JP2006058773A - 硬化性光学素子材料の成形方法及び光学部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 硬化性光学素子材料からなる光学部品、例えば両面が非球面型湾曲面とされた光学レンズを、従来の機械的製造方法に比して微細かつ精度良く製造する。
【解決手段】 最終的に得る成形物すなわち光学部品１の第１主面の反転パターンを有する成形用基板２上に、硬化性光学素子材料３を塗布して硬化させることにより硬化物３ａを得る第１主面形成工程と、最終的に得る成形物１の第２主面をエッチングによって形成する第２主面形成工程とを有する硬化性光学素子材料の成形方法及び光学部品の製造方法において、上述のエッチングに先立って、第１主面形成工程で硬化形成した硬化物３ａ上にレジスト４を塗布し、このレジスト４の形状選定を行う。
【選択図】 図２

Description

本発明は、硬化性光学素子材料の成形方法及び光学部品の製造方法に関する。

ＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像デバイス、或いはＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの映像デバイスに代表される電子装置には、微小光学レンズやこのレンズを多数有する微小光学レンズアレイなどの微小光学部品が用いられる。近年、携帯電話などの電子製品の普及や、半導体周辺技術の向上による製品の小型化及び高性能化によって、これらの電子装置を構成する微小光学部品にはサイズの低減と精度の向上が益々強く要求されている。

これらの光学部品、例えば片面が非球面型湾曲面とされた光学レンズの製造方法としては、例えばフォトリソグラフィ技術による製造方法を挙げることができる。
図１０Ａ〜図１０Ｅは、このフォトリソグラフィ技術による従来の光学部品の製造方法を示す概略断面図である。

この製造方法では、例えばシリコンによる成形用基板１０２上に例えばポジ型のノボラック系のレジスト１０４を塗布し、最終的に得る光学部品すなわち成形物の、非球面型湾曲面による一主面の反転パターンに基づいて、図１０Ａに示すようにレジスト１０４に対するフォトマスク１１１によるパターン露光を行い、これに続いて、例えば図１０Ｂに示すように露光部を現像除去することにより、レジスト１０４の形状を規定する。

続いて、レジスト１０４上から成形用基板１０２にかけて例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）による異方性エッチングを行って、図１０Ｃに示すように成形用基板１０２を露出させて形状を規定した後、図１０Ｄに示すように、最終的に得る光学部品を構成する硬化性光学素子材料１０３例えば液体ガラスによるSOG（Spin On Glass）等の硝材を成形用基板１０２上に塗布する。硬化性光学素子材料１０３を硬化させて硬化物（図示せず）を得た後、例えば光学研磨を施して上面を平面とすることにより、図１０Ｅに示すように、成形物すなわち光学部品１０１を製造する。

上述のフォトリソグラフィ技術による光学部品の製造における露光について、図１１及び図１２を参照して更に詳細に説明する。
図１１Ａ及び図１１Ｂは、上述のレジスト１０４に対する露光を複数枚のフォトマスクによって行う場合の、各フォトマスクによって規定される露光の態様を示す模式図、及び各露光量の総和すなわち露光総量の態様を示す模式図である。

露光を複数枚のフォトマスクによって行う場合、図１１Ａに示すように、各フォトマスクについて露光範囲の幅と露光量を規定し、各フォトマスクについて露光範囲の幅と露光量を互いに相違させると、例えば図１１Ａに示す第１の露光範囲１１２ａに対する局所的な露光量D[1]は、第１のフォトマスク１１１ａと第２のフォトマスク１１１ｂによって露光を行う場合、D[1]＝E[1]＋E[2]と表すことができる。

したがって、例えばフォトマスクの幅を順次広げていき、かつ露光量を順次増大させてｎ回の繰り返し露光を行った場合、第ｉの露光範囲１１２ｉ（図示せず）に対する局所的な露光量D[i]は、第ｉの露光以降の繰り返し露光による露光量の総和としてD[i]=E[i]＋E[i+1]＋…＋E[n]で表され、全体の露光総量については、例えば図１１Ｂに示すように所望の露光総量分布を得ることができる。

