JPH08160211A

JPH08160211A - 金型の製造方法およびそれを用いた光学素子の製造方法

Info

Publication number: JPH08160211A
Application number: JP30632294A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Uehara; 靖弘上原
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1994-12-09
Filing date: 1994-12-09
Publication date: 1996-06-21

Abstract

(57)【要約】【目的】ブレーズ形状の光学素子製造用金型を簡潔な
工程で製造する方法および、その金型を用いて回折効率
や集光効率の高い光学素子を正確にかつ大量に製造する
ことができる光学素子の製造方法を提供する。【構成】金型用基板１上に加工層２を形成し、加工層
２を所望の形状に機械加工し、所望の形状に機械加工さ
れた加工層２および金型用基板１をエッチングして、加
工層２の形状を金型用基板１に深さ方向に相似的に形成
し、この金型用基板１を金型の一部（上型６）として用
いて、金型用基板１に形成された形状を反転した形状を
有する光学素子を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光学素子、特に、表
面に所定の構造を有する光学素子用金型の製造方法およ
びその金型を用いた光学素子の製造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、光学系の高性能化や小型軽量化の
要求に伴い、回折光学素子やフレネルレンズが注目され
ている。レリーフ型格子の構造を有する回折光学素子の
場合、その溝断面形状をブレーズ化すると高い回折効率
が得られるので有用である。

【０００３】これらの光学素子を実際に利用する際に
は、１個当たりの製造コストを低下させることが必要で
ある。そこで、通常の光学レンズに用いられている金型
による製造が考えられる。しかし、金型材料、特にガラ
スのプレス成形に用いられる金型材料は非常に硬度が高
く、ブレーズされた格子（ブレーズド格子）のような微
細な形状を機械加工で形成することは困難であった。そ
こで、以下のようにマスター原盤を製作し、その形状を
反転転写した金型を利用する方法が特開平４−２２９２
１１号公報や特開平５−２９７２１０号公報に提案され
ている。

【０００４】上記特開平４−２２９２１１号公報の方法
は、光ディスク用スタンパの製造方法に関するものであ
るが、回折格子の製造に適用することも考えられる。こ
の方法では、まず、図７（ａ）に示すようにガラス基板
上７１にフォトレジスト７２を塗布し、同図（ｂ）のよ
うにレーザー光７３によりカッティングを行った後に現
像して、同図（ｃ）に示す所定の凹凸パターン（レジス
トパターン）７４を形成する。次に、このレジストパタ
ーン７４をマスクにして同図（ｄ）のようにガラス基板
７１をエッチングしてから、同図（ｅ）に示すようにタ
ンタル薄膜７５、ニッケル薄膜７６を形成し、ニッケル
薄膜表面にニッケル不動態化膜を形成する。その後、電
鋳処理を施して同図（ｆ）に示すようなニッケル電鋳層
７７を形成した後、ニッケル電鋳層７７を剥離して原盤
とする。

【０００５】また、上記特開平５−２９７２１０号公報
の方法は、図８（ａ）に示すように予め高精度に加工し
た回折格子原盤８１を用意し、その表面に同図（ｂ）の
ような薄膜８２を形成した後、同図（ｃ）に示すように
回折格子の反転形状を複写した薄膜８２のみを回折格子
原盤８１から剥離する。この薄膜８２の裏面を同図
（ｄ）のように平面状に研磨し、接着層を介して母材８
３の表面に接着する。次に、同図（ｅ）に示すように薄
膜８２上に白金系合金８４を保護層として形成し、これ
を金型として回折格子を製作する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平４−２２９
２１１号公報の方法においては、いわゆる電鋳法を用い
ており、金型の材料としてニッケルが挙げられている
が、その場合、実質的に光学素子の材料がプラスチック
に限定され、ガラス製の光学素子を製作することが困難
である。また、断面形状として矩形の凹凸パターンしか
考慮していないので、この方法を回折格子の製造に適用
しようとする場合、高い回折効率を得ることができな
い。

