JP2002321941A - Method for producing optical element - Google Patents

Method for producing optical element

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JP2002321941A
JP2002321941A JP2001123544A JP2001123544A JP2002321941A JP 2002321941 A JP2002321941 A JP 2002321941A JP 2001123544 A JP2001123544 A JP 2001123544A JP 2001123544 A JP2001123544 A JP 2001123544A JP 2002321941 A JP2002321941 A JP 2002321941A
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JP
Japan
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mask
etching
shape
substrate
optical
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JP2001123544A
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Japanese (ja)
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Akira Kochiyama
彰 河内山
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Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To precisely produce a small-sized optical lens having the large radius of curvature. SOLUTION: A mask 3 is formed on the substrate 1 made of an optical material, coping with the shape of a semi-spherical lens 4. The semi-spherical lens 4 corresponding to the shape of the mask 3 is formed through dry etching. For example, a mask material layer 2 is formed on the substrate 1 made of the optical material and the mask material layer 2 is formed into the mask 3 of a cylindrical shape, coping with the bore of the semi-spherical lens 4. The shape of the mask 3 is deformed by heat treatment so as to have its small surface area. Then, the semi-spherical lens 4 is transferred to the substrate 1 almost in accordance with the shape of the mask 3 by varying the ratio of an etching speed to the substrate 1 and an etching speed to the mask 3 during dry etching. So that the small-sized semi-spherical lens 4 is formed.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスク等の光
学記録媒体に対して情報信号の記録及び/又は再生を行
う記録及び/又は再生装置に用いられる光学素子の製造
方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an optical element used in a recording and / or reproducing apparatus for recording and / or reproducing an information signal on an optical recording medium such as an optical disk.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、光学材料よりなる基板表面に微小
光学素子を形成する方法には、感光性樹脂の熱変形を用
いる方法が提案されている。このような方法により微小
光学素子を形成する装置としては、通常の半導体素子製
造におけるフォトリソグラフィ装置が使用されている。
基板表面に形成された光学素子として、微小な凸レンズ
に形成されたマイクロレンズが、光ディスク装置などの
光ピックアップに応用されて、光ピックアップの小型
化、軽量化、さらに、光ディスク装置の小型化、軽量化
に貢献しつつある。また、凸レンズがアレイ状に形成さ
れたマイクロレンズアレイが画像入力用の撮像素子や、
光ファイバと光素子との連結を図るための光学素子など
に応用されている。
2. Description of the Related Art Hitherto, as a method of forming a micro optical element on a substrate surface made of an optical material, a method using thermal deformation of a photosensitive resin has been proposed. As an apparatus for forming a micro optical element by such a method, a photolithography apparatus in a usual semiconductor element manufacturing is used.
As an optical element formed on the substrate surface, a microlens formed in a minute convex lens is applied to an optical pickup such as an optical disk device, so that the optical pickup is reduced in size and weight, and further, the optical disk device is reduced in size and weight. It is contributing to the development. Also, a micro lens array in which convex lenses are formed in an array form an image pickup element for image input,
It is applied to an optical element for connecting an optical fiber and an optical element.

【0003】このようなマイクロレンズを熱変形によっ
て形成する方法の概略は次の手順である。
An outline of a method for forming such a micro lens by thermal deformation is as follows.

【0004】まず、基板表面に感光性樹脂を一定の膜厚
となるように塗布し、形成すべきマイクロレンズのパタ
ーン形状のマスクを用いて、通常のフォトリソグラフィ
の手法により、マイクロレンズと同じ直径を持った円筒
形状に感光性樹脂をパターニングする。
[0004] First, a photosensitive resin is applied to the substrate surface so as to have a constant thickness, and the same diameter as the microlens is formed by a usual photolithography method using a mask having a pattern shape of the microlens to be formed. The photosensitive resin is patterned into a cylindrical shape having

【0005】次に、この円筒形状にパターニングされた
感光性樹脂をこの感光性樹脂が流動性を持つ温度まで基
板温度を上昇させて、一定時間その温度を保持し、表面
張力により円筒形状の感光性樹脂を凸曲面形状に変形さ
せてマイクロレンズを得るものである。
[0005] Next, the photosensitive resin patterned into the cylindrical shape is heated to a temperature at which the photosensitive resin has fluidity, the temperature is maintained for a certain period of time, and the cylindrical photosensitive resin is formed by surface tension. The microlens is obtained by deforming the conductive resin into a convex curved surface shape.

