JP2001158022A - Method for forming curved surface and optical element - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、曲面形成方法お
よび光学素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a curved surface forming method and an optical element.
【0002】[0002]
【従来の技術】ガラスや金属の表面に曲面を形成する方
法として、ガラスや金属による基板の表面にレジスト層
を形成し、このレジスト層に所望の曲面形状を表面形状
として形成し、ついで、レジスト層と基板とに対して異
方性エッチング(侵刻が一方向に進行するエッチング)
を行って、レジスト層表面の曲面形状を基板に表面形状
として転写する方法が知られている。この方法は曲面形
成方法として大変優れている。それは、異方性エッチン
グを行う際の出発形状となるレジスト層の表面形状とし
て、所望の曲面形状を、電子ビーム描画や、グラデーシ
ョンマスクを介した露光で極めて精度良く形成でき、ま
た、この曲面形状を異方性エッチングにより基板の表面
形状として精度良く転写できるため、所望の曲面形状を
精度良く形成できるためである。また、異方性エッチン
グを行う際に、選択比(基板の侵刻速度/レジスト層の
侵刻速度)を1以外の値に設定することにより、出発形
状の持つ凹凸形状の高低差を拡大したり縮小して基板に
転写することもできるし、選択比を時間的に変化させ、
選択比の時間的変化を制御することにより、出発形状を
所望形状に変形して転写することもできる。このような
方法を利用すると、例えば、非球面等を容易に形成する
ことができる。また、型成形や研磨による方法と異な
り、極めて小さい曲面の形成も可能であるため、マイク
ロレンズをはじめとするマイクロ光学素子の屈折面形状
や反射面形状の形成方法として適している。しかしなが
ら、上記の曲面形成方法では、形成できる曲面形状の凹
凸形状の高低差に限度がある。例えば、雑誌:応用物理
第68巻第6号の633頁以下に報告されている「電
子ビーム描画法により作製された透過型ブレーズ化マイ
クロレンズ」では、凹凸形状の高低差は1μmである。
これは主として、基板上に形成されるレジスト層の層厚
に限度があることに起因する。レジスト層の層厚は、フ
ォトレジストの場合で10μm程度、電子ビーム描画の
場合で数μm程度が限度である。レジスト層の層厚をこ
れ以上厚くしても、露光や電子ビーム描画で形成できる
曲面形状の高低差を上記の大きさ以上には大きくできな
いので、レジスト層の層厚を徒に厚くすることには実用
上の意味がない。レジスト層の表面形状を基板に転写す
る際の異方性エッチングの選択比を大きくすることによ
り、基板に形成される曲面形状の凹凸の高低差を出発形
状(レジスト層の表面形状)の高低差から拡大するする
こともできるが、レジスト層とガラスや金属との間の選
択比は3程度が上限であるから、このようにしても基盤
に形勢される曲面形状の凹凸の高低差は30μm程度が
限度であることになる。2. Description of the Related Art As a method for forming a curved surface on the surface of glass or metal, a resist layer is formed on the surface of a substrate made of glass or metal, a desired curved surface shape is formed on this resist layer as a surface shape, and then a resist is formed. Anisotropic etching of layer and substrate (etching where etching proceeds in one direction)
And transferring the curved surface shape of the resist layer surface to the substrate as the surface shape. This method is very excellent as a curved surface forming method. That is, as the surface shape of the resist layer, which is the starting shape when performing anisotropic etching, a desired curved surface shape can be formed extremely accurately by electron beam drawing or exposure through a gradation mask. Is accurately transferred as the surface shape of the substrate by anisotropic etching, so that a desired curved surface shape can be formed accurately. In addition, when performing anisotropic etching, by setting the selectivity (substrate engraving speed / resist layer engraving speed) to a value other than 1, the height difference between the concave and convex shapes of the starting shape is enlarged. It can also be transferred to the substrate by reducing or changing it, and by changing the selection ratio over time,
By controlling the temporal change of the selection ratio, the starting shape can be transformed into a desired shape and transferred. By using such a method, for example, an aspherical surface or the like can be easily formed. Further, unlike a method by molding or polishing, since an extremely small curved surface can be formed, it is suitable as a method for forming a refraction surface shape or a reflection surface shape of a micro optical element such as a micro lens. However, in the above-described curved surface forming method, there is a limit to the height difference between the concave and convex shapes of the curved surface that can be formed. For example, in “Transmissive blazed microlens manufactured by electron beam lithography” reported in Magazine: Applied Physics Vol. 68, No. 6, page 633 or less, the height difference between the concave and convex shapes is 1 μm.
This is mainly due to the limitation of the thickness of the resist layer formed on the substrate. The thickness of the resist layer is limited to about 10 μm in the case of a photoresist and about several μm in the case of electron beam writing. Even if the thickness of the resist layer is further increased, the height difference of the curved surface shape that can be formed by exposure or electron beam drawing cannot be made larger than the above size, so it is necessary to increase the thickness of the resist layer unnecessarily. Has no practical meaning. By increasing the selectivity of anisotropic etching when transferring the surface shape of the resist layer to the substrate, the height difference of the unevenness of the curved shape formed on the substrate is changed to the height difference of the starting shape (the surface shape of the resist layer). However, since the upper limit of the selectivity between the resist layer and the glass or metal is about 3, the height difference of the curved surface irregularities formed on the substrate is about 30 μm. Is the limit.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】この発明は、レジスト
層の表面形状の転写を利用した全く新規な曲面形成方法
の実現および、この方法で光学面を形成された光学素子
の実現を課題とする。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to realize a completely new curved surface forming method utilizing the transfer of the surface shape of a resist layer and an optical element having an optical surface formed by the method. .
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】この発明の曲面形成方法
は、転写層形成工程と、レジスト層形成工程と、レジス
ト層表面形状形成方法と、エッチング工程とを有する。
「転写層形成工程」は、支持基板の表面に、液状樹脂を
塗布・硬化させて所望の厚さの「転写層」を形成する工
程である。液状樹脂の塗布は、ローラコート法やスピン
コート法、ディピング法等、公知の適宜の塗布方法で行
って良い。支持基板を構成する材料としては、金属・ガ
ラス・硬化状態の樹脂等、種々の材料が使用可能であ
る。支持基板表面の形状も平面をはじめ、球面やシリン
ダ面等、種々の面形状が許容される。「レジスト層形成
工程」は、形成された転写層上に所望の厚さのレジスト
層を形成する工程である。「レジスト層表面形状形成工
程」は、レジスト層に所望のレジスト表面形状を形成す
る工程である。「エッチング工程」は、所望のレジスト
表面形状を形成されたレジスト層と転写層とに対して異
方性のドライエッチングを行い、レジスト表面形状を転
写層の表面形状として転写する工程である。レジスト層
を構成するレジスト材料としては「電子ビーム用レジス
ト」を用いても良いし「フォトレジスト」を用いても良
い。レジスト層表面形状形成工程は、レジスト表面形状
を形成されたレジスト層に「エッチング工程における必
要なエッチング耐性」を与えるために、必要に応じ、レ
ジスト表面形状形成後にベーキング処理を行う工程を含
むことができる。レジスト材料として電子ビーム用レジ
ストを用いる場合には、レジスト層表面形状形成工程は
「電子ビーム描画と、これに続く現像およびリンスの各
工程」を含むことになる。レジスト層を構成するレジス
ト材料としてフォトレジストを用いる場合には、レジス
ト層表面形状形成工程には「レジスト層に対する露光」
が含まれることになるが、レジスト層表面形状形成工程
に「濃度分布を持ったフィルタを透過させることによ
り、所望のレジスト表面形状に応じた光強度分布とした
レーザ光束の照射(露光)と、現像およびリンス」を含
めることができる(請求項2)。あるいはまた、フォト
レジストによるレジスト層に対するレジスト層表面形状
形成工程に「所望のレジスト表面形状に応じた光透過率
分布を形成されたグラデーションマスクを介した光照射
(露光)と、現像およびリンス」を含めることができる
(請求項3)。The curved surface forming method of the present invention includes a transfer layer forming step, a resist layer forming step, a resist layer surface shape forming method, and an etching step.
The “transfer layer forming step” is a step of applying and curing a liquid resin on the surface of the support substrate to form a “transfer layer” having a desired thickness. The application of the liquid resin may be performed by a known appropriate application method such as a roller coating method, a spin coating method, and a dipping method. Various materials such as metal, glass, and resin in a hardened state can be used as a material for forming the support substrate. Various surface shapes such as a flat surface, a spherical surface, a cylinder surface and the like are allowed as the surface shape of the support substrate. The “resist layer forming step” is a step of forming a resist layer having a desired thickness on the formed transfer layer. The “resist layer surface shape forming step” is a step of forming a desired resist surface shape on the resist layer. The “etching step” is a step of performing anisotropic dry etching on the resist layer having the desired resist surface shape formed thereon and the transfer layer, and transferring the resist surface shape as the surface shape of the transfer layer. As a resist material constituting the resist layer, an “electron beam resist” or a “photoresist” may be used. The resist layer surface shape forming step may include a step of performing a baking treatment after the formation of the resist surface shape, as necessary, in order to give “the necessary etching resistance in the etching step” to the resist layer having the resist surface shape formed. it can. When an electron beam resist is used as the resist material, the resist layer surface shape forming step includes “electron beam drawing and subsequent development and rinsing steps”. When a photoresist is used as a resist material for forming the resist layer, “exposure to the resist layer” is performed in the resist layer surface shape forming step.