【０００７】また、上記特開平５−２９７２１０号公報
の方法においては、ガラスのプレス成形用の金型を製作
することができるが、金型が完成するまでの工程が複雑
で長い。また、上記特開平５−２９７２１０号公報で
は、重要な工程である回折格子原盤の製作法としてルー
リングエンジンしか挙げておらず、ルーリングエンジン
では一般に直線格子しか刻線できないので、リングパタ
ーンを有する回折レンズの原盤は製造することができな
い。一般に、リングパターンを有するプレーズ化された
回折レンズを製作するのは困難であり、上記特開平５−
２９７２１０号公報においてもその方法については記載
されていない。

【０００８】本発明は、上述した問題に着目してなされ
たものであり、ブレーズ形状の光学素子製造用金型を簡
潔な工程で製造する方法および、その金型を用いて回折
効率や集光効率の高い光学素子を正確にかつ大量に製造
することができる光学素子の製造方法を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的のため、本発明
の請求項１の金型の製造方法は、金型用基板上に加工層
を形成する工程と、前記加工層を所望の形状に機械加工
する工程と、所望の形状に機械加工された加工層および
前記金型用基板をエッチングして、前記加工層の形状を
前記金型用基板に深さ方向に相似的に形成する工程とを
有することを特徴とするものである。

【００１０】また、本発明の請求項２の金型の製造方法
は、金型用基板上に加工層を形成する工程と、前記加工
層を所望の形状に機械加工する工程と、所望の形状に機
械加工された加工層および前記金型用基板を、選択比を
変化させて異方性エッチングする工程とを有することを
特徴とするものである。

【００１１】また、本発明の請求項３の光学素子の製造
方法は、請求項１において、前記金型用基板を含む金型
を用いて光学素子を形成する工程を有することを特徴と
するものである。

【００１２】また、本発明の請求項４の光学素子の製造
方法は、請求項２において、前記金型用基板を含む金型
を用いて光学素子を形成する工程を有することを特徴と
するものである。

【００１３】

【作用】本発明の請求項１の金型の製造方法によれば、
まず、基板上に機械加工が容易な加工層を形成し、次に
前記加工層を機械加工し、次にエッチングにより加工層
の形状を深さ方向に相似的に基板に形成する。これによ
り、製造すべき光学素子に対応する形状が前記基板に形
成され、この基板が金型の少なくとも一部として直接用
いられる。

【００１４】また、本発明の請求項２の金型の製造方法
によれば、図４（ａ）に示すように所望の形状に加工さ
れた加工層２および基板１を異方性エッチングする際に
選択比を変化させ、基板１に加工層２の形状を変化させ
て転写する。ここで、選択比を次のように定義する。

【００１５】

【数１】この選択比を徐々に小さくする場合、例えば１から０．
６、０．２へと３段階で小さくする場合、説明の簡略化
のために加工層のエッチングレートは変化しないと仮定
すると、加工層２の形状は、図４（ａ）〜図４（ｄ）に
示すようにして基板１に転写される。この場合、夫々の
選択比でエッチングする時間は等しいと仮定している。
図４（ａ）〜（ｄ）から分かるように、選択比を変化さ
せて異方性エッチングを行うと、加工層２の形状を変化
させた形状を基板１に形成することができる。この基板
１を金型として含むことになるので、加工層に機械加工
した形状とは異なる断面形状を有する金型を形成するこ
とができる。

【００１６】なお、選択比を連続的に変化させて異方性
エッチングを行うと、例えば断面形状を直線に加工した
加工層の形状を基板には曲線として形成することができ
る。これは、回折格子やフレネルレンズ用の金型を製造
するときに、断面形状を理想的な形状、一般には曲線形
状に加工したい場合に用いると、加工層を直線に加工す
ればよいので、簡単な加工データで短時間で加工するこ
とが可能になる。あるいは、選択比を段階的に変化させ
ると、断面形状を直線に加工した加工層の形状を基板に
選択比を変化させた回数だけ屈曲した形状に変化させて
形成することができる。これは、例えば断面形状として
１回屈曲した形状を有する２波長に対してブレーズ化し
た回折格子用の金型を形成する場合に適用することがで
きる。

【００１７】この請求項２の金型の製造方法では、従来
方法のように１本の格子溝に対し２回の加工を施す必要
がなく、加工層には断面形状が単なる直線の格子を形成
し、それを異方性エッチングの途中で選択比を一回段階
的に変化させることにより一回屈曲した形状にすること
ができるので、加工データが簡単になり、加工時間が大
幅に短縮される。

