JP2005064324A - 微細形状の加工方法及び光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】
高いアスペクト比を有する高精度な微細形状を形成できる微細形状の形成方法及び光学素子を提供する。
【解決手段】
レジストＲの表面の少なくとも一部に金属薄膜Ｃを形成することで、その後ドライエッチング処理を行った場合でも、レジストＲの損傷を抑えることができ、それにより開口幅と溝深さの比（アスペクト比）が１：１０以上であり且つ開口幅サイズがサブミクロンオーダー、又は幅と高さの比が１：１０以上であり且つ幅サイズがサブミクロンオーダーの微細形状を精度良く形成することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、微細形状の加工方法び光学素子に関し、特に高アスペクト比を有する微細形状の加工方法及びそのような微細形状を有する光学素子に関する。

近年、急速に発展している光ピックアップ装置の分野では、極めて高精度な対物レンズなどの光学素子が用いられている。プラスチックやガラスなどの素材を、金型を用いてそのような光学素子に成形すると、均一な形状の製品を迅速に製造することができるため、かかる金型成形は、そのような用途の光学素子の大量生産に適しているといえる。

更に、近年の光ピックアップ装置は、より短波長の半導体レーザからの光束を用いて、ＡＯＤ（Advanced Optical Disc），ＢＤ（Blueray Disc）などの記録媒体に対して高密度な情報の記録及び／又は再生を行えるものが開発されており、その光学系の収差特性改善のため、微細構造である回折構造を光学面に設けることが行われている。又、そのような高密度な情報の記録及び／又は再生を行える光ピックアップ装置であっても、従来から大量に供給されたＣＤ、ＤＶＤに対しても情報の記録及び／又は再生を確保する必要があり、そのため波長選択性を備えた微細形状の回折構造を設けることも行われている。

加えて、近年、使用する光源の波長の数倍からそれよりも小さな微細構造を光学面に施して、新たな光学的機能を光学素子に付加することが試みられている。例えば、成形レンズの屈折による通常の集光機能とその時に副作用として発生する正の分散を、その非球面光学面の表面に回折溝を施すことで得られる回折による大きな負の分散を利用してうち消し、本来、屈折だけでは不可能な色消し機能を単玉光学素子に付加することが、ＤＶＤ／ＣＤ互換の光ディスク用ピックアップ対物レンズで実用化されている。これは、光学素子を透過する光の波長の数１０倍の大きさの回折溝による回折作用を利用したもので、このように波長より十分大きな構造による回折作用を扱う領域は、スカラー領域と呼ばれている。

一方、光学素子を透過する光の波長の数分の一という微細な間隔で、円錐形状の突起を光学面の表面に密集させて形成させることで、光の反射抑制機能を発揮できることが判っている。即ち、光波が光学素子に入射する際の空気との境界面での屈折率変化を、従来の光学素子のように１から媒体屈折率まで瞬間的に変化させるのではなく、微細な間隔で並んだ突起の円錐形状によって緩やかに変化させ、それにより光の反射を抑制することができるのである。このような突起を形成した光学面は、いわゆる蛾の眼（ｍｏｔｈ ｅｙｅ）と呼ばれる微細構造で、光の波長よりも微細な構造体が波長よりも短い周期で並ぶことにより、もはや個々の構造が回折せずに光波に対して平均的な屈折率として働くものである。このような領域を等価屈折率領域と一般に呼んでいる。このような等価屈折率領域に関しては、例えば電子情報通信学会論文誌Ｃ Ｖｏｌ．Ｊ８３−Ｃ Ｎｏ．３ｐｐ．１７３−１８１ ２０００年３月に述べられている。

等価屈折率領域の微細構造によれば、従来の反射防止コートに比べて反射防止効果の角度依存性や波長依存性を少なくしながら大きな反射防止効果を得られるが、プラスチック成形等によれば、光学面と微細構造を同時に創成できることから、レンズ機能と反射防止機能が同時に得られて、従来のように成形後に反射防止コート処理をするといった後加工が不要となる等の生産上のメリットも大きいと考えられ注目されている。さらに、このような等価屈折率領域の微細構造を光学面に対して方向性を持つように配すると、強い光学異方性を光学面に持たせることもでき、従来、水晶などの結晶を削りだして製作していた複屈折光学素子を成形によって得ることができ、また、屈折や反射光学素子と組み合わせて新たな光学的機能を付加することができる。この場合の光学異方性は、構造性複屈折と呼ばれている。

上述したスカラー領域と等価屈折率領域の間には、回折効率が入射条件のわずかな違いにより急激に変化する共鳴領域がある。例えば、回折輪帯の溝幅を狭くしていくと、波長の数倍程度で急激に回折効率が減少し、また増加するという現象（アノマリー）が発生する。この領域の性質を利用して、特定の波長のみを反射する導波モード共鳴格子フィルターを微細構造で実現して、通常の干渉フィルターと同等の効果をより角度依存性を少なくして実現できる。

ところで、回折構造や、スカラー領域や、等価屈折率領域や、共鳴領或を利用して光学素子を形成しようとする場合、その光学面に微細な突起（又はくぼみ）を形成する必要がある。このような微細な突起（又はくぼみ）を備えた光学素子を大量生産するには、一般的には樹脂を素材として成形を行うことが適しているといえるが、かかる場合、微細な突起（又はくぼみ）に対応したくぼみ（又は突起）を備えた光学面転写面をどのようにして形成するかが問題となる。

すなわち、上述したような等価屈折領域や共鳴領域の突起（又はくぼみ）に関しては、数十乃至数百ナノメートルの間隔で突起（又はくぼみ）を光学素子の光学面に形成しなくてはならないが、そのような微細形状に対応した型を、どのようにして形成するかが問題である。これに対し、特許文献１には電子ビーム描画を用いて、光学素子の金型に微細形状を形成する技術が開示されている。
特開２００３−１７３９５４号公報

特許文献１に記載の技術によれば、基材に塗布したレジストに対して電子ビームを照射することで、レジストの一部を除去し、その後エッチング処理することで、微細形状を形成することができる。しかるに、アスペクト比の高い微細形状を形成しようとすると、長時間エッチング処理を行う必要があるが、それにより本来除去されるべきでない部位までが除去されてしまい、所望の微細形状が得られないといった問題がある。特に、レジストの角部や側面がエッチングにより除去されると、加工パターンが崩れやすいという問題がある。この対策として、レジストに加えてエッチングされにくい金属系のマスクを使うことが考えられる。しかし、このような金属系のマスクは、金属を成膜した後、金属膜の上にレジストをパターン化し、薬品によって金属パターンを形成する湿式エッチング、もしくは、基板上にレジストをパターン化した後に金属膜を成膜し、レジストパターンを溶剤で取り除いてマスクを形成するリフトオフ法などによるものが一般的であるが、これらのマスクを得るために工数がかかる上に、パターン精度も低下するという問題点もある。また、ドライエッチング加工後に残った金属膜を薬品で溶かさなくてはならず、余計な手間がかかる。

本発明は、かかる従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、高いアスペクト比を有する高精度な微細形状を形成できる微細形状の形成方法及び光学素子を提供することを目的とする。

