JP2003048751A - エッチング方法、光学素子の製造方法及び光学素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学素子の表面を滑らかにできるエッチング
方法、光学素子の製造方法及び光学素子を提供するこ
と。 【解決手段】 等方性エッチングによりレジスト膜６に
形成された階段状の形状を滑らかにし、これを異方性エ
ッチングによって石英ガラス基板５に転写することとし
たので、異方性エッチングのみによる場合に比べ、より
滑らかで高精度な形状のレンズの製造が可能である。異
方性エッチングと等方性エッチングとの選択を、ＩＣＰ
−ＲＩＥ装置１の電極８に印加されるバイアス電圧の有
無によることとしたので、より異方性エッチングと等方
性エッチングの選択が極めて容易にできることとなりレ
ンズの表面形成の迅速化も図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エッチング方法に
係り、特に光学素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光通信用のボールレンズ、プリズ
ム等及び光記録ディスクのピックアップ等の光学素子は
機械加工で製造されてきた。

【０００３】しかしながら、光学素子の小型化に従いそ
の製造が困難になりつつあると共に、電荷結合素子（Ｃ
ＣＤ）及び液晶の前面に取りつけて光を集中、分配する
レンズ配列素子（マイクロレンズアレー）等のように、
機械加工では不可能な光学素子も登場している。

【０００４】更に、波長分割多重（ＷＤＭ）光通信のよ
うに小型プリズム、回折格子及び光スイッチ等の光学素
子を大量に必要とする分野も増大しており、従来の機械
加工では困難であると共に、製造コストがかかり過ぎる
等の問題も生じている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、このような光
学素子を製造する方法として濃淡のある多階調マスク
（グレースケールマスク）を利用したエッチング技術が
提案されている。

【０００６】例えばある条件下では、レジスト膜の露光
量に応じて現像後のレジスト膜の厚さが変化するので、
グレースケールマスクを利用して露光すると露光量が部
分毎に異なり、従って現像後のレジスト膜の厚さも部分
毎に異なるので、結果としてマスクに応じた任意の形状
をレジスト膜で製造することができる。

【０００７】このレジスト膜を基板と１：１の速度で垂
直方向のみの異方性プラズマエッチングを行えば、任意
の材料の基板にレジスト膜の形状を転写することが可能
である。従って半導体プロセスであるフォトリソグラフ
ィー及びドライエッチングを応用して、現在の半導体の
設計寸法である０．５μｍ以下の精度及び範囲で形状加
工することが可能になる。

【０００８】また、グレースケールマスクは銀を含有し
た特殊ガラスに、電子ビームを照射するとその照射量に
応じてガラスの黒化量が異なることを利用して製造さ
れ、解像度は約０．１μｍである。グレースケールマス
クの濃度は光学濃度(吸収度)で表され、光学濃度＝ｌｏ
ｇ_１０(透過率)^−１なので、例えば透過率１０％の濃度
は光学濃度１、透過率１％では光学濃度２となる。通常
のグレースケールマスクでの光学濃度の範囲は約０．１
５〜２．０であり、最小階調幅は約０．００９２であ
る。また、最大階調数は約２００となる。

【０００９】更に、レジスト膜にグレースケールマスク
を使用して露光する場合、ある光学濃度差に対して露
光、現像後のレジスト膜の厚みがどれだけ変化するかが
問題となる。ここで図１９は感度直線の具体例（ＡＺ
Ｐ４９０３）を示すグラフであり、図に示すようにマス
クの濃度を横軸に、露光、現像後のレジスト膜の厚さを
縦軸に取ると測定値は直線に並ぶので、これを感度直線
と呼でいる。

【００１０】また、図２０は取れる階調を示すグラフで
あり、図に示すように、あるレジスト厚さｔに対し、傾
きａの場合は４階調しか取れないのに対し、傾きｂでは
６階調取れる。

【００１１】この傾きが小さい方が、あるレジスト膜の
厚みに対して、階調数を多く取れるので有利である。

【００１２】しかし、感度直線の傾きはレジストによっ
て決まっているので、使用するレジストが決まれば、あ
る厚みに対する階調数も決まる。例えば、クラリアント
ジャパンのレジスト、ＡＺ Ｐ４６２０では１階調あた
りの厚さは約０．１μｍである。

【００１３】ここで図２１は段差を表すグラフであっ
て、実現したい形状に対し実際には曲面や斜面が段差約
０．１μｍの水平面で形成されることとなる。

【００１４】ところが光学素子の場合、表面形状の誤差
が光の波長の５％程度、即ち約０．０２μｍにする必要
があるので、上記の約０．１μｍは誤差が大きく、結果
として光の集光精度や分配能力が劣る事となる。

【００１５】これに対し、レジスト膜の露光、現像後に
レジスト膜を加熱してレジスト膜の表面を溶かし、レジ
スト膜表面を滑らかにする方法が提案されているが、加
熱しすぎるとレジスト膜全体が変形するなど制御に問題
があった。

【００１６】このため、上記の方法によって製造された
光学素子の応用は、精度をあまり必要としない分野、例
えばユニットセルの小さなＣＣＤ及び液晶等に限定さ
れ、ピックアップのような光の回折限界まで焦点を小さ
くする必要のある光学素子には応用できなかった。

