JP2006021941A - 被塗布基材、その製造方法、その被塗布基材を用いた光学素子成形用金型母型の製造方法、及び光学素子成形用金型の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 加工に時間がかからず効率よく製作できかつシリコンを用いたドライエッチングが可能な被塗布基材、その製造方法、その被塗布基材を用いた光学素子成形用金型母型の製造方法及び光学素子成形用金型の製造方法を提供する。
【解決手段】 この被塗布基材１１は、レジストの塗布対象とされる被塗布基材であって、所望の表面形状を有する快削性金属材料にシリコン層１２が形成されている。切削加工適性が高いため、その快削性金属材料を所望の表面形状に比較的効率・精度よく加工でき、その加工後の表面にシリコン層が形成されるので、加工に時間がかからず効率・精度よく製作できかつシリコンを用いたドライエッチングが可能となる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、レジストの塗布対象とされる被塗布基材、その製造方法、その被塗布基材を用いた光学素子成形用金型母型の製造方法及び光学素子成形用金型の製造方法に関する。

プラスチックやガラスなどの素材から高精度なレンズや回折格子等の光学素子を均一かつ迅速に製造するため金型成形が用いられているが、このための成形金型は消耗品であることから、定期的に交換したり、不測の金型損傷があればその都度交換が必要である。従って、光学素子を成形するための成形金型は一定精度のものをある程度の量だけ予め用意しておく必要がある。このため、光学素子の光学面に対応した母光学面を有する母型に対し、化学反応を通じて電鋳等を成長させることで、金型を製作する方法が提案されている（下記特許文献１乃至５）。この方法によれば、母型としての被塗布基材の表面に均一な膜厚のレジストを被覆し、そこに電子ビーム描画を行い、現像処理し、ドライエッチングを行い、電鋳処理を行って、光学素子成形用金型を得ることができる。

かかる被塗布基材は、従来、高脆性材料である単結晶シリコンの超延性モード切削により、時間とダイヤモンドバイトを消費して作製されている。その目的は、ドライエッチング工程において、公知技術の多いシリコンを用いることが有利だと考えられているからである。高脆性材料の単結晶シリコンの光学面加工は、シリコンの超延性モード加工が必須であるため、光学面の曲面形状の創製においては、「目標形状＋５μｍ」まで研削により概形状を荒取り加工してから、単結晶ダイヤモンド工具などを用いたシングルポイントダイヤモンドターニング（ＳＰＤＴ）切削加工でシリコンの超延性モードにより切り込み量０．１μｍのステップで切削しているため、時間のかかるものであり、効率がよいとはいえなかった。

また、下記特許文献５に開示された光学素子成形用金型の製作方法においては、母型材料に単結晶シリコンを採用する場合、その後の電鋳工程での電極となる別部材との接合が予め必要であるため、別に電極部材を設ける工程が増えていた。
特開２００３−２２９４１６号公報 特開２００３−１４９４２３号公報 特開２００２−２６３５５３号公報 特開２００４−８９７９８号公報 特開２００４−４３９５１号公報

本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、加工に時間がかからず効率よく製作できかつシリコンを用いたドライエッチングが可能な被塗布基材、その製造方法、その被塗布基材を用いた光学素子成形用金型母型の製造方法及び光学素子成形用金型の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による被塗布基材は、レジストの塗布対象とされる被塗布基材であって、所望の表面形状を有する快削性金属材料にシリコン層が形成されたことを特徴とする。

この被塗布基材によれば、快削性金属材料は切削加工適性が高いので、その快削性金属材料を所望の表面形状に比較的効率・精度よく加工でき、その加工後の表面にシリコン層が形成されるので、加工に時間がかからず効率・精度よく製作できかつシリコンを用いたドライエッチングが可能となる。

上記被塗布基材において前記快削性金属材料を切削加工することで前記表面形状が所望の光学面と形状精度にされていることが好ましい。切削加工適性の高い快削性金属材料を切削加工することで、所望の光学面を精度よく加工できる。なお、本明細書で光学面とは、平均表面粗さＲａが２０ｎｍ以下のものをいう。

また、前記シリコン層は、前記被塗布基材の後工程のドライエッチングで形成される所定の構造の高さに相当する厚さを少なくとも有するように形成することで、シリコン層を後工程のドライエッチングで所定の構造に加工できる。