第１の本発明の微細形状の形成方法は、Ｓｉ又はＳｉＯ_２からなる基材の上に、開口幅と溝深さの比が１：１０以上であり且つ開口幅サイズがサブミクロンオーダー、又は幅と高さの比が１：１０以上であり且つ幅サイズがサブミクロンオーダーの微細形状を形成することを特徴とする。

第２の本発明の微細形状の形成方法は、
基材上に、凹部又は凸部の最小サイズ（例えば凹部の開口幅や凸部の幅など）がサブミクロンオーダーとなるような所定のマスクパターンで、レジストを付着させる第１のステップと、
前記レジストの表面の少なくとも一部に金属薄膜を形成する第２のステップと、
前記レジストが形成された基材をドライエッチング処理することにより微細形状を形成する第３のステップとを有することを特徴とする。

第１の本発明によれば、前記レジストの表面の少なくとも一部に金属薄膜を形成することで、その後ドライエッチング処理を行った場合でも、特にレジストの角部や側面の損傷もしくは過度のエッチングを抑えることができ、それにより開口幅と溝深さの比（アスペクト比）が１：１０以上であり且つ開口幅サイズがサブミクロンオーダー、又は幅と高さの比が１：１０以上であり且つ幅サイズがサブミクロンオーダーの微細形状を精度良く形成することができる。尚、サブミクロンオーダーとは１μｍ以下の寸法をいう。

第２の本発明によれば、基材上に、凹部又は凸部の最小サイズ（例えば凹部の開口幅や凸部の幅など）がサブミクロンオーダーとなるような所定のマスクパターンで、レジストを付着させる第１のステップと、前記レジストの表面の少なくとも一部に金属薄膜を形成する第２のステップと、前記レジストが形成された基材をドライエッチング処理することにより微細形状を形成する第３のステップとを有するので、例えば電子ビーム描画によって形成した複雑かつ高精度のレジストパターンを直接マスクにすることでそのパターン精度を維持し、かつ、その表面の弱い部分（ドライエッチングで削られやすい部分）のみに金属薄膜を成膜することで、マスク形状を維持し、高アスぺクトのパターンを加工できるという特徴がある。

図１は、本発明の原理を説明するための図である。まず、Ｓｉ又はＳｉＯ_２からなる基材Ａの上に均一な厚さでレジストＲを塗布し、電子ビーム描画を行って更にレジスト現像を行うことで、図１（ａ）に示すように、基材Ａ上に並べられた微細ブロックとしてレジストＲを残す。これによりマスクパターンが形成される。

更に、図１（ｂ）に示すように、基材Ａ上に並べられたレジストＲのブロックに対してスパッタリング処理を施す。このとき、スパッタ粒子（Ｎｉ、Ｃｒ等）が飛散する方向を、レジストＲのブロックの側面の延在方向に対して傾けることで、ブロック頂面及びその近傍の側面にのみ金属薄膜Ｃが成膜されるようになる。

その後、図１（ｃ）に示すように、基材Ａに対してＳＦ_６＋Ｏ_２等の環境に有害でないガスを用いて異方性エッチング処理を施すことで、レジストＲと、レジストＲに覆われていない基材Ａの表面が除去され、図１（ｄ）に示すような微細形状を得ることができる。このとき、ブロック頂面及びその近傍の側面に成膜した金属薄膜Ｃが、エッチングの耐性を有するので、レジストＲの初期状態を長時間維持することができ、それにより基材Ａを深く彫り込んだ高アスペクト比の微細形状を得ることができる。尚、基材Ａに形成された凹部の幅をＷ、深さをＤとすると、そのアスペクト比はＷ：Ｄで得られ、この場合には１：１０以上となる。又、基材Ａに形成された凹部間の凸部の幅をＷｉ、高さをＤとしても、そのアスペクト比はＷｉ：Ｄで得られ、同様に１：１０以上となる。完全にレジストがなくなる前にエッチング処理を中断し、再度スパッタリング処理を行った後エッチング処理を続行してもよい。

更に、前記レジストは、前記基材上に微細な間隔で並べられたブロックであり、前記ブロックの頂面及びその近傍に、前記金属薄膜が形成されると好ましい。尚、「ブロック」とは、高さ及び幅を有する形状の意味で用いており、周方向につながった輪帯形状をも含む。

図２は、スパッタリング処理を説明するための図である。図２（ａ）において、スパッタターゲットＳＴと基材Ａとの間隔をＬとし、スパッタターゲットＳＴの径を２Ｒとし、基材Ａの径を２ｒとし、スパッタターゲットＳＴと基材Ａとの傾きをθとする。ここで、図２（ｂ）に示すように、基材Ａ上のレジストＲのブロック間隔をＷとしたときに、金属薄膜Ｃを施したい高さを上端からｄとする。しかるに、スパッタ粒子が直線的に飛散するとすると、スパッタターゲットＳＴに近い部位ではｄの値は大きくなり（ｄの最大値をｄｍａｘとする）、スパッタターゲットＳＴから遠い部位ではｄの値は小さくなる（ｄの最小値をｄｍｉｎとする）。

ｄｍａｘは以下の式で求まる。
ｄｍａｘ＝ｔａｎ（θ−θｍａｘ） （１）
ただし、θｍａｘは、スパッタターゲットＳＴと基材Ａとを最短距離で結ぶ線分と基材Ａとのなす角

ｄｍｉｎは以下の式で求まる。
ｄｍｉｎ＝ｔａｎ（θ＋θｍｉｎ） （１）
ただし、θｍｉｎは、スパッタターゲットＳＴと基材Ａとを最長距離で結部線分と基材Ａとのなす角

表１，２に、各値を変えた状態でのｄｍａｘ、ｄｍｉｎを示す。現実的には、Ｌ＝１５０ｍｍ、Ｒ＝１０ｍｍであると、所望のｄに対して＋１５％〜−１８．５％の範囲内でのバラツキに抑えることができるので好ましい。

更に、前記マスクパターンは、電子ビーム描画により形成されると好ましい。

更に、前記金属薄膜は、ＮｉもしくはＣｒをスパッタ法を用いて前記レジストに付着させることで形成されると好ましい。

更に、前記レジストは開口幅に対して深さが深い溝形状を有しており、前記溝の側壁に対して傾いた方向から、ＮｉもしくはＣｒを付着させると好ましい。

更に、前記ドライエッチング処理は、物理的エッチング効果が得られるか、もしくは物理的エッチング量を制御できる装置を用いて異方性エッチング処理を行うと好ましい。

更に、前記基材は３次元形状を有すると好ましい。

更に、微細形状を加工された前記基材は、光学素子を成形するための電鋳母型を作るための金型として用いられると好ましい。

更に、微細形状を加工された前記基材は、溶融した樹脂や低融点ガラスなどに押圧されることで、その微細形状を転写する母型として用いられると好ましい。

以上の微細形状の加工方法により加工された前記基材を用いて、前記微細形状もしくはそれに相補する形状を有する光学素子を形成すると好ましい。

以下、本発明の実施の形態にかかる微細形状の形成方法について、図面を参照して具体的に説明する。本実施の形態における微細形状が形成される基材は、光学素子等を成形する金型を製作する母型であるが、光学素子自体或いは半導体素子などの表面に直接形成してもよい。