【００１７】本発明は、このような課題を解決するため
になされるもので、光学素子の表面を滑らかにできるエ
ッチング方法、光学素子の製造方法及び光学素子を提供
することを目的としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の主たる観点に係るエッチング方法は、
（ａ）基板上に、階段状の表面を有するようにレジスト
膜を形成する工程と、（ｂ）前記形成されたレジスト膜
の表面に等方性エッチングを施す工程と、（ｃ）前記等
方性エッチングがなされた後に、前記基板から前記レジ
スト膜を除去するように異方性エッチングを施す工程と
を具備することを特徴とする。

【００１９】本発明では、等方性エッチングによりレジ
スト膜に形成された階段状の形状を滑らかにし、これを
異方性エッチングによって基板に転写することとしたの
で、異方性エッチングのみによる場合に比べ、より滑ら
かで高精度な形状に形成が可能である。

【００２０】また、階段状の形状を熱処理する場合に比
べ表面の微細な形成が可能となるので、非球面などの高
精度な形状を製造できる。

【００２１】本発明の他の観点に係るエッチング方法
は、（ａ）基板上に、階段状の表面を有するようにレジ
スト膜を形成する工程と、（ｂ）前記形成されたレジス
ト膜の表面に異方性エッチングを施す工程と、（ｃ）前
記異方性エッチングがなされた後に、前記基板から前記
レジスト膜を除去するように等方性エッチングを施す工
程とを具備することを特徴とする。本発明では、異方性
エッチングによりレジスト膜に形成された階段状の形状
をある程度基板上から除去し、これを等方性エッチング
によって滑らかにすることとしたので、レジスト膜に形
成された全体の形状を大きく崩さず基板表面を滑らかに
できる。

【００２２】本発明の一の形態によれば、前記レジスト
膜が、濃淡のある多階調マスクにより形成されたもので
あることを特徴とする。これにより、濃淡のある多階調
マスクにより任意の形状をレジスト膜で形成することが
できる。

【００２３】本発明の一の形態によれば、前記異方性エ
ッチングと前記等方性エッチングとの選択を、印加され
るバイアスの有無によることとしたことを特徴とする。
これにより異方性エッチングと等方性エッチングの選択
が極めて容易にできることとなりエッチングの迅速化も
図れる。

【００２４】本発明の他の観点に係る光学素子の製造方
法は、平板状の原材料にエッチングを施して光学素子を
製造する方法において、（ａ）前記平板状の原材料上
に、階段状の表面を有する凹部又は凸部を持つレジスト
膜を形成する工程と、（ｂ）前記形成されたレジスト膜
の表面に等方性エッチングを施す工程と、（ｃ）前記等
方性エッチングがなされた後に、異方性エッチングを施
して前記平板状の原材料から前記レジスト膜を除去する
工程とを具備することを特徴とする。本発明では、等方
性エッチングによりレジスト膜に形成された階段状の形
状を滑らかにし、これを異方性エッチングによって基板
に転写することとしたので、異方性エッチングのみによ
る場合に比べ、より滑らかで高精度な形状の光学素子の
製造が可能である。

【００２５】また、階段状の形状を熱処理する場合に比
べ表面の微細な形成が可能となるので、非球面などの高
精度な形状の光学素子を製造できる。

【００２６】本発明の他の観点に係る光学素子の製造方
法は、平板状の原材料にエッチングを施して光学素子を
製造する方法において、（ａ）前記平板状の原材料上
に、階段状の表面を有する凹部又は凸部を持つレジスト
膜を形成する工程と、（ｂ）前記形成されたレジスト膜
の表面に異方性エッチングを施す工程と、（ｃ）前記異
方性エッチングがなされた後に、前記平板状の原材料か
ら前記レジスト膜を除去するように等方性エッチングを
施す工程とを具備することを特徴とする。本発明では、
異方性エッチングによりレジスト膜に形成された階段状
の形状をある程度前記平板状の原材料上から除去し、こ
れを等方性エッチングによって滑らかにすることとした
のでレジスト膜に形成された全体の形状を大きく崩さ
ず、表面が滑らかな光学素子を製造できる。

【００２７】本発明の一の形態によれば、前記レジスト
膜が、濃淡のある多階調マスクにより形成されたもので
あることを特徴とする。これにより、濃淡のある多階調
マスクにより任意の形状の光学素子をレジスト膜で製造
することができる。

【００２８】本発明の一の形態によれば、前記異方性エ
ッチングと前記等方性エッチングとの選択を、印加され
るバイアスの有無によることとしたことを特徴とする。
これにより、異方性エッチングと等方性エッチングの選
択が極めて容易にできることとなり、光学素子の表面形
成の迅速化も図れる。

【００２９】本発明の他の観点に係る光学素子は、請求
項５から請求項８のうちいずれか１項に記載の光学素子
の製造方法から製造されたことを特徴とする。本発明で
は、等方性エッチングによりレジスト膜に形成された階
段状の形状を滑らかにするので、より高精度な形状の光
学素子とすることが可能である。

【００３０】また、階段状の形状を熱処理する場合に比
べ、表面の微細な形成が可能となるので、非球面などの
高精度な形状の光学素子とすることできる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき説明する。

