JP2001311811A

JP2001311811A - ３次元光学素子創製システム

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Publication number: JP2001311811A
Application number: JP2000128494A
Authority: JP
Inventors: Koichi Iwata; 耕一岩田; Chiyuushiyoku Boku; 忠植朴; Shigeto Omori; 滋人大森; Tatsuo Arai; 健生新井; Yoshiki Ichioka; 芳樹一岡; Katsunori Matsuoka; 克典松岡
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Japan Science and Technology Corp
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2000-04-27
Filing date: 2000-04-27
Publication date: 2001-11-09

Abstract

(57)【要約】【課題】素子表面が曲面である３次元光学素子を精度
よく製造することができる方法を提供する。【解決手段】素子表面が曲面である３次元光学素子を
製造する方法であって、光学素子の曲面形状を設定する
ための形状設定データを決定し、素子を形成する基板上
に感光性レジスト層を形成し、該レジスト層の表面形状
を測定することにより形状測定データを得、前記形状設
定データと形状測定データとの差から形状差データを
得、該形状差データにおける差の大きさに応じてレーザ
ーの照射量を変えつつ前記レジスト層にレーザー照射を
行ない、前記レジスト層の現像処理により該レジスト層
に精密位置出し面を得、これを光学素子面とすることを
特徴とする３次元光学素子の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、素子表面が曲面である
３次元光学素子を製造する方法、及び該方法の実施に使
用するレーザー露光装置に関する。本発明を適用し得る
３次元光学素子としては、回折光学素子、自由曲面光学
素子等が挙げられる。

【０００２】

【従来の技術】CD（コンパクトディスク）の再生装置で
は光学系としてレンズと色収差補正用の回折光学素子が
用いられている。DVD（デジタルビデオディスク）の録
画再生装置では、記録用と再生用とで焦点距離の異なる
2種類のレンズが用いられている。装置の小型化に伴
い、レンズ表面に多数の同心円状の溝形状をした回折格
子の1種であるゾーンプレートを形成した光学素子が開
発されている。この光学素子は、金型によるプラスチッ
ク成形品であり、金型は多大の手間と時間を掛けて切削
加工により作製されている。

【０００３】このような光学系においては、レンズと回
折光学素子の組み合わせで得られている作用を回折光学
素子のみで得られれば、装置のコンパクト化に極めて有
利である。また、レンズに置き換えられるゾーンプレー
ト付き光学素子の製造が簡便であれば、製造コスト上望
ましい。これらの要請に応えるべく、以下の提案がなさ
れている。

【０００４】半導体分野で用いられたレーザー描画装置
やＥＢ描画装置を利用することにより、数学的手法を用
いて得られる複雑な凹凸を有する回折格子（計算機ホロ
グラムとも呼ばれる）が作製されており、このような回
折格子を有する光学素子が、一部実用化されている。し
かしながら、このような回折光学素子は、平面基板上に
回折格子が加工されたものに限られている。

【０００５】一方、CD（コンパクトディスク）やDVD
（デジタルビデオディスク）の記録装置や再生装置に関
しては、装置の小型化に伴い、レンズ表面に多数の同心
円状の溝形状をした回折格子の１種であるゾーンプレー
トを形成した光学素子が開発されている。この光学素子
は、金型によるプラスチック成形品であり、金型は切削
加工により製造されている。

【０００６】このようなことから、計算機ホログラムの
ような複雑な凹凸面を有する回折格子を始め、種々の回
折格子を、曲面状の表面を有するレンズや反射鏡に形成
することができれば、コンパクト化或いは製造コスト低
減の面で光学分野において極めて有益である。これらに
対応すべく、従来より以下のような種々の提案が行なわ
れている。

【０００７】特開平8-29610号公報には、平面基板上に
回折格子を作成したのち、外力によって基板を曲げ、曲
面にする方法が提案されている。

【０００８】特開平 8-95231 号公報には、球面基板の
表面にレジストを均一に塗布し、これをXYZ位置決めス
テージを搭載したＥＢ（電子ビーム）描画装置により回
折格子の1つである同心円上に溝を有するゾーンプレー
トのパターンをレジスト表面に描画し、現像した後エッ
チングにより球面上にゾーンプレートを作製方法が提案
されている。

【０００９】特開平5-110255号公報は、半導体分野にお
いて利用されることを目的とし、ヒートプレスによる曲
面基板を作製し、レーザー露光により微細な配線パター
ンを描画し、現像、エッチングにより自由曲面に配線パ
ターンを作製する方法を提案している。また、通常のレ
ーザー露光装置により部分球や回転放物面の自由曲面上
に微細な配線パターンを作製することも可能としてい
る。

【００１０】特開平11-195580号公報では、球面上に加
工された半導体表面に球面上のマスクを用いて一括露光
（リソグラフィ）により、集積回路パターンを形成する
装置及び方法が提案されている。

【００１１】また、近年、光学系に対し偏心して配置さ
れた反射面を有する光学素子として自由曲面光学素子が
提案開発されている。これは、光学系が偏心して配置さ
れた偏心光学系において、光学系を構成する曲面が、そ
の面内及び面外共に回転対称軸を有しない回転非対称面
形状の面を少なくとも１面有し、偏心により発生する回
転非対称な収差をこの回転非対称面形状で補正するもの
であり、これにより歪みの少ない像を与える小型の光学
系が得られる（特開昭10-161018号）。その製作は、ガ
ラスや金属の素材を多軸制御の加工機で切削又は研削す
ることにより行なわれる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の加工技
術では、曲面に精密に回折格子を加工することは困難で
あった。すなわち、切削加工による場合は、回折格子と
してゾーンプレートのような簡単な形状しか形成でき
ず、ガラス等の難削材では、回折格子として許容できる
精度に加工することは困難である。平面基板に回折格子
を形成した後に基板を曲面に加工する方法の場合におい
ては、基板の曲率方向が1方向と限られる上、平面から
曲面へ変形する際にパターン形状の精度が劣化してしま
う。また、XYZ位置決めステージを搭載するＥＢ描画装
置を用いる回折格子の作製方法においては自由曲面に対
する電子線の照射方向が変えられないため、回折格子の
凹凸の深さ方向が固定される。その結果、使用の際、光
の照射方向によっては、波面に対して効果的な位相差を
与えられず、光の利用効率が低いものとなる。

