本発明を実施するための最良の形態を示� ��。

 本発明の基材の周期凹凸構造体は平板状� ��板表面に形成される。平板状基板に平行で� ��いに直交するx軸とy軸を取り、基板表面に� �交するようにz軸を取ったとき、平板状基板� ��面には、y軸に平行でx軸方向に一定周期を� �つ直線状の凹凸構造体が形成される。その� �凸周期は80nm以上であることが好ましい。こ� ��は周期が80nmより小さくなると、リソグラフ ィ技術によって形状を描画すること事体が困 難になるためである。また、インプリントプ ロセスを用いて作製しようとした場合には80n m以下であると転写性の面で十分な形状確保� �困難になると考えられる。

 一方、周期が大きくなるとそれに伴って� ��分な凹凸高さが必要になるが、凹凸高さが� ��きくなると膜厚、形状そのものの制御が困� ��になることから、周期は450nm以下に抑える� �要がある。以上のことから凹凸周期は80~450nm の範囲が好ましいが、120~300nmの範囲であると さらに良く、140~250nmの範囲であれば最も理想 的である。

 凹凸形状の高さは周期に対して0.2倍以上� ��あることが望ましく、より正確に多層周期� ��凸構造体を作製するためには周期に対して0 .25倍以上の高さが必要である。これは周期に 対する凹凸形状の高さが低い場合には多層成 膜していく過程において、十分な形状追随が なされずに徐々に凹凸が平坦になってしまう ためである。

 一方、周期に対して高さが大きいものは� ��成膜時に形状の歪みが生じやすくなるため� ��凹凸形状の高さは周期に対して0.75倍までに 抑える必要がある。以上のことから凹凸形状 の高さは周期に対して0.25~0.75倍であることが 必要であるが、0.3~0.6倍の範囲に入っている� �より好ましく、0.35~0.5倍の範囲に入っている とさらに好ましい。この場合の高さはSEM(走� �型電子顕微鏡)により測定を行って得られた� ��さの平均を用いて表したものである。その� ��定方法は以下の通りである。

 基材をxz平面で切断し、その断面の凹凸� �状をSEMにより観察してその高さを測定する� �その際、隣り合う凹部最底部と凸部最頂点� �の高さの差を求め、得られた差について少� �くとも20以上の連続する凹凸形状の高さデー タをとって平均化し、その箇所近傍の凹凸形 状の高さと定義する。

 フォトニック結晶を作製するための基材� ��作製する際に重要なこととして、凹凸構造� ��高さばらつきを抑えることが挙げられる。� ��さが均一でない場合には、高さが十分でな� ��場合と同様に多層成膜時に周期構造の乱れ� ��平坦化が発生する。ここで、高さを求める� ��きに使用した2次元xz平面データから、凹凸� ��さhをそれぞれ隣り合う凹部底部と凸部頂点 部の差から求めたときに、その標準偏差をば らつきと定義する。このばらつきは少なくと も20以上の連続する凹凸形状の高さデータか� ��求める。このばらつきを0.14h以下に抑えた� �きに成膜後に欠陥の発生を十分に抑えるこ� �ができる。部分的に0.14hを超えるばらつきの ある箇所とない箇所が混在している場合には 、多層成膜時にばらつきのある箇所に欠陥が 生じる。このばらつきは0.1h以下であるとさ� �に好ましく、0.08h以下であることがよりいっ そう好ましい。

 スパッタ成膜とバイアスエッチングを組� ��合わせて多層成膜した周期凹凸構造体のxz� �面で切断した断面は、三角形が連続した形� �となる。基材の周期凹凸構造が三角形状で� �い場合にも、成膜過程で変形、整形されて� �角形状となる。基材の凹凸周期を成膜時に� �随させるためには、基材の断面形状は三角� �状(図1)、矩形(図2)、台形形状、サインカー� �形状のいずれかもしくはそれに類似した形� �が好ましい。例えば矩形形状の基材に多層� �膜した場合には、形成される各層の断面形� �は成膜過程において徐々に矩形から三角形� �へと変形する。しかし設計どおりの光学特� �を得るためには、損失なく正確な三角形状� �成膜過程において積層する必要があるため� �基材の周期凹凸形状は三角形状が連続した� �のであることが最も好ましい。

