JP2004333833A

JP2004333833A - Method for manufacturing matrix, mother die, method for manufacturing mold, mold, optical element, and base material

Info

Publication number: JP2004333833A
Application number: JP2003129032A
Authority: JP
Inventors: Naoki Mitsuki; 直樹三ツ木; Kazumi Furuta; 和三古田; Masahiro Morikawa; 雅弘森川
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2003-05-07
Filing date: 2003-05-07
Publication date: 2004-11-25

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a matrix by which a base material to be etched to form a specified diffraction structure and to be made as the matrix of a mold for molding an optical element is preliminarily subjected to a process of imparting a feature to decrease over-etching or side etching so that a specified shape without distortion can be obtained after etching, and to provide the matrix, a method for manufacturing a mold, the mold, an optical element, and the base material. <P>SOLUTION: The mother optical face 110a of the matrix material 110 is preliminarily formed to have a curved part 110aa, a peripheral face part 110ab around the curved part 110aa, and a peripheral curved part 110ac which smoothly connects the above two parts in a cross-sectional quadratic curve. As these parts constitute one continuous face, an induction electric field is homogeneously generated on the surface to uniformly etch the surface. This reduces over-etching or side-etching and realizes a specified shape. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子を成形するための金型の母型を製造する技術に関するものであって、特に、エッチング処理されることで所定の構造が形成されて光学素子を成形するための金型の母型となる基材に対して、予め、オーバーエッチングやサイドエッチングを低減させる形状を付与しておくことで、エッチング処理後には、歪みのない所定の形状を得ることができるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、情報記録媒体としてＣＤ、ＤＶＤなどが広く利用されており、これらの記録媒体から情報を読み取る読取装置などの精密機器には、多くの光学素子が使用されている。
【０００３】
近年においては、これらの光学素子に要求されるスペックや性能が向上してきており、特に、ＤＶＤなどの記録媒体におけるピックアップレンズでは、記録密度の増加に対して、より微細で且つ精度の高い回折構造を形成することが要求されている。具体的には、光の波長より小さいレベル、例えばｎｍレベルでの加工が求められている。また、次世代対応のピックアップレンズにおいては、光の波長に対して１／２００程度の加工精度を実現することが求められている。
【０００４】
ところで、これらのピックアップレンズ、即ち、光学レンズは、低コスト化並びに小型化の観点から、ガラス製の製品よりも樹脂製の製品が広く利用されている。このような樹脂製の光学レンズは、一般に射出成形によって製造される。従って、その成形型には、予め、回折構造を付与するための面を形成しておく必要がある。
【０００５】
これまで、このような面の形成加工は、切削バイトを用いた一般的な加工技術によって行われてきたが、近年において要求される微細な回折構造を形成しようとした場合には、加工精度が劣るとともに、バイトの強度や寿命の点で限界があり、サブミクロンオーダー、或いは、それ以下のレベルでの精密な加工を行うことは困難であるという問題が生じることとなった。
【０００６】
そこで、最近においては、成形型の母型となる基材に対して、レジスト膜を形成して、そのレジスト膜にそのような微細な回折構造の原形となる形状を描画して、これを現像処理することで、その形状を得て、さらに、その形状をエッチング処理することで、所定の回折構造が形成された母型を得ることが試みられている（例えば、特許文献１参照）。さらに、このようにして得られた母型を用いて電鋳処理を行うことで、そのような微細な回折構造が転写形成された成形型を得て、この成形型によって光学レンズが成形される。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２‐３３３７２２号公報（段落〔０１６１〕‐〔０１７０〕、第１３図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような成形型の母型となる基材には、通常、光学レンズの光学機能面となる曲面部と、この曲面部の周囲に亘る周囲面部とが形成されており、これらの境界部分は、所定の角度を持って不連続に繋げられている。即ち、当該境界部分は、光学レンズの光学機能面、即ち、所定の回折構造が形成される曲面部の光学機能面部からは外れた部分であるため、特別な考慮は図られず、単純に繋げられるに留まっている。
【０００９】
しかしながら、このように曲面部と周囲面部との境界部分が不連続であると、当該基材をエッチングした場合には、この境界部分にオーバーエッチングやサイドエッチングが生じて、所定の回折構造が形成される曲面部の光学機能面部までもが歪みを生じて、その形状が乱されるという問題が生じる。具体的には、境界部分に位置する周囲面部において、エッチングが過度に進行してしまうオーバーエッチングが生じ、境界部分に位置する曲面部の傾斜面において、水平方向にエッチングが進行してしまうサイドエッチングが生じる。また、この境界部分においては、局所的にエッチング量が増加することから、破損が生じ易くなるという問題が生じる。
【００１０】
また一方で、このように曲面部と周囲面部との境界部分が不連続であると、当該基材にレジストを塗布して、レジスト膜を形成する場合には、この境界部分において、レジストが溜まり易くなり、厚いレジスト膜が形成されることから、当該基材をエッチングした場合には、この境界部分において、その形状が大きく乱されるという問題が生じる。これは、レジスト膜のエッチング速度と基材のエッチング速度とが異なることに起因する。
【００１１】
従って、このようなことから、当該基材に形成された回折構造を転写形成して製造された金型を用いて光学素子を成形した場合には、その形状の乱れから、所定の光学的性能を有する光学素子を得ることが出来なくなるという問題が生じる。
【００１２】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エッチング処理されることで所定の回折構造が形成されて光学素子を成形するための金型の母型となる基材に対して、予め、オーバーエッチングやサイドエッチングを低減させる形状を付与しておくことで、エッチング処理後には、歪みのない所定の形状を得ることができる母型の製造方法、母型、金型の製造方法、金型、光学素子及び基材を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、所定の構造を有する光学素子を成形するための金型の母型を製造する母型の製造方法であって、前記母型となる基材に対して、少なくとも一面に、前記所定の構造が形成される曲面部と、前記曲面部の周囲に亘る周囲面部と、前記曲面部と前記周囲面部とを滑らかに繋ぐ周囲曲面部と、を成形する成形工程と、前記曲面部上にレジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、前記形成されたレジスト膜に対して所定のパターン形状を描画する描画工程と、前記描画されたレジスト膜に現像処理を施すことで、前記所定のパターン形状を形成する現像工程と、前記所定のパターン形状が形成されたレジスト膜にエッチング処理を施すことで、前記曲面部上に前記所定の構造が形成された母型を得るエッチング工程を含むことを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決するために、請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の母型の製造方法によって製造されたことを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決するために、請求項７記載の発明は、請求項６記載の母型を用いて、前記母型の形状が転写された金型を得る電鋳処理を行うことを特徴とする。
【００１６】
上記課題を解決するために、請求項８記載の発明は、請求項７記載の金型の製造方法によって製造されたことを特徴とする。
【００１７】
上記課題を解決するために、請求項９記載の発明は、請求項８記載の金型によって成形されたことを特徴とする。
【００１８】
上記課題を解決するために、請求項１０記載の発明は、エッチング処理されることで所定の構造が形成されて、前記所定の構造を有する光学素子を成形するための金型の母型となる基材であって、少なくとも一面に、前記所定の構造が形成される曲面部と、前記曲面部の周囲に亘る周囲面部と、前記曲面部と前記周囲面部とを滑らかに繋ぐ周囲曲面部と、を設けたことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る母型の製造方法、母型、金型の製造方法、金型、光学素子及び基材の好適な実施の形態の一例について、母型の製造方法及び金型の製造方法の流れに沿って、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００２０】
［母型の製造方法］
まず、母型の製造方法について、図１及び図２に示すフローチャートの流れに沿って、図３を参照しつつ説明する。
【００２１】
＜切削加工工程＞
図１に示すように、ＳｉＯ_２、ポリシリコン又はポリオレフィン等の樹脂材料からなる略半球型の形状を有する母型の素材１１０を、金属など導電性の素材からなる円盤状の基材１１１の中央開口１１１ｐに埋め込み、接着剤にて相対回転不能に固定して（図３（ａ）参照）、部材Ｅを得る（ステップＳ０１）。尚、母型の素材１１０は、本発明の「基材」に対応する。次に、治具（以下、ヤトイと呼ぶ）１５０の中央孔１５１を介して貫通させ、基材１１１のネジ孔１１１ｇに螺合させたボルト１５２により、基材１１１に対してヤトイ１５０を取り付けると共に、基材１１１に合マークＭＸとＩＤ番号ＮＸを付与する（ステップＳ０２）。図４に示すように、このＩＤ番号ＮＸは、取り付けたヤトイ１５０の個々に付された番号であり、それを特定するための情報として機能する。尚、本例では、基材１１１の外周面を接線方向に細い平面で切り取った溝１１１ｈ内に、レーザー描画でＩＤ番号ＮＸを刻設するようにしたが、印刷であっても良い。また、溝は、同一深さの全周溝であっても良い。また、基材１１１との位相を合わせるための合マークＭＸも、レーザー加工で刻設することができる。
【００２２】
次に、不図示のコンピュータ内に構築されたプロセス管理データベース内に、この部材Ｅに対応づける形で、ヤトイのＩＤ番号ＮＸ、取付面（方向）、締め付けトルク、作業環境温度（雰囲気温度）等を記憶する（ステップＳ０３）。その後、後述する超精密旋盤（ＳＰＤＴ加工機）のチャックに、ヤトイ１５０を介して部材Ｅを取り付ける（ステップＳ０４）。さらに、部材Ｅを回転させなから、ダイヤモンド工具により、基材１１１の外周面１１１ｆを切削加工することで、超精密旋盤、例えば、ＳＰＤＴ（ＳｉｎｇｌｅＰｏｉｎｔＤｉａｍｏｎｄＴｕｒｎｉｎｇ）加工機の回転軸に対して、これを精度良く形成し、又、母型の素材１１０の上面を、図３（ｂ）に示すように切削加工し、後述する母光学面１１０ａを形成し、且つ、基材１１１の上面に周溝１１１ａ（第１のマーク）を切削加工する（ステップＳ０５）。この際、温度コントロールを実施しながら、送り量及び切込量を制御して、曲面の表面祖さ５０ｎｍ乃至２０ｎｍを得る。また、このとき、母光学面１１０ａの光軸の位置は、その外形から確認することはできないが、同時に加工されることから母光学面１１０ａと周溝１１１ａとは、精度良く同軸に形成されることとなり、又、円筒面に形成された基材１１１の外周面１１１ｆも、光軸と精度良く同軸に形成される。ここで、周溝１１１ａは、例えば、暗視野部（凹部に相当）と明視野部（凸部に相当）とからなる複数の溝から形成されてよく、暗視野部、明視野部を各々複数個有するとさらに好ましい（これは、ダイヤモンド工具の先端が凹凸を有するものであれば、容易に形成できる）。また、周溝１１１ａの凹凸形状により、後述するごとく塗布されるレジスト飛散防止の堤防としても機能させることができる。
【００２３】
［基材の形状］
ここで、本発明の特徴部分である基材、即ち、上述した母型の素材１１０の母光学面１１０ａの形状について、図５を参照しながら説明する。
【００２４】
上述したように、母型の素材１１０の上面には、ＳＰＤＴ加工機の切削加工により母光学面１１０ａが形成されるが、当該母光学面１１０ａは、図５に示すように、曲面部１１０ａａと、この曲面部１１０ａａの周囲に亘る周囲面部１１０ａｂと、これらを滑らかに繋ぐ周囲曲面部１１０ａｃと、を有して形成される。より詳細には、曲面部１１０ａａは、所定の回折構造が形成される光学機能面部（レンズ有効径内の領域部分）と、この光学機能面部の周囲に亘る光学機能周囲面部（レンズ有効径外の領域部分）とから成り、この光学機能周囲面部と周囲面部１１０ａｂとが、周囲曲面部１１０ａｃによって滑らかに繋がれる。尚、此処に言う“滑らか”とは、その繋ぎ目において、角や溝が生じていないことを指し、上述した光学機能周囲面部と周囲面部１１０ａｂとにおいては、周囲曲面部１１０ａｃを介して、１つの連続的な面を形成しているということである。因みに、本実施形態においては、これを実現する手法として、周囲曲面部１１０ａｃを、断面２次曲線を成す形状にて構成することとするが、周囲曲面部１１０ａｃは、連続面を成す形状であれば良く、これに限定されるものではない。また、図５においては、周囲面部１１０ａｂは水平面としているが、周囲面部１１０ａｂは、傾斜面であっても良い。また、周囲面部１１０ａｂの表面は平坦でなく、滑らかな起伏を有するものであっても良い。因みに、同図に示す点線の形状は、従来における曲面部と周囲面部との境界領域における形状を示している。
【００２５】
これにより、後述するエッチング工程においては、この曲面部１１０ａａと周囲面部１１０ａｂとの境界領域において、オーバーエッチングやサイドエッチングが生じることを抑えることができる。尚、この詳細については、後述する（エッチング形状の形成原理）の処で説明する。
【００２６】
（ＳＰＤＴ加工機の構成）
ここで、上述した部材Ｅの切削加工に用いるＳＰＤＴ加工機の概略構成について、図６（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。
【００２７】
ＳＰＤＴ加工機３００は、図６（ａ）に示すように、部材Ｅなどのワーク３０１を固定するための回転保持部材である固定部３０２と、ワーク３０１に対して加工を施すための切削バイトの刃先であるダイヤモンド工具３０３と、固定部３０２をＺ軸方向に移動させるＺ軸スライドテーブル３０４と、ダイヤモンド工具３０３を保持しつつＸ軸方向（或いは、加えてＹ軸方向）に移動させるＸ軸スライドテーブル３０５と、Ｚ軸スライドテーブル３０４及びＸ軸スライドテーブル３０５を移動自在に保持する定盤３０６を含んで構成されている。尚、固定部３０２若しくはダイヤモンド工具３０３の何れか一方、又は、双方を回転駆動するための不図示の回転駆動手段が設けられ、後述する制御手段３０７に電気的に接続されている。
【００２８】
また、図６（ａ）に示すように、Ｚ軸スライドテーブル３０４の駆動を制御するＺ方向駆動手段３０８と、Ｘ軸スライドテーブル３０５のＸ軸方向での駆動（或いは、加えてＹ軸方向での駆動）を制御するＸ方向駆動手段３０９及びＹ方向駆動手段３１０と、これらにより切削バイトの送り量を制御する送り量制御手段３１１と、切込量を制御する切込量制御手段３１２と、温度を制御する温度制御手段３１３と、各種制御条件や制御テーブル乃至は処理プログラムを記憶した記憶手段３１４と、これら各部の制御を司る制御手段３０７と、を含んで構成されている。
【００２９】
ダイヤモンド工具３０３は、図６（ｂ）に示すように、本体部分を構成するダイヤモンドチップ３０３ａと、この先端部に構成された頂角αから成るすくい面３０３ｂと、側面部を構成する第１逃げ面３０３ｃ、第２逃げ面３０３ｄから構成されている。このすくい面３０３ｂに含まれる刃先には、予め、乃至は、摩耗による複数の凹凸部３０３ｅ（上述したダイヤモンド工具先端の凹凸部）が形成されている。
【００３０】
（切削加工処理）
このような構成を有するＳＰＤＴ加工機３００によって、概略、以下のように切削加工が行われる。
【００３１】
制御手段３０７は、記憶手段３１４に記憶された各種制御条件や制御テーブル乃至は処理プログラムに従って、Ｚ方向駆動手段３０８、Ｘ方向駆動手段３０９及びＹ方向駆動手段３１０を制御することにより、Ｚ軸スライドテーブル３０４及びＸ軸スライドテーブル３０５を移動させる。これにより、固定部３０２にセットされた部材Ｅであるワーク３０１に対して、ダイヤモンド工具３０３が相対移動して、ワーク３０１に対する切削加工が行われる。因みに、ダイヤモンド工具３０３は、刃先がＲバイト（バイト先端が曲線部を有する）の構成を有していることから、刃先の当たるポイントが順次変化し、摩耗に対して強くなっている。
【００３２】
尚、この際、温度制御手段３１３が温度コントロールを実施し、送り量制御手段３１１がダイヤモンド工具３０３の送り量を制御し、切込量制御手段３１２がダイヤモンド工具３０３による切込量を制御することで、部材Ｅの母型の素材１１０の上面が切削加工されて、母光学面１１０ａが形成されることになる。
【００３３】
図１に戻って、さらに、不図示のコンピュータに構築したプロセス管理データベースに、部材Ｅの切削加工時の作業環境温度を記憶し、且つ、部材ＥをＳＰＤＴ加工機から取り外し（ステップＳ０６）、ボルト１５２を緩めて部材Ｅからヤトイ１５０を取り外す（ステップＳ０７）。そして、目視で虹色に見えるダイヤモンド工具による加工痕（ツールマーク）を研磨して、虹色が見えなくなるまで研磨する。さらに、部材Ｅを、不図示のＦＩＢ（ＦｏｃｕｓｅｄＩｏｎＢｅａｍ）加工機のステージ上にセットする（ステップＳ０８）。次に、ＦＩＢ加工機のステージ上の部材Ｅにおける周溝１１１ａを読み取り、例えば、その内側エッジから母型の素材１１０の光軸の位置を決定し（ステップＳ０９）、決定した光軸から等距離で３つ（４つ以上でも良い）の第２のマーク１１１ｂを、基材１１１上に描画する（図３（ｂ）及び図７参照）（ステップＳ１０）。ダイヤモンド工具により加工形成した周溝１１１ａの幅は比較的広いため、これを用いて加工の基準とすることは、加工精度を低下させる恐れがあるが、ＦＩＢ加工機は、幅が２０ｎｍ程度の精度の高い線を形成できるため、例えば十字線を形成すると、２０ｎｍ×２０ｎｍの微細なマークを形成することができ、それを加工の基準とすることで、より高精度な加工が可能となる。次に、部材ＥをＦＩＢ加工機のステージから取り外す（ステップＳ１１）。
【００３４】
＜形状測定工程＞
続いて、部材Ｅを後述する形状測定器（画像認識手段と記憶手段とを有する）にセットし（ステップＳ１２）、形状測定器の画像認識手段を用いて、第２のマーク１１１ｂを検出する（ステップＳ１３）。さらに、測定により得られた、若しくは、超精密旋盤に用いた母型の素材１１０の母光学面１１０ａの３次元座標を、第２のマーク１１１ｂに基づく３次元座標に変換して、さらに、この第２のマーク１１１ｂに基づく３次元座標から、母型の素材１１０の母光学面１１０ａの高さ位置に関する規定値、即ち、設計値からの誤差分布データを作成し、これらを記憶手段に記憶する（ステップＳ１４）。このように、母光学面１１０ａを新たな３次元座標で記憶し直すのは、後述する描画工程で電子ビーム描画を行う際に、母光学面１１０ａの被描画面に対して電子ビームの焦点深度を合わせるために、電子銃と部材Ｅとの相対位置を調整する必要などがあるからである。尚、第２のマーク１１１ｂは、測定の際、測定データにかかる座標の基準点がどこなのかを作業者が視認するための位置認識のためのマークとして利用できる。その後、部材Ｅを形状測定器から取り外す（ステップＳ１５）。
【００３５】
（形状測定器の構成）
ここで、上述した母型の素材１１０の母光学面１１０ａの形状を測定する際に用いられる形状測定器の概略構成について、図８を参照しながら説明する。
【００３６】
図８に示すように、測定器２００は、第１のレーザー測長器２０１、第２のレーザー測長器２０２、ピンホール２０５、ピンホール２０６、第１の受光部２０３及び第２の受光部２０４などを有し、さらに、これらの測定結果を算出するための不図示の測定算出部、測定結果を記憶する記憶部、各種制御系を備えた不図示の制御手段などを含み構成される。
【００３７】
（形状測定処理）
このような構成において、第１のレーザー測長器２０１から部材Ｅに対して第１の光ビームＳ１を照射し、母型の素材１１０の平坦部１１０ｂで反射される第１の光ビームＳ１をピンホール２０５を介して第１の受光部２０３により受光して、第１の光強度分布を検出する。
【００３８】
この際に、第１の光ビームＳ１は、母型の素材１１０の平坦部１１０ｂにて反射されるため、第１の強度分布に基づき、母型の素材１１０の平坦部１１０ｂ上の（高さ）位置が測定算出されることになる。
【００３９】
さらに第２のレーザー測長器２０２から第１の光ビームＳ１と異なる方向から部材Ｅに対して第２の光ビームＳ２を照射し、母型の素材１１０の母光学面１１０ａを透過する第２の光ビームＳ２をピンホール２０６を介して第２の受光部２０４により受光して、第２の光強度分布を検出する。
【００４０】
この場合、第２の光ビームＳ２は、母型の素材１１０の母光学面１１０ａ上を透過することとなるので、第２の強度分布に基づき、母型の素材１１０の平坦部より突出する母光学面１１０ａ上の（高さ）位置が測定算出されることになる。尚、この母型の素材１１０の母光学面１１０ａ上の（高さ）位置の測定算出の原理については、後述する電子ビーム描画装置の（測定器）の処で説明する。
【００４１】
＜レジスト膜形成工程＞
図１に戻って、次に、第２のマーク１１１ｂ上に保護テープ１１３を貼り付ける（図３（ｃ）参照）（ステップＳ１６）。この保護テープ１１３は、後加工で母型の素材１１０上に塗布されるレジストＬが、第２のマーク１１１ｂに付着しないようにするためのものである。これは、レジストＬが第２のマーク１１１ｂに付着すると、加工の基準として読み取りが不適切になるためである。尚、保護テープによる保護は、図３（ｃ）で示され、１つの第２のマーク１１１ｂのみ保護する場合を示しているが、他の第２のマーク１１１ｂについても同様である。さらに、部材Ｅを不図示のスピンコータにセットし（ステップＳ１７）、レジストＬを母型の素材１１０上に流下させながら被レジスト塗布基材を回転するプレスピンを実施し（ステップＳ１８）、その後、レジストＬの流下を停止して被レジスト塗布基材を回転させる本スピンを実施し、レジストＬの被膜を行う（図３（ｄ）参照）（ステップＳ１９）。プレスピンと本スピンとを分けることにより、複雑な曲面である母光学面１１０ａに、均一な膜厚のレジストＬを被膜させることが可能となる。ここで、レジストＬは、加熱又は紫外線等によって硬化する高分子の樹脂材料が用いられており、電子ビームによって与えられたエネルギー量に応じて分子間の結合が切れ分解される特性を有している（分解された部分は後述する現像液によって除去される）。
【００４２】
ところで、上述したように、母型の素材１１０の母光学面１１０ａは、曲面部１１０ａａと、この曲面部１１０ａａの周囲に亘る周囲面部１１０ａｂとが周囲曲面部１１０ａｃによって滑らかに繋がれているため（図５参照）、従来のように、曲面部１１０ａａと周囲面部１１０ａｂとの境界領域においてレジストが溜まることもなく、均一な厚さのレジスト膜を得ることができる。
【００４３】
これにより、後述するエッチング工程においては、母型の素材１１０の母光学面１１０ａは、一様にエッチングされて、歪みの無い所定の形状を得ることができる。尚、この詳細については、後述する（エッチング形状の形成原理）の処で説明する。
【００４４】
図１に戻って、その後、部材Ｅをスピンコータから取り外し（ステップＳ２０）、部材Ｅに対してベーキング（加熱）処理を施すことで、レジストＬの被膜を安定させる（ステップＳ２１）。この際の温度は、ほぼ１７０℃で、ほぼ２０分間加熱する。さらに、保護テープ１１３を剥がす（ステップＳ２２）。係る状態の部材Ｅが、図３（ｄ）に示されている。
【００４５】
＜膜厚測定工程＞
続いて、図２に示すように、部材Ｅを不図示の膜厚測定器（画像認識手段と記憶手段とを有する）にセットし（ステップＳ２３）、膜厚測定器の画像認識手段を用いて、第２のマーク１１１ｂを検出する（ステップＳ２４）。さらに、母型の素材１１０の母光学面１１０ａに塗布されたレジストＬの膜厚分布を、第２のマーク１０１１ｂに基づく膜厚分布に変換して、さらに、この第２のマーク１１１ｂに基づく膜厚分布から、規定値、即ち、得ようとする膜厚値からの誤差分布データを作成し、これらを記憶手段に記憶する（ステップＳ２５）。このように、第２のマーク１１１ｂに基づくレジストＬの膜厚の規定値からの誤差分布データを作成することで、これを、上述した形状測定器での母型の素材１１０の母光学面１１０ａの高さ位置の設計値からの誤差分布データと対応付けることができる。その後、部材Ｅを膜厚測定器から取り外す（ステップＳ２６）。
【００４６】
＜描画調整工程＞
さらに、部材Ｅを、後述する電子ビーム描画装置の３次元ステージにセットし（ステップＳ２７）、測定器（走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）：電子ビーム描画装置に付属していると好ましい）を介して部材Ｅの第２のマーク１１１ｂを検出し（ステップＳ２８）、その検出結果と、入力部より入力される形状測定器２００及び膜厚測定器からの測定情報、具体的には、部材Ｅの形状データ、即ち、母光学面１１０ａの３次元座標と、母光学面１１０ａに塗布されたレジストＬの膜厚分布とから求められる母光学面１１０ａの被描画面（レジストＬの膜表面）の形状とから、母光学面１１０ａの被描画面に描画する所定の描画パターンに関する形状データを作成する（ステップＳ２９）。因みに、母光学面１１０ａの被描画面の形状は、部材Ｅの第２のマーク１１１ｂの検出と共に、測定器により測定しても良い。
【００４７】
さらに、所定の描画パターンを構成する、例えば回折輪帯を描画する際の電子ビームの照射量、即ち、ドーズ量を調整する。具体的には、入力部より入力される形状測定器２００及び膜厚測定器からの測定情報、より詳細には、部材Ｅの形状データ、即ち、母光学面１１０ａの３次元座標と、母光学面１１０ａに塗布されたレジストＬの膜厚分布とから母光学面１１０ａの被描画面の形状を求め、さらに、各々の誤差分布データ（母光学面１１０ａの高さ位置の設計値からの誤差分布データ、母光学面１１０ａに塗布されたレジストＬの膜厚の規定値からの誤差分布データ）に基づいて、所定の形状が得られるようにドーズ量を調整する（ステップＳ３０）。
【００４８】
＜描画工程＞
さらに、母光学面１１０ａの被描画面に所定の描画パターンを描画するべく、被描画面に電子ビームの焦点が合うように３次元ステージを移動させて、電子ビーム（図３（ｄ）参照）を所定のドーズ量（補正された後のドーズ量）になるよう照射して、母光学面１１０ａ上のレジストＬの膜に所定の描画パターン、例えば回折輪帯を描画する（ステップＳ３１）。
【００４９】
（電子ビーム描画装置の構成）
ここで、上述した描画処理に用いられる電子ビーム描画装置の概略構成について、図９を参照しながら説明する。尚、以下においては、母型の素材１１０の母光学面１１０ａ上にレジストＬの膜が形成された部材Ｅは、基材１００に対応するものとする。
【００５０】
図９に示すように、電子ビーム描画装置１は、大電流で高解像度の電子線プローブを形成して高速に描画対象の基材１００上を走査するものであり、高解像度の電子線プローブを形成し、電子ビームを生成してターゲットに対してビーム照射を行う電子銃２と、この電子銃２からの電子ビームを通過させるスリット３と、スリット３を通過する電子ビームの基材１００に対する焦点位置を制御するための電子レンズ４と、電子ビームが出射される経路上に配設されたアパーチャー５と、電子ビームを偏向させることでターゲットである基材１００上の走査位置等を制御する偏向器６と、偏向を補正する補正用コイル７と、を含み構成される。これらの各部は、鏡筒８内に配設されて電子ビーム出射時には真空状態に維持される。
【００５１】
さらに、電子ビーム描画装置１は、描画対象となる基材１００を載置するための載置台であるＸＹＺステージ９と、このＸＹＺステージ９上の載置位置に基材１００を搬送するための搬送手段であるローダ１０と、ＸＹＺステージ９上の基材１００の表面の基準点を測定するための測定手段である測定装置１１と、ＸＹＺステージ９を駆動するための駆動手段であるステージ駆動装置１２と、ローダを駆動するためのローダ駆動装置１３と、鏡筒８内及びＸＹＺステージ９を含む筐体１４内を真空となるように排気を行う真空排気装置１５と、これらの制御を司る制御手段である制御回路２０と、を含み構成される。
【００５２】
尚、電子レンズ４は、高さ方向に沿って複数箇所に離間して設置される各コイル４ａ、４ｂ、４ｃの各々の電流値によって電子的なレンズが複数生成されることで各々制御され、電子ビームの焦点位置が制御される。
【００５３】
測定装置１１は、基材１００に対してレーザーを照射することで基材１００を測定するレーザー測長器１１ａと、レーザー測長器１１ａにて発光されたレーザー光が基材１００を反射し当該反射光を受光する受光部１１ｂと、を含み構成される。尚、この詳細については、後述する（測定装置の構成）の処で説明する。
【００５４】
ステージ駆動装置１２は、ＸＹＺステージ９をＸ方向に駆動するＸ方向駆動機構と、Ｙ方向に駆動するＹ方向駆動機構と、Ｚ方向（電子ビームの進行方向）に駆動するＺ方向駆動機構と、θ方向に駆動するθ方向駆動機構と、を含み構成される。これにより、ＸＹＺステージ９を３次元的に動作させたり、アライメントを行うことができる。
【００５５】
制御回路２０は、電子銃２に電源を供給するための電子銃電源部２１と、この電子銃電源部２１での電流、電圧などを調整制御する電子銃制御部２２と、電子レンズ４（複数の各電子的なレンズを各々）を動作させるためのレンズ電源部２３と、このレンズ電源部２３での各電子レンズに対応する各電流を調整制御するレンズ制御部２４と、を含み構成される。
【００５６】
さらに、制御回路２０は、補正用コイル７を制御するためのコイル制御部２５と、偏向器６にて成形方向の偏向を行うと共に、主走査方向及び副走査方向の偏向を行うための偏向部２６と、偏向部２６を制御するためにデジタル信号をアナログ信号に変換制御するＤ／Ａ変換器２７と、を含み構成される。
【００５７】
さらに、制御回路２０は、偏向器６における位置誤差を補正する、即ち、位置誤差補正信号などをＤ／Ａ変換器２７に対して供給して位置誤差補正を促す、或いは、コイル制御部２５に対して当該信号を供給することで、補正用コイル７にて位置誤差補正を行う位置誤差補正回路２８と、これら位置誤差補正回路２８並びにＤ／Ａ変換器２７を制御して電子ビームの電界を制御する電界制御手段である電界制御回路２９と、描画パターンなどを基材１００に対応して生成するためのパターン発生回路３０と、を含み構成される。
【００５８】
さらに、制御回路２０は、レーザー測長器１１ａを上下左右に移動させることによるレーザー照射位置の移動及びレーザー照射角の角度等の駆動制御を行うレーザー駆動制御回路３１と、レーザー測長器１１ａでのレーザー照射光の出力（レーザーの光強度）を調整制御するためのレーザー出力制御回路３２と、受光部１１ｂでの受光結果に基づき、測定結果を算出するための測定算出部３３と、を含み構成される。
【００５９】
さらに、制御回路２０は、ステージ駆動装置１２を制御するためのステージ制御回路３４と、ローダ駆動装置１３を制御するローダ制御回路３５と、上述のレーザー駆動回路３１、レーザー出力制御回路３２、測定算出部３３、ステージ制御回路３４、ローダ制御回路３５を制御する機構制御回路３６と、真空排気装置１５の真空排気を制御する真空排気制御回路３７と、上述した形状測定装置や膜厚測定装置からの測定情報を入力するための測定情報入力部３８と、入力された測定情報やその他の情報を記憶するための記憶手段であるメモリ３９と、各種制御を行うための制御プログラムを記憶したプログラムメモリ４０と、これらの各部の制御を司る例えばＣＰＵなどにより構成された制御部４１と、を含み構成される。
【００６０】
（描画処理）
このような構成を有する電子ビーム描画装置１において、ローダ１０によって搬送された基材１００がＸＹＺステージ９上に載置されると、真空排気装置１５によって鏡筒８及び筐体１４内の空気やダストなどを排気した後、電子銃２から電子ビームが照射される。
【００６１】
電子銃２から照射された電子ビームは、電子レンズ４を介して偏向器６により偏向され、偏向された電子ビームＢ（以下、この電子レンズ４を通過後の偏向制御された電子ビームに関してのみ「電子ビームＢ」と符号を付与することがある）は、ＸＹＺステージ９上の基材１００の表面、例えば曲面部１００上の描画位置に対して照射されることで描画が行われる。
【００６２】
この際に、測定装置１１によって、基材１００上の描画位置（描画位置のうち少なくとも高さ位置）、若しくは、後述するような基準点の位置が測定され、制御回路２０は、当該測定結果に基づき、電子レンズ４のコイル４ａ、４ｂ、４ｃなどに流れる各電流値などを調整制御して、電子ビームＢの焦点位置を制御し、当該焦点位置が前記描画位置となるように移動制御される。
【００６３】
尚、図１０に示すように、電子ビームは、深い焦点深度ＦＺを有しているが、電子レンズ４の幅Ｄに対して絞り込まれた電子ビームＢは、ほぼ一定の太さのビームウエストＢＷを形成し、このビームウエストＢＷの範囲の電子ビーム進行方向における長さが、ここでいう焦点深度ＦＺに相当する。焦点位置は、このビームウエストＢＷの電子ビーム進行方向における位置であり、ここではビームウエストＢＷの電子ビーム進行方向における中央位置とする。
【００６４】
或いは、測定結果に基づき、制御回路２０は、ステージ駆動装置１２を制御することにより、電子ビームＢの焦点位置が描画位置となるようにＸＹＺステージ９を移動させる。
【００６５】
基材１００と電子ビームＢの焦点位置の相対的な移動制御は、電子ビームＢの焦点位置の制御、ＸＹＺステージ９の制御の何れか一方の制御によって行っても、双方を利用して行ってもよいが、電子ビームＢの制御において電子レンズ４の調整を行う場合は、電子ビームＢの偏向の変化による誤差を補正する必要があるため、ＸＹＺステージ９の移動制御により行うことが好ましい。
【００６６】
（測定装置の構成）
ここで、測定装置１１の概略構成について、図１１を参照しながら説明する。図１１に示すように、測定装置１１は、より詳細には、レーザー測長器１１ａを構成する第１のレーザー測長器１１ａａ及び第２のレーザー測長器１１ａｂと、受光部１１ｂを構成する第１の受光部１１ｂａ及び第２の受光部１１ｂｂなどを有している。
【００６７】
このような構成において、第１のレーザー測長器１１ａａにより電子ビームと交差する方向から基材１００に対して第１の光ビームＳ１を照射し、基材１００の平坦部１００ｂで反射される第１の光ビームＳ１の受光によって、第１の光強度分布が検出される。
【００６８】
この際に、第１の光ビームＳ１は、基材１００の平坦部１００ｂにて反射されるため、第１の強度分布に基づき、基材１００の平坦部１００ｂ上の（高さ）位置が測定算出されることになる。尚、ここで高さ位置とは、Ｚ方向、即ち電子ビームＢの進行方向における位置を示す。
【００６９】
さらに第２のレーザー測長器１１ａｂによって、第１の光ビームＳ１と異なる電子ビームとほぼ直交する方向から基材１００に対して第２の光ビームＳ２を照射し、基材１００を透過する第２の光ビームＳ２が第２の受光部１１ｂｂに含まれるピンホール１１ｃを介して受光されることによって、第２の光強度分布が検出される。
【００７０】
この場合、図１２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、第２の光ビームＳ２は、基材１００の曲面部１００ａ上を透過することとなるので、第２の強度分布に基づき、基材１００の平坦部１００ｂより突出する曲面部１００ａ上の（高さ）位置が測定算出されることになる。
【００７１】
より詳細には、図１２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、第２の光ビームＳ２がＸＹ基準座標系における曲面部１００ａ上のある位置（ｘ、ｙ）の特定の高さを透過すると、この位置（ｘ、ｙ）において、第２の光ビームＳ２が曲面部１００ａの曲面にて当たることにより散乱光ＳＳ１、ＳＳ２が生じ、この散乱光分の光強度が弱まることとなる。このようにして、第２の受光部１１ｂｂにて検出された第２の光強度分布に基づき、曲面部１００ａ上の（高さ）位置が測定算出される。
【００７２】
この算出の際には、第２の受光部１１ｂｂの信号出力は、図１３に示す特性図のような、信号出力Ｏｐと基材１００の高さとの相関関係を有するので、制御回路２０のメモリ３９などにこの特性、即ち、相関関係を示した相関テーブルを予め格納しておくことにより、第２の受光部１１ｂｂでの信号出力Ｏｐに基づき、基材の高さ位置を算出することができる。