このような露光においては、マスク枚数ｎによって露光量位置分解能がほぼ規定され、例えばｎ＝１０のときには１０階調の露光量ステップによって露光総量分布が形成される。
しかし、マスクの枚数の増加は工程数及びコストの増加をもたらすことから、必然的にマスクの枚数には制約が生じ、実際には露光総量の階調数を高められないという問題が生じる。

また、このような複数枚のフォトマスクによる多重露光の他に、フォトマスク自体の透過率に連続的な分布を形成することによって、最終的に得る光学部品の片面に所望の露光量分布で成形加工を施す光学レンズの製造方法も提案されている（例えば特許文献１参照）。
図１２は、この連続的な透過率分布が形成されたフォトマスク所謂グレートーンマスクを用いた露光による露光総量分布を示す模式図である。

しかし、複数枚のフォトマスクによるかグレートーンマスクによるかに関わらず、上述のようなフォトリソグラフィ技術によって硬化性光学素子材料の成形を行う限り、成形用基板の反転パターンによって規定される主面しか成形することができず、他の主面は強制的に例えば一平面として形成されてしまうことから、少なくとも２つの主面の成形加工が必要とされる光学部品、例えば両面を非球面型の湾曲面形状として光学レンズなどの光学部品の成形及び製造を行うことは困難とされてきた。

このような事情から、少なくとも２つの主面の成形加工が必要とされる光学部品、例えば両面が非球面型湾曲面とされた光学レンズの製造は、例えばスタンピングなどの機械的な製造方法によってなされてきた。
図１３Ａ〜図１３Ｃは、この機械的なスタンピングによる従来の製造方法を示す概略断面図である。

この製造方法では、最終的に得る光学部品すなわち成形物の第１及び第２の主面の反転パターンが形成された第１及び第２の成形用基板１０２ａ及び１０２ｂを用意し、これら第１及び第２の成形用基板１０２ａ及び１０２ｂの間に、図１３Ａに示すように硬化性光学素子材料１０３を充填させ、この充填された硬化性光学素子材料１０３を、図１３Ｂに示すように例えば加熱や紫外光照射で硬化させ、硬化された硬化性光学素子材料１０３すなわち成形物１０１を基板１０２ａ及び１０２ｂから剥離させることによって、図１３Ｃに示すように、光学部品１０１の製造を行うものである。尚、現在では、この成形用基板１０２aおよび１０２ｂには機械加工により形状を規定された基板が用いられることが主流となっている。
特開２００２−１８９２８０号公報

このような機械的な製造方法によって硬化性光学素子材料の成形や光学部品の製造を行う場合には、成形物すなわち光学部品に芯ずれやチルトなどの所謂製造公差が発生し、成形物すなわち光学部品に高い精密性が要求される場合にはこの公差が許容できなくなってしまうことから、上述の製造公差による誤差を低減するために、例えば水平方向への移動調整や立体的な回転調整が可能とされた専用治具を作製して機械的な製造方法に用いていた。

しかし、このような専用治具の作製は煩雑であり、しかも互いに異なる成形物や光学部品の製造に同一の治具を転用することは難しいため、その都度まったく新しい治具を作製する必要があることから、スループットの低下も問題となっている。
また、成形用基盤（基板に訂正）の機械的な成形や製造においてフォトリソグラフィ技術に匹敵する加工精度を確保することは困難であり、コストの増大やスループットの更なる低下も懸念される。

本発明は、上述の硬化性光学素子材料の成形や光学部品の製造における諸問題の解決を図るものである。

本発明による硬化性光学素子材料の成形方法は、少なくとも、最終的に得る成形物の第１主面の反転パターンを有する成形用基板上に、硬化性光学素子材料を塗布して硬化させることにより硬化物を得る第１主面形成工程と、最終的に得る成形物の第２主面をエッチングによって形成する第２主面形成工程とを有し、上記エッチングに先立って、上記第１主面形成工程で形成した硬化性光学素子材料上すなわち硬化物上にレジストを塗布し、該レジストの形状選定を行うことを特徴とする。