【００３２】図１は本発明の第１の実施の形態に係るレ
ンズの表面形状を形成する場合における誘導結合型プラ
ズマ反応性イオンエッチング（以下「ＩＣＰ−ＲＩＥ」
という）装置の概略図である。

【００３３】図１に示すように、このＩＣＰ−ＲＩＥ装
置１は、プラズマ２が生成される反応室３、プラズマを
発生させる柱状コイル４、石英ガラス基板５及びレジス
ト膜６にバイアスを印加するバイアス用高周波電源（以
下「ＲＦ」という）、柱状コイル４とＲＦとを制御する
制御系７を備えている。

【００３４】反応室３内には、ＲＦが接続された電極８
が設けられており、電極８上に階段状の表面を有する凸
部を持つレジスト膜６が形成された石英ガラス基板５が
載置されている。

【００３５】ここで、電極８に印加されるバイアスは制
御系７で制御され、電極８を通して石英ガラス基板５に
例えばバイアス０Ｖあるいは、バイアス−１００Ｖと選
択的にバイアス電圧がかけられることとなる。

【００３６】これによって、極めて容易に異方性エッチ
ングと等方性エッチングを選択できることとなる。

【００３７】また、反応室３の外部には柱状コイル４が
設けられており、この柱状コイル４は制御系７によって
例えば２．０ＭＨｚの高周波電流が流されることとな
る。

【００３８】これによって、プラズマ生成用の高周波電
源（図示せず）とＲＦとを独立して制御できることとな
り、レンズ表面形成のための石英ガラス基板５の処理が
正確に且つ迅速にできる。

【００３９】次に、上記したＩＣＰ−ＲＩＥ装置１を使
ってエッチング方法、例えばレンズの表面形状を形成す
る場合について説明する。

【００４０】図２はグレースケールマスクの平面図、図
３はグレースケールマスクを通してレジスト膜を露光す
る状態を示す断面図、図４は露光後に現像、洗浄したレ
ジスト膜６を示す断面図、図５はレジスト膜の表面に等
方性エッチングを施す場合の断面図、図６（ａ）〜
（ｃ）は等方性エッチングでレジスト膜が滑らかにされ
る説明図、図７は表面が滑らかな凸部を持つレジスト膜
の断面図、図８は異方性エッチングを施す場合の断面
図、図９はエッチング方法が終了した状態の断面図、図
１０はエッチングの工程を示すフローチャートである。

【００４１】最初に図２、図３及び図４に基づき（ａ）
石英ガラス基板５上に、階段状の表面を有する凸部を持
つレジスト膜６を形成する工程について説明する。

【００４２】まず、石英ガラス基板５にレジストを塗布
する。

【００４３】次に、図２及び図３に示すように濃淡のあ
る多階調マスクであるグレースケールマスク９を通して
レジスト膜６を露光する。ここでグレースケールマスク
９は、例えば図２に示すよう同心円状にＡ１〜Ａ６の区
域に分けられており、Ａ１が一番薄くなっており中心に
行くほど濃くなるように設けられた多階調マスクであ
る。また、図３ではグレースケールマスク９の断面図に
おいて同じように両端のＡ１が一番薄くなっており、中
心へ行くほど濃くなるように設けられている。

【００４４】次に、現像液で現像して露光した部分のレ
ジスト膜を溶解し、次いで水洗い、乾燥を行う。

【００４５】以上により、図４に示すように石英ガラス
基板５上に、ほぼ段差０．１μｍの水平面で形成された
階段状の表面を有する凸部を持つレジスト膜６が形成さ
れる。

【００４６】これにより、微細な形状のレジスト膜６が
グレースケールマスク９で極めて容易に形成されること
となる。

【００４７】次に、図１、図５、図６（ａ）〜（ｃ）及
び図７に基づき（ｂ）形成されたレジスト膜６の表面に
等方性エッチングを施す工程について説明する。

【００４８】まず、図１に示すようにＩＣＰ−ＲＩＥ装
置１の反応室３に（ａ）の工程により階段状の表面を有
する凸部を持つレジスト膜６が形成された石英ガラス基
板５を電極８上に載置する(ステップ１０１)。

【００４９】次に、反応室３内に所定のプラズマ生成用
のガスが送入され（ステップ１０２）制御系７の制御
下、柱状コイル４に高周波電流が流され反応室３内にプ
ラズマ２が生成される(ステップ１０３)。

【００５０】更に、この状態で制御系７の制御下、石英
ガラス基板５のバイアスをゼロとして、等方性エッチン
グをレジスト膜６の表面に施す(ステップ１０４)。

【００５１】これにより、図５に示すようにプラズマ２
中のイオン粒子が階段状の表面を有する凸部を持つレジ
スト膜６の表面に対し、あらゆる方向に照射されること
となるので、階段状の表面が全体的にエッチングされ、
滑らかな凸部を持つレジスト膜６を形成することができ
る（ステップ１０５）。