【0006】このようなマイクロレンズを感光性樹脂の
熱変形によって作製する方法の詳細は、英国British Cr
own発行の論文誌Measurement Science Technology. Vo
l.1((1999年)の759〜766ページに記載さ
れている論文“The manufacture of microlenses by me
lting photoresist”,D.Dalyほか著に記載されてい
る。
The details of the method of manufacturing such a micro lens by thermal deformation of a photosensitive resin are described in British Cr
Own published journal Measurement Science Technology. Vo
l.1 ((1999), pp. 759-766), "The manufacture of microlenses by me
lting phoenix ", D. Daly et al.

【0007】この方法によれば、感光性樹脂と熱変形工
程の条件とを適切に選択すれば、基板上にほぼ球面に近
いマイクロレンズを形成することができる。また、この
ような方法を用いることで、マイクロレンズの面精度を
向上させて、青色レーザなどの短波長の光源に対応さ
せ、また高NA化を図ることができ、光ディスク装置な
どにおける高記録密度化が期待されている。
According to this method, a microlens having a substantially spherical shape can be formed on a substrate by appropriately selecting the photosensitive resin and the conditions of the thermal deformation step. Also, by using such a method, it is possible to improve the surface accuracy of the microlens to correspond to a light source having a short wavelength such as a blue laser and to achieve a high NA, and to achieve a high recording density in an optical disc device or the like. Is expected.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な方法において、感光性樹脂の曲面を形成する原理は、
流動化した感光性樹脂の表面張力によるものであるか
ら、所望とするマイクロレンズの口径が大きくなると、
感光性樹脂の重量が増大することで重力による感光性樹
脂の形状変形が著しくなる。これにより、この感光性樹
脂をマスクとして作製されるマイクロレンズは、この感
光性樹脂の形状を転写されることによって、形状が理想
球面からずれてしまうこととなり、マイクロレンズの面
精度が低下し、特に青色レーザなどの短波長における光
学系においてこのマイクロレンズを用いることができな
いといった問題がある。
The principle of forming a curved surface of a photosensitive resin in the above method is as follows.
Because it is due to the surface tension of the fluidized photosensitive resin, when the desired microlens diameter becomes large,
As the weight of the photosensitive resin increases, the shape deformation of the photosensitive resin due to gravity becomes remarkable. As a result, the microlens manufactured using the photosensitive resin as a mask has a shape shifted from an ideal spherical surface by transferring the shape of the photosensitive resin, and the surface accuracy of the microlens decreases, In particular, there is a problem that this microlens cannot be used in an optical system at a short wavelength such as a blue laser.

【0009】また、このようなマイクロレンズを用いて
作製される光ディスク装置の高記録密度化の達成の妨げ
になるといった問題がある。
There is another problem that it is difficult to achieve a high recording density in an optical disk device manufactured using such a microlens.

【0010】そこで、本発明は、上述した問題を鑑みて
なされるものであり、上述したように感光性樹脂の形状
が理想球面からずれていてもマイクロレンズの形状が理
想球面に近づくようにエッチング条件を調整することを
目的とする。
Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problem, and as described above, even if the shape of the photosensitive resin deviates from the ideal spherical surface, the etching is performed so that the shape of the microlens approaches the ideal spherical surface. The purpose is to adjust the conditions.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の光学素子の製造方法は、光学材料よりな
る基板上に光収束手段の形状に対応するマスク材料を形
成し、ドライエッチングにより光収束手段を形成する光
学素子の製造方法において、基板に対するエッチング速
度とマスク材料に対するエッチング速度との比を変化さ
せることを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, a method of manufacturing an optical element according to the present invention comprises forming a mask material corresponding to the shape of a light converging means on a substrate made of an optical material, In a method for manufacturing an optical element in which a light converging means is formed by etching, a ratio between an etching rate for a substrate and an etching rate for a mask material is changed.

【0012】マスク材料の形状が理想球面でない場合
に、基板に対するエッチング速度とマスク材料に対する
エッチング速度との比、すなわちエッチング選択比を変
化させてドライエッチングを行うことによって、所望と
する理想球面のマイクロレンズを作製することができ
る。
When the shape of the mask material is not an ideal spherical surface, dry etching is performed by changing the ratio of the etching rate with respect to the substrate to the etching rate with respect to the mask material, that is, by changing the etching selectivity. A lens can be made.

