反射防止光学素子およびレーザ光源装置
【課題】レーザ加工における反射防止光学素子として適した新規な反射防止光学素子を実現する。
【解決手段】無機光学材料による基板の表面に１次元の微細周期構造を形成してなり、所定の波長領域内で反射防止効果を有する反射防止光学素子であって、微細周期構造は、高さ：Ｈ１、幅：Ｄで断面山形三角形の構造単位１−１、１−２・・を周期：Ｐ（＞Ｄ）で配列してなる第１の凹凸構造と、第１の凹凸構造における隣接構造単位間に、凹凸の高さ：Ｈ２が「０．４Ｈ１≦Ｈ２≦０．８Ｈ１」を満足する断面山形三角形の構造単位２−１、２−２・・による第２の凹凸構造が形成され、第１の凹凸構造における構造単位の幅：Ｄは上記周期：Ｐに対し「０＜Ｐ−Ｄ≦Ｄ／２」を満足し、且つ、周期：Ｐが、波長領域の最短波長よりも短く、第１及び第２の凹凸構造は、平坦部のない楔形の凹部を形成し、上記最短波長に対して回折光を発生しない周期構造となっている。
【解決手段】無機光学材料による基板の表面に１次元の微細周期構造を形成してなり、所定の波長領域内で反射防止効果を有する反射防止光学素子であって、微細周期構造は、高さ：Ｈ１、幅：Ｄで断面山形三角形の構造単位１−１、１−２・・を周期：Ｐ（＞Ｄ）で配列してなる第１の凹凸構造と、第１の凹凸構造における隣接構造単位間に、凹凸の高さ：Ｈ２が「０．４Ｈ１≦Ｈ２≦０．８Ｈ１」を満足する断面山形三角形の構造単位２−１、２−２・・による第２の凹凸構造が形成され、第１の凹凸構造における構造単位の幅：Ｄは上記周期：Ｐに対し「０＜Ｐ−Ｄ≦Ｄ／２」を満足し、且つ、周期：Ｐが、波長領域の最短波長よりも短く、第１及び第２の凹凸構造は、平坦部のない楔形の凹部を形成し、上記最短波長に対して回折光を発生しない周期構造となっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は反射防止光学素子およびレーザ光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜誘電体層を積層して反射防止機能を実現する方法は従来から広く知られているが、近来、このような反射防止方法に変わるものとして、所謂「サブ波長構造」即ち、波長よりも周期の短い微細周期構造により反射防止を実現するものが提案されつつある。
【０００３】
サブ波長構造では凹凸の形状に応じて「入射光から見た微細周期構造の見かけ上の屈折率（以下、「有効屈折率」と言う。）」が変化する。
そこで、光学材料による基板の表面に「断面三角形状で１次元の微細周期構造を形成」すると、微細周期構造の空間周期は、凹凸構造の単位をなす三角形状の頂部から底部へ向かって連続的に変化するので、三角形状の高さ方向において「有効屈折率が連続的に変化する」ようにでき、微細周期構造の部分において「有効屈折率の不連続な階段状変化」が発生せず、従って、上記不連続な有効屈折率変化による反射が防止されて、良好な反射防止機能を実現できる。
【０００４】
このような反射防止機能を提案したものとして、特許文献１、２記載のものが知られている。
【０００５】
近来、レーザ加工等に用いられるレーザ光源の発振波長が短波長化してきており、それに伴い、微細周期構造の凹凸周期も短周期化が必要になってきている。上記レーザ加工に用いられるレーザ光源は出力が大きく、レーザビームの光路中に反射防止光学素子を用いる場合、反射防止機能が十分でないと、反射防止光学素子で反射されたレーザビーム成分がレーザ光源に戻り、レーザ発振に悪影響を及ぼす。
【０００６】
また、レーザ加工に用いるレーザビームは、その光エネルギの「より多く」を被加工物へ照射することが好ましく、このために、レーザビームの透過効率を高める必要があるが、このような透過効率の向上を阻む要素として「回折」がある。微細周期構造の周期がレーザビームの波長と同程度以上ともなると、入射するレーザビームの少なからぬ部分が回折により「本来のビーム進行方向」から逸れてしまい、エネルギの利用効率が低下してしまう。
【０００７】
このため、微細周期構造における周期をさらに小さくする必要がある。このためには、微細周期構造を構成する三角形状の断面の頂部間を小さくする必要があるが、このようにすると、三角形状の断面における「頂角」が小さくなり、三角形状が「薄肉」になってしまう。このような薄肉化した三角形状を断面形状とする微細周期構造は、機械的な強度が低く、取り扱いにも慎重を期する必要があり、反射防止光学素子の製造の歩留まりが低くなりがちである。
周期が小さくなると、微細周期構造を形成することが難しくなる。
【０００８】
また、レーザ加工の場合、加工の際に大きな熱が発生するので、反射防止光学素子には高い耐熱性が必要とされる。
【０００９】
特許文献１記載の反射防止光学素子は、微細周期構造が「熱可塑性樹脂」に形成されており、素材が樹脂であるところから「耐熱性」の点で「レーザ加工用」には向かない。
【００１０】
また、特許文献２記載の反射防止光学素子は、反射防止機能とともに「回折格子」としての機能も有しており「エネルギ利用効率」の点で「レーザ加工用」に向かない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
この発明は、レーザ加工における反射防止光学素子として適した新規な反射防止光学素子、即ち、反射防止機能が高く、耐熱性に優れ、機械的強度にも優れるとともに製造が容易で低コストに生産できる反射防止光学素子の実現を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の反射防止光学素子は「無機光学材料による基板の表面に、断面三角形状で１次元の微細周期構造を形成してなり、所定の波長領域内で反射防止効果を有する反射防止光学素子」である。
即ち、材質的には「無機光学材料」が用いられる。
無機光学材料は、例えば石英ガラスや一般的な光学ガラス、あるいはテンパックスガラス等、所望の波長領域における透過率特性を満足しているものを適宜に用いることができ、化学的にも安定で耐熱性も高い。
微細周期構造が「１次元」であるとは、微細な凹凸が１方向に並び、この１方向に直交する方向においては形状に変化が無いことを意味する。
「所定の波長領域内」は、反射防止光学素子が用いられる「用途におけるレーザ光源からのレーザ光の波長の範囲（光源に応じて異なる。）」である。
【００１３】
「微細周期構造」は、第１の凹凸構造と、第２の凹凸構造とを有する。
【００１４】
「第１の凹凸構造」は、高さ：Ｈ１、幅：Ｄ１の「断面山形三角形の構造単位」を周期：Ｐ１で配列してなる。
【００１５】
「山形三角形」は、底部の幅がＤ１で、高さがＨ１であるような三角形状であり、幅が、高さ方向に頂部へ向かうに連れて単調に減少する。高さ方向の頂部を形成する２斜辺の個々は直線であることが一般的であるが、これに限らず曲線であってもよい。第１の凹凸構造をなす断面山形三角形の断面形状は、断面に直交する方向には一定である。
【００１６】
従って、断面山形三角形をもつ構造単位は、プリズム状であり、これが１構造単位ずつ、即ち、１個のプリズムずつ、周期：Ｐで配列される。
【００１７】
周期：Ｐは、底部の幅：Ｄよりも大きい。従って、第１の凹凸構造においては、構造単位をなす断面山形三角形が隣接する部分では、これらの断面山形三角形の底部相互に間隔があり、底部相互は接触しない。
【００１８】
また、第１の凹凸構造における構造単位の幅：Ｄは、周期：Ｐに対し、