In the resist layer surface shape forming step, “irradiation (exposure) of a laser beam having a light intensity distribution according to a desired resist surface shape by transmitting through a filter having a concentration distribution, "Development and rinsing" can be included (claim 2). Alternatively, in the step of forming the surface shape of the resist layer using a photoresist, “irradiation (exposure) with light through a gradation mask having a light transmittance distribution according to a desired resist surface shape, and development and rinsing” are included. It can be included (claim 3).
【0005】この請求項3記載の曲面形成方法におい
て、グラデーションマスクとして「微小な光透過部を配
列してなり、個々の光透過部の面積が、所定の光透過率
分布をなすように設定されたもの」を用い、グラデーシ
ョンマスクをデフォーカスさせて露光することにより、
デフォーカス効果により、レジスト層に対して所定の光
強度分布を実現することもできるし(請求項4)、グラ
デーションマスクとして「透明基板に、膜厚が連続的も
しくは段階的に変化する膜を、金属および/または金属
酸化物で形成してなり、膜の厚さの変化が所定の光透過
率分布をなすように設定されたもの」を用い、グラデー
ションマスクをレジスト層の表面に対してフォーカスも
しくはデフォーカスさせて露光することにより、レジス
ト層に対して所定の光強度分布を実現することもできる
(請求項5)。上記請求項4記載のグラデーションマス
クは、例えば特表平8−504515号公報に開示され
たものを適宜変更して利用することができ、請求項5記
載のグラデーションマスクは、例えば特開平9−146
259号公報に開示されたものを適宜変更して利用する
ことができる。上記請求項1〜5の任意の1に記載の曲
面形成方法において、支持基板表面を平面とし、転写層
形成工程に「転写層材料となる液状樹脂の塗布後、液状
樹脂の硬化前に、樹脂の流動性を高めて樹脂表面を平滑
化する平滑化工程」を含めることができる(請求項
6)。樹脂の流動性を高めると、塗布された樹脂層の表
面に作用する表面張力や重力が樹脂層表面を均すように
作用し、樹脂が表面張力や重力の作用に従い樹脂層表面
を平面化するように流動するので、転写層形成工程の
際、塗布形成された樹脂層表面に存在する可能性のある
「うねり(空間周波数がごく低く、振幅のごく小さい、
表面の波打ち状変形)」を有効に解消できる。この場
合、樹脂の流動性を高めるのを「樹脂の昇温により粘度
を減少」させることにより行うことができる(請求項
7)。上記請求項1〜7の任意の1に記載の曲面形成方
法において、転写層の材料としての液状樹脂として各種
の「光硬化性樹脂(可視光の照射により硬化するものの
みならず、紫外光や赤外光を含む広い意味での光の照射
により硬化する樹脂を総称する)」を用い、転写層形成
工程に「光硬化性樹脂の塗布と、光照射とによる硬化」
を含めることができる(請求項8)。この場合、光硬化
性樹脂として「紫外線硬化樹脂」を用い、光照射を「紫
外光」で行うことができる(請求項9)。転写層の材料
としての液状樹脂としては他に各種の「熱硬化性樹脂」
を用いることができる。[0005] In the curved surface forming method according to the third aspect, the gradation mask may include "a minute light transmitting portion is arranged, and the area of each light transmitting portion is set so as to form a predetermined light transmittance distribution. By exposing the gradation mask to defocus,
Due to the defocus effect, a predetermined light intensity distribution can be realized with respect to the resist layer (claim 4). As a gradation mask, "a film whose film thickness changes continuously or stepwise is formed on a transparent substrate. Focusing on the surface of the resist layer by using a gradation mask formed of a metal and / or a metal oxide, wherein the thickness of the film is set so that the change in thickness thereof has a predetermined light transmittance distribution. Exposure with defocusing makes it possible to realize a predetermined light intensity distribution on the resist layer (claim 5). The gradation mask described in claim 4 can be, for example, the one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-504515, which can be appropriately modified and used. The gradation mask described in claim 5 can be used, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-146.
No. 259 can be appropriately modified and used. The method for forming a curved surface according to any one of claims 1 to 5, wherein the surface of the support substrate is made flat, and the step of forming a transfer layer includes the steps of: "after applying a liquid resin to be a transfer layer material, before curing the liquid resin; (A smoothing step of increasing the fluidity of the resin to smooth the resin surface). When the fluidity of the resin is increased, the surface tension and gravity acting on the surface of the applied resin layer act to level the resin layer surface, and the resin flattens the resin layer surface according to the surface tension and gravity. Flow, so that during the transfer layer forming step, there is a possibility that swell (spatial frequency is very low, amplitude is very small,
Surface wavy deformation) can be effectively eliminated. In this case, the fluidity of the resin can be increased by "decreasing the viscosity by raising the temperature of the resin" (claim 7). In the curved surface forming method according to any one of claims 1 to 7, the liquid resin as a material of the transfer layer may be any of various types of “photo-curable resins (not only those that are cured by irradiation with visible light, In the transfer layer formation step, "the application of a photocurable resin and curing by light irradiation" are used.
(Claim 8). In this case, "ultraviolet curing resin" is used as the photocurable resin, and light irradiation can be performed with "ultraviolet light". Various other "thermosetting resins" are used as the liquid resin for the transfer layer.
Can be used.
【0006】上記請求項1〜9の任意の1に記載の曲面
形成方法において、エッチング工程において「選択比を
所望の値に設定もしくは調整する」ことができる(請求
項10)。「選択比を調整する」とは、エッチング工程
を通じて形成するべき曲面形状(と出発形状との差)に
応じて、選択比の変化を調整することを意味する。選択
比を変化させることは、導入ガスの導入量や基板温度、
その他のパラメータを変化させることにより可能であ
る。上記請求項10記載の曲面形成方法において「エッ
チング工程における選択比を1より大きく設定する」こ
とができる(請求項11)。このようにすることによ
り、エッチング工程で転写・形成される曲面形状の凹凸
の高低差を、出発形状における高低差に比して拡大する
ことができる。レジスト層を構成するレジスト材料に対
する侵刻速度を1とするとき、転写層を構成する硬化し
た樹脂の侵刻速度は容易に3以上に設定できる。これ
は、転写層を構成する「硬化した樹脂」とレジスト層と
に対して異方性のドライエッチングを行う際、転写層が
レジスト層に比して「極めてエッチングされ易い状態
(耐エッチング性が小さい状態)」をエッチング条件と
して容易に設定できることによる。従って、レジスト層
に形成された曲面形状の凹凸の高低差が小さくても、転
写層に転写される曲面形状の高低差を「所望の高低差」
に拡大できる。このようにして、従来の方法では実質的
に不可能であった「大きな高低差」を持つ曲面形状を形
成できる。上に説明した請求項1〜11記載の曲面形成
方法では、所望の曲面は「転写層の表面形状」として得
られる。例えば、支持基板としてガラス板を用い、転写
層の材料として「硬化状態で透明な樹脂材料」を用いれ
ば、「所望の曲面形状」を形成された転写層を有するガ
ラス板をそのまま、例えば「上記所定の曲面形状を屈折
面とするレンズ」として使用することが可能である。ま
た、上記屈折面上に他の材質による薄膜を形成し、いわ
ゆるハイブリッドレンズ状態にすることができる。ある
いは、転写層に形成された曲面形状に反射膜を蒸着等に
より形成し、反射光学素子として用いることもできる。
この場合は、入射光が支持基板や転写層を介して反射面
に入射するので無い限り、支持基板や転写層は透明であ
る必要がない。さらにはまた、所望の曲面形状を形成さ
れた転写層を支持基板から剥離し、剥離した転写層をレ
ンズ面に貼り付けることにより、例えば「ハイブリッド
型の非球面レンズ」とすることができる。請求項12記
載の曲面形成方法は、上記請求項1〜11の任意の1に
記載の曲面形成方法により形成された転写層の表面形状
を、所望の選択比の、異方性のドライエッチングによ
り、支持基板に転写することを特徴とする。この場合に
も、選択比は時間的に一定としても良いし変化させても
よい。この場合に、曲面形状は最終的に「支持基板の表
面形状」として得られる。支持基板としてガラスや金属
のような耐エッチング性の大きい材料を用いる場合、前
述のようにレジスト層の侵刻速度:1に対して支持基板
の侵刻速度は3程度が上限であり、レジスト層に対する
支持基板の選択比は上限が3程度である。転写層は、前
述したように、エッチングの条件によってはエッチング
されやすい状態(耐エッチング性の小さい状態)となり
うるが、転写層と「ガラスや金属等の支持基板」とに異
方性のドライエッチングを行う場合には、エッチング条
件の設定次第で、転写層の耐エッチング性を支持基板と
同程度あるいはそれ以上に設定することが可能であり、
転写層に対する支持基板の選択比を1〜3程度に設定す
ることは容易である。レジスト層の表面形状(出発形
状)の高低差を十分に拡大して転写層に転写できるの
で、転写層の表面形状を支持基板に選択比:1で転写す
るのみでも「大きな高低差」を持った曲面形状を支持基
板に形成でき、選択比を1より大きく設定すれば、高低
差を更に拡大した曲面形状を支持基板に形成できる。即
ち、このようにすることにより、従来の方法では実質的
に不可能であった高低差の大きい曲面形状をガラスや金
属の表面形状として形成することが可能になるのであ
る。このような方法で、金属の支持基板に所望の曲面形
状を精度良く形成したものは、例えば「樹脂成型用の金
型」として用いることができる。請求項13記載の光学
素子は、上記請求項1〜11の任意の1に記載の曲面形
成方法により(屈折面や反射面等の)光学的曲面を形成
されたことを特徴とする。また、請求項14記載の光学
素子は、請求項12記載の曲面形成方法により、光学的
曲面を形成されたことを特徴とする。請求項13または
14記載の光学素子は「光学的曲面が屈折面であるレン
ズ」として形成することができる(請求項15)。この
場合、レンズはマイクロレンズであることもできる(請
求項16)。勿論前述したように、形成された光学的曲
面を反射面形状とし、形成された曲面に反射膜を形成し
て、反射光学素子やマイクロミラー等として光学素子を
実現できることは言うまでもない。なお、この発明で形
成される曲面形状は「全体が滑らかに連続した形状」を
含むことは勿論であるが、これに限らず、例えば、前述
の応用物理 第68巻第6号の633頁以下に報告され
ている「透過型ブレーズ化マイクロレンズ」のような、
フレネルレンズ様の形状等も含むものである。レジスト
層に所望のレジスト層表面形状を形成するために用いら
れるグラデーションマスクは、従来から種々のものが知
られており、上述したものの他、特開平6−21114
号公報や特開平7−220872号公報、特開平7−2
41883号公報に記載されたグラデーションマスクを
適宜利用できることは言うまでも無い。In the method for forming a curved surface according to any one of the first to ninth aspects, it is possible to "set or adjust the selectivity to a desired value" in the etching step. “Adjusting the selectivity” means adjusting the change in the selectivity according to the curved shape (and the difference between the starting shape) to be formed through the etching process. Changing the selection ratio depends on the amount of gas introduced, the substrate temperature,
