JPS60103311A - フレネル位相プレ−ト・レンズの製造方法 - Google Patents
フレネル位相プレ−ト・レンズの製造方法Info
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- JPS60103311A JPS60103311A JP59122156A JP12215684A JPS60103311A JP S60103311 A JPS60103311 A JP S60103311A JP 59122156 A JP59122156 A JP 59122156A JP 12215684 A JP12215684 A JP 12215684A JP S60103311 A JPS60103311 A JP S60103311A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/18—Diffraction gratings
- G02B5/1876—Diffractive Fresnel lenses; Zone plates; Kinoforms
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/0005—Production of optical devices or components in so far as characterised by the lithographic processes or materials used therefor
- G03F7/001—Phase modulating patterns, e.g. refractive index patterns
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S359/00—Optical: systems and elements
- Y10S359/90—Methods
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
- Manufacturing Optical Record Carriers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、シリコン、ゲルマニウム、ガラス、溶融石英
ガラス等、長期に耐摩耗性を有する材料で製造し、特に
赤外線、可視光線、紫外線等、各種のスペクトルの伝送
に適したフレネル位相プレート・レンズに関するもので
ある。
ガラス等、長期に耐摩耗性を有する材料で製造し、特に
赤外線、可視光線、紫外線等、各種のスペクトルの伝送
に適したフレネル位相プレート・レンズに関するもので
ある。
[従来技術]
フレネル・ゾーン・プレート及び位相プレートは古くか
ら知られている。しかし、これらのレンズは製造が非常
に困難なため、フレネル・プレートについては、大きな
学術的関心の的である。
ら知られている。しかし、これらのレンズは製造が非常
に困難なため、フレネル・プレートについては、大きな
学術的関心の的である。
フレネル・レンズの第1のカテゴリーは、ゾーン・プレ
ートと呼ばれるもので、透過が0%の円形ゾーンと、1
00%の円形ゾーン、すなわち不透明ゾーンと透明ゾー
ンが交互に存在するものである。これらの不透明及び透
明領域は、特定の公式に従って、レンズの中心から放射
状に次第にせまくなり、直径が大きく、焦点距離の短い
薄いレンズを形成している。この簡単なゾーン・プレー
トの変形がシヌソイト・ゾーン・プレートで、こ五は1
00%透過または無透過の代りに、正弦波形に従って光
線透過がOから100%まで変化するものである。この
場合も、不透明及び光線透過領域の幅は、レンズの中心
から放射状に次第にせまく変化する。これらの種類のレ
ンズについては、Robert’ IJ、 l1ood
著、”Physical 0ptics”(1961年
、Dover Publications Incor
porated刊)37″39ページに説明されている
。
ートと呼ばれるもので、透過が0%の円形ゾーンと、1
00%の円形ゾーン、すなわち不透明ゾーンと透明ゾー
ンが交互に存在するものである。これらの不透明及び透
明領域は、特定の公式に従って、レンズの中心から放射
状に次第にせまくなり、直径が大きく、焦点距離の短い
薄いレンズを形成している。この簡単なゾーン・プレー
トの変形がシヌソイト・ゾーン・プレートで、こ五は1
00%透過または無透過の代りに、正弦波形に従って光
線透過がOから100%まで変化するものである。この
場合も、不透明及び光線透過領域の幅は、レンズの中心
から放射状に次第にせまく変化する。これらの種類のレ
ンズについては、Robert’ IJ、 l1ood
著、”Physical 0ptics”(1961年
、Dover Publications Incor
porated刊)37″39ページに説明されている
。
ゾーン・プレートについてはほとんど全ての光学教科書
に説明されているが、フレネル回折を説明するのに、第
2の型のフレネル・レンズであるプレネル位相反転プレ
ートについて言及した文献は多くない。フレネル位相反
転プレートは、ゾーン・プレートより優れている。これ
は、ゾーン・プレー1−は光線透過が50%でしかない
のに比較して、位相プレートの光線透過はほぼ100%
であるためである。フレネル位相反転プレートは、プレ
ートの光線透過率が交互に変化するゾーンの中央で厚み
が光波長ずつ変化する。このことは第1図及び第2図に
示すとおりである。位相反転ゾーンの幅は、ゾーン・プ
レートの場合と同様、レンズの中央から放射状に離れる
に従って、特定の公式に従ってせまくなる。他の型のフ
レネル位相反転プレートはシヌソイド位相反転プレート
で、こればプレートの厚みがプレートの材料でゾーンか
らゾーンにかけ最大深さが半波長になるように正弦波形
で変形するものである。シヌソイド位相反転プレートは