また、前記快削性金属材料は非磁性材料であることが好ましい。これにより、後工程の電子ビーム描画のときに悪影響を与えない。なお、かかる快削性金属材料として高純度アルミニウムや無酸素銅が好ましい。

本発明による、レジストの塗布対象とされる被塗布基材の製造方法は、快削性金属材料を所望の表面形状に加工し、前記快削性金属材料の表面にシリコン層を形成することを特徴とする。

この被塗布基材の製造方法によれば、快削性金属材料を所望の表面形状に比較的効率・精度よく加工でき、その加工後の表面にシリコン層が形成されるので、加工に時間がかからず効率・精度よく製作できる。後工程でシリコンを用いたドライエッチングが可能となる。

上記被塗布基材の製造方法において前記快削性金属材料を切削加工することで前記表面形状を所望の光学面と形状精度に形成することができる。なお、快削性金属材料の切削加工後で次のスパッタリング等の前に、アニーリングを行うことで、切削加工による残留応力を解放することが好ましい。

また、前記シリコン層はスパッタリング、ＣＶＤ（化学気相成長法）または蒸着により形成できる。

また、前記シリコン層を前記被塗布基材の後工程のドライエッチングで形成される所定の構造の高さに相当する厚さに少なくとも形成することで、シリコン層を後工程のドライエッチングで所定の構造に加工できる。

また、前記快削性金属材料は非磁性材料であることことが好ましい。これにより、後工程の電子ビーム描画のときに悪影響を与えない。なお、かかる快削性金属材料として高純度アルミニウムや無酸素銅が好ましい。

本発明による光学素子成形用金型母型の製造方法は、上述の被塗布基材または上述の製造方法により製造された被塗布基材を用いて光学素子成形用金型母型を製造する方法であって、前記被塗布基材にレジスト層を形成する工程と、前記被塗布基材のレジスト層に電子ビーム描画を行う工程と、前記電子ビーム描画を行ったレジスト層を現像する工程と、前記現像されたレジスト層に対しドライエッチングを行う工程と、を含む。

この光学素子成形用金型母型の製造方法によれば、快削性金属材料で所望の表面形状に精度よく加工され、その表面にシリコン層が形成された被塗布基材を用いて、レジスト層を形成し、電子ビーム描画を行い、現像されたレジスト層に対しドライエッチングを行うことで、シリコン層を光学素子成形用金型母型のための所定の構造に精度よく形成できる。これにより、被塗布基材を所定の構造を有する光学素子成形用金型母型を得ることができる。

本発明による光学素子成形用金型の製造方法は、上述の被塗布基材または上述の製造方法により製造された被塗布基材を用いて光学素子成形用金型を製造する方法であって、前記被塗布基材にレジスト層を形成する工程と、前記被塗布基材のレジスト層に電子ビーム描画を行う工程と、前記電子ビーム描画を行ったレジスト層を現像する工程と、前記現像されたレジスト層に対しドライエッチングを行う工程と、を含む。

この光学素子成形用金型の製造方法によれば、快削性金属材料で所望の表面形状に加工され、その表面にシリコン層が形成された被塗布基材を用いて、レジスト層を形成し、電子ビーム描画を行い、現像されたレジスト層に対しドライエッチングを行うことで、シリコン層を光学素子成形用金型のための所定の構造に形成できる。これにより、被塗布基材から所定の構造を有する光学素子成形用金型を構成することができ、また、更に次の工程を実行することで光学素子成形用金型を得ることができる。

上記光学素子成形用金型の製造方法において前記ドライエッチング後の被塗布基材を母型として電鋳を行う工程と、前記電鋳による電鋳部材に裏打ち部材を取り付ける工程と、前記電鋳部材を前記母型から脱型する工程と、を更に含むことで、母型から所定の構造を有する光学素子成形用金型を得ることができる。また、母型となる被塗布基材は金属材料から構成されるので、従来のように母型材料に単結晶シリコンを採用した場合に予め別の電極部材を設けることは不要である。

