JP2000056111A - Diffraction optical device and its preparation - Google Patents

Diffraction optical device and its preparation

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JP2000056111A
JP2000056111A JP10225905A JP22590598A JP2000056111A JP 2000056111 A JP2000056111 A JP 2000056111A JP 10225905 A JP10225905 A JP 10225905A JP 22590598 A JP22590598 A JP 22590598A JP 2000056111 A JP2000056111 A JP 2000056111A
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thin film
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睦也 高橋
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a diffraction optical device easily producible and having high diffraction efficiency and excellent basic properties such as a small aberration as an optical element, and its prepn. method. SOLUTION: Thin films 12a of respective layers consisting of a diffractive Fresnel lens are collectively formed in batch by forming a releasing layer 11 on a substrate 10, depositing an Al thin film 12A on the releasing layer 11 and patterning the Al thin film 12 by photo-lithography method. The diffractive Fresnel lens 16A having a four-stage structure to laminate three-layer thin films 12a on an Al layer 14 is prepd. by peeling the plural thin films 12a from the releasing layer 11 and joining after laminating it on an Al layer 14 formed on a stage 13.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、断面形状が階段形
状の回折光学素子およびその製造方法に関し、特に、回
折効率が高く、収差が少ない等の光学素子として基本的
特性に優れ、製造が容易な回折光学素子およびその製造
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a diffractive optical element having a stepped cross section and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an optical element having high diffraction efficiency, low aberration, etc., having excellent basic characteristics and easy manufacturing. And a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、マイクログレーティングやマイク
ロフレネルレンズ等の回折光学素子は、小型軽量で種々
の機能を有する光学素子として注目されている。その回
折光学素子の製造方法としては、超精密旋盤法や電子ビ
ームあるいはイオンビームを用いたリソグラフィー法が
一般的である。しかし、このような方法では、回折光学
素子の断面形状を理想的な三角形形状にするには、製造
が困難であり、一方、製造が容易な矩形形状にすると、
高々40%と低い回折効率しか得られない。従って、こ
れを改善するため、従来より多段の階段形状を有する回
折光学素子が提案されている。例えば、4段構造では回
折効率は80%、8段では95%に向上する。
2. Description of the Related Art In recent years, diffractive optical elements such as microgratings and micro Fresnel lenses have attracted attention as optical elements that are small and lightweight and have various functions. As a method of manufacturing the diffractive optical element, an ultra-precision lathe method and a lithography method using an electron beam or an ion beam are generally used. However, in such a method, it is difficult to manufacture the diffractive optical element to have an ideal triangular cross-sectional shape.
Only a low diffraction efficiency of at most 40% can be obtained. Therefore, in order to improve this, a diffractive optical element having a multi-stepped shape has been conventionally proposed. For example, the diffraction efficiency is improved to 80% in the four-stage structure and to 95% in the eight-stage structure.

【0003】このような多段構造の従来の回折光学素子
の製造方法としては、例えば、特開平5−333204
号公報および文献「SPIE Vol.1992,p9
0〜p101」に示されるものがある。
As a method of manufacturing such a conventional diffractive optical element having a multi-stage structure, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-333204
And the literature "SPIE Vol. 1992, p9
0 to p101 ”.

【0004】図6(a) 〜(d) は、特開平5−33320
4号公報に示された従来の回折光学素子の製造方法(第
1の従来例)を示す。この製造方法は、電子ビーム露光
による代表的な方法である。まず、同図(a) に示すよう
に、基板101に感光性媒体102aとして電子ビーム
レジストを塗布して170℃、20分間プリベーキング
を行う。引き続き、同図(b) に示すように、感光性媒体
102aの上に同じ感光性媒体102bを塗布し、最初
のプリベーキング温度よりも低い温度(90℃)でプリ
ベーキングを20分間行う。 これにより、電子ビームに
対し感度が悪い感光性媒体102aと感度が良い感光性
媒体102bが形成される。次に、同図(c) に示すよう
に、図示しない電子ビーム描画装置により、感光性媒体
102a,102bに感度に応じた照射量の電子ビーム
103を与えて目的とする回折光学素子の階段形状に対
応させて描画する。最後に現像処理を行い、同図(d) に
示すように、感光性媒体102a,102bの膜厚を階
段状に変化させた所望形状の回折光学素子を作製する。
この例では、3段構造の回折光学素子を作製している。
FIGS. 6 (a) to 6 (d) show Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-33320.
No. 4 discloses a method of manufacturing a conventional diffractive optical element (first conventional example). This manufacturing method is a typical method using electron beam exposure. First, as shown in FIG. 3A, an electron beam resist is applied as a photosensitive medium 102a to a substrate 101 and prebaked at 170 ° C. for 20 minutes. Subsequently, as shown in FIG. 3B, the same photosensitive medium 102b is applied on the photosensitive medium 102a, and prebaking is performed at a temperature (90 ° C.) lower than the initial prebaking temperature for 20 minutes. As a result, a photosensitive medium 102a having low sensitivity to the electron beam and a photosensitive medium 102b having good sensitivity are formed. Next, as shown in FIG. 3C, an electron beam lithography apparatus (not shown) applies an electron beam 103 having an irradiation amount corresponding to the sensitivity to the photosensitive media 102a and 102b, thereby forming a step-like shape of a target diffractive optical element. Draw corresponding to. Finally, a developing process is performed to produce a diffractive optical element having a desired shape in which the film thicknesses of the photosensitive media 102a and 102b are changed stepwise as shown in FIG.
In this example, a three-stage diffractive optical element is manufactured.

