特許 6205736 ナノ構造体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6205736

(24)【登録日】2017年9月15日

(45)【発行日】2017年10月4日

(54)【発明の名称】ナノ構造体

(51)【国際特許分類】

   B82B 1/00 20060101AFI20170925BHJP

   G11B 7/24082 20130101ALI20170925BHJP

   G02B 1/10 20150101ALI20170925BHJP

   B82B 3/00 20060101ALI20170925BHJP

   B82Y 10/00 20110101ALI20170925BHJP

   B82Y 20/00 20110101ALI20170925BHJP

   B82Y 40/00 20110101ALI20170925BHJP

【ＦＩ】

   B82B1/00

   G11B7/24082

   G02B1/10

   B82B3/00

   B82Y10/00

   B82Y20/00

   B82Y40/00

【請求項の数】6

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-21342(P2013-21342)

(22)【出願日】2013年2月6日

(65)【公開番号】特開2014-151379(P2014-151379A)

(43)【公開日】2014年8月25日

【審査請求日】2015年9月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】000108410

【氏名又は名称】デクセリアルズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000224

【氏名又は名称】特許業務法人田治米国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 惣銘

【審査官】 中野 和彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−２０３０５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２２６８０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第４５３５１９９（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２０１２−１６４３８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２４３０９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ８２Ｂ １／００

Ｂ８２Ｂ ３／００

Ｂ８２Ｙ １０／００

Ｂ８２Ｙ ２０／００

Ｂ８２Ｙ ４０／００

Ｇ０２Ｂ １／１０

Ｇ１１Ｂ ７／２４０８２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基体表面の凸部又は凹部により形成された構造体の配列からなるトラックが多数列配置されてなるモスアイ構造体であって、構造体の配列がトラックの延在方向に蛇行することでコーディングが施されており、各トラックの蛇行の位相がそろっているモスアイ構造体。

【請求項2】

蛇行領域が、トラックの延在方向にモスアイ構造体を観察した場合の一部または全ての領域に設けられている請求項１に記載のモスアイ構造体。

【請求項3】

蛇行の周期又は蛇行の振幅によりコーディングされている請求項１又は２に記載のモスアイ構造体。

【請求項4】

各トラックの蛇行の振幅が、±１０ｎｍ〜±１μｍである請求項１〜３のいずれかに記載のモスアイ構造体。

【請求項5】

請求項１〜３のいずれかに記載のモスアイ構造体の作製方法であって、
原盤の表面にレジスト層を形成する工程、
原盤上のレジスト層にレーザ光をパルス照射しつつ照射位置を移動させることにより、露光部からなるスポット状潜像の露光方向の微細ピッチの配列からなるトラックが多数列配置されてなる潜像パターンを形成する工程、
潜像を現像してレジストパターンを形成する工程、
レジストパターンをマスクとして原盤をエッチング処理することにより原盤の表面に凹凸パターンを形成する工程、及び
原盤の表面凹凸を樹脂材料に転写する工程
を有し、
前記潜像パターンを形成する工程において、トラックが該トラックの延在方向に蛇行するように且つ各トラックの蛇行の位相がそろうようにレーザ光を偏向させるモスアイ構造体の作製方法。

【請求項6】

レーザ光のパルス照射の蛇行を、変調偏向光学系を用いて行う請求項５に記載のモスアイ構造体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コーディングが施されたナノ構造体に関する。

【背景技術】

【0002】

基板表面の凸部又は凹部により形成された構造体を可視光波長以下の微細ピッチで多数列配置したナノ構造体は、可視光波長域の光に対して優れた反射防止効果を発揮するモスアイ構造として知られており、反射防止フィルムなどの光学素子として使用されている。

【0003】

モスアイ性能を有するナノ構造体については、外観上のムラの発生を抑制するため、ナノ構造体を構成する個々の構造体の配列をサイン波や三角波で変調して蛇行（ウォブル）させることが知られている（特許文献1）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許４５３５１９９号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

一方、ナノ構造体は、製品をひな形として表面凹凸を転写することで容易に模造品を作製することができる。そのため、ナノ構造体に、生産管理コードやロットナンバーなどのコーディングを行うことが望まれる。

