하고, 광학 소자를 형성하도록 구성된 복제 기판(16)을 제작하되, 그 서브파장 구조체(3)는 세가지 상이한 공간 주파수를 구비한다. 비교예에서는, 준육방 격자 패턴으로 서브파장 구조체(3)를 형성하는 것에 의해, 광학 소자 제작용 복제 기판(16)을 제작했다. (실시예 1) 광학 소자 제작용 원반의 제작 석영 기판(11) 위에, 화학 증폭형 또는 노볼락계 포지티브형 레지스트층(12)을 두께 150㎚ 정도로 도포했다. 이 레지스트층(12)에, 도 5에 도시한 노광 장치를 이용해서, 반경 방향에서의 피치(반경 주기) P1: 190㎚, 원주 방향에서의 피치(원주 주기) P2: 400㎚, 원주 약 45°방향의 피치(원주 약 45°방향 주기) P3: 275㎚인 준사방 격자 패턴으로 배치된 잠상(14)을 레지스트층(12)에 형성했다. 레이저광(13)의 파장은 266㎚, 레이저 파워는 0.50mJ/m로 했다. 또한, 레지스트층(12)에 대한 레이저광(13)의 조사 주기를 1트랙마다 변화시켰다. 그 후, 레지스트층(12)에 대해서 현상 처리를 실시해서, 준사방 격자 패턴의 레지스트 패턴을 제작했다. 현상액으로서는, 무기 알칼리성 현상액(도쿄 오카 코교사제(東京應化社製; Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd))를 이용했다. 다음에, O 2 애싱에 의해 레지스트 패턴을 제거하여 개구 지름을 넓히는 단계와, CHF 3 가스 분위기 중에서의 플라즈마 에칭에 의해 석영 기판(11)을 에칭하는 단계를 반복해서 행했다. 그 결과, 석영 기판(11)의 표면이 노출되어 있는 준사방 격자 패턴 지름이 서서히 넓어지면서, 에칭이 진행되었다. 나머지(그 밖의) 영역은 레지스트 패턴의 마스크로 인해 에칭되지 않았다. 이것에 의해, 타원뿔대(종모양) 형상을 가지는 오목부(15a)가 형성되었다. 또한, 에칭량은 에칭 시간을 조정해서 변화시켰다. 마지막에, O 2 애싱에 의해 레지스트 패턴을 완전히 제거했다. 여기서, 상술한 애싱 및 에칭 프로세스의 상세에 대해서 설명한다. 우선, 애싱 및 에칭 프로세스를, (1) O 2 (산소) 애싱 5초, CHF 3 에칭 1분, (2) O 2 애싱 5초, CHF 3 에칭 2분, (3) O 2 애싱 5초, CHF 3 에칭 3분, (4) O 2 애싱 5초, CHF 3 에칭 4분의 순서로 행했다. 마지막에, O 2 애싱을 10초 행하는 것에 의해, 레지스트 패턴을 완전히 제거했다. 이상에 의해, 반경 방향으로의 피치(반경 주기) P1: 190㎚, 원주 방향으로의 피치(원주 주기) P2: 400㎚, 원주 약 45°방향의 피치(원주 약 45°방향 주기) P3: 275㎚, 깊이: 220∼312㎚, 종횡비: 0.80∼1.13인 준사방 격자 패턴의 광학 소자 제작용 성형금형 원반(서브파장 구조체 석영 마스터)(15)이 제작되었다. 광학 소자 제작용 복제 기판의 제작 다음에, 제작된 성형금형 원반(15) 위에 자외선 경화 수지를 도포했다. 그 후, 아크릴판(16a)을 자외선 경화 수지 위에 밀착시켰다. 그리고, 자외선을 조사해서 자외선 경화 수지를 경화시켰다. 그리고, 성형금형 원반(15)을 박리했다. 다음에, 성형금형 원반(15) 위에 자외선 경화 수지를 도포했다. 그 후, 광학 소자 제작용 복제 기판(16)의 평면측을 자외선 경화 수지 위에 밀착시켰다. 그리고, 자외선을 조사해서 자외선 경화 수지를 경화시켰다. 그리고, 성형금형 원반(15)을 박리했다. 