It is possible by changing other parameters. In the method for forming a curved surface according to the tenth aspect, it is possible to "set the selectivity in the etching step to be larger than 1". By doing so, the height difference of the unevenness of the curved surface shape transferred / formed in the etching step can be enlarged as compared with the height difference in the starting shape. Assuming that the etching rate for the resist material constituting the resist layer is 1, the etching rate of the cured resin constituting the transfer layer can be easily set to 3 or more. This is because, when anisotropic dry etching is performed on the “hardened resin” and the resist layer that constitute the transfer layer, the transfer layer “is extremely easily etched (resisting etching resistance) compared to the resist layer. (Small state) "can be easily set as the etching condition. Therefore, even if the height difference of the unevenness of the curved shape formed on the resist layer is small, the height difference of the curved shape transferred to the transfer layer is determined to be the “desired height difference”.
Can be expanded to In this way, it is possible to form a curved surface shape having a "large difference in height" which was practically impossible with the conventional method. In the curved surface forming method according to the first to eleventh aspects described above, the desired curved surface is obtained as the “surface shape of the transfer layer”. For example, if a glass plate is used as a supporting substrate and a “transparent resin material in a cured state” is used as a material for the transfer layer, a glass plate having a transfer layer having a “desired curved shape” formed as it is, for example, It can be used as a "lens having a predetermined curved surface shape as a refraction surface". In addition, a thin film made of another material can be formed on the refraction surface to make a so-called hybrid lens state. Alternatively, a reflective film may be formed on the curved surface formed on the transfer layer by vapor deposition or the like and used as a reflective optical element.
In this case, the support substrate and the transfer layer do not need to be transparent unless the incident light enters the reflection surface via the support substrate and the transfer layer. Furthermore, by peeling the transfer layer having the desired curved shape from the support substrate and attaching the peeled transfer layer to the lens surface, for example, a “hybrid aspherical lens” can be obtained. According to a twelfth aspect of the present invention, a surface shape of a transfer layer formed by the curved surface forming method according to any one of the first to eleventh aspects is formed by anisotropic dry etching with a desired selection ratio. Transfer to a supporting substrate. Also in this case, the selection ratio may be constant over time or may be changed. In this case, the curved shape is finally obtained as the “surface shape of the supporting substrate”. When a material having high etching resistance such as glass or metal is used as the supporting substrate, the etching speed of the supporting substrate is about 3 with respect to the etching speed of the resist layer of 1 as described above. The upper limit of the selection ratio of the support substrate to is about 3. As described above, the transfer layer can easily be etched (a state with low etching resistance) depending on the etching conditions. However, anisotropic dry etching is applied to the transfer layer and the “support substrate such as glass or metal”. When performing, depending on the setting of the etching conditions, it is possible to set the etching resistance of the transfer layer to the same or higher than the support substrate,
It is easy to set the selection ratio of the support substrate to the transfer layer to about 1 to 3. Since the height difference of the surface shape (starting shape) of the resist layer can be sufficiently enlarged and transferred to the transfer layer, there is a "large difference in height" even when only transferring the surface shape of the transfer layer to the support substrate at a selection ratio of 1: A curved surface shape can be formed on the support substrate, and if the selectivity is set to be larger than 1, a curved surface shape in which the height difference is further enlarged can be formed on the support substrate. In other words, by doing so, it becomes possible to form a curved surface shape having a large difference in height as a surface shape of glass or metal, which was practically impossible with the conventional method. Such a method in which a desired curved surface shape is accurately formed on a metal support substrate by such a method can be used as, for example, a “mold for resin molding”. An optical element according to a thirteenth aspect is characterized in that an optical curved surface (such as a refracting surface or a reflecting surface) is formed by the curved surface forming method according to any one of the first to eleventh aspects. An optical element according to a fourteenth aspect is characterized in that an optical curved surface is formed by the curved surface forming method according to the twelfth aspect. The optical element according to claim 13 or 14 can be formed as a “lens whose optical curved surface is a refractive surface” (claim 15). In this case, the lens may be a micro lens (claim 16). Of course, as described above, it is needless to say that an optical element can be realized as a reflective optical element, a micromirror, or the like by forming the formed optical curved surface into a reflective surface shape and forming a reflective film on the formed curved surface. Note that the curved surface shape formed by the present invention includes, of course, “a shape that is smoothly continuous as a whole”, but is not limited to this. For example, the aforementioned Applied Physics, Vol. 68, No. 6, page 633 et seq. Such as "transmission-type blazed microlens" reported in
It also includes Fresnel lens-like shapes and the like. Various types of gradation masks have been hitherto known for forming a desired resist layer surface shape on the resist layer.
And Japanese Patent Application Laid-Open No.
It goes without saying that the gradation mask described in Japanese Patent No. 41883 can be appropriately used.
【0007】[0007]
【発明の実施の形態】図1(a)において、符号10は
支持基板を示している。支持基板は前述の如くガラスや
金属、樹脂等で構成できるが、ここでは、支持基板10
は「平行平板ガラス」である。図1(a)は「転写層形
成工程」後の状態を示し、符号12は支持基板10上に
形成された転写層を示している。転写層12は、支持基
板10の表面に液状樹脂を塗布・硬化させて所望の厚さ
に形成される。転写層12を構成する樹脂は「塗布時に
液状で、硬化が可能で、硬化状態において異方性のドラ
イエッチングが可能なもの」であればよく、各種の「熱
硬化性樹脂」や「光硬化性樹脂」を用いることができ
る。塗布の方法としてはローラコート法やスピンコート
法、ディピング法等を適宜利用できる。塗布後の樹脂層
には、前述の「うねり」が存在する可能性があるので、
例えば、樹脂の塗布後に樹脂を昇温させて液状樹脂の流
動性を高め、液層樹脂の表面張力や重力の作用により液
状樹脂の表面を平滑化する「平滑化工程」を行う。その
後、塗布された液層樹脂が熱硬化性樹脂であるならば加
熱により、また、塗布された樹脂が光硬化性樹脂である
ならば光照射により、樹脂の硬化を行って転写層12と
する。形成される転写層12の厚さは、液状樹脂の塗布
量と塗布条件の調整により「所望の厚さ」に調整できる。
ついで、レジスト層形成工程を行って、転写層12の上
にレジスト材料によりレジスト層を形成する。図1
(b)はレジスト層形成後の状態を示し、符号14が
「レジスト層」を示す。レジスト層14の材料としては
「電子ビームレジストやフォトレジスト」を用いること
ができるが、ここではフォトレジストが用いられてい
る。フォトレジストは転写層12上に塗布されたのち、
ベーキングされてレジスト層12となる。なお、説明中
の例で用いられているフォトレジストは「ポジ型」のもの
である。図1(c)は、レジスト層表面形状形成工程を
示している。レジスト層14がフォトレジストであるの
で、その表面に、例えば、図の如き光強度分布を持った
光束LFを照射して露光を行う。このようにして露光を
行ったのち、現像とリンスとを行うと、感光したフォト
レジスト部分が除去される。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In FIG. 1A, reference numeral 10 denotes a support substrate. The support substrate can be made of glass, metal, resin, or the like as described above.
