JPH07248403A

JPH07248403A - 光学デバイス・光学デバイス製造方法

Info

Publication number: JPH07248403A
Application number: JP4130394A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Umeki; 和博梅木; Masaaki Sato; 正明佐藤
Original assignee: Ricoh Optical Industries Co Ltd
Current assignee: Ricoh Optical Industries Co Ltd
Priority date: 1994-03-11
Filing date: 1994-03-11
Publication date: 1995-09-26
Anticipated expiration: 2019-09-15
Also published as: JP3566331B2

Abstract

(57)【要約】【目的】エッチングを利用して凹面を形成した新規な光
学デバイスを実現する。【構成】フォトレジスト２０の層を表面に形成されたデ
バイス材料１０の、フォトレジスト２０の層に対して露
光と現像とを行って、所定の凹面形状２０１をフォトレ
ジスト２０の層に形成し、凹面形状２０１を出発形状と
し、フォトレジスト２０の層とデバイス材料１０とに対
して等方性のエッチングを行い、凹面形状２０１に応じ
た凹曲面形状１０１をデバイス材料１０に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は光学デバイス・光学デ
バイス製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロレンズを典型例とするマイクロ
光学系における屈折面や反射面を創成する方法として、
エッチングを利用する方法が知られている（例えば、特
開平５−１７３００３号公報）。

【０００３】エッチングを利用する微小曲面の創成は、
比較的最近の技術であり、広い可能性を秘めており、活
発な技術開発が期待されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、エッチン
グを利用して凹面を形成した、新規な光学デバイスの提
供を目的とする（請求項７，８）。

【０００５】この発明の別の目的は、上記新規な光学デ
バイスを製造するための、新規な光学デバイス製造方法
の提供にある（請求項１〜６）。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明の
「光学デバイス製造方法」は、「フォトレジストの層を
表面に形成されたデバイス材料」を用いる。「デバイス
材料は」、この明細書において、最終的に「光学デバイ
ス」の実態部分となる材料物質を意味する。デバイス材
料は、エッチングが可能な固体であれば、特に制限無く
使用することができる。例えば、光学デバイスとして屈
折を利用するものを製造する場合であれば、デバイス材
料には、ガラス、プラスチック、Ｓｉ、セラミックス、
単結晶材料等を好適に用いうるし、反射を利用する光学
デバイスを製造する場合であれば、上記各種材料の他
に、各種金属や、超鋼合金等、Ｓｉの金属材料・非晶質
金属材料、ＳｉＣ，Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＡｌＯＮ等のセラミ
ック材料を利用できる。

【０００７】上記フォトレジストの層に対し露光と現像
とを行って、「所定の凹面形状」をフォトレジストの層
に形成する。続いて、上記凹面形状を「出発形状」と
し、フォトレジストの層とデバイス材料とに対して「等
方性のエッチング」を行い、上記凹面形状に応じた凹曲
面形状をデバイス材料に形成する。

【０００８】請求項２記載の発明の「光学デバイス製造
方法」も、「フォトレジストの層を表面に形成されたデ
バイス材料」を用いる。上記フォトレジストの層に対し
露光と現像とを行って、「所定の凹面形状」をフォトレ
ジストの層に形成する。次いで、フォトレジストの層と
デバイス材料に対して「異方性のエッチング」を行い、
上記凹面形状をデバイス材料側へ深めた「第２凹面形
状」を形成する。

【０００９】続いて、第２凹面形状を出発形状として、
フォトレジストの層とデバイス材料とに対して「等方性
のエッチング」を行い、上記第２凹面形状に応じた凹曲
面形状をデバイス材料に形成する。

【００１０】請求項３記載の発明の「光学デバイス製造
方法」は、「耐エッチング性材料による所定のマスクパ
ターンを介してフォトレジストの層を、表面に形成され
たデバイス材料」を用いる。即ち、デバイス材料の表面
には、対エッチング性材料による所定のマスクパターン
が形成され、このマスクパターン上にフォトレジスト層
が形成される。

【００１１】上記フォトレジストの層に対し露光と現像
とを行って、「所定の凹面形状」をフォトレジストの層
に形成する。

【００１２】次いで、フォトレジストの層とデバイス材
料に対して異方性のエッチングを行って、上記凹面形状
をデバイス材料側へ深めた「第２凹面形状」を形成す
る。フォトレジストの層とデバイス材料との間には、
「マスクパターン」が介在され、マスクパターンは耐エ
ッチング性であるためエッチングされないので、異方性
のエッチングにより形成される「第２凹面形状」は、請
求項２記載の発明における第２凹面形状とは異なったも
のとなり得る。

【００１３】続いて、第２凹面形状を出発形状として、
デバイス材料に対して「等方性のエッチング」を行い、
上記第２凹面形状に応じた凹曲面形状をデバイス材料に
形成する。このとき、必要に応じてマスクパターンを除
去しても良い。