０＜Ｐ−Ｄ≦Ｄ／２
を満足する。さらに、周期：Ｐは、波長領域の最短波長よりも短い。
【００１９】
「第２の凹凸構造」は、第１の凹凸構造における隣接構造単位間に、凹凸の高さ：Ｈ２が、
０．４Ｈ１≦Ｈ２≦０．８Ｈ１
を満足する断面山形三角形の構造単位の配列により形成される。
第２の凹凸構造をなす構造単位の、高さ方向の頂部を形成する２斜辺の個々は直線であることが一般的であるが、これに限らず曲線であってもよい。第１の凹凸構造をなす断面山形三角形の断面形状は、断面に直交する方向には一定である。
【００２０】
第１の凹凸構造と第２の凹凸構造とを合わせたものが、断面三角形状で「１次元の微細周期構造」を構成するので、第１および第２の凹凸構造における構造単位の配列は山形三角形状の断面形状の頂部が１方向にならび、断面に直交する方向においては、頂部の稜線が互いに平行になる。
【００２１】
上記の如く、第１の凹凸構造においては「構造単位をなす断面山形三角形が隣接する部分で、断面山形三角形の底部相互に間隔があり、底部相互は接触しない」ので、もし第２の凹凸構造がないとすれば、第１の凹凸構造の底部相互の隣接する部分は「平坦な面」となって、この部分で、有効屈折率の不連続な変化が生じ、反射防止機能を低下させる原因となる。
【００２２】
この発明の反射防止光学素子では、第１の凹凸構造の間に第２の凹凸構造を形成し、上記「平坦な面」の部分が生じないようにする。
【００２３】
第２の凹凸構造を構成する構成単位としての「断面山形三角形」は、上記第１の凹凸構造における隣接する構造単位（断面山形三角形）間に１以上形成する。
従って、第１の凹凸構造における隣接する構造単位（断面山形三角形）間に、第２の凹凸構造の構造単位１個を形成する場合であれば、その配列周期はＰであり、その底部の幅は「Ｐ−Ｄ」である。勿論、底部の幅をさらに小さくして「第１の凹凸構造における隣接する構造単位（断面山形三角形）間に２以上を形成する」こともできる。
【００２４】
第１及び第２の凹凸構造は「平坦部のない楔形の凹部」を形成し、上記所定の波長領域における最短波長に対して「回折光を発生させない周期構造」となっている。
【００２５】
即ち、第１および第２の凹凸構造は「平坦部の無い楔形の凹部」をなすから、第１、第２の凹凸構造の全体において、断面山形三角形の底部相互は互いに接し「平坦な面」を形成しない。
【００２６】
また、上記の如く、第１及び第２の凹凸構造は、所定の波長領域における最短波長に対して「回折光を発生しない周期構造」となっている。即ち、第１および第２の凹凸構造の全体を通じて、「所定の波長領域における最短波長」と同程度以上の周期は存在せず、しかも、周期:Ｐは、上記最短波長の光に対しても回折を実質的に生じさせないような大きさである。
【００２７】
上記の如く、第１の凹凸構造の構造単位の幅：Ｄは、周期:Ｐに対し、
０＜Ｐ−Ｄ≦Ｄ／２
を満足するので、第１の凹凸構造を構成する山形三角形状の底部の幅：Ｄを十分に確保でき、第１の凹凸構造の構造単位の頂部が「尖りすぎて薄肉化する」ことがなく、従って、第１の凹凸構造の部分での機械強度を確保できる。
逆に、「Ｐ−Ｄ≧Ｄ／２」となると、最短波長の光に対しても回折を実質的に生じさせないような大きさであるべき周期：Ｐを実現した場合、第１の凹凸構造の山形三角形状の頂部が「尖り」、第１の凹凸構造の部分での機械強度の確保が困難になる。
【００２８】
第２の凹凸構造の構造単位をなす断面山形三角形のプリズム形状は、仮に、その頂部が「ある程度尖っている」としても、その頂部が、第１の凹凸構造を形成するプリズムの頂部を超えることが無く、従って、外部からの機械力の作用に対しては、第１の凹凸構造により有効に保護される。
【００２９】
しかし、第２の凹凸構造における構造単位の高さ：Ｈ２が、第１の凹凸構造における構造単位の高さ：Ｈ１に対して０．４Ｈ１よりも小さくなると、第２の凹凸構造の「反射防止機能への寄与」が小さくなる。また、Ｈ２が０．８Ｈ１より大きくなると、第２の凹凸構造の構造単位の頂部が「第１の凹凸構造の頂部に近く」なり、外部からの機械力の作用に対する「第１の凹凸構造による保護機能」が劣化する恐れがある。
【００３０】
上に説明したところを、図１に説明図的に例示する「２例の反射防止光学素子」により説明する。
【００３１】
図１（ａ）、（ｂ）に示されているのは、「無機光学材料」による基板の表面形状として形成された微細周期構造の２例である。これらの図は、左右方向を微細周期構造における周期方向とするものである。
図示されているのは微細周期構造の断面形状であり、図の如く、断面三角形状で１次元の周期構造であり、断面形状は図面に直交する方向において同一である。
【００３２】
図１（ａ）に示す例では、第１の凹凸構造が高さ：Ｈ１、幅：Ｄで断面山形三角形の構造単位１−１、１−２、１−３、・・を周期：Ｐ（＞Ｄ）で配列してなる。また、第２の凹凸構造は、第１の凹凸構造における隣接構造単位間に、凹凸の高さ：Ｈ２の断面山形三角形の構造単位２−１、２−２、２−３、・・を配してなる。
【００３３】
図１（ａ）の例では、第２の凹凸構造の個々の構造単位２−１、２−２、２−３、・・は、第１の凹凸構造の隣接する構造単位１−１、１−２、１−３、・・の各間に１つ形成されている。即ち、上記周期方向において、第１の凹凸構造の構造単位と、第２の凹凸構造の構造単位とは、１つずつ、交互に配置されている。
【００３４】
図１（ｂ）に示す例では、第１の凹凸構造は、高さ：Ｈ１、幅：Ｄで断面山形三角形の構造単位１−１、１−２、１−３、・・を周期：Ｐ（＞Ｄ）で配列してなる。
これに対し、第２の凹凸構造は、凹凸の高さ：Ｈ２の断面山形三角形の構造単位２−１１、２−１２、２−２１、２−２２、・・を配してなり、第１の凹凸構造の隣接する構造単位の間に、２つの構造単位（２−１１、２−１２等）が配列形成されている。
【００３５】
そして、図１におけるＨ１、Ｈ２、Ｄ、Ｐは、上記の関係：
０＜Ｐ−Ｄ≦Ｄ／２ （従って、当然に Ｐ＞Ｄである。）
０．４Ｈ１≦Ｈ２≦０．８Ｈ１
を満足し、周期：Ｐは「波長領域の最短波長」よりも短く、第１及び第２の凹凸構造は、平坦部のない楔形の凹部（例えば構造単位１−１と２−１とに挟まれた部分）を形成し、最短波長に対して回折光を発生しない周期構造となっているのである。
【００３６】
上記請求項１の反射防止光学素子は、上記の条件を満足しつつ、周期：Ｐを小さくすることにより「短波長領域」での反射防止機能を増大でき、高さ：Ｈ１を高くすることにより「長波長領域」での反射防止機能を増大できる。
【００３７】
請求項１記載の反射防止光学素子は、無機光学材料を「石英ガラス」とし、第１の凹凸構造の構造単位の高さ：Ｈ１および周期：Ｐが１００ｎｍ〜２００ｎｍで、第２の凹凸構造の構造単位が「第１の凹凸構造の隣接する構造単位間に１つ」形成され、波長：２６６ｎｍの光に対する透過率が９７％以上のものであることができる（請求項２）。
【００３８】
この発明のレーザ光源装置は「レーザ加工装置用のレーザ光源装置」であって、ＹＡＧレーザ光源と、波長変換素子と、ケーシングと、カバー板とを有する。
【００３９】
「ＹＡＧレーザ光源」は、レーザビームを放射する。
「波長変換素子」は、ＹＡＧレーザ光源からのレーザビームの波長を「加工に適した波長」に変換する素子である。波長変換素子としては公知の適宜のものを用いることができる。「加工に適した波長」は、ＹＡＧレーザ光源からのレーザビームを波長変換した波長のうち「第４高調波の波長：２６６ｎｍ」である。この波長では、多くの金属で反射率が低く、加工用レーザ光を加工対象に有効に吸収させて加工を行なうことができる。
