JP2002287370A - 光学素子の製造方法 - Google Patents
光学素子の製造方法Info
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Abstract
ズ厚みを持つ広波長帯域用レンズ等の光学素子を高精度
で、且つ、低コストで提供する。 【解決手段】 光学素子10の製造方法は、光学素子部
材1を用意する工程と、前記光学素子部材の少なくとも
一方の表面上にレジスト膜2を形成する工程と、光源か
ら紫外光の波長以下の波長を有する光22を、光学的に
機能する光学面に対応する形状を備えた光吸収体11を
介して前記レジスト膜に照射して、3次元形状のレジス
トパターンを形成する工程と、前記レジストパターンを
マスクとして前記光学素子部材をエッチングする工程と
を含む。
Description
レンズ、プリズム、フレネルレンズ、反射型レンズ等に
関する。
ズ、プリズム等の光学素子は、Ge、ガラス、石英、蛍
石(CaF2)等を機械加工して作製されている。この
ような機械加工は困難であり、コストも高く、また、加
工の際に加わる応力のために破損する場合もあった。
トリソグラフィ法を用いてレジストパターンを形成し、
このレジストパターンをマスクとしてエッチングするこ
とで微細加工を行う技術が発達している。そこで、この
フォトリソグラフィ法を光学素子の製造に用いることが
試みられている。例えば、複数回のレジストパターン形
成と、エッチングとを繰り返してレンズ形状を形成する
バイナリエッチング法が用いられている(塩野照弘、
『高効率回折光学素子の作製技術』、応用物理、(19
99)、第68巻、第633頁〜第638頁)。このバ
イナリエッチング法は、特定の波長の光に対してのみ機
能する位相型のゾーンプレート作製に用いられている。
また、この先行技術文献には、電子ビームの照射量を制
御してマイクロレンズを作成する電子ビーム描画法が記
載されている。
させるため、反射防止膜をスパッタ法などでレンズ表面
に形成している。この反射防止膜を設けない場合、例え
ば、入力光に対して約50%程度の出力光しか得られな
い場合がある。また、このような反射防止膜を形成する
のではなく、表面に微細構造を形成し、反射防止効果を
持たせる反射防止膜の形成方法が知られている(特開平
2000−258607号公報)。この先行技術文献で
は、物体表面に薄膜形成の過程における核成長による核
を島構造で形成し、この島構造をエッチングマスクとし
て表面をエッチングし、微細な凹凸を形成して反射防止
効果を有する微細構造を形成している。
ソグラフィ法では、焦点深度が浅く、寸法解像度が低い
ことから、レジストパターン形成とエッチングを1回行
うだけではレンズ厚さ100μm以上の構造のレンズ形
状を形成することは困難である。また、複数回のレジス
トパターン形成とエッチングとを繰り返す上記バイナリ
エッチングで厚さ数μm程度の位相型ゾーンプレート
(薄いフレネルレンズ)の作製は可能であるが、少なく
とも数十μmから数百μm程度のレンズ厚さを必要とす
る広波長帯域用レンズを作製するには、フォトリソグラ
フィでは焦点深度が浅く、寸法解像性が低く、また、露
光によるレジストパターン形成とエッチングとを2n回
繰り返すため、形状誤差が積み重なってレンズ性能の低
下を招き、コストもかかるため、上記広波長帯域用レン
ズの作製は困難である。さらに、電子ビームによる描画
の場合には時間がかかる。
反射防止膜として、適切な屈折率を有する材料が乏し
く、この反射防止膜内での吸収率は比較的大きい。さら
に、反射防止膜の材質によっては洗浄できない場合があ
る。
波長帯域にわたって利用可能なレンズ厚みを持つ広波長
帯域用レンズ等の光学素子を高精度で、且つ、低コスト
で提供することである。
に反射防止効果を有し、吸収率の小さい反射防止膜を簡
易に形成した光学素子を提供することである。
製造方法は、光学素子部材を用意する工程と、前記光学
素子部材の少なくとも一方の表面上にレジスト膜を形成
する工程と、光源から紫外光の波長以下の波長を有する
光を、光学的に機能する光学面に対応する形状を備えた
光吸収体を介して前記レジスト膜に照射して、3次元形
状のレジストパターンを形成する工程と、前記レジスト
パターンをマスクとして前記光学素子部材をエッチング
する工程とを含むことを特徴とする。
は、前記光学素子の製造方法であって、前記レジストパ