第3図及び第4図に示すとおりである。上記のRob’
ert ’J、 Wood著のThe Physica
lOpticsの38−39ページに、位相反転ゾーン
・プレート及び、こ匙を製造するための非常に複雑な方
法が記載されている。
に説明されているが、フレネル回折を説明するのに、第
2の型のフレネル・レンズであるプレネル位相反転プレ
ートについて言及した文献は多くない。フレネル位相反
転プレートは、ゾーン・プレートより優れている。これ
は、ゾーン・プレー1−は光線透過が50%でしかない
のに比較して、位相プレートの光線透過はほぼ100%
であるためである。フレネル位相反転プレートは、プレ
ートの光線透過率が交互に変化するゾーンの中央で厚み
が光波長ずつ変化する。このことは第1図及び第2図に
示すとおりである。位相反転ゾーンの幅は、ゾーン・プ
レートの場合と同様、レンズの中央から放射状に離れる
に従って、特定の公式に従ってせまくなる。他の型のフ
レネル位相反転プレートはシヌソイド位相反転プレート
で、こればプレートの厚みがプレートの材料でゾーンか
らゾーンにかけ最大深さが半波長になるように正弦波形
で変形するものである。シヌソイド位相反転プレートは
第3図及び第4図に示すとおりである。上記のRob’
ert ’J、 Wood著のThe Physica
lOpticsの38−39ページに、位相反転ゾーン
・プレート及び、こ匙を製造するための非常に複雑な方
法が記載されている。
米国特許第3948660号明細書には、フレネル・ゾ
ーン・プレート・レンズ及びこのようなレンズの製造方
法が開示されている。この方法は、フオトレジストまた
はジクロム酸ゼラチン層等の感光材料からフレネル・レ
ンズを作製するためのもので、各ゾーンの感光材料に、
作製するフレネル・レンズの相当する部分に必要な半波
長を各部に与えるのに必要な範囲の光に露出して作製す
るものである。この特許はゾーン・プレートの作製に関
するものであり、第1図及び第2図に示すようなフレネ
ル位相反転型のレンズに関するものではない。
ーン・プレート・レンズ及びこのようなレンズの製造方
法が開示されている。この方法は、フオトレジストまた
はジクロム酸ゼラチン層等の感光材料からフレネル・レ
ンズを作製するためのもので、各ゾーンの感光材料に、
作製するフレネル・レンズの相当する部分に必要な半波
長を各部に与えるのに必要な範囲の光に露出して作製す
るものである。この特許はゾーン・プレートの作製に関
するものであり、第1図及び第2図に示すようなフレネ
ル位相反転型のレンズに関するものではない。
[発明が解決しようとする問題点コ
従来のフレネル位相プレート・レンズの製造方法におい
ては、レンズを製造しうる原材料が制限されていた。本
発明はこの点を解決し、広範囲の材料を用いて位相プレ
ート・レンズを製造する事を目的とするものである。
ては、レンズを製造しうる原材料が制限されていた。本
発明はこの点を解決し、広範囲の材料を用いて位相プレ
ート・レンズを製造する事を目的とするものである。
[問題を解決するための手段]
位相反転プレート型、またはシヌソイド位相反転型のフ
レネル位相プレート・レンズは、フレネル位相プレート
・レンズにこれまで使用されなかった材料により作製す
る。所要のフレネル位相プレート・レンズの材料は、そ
の最適スペクトル透過範囲から選択することができる。
レネル位相プレート・レンズは、フレネル位相プレート
・レンズにこれまで使用されなかった材料により作製す
る。所要のフレネル位相プレート・レンズの材料は、そ
の最適スペクトル透過範囲から選択することができる。
たとえば、赤外線の透過には、フレネル位相プレート・
レンズの材料とじて−シリコン及びゲルマニウムが遺釈
される。可視光線の透過には、クラウン・ガラス、フリ
ント・ガラス、ポロシリケー1−・ガラス等。
レンズの材料とじて−シリコン及びゲルマニウムが遺釈
される。可視光線の透過には、クラウン・ガラス、フリ
ント・ガラス、ポロシリケー1−・ガラス等。
適当な光学特性を持つ各種ガラスが適している。
高シリカ分のガラスおよび溶融石英(二酸化シリコン)
は、紫外線用のレンズ材料として適している。
は、紫外線用のレンズ材料として適している。
入射光線をほとんど全て透過する高品質のフレネル位相
プレート・レンズを製作するには、まず、最終的に使用
する光の波長に適した材料によりレンズ・ブランクを作
成する。このレンズ・ブランクは、主要−な両面を光学
的に研摩する。露光により光化学的変化を生ずる感光層
を、レンズ・ブランクの研摩した面の1つに設ける。こ
の感光層を、この層への露光の強さに応じて光化学的変
化を生ずる感光層中に、フレネル位相プレー1〜の形状
を作成する適当なフレネル・マスクを通じて露光する。
プレート・レンズを製作するには、まず、最終的に使用
する光の波長に適した材料によりレンズ・ブランクを作
成する。このレンズ・ブランクは、主要−な両面を光学
的に研摩する。露光により光化学的変化を生ずる感光層
を、レンズ・ブランクの研摩した面の1つに設ける。こ
の感光層を、この層への露光の強さに応じて光化学的変
化を生ずる感光層中に、フレネル位相プレー1〜の形状
を作成する適当なフレネル・マスクを通じて露光する。
次に露光した感光層を現像して、層内に所要の波長の半
分の深さを有する物理的フレネル位相プレートを残す。
分の深さを有する物理的フレネル位相プレートを残す。
この層を、適当な反応性雰囲気中で、レンズ・ブランク
とともに異方性エツチングを行なう。反応性エツチング
雰囲気は、感光層とレンズ・ブランクの材料が同じ速度
で異方性エツチングが行なわれるよう選定する。このエ
ツチングは、感光層内のフレネル位相プレートの形状が
、最大深さで所要の波長の半分になるようにレンズ・ブ
ランクに転写されるまで続ける。残った感光層を次にレ
ンズから除去し、フレネル位相プレート構造の作製を完
了する。
とともに異方性エツチングを行なう。反応性エツチング