【0013】また、このとき、エッチングガスとして酸
素ガス、Arガスのうち少なくとも1種を用いるか、2
種類以上のフッ化炭素ガスを用い、これらの流量を制御
することによって上記のエッチング選択比を変化させる
ことが好ましい。
At this time, at least one of oxygen gas and Ar gas is used as an etching gas.
It is preferable to change the above-mentioned etching selectivity by controlling the flow rate of these gases using more than one kind of fluorocarbon gas.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した光学素子
の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a method for manufacturing an optical element to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.

【0015】光学素子の作製工程の概略は、図1〜図4
に示す通りである。
The outline of the manufacturing process of the optical element is shown in FIGS.
It is as shown in FIG.

【0016】光学素子の作製工程は、次の4工程が主な
ものである。 (a)基板上にマスク材となる材料を配置する工程。す
なわち、マスク材料に感光性材料を用いた場合にはスピ
ンコーティング法等により所定の厚さ塗布する工程。 (b)マスク材料をパターニングする工程。マスク材料
に感光性材料を用いた場合においては、露光・現像工
程。 (c)熱処理により、マスク材料の表面積が少なくなる
ような変形をさせて、光学的になだらかな曲面を有する
形状に変形させる工程。 (d)マスク材料の形状に対応した形状を光学材料に転
写する工程。本例においては、ドライエッチング法を用
いてマスク材料の形状に対応した形状を光学材料に転写
する工程。
The following four steps are the main steps in the manufacturing process of the optical element. (A) arranging a material to be a mask material on a substrate; That is, when a photosensitive material is used as a mask material, a step of applying a predetermined thickness by a spin coating method or the like. (B) a step of patterning the mask material; In the case where a photosensitive material is used as the mask material, an exposure and development step. (C) a step of deforming the mask material so that the surface area of the mask material is reduced by heat treatment, and deforming the mask material into a shape having a gentle optically curved surface. (D) a step of transferring a shape corresponding to the shape of the mask material to the optical material. In this example, a step of transferring a shape corresponding to the shape of the mask material to the optical material using a dry etching method.

【0017】まず、(a)の工程では、図1に示すよう
に、光学材料からなる基板1上にスピンコーティング法
等により所定の膜厚となるように感光性材料を塗布し、
マスク材料層2を形成する。
First, in the step (a), as shown in FIG. 1, a photosensitive material is applied to a substrate 1 made of an optical material by a spin coating method or the like so as to have a predetermined thickness.
The mask material layer 2 is formed.

【0018】次に、(b)の工程では、図2に示すよう
に、露光・現像によりマスク材料層2をパターニング
し、作製する光学レンズの口径に対応した大きさの円筒
形状にマスク3を形成する。
Next, in the step (b), as shown in FIG. 2, the mask material layer 2 is patterned by exposure and development, and the mask 3 is formed into a cylindrical shape having a size corresponding to the aperture of the optical lens to be manufactured. Form.

【0019】次に、(c)の工程では、図3に示すよう
に、基板1及びマスク3に対して熱処理を施し、マスク
3の表面積が少なくなるような変形をさせて、マスク3
を光学的になだらかな曲面を有する形状に変形させる。
Next, in the step (c), as shown in FIG. 3, a heat treatment is applied to the substrate 1 and the mask 3 to deform the mask 3 so that the surface area of the mask 3 is reduced.
Is deformed into a shape having an optically gentle curved surface.

【0020】ここで、任意の感光性材料をマスク材料に
用いた場合、必ずしも熱処理によりマスク材料の表面積
が少なくなるような変形現象が生じ、光学的になだらか
な曲面が得られるわけではない。
When an arbitrary photosensitive material is used as the mask material, a deformation phenomenon such that the surface area of the mask material is reduced by heat treatment does not necessarily occur, and an optically smooth curved surface is not necessarily obtained.

【0021】例えば、200℃以上の温度における加熱
処理を行った場合においては、いずれの感光性材料にお
いても変質してしまう現象(いわゆる焼け付き)が生じ
てしまった。変質が生じてしまうと、マスク材料に対す
るエッチング速度が不均一になってしまうことになるの
で、マスク材料の形状に対応する形状を光学材料におい
て得ようとする際に、その形状が乱れてしまう虞れがあ
る。
For example, when a heat treatment is performed at a temperature of 200 ° C. or higher, a phenomenon (so-called burn-in) occurs in any of the photosensitive materials to deteriorate. If the deterioration occurs, the etching rate with respect to the mask material becomes non-uniform. Therefore, when trying to obtain a shape corresponding to the shape of the mask material in the optical material, the shape may be disturbed. There is.