【００４０】
「ケーシング」は、ＹＡＧレーザ光源と波長変換素子とを収納するものである。
【００４１】
「カバー板」は、ケーシングに開口されたレーザビーム射出孔を塞ぎ「波長変換素子により波長変換されたレーザビーム」を透過させる。
【００４２】
そして、このカバー板として、請求項１または２に記載の反射防止光学素子が用いられる。
【発明の効果】
【００４３】
上記の如く、この発明によれば新規な反射防止光学素子を実現できる。
この発明の反射防止光学素子は、上記の如く「無機の光学材料」で構成されるので、耐熱性に優れており、上記の如く第１、第２の凹凸構造により「有効屈折率の不連続な階段状変化が無い」ので、高い反射防止機能を実現でき、第１、第２の凹凸構造の上記の如き構成により機械強度に優れ、また、回折による透過ビームのエネルギ損失が無い。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】微細周期構造を説明図的に例示する図である。
【図２】微細周期構造を形成するための金型の転写パターンを説明するための図である。
【図３】反射防止光学素子の実施例に対する比較例の微細周期構造を説明するための図である。
【図４】レーザ光源装置を説明するための図である。
【図５】比較例の分光透過率特性を示す図である。
【図６】実施例を含む反射防止光学素子の分光透過率特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、実施の形態を説明する。
先ず、微細周期構造の形成を説明する。
上記の如く、微細周期構造の周期はサブ波長領域であり、反射防止の対象となる波長も１００ｎｍオーダと小さいが、以下のようにして形成することができる。
即ち、金型による形状転写とエッチングとを組み合わせる。
【００４６】
図１（ａ）に示すタイプの微細周期構造を形成する場合を説明する。
微細周期構造を形成する無機光学材料としては「石英ガラス」を平行平板にしたものを想定する。
製造の第１工程は、金型の作製である。
金型材料として、例えば、直径：１００ｍｍのシリコン基板を用い、その片面に、多数個の転写パターンを形成する。１個の転写パターンのサイズは例えば「５ｍｍ×５ｍｍ」であり、１枚のシリコン基板に２００個程度の転写パターンを形成する。
【００４７】
転写パターンは「ＦＩＢＳＥＭ装置」を用いて形成し、図１（ａ）に示す微細周期構造の凹凸を反転させた、図２に示すような断面形態のライン・アンド・スペースパターンを得る。
図２に示す転写パターンにおける符号Ｍ１−１、Ｍ１−２、Ｍ１−３で示す部分は、求める微細周期構造における第１の凹凸構造の頂部１−１、１−２、１−３等に対応する部分であり、符号Ｍ２−１、Ｍ２−２、Ｍ２−３で示す部分は、求める微細周期構造における第２の凹凸構造の頂部２−１、２−２、２−３等に対応する部分である。
【００４８】
上記の如く作製された金型の表面を「硫酸と過酸化水素水の混合液を用いるキャロ洗浄により洗浄」し、さらに、酸素ガス（Ｏ２）を流しつつエキシマ光（エキシマレーザ光）を照射し、表面の有機物質を酸化除去する「エキシマ処理」を行い、さらに、フッ素系の離型処理剤により離型処理を行う。
【００４９】
一方、前記シリコン基板と同様の大きさ・形状の平行平板状の石英ガラス（以下「材料基板」と言う。）の片面に「シランカップリング処理」を行う。カップリング処理材料としてはＫＢＭ５０３（商品名 信越シリコーン社製）を水に溶かし、材料基板を表面処理した後、加熱硬化させる。
【００５０】
その後、有機溶剤により洗浄し、材料基板表面に「カップリング処理材料を１分子層」のみ残す。
【００５１】
上記の処理を施された材料基板を樹脂吐出装置内にセットし、転写パターンの転写を行なう領域上に１チップ（１チップは、反射防止光学素子１単位）に対して０．３ｍｇずつ、紫外線硬化樹脂（大日本インキ株式会社製 ＧＲＡＮＤＩＣ ＲＣ ８７９０）を、領域中心に向けてインクジェット法で塗布する。
【００５２】
金型のほうも上記樹脂吐出装置内にセットし、転写パターンごとに上記紫外線硬化樹脂を０．３ｍｇ、同様にして塗布する。
【００５３】
続いて、金型の上に材料基板を「紫外線硬化樹脂が塗布された転写部位」相互が合致するように載せて位置あわせし、自動加圧機により１ＭＰａの加圧力により両者を密着させ、さらに、紫外光を２００００ｍＪ／ｃｍ２のエネルギ密度で照射して紫外線硬化樹脂を硬化させる。
【００５４】
次に、紫外線硬化樹脂により相互に一体化した金型と材料基板を離型治具にセットして、材料基板を金型から離す。このとき、材料基板の表面はシランカップリング処理をされているので、紫外線硬化樹脂と強固に接着し、金型の表面はフッ素系の離型処理剤により離型処理がなされているので、硬化した紫外線硬化樹脂が金型表面に残らない。
【００５５】
かくして「金型表面の転写パターンが転写された紫外線硬化樹脂」の層が材料基板の表面に一体化して得られる。なお、金型は洗浄して繰り返し使用できる。
【００５６】
続いて、材料基板と同じ石英ガラスをダミー基板とし、チャンバ内にセットし、チャンバ内を４．０×１０-4Ｔｏｒｒ以下に排気する。その後、ＲＩＥ装置の上部電極パワーを１２５０ワット、下部電極（ＲＦ）のパワーを５０ワットに設定し、ＣＨＦ３を１７Ｓｃｃｍ供給し、５分間エッチングを行う。
【００５７】
次に、ダミー基板をチャンバ内から取り出し、代わりに、上記転写パターンを転写された紫外線硬化樹脂と一体となった材料基板をチャンバ内にセットし、チャンバ内を４．０×１０-4Ｔｏｒｒ以下に排気する。
【００５８】
その後、ＲＩＥ装置の上部電極パワーを１２５０ワット、下部電極（ＲＦ）のパワーを３００ワットに設定し、ＣＨＦ３を１７Ｓｃｃｍ供給し、１２０秒間ドライエッチングを行い、紫外線硬化樹脂上に転写された転写パターンを材料基板表面に転写する。ドライエッチングは、紫外線硬化樹脂が完全に除かれるまで「オーバエッチング」する。
【００５９】
このようにして、図１（ａ）に示すタイプの微細周期構造をライン・アンド・スペースパターンとして持つ反射防止光学素子が「同一基板上に多数個」得られる。以下、各素子をチップごとに分離することにより反射防止光学素子が得られる。
【実施例】
【００６０】
上記の如き製造方法により、平行平板状の石英ガラスを基板材料として、図１（ａ）に示すタイプの微細周期構造として、以下の５種類のものを形成した。
各例とも、第１の凹凸構造の周期：Ｐを２００ｎｍ、構造単位の高さ：Ｈ１を３００ｎｍ、幅：Ｄを１４０ｎｍとした。
第２の凹凸構造の構造単位の高さ：Ｈ２を、以下の５例のように変化させた。
例１（構造Ａ） Ｈ２＝ ６０ｎｍ
例２（構造Ｂ） Ｈ２＝１２０ｎｍ
例３（構造Ｃ） Ｈ２＝１８０ｎｍ
例４（構造Ｄ） Ｈ２＝２４０ｎｍ
例５（構造Ｅ） Ｈ２＝３００ｎｍ 。
【００６１】
周期：Ｐ＝２００ｎｍ、幅：Ｄ＝１４０ｎｍであるので、
Ｐ−Ｄ＝６０ｎｍ、Ｄ／２＝７０
であり、これらは、反射防止光学素子の満足すべき条件：
０＜Ｐ−Ｄ≦Ｄ／２
を満足する。
【００６２】
一方、条件：
０．４Ｈ１≦Ｈ２≦０．８Ｈ１
を満足するのは、構造：Ｂ〜Ｄである。
一方、「比較例」として、図３に示す如き微細周期構造をもった反射防止光学素子を２例作製した。