また、本発明は、上記硬化性光学素子材料の成形方法において、上記レジストの形状選定を、グレートーンマスクによるパターン露光によって行うことを特徴とする。
また、本発明は、上記硬化性光学素子材料の成形方法において、上記グレートーンマスクが、バイナリ型のグレートーンマスクであることを特徴とする。
また、本発明は、上記硬化性光学素子材料の成形方法において、上記グレートーンマスクに、上記第２主面形成工程において形成する上記第２主面と上記第１主面との相対位置調整を可能とするアライメントマークの形成許容領域を設けることを特徴とする。
また、本発明は、上記硬化性光学素子材料の成形方法において、上記レジストの形状選定を、上記エッチング後に最終的に得る成形物の第２主面の形状に基づいて行うことを特徴とする。
また、本発明は、上記硬化性光学素子材料の成形方法において、上記エッチングが異方性エッチングであることを特徴とする。
また、本発明は、上記硬化性光学素子材料の成形方法において、少なくとも上記成形用基板に、上記第２主面形成工程における上記第１主面と上記第２主面の相対位置調整を可能とするアライメントマークを形成することを特徴とする。
また、本発明は、上記硬化性光学素子材料の成形方法において、上記第１主面形成工程において、硬化物の研磨を行うことを特徴とする。
また、本発明は、上記硬化性光学素子材料の成形方法において、上記第１主面形成工程及び上記第２主面形成工程によって、同時に多数の成形物を形成することを特徴とする。
また、本発明は、上記硬化性光学素子材料の成形方法において、上記第１主面及び上記第２主面の少なくとも一方を非球面型湾曲面として形成することを特徴とする。

本発明による光学部品の製造方法は、硬化性光学素子材料からなる光学部品の製造方法であって、少なくとも、最終的に得る光学部品の第１主面の反転パターンを有する成形用基板上に、硬化性光学素子材料を塗布して硬化させることにより硬化物を得る第１主面形成工程と、最終的に得る光学部品の第２主面をエッチングによって形成する第２主面形成工程とを有し、上記エッチングに先立って、上記第１主面形成工程で硬化形成した硬化性光学素子材料上すなわち硬化物上にレジストを塗布し、該レジストの形状選定を行うことを特徴とする。

また、本発明は、上記光学部品の製造方法において、上記レジストの形状選定を、グレートーンマスクによるパターン露光によって行うことを特徴とする。
また、本発明は、上記光学部品の製造方法において、上記グレートーンマスクが、バイナリ型のグレートーンマスクであることを特徴とする。
また、本発明は、上記光学部品の製造方法において、上記グレートーンマスクに、上記第２主面形成工程において形成する上記第２主面と上記第１主面との相対位置調整を可能とするアライメントマークの形成許容領域を設けることを特徴とする。
また、本発明は、上記光学部品の製造方法において、上記レジストの形状選定を、上記エッチング後に最終的に得る光学部品の第２主面の形状に基づいて行うことを特徴とする。
また、本発明は、上記光学部品の製造方法において、上記エッチングが異方性エッチングであることを特徴とする。
また、本発明は、上記光学部品の製造方法において、少なくとも上記成形用基板に、上記第２主面形成工程における上記第１主面と上記第２主面の相対位置調整を可能とするアライメントマークを形成することを特徴とする。
また、本発明は、上記光学部品の製造方法において、上記第１主面形成工程において、硬化物の研磨を行うことを特徴とする。
また、本発明は、上記光学部品の製造方法において、上記第１主面形成工程及び上記第２主面形成工程によって、同時に多数の光学部品を形成することを特徴とする。
また、本発明は、上記光学部品の製造方法において、上記第１主面及び上記第２主面の少なくとも一方を非球面型湾曲面として形成することを特徴とする。
また、本発明は、上記光学部品の製造方法において、上記光学部品が、集光レンズ、結像レンズ、コリメートレンズ、またはそれらのレンズアレイの少なくともいずれか１つであることを特徴とする。
また、本発明は、上記光学部品の製造方法において、上記硬化性光学素子材料が硝材であることを特徴とする。

上述の硬化物の研磨は、最終的に得る成形物すなわち硬化性光学材料の第２主面形成の前処理としての平坦化研磨とすることができる。
また、上述の光学部品の製造方法において、少なくとも第１主面成形用基板に位置合わせ用のアライメントマークを形成しておき、第２主面形成工程において、アライメントマークを基準として最終的に得る成形物の第１主面と第２主面の相対位置調整を合わせ込むことができる。この第２主面形成工程におけるアライメント処理は、例えば半導体製造用の露光装置を用いて行う場合、アライメントのマークの検出や上述の相対的位置合わせなどを、高精度に、例えば位置合わせを数１０ｎｍ単位で調整して行うことができる。