【００５２】上述のように等方性エッチングでは、元の
形状が変化して突出部１０が丸くなり、小さくなる特徴
があるが、図６（ａ）〜（ｃ）に基づいて以下に詳述す
る。

【００５３】まず、図６（ａ）に示すように、レジスト
膜６の実際の凹凸の二乗平均誤差が最小になるように規
格化された平均表面１１を設定する。

【００５４】また、等方性エッチングのエッチング方向
のベクトルは、平均表面１１に対し垂直な方向（Ｙ）
と、水平な方向（Ｘ）の２種類に分けることができる。

【００５５】次に、図６（ａ）に示すように、平均表面
１１に対して垂直な方向のエッチングが起きる場合、こ
れは異方性エッチングと同じ現象なので、レジスト膜６
の表面の形状がそのまま転写される。

【００５６】次に、図６（ｂ）に示すように、平均表面
１１に対して水平方向のエッチングが起きる場合、平均
表面１１から飛び出した所だけがエッチングで小さくな
る。すなわち、図６（ａ）に示すように平均表面１１か
らｈ_１だけの高さがあった突出部１０が、等方性エッチ
ングにより図６（ｃ）に示すように平均表面１１からｈ
_１より小さいｈ_２となる。

【００５７】以上により、（ｂ）の工程が終了し図７に
示すように表面が滑らかな凸部を持つレジスト膜６が、
形成されることとなる。

【００５８】これによって、事実上グレースケールマス
ク９の階調が増えたのと同じ効果が得られる。この結
果、レジスト膜６の表面の段差を通常の光学素子に必要
とされている精度０．０２μｍを上回るように滑らかに
できるので、より高精度な光学素子を製造することが可
能となる。

【００５９】また、階調数が増えることにより非球面レ
ンズの製造が容易になる効果がある。すなわち、非球面
レンズは特に１枚の球面レンズ光学系で発生する球面収
差を補正するのに大きな効果があるが、球面レンズとの
形状の差は０．１μｍ程度と小さく、従来のグレースケ
ールマスク９のみでは球面レンズと非球面レンズとの差
を十分に表現できなかった。

【００６０】そこで等方性エッチングにより滑らかにす
ることと組み合わせることによって、非球面レンズの特
徴を表すのに必要な面形状の精度を確保することができ
ることとなり、非球面レンズの製造が容易になる。

【００６１】次に、図１及び図８に基づき（ｃ）等方性
エッチングがなされた後に、石英ガラス基板５からレジ
スト膜６を除去するように異方性エッチングを施す工程
について説明する。

【００６２】まず、図１に示すように、ＩＣＰ−ＲＩＥ
装置１の反応室３内の等方性エッチングによるエッチン
グ生成物及び残留ガスが排気され、代わりのガスが送入
される (ステップ１０６)。

【００６３】次に、制御系７の制御下柱状コイル４によ
って反応室３内にプラズマ２が生成される(ステップ１
０７)。

【００６４】更に、この状態で制御系７の制御下、電極
８を通して石英ガラス基板５にバイアスがかけられ異方
性エッチングが施される(ステップ１０８)。

【００６５】すなわち、図８に示すようにプラズマ２中
のイオン粒子が石英ガラス基板５の面に対し垂直方向に
照射される。これによって、レジスト膜６の滑らかな表
面を有する凸部がそのまま、石英ガラス基板５に転写さ
れることとなる。

【００６６】以上により、（ｃ）の工程が終了し図９に
示すように全体的に滑らかな表面を有するレンズが、形
成され(ステップ１０９) エッチング方法が終了するこ
ととなる。

【００６７】このように本実施形態によれば、等方性エ
ッチングによりレジスト膜６に形成された階段状の形状
を滑らかにし、これを異方性エッチングによって石英ガ
ラス基板５に転写することとしたので、異方性エッチン
グのみによる場合に比べ、より滑らかで高精度な形状の
レンズの製造が可能である。

【００６８】また、階段状の形状を熱処理する場合に比
べ表面の微細な形成が可能となるので、非球面などの高
精度な形状を製造できる。

【００６９】更に、異方性エッチングと等方性エッチン
グとの選択を、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置１の電極８に印加さ
れるバイアス電圧の有無によることとしたので、より異
方性エッチングと等方性エッチングの選択が極めて容易
にできることとなりレンズの表面形成の迅速化も図れ
る。

【００７０】また、電極８への電源をプラズマ生成用の
電源と別々にしたのでレンズの表面形成を極めて精密に
且つ迅速にできる。

【００７１】更に、石英ガラス基板５に比べ一般的に柔
らかいレジスト膜６に等方性エッチングを施しその後、
硬い石英ガラス基板５に異方性エッチングを施すことと
したので、レンズの形成が極めて速くできることとな
る。

【００７２】次に、図１１は本発明の第２の実施の形態
に係るレンズの表面形状を形成する場合におけるレジス
ト膜に異方性エッチングを施すときの断面図、図１２は
レジスト膜に等方性エッチングを施す場合の断面図、図
１３は基板処理方法が終了した状態の断面図である。

【００７３】なお、図１１から図１３において第１の実
施形態で示した図１から図９までにおける構成要素と同
一の構成要素については同一の符号を付すものとし、そ
の説明を省略する。

【００７４】また、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置は、第１の実施
形態に係るＩＣＰ−ＲＩＥ装置１と同じ構成を有するの
でその説明を省略する。

【００７５】次に、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置１を使って、第
１の実施形態の場合と異なり、異方性エッチングを施し
た後、等方性エッチングを施しレンズの表面形状を形成
する場合について説明する。