【0022】そこで、熱処理温度110〜150℃の範
囲で検討を行ったところ、マスク材料の変質が生じてし
まうことなく、マスク材料の表面積が少なくなるような
変形現象が生じ、光学的になだらかな曲面を得ることが
できた。
Then, when the heat treatment temperature was examined in the range of 110 to 150 ° C., a deformation phenomenon in which the surface area of the mask material was reduced occurred without causing the deterioration of the mask material, and the optical material was smooth. A curved surface was obtained.

【0023】実験結果より、マスク材料が熱処理によ
り、光学的になめらかな曲面が得られる程度に丸くなる
条件としては、マスク材料のガラス転移点Tgは、熱処
理温度よりも低いことを挙げることができる。さらに、
ドライエッチングなどの手法によりマスク3の形状を光
学材料に転写しようとする場合には、上述したように熱
処理後のマスク材料が変質していないことが必要である
ことから、上記熱処理温度は、マスク材料が変質しない
温度であることという条件が必要となる。
From the experimental results, it can be mentioned that the glass material has a glass transition point Tg lower than the heat treatment temperature as a condition under which the mask material is rounded by heat treatment to obtain an optically smooth curved surface. . further,
When the shape of the mask 3 is to be transferred to the optical material by a method such as dry etching, it is necessary that the mask material after the heat treatment is not deteriorated as described above. It is necessary that the temperature be such that the material does not deteriorate.

【0024】さらには、マスク3が形成されている基板
1の保持状態において、マスク3が変形してしまうと、
プロセスの再現性が容易でなくなること、およびドライ
エッチングプロセス中においてマスク3が変形してしま
うとプロセスの再現性が容易でなくなることから、マス
ク材料のガラス転移点Tgは、保存温度(室温)あるい
は加工ブロセス温度(室温付近)よりも高いことという
条件が望ましい。
Further, if the mask 3 is deformed while holding the substrate 1 on which the mask 3 is formed,
Since the reproducibility of the process is not easy, and if the mask 3 is deformed during the dry etching process, the reproducibility of the process is not easy, the glass transition point Tg of the mask material is determined by the storage temperature (room temperature) or It is desirable that the temperature be higher than the processing temperature (around room temperature).

【0025】ここで、一般にガラス転移点Tgとは、そ
の材料がガラス状態、すなわち、決まった構造をとら
ず、流動が可能な状態となる境界を示す温度であること
から、プロセスの安定性を考えると熱処理温度は、ガラ
ス転移点Tgよりも余裕を持って高い温度であることが
望ましい。すなわち、マスク材料を熱処理によりその表
面積が小さくなるように変形させる(熱処理によりマス
ク材料を流動が可能な状態とし、マスク材料の表面張力
によりマスク材料を変形させる)ためには、熱処理温度
はガラス転移点Tgよりも数十℃高いことが望ましい。
Here, generally, the glass transition point Tg is a temperature at which the material is in a glassy state, that is, a temperature indicating a boundary where a material does not have a fixed structure and is in a flowable state. Considering this, it is desirable that the heat treatment temperature be a temperature higher than the glass transition point Tg with a margin. That is, in order to deform the mask material by heat treatment so as to reduce its surface area (to make the mask material flowable by heat treatment and to deform the mask material by the surface tension of the mask material), the heat treatment temperature is set to the glass transition temperature. It is desirable that the temperature is several tens degrees Celsius higher than the point Tg.

【0026】より具体的には、熱処理温度はガラス転移
点Tgよりも40℃程度以上高い温度とすることによ
り、1時間以内にマスク材料を丸く変形させることがで
きるので、高効率の製造を行うことができる。
More specifically, by setting the heat treatment temperature to be higher than the glass transition point Tg by about 40 ° C. or more, the mask material can be deformed in a round within one hour. be able to.

【0027】さらに、同様の観点から、ガラス転移点T
gと保存温度あるいは加工温度との関係においては、保
存温度あるいは加工温度とガラス転移点Tgとの差は、
数十℃以内であってもよいことになる。
Further, from the same viewpoint, the glass transition point T
In the relationship between g and the storage temperature or the processing temperature, the difference between the storage temperature or the processing temperature and the glass transition point Tg is:
The temperature may be within several tens of degrees Celsius.

【0028】以上により、マスク3を丸く変形させる。As described above, the mask 3 is deformed into a round shape.