이상에 의해, 준사방 격자 패턴을 양면에 가지는 광학 소자 제작용 복제 기판(서브파장 구조체 자외선 경화 복제 기판)(16)이 제작되었다. (실시예 2) 광학 소자 제작용 원반의 제작 반경 방향에서의 피치(반경 주기) P1: 200㎚, 원주 방향에서의 피치(원주 주기) P2: 400㎚, 원주 45°방향에서의 피치(원주 45°방향 주기) P3: 283㎚인 사방 격자 패턴으로 배치된 잠상(14)을 레지스트층(12)에 형성하는 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 사방 격자 패턴의 레지스트 패턴을 제작했다. 다음에, 애싱 및 에칭 프로세스를, (1) O 2 (산소) 애싱 5초, CHF 3 에칭 1분, (2) O 2 애싱 5초, CHF 3 에칭 2분, (3) O 2 애싱 5초, CHF 3 에칭 3분, (4) O 2 애싱 5초, CHF 3 에칭 4분의 순서로 행했다. 마지막에, O 2 애싱을 10초 행하는 것에 의해, 레지스트 패턴을 완전히 제거했다. 이상에 의해, 반경 방향에서의 피치(반경 주기) P1: 200㎚, 원주 방향에서의 피치(원주 주기) P2: 400㎚, 원주 45°방향에서의 피치(원주 45°방향 주기) P3: 283㎚, 깊이: 178∼220㎚, 종횡비: 0.63∼0.78인 사방 격자 패턴을 가지는 광학 소자 제작용 성형금형 원반(15)이 제작되었다. 광학 소자 제작용 복제 기판의 제작 다음에, 상술한 바와 같이 해서 제작된 성형금형 원반(15)을 이용하는 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 사방 격자 패턴을 양면에 가지는 복제 기판(16)을 제작했다. (실시예 3) 광학 소자 제작용 원반의 제작 반경 방향에서의 피치(반경 주기) P1: 210㎚, 원주 방향에서의 피치(원주 주기) P2: 420㎚, 원주 45°방향에서의 피치(원주 45°방향 주기) P3: 297㎚인 사방 격자 패턴으로 배치된 잠상(14)을 레지스트층(12)에 형성하는 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 사방 격자 패턴의 레지스트 패턴을 제작했다. 다음에, 애싱 및 에칭의 프로세스를, (1) O 2 (산소) 애싱 5초, CHF 3 에칭 1분, (2) O 2 애싱 5초, CHF 3 에칭 2분, (3) O 2 애싱 5초, CHF 3 에칭 3분 , (4) O 2 애싱 5초, CHF 3 에칭 4분의 순서로 행했다. 마지막에, O 2 애싱을 10초 행하는 것에 의해, 레지스트 패턴을 완전히 제거했다. 이상에 의해, 반경 방향에서의 피치(반경 주기) P1: 210㎚, 원주 방향에서의 피치(원주 주기) P2: 420㎚, 원주 45°방향에서의 피치(원주 45°방향 주기) P3: 297㎚, 깊이: 159∼212㎚, 종횡비: 0.54∼0.71인 사방 격자 패턴을 가지는 성형금 형 원반(15)이 제작되었다. 광학 소자 제작용 복제 기판의 제작 다음에, 상술한 바와 같이 해서 제작된 성형금형 원반(15)을 이용하는 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 사방 격자 패턴을 양면에 가지는 광학 소자 제작용 복제 기판(16)을 제작했다. (비교예) 원주 방향에서의 피치(원주 주기) P2: 330㎚, 원주 약 60°방향에서의 피치(원주 약 60°방향 주기) P3: 300㎚인 준육방 격자 패턴으로 배치된 잠상(14)을 레지스트층(12)에 형성하는 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 준육방 격자 패턴의 레지스트 패턴을 제작했다. 