【００１３】また、自由曲面光学素子の場合は、従来の
切削や研削加工等では形状精度と表面粗さの両立が困難
であるという問題があった。

【００１４】本発明は、これら従来の問題を解決し、素
子表面が曲面である３次元光学素子を精度よく製造する
ことができる方法及び該方法の実施に使用することがで
きるレーザー露光装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、素子表面が曲面である３次元光学素子を製
造する方法であって、光学素子の曲面形状を設定するた
めの形状設定データを決定し、素子を形成する基板上に
感光性レジスト層を形成し、該レジスト層の表面形状を
測定することにより形状測定データを得、前記形状設定
データと形状測定データとの差から形状差データを得、
該形状差データにおける差の大きさに応じてレーザーの
照射量を変えつつ前記レジスト層にレーザー照射を行な
い、前記レジスト層の現像処理により該レジスト層に精
密位置出し面を得、これを光学素子面とすることを特徴
とする３次元光学素子の製造方法を提供するものであ
る。

【００１６】本発明は前記目的を達成するためにまた、
素子表面が曲面である３次元光学素子を製造する方法で
あって、光学素子の曲面形状を設定するための形状設定
データを決定し、素子を形成する基板上に感光性レジス
ト層を形成し、該レジスト層の表面形状を測定すること
により形状測定データを得、前記形状設定データと形状
測定データとの差から形状差データを得、該形状差デー
タにおける差の大きさに応じてレーザーの照射量を変え
つつ前記レジスト層にレーザー照射を行ない、前記レジ
スト層の現像処理により該レジスト層に精密位置出し面
を得、該精密位置出し面にエッチングにより光学素子面
を形成することを特徴とする３次元光学素子の製造方法
を提供するものである。

【００１７】本発明はさらに、前記目的を達成するため
に、光学素子作成用の基板を保持するステージと、該ス
テージの位置及び姿勢を制御するステージ制御機構と、
該ステージ上の物体の位置及び姿勢を計測するステージ
計測機構と、露光用のレーザー装置と、該レーザー装置
によるレーザー照射部の照射量を制御する露光制御部と
を備え、前記レーザー装置は、前記露光制御部からの制
御信号に基づいてレーザーの照射量を調節するレーザー
調節機構と、レーザーとレーザー照射面との距離が一定
になるようにレーザーヘッドをレーザー光軸方向に位置
調節する集光位置制御機構とを備えていることを特徴と
するレーザー露光装置をも提供するものである。

【００１８】

【実施の形態】以下、本発明の実施形態について、添付
図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明に係る３次
元光学素子の製造方法の１例の工程を概略的に示してい
る。

【００１９】図示の例では、作製する光学素子の基板形
状に関するデータ（形状設定データ）に基づいて、加工
データを作成し、曲面形状を表面に有する基板を３次元
自由曲面加工機１０等により切削又は研削加工で作製す
る。加工データは、後述するように、最終的に得られる
光学素子の表面形状データに対し、レジスト層の厚さ及
びエッチング深さを考慮して、決められる。こうして得
られた基板Ｐの曲面上に感光性レジストを均一状厚さで
塗布し、その基板を３次元光学素子用レーザー描画装置
２０に取り付ける。このレーザー描画装置２０は、基板
Ｐを保持するステージ２１の位置及び姿勢をステージ制
御機構２２及び計測するステージ計測機構２３により制
御し計測しつつ、露光用レーザー装置２４によりレーザ
ーを所定出力で照射する。レーザー描画装置は、ステー
ジ計測機構２３により、基板Ｐの曲面の実形状を測定
し、実形状に関するデータ（形状測定データ）を得る。
そして、形状測定データと前述の形状設定データとから
形状差に関するデータ（形状差データ）を得る。この形
状差データをレーザー露光の工程で用いることにより、
要求仕様を満足する３次元光学素子の作製を可能にす
る。

【００２０】以下に、その工程を概略的に説明する。形
状設定データ（又は形状測定データ）から得られるレー
ザー装置との距離及び形状差データからレーザー照射量
（露光量）を得た後、基板が固定されているステージを
ステージ制御機構及びステージ計測機構の作用の下に移
動させ、基板の位置及び姿勢を変えながら基板面に適正
な照射量でもってレーザーを照射する。このレーザー照
射量は、形状差データに基づき、レジスト層表面の形状
設定データからの乖離をなくすように決められる。した
がって、その後、基板を現像処理することによりレジス
ト又は基板の表面には、形状設定データに合った精密位
置出し面が得られる。精密位置出し面の基準は、形状設
定データにしたがって決めることができ、基板の表面、
底面等とすることができる。この精密位置出し面は、レ
ーザー照射を微細間隔で行なった場合には、現像後に凹
凸面を有した回折面となり回折光学素子が得られる。ま
た、レーザー照射をレジスト層上に面状に連続して行な
った場合は、現像後に連続面が得られる。形状設定デー
タを自由曲面が得られるように設定することにより、自
由曲面光学素子が得られる。こうして得られた精密位置
出し面を備えた基板は、そのまま光学素子Ｅとして機能
する。或いはさらに、精密位置出し面をエッチングする
ことにより、目的とする微細凹凸面又は自由曲面を有し
た光学素子Ｅを得ることもできる。

【００２１】また、現像処理又はエッチングで得られた
自由曲面を雄型として、電鋳等の工程により雌型を作製
し、その雌型を成形型として、樹脂やガラス等で成形す
ることにより精密位置出し面を有する３次元光学素子Ｅ
を作製することも可能である。

【００２２】さらに、現像処理又はエッチングで得られ
た精密位置出し面上に、再度レジストを塗布し、レーザ
ーによる露光及び現像処理を行うことにより第２精密位
置出し面を有する３次元光学素子Ｅを作製することも可
能である。さらに、こうして得られた精密位置出し面を
エッチングすることにより、目的の光学素子Ｅとして機
能する精密位置出し面を得ることもできる。

【００２３】次に、曲面を有する基板の作製方法につい
て説明する。図２は基板作製工程のブロック図である。
銅又は表面にニッケルと銅の合金を付着した金属や、石
英・ガラス等の素材を切削又は研削加工を行うことによ
り表面を曲面に加工する。加工装置として、ＮＣ制御さ
れた３次元自由曲面加工機等を用いることができる。切
削又は研削のための形状設定データ（加工データ）は、
自由曲面設計データ、回折格子設計データ、前もって試
験的な加工を行うことで測定された３次元自由曲面加工
機による作製公差、レジスト層の厚さと種類、エッチン
グ加工の有無に応じて決定される。これにより表面に曲
面を有する基板を作製する。また、基板作製時に３次元
自由曲面加工機により曲面上又は曲面以外に位置合わせ
用のマークを刻印する。

【００２４】次に、位置合わせ用マークの刻印方法につ
いて説明する。図３は、３次元自由曲面加工機により作
製された曲面と複数のマークを有する基板Ｐである。上
面の中央部が曲面Ｃとなっている。曲面Ｃに対して縁部
はステージに固定する際に保持されるよう平らなフラン
ジＴとなっている。マークＭは、曲面ＣとフランジＴと
の境界付近に３箇所の十字と曲面上部の１箇所の十字の
４箇所に設けられている。立体形状の位置を認識するた
めにマークは４箇所以上必要であり、かつ少なくとも１
箇所以上が同一平面内にないことが必要である。また、
マーク形状は中心の１点が精度良く特定できる形状なら
ば十字形状でなくても良い。