ターンを形成する工程において、前記光吸収体として、
前記光源からの光が透過する方向の膜厚分布を変化させ
た光吸収体を用いることを特徴とする。
は、前記光学素子の製造方法であって、前記レジストパ
ターンを形成する工程において、前記光吸収体として、
前記光源からの光が透過する方向の密度分布を変化させ
た光吸収体を用いることを特徴とする。
方法は、前記光学素子の製造方法であって、前記光学素
子が対象とする光の波長は、0.1μm以上、且つ、3
0μm以下の範囲内であることを特徴とする。
は、前記光学素子の製造方法であって、前記レジストパ
ターンを形成する工程において、前記光吸収体として、
前記光学素子が対象とする光の波長より大きい巨視パタ
ーンを有する光吸収体を用いて、前記巨視パターンに対
応する巨視形状を有する前記レジストパターンを形成す
ると共に、前記エッチングの工程において、前記光学素
子部材の表面に、前記光学素子が対象とする光の波長よ
り大きい巨視構造を形成することを特徴とする。
は、前記光学素子の製造方法であって、前記レジストパ
ターンを形成する工程において、前記光吸収体として、
前記光学素子が対象とする光の波長以下の微細パターン
を形成した光吸収体を用いて、前記微細パターンに対応
する微細形状を有するレジストパターンを形成すると共
に、前記エッチングの工程において、前記光学素子部材
の表面に、前記光学素子が対象とする光について反射防
止効果を有し、前記対象とする光の波長以下の微細構造
を形成することを特徴とする。
方法は、前記光学素子の製造方法であって、前記レジス
トパターンを形成する工程において、前記光吸収体とし
て、前記光学素子が対象とする光の波長より大きい巨視
パターン内に、前記対象とする光の波長以下の微細パタ
ーンを重畳させた重畳パターンを有する光吸収体を用
い、前記重畳パターンに対応した重畳形状を有する前記
レジストパターンを形成すると共に、前記エッチングの
工程において、前記重畳形状に対応して、前記光学素子
部材の表面に、前記光学素子が対象とする光の波長より
大きい巨視構造内に前記対象とする光の波長以下の微細
構造を重畳させた重畳構造を形成することを特徴とす
る。
は、前記光学素子の製造方法であって、前記微細パター
ンは、前記対象とする光の波長以下の周期を有すること
を特徴とする。
において、用いる前記光の波長は、0.1nm以上、且
つ、5nm以下の範囲であることを特徴とする。
方法は、前記光学素子の製造方法であって、前記少なく
とも一方の光学面は、光学素子の光入射面又は光出射面
であることを特徴とする。
は、前記光学素子の製造方法であって、前記光学素子
は、レンズ、プリズム、フレネルレンズ、反射型レンズ
のうちの少なくとも一つであることを特徴とする。
子の製造方法について、図1から図13を用いて以下に
説明する。なお、以下の実施の形態では光学素子とし
て、レンズ及びフレネルレンズについて説明している
が、これに限られず、プリズム、凹レンズ、反射型レン
ズ等の光学素子にも適用できる。
る光学素子の製造方法は、次の各工程を含んでいる。 (1)光学素子部材を用意する。 (2)光学素子部材の少なくとも一方の表面上にレジス
ト膜を形成する。 (3)光源から紫外光の波長以下の波長の光を、光学的
に機能する光学面に対応する形状を備えた光吸収体を介
して上記レジスト膜に照射して3次元形状のレジストパ
ターンを形成する。 (4)上記レジストパターンをマスクとして光学素子部
材をエッチングする。 この光学素子の製造方法によって、最大厚さが100μ
m程度の光学素子についても1回のレジストパターン形
成と、1回のエッチングとで形成することができる。
概略的には図1に示すように、以下の手順からなる。 (a)まず、レンズ材料1として、シリコン板を用意す
る(図1(a))。ここで、レンズ材料としては、上記
シリコン以外に、例えば、ゲルマニウム(Ge)、石英
(SiO2)、蛍石(CaF2)、ガラス等の通常のレ
ンズ材料を用いることができる。 (b)次に、シリコン板1上にポリメチルメタアクリレ
ート(PMMA)からなるレジスト膜2を塗布する(図
1(b))。このレジスト膜2としては、PMMAの
他、例えば、SU8を用いてもよい。また、レジスト膜
は、ポジレジスト、ネガレジストのいずれであってもよ
い。 (c)次いで、図2に示すX線露光システムを用いて、
光源から紫外光の波長以下の波長の光を、光学的に機能