本発明の被塗布基材及びその製造方法によれば、加工に時間がかからず効率よく製作できかつシリコンを用いたドライエッチングが可能な被塗布基材を実現できる。

また、本発明の被塗布基材を用いた光学素子成形用金型母型の製造方法及び光学素子成形用金型の製造方法によれば、被塗布基材のシリコン層を光学素子成形用金型母型または光学素子成形用金型のための所定の構造に精度よく形成できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。図１は、本実施の形態にかかる金型の製造方法の主要な工程（ステップＳ０１乃至Ｓ１５）を示すフローチャートである。図２（ａ）乃至（ｄ）は、図１に示す各工程において、金型母型となる被塗布基材を示す断面図である。なお、本実施の形態の金型は、回折輪帯及びレンズ機能を有する高密度回折光学素子を射出成形するためのものである。

本実施の形態による金型の製造方法の工程について図１，図２を参照して説明する。

まず、図２（ａ）のような高純度アルミニウムからなる略半球形の突状部１０を有する被塗布基材１１について荒加工する（Ｓ０１）。この粗加工では、突状部１０を例えば、目標形状の５μｍまで加工する。この被塗布基材１１が以下の各工程を経て回折レンズ成形用金型の母型となる。

次に、高純度アルミニウムからなる被塗布基材１１を例えば３００℃程度の温度でアニーリングする（Ｓ０２）。この熱処理により切削加工による残留応力を解放することでき、次工程で形成される母光学面１０ａの形状精度を保つことができる。

次に、図２（ａ）の被塗布基材１１を、後述の超精密旋盤であるＳＰＤＴ加工機にセットする（Ｓ０３）。そして、被塗布基材１１を回転させなから、ダイヤモンド工具により被塗布基材１１の突状部１０を図２（ｂ）に示すように切削加工することで、突状部１０から母光学面（成形しようとする光学素子の光学曲面に対応する）１０ａを形成する（Ｓ０４）。このとき、被塗布基材１１は高純度アルミニウムからなるので、所望の母光学面に時間がかからずに効率よくかつ精度よく加工できる。また、母光学面１０ａは、後に形成するシリコン層１２の膜厚分だけマイナスにして加工される。

次に、図２（ｂ）の被塗布基材１１についてスパッタリングを行い、図２（ｃ）のように、母光学面１０ａを含めて被塗布基材１１の表面に所定の膜厚でシリコン層１２を形成する（Ｓ０５）。

次に、図２（ｃ）の被塗布基材１１をスピンコータにセットし、液状のレジスト樹脂を被塗布基材１１に滴下しながら被塗布基材１１を回転させてレジスト樹脂を塗布する（Ｓ０６）。そして、レジストの塗布された被塗布基材１１をベーキングすることで（Ｓ０７）、図２（ｄ）のように被塗布基材１１のシリコン層１２上にレジスト層１３を安定した状態で形成する。

図２（ｄ）のレジスト層１３が形成された被塗布基材１１を後述する電子ビーム描画装置にセットし、電子ビームを照射することで、レジスト層１３に所望の輪帯形状を描画する（Ｓ０８）。そして、所定の現像液でレジスト層１３の現像処理を行い（Ｓ０９）、輪帯形状のレジスト層とする。

次に、プラズマシャワーによるドライエッチングを行い、被塗布基材１１に形成された輪帯形状のレジスト層のパターンをシリコン層１２に転写する（Ｓ１０）。このプラズマエッチングにより、図２（ｅ）のように母光学面１０ａ上にブレーズ状の輪帯１０ｂを形成する（図２（ｅ）では、実際より誇張されて描かれている。）。上述のようにして加工処理された被塗布基材１１が図２（ｅ）のような母型Ａとなる。

次に、母型Ａに電極を直接セットし（Ｓ１１）、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Ａを浸し、図２（ｆ）のように、母型Ａ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（Ｓ１２）。このとき、電鋳に先立ち母型Ａの外周面Ａ１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。また、母型Ａは、金属材料からなるので、母型Ａに予め特別な電極部材を取り付ける必要がない。

電鋳部材２０は、図２（ｆ）のように、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）。

次に、母型Ａの外周面Ａ１を基準として、母型Ａと電鋳部材２０とを一体で、ＳＰＤＴ加工機の回転軸と母型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（Ｓ１３）。これにより、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。なお、このステップＳ１３で用いるＳＰＤＴ加工機は、上述のステップＳ０３，Ｓ０４のＳＰＤＴ加工機であるが、上述のステップＳ０３，Ｓ０４と異なるＳＰＤＴ加工機を用いることも可能である。