다음에, 애싱 및 에칭의 프로세스를, (1) O 2 (산소) 애싱 4초, CHF 3 에칭 1분, (2) O 2 애싱 4초, CHF 3 에칭 1.5분, (3) O 2 애싱 4초, CHF 3 에칭 2분, (4) O 2 애싱 4초, CHF 3 에칭 3분, (5) O 2 애싱 4초, CHF 3 에칭 4분, (6) O 2 애싱 4초, CHF 3 에칭 5분의 프로세스의 순서로 행했다. 마지막에, O 2 애싱을 10초 행하는 것에 의해, 레지스트 패턴을 완전히 제거했다. 이상에 의해, 도 8에 도시하는 바와 같이, 원주 방향에서의 피치(원주 주기) P2: 330㎚, 원주 약 60°방향에서의 피치(원주 약 60°방향 주기) P3: 300㎚, 깊이: 300㎚∼380㎚, 종횡비: 0.96∼1.22인 준육방 격자 패턴을 가지는 광학 소자 제작용 원반(15)이 제작되었다. 광학 소자 제작용 복제 기판의 제작 다음에, 상술한 바와 같이 해서 제작된 성형금형 원반(15)을 이용하는 것, 폴리카보네이트로 이루어지는, 굴절률 1.59의 기판(16a)을 이용하는 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 준육방 격자 패턴을 양면에 가지는 광학 소자 제작용 복제 기판(16)을 제작했다. (형상의 평가 1) 상술한 바와 같이 해서 제작된 실시예 1의 광학 소자 제작용 복제 기판(16)에 대해서, 주사형 전자 현미경(SEM: Scanning Electron Microscope)에 의해 관찰을 행했다. 그 결과를 도 9의 (a) 및 도 9의 (b)에 도시한다. 또한, 도 9의 (a)는 광학 소자(1)의 주요부 평면 SEM 사진이며, 도 9의 (b)는 도 9의 (a)의 원주 방향의 45°방향에서 본 광학 소자(1)의 주요부 사시 SEM 사진이다. 도 9의 (a) 및 도 9의 (b)로부터 이하의 것을 알 수 있다. 광학 소자 제작용 복제 기판 위에는, 투명 기체 위에 사방 격자 패턴을 이루도록 복수의 서브파장 구조체(16b)가 배치되어 있다. 또, 서브파장 구조체(16b)는, 꼭대기부의 경사가 완만하고 중앙부로부터 바닥부로 서서히 가파른 경사의 타원뿔대 형상을 가지는 볼록부이다. 이와 같은 형상의 서브파장 구조체(16b)는, 성형금형 원반의 제작 단계에서, 서브파장 구조체(3)의 선단부(top)로부터의 거리를 증가시켜서 서서히 에칭 시간을 길게 함으로써 얻을 수가 있다. (형상의 평가 2) 상술한 바와 같이 해서 제작된 실시예 1∼3 및 비교예의 복제 기판(16)에 대 해서, 원자간력 현미경(AFM: Atomic Force Microscope)으로 관찰을 행했다. 그리고, AFM의 단면 프로파일로부터 각 광학 소자 제작용 복제 기판(16)의 서브파장 구조체(16b)의 높이를 구했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 패턴의 원주 45°방향의 높이는, 반지름 방향의 높이보다도 작았다. 또, 패턴의 원주 45°방향 이외의 부분의 높이가 반지름 방향의 높이와 거의 동일했다. 그 때문에, 패턴의 높이를 반경 방향의 높이로 대표했다.