【００１４】請求項４記載の「光学デバイス製造方法」
は、「エッチングを妨げる材料を含むマスク層を表面に
形成されたデバイス材料」を用いる。上記マスク層に対
し、所定のパターンをパターニングして、「デバイス材
料の表面を上記パターンに従って露呈」させる。次い
で、デバイス材料に対して等方性もしくは異方性のエッ
チングを行い、上記パターンに従う凹面形状を形成す
る。続いて、マスク層を除去し、上記凹面形状を出発形
状として「等方性のエッチング」を行い、上記出発形状
に応じた凹曲面形状をデバイス材料に形成する。

【００１５】請求項５記載の「光学デバイス製造方法」
は、「フォトレジストの層を表面に形成されたデバイス
材料」を用いる。

【００１６】フォトレジストの層に対しフォトリソグラ
フィにより、「所定の表面形状」を形成し、フォトレジ
スト層とデバイス材料とに対し異方性のエッチングを行
い、上記表面形状をデバイス材料に彫り写す。

【００１７】「彫り写された形状」を出発形状として、
デバイス材料に対し「等方性のエッチング」を行って、
出発形状に応じた凹曲面形状をデバイス材料に形成す
る。

【００１８】請求項６記載の「光学デバイス製造方法」
は、上記請求項１〜５記載の光学デバイス製造方法にお
いて、出発形状に対して行われる等方性のエッチングを
「ドライエッチング」とし、エッチング中の反応室内圧
力を、段階的および／または連続的に変化させる。

【００１９】これら請求項１〜６記載の光学デバイス製
造方法において、デバイス材料に形成される凹曲面形状
は、「屈折面形状」もしくは「反射面形状」として利用
できる。なお、上記請求項１〜６記載の光学デバイス製
造方法において、デバイス材料に形成する凹曲面形状は
１つでも２以上でもよく、複数の凹曲面形状を形成する
場合には、これらをアレイ配列形状に形成することがで
きる。

【００２０】また、デバイス材料に形成される凹曲面形
状は、凹球面や凹の非球面はもとより、凹のシリンダ面
や凹の変形シリンダ面、さらには凹の回転楕円面等、種
々の形状が可能である。

【００２１】上記請求項４記載の光学デバイス製造方法
における「エッチングを妨げる材料を含むマスク層を表
面に形成されたデバイス材料」としては、「Ｓｉ（１０
０）面を選択的に形成した、もしくはＳｉ（１００）面
を有する面で研磨してなるデバイス材料」上にＳｉＯ₂
膜を設け、その上にフォトレジストの層を設け、ＳｉＯ
₂膜とフォトレジストの層とをマスク層としたもの」を
用いることができる。

【００２２】請求項７記載の「光学デバイス」は、請求
項１〜６記載の光学デバイス製造方法により製造される
光学デバイスである。請求項１〜６記載の光学デバイス
製造方法で、凹曲面形状を形成されるデバイス材料が
「透明な材料」である場合には、形成される凹曲面形状
を負の屈折面として利用でき、「光学デバイス」として
は、マイクロ凹レンズやマイクロ凹レンズアレイ（凹曲
面形状がアレイ状に形成される場合）等として利用でき
る。勿論、同一のデバイス材料に、凹曲面形状と組み合
わせて凸曲面形状を形成し、これらを凹と凸の屈折面と
して組み合わせることも可能である。

【００２３】また、請求項１〜６記載の光学デバイス製
造方法で形成される凹曲面形状に反射膜を形成すること
により「凹反射面」として利用でき（請求項８）、光学
デバイスとしては、マイクロ凹面鏡やマイクロ凹面鏡ア
レイ等として利用できる。

【００２４】デバイス材料として、前述の超鋼合金等、
Ｓｉの金属材料・非晶質金属材料、ＳｉＣ，Ｓｉ₃Ｎ₄、
ＳｉＡｌＯＮ等のセラミック材料を用いた場合、請求項
７記載の光学デバイスは、形成された凹曲面形状を反転
させた凸曲面形状を形成するための「成形型」として使
用できる。

【００２５】また、等方性エッチングは、ＥＣＲプラズ
マエッチングやＲＩＥ等の物理的エッチングであること
が好ましい。

【００２６】

【作用】上記の如く、この発明においては、まず、「出
発形状」としての凹面形状が形成され、この凹面形状に
対して「等方性のエッチング」を行うことにより、目的
とする凹曲面形状をデバイス材料に形成する。従って、
「出発形状としての凹面形状と等方性のエッチングとの
組合せ」により、広範な凹曲面形状の創成が可能とな
る。

【００２７】等方性のエッチングでは、エッチングがあ
らゆる方向へ一様に進行するので、例えば断面形状が
「矩形」や「楔型」の凹面形状は、等方性のエッチング
により断面が「円弧形状」の曲面形状に変化していく
が、その変化の過程で、種々の凹曲面形状が現れるの
で、等方性のエッチングのエッチング時間により種々の
凹曲面形状を実現できる。

【００２８】あるいは、請求項６記載の発明のように、
等方性エッチングをドライエッチングとし、反応室内圧
力を、段階的および／または連続的に変化させるによ
り、より広範な凹曲面形状を実現することができる。

【００２９】なお、出発形状は、目的とする凹曲面形状
（径、ピッチ、深さ）や、基板材料、エッチング条件等
に応じて、実験的および／または理論的に決定される。

【００３０】

【実施例】以下、具体的な実施例を説明する。図１は、
請求項１記載の光学デバイス製造方法を、負の屈折力の
マイクロレンズのアレイの製造に適用した実施例を説明
するための図である。