する光学面に対応する形状を備えた光吸収体を介してレ
ンズ材料1の上のレジスト膜に照射して、3次元形状の
レジストパターンを形成する(図1(c))。この方法
は、いわゆるX線リソグラフィ法と呼ばれる。この詳細
な内容については後述する。ここで、光学的に機能する
光学面とは、例えば、レンズ、凹レンズ、プリズム、フ
レネルレンズ、反射型レンズ等の機能を有する面をいう
が、上記例示したものに限られない。 (d)さらに、上記レジストパターンをマスクにしてエ
ッチングを行って一方の面が凸レンズ形状であるレンズ
10を形成する(図1(d))。
光学素子部材の表面に3次元形状のレジストパターンを
形成する工程について、図2を用いて以下に詳述する。
なお、ここで、製造する光学素子はレンズである。
紫外からX線領域(波長0.1nm〜5nm)の光源を
用いて、対象物に微細パターンを形成する技術である。
特に、深い焦点深度、高い微細パターン形成能力、高ス
ループット、物質に対する高い透過率という特徴を持
つ。光源の波長は、0.1nm以上、且つ、5nm以下
の範囲内であり、好ましくは波長2nm以下である。な
お、この場合に波長とは光の中心波長を意味する。ま
た、X線光源としては、シンクロトロン放射光を用いて
もよい。
元形状のレジストパターンを形成する工程について、図
2を用いて説明する。この工程では、シンクロトロン放
射光を光学的に機能するレンズ形状に合わせて形成され
た3次元形状の光吸収体11を透過させて、レンズ材料
1上のレジスト膜2を感光させる。ここで、光吸収体1
1は、図2に示すように、メンブレン12に取り付けら
れており、さらに、このメンブレン12はシリコン製リ
ング13とサポートリング14とで保持され、X線マス
ク20を構成している。また、この光吸収体11の中心
付近は厚く、周辺部に向って薄くなるように変化させて
いるので、透過するX線の強度は、光吸収体11の中心
付近で弱く、周辺部で強くなる。上記のように光吸収体
11の膜厚は、中心を厚く、周辺に向って徐々に薄く変
化させているので、レジスト膜2内において蓄積される
エネルギーは上記光吸収体11の形状に対応して変化す
る。また、この光吸収体11の材料は、例えば、タング
ステン、タンタル、金等である。ここで、このレジスト
膜2はポジレジストであるので、一定のしきい値以上の
エネルギーを吸収したレジスト膜2の部分は現像後に除
去される。そのため、現像後には、光吸収体11の形状
に対応した3次元形状のレジストパターンが形成され
る。なお、ネガレジストを用いる場合には、光吸収体1
1として、中心を薄くし、周辺に向って厚く変化させて
おくことによって凸レンズ形状のレジストパターンを形
成することができる。
ジストパターンと光吸収体11との関係について説明す
る。一般に、次のエッチング工程において、単位時間当
たりにレジスト膜2がエッチングされる厚さに対してレ
ンズ部材1がエッチングされる厚さの比は、選択比とい
われる。ここで、レンズ厚さとして500μm必要な場
合であって、選択比が4の場合を考える。最も厚いレン
ズ中心上のレジスト膜2が完全にエッチングされた際
に、レンズ周辺部分で500μmの深さまでエッチング
するには、選択比が4であるから、およそ125μmの
厚さのレジスト膜2をあらかじめ形成しておく必要があ
る。そこで、光吸収体11として、所定厚さのレジスト
膜2が現像後に残存するように、あらかじめ膜厚分布を
変化させた光吸収体11を用いるのが好ましい。また、
光吸収体11は、透過する光の方向の膜厚分布を変化さ
せておくことがさらに好ましい。さらに、光吸収体11
は、レジストパターンが所定のレンズ形状となるように
所定の曲面形状を有することが好ましい。
用い、吸収体膜厚を多段形状としたX線マスクを用い
て、このX線マスクの形状に対応した多段形状のポリメ
チルメタアクリレート(PMMA)からなるレジストパ
ターンを形成することが報告されている(S.カブリニ
他(S. Cabrini etal), 『3D Microstructures Fabricat
ed By Partially Opaque X-Ray Lithography Masks』、
Microelectronic Engineering, (2000), Vol.53, pp599
-602)。
3次元形状のレジストパターンをマスクにしてレンズ部
材をエッチングする工程について、以下に説明する。こ