【００７３】
そして、この基材１００の高さ位置を、例えば描画位置として、電子ビームの焦点位置の調整が行われ描画が行われることとなる。
【００７４】
（描画位置算出の原理）
次に、当該電子ビーム描画装置１における描画位置算出の原理について説明する。
【００７５】
基材１００は、図１４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、平坦部１００ｂと、この平坦部１００ｂより突出形成された曲面を成す曲面部１００ａと、を含み構成される。この曲面部１００ａの曲面は、球面に限らず、非球面などの他のあらゆる高さ方向に変化を有する自由曲面であって良いが、当該曲面部１００ａと平坦部１００ｂとは、滑らかな曲面部分により繋がれている。
【００７６】
上述したように、基材１００においては、ＸＹＺステージ９上に載置される前に、形状測定器２００により第２のマーク１１１ｂ、例えば３個の基準点Ｐ００、Ｐ０１、Ｐ０２の位置を測定しておく。これにより、例えば、基準点Ｐ００とＰ０１によりＸ軸、基準点Ｐ００とＰ０２によりＹ軸が定義され、３次元座標系における第１の基準座標系が算出される。ここで、第１の基準座標系における高さ位置をＨｏ（ｘ、ｙ）（第１の高さ位置）とする。これにより、基材２の高さ位置分布、及び、その設計値からの誤差分布の算出を行うことができる。
【００７７】
一方、基材１００をＸＹＺステージ９上に載置した後にも、同様の測定を行う。即ち、図１４（Ａ）に示すように、基材１００上の第２のマーク１１１ｂ、例えば３個の基準点Ｐ１０、Ｐ１１、Ｐ１２を決定して、測定装置１１を用いて、この位置を測定しておく。これによって、例えば、基準点Ｐ１０とＰ１１によりＸ軸、基準点Ｐ１０とＰ１２によりＹ軸が定義され、３次元座標系における第２の基準座標系が算出される。
【００７８】
さらに、これら基準点Ｐ００、Ｐ０１、Ｐ０２と、Ｐ１０、Ｐ１１、Ｐ１２により、第１の基準座標系を第２の基準座標系に変換するための座標変換行列を算出して、この座標変換行列を利用して、第２の基準座標系における前記Ｈｏ（ｘ、ｙ）に対応する高さ位置Ｈｐ（ｘ、ｙ）（第２の高さ位置）を算出して、この位置を最適フォーカス位置、即ち、描画位置として電子ビームの焦点位置が制御される。
【００７９】
具体的には、図１４（Ｃ）に示すように、電子ビームの焦点深度ＦＺ（ビームウエストＢＷ＝ビーム径の最も細い所）の焦点位置を、３次元基準座標系における単位空間の１フィールド（ｍ＝１）内の描画位置に調整制御する。
【００８０】
そして、図１４（Ｃ）に示すように、例えば１フィールド内をＹ方向にシフトしつつ順次Ｘ方向に走査することにより、１フィールド内の描画が行われることとなる。さらに、１フィールド内において、描画されていない領域があれば、当該領域についても、上述の焦点位置の制御を行いつつＺ方向に移動し、同様の走査による描画処理を行うこととなる。
【００８１】
次に、１フィールド内の描画が行われた後、他のフィールド、例えばｍ＝２のフィールド、ｍ＝３のフィールドにおいても、上述同様に、測定や描画位置の算出を行いつつ描画処理がリアルタイムで行われることとなる。このようにして、描画されるべき描画領域について全ての描画が終了すると、基材２の表面における描画処理が終了することとなる。
【００８２】
尚、上述したように、以上に説明した各種演算処理、測定処理及び制御処理などを行う処理プログラムは、予め、プログラムメモリ４０に制御プログラムとして格納されており、制御部４１は、この制御プログラムに従って、各部の制御を行うこととする。
【００８３】
＜現像工程＞
図２に戻って、さらに、不図示の現像装置によって、部材Ｅの現像処理を行って、輪帯形状のレジストを得る（ステップＳ３３）。尚、同一点における電子ビームの照射時間を長くすれば、それだけレジストの除去量は増大するため、上述した描画工程においては、電子ビームの照射位置と照射時間（ドーズ量）を調整することで、母光学面１１０ａ上のレジストＬの膜に所定の描画パターン、例えば回折輪帯の形状となるようにレジストを残すことができる。
【００８４】
＜エッチング工程＞
さらに、詳細は後述するエッチング装置によって、部材Ｅのエッチング処理を行って、母型の素材１１０の母光学面１１０ａの表面を彫り込んで、例えばブレーズ状の輪帯１１０ｂ（実際より誇張されて描かれている）を形成する（図３（ｅ）参照）（ステップＳ３４）。以上の工程により、部材Ｅは母型として完成される。
【００８５】
（エッチング装置の構成）
ここで、上述した部材Ｅのエッチング処理を行う際に用いられるエッチング装置、具体的には、プラズマエッチング装置の概略構成について、図１５を参照しながら説明する。但し、以下においては、高密度プラズマを発生できる誘導結合プラズマ処理装置を例に挙げる。尚、以下においては、母型の素材１１０の母光学面１１０ａ上にレジストＬの膜が形成された部材Ｅは、基材１００に対応するものとする。
【００８６】
図１５に示すように、プラズマエッチング装置４１０は、導電性材料、例えばアルミニウム製の筐体から分解可能に組立てられた気密な容器４２０を有している。この容器４２０は、接地線４２１によって接地され、壁面から汚染物が発生しないように、内壁面は陽極酸化によってアルマイト処理されている。尚、この容器４２０内は、上側に位置するアンテナ室４２４と処理室４２６とに気密に区画されることが好ましい。区画に際し仕切られる仕切り構造は、石英等から成るセグメントを組み合わせて成る誘電体壁４３２を含む支持部４３４により形成される。また、この支持部４３４の下面は、水平面上で実質的に整一した状態に形成される。この支持部４３４の下面は、平滑な下面を有する石英等から成る誘電体カバーにより被覆されることが好ましく、一方、誘電体壁４３２の上側には、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等から成る樹脂板が配設されることが好ましい。
【００８７】
また、アンテナ室４２４にはヒータ４６１が配設され、このヒータ４６１は、電源４６２に接続されている。このヒータ４６１によって支持部４３４を介して誘電体壁４３２を含む仕切り構造が加熱され、これにより、処理室４２６に露出する仕切り構造の下面に副生成物が付着するのが防止される。
【００８８】
支持部４３４は、導電性材料、望ましくは金属、例えばアルミニウム製の筐体からされた中空の部材からなり、シャワーヘッドを構成するためのシャワー筐体として兼用される。支持部４３４を構成する筐体の内外表面は、壁面から汚染物が発生しないように、陽極酸化によりアルマイト処理されている。支持部兼シャワー筐体４３４には、ガス流路が内部に形成されると共に、ガス流路に連通し、且つ、後述する載置台４７０、より詳細には、サセプタ４７１に対して開口する複数のガス供給孔が下面に形成されている。
【００８９】
支持部４３４の中央に接続された管状の管部４３５内には、支持部４３４内のガス流路に連通するガス供給管４５１が配設される。ガス供給管４５１は、容器４２０の天井を貫通し、容器４２０外に配設された処理ガス供給源４５０に接続される。即ち、プラズマ処理中、処理ガスが、処理ガス供給源４５０からガス供給管４５１を介して、支持部兼シャワー筐体４３４内に供給され、その下面のガス供給孔から処理室４２６内に放出される。
【００９０】
アンテナ室４２４内には、誘電体壁４３２に面するように、仕切り構造上に配設された高周波（ＲＦ）のアンテナ４３１が配設される。
【００９１】
アンテナ４３１は、仕切り構造上の部分が、例えば渦巻き状を成す平面型のコイルアンテナから成る。アンテナ４３１は、一端部が容器４２０の天井の略中央から導出され、整合器４４１を介して高周波電源４４２に接続される。一方、他端部は容器４２０に接続され、これにより接地される。
【００９２】
プラズマ処理中、高周波電源４４２からは、誘導電界形成用の高周波電力がアンテナ４３１へ供給される。アンテナ４３１により、処理室４２６内に誘導電界が形成され、この誘導電界により、支持部兼シャワー筐体４３４から供給された処理ガスがプラズマに転化される。このため、高周波電源４４２は、プラズマを発生させるのに十分な出力で高周波電力を供給できるように設定される。
【００９３】
誘電体壁４３２を挟んで高周波のアンテナ４３１と対向するように、処理室４２６内には基材１００を載置するための載置台であるサセプタ４７１が配設される。サセプタ４７１は、導電性材料、例えばアルミニウム製の部材から成り、その表面は、汚染物が発生しないように、陽極酸化によりアルマイト処理されている。サセプタ４７１の周囲には、基材１００を固定するための保持部材４７３が配設される。
【００９４】
サセプタ４７１は、絶縁体枠４７２内に収納され、さらに、中空の支柱上に支持される。支柱は、容器４２０の底部を気密に貫通し、容器４２０外に配設された駆動部４７４に支持される。即ち、サセプタ４７１は、基材１００のロード／アンロード時に、この駆動部４７４により、例えば上下方向に駆動される。
【００９５】
サセプタ４７１は、中空の支柱内に配置された給電棒により、整合器４８１を介して高周波電源４８２に接続される。プラズマ処理中、高周波電源４８２からは、バイアス用の高周波電力がサセプタ４７１に印加される。このバイアス用の高周波電力は、処理室４２６内で励起されたプラズマ中のイオンを効果的に基材１００に引込むために使用される。
【００９６】
さらに、サセプタ４７１内には、基材１００の温度を制御するため、ヒータ等の加熱手段や冷媒流路等から成る温度調整部４７５や温度センサが配設され、温度調整部４７５を制御する温度制御部４７６に接続される。これらの機構や部材に対する配管や配線は、いずれも中空の支柱を通して容器４２０外に導出される。
【００９７】
処理室４２６の底部には、排気管４７７を介して、真空ポンプなどを含む真空排気機構が接続される。真空排気機構により、処理室４２６内が排気されると共に、プラズマ処理中、処理室４２６内が真空雰囲気、所定の圧力雰囲気に設定及び維持される。
【００９８】
また、バイアス用電力を出力するバイアス用の高周波電源４８２には、バイアス用電力の供給を制御する制御部４９４が接続されている。
【００９９】
一方、上述のバイアス用電力よりも周波数が相対的に高いプラズマ生成用電力を出力するプラズマ生成用の高周波電源４４２にも、制御部４９４が接続されており、この制御部４９４によってプラズマ生成用電力の供給が制御される。この制御部４９４には、さらに、種々の設定入力値等を表示するための表示部４９３、操作入力を行うための操作入力部４９２、各種テーブルや種々の制御プログラム、設定情報等を記憶した記憶部４９１が接続される。
【０１００】
（エッチング処理）
このような構成において、エッチング処理を施す場合には、まず、ゲートバルブ４２２を通して搬送手段により基材１００をサセプタ４７１の載置面にロードした後、保持部材４７３により基材１００をサセプタ４７１に固定する。
【０１０１】
次に、処理室４２６内に処理ガス供給源４５０からエッチングガス（例えばＳＦ６とＯ２による例えば混合比８：７の混合ガス）を含む処理ガスを吐出させると共に、排気管４７７を介して処理室４２６内を真空引きすることにより、処理室４２６内を所定の圧力雰囲気に維持する。
【０１０２】
次に、高周波電源４４２から所定の高周波電力をアンテナ４３１に印加することにより、仕切り壁構造を介して処理室４２６内に均一な誘導電界を形成する。係る誘導電界により、処理室４２６内で処理ガスがプラズマに転化され、高密度の誘導結合プラズマが生成される。
【０１０３】
このようにして生成されたプラズマ中のイオンは、高周波電源４８２からサセプタ４７１に対して印加される所定の高周波電力によって、基材１００に効果的に引込まれ、基材１００にパターン形状１００ｃを形成するべくエッチング処理を施す。
【０１０４】
この際、制御部４９４の制御により、プラズマ生成用の高周波電源４４２から所定の第１の周波数の第１の電力の高周波電力を印加すると共に、バイアス用の高周波電源４８２から整合器４８１を介して、上記プラズマ生成用の第１の電力よりも相対的に低い第２の周波数である第２の電力の高周波電力を印加する。
【０１０５】
ここで、バイアス用電力の制御は、サセプタ４７１に載置される基材１００の各部に対応して、バイアス用電力を印加する際の電圧値を調整することで行われることが好ましい。これにより、例えば、基材１００の各部におけるエッチング選択比（基材のエッチング速度／レジスト層のエッチング速度）を調整して、基材１００の各部におけるエッチング量を制御することができる。
【０１０６】
（エッチング形状の形成原理）
ここで、本発明の特徴部分であるエッチング形状の形成原理について、図１６乃至図２１を参照しながら説明する。
【０１０７】
上述したように、母型の素材１１０の母光学面１１０ａは、光学機能面となる曲面部１１０ａａと、この曲面部１１０ａａの周囲に亘る周囲面部１１０ａｂと、これらを断面二次曲線にて滑らかに繋ぐ周囲曲面部１１０ａｃと、を有して形成されており、これにより、上述した＜エッチング工程＞においては、曲面部１１０ａａと周囲面部１１０ａｂとの境界領域において、オーバーエッチングやサイドエッチングが生じることが抑えられて、エッチング処理後には所定の形状を得ることができる旨を記載した。以下、その根拠について説明する。
【０１０８】
例えば、図１６（Ａ）に示すように、基材の表面に鈍角に繋がる不連続面が形成されている場合には、その頂点領域においては誘導電界が集中して、プラズマエッチングなどを施した場合には、頂点部分は他の部分より多くエッチング（オーバーエッチング）されて、深い溝形状に加工されることとなる。これに伴い、この頂点部分においては、破損が生じ易くなる問題が生じる。一方、図１６（Ｂ）に示すように、基材の表面に上述した不連続面を滑らかに繋いだ連続面が形成されている場合には、その頂点領域においては、誘電電界は一様となり、プラズマエッチングなどを施した場合には、均一にエッチングされて、所定の形状に加工されることとなる。
【０１０９】
即ち、本実施形態のように、母型の素材１１０の母光学面１１０ａを、光学機能面となる曲面部１１０ａａと、この曲面部１１０ａａの周囲に亘る周囲面部１１０ａｂと、これらを断面二次曲線にて滑らかに繋ぐ周囲曲面部１１０ａｃとで形成することで、これらは１つの連続面を構成することになるため、これらの表面においては、誘電電界は一様となり、プラズマエッチングなどを施すと、均一にエッチングされて、所定の形状に加工することができる。
【０１１０】
ここで、種々の実施例を挙げて、エッチング形状の形成原理の詳細について説明する。尚、以下に説明するイオンが基材の表面に帯電した負の電位により受ける力は、イオンが上述した誘電電界の電位により受ける力に対応する。
【０１１１】
“実施例１：不連続面の起伏が両側にある場合”
例えば、図１７（Ａ）に示すように、基材の表面が平坦である場合には、誘電電界は一様となり、即ち、シース（上述したプラズマエッチング装置４１０の容器４２０に相当する）内部に存在するイオンは、基材の表面に帯電した負の電位により力Ｆ_１を受けて、基材１００の表面に対して垂直方向に加速されて、基材の表面に入射する。これにより、基材の表面は均一にエッチングされる。一方、図１７（Ｂ）に示すように、基材の表面に鈍角に繋がる不連続面の起伏が両側に形成されている場合には、その頂点領域においては誘導電界が集中して、即ち、イオンは、両側に起伏した不連続面に帯電した負の電位により力Ｆ_２（＝Ｆ_１）、Ｆ_３（＝Ｆ_１）を受けて、その合力Ｆ_４（＞Ｆ_１）により、より大きく加速され、基材の表面に入射する。即ち、頂点部分においては、他の部分よりも多くエッチング（オーバーエッチング）されて、図に示す点線のように、深い溝状に加工されることになる。ところで、図１７（Ｃ）に示すように、基材の表面に鋭角に繋がる不連続面の起伏が両側に形成されている場合には、イオンが受ける力は、両側に起伏した不連続面に対して分散されることとなり、イオンは、両側の不連続面に帯電した負の電位により力Ｆ_２（＝Ｆ_１）、Ｆ_３（＝Ｆ_１）を受けて、その合力Ｆ_５（＜Ｆ_１）により、より小さく加速され、基材の表面に入射する。即ち、頂点部分においては、他の部分よりも少なくエッチングされて、図に示す点線のように、浅い溝状に加工されることになる。
【０１１２】
ここで、図１８に、上述のように不連続面の起伏が両側に形成される場合におけるイオンの入射エネルギー量の計算モデルを示す。図１８に示すグラフによれば、不連続面の繋ぎ角度が鈍角である範囲では、シース幅を１ｃｍとした場合、例えば不連続面の起伏が１ｍｍであると、平坦な基材をエッチングする場合と比して、最大２７μｍ程度の加工誤差が生じることが分かる（不連続面の繋ぎ角度が１３２度付近に対応する）。尚、此処に言う“シース幅”とは、バイアス高周波によって基材の近傍に発生するイオンリッチな領域の高さのことであり、基材はこのイオンリッチな領域内に置かれてエッチング処理される。ところで、上述したように光学レンズを作成する場合には、将来的な加工誤差は設計値の０．５％以下になることが望まれており、これを図１８に示すグラフに当てはめると、シース幅を１ｃｍとした場合、不連続面の起伏の高さが凡そシース幅の５０分の１である２００μｍ以上である場合に、最大０．５％程度の誤差が生じていることから、２００μｍ以上の起伏の高さを有する不連続面が基材の表面に存在する場合には、その不連続面を滑らかに繋ぐ必要があることとなる。
【０１１３】
即ち、例えば、上述した母型の素材の母光学面が、従来の通りに、光学機能面となる曲面部と、この曲面部の周囲に亘る周囲面部とを有して形成されており、これらが鈍角にて不連続に繋がれていて、さらに、この周囲面部が水平面ではなく傾斜面であるような場合には、周囲面部と曲面部の繋ぎ位置から曲面部の頂部までの高さが２００μｍ以上であると、要求される加工精度を満たさなくなるので、予め、これらを滑らかに繋ぐ周囲曲面部を形成しておく必要が生じる。
【０１１４】
因みに、曲面部の光学機能面部に形成される回折構造、例えばブレーズ形状等は、通常、数μｍから数十μｍといったオーダーであるため、その不連続面を滑らかに繋ぐ必要はない。
【０１１５】
尚、図１８に示すグラフによれば、不連続面の繋ぎ角度が鈍角である範囲においては、イオンの垂直入射エネルギー量は増加する方向になるので、エッチング形状を制御するためには、イオンの垂直入射エネルギー量が増えることを考慮して、予め基材の表面を浅く形成しておくということが考えられる。これは、図１７（Ｂ）に示したように、不連続面の繋ぎ角度が鈍角である場合には、両側の不連続面の負の電位からの影響を受けて、イオンの垂直入射エネルギー量が増加して、頂点部分においては、オーバーエッチングが生じて、図に示す点線のような深い溝状に加工されてしまうからである。一方、図１８に示すグラフによれば、不連続面の繋ぎ角度が鋭角である範囲においては、イオンの垂直入射エネルギー量は減少する方向になるので、エッチング形状を制御するためには、イオンの垂直入射エネルギー量が減ることを考慮して、予め基材の表面を深く形成しておくことが考えられる。これは、図１７（Ｃ）に示したように、不連続面の繋ぎ角度が鋭角である場合には、両側の不連続面の負の電位からの影響を受けて、イオンの垂直入射エネルギー量が減少して、頂点部分においては、イオンが到達せずに、図に示す点線のような浅い溝状に加工されてしまうからである。
【０１１６】
このように、母型の素材の母光学面が、光学機能面となる曲面部と、この曲面部の周囲に亘る周囲面部とを有して形成されており、これらが鈍角にて不連続に繋がれていて、さらに、この周囲面部が水平面ではなく傾斜面であるような場合には、周囲面部と曲面部の繋ぎ位置から曲面部の頂部までの高さが２００μｍ以上であると、要求される加工精度を満たさなくなるので、予め、これらを滑らかに繋ぐ周囲曲面部を形成しておく必要が生じるが、以下、この周囲面部と曲面部の繋ぎ位置から曲面部の頂部までの高さの上限について説明する。
【０１１７】
図１９に、バイアス電源出力と電子温度との関係を表すグラフを示す。図１９に示すグラフによれば、シース領域内における高さＺが１０ｍｍの位置において、ラングミュアプローブを用いてプラズマ測定を行うと、そのときの電子温度は、バイアス電源出力が１０Ｗを越えた時点で測定不可能になった。ここで、ラングミュアプローブは、シース内の領域においては、原理的に、その測定を行うことが不可能になることから、このときのシース幅は、凡そ１０ｍｍと推測することができる。同様に、シース領域内における高さＺが１５ｍｍの位置において、ラングミュアプローブを用いてプラズマ測定を行うと、そのときの電子温度は、バイアス電源出力が７０Ｗを越えた時点においても測定可能であった。このことから、このときのシース幅は、１５ｍｍを越えない範囲であると判断することができる。ところで、プラズマエッチング装置においては、バイアス電源出力の制御運転使用上限は、実際上５０Ｗ程度であり、このバイアス電源出力の制御運転使用上限である５０Ｗでのシース幅は、上述したバイアス電源出力が７０Ｗであったときのシース幅を鑑みるに、１５ｍｍ以下とすることができる。一方、上述した母型の素材においては、母光学面がこのシース幅の領域内に収まれば良いので、周囲面部と曲面部の繋ぎ位置から曲面部の頂部までの高さは、この１５ｍｍを上限とすることができる。
【０１１８】
“実施例２：不連続面の起伏が片側のみにある場合”
また、例えば、図２０に示すように、基材の表面に鈍角に繋がる不連続面の起伏が片側のみに形成されている場合には、その頂点領域においては誘導電界が集中して、即ち、イオンは、水平な不連続面と、起伏した不連続面に帯電した負の電位により力Ｆ_２（＝Ｆ_１）、Ｆ_３（＝Ｆ_１）を受けて、その合力Ｆ_６（＞Ｆ_１）により、より大きく加速され、基材の表面に入射する。但し、イオンは、起伏した不連続面に帯電した負の電位によって水平方向の力を受けるので、起伏した不連続面においては、サイドエッチングが生じることとなる。また、頂点部分においては、イオンの垂直入射エネルギー量が小さくなるためにエッチング量が減少することとなる。従って、結果として、図に示す点線のように歪んだ形状に加工されることとなる。
【０１１９】
ここで、図２１及び図２２に、上述のように不連続面の起伏が片側に形成される場合におけるイオンの入射エネルギー量の計算モデルを示す。図２１及び図２２に示すグラフによれば、起伏した不連続面の高さが５０μｍ以上であると、上述した光学レンズを作成する場合に望まれる将来的な加工誤差である設計値の０．５％以下という条件を満たさなくなる可能性があることが分かる。従って、起伏した不連続面の高さが５０μｍ以上である場合には、これらの不連続面を滑らかに繋ぐ必要があることとなる。
【０１２０】
即ち、例えば、上述した母型の素材の母光学面が、従来の通りに、光学機能面となる曲面部と、この曲面部の周囲に亘る周囲面部とを有して形成されており、これらが鈍角にて不連続に繋がれていて、さらに、この周囲面部が水平面であるような場合には、周囲面部から曲面部の頂部までの高さが５０μｍ以上であると、要求される加工精度を満たさなくなるので、予め、これらを滑らかに繋ぐ周囲曲面部を形成しておく必要が生じる。尚、本実施例は、まさに、これまで述べてきた母型の素材１１０の母光学面１１０ａ、即ち、光学機能面となる曲面部１１０ａａと、この曲面部１１０ａａの周囲に亘る周囲面部１１０ａｂと、これらを滑らかに繋ぐ周囲曲面部１１０ａｃとに対応するものであって、周囲面部１１０ａｂから曲面部１１０ａａの頂部までの高さが５０μｍ以上である場合に適用されることで、その効果を得ることができるものである。因みに、上述したように、曲面部１１０ａａと、この曲面部１１０ａａの周囲に亘る周囲面部１１０ａｂとを滑らかに繋ぐ周囲曲面部１１０ａｃを形成することで、これらの表面においては、誘電電界は一様となるので、プラズマエッチングなどを施すと、均一にエッチングされて、所定の形状を得ることができる。
【０１２１】
因みに、上述したように、曲面部の光学機能面部に形成される回折構造、例えばブレーズ形状等は、通常、数μｍから数十μｍといったオーダーであるため、その不連続面を滑らかに繋ぐ必要はない。
【０１２２】
尚、図２１及び図２２に示すグラフによれば、起伏した不連続面を垂直（９０度）にすることで、０．５％以上の加工誤差が生じることを低減させることが考えられる。また、例えば起伏した不連続面の高さが１００μｍ程度の場合には、不連続面の繋ぎ角度を１５０度以上に設計することで、０．５％以上の加工誤差が生じることを低減させることが考えられる。同様に、起伏した不連続面の高さが２００μｍ程度の場合には、凡そ１６５度以上、５００μｍ程度の場合には、凡そ１７４度以上、１ｍｍ程度の場合には、凡そ１７１度以上に設計することで、０．５％以上の加工誤差が生じることを低減させることができる。但し、図２１及び図２２のグラフにおいては、化学的エッチング（等方性エッチング）による起伏した不連続面のエッチング量は考慮しておらず、これを考慮した場合には、エッチング量はさらに多くなると考えられるので、これらの条件を満たす場合であっても、繋ぎ角度は、できるだけ大きく設計することが好ましい。
【０１２３】
また、上述したように、プラズマエッチング装置においては、バイアス電源出力の制御運転使用上限は、実際上５０Ｗ程度であり、このバイアス電源出力の制御運転使用上限である５０Ｗでのシース幅は、１５ｍｍ以下とすることができ、一方、上述した母型の素材においては、母光学面がこのシース幅の領域内に収まれば良いので、周囲面部と曲面部の繋ぎ位置から曲面部の頂部までの高さは、この１５ｍｍを上限とすることができる。
【０１２４】
以上に説明した内容を根拠として、本実施形態においては、母型の素材１１０の母光学面１１０ａを、光学機能面となる曲面部１１０ａａと、この曲面部１１０ａａの周囲に亘る周囲面部１１０ａｂと、これらを断面二次曲線にて滑らかに繋ぐ周囲曲面部１１０ａｃと、を有して形成しているので、これらは１つの連続面を構成して、上述した＜エッチング工程＞においては、オーバーエッチングやサイドエッチングが生じることが抑えられて、一様な形状を得ることができる。即ち、エッチング処理後には、所定の形状が形成された所定の光学的性能を有する光学素子を成形するための金型の母型を得ることができる。
【０１２５】
［金型の製造方法］
続いて、金型の製造方法について、図２に示すフローチャートの流れに沿って、図３を参照しつつ説明する。
【０１２６】
＜電鋳工程＞
図２に戻って、さらに、スルファミン酸ニッケル浴中に、表面を活性処理した母型、即ち、部材Ｅを浸して、基材１１１と外部の電極１１４との間に電流を流すことで、電鋳１２０を成長させる（図３（ｆ）参照）（ステップＳ３５）。このとき、基材１１１の外周面１１１ｆに絶縁剤を塗布することで、絶縁剤が塗布された部分の電鋳形成を抑制できる。電鋳１２０は、その成長の過程で、母光学面１１０ａに精度良く対応した光学面転写面１２０ａと、輪帯１１０ｂに精度良く対応した輪帯転写面１２０ｂとを形成する。
【０１２７】
その後、不図示のコンピュータに構築されているデータベースを、処理中の部材Ｅに対応するヤトイ１５０のＩＤ番号ＮＸに基づいて検索し、得られた（即ち、切削加工工程で使用された）ヤトイ１５０を、所定の取り付け条件で部材Ｅ（基材１１１）に取り付ける（ステップＳ３６）。この所定の取り付け条件とは、第１の工程の取り付け条件であり、具体的には、合マークＭＸを合致させ基材１１１とヤトイ１５０との位相を合わせること、読み出した締め付け時作業環境温度（第１の工程時の作業環境温度）に対して±１．０度の作業環境温度とすること、読み出した締め付けトルク（切削加工工程時の締め付けトルク）で締め付けを行うこと、同じボルト１５２を用いて取り付けることをいう。
【０１２８】
さらに、不図示のコンピュータに構築されているデータベースに記憶された、処理中の部材Ｅの切削時作業環境温度にした上で、基材１１１の外周面１１１ｆを基準として、部材Ｅと電鋳１２０とヤトイ１５０とを一体で、ＳＰＤＴ加工機の回転軸と部材Ｅの光軸とを一致させるようにしてチャックに取り付け、電鋳１２０の外周面１２０ｃを切削加工する（図３（ｇ）参照）（ステップＳ３７）。
【０１２９】
加えて、図３（ｇ）に示すように、電鋳１２０に、裏打ち部材との位置決め部としてのピン孔１２０ｄ（中央）及びネジ孔１２０ｅを加工する。尚、ピン孔１２０ｄの代わりに円筒軸を形成しても良い。加工後に、部材Ｅと電鋳１２０とヤトイ１５０とを一体で、ＳＰＤＴ加工機から取り外す。
【０１３０】
さらに、電鋳１２０を、以下に述べるように裏打ち部材と一体化することで、可動コア１３０を形成する（ステップＳ３８）。
【０１３１】
図２３は、部材Ｅを取り付けた状態で示す可動コア１３０の断面図である。図２３において、可動コア１３０は、先端（図における右側）に配置した電鋳１２０と、後端（図における左側）に配置した押圧部１３６と、その間に配置された摺動部材１３５とから構成される。摺動部材１３５及び押圧部１３６が裏打ち部材となる。
【０１３２】
電鋳１２０は、そのピン孔１２０ｄに、円筒状の摺動部材１３５の端面中央から突出したピン部１３５ａを係合させることで、摺動部材１３５と所定の関係で位置決めされ、さらに、摺動部材１３５を軸線に平行に貫通する２つのボルト孔１３５ｂに挿通したボルト１３７を、ネジ孔１２０ｅに螺合させることで、電鋳１２０は摺動部材１３５に取り付けられる。
【０１３３】
摺動部材１３５は、ピン部１３５ａの設けられた端面（図における右端）に対向する端面（図における左端）の中央に突出して形成されたネジ軸１３５ｃを、略円筒状の押圧部１３６の端部に形成されたネジ孔１３６ａに螺合させることで、押圧部１３６に対して所定の位置関係で取り付けられる。図２３において、摺動部材１３５の外周面１３５ｅは、電鋳１２０及び押圧部１３６のフランジ部１３６ｂ以外の部分の外周面よりも大径となっている。裏打ち部材としての摺動部材１３５及び押圧部１３６を取り付けた後、ＳＰＤＴ加工機のチャックにヤトイ１５０を取り付けるようにする（ステップＳ３９）。
【０１３４】
さらに、不図示のコンピュータに構築されているデータベースから、処理中の部材Ｅの切削時作業環境温度にした上で、基材１１１の外周面１１１ｆを基準として、摺動部材１３５と押圧部１３６の外周面を仕上げる（ステップＳ４０）。このため、ヤトイ１５０を基材１１１より一旦取り外したにもかかわらず、母型１１０の同心円パターン（輪帯１１０ｂ）中心と、金型摺動部外形中心との同軸度を１μｍ以内に収めることができる。さらに、押圧部１３６の端面を切削加工し、全長を規定値に収める（ステップＳ４１）。
【０１３５】
その後、図２３の矢印Ｘで示す位置でカットすることにより、摺動部材１３５及び押圧部１３６に取り付けられた電鋳１２０から、部材Ｅとヤトイ１５０を脱型する（ステップＳ４２）。さらに、電鋳１２０と基材２１０を脱型後、可動コア１３０の先端の電鋳１２０を仕上げて、光学素子成形用金型を得る（ステップＳ４３）。ここまでの工程により、所定の光学的性能を有する光学素子を成形することができる金型を製作することができる。
【０１３６】
［光学素子の成形］
図２４は、このようにして形成された可動コア１３０を用いて光学素子を成形する状態を示す図である。図２４において、光学面転写面１４１ａを有する光学素子成形用金型１４１を保持する保持部１４２は、可動側キャビティ１４３に固定されている。可動側キャビティ１４３は、小開口１４３ａと、それに同軸な大開口１４３ｂとを有している。可動側キャビティ１４３内に可動コア１３０を挿入したときに、摺動部材１３５の外周面１３５ｅが、小開口１４３ａの内周面と摺動し、押圧部１３６のフランジ部１３６ｂの外周面１３６ｄが、大開口１４３ｂの内周面と摺動する。かかる２つの摺動部によって案内されることで、可動側キャビティ１４３に対して、大きく傾くことなく可動コア１３０は軸線方向に移動可能となる。
【０１３７】
光学素子成形用金型１４１、電鋳１２０の間に溶融した樹脂を射出し、可動コア１３０を矢印方向に加圧することで、光学素子ＯＥが成形される。本実施の形態によれば、母型の素材１１０から精度良く転写形成された光学素子成形用金型としての電鋳１２０を用いることで、光学素子ＯＥの光学面には、電鋳１２０の光学面転写面１２０ａが転写形成され、且つ、輪帯転写面１２０ｂに対応した回折輪帯が光軸に同心的に精度よく形成されることとなる。ここまでの工程により、所定の光学的性能を有する光学素子を成形することができる。
【０１３８】
尚、以上のようにして光学素子成形用金型を加工する場合、電鋳１２０に、第２のマーク１１１ｂに対応する突起（不図示）が転写形成されているため、これを加工の基準として用いることで、その外周面等の精度の良い加工を行うこともできる。
【０１３９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係る母型の製造方法、母型、金型の製造方法、金型、光学素子及び基材によれば、エッチング処理されることで所定の回折構造が形成されて光学素子を成形するための金型の母型となる基材に対して、予め、オーバーエッチングやサイドエッチングを低減させる形状を付与しておくことで、エッチング処理後には、歪みのない所定の形状を得ることができる。即ち、所定の光学的性能を有する光学素子を成形するための金型の母型を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態における母型の製造方法を構成する工程を示すフローチャートである。
【図２】本実施形態における母型の製造方法及び金型の製造方法を構成する工程を示すフローチャートである。
【図３】図１及び図２に示す主要な工程において、処理される母型の素材と電極部材の組立体、即ち、部材Ｅを示す断面図である。
【図４】ヤトイを取り付けた部材Ｅの斜視図である。
【図５】図４に示す部材Ｅの母型の素材の母光学面の形状を示す断面図である。
【図６】ＳＰＤＴ加工機の概略構成を示す説明図である。
【図７】図４に示す部材Ｅの上面図である。
【図８】形状測定器の概略構成を示す説明図である。
【図９】電子ビーム描画装置の概略構成を示す説明図である。
【図１０】電子ビームのビームウエストを説明するための説明図である。
【図１１】測定装置の概略構成を説明するための説明図である。
【図１２】測定装置の測定原理を説明するための説明図である。
【図１３】信号出力と基材の高さとの関係を示す特性図である。
【図１４】同図（Ａ）（Ｂ）は、電子ビーム描画装置により描画される基材を示す説明図であり、同図（Ｃ）は、電子ビーム描画装置の描画原理を説明するための説明図である。
【図１５】プラズマエッチング装置の概略構成を示す説明図である。
【図１６】同図（Ａ）は、基材の表面に鈍角に繋がる不連続面が形成されている場合の誘導電界の様子を示す説明図であり、同図（Ｂ）は、基材の表面に不連続面を滑らかに繋いだ連続面が形成されている場合の誘導電界の様子を示す説明図である。
【図１７】同図（Ａ）は、基材の表面が平坦である場合にイオンが受ける力の様子を示す説明図であり、同図（Ｂ）は、基材の表面に鈍角に繋がる不連続面の起伏が両側に形成されている場合にイオンが受ける力の様子を示す説明図であり、同図（Ｃ）は、基材の表面に鋭角に繋がる不連続面の起伏が両側に形成されている場合にイオンが受ける力の様子を示す説明図である。
【図１８】基材の表面に不連続面の起伏が両側に形成される場合のイオンの入射エネルギー量の計算モデルを示す説明図である。
【図１９】シース領域内の各高さ位置におけるバイアス電源出力と電子温度との関係を示す説明図である。
【図２０】基材の表面に鈍角に繋がる不連続面の起伏が片側のみに形成されている場合にイオンが受ける力の様子を示す説明図である。
【図２１】基材の表面に不連続面の起伏が片側のみに形成される場合の、イオンの水平である不連続面に対する入射エネルギー量の計算モデルを示す説明図である。
【図２２】基材の表面に不連続面の起伏が片側のみに形成される場合の、イオンの起伏する不連続面に対する入射エネルギー量の計算モデルを示す説明図である。
【図２３】可動コアの断面図である。
【図２４】可動コアを用いて光学素子を成形する状態を示す図である。
【符号の説明】
１１０母型の素材
１１０ａ母光学面
１１０ａａ曲面部
１１０ａｂ周囲面部
１１０ａｃ周囲曲面部
１１１基材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for manufacturing a mother die of a mold for molding an optical element, and in particular, a mold for molding an optical element by forming a predetermined structure by etching. The present invention relates to a substrate in which a predetermined shape without distortion can be obtained after etching by previously providing a shape to reduce over-etching and side-etching to a substrate to be a matrix.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, CDs, DVDs, and the like have been widely used as information recording media, and many optical elements have been used in precision equipment such as a reading device that reads information from these recording media.
[0003]
In recent years, the specifications and performance required for these optical elements have been improved. Particularly, in a pickup lens of a recording medium such as a DVD, a finer and more accurate diffraction structure is required in response to an increase in recording density. Is required to be formed. Specifically, processing at a level smaller than the wavelength of light, for example, at the nm level is required. Further, in a pickup lens for the next generation, it is required to realize a processing accuracy of about 1/200 with respect to the wavelength of light.