【0029】次に、(d)の工程では、図4に示すよう
に、マスク3の形状に対応した形状を光学材料に転写す
る。具体的には、ドライエッチング法を用いてマスク3
の形状に対応した形状を光学材料に転写する。これが、
図5に示すように、滑らかな曲面を有する半球レンズ4
となる。
Next, in the step (d), as shown in FIG. 4, a shape corresponding to the shape of the mask 3 is transferred to an optical material. Specifically, the mask 3 is formed using a dry etching method.
Is transferred to the optical material. This is,
As shown in FIG. 5, a hemispherical lens 4 having a smooth curved surface
Becomes

【0030】このドライエッチングにおいては、磁気中
性線放電を用いた高密度プラズマエッチング(NLDプ
ラズマによる高速エッチング)を採用することが好まし
い。
In this dry etching, it is preferable to employ high-density plasma etching (high-speed etching by NLD plasma) using magnetic neutral discharge.

【0031】ここで、レンズ径を0.9mmとして半球
レンズ4を製造する場合、上述したようにマスク3の形
状を丸く変形させた際の理想球面からのずれを図6にグ
ラフとして示す。このグラフに示すように、マスク3の
形状は、レンズ中心から略0.2〜0.4mmの部分で
理想球面からのずれが生じている。このようなマスク3
を用いてドライエッチングを行うと、作製される半球レ
ンズ4の形状には、マスク3と同様に理想球面からのず
れが生じてしまうこととなる。
Here, when the hemispherical lens 4 is manufactured with a lens diameter of 0.9 mm, the deviation from the ideal spherical surface when the shape of the mask 3 is rounded as described above is shown as a graph in FIG. As shown in this graph, the shape of the mask 3 has a deviation from the ideal spherical surface at a portion of about 0.2 to 0.4 mm from the center of the lens. Such a mask 3
When dry etching is performed by using the method, the shape of the hemispherical lens 4 to be manufactured is shifted from the ideal spherical surface similarly to the mask 3.

【0032】そこで、高密度プラズマエッチングにより
マスク3の形状を基板1に転写する(d)の工程におい
て、エッチングガスの選択及びその流量を変化させるこ
とによって、基板1に対するエッチング速度とマスク3
に対するエッチング速度との比、いわゆるエッチング選
択比を変化させ理想球面からのずれを補正し、半球レン
ズ4の形状を理想球面に近づける。なお、エッチング選
択比が1であれば、マスク3の形状がそのまま基板1に
転写されることとなる。
In the step (d) of transferring the shape of the mask 3 to the substrate 1 by high-density plasma etching, the etching rate for the substrate 1 and the mask 3 are changed by changing the selection of the etching gas and the flow rate thereof.
The deviation from the ideal spherical surface is corrected by changing the ratio of the etching rate to the ideal spherical surface, and the shape of the hemispherical lens 4 is made closer to the ideal spherical surface. If the etching selectivity is 1, the shape of the mask 3 is transferred to the substrate 1 as it is.

【0033】(d)の工程において、エッチングガスに
は、例えば2種類以上のフッ化炭素ガス、特にC
とCとを用い、これららの流量比を、例えば17
段階に分けて変化させる。この際に、例えば、総流量を
20sccmに固定し、初期条件をCの流量を1
0sccm、Cの流量を10sccmとして、C
の流量を0.5sccmずつ減少させ、C
の流量を0.5sccmずつ増加させる。この増減量
は、条件によって理想的な値を定めて変化させることに
より半球レンズ4を所望の理想球面とすることができ
る。
In the step (d), the etching gas includes, for example, two or more types of fluorocarbon gases, particularly C 3 F 8
And C 4 F 8, and these flow ratios are, for example, 17
Change in steps. At this time, for example, the total flow rate is fixed at 20 sccm, and the initial condition is that the flow rate of C 3 F 8 is 1
0 sccm, the flow rate of C 4 F 8 is 10 sccm, and C
The flow rate of 3 F 8 is reduced by 0.5 sccm, and C 4 F 8
Is increased by 0.5 sccm. The amount of increase / decrease is determined by changing an ideal value according to conditions, so that the hemispherical lens 4 can have a desired ideal spherical surface.