Is "parallel flat glass". FIG. 1A shows a state after the “transfer layer forming step”, and reference numeral 12 denotes a transfer layer formed on the support substrate 10. The transfer layer 12 is formed to a desired thickness by applying and curing a liquid resin on the surface of the support substrate 10. The resin constituting the transfer layer 12 may be any resin that is “liquid at the time of application and can be cured and can be subjected to anisotropic dry etching in a cured state”. Resin "can be used. As a coating method, a roller coating method, a spin coating method, a dipping method, or the like can be appropriately used. Since the aforementioned “undulation” may exist in the resin layer after application,
For example, a “smoothing step” of raising the temperature of the resin after application of the resin to increase the fluidity of the liquid resin and smoothing the surface of the liquid resin by the action of the surface tension or gravity of the liquid layer resin is performed. Thereafter, the resin is cured by heating if the applied liquid layer resin is a thermosetting resin, or by light irradiation if the applied resin is a photocurable resin, to form the transfer layer 12. . The thickness of the transfer layer 12 to be formed can be adjusted to “desired thickness” by adjusting the application amount and application conditions of the liquid resin.
Next, a resist layer forming step is performed to form a resist layer on the transfer layer 12 using a resist material. FIG.
(B) shows a state after the formation of the resist layer, and reference numeral 14 denotes a “resist layer”. “Electron beam resist or photoresist” can be used as a material for the resist layer 14, but a photoresist is used here. After the photoresist is applied on the transfer layer 12,
The resist layer 12 is baked. The photoresist used in the example in the description is a “positive type”. FIG. 1C shows a resist layer surface shape forming step. Since the resist layer 14 is a photoresist, the surface is exposed to, for example, a light beam LF having a light intensity distribution as shown in the figure. When exposure and development and rinsing are performed in this manner, the exposed photoresist portions are removed.
【0008】このようにして、レジスト層表面形状形成
工程が完了すると、図1(d)に示すように、レジスト
層14により、露光における光強度分布に対応した「表
面形状(露光量の少ない部分ほどレジスト層の層厚が厚
い)」が形成される。現在では、フォトレジスト層に対
する露光の光強度とフォトレジストの感光量との関係は
良く研究されており、フォトレジストにより所望の厚さ
に形成されたレジスト層に所望の表面形状を形成するの
に「どのような光強度分布の光束による露光が必要か」
は容易に知ることができ、このような光強度分布を実現
するための「フィルタやグラデーションマスク」の設計
も容易で、フォトリソグラフィ技術では日常的に行われ
ている。また、レジスト層を電子ビームレジストで形成
した場合に、所望の表面形状をレジスト層に形成するた
めに「どのように電子ビーム描画」を行うべきかも容易
に決定できる。続いて、エッチング工程を行い、所望の
レジスト表面形状を形成されたレジスト層14と転写層
12とに対して異方性のドライエッチングを行って、レ
ジスト表面形状を転写層12の表面形状として転写す
る。図1(e)は、エッチング工程後の状態を示してい
る。図に示す例では、転写層12がレジスト層14より
も厚いので、エッチング工程における選択比を1よりも
大きく(即ち、転写層12の侵刻速度をレジスト層14
の侵刻速度より大きく)設定し、設定された選択比を一
定に保ったまま異方性のエッチングを実施している。こ
のため、レジスト層14における表面形状の高低差:h
は、上記表面形状を転写された転写層12の表面形状に
おいては高低差:H(>h)に拡大されている。勿論、
選択比を1とすればH=hとなるし、選択比を1より小
さく設定すればH<hとなる。1例として、図1(e)
における転写層12の表面形状として形成された、個々
の山形の曲面の直径を450μm、これら山形形状の配
列ピッチを500μmとし、図1(e)に示す如き山形
形状を1次元もしくは2次元のアレイ配列に形成したと
すれば、これを、転写層12の表面の曲面形状を屈折面
(転写層が透明である場合)とする「レンズ径450μ
mのマイクロレンズアレイ」として利用することが可能
である。あるいはまた、上記曲面形状の上に反射膜を形
成して「マイクロミラーアレイ」とすることもできる。When the step of forming the surface shape of the resist layer is completed in this way, as shown in FIG. 1D, the resist layer 14 forms a “surface shape (portion with a small amount of exposure)” corresponding to the light intensity distribution in the exposure. The more the resist layer is thicker). At present, the relationship between the light intensity of exposure to a photoresist layer and the photosensitivity of the photoresist has been well studied, and it is necessary to form a desired surface shape on a resist layer formed to a desired thickness by the photoresist. "What kind of light intensity distribution does exposure require?"
Can easily be known, and it is easy to design "filters and gradation masks" for realizing such light intensity distribution, which is routinely performed in photolithography technology. Further, when the resist layer is formed of an electron beam resist, it is also possible to easily determine “how to perform electron beam drawing” in order to form a desired surface shape on the resist layer. Subsequently, an etching process is performed, and anisotropic dry etching is performed on the resist layer 14 and the transfer layer 12 on which the desired resist surface shape is formed, and the resist surface shape is transferred as the surface shape of the transfer layer 12. I do. FIG. 1E shows a state after the etching step. In the example shown in the figure, since the transfer layer 12 is thicker than the resist layer 14, the selectivity in the etching step is larger than 1 (that is, the etching rate of the transfer layer 12 is reduced).
), And anisotropic etching is performed while keeping the set selectivity constant. For this reason, the height difference of the surface shape in the resist layer 14: h
Is enlarged to a height difference H (> h) in the surface shape of the transfer layer 12 to which the above surface shape is transferred. Of course,
If the selection ratio is 1, H = h, and if the selection ratio is set smaller than 1, H <h. As an example, FIG.
The diameter of the curved surface of each chevron formed as the surface shape of the transfer layer 12 is 450 μm, the arrangement pitch of these chevron shapes is 500 μm, and the chevron shape as shown in FIG. If the transfer layer 12 is formed in an array, the curved shape of the surface of the transfer layer 12 is defined as a refraction surface (when the transfer layer is transparent).
m microlens array ". Alternatively, a “micromirror array” can be formed by forming a reflective film on the curved surface.
【0009】図1(e)の状態から更に、所定の選択比
の、異方性のドライエッチングを行って、樹脂層12の
表面形状を支持基板10に転写することができる。この
ようにして、支持基板10自体の表面形状として曲面形
成を行った状態を図1(f)に示す。例えば、図1
(e)に示された転写層12の表面形状を屈折面等の光
学的曲面として利用する場合、転写層12は樹脂である
ので、温度や湿度の影響を受けることも考慮する必要が
あるが、図1(f)のように、支持基板としてのガラス
板表面に所望の曲面形状を転写形成すれば環境変動に伴
う「光学特性劣化」の問題は無い。なお、図1(e)か
ら(f)へ移る際の異方性エッチングの選択比は「1よ
り若干大きい一定値」に設定されており、支持基板10
の表面形状として形成された曲面形状の高低差:H’は
H’>Hとなっている。図2は、フォトレジストにより
形成されたレジスト層14に対して、所望のレジスト表
面形状に応じた光強度分布としたレーザ光束の照射によ
り、露光を行う場合を示した図である。符号20で示す
レーザ光源から放射されたレーザ光は、コリメートレン
ズ22(簡単化して描いてある)により平行光束化さ
れ、ミラー24で光路を鉛直下方へ曲げられてビームエ
キスパンダ26に入射し、光束径を「所望の大きさ」に
拡大されたのち、フィルタ28を通過する。フィルタ2
8は「透過レーザ光束の光強度分布を所望の分布にする
ための透過率分布」を有している。このようにして「所
望の光強度分布」を実現されたレーザ光束が、レジスト
層14に照射されて露光が実行される。露光後に現像お
よびリンスを行えば、レジスト層に所望の表面形状が形
成される。このような露光は、露光領域の径が10mm
程度以上の場合に有効である。From the state shown in FIG. 1E, the surface shape of the resin layer 12 can be transferred to the support substrate 10 by performing anisotropic dry etching at a predetermined selection ratio. FIG. 1F shows a state in which a curved surface is formed as the surface shape of the supporting substrate 10 itself. For example, FIG.