本発明による硬化性光学素子材料の成形方法及び光学部品の製造方法は、最終的に得る成形物すなわち光学部品の第１主面の反転パターンを有する成形用基板上に、硬化性光学素子材料を塗布して硬化させることにより硬化物を得る第１主面形成工程と、最終的に得る成形物の第２主面をエッチングによって形成する第２主面形成工程とを有し、第２主面形成工程とを有する硬化性光学素子材料の成形方法及び光学部品の製造方法であって、上述のエッチングに先立って、第１主面形成工程で硬化形成した硬化物上にレジストを塗布し、このレジストの形状選定を行うものである。

したがって、レジストの形状選定を例えばリソグラフィ技術による露光によって選定し、この形状選定がなされたレジストから硬化物にかけて上述の第２主面形成工程において例えば異方性のエッチングを行うことにより、少なくとも２つの主面の成形加工が必要とされる光学部品、例えば両面が非球面型湾曲面とされた光学レンズを、所望の形状で得ることが可能であり、また第２主面成形におけるレジスト形状選定工程前のアライメント工程では半導体露光装置のアライメントシステムを流用することが可能であり、所望の両面位置合わせ精度で製造することが可能とされる。

すなわち、本発明による硬化性光学素子材料の成形方法及び光学部品の製造方法によれば、最終的に得る成形物すなわち光学部品の第１主面を例えばモールド成形によって形成し、第２主面をフォトリソグラフィ技術によって形成することから、従来の機械的な例えばスタンピングによって硬化性光学素子材料の成形や光学部品の製造を行う場合に比して、芯ずれやチルトなどの製造公差を専用治具の作製などの特段の手間をかけることなく高い精度で回避することができることから、例えば両面が非球面型湾曲面とされた光学レンズの製造においても、コストの低減とスループットの向上が図られるものである。

本発明においては、上述のレジストの形状選定は、最終的に得る成形物すなわち光学部品の形状に基づいて選定することができ、例えば異方性エッチングによってレジスト上から上述の第１主面形成工程で硬化形成した硬化物にかけてエッチングを行うことにより硬化物の成形加工を行う場合には、最終的に得る成形物の第２の主面に対応する対応パターンにレジストの形状を選定することが好ましいが、レジストの形状をエッチング条件と同様に適宜調整して所望の成形物及び光学部品を製造することができる。

また、本発明による硬化性光学素子材料の成形方法及び光学部品の製造方法においては、レジスト形状選定のための露光におけるフォトマスクとして、例えば後述するバイナリ型のグレートーンマスクを用いることが望ましく、このグレートーンマスクにアライメントマークの形成を許容する領域を設け、この領域に対応させて少なくとも成形用基板上にアライメントマークを形成することにより、最終的に得る成形物すなわち光学部品における第１主面と第２主面との相対位置関係の精度向上を図ることが可能とされるものである。

更に、本発明によれば、上述の２つの主面の相対位置関係の精度についても、フォトリソグラフィ技術を用いて成形及び製造を行うことにより、専用治具を用いた場合と同等或いは同等以上の精度を確保することが可能とされる。
したがって、従来に比してより微細な、例えば１０μｍ以下の直径を有する、両面が非球面型湾曲面とされた光学レンズを、高い精度で歩留まりよく製造することが可能とされ、量産性の向上も図られるなど、本発明による硬化性光学素子材料の成形方法及び光学部品の製造方法によれば、重要かつ多くの効果をもたらすことができるものである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を説明するが、本発明は、この実施の形態例に限られるものでない。
図１及び図２は、本発明による硬化性光学素子材料の成形方法を、光学部品すなわち光学レンズの製造方法を例として示す第１の実施の形態例における概略断面図である。

この実施の形態例では、まず例えばシリコンによる成形用基板２を用意し、成形用基板２上に例えばポジ型ノボラック系のレジスト（図示せず）を塗布し、フォトリソグラフィ技術によるパターン露光によってレジストの形状を規定した後、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）による異方性エッチングを行うことにより、図１Ａに示すように、この成形用基板２の一主面に、最終的に得る成形物すなわち光学部品１（図示せず）の第１主面の反転パターンを形成する。
なお、図１Ａでは第１主面の反転パターンを球面型湾曲面として示したが、紙面に直交する方向については非球面型湾曲面として第１主面を形成することもできるし、後述する第２主面のみを非球面型湾曲面とすることもできる。