【００７６】ここで（ａ）石英ガラス基板５上に、階段
状の表面を有する凸部を持つレジスト膜６を形成する工
程については、第１の実施形態の場合と同一である。

【００７７】次に、図１及び図１１に基づき（ｂ）形成
されたレジスト膜６の表面に異方性エッチングを施す工
程について説明する。

【００７８】まず、図１に示すようにＩＣＰ−ＲＩＥ装
置１の反応室３に（ａ）の工程により階段状の表面を有
する凸部を持つレジスト膜６が形成された石英ガラス基
板５を電極８上に載置する。

【００７９】次に、反応室３内にプラズマ形成用のガス
を送入し制御系７の制御下、柱状コイル４によって反応
室３内にプラズマ２が生成される。

【００８０】更に、この状態で制御系７の制御下、電極
８を通して石英ガラス基板５にバイアスがかけられ異方
性エッチングが施される。

【００８１】これにより、図１１に示すようにプラズマ
２中のイオン粒子が、階段状の表面を有する凸部を持つ
レジスト膜６の表面に対し、垂直方向に照射されること
となるので、階段状の表面を有する凸部がそのまま維持
され、レジスト膜６がある程度石英ガラス基板５から除
去されることとなる。以上により（ｂ）の工程が終了す
る。

【００８２】次に、図１２に基づき（ｃ）異方性エッチ
ングがなされた後に、石英ガラス基板５からレジスト膜
６を除去するように等方性エッチングを施す工程につい
て説明する。

【００８３】まず、図１に示すように、ＩＣＰ−ＲＩＥ
装置１の反応室３内の異方性エッチングによるエッチン
グ生成物及び残留ガスが排気された後、代わりのガスが
送入され、制御系７の制御下柱状コイル４によって反応
室３内にプラズマ２が生成される。

【００８４】更に、この状態で制御系７の制御下、
（ｂ）の工程において電極８を通して石英ガラス基板５
にバイアスがかけてあったのをゼロバイアスにして、等
方性エッチングを石英ガラス基板５に施す。

【００８５】これにより、図１２に示すようにプラズマ
２中のイオン粒子が階段状の表面を有する凸部を持つレ
ジスト膜６に対し、あらゆる方向に照射されることとな
るので、階段状の表面が全体的にエッチングされ、石英
ガラス基板５の表面も滑らかな凸部を有する表面とされ
る。

【００８６】すなわち、等方性エッチングでは、異方性
エッチングと異なりプラズマ２中のイオン粒子がレジス
ト膜６の階段状の表面に対し、垂直方向（Ｙ方向）のみ
ならず水平方向（Ｘ方向）にも照射される。これによっ
て、レジスト膜６面上に残っていた階段状の突出部１０
もエッチングされ、突出部１０が小さくなり全体的に滑
らかな表面となる。

【００８７】以上により、（ｃ）の工程が終了し図１３
に示すように全体的に滑らかな表面を有するレンズが、
石英ガラス基板５上に形成されエッチング方法が終了す
ることとなる。

【００８８】このように本実施形態によれば、異方性エ
ッチングによりレジスト膜６に形成された階段状の形状
をある程度石英ガラス基板５上から除去し、これを等方
性エッチングによって滑らかにすることとしたので、レ
ジスト膜６に形成された全体の形状を大きく崩さず、滑
らかな表面を有するレンズを形成できる。また、熱処理
による場合に比べ表面の微細な形成が可能となるので、
非球面などの高精度な形状を製造できる。

【００８９】更に、異方性エッチングと等方性エッチン
グとの選択を、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置１の電極８に印加さ
れるバイアスの有無によることとしたので、より異方性
エッチングと等方性エッチングとの選択が極めて簡易に
できることとなる。

【００９０】また、電極８への電源をプラズマ生成用の
電源と別々にしたので、レンズの表面形成を極めて精密
に且つ迅速に図れる。

【００９１】なお、本発明は上述したいずれの実施形態
にも限定されず、本発明の技術思想の範囲内で適宜変形
して実施できる。

【００９２】例えば、上述の実施形態では、グレースケ
ールマスクとしてＣａｎｙｏｎ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ
Ｉｎｃ．のＨＥＢＳガラス、フォトレジストとしてクラ
リアントジャパン（株）のＡＺ Ｐ４９０３、レジスト
膜６を滑らかにするのに使用するプラズマは酸素及び基
板材料として石英ガラスを示したが、材料の種類は上記
３種に限定されるものではない。

【００９３】例えば、グレースケールマスクとしてはＮ
ＩＰＴ Ｉｎｃ．等もある。更に写真乾板等のように濃
淡があれば使用可能である。

【００９４】また、フォトレジストとしては、粘度が大
きく厚塗りができてポジ型であれば適用可能であり例え
ば、クラリアントジャパン（株）のＡＺ Ｐ４４００及
びＡＺ Ｐ４６２０、東京応化工業（株）ＰＭＥＲ Ｐ
−ＬＡ９００ＰＭ及びＰＭＥＲ Ｐ−ＬＡ１３００ＰＭ
及びＪＳＲ（株）のＴＨＢ−５００Ｐ及びＴＨＢ−６１
１Ｐ等がある。

【００９５】更に、滑らかにするためのプラズマはレジ
ストの主成分で炭素と揮発性の化合物を生成する水素、
窒素、酸化窒素、アンモニア、３フッ化窒素、６フッ化
イオウ及び塩素等も適用可能である。