【0006】

ナノ構造体の作製方法としては、まず、表面にレジスト層を有する原盤をレーザ光で露光し、現像することにより原盤の表面のレジスト層をパターニングし、次に、パターニングしたレジスト層をマスクとして原盤をエッチングすることにより原盤に表面凹凸を形成し、この表面凹凸を樹脂材料に転写する方法がある。また、ナノ構造体では、個々の構造体を四方格子、六方格子などに高密度で配列することが必要とされる。そこで、ナノ構造体にコーディングする方法としては、原盤を露光するレーザ光をコーディング信号で強度変調することが考えられる。

【0007】

しかしながら、原盤を露光するレーザ光を強度変調すると、所定のピッチで配列させている個々の構造体の径に大小ができるので、構造体の充填密度が低下するか、あるいは、個々の構造体の露光方向の配列であるトラック相互のピッチ（トラックピッチ）の調整が必要になり、製法が複雑となる。

【0008】

また、特許文献１に記載のウォブル技術を利用してコーディングすることも考えられるが、モスアイ構造を構成する個々の構造体の配列を単にサイン波や三角波で変調するだけでは、生産管理コードやロットナンバー等をコーディングすることが難しい。

【0009】

これに対し、本発明は、簡便な方法でコーディングを施したナノ構造体の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上述の課題を解決するため、本発明は、基体表面の凸部又は凹部により形成された構造体の配列からなるトラックが多数列配置されてなるナノ構造体であって、構造体の配列がトラックの延在方向に蛇行することでコーディングが施されているナノ構造体を提供する。

【0011】

また、本発明は、上述のナノ構造体の作製方法であって、
原盤の表面にレジスト層を形成する工程、
原盤上のレジスト層にレーザ光をパルス照射しつつ照射位置を移動させることにより、露光部からなるスポット状潜像の露光方向の微細ピッチの配列からなるトラックが多数列配置されてなる潜像パターンを形成する工程、
潜像を現像してレジストパターンを形成する工程、
レジストパターンをマスクとして原盤をエッチング処理することにより原盤の表面に凹凸パターンを形成する工程、及び
原盤の表面凹凸を樹脂材料に転写する工程
を有し、
前記潜像パターンを形成する工程において、トラックが該トラックの延在方向に蛇行するようにレーザ光を偏向させるナノ構造体の作製方法を提供する。

【発明の効果】

【0012】

本発明のナノ構造体によれば、構造体の配列がトラックの延在方向に蛇行しており、この蛇行の周期や振幅により、生産管理コード、ロットナンバー等をコーディングすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１のＡは、実施例のナノ構造体の概略平面図、Ｂは、Ａに示したナノ構造体の部分拡大平面図、Ｃは、ＢのトラックＴ１、Ｔ３における断面図、Ｄは、ＢのトラックＴ２、Ｔ４における断面図、Ｅは、ナノ構造体の原盤の製造においてＢのトラックＴ１、Ｔ３に対応する潜像を形成するレーザ光の変調波形を示す略線図、Ｆは、ナノ構造体の原盤の製造においてＢのトラックＴ２、Ｔ４に対応する潜像を形成するレーザ光の変調波形を示す略線図である。

【図2】図２は、実施例のコーディングの説明図である。

【図3】図３は、実施例のコーディングの説明図である。

【図4】図４は、ロール原盤露光装置の概略説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１のＡは、本発明の一実施例のナノ構造体１の概略平面図、Ｂはその部分拡大図、Ｃは、ＢのトラックＴ1、Ｔ3における断面図、ＤはＢのトラックＴ2、Ｔ4における断面図である。このナノ構造体１では、基体２の表面の凸部により形成された構造体３が微細な所定ピッチＰ1で配列したトラックＴ1、Ｔ2、Ｔ3、…が、所定のトラックピッチＴpで多数配列したモスアイ構造を構成している。なお、本発明のナノ構造体は、モスアイ構造に限定されず、例えば、ワイヤグリッド、ナノ溝波長板、ナノ溝フィルタ、構造色デバイス等も包含する。

【0015】

ここで、構造体３の微細ピッチＰ1の大きさは、例えば可視光波長以下、より具体的には約３００ｎｍ以下とすることができる。用途によっては、１０００ｎｍ以下とすることもできる。