【００２５】次に、レジスト層の形成について説明す
る。図４はレジスト塗布工程のブロック図である。先
ず、基板上にレジスト層を形成する。これには、スプレ
ーによる噴霧、レジスト液の滴下等、種々の手段を用い
ることができる。レジスト液滴下の場合は、滴下後スピ
ナ処理によりレジスト層を薄く均一にするのが望まし
い。塗布されるレジスト厚さは、後に詳述するように、
形状設定データ、３次元自由曲面加工機による作製公
差、レジストのネガ／ポジ、エッチング加工の有無等の
条件を考慮して決められる。レジスト層が不透明の場合
は、レジスト層形成後に、マーク上のレジストを剥離し
た状態とする。レジスト層が透明の場合は、基板上のマ
ークを光学的に検知し得るので、レジスト層を剥離する
必要はない。

【００２６】次に、回折光学素子を製造する場合を例に
とって、レジスト厚さと加工条件との関係について説明
する。図５は、３次元自由曲面加工機による作製公差が
0である基板曲面Ｃにネガ又はポジレジスト層Ｓを形成
した後にレーザー露光を行ったものの断面図である。レ
ジスト層Ｓの厚さはt、基板曲面の局部的な曲率半径はR
である。点線で表した四角の内側が露光されたレジスト
領域Ｓ₁、点線の四角外が露光されていないレジスト領
域Ｓ₀である。

【００２７】図６は、図５のレジスト層Ｓがポジレジス
トである場合に現像処理をした基板の断面図である。レ
ジスト層Ｓに現像液を作用させることにより、レジスト
層Ｓ中の露光部分が溶解されて除去され、非露光部分Ｓ
₀が基板上に残る。レジスト層の厚さ分の増加により、
主表面（レジスト層の全体的な基礎をなす表面）の局部
的な曲率半径は R+t となる。したがって、ポジレジス
トを用いる場合は３次元自由曲面加工機の加工データ
は、光学素子の最終表面の形状設定データに対して、レ
ジスト層形成による曲率半径の増大を予め考慮しておく
必要がある。

【００２８】図７は、図５のレジストがネガレジストで
ある場合に現像処理をした基板の断面図である。レジス
ト層Ｓに現像液を作用させることにより、レジスト層Ｓ
中の非露光部分が溶解されて除去され、露光部分Ｓ₁が
凸状に基板上に残る。光学面である主表面の局部的な曲
率半径はRのままである。したがって、ネガレジストを
用いる場合は３次元自由曲面加工機の加工データは、形
状設定データに対してレジスト層形成による変化を考慮
する必要がない。

【００２９】図８は、図６に示したレジスト層付き基板
にエッチングを行なったものの断面図である。図８はレ
ジストがエッチングにより除去される高さと基板材料が
エッチングにより除去される高さの比が１である場合で
ある。エッチング条件設定を変更することでこの比を変
更しエッチングで得られる形状を変えることが可能であ
る。このエッチング比が１の場合はエッチング後に得ら
れる主表面の局部的な曲率半径はRであるが、この比が
１以外である場合は主表面の局部的な曲率半径はRとは
異なる。したがって、通常、エッチングを行う場合は、
３次元自由曲面加工機の加工データは、形状設定データ
に対してエッチング処理によるレベル変化を考慮する必
要がある。

【００３０】図９は、図７にエッチングを行なったもの
である。図７はレジストがエッチングされる量と基板材
料がエッチングされる量の比が１である場合である。エ
ッチング条件設定を変更することでこの比を変更しエッ
チングで得られる形状を変えることが可能である。比が
１の場合はエッチング後に得られる主表面の局部的な曲
率半径はR-tである。この比が１以外である場合は、主
表面の局部的な曲率半径はR-tとは異なるが、曲率半径
がRに維持されることはない。したがって、エッチング
を行う場合は、３次元自由曲面加工機の加工データは、
形状設定データに対してエッチング処理によるレベル変
化を考慮する必要がある。

【００３１】図１０は、３次元自由曲面加工機で作製さ
れた基板表面Ｃの主表面に公差eが発生する場合であ
る。公差eは３次元自由曲面加工機の加工データに対す
る主表面の最大値と３次元自由曲面加工機の加工データ
に対する主表面の最小値との格差である。図１０は主表
面のうねりの中央値が図１０中一点鎖線Ｌで示す３次元
自由曲面加工機の加工データに一致する場合である。図
は、この自由曲面にネガ又はポジレジストが厚さtで一
様に塗布された状態を示している。

【００３２】次に、本発明に係る３次元光学素子の製造
方法の例を３次元光学素子用レーザー描画装置の機能と
共に説明する。図１１は、レーザー描画装置の構成を示
す。このレーザー描画装置２０は、基板Ｐを保持するス
テージ２１と、該ステージの位置及び姿勢を制御するス
テージ制御機構２２と、該ステージ上の物体の位置及び
姿勢を計測するステージ計測機構２３と、露光用のレー
ザー装置２４と、レーザー照射面を観察するCCDカメラ
及びディスプレイ装置２５と、レーザー装置２４による
レーザー照射部の照射量を制御する露光制御部２６とを
備えている。レーザー装置２４は、レーザーの照射量を
調節するレーザー調節機構と、レーザー光の集光位置を
制御する集光位置制御機構を備えている。

【００３３】集光位置制御機構は、ステージ制御機構２
２によるステージ２１の位置及び姿勢の制御の下に、レ
ーザーを照射面上で走査しつつ反射光を検知することに
よりレーザーヘッドとレーザー照射面との距離を修正す
るための照射距離修正信号を発する照射距離検出機構
と、レーザー走査中にレーザーヘッドとレーザー照射面
との距離を一定に保つように前記照射距離検出機構から
の照射距離修正信号に応じてレーザーヘッドの位置をＺ
軸方向（レーザーの光軸方向）に調節する照射距離調節
機構とを備えている。

【００３４】露光制御部２６は、光学素子の曲面形状を
設定するための形状設定データを格納し、レーザー走査
時の前記距離修正信号に基づきレジスト層表面形状を算
出して形状測定データを算出し、前記形状設定データと
形状測定データとの差から形状差データを算出する演算
部と、該形状差データにおける差の大きさに応じた形状
差信号を発する発信部とを備えている。前述のレーザー
調節機構は、この形状差信号に応じてレーザーの照射量
を調節する。