【００９６】また、基板材料としては、光を透過する材
料で且つ復屈折がないか非常に弱く、反応性イオンエッ
チングが可能な材料であれば良い。例えば、赤外線用の
光学素子としてはシリコン、ゲルマニウム、砒化ガリウ
ム、リン化インジウム及び硫化カドミウム等があり、赤
色光用としてはリン化ガリウム、セレン化亜鉛及び立方
晶系炭化ケイ素等がある。

【００９７】更に、青色光用としては光学プラスチック
スも可能であり、ＰＰＧ社のＣＲ−３９、アクリル樹
脂、ポリカーボネート、（株）ニコン等の含硫ウレタン
樹脂及びＨＯＹＡ（株）のテスラリッド(登録商標)等が
挙げられる。

【００９８】また、無機材料としてはチタン−ニオブ含
有光学ガラス、安定化ジルコニア、硫化亜鉛、窒化アル
ミニウム、窒化ガリウム及び六方晶系炭化ケイ素等があ
る。

【００９９】更に、このエッチング方法は光学素子その
ものだけでなく、光学素子をプレスモールドで作成する
のに使用する金型をグレースケールマスクとプラズマエ
ッチングで製造する方法にも適用できる。すなわち、金
型の形状（凹状）をしたレジスト膜の表面を等方性エッ
チングで滑らかにできる。金型はプラズマエッチングが
可能で且つ硬度の大きな材料である必要があり、材料と
しては炭化ケイ素、炭化ホウ素、窒化ホウ素、炭化チタ
ン、窒化チタン及び炭化タングステン等がある。

【０１００】また、上述の実施形態では、１つのＩＣＰ
−ＲＩＥ装置１で等方性エッチングと異方性エッチング
の両方を施したが、これに限られるものでなく例えば等
方性エッチングと異方性エッチングとを、別々のＩＣＰ
−ＲＩＥ装置１で施しても良い。

【０１０１】これによって、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置１のセ
ットをどちらか一方に固定でき、よりエッチングのスピ
ードアップが図れる。

【０１０２】更には、等方性エッチングと異方性エッチ
ングとを別々の例えば、平行平板型プラズマエッチング
装置等によっても良い。これによって、より制御が簡単
になる。

【０１０３】次に、本発明の効果を確認するための実施
例を説明する。

【０１０４】（第１実施例）まず、石英ガラス基板５
(直径５０．８ｍｍ)にポジ型フォトレジストＡＺ Ｐ４
９０３（クラリアントジャパン（株）製）をスピンコー
ター（ミカサ（株）製）で膜厚１７μｍに塗布し、ホッ
トプレートで３分間加熱した。

【０１０５】その後、ステッパー（ニコン（株）製）で
Ｃａｎｙｏｎ ＭａｔｅｒｉａｌｓＩｎｃ．製グレース
ケールマスクを通して露光した。

【０１０６】このグレースケールマスクの階調数は６４
であり、光源波長は０．４３２μｍ、露光量は２００ｍ
Ｊ／ｃｍ^２である。

【０１０７】次に、４：１に希釈した現像液ＡＺ４００
Ｋ（クラリアントジャパン（株）製で主成分は水酸化カ
リウム水溶液）で現像して露光した部分のレジスト膜を
溶解し、次いで水洗い、乾燥を行った。

【０１０８】このレジスト膜６の形状を干渉顕微鏡Ｎｅ
ｗＶｉｅｗ１００（ｚｙｇｏ Ｉｎｃ．）で測定した断
面を図１４に示した。

【０１０９】この図１４によれば、レジスト膜６の断面
がほぼ階段状になっていることが良く分かった。

【０１１０】次に、このレジスト膜６の付着した石英ガ
ラス基板５をＩＣＰ−ＲＩＥ装置１（イギリスＳＴＳ社
製）にいれた。

【０１１１】そこで、圧力を１．３３Ｐａ、酸素の流量
６×１０^−４ｍ^３／ｈ、プラズマに対する電力１５００
Ｗ及び基板バイアス０Ｖに維持して等方性エッチングを
５分間施した。この際、石英ガラス基板５のバイアスが
０Ｖでないと異方性エッチングになるので注意を要す
る。

【０１１２】この後、石英ガラス基板５を反応室３の外
に出し、レジスト膜６の形状を干渉顕微鏡ＮｅｗＶｉｅ
ｗ１００（ｚｙｇｏ Ｉｎｃ．）で測定して得た断面図
が図１５に示された。

【０１１３】ここで、等方性エッチング前のレジスト膜
６が図１４であり、これと図１５とを比較すると、かな
り段差が除かれたことがわかった。すなわち、等方性エ
ッチングを施したことによってレジスト膜６の表面を、
滑らかにすることができたことがこれによって良くわか
った。

【０１１４】（第２実施例）第１実施例と同一のグレー
スケールマスクを使用してポジ型フォトレジストＡＺ
Ｐ４９０３（クラリアントジャパン（株）製）にレンズ
形状を形成した。