図３に示す如く、比較例の微細周期構造は、図１（ａ）に示すタイプの微細周期構造の第２の凹凸構造の高さ：Ｈ２を０とし「第２の凹凸構造の占めている部分」を平坦な面としたものである。なお、材質としての無機光学材料は、上記実施例のものと同じく石英ガラスである。
【００６３】
図３の如く、断面山形三角形状の配列周期をＰ０、高さをＨ０、幅をＤ０とする。
【００６４】
第１の比較例（構造１）
Ｈ０＝３００ｎｍ
Ｄ０＝１０５ｎｍ
Ｐ０＝１５０ｎｍ 。
【００６５】
第２の比較例（構造２）
Ｈ０＝３００ｎｍ
Ｄ０＝１４０ｎｍ
Ｐ０＝２００ｎｍ 。
上記構造Ａ〜Ｅ、構造１および２について、分光透過率を調べた。
先ず、構造１と構造２についての分光透過率を、図５に示す。
構造１は、波長：２２０ｎｍ以上の広い波長領域において９９％以上の極めて良好な透過率特性を示す。これは、微細周期構造の周期：Ｐ＝１５０ｎｍと極めて小さいことによる。因みに波長：２６６ｎｍに対しては０．９９６（＝９９．６％）である。
【００６６】
構造２は、波長：３００ｎｍ以上の光に対しては構造１に劣らず良好な透過率特性を示すが、波長：３００ｎｍ以下の光では透過率が低下する。無機光学材料である石英ガラスの反射率は、波長：２６６ｎｍに対して０．０４であり、透過率としては９６％である。
【００６７】
構造２の場合、波長：２６６ｎｍに対しての透過率は９７％に至らず、微細周期構造を形成するメリットが少ない。
【００６８】
実施例として挙げた構造Ａ〜Ｅについての分光透過率特性を図６に示す。
構造Ａ〜Ｅは何れも、３００ｎｍ以上の波長領域において、良好な透過率特性を示すが、波長：２５０〜３００ｎｍの範囲で見ると、構造Ｂ〜Ｅが優れており、波長：２６６ｎｍでの値を見ると、構造Ｂにおいて０．９７７、構造Ｃにおいて０．９８６、構造Ｄにおいて０．９８９、構造Ｅにおいて０．９９であり、極めて優れている。
【００６９】
従って、分光透過率特性の面で見ると優れているのは、比較例における構造１と実施例における構造Ｂ〜Ｅである。
【００７０】
次に、これらの構造１、２、Ａ〜Ｅについて、その機械強度を以下のように調べた。微細周期構造が極めて微細であるため、物理的な外力を作用させた強度を調べるのは困難であることに鑑み、超音波洗浄機（アズワン社製 ＶＳ−７００）により４６ＫＨｚの周波数による超音波に１０分さらしたのち、微細周期構造の状態を顕微鏡で検査する方法により評価した。
【００７１】
その結果、構造２、構造Ａ〜Ｄにおいては、微細周期構造に全く変化が見られなかったが、構造１、構造Ｅにおいては数μｍオーダの「欠陥」が認められた。
【００７２】
なお、上記の各構造の作製難易度についてみると、構造１では微細周期構造の周期：Ｐが１５０ｎｍと小さいために、作製は難しい。他の構造では作製は容易である。
【００７３】
以上の結果を、まとめると以下のように表すことができる。
透過率特性、機械強度、作製難易度について、「極めて良」、「良好」、「不良」で示す。
【００７４】
構造 透過率特性 機械強度 作製難易度
１ 極めて良 不良 不良
２ 不良 良好 良好
Ａ 不良 良好 良好
Ｂ 良好 良好 良好
Ｃ 良好 良好 良好
Ｄ 良好 良好 良好
Ｅ 極めて良 不良 不良 。
【００７５】
この結果に基づき、透過率特性・機械強度・製造容易性の点から見ると、実施例に示した構造Ｂ〜Ｄが適していることが分かる。
【００７６】
即ち、構造Ｂ〜Ｄは、無機光学材料による基板の表面に、断面三角形状で１次元の微細周期構造を形成してなり、所定の波長領域内で反射防止効果を有する反射防止光学素子であって、微細周期構造は、高さ：Ｈ１、幅：Ｄで断面山形三角形の構造単位を周期：Ｐ１（＞Ｄ１）で配列してなる第１の凹凸構造と、この第１の凹凸構造における隣接構造単位間に、凹凸の高さ：Ｈ２が、
０．４Ｈ１≦Ｈ２≦０．８Ｈ１
を満足する、断面山形三角形の構造単位による第２の凹凸構造が形成され、第１の凹凸構造における構造単位の幅：Ｄは周期：Ｐに対し、
０＜Ｐ−Ｄ≦Ｄ／２
を満足し、且つ、周期：Ｐが、波長領域の最短波長よりも短く、第１及び第２の凹凸構造は、平坦部のない楔形の凹部を形成し、最短波長に対して回折光を発生しない周期構造となっている。
【００７７】
また、無機光学材料が石英ガラスであり、第１の凹凸構造の構造単位の高さ：Ｈ１および周期：Ｐ１が１００ｎｍ〜２００ｎｍで、第２の凹凸構造の構造単位が、第１の凹凸構造の隣接する構造単位間に１つ形成され、波長：２６６ｎｍの光に対する透過率が９７％以上である。
【００７８】
図４は、レーザ光源装置の実施の１形態を示す図である。
【００７９】
このレーザ光源装置はレーザ加工装置用、ＹＡＧレーザ光源４１と、ＹＡＧレーザ光源４１からのレーザビームの波長を加工に適した波長に変換する波長変換素子４３と、ＹＡＧレーザ光源４１と波長変換素子４３とを収納するケーシング４５と、ケーシング４５に開口されたレーザビーム射出孔４５Ａを塞ぐとともに、波長変換素子４３により波長変換されたレーザビーム（波長：２６６ｎｍ）を透過させるカバー板４７を有する。
【００８０】
このカバー板４７として、上に説明した構造Ｂ〜Ｄの任意の１を有する反射防止光学素子を用いる。
構造Ｂ〜Ｄを有する反射防止光学素子は機械強度に優れているから、図４のように、ケーシング４３の外壁に「剥き出し」で設けることができ、光源装置の取り扱いが容易である。
また、反射率が極めて低いため、カバー板４７により反射されてＹＡＧレーザ光源４１へ戻る戻り光は実質的に無く、戻り光による発振効率の低下を防止できる。また、ケーシング内部が密閉されることにより、ＹＡＧレーザ光源４１や波長変換素子４３への塵埃等の付着が減少し、素子の発生不良が低減される。
【符号の説明】
【００８１】
１−１、１−２、１−３ 第１の凹凸構造をなす構造単位
２−２、２−２、２−３ 第２の凹凸構造をなす構造単位
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８２】
【特許文献１】ＷＯ２００５／０１０５７２号公報
【特許文献２】特開２００６−１８５５６２号公報
【技術分野】
【０００１】
この発明は反射防止光学素子およびレーザ光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜誘電体層を積層して反射防止機能を実現する方法は従来から広く知られているが、近来、このような反射防止方法に変わるものとして、所謂「サブ波長構造」即ち、波長よりも周期の短い微細周期構造により反射防止を実現するものが提案されつつある。
【０００３】
サブ波長構造では凹凸の形状に応じて「入射光から見た微細周期構造の見かけ上の屈折率（以下、「有効屈折率」と言う。）」が変化する。
そこで、光学材料による基板の表面に「断面三角形状で１次元の微細周期構造を形成」すると、微細周期構造の空間周期は、凹凸構造の単位をなす三角形状の頂部から底部へ向かって連続的に変化するので、三角形状の高さ方向において「有効屈折率が連続的に変化する」ようにでき、微細周期構造の部分において「有効屈折率の不連続な階段状変化」が発生せず、従って、上記不連続な有効屈折率変化による反射が防止されて、良好な反射防止機能を実現できる。
【０００４】
このような反射防止機能を提案したものとして、特許文献１、２記載のものが知られている。
【０００５】