[0004]
Incidentally, for these pickup lenses, that is, optical lenses, resin products are more widely used than glass products from the viewpoint of cost reduction and miniaturization. Such an optical lens made of resin is generally manufactured by injection molding. Therefore, it is necessary to previously form a surface for providing a diffraction structure on the mold.
[0005]
Until now, such surface formation processing has been performed by a general processing technique using a cutting tool. However, in the case of forming a fine diffraction structure required in recent years, the processing accuracy is low. In addition, there is a limit in terms of strength and life of the cutting tool, and there is a problem that it is difficult to perform precise processing on the order of submicron or less.
[0006]
Therefore, recently, a resist film is formed on a base material serving as a base of a molding die, and the resist film is drawn with a shape that is the original shape of such a fine diffraction structure, and developed. Attempts have been made to obtain the shape by processing, and then to obtain a matrix on which a predetermined diffraction structure is formed by etching the shape (for example, see Patent Document 1). Further, by performing an electroforming process using the matrix obtained in this manner, a mold on which such a fine diffraction structure is transferred and formed is obtained, and the optical lens is molded by the mold. .
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-333722 (paragraphs [0161] to [0170], FIG. 13)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, a substrate serving as a matrix of such a mold usually has a curved surface portion serving as an optical functional surface of an optical lens and a peripheral surface portion extending around the curved surface portion. The portions are discontinuously connected at a predetermined angle. That is, since the boundary portion is a portion deviating from the optical function surface of the optical lens, that is, the optical function surface portion of the curved surface portion on which the predetermined diffraction structure is formed, no special consideration is taken, and the boundary portion is simply connected. I just stay.
[0009]
However, if the boundary between the curved surface portion and the peripheral surface portion is discontinuous, when the substrate is etched, over-etching or side etching occurs at the boundary portion, and a predetermined diffraction structure is formed. There is a problem that even the optical function surface portion of the curved surface portion is distorted and its shape is disturbed. Specifically, overetching occurs where the etching proceeds excessively in the peripheral surface portion located at the boundary portion, and side etching where etching proceeds in the horizontal direction on the inclined surface of the curved surface portion located at the boundary portion Occurs. In addition, since the etching amount is locally increased at this boundary portion, there is a problem that breakage easily occurs.
[0010]
On the other hand, when the boundary portion between the curved surface portion and the peripheral surface portion is discontinuous, when the resist is applied to the base material to form a resist film, the resist accumulates at the boundary portion. This makes it easy to form a thick resist film, so that when the base material is etched, there is a problem that the shape is greatly disturbed at this boundary portion. This is because the etching rate of the resist film is different from the etching rate of the base material.
[0011]
Therefore, from the above, when an optical element is molded using a mold manufactured by transferring and forming a diffractive structure formed on the substrate, a predetermined optical performance is obtained due to the disorder of the shape. However, there is a problem that it becomes impossible to obtain an optical element having the following.
[0012]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to form a predetermined diffractive structure by being subjected to an etching process, thereby providing a mold for forming an optical element. By providing a shape to reduce over-etching and side-etching to the base material in advance, after the etching process, a manufacturing method of a matrix capable of obtaining a predetermined shape without distortion, a matrix, An object of the present invention is to provide a mold manufacturing method, a mold, an optical element, and a substrate.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is a method for manufacturing a matrix for manufacturing a mold for molding an optical element having a predetermined structure, wherein the method is used as the matrix. For the base material, at least one surface, a curved surface portion on which the predetermined structure is formed, a peripheral surface portion extending around the curved surface portion, a peripheral curved surface portion that smoothly connects the curved surface portion and the peripheral surface portion, Forming a resist film on the curved surface portion, forming a resist film on the curved surface portion, a drawing step of drawing a predetermined pattern shape on the formed resist film, and the drawn resist film The predetermined structure is formed on the curved surface portion by performing a development process, a development process of forming the predetermined pattern shape, and performing an etching process on the resist film on which the predetermined pattern shape is formed. Mother Characterized in that it comprises a that etching process.
[0014]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 6 is characterized by being manufactured by the method for manufacturing a matrix according to any one of claims 1 to 5.
[0015]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 7 is characterized in that an electroforming process is performed using the master mold according to claim 6 to obtain a mold on which the shape of the master mold has been transferred. .
[0016]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 8 is characterized by being manufactured by the method for manufacturing a mold according to claim 7.
[0017]
In order to solve the above problem, the invention according to claim 9 is characterized by being formed by a mold according to claim 8.
[0018]
In order to solve the above problem, the invention according to claim 10 forms a predetermined structure by performing an etching process, and becomes a mold for forming an optical element having the predetermined structure. A substrate, on at least one surface, a curved surface portion on which the predetermined structure is formed, a peripheral surface portion extending around the curved surface portion, a peripheral curved surface portion that smoothly connects the curved surface portion and the peripheral surface portion, Is provided.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, a preferred embodiment of a method for manufacturing a matrix, a matrix, a method for manufacturing a mold, a mold, an optical element, and a substrate according to the present invention will be described. Will be specifically described along the flow of FIG.
[0020]
[Manufacturing method of mother die]
First, a method of manufacturing a matrix will be described with reference to FIG. 3 along the flow of the flowcharts shown in FIGS.
[0021]
<Cutting process>
As shown in FIG. ₂ A matrix material 110 having a substantially hemispherical shape made of a resin material such as polysilicon or polyolefin is embedded in a central opening 111p of a disk-shaped base material 111 made of a conductive material such as a metal, and an adhesive is used. The member E is fixed so as not to rotate relatively (see FIG. 3A), and a member E is obtained (step S01). The matrix material 110 corresponds to the “base material” of the present invention. Next, the toy 150 is attached to the base 111 by bolts 152 which are penetrated through a central hole 151 of a jig (hereinafter referred to as a toy) 150 and are screwed into screw holes 111g of the base 111. Then, the combination mark MX and the ID number NX are given to the base material 111 (step S02). As shown in FIG. 4, the ID number NX is a number assigned to each of the attached toys 150, and functions as information for specifying the same. In the present example, the ID number NX is engraved by laser drawing in the groove 111h obtained by cutting the outer peripheral surface of the base material 111 in a tangentially narrow plane, but printing may be performed. Further, the groove may be an entire circumferential groove having the same depth. Also, the alignment mark MX for adjusting the phase with the base material 111 can be engraved by laser processing.
[0022]
Next, in the process management database constructed in the computer (not shown), the ID number NX of the yatoy, the mounting surface (direction), the tightening torque, the working environment temperature (ambient temperature), etc. are associated with this member E. Is stored (step S03). Thereafter, the member E is attached to a chuck of an ultra-precision lathe (SPDT processing machine) described later via the toy 150 (step S04). Further, while the member E is not rotated, the outer peripheral surface 111f of the base material 111 is cut by a diamond tool, so that an ultra-precision lathe, for example, a rotating shaft of an SPDT (Single Point Diamond Turning) machine, This is formed with high accuracy, and the upper surface of the matrix die material 110 is cut as shown in FIG. 3B to form a mother optical surface 110 a described later, and a peripheral surface is formed on the upper surface of the base material 111. The groove 111a (first mark) is cut (step S05). At this time, while controlling the temperature, the feed amount and the cut amount are controlled to obtain the surface roughness of the curved surface of 50 nm to 20 nm. At this time, the position of the optical axis of the mother optical surface 110a cannot be confirmed from its outer shape, but since it is processed at the same time, the mother optical surface 110a and the circumferential groove 111a are formed coaxially with high precision. That is, the outer peripheral surface 111f of the base material 111 formed on the cylindrical surface is also formed coaxially with the optical axis with high precision. Here, the peripheral groove 111a may be formed of, for example, a plurality of grooves including a dark field portion (corresponding to a concave portion) and a bright field portion (corresponding to a convex portion). It is more preferable to have a diamond tool (this can be easily formed if the tip of the diamond tool has irregularities). Further, the concave and convex shape of the peripheral groove 111a can function as a dike for preventing the scattering of the resist applied as described later.
[0023]
[Substrate shape]
Here, the shape of the base material, that is, the shape of the base optical surface 110a of the base material 110 described above, which is a feature of the present invention, will be described with reference to FIG.
[0024]
As described above, the mother optical surface 110a is formed on the upper surface of the matrix die material 110 by the cutting process of the SPDT processing machine, and the mother optical surface 110a is, as shown in FIG. , And a peripheral surface portion 110ab extending around the curved surface portion 110aa and a peripheral curved surface portion 110ac that smoothly connects them. More specifically, the curved surface portion 110aa includes an optical function surface portion (a region within the lens effective diameter) on which a predetermined diffractive structure is formed, and an optical function peripheral surface portion (outside the lens effective diameter) surrounding the optical function surface portion. The optical function peripheral surface portion and the peripheral surface portion 110ab are smoothly connected by the peripheral curved surface portion 110ac. Here, “smooth” means that no corner or groove is formed at the joint, and between the above-described optical function peripheral surface portion and the peripheral surface portion 110ab, one is provided via the peripheral curved surface portion 110ac. It forms two continuous surfaces. Incidentally, in the present embodiment, as a technique for realizing this, the peripheral curved surface portion 110ac is formed to have a shape forming a quadratic curve in cross section, but the peripheral curved surface portion 110ac may be a shape forming a continuous surface. It suffices to be limited to this. Further, in FIG. 5, the peripheral surface portion 110ab is a horizontal surface, but the peripheral surface portion 110ab may be an inclined surface. The surface of the peripheral surface 110ab may not be flat, but may have smooth undulations. Incidentally, the shape of the dotted line shown in the figure shows the shape of the conventional boundary region between the curved surface portion and the peripheral surface portion.
[0025]
Accordingly, in an etching step described later, over-etching or side etching can be suppressed in a boundary region between the curved surface portion 110aa and the peripheral surface portion 110ab. The details will be described later (the principle of forming the etching shape).
[0026]
(Configuration of SPDT processing machine)
Here, a schematic configuration of an SPDT processing machine used for cutting the above-described member E will be described with reference to FIGS. 6 (a) and 6 (b).
[0027]
As shown in FIG. 6A, the SPDT processing machine 300 includes a fixing portion 302 which is a rotation holding member for fixing a work 301 such as a member E, and a cutting tool for processing the work 301. A diamond tool 303 as a cutting edge, a Z-axis slide table 304 for moving the fixed portion 302 in the Z-axis direction, and an X-axis slide for moving the diamond tool 303 in the X-axis direction (or additionally in the Y-axis direction). It comprises a table 305 and a surface plate 306 for holding the Z-axis slide table 304 and the X-axis slide table 305 movably. In addition, a rotation drive unit (not shown) for rotating one or both of the fixed unit 302 and the diamond tool 303 is provided, and is electrically connected to a control unit 307 described later.
[0028]
As shown in FIG. 6A, a Z-direction drive unit 308 for controlling the drive of the Z-axis slide table 304 and a drive in the X-axis direction of the X-axis slide table 305 (or additionally, in the Y-axis direction). X-direction drive means 309 and Y-direction drive means 310 for controlling the feed amount, a feed amount control means 311 for controlling the feed amount of the cutting tool, a cut amount control means 312 for controlling the cut amount, It comprises a temperature control means 313 for controlling the temperature, a storage means 314 for storing various control conditions and a control table or a processing program, and a control means 307 for controlling these components.
[0029]
As shown in FIG. 6 (b), the diamond tool 303 has a diamond tip 303a constituting a main body, a rake face 303b having an apex angle α formed at the tip thereof, and a first relief constituting a side face. It is composed of a surface 303c and a second flank 303d. On the cutting edge included in the rake face 303b, a plurality of irregularities 303e (above-described irregularities at the tip of the diamond tool) due to wear are formed in advance.
[0030]
(Cutting process)
The cutting process is generally performed by the SPDT processing machine 300 having such a configuration as described below.
[0031]
The control unit 307 controls the Z-direction drive unit 308, the X-direction drive unit 309, and the Y-direction drive unit 310 according to various control conditions, a control table, or a processing program stored in the storage unit 314, so that the Z-axis slide is performed. The table 304 and the X-axis slide table 305 are moved. As a result, the diamond tool 303 relatively moves with respect to the workpiece 301, which is the member E set on the fixed portion 302, and the workpiece 301 is cut. Incidentally, the diamond tool 303 has a configuration in which the cutting edge is an R bite (the tip of the bite has a curved portion), so that the point where the cutting edge hits is sequentially changed, and the diamond tool 303 is resistant to wear.
[0032]
At this time, the temperature control means 313 controls the temperature, the feed amount control means 311 controls the feed amount of the diamond tool 303, and the cutting amount control means 312 controls the cutting amount by the diamond tool 303. Then, the upper surface of the base material 110 of the member E is cut to form the base optical surface 110a.
[0033]