【００３１】図１（ａ）において、符号１０で示すデバ
イス材料は、透明な光学材料で平行平板状であり、その
一方の平坦な面に、ポジのフォトレジスト２０の層が形
成されている。

【００３２】請求項１記載の光学デバイス製造方法で
は、先ず、フォトレジスト２０の層に露光と現像を行っ
て、所定の凹面形状をフォトレジスト２０の層に形成す
るのであるが、図１の実施例では、図１（ａ）に示すよ
うに、マイクロレンズアレイ５０を用いて露光を行って
いるマイクロレンズアレイ５０は、平行平板状の透明板
の片面に、凸の屈折面をアレイ配列してなり、図示され
ていないが、屈折面以外の部分は遮光膜を形成されてい
る。

【００３３】マイクロレンズアレイ５０の上方から、均
一光を照射すると、各屈折面に入射した光は屈折面の作
用により集光され、収束光束となってフォトレジスト２
０の層に入射する。マイクロレンズアレイ５０は、フォ
トレジスト２０の層の表面に密接して配備され、フォト
レジスト２０の層の厚さは、上記屈折面による収束光束
が、丁度、フォトレジスト２０の層とデバイス材料１０
の表面との境界面部分に集光するように設定されてい
る。

【００３４】このように露光を行ったら、現像を行い、
フォトレジスト２０における露光された部分を除去す
る。すると、図１（ｂ）に示すように、断面がＶ字型の
凹面形状２０１が形成される。この凹面形状２０１は、
円錐面を逆にした「すり鉢状」の凹面である。

【００３５】この「すり鉢状」の凹面形状２０１を「出
発形状」として、「等方性のエッチング」を行うと、図
１（ｃ）に示すように、出発形状である「すり鉢状の凹
面形状」に応じた「凹曲面形状」として、凹球面形状１
０１をデバイス材料１０の表面形状として形成できる。
このようにして、凹球面形状１０１を屈折面とする、マ
イクロ凹レンズアレイが得られる（請求項７）。

【００３６】上記凹球面形状１０１に反射膜を形成すれ
ば、マイクロ凹面鏡アレイとして使用できる（請求項
８）。

【００３７】なお、図１において、マイクロレンズアレ
イ５０における凸の屈折面を、図１（ａ）の図面に直交
する方向へ長いシリンダ面とすれば、デバイス材料１０
には凹のシリンダ面の配列を形成できることは容易に理
解されるであろう。勿論、このような凹のシリンダ面に
反射膜を形成して良いことは言うまでもない。

【００３８】図２は、請求項２記載の光学デバイス製造
方法を、負の屈折力のマイクロレンズのアレイの製造に
適用した実施例を説明するための図である。

【００３９】請求項２記載の光学デバイス製造方法で
は、図１に即して説明した請求項１記載の光学デバイス
製造方法の場合と同じく、「フォトレジストの層を表面
に形成されたデバイス材料」が用いられ、フォトレジス
トの層に対して露光と現像とを行って、所定の凹面形状
を上記フォトレジストの層に形成する。従って、上記所
定の凹面形状がフォトレジストの層に形成されるまで
は、請求項１記載の光学デバイス製造方法の場合と同じ
である。

【００４０】そこで、この実施例においても、フォトレ
ジストの層に所定の凹面形状を形成するまでは、図１の
実施例における（ａ），（ｂ）の工程と同様であるとす
る。

【００４１】図１（ｂ）に示すように、フォトレジスト
２０の層に、所定の曲面形状が形成されたら、次には、
フォトレジスト２０の層とデバイス材料１０に対して異
方性のエッチングを行って、上記凹面形状（図１（ｂ）
の符号２０１で示す部分）をデバイス材料１０側へ深め
て、図２（ａ）に示す如き第２凹面形状２０２を形成す
る。

【００４２】その後、第２凹面形状２０２を出発形状と
して、フォトレジスト２０の層とデバイス材料１０とに
対して「等方性のエッチング」を行うと、図２（ｂ）に
示すように第２凹面形状２０２に応じた凹曲面形状１０
２をデバイス材料１０に形成することができる。

【００４３】この例では、フォトレジスト２０とデバイ
ス材料１０とで、等方性エッチングに対するエッチング
速度が異なり、形成された凹曲面形状１０２は、頂部近
傍の曲率の強い「非球面形状」となっている。

【００４４】図３は、請求項３記載の光学デバイス製造
方法を、負の屈折力のマイクロレンズのアレイの製造に
適用した実施例を説明するための図である。

【００４５】請求項３記載の光学デバイス製造方法で
は、「耐エッチング性材料による所定のマスクパターン
を介してフォトレジストの層を、表面に形成されたデバ
イス材料」が用いられる。

【００４６】この実施例では、透明な光学材料である平
行平板状のデバイス材料１０の片側の面に、耐エッチン
グ性材料による所定のマスクパターン３０を介して、フ
ォトレジスト２０の層が形成されている。マスクパター
ンは、マイクロレンズアレイ５０の凸の屈折面の配列に
対応して開口部を持つパターンである。