【００１８】また、本発明の請求項３の光学素子の製造
方法によれば、まず、基板上に機械加工が容易な加工層
を形成し、次に前記加工層を機械加工し、次にエッチン
グにより加工層の形状を深さ方向に相似的に基板に形成
する。これにより、製造すべき光学素子に対応する形状
が前記基板に形成され、この基板を金型の少なくとも一
部としてプレス成形等により光学素子を形成する。

【００１９】また、本発明の請求項４の光学素子の製造
方法によれば、所望の形状に形成された基板上の加工層
を、選択比を変化させながら異方性エッチングを行い、
基板に加工層の形状を変化させて転写する。この基板を
金型の少なくとも一部として光学素子を製造すると、基
板に形成された形状を反転させた光学素子を製造するこ
とができる。このとき、加工層に形成された断面形状を
反転したものとは異なる断面形状を有する光学素子を製
造することができる。

【００２０】なお、選択比を連続的に変化させて異方性
エッチングを行うと、例えば断面形状を直線に加工した
加工層の形状を基板には曲線として形成することができ
る。これは、回折格子やフレネルレンズ用の金型を製造
するときに、断面形状を理想的な形状、一般には曲線形
状に加工したい場合に、加工層を直線に加工すればよい
ので、簡単な加工データで短時間で加工することが可能
になる。その基板を金型とすると、理想的な形状を有す
る回折格子やフレネルレンズを製造することができる。
あるいは、選択比を段階的に変化させると、断面形状を
直線に加工した加工層の形状を基板に選択比を変化させ
た回数だけ屈曲した形状に変化させて形成することがで
きる。これは、例えば断面形状として１回屈曲した形状
を有する２波長に対してブレーズ化した回折格子用の金
型を形成する場合に適用することができる。

【００２１】この請求項４の光学素子の製造方法では、
従来方法のように１本の格子溝に対し２回の加工を施す
必要がなく、加工層には断面形状が単なる直線の格子を
形成し、それを異方性エッチングの途中で選択比を一回
段階的に変化させることにより一回屈曲した形状にする
ことができるので、加工データが簡単になり、加工時間
が大幅に短縮される。その基板を金型とすると、２波長
に対してブレーズ化した回折格子を製造することができ
る。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に
説明する。図１（ａ）〜（ｇ）は本発明の第１実施例を
説明するための図である。この第１実施例は、本発明方
法を回折光学素子である回折レンズの製造に適用したも
のである。なお、本図および以下の各図において、説明
の簡略化のため、本発明の主旨に関係のない範囲で部分
的に誇張や省略等がなされている。まず、図１（ａ）に
示すように、Ｃr₂Ｏ₃ （酸化クロム）から成る基板１の
片面に、機械加工の容易なＡｌから成る加工層２を所定
の厚さｔで形成する。加工層２を形成する方法として
は、真空蒸着、スパッタリング、メッキ等を用いること
ができる。ここで、後工程の機械加工においてバイト３
の動きに多少の誤差が生じてもバイトが基板１に接触し
ないようにするために、厚さｔの値は最大加工深さｄよ
り大きくする。

【００２３】次に、加工層２を所定の深さ分布を有する
形状、例えばブレーズ形状に機械加工する工程について
説明する。図１（ｂ）に示すように、機械加工機、例え
ば数値制御旋盤型加工機（図示せず）にワークとして加
工層２を形成した基板１を取り付ける。そして、ワーク
を回転させながら製造すべき回折レンズの設計データに
基づいてバイト３を移動させ、加工層２を所望の形状に
加工する。

【００２４】一方、直線パターンを有する光学素子、例
えば回折型シリンドリカルレンズを製造する場合には、
機械加工機、例えば数値制御フライス盤型加工機やルー
リングエンジン型加工機等を用いて、図１（ｃ）に示す
ように、バイト３を固定しワークを上下左右に動かす
か、もしくはワークを固定しバイト３を上下左右に動か
して、加工層２を図１（ｄ）に示すような所望の形状に
加工する。ここで、加工層２に形成される形状は、製造
すべき回折レンズの回折面の形状を反転したものであ
る。その後、図１（ｅ）に示すようにエッチングガス５
により異方性エッチング、例えばアルゴンイオンエッチ
ングを行い、基板１に加工層２の形状を深さ方向に相似
的に転写すると、図１（ｆ）に示すような形状の基板１
を含む回折レンズ用金型を作成することができる。