【0034】このようなエッチング条件によって得られ
た半球レンズ4の形状の理想球面からのずれを図7にグ
ラフとして示す。このグラフより、半球レンズ4は、理
想球面からのずれが、マスク3の形状に比して明らかに
減少している。このように、高密度プラズマエッチング
時に、上述のようにエッチング選択比を変化させること
によって、マスク3の径が重力により変形してしまうほ
ど大きな場合においても半球レンズ4の形状を理想球面
に近づけることができる。
FIG. 7 is a graph showing the deviation of the shape of the hemispherical lens 4 from the ideal spherical surface obtained under such etching conditions. From this graph, the deviation from the ideal spherical surface of the hemispherical lens 4 is clearly reduced as compared with the shape of the mask 3. As described above, by changing the etching selectivity during high-density plasma etching as described above, the shape of the hemispherical lens 4 can be approximated to an ideal spherical surface even when the diameter of the mask 3 is large enough to be deformed by gravity. Can be.

【0035】このようにCとCとの流量比
を変化させることによりエッチング選択比を1より大き
く変化させ、所望の時間において基板1をマスク3に比
べ速くエッチングすることができる。これにより、半球
レンズ4の形状が理想球面に近づき高精度の球面を持っ
た光学レンズとなる。また、条件によっては、エッチン
グ選択比を1より小さくしてマスク3に比べ基板1を速
くエッチングすることができるようにしても良い。
As described above, by changing the flow rate ratio between C 3 F 8 and C 4 F 8 , the etching selectivity can be changed more than 1, and the substrate 1 can be etched faster than the mask 3 at a desired time. it can. Thereby, the shape of the hemispherical lens 4 approaches the ideal spherical surface, and the optical lens has a highly accurate spherical surface. Depending on the conditions, the etching selectivity may be smaller than 1 so that the substrate 1 can be etched faster than the mask 3.

【0036】ここで、上述で利用できる他のフッ化炭素
ガスとしては、CHF、CH 、CF、C
、C等を挙げることができる。
Here, other fluorocarbons which can be used as described above
The gas is CHF3, CH2F 2, CF4, C2F
6, C5F8And the like.

【0037】また、上述したエッチングガスとしては、
2種類以上のフッ化炭素ガスに限定されるものではな
く、例えば、酸素ガス、Arガスのうち少なくとも1種
を用いることができる。このエッチングガスにおいて、
Arガスは、物理エッチングにより表面性を向上する効
果がある。酸素ガスは、炭化生成物の除去、及びエッチ
ング選択比の調整の機能を有する。
Further, as the above-mentioned etching gas,
It is not limited to two or more types of fluorocarbon gases, and for example, at least one of oxygen gas and Ar gas can be used. In this etching gas,
Ar gas has the effect of improving the surface properties by physical etching. Oxygen gas has a function of removing carbonized products and adjusting an etching selectivity.

【0038】いずれにしても、これらのエッチングガス
を用いることにより、図5に示すように、なめらかな表
面性を有する半球レンズ4が形成される。
In any case, by using these etching gases, a hemispherical lens 4 having a smooth surface property is formed as shown in FIG.

【0039】最後に、オーバーエッチングを行い、研磨
工程により、半球レンズ4を所定の厚みに調整を行い、
半球レンズ4を完成する。
Finally, over-etching is performed, and the hemispherical lens 4 is adjusted to a predetermined thickness by a polishing process.
The hemispherical lens 4 is completed.

【0040】本例では、基板1のガラス材料として溶融
石英基板(SiO)を用い、感光性材料としてポジ型
のノボラック樹脂(東京応化工業株式会社製PMER−
LA900)を用い、感光性材料を約100μmの厚さ
に塗布した後、約0.9mm径の円筒形状パターンを露
光・現像工程により形成した。これを、150℃の熱処
理温度により変形させ、磁気中性線放電を用いた高密度
プラズマエッチング(NLDプラズマによる高速エッチ
ング)により半球レンズ4を作製した。
In this embodiment, a fused quartz substrate (SiO 2 ) is used as the glass material of the substrate 1 and a positive novolak resin (PMER- manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is used as the photosensitive material.
Using LA900), a photosensitive material was applied to a thickness of about 100 μm, and a cylindrical pattern having a diameter of about 0.9 mm was formed by an exposure and development process. This was deformed by a heat treatment temperature of 150 ° C., and a hemispherical lens 4 was produced by high-density plasma etching (high-speed etching by NLD plasma) using magnetic neutral discharge.

【0041】作製した半球レンズ4は、光学的になめら
かな曲面を有する光学レンズであるとともに、光学レン
ズ部分の口径が0.9mm程度のきわめて小径な光学レ
ンズである。また、半球レンズ4は、約150μm程度
の凸部の高さを有する高NAの光学レンズである。
The manufactured hemispherical lens 4 is an optical lens having an optically smooth curved surface and an extremely small diameter optical lens having an aperture of about 0.9 mm at the optical lens portion. The hemispherical lens 4 is a high NA optical lens having a height of a convex portion of about 150 μm.