雰囲気は、感光層とレンズ・ブランクの材料が同じ速度
で異方性エツチングが行なわれるよう選定する。このエ
ツチングは、感光層内のフレネル位相プレートの形状が
、最大深さで所要の波長の半分になるようにレンズ・ブ
ランクに転写されるまで続ける。残った感光層を次にレ
ンズから除去し、フレネル位相プレート構造の作製を完
了する。
[実施例]
第1図及び第2図は、フレネル位相反転プレート・レン
ズの作製方法を示すものである。薄い平らなレンズ・ブ
ランク円板10を、所要の光を透過するのに最適な材料
により作製する。レンズ・ブランクの厚みは、10.2
〜15.2am(4〜6インチ)の円板について、例え
ば1〜4ミリメートルである。このレンズ・ブランクの
両主要面を、従来法により、0.5X10−’am (
0,2マイクロインチ)台(山と谷の高さの差)の精度
に研摩する。この表面仕上げ度は、 R,E、 Rea
sonらの、”Report on the Meas
urement of 5urfaceFinish
by 5tylus Method”(1944年、R
ankTaylor Hobson Division
、 Lsicester、 England刊)に記載
された従来のスタイラス法により測定する。
ズの作製方法を示すものである。薄い平らなレンズ・ブ
ランク円板10を、所要の光を透過するのに最適な材料
により作製する。レンズ・ブランクの厚みは、10.2
〜15.2am(4〜6インチ)の円板について、例え
ば1〜4ミリメートルである。このレンズ・ブランクの
両主要面を、従来法により、0.5X10−’am (
0,2マイクロインチ)台(山と谷の高さの差)の精度
に研摩する。この表面仕上げ度は、 R,E、 Rea
sonらの、”Report on the Meas
urement of 5urfaceFinish
by 5tylus Method”(1944年、R
ankTaylor Hobson Division
、 Lsicester、 England刊)に記載
された従来のスタイラス法により測定する。
第1図に示すように、レンーズ・ブランク1oの研摩し
た主要面の一方に、感光性コーティング12を生成させ
る。このコーティングは、従来のスピン・オン法により
生成することができる。コーティングの厚みは1〜2ミ
クロンであることが好ましい。露光により光化学的変化
を生ずる感光層の例として好ましいものは、陰画用また
は陽画用のフオトレジストがある。次に感光層を、従来
の半導体加工技術により作製したガラス基板上にクロム
層を設けたマスター・ゾーン・プレート・マスクを通じ
て露光する。このクロム・ガラス・フレネル・マスクは
、既知の公式に従って作製した、不透明なりロム領域と
、透明な領域が、同心円状に交互に存在するものである
。感光層12に光化学化変化を起させるには、レーザ等
の単色光源が用いられる。露光は、感光層12を、単色
光源の波長の半分の深さになるよう、単色レーザ光源の
強さと露出時間を注意深く制御して行なう。この露出時
間及びレーザ光線の強さは、所要の露光深さが得られる
よう、注意深く調節する。次に露光した感光層12を従
来のフォトリソグラフィ及びエツチング技術により現像
すると、半波長(λ)の所要の深さに露光した領域が、
第1図に示すよ゛うな層12となる。
た主要面の一方に、感光性コーティング12を生成させ
る。このコーティングは、従来のスピン・オン法により
生成することができる。コーティングの厚みは1〜2ミ
クロンであることが好ましい。露光により光化学的変化
を生ずる感光層の例として好ましいものは、陰画用また
は陽画用のフオトレジストがある。次に感光層を、従来
の半導体加工技術により作製したガラス基板上にクロム
層を設けたマスター・ゾーン・プレート・マスクを通じ
て露光する。このクロム・ガラス・フレネル・マスクは
、既知の公式に従って作製した、不透明なりロム領域と
、透明な領域が、同心円状に交互に存在するものである
。感光層12に光化学化変化を起させるには、レーザ等
の単色光源が用いられる。露光は、感光層12を、単色
光源の波長の半分の深さになるよう、単色レーザ光源の
強さと露出時間を注意深く制御して行なう。この露出時
間及びレーザ光線の強さは、所要の露光深さが得られる
よう、注意深く調節する。次に露光した感光層12を従
来のフォトリソグラフィ及びエツチング技術により現像
すると、半波長(λ)の所要の深さに露光した領域が、
第1図に示すよ゛うな層12となる。
次に、第1図に示す構造のものを、反応性イオン・エツ
チング雰囲気内に置く。これば例えばB、 H,Des
iletsらの米国特許第4384938号明細書に示
されたものである。反応性イオン・エツチング室の雰囲
気は、感光材料及びレンズ・ブランク材料が実質的に同
じ速度で異方性エツチングが行なわれるよう注意深く選
定する。異方性エツチングは、レンズ・ブランク材料1
0内に、感光層12の形状が第2図が示すように転写さ
れるまで続ける。位相反転プレート領域の、正確に半波
長(λ/2)の深さは、L、1. Maissel及び
RlG ]、a n g共著の”)Iandbook
of Th1n Film Technology”(
1970年McGraw Hill刊、Library
of CongressCatalog Nn73−7
949739742)1 114〜1−115ページに
記載されているものと類似のレーザ終点監視装置を用い
ることにより得られる7反応性イオン・エツチング法は
、レジスト鞠の最も厚い部分がなくなり、約25〜50
%のオーバーエツチングとなるまで続ける。反応性イオ
ン・エツチングはほとんど完全に異方性であるため、感
光皮膜表面の形態は、基板10に転写される。残った感
光層12は全て、たとえばエツチングまたは酸素灰化に
より除去する。
チング雰囲気内に置く。これば例えばB、 H,Des
iletsらの米国特許第4384938号明細書に示
されたものである。反応性イオン・エツチング室の雰囲