【００２５】アルゴンイオンエッチングは、高電圧で加
速したアルゴンイオンを材料表面に衝突させて材料原子
を弾き飛ばしてその表面を削る方法であり、主に物理的
作用によりエッチングを行う。そのため、以下の特徴を
有する。（１）化学的エッチングに比べてエッチング速度の材料
選択性が少なく、例えば白金、ロジウム等の化学的耐性
の高い材料をエッチングすることができる。（２）本質的に高い異方性を有し、高い加工精度が得ら
れる。このとき、選択比が１であれば、加工層２のパタ
ーン形状がそのまま基板に転写され、選択比が１以外の
場合は、選択比に応じて加工層２に形成するパターンの
深さ方向の値を決定すればよい。

【００２６】次に、図１（ｆ）のようにエッチングされ
た基板１を金型の一部としてガラスを材料とした回折レ
ンズを製作する。図１（ｇ）に示す上型６は基板１であ
り、下型７はＷＣ（タングステンカーバイト）を主成分
とした円柱の上下両面を鏡面に研摩したものであり、そ
の上面はガラスと金型との融着防止のために白金をコー
トしてある。下型７の上面に製造すべき回折レンズの概
略形状に形成された光学ガラス８を配置し、光学ガラス
８をガラス軟化点以上に加熱した後に加圧成形し、ガラ
ス製の回折レンズを製造する。

【００２７】本実施例による金型を用いて光学素子を製
造する方法として、上述したガラスをプレス成形する方
法の他に、プラスチックを射出成型する方法、紫外線硬
化型樹脂を用いるフォトポリマー法（２Ｐ法）等の方法
を用いることができる。何れも金型を用いる方法として
は一般的に用いられている方法である。なお、フォトポ
リマー法について簡単に説明すると、この方法は、透明
な基板上に紫外線硬化型樹脂（フォトポリマー）層を形
成し、金型を押し当てて紫外線を照射して樹脂を硬化さ
せて光学素子を製造する方法である。この方法は、温度
サイクルがないので、射出成型と比較すると、（１）工
程が短くてすむ、（２）複屈折やコマ収差が生じにく
い、（３）金型の長寿命化を図るこができる、という利
点がある。

【００２８】以上から分かるように、本発明の第１実施
例の方法によれば、機械加工が容易な加工層を機械加工
して、それからエッチング工程により金型を製造するの
で、機械加工により微細な形状を高精度に加工できない
ような材料、例えばガラス成型用金型の材料（ＷＣ，Ｓ
ｉＣ等）に回折格子パターンを形成することができる。
すなわち、従来方法に比べて極めて簡潔な工程によりガ
ラス製の回折レンズ、およびそのプレス成型用金型を製
作することができる。

【００２９】また、本実施例では、機械加工が容易な加
工層２を機械加工することにより、所望の深さ分布を有
する形状を容易に得ることができる。また、近年の数値
制御加工機はサブミクロンの加工精度があり、極めて高
精度に所望の形状を得ることができ、それを異方性エッ
チングにより基板に転写するので、正確な金型を製作す
ることができる。さらに、加工データを変更することに
より、上述した例に限らず、様々な形状の光学素子、例
えばフレネルレンズや直線パターンを有する回折格子等
に対応した形状を容易に得ることができる。また、例え
ば旋盤型加工機やフライス盤型加工機、ルーリングエン
ジン型加工機は汎用性があり、同じ加工機を様々な目的
に用いることができるため、光学素子の製造に対する費
用が抑制される。

【００３０】また、加工層２の材料として、Ａｌを例に
挙げたが、本発明はこれに限定されるものではなく、他
の機械加工の容易な材料、例えば樹脂や機械加工の容易
な金属等を用いることができる。また、基板１の材料と
してＣｒ₂ Ｏ₃ を挙げたが、これ以外にもＷＣ（タング
ステンカーバイト）、ＳｉＣ（シリコンカーバイト）等
を用いることもできる。ただし、ＷＣやＳｉＣを用いる
場合にはガラスとの融着防止のために白金やＴｉＮ等を
コートすることが望ましい。さらに、本実施例の方法は
回折レンズの製造ばかりではなく、一般の回折格子や、
いわゆるフレネルレンズの製造にもそのまま適用するこ
とができる。