【００３５】ステージ制御機構２２は、基板の位置及び
姿勢を変化させ、レーザーの集光位置及び方向をレジス
ト層に対して適切とし得るように、レーザー装置のレー
ザー照射軸線回りの回転以外に少なくとも５自由度の位
置制御が可能とされるのが望ましい。

【００３６】照射距離検出機構としては、非点収差法に
基づく機構や三角測量式フォーカス検出機構等の光学的
手段によるものや、エアゲージ法等の機械的な測距手段
を用いたもの等、種々の距離測定機構を用いることがで
きる。光学的手段による場合、照射距離検出用レーザー
は、使用するレジストが露光しない程度の波長の光を用
いるのが望ましい。計測機構としては、公知の追尾によ
るレーザー干渉計測法を用いることができる。ステージ
計測機構としては、コーナーキューブ等の逆反射体のア
レイを用いた干渉縞計測手段を用いることができる。こ
れは、逆反射体による反射光と参照光とにより発生する
干渉縞を利用して３次元の位置及び姿勢をミクロンオー
ダーで計測することを可能にするものであり、そのため
の装置が提案されている（特願平11-323543号）。この
装置については、後述する。

【００３７】照射距離調節機構としては、公知のピエゾ
アクチュエータ等、制御信号に基づいて所定移動量を出
力し得る種々の移動機構を用いることができる。ピエゾ
アクチュエータを用いたものでは、ピエゾ効果を利用し
て、照射距離検出機構から発せられる測定電圧に応じて
レーザーヘッドをレーザー光軸方向に移動させて集光位
置を調節する。

【００３８】次に、レーザー装置によるレジスト層の露
光方法について説明する。図１２はレジスト層の露光状
態を概略的に示している。レジスト層は、適正な位置及
び方向から適正な露光量でレーザを照射される必要があ
る。このためには、レジスト層が露光されるべき位置及
び姿勢（以下、露光点と呼ぶ）と、露光用レーザー光の
照射方向及び集光点（以下、照射点と呼ぶ）とを一致さ
せること、及び露光点での露光量を求め、これに基づき
露光量を制御することが必要である。また、照射点と露
光点を一致させるためには、露光点と照射点を知る必要
がある。すなわち、図１２に示すように、露光用レーザ
ー装置２４が集光光学系２４ａによりレーザーを集光さ
せる位置Ｆ及び照射方向と、基板上のレジスト層Ｃが露
光されるべき点Ｅの位置及び方向とが一致するように、
ステージ制御機構及びステージ計測機構２３によりステ
ージ２１を移動させる。

【００３９】先ず、照射点を求めるための方法を説明す
る。図１３に照射点を求める手順を示す。レーザー描画
装置２０の基準座標軸（基準座標系Q0）を任意に設定す
る。露光用レーザーに固定したレーザー光の光軸を含む
座標軸（露光用レーザー座標系Qe）を設定する。ステー
ジ制御機構に固定した座標軸（ステージの入力移動量の
基準となり、ステージ制御座標系Qcと称する）及びステ
ージに固定した座標軸（ステージ座標系Qs）を設定す
る。基準座標系Q0から露光用レーザー座標系Qeは、公知
の３次元位置測定法で測定可能である。露光用レーザー
の仕様及びレーザーの集光用の対物レンズ等の仕様から
露光用レーザー座標系Qeでの集光位置（又は焦点）が求
まる。よって、既知となる基準座標系Q0、露光用レーザ
ー座標系Qeから集光点、すなわち照射点Fが求まる。

【００４０】次に、露光点を求めるための方法について
説明する。図１４に示すように、露光点Eは、設計段階
で基板Pに固定した座標軸（基板座標系Qp）から与えら
れる光学素子の位置（以下、設計露光点E0という）と、
これに加えて、基板作製時の設計形状G0との形状誤差及
び塗布したレジストの厚みによる形状変化を加えた実形
状Gaにおける実際の露光点（以下、実露光点Eaという）
とがある。図１４は設計露光点E0と実露光点Eaとの関係
を示している。

【００４１】本方法では、ステージ座標系Qsと基板座標
系Qpの相対位置関係、基準座標系Q0からステージ制御座
標系Qcとの相対位置関係及びステージ制御座標系Qcとス
テージ座標系Qsとの相対位置関係を用いて、基準座標系
Q0における設計露光点E0の座標を求め、設計露光点E0に
基づいて実露光点Eaの座標を求める。

【００４２】ここで、設計露光点E0の決定方法について
説明する。図１５に設計露光点を求める手順を示す。先
ず、基準座標系Q0からステージ制御座標系Qcの相対位置
関係を、照射点Fの決定で用いた、公知の計測方法で決
定する。ステージ制御座標系Qcとステージ座標系Qsとの
相対位置関係を、公知のレーザー干渉計等により測定
し、決定する。

【００４３】次に、ステージ座標系Qsと基板座標系Qpの
相対位置関係の決定を行う。基板Pをステージ２１に固
定する時に、基板のフランジに刻印されたマークＭとス
テージ上の所定のマークとを合わせた後、基板固定を行
う。CCDカメラにより基板面をディスプレイ上に映し出
す、ディスプレイ上には、露光用レーザー光の照射点に
対応するマークが施されており、このマークに基板のマ
ークの中心点が一致するようにディスプレイ上での目視
もしくは画像処理を行ないながら、ステージ制御機構に
よりステージを移動させる。

【００４４】基板フランジ上のマークとディスプレイ上
のマークとを一致させた後、ステージを露光用レーザー
光の光軸方向に移動させて、マークを照射点近傍に移動
させる。そして、照射距離検出機構と照射距離調節機構
を用いてマークを照射点に一致させる。この時、照射距
離調節機構によるレーザーヘッドの移動量及び既知とな
る基準座標系Q0と露光用レーザー座標系Qeの位置関係、
基準座標系Q0とステージ座標系Qsの位置関係、ステージ
座標系Qsと基板座標系Qpとの位置関係に基づいて、基準
座標系におけるマークの座標が求まる。同一平面内にあ
るフランジの3つのマークとその平面内にない１つのマ
ークのそれぞれの測定位置から各マーク間の相対位置関
係として、６つの値が求まる。これらの値に対応する６
つのマークの設計位置から設計での相対位置関係として
６つの値が求まる。ステージ座標系Qsと基板座標系Qpと
の位置、姿勢関係を導く６つの連立方程式が成立し、こ
れを解くことにより、ステージ座標系Qsと基板座標系Qp
の相対位置関係が決定される。

【００４５】以上の相対関係から基準座標系Q0と基板座
標系Qpとの相対関係が決定されることにより、基準座標
系Q0における設計露光点の座標が求まる。図１５は、に
設計露光点と実露光点及び各座標系の関係を示してい
る。