표 1로부터 이하의 것을 알 수 있다. 에칭 시간을 바꾸는 것에 의해, 서브파장 구조체(16b)의 형상을 달리할 수 있다는 것을 알 수 있다. 따라서, 에칭 시간을 바꾸는 것에 의해, 원하는 특성을 가지는 광학 소자(1)를 제작할 수 있다는 것을 알 수 있다. 투과 특성 및 반사 특성의 평가 상술한 바와 같이 해서 제작된 실시예 1∼3 및 비교예의 광학 소자 제작용 복제 기판(16)의 투과율을 측정했다. 또, 실시예 1의 광학 소자 제작용 복제 기판(16)의 반사율을 측정했다. 그 측정 결과를 도 10∼도 14에 도시한다. 또한, 측정에는, 자외 가시 분광 광도계(일본 분코샤 주식회사(JASCO Corporation)제, 상품명: V-500)를 이용했다. 도 10∼도 14로부터, 실시예 1∼3 및 비교예의 광학 소자 제작용 복제 기판(16) 각각의 특성에 대해서 이하의 것을 알 수 있다. 실시예 1~3 및 비교예 실시예 1에서는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 저입사 각도(0°및 10°)의 투과율에 파장 의존성이 있지만, 파장 420∼800㎚에서 평균 투과율이 98∼99%이므로 우수한 투과 특성이 얻어지고 있다. 또, 350㎚ 자외선 영역의 투과율은, 저입사 각도 0°에서 85%, 고입사 각도 60°에서 72%이다. 즉, 자외선 도광판으로서 충분한 특성이 얻어지고 있다. 실시예 2에서는, 도 11에 도시하는 바와 같이, 저입사 각도(0°및 10°)의 투과율에 파장 의존성이 있지만, 파장 440∼800㎚에서 평균 투과율이 98%이며, 우수한 투과 특성이 얻어지고 있다. 또, 파장 350㎚(자외선 영역)의 투과율은, 저입사 각도 0°에서 84%, 고입사 각도 60°에서 74%이며, 자외선 도광판으로서 충분한 특성이 얻어지고 있다. 실시예 3에서는, 도 12에 도시하는 바와 같이, 저입사 각도(0°및 10°)의 투과율에 파장 의존성이 있지만, 파장 440∼800㎚에서 평균 투과율이 98%이며, 우수한 투과 특성이 얻어지고 있다. 또, 파장 350㎚의 자외선 영역의 투과율은, 저입사 각도 0°에서 84%, 고입사 각도 60°에서 81%이며, 자외선 도광판으로서 우수한 투과 특성이 얻어지고 있다. 비교예에서는, 도 13에 도시하는 바와 같이, 입사각 50°이상에서 청색 광(450㎚)의 투과 특성이 저하된다. 또, 자외선 영역에서, 투과 특성이 저하되고 있다. 실시예 1에서는, 도 14에 도시하는 바와 같이, 고입사 각도(40°∼60°)의 장파장 영역의 반사율이 조금(약간) 나쁘지만, 저입사 각도(5°∼30°)의 반사율은, 평균 0.3% 정도이며, 우수한 반사 특성이 얻어지고 있다. 도 10∼도 14를 참조해서, 실시예 1∼3 및 비교예에서 제작된 복제 기판(16)과, 일본특허공보 제3723843호(특허 문헌 1) 및 일본공개특허공보 제2006-145885호(특허 문헌 2)에 기재된 광학 소자를 대비하면, 이하의 것을 알 수 있다. 특허 문헌 1에 기재된 광학 소자와, 실시예 1∼3의 각각에서 제작된 복제 기판(16)을 대비하면, 이하의 점에서 차이를 보인다. 상술한 특허 문헌 1에 기재된 광학 소자에서는, 반사 방지 필터(서브파장 구조체)를 형성함으로써, 50°∼60°의 각도 범위내(10°의 범위내)에서만, 우수한 투과 특성이 얻어진다. 이것에 대해서, 실시예 1∼3에서 제작된 광학 소자(1)에서는, 사방 격자 패턴 또는 준사방 격자 패턴으로 서브파장 구조체(3)를 배치하는 것에 의해 광학 소자(1)를 제작함으로써, 입사각 의존성을 적게 하고, 0∼±40°의 범위에서 뛰어난 투과 특성이 얻어진다. 