【００３１】図２（ａ）〜（ｆ）は本発明の第２実施例
を説明するための図である。この第２実施例は、本発明
方法を高い回折効果を有する回折レンズ等の製造に適用
したものである。回折光学素子として回折型レンズを考
慮したとき、最大の回折効率を得る溝断面形状は、回折
型レンズの位相分布関数を反映したブレーズ形状とな
る。この場合、図３（ａ）に示す溝の斜辺部４は一般に
は直線ではなく曲線となる。したがって、加工層に形成
すべき理想的な形状は、例えば図３（ｂ）のような形状
である。この形状をバイトによる切削により形成するた
めには、点切削、例えばダイヤモンドポイントターニン
グを行う必要があるが、点切削は加工データが膨大とな
り、加工に要する時間も長大になる。そこで、実際には
図３（ｃ）に示すように斜辺部の形状を直線にすること
によって加工データを簡素化するようにしている。この
場合でも溝本数が多ければ回折効率に与える影響を無視
することができるが、溝の断面形状を直線で近似する
と、特に溝本数が少ない場合に回折効率の低下に与える
影響が大きくなり、実用上問題となる。

【００３２】さらに、回折光学素子の一種である分光用
グレーティングにおいても、高回折効率の必要性からブ
レーズ化することが多い。しかし、従来のような１波長
に対してブレーズ化した回折格子では、広い波長範囲を
カバーすることが困難である。そこで、２波長に対して
ブレーズ化した回折格子が、１９８３年発行の「光学」
のＶＯＬ１２の２０１頁に提案されている。この回折格
子１は、図６（ａ）に示すような断面形状を有してお
り、使用波長範囲の広域化だけでなく、回折光強度異常
（アノマリー）の軽減にも効果がある。この回折格子
は、ブレーズ角に合わせて２種類のカッターを用い、一
本の溝に対して２回切削を行うことにより製造される。

【００３３】このような２波長にブレーズ化した回折格
子の場合、２種類のカッターを用いて２回切削を行わな
ければならないため、カッターの相対位置間隔を高精度
に制御しなければならない。また、２回切削を行うた
め、製造に時間がかかるという問題もある。さらに、回
折格子の材料が硬い場合、加工に時間がかかり、加工が
困難になってしまうという問題もある。以上説明したよ
うに、溝の断面形状を単なる直線ではない形状に形成し
たい場合に、機械加工により加工層の断面形状を直線以
外に加工することは加工時間等の点から考えて、実現が
困難である。第２実施例はこの問題点に着目して考案さ
れたものである。

【００３４】以下、図２（ａ）〜（ｆ）を用いて第２実
施例を説明する。まず、図２（ａ）に示すように、Ｎｉ
（ニッケル）から成る基板１の片面に、樹脂、例えばレ
ジストから成る加工層２を所定の厚さｔで形成する。加
工層２が樹脂から成る場合、スピンコーター等を用いて
加工層２の形成を行うことができる。その場合、ベーキ
ング条件を適宜選択することにより、加工層２をその後
の工程に適した硬さにすることができる。

【００３５】次に、加工層２を所定の深さ分布を有する
形状、例えばブレーズ形状に機械加工する工程について
説明する。リングパターンを有する光学素子、例えば回
折型レンズを製造する場合、図３（ｂ）に示すように、
切削加工機、例えば数値制御旋盤型加工機（図示せず）
にワークとして加工層２を形成した基板１を取り付け
る。そして、ワークを回転させながら製造すべきレンズ
の設計データに基づいてバイト３を移動させ、加工層２
を所望の形状に切削加工する。このとき、バイトによる
線切削を行なう。したがって、溝断面形状は直線にな
る。

【００３６】次に、加工層２に形成した形状を、選択比
を変化させながら異方性エッチングして基板１に転写す
る工程について説明する。異方性エッチングとしては、
例えば反応性のガスプラズマを用いたエッチング等が、
選択比の制御性や、異方性の点で適している。反応性の
ガスプラズマを用いたエッチングとしては、例えば反応
性イオンエッチング、プラズマエッチング、反応性イオ
ンビームエッチング、イオンビームエッチング、スパッ
タエッチング、マイクロ波プラズマエッチング等があ
る。