【００４６】次に、実露光点を求める方法について説明
する。基板上のレジスト層の表面をトレースすることに
より、光学素子曲面の形状設定データとレジスト層の実
形状データ（形状測定データ）との形状差データを得
る。例えば、レジスト層表面の曲面において基板のフラ
ンジ上の１つの位置合わせ用マークからフランジ以外の
マークを通り、フランジ上の別のマークまでの経路上の
レジスト面が常にレーザー装置の照射点に一致するよう
に、基板を移動させる。形状設定データにおける前記経
路に相当する点（設計経路）を照射点近傍に移動させ、
照射距離検出機構及び照射距離調節機構を用いて設計経
路に形状誤差が加わった経路（実経路）と照射点とを一
致させる。マークの位置、姿勢を求めたのと同様の方法
により、実経路上の位置、姿勢が求まる。この実経路の
位置、姿勢と曲面の形状設定データから求めることがで
きる前記経路上の形状データから形状差データが求ま
る。そして、設計露光点と形状差データを用いて実露光
点を求める。

【００４７】レーザー照射量すなわち露光量は形状設定
データ、光学素子設計データ、形状差データ、レジスト
種類、エッチング加工の有無に基づいて、現像処理後、
又はエッチング後に形状設定データに近い自由曲面形状
又は回折格子が得られるように決定される。

【００４８】図１６は、図１０の基板に露光・現像処理
を経て格子高さhの回折格子形状と３次元自由曲面加工
機の加工誤差によるうねりが補正された光学面である図
１６中の二点鎖線で示す曲面が得られている。これは、
形状設定データによるレーザー照射量(=露光量)を形状
誤差計測情報（形状差データ）により補正することで得
られたレーザー照射量で露光することで得られる。３次
元自由曲面加工機で作製された自由曲面の公差がe、回
折格子の格子高さがhである場合は塗布されるレジスト
厚さtは、e+h以上である必要がある。

【００４９】次に、レジスト層の現像後に３次元光学素
子を作成する方法について説明する。レジスト層の現像
処理で得られた形状を雄型として、電鋳等の行程を経て
雌型を作製しその雌型を成形金型として樹脂やガラス等
を成形することにより、３次元光学素子が得られる。或
いは、現像処理で得られたレジスト層に対してエッチン
グ処理を行うことで目的の形状を得ることも可能であ
る。この場合も、得られた形状を雄型として、電鋳等の
行程を経て雌型を作製しその雌型を成形金型として樹脂
やガラス等で成形することにより光学素子を得ることが
できる。

【００５０】また、レジスト層の現像処理後又はエッチ
ング処理後の形状は形状精度と表面あらさが良好である
ため、これを自由曲面基板として用い、既に述べたと同
様のレーザー露光及び現像により、或いはその後の電鋳
やエッチングにより３次元光学素子を得てもよい。

【００５１】以上の実施形態では、主に回折光学素子の
製造について説明したが、自由曲面光学素子の製造にあ
たっては、レーザー照射の走査軌跡を、回折光学素子の
場合のように離間したものとせず、連続面状とすること
により、精密位置出し面として連続面が得られる。した
がって、形状設定データを自由曲面が得られるように設
定することにより、回折光学素子製造の場合と同様にし
て、自由曲面光学素子を得ることができる。

【００５２】以下に、ステージ計測機構として使用し得
る逆反射体を使用した位置計測装置（特願平11-323543
号）について説明する。この位置計測装置は、次の構成
を有する。 (i)被測定物に対して異なる方向からコヒーレントな平
行光の照射を行なう少なくとも２個の光源部２０１と、
各光源部からの光線の光路中に置かれた被測定物に対し
固定した位置に設定された複数の逆反射体２０３と、該
逆反射体により反射された光線と干渉する参照光を生成
する参照光生成部２０４と、前記逆反射体により反射さ
れた光線と前記参照光とが干渉するように受光する干渉
計測部２０５とを備えており、前記各光源部２０１から
の光線の幅及び前記逆反射体２０３の配置は、被測定物
の測定すべき移動範囲において、前記複数の逆反射体中
２０３の少なくともいずれか２個の逆反射体での反射光
が前記参照光と干渉するように決められていることを特
徴とする位置計測装置(I)（図１７）。 (ii)少なくとも２個の前記光源部２０１と、複数の前記
逆反射体２０３と、前記参照光生成部２０４と、前記干
渉計測部２０５を備えており、前記各光源部２０１から
の光線の幅及び前記逆反射体２０３の配置は、被測定物
の測定すべき移動範囲において、前記複数の逆反射体２
０３の全てが前記光源部２０１からの光線の光束幅内に
入り且つ常に少なくともいずれか２個の逆反射体２０３
での反射光が前記参照光と干渉するように決められてい
ることを特徴とする位置計測装置(II)（図１８）。

【００５３】位置計測装置(I)によれば、被測定物の移
動の全範囲について、常に少なくとも２個の逆反射体か
らの反射光を干渉計側部に導くことができる。この１つ
の光学系により１軸方向の平行移動及びその軸に垂直軸
回りの回転の計測を行なうことができる。これに基づ
き、異なる光軸により被測定物を照射する同様の光学系
を配置することにより、２次元及び３次元の移動の計測
を行なうことができる。

【００５４】位置計測装置(II)によれば、前記各光源部
からの光線の幅及び前記逆反射体の配置は、被測定物の
測定すべき移動範囲において、前記複数の逆反射体の全
てが前記光源部からの光線の光束幅内に入り且つ常に少
なくともいずれか２個の逆反射体での反射光が前記参照
光と干渉するように決めることができる。これにより、
逆反射体が光束内に位置する限り被測定物がどのように
移動しても、逆反射体による逆反射光を生じさせて干渉
像を得ることができ、被測定物の移動量を知ることがで
きる。

【００５５】位置計測装置(I)の具体的形態を、図１７
に概略的に示す。図示の装置は、異なる方向から同じ機
構により位置計測を行なう複数の計測用光学系を備えて
いる。図にはその１つの計測用光学系１００の構成を示
している。この光学系１００は、コヒーレントな平行光
の照射を行なう光源部２０１と、該光源部からの照射光
路中に置かれたハーフミラー（ビームスプリッタ）２０
２と、該ハーフミラーによる反射光路上に配置された被
測定物に対し、既知の位置において固定された複数のコ
ーナーキューブ（逆反射体）２０３と、ハーフミラー２
０２の透過光路上に配置され該光路上の入射光に沿って
光を反射する参照光用コーナーキューブ２０４と、コー
ナーキューブ２０３及び４により反射された光をハーフ
ミラー２０２を経て受光する干渉計測部２０５とを備え
ている。