図３は、本実施の形態にかかる微細形状の形成方法を含む光学素子の金型の製作工程を示すフローチャートである。図４は、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（これを母型部材又は部材Ａもしくは基材Ａという）を示す断面図である。以後、母型部材（又は部材Ａ）をここで製作する母型として説明する。図５は、部材Ａの上面図である。尚、本実施の形態により製作される母型部材は、その母光学面に、光学素子の回折輪帯に対応した輪帯が形成されるものとする。

まず、図１のステップＳ１０１で、ＳｉＯ_２又はポリシリコン製の略半球型の形状を有する母型の素材１０を、金属など導電性の素材からなる円盤状の電極部材１１の中央開口１１ａに埋め込み接着剤で相対回転不能に固定し（図４（ａ）参照）、部材Ａを得る。その後、ステップＳ１０２で、詳細は後述する施盤（ここでは超精密旋盤（ＳＰＤＴ加工機）を含む）のチャックに部材Ａを取り付ける。更に、ステップＳ１０３で、部材Ａを回転させなから、ダイヤモンド工具により、母型の素材１０の上面を図２（ｂ）に示すように切削加工し母光学面（成形しようとする光学素子の光学曲面に相当し、該母光学面は光軸を有する）１０ａを形成し、且つ電極部材１１の上面に周溝１１ａ（第１のマーク）を切削加工し、更に電極部材１１の外周面１１ｆを切削加工する。このとき、母光学面１０ａ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１０ａと周溝１１ａ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電極部材１１の外周面１１ｆも、光軸と精度良く同軸に形成される。即ち、外周面１１ｆは回転軸を有し、それは母光学面の光軸に一致することとなる。

ここで、周溝１１ａ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１１ａ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。

更に、ステップＳ１０４で、部材Ａを超精密旋盤から取り外し、ステップＳ１０５で、後述するＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）加工機のステージ上にセットする。続くステップＳ１０６で、ＦＩＢ加工機のステージ上の部材Ａにおける周溝１１ａを読み取り、例えばその内側エッジから母型の素材１０の光軸の位置を決定し、ステップＳ１０７で、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１１ｂを、電極部材１１上に描画する（図４（ｂ）及び図３参照）。ダイヤモンド工具により加工形成した周溝１１ａ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の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期待できる。

ステップＳ１０８で、部材ＡをＦＩＢ加工機のステージから取り外し、ステップＳ１０９で、第２のマーク１１ｂ上に保護テープ１３を貼り付ける（図４（ｃ）参照）。この保護テープ１３は、後加工で母型の素材１０上に塗布されるレジストＬが、第２のマーク１１ｂに付着しないようにするためのものである。レジストＬが第２のマーク１１ｂ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恐れがある。

更に、ステップＳ１１０で、部材Ａを不図示のスピンコータにセットし、ステップＳ１１１で、レジストＬを母型の素材１０上に流下させながらプレスピンを実施し、その後ステップＳ１１２で本スピンを実施し、レジストＬの被膜を行う（図４（ｄ）参照）。プレスピンと本スピンとを分けたのは、複雑な曲面である母光学面１０ａに、均一な膜厚のレジストＬを被膜させるためである。

その後、ステップＳ１１３で、部材Ａをスピンコータから取り外し、ステップＳ１１４で、ベーキングを行ってレジストＬの被膜を安定させ、ステップＳ１１５で保護テープ１３を剥がす。かかる状態の部材Ａが、図４（ｄ）に示されている。

続いて、ステップＳ１１６で、部材Ａを不図示の形状測定器（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Ｓ１１７で、形状測定器の画像認識手段を用いて、第２のマーク１１ｂを検出する。更に、ステップＳ１１８で、超精密旋盤に用いた母型の素材１０の母光学面１０ａの３次元座標を、第２のマーク１１ｂに基づく３次元座標に変換して、これを記憶手段に記憶する。このように、母光学面１０ａを新たな３次元座標で記憶し直すのは、後工程で電子ビーム描画を行う際に、母光学面１０ａの被加工面に対して、狭い電子ビームの焦点深度を合わせるために、電子銃と部材Ａとの相対位置を調整する必要があるからである。尚、第２のマーク１１ｂ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マークとして利用できる。その後、ステップＳ１１９で部材Ａを形状測定器から取り外す。

ステップＳ１２０で、部材Ａ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Ｓ１２１で、読取手段（走査型電子顕微鏡：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Ａの第２のマーク１１ｂを検出し、それと記憶されている母光学面１０ａの３次元座標とから、母光学面１０ａの被加工面の形状を求め、ステップＳ１２２で、求めた被加工面の形状に対して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、電子ビームＢ（図４（ｄ）参照）を照射し、所定の処理として所望の輪帯形状を描画する。描画後、ステップＳ１２３で、３次元ステージより部材Ａを取り外し、ステップＳ１２４で現像処理を行って、輪帯形状のレジストを得る。ここで、同一点における電子ビームＢの照射時間を長くすれば、それだけレジストの除去量が増大するため、位置と照射時間（ドーズ量）を調整することで、ブレーズ形状の輪帯になるよう、レジストを残すことができる。尚、電極部材１１の外周面１１ｆを基準として、上述したごとく輪帯形状のレジストを得ることで、後述するごとく母光学面にブレース状の輪帯を形成しても良い。

ステップＳ１２５で、ブレーズ形状の輪帯にスパッタリング処理にて金属薄膜を成膜する。更に、ステップＳ１２６で、プラズマシャワーによるドライエッチングを経て、母型の素材１０の母光学面１０ａの表面を彫り込んでブレーズ状の輪帯１０ｂ（所定の形状／なおここでは実際より誇張されて描かれている）を形成する（図４（ｅ）参照）。ここまでの工程で加工処理された部材Ａが、母型として製作されたこととなる。即ち、これらのプロセスの結果、限定の形状（パターン）を有する光学面が母光学面上に形成される。

その後、ステップＳ１２７で、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部材すなわち部材Ａを浸し、電極部材１１と外部の電極１４との間に電流を流すことで、電鋳部材２０を成長させる（図４（ｆ）参照）。このとき、電鋳に先立ち電極部材１１の外周面１１ｆ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。射出成形時に許容できるチルト角度を１分として以下の加工を行う場合、その基準面となる電鋳部材が形成されない外周面１１ｆの軸線方向長さを７ｍｍ以上とすることが望ましい。電鋳部材２０は、その成長の過程で、母光学面１０ａに精度良く対応した光学面転写面２０ａと、輪帯１０ｂに精度良く対応した輪帯転写面２０ｂとを形成する（光学面転写面２０ａと輪帯転写面２０ｂを合わせて光学転写面と呼ぶ）。

その後、ステップＳ１２８で、電極部材１１の外周面１１ｆを基準として、部材Ａと電鋳部材２０とを一体で、ＳＰＤＴ加工機の回転軸と部材Ａの光軸とを一致させるようにしてチャックに取り付け、電鋳部材２０の外周面２０ｃを切削加工する（図４（ｇ）参照）。この操作において、母光学面の光軸は電鋳部材の回転中心と一致することとなる。上述したように、外周面１１ｆの軸線方向長さを７ｍｍ以上とすることで、例えば部材Ａをチャックに取り付ける際に用いる支持部材（不図示）と、部材Ａとの端面平行度を考慮する必要がなく、セットの手間が省ける。なお、ステップＳ１０３において、用いられるＳＰＤＴ加工機（第１の施盤）とステップＳ１２７において用いられるＳＰＤＴ加工機（第２の施盤であるがここでは同じもの）が用いられている。しかし、異なるＳＰＤＴ加工機を用いることも可能である。