【0042】さらに、作製された半球レンズ4は、熱処
理工程を経ても基板1とマスク3が接している位置は移
動していないので、マスク3は境界線により形状が規定
されている。
Further, in the manufactured hemispherical lens 4, the position where the substrate 1 and the mask 3 are in contact does not move even after the heat treatment step, so that the shape of the mask 3 is defined by the boundary line.

【0043】ここで、マスク3の境界線とは、感光性材
料を露光する際に用いるフォトマスクにより規定される
ので、半球レンズ4の位置は極めて高精度な位置に形成
されている。また、半球レンズ4の高さは、マスク3の
厚さにより規定される。
Here, since the boundary of the mask 3 is defined by a photomask used when exposing the photosensitive material, the position of the hemispherical lens 4 is formed at an extremely high precision position. Further, the height of the hemispherical lens 4 is defined by the thickness of the mask 3.

【0044】上記により作製される半球レンズ4におい
ては、感光性材料を露光する際に用いるフォトマスクに
より規定されるので、複数個の光学レンズが同一基板に
形成されているようなマルチレンズ(あるいはレンズア
レイ)の場合、光学レンズの位置はその単体としての位
置、およびレンズ同士の相互の位置共に高精度な位置に
形成される。
In the hemispherical lens 4 manufactured as described above, since it is defined by a photomask used when exposing a photosensitive material, a multi-lens (or a plurality of optical lenses formed on the same substrate) is used. In the case of (lens array), the position of the optical lens is formed at a position with high precision in both the position of the single lens and the mutual position of the lenses.

【0045】さらに、作製される半球レンズ4は、NA
が0.6以上と、従来の拡散プロセスにより作製する光
学レンズに比較して大きくすることができるので適用範
囲が広い。
Further, the hemispherical lens 4 to be manufactured has an NA
Is 0.6 or more, which can be increased as compared with an optical lens manufactured by a conventional diffusion process, so that the applicable range is wide.

【0046】また、上記により作製される半球レンズ4
においては、青色レーザなどの短波長用の光学系にも耐
えうる面精度を持った光学レンズとすることができる。
The hemispherical lens 4 manufactured as described above
In the above, an optical lens having surface accuracy that can withstand an optical system for a short wavelength such as a blue laser can be provided.

【0047】なお、上記により作製される半球レンズ4
は、口径が300μmφ〜1mmφであることが特に好
ましく、300μmφ以上では重力によるマスク3の変
形が顕著に現れはじめるのでこの方法が特に有効であ
る。また、上記により作製される半球レンズ4の曲率R
は、500μm〜300μmの範囲がより好適な範囲と
なる。
The hemispherical lens 4 manufactured as described above
The diameter of the mask 3 is particularly preferably 300 μmφ to 1 mmφ. When the diameter is 300 μmφ or more, the deformation of the mask 3 due to gravity starts to appear remarkably, so that this method is particularly effective. Further, the curvature R of the hemispherical lens 4 manufactured as described above is obtained.
Is more preferably in the range of 500 μm to 300 μm.

【0048】特に、上記により作製される半球レンズ4
は、光ディスクなどの光ピックアップ装置に用いること
によって光ディスク装置の小型化、軽量化、高記録密度
が達成できる。
In particular, the hemispherical lens 4 manufactured as described above
Can be used for an optical pickup device such as an optical disk, so that the optical disk device can be reduced in size, weight, and high recording density.

【0049】なお、エッチング選択比を変化させる方法
としては、上述したエッチングガスの流量を変化させる
方法に限定されるものではなく、エッチング選択比を調
整できれば他の方法であっても良い。
The method of changing the etching selectivity is not limited to the above-described method of changing the flow rate of the etching gas, and any other method may be used as long as the etching selectivity can be adjusted.

【0050】また、エッチング選択比を変化させる方法
としては、上述したエッチング選択比を段階的に変化さ
せるよりも連続的に変化させることによって、より滑ら
かな球面を形成する上で好ましい。
As a method for changing the etching selectivity, it is preferable to form the smoother spherical surface by changing the etching selectivity continuously rather than changing the etching selectivity stepwise.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明に係る光学素子の製造方法によれば、小型で曲率半径
の大きな光学レンズを精度良く作製することが可能であ
るとともに、理想球面から重力によって変形したマスク
材料から形成される光学レンズの形状を理想球面となる
ように補正することができる。
As is apparent from the above description, according to the method of manufacturing an optical element according to the present invention, it is possible to manufacture a small-sized optical lens having a large radius of curvature with high accuracy and to obtain an ideal spherical lens. Thus, the shape of the optical lens formed from the mask material deformed by gravity can be corrected to be an ideal spherical surface.