【００５６】光源部２０１の照射光束幅及び複数のコー
ナーキューブの配置は、被測定物の測定すべき移動範囲
において、複数のコーナーキューブ中の少なくともいず
れか２個がハーフミラー２０２を経た照射光を該ハーフ
ミラーに向けて反射するように決められており、この例
では、照射光束は、直径が１５の円形断面であり、その
光束の中に２〜３個（受光角度により変化する）のコー
ナーキューブが位置するような配置となっている。この
ため、コーナーキューブは、例えば、入出力面の１辺が
約３〜５ｍｍ程度の大きさとされる。尤も、この寸法
は、被測定物の大きさ、光束の幅等により適宜決められ
る。コーナーキューブに代えて、キャッツアイ等他の種
々の逆反射体を用いることができる。

【００５７】光源部２０１は、発光体としてヘリウムネ
オンレーザ１０を用い、その前方に集光レンズ１１を配
置して平行光を照射する構造となっている。ハーフミラ
ー２０２は、光源部２０１からの入射光に対して４５度
傾斜して配置され、部分的に反射された光の光路上に被
測定物及びコーナーキューブ２０３が配置されている。
参照光用のコーナーキューブ２０４は、ハーフミラー２
０２の透過光路上に配置されている。

【００５８】図１７の例において、コーナーキューブ２
０３での反射光は、入射光方向に沿って進行し一部がハ
ーフミラー２０２を透過して干渉計測部２０５に至る。
また、コーナーキューブ２０４での反射光は、入射光方
向に沿って進行し一部がハーフミラー２０２により反射
されて干渉計測部２０５に至る。こうして干渉計測部２
０５に至った２つの光は、相互に干渉して干渉縞を形成
する。このように、ハーフミラー２０２及び参照光用コ
ーナーキューブ２０４は、光源部２０１からの光線を干
渉計測部２０５に導く参照光生成部を形成している。干
渉計測部２０５は、集光レンズ２５０により結像された
像を感知するＣＣＤ撮像装置等のイメージセンサ２５１
と、イメージセンサ２５１の出力に基づき干渉縞画像処
理をする画像処理装置２５２とを備えている。

【００５９】このような計測用光学系１００は、他の方
向から被測定物に光照射をするように複数設けられる。
この例では、同じ水平面内にもう１つの計測用光学系１
０１が配置されており（図中に矩形枠により概略的に示
す）、垂直方向から被測定物に光照射を行なうための同
様の計測用光学系が配置されている（図示せず）。

【００６０】この位置計測装置は、次のように機能す
る。被測定物及び計測装置を前述のように配置する。以
下の説明は光学系１００について行なうが、配置された
他の光学系においても同様の機能が奏される。前述の通
り、光源部２０１から発せられた光は、ハーフミラー２
０２で分岐され、コーナーキューブ２０３及び４で逆反
射された光が再びハーフミラー２０２を経て干渉計測部
２０５に達し、干渉像を形成する。

【００６１】この状態から、被測定物Ｔが移動すると、
参照光用コーナーキューブ２０４を経る光の光路長に対
し、コーナーキューブ２０３を経る光の光路長が変化
し、干渉像もこれに伴って変化する。具体的には、干渉
縞が縞幅方向に移動する。したがって、画像上の所定点
を移動していく干渉縞の数を数えることにより、コーナ
ーキューブ２０３への入射光軸方向の移動距離を知るこ
とができ、例えば１０分の１μm程度の精度で計測する
ことができる。そして、前記所定点が干渉縞の間に位置
するときは、縞間での位置を求めることにより、さらに
測定精度を高めることができる。

【００６２】被測定物の回転角を計測するには、２個以
上のコーナーキューブ２０３からの反射光の干渉像につ
いて測定を行ない、その差に基づいて回転角を算出す
る。この場合、コーナーキューブ相互の離反距離が大き
いほど、回転角の測定精度が良い。なお、被測定物の回
転に伴って、入射光に対するコーナーキューブの角度も
変化するが、コーナーキューブにより反射される光の光
路長は、常にコーナーキューブの頂点を通る光の光路長
に等しく、頂点を中心とするコーナーキューブの回転に
よって変化することがないので、精度良く回転量を測定
することができる。

【００６３】被測定物の平行移動量又は回転量が大きく
なると、当初のコーナーキューブ２０３が照射光束から
外れることがある。しかしながら、本実施形態に係る計
測装置においては、被測定物の測定すべき移動範囲にお
いて、コーナーキューブ２０３中の少なくともいずれか
２個がハーフミラー２０２を経た照射光を該ビームスプ
リッタに向けて反射するように決められている。すなわ
ち、１個のコーナーキューブ２０３が光束から外れて
も、他のコーナーキューブ２０３が光束内に進入し、常
に２以上のコーナーキューブが光束内で反射可能な状態
が保たれる。しかも、各コーナーキューブ２０３は被測
定物Ｔ上の既知の位置に固定されているので、光束から
外れたものを含む２個以上のコーナーキューブについて
の計測を、新たに光束内に進入したものをも含めた２以
上のコーナーキューブについての計測に引き継いで、計
測を継続することができる。

【００６４】したがって、被測定物Ｔの最大移動範囲に
至ったときにも、照射光束内で反射可能な位置をとるよ
うにコーナーキューブ２０３を配置しておくことによ
り、被測定物Ｔの移動の全範囲について計測を行なうこ
とができる。

【００６５】このようにして、１個の計測用光学系によ
り１つの軸方向についての平行移動量及びその軸に垂直
な軸回りの回転量の計測が可能となる。したがって、軸
線を異にする２個の光学系を被測定物に対して配置する
ことにより、２軸方向の平行移動量及びこれらの軸に垂
直な軸回りの回転量を計測することができ、例えば、水
平面内での移動を行なう被測定物の計測を行なうことが
できる。そして、軸線を異にする３個の光学系を被測定
物に対して配置すれば、３軸方向の平行移動量及びこれ
らの軸に垂直な軸回りの回転量を計測することができ、
３次元の全ての移動量の計測が可能となる。なお、軸線
を異にする場合として、直交軸を選択することも可能で
あるが、必ずしも軸が直交している必要はなく、各軸線
の光学系で移動量が計測できればよい。

【００６６】図１８は、位置計測装置(II)の具体的形態
を示している。この例では、径の大きい光束Ｌ１、Ｌ２
を使用すると共に、被測定物Ｔ上の複数のコーナーキュ
ーブ２０３’の全てが照射光束幅内に入り且つ常に少な
くともいずれか２個のコーナーキューブ２０３’がハー
フミラーを経た照射光を該ハーフミラーに向く反射光Ｌ
Ｌ１、ＬＬ２として反射するように配置されている。水
平面内の移動のみを計測する場合は、図１８のように平
面視円形に配置したコーナーキューブ２０３’を使用す
ればよい。３次元での移動を計測する場合は、コーナー
キューブ２０３’も３次元的に配置され、例えば、入出
力面が球面又は半球面に沿うように配置された複数のコ
ーナーキューブを使用することができる。