Returning to FIG. 1, the work environment temperature at the time of cutting the member E is stored in a process management database constructed on a computer (not shown), and the member E is removed from the SPDT processing machine (step S06). The member 152 is loosened and the toy 150 is removed from the member E (step S07). Then, the processing mark (tool mark) of the diamond tool which looks rainbow-colored visually is polished and polished until the rainbow-colored color disappears. Further, the member E is set on a stage of a not-shown FIB (Focused Ion Beam) processing machine (step S08). Next, the circumferential groove 111a of the member E on the stage of the FIB processing machine is read, for example, the position of the optical axis of the base material 110 is determined from its inner edge (step S09), and the distance from the determined optical axis is equal. Then, three (or four or more) second marks 111b are drawn on the base material 111 (see FIGS. 3B and 7) (step S10). Since the width of the peripheral groove 111a formed by the diamond tool is relatively wide, using it as a reference for processing may reduce the processing accuracy. However, the FIB processing machine has an accuracy of about 20 nm in width. For example, when a cross line is formed, a fine mark of 20 nm × 20 nm can be formed, and by using this as a reference for processing, more accurate processing can be performed. Next, the member E is removed from the stage of the FIB processing machine (step S11).
[0034]
<Shape measurement process>
Subsequently, the member E is set on a shape measuring device (having an image recognizing unit and a storing unit) described later (step S12), and the second mark 111b is detected using the image recognizing unit of the shape measuring device (step S12). Step S13). Further, the three-dimensional coordinates of the mother optical surface 110a of the master material 110 obtained by the measurement or used in the ultra-precision lathe are converted into three-dimensional coordinates based on the second mark 111b. From the three-dimensional coordinates based on the second mark 111b, a specified value relating to the height position of the mother optical surface 110a of the master material 110, that is, error distribution data from the design value is created, and these are stored in the storage means. (Step S14). As described above, the reason why the mother optical surface 110a is stored again with the new three-dimensional coordinates is that the electron beam drawing depth of the electron beam with respect to the drawing surface of the mother optical surface 110a when performing electron beam drawing in a drawing process described later. This is because it is necessary to adjust the relative position between the electron gun and the member E in order to match. Note that the second mark 111b can be used as a mark for position recognition so that an operator can visually recognize the reference point of the coordinates related to the measurement data during measurement. Thereafter, the member E is removed from the shape measuring instrument (Step S15).
[0035]
(Configuration of shape measuring instrument)
Here, a schematic configuration of a shape measuring instrument used when measuring the shape of the mother optical surface 110a of the above-described master mold material 110 will be described with reference to FIG.
[0036]
As shown in FIG. 8, the measuring device 200 includes a first laser length measuring device 201, a second laser length measuring device 202, a pinhole 205, a pinhole 206, a first light receiving portion 203, and a second light receiving portion. 204, and further includes a measurement calculation unit (not shown) for calculating these measurement results, a storage unit for storing the measurement results, and control means (not shown) having various control systems.
[0037]
(Shape measurement processing)
In such a configuration, the first laser beam length measuring device 201 irradiates the member E with the first light beam S1 and reflects the first light beam S1 reflected by the flat portion 110b of the matrix die material 110. The light is received by the first light receiving unit 203 via the pinhole 205, and the first light intensity distribution is detected.
[0038]
At this time, since the first light beam S1 is reflected on the flat portion 110b of the matrix material 110, the first light beam S1 is reflected on the flat portion 110b of the matrix material 110 based on the first intensity distribution. ) The position is measured and calculated.
[0039]
Further, a second light beam S2 is emitted from the second laser length measuring device 202 to the member E from a direction different from the first light beam S1, and the second light beam S2 is transmitted through the mother optical surface 110a of the master mold material 110. Is received by the second light receiving unit 204 via the pinhole 206, and the second light intensity distribution is detected.
[0040]
In this case, since the second light beam S2 passes through the mother optical surface 110a of the matrix material 110, the mother light projecting from the flat portion of the matrix material 110 based on the second intensity distribution. The (height) position on the optical surface 110a is measured and calculated. The principle of measurement and calculation of the (height) position on the mother optical surface 110a of the master material 110 will be described later in the section of (electrometer) of the electron beam writing apparatus.
[0041]
<Resist film formation process>
Returning to FIG. 1, next, the protective tape 113 is stuck on the second mark 111b (see FIG. 3C) (step S16). This protective tape 113 is for preventing the resist L applied on the base material 110 in the post-processing from adhering to the second mark 111b. This is because if the resist L adheres to the second mark 111b, reading becomes inappropriate as a processing reference. The protection by the protection tape is shown in FIG. 3C and shows a case where only one second mark 111b is protected. However, the same applies to the other second marks 111b. Further, the member E is set on a spin coater (not shown) (step S17), and a press pin for rotating the substrate to be coated with the resist L while flowing the resist L onto the base material 110 is performed (step S18). The spin of the resist-coated substrate is stopped by stopping the flow of the resist L, and the resist L is coated (see FIG. 3D) (step S19). By separating the press pin from the main spin, it is possible to coat the resist L having a uniform thickness on the mother optical surface 110a, which is a complicated curved surface. Here, the resist L is made of a polymer resin material that is cured by heating or ultraviolet rays, and has a property that bonds between molecules are cut and decomposed according to the amount of energy given by the electron beam. (Decomposed portions are removed by a developer described later).
[0042]
By the way, as described above, the mother optical surface 110a of the base material 110 has a curved surface portion 110aa and a peripheral surface portion 110ab extending around the curved surface portion 110aa smoothly connected by the peripheral curved surface portion 110ac ( As shown in FIG. 5), unlike the related art, a resist film having a uniform thickness can be obtained without accumulation of resist in a boundary region between the curved surface portion 110aa and the peripheral surface portion 110ab.
[0043]
As a result, in the etching step described later, the mother optical surface 110a of the master mold material 110 is uniformly etched, and a predetermined shape without distortion can be obtained. The details will be described later (the principle of forming the etching shape).
[0044]
Returning to FIG. 1, after that, the member E is removed from the spin coater (Step S20), and the member E is subjected to a baking (heating) process to stabilize the film of the resist L (Step S21). The temperature at this time is about 170 ° C., and heating is performed for about 20 minutes. Further, the protective tape 113 is peeled off (Step S22). The member E in such a state is shown in FIG.
[0045]
<Film thickness measurement step>
Subsequently, as shown in FIG. 2, the member E is set in a film thickness measuring device (not shown) (having an image recognizing means and a storage means) (step S23), and the member E is used by the image recognizing means of the film thickness measuring device. , The second mark 111b is detected (step S24). Further, the film thickness distribution of the resist L applied to the mother optical surface 110a of the matrix material 110 is converted into a film thickness distribution based on the second mark 1011b, and further, a film based on the second mark 111b. From the thickness distribution, a specified value, that is, error distribution data from the thickness value to be obtained is created, and these are stored in the storage means (step S25). In this way, by creating error distribution data from the prescribed value of the film thickness of the resist L based on the second mark 111b, the error distribution data is converted into the mother optical surface 110a of the master mold material 110 by the above-described shape measuring instrument. Can be associated with the error distribution data from the design value of the height position. Thereafter, the member E is removed from the film thickness measuring device (Step S26).
[0046]
<Drawing adjustment process>
Further, the member E is set on a three-dimensional stage of an electron beam writing apparatus to be described later (step S27), and is connected via a measuring instrument (scanning electron microscope (SEM): preferably attached to the electron beam writing apparatus). The second mark 111b of the member E is detected (step S28), the detection result and measurement information from the shape measuring device 200 and the film thickness measuring device input from the input unit, specifically, the shape of the member E The data, that is, the three-dimensional coordinates of the mother optical surface 110a and the shape of the drawing surface (film surface of the resist L) of the mother optical surface 110a obtained from the film thickness distribution of the resist L applied to the mother optical surface 110a Then, shape data relating to a predetermined drawing pattern to be drawn on the drawing surface of the mother optical surface 110a is created (step S29). Incidentally, the shape of the drawing surface of the mother optical surface 110a may be measured by a measuring device together with the detection of the second mark 111b of the member E.
[0047]
Further, the irradiation amount of the electron beam, that is, the dose amount when forming a predetermined drawing pattern, for example, drawing a diffraction ring zone is adjusted. More specifically, measurement information from the shape measuring device 200 and the film thickness measuring device input from the input unit, more specifically, shape data of the member E, that is, three-dimensional coordinates of the base optical surface 110a, The shape of the drawing surface of the mother optical surface 110a is determined from the film thickness distribution of the resist L applied to the surface 110a, and further, each error distribution data (error distribution from the design value of the height position of the mother optical surface 110a) Based on the data and the error distribution data from the prescribed value of the film thickness of the resist L applied to the mother optical surface 110a, the dose is adjusted so as to obtain a predetermined shape (step S30).
[0048]
<Drawing process>
Further, in order to draw a predetermined drawing pattern on the drawing surface of the mother optical surface 110a, the three-dimensional stage is moved so that the electron beam is focused on the drawing surface, and the electron beam (see FIG. 3D). Is irradiated so as to have a predetermined dose (corrected dose), and a predetermined drawing pattern, for example, a diffraction ring zone is drawn on the film of the resist L on the mother optical surface 110a (step S31).
[0049]
(Configuration of electron beam lithography system)
Here, a schematic configuration of an electron beam writing apparatus used for the above-described writing processing will be described with reference to FIG. In the following, it is assumed that the member E in which the resist L film is formed on the mother optical surface 110 a of the matrix material 110 corresponds to the base material 100.
[0050]
As shown in FIG. 9, the electron beam writing apparatus 1 forms a high-resolution electron beam probe with a large current and scans the substrate 100 to be written at a high speed. An electron gun 2 that is formed, generates an electron beam, and irradiates the target with a beam, a slit 3 that allows the electron beam from the electron gun 2 to pass, and a focus of the electron beam that passes through the slit 3 with respect to the substrate 100. An electron lens 4 for controlling the position, an aperture 5 disposed on a path from which the electron beam is emitted, and a deflection for controlling a scanning position on the base material 100 as a target by deflecting the electron beam. And a correction coil 7 for correcting deflection. These components are arranged in the lens barrel 8 and are kept in a vacuum state when the electron beam is emitted.
[0051]
Further, the electron beam writing apparatus 1 includes an XYZ stage 9 serving as a mounting table for mounting the substrate 100 on which an image is to be written, and a transport for transporting the substrate 100 to a mounting position on the XYZ stage 9. A loader 10 as a means, a measuring device 11 as a measuring means for measuring a reference point on the surface of the substrate 100 on the XYZ stage 9, and a stage driving device 12 as a driving means for driving the XYZ stage 9 A loader driving device 13 for driving the loader; a vacuum exhaust device 15 for exhausting the inside of the lens barrel 8 and the housing 14 including the XYZ stage 9 so as to be evacuated; and control means for controlling these components And a control circuit 20.
[0052]
The electronic lens 4 is controlled by generating a plurality of electronic lenses by the current value of each of the coils 4a, 4b, and 4c that are separately installed at a plurality of locations along the height direction, The focal position of the electron beam is controlled.
[0053]
The measuring device 11 is a laser measuring device 11a that measures the substrate 100 by irradiating the substrate 100 with a laser, and the laser light emitted from the laser measuring device 11a reflects the substrate 100 to reflect the laser light. And a light receiving section 11b for receiving the reflected light. The details will be described later (the configuration of the measuring apparatus).
[0054]
The stage driving device 12 includes an X-direction driving mechanism for driving the XYZ stage 9 in the X direction, a Y-direction driving mechanism for driving in the Y direction, a Z-direction driving mechanism for driving in the Z direction (the traveling direction of the electron beam), and a θ-direction driving mechanism that drives in the θ-direction. Thereby, the XYZ stage 9 can be operated three-dimensionally and alignment can be performed.
[0055]
The control circuit 20 includes an electron gun power supply unit 21 for supplying power to the electron gun 2, an electron gun control unit 22 for adjusting and controlling current, voltage, and the like in the electron gun power supply unit 21, and an electronic lens 4 (a plurality of And a lens control unit 24 for adjusting and controlling each current corresponding to each electronic lens in the lens power supply unit 23. .
[0056]
Further, the control circuit 20 includes a coil controller 25 for controlling the correction coil 7 and a deflecting unit for deflecting in the forming direction by the deflector 6 and for deflecting in the main scanning direction and the sub-scanning direction. 26, and a D / A converter 27 that converts and controls a digital signal into an analog signal in order to control the deflection unit 26.
[0057]
Further, the control circuit 20 corrects a position error in the deflector 6, that is, supplies a position error correction signal or the like to the D / A converter 27 to urge the position error correction, or prompts the coil control unit 25 to correct the position error. By supplying the signal to the correction circuit 7, a position error correction circuit 28 for correcting a position error by the correction coil 7, and the position error correction circuit 28 and the D / A converter 27 are controlled to reduce the electric field of the electron beam. An electric field control circuit 29 as electric field control means for controlling, and a pattern generation circuit 30 for generating a drawing pattern or the like corresponding to the substrate 100 are configured.
[0058]
Further, the control circuit 20 includes a laser drive control circuit 31 for moving the laser irradiation position by moving the laser length measurement device 11a up and down, left and right, and driving control of the angle of the laser irradiation angle, and the like. A laser output control circuit 32 for adjusting and controlling the output (laser light intensity) of the laser irradiation light, and a measurement calculation unit 33 for calculating a measurement result based on a light reception result in the light receiving unit 11b. Be composed.