When the surface shape of the transfer layer 12 shown in (e) is used as an optical curved surface such as a refraction surface, it is necessary to consider that the transfer layer 12 is affected by temperature and humidity because the transfer layer 12 is a resin. As shown in FIG. 1 (f), if a desired curved shape is transferred and formed on the surface of a glass plate as a support substrate, there is no problem of "deterioration of optical characteristics" due to environmental fluctuation. Note that the selectivity of anisotropic etching when shifting from FIG. 1E to FIG. 1F is set to “a constant value slightly larger than 1”, and
The height difference H ′ of the curved surface shape formed as the surface shape of H ′ is H ′> H. FIG. 2 is a view showing a case where a resist layer 14 formed of a photoresist is exposed by irradiating a laser beam having a light intensity distribution according to a desired resist surface shape. Laser light emitted from a laser light source indicated by reference numeral 20 is converted into a parallel light beam by a collimating lens 22 (illustrated in a simplified manner), and the optical path is bent vertically downward by a mirror 24 to enter a beam expander 26. After the light beam diameter is enlarged to a “desired size”, the light beam passes through the filter 28. Filter 2
Reference numeral 8 has a "transmittance distribution for making the light intensity distribution of the transmitted laser beam into a desired distribution". The resist layer 14 is irradiated with the laser beam that has achieved the “desired light intensity distribution” in this manner, and exposure is performed. If development and rinsing are performed after exposure, a desired surface shape is formed on the resist layer. In such exposure, the diameter of the exposure area is 10 mm.
It is effective in the case of degree or more.
【0010】図3は、レジスト層表面形状形成工程の露
光を「グラデーションマスクを介しての光照射」で行う
場合を説明するための図である。図3において、符号1
5はグラデーションマスクを示し、符号LFXは「均一
な光強度分布を持つ露光用の光束」を示している。図1
におけると同様、符号10は支持基板、符号12は転写
層、符号14はレジスト層を示す。図4は、グラデーシ
ョンマスク15の1例を説明するための図である。グラ
デーションマスク15は、平行平板ガラス等の透明基板
に遮光膜を金属蒸着等により形成し、この遮光膜に微小
な光透過部(フォトリソグラフィを利用したパターニン
グで形成する)を配列してなり、個々の光透過部の面積
が「所定の光透過率分布をなすように設定された」もの
である。図4において、破線で仕切られた部分は「1辺
が4μm程度の大きさの正方形領域」であり、各領域
に、例えば矩形形状の微小な光透過部APが形成されて
いる。光透過部APを透過する光量は光透過部の面積に
比例するので、例えば、図の如く、矩形形状の光透過部
APの面積を2次元的に変化させて配列することによ
り、透過光量の2次元的な分布を形成することができ
る。このようなグラデーションマスク15を、図3に示
すように、レジスト層14に対して微小間隔を隔して配
備し、グラデーションマスク15を介して均一な光強度
分布を持つ露光用の光束LFXで露光すると、グラデー
ションマスク15を通過した直後の光強度分布は、微小
な光透過部APの配列に従う変化をしているが、グラデ
ーションマスク15とレジスト層14との間に微小間隔
(例えば50μm程度)を隔しているので、この間隙部
分での光の拡散作用で光強度分布が連続的に均され(光
透過率の分布がデフォーカスされ)、レジスト層14の
表面では、連続した強度分布を持った露光強度を実現で
きる。この露光方法は所謂「アライメント露光」と呼ば
れているが、上記間隙部における光の拡散作用を促進す
るために、グラデーションマスクへの光入射側に拡散板
を配して拡散光がグラデーションマスクに入射するよう
にしてもよい。FIG. 3 is a view for explaining a case where the exposure in the resist layer surface shape forming step is performed by "irradiation with light through a gradation mask". In FIG.
Reference numeral 5 denotes a gradation mask, and reference symbol LFX denotes “a light beam for exposure having a uniform light intensity distribution”. FIG.
As in the above, reference numeral 10 denotes a support substrate, reference numeral 12 denotes a transfer layer, and reference numeral 14 denotes a resist layer. FIG. 4 is a diagram for explaining an example of the gradation mask 15. The gradation mask 15 is formed by forming a light-shielding film on a transparent substrate such as a parallel plate glass by metal evaporation or the like, and arranging minute light transmitting portions (formed by patterning using photolithography) on the light-shielding film. Are "set so as to form a predetermined light transmittance distribution". In FIG. 4, a portion partitioned by a broken line is a “square region having a side of about 4 μm”, and a small light transmitting portion AP having, for example, a rectangular shape is formed in each region. Since the amount of light transmitted through the light transmitting portion AP is proportional to the area of the light transmitting portion, for example, as shown in FIG. A two-dimensional distribution can be formed. As shown in FIG. 3, such a gradation mask 15 is disposed at a small interval with respect to the resist layer 14, and is exposed to a light flux LFX for exposure having a uniform light intensity distribution via the gradation mask 15. Then, the light intensity distribution immediately after passing through the gradation mask 15 changes in accordance with the arrangement of the minute light transmitting portions AP, but a minute interval (for example, about 50 μm) is formed between the gradation mask 15 and the resist layer 14. Since the light is separated, the light intensity distribution is continuously leveled by the light diffusing action in this gap (the light transmittance distribution is defocused), and the surface of the resist layer 14 has a continuous intensity distribution. Exposure intensity can be realized. This exposure method is called “alignment exposure”. In order to promote the light diffusion action in the gap, a diffusion plate is arranged on the light incident side to the gradation mask, and the diffused light is applied to the gradation mask. You may make it enter.
【0011】図5は、グラデーションマスクの別の例を
説明するための図である。グラデーションマスクは、図
5(a)に示すように、透明基板としての透明な平行平
板15Aの片面に、膜厚が段階的に変化する膜15Bを
「金属および/または金属酸化物」で形成してなり、膜
15Bの厚さの変化が、所定の光透過率分布をなすよう
に設定されたものである。このようなグラデーションマ
スクを樹脂層の表面に密接させて平行平板15Aの反対
側の面(膜15Bの形成されていない面)から均一な光
で照射すると、樹脂層の表面には、膜15Bの段階的な
膜厚変化に応じた「段階的な透過率変化」により、例え
ば、図5(b)に示すような段階的な光強度分布を実現
でき、グラデーションマスクをレジスト層に対して微小
間隔離して、反対側の面から均一な光で照射すれば、上
記微小間隔における光の拡散によるデフォーカス効果
で、レジスト層に対して図5(c)に示すような「滑ら
かに連続して変化する光強度分布」を実現することがで
きる。なお、上のデフォーカス効果は、アライメント露
光の場合のみならず、ステッパ装置による露光の場合に
も実現可能である。即ち、後述する実施例の場合のよう
に、ステッパ装置を用いる場合には「グラデーションマ
スクの像の結像位置に対して、レジスト層の表面をずら
し」て、レジスト層表面におけるグラデーションマスク
の像を「ぼやけ」させれば良いのである。FIG. 5 is a diagram for explaining another example of the gradation mask. As shown in FIG. 5A, the gradation mask is formed by forming a film 15B of which the film thickness changes stepwise from “metal and / or metal oxide” on one surface of a transparent parallel plate 15A as a transparent substrate. The change in the thickness of the film 15B is set so as to form a predetermined light transmittance distribution. When such a gradation mask is brought into close contact with the surface of the resin layer and irradiated with uniform light from the opposite surface (the surface on which the film 15B is not formed) of the parallel plate 15A, the surface of the resin layer becomes By the “stepwise change in transmittance” corresponding to the stepwise change in film thickness, for example, a stepwise light intensity distribution as shown in FIG. 5B can be realized, and the gradation mask is placed at a minute distance from the resist layer. By irradiating the resist layer with uniform light from the opposite side, the light layer diffuses light at the above-described minute intervals, and the resist layer becomes “smoothly and continuously changed” as shown in FIG. Light intensity distribution "can be realized. The above defocus effect can be realized not only in the case of alignment exposure but also in the case of exposure by a stepper device. That is, when a stepper device is used as in the case of an embodiment described later, “the surface of the resist layer is shifted with respect to the image forming position of the image of the gradation mask”, and the image of the gradation mask on the resist layer surface is shifted. It just needs to be "blurred."
【0012】図6(a)は、転写層12上に、表面を曲
面化されたレジスト層14を形成した状態を示してい
る。このような曲面形状を「出発形状」とするエッチン
グ工程において、選択比を時間的に変化させると、転写
層12に、例えば、図6(b)に示す如く、出発形状と
全く異なる曲面形状として転写することができる。この
例においては、出発形状の「裾野部分(図中に「I」で
示す部分)」を転写する時の選択比を1より大きく設定
することにより、転写層12にはこの部分Iの傾きを大
きくして転写し、次の「中間領域II」の転写に際して
は選択比を略1に設定して出発形状に近い形状を転写
し、最後に「中央領域III」の転写に際しては再度、
選択比を1より大きく設定して、出発形状における領域
IIIの高低差を拡大して転写している。このように、
選択比を変化させつつエッチング工程を行うことによ
り、出発形状に「所望の変形を施し」て転写層の表面形
状として転写することができる。このことはまた、転写
層の表面形状を支持基板に転写する場合にも全く同様に
当て嵌る。FIG. 6A shows a state in which a resist layer 14 having a curved surface is formed on the transfer layer 12. In the etching step in which such a curved surface shape is set as a “starting shape”, if the selectivity is changed with time, the transfer layer 12 may have a curved shape completely different from the starting shape, as shown in FIG. Can be transcribed. In this example, by setting the selectivity when transferring the “foot portion (portion indicated by“ I ”in the drawing)” of the starting shape to be greater than 1, the transfer layer 12 has the inclination of this portion I. The transfer is made larger, the transfer ratio of the next "intermediate region II" is set to approximately 1 and a shape close to the starting shape is transferred, and finally the transfer of the "center region III" is performed again.