【００３７】図２（ｅ）に示すように基板１および加工
層２のエッチングの選択比を変化させながらエッチング
ガス５によりエッチングを行う。例えば凸レンズの作用
を有する回折レンズを製造するための金型（金型自体は
凹面になる）を製作する場合、加工層２を図２（ｄ）の
ようなブレーズ形状に加工した基板１を、選択比を大き
くしながらエッチングする。図４（ａ）〜（ｄ）では、
分かり易くするため、斜辺部が直線に加工された加工層
２から、２ケ所の屈曲部を有する形状が転写される様子
を示したが、連続的に選択比を変化させることにより、
図２（ｆ）のように斜辺部を曲線形状とすることができ
る。

【００３８】一方、例えば凹レンズの作用を有する回折
レンズを製造するための金型を製作する場合、加工層２
を図５（ａ）のようなブレース形状に加工した基板を選
択比を小さくしながらエッチングする。それにより加工
層２の形状が基板１に転写され、図５（ｂ）のような金
型を製作することができる。上述したように、選択比を
変化させながらエッチングすることにより、加工層２に
形成したブレーズ形状を、図２（ｆ）あるいは図５
（ｂ）のような理想的な形状に転写することができ、回
折効率の高い回折光学素子を容易に製造することができ
る。

【００３９】この第２実施例を用いることにより、図６
（ｃ）または（ａ）に示すような２波長にブレーズ化し
た回折格子も容易に製造することができる。すなわち、
加工層２に図６（ｂ）に示すようなブレーズ回折格子の
形状を形成し、これを選択比を２段階に変化させてエッ
チングする。例えば、初めに大きな選択比でエッチング
し、途中で選択比を小さくしてエッチングを行うと、基
板１に図６（ｃ）に示すような形状を形成することがで
きる。これを金型の一部に用いて光学素子を製作すれば
よい。

【００４０】次に、選択比を変化させる方法について説
明する。例えば、反応性イオンエッチングの場合、プラ
ズマ中のガスの組成を変化させる、放電電力密度を変化
させる、放電ガスの圧力を変化させる、印加電圧の周波
数を変化させる、等の方法がある。プラズマ中のガスの
組成を変化させると、反応種や中性種の種類や割合、イ
オンのエネルギー等が変化し、表面での反応や、その速
度が変化する。また、エッチングが物理的か化学的かと
いう度合が変化する。そこで、選択比を変化させること
ができる。この現象は反応性イオンエッチングに限ら
ず、プラズマに共通であり、プラズマを用いたエッチン
グでは同様に選択比を変化させることができる。

【００４１】プラズマ中のガスの組成を変化させること
により、比較的大きく選択比を変化させることができ
る。また、質量流量コントローラ等によりガス流量を精
密に制御することができ、精密に選択比を制御すること
ができる。例えば、加工層がレジストの場合、レジスト
は有機物であるためＯ₂ により酸化し除去され、エッチ
ングガスにＯ₂ ガスを添加するとレジストのエッチング
速度が大きくなり、選択比が変化する。また、エッチン
グガスにＨ₂ ガスを添加すると、表面に高分子膜が形成
されてエッチング速度が変化し、選択比が変化する。本
願出願人は、反応イオンエッチングにおいてＣＦ₄ ガス
にＯ₂ ガスを添加し、この添加量を変化させることによ
り選択比を変化させることができることを実験により確
認済みである。

【００４２】一方、放電電力密度を変化させると、反応
種や中性種の種類や密度、エネルギー等が変化し、また
イオンのエネルギーも変化し、ガスの組成を変化させた
場合と同様に、選択比を変化させることができる。この
現象も反応性イオンエッチングに限らずプラズマに共通
であり、プラズマを用いたエッチングでは同様に選択比
を変化させることができる。よって、放電電力密度を変
化させることにより、微妙に選択比を変化させることが
でき、僅かに選択比を変化させる場合に特に有効であ
る。