【０１１５】次に、このレジスト膜６の付着した石英ガ
ラス基板５をＩＣＰ−ＲＩＥ装置１（イギリスＳＴＳ社
製）にいれた。

【０１１６】そこで、圧力を１．３３Ｐａ、酸素の流量
６×１０^−４ｍ^３／ｈ、プラズマに対する電力１５００
Ｗ及び基板バイアス０Ｖに維持して等方性エッチングを
５分間施した。

【０１１７】更に、同じ装置の中で圧力１．３３Ｐａ、
４フッ化炭素の流量を１２×１０^{− ４}ｍ^３／ｈ、酸素の
流量６×１０^−４ｍ^３／ｈ、プラズマに対する電力１５
００Ｗ及び基板バイアス−１００Ｖに維持して異方性エ
ッチングを３０分間施した。

【０１１８】この条件ではレジスト膜６と石英ガラス基
板５とのエッチング速度が等しく、レジスト膜６の形状
が石英ガラス基板５に転写され、したがって石英ガラス
基板５にレンズ形状が形成された。

【０１１９】このレンズにレーザ光を入射させて得られ
た焦点像を表す写真が図１６である。

【０１２０】（第３実施例）第３実施例では、第２実施
例とレジスト膜６の形状が非球面レンズになるように設
計したグレースケールマスクを使用した以外は同じであ
る。

【０１２１】すなわち、露光、現像後のレジスト膜６を
同じように酸素プラズマを使用して、等方性エッチング
をレジスト膜６に施し、更に異方性エッチングによりレ
ジスト膜６の滑らかな形状を石英ガラス基板５に転写し
てレンズを作成した。

【０１２２】図１７がこのレンズにレーザ光を入射させ
て得られた焦点像を表す写真である。

【０１２３】（比較例）第２実施例と同じようにグレー
スケールマスクを使用して、レジスト膜６に対し露光、
現像を行った。

【０１２４】次に、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置に入れた後、等
方性エッチングを施さずに４フッ化炭素と酸素の混合プ
ラズマで、レジスト膜６と石英ガラス基板５とを１：１
の割合で垂直方向のみの異方性エッチングを施した。

【０１２５】この場合、条件は第２の実施例と同じであ
り、レジスト膜６の形状が石英ガラス基板５に転写さ
れ、レンズが石英ガラス基板５に形成された。

【０１２６】このレンズにレーザ光を入射させて得られ
た焦点像を表す写真が図１８である。

【０１２７】まず図１６と図１８とを比較すると、等方
性エッチングによりレジスト膜６を滑らかにし更に異方
性エッチングを施した第２の実施例に係る図１６のほう
が、異方性エッチングによりレジスト膜６の階段状の形
状をそのまま転写した比較例に係る図１８の場合より焦
点像が小さく、すなわち収差が少なくなったことが分か
った。

【０１２８】次に、図１７と図１６を比較すると、レジ
スト膜６の形状が非球面レンズになるように設計したグ
レースケールマスクを使用した第３の実施例に係る図１
７の焦点像のほうが通常のグレースケールマスクを使用
した第２の実施例に係る図１６の焦点像よりも更に小さ
くなった。このことは図１７に係るレンズの方が収差が
少なくなったことを意味する。

【０１２９】従って、グレースケールマスクによる露
光、現像によってレジスト膜に形成した階段状の表面
を、酸素プラズマ等で等方性エッチングを施すことによ
って、非球面形状等のより高精度な形状の光学素子を製
造できることが明確となった。

【０１３０】また、高精度な光学素子を製造できること
により、レンズ関連では電荷結合素子（ＣＣＤ）のオン
チップマイクロレンズの集光効率の向上によるＣＣＤの
感度が向上できる。感度が向上すれば、ＣＣＤの画素数
の増大及びＣＣＤの小型化が可能になる。

【０１３１】更に、レンズ関連では液晶用マイクロレン
ズアレーの光分配効率の向上による投映像の高精細化で
きる。また、レーザ投射ディスプレイでは、レーザアレ
イから出るレーザ光の成形の高効率化ができる。更に光
記録ディスクのピックアップの高精度化による記録密度
の向上等できる。

【０１３２】また、波長分割多重（ＷＤＭ）光通信の分
野では、プリズム及び回折格子等の光学素子の高精度化
により、多重できる波長数の増大及び素子そのものの小
型化ができる。

【０１３３】更に、光導波路の高精度化により、光スイ
ッチの小型化及び多重できる波長数の増大を図れる。こ
れらを通して通信速度の増大、ひいては情報ビット単価
の軽減及び装置の小型化、低価格化が可能となる。

【０１３４】また、光学素子に限らず例えば、マイクロ
マシンでも、基板に対して斜めに傾いた面を持つ歯車、
ミラーの表面の高度精度化に有効であって、マイクロマ
シンの高信頼化につながる。

【０１３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば滑
らかなレジスト表面と基板表面を形成でき、より高精度
の光学素子を製造できることとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る誘導結合型プラズマ反
応性イオンエッチング装置を示す概略図である。