 また、基材の凹凸形状が三角形状である� ��とは、その基材をインプリントプロセスに� ��って作製する場合にも好ましい。その理由� ��して、三角形状であれば転写する際に型の� ��部深くまで材料が十分に入り込みやすいこ� ��、また三角形状の表面は離型の際に基板平� ��面に対して斜め方向に生じる負荷に強いこ� ��が挙げられる。基材の断面形状を三角形状� ��形成することによって、インプリントプロ� ��スによって基材を作製する際の高さのばら� ��きの発生を0.14h以内に抑制することが可能� �なる。

 基材の周期凹凸形状の凹部から平板状基� ��表面までの距離は4h以下かつ500nm以下に抑え られていることが好ましい。これは膜の厚み が薄いほど、z方向における凹凸形状の歪み� �最小限に抑えることができるからである。� �た、基材の周期凹凸形状の凹部から平板基� �表面までの距離を上記範囲内に抑えること� �より、凹凸形状の高さのばらつきの発生を0. 14h以内に抑制することが容易になる。

 基材をインプリントプロセスで作製する際� ��用いる材料は、金属アルコキシド硬化物が� ��ましい。金属アルコキシド硬化物からなる� ��凸構造体は、金属アルコキシド含有液を用� ��たインプリントプロセスにより作製される� ��その方法は以下の通りである。
(1)平板状基板表面に金属アルコキシド含有液 を塗布する工程
(2)金属アルコキシド含有液塗布基板に成形型 を押し当てる工程
(3)成形型を押し当てた状態で金属アルコキシ ド含有液塗布基板を加熱して金属アルコキシ ド含有液を硬化し、成形型から形状の転写を 行う工程
(4)金属アルコキシド硬化物層が形成された平 板基板を成形型から引き剥がす工程
(5)金属アルコキシド硬化物層が形成された平 板基板を加熱焼成する工程
 この材料を用いることで低温でも容易にSiO ₂ を主成分とする周期凹凸形状を形成した基材 を作製することができる。作製した基材は耐 熱性に優れているため成膜時にも形状が歪む ことなく形状追随性のよい多層成膜構造体の 作製が可能となる。

 金属アルコキシド含有液を塗布する工程� ��おいては、その塗布量の制御が重要になる� ��金属アルコキシド含有液の塗布量は、同材� ��塗布基板をそのまま焼成した際に得られる� ��厚が、500nm以下であるようにすることが好� �しい。これは、膜厚が500nmを超えると、イン プリントする際のゲル化反応により揮発した 水分が凹凸形状表面に残って、成膜時に異常 成長の原因となるような欠陥を発生させるた めである。また成形型を押し当てて作製した 周期凹凸構造の形状凹部から平板状基板表面 までの距離が500nm以下であれば、金属アルコ� ��シド硬化膜の厚み分布を均一にすることが� ��きる。

 塗布膜厚が薄すぎる場合には、基板と型� ��凸部が直接に接触して形状に歪みが生じた� ��、型の凹部に金属アルコキシド材料が十分� ��入り込まないなどの問題が発生することが� ��る。そのため、塗布膜厚は50nm以上あること が好ましい。

 前記範囲内の塗布膜厚であれば、結果と� ��て作製する周期凹凸構造の高さのばらつき� ��減らすことができる。さらに高さのばらつ� ��を減らすためには、基材の周期凹凸形状の� ��部から平板状基板表面までの距離が4h以内� �抑えられていることが好ましい。

 以下に本発明の具体的な実施例を示す。

(実施例1)
 周期200nmで凹凸形状の高さが77nm、断面形状� ��三角形状である凹凸構造体を成形型として� ��意した。メチルトリエトキシシランとテト� ��エトキシラン、エタノール、酸水溶液を混� ��させた溶液を作製し、スピンコーティング� ��より平板状基板上に塗布を行った。その際� ��塗布量は、そのまま160℃で焼成した際に90nm の膜厚みになるような条件であった。次にそ の塗布基板上に上記成形型を2.55MPa(26kg/cm ² )の圧力で押し当てた。その後、温度を60℃に 30分間保持して材料を硬化させ、離型を行い� ��300℃で30分間焼成を行った。その結果得ら� �た基材の周期凹凸形状は高さが74nmで高さの� ��らつきは6nm、凹凸形状凹部から基板表面ま� ��の距離は45nmであった。