のエッチング工程において、エッチング方法としては、
通常のエッチング方法を使用できる。なお、単位時間当
たりにレジスト膜がエッチングされる厚さに対してレン
ズ部材がエッチングされる厚さの比である選択比が小さ
いとレジスト膜の厚みが大きくなる。このエッチング工
程では、3次元形状のレジストパターンをマスクとし
て、エッチングを行うことによって、レジストパターン
の膜厚に対応した深さまでエッチングが行われる(図1
(d))。これにより3次元レジストパターンに対応し
た高精度のレンズ形状を有するレンズが低コストで得ら
れる。
られる光学素子の特性について説明する。この場合、こ
の光学素子は、図1の(d)に示すように、凸レンズ形
状であって、シリコンからなり、直径26mm、凸状の
下面から上面までの最大厚みが500μmである。さら
に、この光学素子が対象とする光の波長は、その下限値
は、好ましくは5μm以上、さらに好ましくは、8μm
以上である。また、その上限値は、好ましくは15μm
以下、さらに好ましくは12μm以下である。なお、シ
リコン以外のレンズ材料を用いた場合には、異なる波長
領域、例えば、0.1μm以上、且つ、30μm以下の
範囲で使用できる光学素子を得ることができる。
る光学素子の製造方法は、3次元形状のレジストパター
ンを形成する工程において、光吸収体として、光が透過
する方向の密度分布を変化させた光吸収体を用いてい
る。これによって、光吸収体の設計を容易に行うことが
できると共に、光吸収体の密度分布に対応する高精度の
3次元レジストパターンを得ることができる。
に係る光学素子の製造方法と比較すると、図3に示すよ
うに、レジストパターンを形成する工程において、光吸
収体11として、柱状の吸収体の密度分布を変化させた
光吸収体11を用いている点で相違する。具体的には、
この光吸収体11は、図3に示すように、所定の密度分
布で分布させた複数の直径約40nmの柱状体からな
る。また、この光吸収体11は、レンズ材料の中央部で
上記柱状体の数密度が高くなるようにし、周辺部に向っ
て徐々に数密度が減少するように分布させている。この
ように一つの柱状体の直径が40nmと微細なために、
レジスト膜上には柱状体の密度分布に対応した連続的な
像を形成する。即ち、柱状体の数密度が高い中央部では
透過するX線強度は弱く、柱状体の数密度が低い周辺部
では透過するX線強度は強くなる。個々の柱状体は、レ
ジスト膜上にコントラストを生じないように、直径を1
00nm以下にするのが好ましい。また、柱状体は円柱
体に限られず、四角柱、三角柱の他、断面が多角形の柱
状体であってもよい。さらに、四角錐、三角錐、円錐等
の錐体であってもよい。なお、光が透過する方向の吸収
体の密度分布を変化させる方法としては、上記のように
柱状の吸収体の数密度分布を変化させる場合に限られ
ず、例えばライン状の吸収体の粗密分布によって変化さ
せてもよい。
を所定間隔に調整することで、個々の柱状体についての
コントラストを生じないようにできる。例えば、光吸収
体11として、直径50nmの柱状吸収体を50nmの
間隔で配列させた場合、光吸収体11とレンズ材料1と
の間の間隔と透過X線強度との関係を考える。上記間隔
を約20μmとした場合には、レンズ材料1の上でのX
線強度はわずかなコントラストを生じる。ここで、コン
トラストは、最大強度Imaxと最小強度Im inにつ
いて、(Imax−Imin)/(Imax+
Imin)で表わされ、上記の場合でもコントラストは
約0.1程度である。一般に、コントラストが約0.5
以上の場合にはレジストパターンとして表れるので、上
記のコントラストが0.1の場合には、通常、レジスト
パターンとして表れない。一方、上記間隔を600μm
とすると、柱状吸収体の配列によるコントラストはほと
んど生じない。そこで、レジストパターンに柱状吸収体
の配列によるコントラストの影響を実質的に除去するた
めに、光吸収体11とレンズ材料1との間の間隔は、図
8に示すように、好ましくは20μm以上である。ま
た、好ましくは600μm以下である。
る光学素子の製造方法は、光学素子としてフレネルレン
ズを対象としている。所定形状の光吸収体を用いること
でフレネルレンズ形状のレジストパターンを形成するこ
とができ、1回のエッチングで高精度のフレネルレンズ
を形成することができる。
に係る光学素子の製造方法と比較すると、図4に示すよ