【００４７】マイクロレンズアレイ５０を介して均一光
照射を行ってフォトレジスト２０の層を露光し、現像す
ると、図３（ｂ）に示すように、所定の凹面形状２０１
がフォトレジスト２０に形成される。ここまでのプロセ
スは、図１の実施例の場合と同様である。

【００４８】この状態から、フォトレジスト２０の層と
デバイス材料１０に対して異方性のエッチングを行っ
て、図３（ｃ）に示すように、凹面形状２０１をデバイ
ス材料１０側へ深めた第２凹面形状２０３を形成する。
このとき、マスクパターン２０３は、異方性エッチング
に対する耐性を持ち、エッチングされない。

【００４９】マスクパターン３０を除去したのち、第２
凹面形状２０３を出発形状として、デバイス材料１０に
対して「等方性のエッチング」を行うと、図３（ｄ）に
示すように第２凹面形状２０３に応じた凹曲面形状１０
３をデバイス材料１０に形成することができる。

【００５０】出発形状が、先端部を円錐状にしたシリン
ダ状であることにより、形成された凹曲面形状１０３
は、頂部近傍の曲率の強い「非球面形状」となってい
る。

【００５１】これから明らかなように、請求項２，３記
載の光学デバイス製造方法は、凹の非球面形状を持つ光
学デバイスの製造に適している。勿論、マイクロレンズ
アレイ５０における屈折面を、図３（ａ）の、図面に著
工する方向へ長いシリンダ面とすれば、デバイス材料に
は、横断面形状が、図２（ｂ），図３（ｄ）の面形状で
与えられるような変形シリンダ面の配列が得られる。

【００５２】これら図２，３に示す実施例で、デバイス
材料に形成された凹曲面形状に反射面を形成してマイク
ロ凹面鏡アレイとして使用できることは勿論である。

【００５３】図４は、請求項４記載の光学デバイス製造
方法の実施例を説明するための図である。

【００５４】請求項４記載の光学デバイス製造方法で
は、「エッチングを妨げる材料を含むマスク層を表面に
形成されたデバイス材料」が用いられる。図４（ａ）に
おいて、デバイス材料１０ＡはＳｉ材料で構成され、Ｓ
ｉ（１００）面を選択的に形成した、または選択的に
（１００）面を有する面で研磨した平滑な面を有する。

【００５５】このようなデバイス材料１０Ａの上記（１
００）面上に、ＳｉＯ₂膜を設け、その上にフォトレジ
ストの層を設け、これらＳｉＯ₂膜とフォトレジストの
層とでマスク層２０Ａを構成している。

【００５６】マスク層２０Ａに対し、所定のパターン
（図の例ではスリット状）をパターニングして、デバイ
ス材料の表面をパターンに従って露呈させる。

【００５７】この状態において、酸化剤，キレ−ト剤，
水から構成される異方性エッチング液で「異方性エッチ
ング」を施す。すると、Ｓｉの〈１００〉方向のエッチ
ング速度が速く、〈１１１〉方向のエッチング速度が最
も遅いために、図のように、側壁に（１１１）面が表
れ、断面形状がＶ字型の溝が形成される。

【００５８】マスク層の開口形状を「矩形形状」とする
と、上記「異方性エッチング」の結果は、図４（ｂ）に
示すように、逆ピラミッド形状となる。

【００５９】なお、デバイス材料の平滑な表面にＳｉＯ
₂膜を設け、その上に所定の厚さのＳｉ結晶を、表面が
（１００）面となるように形成し、さらに上記マスク層
を形成すると、上記異方性エッチングの効果は、デバイ
ス材料表面のＳｉＯ₂膜で止められるから、底部が平面
状のＶ字溝あるいは、逆截頭ピラミッド形状を形成でき
る。

【００６０】このようにして、形成された凹面形状を出
発形状としてデバイス材料に等方性エッチングを行うこ
とにより、シリンダ面状の凹面や、凹球面形状を形成で
きることは容易に理解されよう。

【００６１】図４（ｃ）は、図４（ａ）に即して説明し
た例において、マスク層をスリット状にパターニングし
て、スリット部分でデバイス材料面（Ｓｉ（１００）
面）を露呈させ、フッ酸，硝酸，酢酸から構成される等
方性エッチング液で等方性エッチングを施した状態を示
している。この場合は、Ｓｉに対するエッチング速度が
全ての結晶面に対して等しいため、図のように、シリン
ダ面形状の凹面形状が得られることになる。

【００６２】図４（ｄ）は、図４（ｂ）に即して説明し
た例において、マスク層を円形状にパターニングして円
形部分でデバイス材料面（Ｓｉ（１００）面）を露呈さ
せ、フッ酸，硝酸，酢酸から構成される等方性エッチン
グ液で「等方性エッチング」を施した状態を示してい
る。この場合は、Ｓｉに対するエッチング速度が全ての
結晶面に対して等しいため、図のように、凹球面状の凹
面形状が得られることになる。

【００６３】図４（ｃ），（ｄ）に示すように形成され
た凹面形状を出発形状として、等方性エッチングを行え
ば、シリンダ面形状の凹曲面形状あるいは凹球面形状の
凹曲面形状をデバイス材料の表面形状として形成するこ
とができる。