【0005】図7(a) 〜(f) は、文献「SPIE Vo
l.1992,p90〜p101」に示された従来の回
折光学素子の製造方法(第2の従来例)を示す。まず、
同図(a) に示すように、基板としてクロム膜202付き
石英基板201を用意し、この表面にフォトレジスト2
03を塗布する。次に、同図(b) に示すように、フォト
マスク204を通して紫外線205で露光し、現像する
と、フォトマスク204の開口204aと同一形状にフ
ォトレジスト203がパターニングされる。さらにこの
フォトレジスト203のパターンをマスクとして同図
(c) に示すようにクロム膜202を湿式エッチングによ
りパターニングし、フォトレジスト203を剥離する
と、同図(d) に示すように、クロム膜202がフォトマ
スク204の開口204aと同一形状にパターニングさ
れる。さらにドライエッチングによりクロム膜202を
マスクとして同図(e) に示すように石英基板201をエ
ッチングすると、石英基板201に1回目の段差201
aが形成される。クロム膜202を除去すると、同図
(f) に示すように、段差201aを有する石英基板20
1が形成される。後は、上述したのと同様に、第2のフ
ォトマスクを用いて石英基板201をエッチングするこ
とにより、段差201a内にさらに段差を形成すること
ができ、多段構造の回折光学素子が作製される。この方
法によれば、1回のパターニング工程で2段構造の回折
光学素子を作製できるので、n回のパターニング工程に
より2n 段の回折光学素子を作製できる。これとほぼ同
様な方法が、文献「MEMS97(p360〜p36
5)」にも記載されており、この文献では、Si基板を
用いて赤外線用のフレネルレンズが作製されている。
FIGS. 7 (a) to 7 (f) show the reference "SPIE Vo".
l. 1992, p90 to p101 ”(second conventional example). First,
As shown in FIG. 1A, a quartz substrate 201 having a chromium film 202 is prepared as a substrate, and a photoresist 2
03 is applied. Next, as shown in FIG. 3B, the photoresist 203 is exposed to ultraviolet rays 205 through a photomask 204 and developed, so that the photoresist 203 is patterned into the same shape as the opening 204a of the photomask 204. Further, using the pattern of the photoresist 203 as a mask, FIG.
When the chromium film 202 is patterned by wet etching as shown in (c) and the photoresist 203 is stripped, the chromium film 202 is patterned into the same shape as the opening 204a of the photomask 204 as shown in FIG. You. When the quartz substrate 201 is further etched by dry etching using the chromium film 202 as a mask as shown in FIG.
a is formed. When the chromium film 202 is removed,
As shown in (f), a quartz substrate 20 having a step 201a is formed.
1 is formed. Thereafter, in the same manner as described above, the quartz substrate 201 is etched using the second photomask, so that a further step can be formed in the step 201a, and a multi-step diffractive optical element is manufactured. . According to this method, since the diffractive optical element of the two-stage structure in a single patterning step it can be produced by n times of patterning process the diffractive optical element 2 n stages can be manufactured. An almost similar method is described in the document “MEMS97 (p360-p36)”.
5) ", and in this document, a Fresnel lens for infrared rays is manufactured using a Si substrate.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、第1の従来例
によると、感光性媒体で多段構造のレンズ形状を形成し
た後、ドライエッチング法により感光性媒体と基板を同
時にエッチングして、この形状を基板に転写する必要が
ある。そのため、選択比(感光性媒体のエッチングレー
トと基板のエッチングレートの比)が極めて1に近いエ
ッチング条件を選択しなくてはならず、その制御や基板
内での均一性の確保が難しいため、必ずしも正確に感光
性媒体の形状を基板に転写することができない。従っ
て、最終的に得られる基板のレンズ形状は、形状精度に
劣るという問題がある。また、感度の異なる3層の感光
性媒体の形成は難しいため、4段以上の回折光学素子の
作製は困難であるという問題がある。
However, according to the first conventional example, after a multi-stage lens shape is formed on a photosensitive medium, the photosensitive medium and the substrate are simultaneously etched by a dry etching method to form the lens. Need to be transferred to the substrate. Therefore, it is necessary to select an etching condition in which the selectivity (the ratio of the etching rate of the photosensitive medium to the etching rate of the substrate) is extremely close to 1, and it is difficult to control the etching conditions and to secure uniformity within the substrate. It is not always possible to accurately transfer the shape of the photosensitive medium to the substrate. Therefore, there is a problem that the finally obtained lens shape of the substrate is inferior in shape accuracy. Further, since it is difficult to form a three-layer photosensitive medium having different sensitivities, there is a problem that it is difficult to manufacture a diffractive optical element having four or more steps.

【0007】第2の従来例によると、各段のエッチング
工程においてエッチング条件とエッチング時間でエッチ
ング深さを制御しているが、マイクロローディング効果
(エッチング面積によりエッチングレートが局所的に変
動する現象)によりエッチング深さはパターン形状に依
存することが多く、基板全面にわたって均一なエッチン
グ深さを得ることが難しい。また、所定の深さ(時間)
だけエッチングした所でエッチングを止めるため、エッ
チング底面の表面粗さが悪いという欠点がある。更にパ
ターニングを繰り返して多段構造を作製しようとする
と、既に形成されている基板の凹凸のため、レジスト塗
布膜厚が場所により異なり、正確なパターニングが困難
になるという欠点もある。従って、この方法で作製した
回折光学素子は、多段になるほど形状精度に劣り、各段
差部の表面粗さが悪いために光が散乱され、回折効率が
悪いという問題がある。
According to the second conventional example, the etching depth is controlled by the etching conditions and the etching time in each stage of the etching process, but the microloading effect (a phenomenon in which the etching rate varies locally depending on the etching area). Therefore, the etching depth often depends on the pattern shape, and it is difficult to obtain a uniform etching depth over the entire surface of the substrate. In addition, predetermined depth (time)
There is a disadvantage that the surface roughness of the bottom surface of the etching is poor because the etching is stopped only after the etching. Further, when trying to fabricate a multi-stage structure by repeating patterning, there is a disadvantage that the resist coating film thickness varies depending on the location due to the unevenness of the already formed substrate, and accurate patterning becomes difficult. Therefore, the diffractive optical element manufactured by this method has a problem that the more steps, the lower the shape accuracy, and the surface roughness of each step portion is poor, so that light is scattered and diffraction efficiency is poor.

【0008】従って、本発明の目的は、回折効率が高
く、収差が少ない等の光学素子として基本的特性に優
れ、製造が容易な回折光学素子およびその製造方法を提
供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a diffractive optical element which is excellent in basic characteristics as an optical element having high diffraction efficiency and small aberration, and which is easy to manufacture, and a method of manufacturing the same.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、断面形状が複数の段からなる階段形状を有
する回折光学素子において、前記段に応じた所定の2次
元パターンを有し、互いに積層して接合することにより
前記階段形状を形成する複数の薄膜を備えたことを特徴
とする回折光学素子を提供する。上記構成によれば、薄
膜の積層枚数を増やすことにより、断面形状が4段以上
の階段形状が得られ、回折効率が向上する。また、複数
の薄膜の形成にフォトリソグラフィー法等の製造容易な
パターニング法を採用できるので、正確な2次元パター
ンが得られ、形状精度が向上し、これにより収差が少な
くなる。また、薄膜の表面粗さが小さいので、光の散乱
が減り、薄膜の積層枚数を増やすことと相まって回折効
率がより向上する。
In order to achieve the above object, the present invention provides a diffractive optical element having a stepped cross-section having a plurality of steps, wherein the diffractive optical element has a predetermined two-dimensional pattern corresponding to the steps. And a diffractive optical element comprising a plurality of thin films that form the staircase shape by being stacked and joined to each other. According to the above configuration, by increasing the number of laminated thin films, a cross-sectional shape having four or more steps is obtained, and the diffraction efficiency is improved. In addition, since an easy-to-manufacture patterning method such as a photolithography method can be used for forming a plurality of thin films, an accurate two-dimensional pattern can be obtained, and shape accuracy is improved, thereby reducing aberration. Further, since the surface roughness of the thin film is small, light scattering is reduced, and the diffraction efficiency is further improved in combination with the increase in the number of laminated thin films.