【００６７】図１８のような光束及びコーナーキューブ
の配置によれば、コーナーキューブが光束内に位置する
限り被測定物Ｔがどのように移動しても、コーナーキュ
ーブによる逆反射光を生じさせて干渉像を得ることがで
きるので、被測定物の移動量を知ることができる。

【００６８】

【発明の効果】以上から明らかなように、本発明によれ
ば、以下の効果を奏する３次元光学素子の製造方法を提
供することができる。すなわち、３次元光学素子を製造
するに当たり、光学素子の曲面形状を設定するための形
状設定データを決定し、基板上に形成した感光性レジス
ト層の表面形状を測定することにより形状測定データを
得、これら形状設定データと形状測定データとの差から
形状差データを得、該形状差データにおける差の大きさ
に応じてレーザーの照射量を変えつつレジスト層にレー
ザー照射を行ない、レジスト層の現像処理により該レジ
スト層に精密位置出し面を得る。このように形状差デー
タにおける形状設定データと形状測定データとの差に応
じてレーザーの照射量を変えつつレジスト層にレーザー
照射を行ない、レジスト層の現像処理を行なうので、基
板の加工誤差、レジスト層の厚さ誤差等の誤差や、基板
面に対するレジスト層の厚さの変動があっても、これら
に応じたレーザー照射量及びその後の現像処理により、
これらの誤差や変動が取り除かれた状態の精密位置出し
面が得られる。したがって、その精密位置出し面を光学
素子面とすることにより、精度の良い光学素子を容易に
製造することができる。これは、上記精密位置出し面を
得た後、該精密位置出し面にエッチングにより光学素子
面を形成する場合も同様である。

【００６９】上記製造方法の実施に使用するレーザー露
光装置は、以下の効果を奏する。すなわち、該レーザー
露光装置においては、ステージ計測機構がステージの位
置及び姿勢を計測し、ステージ制御機構がステージの位
置及び姿勢を制御し、この間、レーザー装置は、集光位
置制御機構によりレーザーとレーザー照射面との距離が
一定になるようにレーザーヘッドをレーザー光軸方向に
位置調節しつつ、レーザー調節機構により露光制御部か
らの制御信号に基づいてレーザーの照射量を調節する。
したがって、３次元光学素子の製造時に、ステージ上の
基板に設けたレジスト層表面の形状が形状設定データか
ら乖離しても、その差に応じたレーザー照射量をレジス
ト層に付与することができる。これにより、基板の加工
誤差、レジスト層の厚さ誤差等の誤差や、基板面に対す
るレジスト層の厚さの変動があっても、これらに応じた
レーザー照射量により、その後の現像処理の際に、これ
らの誤差や変動が取り除かれた状態の精密位置出し面が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る３次元光学素子の製造方法の１
例を示す工程図である。

【図２】図１の製造方法における位置合わせ用のマー
クの刻印工程を示すフローチャートである。

【図３】図２の工程により刻印されたマークを有する
基板の斜視図である。

【図４】図１の製造方法におけるレジスト層の形成工
程を示すフローチャートである。

【図５】レジスト層にレーザー照射を行なった状態を
示す基板及びレジスト層の縦断面図である。

【図６】図５のレジスト層がポジレジストである場合
の現像後の状態を示す縦断面図である。

【図７】図５のレジスト層がネガレジストである場合
の現像後の状態を示す縦断面図である。

【図８】図６の状態からエッチングを施した状態を示
す縦断面図である。

【図９】図７の状態からエッチングを施した状態を示
す縦断面図である。

【図１０】基板に製造公差がある場合の基板及びレジ
スト層を示す縦断面図である。

【図１１】３次元自由描画装置、ステージ制御機構、
ステージ計測機構、レーザー調節機構、集光位置制御機
構を備えた装置、露光用レーザー装置等を用いて基板上
のレジスト層にレーザー露光をする工程を示す概略図で
ある。