加えて、図２（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。なお、ピン孔２０ｄの代わりに円筒軸を形成しても良い。

次に、上述のような光学転写面を有する電鋳部材２０を、上述のピン孔２０ｄ（中央）及びネジ孔２０ｅを用いて裏打ち部材と一体化し（Ｓ１４）、脱型する（Ｓ１５）。この電鋳部材２０を仕上げ加工することで成形用金型を得る（Ｓ１６）。

以上のように、本実施の形態による金型の製造方法によれば、３次元電子ビーム描画装置を用いて高密度回折光学素子製作用の射出成形用金型を製作する過程において、レジストの塗布される被塗布基材を切削性に優れる材料に高精度で製作し、その最表層にドライエッチングで創製する回折構造の高さ分のシリコン層をスパッタリングで形成するので、被塗布基材を比較的時間がかからずに加工でき効率・精度よく製作できかつシリコンを用いたドライエッチングが可能となる。

従来、高脆性材料である単結晶シリコンの超延性モード切削により、時間とダイヤモンドバイトを消費して被塗布基材を作成してきたのに対し、本実施の形態では、ＳＰＤＴ加工適性の高純度アルミニウムのような快削性金属材料で被塗布基材を後に膜付けして得るシリコン層の厚さ分だけマイナスして製作しておき、スパッタリング等の膜付け方法によりシリコン層を形成することで、被塗布基材で所望の基材形状を精度よくしかも加工に比較的時間がかからずに効率よく得ることができる。

本実施の形態において被塗布基材１１の材質である快削性金属材料は次のことが要求される。即ち、ダイヤモンドバイトで加工され、平均表面粗さＲａが２０ｎｍ以下の光学面を得るものであり、加工後の表面粗さが鏡面相当の粗さであること、バイトの摩耗量が少なくバイトの寿命が長いこと、切削加工時に硬さの差異が生じるような不純物がないこと、結晶粒界がないこと等が要求され、かかる要求を満たす材料として、高純度アルミニウム、無酸素銅等がある。

また、図１に示す本実施の形態による金型の製造方法は、図５のような階段状のエシュロン回折格子を有する光学素子を成形する成形金型母型・金型の製造に適用可能である。図５（ａ）のように、光学素子１５０は、その光学面１５１に回折構造としてエシュロン回折格子１５２が縞状に形成されている。エシュロン回折格子１５２は、図５（ｂ）の断面図のように、エシュロン階段格子が例えば階段状に繰り返して形成されている。エシュロン回折格子１５２は、図５（ｂ）のように、例えば、段数が４であり、全体の高さＨを１６μｍ、全体の幅Ｗを４０μｍに設定できる。なお、光学面１５１は、レンズ面であっても、平面であってもよい。

〈ＳＰＤＴ加工機〉

次に、上述の切削加工に用いることのできる超精密旋盤、例えば、ＳＰＤＴ(Single Point Diamond Turning)加工機の制御系の概略構成について、図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照しつつ説明する。

超精密旋盤１００は、図３（ａ）に示すように、上述の被塗布基材１１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３（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３（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。

上述のような構成を有する超精密旋盤１００では、セットされた母型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。

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、母型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。

〈電子ビーム描画装置〉

次に、上述のステップＳ０８で用いることのできる電子ビーム描画装置の全体の概略構成について、図４を参照して説明する。図４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４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上述の被塗布基材１１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被塗布基材１１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被塗布基材１１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４０１は、描画対象となる被塗布基材１１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上の載置位置に被塗布基材１１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上の被塗布基材１１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、被塗布基材１１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、被塗布基材１１に対してレーザを照射することで被塗布基材１１を測定する第１のレーザ測長器４８２と、第１のレーザ測長器４８２にて発光されたレーザ光（第１の照射光）が被塗布基材１１を反射しその反射光を受光する第１の受光部４８４と、前記第１のレーザ測長器４８２とは異なる照射角度から照射を行う第２のレーザ測長器４８６と、前記第２のレーザ測長器４８６にて発光されたレーザ光（第２の照射光）が被塗布基材１１を反射しその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被塗布基材１１に対して生成するためのパターン発生回路、各種レーザ制御系、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。