うに、最大厚みが100μmのフレネルレンズを対象と
している点で相違する。具体的には、レジストパターン
を形成する工程において、フレネルレンズ形状に対応す
る形状の光吸収体(図示せず)を用いる。これによっ
て、フレネルレンズ形状のレジストパターンを形成し
(図4(c))、このレジストパターンをマスクとして
エッチングすることでフレネルレンズを形成する(図4
(d))。
る光学素子の製造方法は、3次元形状のレジストパター
ンを形成する工程において、光吸収体として、光学素子
が対象とする光の波長以下の周期を有する微細パターン
を有する光吸収体を用いている。この光吸収体に形成し
た微細パターンによって、レジストパターンとして対応
する微細構造を形成することができる。さらに、次のエ
ッチング工程で上記微細構造を有するレジストパターン
をマスクとしてエッチングすることで、レンズ表面に反
射防止効果を有し、光学素子が対象とする光の波長以下
の微細構造を形成することができる。
に係る光学素子の製造方法と比較すると、図5に示すよ
うに、3次元形状のレジストパターンを形成する工程に
おいて、光吸収体11として、光学素子に入射する光の
波長以下の周期を有する微細パターンを有する光吸収体
11を用いている点で相違する。さらに、図5の(c)
に示すように、上記の光吸収体11の微細パターンに対
応した微細構造を有する3次元レジストパターンを形成
している点で相違する。具体的には、この光吸収体11
は、膜厚が1μmであって、凹凸の間隔を1μmとした
周期的な凹凸パターンを有している。この凹凸パターン
は、ライン&スペース(line&space)パターンとも呼
ばれる。この光吸収体11に形成する微細パターンとし
ては、ライン&スペースパターンの他、コンタクトホー
ル、市松模様等であってもよい。また、この微細パター
ンは、光学素子が対象とする光の波長以下の構造を有し
ていればよく、周期性を有しないものでもよい。なお、
微細パターンとしては、対象とする波長以下の周期パタ
ーンを形成することによって簡易に形成できる。
上記レジストパターンを形成する工程について、図5を
用いて説明する。上記微細パターンを有する光吸収体1
1を用い、X線リソグラフィ法により、上記微細パター
ンに対応した微細形状を有するレジストパターンが得ら
れる(図5(c))。このレジストパターンの厚さは、
上記実施の形態1で詳述した通り、次のエッチング工程
でのエッチングにおける選択比に対応する厚みとしてお
く。
ターンと、該微細パターンに対応して形成されるレジス
トパターンとの関係について説明する。まず、この光吸
収体11とレンズ材料1との間の間隔を変化させて、レ
ンズ材料1上において観測した透過X線強度のプロファ
イルを図8に示す。このプロファイルは、光吸収体の凹
凸パターンと対応させて示している。この図8に示すよ
うに、光吸収体11とレンズ材料1との間の間隔が20
μm〜600μmの間では像の反転等を生じておらず、
光吸収体11の下部では透過強度が弱く、光吸収体11
のない部分では透過するX線強度が強い。従って、一度
の露光でレジストパターンを形成することができる。こ
れは、X線リソグラフィ法では焦点深度が深く、微細パ
ターンの形成が可能という特長に由来する。なお、図8
でレジストのX線吸収エネルギーが0.4のところを現
像のしきい値とすると、光吸収体11とレンズ材料1と
の間の間隔に依存せずほぼ同一の寸法のレジストパター
ンが得られる。一方、現像のしきい値を0.6とする
と、上記間隔によってレジストパターンの寸法が異な
る。この場合には光吸収体11とレンズ材料1との間の
間隔によって光吸収体11の形状を調整しておく必要が
ある。
収体11を透過したX線の強度との関係について説明す
る。光吸収体11の膜厚を変化させて、レンズ材料1の
上において観測した透過X線強度のプロファイルを図9
に示す。このプロファイルは、光吸収体11の凹凸パタ
ーンと対応させて示している。図9に示すように、光吸
収体11の膜厚が0.3μmの場合には光吸収体11の
下部にもX線がわずかであるが漏れている。また、膜厚
が1.0μm以上の場合にはサブピークを含まない。最
適な光吸収体11の膜厚はレジストプロセスによって異
なる。例えば、光吸収体11とレンズ材料1との間隔を
600μm、光吸収体11のパターンサイズを1μmと
する場合には、光吸収体11の膜厚は、好ましくは0.