【００６４】図５は、請求項５記載の光学デバイス製造
方法を、負の屈折力のマイクロシリンダレンズのアレイ
の製造に適用した実施例である。

【００６５】請求項５記載の光学デバイス製造方法で
は、「フォトレジストの層を表面に形成されたデバイス
材料」が用いられる。この実施例において、デバイス材
料１０は透明な光学材料であり、平行平板状であって、
その片側の平滑な面に、ポジのフォトレジスト２０の層
が形成されている。

【００６６】フォトレジスト２０の層には、「フォトリ
ソグラフィ」により、所定の表面形状が形成される。こ
の例では、図５（ａ）の、左右方向をピッチ方向とす
る、格子パターンを有するマスク６０を、フォトレジス
ト２０の表面に密着させて均一光照射を行い、しかる
後、露光されたフォトレジスト部分を現像により除去
し、図５（ｂ）に示すような、上記格子パターンに従う
３次元のレリーフ状パターンをフォトレジスト２０の表
面形状として形成した。

【００６７】この状態において、フォトレジスト層２０
とデバイス材料１０とに対して「異方性エッチング」を
行い、上記表面形状をデバイス材料に彫り写す。このよ
うに彫り写された形状を、図５（ｃ）に示す。形状の深
さ：Ｃは、異方性エッチングの選択比を調整することに
より調整可能である。

【００６８】彫り写された形状を出発形状として、デバ
イス材料１０に対し、「等方性のエッチング」を行っ
て、出発形状に応じた凹曲面形状をデバイス材料１０に
形成する。形成される凹面形状は、この実施例の場合、
凹のシリンダ状面を配列したものとなり、従って、得ら
れる光学デバイスは、負の屈折力のマイクロシリンダレ
ンズのアレイとして使用できる。

【００６９】このとき形成される凹のシリンダ状面の形
状（横断面形状）は、出発形状（図５（ｃ）における、
溝幅：Ａと溝深さ：Ｃの寸法比とエッチング条件とによ
り異なる。即ち、出発形状の寸法とエッチング条件によ
って、等方性エッチング後の形状が異なる。

【００７０】図５（ｃ）において、寸法：Ａが小さく、
かつ、寸法：Ｃが大きくなるほど、またエッチング圧力
が高くなるほど、シリンダ状の凹曲面形状は、図５
（ｅ）に示すように横断面形状が半円形状に近づき、逆
の場合には、図５（ｄ）に示すように、シリンダ状の凹
面形状の底面部に形成される平面状部分が大きくなる。

【００７１】図１〜図５に説明した各実施例において、
出発形状に対する等方性のエッチングをドライエッチン
グとし、エッチング中の反応質内圧力を、段階的および
／または連続的に変化させることにより、形成される凹
曲面形状の形態を様々に変化させることができる（請求
項６）。

【００７２】図５の実施例においても、得られる凹曲面
形状に反射膜を形成することにより反射型の光学デバイ
スとすることができることは言うまでもない。また、上
記各実施例で、デバイス材料に適当な材料を選ぶことに
より、凸曲面形状成形用の成形型を得られることも勿論
である。

【００７３】以下、具体的な例を説明する。

【００７４】具体例１図１の実施例の具体的１例を説明する。デバイス材料１
０としては「合成石英材料」を用い、この上にポジ型フ
ォトレジスト２０をスピンコートし、プリベークして厚
さ：２０μｍの層とした。フォトレジスト２０の層にマ
イクロレンズアレイ５０を密着させ、均一光を照射して
露光した。

【００７５】このマイクロレンズアレイ５０は、以下の
如きものである。

【００７６】板厚：２．２０５ｍｍ，ＳＦ−６０の平行
平板状のガラス材料の片面にフォトレジストの層を形成
し、フォトリソグラフィ−法によって、半径：１．０２
８ｍｍの円形の凸球面をピッチ：２ｍｍで２次元配列に
形成し、この凸曲面形状を異方性のエッチングにより上
記平行平板の表面形状として彫り写した。このようにし
て、図１（ａ）に符号５０で示すようなマイクロレンズ
アレイを作製した。

【００７７】屈折面によるレンズの有効径は１．６００
ｍｍ，レンズピッチ：２．０ｍｍである。屈折面は非球
面形状で、周知の非球面の式Ｚ＝｛Ｃｈ²／１＋√［１−（ｋ＋１）Ｃ²ｈ²］｝＋ａ
ｈ⁴ Ｃ＝１／Ｒ（Ｒ：中心曲率半径）ｋ：円錐定数，ａ：４次の非球面定数Ｚ：非球面頂点からの距離における円錐定数：ｋ＝−０．３１６６５８１、４次の
非球面係数：ａ＝０．１５０１４８２×１０−²で特定
される形状である。屈折面以外の部分は、Ｔｉ蒸着膜で
マスキングした。従って、このマイクロレンズアレイ
は、平凸レンズのアレイである。

【００７８】上記マイクロレンズアレイ５０の各屈折面
は、上記の如く、球面形状から崩れた非球面形状を有し
ているが、上記異方性のエッチングの際のエッチング条
件の制御、即ち、選択比を下げること（酸素導入量を多
くする）により球面形状を押しつぶした形状が容易に製
作可能である。