【0010】本発明は、上記目的を達成するため、断面
形状が複数の段からなる階段形状を有する回折光学素子
の製造方法において、基板の上に離型層を形成する第1
の工程と、前記基板上に形成された前記離型層の上に前
記段に応じた所定の2次元パターンを有する複数の薄膜
を形成する第2の工程と、前記複数の薄膜を前記離型層
から剥離し、積層して接合することにより前記階段形状
を有する構造体を形成する第3の工程と、前記構造体を
型として回折光学素子を転写する第4の工程とを含むこ
とを特徴とする回折光学素子の製造方法を提供する。上
記構成によれば、基板と複数の薄膜との間に離型層を形
成することにより、複数の薄膜を基板から剥離すること
が容易になる。
In order to achieve the above object, the present invention provides a method of manufacturing a diffractive optical element having a cross-sectional shape having a plurality of steps, wherein a first release layer is formed on a substrate.
And a second step of forming a plurality of thin films having a predetermined two-dimensional pattern corresponding to the step on the release layer formed on the substrate, and releasing the plurality of thin films from the mold. A third step of forming a structure having the staircase shape by peeling from the layer, laminating and joining, and a fourth step of transferring a diffractive optical element using the structure as a mold. And a method for manufacturing a diffractive optical element. According to the above configuration, by forming the release layer between the substrate and the plurality of thin films, the plurality of thin films can be easily separated from the substrate.

【0011】本発明は、上記目的を達成するため、断面
形状が複数の段からなる階段形状を有する回折光学素子
の製造方法において、基板上に離型層を形成する第1の
工程と、前記基板の上に形成された前記離型層の上に前
記段に応じた所定の2次元パターンを有する複数の薄膜
を形成する第2の工程と、前記複数の薄膜を前記離型層
から剥離し、積層して接合することにより前記階段形状
を有する構造体を形成する第3の工程と、前記構造体を
型として回折光学素子を転写する第4の工程とを含むこ
とを特徴とする回折光学素子の製造方法を提供する。上
記構成によれば、同一の構造体を型として回折光学素子
を繰り返し製造することにより、回折光学素子が量産さ
れる。
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for manufacturing a diffractive optical element having a cross-sectional shape having a plurality of steps, the first step of forming a release layer on a substrate; A second step of forming a plurality of thin films having a predetermined two-dimensional pattern corresponding to the step on the release layer formed on the substrate, and peeling the plurality of thin films from the release layer A third step of forming a structure having the step shape by stacking and joining, and a fourth step of transferring a diffractive optical element using the structure as a mold. Provided is a method for manufacturing a device. According to the above configuration, the diffractive optical element is mass-produced by repeatedly manufacturing the diffractive optical element using the same structure as a mold.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施の形態に係
る製造装置を示す。この製造装置1は、後述する積層工
程が行われる真空チャンバー2を有し、この真空チャン
バー2の内部に、基板が載置される基板ホルダ3と、基
板上に形成された薄膜が転写されるステージ13と、基
板ホルダ3にアルゴンの高速原子ビーム(FAB:fast
atombeam)15を照射して表面を清浄化する第1のF
EB源4Aと、ステージ13にFAB15を照射して表
面を清浄化する第2のFEB源4Bと、ステージ13を
X軸方向(図1において左右方向)に移動させるX軸テ
ーブル5Aと、ステージ13をY軸方向(図1において
紙面に垂直な方向)に移動させるY軸テーブル5Bとを
設けている。また、この製造装置1は、真空チャンバー
2の外部に、基板ホルダ3をZ軸方向(図1において上
下方向)に移動させるZ軸テーブル5Cと、アライメン
ト調整の際に基板ホルダ3をZ軸回りに回転させるθテ
ーブル5Dとを備えている。なお、第1および第2のF
EB源4A,4Bは、基板ホルダ3をステージ13側に
圧接するときは、邪魔にならないように図示しないモー
タによって退避できるようになっている。
FIG. 1 shows a manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. The manufacturing apparatus 1 has a vacuum chamber 2 in which a laminating step described later is performed. Inside the vacuum chamber 2, a substrate holder 3 on which a substrate is placed and a thin film formed on the substrate are transferred. A high-speed atomic beam of argon (FAB: fast) is provided on the stage 13 and the substrate holder 3.
The first F that irradiates atom beam 15 to clean the surface
An EB source 4A, a second FEB source 4B for irradiating the stage 13 with the FAB 15 to clean the surface, an X-axis table 5A for moving the stage 13 in the X-axis direction (left-right direction in FIG. 1), and a stage 13 Is moved in the Y-axis direction (the direction perpendicular to the plane of FIG. 1). In addition, the manufacturing apparatus 1 includes a Z-axis table 5C for moving the substrate holder 3 in the Z-axis direction (vertical direction in FIG. 1) outside the vacuum chamber 2, and a rotation of the substrate holder 3 around the Z-axis during alignment adjustment. And a θ table 5D that rotates the table. Note that the first and second F
When the EB sources 4A and 4B press the substrate holder 3 against the stage 13, the EB sources 4A and 4B can be retracted by a motor (not shown) so as not to interfere.

【0013】以下、このように構成された製造装置1を
用いて回折光学素子としての回折型フレネルレンズを製
造する場合について説明する。目的とする回折型フレネ
ルレンズは、表面形状が円形であって、断面形状が4段
の階段形状のグレーティング(回折格子)を有してい
る。なお、グレーティングの表面形状は、楕円形であっ
てもよい。
Hereinafter, a case where a diffractive Fresnel lens as a diffractive optical element is manufactured using the manufacturing apparatus 1 configured as described above will be described. The target diffraction type Fresnel lens has a circular surface shape and a stepped grating (diffraction grating) having a four-step cross section. The surface shape of the grating may be elliptical.

【0014】図2(a) 〜(f) は、本発明の第1の実施の
形態に係る回折光学素子の製造方法を示す。この第1の
実施の形態は、アルミニウム(Al)からなる反射タイ
プの回折型フレネルレンズを目的とするものである。ま
ず、同図(a) に示すように、例えば、Siウェハからな
る基板10を準備し、この基板10の上にポリイミドを
スピンコーティング法により5μm塗布し、これを硬化
させ、表面にフッ化処理を施して離型層11を形成す
る。この離型層11の表面はスピンコーティング法を用
いたことにより、表面粗さはRa<2nmとすることが
容易に可能である。更に離型層11の上にスパッタリン
グ法によりAlからなるAl薄膜12Aを0.2μm着
膜する。
FIGS. 2A to 2F show a method for manufacturing a diffractive optical element according to the first embodiment of the present invention. The first embodiment is directed to a reflection type diffraction type Fresnel lens made of aluminum (Al). First, as shown in FIG. 1A, a substrate 10 made of, for example, a Si wafer is prepared, and polyimide is applied to the substrate 10 by 5 μm by a spin coating method, which is cured, and the surface is fluorinated. To form the release layer 11. The surface of the release layer 11 can easily have a surface roughness of Ra <2 nm by using the spin coating method. Further, an Al thin film 12A made of Al is deposited to a thickness of 0.2 μm on the release layer 11 by a sputtering method.