【0016】

基体２は、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの透明性合成樹脂あるいはガラスなどで形成される。

【0017】

基体２の形状は、例えば、フィルム状、シート状、プレート状、ブロック状等とすることができる。

【0018】

また、ナノ構造体１では、隣り合うトラックＴ1、Ｔ2、Ｔ3同士で、構造体３の配列のピッチが半ピッチずれており、それにより、各トラックＴ1、Ｔ2、Ｔ3では、隣り合うトラック同士の構造体３が互い違いの配置となり、構造体３の配置パターンは、図１のＢに示すように準六方格子のパターンとなっている。なお、本発明において、構造体の配置パターンは、準六方格子に限られない。正六方格子でもよく、正四方格子でもよく、準四方格子でもよい。ここで、準六方格子とは、正六方格子をトラックＴ1、Ｔ2、Ｔ3の延在方向（図１のｘ方向）に引き延ばすことにより歪ませたパターンであり、準四方格子とは、正四方格子をトラックＴ1、Ｔ2、Ｔ3の延在方向（図１のｘ方向）に引き延ばすことにより歪ませたパターンである。

【0019】

なお、本発明において、個々の構造体３の形状自体には特に制限はなく、底面が、円形、楕円形、長円形、卵形等の錐体構造としてもよく、底面が、円形、楕円形、長円形、卵形等で、頂部が曲面に形成されていてもよく、頂部が平坦に形成されていてもよい。また、各構造体３の間に微小な凸部を設けてもよい。

【0020】

各構造体３の高さについても特に限定はなく、例えば、１８０ｎｍ〜４２０ｎｍ程度とすることができる。

【0021】

構造体３は、基体２の表面に凸部を形成することにより、又は凹部を形成することにより、設けることができる。

【0022】

本実施例のナノ構造体１は、構造体３の配列がトラックＴ1、Ｔ2、Ｔ3、…の延在方向に蛇行することで製造者識別情報、管理情報等がコーディングされていることを特徴としている。即ち、ナノ構造体１をトラックＴ1、Ｔ2、Ｔ3、…の延在方向に観察した場合に、ナノ構造体１には、蛇行領域Ｒ1、非蛇行領域Ｒ2、蛇行領域Ｒ3、非蛇行領域Ｒ4が順次形成されている。蛇行領域Ｒ1は所定の振幅のサイン波の１周期分であり、蛇行領域Ｒ3は、領域Ｒ1よりも振幅が大きく周期が長いサイン波の２周期分である。このように、このナノ構造体１では、構造体３の配列が蛇行している領域の有無、蛇行領域のトラック配列方向の位置、蛇行の波長、蛇行の振幅を適宜変えることで、ナノ構造体１に製造者識別情報、管理情報等がコーディングされる。

【0023】

また、ナノ構造体１は、蛇行領域Ｒ1、Ｒ3においても各トラックＴ1、Ｔ2、Ｔ3、…の位相は揃っている。そのため、ナノ構造体１における構造体３の充填密度が、構造体３の配列の蛇行によって低下することはなく、ナノ構造体１をモスアイ構造として用いた場合でも、その性能を損なうことはない。

【0024】

本発明においては、ナノ構造体にコーディングを施すために、構造体３の配列に種々の蛇行形態をとらせることができる。例えば、図２に示した実施例のナノ構造体１Ｂは、構造体３が四方格子配列を形成しており、コーディングのために、トラックの延在方向の全領域で、各トラックを同期させてサイン波で蛇行させたものである。より詳細には、所定周期及び所定振幅のサイン波の１．５周期分で形成された領域１Ａと、領域１Ａに比して周期が短く、振幅が大きいサイン波の２．５周期分で形成された領域２Ａと、領域２Ａと周期が同じ長さで、振幅が領域２Ａよりもさらに大きいサイン波の１周期分で形成された領域３Ａが連続的に形成されている。

【0025】

図３に示したナノ構造体１Ｃは、１周期分のサイン波の蛇行領域と、蛇行の無い領域と、２周期分のサイン波の蛇行領域により形成されている。このように、同一波形による蛇行領域の断続的な配置によりコーディングを行っても良い。