일본공개특허공보 제2006-145885호에 기재된 광학 소자와, 실시예 1∼3에서 제작된 복제 기판(16)을 대비하면, 이하의 점에서 차이를 보인다. 이 특허 문헌 2에 기재된 광학 소자에서는, 유전체를 24층 적층하는 것에 의해 광학 특성을 가지는 광학 필터를 형성함으로써, 적색 광(640㎚), 녹색 광(530㎚), 청색 광(450㎚)의 투과율을 각각 80%, 80%, 50%로 향상시키고 있다. 이것에 대해서, 실시예 1∼3의 각각에서 제작된 복제 기판(16)에서는, 사방 격자 패턴 또는 준사방 격자 패턴으로 서브파장 구조체(3)를 배치하는 것에 의해, 적색 광(640㎚), 녹색 광(530㎚), 청색 광(450㎚)의 투과율을 각각, 99%, 99% 및 99%로 현격히 향상시키고 있다. 특히, 복제 기판(16)의 청색 광(450㎚) 투과 특성은, 특허 문헌 2에 기재된 광학 소자의 2배의 투과 특성(성능)으로 되어 있다. 이것에 의해, 청색 광(450㎚)의 흡수에 의한 소자의 열화(劣化)를 방지함으로써, 극히 높은 신뢰성의 광학 필터 소자 및 디스플레이를 제공할 수 있게 된다. 또, 니오븀(Nb) 등의 희토류(rare-earth)를 이용하고 있지 않기 때문에, 지구 환경 오염이 적은 광학 소자 및 디스플레이를 제공할 수 있게 된다. 비교예에서 제작된 복제 기판(16)과 실시예 1∼3에서 제작된 복제 기판(16)을 대비하면, 격자 패턴으로 서브파장 구조체(3)를 배열하여 형성하는 것에 의해, 적색 광(640㎚), 녹색 광(530㎚), 청색 광(450㎚)의 투과율을 각각, 99%, 99%, 99%로 현격히 향상시키고 있다는 점에서, 양자는 유사하다. 그러나, 비교예에서 제작된 복제 기판(1)과 실시예 1∼3의 각각에서 제작된 복제 기판(16)은, 이하의 점에서 다르다. 실시예 1∼3의 각각에서 제작된 복제 기판(16)에서는, 사방 격자 패턴 또는 준사방 격자 패턴으로 서브파장 구조체(3)를 배치하여 형성하는 것에 의해, 투과율의 파장 의존성은 다소 있지만, 가시광 영역으로부터 자외선 영역(350∼400㎚)의 평균 투과율이 90% 정도이며, 현격히 뛰어난 투과 특성이 얻어지고 있다. 또, 가시광 영역(파장 350∼800㎚)에서의 평균 투과율이 95%이며, 현격히 뛰어난 투과 특성이 얻어지고 있다. 이것에 대해서, 비교예에서 제작된 복제 기판(16)에서는, 준육방 격자 패턴으로 서브파장 구조체(3)를 배치하여 형성하는 것에 의해, 복제 기판(16)이 뛰어난 투과 특성을 가지게 된다. 그렇지만, 50°이상의 청색 광(450㎚)의 투과 특성은 저하된다. 또, 자외선 영역에서는 투과 특성이 악화되어 버리고 있다. 이상의 결과로부터, 원주 약 45°방향에서의 피치(원주 (약) 45°방향 주기) P3이 275㎚(실시예 1), 283㎚(실시예 2) 또는 297㎚(실시예 3)인 사방 격자 패턴 또는 준사방 격자 패턴에서는, 우수한 투과 특성이 얻어진다. 즉, 원주 (약) 45°방향에서의 피치 P3이 275∼297㎚인 경우, 현격히 뛰어난 투과 특성이 얻어진다. 또, 기체 위에 서브파장 구조체를 사방 격자 패턴 또는 준사방 격자 패턴으로 배치함과 동시에, 그 서브파장 구조체의 형상을 볼록 형상의 타원뿔대 형상으로 하고, 또한 종횡비가 0.54∼1.13으로 되는 패턴 높이 분포로 한다. 이것에 의해, 매우 뛰어난 투과 특성을 얻을 수가 있다. 또, 가시광 영역(파장 350∼800㎚)에서 우수한 투과 특성을 가지는 광학 소자(1)를 제공할 수 있다. 