The selection ratio is set to be larger than 1, and the height difference of the region III in the starting shape is enlarged and transferred. in this way,
By performing the etching step while changing the selectivity, the desired shape can be "deformed" and transferred as the surface shape of the transfer layer. This is exactly the same when transferring the surface shape of the transfer layer to the supporting substrate.
【0013】[0013]
【実施例】以下、具体的な実施例を説明する。この実施
例は、高純度合成石英を支持基板とし、その平面状の面
を加工して、直径:800μmで、曲率半径:2.5m
mの凸球面を形成する例である。高純度合成石英による
平行平板を支持基板とし、その片面に、大日本インキ社
製の液状樹脂:GRANDIC RC−8720(商品
名)を、支持基板の表面温度:20度Cにおいてロール
コート法により厚さ:60μmに塗布した。塗布された
樹脂は、温度上昇と共に粘度が減少して流動性が高まる
性質を有するので、塗布後、硬化させる前に、支持基板
の温度を30度Cに昇温させ、5分間放置して塗布層表
面の「うねり」を除去する「平滑化工程」を行った。こ
の平滑化工程により、塗布された樹脂層の表面を支持基
板の表面と同程度の平面度にすることができた。上記液
状樹脂は一般に「紫外線硬化樹脂」と知られるものであ
り、紫外光の照射で硬化する。平滑化工程後、紫外光に
よる均一照射を行って塗布層の硬化を行った。硬化した
樹脂は、厚さ:50μの転写層となった。以上が「転写
層形成工程」である。この転写層の上に、レジスト材料
としてフォトレジスト(TGMR−950BE:商品名
(株)東京応化製)をスピンコートし、ベーキングを
行って、厚さ:5μのレジスト層を形成した。この工程
が「レジスト層形成工程」である。次いで、図7に示す
如きグラデーションマスクを1単位とし、このようなグ
ラデーションマスクを2次元的に密接に配列したマスク
を介してレジスト層の露光を行い、その後、現像とリン
スを行った。図7に示すグラデーションマスクは、1辺
が2mmのものであり、全体が1辺略:4μmの微小矩
形領域に区切られ、個々の矩形領域を単位とする開口部
が形成され、これら開口部の開口面積が、マスク中心部
からの距離:rの2乗に比例して大きくなるようにした
ものである。EXAMPLES Specific examples will be described below. In this embodiment, a high-purity synthetic quartz is used as a supporting substrate, and its planar surface is processed to have a diameter of 800 μm and a radius of curvature of 2.5 m.
This is an example of forming a convex spherical surface of m. A parallel plate made of high-purity synthetic quartz is used as a support substrate, and a liquid resin made by Dainippon Ink Co., Ltd .: GRANDIC RC-8720 (trade name) is coated on one surface of the support substrate by a roll coating method at a surface temperature of the support substrate of 20 ° C. Sa: 60 μm was applied. Since the applied resin has the property that the viscosity decreases with increasing temperature and the fluidity increases, after application, before curing, the temperature of the supporting substrate is raised to 30 ° C., and left for 5 minutes to apply. A “smoothing step” for removing “undulations” on the layer surface was performed. By this smoothing step, the surface of the applied resin layer could be made as flat as the surface of the supporting substrate. The liquid resin is generally known as an “ultraviolet curable resin” and is cured by irradiation with ultraviolet light. After the smoothing step, the coating layer was cured by performing uniform irradiation with ultraviolet light. The cured resin became a transfer layer having a thickness of 50 μm. The above is the “transfer layer forming step”. A photoresist (TGMR-950BE: trade name, manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd.) was spin-coated as a resist material on the transfer layer, and baked to form a resist layer having a thickness of 5 μm. This step is a “resist layer forming step”. Subsequently, the resist layer was exposed through a mask in which such a gradation mask as shown in FIG. 7 was defined as one unit and such gradation masks were closely arranged two-dimensionally, followed by development and rinsing. The gradation mask shown in FIG. 7 has a side of 2 mm, is divided into small rectangular regions each having a side of approximately 4 μm, and openings are formed in units of individual rectangular regions. The opening area increases in proportion to the square of the distance r from the center of the mask.
【0014】このようなグラデーションマスクを倍率:
1/2.5のステッパ装置(グラデーションマスクの1
/2.5倍の光像を結像させる装置)にセットし、グラ
デーションマスクの結像位置からレジスト層の表面を2
5μmだけずらすことにより「デフォーカス状態」と
し、レジスト層表面に設計通り「マスク中心部からの距
離の2乗に比例して光強度が増加する光強度分布」を得
た。グラデーションマスクに照射する光は照度:390
mW/cm2、露光時間は1.80秒である。このよう
に露光を行うと、光強度の最大の部分では、レジスト層
の層厚全体に渡り感光される。このとき感光されるレジ
スト深さはレジスト層の感度特性により定まり、レジス
ト除去量は感光されたレジスト深さにより定まるので、
レジスト層の感度特性に応じて、上記光強度分布と露光
条件とを定めるのである。露光後、現像とリンスとを行
った結果、転写層上に球面形状のレジスト層の配列が得
られた。個々の球面形状は、直径:800μmであり、
中央部の厚さが5μmで、曲率半径は略:16mmであ
る。リンス後に「レジスト層表面形状形成工程の一環」
として、紫外光によるレジストベーキング処理を行い、
レジスト層の「耐プラズマ性」を高めた。続いて、支持
基板を半導体用のTCPドライエッチング装置にセット
し、ベルジャー内圧力:1.5×10-3Torr、導入
ガス:O2:3.5sccm、CHF3:5.0scc
m、CF4:20.0sccm、支持基板バイアス電
位:500W、上部電極バイアス:1.25KW、支持
基板冷却温度:−20度C、レジスト層エッチング速
度:0.172μm/分、転写層エッチング速度:1.
1μm/分として選択比を6.4に設定し、異方性ドラ
イエッチングを45.5分間行って、上記球面の配列を
転写層に転写した。その結果、転写層の表面形状とし
て、直径:800μm、高さ:32μmの球面の配列を
得た。各球面の曲率半径は2.5mmであり、この形状
は形成すべき所望の形状である。この状態から、さらに
ベルジャー内圧力:1.5×10-3Torr、導入ガ
ス:O2:0.5sccm、CHF3:5.0sccm、
CF4:30.0sccm、Ar:2.0sccm、支
持基板バイアス:800W、上部電極バイアス:1.2
5KW、支持基板冷却温度:−20度C、合成石英エッ
チング速度=転写層エッチング速度=0.8μm/分と
して、選択比を1に設定し、異方性のドライエッチング
を41.0分間行って、上記球面の配列を転写層から支
持基板である高純度合成石英の表面に転写した。その結
果、支持基板の表面形状として、直径:800μm、高
さ:32μm、曲率半径:2.5mmの球面の配列を所
望形状として得ることができた。このように形成された
球面の個々はマイクロレンズの屈折面として使用可能で
ある。Such a gradation mask is scaled by:
1 / 2.5 stepper device (gradation mask 1)
/2.5x optical image) and set the surface of the resist layer to 2 mm from the image forming position of the gradation mask.
By shifting by 5 μm, a “defocused state” was obtained, and a “light intensity distribution in which the light intensity increases in proportion to the square of the distance from the center of the mask” was obtained on the resist layer surface as designed. Light applied to the gradation mask has an illuminance of 390.
mW / cm 2 , and the exposure time was 1.80 seconds. When the exposure is performed as described above, the photosensitive layer is exposed over the entire thickness of the resist layer at the portion where the light intensity is maximum. At this time, the resist depth exposed is determined by the sensitivity characteristics of the resist layer, and the resist removal amount is determined by the exposed resist depth.
The light intensity distribution and the exposure conditions are determined according to the sensitivity characteristics of the resist layer. After exposure, development and rinsing were performed. As a result, an arrangement of spherical resist layers was obtained on the transfer layer. Each spherical shape has a diameter of 800 μm,
The thickness at the center is 5 μm, and the radius of curvature is approximately: 16 mm. After rinsing “part of resist layer surface shape forming process”
As a resist baking process with ultraviolet light,
The "plasma resistance" of the resist layer was improved. Subsequently, the support substrate was set in a TCP dry etching apparatus for a semiconductor, the pressure in the bell jar: 1.5 × 10 −3 Torr, the introduced gas: O 2 : 3.5 sccm, and the CHF 3 : 5.0 scc.
m, CF 4 : 20.0 sccm, support substrate bias potential: 500 W, upper electrode bias: 1.25 kW, support substrate cooling temperature: −20 ° C., resist layer etching rate: 0.172 μm / min, transfer layer etching rate: 1.