8μm以上、さらに好ましくは1.0μm以上である。
レンズ材料1をエッチングする工程について説明する。
上記微細形状を有するレジストパターンをマスクとして
レンズ材料1をエッチングすると、レンズ表面に、レジ
ストパターンの上記微細形状に対応した微細構造4が形
成される(図5(d))。この微細構造4は、レンズが
対象とする光の波長以下の構造を有し、レンズ10の表
面に形成された凹凸パターンからなる(図6)。また、
この微細構造によって、所定厚みの中でレンズ材料1の
部分と空気(屈折率1)とを分布させてレンズ材料の密
度を調整し、反射防止効果を有する屈折率に調整してい
る。具体的には、レンズ材料の屈折率nについて、微細
構造の所定厚みの屈折率を実質的に(n×1)0.5と
等しくなるように調整することで、反射率を低下させる
ことができる。具体的には、表面に間隔が1μmの市松
模様の微細構造を形成したシリコンからなる板状体と、
表面に微細構造を形成していない板状体とについて、観
測された入射光の透過率を図9に示す。図9に示すよう
に、赤外領域の波長12μmの光について、片側の表面
に微細構造のない板状体の透過率は55%であるのに対
し、表面に微細構造を形成した板状体の透過率は72%
である。このように表面に形成した微細構造によって十
分な反射防止効果が得られる。
る光学素子の製造方法は、光学素子としてフレネルレン
ズを対象としている。所定形状の微細パターンを有する
光吸収体を用いることでフレネルレンズ上にレンズに入
射する光の波長以下の微細形状を有するレジストパター
ンを形成する。このレジストパターンをマスクとしてエ
ッチングして、フレネルレンズの表面にレンズが対象と
する光の波長以下の微細構造を形成することができる。
に係る光学素子の製造方法と比較すると、図10に示す
ように、最大厚みが100μmのフレネルレンズ10a
を対象としている点で相違する。具体的には、レジスト
パターンを形成する工程において、対象とする光の波長
以下の微細パターンを形成した光吸収体(図示せず)を
用いる。これによって、上記光吸収体の微細パターンに
対応する微細形状を有するレジストパターンを形成し
(図10(c))、この微細形状を有するレジストパタ
ーンをマスクとしてレンズ材料をエッチングすること
で、フレネルレンズの表面に対象とする光の波長以下の
微細構造を形成できる(図10(d))。
る光学素子の製造方法は、レジストパターンを形成する
工程において、光吸収体として、光学素子が対象とする
光の波長より大きい巨視パターン内に、対象とする光の
波長以下の微細パターンを重畳させた重畳パターンを有
する光吸収体を用いている。この重畳パターンを有する
光吸収体を用いて、X線リソグラフィ法により、該重畳
パターンに対応した重畳形状を有する前記レジストパタ
ーンを形成することができる。次いで、エッチングの工
程において、上記重畳形状に対応して、光学素子の表面
に、対象とする光の波長より大きい巨視構造内に、反射
防止効果を有し、対象とする光の波長以下の微細構造を
重畳させた重畳構造を形成することができる。
に係る光学素子の製造方法及び実施の形態4に係る光学
素子の製造方法と比較すると、図11に示すように、凸
レンズ形状の巨視構造と、レンズ表面の凹凸からなる微
細構造とを重畳させて同時に形成している点で相違す
る。具体的には、レジストパターンを形成する工程にお
いて、光吸収体として、対象とする光の波長より大きい
凸レンズ形状パターン内に、対象とする光の波長以下の
凹凸パターンを重畳させた重畳パターンを有する光吸収
体(図示せず)を用いている。これによって、この重畳
パターンに対応する重畳形状を有するレジストパターン
を形成でき(図11(c))、このレジストパターンを
マスクとしてエッチングして、光学的に機能する巨視構
造である凸レンズ形状を形成すると共に、該レンズ10
の表面に対象とする光の波長以下の微細構造である凹凸
パターンを重畳させて同時に形成することができる(図
11(d))。
る光学素子の製造方法は、光学素子としてフレネルレン
ズを対象としている。この光学素子の製造方法では、レ
ジストパターンを形成する工程において、光吸収体とし
て、フレネルレンズ形状の巨視パターン内に対象とする
光の波長以下の微細パターンを重畳させた重畳パターン
を有する光吸収体を用いている。これによって、フレネ
ルレンズの表面にレジストパターンを形成する場合に比
べて、高精度に微細形状を有するレジストパターンを形
成できる。そのため、このレジストパターンをマスクと
してエッチングするので、巨視構造であるフレネルレン
ズ形状を形成すると共に、該レンズ表面に対象とする光
の波長以下の凹凸パターンからなる微細構造を重畳させ
て同時に形成できる。
に係る光学素子の製造方法と比較すると、図12に示す
ように、対象となる光学素子10がフレネルレンズであ
る点で相違する。
る光学素子の製造方法は、紫外光の波長以下の光源から
の光を、光学的に機能する光学面に対応する形状を備え
た光吸収体を介して光学素子部材の一方の表面上のレジ
スト膜に照射して、3次元形状のレジストパターンを形