加えて、図４（ｇ）に示すように、電鋳部材２０に、裏打ち部材との位置決め部としてのピン孔２０ｄ（中央）及びネジ孔２０ｅを加工する。尚、ピン孔２０ｄの代わりに円筒軸を形成しても良い。

ステップＳ１２９（前半）において、電鋳部材２０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３０を形成する。

図６は、可動コア３０の断面図である。図６において、可動コア３０は、先端（図で右側）に配置した電鋳部材２０と、後端（図で左側）に配置した押圧部３６と、その間に配置された摺動部材３５とから構成される。摺動部材３５及び押圧部３６が裏打ち部材となる。

電鋳部材２０は、そのピン孔２０ｄに、円筒状の摺動部材３５の端面中央から突出したピン部３５ａを係合させることで、摺動部材３５と所定の関係で位置決めされ、更に、摺動部材３５を軸線に平行に貫通する２つのボルト孔３５ｂに挿通したボルト３７を、ネジ孔２０ｅに螺合させることで、電鋳部材２０は摺動部材３５に取り付けられる。

摺動部材３５は、ピン部３５ａの設けられた端面（図で右端）に対向する端面（図で左端）の中央に突出して形成されたネジ軸３５ｃを、略円筒状の押圧部３６の端部に形成されたネジ孔３６ａに螺合させることで、押圧部３６に対して所定の位置関係で取り付けられる。図４において、本実施例では電鋳部材２０の摩耗を考慮し、摺動部材３５の外周面３５ｅは、電鋳部材２０及び押圧部３６のフランジ部３６ｂ以外の部分の外周面よりも大径となっている。ここで、図３のステップＳ１２９（後半）で、電極部材１１の外周面１１ｆを基準に、摺動部材３５と押圧部３６の外周面が回転とともに切削加工により仕上げられるため、ステップＳ１０３で形成された基準がステップＳ１２９まで首尾一貫して使用され、母型部材の同心円パターン（輪帯１０ｂ）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（即ち、母光学面の光軸が摺動部材３５と押圧部３６を有する裏打ち部材の回転中心に一致する状態となる）。なお、ステップＳ１２９において電鋳部材２０を裏打ち部材と一体化した後、切削加工後の電鋳部材２０の外周面を基準に、裏打ち部材外周面を（切削加工により母型部材と同軸になるように）仕上げることも可能である。

その後、図６の矢印Ｘで示す位置でカットすることにより、部材Ａから電鋳部材２０を脱型する（図３のステップＳ１３０）。更に、ステップＳ１３１で、電鋳部材２０と母型部材を脱型後、可動コア３０の先端の電鋳部材２０を仕上げて、光学素子成形用金型を得る。

図７は、このようにして形成された可動コア３０を用いて光学素子を成形する状態を示す図である。図７において、光学面転写面４１ａを有する光学素子成形用金型４１を保持する保持部４２は、可動側キャビティ４３に固定されている。可動側キャビティ４３は、小開口４３ａと、それに同軸な大開口４３ｂとを有している。可動側キャビティ４３内に可動コア３０を挿入したときに、摺動部材３５の外周面３５ｅが、小開口４３ａの内周面と摺動し、押圧部３６のフランジ部３６ｂの外周面３６ｄが、大開口４３ｂ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４３に対して、大きく傾くことなく可動コア３０は軸線方向に移動可能となる。光学素子成形用金型３１、電鋳部材２０の間に溶融した樹脂を射出し、可動コア３０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、母型部材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部材２０を用いることで、光学素子ＯＥの光学面には、電鋳部材２０の光学面転写面２０ａが転写形成され、且つ輪帯転写面２０ｂ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（即ち、光学素子ＯＥの光学面には、電鋳部材２０の光学転写面が光軸に対して精度良く形成される）。

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、電鋳部材２０に、第２のマーク１１ｂに対応する突起２０ｃ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。

本実施の形態によれば、母型の素材１０と一体化された電極部材１１に、第２のマーク１１ｂを形成することで、後工程で、かかる第２のマーク１１ｂに基づいて母型の素材１０に、精度の良い加工を行えるという利点がある。又、電極部材１１の外周面１１ｆを、母型の素材１０の母光学面１０ａと並行して切削加工することで、その光軸に同軸となるよう形成できるため、かかる外周面１１ｆを基準面とすることで、以降の加工（例えば電鋳部材２０の外周面加工）における加工精度を向上させることができる。

（超精密旋盤：ＳＰＤＴ加工装置について）
以下、部材Ａの切削加工に用いる超精密旋盤例えば、ＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｉｎｔ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｔｕｒｎｉｎｇ）の制御系の概略構成について、図８（ａ）及び図８（ｂ）を参照しつつ説明する。

超精密旋盤１００は、図８（ａ）に示すように、部材Ａなどのワーク１１０を固定するための回転保持部材である固定部１１１と、前記ワーク１１０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アモンド工具１１２と、前記固定部１１１をＺ軸方向に移動させるＺ軸スライドテーブル１２０と、前記ダイアモンド工具１１２を保持しつつＸ軸方向（あるいは加えてＹ軸方向）に移動させるＸ軸スライドテーブル１２２と、Ｚ軸スライドテーブル１２０及びＸ軸スライドテーブル１２２を移動自在に保持する定盤１２４と、を含んで構成されている。なお、固定部１１１もしくはダイアモンド工具１１２のいず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され、後述の制御手段１３８に電気的に接続されている。

また、超精密旋盤１００は、図８（ａ）に示すように、Ｚ軸スライドテーブル１２０の駆動を制御するＺ方向駆動手段１３１と、Ｘ軸スライドテーブル１２２のＸ軸方向での駆動（あるいは加えてＹ軸方向での駆動）を制御するＸ方向駆動手段１３２及びＹ方向駆動手段１３３と、これらにより送り量を制御する送り量制御手段１３４と、切込量を制御する切込量制御手段１３５と、温度を制御する温度制御手段１３６と、各種制御条件や制御テーブルないしは処理プログラムを記憶した記憶手段１３７と、これら各部の制御を司る制御手段１３８と、を含んで構成される。

ダイアモンド工具１１２は、図８（ｂ）に示すように、本体部分を構成するダイアモンドチップ１１３と、この先端部に構成された頂角αからなるすくい面１１４と、側面部を構成する第１逃げ面１１５、第２逃げ面１１６から構成される。このすくい面１１４に含まれる刃先には、予めないしは摩耗による複数の凹凸部１１４ａが形成されている。

上記のような構成を有する超精密旋盤１００において、概略以下のように作用する。すなわち、セットされた部材Ａであるワーク１１０に対して、ダイアモンド工具１１２が相対移動することによって、ワーク１１０の加工を行うこととなる。この際、ダイアモンド工具１１２は、刃先がＲバイト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、摩耗に対しても強い。

そして、本実施の形態においては、上述のような超精密旋盤を用いて、前記部材Ａを加工する際には、温度コントロールを実施しながら、送り量、切込量を制御して曲面部の切削加工されることとなる。

（集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工装置について）
次に、第２のマーク１１ｂを形成するための集束イオンビーム加工装置の概略構成について、図９を参照しつつ説明する。