気は、感光材料及びレンズ・ブランク材料が実質的に同
じ速度で異方性エツチングが行なわれるよう注意深く選
定する。異方性エツチングは、レンズ・ブランク材料1
0内に、感光層12の形状が第2図が示すように転写さ
れるまで続ける。位相反転プレート領域の、正確に半波
長(λ/2)の深さは、L、1. Maissel及び
RlG ]、a n g共著の”)Iandbook
of Th1n Film Technology”(
1970年McGraw Hill刊、Library
of CongressCatalog Nn73−7
949739742)1 114〜1−115ページに
記載されているものと類似のレーザ終点監視装置を用い
ることにより得られる7反応性イオン・エツチング法は
、レジスト鞠の最も厚い部分がなくなり、約25〜50
%のオーバーエツチングとなるまで続ける。反応性イオ
ン・エツチングはほとんど完全に異方性であるため、感
光皮膜表面の形態は、基板10に転写される。残った感
光層12は全て、たとえばエツチングまたは酸素灰化に
より除去する。
次に第3図及び第4図を参照して、シヌソイド・フレネ
ル位相反転プレート・レンズを作製する方法である第2
の実施例について説明する。第1図及び第2図の実施例
と同様に、薄い、平らな、光学的に研摩したレンズ・ブ
ランク材料2oに陰画用または陽画用フォトレジスト等
の感光材料の層22をコーティングする。この感光層の
厚みは1〜2ミクロン程度がよい。感光材料層22を、
2つの互いに干渉する単色光点光源により生ずる干渉縞
の形状に露光することにより、シヌソイド位相反転領域
を作成する。この方法は、例えば上記のM、 V、 K
leinによる”0ptics” 386ページに、シ
ヌソイド・ゾーン・プレートを作製する方法として記載
されている。露光に用いる単色光レーザ光源は、感光層
22が感光する波長のものでなければならない。しかし
、この波長は、シヌソイド位相プレートの完成品に用い
る波長と同一である必要はない6露出時間は、感光層2
2が、縞の最も明るい領域が、感光材料22中に作用す
る波長の半分に等しい深さまで、現像液に可溶性になる
よう設定する。感光材料は、適切なフォトリングラフィ
溶液で現像する。この溶液は、例えば感光材料が陽画用
フォトレジストの場合、露光し、解重合してレジストの
部分を溶解し、露光しない部分は実質的にそのまま残す
ものである。この現像及びエツチングの結果は第3図に
示すとおりである。次に第3図の構造を、上記の第1図
及び第2図に示す実施例と同様に、感光層のエツチング
速度が基板のレンズ・ブランク材料のエツチング速度と
ほぼ等しくなる条件で、異方性反応性イオン・エツチン
グにかける。このエツチングは、」二記の終点検出方法
を用いて、レンズ・ブランク材料20中に所要の転写が
行なわれるまで続け、第4図の示すシヌソイド・フレー
ネル位相反転プレー1−・レンズを作製する。
ル位相反転プレート・レンズを作製する方法である第2
の実施例について説明する。第1図及び第2図の実施例
と同様に、薄い、平らな、光学的に研摩したレンズ・ブ
ランク材料2oに陰画用または陽画用フォトレジスト等
の感光材料の層22をコーティングする。この感光層の
厚みは1〜2ミクロン程度がよい。感光材料層22を、
2つの互いに干渉する単色光点光源により生ずる干渉縞
の形状に露光することにより、シヌソイド位相反転領域
を作成する。この方法は、例えば上記のM、 V、 K
leinによる”0ptics” 386ページに、シ
ヌソイド・ゾーン・プレートを作製する方法として記載
されている。露光に用いる単色光レーザ光源は、感光層
22が感光する波長のものでなければならない。しかし
、この波長は、シヌソイド位相プレートの完成品に用い
る波長と同一である必要はない6露出時間は、感光層2
2が、縞の最も明るい領域が、感光材料22中に作用す
る波長の半分に等しい深さまで、現像液に可溶性になる
よう設定する。感光材料は、適切なフォトリングラフィ
溶液で現像する。この溶液は、例えば感光材料が陽画用
フォトレジストの場合、露光し、解重合してレジストの
部分を溶解し、露光しない部分は実質的にそのまま残す
ものである。この現像及びエツチングの結果は第3図に
示すとおりである。次に第3図の構造を、上記の第1図
及び第2図に示す実施例と同様に、感光層のエツチング
速度が基板のレンズ・ブランク材料のエツチング速度と
ほぼ等しくなる条件で、異方性反応性イオン・エツチン
グにかける。このエツチングは、」二記の終点検出方法
を用いて、レンズ・ブランク材料20中に所要の転写が
行なわれるまで続け、第4図の示すシヌソイド・フレー
ネル位相反転プレー1−・レンズを作製する。
第1図及び第2図の実施例で位相反転ゾーン・プレート
を作製するのに、別法を用いることができる。この方法
も、フォトレジスト層等の感光層を使用する。しかし、
このコーティングは、現像中にコーティングが基板まで
除去されるよう所要部分を完全に露光する。感光コーテ
ィングの厚みは、次の基板の溝の深さを半波長にする工
程中に反応性イオン・エツチングに耐える最低の厚みを
超えている限り、重要ではない。基板へのエツチングの
深さはレーザ・インターフェロメータで監視し、深さが
λ/2になった時点でエツチングを終了する。残ったレ
ジストは、第1図及び第2図の実施例と同様、溶剤また
は02プラズマで除去する。本実施例では、フォトレジ
スト層と基板のエツチング速度の比が1である必要はな
い。通常の場合と同様、基板はフォトレジストより速く
エツチングされるほうが良い。
を作製するのに、別法を用いることができる。この方法
も、フォトレジスト層等の感光層を使用する。しかし、
このコーティングは、現像中にコーティングが基板まで
除去されるよう所要部分を完全に露光する。感光コーテ
ィングの厚みは、次の基板の溝の深さを半波長にする工
程中に反応性イオン・エツチングに耐える最低の厚みを