The selectivity was set to 6.4 at 1 μm / min, and anisotropic dry etching was performed for 45.5 minutes to transfer the arrangement of the spherical surfaces to the transfer layer. As a result, an array of spherical surfaces having a diameter of 800 μm and a height of 32 μm was obtained as the surface shape of the transfer layer. The radius of curvature of each sphere is 2.5 mm, which is the desired shape to be formed. From this state, the pressure inside the bell jar: 1.5 × 10 −3 Torr, the introduced gas: O 2 : 0.5 sccm, CHF 3 : 5.0 sccm,
CF 4 : 30.0 sccm, Ar: 2.0 sccm, support substrate bias: 800 W, upper electrode bias: 1.2
5 KW, support substrate cooling temperature: −20 ° C., synthetic quartz etching rate = transfer layer etching rate = 0.8 μm / min, selectivity was set to 1, and anisotropic dry etching was performed for 41.0 minutes. The arrangement of the spherical surfaces was transferred from the transfer layer to the surface of a high-purity synthetic quartz as a support substrate. As a result, as the surface shape of the support substrate, an arrangement of spherical surfaces having a diameter of 800 μm, a height of 32 μm, and a radius of curvature of 2.5 mm was obtained as a desired shape. Each of the spheres thus formed can be used as a refracting surface of a microlens.
【0015】上に説明したところをまとめると、図1に
即して説明した実施の形態では、支持基板10の表面
に、液状樹脂を塗布・硬化させて所望の厚さの転写層1
2を形成する転写層形成工程(図1(a))と、形成さ
れた転写層10上に所望の厚さのレジスト層14を形成
するレジスト層形成工程(b)と、レジスト層14に所
望のレジスト表面形状を形成するレジスト層表面形状形
成工程(c、d)と、所望のレジスト表面形状を形成さ
れたレジスト層14と転写層12とに対して異方性のド
ライエッチングを行い、レジスト表面形状を転写層の表
面形状として転写するエッチング工程(e)とを有する
曲面形成方法が実施される(請求項1)。また、図2に
即して説明した実施の形態では、レジスト層14の材料
としてフォトレジストが用いられ、レジスト層表面形状
形成工程は、濃度分布を持ったフィルタ28を透過させ
ることにより、所望のレジスト表面形状に応じた光強度
分布としたレーザ光束の照射と、現像およびリンスを含
んでいる(請求項3)。さらに、図3〜図5に即して説
明した実施の形態では、レジスト層14の材料としてフ
ォトレジストが用いられ、レジスト層表面形状形成工程
は、所望のレジスト表面形状に応じた光透過率分布を形
成されたグラデーションマスクを介した光照射と、現像
およびリンスを含んでおり(請求項3)、図4に即して
説明したグラデーションマスクは、微小な光透過部AP
を配列してなり、個々の光透過部APの面積が所定の光
透過率分布をなすように設定されたものであって、レジ
スト層の表面からデフォーカスさせて露光を行うことに
より、デフォーカス効果により、レジスト層に対して所
定の光強度分布を実現するものであり(請求項4)、図
5に即して説明した実施の形態では、グラデーションマ
スクとして、透明基板15Aに、膜厚が段階的に変化す
る膜15Bを、金属および/または金属酸化物で形成し
てなり、膜15Bの厚さの変化が所定の光透過率分布を
なすように設定されたものを用い、グラデーションマス
クをレジスト層の表面に密接させ(光透過率分布が連続
して変化する場合)フォーカスさせて、もしくは微小間
隔離して(光透過率分布が階段状に変化する場合)デフ
ォーカスさせて露光することにより、レジスト層に対し
て所定の光強度分布が実現される(請求項5)。To summarize the above description, in the embodiment described with reference to FIG. 1, the transfer layer 1 having a desired thickness is formed by applying and curing a liquid resin on the surface of the support substrate 10.
2 (FIG. 1A), a resist layer forming step (b) of forming a resist layer 14 having a desired thickness on the formed transfer layer 10, Performing a resist layer surface shape forming step (c, d) for forming the resist surface shape of the above, and performing anisotropic dry etching on the resist layer 14 and the transfer layer 12 having the desired resist surface shape formed thereon; An etching step (e) of transferring the surface shape as the surface shape of the transfer layer is performed (Claim 1). Further, in the embodiment described with reference to FIG. 2, a photoresist is used as a material of the resist layer 14, and the resist layer surface shape forming step is performed by transmitting the light through a filter 28 having a concentration distribution. The method includes irradiation with a laser beam having a light intensity distribution corresponding to the resist surface shape, development, and rinsing. Further, in the embodiment described with reference to FIGS. 3 to 5, a photoresist is used as a material of the resist layer 14, and the step of forming the surface shape of the resist layer includes a light transmittance distribution according to a desired resist surface shape. The gradation mask described with reference to FIG. 4 includes light irradiation, development and rinsing via a gradation mask formed with (a), and the fine light transmitting portion AP
Are arranged so that the areas of the individual light transmitting portions AP have a predetermined light transmittance distribution, and defocusing is performed by defocusing from the surface of the resist layer. According to the effect, a predetermined light intensity distribution is realized with respect to the resist layer (claim 4). In the embodiment described with reference to FIG. 5, the transparent mask 15A has a film thickness as a gradation mask. A film 15B that changes stepwise is formed of a metal and / or a metal oxide, and a film whose thickness change is set to have a predetermined light transmittance distribution is used. Focusing on the surface of the resist layer (when the light transmittance distribution changes continuously), or focusing (or when the light transmittance distribution changes stepwise), and defocusing By, predetermined light intensity distribution is realized on the resist layer (claim 5).
【0016】さらに、図1に即して説明した実施の形態
および上に説明した実施例では、支持基板表面が平面
で、転写層形成工程は「転写層材料となる液状樹脂の塗
布後、液状樹脂の硬化前に、樹脂の流動性を高めて樹脂
表面を平滑化する平滑化工程」を含んでおり(請求項
6)、樹脂の流動性を高めるのに、樹脂の昇温により粘
度を減少させている(請求項7)。また、転写層12の
材料としての液状樹脂としては光硬化性樹脂が用いら
れ、転写層形成工程は、光硬化性樹脂の塗布と光照射に
よる硬化を含んでいる(請求項8)。また、実施例で
は、光硬化性樹脂として紫外線硬化樹脂が用いられ、そ
の硬化は紫外光で行われる(請求項9)。また、上に説
明した実施の形態および実施例とも、エッチング工程に
おいて、選択比が所望の値に設定されており、図6に即
して説明した実施の形態では、エッチング工程における
選択比が所望の値に調整されている(請求項10)。そ
して、図1に即して説明した実施の形態でも、実施例に
おいても、エッチング工程における選択比は1より大き
く設定され(請求項11)、転写層12の表面形状は所
望の選択比の、異方性のドライエッチングにより、支持
基板表面に転写される(請求項12)。そして、上記実
施例により形成されるのは、光学的曲面を形成された光
学素子であって(請求項14)、光学的曲面が屈折面で
あるレンズとして形成され(請求項15)、且つ、マイ
クロレンズである(請求項16)。Further, in the embodiment described with reference to FIG. 1 and the above-described embodiment, the surface of the supporting substrate is flat, and the transfer layer forming step is performed after the application of the liquid resin to be the transfer layer material. Before curing the resin, a smoothing step of increasing the fluidity of the resin and smoothing the resin surface ”is included (claim 6). In order to increase the fluidity of the resin, the viscosity is reduced by increasing the temperature of the resin. (Claim 7). Further, a photo-curable resin is used as the liquid resin as the material of the transfer layer 12, and the transfer layer forming step includes application of the photo-curable resin and curing by light irradiation (claim 8). In the embodiment, an ultraviolet curable resin is used as the photocurable resin, and the curing is performed by ultraviolet light (claim 9). In the above-described embodiment and example, the selectivity is set to a desired value in the etching step. In the embodiment described with reference to FIG. (Claim 10). In both the embodiment described with reference to FIG. 1 and the embodiment, the selectivity in the etching step is set to be greater than 1 (claim 11), and the surface shape of the transfer layer 12 has a desired selectivity. It is transferred to the support substrate surface by anisotropic dry etching (claim 12). Then, the optical element formed by the above embodiment is an optical element having an optically curved surface (claim 14), and the optical curved surface is formed as a lens having a refractive surface (claim 15), and It is a micro lens (claim 16).
【0017】[0017]
【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「曲面形成方法と光学素子」を実現できる。
この曲面形成方法によれば、上に説明したように、型を
用いることなく樹脂材料による転写層もしくは支持基板
に所望の曲面を形成できる。このように形成された曲面
は光学素子の屈折面や反射面形状として利用できる。As described above, according to the present invention, a novel "curved surface forming method and optical element" can be realized.
According to this curved surface forming method, as described above, a desired curved surface can be formed on a transfer layer or a supporting substrate made of a resin material without using a mold. The curved surface formed as described above can be used as a refraction surface or a reflection surface shape of the optical element.
【図1】この発明の曲面形成方法の実施の形態を説明す
るための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of a curved surface forming method according to the present invention.
【図2】レジスト層表面形状形成工程における露光をレ
ーザ光束により行う場合を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a case where exposure in a resist layer surface shape forming step is performed using a laser beam.
【図3】レジスト層表面形状形成工程における露光を、
グラデーションマスクを用いて行う場合を説明するため
の図である。FIG. 3 shows exposure in a resist layer surface shape forming step.
It is a figure for explaining the case where it performs using a gradation mask.