集束イオンビーム加工装置（ＦＩＢ：Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ装置）は、Ｇａ等の金属イオン源を用いた集束イオンビームによる部材Ａの加工や集束イオンビームを部材Ａに走査して得られる走査像の観察（ＳＩＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｉｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を行うものであり、イオン源から発生し加速されたイオンビームを静電型のコンデンサレンズや対物レンズ等によって細かく集束して部材Ａ上に照射し、部材Ａ上のイオンビームの照射点を偏向器によって走査し、この走査によって部材Ａから発生した、例えば、２次電子を検出し、この検出信号に基づいて、走査像等を表示するものである。

集束イオンビーム加工装置２００は、高真空に保持されており、図９に示すように、イオン源となる液体金属イオン源２０１、イオンを引き出す引出電極２０２、イオンビームを所望のエネルギーに加速する複数段よりなる加速管２０３、イオンビームを制限するアパーチャ２０５により開口を可変可能なコンデンサレンズ２０４、アパーチャ２０７により開口を可変調節可能でありイオンビームをフォーカスして試料に照射する対物レンズ２０６、偏向器２０８、ブランキング／Ｅ×Ｂ制限アパーチャを備えたＥ×Ｂ質量分析器２０９、エミッタアライメント２１０、アライメントセットスティグメータ２１１、アライメントセット２１２、アライメントセットスティグメータ２１３、加工しようとする部材Ａを載置し部材Ａの位置と傾きを自在に調節できるステージ２１４、位置認識マーク等を検出するための検出器２１５、レーザー供給源２１６及び光学系からなるレーザー干渉計２１７、ステージ２１４を駆動するステージ駆動手段２２０、及びこれらの各部の制御を行う制御回路２３０、操作入力を行うための操作入力部２６１、部材Ａ及び走査像を観察認識するための画像認識部２６０、不図示の電源等を含んで構成される。

アパーチャ２０５、２０７は、例えば、イオンビームの通路を制限するなどして、イオンビーム径等を変更可能な開口を有しており、開口以外では、イオンビームが透過できない厚さを有している。なお、アパーチャをＮ段階の形成してもよい。

検出器２１５は、部材Ａへのイオンビームの照射に基づいて発生した、例えば２次電子を検出するためのものである。

ステージ駆動手段２２０は、ステージをＸ方向に駆動するためのＸ方向駆動機構２２１と、Ｙ方向に駆動するためのＹ方向駆動機構と、Ｚ方向に駆動するためのＺ方向駆動機構と、θ方向に駆動するためのθ方向駆動機構と、を含んで構成される。

制御回路２３０は、イオン源２０１を制御するイオン源制御回路２３１と、加速管２０３を制御する加速管制御回路２３２と、コンデンサレンズ２０４による集束を制御する第１の集束制御回路２３３と、対物レンズ２０６による集束を制御する第２の集束制御回路２３４と、偏向器２０８の偏向器を制御する偏向制御回路２３５と、ステージ駆動手段２２０を制御するステージ制御回路２３６と、部材Ａで発生した二次イオンを検出する検出器２１からの信号処理を制御する検出器制御回路２３７と、レーザー干渉計２１７を制御するレーザー干渉計制御回路２３８と、Ｅ×Ｂ質量分析器２０９を制御することでイオンを選択するイオン選択制御回路２３９と、エミッタアライメント２１０・アライメントセットスティグメータ２１１・アライメントセット２１２・アライメントセットスティグメータ２１３を各々制御する第１〜第４の各アライメント制御回路２４０・２４１・２４２・２４３と、各種制御テーブル、プログラムを格納した記憶部２５０と、各種表示画像を表示処理する表示処理部２５１と、これらの制御を司るＣＰＵ等の制御部２５２と、を含んで構成されている。

記憶部２５０は、例えば、半導体メモリやディスク装置などの記憶装置の一領域として実現され、画像データと位置データとの組み合わせ等をも記憶する。例えば、断面の位置座標などからなる位置データと、各断面画像データを構成する画素を、走査した順番に格納した断面画像データとを組み合わせて、一対のデータとして記憶できる。記憶部２５０には、このデータを記憶する領域が複数設けられており、部材Ａの特定箇所に形成する各断面に対応する上記各データを、例えば、位置データの順番などに並べて、格納できる。

表示処理部２５１は、特定箇所を表示するために、記憶部２５０に蓄積した各画像データおよび位置データに基づいて、例えば画像等を画像認識部２６０に表示するよう処理する。なお、表示処理部２５１は、記憶部２５０に格納したデータから、任意のＸ、Ｙ、Ｚ座標の画素のデータを読み出し、所望の視点から見た立体的な画像を画像認識部２６０に表示可能としてもよい。表示の方法としては、様々な方法が考えられるが、例えば、隣接する画素データから輪郭を抽出し、さらに、輪郭の前後関係を判定して、隠れている部分を破線などで表示できるようにすることが好ましい。また、該画像データに対して、輝度の変化による輪郭抽出などの画像処理を行い、イオンビームによって形成された孔、線など、部材Ａの表面の特徴的な部分の大きさや位置を認識し、ステージ２１４が部材Ａを所望の位置に配されているか否かや、イオンビームによって、所望の大きさの孔、線が部材Ａに形成されたか否かを判定できようにしてよい。

制御部２５２は、例えば検出器制御回路２３７を介して上記検出器２１５からの検出信号を受け取って、画像データを形成すると共に、操作入力部２６１の指示、あるいは、画像データなどに基づいて、各部へ各種条件を設定する。さらに、操作入力部２６１などから入力される作業者の指示などに応じて、ステージ２１４およびイオンビーム照射のための各部を制御できる。

また、上記制御部２５２は、検出器制御回路２３７によって、デジタル値に変換された検出器２１５からの全ての検出信号を受け取る。該検出信号は、イオンビームが走査している位置、すなわち、イオンビームの偏向方向に応じて変化する。したがって、偏向方向と該検出信号とを同期させることにより、イオンビームの各走査位置における部材Ａの表面形状および材質を検出できる。制御部２５２は、これらを走査位置に対応して再構成して、部材Ａの表面の画像データを画像認識部２６０上に表示できる。

（動作説明）
上述のような構成を有する集束イオンビーム装置２００において、最初に、集束イオンビーム装置２００に設けられたステージ２１４上に一面に母光学面１０と第１のマーク１１ｂが形成された部材Ａをセットし、周囲を真空状態にして、イオンビームを部材Ａに走査可能な状態にまで、集束イオンビーム装置２００をセットアップする。

次に、イオンビームで部材Ａ上のある領域を走査する。この際、イオン源２０１からのイオンは、引き出し電圧５〜１０ｋＶで発生し、加速管２０３にて加速される。加速されたイオンビームは、コンデンサレンズ２０４及び対物レンズ２０６により集束され、ステージ２１４上の部材Ａに到達する。

なお、Ａｕ―Ｓｉ―Ｂｅなどの合金イオン源を用いる場合には、Ｅ×Ｂ質量分析器２０９により必要とするイオンのみを直進させ、不要なイオンの軌道を曲げることによって、必要なイオンを分離選択することができる。