超えている限り、重要ではない。基板へのエツチングの
深さはレーザ・インターフェロメータで監視し、深さが
λ/2になった時点でエツチングを終了する。残ったレ
ジストは、第1図及び第2図の実施例と同様、溶剤また
は02プラズマで除去する。本実施例では、フォトレジ
スト層と基板のエツチング速度の比が1である必要はな
い。通常の場合と同様、基板はフォトレジストより速く
エツチングされるほうが良い。
高品質のフレネル位相プレート・レンズを作製するこの
方法は、実質的にどのようなレンズ・ブランクの材料で
もこのようなフレネル・レンズを作製することができる
。従って、所要の透過光の波長の範囲に適した材料を選
定することが可能である。例えば、紫外線の透過に最も
効率のよい材料として、高シリカ分のガラス、溶融石英
(二酸化シリコン)等を使用することができる。可視光
線の範囲では、最も重要な材料は高シリカ分のガラス、
ボロシリケート・ガラス、クラウン・ガラスまたはフリ
ント・ガラスである。赤外線の範囲の材料としては、ゲ
ルマニウム、シリコン、ハロゲン化アルカリ及び無機塩
類が好ましい。
方法は、実質的にどのようなレンズ・ブランクの材料で
もこのようなフレネル・レンズを作製することができる
。従って、所要の透過光の波長の範囲に適した材料を選
定することが可能である。例えば、紫外線の透過に最も
効率のよい材料として、高シリカ分のガラス、溶融石英
(二酸化シリコン)等を使用することができる。可視光
線の範囲では、最も重要な材料は高シリカ分のガラス、
ボロシリケート・ガラス、クラウン・ガラスまたはフリ
ント・ガラスである。赤外線の範囲の材料としては、ゲ
ルマニウム、シリコン、ハロゲン化アルカリ及び無機塩
類が好ましい。
上に述べたように、感光層と基板のレンズ・ブランクを
異方性の反応性イオン・エツチングをするときに、エツ
チング速度が実質的に等しいことが非常に重要である。
異方性の反応性イオン・エツチングをするときに、エツ
チング速度が実質的に等しいことが非常に重要である。
使用することのできる市販のフォトレジスト材料のひと
つに、Sh、Lpley A Z1350がある。この
フォトレジストは、メタクレゾールとフォルムアルデヒ
ドのノボラック樹脂に、ジアゾ・ナフI−キノン感光剤
及び溶剤として酢酸エチルセロソルブを加えたものであ
る。これらの陽画用及び陰画用のフォトレジストは、」
二記の第1図、第2図、第3図、第4図を参照して説明
した方法で用いることができる。レンズ・ブランクにシ
リコンを用いた場合、反応性イオン・エツチング中に好
ましいエツチング雰囲気は、約20〜60ミリトールの
圧力のCCQ3FまたはCCU 2F7及び酸素で、流
速は約40〜50cc/分(標準)である。純粋のCC
112F2中では、シリコンがフォトレジストより速く
エツチングされるため、酸素を加えてフォトレジストの
エツチング速度を上げる。シリコンとフォトレジストの
エツチング速度比を1:1にするには、酸素1〜5%と
(:CQ2FzまたはCCQ、F約99〜95%の混合
物がよい。溶融石英(二酸化シリコン)または他の各種
のガラスをレンズ・ブランクの材料として使用した場合
は1反応性イオン・エツチング混合物として、CF。
つに、Sh、Lpley A Z1350がある。この
フォトレジストは、メタクレゾールとフォルムアルデヒ
ドのノボラック樹脂に、ジアゾ・ナフI−キノン感光剤
及び溶剤として酢酸エチルセロソルブを加えたものであ
る。これらの陽画用及び陰画用のフォトレジストは、」
二記の第1図、第2図、第3図、第4図を参照して説明
した方法で用いることができる。レンズ・ブランクにシ
リコンを用いた場合、反応性イオン・エツチング中に好
ましいエツチング雰囲気は、約20〜60ミリトールの
圧力のCCQ3FまたはCCU 2F7及び酸素で、流
速は約40〜50cc/分(標準)である。純粋のCC
112F2中では、シリコンがフォトレジストより速く
エツチングされるため、酸素を加えてフォトレジストの
エツチング速度を上げる。シリコンとフォトレジストの
エツチング速度比を1:1にするには、酸素1〜5%と
(:CQ2FzまたはCCQ、F約99〜95%の混合
物がよい。溶融石英(二酸化シリコン)または他の各種
のガラスをレンズ・ブランクの材料として使用した場合
は1反応性イオン・エツチング混合物として、CF。
及び酸素の混合物を圧力約22〜60ミリトール、流速
約40〜50cc/分(標準)で用いる。純粋のCF4
中では、シリコンがフ第1へレジストより速くエツチン
グされるので、この場合にもガラス月料とフオトレジス
トのエツチング速度比を1=1にするために1〜5%の
酸素を添加する。
約40〜50cc/分(標準)で用いる。純粋のCF4
中では、シリコンがフ第1へレジストより速くエツチン
グされるので、この場合にもガラス月料とフオトレジス
トのエツチング速度比を1=1にするために1〜5%の
酸素を添加する。
[第1例コ
赤外線波長に使用するシヌソイド・フレネル位相反転プ
レート・レンズを、シリコンを用いて作製するには、単
結晶シリコン(ドープしないものまたはわずかにドープ
したものが好ましい)の両面を光学的に研摩して、円板
を作製する。このようなウェハは、直径80〜150m
mまたはそれ以上、厚み1〜2nnのものが半導体工業
で容易に得られる。波長範囲が2〜6ミクロンの場合、
シリコンの光線透過率は98%以上である。
レート・レンズを、シリコンを用いて作製するには、単
結晶シリコン(ドープしないものまたはわずかにドープ
したものが好ましい)の両面を光学的に研摩して、円板
を作製する。このようなウェハは、直径80〜150m
mまたはそれ以上、厚み1〜2nnのものが半導体工業
で容易に得られる。波長範囲が2〜6ミクロンの場合、
シリコンの光線透過率は98%以上である。
このウェハに感光性の陽画用フォトレジスト5hip1
3y AZ 1350を約2ミクロンの厚みにスピン・
コートする。これを行なう方法は、半導体工業ではよく