成する工程と、上記レジストパターンをマスクとして上
記光学素子部材をエッチングする工程とを、光学素子の
光入射面と光出射面のそれぞれについて順次行ってい
る。これによって、両面レンズを製造している。なお、
両面レンズとすることで、片面レンズの場合に比べて片
面部分の厚さを薄くできる。
に係る光学素子の製造方法と比較すると、図13の
(a)及び(b)の断面図に示すように、光学素子の光
入射面と光出射面の両面について光学面を順次作製して
いる点で相違する。図13の(a)は、両面に凸レンズ
形状を形成した両面レンズ10bの断面図であり、
(b)は両面にフレネルレンズを形成した両面フレネル
レンズ10cの断面図である。
ば、紫外光の波長以下の光を光学的に機能する光学面に
対応する光吸収体を介して光学素子部材の少なくとも一
方の表面上のレジスト膜に照射して3次元形状のレジス
トパターンを形成している。これによって1回のエッチ
ングで高精度なレンズ形状を得ることができる。
よれば、3次元形状のレジストパターンを形成する工程
において、光吸収体として、光が透過する方向の膜厚分
布を変化させた光吸収体を用いている。これによって、
光吸収体の設計を容易に行うことができると共に、光吸
収体の膜厚分布に対応する高精度の3次元レジストパタ
ーンを得ることができる。
によれば、3次元形状のレジストパターンを形成する工
程において、光吸収体として、光が透過する方向の密度
分布を変化させた光吸収体を用いている。これによっ
て、光吸収体の設計を容易に行うことができると共に、
光吸収体の密度分布に対応する高精度の3次元レジスト
パターンを得ることができる。
方法によれば、可視光領域から赤外光領域で用いる広波
長範囲レンズを得ることができる。
よれば、レジストパターンを形成する工程において、光
吸収体として、光学素子が対象とする光の波長より大き
い巨視パターンを有する光吸収体を用いている。これに
よって、この巨視パターンに対応する巨視形状を有する
レジストパターンを形成し、さらに巨視形状に対応する
高精度の巨視構造を有する光学素子を得ることができ
る。
によれば、3次元形状のレジストパターンを形成する工
程において、光吸収体として、光学素子が対象とする光
の波長以下の微細パターンを有する光吸収体を用いてい
る。この光吸収体に形成した微細パターンによって、対
応する微細形状を有するレジストパターンを形成するこ
とができる。さらに、次のエッチング工程で上記微細形
状を有するレジストパターンをマスクとしてエッチング
することで、レンズ表面に反射防止効果を有し、光学素
子が対象とする光の波長以下の微細構造を形成すること
ができる。
方法によれば、レジストパターンを形成する工程におい
て、光吸収体として、光学素子が対象とする光の波長よ
り大きい巨視パターン内に、対象とする光の波長以下の
微細パターンを重畳させた重畳パターンを有する光吸収
体を用いている。この重畳パターンを有する光吸収体を
用いて、X線リソグラフィ法により、該重畳パターンに
対応した重畳形状を有する前記レジストパターンを形成
することができる。次いで、エッチングの工程におい
て、重畳形状に対応して、光学素子の表面に、対象とす
る光の波長より大きい巨視構造内に対象とする光につい
て反射防止効果を有し、対象とする光の波長以下の微細
構造を重畳させた重畳構造を形成することができる。
よれば、微細パターンは、対象とする光の波長以下の周
期を有する。これによって、光学素子の表面に対象とす
る光について反射防止効果の高い微細構造を形成するこ
とができる。
によれば、レジストパターンの形成に、0.1nm以
上、且つ、5nm以下の範囲内の光を用いることで高精
度のレンズ形状や微細構造を形成することができる。
方法によれば、少なくとも一方の光学面は、光学素子の
光入射面または光出射面である。このため、例えば、光
学素子部材の両面について光学面の形成を行って両面レ
ンズを作成できる。なお、両面レンズとすることで、片
面レンズの場合に比べて片面部分の厚さを薄くできる。
よれば、高精度のレンズ形状や微細構造を有するレン
ズ、プリズム、フレネルレンズ、反射型レンズ等を得る
ことができる。
方法の各工程を示す工程図である。
方法のレジストパターンを形成する工程におけるX線リ
ソグラフィ法の詳細を示す図である。
方法のレジストパターンを形成する工程におけるX線リ
ソグラフィ法の詳細を示す図である。
方法の各工程を示す工程図である。
方法の各工程を示す工程図である。
方法により製造された片面凸レンズの断面図である。
構造と同様の微細構造を表面に形成したシリコン板の透
過率のグラフである。
方法において、光吸収体と光学素子部材との間の間隔を
変化させた場合の光吸収体パターンとX線強度の関係を
示すグラフである。
方法において、光吸収体膜厚を変化させた場合の光吸収
体パターンとX線強度の関係を示すグラフである。
造方法の各工程を示す工程図である。
造方法の各工程を示す工程図である。
造方法の各工程を示す工程図である。
学素子の製造方法によって両面を形成された両面レンズ
の断面図であり、(b)は、両面にフレネルレンズを形
成された両面フレネルレンズの断面図である。