近来、レーザ加工等に用いられるレーザ光源の発振波長が短波長化してきており、それに伴い、微細周期構造の凹凸周期も短周期化が必要になってきている。上記レーザ加工に用いられるレーザ光源は出力が大きく、レーザビームの光路中に反射防止光学素子を用いる場合、反射防止機能が十分でないと、反射防止光学素子で反射されたレーザビーム成分がレーザ光源に戻り、レーザ発振に悪影響を及ぼす。
【０００６】
また、レーザ加工に用いるレーザビームは、その光エネルギの「より多く」を被加工物へ照射することが好ましく、このために、レーザビームの透過効率を高める必要があるが、このような透過効率の向上を阻む要素として「回折」がある。微細周期構造の周期がレーザビームの波長と同程度以上ともなると、入射するレーザビームの少なからぬ部分が回折により「本来のビーム進行方向」から逸れてしまい、エネルギの利用効率が低下してしまう。
【０００７】
このため、微細周期構造における周期をさらに小さくする必要がある。このためには、微細周期構造を構成する三角形状の断面の頂部間を小さくする必要があるが、このようにすると、三角形状の断面における「頂角」が小さくなり、三角形状が「薄肉」になってしまう。このような薄肉化した三角形状を断面形状とする微細周期構造は、機械的な強度が低く、取り扱いにも慎重を期する必要があり、反射防止光学素子の製造の歩留まりが低くなりがちである。
周期が小さくなると、微細周期構造を形成することが難しくなる。
【０００８】
また、レーザ加工の場合、加工の際に大きな熱が発生するので、反射防止光学素子には高い耐熱性が必要とされる。
【０００９】
特許文献１記載の反射防止光学素子は、微細周期構造が「熱可塑性樹脂」に形成されており、素材が樹脂であるところから「耐熱性」の点で「レーザ加工用」には向かない。
【００１０】
また、特許文献２記載の反射防止光学素子は、反射防止機能とともに「回折格子」としての機能も有しており「エネルギ利用効率」の点で「レーザ加工用」に向かない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
この発明は、レーザ加工における反射防止光学素子として適した新規な反射防止光学素子、即ち、反射防止機能が高く、耐熱性に優れ、機械的強度にも優れるとともに製造が容易で低コストに生産できる反射防止光学素子の実現を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の反射防止光学素子は「無機光学材料による基板の表面に、断面三角形状で１次元の微細周期構造を形成してなり、所定の波長領域内で反射防止効果を有する反射防止光学素子」である。
即ち、材質的には「無機光学材料」が用いられる。
無機光学材料は、例えば石英ガラスや一般的な光学ガラス、あるいはテンパックスガラス等、所望の波長領域における透過率特性を満足しているものを適宜に用いることができ、化学的にも安定で耐熱性も高い。
微細周期構造が「１次元」であるとは、微細な凹凸が１方向に並び、この１方向に直交する方向においては形状に変化が無いことを意味する。
「所定の波長領域内」は、反射防止光学素子が用いられる「用途におけるレーザ光源からのレーザ光の波長の範囲（光源に応じて異なる。）」である。
【００１３】
「微細周期構造」は、第１の凹凸構造と、第２の凹凸構造とを有する。
【００１４】
「第１の凹凸構造」は、高さ：Ｈ１、幅：Ｄ１の「断面山形三角形の構造単位」を周期：Ｐ１で配列してなる。
【００１５】
「山形三角形」は、底部の幅がＤ１で、高さがＨ１であるような三角形状であり、幅が、高さ方向に頂部へ向かうに連れて単調に減少する。高さ方向の頂部を形成する２斜辺の個々は直線であることが一般的であるが、これに限らず曲線であってもよい。第１の凹凸構造をなす断面山形三角形の断面形状は、断面に直交する方向には一定である。
【００１６】
従って、断面山形三角形をもつ構造単位は、プリズム状であり、これが１構造単位ずつ、即ち、１個のプリズムずつ、周期：Ｐで配列される。
【００１７】
周期：Ｐは、底部の幅：Ｄよりも大きい。従って、第１の凹凸構造においては、構造単位をなす断面山形三角形が隣接する部分では、これらの断面山形三角形の底部相互に間隔があり、底部相互は接触しない。
【００１８】
また、第１の凹凸構造における構造単位の幅：Ｄは、周期：Ｐに対し、
０＜Ｐ−Ｄ≦Ｄ／２
を満足する。さらに、周期：Ｐは、波長領域の最短波長よりも短い。
【００１９】
「第２の凹凸構造」は、第１の凹凸構造における隣接構造単位間に、凹凸の高さ：Ｈ２が、
０．４Ｈ１≦Ｈ２≦０．８Ｈ１
を満足する断面山形三角形の構造単位の配列により形成される。
第２の凹凸構造をなす構造単位の、高さ方向の頂部を形成する２斜辺の個々は直線であることが一般的であるが、これに限らず曲線であってもよい。第１の凹凸構造をなす断面山形三角形の断面形状は、断面に直交する方向には一定である。
【００２０】
第１の凹凸構造と第２の凹凸構造とを合わせたものが、断面三角形状で「１次元の微細周期構造」を構成するので、第１および第２の凹凸構造における構造単位の配列は山形三角形状の断面形状の頂部が１方向にならび、断面に直交する方向においては、頂部の稜線が互いに平行になる。
【００２１】
上記の如く、第１の凹凸構造においては「構造単位をなす断面山形三角形が隣接する部分で、断面山形三角形の底部相互に間隔があり、底部相互は接触しない」ので、もし第２の凹凸構造がないとすれば、第１の凹凸構造の底部相互の隣接する部分は「平坦な面」となって、この部分で、有効屈折率の不連続な変化が生じ、反射防止機能を低下させる原因となる。
【００２２】
この発明の反射防止光学素子では、第１の凹凸構造の間に第２の凹凸構造を形成し、上記「平坦な面」の部分が生じないようにする。
【００２３】
第２の凹凸構造を構成する構成単位としての「断面山形三角形」は、上記第１の凹凸構造における隣接する構造単位（断面山形三角形）間に１以上形成する。
従って、第１の凹凸構造における隣接する構造単位（断面山形三角形）間に、第２の凹凸構造の構造単位１個を形成する場合であれば、その配列周期はＰであり、その底部の幅は「Ｐ−Ｄ」である。勿論、底部の幅をさらに小さくして「第１の凹凸構造における隣接する構造単位（断面山形三角形）間に２以上を形成する」こともできる。
【００２４】
第１及び第２の凹凸構造は「平坦部のない楔形の凹部」を形成し、上記所定の波長領域における最短波長に対して「回折光を発生させない周期構造」となっている。
【００２５】
即ち、第１および第２の凹凸構造は「平坦部の無い楔形の凹部」をなすから、第１、第２の凹凸構造の全体において、断面山形三角形の底部相互は互いに接し「平坦な面」を形成しない。
【００２６】
また、上記の如く、第１及び第２の凹凸構造は、所定の波長領域における最短波長に対して「回折光を発生しない周期構造」となっている。即ち、第１および第２の凹凸構造の全体を通じて、「所定の波長領域における最短波長」と同程度以上の周期は存在せず、しかも、周期:Ｐは、上記最短波長の光に対しても回折を実質的に生じさせないような大きさである。
【００２７】
上記の如く、第１の凹凸構造の構造単位の幅：Ｄは、周期:Ｐに対し、
０＜Ｐ−Ｄ≦Ｄ／２
を満足するので、第１の凹凸構造を構成する山形三角形状の底部の幅：Ｄを十分に確保でき、第１の凹凸構造の構造単位の頂部が「尖りすぎて薄肉化する」ことがなく、従って、第１の凹凸構造の部分での機械強度を確保できる。