 次にバイアススパッタリング法により上記� ��周期凹凸構造を有する基材に成膜を行い、4 50~500nmの波長範囲において偏光子としての機� ��を有する多層周期凹凸構造体(フォトニック 結晶)の作製を試みた。SiO ₂ ターゲットとTaターゲットを用い、Arガス雰� �気中でSiO ₂ 膜とTa ₂ O ₅ 膜を交互に成膜した。その成膜においては、 450nm~500nmの波長範囲でTM偏光が90%以上透過し� �TE偏光は膜表面で反射し0.5%以下の透過率に� �るように設計した結果から求めた必要膜総� �を積層した。ここで、電界が溝に垂直に振� �する偏光をTM偏光、電界が溝に平行に振動す る偏光をTE偏光とする。成膜の結果得られた� ��層周期凹凸構造体は、SEM観察によりその表� ��で正確な周期構造が保たれていることが確� ��された。その光学特性は、450~500nmの波長範� ��においてTM偏光の透過率が92.6%、TE偏光の透� ��率が0.10%であった。これは偏光子としての� �能を有することを示すものであり、この多� �周期凹凸構造体がフォトニック結晶として� �能するための構造を有することを示すもの� �考えられる。これらの結果から、基材の周� �凹凸構造の高さ、高さのばらつき、凹凸形� �凹部から基板表面までの距離について請求� �の条件を満たしている場合には周期構造の� �れが少なく、光学特性を十分に満たした多� �凹凸周期構造体である偏光子を作製可能で� �ることが確認された。

(実施例2)
 周期が200nm、凹凸の高さ62nm、高さのばらつ� ��7nm、凹凸形状凹部から基板表面までの距離1 80nm、断面形状が三角形状の周期凹凸構造を� �成した基材に実施例1と同様の条件で膜総数� ��変更して多層成膜を行ったところ、その光� ��特性はTM偏光の透過率が91.4%、TE偏光の透過� ��が0.14%であった。これは偏光子としての機� �を有しフォトニック結晶として十分な機能� �満たしていると考えられる。この結果から� �下地周期凹凸構造体が請求項の条件を満た� �ている場合には周期構造の乱れが少なく、� �学特性を十分に満たした多層凹凸周期構造� �である偏光子を作製可能であることが確認� �れた。

(実施例3)
 周期が140nm、凹凸の高さ53nm、高さのばらつ� ��6nm、凹凸形状凹部から基板表面までの距離4 5nm、断面形状が三角形状の周期凹凸構造を形 成した基材に実施例1と同様の条件で膜総数� �変更して多層成膜を行ったところ、その光� �特性はTM偏光の透過率が91.7%、TE偏光の透過� �が0.11%であった。これは偏光子としての機能 を有することを示すものであり、この多層周 期凹凸構造体がフォトニック結晶として機能 するための構造を有することを示すものと考 えられる。この結果からも下地周期凹凸構造 体が請求項の条件を満たしている場合には周 期構造の乱れが少なく、光学特性を十分に満 たした多層凹凸周期構造体である偏光子を作 製可能であることが確認された。

(実施例4)
 周期が140nm、凹凸の高さ81nm、高さのばらつ� ��9nm、凹凸形状凹部から基板表面までの距離2 0nm、断面形状が矩形の周期凹凸構造を形成し た基材に実施例1と同様の条件で膜総数を変� �して多層成膜を行ったところ、その光学特� �はTM偏光の透過率が86.5%、TE偏光の透過率が0. 11%であった。これは偏光子としての機能を有 することを示すものであり、この多層周期凹 凸構造体がフォトニック結晶として機能する ための構造を有することを示すものと考えら れる。この結果からも下地周期凹凸構造体が 請求項の条件を満たしている場合には周期構 造の乱れが少なく、光学特性を十分に満たし た多層凹凸周期構造体である偏光子を作製可 能であることが確認された。