【００７９】このマイクロレンズアレイ５０を上記の如
く、デバイス材料上のフォトレジストの層に密着させ、
波長：４３６ｎｍの露光用光源を用いて露光を行った。
露光用の光は、マイクロレンズアレイ５０の各屈折面で
収束光束とされ、図１（ａ）に示すようにデバイス材料
１０の表面で集光した。露光後、光が照射された部分を
現像により除去した。除去された部分は、すり鉢状の逆
円錐面である。この逆円錐面の「半頂角（円錐面の対称
軸を通る平面で円錐面を切断したときの円錐頂部の角の
半分）」は露光光束の収束状況に対応する。上記半頂角
は４８°であった。

【００８０】このようにして、逆円錐面状の凹面形状の
２次元アレイ配列を、フォトレジスト２０の表面形状と
して形成できた。

【００８１】上記逆円錐面状の凹面形状を「出発形状」
とし、フォトレジスト２０とデバイス材料１０とに対し
て等方的エッチングを以下のように行った。即ち、表面
のフォトレジスト２０の層に上記出発形状を形成された
デバイス材料１０を、ＥＣＲプラズマエッチング装置に
セットし、ＣＨＦ₃，Ｏ₂，Ａｒガスを導入して、８×１
０~³Ｔｏｏｒの圧力で等方的エッチングを４０分間実施
した。この結果、各出発形状に応じて、凹球面形状が形
成された。

【００８２】具体例２図２の実施例の具体的１例を説明する。上記具体例１と
全く同様のデバイス材料１０、フォトレジストの層２０
を用いた。具体例１と全く同様にして、フォトレジスト
２０の層に、逆円錐面状の凹面形状の２次元アレイ配列
を形成したものに異方性エッチングを、ＣＨＦ₃，Ｏ₂，
ガスを導入したＥＣＲプラズマエッチング装置で、２〜
３×１０~⁴Ｔｏｏｒの条件で２０分間行い、上記各凹面
形状をデバイス材料側へ深めて第２凹面形状（図２
（ａ）の逆円錐面状の凹面形状２０２）とした。

【００８３】この第２凹面形状を出発形状とし、同じＥ
ＣＲプラズマエッチング装置において、ＣＨＦ₃，Ｏ₂，
Ａｒガスを導入し、導入ガス流量とエッチング条件を調
整して選択比を減少させ、等方性エッチングを８×１０
~³Ｔｏｏｒの条件で２０分間行うことにより、図２
（ｂ）に示すような非球面の凹曲面形状を形成すること
ができた。

【００８４】具体例３図３の実施例の具体的１例を説明する。具体例１，２と
同じデバイス材料の片面に、Ｃｒ蒸着膜（等方性エッチ
ングに耐える）を形成し、フォトリソグラフィとウエッ
トエッチングとにより、マスクパターン３０（円形状の
開口を２次元に配列したパターン）を形成し、その上に
フォトレジスト２０の層を形成した。

【００８５】具体例１におけると同様にして、フォトレ
ジストに逆円錐面状の凹面形状の配列を形成したものを
ＥＣＲプラズマエッチング装置にセットし、ＣＨＦ₃，
Ｏ₂，ガスを導入して、２〜３×１０~⁴Ｔｏｏｒの条件
で異方性エッチングを２０分間行い、上記凹面形状をデ
バイス材料１０内へ深めて第２凹面形状２０３とした。
その後、Ｃｒ蒸着膜によるマスクパターンを除去し、再
び上記ＥＣＲエッチング装置で、ＣＨＦ₃，Ｏ₂，Ａｒガ
スを導入して、等方性エッチングを８×１０~³Ｔｏｏｒ
の条件で２０分間行い、図３（ｄ）に示すような、非球
面の凹曲面形状の配列を形成できた。

【００８６】図４の実施例の具体的例を説明する。具体例４デバイス材料１０Ａとして、Ｓｉ結晶版を用い、その
（１００）面を平面に研磨し、この面上にＳｉＯ₂膜を
形成し、その上に更にフォトレジストを塗布し、フォト
レジストの層とＳｉＯ₂膜とでマスク層２０Ａを形成し
た。

【００８７】幅：３０μｍ，ピッチ：１００μｍの１次
元格子状パタ−ンをフォトレジストの層にフォトリソグ
ラフィで形成した後、フォトレジストのパターンをマス
クとしてドライエッチングを行い、ＳｉＯ₂膜に上記１
次元格子状パターンをパタ−ニングし、上記（１００）
面をパターンに従って露呈させた。エッチング液（酸化
剤（エチレジアミン），キレ−ト剤（ピロカテコ−
ル），水混合液）でエッチングすると、異方性エッチン
グにより横断面Ｖ字状の溝が、デバイス材料１０Ａ表面
に形成された（図４（ａ））。

【００８８】上記フォトレジストの層を除去したもの
を、ＥＣＲプラズマエッチング装置にセットし、ＣＦ₄
ガスを導入して、８×１０~³Ｔｏｏｒの条件で１１０分
間、等方性エッチングを行い、横断面が半円形状の凹の
シリンダ面の配列を、デバイス材料１０Ａの表面形状と
して形成することができた。