【0015】Al薄膜12の膜厚は、フレネルレンズの
使用波長λ、フレネルレンズの形態(透過タイプまたは
反射タイプ)、フレネルレンズや周囲の屈折率、フレネ
ルレンズの段数Lを考慮して決定される。反射タイプの
場合は、全体の厚みをTとすると、1層の厚みtは、次
式(1) で与えられる。 t=T/L=λ/2n/L …(1) ここで、nは周囲の媒体の屈折率で、空気中で使用する
場合は1である。なお、Al薄膜12Aの膜厚は水晶振
動子でモニターすることにより正確に設定できる。
The thickness of the Al thin film 12 is determined in consideration of the used wavelength λ of the Fresnel lens, the form of the Fresnel lens (transmission type or reflection type), the refractive index of the Fresnel lens and its surroundings, and the number of steps L of the Fresnel lens. . In the case of the reflection type, assuming that the entire thickness is T, the thickness t of one layer is given by the following equation (1). t = T / L = λ / 2n / L (1) where n is the refractive index of the surrounding medium and is 1 when used in air. The thickness of the Al thin film 12A can be accurately set by monitoring with a quartz oscillator.

【0016】次に、同図(b) に示すように、通常のフォ
トリソグラフィー法を用いてAl薄膜12Aをパターニ
ングして回折型フレネルレンズを構成する各層の薄膜1
2aを一括して形成する。各薄膜12aの半径は回折型
フレネルレンズの使用波長,焦点距離,明るさ,段数等
を考慮して決定される。Al薄膜12Aのエッチング
は、湿式エッチングよりもドライエッチング、望ましく
は反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etc
hing)の方が、薄膜12aの角が丸まらず、基板10の
表面に対して端面が垂直となるので好ましい。
Next, as shown in FIG. 1B, the Al thin film 12A is patterned using a normal photolithography method to form a thin film 1 of each layer constituting a diffraction Fresnel lens.
2a is collectively formed. The radius of each thin film 12a is determined in consideration of the wavelength used, the focal length, the brightness, the number of steps, and the like of the diffractive Fresnel lens. The etching of the Al thin film 12A is more dry etching than wet etching, preferably reactive ion etching (RIE).
hing) is preferable because the corners of the thin film 12a are not rounded and the end face is perpendicular to the surface of the substrate 10.

【0017】図3(a) は、パターニングされた薄膜12
aの一例を示し、同図(b) は、各パターンの薄膜12a
の積層状態を示す。この例は、4段・2ゾーンからなる
回折型フレネルレンズを示し、一番上の行がフレネルレ
ンズの2段目(1層目)のパターンに相当する薄膜12
a、2行目が3段目(2層目)のパターンに相当する薄
膜12a、一番下の行が4段目(3層目)のパターンに
相当する薄膜12aである。各パターンの薄膜12aの
半径は、波長をλ、焦点距離をf、フレネルレンズのゾ
ーン番号をm、段番号をg、段数をLとすると、半径
は、次式(2) で与えられる。 r(m,g) =(2λf(m−1+g/L))1/2 …(2) なお、ゾーン番号は、薄膜12aの中央を1とし、外側
に向かうに従って2,3,…と増加する。波長を可視光
から近赤外領域、焦点距離を数mm〜数十mm程度とす
ると、薄膜12aの半径は数十μmから数百μmとな
り、フォトリソグラフィー法で作製するのに都合がよ
い。これらは同一形状のフレネルレンズを一度に2個作
製するために、同一層(段)のパターンが2個ずつ横に
並んでいる。1つのレンズの直径は百μm〜十数mmな
ので、普通のSiウェハやガラス基板を用いれば、この
ように多数のレンズの各段のパターンを同時にパターニ
ングすることが可能である。
FIG. 3A shows a patterned thin film 12.
FIG. 4B shows an example of the thin film 12a of each pattern.
Shows the state of lamination. This example shows a diffractive Fresnel lens having four steps and two zones, and the top row is a thin film 12 corresponding to the pattern of the second step (first layer) of the Fresnel lens.
a, the second row is the thin film 12a corresponding to the pattern of the third step (second layer), and the bottom row is the thin film 12a corresponding to the pattern of the fourth step (third layer). Assuming that the wavelength of the thin film 12a in each pattern is λ, the focal length is f, the zone number of the Fresnel lens is m, the step number is g, and the number of steps is L, the radius is given by the following equation (2). r (m, g) = (2λf (m-1 + g / L)) 1/2 (2) Note that the zone number increases from the center of the thin film 12a to 1, and increases to 2,3,. . When the wavelength is in the range from visible light to the near infrared region and the focal length is about several mm to several tens of mm, the radius of the thin film 12a is several tens μm to several hundreds of μm, which is convenient for manufacturing by the photolithography method. In order to manufacture two Fresnel lenses of the same shape at a time, two patterns of the same layer (step) are arranged side by side. Since the diameter of one lens is 100 μm to tens of mm, it is possible to simultaneously pattern the patterns of each stage of a large number of lenses using a normal Si wafer or glass substrate.

【0018】次に、図2(c) に示すように、複数の薄膜
12aを形成した基板10を図1に示す製造装置1の真
空チャンバー2に導入し、基板ホルダ3上に載置してス
テージ13と対向させ、高真空、望ましくは超高真空に
排気する。ステージ13の表面は厚さ0.1μm程度の
Al層14でコーティングしておくと、これから積層す
る薄膜12aと同程度の反射率を持つことになり好まし
い。そして薄膜12aおよびステージ13の両方の面に
FAB15を照射し、表面を清浄化する。FAB15は
アルゴンガスを源とし、加速電圧1.5kV、15mA
の電流値で5分間照射した。FAB15により表面の酸
化膜や汚染層が除去されるが、その膜厚は高々5nm程
度なので膜厚精度に対する影響は軽微である。また、こ
の除去量を予め考慮してAl薄膜12Aの膜厚に上乗せ
しておくことも可能である。
Next, as shown in FIG. 2C, the substrate 10 on which a plurality of thin films 12a are formed is introduced into the vacuum chamber 2 of the manufacturing apparatus 1 shown in FIG. It is evacuated to a high vacuum, preferably an ultra-high vacuum, facing the stage 13. It is preferable that the surface of the stage 13 is coated with an Al layer 14 having a thickness of about 0.1 μm, because it has the same reflectance as the thin film 12a to be laminated. Then, both surfaces of the thin film 12a and the stage 13 are irradiated with the FAB 15 to clean the surfaces. FAB15 is an argon gas source, 1.5 kV acceleration voltage, 15 mA
At a current value of 5 minutes. Although the oxide film and the contaminant layer on the surface are removed by the FAB 15, the thickness thereof is at most about 5 nm, so that the influence on the thickness accuracy is small. It is also possible to add the removal amount to the film thickness of the Al thin film 12A in consideration of the removal amount in advance.