【0026】

本発明のナノ構造体においては、構造体３の配列をトラックの延在方向に蛇行させるにあたり、通常、蛇行の振幅は±１０ｎｍ〜±１μｍ、蛇行の一周期分の延在方向の長さは１〜５０μｍとする。

【0027】

本発明のナノ構造体は、コーディング領域がない公知のナノ構造体の作製方法において、潜像パターンを形成する工程で潜像パターンがコーディング信号に基づいて蛇行するようにレーザ光を偏向させることで作製することができる。即ち、本発明のナノ構造体は、
原盤の表面にレジスト層を形成する工程、
原盤上のレジスト層にレーザ光をパルス照射しつつ照射位置を移動させることにより、露光部からなるスポット状潜像の露光方向の微細ピッチの配列からなるトラックが多数列配置されてなる潜像パターンを形成する工程であって、トラックが該トラックの延在方向に蛇行するようにレーザ光を偏向させる工程、
潜像を現像してレジストパターンを形成する工程、
レジストパターンをマスクとして原盤をエッチング処理することにより原盤の表面に凹凸パターンを形成する工程、及び
原盤の表面凹凸を樹脂材料に転写する工程
から作製することができる。

【0028】

図４は、潜像パターンを形成するのに好適なロール原盤露光装置１０の概略である。このロール原盤露光装置１０は、ロール原盤１１の表面に着膜したレジスト層１２を露光するためのレーザ光（波長２６６ｎｍ）を発するレーザ光源１３、レーザ光源１３から出射されたレーザ光Ｌが入射する電気光学素子（ＥＯＭ）１４、偏光ビームスプリッタで構成されたミラー１５、フォトダイオード１６を有し、ミラー１５を透過した偏光成分がフォトダイオード１６で受光され、フォトダイオード１６が電気光学素子１４を制御してレーザ光Ｌの位相変調を行い、レーザノイズを±１％以下にする。

【0029】

また、このロール原盤露光装置１は、位相変調したレーザ光Ｌに対して強度変調とレーザ光の偏向を行う変調偏向光学系（ＯＭ／ＯＤ）１７を有している。変調偏向光学系（ＯＭ／ＯＤ）１７は、集光レンズ１８、音響光学素子/音響光学偏向素子（ＡＯＭ（Acoustic-Optical Modulator）／ＡＯＤ（Acoustic-Optical Diflector））１９、平行光をつくるレンズ２０を備えている。また、潜像の２次元パターンを形成するフォーマッター２１と、ドライバ２２を有し、フォーマッター２１がレジスト層１２に対するレーザ光の照射タイミングを制御し、ドライバ２２が、音響光学素子/音響光学偏向素子（ＡＯＭ／ＡＯＤ）１９を制御し、レーザ光を変調する。

【0030】

この潜像の２次元パターンの形成では、より具体的には、フォーマッター２１が、１トラック毎に極性反転フォーマッター信号とロールガラス原盤１１の回転コントローラーを同期させる信号を発生し、ＡＯＭ／ＡＯＤ１９により強度変調させる。角速度一定（ＣＡＶ）で適切な回転数と適切な変調周波数で露光することで、所定の大きさのスポット状潜像を所定のピッチで形成することができる。また、レーザ光を蛇行させる信号がフォーマッター２１からドライバ２２に供給され、Ｓｉｎ波、バースト波等を用いたＦＭ変調又はＡＭ変調の一種又は複数を適宜組み合わせて変調することにより、ＡＯＭ／ＡＯＤ１９はレーザ光の照射方向を制御し、潜像の２次元パターンに露光方向の蛇行を形成する。

【0031】

例えば、六方格子の潜像パターンを形成する場合、ロール原盤１１の円周方向の周期（即ち、露光方向のピッチＰ1）を３１５ｎｍ、円周方向に対して約６０度方向（約−６０度方向）の斜めピッチＰ2を３００ｎｍ、送りピッチＴpを２５１ｎｍにする（ピタゴラスの法則）。この場合、ロール原盤１１の回転数は、例えば、１８００、９００、４５０ｒｐｍを用い、この回転数に応じてフォーマッター２１による極性反転フォーマッター信号の周波数を定める。同様にして準六方格子、四方格子、準四方格子のパターンの潜像を形成することもできる。