逆に、「Ｐ−Ｄ≧Ｄ／２」となると、最短波長の光に対しても回折を実質的に生じさせないような大きさであるべき周期：Ｐを実現した場合、第１の凹凸構造の山形三角形状の頂部が「尖り」、第１の凹凸構造の部分での機械強度の確保が困難になる。
【００２８】
第２の凹凸構造の構造単位をなす断面山形三角形のプリズム形状は、仮に、その頂部が「ある程度尖っている」としても、その頂部が、第１の凹凸構造を形成するプリズムの頂部を超えることが無く、従って、外部からの機械力の作用に対しては、第１の凹凸構造により有効に保護される。
【００２９】
しかし、第２の凹凸構造における構造単位の高さ：Ｈ２が、第１の凹凸構造における構造単位の高さ：Ｈ１に対して０．４Ｈ１よりも小さくなると、第２の凹凸構造の「反射防止機能への寄与」が小さくなる。また、Ｈ２が０．８Ｈ１より大きくなると、第２の凹凸構造の構造単位の頂部が「第１の凹凸構造の頂部に近く」なり、外部からの機械力の作用に対する「第１の凹凸構造による保護機能」が劣化する恐れがある。
【００３０】
上に説明したところを、図１に説明図的に例示する「２例の反射防止光学素子」により説明する。
【００３１】
図１（ａ）、（ｂ）に示されているのは、「無機光学材料」による基板の表面形状として形成された微細周期構造の２例である。これらの図は、左右方向を微細周期構造における周期方向とするものである。
図示されているのは微細周期構造の断面形状であり、図の如く、断面三角形状で１次元の周期構造であり、断面形状は図面に直交する方向において同一である。
【００３２】
図１（ａ）に示す例では、第１の凹凸構造が高さ：Ｈ１、幅：Ｄで断面山形三角形の構造単位１−１、１−２、１−３、・・を周期：Ｐ（＞Ｄ）で配列してなる。また、第２の凹凸構造は、第１の凹凸構造における隣接構造単位間に、凹凸の高さ：Ｈ２の断面山形三角形の構造単位２−１、２−２、２−３、・・を配してなる。
【００３３】
図１（ａ）の例では、第２の凹凸構造の個々の構造単位２−１、２−２、２−３、・・は、第１の凹凸構造の隣接する構造単位１−１、１−２、１−３、・・の各間に１つ形成されている。即ち、上記周期方向において、第１の凹凸構造の構造単位と、第２の凹凸構造の構造単位とは、１つずつ、交互に配置されている。
【００３４】
図１（ｂ）に示す例では、第１の凹凸構造は、高さ：Ｈ１、幅：Ｄで断面山形三角形の構造単位１−１、１−２、１−３、・・を周期：Ｐ（＞Ｄ）で配列してなる。
これに対し、第２の凹凸構造は、凹凸の高さ：Ｈ２の断面山形三角形の構造単位２−１１、２−１２、２−２１、２−２２、・・を配してなり、第１の凹凸構造の隣接する構造単位の間に、２つの構造単位（２−１１、２−１２等）が配列形成されている。
【００３５】
そして、図１におけるＨ１、Ｈ２、Ｄ、Ｐは、上記の関係：
０＜Ｐ−Ｄ≦Ｄ／２ （従って、当然に Ｐ＞Ｄである。）
０．４Ｈ１≦Ｈ２≦０．８Ｈ１
を満足し、周期：Ｐは「波長領域の最短波長」よりも短く、第１及び第２の凹凸構造は、平坦部のない楔形の凹部（例えば構造単位１−１と２−１とに挟まれた部分）を形成し、最短波長に対して回折光を発生しない周期構造となっているのである。
【００３６】
上記請求項１の反射防止光学素子は、上記の条件を満足しつつ、周期：Ｐを小さくすることにより「短波長領域」での反射防止機能を増大でき、高さ：Ｈ１を高くすることにより「長波長領域」での反射防止機能を増大できる。
【００３７】
請求項１記載の反射防止光学素子は、無機光学材料を「石英ガラス」とし、第１の凹凸構造の構造単位の高さ：Ｈ１および周期：Ｐが１００ｎｍ〜２００ｎｍで、第２の凹凸構造の構造単位が「第１の凹凸構造の隣接する構造単位間に１つ」形成され、波長：２６６ｎｍの光に対する透過率が９７％以上のものであることができる（請求項２）。
【００３８】
この発明のレーザ光源装置は「レーザ加工装置用のレーザ光源装置」であって、ＹＡＧレーザ光源と、波長変換素子と、ケーシングと、カバー板とを有する。
【００３９】
「ＹＡＧレーザ光源」は、レーザビームを放射する。
「波長変換素子」は、ＹＡＧレーザ光源からのレーザビームの波長を「加工に適した波長」に変換する素子である。波長変換素子としては公知の適宜のものを用いることができる。「加工に適した波長」は、ＹＡＧレーザ光源からのレーザビームを波長変換した波長のうち「第４高調波の波長：２６６ｎｍ」である。この波長では、多くの金属で反射率が低く、加工用レーザ光を加工対象に有効に吸収させて加工を行なうことができる。
【００４０】
「ケーシング」は、ＹＡＧレーザ光源と波長変換素子とを収納するものである。
【００４１】
「カバー板」は、ケーシングに開口されたレーザビーム射出孔を塞ぎ「波長変換素子により波長変換されたレーザビーム」を透過させる。
【００４２】
そして、このカバー板として、請求項１または２に記載の反射防止光学素子が用いられる。
【発明の効果】
【００４３】
上記の如く、この発明によれば新規な反射防止光学素子を実現できる。
この発明の反射防止光学素子は、上記の如く「無機の光学材料」で構成されるので、耐熱性に優れており、上記の如く第１、第２の凹凸構造により「有効屈折率の不連続な階段状変化が無い」ので、高い反射防止機能を実現でき、第１、第２の凹凸構造の上記の如き構成により機械強度に優れ、また、回折による透過ビームのエネルギ損失が無い。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】微細周期構造を説明図的に例示する図である。
【図２】微細周期構造を形成するための金型の転写パターンを説明するための図である。
【図３】反射防止光学素子の実施例に対する比較例の微細周期構造を説明するための図である。
【図４】レーザ光源装置を説明するための図である。
【図５】比較例の分光透過率特性を示す図である。
【図６】実施例を含む反射防止光学素子の分光透過率特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、実施の形態を説明する。
先ず、微細周期構造の形成を説明する。
上記の如く、微細周期構造の周期はサブ波長領域であり、反射防止の対象となる波長も１００ｎｍオーダと小さいが、以下のようにして形成することができる。
即ち、金型による形状転写とエッチングとを組み合わせる。
【００４６】
図１（ａ）に示すタイプの微細周期構造を形成する場合を説明する。
微細周期構造を形成する無機光学材料としては「石英ガラス」を平行平板にしたものを想定する。
製造の第１工程は、金型の作製である。
金型材料として、例えば、直径：１００ｍｍのシリコン基板を用い、その片面に、多数個の転写パターンを形成する。１個の転写パターンのサイズは例えば「５ｍｍ×５ｍｍ」であり、１枚のシリコン基板に２００個程度の転写パターンを形成する。
【００４７】
転写パターンは「ＦＩＢＳＥＭ装置」を用いて形成し、図１（ａ）に示す微細周期構造の凹凸を反転させた、図２に示すような断面形態のライン・アンド・スペースパターンを得る。
図２に示す転写パターンにおける符号Ｍ１−１、Ｍ１−２、Ｍ１−３で示す部分は、求める微細周期構造における第１の凹凸構造の頂部１−１、１−２、１−３等に対応する部分であり、符号Ｍ２−１、Ｍ２−２、Ｍ２−３で示す部分は、求める微細周期構造における第２の凹凸構造の頂部２−１、２−２、２−３等に対応する部分である。
【００４８】