【0019】引き続き、同図(d) に示すように、基板ホ
ルダ3をZ軸ステージ5Cにより上昇させて基板10と
ステージ13を圧接すると、薄膜12aとステージ13
の表面のAl層14が常温接合により強固に接合され
る。この接合強度はFAB15の照射条件や圧接条件を
最適化することにより非常に強固にできるので、レンズ
等の構造体を構成するのに十分である。
Subsequently, as shown in FIG. 1D, when the substrate holder 3 is raised by the Z-axis stage 5C and the substrate 10 is pressed against the stage 13, the thin film 12a and the stage 13 are pressed.
Is strongly bonded by room-temperature bonding. This bonding strength can be made very strong by optimizing the irradiation conditions and press-contact conditions of the FAB 15 and is therefore sufficient for forming a structure such as a lens.

【0020】更に同図(e) に示すように、基板10とス
テージ13を引き離すと、基板10上の薄膜12aはス
テージ13側に転写される。これは、離型層11と薄膜
12aの密着力が薄膜12aとステージ13との接合力
よりも小さいためである。この工程により2段構造の回
折光学素子がステージ13上に形成されたことになる。
転写された薄膜12aの表面は、それまで離型層11と
接触していた面であり、この表面粗さはポリイミドの離
型層11の表面粗さと同程度(Ra<2nm)で非常に
良好である。表面粗さが良好であると、表面での光散乱
を小さくできるので、光学素子としての集光効率を高く
できる。表面での散乱によるロス(loss)は、表面
粗さの増加に対し指数関数的に増加する。例えば、表面
粗さが2nmでは0.07%に過ぎないロスが、20n
mになると12%と非常に悪化する。従って、この面を
光学面として利用する回折型フレネルレンズは、散乱に
よる損失が少ないという特徴を有することになる。
Further, as shown in FIG. 2E, when the substrate 10 is separated from the stage 13, the thin film 12a on the substrate 10 is transferred to the stage 13. This is because the adhesion between the release layer 11 and the thin film 12a is smaller than the bonding force between the thin film 12a and the stage 13. By this step, a two-stage diffractive optical element is formed on the stage 13.
The surface of the transferred thin film 12a is the surface that has been in contact with the release layer 11, and the surface roughness is almost the same as the surface roughness of the polyimide release layer 11 (Ra <2 nm), which is very good. It is. If the surface roughness is good, light scattering on the surface can be reduced, so that the light collection efficiency as an optical element can be increased. The loss due to scattering at the surface increases exponentially with increasing surface roughness. For example, a loss of only 0.07% at a surface roughness of 2 nm is 20 n
When it becomes m, it is extremely deteriorated to 12%. Therefore, a diffractive Fresnel lens using this surface as an optical surface has a feature that loss due to scattering is small.

【0021】そして上記(c) から(e) までの各工程を
後、2回繰り返すことにより、同図(f) に示すように、
Al層14に3層の薄膜12aを積層した4段構造の反
射タイプの回折型フレネルレンズ16Aが作製される。
2層目以降の接合に際しては、既にステージ13上に転
写されている1層目の薄膜12aと、基板10上の2層
目以降の薄膜12aとの位置決めを行う必要があるが、
アライメント機構とステージ5A〜5Dを用いて精密に
位置決めすることにより容易に実現可能である。
Then, each of the above steps (c) to (e) is repeated twice, as shown in FIG.
A reflection type diffractive Fresnel lens 16A having a four-stage structure in which three thin films 12a are stacked on the Al layer 14 is manufactured.
When bonding the second and subsequent layers, it is necessary to position the first layer of the thin film 12a already transferred onto the stage 13 and the second and subsequent layers of the thin film 12a on the substrate 10.
It can be easily realized by precise positioning using the alignment mechanism and the stages 5A to 5D.

【0022】上述した第1の実施の形態によれば、断面
形状が4段の階段形状を有する回折型フレネルレンズを
製造できるので、80%の回折効率が得られる。同様の
方法により8段構造(7層の薄膜の積層転写を繰り返
す)では、95%の回折効率が得られる。このように多
段構造の回折型フレネルレンズでも薄膜の積層転写を繰
り返すことにより、容易に製造が可能である。また、本
回折型フレネルレンズは、各段がAlからなっているた
め、可視光や赤外光に対し反射率が高く、良好な反射タ
イプの光学素子として利用できる。また、本製造方法に
より作製された回折型フレネルレンズは、その形状精度
に優れるため、回折効率が高く収差が少ない等、光学素
子としての基本的特性に優れている。特に、高い回折効
率を目的した多段構造の回折型フレネルレンズにおいて
は、各段の膜厚精度がよく、各段の表面粗さが小さいた
め、高い回折効率と低い散乱損失を実現できる。
According to the above-described first embodiment, a diffraction type Fresnel lens having a cross-sectional shape having four steps can be manufactured, so that a diffraction efficiency of 80% can be obtained. In a similar manner, a diffraction efficiency of 95% can be obtained in an eight-stage structure (repeated transfer of the lamination of seven thin films is repeated). As described above, even the diffraction type Fresnel lens having the multi-stage structure can be easily manufactured by repeating the lamination transfer of the thin film. Further, since each stage of the diffraction type Fresnel lens is made of Al, it has a high reflectance with respect to visible light and infrared light, and can be used as a favorable reflection type optical element. Further, the diffraction type Fresnel lens manufactured by the present manufacturing method has excellent shape accuracy, and thus has excellent basic characteristics as an optical element, such as high diffraction efficiency and small aberration. Particularly, in a diffraction type Fresnel lens having a multi-stage structure aimed at high diffraction efficiency, since the film thickness of each stage is good and the surface roughness of each stage is small, high diffraction efficiency and low scattering loss can be realized.