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

【図1】光学素子の作製工程を工程順に示すものであ
り、基板上へのマスク材料層の形成工程を示す模式図で
ある。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a process of forming an optical element in the order of processes, and illustrating a process of forming a mask material layer on a substrate.

【図2】光学素子の作製工程を工程順に示すものであ
り、マスク形成工程を示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic view illustrating a mask forming step, showing a manufacturing step of an optical element in order of steps.

【図3】光学素子の作製工程を工程順に示すものであ
り、熱処理によるマスクの変形工程を示す模式図であ
る。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a manufacturing process of an optical element in a process order and illustrating a process of deforming a mask by heat treatment.

【図4】光学素子の作製工程を工程順に示すものであ
り、ドライエッチングによるレンズ形成工程を示す模式
図である。
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a manufacturing process of an optical element in a process order, and illustrating a lens forming process by dry etching.

【図5】酸素ガスとフッ化炭素ガスとの混合ガスを用い
てドライエッチングしたレンズの表面性を示す模式図で
ある。
FIG. 5 is a schematic view showing the surface properties of a lens which is dry-etched using a mixed gas of oxygen gas and fluorocarbon gas.

【図6】熱処理後のマスクの理想球面からのずれを示す
グラフである。
FIG. 6 is a graph showing a deviation from an ideal spherical surface of a mask after heat treatment.

【図7】ドライエッチング後の半球レンズの理想球面か
らのずれを示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing a deviation of a hemispherical lens from an ideal spherical surface after dry etching.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板、3 マスク、4 半球レンズ 1 substrate, 3 masks, 4 hemispherical lenses

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光学材料よりなる基板上に光収束手段の
形状に対応するマスク材料を形成し、ドライエッチング
により上記光収束手段を形成する光学素子の製造方法に
おいて、 ドライエッチングを行う際に、上記基板に対するエッチ
ング速度と上記マスク材料に対するエッチング速度との
比を変化させることを特徴とする光学素子の製造方法。
1. A method for manufacturing an optical element, comprising: forming a mask material corresponding to the shape of a light focusing means on a substrate made of an optical material; and forming the light focusing means by dry etching. A method of manufacturing an optical element, wherein a ratio between an etching rate for the substrate and an etching rate for the mask material is changed.
【請求項2】 上記基板に対するエッチング速度と上記
マスク材料に対するエッチング速度との比を多段階に分
けて変化させることを特徴とする請求項1記載の光学素
子の製造方法。
2. The method for manufacturing an optical element according to claim 1, wherein the ratio between the etching rate for the substrate and the etching rate for the mask material is changed in multiple steps.
【請求項3】 上記基板に対するエッチング速度と上記
マスク材料に対するエッチング速度との比を連続的に変
化させることを特徴とする請求項1記載の光学素子の製
造方法。
3. The method for manufacturing an optical element according to claim 1, wherein a ratio between an etching rate for said substrate and an etching rate for said mask material is continuously changed.
【請求項4】 ドライエッチングを行う際に、エッチン
グガスとして2種類以上の混合ガスを用い、それらの導
入量の比率を変化させて、上記基板に対するエッチング
速度と上記マスク材料に対するエッチング速度との比を
変化させることを特徴とする請求項1記載の光学素子の
製造方法。
4. When performing dry etching, two or more types of mixed gases are used as an etching gas, and the ratio of the amount of the introduced gases is changed so that the ratio between the etching rate for the substrate and the etching rate for the mask material is changed. 2. The method for manufacturing an optical element according to claim 1, wherein
【請求項5】 上記エッチングガスとして、酸素ガス、
Arガスのうち少なくとも1種を用いることを特徴とす
る請求項4記載の光学素子の製造方法。
5. An oxygen gas as the etching gas,
The method for manufacturing an optical element according to claim 4, wherein at least one kind of Ar gas is used.
【請求項6】 上記エッチングガスとして、少なくとも
2種類以上のフッ化炭素ガスを用いることを特徴とする
請求項4記載の光学素子の製造方法。
6. The method for manufacturing an optical element according to claim 4, wherein at least two or more types of fluorocarbon gases are used as said etching gas.
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