[0059]
Further, the control circuit 20 includes a stage control circuit 34 for controlling the stage drive device 12, a loader control circuit 35 for controlling the loader drive device 13, the above-described laser drive circuit 31, laser output control circuit 32, A mechanism control circuit 36 for controlling the section 33, a stage control circuit 34, and a loader control circuit 35; a vacuum exhaust control circuit 37 for controlling the vacuum exhaust of the vacuum exhaust device 15; A measurement information input unit 38 for inputting measurement information, a memory 39 serving as a storage unit for storing the input measurement information and other information, and a program memory 40 storing a control program for performing various controls And a control unit 41 configured by, for example, a CPU or the like which controls these units.
[0060]
(Drawing process)
In the electron beam lithography apparatus 1 having such a configuration, when the substrate 100 conveyed by the loader 10 is placed on the XYZ stage 9, the air in the lens barrel 8 and the housing 14 is removed by the vacuum exhaust device 15. After exhausting dust and the like, the electron gun 2 emits an electron beam.
[0061]
The electron beam emitted from the electron gun 2 is deflected by a deflector 6 through an electron lens 4 and is deflected by an electron beam B (hereinafter, only the deflection-controlled electron beam after passing through the electron lens 4 is referred to as " The electron beam B is sometimes referred to as “electron beam B”), and the drawing is performed by irradiating the surface of the substrate 100 on the XYZ stage 9, for example, the drawing position on the curved surface portion 100.
[0062]
At this time, the measuring device 11 measures the drawing position on the base material 100 (at least the height position among the drawing positions) or the position of a reference point as described later. Based on this, the current values flowing through the coils 4a, 4b, 4c and the like of the electronic lens 4 are adjusted and controlled to control the focus position of the electron beam B, and the movement is controlled so that the focus position becomes the drawing position. .
[0063]
As shown in FIG. 10, the electron beam has a deep depth of focus FZ, but the electron beam B narrowed down to the width D of the electron lens 4 has a beam waist BW having a substantially constant thickness. The length of the range of the beam waist BW in the electron beam traveling direction corresponds to the depth of focus FZ here. The focal position is a position of the beam waist BW in the electron beam advancing direction, and here is a center position of the beam waist BW in the electron beam advancing direction.
[0064]
Alternatively, based on the measurement result, the control circuit 20 controls the stage driving device 12 to move the XYZ stage 9 so that the focal position of the electron beam B becomes the drawing position.
[0065]
The relative movement control between the base 100 and the focal position of the electron beam B can be performed by controlling either the control of the focal position of the electron beam B or the control of the XYZ stage 9 or by using both of them. However, when adjusting the electron lens 4 in controlling the electron beam B, it is necessary to correct an error due to a change in the deflection of the electron beam B. Therefore, it is preferable to perform the adjustment by controlling the movement of the XYZ stage 9.
[0066]
(Configuration of measuring device)
Here, a schematic configuration of the measuring device 11 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 11, the measuring device 11 more specifically comprises a first laser length measuring device 11aa and a second laser length measuring device 11ab constituting a laser length measuring device 11a, and a light receiving section 11b. It has a first light receiving unit 11ba, a second light receiving unit 11bb, and the like.
[0067]
In such a configuration, the first laser beam is emitted from the first laser length measuring device 11aa to the substrate 100 in a direction crossing the electron beam, and the first light beam S1 is reflected by the flat portion 100b of the substrate 100. The first light intensity distribution is detected by receiving the one light beam S1.
[0068]
At this time, since the first light beam S1 is reflected by the flat portion 100b of the base material 100, the (height) position on the flat portion 100b of the base material 100 is measured based on the first intensity distribution. It will be calculated. Here, the height position indicates the position in the Z direction, ie, the traveling direction of the electron beam B.
[0069]
Further, the second laser length measuring device 11ab irradiates the substrate 100 with the second light beam S2 from a direction substantially orthogonal to the electron beam different from the first light beam S1, and transmits the second light beam S2 through the substrate 100. The second light intensity distribution is detected by receiving the second light beam S2 via the pinhole 11c included in the second light receiving unit 11bb.
[0070]
In this case, as shown in FIGS. 12A to 12C, since the second light beam S2 passes through the curved surface portion 100a of the base material 100, the second light beam S2 is based on the second intensity distribution. The (height) position on the curved surface portion 100a protruding from the flat portion 100b of the material 100 is measured and calculated.
[0071]
More specifically, as shown in FIGS. 12A to 12C, the second light beam S2 passes through a specific height at a certain position (x, y) on the curved surface portion 100a in the XY reference coordinate system. Then, at this position (x, y), the second light beam S2 impinges on the curved surface of the curved surface portion 100a to generate scattered lights SS1 and SS2, and the light intensity of the scattered light is weakened. In this way, the (height) position on the curved surface 100a is measured and calculated based on the second light intensity distribution detected by the second light receiving unit 11bb.
[0072]
In this calculation, the signal output of the second light receiving unit 11bb has a correlation between the signal output Op and the height of the base material 100 as shown in the characteristic diagram of FIG. By storing in advance a correlation table indicating this characteristic, that is, a correlation in 39 or the like, it is possible to calculate the height position of the base material based on the signal output Op from the second light receiving unit 11bb. .
[0073]
Then, using the height position of the base material 100 as a drawing position, for example, the focal position of the electron beam is adjusted and drawing is performed.
[0074]
(Principle of drawing position calculation)
Next, the principle of drawing position calculation in the electron beam drawing device 1 will be described.
[0075]
As shown in FIGS. 14A and 14B, the base material 100 includes a flat portion 100b and a curved surface portion 100a that is a curved surface protruding from the flat portion 100b. The curved surface of the curved surface portion 100a is not limited to a spherical surface, and may be a free curved surface having a change in any other height direction, such as an aspheric surface. However, the curved surface portion 100a and the flat portion 100b are formed as a smooth curved surface portion. Are connected by
[0076]
As described above, before the substrate 100 is placed on the XYZ stage 9, the position of the second mark 111b, for example, three reference points P00, P01, and P02 is measured by the shape measuring device 200. Keep it. Thereby, for example, the X axis is defined by the reference points P00 and P01, and the Y axis is defined by the reference points P00 and P02, and the first reference coordinate system in the three-dimensional coordinate system is calculated. Here, the height position in the first reference coordinate system is set to Ho (x, y) (first height position). Thereby, it is possible to calculate the height position distribution of the base material 2 and the error distribution from the design value.
[0077]
On the other hand, the same measurement is performed after the substrate 100 is placed on the XYZ stage 9. That is, as shown in FIG. 14A, the second mark 111b on the base material 100, for example, three reference points P10, P11 and P12 are determined, and the position is measured using the measuring device 11. Keep it. Thus, for example, the X axis is defined by the reference points P10 and P11, and the Y axis is defined by the reference points P10 and P12, and the second reference coordinate system in the three-dimensional coordinate system is calculated.
[0078]
Further, a coordinate transformation matrix for transforming the first reference coordinate system into the second reference coordinate system is calculated from the reference points P00, P01, P02 and P10, P11, P12, and this coordinate transformation matrix is calculated. The height position Hp (x, y) (second height position) corresponding to the Ho (x, y) in the second reference coordinate system is calculated using this position, and this position is calculated as the optimum focus position, That is, the focus position of the electron beam is controlled as the drawing position.
[0079]
Specifically, as shown in FIG. 14 (C), the focal position of the focal depth FZ of the electron beam (beam waist BW = the narrowest point of the beam diameter) is set to one field (unit field) of the unit space in the three-dimensional reference coordinate system. The drawing position within m = 1) is adjusted and controlled.
[0080]
Then, as shown in FIG. 14C, for example, one field is scanned in the X direction while being shifted in the Y direction, so that drawing in one field is performed. Further, if there is an area in which no image is drawn in one field, the area is moved in the Z direction while controlling the above-described focal position, and the same scanning process is performed.
[0081]
Next, after the drawing in one field is performed, in the other fields, for example, the field of m = 2 and the field of m = 3, the drawing processing is performed in real time while measuring and calculating the drawing position as described above. Will be performed. In this manner, when all the drawing is completed for the drawing area to be drawn, the drawing process on the surface of the base material 2 ends.
[0082]
As described above, the processing programs for performing the above-described various arithmetic processing, measurement processing, control processing, and the like are stored in advance in the program memory 40 as control programs, and the control unit 41 performs processing in accordance with the control programs. And control of each unit.
[0083]
<Development process>
Returning to FIG. 2, the developing process of the member E is further performed by a developing device (not shown) to obtain an annular resist (step S33). It should be noted that the longer the irradiation time of the electron beam at the same point is, the more the removal amount of the resist increases. Therefore, in the above-described drawing process, the irradiation position and the irradiation time (dose amount) of the electron beam are adjusted. The resist can be left on the resist L film on the mother optical surface 110a so as to have a predetermined drawing pattern, for example, a diffraction ring shape.
[0084]
<Etching process>
Further, the member E is etched by an etching apparatus described later in detail, and the surface of the mother optical surface 110a of the master mold material 110 is engraved to form, for example, a blazed annular zone 110b (which is exaggerated from the actual state). Is formed (see FIG. 3E) (step S34). Through the above steps, the member E is completed as a matrix.
[0085]
(Configuration of etching equipment)
Here, an etching apparatus used for performing the above-described member E etching processing, specifically, a schematic configuration of a plasma etching apparatus will be described with reference to FIG. However, in the following, an inductively coupled plasma processing apparatus capable of generating high-density plasma will be described as an example. In the following, it is assumed that the member E in which the resist L film is formed on the mother optical surface 110 a of the matrix material 110 corresponds to the base material 100.
[0086]
As shown in FIG. 15, the plasma etching apparatus 410 has an airtight container 420 which is assembled so as to be disassembled from a case made of a conductive material, for example, aluminum. The container 420 is grounded by a ground wire 421, and the inner wall surface is anodized by anodization so that no contaminants are generated from the wall surface. It is preferable that the inside of the container 420 be airtightly divided into an antenna chamber 424 and a processing chamber 426 located on the upper side. The partition structure for partitioning is formed by a support portion 434 including a dielectric wall 432 formed by combining segments made of quartz or the like. The lower surface of the support portion 434 is formed in a substantially uniform state on a horizontal plane. The lower surface of the support portion 434 is preferably covered with a dielectric cover made of quartz or the like having a smooth lower surface, while the upper surface of the dielectric wall 432 is covered with a resin made of PTFE (polytetrafluoroethylene) or the like. Preferably, a plate is provided.
[0087]
Further, a heater 461 is provided in the antenna chamber 424, and the heater 461 is connected to a power supply 462. The partition structure including the dielectric wall 432 is heated by the heater 461 via the support portion 434, thereby preventing by-products from adhering to the lower surface of the partition structure exposed to the processing chamber 426.
[0088]
The support portion 434 is formed of a hollow member made of a conductive material, preferably a metal, for example, an aluminum case, and is also used as a shower case for forming a shower head. The inner and outer surfaces of the housing constituting the support portion 434 are anodized by anodic oxidation so that no contaminants are generated from the wall surface. The support / shower housing 434 has a plurality of gas passages formed therein and communicating with the gas passages, and having a plurality of openings that open to a mounting table 470 described later, more specifically, to the susceptor 471. A gas supply hole is formed on the lower surface.
[0089]
A gas supply pipe 451 communicating with a gas flow path in the support section 434 is provided in a tubular pipe section 435 connected to the center of the support section 434. The gas supply pipe 451 passes through the ceiling of the container 420 and is connected to a processing gas supply source 450 disposed outside the container 420. That is, during the plasma processing, the processing gas is supplied from the processing gas supply source 450 into the support / shower housing 434 via the gas supply pipe 451, and is discharged into the processing chamber 426 from the gas supply hole on the lower surface thereof. You.
[0090]
In the antenna chamber 424, a high frequency (RF) antenna 431 arranged on the partition structure is provided so as to face the dielectric wall 432.
[0091]
The antenna 431 is formed of, for example, a spiral coiled planar coil antenna on the partition structure. One end of the antenna 431 is led out from substantially the center of the ceiling of the container 420, and is connected to the high frequency power supply 442 via the matching unit 441. On the other hand, the other end is connected to the container 420 and thereby grounded.
[0092]
During the plasma processing, high frequency power for generating an induced electric field is supplied to the antenna 431 from the high frequency power supply 442. An induced electric field is formed in the processing chamber 426 by the antenna 431, and the processing gas supplied from the support / shower housing 434 is converted into plasma by the induced electric field. For this reason, the high-frequency power supply 442 is set so as to be able to supply high-frequency power with an output sufficient to generate plasma.
[0093]
A susceptor 471 as a mounting table for mounting the base material 100 is disposed in the processing chamber 426 so as to face the high-frequency antenna 431 with the dielectric wall 432 interposed therebetween. The susceptor 471 is made of a member made of a conductive material, for example, aluminum, and its surface is anodized by anodic oxidation to prevent generation of contaminants. Around the susceptor 471, a holding member 473 for fixing the base material 100 is provided.
[0094]
The susceptor 471 is housed in the insulator frame 472 and is supported on a hollow support. The strut penetrates the bottom of the container 420 in an airtight manner, and is supported by a driving unit 474 disposed outside the container 420. That is, the susceptor 471 is driven by, for example, the vertical direction by the driving unit 474 when the substrate 100 is loaded / unloaded.