また、Ｓｉのように、同位体が存在するイオンを扱う場合には、コンデンサレンズ２０４によるイオンビームのクロスオーバーポイントをＥ×Ｂ質量分析器２０９の中心にくるように調整制御されることが好ましい。これにより、同位体を分離せずに有効に利用できる。このようにして、イオンは、対物レンズ２０６により部材Ａ上で一点に集束され、例えば、ラスター状に走査され得る。

走査により、部材Ａの表面より放出される２次電子や２次イオンを検出し、検出結果に基づいて、表示処理部２５１により画像処理を施し、該領域の表面形状を示すＳＩＭ像を画像認識部２６０に表示する。例えば、ステージ２１４を移動させる毎にＳＩＭ像を表示し、特定箇所を表示できるようにステージ２１４の位置合わせを行う。

作業者は、例えば、操作入力部２６１などを用いて、特定箇所を表示したＳＩＭ像に対し、例えば、加工の条件設定として、加工領域、加工時間、およびイオンビームの電流値等を指定するとよい。例えば、部材Ａの表面のＳＩＭ画像を取得し、さらに、特定箇所に対して加工領域を設定し、該加工領域の加工時間と、加工に使用するイオンビームのイオンビーム径および電流値とを指定する。なお、不図示の他の観察光学系を利用して部材Ａの状態を観察してもよい。

ここで、本実施の形態においては、部材Ａ上の第１のマーク１１ａを、検出器２１５からの検出信号に基づいて、画像認識部２６０にて認識させる。

そして、第１のマーク１１ａの線に平行な平行線をイオンビームにより形成する。この際、ステージ２１４並びにイオンビームの相対移動により、前記平行線を弧の一部を描くようにないしは直線的に形成することが好ましい。

この際、集束イオンビーム加工装置２００は、上記加工領域を走査する。部材Ａの材質、イオンビームの種類（イオンビーム電流値の違い）やエネルギー、ドーズ量などによって、スパッタリングされる量が決まるので、１回の走査によって、加工領域は、略一定の深さまで堀り進められる。また、走査に対応して、２次電子や２次イオンの検出信号全てを記憶部２５０に記憶し、特定箇所における画像データを取得し、作業者の指示に応じて任意の位置の像を得ることができる。

次に、前記平行線に略直交する直交線をイオンビームにより形成する。これらを、第１のマーク１１ａの同心円の円周に沿った方向で、複数例えば、３ヶ所形成することにより複数の各第２のマーク１１ｂを構成することができる。

なお、第２のマーク１１ｂを３ヶ所形成する場合の形成手順としては、上記のものに限らず、予め、３ヶ所についての平行線をステージ２１４を間欠的に回転駆動させることで形成しておき、その後、各々の箇所についての直交線を形成するようにしても構わない。

さらに、これら制御手順などを、予め記憶部２５０等に制御プログラムとして記憶しておき、操作入力部２６１からは、例えば、第２のマーク１１ｂを３ヶ所形成する場合には、「３」、５ヶ所形成する場合には、「５」と操作入力することにより、自動的に第１のマーク１１ａを検出して第２のマーク１１ｂを形成すべき点を自動算出し、実行開始ボタン等を押下することにより、第２のマーク１１ｂの形成が自動的になされるような構成とすることが好ましい。

このように、集束イオンビーム装置を利用し、集束イオンビーム装置の観察光学系や２次イオン画像等で観察を行い、第１のマークを認識して、集束イオンビーム装置のステージ位置で座標を知る。当該座標位置で集束イオンビームを走査して第２のマークを形成することができる。

ここに、線幅（ビームの集束）は、例えば、好ましくは、略１ｎｍ〜略５０ｎｍ程度とする。ただし、Ｇａイオンを打ち込む場合に限る。さらに好ましくは、２０ｎｍ程度とする。光学素子の中心軸の位置ずれは１μｍ以内にする必要があり、この１μｍに対して充分小さい径により位置を決められるからである。

なお、集束イオンビーム加工装置としては、このような例に限らず、イオンビームによる加工と表面観測とを同時に行い、部材Ａの表面に平行な平面の画像を順次取得し、３次元画像データとして蓄積すると共に、画像変換により任意の断面を得る構成を有してもよい。

（電子ビーム描画装置について）
次に、電子ビーム描画装置の全体の概略構成について、図１０を参照して説明する。図１０は、本例の電子ビーム描画装置の全体構成を示す説明図である。

電子ビーム描画装置４０１は、図１０に示すように、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部材Ａ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ビーム生成手段である電子銃４１２と、この電子銃４１２からの電子ビームを通過させるスリット４１４と、スリット４１４を通過する電子ビームの前記部材Ａに対する焦点位置を制御するための電子レンズ４１６と、電子ビームが出射される経路上に配設され開口により所望の電子ビームのビーム形状にするためのアパーチャー４１８と、電子ビームを偏向させることでターゲットである部材Ａ上の走査位置等を制御する偏向器４２０と、偏向を補正する補正用コイル４２２と、を含んで構成されている。なお、これらの各部は、鏡筒４１０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。

さらに、電子ビーム描画装置４１１は、描画対象となる部材Ａを載置するための載置台であるＸＹＺステージ４３０と、このＸＹＺステージ４３０上の載置位置に部材Ａを搬送するための搬送手段であるローダ４４０と、ＸＹＺステージ４３０上の部材Ａ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４８０と、ＸＹＺステージ４３０を駆動するための駆動手段であるステージ駆動手段４５０と、ローダを駆動するためのローダ駆動装置４６０と、鏡筒４１０内及びＸＹＺステージ４３０を含む筐体４１１内を真空となるように排気を行う真空排気装置４７０と、部材Ａ上を観察する観察系４９１と、これらの制御を司る制御手段である制御回路４９２と、を含んで構成されている。

なお、電子レンズ４１６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４１７ａ、４１７ｂ、４１７ｃ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。

測定装置４８０は、部材Ａに対してレーザーを照射することで部材Ａを測定する第１のレーザー測長器４８２と、第１のレーザー測長器４８２にて発光されたレーザー光（第１の照射光）が部材Ａを反射し当該反射光を受光する第１の受光部４８４と、前記第１のレーザー測長器４８２とは異なる照射角度から照射を行う第２のレーザー測長器４８６と、前記第２のレーザー測長器４８６にて発光されたレーザー光（第２の照射光）が部材Ａを反射し当該反射光を受光する第２の受光部４８８と、を含んで構成されている。

ステージ駆動手段４５０は、ＸＹＺステージ４３０をＸ方向に駆動するＸ方向駆動機構４５２と、ＸＹＺステージ４３０をＹ方向に駆動するＹ方向駆動機構４５４と、ＸＹＺステージ４３０をＺ方向に駆動するＺ方向駆動機構４５６と、ＸＹＺステージ４３０をθ方向に駆動するθ方向駆動機構４５８と、を含んで構成されている。これによって、ＸＹＺステージ４３０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。

なお、制御回路４９２は、図示しないが、電子銃４１２に電源を供給するための電子銃電源部、この電子銃電源部での電流、電圧などを調整制御する電子銃制御部、電子レンズ４１６（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、このレンズ電源部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、を含んで構成される。