【図4】図3の実施の形態で用いているグラデーション
マスクを説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a gradation mask used in the embodiment of FIG. 3;
【図5】図4のグラデーションマスクとは異なるグラデ
ーションマスクを用いる曲面形成を説明するための図で
ある。FIG. 5 is a diagram for explaining formation of a curved surface using a gradation mask different from the gradation mask of FIG. 4;
【図6】エッチング工程において、選択比を時間的に変
化させることにより、出発形状と異なる曲面形状を転写
層に形成することを説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining that a curved surface shape different from a starting shape is formed in a transfer layer by changing a selection ratio with time in an etching step.
【図7】実施例において使用されたグラデーションマス
クを説明図的に示す図である。FIG. 7 is a diagram schematically illustrating a gradation mask used in the example.
10 支持基板 12 転写層 14 レジスト層 LF 露光を行う光束 h レジスト層に形成された曲面形状の高低差 H 転写層に転写された曲面形状の高低差 Reference Signs List 10 Support substrate 12 Transfer layer 14 Resist layer LF Light beam to be exposed h Height difference of curved surface shape formed on resist layer H Height difference of curved surface shape transferred to transfer layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H025 AA04 AB14 AB20 AC01 AC08 AD01 BC13 DA20 DA40 FA03 FA39 4F203 AA36 AC05 AD03 AD04 AD05 AD08 AF01 AG03 AG05 AG26 AH73 AH74 AR06 AR20 DA01 DB01 DB11 DB30 DC07 DC08 DF01 DF24 DM12 4F204 AA36 AC05 AD03 AD04 AD05 AD08 AF01 AG03 AG05 AG26 AH74 AH75 AR06 AR20 EA03 EB01 EB12 EB22 EB29 EF27 EK18 EW01 EW34 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2H025 AA04 AB14 AB20 AC01 AC08 AD01 BC13 DA20 DA40 FA03 FA39 4F203 AA36 AC05 AD03 AD04 AD05 AD08 AF01 AG03 AG05 AG26 AH73 AH74 AR06 AR20 DA01 DB01 DB11 DB30 DC07 DC08 DF01 DF24 DM12 4F204 A AC05 AD03 AD04 AD05 AD08 AF01 AG03 AG05 AG26 AH74 AH75 AR06 AR20 EA03 EB01 EB12 EB22 EB29 EF27 EK18 EW01 EW34
Claims (16)
させて所望の厚さの転写層を形成する転写層形成工程
と、 形成された転写層上に所望の厚さのレジスト層を形成す
るレジスト層形成工程と、 上記レジスト層に所望のレジスト表面形状を形成するレ
ジスト層表面形状形成工程と、 上記所望のレジスト表面形状を形成されたレジスト層と
上記転写層とに対して異方性のドライエッチングを行
い、上記レジスト表面形状を転写層の表面形状として転
写するエッチング工程とを有することを特徴とする曲面
形成方法。1. A transfer layer forming step of applying and curing a liquid resin on a surface of a support substrate to form a transfer layer of a desired thickness, and forming a resist layer of a desired thickness on the formed transfer layer. Forming a resist layer, forming a desired resist surface shape on the resist layer, forming a desired resist surface shape on the resist layer, and forming the desired resist surface shape on the resist layer and the transfer layer. And etching the resist surface shape as the surface shape of the transfer layer by performing a dry etching process.
望のレジスト表面形状に応じた光強度分布としたレーザ
光束の照射と、現像およびリンスを含めることを特徴と
する曲面形成方法。2. A method of forming a curved surface according to claim 1, wherein a photoresist is used as a material of the resist layer, and a filter having a concentration distribution is transmitted through the resist layer surface shape forming step, so that a desired resist surface shape is obtained. A method for forming a curved surface, comprising: irradiating a laser beam having a light intensity distribution according to the above, developing, and rinsing.
れたグラデーションマスクを介した光照射と、現像およ
びリンスを含めることを特徴とする曲面形成方法。3. The method according to claim 1, wherein a photoresist is used as a material for the resist layer, and wherein a light transmittance distribution according to a desired resist surface shape is formed in the resist layer surface shape forming step. A method for forming a curved surface, which includes light irradiation through a mask, development and rinsing.
てなり、個々の光透過部の面積が、所定の光透過率分布
をなすように設定されたものを用い、 上記グラデーションマスクをデフォーカスさせて露光す
ることにより、デフォーカス効果により、上記レジスト
層に対して所定の光強度分布を実現することを特徴とす
る曲面形成方法。4. The curved surface forming method according to claim 3, wherein minute light transmitting portions are arranged as a gradation mask, and the area of each light transmitting portion is set so as to form a predetermined light transmittance distribution. A method of forming a curved surface, wherein a predetermined light intensity distribution is realized on the resist layer by defocusing and exposing the gradation mask to light by using the obtained mask.
的もしくは段階的に変化する膜を、金属および/または
金属酸化物で形成してなり、膜の厚さの変化が所定の光
透過率分布をなすように設定されたものを用い、 上記グラデーションマスクをフォーカスもしくはデフォ
ーカスさせて露光することにより、上記レジスト層に対
して所定の光強度分布を実現することを特徴とする曲面
形成方法。5. A curved surface forming method according to claim 3, wherein a film whose film thickness changes continuously or stepwise is formed of a metal and / or a metal oxide on a transparent substrate as a gradation mask, Using a film in which the change in the thickness of the film is set to form a predetermined light transmittance distribution, and exposing the gradation mask to focus or defocus and exposing the resist layer to a predetermined light intensity distribution A curved surface forming method characterized by realizing:
方法において、 支持基板表面を平面とし、 転写層形成工程に、転写層材料となる液状樹脂の塗布
後、液状樹脂の硬化前に、樹脂の流動性を高めて樹脂表
面を平滑化する平滑化工程を含めることを特徴とする曲
面形成方法。6. The method for forming a curved surface according to claim 1, wherein the surface of the support substrate is made flat, and in the step of forming the transfer layer, after the liquid resin serving as the transfer layer material is applied, the liquid resin is cured. A method for forming a curved surface, comprising a smoothing step of increasing the fluidity of the resin to smooth the surface of the resin.
少させることを特徴とする曲面形成方法。7. The curved surface forming method according to claim 6, wherein the viscosity of the resin is reduced by increasing the temperature of the resin in order to increase the fluidity of the resin.
方法において、 転写層の材料としての液状樹脂として光硬化性樹脂を用
い、 転写層形成工程に、光硬化性樹脂の塗布と、光照射とに
よる硬化を含めることを特徴とする曲面形成方法。8. The method for forming a curved surface according to claim 1, wherein a photocurable resin is used as a liquid resin as a material of the transfer layer, and the photocurable resin is applied in the transfer layer forming step. And curing by light irradiation.
外光で行うことを特徴とする曲面形成方法。9. The curved surface forming method according to claim 8, wherein an ultraviolet curable resin is used as the photocurable resin, and the light irradiation is performed by ultraviolet light.
成方法において、 エッチング工程において、選択比を所望の値に設定もし
くは調整することを特徴とする曲面形成方法。10. The method for forming a curved surface according to claim 1, wherein the selectivity is set or adjusted to a desired value in the etching step.
て、 エッチング工程における選択比を1より大きく設定する
ことを特徴とする曲面形成方法。11. The method for forming a curved surface according to claim 10, wherein a selectivity in the etching step is set to be larger than 1.
形成方法により形成された転写層の表面形状を、所望の
選択比の、異方性のドライエッチングにより、支持基板
に転写することを特徴とする曲面形成方法。12. The surface shape of a transfer layer formed by the method for forming a curved surface according to any one of claims 1 to 11 is transferred to a support substrate by anisotropic dry etching with a desired selectivity. A method for forming a curved surface, comprising:
形成方法により、光学的曲面を形成されたことを特徴と
する光学素子。13. An optical element, wherein an optical curved surface is formed by the curved surface forming method according to any one of claims 1 to 11.
光学的曲面を形成されたことを特徴とする光学素子。14. A method for forming a curved surface according to claim 12,
An optical element having an optically curved surface.
おいて、 光学的曲面が屈折面であるレンズとして形成された光学
素子。15. The optical element according to claim 13, wherein the optical curved surface is formed as a lens having a refractive surface.
子。16. The optical element according to claim 15, wherein the lens is a micro lens.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34474799A JP2001158022A (en) | 1999-12-03 | 1999-12-03 | Method for forming curved surface and optical element |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP34474799A JP2001158022A (en) | 1999-12-03 | 1999-12-03 | Method for forming curved surface and optical element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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ID=18371675
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Country | Link |
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JP (1) | JP2001158022A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006159673A (en) * | 2004-12-08 | 2006-06-22 | Konica Minolta Holdings Inc | Mold manufacturing method, element manufacturing method, and element |
WO2006121112A1 (en) * | 2005-05-12 | 2006-11-16 | Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. | Method for enhancing optical stability of three-dimensional micromolded product |
-
1999
- 1999-12-03 JP JP34474799A patent/JP2001158022A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2006159673A (en) * | 2004-12-08 | 2006-06-22 | Konica Minolta Holdings Inc | Mold manufacturing method, element manufacturing method, and element |
WO2006121112A1 (en) * | 2005-05-12 | 2006-11-16 | Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. | Method for enhancing optical stability of three-dimensional micromolded product |
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