[0095]
The susceptor 471 is connected to a high-frequency power supply 482 via a matching box 481 by a power supply rod disposed in a hollow support. During the plasma processing, high frequency power for bias is applied to the susceptor 471 from the high frequency power supply 482. The bias high-frequency power is used for effectively drawing ions in the plasma excited in the processing chamber 426 into the substrate 100.
[0096]
Further, in the susceptor 471, in order to control the temperature of the base material 100, a temperature control unit 475 including a heating unit such as a heater, a coolant flow path, and the like, and a temperature sensor are disposed. Connected to control unit 476. Piping and wiring for these mechanisms and members are all led out of the container 420 through hollow columns.
[0097]
A vacuum exhaust mechanism including a vacuum pump and the like is connected to the bottom of the processing chamber 426 via an exhaust pipe 477. The inside of the processing chamber 426 is evacuated by the vacuum exhaust mechanism, and during the plasma processing, the inside of the processing chamber 426 is set and maintained in a vacuum atmosphere and a predetermined pressure atmosphere.
[0098]
In addition, a controller 494 that controls the supply of bias power is connected to the bias high-frequency power supply 482 that outputs bias power.
[0099]
On the other hand, a control unit 494 is also connected to a high-frequency power supply 442 for plasma generation that outputs a power for plasma generation having a frequency relatively higher than the power for bias described above. Is controlled. The control unit 494 further includes a display unit 493 for displaying various setting input values and the like, an operation input unit 492 for performing operation input, various tables and various control programs, and storage for storing setting information and the like. The unit 491 is connected.
[0100]
(Etching process)
In such a configuration, when performing an etching process, first, the base material 100 is loaded on the mounting surface of the susceptor 471 by the transport means through the gate valve 422, and then the base material 100 is fixed to the susceptor 471 by the holding member 473. I do.
[0101]
Next, a processing gas including an etching gas (for example, a mixed gas of SF6 and O2 at a mixing ratio of, for example, 8: 7) is discharged from the processing gas supply source 450 into the processing chamber 426, and the processing chamber 426 is discharged via the exhaust pipe 477. By evacuating the inside, the inside of the processing chamber 426 is maintained at a predetermined pressure atmosphere.
[0102]
Next, by applying a predetermined high-frequency power from the high-frequency power source 442 to the antenna 431, a uniform induction electric field is formed in the processing chamber 426 via the partition wall structure. The induced electric field converts the processing gas into plasma in the processing chamber 426, and generates a high-density inductively coupled plasma.
[0103]
The ions in the plasma generated in this manner are effectively drawn into the base material 100 by a predetermined high-frequency power applied from the high-frequency power supply 482 to the susceptor 471 to form a pattern 100c on the base material 100. Etching treatment is performed as much as possible.
[0104]
At this time, under the control of the control unit 494, a high-frequency power of a first power of a predetermined first frequency is applied from the high-frequency power supply 442 for plasma generation, and the high-frequency power supply 482 for bias is supplied from the high-frequency power supply 482 via the matching unit 481. A high frequency power of a second power, which is a second frequency relatively lower than the first power for plasma generation, is applied.
[0105]
Here, it is preferable that the control of the bias power is performed by adjusting the voltage value when the bias power is applied corresponding to each part of the base material 100 placed on the susceptor 471. Thus, for example, the etching selectivity (etching rate of the base material / etching rate of the resist layer) in each part of the base material 100 can be adjusted to control the amount of etching in each part of the base material 100.
[0106]
(Principle of etching shape formation)
Here, the principle of forming an etched shape, which is a feature of the present invention, will be described with reference to FIGS.
[0107]
As described above, the mother optical surface 110a of the matrix material 110 has a curved surface portion 110aa serving as an optical function surface, a peripheral surface portion 110ab extending around the curved surface portion 110aa, and these are smoothly formed by a quadratic curve in cross section. Accordingly, in the above-described <etching step>, overetching or side etching may occur in the boundary region between the curved surface portion 110aa and the peripheral surface portion 110ab. It is described that the predetermined shape can be obtained after the etching process. Hereinafter, the grounds will be described.
[0108]
For example, as shown in FIG. 16A, when a discontinuous surface connected at an obtuse angle is formed on the surface of the base material, an induced electric field is concentrated at the apex region, and plasma etching or the like is performed. In this case, the vertex portion is etched (over-etched) more than the other portions, and is processed into a deep groove shape. Along with this, there is a problem that breakage easily occurs at the apex portion. On the other hand, as shown in FIG. 16B, when a continuous surface formed by smoothly connecting the above-described discontinuous surfaces is formed on the surface of the base material, the dielectric electric field becomes uniform in the apex region. In the case where plasma etching or the like is performed, the wafer is uniformly etched and processed into a predetermined shape.
[0109]
That is, as in the present embodiment, the mother optical surface 110a of the matrix mold material 110 is formed by forming a curved surface portion 110aa serving as an optical function surface, a peripheral surface portion 110ab extending around the curved surface portion 110aa, By forming with the surrounding curved surface portion 110ac smoothly connected by the above, since these constitute one continuous surface, the dielectric electric field is uniform on these surfaces, and when plasma etching or the like is performed, It can be uniformly etched and processed into a predetermined shape.
[0110]
Here, the details of the principle of forming the etched shape will be described with reference to various examples. It should be noted that the force which the ions receive due to the negative potential charged on the surface of the base material corresponds to the force which the ions receive due to the above-described potential of the dielectric electric field.
[0111]
"Example 1: Uneven surface undulations on both sides"
For example, as shown in FIG. 17A, when the surface of the base material is flat, the dielectric electric field is uniform, that is, inside the sheath (corresponding to the above-described container 420 of the plasma etching apparatus 410). The ions present are forced by the negative potential charged on the surface of the substrate ₁ Accordingly, the light is accelerated in a direction perpendicular to the surface of the substrate 100 and enters the surface of the substrate. Thereby, the surface of the base material is uniformly etched. On the other hand, as shown in FIG. 17 (B), when the undulation of a discontinuous surface connected to the surface of the base material at an obtuse angle is formed on both sides, the induced electric field is concentrated at the apex region, that is, The ions are forced by a negative potential charged on a discontinuous surface that is undulating on both sides. ₂ (= F ₁ ), F ₃ (= F ₁ ), The resultant force F ₄ (> F ₁ ), The light is further accelerated and enters the surface of the substrate. That is, the vertex portion is etched (over-etched) more than the other portions, and is processed into a deep groove shape as shown by a dotted line in the figure. By the way, as shown in FIG. 17 (C), when the irregularities of the discontinuous surface connected to the surface of the base material at an acute angle are formed on both sides, the force received by the ions is applied to the irregular surface irregularities on both sides. And the ions are dispersed by the negative potential charged on the discontinuous surfaces on both sides. ₂ (= F ₁ ), F ₃ (= F ₁ ), The resultant force F ₅ (<F ₁ ), The light is accelerated to a smaller extent and is incident on the surface of the substrate. That is, the apex portion is etched less than the other portions, and is processed into a shallow groove shape as shown by a dotted line in the figure.
[0112]
Here, FIG. 18 shows a calculation model of the amount of incident energy of ions when the undulation of the discontinuous surface is formed on both sides as described above. According to the graph shown in FIG. 18, when the sheath width is set to 1 cm in a range where the joining angle of the discontinuous surface is obtuse, for example, when the unevenness of the discontinuous surface is 1 mm, the flat base material is etched. It can be seen that a processing error of about 27 μm at the maximum occurs in comparison with (the connection angle of the discontinuous surfaces corresponds to about 132 degrees). Here, the “sheath width” refers to the height of an ion-rich region generated near the substrate due to a bias high frequency, and the substrate is placed in the ion-rich region and subjected to etching. You. By the way, when an optical lens is made as described above, it is desired that a future processing error is 0.5% or less of a design value. If this is applied to a graph shown in FIG. When the width is 1 cm and the height of the undulation of the discontinuous surface is 200 μm or more, which is approximately 1/50 of the sheath width, an error of about 0.5% at maximum occurs. In the case where a discontinuous surface having a height of irregularities is present on the surface of the base material, it is necessary to smoothly connect the discontinuous surfaces.
[0113]
That is, for example, the mother optical surface of the above-described matrix material is formed as in the related art, having a curved surface portion serving as an optical functional surface and a peripheral surface portion extending around the curved surface portion. Are discontinuously connected at an obtuse angle, and furthermore, when the peripheral surface is not a horizontal surface but an inclined surface, the height from the connection position between the peripheral surface and the curved surface to the top of the curved surface is 200 μm. With the above, the required processing accuracy is not satisfied, so that it is necessary to previously form a peripheral curved surface portion that smoothly connects them.
[0114]
Incidentally, since the diffractive structure formed on the optical function surface portion of the curved surface portion, for example, the blaze shape or the like is usually on the order of several μm to several tens μm, it is not necessary to smoothly connect the discontinuous surfaces.
[0115]
According to the graph shown in FIG. 18, in the range where the joining angle of the discontinuous surfaces is obtuse, the amount of normal incident energy of ions is in a direction to increase. It is conceivable that the surface of the substrate is formed shallow in advance in consideration of an increase in the amount of normal incident energy. This is because, as shown in FIG. 17B, when the connection angle between the discontinuous surfaces is obtuse, the amount of normal incident energy of ions is affected by the negative potential of the discontinuous surfaces on both sides. Is increased, and over-etching occurs at the apex portion, so that it is processed into a deep groove shape as shown by a dotted line in the figure. On the other hand, according to the graph shown in FIG. 18, in the range where the joining angle of the discontinuous surfaces is an acute angle, the amount of normal incident energy of the ions is in a decreasing direction. It is conceivable that the surface of the base material is formed deep in advance in consideration of the decrease in the amount of normal incident energy. This is because, as shown in FIG. 17C, when the connecting angle between the discontinuous surfaces is an acute angle, the amount of normal incident energy of ions is affected by the negative potential of the discontinuous surfaces on both sides. Is reduced, and the ions do not reach the apex portion, but are processed into a shallow groove shape as shown by a dotted line in the figure.
[0116]
In this manner, the mother optical surface of the matrix material is formed to have a curved surface portion serving as an optical function surface and a peripheral surface portion extending around the curved surface portion, and these are discontinuously formed at an obtuse angle. If the peripheral surface is not a horizontal surface but an inclined surface, the height from the connecting position between the peripheral surface and the curved surface to the top of the curved surface is required to be 200 μm or more. In this case, it is necessary to previously form a peripheral curved surface portion that smoothly connects them, but hereinafter, the upper limit of the height from the connection position between the peripheral surface portion and the curved surface portion to the top of the curved surface portion will be described. Will be described.
[0117]
FIG. 19 is a graph showing the relationship between the bias power supply output and the electron temperature. According to the graph shown in FIG. 19, when plasma measurement is performed using a Langmuir probe at a position where the height Z in the sheath region is 10 mm, the electron temperature at that time is determined when the bias power supply output exceeds 10 W. Measurement became impossible. Here, the Langmuir probe is in principle impossible to measure in the region inside the sheath, so that the sheath width at this time can be estimated to be approximately 10 mm. Similarly, when plasma measurement was performed using a Langmuir probe at a position where the height Z in the sheath region was 15 mm, the electron temperature at that time was measurable even when the bias power supply output exceeded 70 W. . From this, it can be determined that the sheath width at this time does not exceed 15 mm. By the way, in the plasma etching apparatus, the control operation upper limit of the bias power output is actually about 50 W, and the sheath width at 50 W which is the control operation use upper limit of the bias power output is 70 W when the bias power output is 70 W. In consideration of the sheath width at the time, the distance can be set to 15 mm or less. On the other hand, in the above-described matrix material, since the mother optical surface only needs to be within the sheath width region, the height from the connecting position between the peripheral surface portion and the curved surface portion to the top of the curved surface portion is not more than 15 mm. It can be.
[0118]
“Example 2: Unevenness of the discontinuous surface is on only one side”
Further, for example, as shown in FIG. 20, when the undulation of the discontinuous surface connected to the surface of the base material at an obtuse angle is formed on only one side, the induced electric field is concentrated at the apex region, that is, The ions are forced by a horizontal discontinuous surface and a negative potential charged on the undulating discontinuous surface by a force F ₂ (= F ₁ ), F ₃ (= F ₁ ), The resultant force F ₆ (> F ₁ ), The light is further accelerated and enters the surface of the substrate. However, the ions receive a horizontal force due to the negative potential charged on the undulating discontinuous surface, so that side etching occurs on the undulating discontinuous surface. In addition, at the apex, the amount of etching is reduced because the amount of normal incident energy of ions is reduced. Therefore, as a result, it is processed into a distorted shape as shown by a dotted line in the figure.
[0119]
Here, FIGS. 21 and 22 show calculation models of the incident energy amount of ions in the case where the undulation of the discontinuous surface is formed on one side as described above. According to the graphs shown in FIGS. 21 and 22, when the height of the undulating discontinuous surface is 50 μm or more, the design value of 0. It is understood that the condition of 5% or less may not be satisfied. Therefore, when the height of the undulating discontinuous surface is 50 μm or more, it is necessary to connect these discontinuous surfaces smoothly.
[0120]