さらに、制御回路４９２は、補正用コイル４２２を制御するためのコイル制御部、偏向器４２０にて成形方向の偏向を行う成形偏向部、偏向器４２０にて副走査方向の偏向を行うための副偏向部、偏向器４２０にて主走査方向の偏向を行うための主偏向部、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、描画パターンなどを前記部材Ａに対して生成するためのパターン発生回路、各種レーザー制御系、ステージ駆動手段４５０を制御するためのステージ制御回路、ローダ駆動装置４６０を制御するローダ制御回路、測定情報を入力するための測定情報入力部、入力された情報や他の複数の情報を記憶するための記憶手段であるメモリ、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、各部を備えた制御系、これらの各部の制御を司る例えばＣＰＵなどにて形成された制御部、を含んで構成されている。

（動作説明）
上述のような構成を有する電子ビーム描画装置４０１において、ローダ４４０によって搬送された部材ＡがＸＹＺステージ４３０上に載置されると、真空排気装置４７０によって鏡筒４１０及び筐体４１１内の空気やダストなどを排気したした後、電子銃４１２から電子ビームが照射される。

電子銃４１２から照射された電子ビームは、電子レンズ４１６を介して偏向器４２０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４１６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４３０上の部材Ａの表面、例えば曲面部（曲面）１２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。

この際に、測定装置４８０によって、部材Ａ上の描画位置（描画位置のうち少なくとも高さ位置）、も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４９２は、当該測定結果に基づき、電子レンズ４１６のコイル４１７ａ、４１７ｂ、４１７ｃ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の焦点深度の位置、すなわち焦点位置を制御し、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。

あるいは、測定結果に基づき、制御回路４９２は、ステージ駆動手段４５０を制御することにより、前記電子ビームＢの焦点位置が前記描画位置となるようにＸＹＺステージ４３０を移動させる。

また、本例においては、電子ビームの制御、ＸＹＺステージ４３０の制御のいず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。

次に、測定装置４８０の第１のレーザー測長器４８２により電子ビームと交差する方向から部材Ａに対して第１の光ビームＳ１を照射し、部材Ａを透過する第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。

この際に、第１の光ビームＳ１は、部材Ａの底部にて反射されるため、第１の強度分布に基づき、部材Ａの平坦部上の（高さ）位置が測定算出されることになる。しかし、この場合には、部材Ａの母光学面１０上の（高さ）位置を測定することができない。

そこで、本例においては、さらに第２のレーザー測長器４８６を設けている。すなわち、第２のレーザー測長器４８６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部材Ａに対して第２の光ビームＳ２を照射し、部材Ａを透過する第２の光ビームＳ２が第２の受光部４８８に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、これに基づき、位置が測定算出される。

そして、この部材Ａの高さ位置を、例えば描画位置として、前記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。

（プラズマエッチング装置の構成について）
次に、基材Ａに対してドライ（プラズマ）エッチング処理を行うためのプラズマエッチング装置の概略構成について説明する。異方性エッチング処理を行える一例として、ここで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示す。

誘導結合プラズマ処理装置の典型的な構造において、気密な処理室の天井に誘電体壁（窓板）が配設され、該誘電体壁上に高周波（ＲＦ）アンテナが配設される。高周波アンテナにより、処理室内に誘導電界が形成され、該電界により、処理ガスがプラズマに転化される。このようにして生成された処理ガスのプラズマを使用して、処理室内に配置された基材に対してエッチング等の処理が施される。

図１１は、本実施の形態に係る誘導結合プラズマエッチング装置を示す概略断面図である。図１１に示すように、プラズマエッチング装置３０１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３２０を有する。容器３２０は、接地線３２１によって接地されている。なお、容器３２０は、壁面から汚染物が発生しないように、内壁面が陽極酸化によりアルマイト処理されている。

容器３２０内は、上側のアンテナ室３２４と、処理室３２６とに気密的に隔離されることが好ましい。隔離に際し仕切られる仕切り構造は、石英等からなるセグメントを組み合わせてなる誘電体壁３３２を含む支持部３３４により形成される。支持部３３４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。

なお、支持部３３４の下面は、更に、平滑な下面を有する石英等からなる誘電体カバー（不図示）により被覆されることが好ましく、一方、誘電体壁３３２の上側には、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等からなる不図示の樹脂板を配設することが好ましい。

アンテナ室３２４には、ヒータ３６１が配設され、これは電源３６２に接続されている。ヒータ３６１により支持部３３４を介して誘電体壁３３２を含む仕切り構造が加熱され、これにより、処理室３２６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。

支持部３３４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、シャワーへ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３３４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る。支持部兼シャワー筐体３３４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サセプタ即ち載置台３７１に対して開口する複数のガス供給孔が下面に形成される。

支持部３３４の中央に接続された管状の管部３３５内には、支持部３３４内のガス流路に連通するガス供給管３５１が配設される。ガス供給管３５１は、容器３２０の天井を貫通し、容器３２０外に配設された処理ガス源部３５０に接続される。即ち、プラズマ処理中、処理ガスが、処理ガス源部３５０からガス供給管３５１を介して、支持部兼シャワー筐体３３４内に供給され、その下面のガス供給孔から処理室３２６内に放出される。

アンテナ室３２４内には、誘電体壁３３２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３３１が配設される。

アンテナ３３１は、仕切り構造上の部分が例えば渦巻き状をなす平面型のコイルアンテナからなる。アンテナ３３１は、一端部が容器３２０の天井の略中央から導出され、整合器３４１を介して高周波電源３４２に接続される。一方、他端部は容器３２０に接続され、これにより接地される。

プラズマ処理中、高周波電源３４２からは、誘導電界形成用の高周波電力がアンテナ３３１ヘ供給される。アンテナ３３１により、処理室３２６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３３４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３４２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。

誘電体壁３３２を挟んで高周波のアンテナ３３１と対向するように、処理室３２６内には基材を載置するための載置台であるサセプタ３７１が配設される。サセプタ３７１は、導電性材料、例えばアルミニウム製の部材からなり、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る。サセプタ３７１の周囲には基材を固定するための保持部材３７３が配設される。

サセプタ３７１は、絶縁体枠３７２内に収納され、更に、中空の支柱上に支持される。支柱は容器３２０の底部を気密に貫通し、容器３２０外に配設された駆動手段３７４に支持される。即ち、サセプタ３７１は、基材Ａのロード／アンロード時に、この駆動手段３７４により例えば上下方向に駆動される。

サセプタ３７１は、中空の支柱内に配置された給電棒により、整合器３８１を介して高周波電源３８２に接続される。プラズマ処理中、高周波電源３８２からは、バイアス用の高周波電力がサセプタ３７１に印加される。このバイアス用の高周波電力は、処理室３２６内で励起されたプラズマ中のイオンを効果的に基材に引込むために使用される。

更に、サセプタ３７１内には、基材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なる温度調整手段３７５や温度センサ（不図示）が配設され、温度調整手段３７５を制御する温度制御手段３７６に接続される。これ等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３２０外に導出される。

処理室３２６の底部には、排気管３７７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３２６内が排気されると共に、プラズマ処理中、処理室３２６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。

本実施の形態にかかるバイアス用電力を出力するバイアス用の高周波電源３８２には、バイアス用電力の供給を制御する制御手段３９４が接続されている。

一方、上記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３４２にも、上記制御手段３９４が接続されており、この制御手段３９４によってプラズマ生成用電力の供給が制御される。この制御手段３９４には、さらに、種々の設定入力値等を表示するための表示手段３９３、操作入力を行うための操作入力手段３９２、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手段３９１が接続される。なお、この制御手段３９４と前述の電子ビーム描画装置の制御回路等が種々の通信手段を介してネットワーク接続することにより、電子ビーム描画装置にて設定され、演算された種々の補正係数を含む情報が自動的に記憶手段３９１に格納されて制御の際に利用可能に形成することが好ましい。