【0032】

ＡＯＭ／ＡＯＤ１９で強度変調されると共に、レーザ光を蛇行させる信号に応じて偏向されたレーザ光は、ミラー２３で反射され、移動テーブル２４上のビームエクスパンダ（ＢＥＸ）２５により所望のビーム形状に成形され、対物レンズ２６を介してロール原盤１１上のレジスト層１２を照射する。より具体的には、例えば、ビームエクスパンダ２５で５倍のビーム径に拡大し、開口数（ＮＡ）０．９の対物レンズ２６を介してロール原盤１１上のレジスト層１２を照射する。

【0033】

ロール原盤１１は、スピンドルモータ２７に接続されたターンテーブル２８に載置されている。そこで、ロール原盤１１を回転させると共に、レーザ光を高さ方向に移動させながらレジスト層１２へレーザ光をパルス照射する。こうして照射によりレジスト層１２に形成した潜像は、円周方向に長軸を有する略楕円形状となる。

【0034】

以上、ロール原盤露光装置１０を使用してレジスト層１２に潜像パターンを形成する方法を説明したが、本発明のナノ構造体の製造方法においては、ディスク原盤に露光することにより潜像パターンを形成してもよい。

【0035】

潜像パターンを形成した後は、レジスト層１２に現像処理をし、露光した部分のレジストを溶解させる現像を行い、レジストパターンを形成する。

【0036】

次に、レジストパターンをマスクとして原盤をエッチング処理することにより原盤の表面に凹凸パターンを形成する。このパターニングは、例えば、ＣＨＦ₃ガス雰囲気でプラズマエッチングをすることにより行う。

【0037】

こうして形成した表面に微細な凹凸パターンを有する原盤をアクリルシートなどのＵＶ樹脂材料と密着させ、紫外線照射等により樹脂材料を硬化させ、剥離することにより、原盤表面の微細凹凸が転写されたナノ構造体を得ることができる。ここで、原盤としてロール原盤を使用すると、ロールツーロールで、コーディングされたナノ構造体の大面積のシートを得ることができる。

【0038】

本発明のナノ構造体は、ディスプレイ、光エレクトロニクス、光通信（光ファイバー）、太陽電池、照明装置など種々の光デバイスにおいて、ナノ構造による機能を得るために好適に使用することができる。

【0039】

ナノ構造体の用途に応じて、ナノ構造体の表面には、ＩＴＯ（Ｉｎ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂：インジウム錫酸化物）、ＡＺＯ（Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｎＯ：アルミドープ酸化亜鉛）、ＳＺＯ、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化錫）、ＳｎＯ₂（酸化錫）、ＧＺＯ（ガリウムドープ酸化亜鉛）、ＩＺＯ（Ｉｎ₂Ｏ₃、ＺｎＯ：酸化インジウム亜鉛）等からなる透明導電膜を形成してもよい。この場合、透明導電膜をナノ構造体の表面凹凸に沿わせることが好ましい。透明導電膜は、スパッタリング、ウェットコーティング等により形成することができる。

【符号の説明】

【0040】

１、１Ｂ、１Ｃ ナノ構造体
２ 基体
３ 構造体
１０ ロール原盤露光装置
１１ ロール原盤
１２ レジスト層
１３ レーザ光源
１４ 電気光学素子（ＥＯＭ）
１５ ミラー
１６ フォトダイオード
１７ 変調偏向光学系（ＯＭ／ＯＤ）
１８ 集光レンズ
１９ 音響光学素子／音響光学偏向素子（ＡＯＭ／ＡＯＤ）
２０ レンズ
２１ フォーマッター
２２ ドライバ
２３ ミラー
２４ 移動テーブル
２５ ビームエクスパンダ
２６ 対物レンズ
２７ スピンドルモータ
２８ ターンテーブル
Ｌ レーザ光
Ｐ1 ピッチ（露光方向）
Ｐ2 斜めピッチ
Ｒ1、Ｒ3 蛇行領域
Ｒ2、Ｒ4 非蛇行領域
Ｔ1、Ｔ2、Ｔ3、Ｔ４ トラック
Ｔp トラックピッチ又は送りピッチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】