That is, for example, the mother optical surface of the above-described matrix material is formed as in the related art, having a curved surface portion serving as an optical functional surface and a peripheral surface portion extending around the curved surface portion. Are discontinuously connected at an obtuse angle, and when the peripheral surface is a horizontal surface, if the height from the peripheral surface to the top of the curved surface is 50 μm or more, the required processing accuracy Therefore, it is necessary to previously form a peripheral curved surface portion that smoothly connects them. In the present embodiment, the mother optical surface 110a of the matrix material 110 described above, that is, the curved surface portion 110aa serving as the optical functional surface, the peripheral surface portion 110ab extending around the curved surface portion 110aa, and It corresponds to the peripheral curved surface portion 110ac that smoothly connects them, and is applied when the height from the peripheral surface portion 110ab to the top of the curved surface portion 110aa is 50 μm or more, so that the effect can be obtained. You can do it. Incidentally, as described above, by forming the peripheral curved surface portion 110ac that smoothly connects the curved surface portion 110aa and the peripheral surface portion 110ab extending around the curved surface portion 110aa, the dielectric electric field is uniform on these surfaces. Therefore, when plasma etching or the like is performed, etching is performed uniformly and a predetermined shape can be obtained.
[0121]
Incidentally, as described above, since the diffractive structure formed on the optical function surface portion of the curved surface portion, for example, the blaze shape, is usually on the order of several μm to several tens μm, it is not necessary to smoothly connect the discontinuous surfaces. Absent.
[0122]
According to the graphs shown in FIGS. 21 and 22, by making the undulating discontinuous surface vertical (90 degrees), it is conceivable to reduce the occurrence of a processing error of 0.5% or more. Further, for example, when the height of the undulating discontinuous surface is about 100 μm, the occurrence of a machining error of 0.5% or more can be reduced by designing the connecting angle of the discontinuous surface to 150 degrees or more. Can be considered. Similarly, when the height of the undulating discontinuous surface is about 200 μm, the height is designed to be about 165 degrees or more, and when it is about 500 μm, it is designed to be about 174 degrees or more, and when it is about 1 mm, it is designed to be about 171 degrees or more. This can reduce the occurrence of a processing error of 0.5% or more. However, in the graphs of FIG. 21 and FIG. 22, the etching amount of the uneven surface that is undulated by the chemical etching (isotropic etching) is not taken into consideration. Therefore, it is preferable to design the connecting angle as large as possible even when these conditions are satisfied.
[0123]
Further, as described above, in the plasma etching apparatus, the control operation upper limit of the bias power output is actually about 50 W, and the sheath width at 50 W which is the control operation use upper limit of the bias power is 15 mm or less. On the other hand, in the above-described matrix material, since the mother optical surface only needs to be within the sheath width region, the height from the connecting position between the peripheral surface portion and the curved surface portion to the top of the curved surface portion is obtained. Can have this 15 mm as the upper limit.
[0124]
On the basis of the contents described above, in the present embodiment, in the present embodiment, the mother optical surface 110a of the matrix die 110, a curved surface portion 110aa serving as an optical function surface, a peripheral surface portion 110ab extending around the curved surface portion 110aa, Since these are formed to have a peripheral curved surface portion 110ac that smoothly connects them with a quadratic cross section, they constitute one continuous surface, and in the above-described <etching step>, overetching or The occurrence of side etching is suppressed, and a uniform shape can be obtained. That is, after the etching process, it is possible to obtain a matrix of a mold for molding an optical element having a predetermined optical performance having a predetermined shape.
[0125]
[Mold manufacturing method]
Next, a method of manufacturing the mold will be described with reference to FIG. 3 along the flow of the flowchart shown in FIG.
[0126]
<Electroforming process>
Returning to FIG. 2, furthermore, a matrix having the surface activated, ie, the member E, is immersed in a nickel sulfamate bath, and an electric current is caused to flow between the base material 111 and the external electrode 114, thereby obtaining an electric current. The cast 120 is grown (see FIG. 3F) (Step S35). At this time, by applying an insulating agent to the outer peripheral surface 111f of the base material 111, it is possible to suppress the electroforming of the portion where the insulating agent is applied. In the course of its growth, the electroforming 120 forms an optical surface transfer surface 120a accurately corresponding to the mother optical surface 110a and an annular transfer surface 120b accurately corresponding to the annular zone 110b.
[0127]
Thereafter, a database constructed in a computer (not shown) is searched based on the ID number NX of the yat 150 corresponding to the member E being processed, and the obtained yatoy 150 (ie, used in the cutting process) is obtained. Is attached to the member E (base material 111) under predetermined attachment conditions (step S36). The predetermined attachment condition is the attachment condition in the first step, and more specifically, matching the matching mark MX to match the phase of the base material 111 and the toy 150, and the read-out work environment temperature during tightening ( A working environment temperature of ± 1.0 degrees with respect to the working environment temperature in the first step, tightening with the read tightening torque (tightening torque in the cutting step), and using the same bolt 152 Mounting.
[0128]
Further, after the working environment temperature at the time of cutting of the member E being processed is stored in a database constructed in a computer (not shown), the member E and the electroformed And the toy 150 are integrally attached to the chuck so that the rotation axis of the SPDT processing machine and the optical axis of the member E coincide with each other, and the outer peripheral surface 120c of the electroforming 120 is cut (see FIG. 3 (g)). (Step S37).
[0129]
In addition, as shown in FIG. 3 (g), a pin hole 120d (center) and a screw hole 120e as a positioning portion for a backing member are formed in the electroformed 120. Note that a cylindrical shaft may be formed instead of the pin hole 120d. After the processing, the member E, the electroforming 120 and the toy 150 are integrally removed from the SPDT processing machine.
[0130]
Further, the movable core 130 is formed by integrating the electroforming 120 with the backing member as described below (Step S38).
[0131]
FIG. 23 is a cross-sectional view of the movable core 130 in a state where the member E is attached. In FIG. 23, the movable core 130 includes an electroformed member 120 arranged at the front end (right side in the figure), a pressing portion 136 arranged at the rear end (left side in the figure), and a sliding member 135 arranged therebetween. Is done. The sliding member 135 and the pressing portion 136 serve as a backing member.
[0132]
The electroforming 120 is positioned in a predetermined relationship with the sliding member 135 by engaging a pin 135a protruding from the center of the end surface of the cylindrical sliding member 135 into the pin hole 120d, and The bolt 137 inserted into the two bolt holes 135b penetrating the member 135 in parallel with the axis is screwed into the screw hole 120e, so that the electroforming 120 is attached to the sliding member 135.
[0133]
The sliding member 135 is provided with a screw shaft 135c protruding at the center of an end surface (left end in the drawing) facing the end surface (right end in the drawing) provided with the pin portion 135a and an end of the substantially cylindrical pressing portion 136. By being screwed into a screw hole 136a formed in the portion, it is attached to the pressing portion 136 in a predetermined positional relationship. In FIG. 23, the outer peripheral surface 135e of the sliding member 135 has a larger diameter than the outer peripheral surface of the portion other than the flange portion 136b of the electroforming 120 and the pressing portion 136. After attaching the sliding member 135 and the pressing portion 136 as the backing member, the jaws 150 are attached to the chuck of the SPDT processing machine (step S39).
[0134]
Further, after setting the working environment temperature at the time of cutting of the member E being processed from a database constructed in a computer (not shown), the sliding member 135 and the pressing portion 136 are determined with reference to the outer peripheral surface 111f of the base material 111. Finish the outer peripheral surface (step S40). For this reason, even though the jaws 150 are once removed from the base material 111, the coaxiality between the center of the concentric pattern (ring zone 110b) of the mother die 110 and the center of the outer shape of the mold sliding portion can be kept within 1 μm. it can. Further, the end face of the pressing portion 136 is cut to set the entire length to a specified value (step S41).
[0135]
Thereafter, the member E and the toy 150 are removed from the electroformed member 120 attached to the sliding member 135 and the pressing portion 136 by cutting at a position indicated by an arrow X in FIG. 23 (step S42). Further, after the electroforming 120 and the substrate 210 are removed from the mold, the electroforming 120 at the tip of the movable core 130 is finished to obtain an optical element molding die (step S43). Through the steps so far, a mold capable of molding an optical element having a predetermined optical performance can be manufactured.
[0136]
[Molding of optical element]
FIG. 24 is a diagram illustrating a state in which an optical element is molded using the movable core 130 formed as described above. In FIG. 24, a holding portion 142 for holding an optical element molding die 141 having an optical surface transfer surface 141a is fixed to a movable side cavity 143. The movable cavity 143 has a small opening 143a and a large opening 143b coaxial with the small opening. When the movable core 130 is inserted into the movable side cavity 143, the outer peripheral surface 135e of the sliding member 135 slides on the inner peripheral surface of the small opening 143a, and the outer peripheral surface 136d of the flange portion 136b of the pressing portion 136 is It slides on the inner peripheral surface of the large opening 143b. By being guided by the two sliding portions, the movable core 130 can move in the axial direction without largely tilting with respect to the movable side cavity 143.
[0137]
The molten resin is injected between the optical element molding die 141 and the electroforming 120, and the movable core 130 is pressed in the direction of the arrow, whereby the optical element OE is molded. According to the present embodiment, by using electroforming 120 as an optical element molding die accurately transferred and formed from base material 110, the optical surface of electroforming The surface transfer surface 120a is transferred and formed, and the diffraction ring corresponding to the ring transfer surface 120b is formed with high accuracy concentrically on the optical axis. Through the steps so far, an optical element having predetermined optical performance can be formed.
[0138]
When the optical element molding die is processed as described above, a projection (not shown) corresponding to the second mark 111b is transferred and formed on the electroforming 120, and this is used as a processing reference. By using this, it is possible to perform highly accurate processing of the outer peripheral surface and the like.
[0139]
【The invention's effect】
As described above, according to the method for manufacturing a master mold, the master mold, the method for manufacturing a mold, the mold, the optical element, and the base material according to the present invention, a predetermined diffraction structure is formed by etching. By giving a shape that reduces over-etching and side-etching in advance to a base material that serves as a matrix of a mold for forming an optical element, after etching, a predetermined shape without distortion is obtained. Can be obtained. That is, it is possible to obtain a mother mold of a mold for molding an optical element having a predetermined optical performance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing steps constituting a method of manufacturing a matrix according to an embodiment.
FIG. 2 is a flowchart showing steps constituting a method for manufacturing a mother die and a method for manufacturing a mold in the present embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an assembly of a matrix material and an electrode member, that is, a member E, which is processed in the main steps shown in FIGS. 1 and 2;
FIG. 4 is a perspective view of a member E to which a yatoy is attached.
5 is a cross-sectional view showing a shape of a mother optical surface of a matrix material of a member E shown in FIG.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an SPDT processing machine.
7 is a top view of the member E shown in FIG.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a shape measuring instrument.
FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of an electron beam writing apparatus.
FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining a beam waist of an electron beam.
FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining a schematic configuration of a measuring device.
FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining the measurement principle of the measurement device.
FIG. 13 is a characteristic diagram showing a relationship between a signal output and a height of a base material.
FIGS. 14A and 14B are explanatory views showing a base material drawn by an electron beam drawing apparatus, and FIG. 14C is a view for explaining a drawing principle of the electron beam drawing apparatus; FIG.
FIG. 15 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a plasma etching apparatus.
FIG. 16A is an explanatory diagram showing a state of an induced electric field when a discontinuous surface connected to an obtuse angle is formed on the surface of a base material, and FIG. It is explanatory drawing which shows the mode of the induced electric field when the continuous surface which connected the discontinuous surface smoothly was formed in the surface.
FIG. 17A is an explanatory view showing the state of a force applied to ions when the surface of the base material is flat, and FIG. 17B is a diagram showing the state where the ion is connected to the surface of the base material at an obtuse angle. It is explanatory drawing which shows the mode of the force which an ion receives when the unevenness | corrugation of a continuous surface is formed on both sides, and the figure (C) shows the unevenness | corrugation of the discontinuous surface connected to the surface of a base material at an acute angle. FIG. 9 is an explanatory diagram showing a state of a force received by ions when the ion irradiation is performed.
FIG. 18 is an explanatory diagram showing a calculation model of an incident energy amount of ions when irregularities of a discontinuous surface are formed on both sides of a surface of a base material.
FIG. 19 is an explanatory diagram showing a relationship between a bias power supply output and an electron temperature at each height position in a sheath region.
FIG. 20 is an explanatory view showing a state of a force applied to ions when the undulation of a discontinuous surface connected to the surface of the base material at an obtuse angle is formed on only one side.
FIG. 21 is an explanatory diagram showing a calculation model of the amount of energy incident on a horizontal discontinuous surface of ions when undulations of the discontinuous surface are formed on only one side of the surface of the base material.
FIG. 22 is an explanatory diagram showing a calculation model of an incident energy amount on a discontinuous surface on which ions are undulated when irregularities on the discontinuous surface are formed on only one side of the surface of the base material.
FIG. 23 is a sectional view of a movable core.
FIG. 24 is a diagram illustrating a state in which an optical element is molded using a movable core.
[Explanation of symbols]
110 Matrix material
110a Mother optical surface
110aa Curved surface
110ab Surrounding surface
110ac Surrounding curved surface
111 substrate