【0023】図4(a) 〜(f) は、本発明の第2の実施の
形態に係る回折光学素子の製造方法を示す。この第2の
実施の形態は、シリコン(Si)からなる透過タイプの
回折型フレネルレンズを目的とするものである。まず、
同図(a) に示すように、Siウェハからなる基板10を
準備し、この基板10の上に化学的気相堆積(CVD:
Chemical Vapor Deposition )法により酸化シリコン膜
(SiO2 )または酸化フッ化シリコン膜(SiOF)
を1μm着膜して離型層11を形成する。離型層11の
表面はCVD法を用いたことで、表面粗さはRa<1n
mとすることが容易に可能である。更に離型層11の上
にスパッタリング法あるいはCVD法により非晶質シリ
コンあるいは多結晶シリコンからなるSi薄膜12Bを
0.5μm着謨する。なお、Si薄膜12Bを着膜後、
適当な熱処理により非晶質シリコンを結晶化したり、多
結晶シリコンの結晶性を向上させることもある。また、
このときの熱処理によりSi薄膜12Bの表面の凹凸が
顕著になる場合もあるが、このような場合は、化学的機
械的研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)法
により、表面を平坦化すればよい。
FIGS. 4A to 4F show a method of manufacturing a diffractive optical element according to a second embodiment of the present invention. The second embodiment is directed to a transmission type diffractive Fresnel lens made of silicon (Si). First,
As shown in FIG. 1A, a substrate 10 made of a Si wafer is prepared, and a chemical vapor deposition (CVD:
Silicon oxide film (SiO 2 ) or silicon oxyfluoride film (SiOF) by Chemical Vapor Deposition method
Is deposited to form a release layer 11. Since the surface of the release layer 11 was formed by the CVD method, the surface roughness was Ra <1n.
m is easily possible. Further, a 0.5 μm thick Si thin film 12B made of amorphous silicon or polycrystalline silicon is applied on the release layer 11 by sputtering or CVD. After depositing the Si thin film 12B,
An appropriate heat treatment may crystallize amorphous silicon or improve the crystallinity of polycrystalline silicon. Also,
The surface of the Si thin film 12 </ b> B may become conspicuous due to the heat treatment at this time. In such a case, the surface may be flattened by a chemical mechanical polishing (CMP) method.

【0024】次に、同図(b) に示すように、通常のフォ
トリソグラフィー法を用いてSi薄膜12Bをパターニ
ングして回折型フレネルレンズの各層の薄膜12aを一
括して形成する。Siのエッチングは湿式エッチングよ
りもドライエッチング、望ましくはRIE法の方が、薄
膜12aの角が丸まらず基板10の表面に対して端面が
垂直となるので好ましい。
Next, as shown in FIG. 2B, the Si thin film 12B is patterned by using a normal photolithography method to collectively form the thin films 12a of the respective layers of the diffractive Fresnel lens. The etching of Si is preferably dry etching, preferably RIE, rather than wet etching because the corners of the thin film 12a are not rounded and the end faces are perpendicular to the surface of the substrate 10.

【0025】Si薄膜12Bの膜厚は、フレネルレンズ
の使用波長λ、フレネルレンズの形態(透過タイプまた
は反射タイプ)、フレネルレンズや周囲の屈折率、フレ
ネルレンズの段数Lを考慮して決定される。透過タイプ
の場合は、全体の厚みをTとすると、1層の厚みtは、
次式(4) で与えられる。 t=T/L=λ/Δn/L …(4) ここでΔnは、レンズと周囲の媒体との屈折率差であ
る。λを可視光から近赤外領域、Δnが0.5程度、L
を数段〜十数段程度とすると、tは0.1〜0.5μm
程度となり、Si薄膜12Bの形成にとっては都合のい
い範囲である。
The thickness of the Si thin film 12B is determined in consideration of the used wavelength λ of the Fresnel lens, the form of the Fresnel lens (transmission type or reflection type), the refractive index of the Fresnel lens and its surroundings, and the number of steps L of the Fresnel lens. . In the case of the transmission type, when the entire thickness is T, the thickness t of one layer is
It is given by the following equation (4). t = T / L = λ / Δn / L (4) where Δn is a refractive index difference between the lens and the surrounding medium. λ is from visible light to near infrared region, Δn is about 0.5, L
Is about several steps to several tens steps, t is 0.1 to 0.5 μm
This is a convenient range for forming the Si thin film 12B.

【0026】次に、同図(c) に示すように、薄膜12a
を形成した基板10を真空チャンバーに導入し、別のS
iウェハからなる基板10’と対向させ、高真空、望ま
しくは超高真空に排気する。対向するSiウェハの基板
10’は、回折光学素子のべースとなる基板であり、表
面だけでなく裏面も研磨された両面研磨基板であること
が望ましい。その後の工程は第1の実施の形態と同様
で、対向する基板10’の表面にパターニングされたS
iの薄膜12aが常温接合により接合転写され、3層4
段構造の透過タイプの回折型フレネルレンズ16Bが完
成する。本実施の形態では、基板10’および薄膜12
aがSiからなっているため、基板10’および薄膜1
2aの全体が赤外線に対し透明であり、透過タイプの赤
外回折光学素子となる。
Next, as shown in FIG.
The substrate 10 on which is formed is introduced into a vacuum chamber, and another S
It is evacuated to a high vacuum, preferably an ultra-high vacuum, facing the substrate 10 ′ made of an i-wafer. The opposing Si wafer substrate 10 ′ is a substrate serving as a base for the diffractive optical element, and is preferably a double-side polished substrate polished not only on the front surface but also on the back surface. Subsequent steps are the same as in the first embodiment, and the patterned S
i, the thin film 12a is transferred by bonding at room temperature,
The transmission type diffraction type Fresnel lens 16B having the step structure is completed. In the present embodiment, the substrate 10 ′ and the thin film 12
Since a is made of Si, the substrate 10 'and the thin film 1
The whole 2a is transparent to infrared rays, and becomes a transmission type infrared diffractive optical element.

【0027】図5(a) 〜(g) は、本発明の第3の実施の
形態に係る回折光学素子の製造方法を示す。この第3の
実施の形態と第1の実施の形態との違いは、本実施の形
態では回折型フレネルレンズの成形用型を作製する点で
ある。まず、同図(a) に示すように、Siウェハあるい
はガラス基板からなる基板10を準備し、基板10上に
フッ化したポリイミドを離型層11として形成し、その
離型層11の上に回折型フレネルレンズの型となるAl
薄膜12Aを着膜する。薄膜としてはAlの他、更に機
械的強度の高いタンタル(Ta)等が好適である。これ
らの材料は真空蒸着法により薄膜形成が容易であり、か
つ常温接合が可能な材料から選択される。Al薄膜12
Aの膜厚は回折型フレネルレンズの使用波長,成形材料
(プラスチックの屈折率),段数等を考慮して決定され
る。
FIGS. 5A to 5G show a method of manufacturing a diffractive optical element according to a third embodiment of the present invention. The difference between the third embodiment and the first embodiment is that in the present embodiment, a mold for forming a diffractive Fresnel lens is manufactured. First, as shown in FIG. 1A, a substrate 10 made of a Si wafer or a glass substrate is prepared, and a fluorinated polyimide is formed on the substrate 10 as a release layer 11, and on the release layer 11, Al as a mold for diffractive Fresnel lens
The thin film 12A is deposited. As the thin film, in addition to Al, tantalum (Ta) having a higher mechanical strength is preferably used. These materials are selected from materials that can be easily formed into a thin film by a vacuum deposition method and can be bonded at room temperature. Al thin film 12
The film thickness of A is determined in consideration of the wavelength used for the diffraction type Fresnel lens, the molding material (refractive index of plastic), the number of steps, and the like.