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被塗布基材１１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上の被塗布基材１１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、被塗布基材１１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、その測定結果に基づき、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、その焦点位置が前記描画位置となるように移動制御される。

または、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、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のレーザ測長器４８２により電子ビームと交差する方向から被塗布基材１１に対して第１の光ビームＳ１を照射し、被塗布基材１１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、被塗布基材１１の底部にて反射されるため、第１の強度分布に基づき、被塗布基材１１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、被塗布基材１１の母光学面１０ａ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のレーザ測長器４８６を設けている。即ち、第２のレーザ測長器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被塗布基材１１に対して第２の光ビームＳ２を照射し、被塗布基材１１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、この被塗布基材１１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。

次に、被塗布基材にシリコン層を形成し、レジスト塗布、電子ビーム描画工程を経てプラズマによるドライエッチングによりレジストパターンをシリコン層に転写する実施例について説明する。レジストパターンは図６のような４段の階段状であり、最大高さは４μｍである。

Ｓｉスパッタリングを次のようにして行い、シリコン層を形成した。高純度アルミニウムからなるサンプルをスパッタリング装置にセットした後、５×１０^−４Ｐａの高真空まで排気する。その後、サンプルの温度が１８０度になるように加熱し、温度が充分安定するまで１時間程度時間をおく。温度も安定し、真空度も充分に高真空（望ましくは、５×１０^−４Ｐａ以下）であることを確認した後、Ａｒガスを１０ｓｃｃｍ程度導入し、コンダクタンスバルブを調整して真空度が０．１Ｐａになるようにする。圧力が安定したら、Ｒｆパワーを３５０Ｗとしターゲット側に印加し、そのまま１０分〜３０分ＲＦパワーを印加し続け、ターゲット裏面の自然酸化膜や不純物をとばす。しかる後、シャッタを開け、サンプルに対しスパッタリングを始め、サンプルへの成膜を開始する。約１０時間スパッタリングを行ってから、ＲＦパワーをオフにし、充分冷えるのを待って窒素やＡｒ等の不活性ガスでパージし、サンプルを取り出す。上述の条件の下で、約１０時間の成膜でサンプル上に２０μｍのシリコン膜厚が均一に得られた。

なお、場合によっては、成膜に先立ち、Ａｒガス雰囲気下でサンプル側からＲＦ電力を与えてプラズマを点灯する逆スパッタリングを行い、サンプル表面の洗浄および活性化を行ってもよい。また、Ａｒガスの流量、反応圧力、基板温度等の成膜条件は、成膜する膜厚や膜質、また、サンプルの焼鈍温度や成膜後の歪を勘案して決めることが好ましい。

次に、サンプルのシリコン層へのレジスト塗布及び電子ビーム描画工程を経てから、以下のエッチング装置およびエッチングプロセス条件でドライエッチングを行った。
装置：株式会社アルバック
型式・装置名：CE300I ICPエッチング装置
プロセスガス：ＳＦ_６×５sccm、Ｏ_２×５sccm、ＨＢｒ×５sccm
ガス圧：０．６Ｐａ
高周波アンテナ出力：１１０Ｗ
バイアス出力：６Ｗ

本実施例で図６のサンプル上に形成したレジストパターンでシリコン層に複数形成したエシュロン形状の走査型電子顕微鏡写真を図７（ａ）、（ｂ）に示す。サンプルのシリコン層上に複数のエシュロン構造を精度よく形成できた。

以上のように本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、本実施の形態による被塗布材を、回折輪帯及びレンズ機能を有する光学素子の成形用金型母型・金型の製造に適用した例及びエシュロン回折格子を有する光学素子を成形する成形金型の製造に適用した例について説明したが、これら以外の光学素子の成形用金型母型・金型の製造に適用してもよいことは勿論である。また、本発明による被塗布基材または本発明の製造方法により得た被塗布基材は、光学素子以外の精密部品を成形する金型母型・金型の製造に用いてもよい。