知られたものである。
3y AZ 1350を約2ミクロンの厚みにスピン・
コートする。これを行なう方法は、半導体工業ではよく
知られたものである。
このフォトレジスト皮膜を、レジストからDユ及び■〕
2の距離にあり、円板の中心を通り1円板と直角な軸上
の2つの干渉点光源でつくられる干渉パターンに露光す
る。これにより円板の外周に近付くにつれてせまくなる
明暗の環が生成する。
2の距離にあり、円板の中心を通り1円板と直角な軸上
の2つの干渉点光源でつくられる干渉パターンに露光す
る。これにより円板の外周に近付くにつれてせまくなる
明暗の環が生成する。
光の強さは明るい領域から暗い領域へ、正弦波長で変化
する。このようなパターンを生成する方法は、実際には
点の物体のホログラムであり、例えばM、 V、 Kl
ein著“0ptics”(1969年John Wi
ley& 5ons Inc、刊)386ページに記載
されている。
する。このようなパターンを生成する方法は、実際には
点の物体のホログラムであり、例えばM、 V、 Kl
ein著“0ptics”(1969年John Wi
ley& 5ons Inc、刊)386ページに記載
されている。
例えば、6ミクロンの波長(赤外線)で作用する位相プ
レートを作製し、レンズ]−を0.6ミクロンのレーザ
光線に露光したい場合は、製品の赤外線用位相プレート
の焦点距離fを75++n+とする。
レートを作製し、レンズ]−を0.6ミクロンのレーザ
光線に露光したい場合は、製品の赤外線用位相プレート
の焦点距離fを75++n+とする。
Dl及びD2は下記の公式によりめられる(Klein
388ページ)。
388ページ)。
1/fth=λ/λ’ (1/D□−1/D2)すなわ
ち 1/75=610.6 (1/D1−1/D2)D□ま
たはD2を任意にとると、もう一方の11071は公式
により決まる。たとえばD□を300mmとすればD2
は500mmとなる。
ち 1/75=610.6 (1/D1−1/D2)D□ま
たはD2を任意にとると、もう一方の11071は公式
により決まる。たとえばD□を300mmとすればD2
は500mmとなる。
シヌソイド・フレネル位相反転プレートを使用する波長
を6ミクロン、焦点距離を751mと選定した。プレー
トの直径を150+nn+、すなわち約6インチとする
と、プレート内のゾーンの数、及び最外側のゾーンの幅
は次式により算出することができる。
を6ミクロン、焦点距離を751mと選定した。プレー
トの直径を150+nn+、すなわち約6インチとする
と、プレート内のゾーンの数、及び最外側のゾーンの幅
は次式により算出することができる。
rn=\/7丁下
ここに、r n = n番目のゾーンの半径n=1.2
.3、・・・・ f = 75 mm λ=6μ プレート内には約12500のゾーンがあり、最外側の
ゾーンの幅は3ミクロンである。最初のゾーンの半径は
約0.67mmである。
.3、・・・・ f = 75 mm λ=6μ プレート内には約12500のゾーンがあり、最外側の
ゾーンの幅は3ミクロンである。最初のゾーンの半径は
約0.67mmである。
フォトレジストの加工で、次の工程で溶解する表面層の
厚みは露出によって決まる(露出=光の強さX露出時間
)。はとんどのフォトレジストで、溶解した厚みが露出
に直線的に関係する範囲がある@例えば、D、 B、
Novotnyの”Sensitomemory of
Resists for Microelectron
ics”(PhotographicScience
and Engineering) V+21 、 N
a 6.1977年11月り12月、351〜355ペ
ージを参照されたい。露出と溶解した厚みの関係を示す
曲線の勾配は、レジスト中に配合した感光剤の量によっ
て変えることができる。フォトレジストの露出は、露光
したフォトレンズ1−の山と谷の高さの差が、基板内の
使用波長の半分になるよう調節する。この例では、λ/
μ=6/4.5=1.33μmである。
厚みは露出によって決まる(露出=光の強さX露出時間
)。はとんどのフォトレジストで、溶解した厚みが露出
に直線的に関係する範囲がある@例えば、D、 B、
Novotnyの”Sensitomemory of
Resists for Microelectron
ics”(PhotographicScience
and Engineering) V+21 、 N
a 6.1977年11月り12月、351〜355ペ
ージを参照されたい。露出と溶解した厚みの関係を示す
曲線の勾配は、レジスト中に配合した感光剤の量によっ
て変えることができる。フォトレジストの露出は、露光
したフォトレンズ1−の山と谷の高さの差が、基板内の
使用波長の半分になるよう調節する。この例では、λ/
μ=6/4.5=1.33μmである。
露光したフォトレジスト皮膜は、水酸化す1−リウム水
溶液等、適当な現像剤で現像する。次にフォトレジスト
を150℃で3時間焼付ける。
溶液等、適当な現像剤で現像する。次にフォトレジスト
を150℃で3時間焼付ける。
次の工程は、フォトレジスト層にある表面形状を、下の
シリコンに歪みのないように転写することである。これ
は反応性イオン・エツチングにより行ない、フォトレジ
ストと下のシリコンの両方が完全に異方性エツチングさ
れる。エツチングは、レンズ・ブランク円板の平面に直
角方向にのみ行なわれる。
シリコンに歪みのないように転写することである。これ
は反応性イオン・エツチングにより行ない、フォトレジ
ストと下のシリコンの両方が完全に異方性エツチングさ
れる。エツチングは、レンズ・ブランク円板の平面に直
角方向にのみ行なわれる。
フォトレジスト及びシリコンの反応性イオン・エツチン
グは、例えばり、 M’、 Ephrathが“5ol
idState Technology”(1982年
7月)87〜91ページで述べたような型の反応器内で
行なう。
グは、例えばり、 M’、 Ephrathが“5ol