(実施例5)
 周期が240nm、凹凸の高さ68nm、高さのばらつ� ��8nm、凹凸形状凹部から基板表面までの距離1 10nm、断面形状が三角形状の周期凹凸構造を� �成した基材に実施例1と同様の条件で膜総数� ��変更して多層成膜を行ったところ、その光� ��特性はTM偏光の透過率が90.4%、TE偏光の透過� ��が0.1%であった。これは偏光子としての機能 を有することを示すものであり、この多層周 期凹凸構造体がフォトニック結晶として機能 するための構造を有することを示すものと考 えられる。この結果からも下地周期凹凸構造 体が請求項の条件を満たしている場合には周 期構造の乱れが少なく、光学特性を十分に満 たした多層凹凸周期構造体である偏光子を作 製可能であることが確認された。

(実施例6)
 周期が240nm、凹凸の高さ89nm、高さのばらつ� ��8nm、下地構造体の凹凸形状凹部から基板表� ��までの距離35nm、断面形状が三角形状の周期 凹凸構造を形成した基材に実施例1と同様の� �件で膜総数を変更して多層成膜を行ったと� �ろ、その光学特性はTM偏光の透過率が92.1%、T E偏光の透過率が0.10%であった。これは偏光子 としての機能を有することを示すものであり 、この多層周期凹凸構造体がフォトニック結 晶として機能するための構造を有することを 示すものと考えられる。この結果からも下地 周期凹凸構造体が請求項の条件を満たしてい る場合には周期構造の乱れが少なく、光学特 性を十分に満たした多層凹凸周期構造体であ る偏光子を作製可能であることが確認された 。

(実施例7)
 周期が400nm、凹凸の高さ115nm、高さのばらつ き14nm、凹凸形状凹部から基板表面までの距� �230nm、断面形状が三角形状の周期凹凸構造を 形成した基材に実施例1と同様の条件で膜総� �を変更して多層成膜を行ったところ、その� �学特性はTM偏光の透過率が87.7%、TE偏光の透� �率が0.08%であった。これは偏光子としての機 能を有することを示すものであり、この多層 周期凹凸構造体がフォトニック結晶として機 能するための構造を有することを示すものと 考えられる。この結果からも下地周期凹凸構 造体が請求項の条件を満たしている場合には 周期構造の乱れが少なく、光学特性を十分に 満たした多層凹凸周期構造体である偏光子を 作製可能であることが確認された。

(比較例1)
 周期が200nm、凹凸の高さ58nm、高さのばらつ� ��12nm、凹凸形状凹部から基板表面までの距離 290nm、断面形状が三角形状の周期凹凸構造を� ��成した基材に実施例1と同様の条件で膜総数 を変更して多層成膜を行ったところその光学 特性はTM偏光の透過率が80.1%と低く、またTE偏 光の透過率は0.11%であった。これは下地周期� ��凸構造の凹部から平板状基板表面までの距� ��が凹凸高さ平均hに対して4h以上になってし� ��ったために下地周期凹凸構造体の凹凸高さ� ��らつきが12nmに増大したことが原因と考えら れる。この結果から、凹凸高さばらつきは多 層成膜時の形状追随性に大きな影響を与えて おり、本発明の寸法構造の条件を満たさない 範囲では多層成膜時に欠陥が発生して光学特 性が低下することが確認された。

(比較例2)
 周期が200nm、凹凸の高さ37nm、高さのばらつ� ��7nm、凹凸形状凹部から基板表面までの距離5 5nm、断面形状が三角形状の周期凹凸構造を形 成した基材に実施例1と同様の条件で膜総数� �変更して多層成膜を行ったところその光学� �性はTM偏光の透過率が90.5%であったが、TE偏� �の透過率は62.3%と非常に高くなってしまった 。これは下地周期凹凸構造体の周期凹凸構造 の凹凸高さが38nmと小さかったことが原因と� �えられる。この結果から、凹凸高さばらつ� �は多層成膜時の形状追随性に大きな影響を� �えており、本発明の寸法構造の条件を満た� �ない範囲では多層成膜時に欠陥が発生して� �学特性が低下することが確認された。