【図１２】レーザー装置に対し基板及びレジスト層を
適正な位置に至らしめる工程の説明図である。

【図１３】基準座標系に対するレーザー装置の照射点
の位置を求める工程の説明図である。

【図１４】基準座標系に対するレジスト層上の露光点
の位置を求める工程の説明図である。

【図１５】基準座標系に対するレジスト層上の設計露
光点の位置を求める工程の説明図である。

【図１６】図１０の基板に露光・現像処理を経て回折
格子を形成する場合の説明図である。

【図１７】本発明の実施に使用し得るステージ計測装置
の例の概略的な平面図である。

【図１８】本発明の実施に使用し得るステージ計測装置
の他の例の要部を概略的に示す平面図である。

【符合の説明】

１０３次元自由曲面加工機２０３次元光学素子用レーザー描画装置２１ステージ２２ステージ制御機構２３ステージ計測機構２４露光用レーザー装置２４Ｃ曲面Ｅ光学素子Ｍ位置合わせ用マークＰ基板Ｓレジスト層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 500198450 朴忠植大阪府東大阪市長田内介25−３大阪府職員長田宅舎303 (71)出願人 500079975 大森滋人大阪府河内長野市木戸町143番地の１１の802号 (74)上記２名の代理人 100065215 弁理士三枝英二 (72)発明者岩田耕一大阪府河内長野市大師町18−１ (72)発明者朴忠植大阪府東大阪市長田内介25−３大阪府職員長田宅舎303 (72)発明者大森滋人大阪府河内長野市木戸町143番地の１１の802号 (72)発明者新井健生大阪府池田市石橋３−11−３−104 (72)発明者一岡芳樹兵庫県神戸市東灘区鴨子ケ原１丁目４−15 −131 (72)発明者松岡克典大阪府豊能群豊能町新光風台３丁目29番12 号Ｆターム(参考） 2H042 AA20 AA32 2H049 AA16 AA18 AA33 AA37 AA48 AA51 AA57 2H097 AA03 AA16 BA01 BB01 BB04 CA17 FA09 KA01 KA29 KA38 LA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】素子表面が曲面である３次元光学素子を
製造する方法であって、光学素子の曲面形状を設定する
ための形状設定データを決定し、素子を形成する基板上
に感光性レジスト層を形成し、該レジスト層の表面形状
を測定することにより形状測定データを得、前記形状設
定データと形状測定データとの差から形状差データを
得、該形状差データにおける差の大きさに応じてレーザ
ーの照射量を変えつつ前記レジスト層にレーザー照射を
行ない、前記レジスト層の現像処理により該レジスト層
に精密位置出し面を得、これを光学素子面とすることを
特徴とする３次元光学素子の製造方法。
【請求項２】素子表面が曲面である３次元光学素子を
製造する方法であって、光学素子の曲面形状を設定する
ための形状設定データを決定し、素子を形成する基板上
に感光性レジスト層を形成し、該レジスト層の表面形状
を測定することにより形状測定データを得、前記形状設
定データと形状測定データとの差から形状差データを
得、該形状差データにおける差の大きさに応じてレーザ
ーの照射量を変えつつ前記レジスト層にレーザー照射を
行ない、前記レジスト層の現像処理により該レジスト層
に精密位置出し面を得、該精密位置出し面にエッチング
により光学素子面を形成することを特徴とする３次元光
学素子の製造方法。
【請求項３】前記精密位置出し面を形成した後、該精
密位置出し面にさらに感光性レジスト層を形成し、該レ
ジスト層に対しレーザーによる露光及び現像処理を行な
い、該レジスト層に光学素子面を形成することを特徴と
する請求項１又は２に記載の３次元光学素子の製造方
法。
【請求項４】前記精密位置出し面を形成した後、該精
密位置出し面にさらに感光性レジスト層を形成し、レー
ザーによる露光及び現像処理により該レジスト層に第２
精密位置出し面を形成し、該第２精密位置出し面にエッ
チングにより光学素子面を形成することを特徴とする請
求項１又は２に記載の３次元光学素子の製造方法。
【請求項５】前記基板を保持するステージと、該ステ
ージの位置及び姿勢を制御するステージ制御機構と、該
ステージ上の物体の位置及び姿勢を計測するステージ計
測機構と、レーザーの照射量を調節するレーザー調節機
構と、レーザー光の集光位置を制御する集光位置制御機
構とを備えた装置を用い、レジスト層を形成した基板を
前記ステージに取付け、前記ステージ制御機構により前
記ステージを移動させながらステージ計測機構により前
記レジスト層の表面形状を測定して前記形状測定データ
を得、前記形状設定データと該形状測定データとの差か
ら前記形状差データを得、前記ステージ制御機構により
前記ステージを移動させながら、前記集光位置制御機構
により前記レジスト層上にレーザーを集光させ、前記レ
ーザー調節機構により前記形状差データにおける差の大
きさに応じてレーザーの照射量を変えつつ前記レジスト
層にレーザー照射を行なうことを特徴とする請求項１か
ら４のいずれかに記載の３次元光学素子の製造方法。
【請求項６】前記形状設定データは、得ようとする光
学素子の素子表面に沿う基板面を得るための基板の曲面
加工データに基づいて作成され、基板として該曲面加工
データに基づいて加工した基板を使用し、該基板上にほ
ぼ均一な厚さのレジスト層を形成することを特徴とする
請求項１から５のいずれかに記載の３次元光学素子の製
造方法。
【請求項７】前記基板上に形成する前記感光性レジス
ト層の厚さは、前記形状設定データ、予め試験加工時の
測定により得られた製造公差、レジスト種類、及び現像
処理後のエッチングの有無を考慮して決定されることを
特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の３次元光
学素子の製造方法。
【請求項８】前記レジスト層に対するレーザーの照射
量は、前記形状設定データ、形状測定データ、レジスト
種類、及び現像処理後のエッチングの有無を考慮して決
定されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに
記載の３次元光学素子の製造方法。
【請求項９】前記基板の曲面加工データは、前記形状
設定データ、予め試験加工時の測定により得られた製造
公差、レジスト種類、及び現像処理後のエッチングの有
無を考慮して決定されることを特徴とする請求項１から
８のいずれかに記載の３次元光学素子の製造方法。
【請求項１０】前記基板上に位置測定用のマークを４
個以上設け、該マークの内、少なくとも１個は他のマー
クを含む平面の外に設け、これらのマークの位置を測定
して、全体の基準となる基準座標系における基板位置デ
ータをマーク位置の測定値から算出し、該基板位置デー
タに基づいて、基板の前記形状設定データ及び形状測定
データを得ると共に前記レーザ調節機構における集光位
置の制御を行なうことを特徴とする請求項１から９のい
ずれかに記載の３次元光学素子の製造方法。
【請求項１１】前記ステージ制御機構として、３次元
座標軸に関する６自由度以上の動作が可能な機構を使用
することを特徴とする請求項５に記載の３次元光学素子
の製造方法。
【請求項１２】前記精密位置出し面が、回折面である
ことを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の
３次元光学素子の製造方法。
【請求項１３】前記精密位置出し面が、自由曲面であ
ることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載
の３次元光学素子の製造方法。
【請求項１４】前記精密位置出し面を雄型として雌型
を起こすことにより成形型を得、該成形型により精密位
置出し面からなる光学素子面を形成することを特徴とす
る請求項１から１３のいずれかに記載の３次元光学素子
の製造方法。
【請求項１５】光学素子作成用の基板を保持するステ
ージと、該ステージの位置及び姿勢を制御するステージ
制御機構と、該ステージ上の物体の位置及び姿勢を計測
するステージ計測機構と、露光用のレーザー装置と、該
レーザー装置によるレーザー照射部の照射量を制御する
露光制御部とを備え、前記レーザー装置は、前記露光制
御部からの制御信号に基づいてレーザーの照射量を調節
するレーザー調節機構と、レーザーとレーザー照射面と
の距離が一定になるようにレーザーヘッドをレーザー光
軸方向に位置調節する集光位置制御機構とを備えている
ことを特徴とするレーザー露光装置。
【請求項１６】前記ステージ制御機構は、前記レーザ
ー装置のレーザー照射軸線回りの回転以外に少なくとも
５自由度の位置制御が可能とされていることを特徴とす
る請求項１５に記載のレーザー露光装置。
【請求項１７】前記集光位置制御機構は、前記ステー
ジ制御機構によるステージの位置及び姿勢の制御の下
に、レーザーを照射面上で走査しつつ反射光を検知する
ことによりレーザーヘッドとレーザー照射面との距離を
修正するための照射距離修正信号を発する照射距離検出
機構と、レーザー走査中にレーザーヘッドとレーザー照
射面との距離を一定に保つように前記照射距離検出機構
からの照射距離修正信号に応じてレーザーヘッドの位置
を調節する照射距離調節機構とを備えており、前記露光制御部は、光学素子の曲面形状を設定するため
の形状設定データを格納し、レーザー走査時の前記距離
修正信号に基づきレジスト層表面形状を算出して形状測
定データを算出し、前記形状設定データと形状測定デー
タとの差から形状差データを算出する演算部と、該形状
差データにおける差の大きさに応じた形状差信号を発す
る発信部とを備えており、前記レーザー調節機構は、前記形状差信号に応じてレー
ザーの照射量を調節することを特徴とする請求項１５に
記載のレーザー露光装置。