【図２】本発明の実施形態に係るグレースケールマスク
の平面図である。

【図３】本発明の実施形態に係るグレースケールマスク
を通してレジスト膜を露光する状態の断面図である。

【図４】本発明の実施形態に係る露光後に現像、洗浄し
たレジスト膜６を示す断面図である。

【図５】本発明の実施形態に係るレジスト膜の表面に等
方性エッチングを施す場合の断面図である。

【図６】本発明の実施形態に係る等方性エッチングでレ
ジスト膜が滑らかにされる説明図である。

【図７】本発明の実施形態に係る表面が滑らかな凸部を
持つレジスト膜の断面図である。

【図８】本発明の実施形態に係る異方性エッチングを施
す場合の断面図である。

【図９】本発明の実施形態に係る基板処理方法が終了し
た状態の断面図である。

【図１０】本発明の実施形態に係るエッチングの工程を
示すフローチャートである。

【図１１】本発明の第２の実施形態に係るレンズの表面
形状を形成する場合におけるレジスト膜に異方性エッチ
ングを施すときの断面図である。

【図１２】本発明の第２の実施形態に係るレジスト膜に
等方性エッチングを施す場合の断面図である。

【図１３】本発明の第２の実施形態に係る基板処理方法
が終了した状態の断面図である。

【図１４】本発明の第１実施例に係る露光後のレジスト
膜の形状を干渉顕微鏡ＮｅｗＶｉｅｗ１００（ｚｙｇｏ
Ｉｎｃ．）で測定した断面図である。

【図１５】本発明の第１実施例に係る等方性エッチング
した後のレジスト膜の形状を干渉顕微鏡ＮｅｗＶｉｅｗ
１００（ｚｙｇｏ Ｉｎｃ．）で測定した断面図であ
る。

【図１６】本発明の第２実施例に係るレンズにレーザ光
を入射させて得られた焦点像を表す写真である。

【図１７】本発明の第３実施例に係るレンズにレーザ光
を入射させて得られた焦点像を表す写真である。

【図１８】本発明の比較例のレンズにレーザ光を入射さ
せて得られた焦点像を表す写真である。

【図１９】レジストの感度直線の具体例（ＡＺＰ４９０
３）を示すグラフである。

【図２０】レジストの取れる階調を示すグラフである。

【図２１】レジストの段差を表すグラフである。

【符号の説明】

１ ＩＣＰ−ＲＩＥ装置 ２ プラズマ ３ 反応室 ４ 柱状コイル ５ 石英ガラス基板 ６ レジスト膜 ７ 制御系 ８ 電極 ９ グレースケールマスク １０ 突出部 １１ 平均表面

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）基板上に、階段状の表面を有する
   ようにレジスト膜を形成する工程と、 （ｂ）前記形成されたレジスト膜の表面に等方性エッチ
   ングを施す工程と、 （ｃ）前記等方性エッチングがなされた後に、前記基板
   から前記レジスト膜を除去するように異方性エッチング
   を施す工程とを具備することを特徴とするエッチング方
   法。
2. 【請求項２】 （ａ）基板上に、階段状の表面を有する
   ようにレジスト膜を形成する工程と、 （ｂ）前記形成されたレジスト膜の表面に異方性エッチ
   ングを施す工程と、 （ｃ）前記異方性エッチングがなされた後に、前記基板
   から前記レジスト膜を除去するように等方性エッチング
   を施す工程とを具備することを特徴とするエッチング方
   法。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載のエッチン
   グ方法において、 前記レジスト膜が、濃淡のある多階調マスクにより形成
   されたものであることを特徴とするエッチング方法。
4. 【請求項４】 請求項１から請求項３のうちいずれか１
   項に記載のエッチング方法において、 前記異方性エッチングと前記等方性エッチングとの選択
   を、印加されるバイアスの有無によることとしたことを
   特徴とするエッチング方法。
5. 【請求項５】 平板状の原材料にエッチングを施して光
   学素子を製造する方法において、 （ａ）前記平板状の原材料上に、階段状の表面を有する
   凹部又は凸部を持つレジスト膜を形成する工程と、 （ｂ）前記形成されたレジスト膜の表面に等方性エッチ
   ングを施す工程と、 （ｃ）前記等方性エッチングがなされた後に、異方性エ
   ッチングを施して前記平板状の原材料から前記レジスト
   膜を除去する工程とを具備することを特徴とする光学素
   子の製造方法。
6. 【請求項６】 平板状の原材料にエッチングを施して光
   学素子を製造する方法において、 （ａ）前記平板状の原材料上に、階段状の表面を有する
   凹部又は凸部を持つレジスト膜を形成する工程と、 （ｂ）前記形成されたレジスト膜の表面に異方性エッチ
   ングを施す工程と、 （ｃ）前記異方性エッチングがなされた後に、前記平板
   状の原材料から前記レジスト膜を除去するように等方性
   エッチングを施す工程とを具備することを特徴とする光
   学素子の製造方法。
7. 【請求項７】 請求項５又は請求項６に記載の光学素子
   の製造方法において、 前記レジスト膜が、濃淡のある多階調マスクにより形成
   されたものであることを特徴とする光学素子の製造方
   法。
8. 【請求項８】 請求項５から請求項７のうちいずれか１
   項に記載の光学素子の製造方法において、 前記異方性エッチングと前記等方性エッチングとの選択
   を、印加されるバイアスの有無によることとしたことを
   特徴とする光学素子の製造方法。
9. 【請求項９】 請求項５から請求項８のうちいずれか１
   項に記載の光学素子の製造方法から製造されたことを特
   徴とする光学素子。