上記の如く作製された金型の表面を「硫酸と過酸化水素水の混合液を用いるキャロ洗浄により洗浄」し、さらに、酸素ガス（Ｏ２）を流しつつエキシマ光（エキシマレーザ光）を照射し、表面の有機物質を酸化除去する「エキシマ処理」を行い、さらに、フッ素系の離型処理剤により離型処理を行う。
【００４９】
一方、前記シリコン基板と同様の大きさ・形状の平行平板状の石英ガラス（以下「材料基板」と言う。）の片面に「シランカップリング処理」を行う。カップリング処理材料としてはＫＢＭ５０３（商品名 信越シリコーン社製）を水に溶かし、材料基板を表面処理した後、加熱硬化させる。
【００５０】
その後、有機溶剤により洗浄し、材料基板表面に「カップリング処理材料を１分子層」のみ残す。
【００５１】
上記の処理を施された材料基板を樹脂吐出装置内にセットし、転写パターンの転写を行なう領域上に１チップ（１チップは、反射防止光学素子１単位）に対して０．３ｍｇずつ、紫外線硬化樹脂（大日本インキ株式会社製 ＧＲＡＮＤＩＣ ＲＣ ８７９０）を、領域中心に向けてインクジェット法で塗布する。
【００５２】
金型のほうも上記樹脂吐出装置内にセットし、転写パターンごとに上記紫外線硬化樹脂を０．３ｍｇ、同様にして塗布する。
【００５３】
続いて、金型の上に材料基板を「紫外線硬化樹脂が塗布された転写部位」相互が合致するように載せて位置あわせし、自動加圧機により１ＭＰａの加圧力により両者を密着させ、さらに、紫外光を２００００ｍＪ／ｃｍ２のエネルギ密度で照射して紫外線硬化樹脂を硬化させる。
【００５４】
次に、紫外線硬化樹脂により相互に一体化した金型と材料基板を離型治具にセットして、材料基板を金型から離す。このとき、材料基板の表面はシランカップリング処理をされているので、紫外線硬化樹脂と強固に接着し、金型の表面はフッ素系の離型処理剤により離型処理がなされているので、硬化した紫外線硬化樹脂が金型表面に残らない。
【００５５】
かくして「金型表面の転写パターンが転写された紫外線硬化樹脂」の層が材料基板の表面に一体化して得られる。なお、金型は洗浄して繰り返し使用できる。
【００５６】
続いて、材料基板と同じ石英ガラスをダミー基板とし、チャンバ内にセットし、チャンバ内を４．０×１０-4Ｔｏｒｒ以下に排気する。その後、ＲＩＥ装置の上部電極パワーを１２５０ワット、下部電極（ＲＦ）のパワーを５０ワットに設定し、ＣＨＦ３を１７Ｓｃｃｍ供給し、５分間エッチングを行う。
【００５７】
次に、ダミー基板をチャンバ内から取り出し、代わりに、上記転写パターンを転写された紫外線硬化樹脂と一体となった材料基板をチャンバ内にセットし、チャンバ内を４．０×１０-4Ｔｏｒｒ以下に排気する。
【００５８】
その後、ＲＩＥ装置の上部電極パワーを１２５０ワット、下部電極（ＲＦ）のパワーを３００ワットに設定し、ＣＨＦ３を１７Ｓｃｃｍ供給し、１２０秒間ドライエッチングを行い、紫外線硬化樹脂上に転写された転写パターンを材料基板表面に転写する。ドライエッチングは、紫外線硬化樹脂が完全に除かれるまで「オーバエッチング」する。
【００５９】
このようにして、図１（ａ）に示すタイプの微細周期構造をライン・アンド・スペースパターンとして持つ反射防止光学素子が「同一基板上に多数個」得られる。以下、各素子をチップごとに分離することにより反射防止光学素子が得られる。
【実施例】
【００６０】
上記の如き製造方法により、平行平板状の石英ガラスを基板材料として、図１（ａ）に示すタイプの微細周期構造として、以下の５種類のものを形成した。
各例とも、第１の凹凸構造の周期：Ｐを２００ｎｍ、構造単位の高さ：Ｈ１を３００ｎｍ、幅：Ｄを１４０ｎｍとした。
第２の凹凸構造の構造単位の高さ：Ｈ２を、以下の５例のように変化させた。
例１（構造Ａ） Ｈ２＝ ６０ｎｍ
例２（構造Ｂ） Ｈ２＝１２０ｎｍ
例３（構造Ｃ） Ｈ２＝１８０ｎｍ
例４（構造Ｄ） Ｈ２＝２４０ｎｍ
例５（構造Ｅ） Ｈ２＝３００ｎｍ 。
【００６１】
周期：Ｐ＝２００ｎｍ、幅：Ｄ＝１４０ｎｍであるので、
Ｐ−Ｄ＝６０ｎｍ、Ｄ／２＝７０
であり、これらは、反射防止光学素子の満足すべき条件：
０＜Ｐ−Ｄ≦Ｄ／２
を満足する。
【００６２】
一方、条件：
０．４Ｈ１≦Ｈ２≦０．８Ｈ１
を満足するのは、構造：Ｂ〜Ｄである。
一方、「比較例」として、図３に示す如き微細周期構造をもった反射防止光学素子を２例作製した。
図３に示す如く、比較例の微細周期構造は、図１（ａ）に示すタイプの微細周期構造の第２の凹凸構造の高さ：Ｈ２を０とし「第２の凹凸構造の占めている部分」を平坦な面としたものである。なお、材質としての無機光学材料は、上記実施例のものと同じく石英ガラスである。
【００６３】
図３の如く、断面山形三角形状の配列周期をＰ０、高さをＨ０、幅をＤ０とする。
【００６４】
第１の比較例（構造１）
Ｈ０＝３００ｎｍ
Ｄ０＝１０５ｎｍ
Ｐ０＝１５０ｎｍ 。
【００６５】
第２の比較例（構造２）
Ｈ０＝３００ｎｍ
Ｄ０＝１４０ｎｍ
Ｐ０＝２００ｎｍ 。
上記構造Ａ〜Ｅ、構造１および２について、分光透過率を調べた。
先ず、構造１と構造２についての分光透過率を、図５に示す。
構造１は、波長：２２０ｎｍ以上の広い波長領域において９９％以上の極めて良好な透過率特性を示す。これは、微細周期構造の周期：Ｐ＝１５０ｎｍと極めて小さいことによる。因みに波長：２６６ｎｍに対しては０．９９６（＝９９．６％）である。
【００６６】
構造２は、波長：３００ｎｍ以上の光に対しては構造１に劣らず良好な透過率特性を示すが、波長：３００ｎｍ以下の光では透過率が低下する。無機光学材料である石英ガラスの反射率は、波長：２６６ｎｍに対して０．０４であり、透過率としては９６％である。
【００６７】
構造２の場合、波長：２６６ｎｍに対しての透過率は９７％に至らず、微細周期構造を形成するメリットが少ない。
【００６８】
実施例として挙げた構造Ａ〜Ｅについての分光透過率特性を図６に示す。
構造Ａ〜Ｅは何れも、３００ｎｍ以上の波長領域において、良好な透過率特性を示すが、波長：２５０〜３００ｎｍの範囲で見ると、構造Ｂ〜Ｅが優れており、波長：２６６ｎｍでの値を見ると、構造Ｂにおいて０．９７７、構造Ｃにおいて０．９８６、構造Ｄにおいて０．９８９、構造Ｅにおいて０．９９であり、極めて優れている。
【００６９】
従って、分光透過率特性の面で見ると優れているのは、比較例における構造１と実施例における構造Ｂ〜Ｅである。
【００７０】
次に、これらの構造１、２、Ａ〜Ｅについて、その機械強度を以下のように調べた。微細周期構造が極めて微細であるため、物理的な外力を作用させた強度を調べるのは困難であることに鑑み、超音波洗浄機（アズワン社製 ＶＳ−７００）により４６ＫＨｚの周波数による超音波に１０分さらしたのち、微細周期構造の状態を顕微鏡で検査する方法により評価した。
【００７１】
その結果、構造２、構造Ａ〜Ｄにおいては、微細周期構造に全く変化が見られなかったが、構造１、構造Ｅにおいては数μｍオーダの「欠陥」が認められた。
【００７２】
なお、上記の各構造の作製難易度についてみると、構造１では微細周期構造の周期：Ｐが１５０ｎｍと小さいために、作製は難しい。他の構造では作製は容易である。
【００７３】
以上の結果を、まとめると以下のように表すことができる。
透過率特性、機械強度、作製難易度について、「極めて良」、「良好」、「不良」で示す。
【００７４】
構造 透過率特性 機械強度 作製難易度
１ 極めて良 不良 不良
２ 不良 良好 良好
Ａ 不良 良好 良好
Ｂ 良好 良好 良好
Ｃ 良好 良好 良好