【0028】次に、同図(b) に示すように、このAl薄
膜12Aをフォトリソグラフィー法等により回折型フレ
ネルレンズの各層の薄膜12aを一括してパターニング
する。エッチングにはRIE法を用いた。各層の薄膜1
2aの半径は、第1の実施の形態と同様に、フレネルレ
ンズの焦点距離,明るさ,段数等を考慮して決定され
る。
Next, as shown in FIG. 1B, the thin film 12a of each layer of the diffractive Fresnel lens is collectively patterned by photolithography or the like on the Al thin film 12A. The RIE method was used for the etching. Thin film of each layer 1
The radius of 2a is determined in consideration of the focal length, brightness, number of steps, and the like of the Fresnel lens, as in the first embodiment.

【0029】以下同図(c) 〜(f) までの工程は、第1の
実施の形態と同様で、各層の薄膜12aを順次積層して
回折型フレネルレンズの型17を作製する。この型17
の形状は、作製する回折型フレネルレンズを反転した形
状になっているが、各層のパターンを積層転写するとい
う点では、第1の実施の形態と同様である。
The steps (c) to (f) are the same as in the first embodiment, and the thin film 12a of each layer is sequentially laminated to produce a mold 17 of a diffractive Fresnel lens. This mold 17
Has a shape obtained by inverting the diffraction type Fresnel lens to be manufactured, but is similar to the first embodiment in that the pattern of each layer is transferred by lamination.

【0030】最後に、同図(g) に示すように、型17を
用いてゼオネックス(日本ゼオン社の登録商標)等のプ
ラスチック材料を射出成形して所望の形状の回折型フレ
ネルレンズ16Bが作製できる。本実施の形態では、最
終的に得られる光学素子は透明なプラスチック製なの
で、透過タイプの回折型フレネルレンズとして利用可能
である。
Finally, as shown in FIG. 3G, a plastic material such as ZEONEX (registered trademark of Nippon Zeon Co., Ltd.) is injection-molded using a mold 17 to produce a diffractive Fresnel lens 16B having a desired shape. it can. In the present embodiment, since the optical element finally obtained is made of transparent plastic, it can be used as a transmission type diffractive Fresnel lens.

【0031】上述した第3の実施の形態によれば、一旦
型を作製してしまえば、後の成形工程は非常に量産性の
高い製造方法なので、回折型フレネルレンズの低コスト
化が可能となる。また、型はA1やTa等強度の高い金
属材料が利用可能なので、型の耐久性にも優れている。
また、金属等の硬い材料を用いて多段構造の型が作製で
きるため、これを用いて作製された回折型フレネルレン
ズは形状精度に優れる。なお、上記第3の実施の形態で
は、型の形状転写方法として射出成形法を用いたが、他
の転写方法、例えば、注形法,モールド法を用いてもよ
ぃ。
According to the above-described third embodiment, once the mold is manufactured, the subsequent molding step is a manufacturing method with a very high productivity, so that the cost of the diffractive Fresnel lens can be reduced. Become. In addition, since a high-strength metal material such as A1 or Ta can be used for the mold, the mold has excellent durability.
In addition, since a mold having a multi-stage structure can be manufactured using a hard material such as a metal, a diffraction Fresnel lens manufactured using the same has excellent shape accuracy. In the third embodiment, the injection molding method is used as the mold shape transfer method. However, another transfer method, for example, a casting method or a molding method may be used.

【0032】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れず、種々に変形実施が可能である。例えば、上記各実
施の形態では、回折光学素子として回折型フレネルレン
ズについて説明したが、本発明は、回折格子,ホログラ
ム,ホログラフィックレンズ,ホログラフィック光学素
子等の他の回折光学素子にも適用できる。
The present invention is not limited to the above embodiment, but can be variously modified. For example, in each of the above embodiments, a diffractive Fresnel lens is described as a diffractive optical element, but the present invention can be applied to other diffractive optical elements such as a diffraction grating, a hologram, a holographic lens, and a holographic optical element. .

【0033】[0033]

【発明の効果】以上、説明した通り本発明によれば、複
数の薄膜をフォトリソグラフィー法等のパターニング法
を採用することにより、4段以上の階段形状を容易に製
造できるので、回折効率が向上する、形状精度が向上す
るので、収差が少なくなる、表面粗さが小さくなるの
で、光の散乱が減り、4段以上の階段形状と相まって回
折効率がより向上する等の効果が得られる。この結果、
回折効率が高く、収差が少ない等の光学素子として基本
的特性に優れた回折光学素子を容易に製造できる。ま
た、同一の構造体を型として回折光学素子を繰り返し製
造することにより、回折光学素子の量産が可能になる。
As described above, according to the present invention, by adopting a patterning method such as a photolithography method for a plurality of thin films, it is possible to easily manufacture a stepped shape having four or more steps, thereby improving the diffraction efficiency. Since the shape accuracy is improved, aberration is reduced, and the surface roughness is reduced, so that light scattering is reduced, and an effect such as a further improvement in diffraction efficiency in combination with a step shape having four or more steps is obtained. As a result,
A diffractive optical element excellent in basic characteristics as an optical element having high diffraction efficiency and small aberration can be easily manufactured. Further, by repeatedly manufacturing the diffractive optical element using the same structure as a mold, mass production of the diffractive optical element becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態に係る回折光学素子の製造
装置を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an apparatus for manufacturing a diffractive optical element according to an embodiment of the present invention.

【図2】(a) 〜(f) は本発明の第1の実施の形態に係る
回折光学素子の製造方法を示す図である。
FIGS. 2A to 2F are diagrams illustrating a method for manufacturing a diffractive optical element according to the first embodiment of the present invention.

【図3】(a) は第1の実施の形態の製造方法によってパ
ターニングされた薄膜パターンを示す図、(b) は各パタ
ーンの薄膜の積層状態を示す断面図である。
3A is a diagram showing a thin film pattern patterned by the manufacturing method according to the first embodiment, and FIG. 3B is a cross-sectional view showing a laminated state of a thin film of each pattern.

【図4】(a) 〜(f) は本発明の第2の実施の形態に係る
回折光学素子の製造方法を示す図である。
FIGS. 4A to 4F are diagrams illustrating a method for manufacturing a diffractive optical element according to a second embodiment of the present invention.