次に、図１１の誘導結合プラズマエッチング装置を用いて、基材Ａに対してプラズマエッチング処理を施す場合について説明する。

まず、ゲートバルブ３２２を通して搬送手段により基材Ａをサセプタ３７１の載置面に載置した後、保持部材３７３により基材をサセプタ３７１に固定する。次に、処理室３２６内にガス供給源３５０からエッチングガス（例えばＳＦ_６とＯ_２による例えば混合比９：１の混合ガス）を含む処理ガス吐出させると共に、排気管３７７を介して処理室３２６内を真空引きすることにより、処理室３２６内を所定の圧力雰囲気に維持する。

次に、高周波電源３４２から所定の高周波電力をアンテナ３３１に印加することにより、仕切り壁構造を介して処理室３２６内に均一な誘導電界を形成する。かかる誘導電界により、処理室３２６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。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３８２からサセプタ３７１に対して印加される所定の高周波電力によって、基材Ａに効果的に引込まれ、レジストのマスクパターンを有する基材Ａに対して所望のエッチング処理が施される。

この際、制御手段３９４の制御により、プラズマ生成用の高周波電源３４２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３８２から整合器３８１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例えば、間欠的に印加する。

ここで、バイアス用電力の制御は、バイアス用電力を印加するオンサイクル、バイアス用電力を印加しないオフサイクル、とを交互に繰り返し、デューティー（オンサイクル時間／（オンサイクル時間＋オフサイクル時間））を制御することが好ましい。これにより、例えば、基材の特定箇所における比（基層のエッチングされた量／レジスト層のエッチングされた量）を制御できる。なお、バイアス用電力のオン・オフの周期を生成するために、特殊なパルス電源を用いても、ソフトウェアによって電源のオン・オフを制御してもよい。

（スパッタ装置の構成について）
次に、基材Ａに対してスパッタリング処理を行うためのマグネトロンスパッタ装置の概略構成について説明する。

図１２は、本実施の形態に係る直流マグネトロンスパッタ装置を示す概略断面図である。図１２に示すように、直流マグネトロンスパッタ装置５０１は、アルゴン雰囲気を密閉した容器５０２内において、陰極５０３と陽極５０４とを上下に対峙させて配置しており、両者間には、電源５０５より電圧Ｖｄが印加されている。陽極５０４における陰極５０３に対向する面に、処理されるべき基材Ａが載置されている。

陰極５０３の周囲には、それに非接触の状態で、リング状の陽極５０６が配置され、電源５０５からの電圧Ｖｄが印加されている。又、陰極５０３の上方には、ドーナツ状の永久磁石５０７が配置されている。

直流マグネトロンスパッタ装置５０１の動作について説明する。図１２に示す状態で、陰極５０３と陽極５０４、５０６との間に電圧が印加されると、陰極５０３の下面に数ｎｍの薄い暗部を隔てて、明るく輝くドーナツ状の高密度プラズマ領域Ｐが生成される。高密度プラズマ領域Ｐ内の正イオンは、陰極５０３の暗部の電圧降下で加速されて陰極５０３の下面をたたき、そこから２次電子を放出させ、微細なスパッタ粒子Ｓとなって飛散し、基材Ａに付着することとなる。

以上、実施の形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明は、上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良（実施の形態の組み合わせを含む）が可能であることは勿論である。

本発明の原理を説明するための図である。 スパッタリング処理を説明するための図である。 金型の製作工程を示すフローチャートである。 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すなわち部材Ａを示す断面図である。 部材Ａの上面図である。 可動コア３０の断面図である。 可動コア３０を用いて光学素子を成形する状態を示す図である。 図８（ａ）は、部材Ａの加工に用いられる超精密旋盤の構成の一例を示す概略構成図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）の超精密旋盤において使用されるダイアモンド工具の刃先の一例を示す斜視図である。 部材Ａの加工に用いられる集束イオンビーム加工装置の構成の一例を示す説明図である。 電子ビーム描画装置の構成の一例を示す説明図である。 プラズマエッチング装置を示す概略構成図である。 直流マグネトロンスパッタ装置を示す概略構成図である。

符号の説明

Ａ 母型部材（基材）
１０ 母型の素材
１１ 電極部材
１１ａ 第１のマーク（周溝）
１１ｂ 第２のマーク
１００ 超精密旋盤（ＳＰＤＴ加工装置）
２００ 集束イオンビーム加工装置
３０１ プラズマエッチング装置
４０１ 電子ビーム描画装置
５０１ 直流マグネトロンスパッタ装置

Claims (11)

1. Ｓｉ又はＳｉＯ_２からなる基材の上に、開口幅と溝深さの比が１：１０以上であり且つ開口幅サイズがサブミクロンオーダー、又は幅と高さの比が１：１０以上であり且つ幅サイズがサブミクロンオーダーの微細形状を形成することを特徴とする微細形状の形成方法。
2. 基材上に、凹部又は凸部の最小サイズがサブミクロンオーダーとなるような所定のマスクパターンで、レジストを付着させる第１のステップと、
   前記レジストの表面の少なくとも一部に金属薄膜を形成する第２のステップと、
   前記レジストが形成された基材をドライエッチング処理することにより微細形状を形成する第３のステップとを有することを特徴とする微細形状の形成方法。
3. 前記レジストは、前記基材上に微細な間隔で並べられたブロックであり、前記ブロックの頂面及びその近傍に、前記金属薄膜が形成されることを特徴とする請求項２に記載の微細形状の加工方法。
4. 前記マスクパターンは、電子ビーム描画により形成されることを特徴とする請求項２又は３に記載の微細形状の加工方法。
5. 前記金属薄膜は、ＮｉもしくはＣｒをスパッタ法を用いて前記レジストに付着させることで形成されることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の微細形状の加工方法。
6. 前記レジストは開口幅に対して深さが深い溝形状を有しており、前記溝の側壁に対して傾いた方向から、ＮｉもしくはＣｒを付着させることを特徴とする請求項５に記載の微細形状の加工方法。
7. 前記ドライエッチング処理は、物理的エッチング効果が得られるか、もしくは物理的エッチング量を制御できる装置を用いて異方性エッチング処理を行うことを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の微細形状の加工方法。
8. 前記基材は３次元形状を有することを特徴とする請求項２乃至７のいずれかに記載の微細形状の加工方法。
9. 微細形状を加工された前記基材は、光学素子を成形するための電鋳母型を作るための金型として用いられることを特徴とする請求項２乃至８のいずれかに記載の微細形状の加工方法。
10. 微細形状を加工された前記基材は、溶融した樹脂や低融点ガラスなどに押圧されることで、その微細形状を転写する母型として用いられることを特徴とする請求項２乃至８のいずれかに記載の微細形状の加工方法。
11. 請求項２乃至１０のいずれかに記載の微細形状の加工方法により加工された前記基材を用いて、前記微細形状もしくはそれに相補する形状を有することを特徴とする光学素子。
    

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