idState Technology”(1982年
7月)87〜91ページで述べたような型の反応器内で
行なう。
この場合、フォトレジストとシリコンのエツチング速度
は、実質的に等しいことが望ましい、、ccnF、のプ
ラズマ内では、シリコンはレジストより幾分速くエツチ
ングされる。少量の酸素(1〜5容量%)を、CCQ
F、に添加することにより、フオトレジストのエツチン
グ速度が増大し、シリコンのエツチング速度と等しくな
る。系の圧力は20〜60ミリトールの範囲で、系内の
ガスの流速は40〜50cc/分(標準)がよい。ウェ
ハは面を上にして、低R,F、駆動電極にのせる。半導
体工業で用いる装置では、この駆動電極は、必要な場合
多くのウェハを同時にエツチングすることができるよう
に、直径30インチもあるものを用いることが多い。
は、実質的に等しいことが望ましい、、ccnF、のプ
ラズマ内では、シリコンはレジストより幾分速くエツチ
ングされる。少量の酸素(1〜5容量%)を、CCQ
F、に添加することにより、フオトレジストのエツチン
グ速度が増大し、シリコンのエツチング速度と等しくな
る。系の圧力は20〜60ミリトールの範囲で、系内の
ガスの流速は40〜50cc/分(標準)がよい。ウェ
ハは面を上にして、低R,F、駆動電極にのせる。半導
体工業で用いる装置では、この駆動電極は、必要な場合
多くのウェハを同時にエツチングすることができるよう
に、直径30インチもあるものを用いることが多い。
[第2例]
溶融石英または二酸化シリコンにより、シヌソイド・フ
レネル位相反転プレー1〜・レンズを作製する方法は、
例1に述べる方法と同一である。ただし、この紫外線透
過レンズのゾーン幅と、使用する反応性イオン・エツチ
ング・ガスが異なる。
レネル位相反転プレー1〜・レンズを作製する方法は、
例1に述べる方法と同一である。ただし、この紫外線透
過レンズのゾーン幅と、使用する反応性イオン・エツチ
ング・ガスが異なる。
この場合、波長は350nmに、溶融石英円板の直径を
15nmに、焦点距離fを25mmに選定する。
15nmに、焦点距離fを25mmに選定する。
式、r=ぐ9ゴ下を用いてゾーンの数をめると、107
14となる。最初のゾーンの半径は72.46ミクロン
、最後の、10714番目のゾーンの半径は0.45ミ
クロンとなる。
14となる。最初のゾーンの半径は72.46ミクロン
、最後の、10714番目のゾーンの半径は0.45ミ
クロンとなる。
溶融石英(SiO2)上のフォトレジストの等方性エツ
チングの場合、装置、ガス圧力及び流速は上記の第1例
の位相反転プレートの場合と同じ範囲である。しかし、
使用するガスはCF4に数パーセントの酸素を添加した
ものである。純粋なCF4では溶融石英はフォトレジス
トより幾分速くエツチングされる。約1〜5容量%の酸
素を添加することにより、フォトレジストのエツチング
速度は増大し、溶融石英レンズ・ブランク基板のエツチ
ング速度と等しくなる。
チングの場合、装置、ガス圧力及び流速は上記の第1例
の位相反転プレートの場合と同じ範囲である。しかし、
使用するガスはCF4に数パーセントの酸素を添加した
ものである。純粋なCF4では溶融石英はフォトレジス
トより幾分速くエツチングされる。約1〜5容量%の酸
素を添加することにより、フォトレジストのエツチング
速度は増大し、溶融石英レンズ・ブランク基板のエツチ
ング速度と等しくなる。
1つの波長を用いてシヌソイド・フレネル位相反転プレ
ート・レンズを作製する場合、作製したレンズに種々の
波長を使用することができることを理解しなければなら
ない。これはM、v、 Kleinの”0ptics”
388ページを参照し、下記の公式を考えるとさらによ
く理解することができる。
ート・レンズを作製する場合、作製したレンズに種々の
波長を使用することができることを理解しなければなら
ない。これはM、v、 Kleinの”0ptics”
388ページを参照し、下記の公式を考えるとさらによ
く理解することができる。
1 /D+ l /D’ =±λ/λ’ (1/D、−
1/Da)ここに、 Dl、 D2=プレートからレーザ点光源までの距離 り、D1=プレート使用中の距離 λ=製品であるプレートで用いる波長 λ1=プレー1−を作製するのに用いる波長これがいか
に適用されるかの例は下記のとおりである。焦点距離3
0mn+、直径20Irn、使用する光の波長350n
m、レンズ製作に用いるレーザ光線の波長を600nm
とすると、 1/ω+1/30=350/600 (1/D1−1/
D、)であルカラ、D、を501m1とするとD2は2
7.0OLII11となる。
1/Da)ここに、 Dl、 D2=プレートからレーザ点光源までの距離 り、D1=プレート使用中の距離 λ=製品であるプレートで用いる波長 λ1=プレー1−を作製するのに用いる波長これがいか
に適用されるかの例は下記のとおりである。焦点距離3
0mn+、直径20Irn、使用する光の波長350n
m、レンズ製作に用いるレーザ光線の波長を600nm
とすると、 1/ω+1/30=350/600 (1/D1−1/
D、)であルカラ、D、を501m1とするとD2は2
7.0OLII11となる。
本発明は、特に好ましい実施例について説明を行なった
が、形状及び詳細に関する上述及び他の変更は、本発明
の原理及び範囲から逸脱することなく行なうことができ
ることは明らかである。
が、形状及び詳細に関する上述及び他の変更は、本発明
の原理及び範囲から逸脱することなく行なうことができ
ることは明らかである。
[発明の効果]
以上説明した本発明の方法によって広範囲な材料を用い
て精密なフレネル位相プレート・レンズを製造すること
ができる。
て精密なフレネル位相プレート・レンズを製造すること
ができる。
第1図及び第2図は、本発明のよる高品質のフレネル位
相反転プレート・レンズを作製するための第1の方法の
断面を示すものである。第3図及び第4図は、本発明の