따라서, 이 광학 소자(1)를 LED 디스플레이나 형광등 디스플레이 등의 디스플레이, 조명 장치의 도광 소자 등과 같은 광학 디바이스에 적용한 경우, 이들 표시 장치나 광학 디바이스의 성능을 향상시킬 수가 있다. 실시예 4에서는, 광학 소자 제작용의 금속성형용 금형(17)을 제작했다. 이 광학 소자 제작용의 금속성형용 금형(17)을 이용해서, 사출 성형에 의해 디스크형상 광학 소자(1W)를 제작했다. (실시예 4) 광학 소자 제작용 원반의 제작 석영 기판(11) 위에, 화학 증폭형 또는 노볼락계 포지티브형 레지스트층(12)을 두께 150㎚ 정도로 도포했다. 이 레지스트층(12)에, 도 5에 도시한 노광 장치를 이용해서, 사방 격자 패턴 또는 준사방 격자 패턴으로 배치된 잠상(14)을 형성했다. 레이저광(13)의 파장은 266㎚, 레이저 파워는 0.50mJ/m로 설정했다. 또한, 레지스트층(12)에 대한 레이저광(13)의 조사 주기를 1트랙마다 변화시켰다. 그 후, 레지스트층(12)에 대해서 현상 처리를 실시해서, 사방 격자 패턴 또는 준사방 격자 형상의 레지스트 패턴을 제작했다. 현상액으로서는, 무기 알칼리성 현상액(도쿄 오카 코교사제)을 이용했다. 다음에, O 2 애싱(5초)에 의해 레지스트 패턴을 제거해서 개구 지름을 넓히는 프로세스와, CHF 3 가스 분위기 중에서의 플라즈마 에칭(3분)으로 석영 기판(11)을 에칭하는 프로세스를 반복해서 행했다. 그 결과, 사방 격자 패턴 또는 준사방 격자 패턴을 구성하는 개구의 지름 및 석영 기판(11)의 표면과의 연통부가 서서히 넓어지면서, 에칭이 진행되었다. 나머지 영역은 레지스트 패턴이 마스크로 되어 에칭되지 않았다. 이것에 의해, 도 6의 (b)에 모식적으로 도시한 바와 같은 단면 대략이 삼각형 형상인 오목부(15a)가 형성되었다. 에칭량은 에칭 시간을 조정해서 변화시켰다. 마지막에, O 2 애싱에 의해 레지스트 패턴을 완전히 제거했다. 이상에 의해, 반경 방향에서의 피치(반경방향으로의 주기) P1이 200㎚, 원주 방향에서의 피치(원주방향으로의 주기) P2가 400㎚, 원주 약 45°방향에서의 피치(원주 약 45°주기) P3이 283㎚, 깊이가 159㎚ 정도∼312㎚ 정도인 사방 격자 패턴 또는 준사방 격자 패턴으로 이루어지는 오목부를 가지는 성형금형 원반(15)이 제작되었다. 광학 소자 제작용 복제 기판의 제작 다음에, 제작된 성형금형 원반(15) 위에 자외선 경화 수지를 도포했다. 그 후, 아크릴판을 자외선 경화 수지 위에 밀착시켰다. 그리고, 자외선을 조사해서 자외선 경화 수지를 경화시켰다. 석영 마스터 금형을 박리했다. 이상에 의해, 사방 격자 패턴 또는 준사방 격자 패턴으로 이루어지는 볼록부를 가지는 복제 기판(16)이 제작되었다. 광학 소자 제작용의 금속성형용 금형의 제작 다음에, 제작된 복제 기판(16)의 요철 패턴 위에, 무전해 도금법에 의해 니켈 피막으로 이루어지는 도전화막(도전성 부여막)을 형성했다. 그리고, 도전화막을 가지는 복제 기판(16)을 전기주조(電鑄) 장치에 설치했다. 전해 도금법에 의해 도전화막 위에 300±5㎛ 정도 두께의 니켈 도금층을 형성했다. 계속해서, 복제 기판(16)으로부터 니켈 도금층을 커터 등을 이용해서 박리했다. 그 후, 전사된 요철 패턴을 아세톤으로 세정했다. 이상에 의해, 사방 격자 패턴 또는 준사방 격자 패턴으로 이루어지는 오목부를 가지는 금속성형용 금형(서브파장 구조체 Ni 마스터)(17)이 제작되었다. 