【００８９】具体例５上記Ｓｉ結晶のデバイス材料１０Ａに形成されたマスク
層２０Ａにパタ−ニングを行い、ＳｉＯ₂膜に、直径：
３０μｍの円形形状をパタ−ニングして、（１００）面
を円形状に露呈させ、この状態でエッチング液でエッチ
ングすると、等方性エッチングの効果によって、一辺の
長さが３０μｍの正方形の底面を有する逆ピラミッド状
の凹面形状が形成された（図５（ｂ））。

【００９０】上記マスク層のフォトレジストの層を除去
したものを、ＥＣＲプラズマエッチング装置にセット
し、ＣＦ₄ガスを導入して、８×１０~³Ｔｏｏｒの条件
で１１０分間、等方性エッチングを行い、凹曲面形状と
して凹球面をデバイス材料１０Ａの表面に形成できた。

【００９１】具体例６デバイス材料１０ＡとしてＳｉ結晶板を用い、その（１
００）面上に、具体例４，５と同様のマスク層２０Ａを
形成した。具体例４と同様、幅：３０μｍ，ピッチ：１
００μｍの１次元格子状パタ−ンをマスク層２０Ａにパ
ターニングした。デバイス材料１０Ａをエッチング液
（フッ酸，硝酸，酢酸の混合液）でエッチングすると、
等方性エッチングにより横断面形状がＵ字型で略半円形
に近い溝（図４（ｃ）)の１次元配列が形成された。

【００９２】上記マスク層のフォトレジストの層を除去
したものを、ＥＣＲプラズマエッチング装置にセット
し、ＣＦ₄ガスを導入して、８×１０~³Ｔｏｏｒの条件
で１１０分間、等方性エッチングを行い、横断面が半円
形状の凹のシリンダ面の１次元配列を、デバイス材料１
０Ａの表面形状として形成することができた。

【００９３】具体例７デバイス材料１０ＡとしてＳｉ結晶板を用い、その（１
００）面上に、具体例４，５，６と同様のマスク層２０
Ａを形成した。具体例５と同様に、直径：３０μｍの円
形形状をパタ−ニングし、（１００）面を円形状に露呈
させ、エッチング液でエッチングすると、等方性エッチ
ングの効果によって、直径が３０μｍの円形状を有する
半円球面が凹面形状として形成された（図４（ｄ））。

【００９４】上記マスク層２０Ａのフォトレジストの層
を除去したものを、ＥＣＲプラズマエッチング装置にセ
ットし、ＣＦ₄ガスを導入して、８×１０~³Ｔｏｏｒの
条件で１１０分間、等方性エッチングを行って、凹球面
形状を形成できた。

【００９５】請求項５記載の発明の具体例を説明する。具体例８デバイス材料として合成石英の平行平板を用い、その片
面にフォトレジスト２０の層を形成した。フォトリソグ
ラフィ−法を用いて、直径：４μｍの円形パタ−ンを７
μｍピッチで２次元状に形成し、ＥＣＲプラズマエッチ
ング法によりデバイス材料を１．１５μｍの深さにエッ
チングして、上記円形パターンの形状をデバイス材料に
彫り写す。

【００９６】上記フォトレジストの層を除去したデバイ
ス材料を、ＥＣＲプラズマエッチング装置にセットし、
ＣＨＦ₃，Ｏ₂ガスを導入して、８×１０~³Ｔｏｏｒの条
件で２４分間、等方性エッチングを行って、底部に平坦
な部分がある半円球凹面形状を形成できた。

【００９７】具体例９同様に、合成石英の平行平板であるデバイス材料に形成
したフォトレジストの層にフォトリソグラフィにより、
直径：２．０μｍの円形パターンを５μｍピッチで２次
元にアレイ配列形成し、ＥＣＲプラズマエッチング法で
０．８μｍの深さにエッチングして、上記円形パターン
の形状をデバイス材料に彫り写す。

【００９８】上記フォトレジストの層を除去したデバイ
ス材料を、ＥＣＲプラズマエッチング装置にセットし、
ＣＨＦ₃，Ｏ₂ガスを導入して、８×１０~³Ｔｏｏｒの条
件で１６分間、等方性エッチングを行って、具体例８と
同様、底辺に平坦な部分がある半円球形状の凹曲面形状
のアレイ配列を形成できた。

【００９９】具体例１０合成石英の平行平板であるデバイス材料に形成したフォ
トレジストの層に、フォトリソグラフィにより、直径：
１．０μｍの円形パタ−ンを、７μｍピッチで２次元に
アレイ配列形成し、ＥＣＲプラズマエッチング法で１．
５μｍの深さにエッチングして、上記円形パターンの形
状をデバイス材料に彫り写す。

【０１００】上記フォトレジストの層を除去したデバイ
ス材料を、ＥＣＲプラズマエッチング装置にセットし、
ＣＨＦ₃，Ｏ₂ガスを導入して、８×１０~³Ｔｏｏｒの条
件で４５分間エッチングすると、上記具体例８，９とは
異なり、底辺に平坦な部分がない半円球形状の凹曲面形
状のアレイ配列を形成できた。