微細構造、10、片面レンズ、10a 片面フレネル
レンズ、10b 両面レンズ、10c 両面フレネルレ
ンズ、11、11a 光吸収体、12 メンブレン、1
3 シリコン、14 サポートリング、20 X線マス
ク、22 X線
Claims (11)
- 【請求項1】 光学素子部材を用意する工程と、 前記光学素子部材の少なくとも一方の表面上にレジスト
膜を形成する工程と、 光源から紫外光の波長以下の波長を有する光を、光学的
に機能する光学面に対応する形状を備えた光吸収体を介
して前記レジスト膜に照射して、3次元形状のレジスト
パターンを形成する工程と、 前記レジストパターンをマスクとして前記光学素子部材
をエッチングする工程とを含むことを特徴とする光学素
子の製造方法。 - 【請求項2】 前記レジストパターンを形成する工程に
おいて、前記光吸収体として、前記光源からの光が透過
する方向の膜厚分布を変化させた光吸収体を用いること
を特徴とする請求項1に記載の光学素子の製造方法。 - 【請求項3】 前記レジストパターンを形成する工程に
おいて、前記光吸収体として、前記光源からの光が透過
する方向の密度分布を変化させた光吸収体を用いること
を特徴とする請求項1又は2に記載の光学素子の製造方
法。 - 【請求項4】 前記光学素子が対象とする光の波長は、
0.1μm以上、且つ、30μm以下の範囲内であるこ
とを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の
光学素子の製造方法。 - 【請求項5】 前記レジストパターンを形成する工程に
おいて、前記光吸収体として、前記光学素子が対象とす
る光の波長より大きい巨視パターンを有する光吸収体を
用いて、前記巨視パターンに対応する巨視形状を有する
前記レジストパターンを形成すると共に、 前記エッチングの工程において、前記光学素子部材の表
面に、前記光学素子が対象とする光の波長より大きい巨
視構造を形成することを特徴とする請求項4に記載の光
学素子の製造方法。 - 【請求項6】 前記レジストパターンを形成する工程に
おいて、前記光吸収体として、前記光学素子が対象とす
る光の波長以下の微細パターンを形成した光吸収体を用
いて、前記微細パターンに対応する微細形状を有するレ
ジストパターンを形成すると共に、 前記エッチングの工程において、前記光学素子部材の表
面に、前記光学素子が対象とする光について反射防止効
果を有し、前記対象とする光の波長以下の微細構造を形
成することを特徴とする請求項4に記載の光学素子の製
造方法。 - 【請求項7】 前記レジストパターンを形成する工程に
おいて、前記光吸収体として、前記光学素子が対象とす
る光の波長より大きい巨視パターン内に、前記対象とす
る光の波長以下の微細パターンを重畳させた重畳パター
ンを有する光吸収体を用い、前記重畳パターンに対応し
た重畳形状を有する前記レジストパターンを形成すると
共に、 前記エッチングの工程において、前記重畳形状に対応し
て、前記光学素子部材の表面に、前記光学素子が対象と
する光の波長より大きい巨視構造内に前記対象とする光
の波長以下の微細構造を重畳させた重畳構造を形成する
ことを特徴とする請求項4に記載の光学素子の製造方
法。 - 【請求項8】 前記微細パターンは、前記対象とする光
の波長以下の周期を有することを特徴とする請求項6又
は7に記載の光学素子の製造方法。 - 【請求項9】 前記レジストパターンの形成工程におい
て、用いる前記光の波長は、0.1nm以上、且つ、5
nm以下の範囲であることを特徴とする請求項1から8
のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。 - 【請求項10】 前記少なくとも一方の光学面は、光学
素子の光入射面又は光出射面であることを特徴とする請
求項1から9のいずれか一項に記載の光学素子の製造方
法。 - 【請求項11】 前記光学素子は、レンズ、プリズム、
フレネルレンズ、反射型レンズのうちの少なくとも一つ
であることを特徴とする請求項1から10のいずれか一
項に記載のレンズの製造方法。
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---|---|---|---|
JP2001089860A JP2002287370A (ja) | 2001-03-27 | 2001-03-27 | 光学素子の製造方法 |
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JP2001089860A JP2002287370A (ja) | 2001-03-27 | 2001-03-27 | 光学素子の製造方法 |
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- 2001-03-27 JP JP2001089860A patent/JP2002287370A/ja active Pending
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