Claims

A method for manufacturing a master mold for manufacturing a mold master for molding an optical element having a predetermined structure,
At least one surface of the base material serving as the matrix is a curved surface portion on which the predetermined structure is formed, a peripheral surface portion extending around the curved surface portion, and the curved surface portion and the peripheral surface portion are smoothly connected. A forming step of forming the surrounding curved surface portion,
A resist film forming step of forming a resist film on the curved surface portion,
A drawing step of drawing a predetermined pattern shape on the formed resist film,
A developing step of forming the predetermined pattern shape by performing a developing process on the drawn resist film,
An etching process for obtaining a matrix having the predetermined structure formed on the curved surface portion by performing an etching process on the resist film on which the predetermined pattern is formed. .

The method according to claim 1, wherein the peripheral surface is a horizontal surface, and a height from the peripheral surface to a top of the curved surface is not less than 50 μm and not more than 15 mm.

The matrix according to claim 1, wherein the peripheral surface portion is an inclined surface, and a height from a connection position of the peripheral surface portion and the curved surface portion to a top of the curved surface portion is 200 µm or more and 15 mm or less. Manufacturing method.

The curved surface portion has an optical function surface portion on which the predetermined structure is formed, and an optical function peripheral surface portion extending around the optical function surface,
The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the peripheral curved surface portion connects the optical function peripheral surface portion and the peripheral surface portion smoothly.

The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the predetermined structure is a diffractive structure.

A mother die manufactured by the method for manufacturing a mother die according to any one of claims 1 to 5.

A method for manufacturing a mold, comprising: performing an electroforming process using the mold according to claim 6 to obtain a mold on which the shape of the matrix has been transferred.

A mold manufactured by the method for manufacturing a mold according to claim 7.

An optical element formed by the mold according to claim 8.

A predetermined structure is formed by being subjected to the etching treatment, a base material serving as a matrix of a mold for molding an optical element having the predetermined structure,
At least one surface is provided with a curved surface portion on which the predetermined structure is formed, a peripheral surface portion extending around the curved surface portion, and a peripheral curved surface portion smoothly connecting the curved surface portion and the peripheral surface portion. Substrate.

The base material according to claim 10, wherein the peripheral surface portion is a horizontal plane, and a height from the peripheral surface portion to the top of the curved surface portion is 50 µm or more and 15 mm or less.

The base material according to claim 10, wherein the peripheral surface portion is an inclined surface, and a height from a connection position between the peripheral surface portion and the curved surface portion to a top of the curved surface portion is 200 µm or more and 15 mm or less. .

The curved surface portion has an optical function surface portion on which the predetermined structure is formed, and an optical function peripheral surface portion extending around the optical function surface,
The base material according to claim 10, wherein the peripheral curved surface portion smoothly connects the optical function peripheral surface portion and the peripheral surface portion.

The substrate according to any one of claims 10 to 13, wherein the predetermined structure is a diffraction structure.