【０１０１】具体例８，９，１０により製造された光学
デバイスは、焦点板（マット板）として利用できる。

【０１０２】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば新規な光学デバイス・光学デバイス製造方法を提供で
きる（請求項１〜８）。

【０１０３】請求項１〜６記載の発明は、上述の如く、
先ず出発形状を形成したのちに、等方性エッチングを行
うので、出発形状と等方性エッチングとの組合せによ
り、広い範囲の凹曲面形状をデバイス表面形状として形
成することができる。

【０１０４】請求項７記載の光学デバイスは、負の屈折
面を持つ光学素子、例えばマイクロ凹レンズあるいはマ
イクロ凹レンズアレイ等として、あるいは、凸曲面形状
成形用の成形型として使用できる。

【０１０５】請求項８記載の光学デバイスは凹曲面形状
の反射面を持った光学素子、例えばマイクロ凹面鏡やマ
イクロ凹面鏡アレイとして使用できる。

【０１０６】請求項１〜６記載の発明により製造される
請求項７，８記載の光学デバイスは等方性エッチングを
採用することによって、形成される凹曲面形状にバラツ
キが少なく、低コストで実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１記載の発明の１実施例を説明するため
の図である。

【図２】請求項２記載の発明の１実施例を説明するため
の図である。

【図３】請求項３記載の発明の１実施例を説明するため
の図である。

【図４】請求項４記載の発明の１実施例を説明するため
の図である。

【図５】請求項５記載の発明の１実施例を説明するため
の図である。

【符号の説明】

１０デバイス材料２０フォトレジスト５０フォトレジストの層の露光に用いるマイクロ
レンズアレイ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フォトレジストの層を表面に形成されたデ
バイス材料の、上記フォトレジストの層に対して露光と
現像とを行って、所定の凹面形状を上記フォトレジスト
の層に形成し、上記凹面形状を出発形状とし、フォトレジストの層とデ
バイス材料とに対して等方性のエッチングを行い、上記
凹面形状に応じた凹曲面形状を上記デバイス材料に形成
することを特徴とする光学デバイス製造方法。
【請求項２】フォトレジストの層を表面に形成されたデ
バイス材料の、上記フォトレジストの層に対して露光と
現像とを行って、所定の凹面形状を上記フォトレジスト
の層に形成し、フォトレジストの層とデバイス材料に対して異方性のエ
ッチングを行って、上記凹面形状をデバイス材料側へ深
めた第２凹面形状を形成し、上記第２凹面形状を出発形状として、上記フォトレジス
トの層とデバイス材料とに対して等方性のエッチングを
行い、上記第２凹面形状に応じた凹曲面形状を上記デバ
イス材料に形成することを特徴とする光学デバイス製造
方法。
【請求項３】耐エッチング性材料による所定のマスクパ
ターンを介してフォトレジストの層を、表面に形成され
たデバイス材料の、上記フォトレジストの層に対して露
光と現像とを行って、所定の凹面形状を上記フォトレジ
ストの層に形成し、フォトレジストの層とデバイス材料に対して異方性のエ
ッチングを行って、上記凹面形状をデバイス材料側へ深
めた第２凹面形状を形成し、上記第２凹面形状を出発形状として、デバイス材料に対
して等方性のエッチングを行い、上記第２凹面形状に応
じた凹曲面形状を上記デバイス材料に形成することを特
徴とする光学デバイス製造方法。
【請求項４】エッチングを妨げる材料を含むマスク層を
表面に形成されたデバイス材料の、上記マスク層に対
し、所定のパターンをパターニングして、デバイス材料
の表面を上記パターンに従って露呈させ、上記デバイス材料に対して等方性もしくは異方性のエッ
チングを行い、上記パターンに従う凹面形状を形成し、上記マスク層を除去したのち、上記凹面形状を出発形状
として等方性のエッチングを行い、上記出発形状に応じ
た凹曲面形状を上記デバイス材料に形成することを特徴
とする光学デバイス製造方法。
【請求項５】フォトレジストの層を表面に形成されたデ
バイス材料の、上記フォトレジストの層に対しフォトリ
ソグラフィにより、所定の表面形状を形成し、上記フォトレジスト層とデバイス材料とに対して異方性
のエッチングを行い、上記表面形状をデバイス材料に彫
り写し、彫り写された形状を出発形状として、デバイス材料に対
し等方性のエッチングを行って、上記出発形状に応じた
凹曲面形状を上記デバイス材料に形成することを特徴と
する光学デバイス製造方法。
【請求項６】請求項１または２または３または４または
５記載の光学デバイス製造方法において、出発形状に対する等方性のエッチングをドライエッチン
グとし、エッチング中の反応室内圧力を、段階的および
／または連続的に変化させることを特徴とする光学デバ
イス製造方法。
【請求項７】請求項１または２または３または４または
５または６記載の光学デバイス製造方法により製造され
る光学デバイス。
【請求項８】請求項１または２または３または４または
５または６記載の光学デバイス製造方法により、デバイ
ス材料に形成された凹曲面形状に反射膜を形成してなる
光学デバイス。