方法に従ってシヌソイド・フレネル位相反転プレート・
レンズを作製する第2の実施例の断面を示すものである
。 10・・・・レンズ・ブランク゛、1.2・・・・感光
性コーティング。 出願人 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・
コーポレーション 代理人 弁理士 岡 1) 次 生 (外1名) 手続補正書(ハ) 昭和59年」O月/2日 特許庁長官 志 賀 学 殿 1、事件の表示 昭和59年 特許願 第122156号2、発明の名称 フレネル位相プレート・レンズの製造方法3、補止をす
る者 事件との関係 特許出願人 4、代理人 6、補正の対象 (1) 明、IIII書の発明の詳細な説明の欄7、補
正の内容 − (1)明細書第7頁第19行目〜第8頁第2行目にrR
,E、Reasonらの・・・・England 14
J ) Jとあるのを、N、94’4年、英国レスター
のタイラー・ポプリン(Rank Taylor l1
obson Division。 Leicester 、 Eng 1and )発行、
スタイラス法による表面仕上げの測定に関する報告(R
eport onthe Measurement o
f 5urface Finish byStylus
Method)jと訂正する。 (2)明細書第9頁第10行目に13.Il、Desi
letsらの米国特許」とあるのを、「米国特許」と訂
正する。 (3)明細書第9頁第18行目〜第10頁第2行目にr
L、1.Maissel及び・=1’li5ページ」と
あるのを、r1970年、マグロウヒル発行の薄膜技術
ハンドブック(Ilandbook of Th1nF
j、1m Technology)第1−114頁及び
第1−115頁」と訂正する。
相反転プレート・レンズを作製するための第1の方法の
断面を示すものである。第3図及び第4図は、本発明の
方法に従ってシヌソイド・フレネル位相反転プレート・
レンズを作製する第2の実施例の断面を示すものである
。 10・・・・レンズ・ブランク゛、1.2・・・・感光
性コーティング。 出願人 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・
コーポレーション 代理人 弁理士 岡 1) 次 生 (外1名) 手続補正書(ハ) 昭和59年」O月/2日 特許庁長官 志 賀 学 殿 1、事件の表示 昭和59年 特許願 第122156号2、発明の名称 フレネル位相プレート・レンズの製造方法3、補止をす
る者 事件との関係 特許出願人 4、代理人 6、補正の対象 (1) 明、IIII書の発明の詳細な説明の欄7、補
正の内容 − (1)明細書第7頁第19行目〜第8頁第2行目にrR
,E、Reasonらの・・・・England 14
J ) Jとあるのを、N、94’4年、英国レスター
のタイラー・ポプリン(Rank Taylor l1
obson Division。 Leicester 、 Eng 1and )発行、
スタイラス法による表面仕上げの測定に関する報告(R
eport onthe Measurement o
f 5urface Finish byStylus
Method)jと訂正する。 (2)明細書第9頁第10行目に13.Il、Desi
letsらの米国特許」とあるのを、「米国特許」と訂
正する。 (3)明細書第9頁第18行目〜第10頁第2行目にr
L、1.Maissel及び・=1’li5ページ」と
あるのを、r1970年、マグロウヒル発行の薄膜技術
ハンドブック(Ilandbook of Th1nF
j、1m Technology)第1−114頁及び
第1−115頁」と訂正する。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 レンズ・ブランクの研摩した表面に露光によって光化学
的変化を生じる感光層を設け、上記感光層に於いて、露
光強度に依存してフレネル位相プレートの形状に上記光
化学的変化が生じる様に上記感光層を露光し、 上記感光層中に物理的なフレネル位相プレートの形状の
部分が残る様に上記露光した感光層を現像し、 上記現像した感光層及びレンズ・ブランクを実質的に等
しい速度でエツチングしうる反応雰囲気に於いて、上記
感光層に於ける上記位相プレートの形状の部分が上記レ
ンズ・ブランクに転写されるまで上記感光層及び上記レ
ンズ・ブランクをエツチングする事を含むフレネル位相
プレート・レンズの製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US548387 | 1983-11-03 | ||
| US06/548,387 US4530736A (en) | 1983-11-03 | 1983-11-03 | Method for manufacturing Fresnel phase reversal plate lenses |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60103311A true JPS60103311A (ja) | 1985-06-07 |
Family
ID=24188644
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59122156A Pending JPS60103311A (ja) | 1983-11-03 | 1984-06-15 | フレネル位相プレ−ト・レンズの製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4530736A (ja) |
| EP (1) | EP0140175B1 (ja) |
| JP (1) | JPS60103311A (ja) |
| DE (1) | DE3483131D1 (ja) |
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