【００４３】放電ガスの圧力あるいは印加電圧の周波数
を変化させると、イオンのエネルギーや電子の平均のエ
ネルギーが変化し、選択比が変化する。これは、イオン
アシスト反応の起こるエッチングに共通であり、反応性
イオンエッチングの他、プラズマエッチングや反応性イ
オンビームエッチング、マイクロ波プラズマエッチン
グ、イオンビームエッチング等でも選択比を変化させる
ことができる。放電ガスの圧力あるいは印加電圧の周波
数を変化させることにより、イオンアシスト反応を利用
したエッチングにおいて選択比を変化させることができ
る。使用するエッチングガスとしては、例えば可視域や
紫外域で用いる石英ガラスの場合、例えばＣＦ₄ ガスや
ＣＨＦ₃ ガス等のフッ素系ガスを使用することができ
る。また、例えば赤外域で用いるＳｉの場合、例えばＣ
Ｆ₄ ガスやＳＦ₆ ガス、ＮＦ₃ ガス等のフッ素系ガス、
あるいはＣｌ₂ ガスやＣＣｌ₄ ガス等の塩素系ガスを使
用することができる。

【００４４】以上の方法を用いると、容易に選択比を変
化させることができる。特に、プラズマ中のガスの組成
と放電電力密度を制御することによって、選択比を広範
囲に精度よく変化させることができる。

【００４５】このようにして製作した基板１を金型の一
部に用いて光学素子を形成する方法としては、第１実施
例で説明したガラスをプレス成型する方法、プラスチッ
クを射出成型する方法、フォトポリマー法等を用いるこ
とができる。

【００４６】以上から分かるように、この第２実施例に
よれば、基板１上に形成した加工層２を機械加工し、形
成した形状を選択比を変化させながら異方性エッチング
するため、基板１に加工層２の形状を変化させて転写す
ることができる。したがって、位相分布に対応した理想
的な形状の回折レンズやフレネルレンズ等を製造すると
きに、加工層２を機械加工する際に溝の斜辺を一直線に
加工すればよいので、機械加工の際に加工データの量や
加工時間が膨大になることが抑制される。また、２波長
に対してブレーズ化した回折格子を製作するときにも、
機械加工する際に溝の斜辺を一直線に機械加工すればよ
いので、機械加工の際に加工データの量や加工時間が膨
大になることが抑制される。また、１種類のバイトを用
いて１回の切削加工で済むため、バイトの取替えや位置
調整等の工程が省略されるので、容易に大量に製造する
ことができる。

【００４７】なお、本発明は上述した実施例のみに限定
されるものではなく、種々の変更または変形を加えるこ
とができる。例えば、上記請求項２において、異方性エ
ッチングが反応性のガズプラズマを用いたエッチングで
あり、選択比を変化させる手段として、プラズマ中のガ
スの組成を変化させる、放電電力密度を変化させる、放
電ガスの圧力を変化させる、印加電圧の周波数を変化さ
せる、の内の少なくとも１つを用いるようにしてもよ
い。その場合、異方性エッチングとして、反応性のガズ
プラズマを用いたエッチングを使用し、選択比を変化さ
せる手段として、プラズマ中のガスの組成を変化させ
る、あるいは放電電力密度を変化させるという方法を用
いると、反応種や中性種の種類や割合、イオンのエネル
ギーが変化するので表面での反応やその速度が変化し、
その結果選択比が変化する。また、選択比を変化させる
手段として、放電ガスの圧力を変化させる、あるいは印
加電圧の周波数を変化させるという方法を用いると、イ
オンのエネルギーや電子の平均エネルギーが変化し、選
択比が変化する。

【００４８】異方性エッチングの途中で選択比が変化す
ると、加工層の形状が変化して基板に転写される。この
基板を金型の一部として用いて、基板に形成された形状
を反転した形状を有する光学素子が製造される。また、
異方性エッチングの手段として反応性のガスプラズマを
用いたエッチングを使用するので、異方性が優れてい
る。また、エッチングを制御するパラメータがガスの組
成、放電電力密度、放電ガス圧力、印加電圧の周波数等
多数あり、選択比を変化させるときに、その変化量に応
じて適切なパラメータを選択することができる。