(比較例3)
 周期140nm、凹凸の高さ95nm、高さのばらつき1 7nm、凹凸形状凹部から基板表面までの距離430 nm、断面形状が三角形状の周期凹凸構造を形� ��した基材に実施例1と同様の条件で膜総数を 変更して多層成膜を行ったところその光学特 性はTM偏光の透過率が76.6%と低く、またTE偏光 の透過率は0.07%であった。これは下地周期凹� ��構造体の周期凹凸構造の凹凸高さばらつき� ��17nmと大きかったことが原因と考えられる。 この結果から、凹凸高さばらつきは多層成膜 時の形状追随性に大きな影響を与えており、 本発明の寸法構造の条件を満たさない範囲で は多層成膜時に欠陥が発生して光学特性が低 下することが確認された。

(比較例4)
 周期140nm、凹凸の高さ126nm、高さのばらつき 16nm、凹凸形状凹部から基板表面までの距離45 nm、断面形状が矩形の周期凹凸構造を形成し� ��基材に実施例1と同様の条件で膜総数を変更 して多層成膜を行ったところその光学特性は TM偏光の透過率が77.4%と低く、またTE偏光の透 過率は0.12%であった。これは下地周期凹凸構� ��体の周期凹凸構造の凹凸高さが126nmと凹凸� �期に対して非常に大きかったことが原因と� �えられる。この結果から、凹凸高さばらつ� �は多層成膜時の形状追随性に大きな影響を� �えており、本発明の寸法構造の条件を満た� �ない範囲では多層成膜時に欠陥が発生して� �学特性が低下することが確認された。

(比較例5)
 周期240nm、凹凸の高さ85nm、高さのばらつき2 1nm、凹凸形状凹部から基板表面までの距離170 nm、断面形状が三角形状の周期凹凸構造を形� ��した基材に実施例1と同様の条件で膜総数を 変更して多層成膜を行ったところその光学特 性はTM偏光の透過率が66.8%と低く、またTE偏光 の透過率は0.12%であった。これは下地周期凹� ��構造体の周期凹凸構造の凹凸高さばらつき� ��21nmと凹凸周期に対して非常に大きかったこ とが原因と考えられる。この結果から、凹凸 高さばらつきは多層成膜時の形状追随性に大 きな影響を与えており、本発明の寸法構造の 条件を満たさない範囲では多層成膜時に欠陥 が発生して光学特性が低下することが確認さ れた。

(比較例6)
 周期400nm、凹凸の高さ103nm、高さのばらつき 18nm、凹凸形状凹部から基板表面までの距離58 5nm、断面形状が三角形状の周期凹凸構造を形 成した基材に実施例1と同様の条件で膜総数� �変更して多層成膜を行ったところその光学� �性はTM偏光の透過率が76.4%と低く、またTE偏� �の透過率は0.10%であった。これは下地周期凹 凸構造の凹部から平板状基板表面までの距離 が凹凸高さが500nm以上になったことが影響し� ��下地周期凹凸構造体の凹凸高さばらつきが1 8nmまで増大したことが原因と考えられる。こ の結果から、凹凸高さばらつきは多層成膜時 の形状追随性に大きな影響を与えており、本 発明の寸法構造の条件を満たさない範囲では 多層成膜時に欠陥が発生して光学特性が低下 することが確認された。

(比較例7)
 周期が400nm、凹凸の高さ68nm、高さのばらつ� ��8nm、凹凸形状凹部から基板表面までの距離9 5nm、断面形状が三角形状の周期凹凸構造を形 成した基材に実施例1と同様の条件で膜総数� �変更して多層成膜を行ったところその光学� �性はTM偏光の透過率が90.8%であったが、TE偏� �の透過率は51.6%と非常に高くなってしまった 。これは下地周期凹凸構造体の周期凹凸構造 の凹凸高さが68nmと周期に対して非常に小さ� �ったことが原因と考えられる。この結果か� �、凹凸高さばらつきは多層成膜時の形状追� �性に大きな影響を与えており、本発明の寸� �構造の条件を満たさない範囲では多層成膜� �に欠陥が発生して光学特性が低下すること� �確認された。

 以上の実施例、比較例を以下の表1にまと めて示す。表1の記載から、本発明の基材を� �いることにより、設計した光学特性を示す� �ォトニック結晶である偏光子が作製可能で� �ることがわかる。