Ｄ 良好 良好 良好
Ｅ 極めて良 不良 不良 。
【００７５】
この結果に基づき、透過率特性・機械強度・製造容易性の点から見ると、実施例に示した構造Ｂ〜Ｄが適していることが分かる。
【００７６】
即ち、構造Ｂ〜Ｄは、無機光学材料による基板の表面に、断面三角形状で１次元の微細周期構造を形成してなり、所定の波長領域内で反射防止効果を有する反射防止光学素子であって、微細周期構造は、高さ：Ｈ１、幅：Ｄで断面山形三角形の構造単位を周期：Ｐ１（＞Ｄ１）で配列してなる第１の凹凸構造と、この第１の凹凸構造における隣接構造単位間に、凹凸の高さ：Ｈ２が、
０．４Ｈ１≦Ｈ２≦０．８Ｈ１
を満足する、断面山形三角形の構造単位による第２の凹凸構造が形成され、第１の凹凸構造における構造単位の幅：Ｄは周期：Ｐに対し、
０＜Ｐ−Ｄ≦Ｄ／２
を満足し、且つ、周期：Ｐが、波長領域の最短波長よりも短く、第１及び第２の凹凸構造は、平坦部のない楔形の凹部を形成し、最短波長に対して回折光を発生しない周期構造となっている。
【００７７】
また、無機光学材料が石英ガラスであり、第１の凹凸構造の構造単位の高さ：Ｈ１および周期：Ｐ１が１００ｎｍ〜２００ｎｍで、第２の凹凸構造の構造単位が、第１の凹凸構造の隣接する構造単位間に１つ形成され、波長：２６６ｎｍの光に対する透過率が９７％以上である。
【００７８】
図４は、レーザ光源装置の実施の１形態を示す図である。
【００７９】
このレーザ光源装置はレーザ加工装置用、ＹＡＧレーザ光源４１と、ＹＡＧレーザ光源４１からのレーザビームの波長を加工に適した波長に変換する波長変換素子４３と、ＹＡＧレーザ光源４１と波長変換素子４３とを収納するケーシング４５と、ケーシング４５に開口されたレーザビーム射出孔４５Ａを塞ぐとともに、波長変換素子４３により波長変換されたレーザビーム（波長：２６６ｎｍ）を透過させるカバー板４７を有する。
【００８０】
このカバー板４７として、上に説明した構造Ｂ〜Ｄの任意の１を有する反射防止光学素子を用いる。
構造Ｂ〜Ｄを有する反射防止光学素子は機械強度に優れているから、図４のように、ケーシング４３の外壁に「剥き出し」で設けることができ、光源装置の取り扱いが容易である。
また、反射率が極めて低いため、カバー板４７により反射されてＹＡＧレーザ光源４１へ戻る戻り光は実質的に無く、戻り光による発振効率の低下を防止できる。また、ケーシング内部が密閉されることにより、ＹＡＧレーザ光源４１や波長変換素子４３への塵埃等の付着が減少し、素子の発生不良が低減される。
【符号の説明】
【００８１】
１−１、１−２、１−３ 第１の凹凸構造をなす構造単位
２−２、２−２、２−３ 第２の凹凸構造をなす構造単位
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８２】
【特許文献１】ＷＯ２００５／０１０５７２号公報
【特許文献２】特開２００６−１８５５６２号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機光学材料による基板の表面に、断面三角形状で１次元の微細周期構造を形成してなり、所定の波長領域内で反射防止効果を有する反射防止光学素子であって、
上記微細周期構造は、高さ：Ｈ１、幅：Ｄで断面山形三角形の構造単位を周期：Ｐ（＞Ｄ）で配列してなる第１の凹凸構造と、この第１の凹凸構造における隣接構造単位間に、凹凸の高さ：Ｈ２が、
０．４Ｈ１≦Ｈ２≦０．８Ｈ１
を満足する、断面山形三角形の構造単位による第２の凹凸構造が形成され、
上記第１の凹凸構造における構造単位の幅：Ｄ１は上記高さ：Ｈ１に対し、
０＜Ｐ−Ｄ≦Ｄ／２
を満足し、且つ、上記周期：Ｐが、上記波長領域の最短波長よりも短く、
上記第１及び第２の凹凸構造は、平坦部のない楔形の凹部を形成し、上記最短波長に対して回折光を発生しない周期構造となっていることを特徴とする反射防止光学素子。
【請求項２】
請求項１記載の反射防止光学素子において、
無機光学材料が石英ガラスであり、
第１の凹凸構造の構造単位の高さ：Ｈ１および周期：Ｐが１００ｎｍ〜２００ｎｍであり、
第２の凹凸構造の構造単位が、第１の凹凸構造の隣接する構造単位間に１つ形成され、
波長：２６６ｎｍの光に対する透過率が９７％以上であることを特徴とする反射防止光学素子。
【請求項３】
レーザ加工装置用のレーザ光源装置であって、
ＹＡＧレーザ光源と、
このＹＡＧレーザ光源からのレーザビームの波長を加工に適した波長に変換する波長変換素子と、
上記ＹＡＧレーザ光源と波長変換素子とを収納するケーシングと、
このケーシングに開口されたレーザビーム射出孔を塞ぎ、上記波長変換素子により波長変換されたレーザビームを透過させるカバー板と、を有し、
上記カバー板として、請求項１または２に記載の反射防止光学素子を用いたことを特徴とするレーザ光源装置。
【請求項１】
無機光学材料による基板の表面に、断面三角形状で１次元の微細周期構造を形成してなり、所定の波長領域内で反射防止効果を有する反射防止光学素子であって、
上記微細周期構造は、高さ：Ｈ１、幅：Ｄで断面山形三角形の構造単位を周期：Ｐ（＞Ｄ）で配列してなる第１の凹凸構造と、この第１の凹凸構造における隣接構造単位間に、凹凸の高さ：Ｈ２が、
０．４Ｈ１≦Ｈ２≦０．８Ｈ１
を満足する、断面山形三角形の構造単位による第２の凹凸構造が形成され、
上記第１の凹凸構造における構造単位の幅：Ｄ１は上記高さ：Ｈ１に対し、
０＜Ｐ−Ｄ≦Ｄ／２
を満足し、且つ、上記周期：Ｐが、上記波長領域の最短波長よりも短く、
上記第１及び第２の凹凸構造は、平坦部のない楔形の凹部を形成し、上記最短波長に対して回折光を発生しない周期構造となっていることを特徴とする反射防止光学素子。
【請求項２】
請求項１記載の反射防止光学素子において、
無機光学材料が石英ガラスであり、
第１の凹凸構造の構造単位の高さ：Ｈ１および周期：Ｐが１００ｎｍ〜２００ｎｍであり、
第２の凹凸構造の構造単位が、第１の凹凸構造の隣接する構造単位間に１つ形成され、
波長：２６６ｎｍの光に対する透過率が９７％以上であることを特徴とする反射防止光学素子。
【請求項３】
レーザ加工装置用のレーザ光源装置であって、
ＹＡＧレーザ光源と、
このＹＡＧレーザ光源からのレーザビームの波長を加工に適した波長に変換する波長変換素子と、
上記ＹＡＧレーザ光源と波長変換素子とを収納するケーシングと、
このケーシングに開口されたレーザビーム射出孔を塞ぎ、上記波長変換素子により波長変換されたレーザビームを透過させるカバー板と、を有し、
上記カバー板として、請求項１または２に記載の反射防止光学素子を用いたことを特徴とするレーザ光源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１５０１８６（Ｐ２０１１−１５０１８６Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２２１９（Ｐ２０１０−１２２１９）
【出願日】平成２２年１月２２日（２０１０．１．２２）
【出願人】（０００１１５７２８）リコー光学株式会社 (134)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２２日（２０１０．１．２２）
【出願人】（０００１１５７２８）リコー光学株式会社 (134)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]