【００４９】また、上記請求項４において、異方性エッ
チングが反応性のガスプラズマを用いたエッチングであ
り、選択比を変化させる手段として、プラズマ中のガス
の組成を変化させる、放電電力密度を変化させる、放電
ガスの圧力を変化させる、印加電圧の周波数を変化させ
る、の内の少なくとも１つを用いるようにしてもよい。
その場合、異方性エッチングとして、反応性のガスプラ
ズマを用いたエッチングを使用し、選択比を変化させる
手段として、プラズマ中のガスの組成を変化させる、あ
るいは放電電力密度を変化させるという方法を用いる
と、反応種や中性種の種類や割合、イオンエネルギーが
変化するので表面での反応やその速度が変化し、その結
果選択比が変化する。また選択比を変化させる手段とし
て、放電ガスの圧力を変化させる、あるいは印加電圧の
周波数を変化させるという方法を用いると、イオンのエ
ネルギーや原子の平均のエネルギーが変化し、選択比が
変化する。

【００５０】異方性エッチングの途中で選択比が変化す
ると、加工層の形状が変化して基板に転写される。この
基板を金型の一部として用いて、基板に形成された形状
を反転した形状を有する光学素子が製造される。また、
異方性エッチングの手段として反応性のガスプラズマを
用いたエッチングを使用するので、異方性が優れてい
る。また、エッチングを制御するパラメータがガスの組
成、放電電力密度、放電ガス圧力、印加電圧の周波数等
多数あり、選択比を変化させるときに、その変化量に応
じて適切なパラメータを選択することができる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１の
金型の製造方法によれば、機械加工の容易な加工層を機
械加工して、それからエッチング工程により金型を製造
するので、機械加工により微細な形状を高精度に加工で
きないような材料、例えばガラス成形用金型の材料（Ｗ
Ｃ，ＳｉＣ等）に回折格子パターンを形成することがで
きる。また、加工層への加工が機械加工であるので、加
工データを変更することにより容易に様々な形状を形成
することができ、それをエッチングすることにより容易
に様々な形状の金型を製造することができる。

【００５２】また、本発明の請求項２の金型の製造方法
によれば、基板上に機械加工の容易な加工層を形成し、
この加工層を所定の形状に機械加工し、加工層の形状
を、選択比を変化させながら異方性エッチングにより基
板に転写するため、基板に加工層の形状を変形して転写
することができる。よって、加工層に加工の容易な形
状、例えば断面形状を直線で近似したブレーズ形状を形
成しても、金型として所望の形状を得ることができる。

【００５３】また、本発明の請求項３の光学素子の製造
方法によれば、加工層の形状をエッチングにより基板に
転写したものを金型とし、それを用いて光学素子を製造
するので、大量生産に適している。

【００５４】また、本発明の請求項４の光学素子の製造
方法によれば、金型の断面形状を制御することができる
ので、理想的な断面形状を有する光学素子を大量に製造
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｇ）は本発明の第１実施例を説明す
るための図である。

【図２】（ａ）〜（ｆ）は本発明の第２実施例を説明す
るための図である。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は第２実施例の加工層の形状を
説明するための図である。

【図４】（ａ）〜（ｄ）は本発明において選択比を変化
させながら行う異方性エッチングの原理を説明するため
の図である。

【図５】（ａ）、（ｂ）は第２実施例を説明するための
図である。

【図６】（ａ）〜（ｃ）は第２実施例を説明するための
図である。

【図７】（ａ）〜（ｆ）は従来技術を説明するための図
である。

【図８】（ａ）〜（ｅ）は従来技術を説明するための図
である。

【符号の説明】

１基板２加工層３バイト４溝の斜辺５エッチングガス６上型７下型８光学ガラス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金型用基板上に加工層を形成する工程
と、前記加工層を所望の形状に機械加工する工程と、所望の形状に機械加工された加工層および前記金型用基
板をエッチングして、前記加工層の形状を前記金型用基
板に深さ方向に相似的に形成する工程とを有することを
特徴とする金型の製造方法。
【請求項２】金型用基板上に加工層を形成する工程
と、前記加工層を所望の形状に機械加工する工程と、所望の形状に機械加工された加工層および前記金型用基
板を、選択比を変化させて異方性エッチングする工程と
を有することを特徴とする金型の製造方法。
【請求項３】請求項１において、前記金型用基板を含
む金型を用いて光学素子を形成する工程を有することを
特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項４】請求項２において、前記金型用基板を含
む金型を用いて光学素子を形成する工程を有することを
特徴とする光学素子の製造方法。