また、本実施の形態及び本実施例では、シリコン層をスパッタリングで形成したが、本発明はこれに限定されず、ＣＶＤまたは蒸着等により形成してもよい。

本実施の形態にかかる金型の製造方法の主要な工程（ステップＳ０１乃至Ｓ１５）を示すフローチャートである。 図２（ａ）乃至（ｄ）は、図１に示す各工程において金型母型となる被塗布基材を示す断面図である。 図３（ａ）は、図２の切削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３（ｂ）は、図３（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。 図２の電子ビーム描画に用いられ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。 本実施の形態の製造方法により得られる成形金型で成形可能なエシュロン回折構造を有する光学素子を示す平面図（ａ）及びＢ−Ｂ線方向に切断して見た断面図（ｂ）である。 本実施例でサンプルのシリコン層上に形成したレジストパターンを模式的に示す側面図である。 図７（ａ）、（ｂ）は本実施例でサンプルのシリコン層に複数形成したエシュロン形状の走査型電子顕微鏡写真である。

符号の説明

１０ 突状部
１０ａ 母光学面
１０ｂ ブレーズ状の輪帯
１１ 被塗布基材
１２ シリコン層
１３ レジスト層
１４ 電極
２０ 電鋳部材
２０ａ 光学面転写面
２０ｂ 輪帯転写面
１００ 超精密旋盤
１１０ ワーク
１１２ ダイアモンド工具
１１３ ダイアモンドチップ
１５０ 光学素子
１５１ 光学面
１５２ エシュロン回折格子
４０１ 電子ビーム描画装置
Ａ 母型

Claims (12)

1. レジストの塗布対象とされる被塗布基材であって、所望の表面形状を有する快削性金属材料にシリコン層が形成されたことを特徴とする被塗布基材。
2. 前記快削性金属材料を切削加工することで前記表面形状が所望の光学面と形状精度にされていることを特徴とする請求項１に記載の被塗布基材。
3. 前記シリコン層は、前記被塗布基材の後工程のドライエッチングで形成される所定の構造の高さに相当する厚さを少なくとも有することを特徴とする請求項１または２に記載の被塗布基材。
4. 前記快削性金属材料は非磁性材料であることを特徴とする請求項１，２または３に記載の被塗布基材。
5. 快削性金属材料を所望の表面形状に加工し、
   前記快削性金属材料の表面にシリコン層を形成することを特徴とするレジストの塗布対象とされる被塗布基材の製造方法。
6. 前記快削性金属材料を切削加工することで前記表面形状を所望の光学面と形状精度に形成したことを特徴とする請求項５に記載の被塗布基材の製造方法。
7. 前記シリコン層はスパッタリング、ＣＶＤまたは蒸着により形成されることを特徴とする請求項５または６に記載の被塗布基材の製造方法。
8. 前記シリコン層を前記被塗布基材の後工程のドライエッチングで形成される所定の構造の高さに相当する厚さに少なくとも形成することを特徴とする請求項５，６または７に記載の被塗布基材の製造方法。
9. 前記快削性金属材料は非磁性材料であることを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載の被塗布基材の製造方法。
10. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の被塗布基材または請求項５乃至９のいずれか１項に記載の製造方法により製造された被塗布基材を用いて光学素子成形用金型母型を製造する方法であって、
    前記被塗布基材にレジスト層を形成する工程と、
    前記被塗布基材のレジスト層に電子ビーム描画を行う工程と、
    前記電子ビーム描画を行ったレジスト層を現像する工程と、
    前記現像されたレジスト層に対しドライエッチングを行う工程と、を含む光学素子成形用金型母型の製造方法。
11. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の被塗布基材または請求項５乃至９のいずれか１項に記載の製造方法により製造された被塗布基材を用いて光学素子成形用金型を製造する方法であって、
    前記被塗布基材にレジスト層を形成する工程と、
    前記被塗布基材のレジスト層に電子ビーム描画を行う工程と、
    前記電子ビーム描画を行ったレジスト層を現像する工程と、
    前記現像されたレジスト層に対しドライエッチングを行う工程と、を含む光学素子成形用金型の製造方法。
12. 前記ドライエッチング後の被塗布基材を母型として電鋳を行う工程と、
    前記電鋳による電鋳部材に裏打ち部材を取り付ける工程と、
    前記電鋳部材を前記母型から脱型する工程と、を更に含む請求項１１に記載の光学素子成形用金型の製造方法。