【図5】(a) 〜(g) は本発明の第3の実施の形態に係る
回折光学素子の製造方法を示す図である。
FIGS. 5A to 5G are diagrams illustrating a method for manufacturing a diffractive optical element according to a third embodiment of the present invention.

【図6】(a) 〜(d) は第1の従来例の回折光学素子の製
造方法を示す図である。
FIGS. 6A to 6D are diagrams showing a method of manufacturing a first conventional diffractive optical element.

【図7】(a) 〜(f) は第2の従来例の回折光学素子の製
造方法を示す図である。
FIGS. 7A to 7F are diagrams showing a method of manufacturing a second conventional diffractive optical element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 製造装置 2 真空チャンバー 3 基板ホルダ 4A 第1のFEB源 4B 第2のFEB源 5A X軸テーブル 5B Y軸テーブル 5C Z軸テーブル 5D θテーブル 10 基板 11 離型層 12A Al薄膜 12a 薄膜 12B Si薄膜 13 ステージ 14 Al層 15 FAB 16A 反射タイプの回折型フレネルレンズ 16B 透過タイプの回折型フレネルレンズ 17 型 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Manufacturing apparatus 2 Vacuum chamber 3 Substrate holder 4A 1st FEB source 4B 2nd FEB source 5A X axis table 5B Y axis table 5C Z axis table 5D Theta table 10 Substrate 11 Release layer 12A Al thin film 12a thin film 12B Si thin film 13 Stage 14 Al layer 15 FAB 16A Reflection type diffraction type Fresnel lens 16B Transmission type diffraction type Fresnel lens 17 type

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 秀則 神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーン テクなかい富士ゼロックス株式会社内 Fターム(参考) 2H049 AA08 AA33 AA37 AA46 AA51 AA63 AA68  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Hidenori Yamada 430 Border, Nakai-cho, Ashigara-gun, Kanagawa Prefecture Green Tech Nakai Fuji Xerox Co., Ltd. F-term (reference) 2H049 AA08 AA33 AA37 AA46 AA51 AA63 AA68

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】断面形状が複数の段からなる階段形状を有
する回折光学素子において、 前記段に応じた所定の2次元パターンを有し、互いに積
層して接合することにより前記階段形状を形成する複数
の薄膜を備えたことを特徴とする回折光学素子。
1. A diffractive optical element having a stepped cross section having a plurality of steps, having a predetermined two-dimensional pattern corresponding to the steps, forming the step by laminating and joining together. A diffractive optical element comprising a plurality of thin films.
【請求項2】前記複数の薄膜は、所望の波長において光
を反射する材料からなる構成の請求項1記載の回折光学
素子。
2. The diffractive optical element according to claim 1, wherein said plurality of thin films are made of a material reflecting light at a desired wavelength.
【請求項3】前記複数の薄膜は、所望の波長において光
を透過する材料からなる構成の請求項1記載の回折光学
素子。
3. The diffractive optical element according to claim 1, wherein said plurality of thin films are made of a material that transmits light at a desired wavelength.
【請求項4】前記複数の薄膜は、表面粗さがRa値で2
nm以下である構成の請求項1記載の回折光学素子。
4. The plurality of thin films have a surface roughness of 2 Ra.
The diffractive optical element according to claim 1, wherein the diffractive optical element has a configuration of not more than nm.
【請求項5】断面形状が複数の段からなる階段形状を有
する回折光学素子の製造方法において、 基板の上に離型層を形成する第1の工程と、 前記基板上に形成された前記離型層の上に前記段に応じ
た所定の2次元パターンを有する複数の薄膜を形成する
第2の工程と、 前記複数の薄膜を前記離型層から剥離し、積層して接合
することにより前記階段形状を形成する第3の工程とを
含むことを特徴とする回折光学素子の製造方法。
5. A method for manufacturing a diffractive optical element having a stepped shape having a plurality of steps in cross section, comprising: a first step of forming a release layer on a substrate; and a step of forming the release layer on the substrate. A second step of forming a plurality of thin films having a predetermined two-dimensional pattern corresponding to the step on a mold layer, and peeling the plurality of thin films from the release layer, stacking and joining the thin films, And a third step of forming a step-like shape.
【請求項6】前記複数の薄膜は、所望の波長において光
を反射する材料からなる構成の請求項5記載の回折光学
素子の製造方法。
6. The method of manufacturing a diffractive optical element according to claim 5, wherein said plurality of thin films are made of a material reflecting light at a desired wavelength.
【請求項7】前記複数の薄膜は、所望の波長において光
を透過する材料からなる構成の請求項5記載の回折光学
素子の製造方法。
7. The method of manufacturing a diffractive optical element according to claim 5, wherein said plurality of thin films are made of a material that transmits light at a desired wavelength.
【請求項8】前記複数の薄膜は、表面粗さがRa値で2
nm以下である構成の請求項5記載の回折光学素子の製
造方法。
8. The plurality of thin films have a surface roughness of 2 Ra.
6. The method for manufacturing a diffractive optical element according to claim 5, wherein the structure is not more than nm.
【請求項9】断面形状が複数の段からなる階段形状を有
する回折光学素子の製造方法において、 基板の上に離型層を形成する第1の工程と、 前記基板上に形成された前記離型層の上に前記段に応じ
た所定の2次元パターンを有する複数の薄膜を形成する
第2の工程と、 前記複数の薄膜を前記離型層から剥離し、積層して接合
することにより前記階段形状を有する構造体を形成する
第3の工程と、 前記構造体を型として回折光学素子を転写する第4の工
程とを含むことを特徴とする回折光学素子の製造方法。
9. A method for manufacturing a diffractive optical element having a cross-sectional shape having a stepped shape including a plurality of steps, comprising: a first step of forming a release layer on a substrate; and the step of forming a release layer on the substrate. A second step of forming a plurality of thin films having a predetermined two-dimensional pattern corresponding to the step on a mold layer, and peeling the plurality of thin films from the release layer, stacking and joining the thin films, A method for manufacturing a diffractive optical element, comprising: a third step of forming a structure having a stepped shape; and a fourth step of transferring a diffractive optical element using the structure as a mold.
【請求項10】前記複数の薄膜は、所望の波長において
光を反射する材料からなる構成の請求項9記載の回折光
学素子の製造方法。
10. The method for manufacturing a diffractive optical element according to claim 9, wherein said plurality of thin films are made of a material reflecting light at a desired wavelength.
【請求項11】前記複数の薄膜は、所望の波長において
光を透過する材料からなる構成の請求項9記載の回折光
学素子の製造方法。
11. The method according to claim 9, wherein the plurality of thin films are made of a material that transmits light at a desired wavelength.
【請求項12】前記複数の薄膜は、表面粗さがRa値で
2nm以下である構成の請求項9記載の回折光学素子の
製造方法。
12. The method according to claim 9, wherein the plurality of thin films have a surface roughness of 2 nm or less in Ra value.
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