광학 소자의 제작 다음에, 제작된 금속성형용 금형(17)을 이용해서 폴리카보네이트 수지의 사출 성형 기판을 제작하여, 표면에 사방 격자 패턴 또는 준사방 격자 패턴으로 배치되어 있는 볼록부를 가지는 디스크형상 광학 소자(1W)를 얻었다. 그 후, 이 디스크형상 광학 소자(1W)를 소정 사이즈로 잘라내었다. 이상에 의해, 대상(target) 광학 소자(1)가 제작되었다. 광학 소자의 평가 상술한 바와 같이 해서 제작된 광학 소자(1)의 투과 특성 및 반사 특성을 평가했다. 그 결과, 광학 소자(1)도, 상술한 실시예 1∼3에서 제작된 복제 기판(16)과 마찬가지로, 뛰어난 투과 특성과 반사 특성을 가지고 있었다. 이상, 본 발명의 실시예 및 실시예에 대해서 구체적으로 설명했지만, 본 발명은, 상술한 실시예 및 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상에 기반하는 다양한 변형이 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상술한 실시예 및 실시예에서 든 값들은 단순히 예시에 불과하며, 필요에 따라서 이것과 다른 값을 이용해도 좋다. 또, 상술한 실시예 및 실시예에서는, 기판을 에칭 처리해서 광학 소자 제작용 성형금형 원반을 형성하는 경우에 대해서 설명했다. 그렇지만, 레지스트층의 패턴이 형성된 기판을 그대로 광학 소자 제작용 성형금형 원반으로서 이용하는 것도 가능하다. 본 발명은 첨부하는 특허청구범위 또는 그 균등물의 범위내에서, 설계 요구조건 및 그 밖의 요인에 의거하여 각종 변형, 조합, 수정 및 변경 등을 행할 수 있다는 것은 당업자라면 당연히 이해할 수 있을 것이다.
도 1의 (a)∼(f)는 본 발명의 실시예에 따른 광학 소자의 구성의 1예를 도시하는 개략도. 도 2는 도 1의 (a)∼(f)에 도시한 광학 소자의 일부를 확대해서 도시하는 사시도. 도 3은 디스크형상 광학 소자의 구성의 1예를 도시하는 개략적 평면도. 도 4의 (a)∼(e)는 광학 소자 제작용 성형금형 원반의 제조 단계를 설명하기 위한 개략적 단면도. 도 5는 광학 소자 제작용 성형금형 원반의 제조 방법에 이용하는 노광 장치의 개략도. 도 6의 (a)∼(e)는 광학 소자 제작용 성형금형 원반으로 광학 소자를 제작할 때까지의 개략 단계를 설명하기 위한 개략도. 도 7의 (a) 및 (b)는 광학 소자의 잘라냄(커팅) 단계를 설명하기 위한 개략도. 도 8은 비교예에 따른 광학 소자 제작용 복제 기판의 구성을 도시하는 개략적 평면도. 도 9의 (a) 및 (b)는 실시예 1에 따른 광학 소자 제작용 복제 기판의 SEM 사진. 도 10은 실시예 1에 따른 투과 특성을 도시하는 그래프. 도 11은 실시예 2에 따른 투과 특성을 도시하는 그래프. 도 12는 실시예 3에 따른 투과 특성을 도시하는 그래프. 도 13은 비교예에 따른 투과 특성을 도시하는 그래프. 도 14는 실시예 1에 따른 반사 특성을 도시하는 그래프. 도 15는 종래기술에 따른 Si 성형금형 원반의 구성을 도시하는 도면. 도 16은 종래기술에 따른 Si 성형금형 원반의 구성을 도시하는 도면. 도 17은 종래기술에 따른 Si 성형금형 원반에서의 파장과 반사율과의 관계를 도시하는 그래프. 도 18은 종래기술에 따른 Si 성형금형 원반의 Ni 도금된 스탬퍼의 구성을 도시하는 개략적 사시도. 도 19는 도 17에 도시한 Ni 도금된 스탬퍼를 확대해서 도시하는 도면. 도 20은 종래기술에 따른 광학 소자에서의 파장과 반사율과의 관계를 도시하는 그래프. |