次に、図１Ｂに示すように、上述の反転パターンが形成された成形用基板２の主面上に硝材例えばSiO2（液体ガラス）によるSOG（Spin On Glass）による硬化性光学素子材料３をコーターを用いて塗布し、この硬化性光学素子材料３を例えば光硬化させて硬化物３ａとした後、図１Ｃに示すように、硬化物３ａ上に例えばポジ型ノボラック系レジスト４を塗布する。
なお、硬化物３ａの形成直後に、すなわちレジスト４の塗布に先立って、例えば硬化物３ａの上面に対し、例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing)を用いて研磨を施しておくことにより、高精度に厚さ調整や平滑化することが可能であり、以降の工程における硬化物３ａの成形をより正確に行うことができる。

硬化物３ａ上にレジスト４を塗布した後、図２Ａに示すようにレジスト４の上方から後述するグレートーンマスク５を介してパターン露光を行い、最終的に得る成形物すなわち光学部品１（図示せず）の第２主面の形状に基づいて、図２Ｂに示すように、レジスト４に最終的に得る成形物すなわち光学部品１の第２主面の形状に対応する対応パターンを形成して形状選定を行う。

続いて、形状選定すなわちパターン露光による固化がなされたレジスト４上から、例えばＲＩＥによる異方性エッチングを形状選定されたレジスト４をマスクとして硬化物３ａにかけて施すことにより、図２Ｃに示すように、予め選定されたレジスト４の対応パターン形状に沿って、すなわちフォトリソグラフィによって硬化物３ａの上面形状を規定し、最終的に得る成形物すなわち光学部品１の第２主面をエッチングによって形成する。

その後、成形用基板２から硬化物３ａを剥離させることによって、図２Ｄに示すように、成形物すなわち光学部品１、例えば集光用の光学レンズを得ることができる。
なお、この実施の形態例では、複数の成形物すなわち光学部品１を同時に形成する例を説明したが、本発明による硬化性光学素子材料（例えばSOG）の成形方法及び光学部品の製造方法によれば、より多くの成形物すなわち光学部品１を同時に形成することも可能である。

図３は、上述したレジストに対するグレートーンマスク５によるパターン露光における露光系の一例の構成を示す概略構成図である。
この実施の形態例では、露光系９は、上述したグレートーンマスク５と、このグレートーンマスク５でパターン化された光の選別を行う光学装置８と、上述した成形用基板２（図示せず）上に形成された硬化物３ａとレジスト４とを有する。

グレートーンマスク５は、例えば平板状の石英ガラスによる透過層５ａの一主面に例えばクロム（Ｃｒ）による遮光パターン５ｂが一定の間隔で形成され、入射光に直交して透過部（矢印ａ図示）と遮光部（矢印ｂ図示）とが複数連続的に配置されたバイナリパターンを有して成る。
このバイナリパターンを、例えば透過部と遮光部との比率を徐々に変化させる構成とすることにより、０次光（矢印ｃ図示）に対し所望の強度分布を得ることができる。

一方、光学装置８は、グレートーンマスク５からの光を平行光とする投影レンズ８ａと、上述の０次光を選択的に透過させるＮＡ絞り８ｂと、透過した０次光をレジスト４で結像させる対物レンズ８ｃとを有する。
上述のバイナリ型グレートーンマスク５の遮光パターン５ｂが形成されたパターン面と硬化物３ｂの上面すなわちレジスト４とが共役関係となるように相互の位置関係及び光学装置８ｃの開口数を選定することにより、グレートーンマスク５から光学装置８を経た０次光のみをレジスト４に与えることができる。

ここで、露光波長λと、グレートーンマスク５の遮光パターン５ｂの繰り返し間隔すなわちピッチＰ（矢印ａ及び矢印ｂの和）と、露光装置８の開口数ＮＡと、２次光源サイズを表すコヒーレンスファクタσとの間には、レジスト４における結像を許容する遮光パターン５ｂの最小間隔をＰminとすると、［数１］が成立する。［数１］から、最低次数（±１次）の回折光について、ＮＡ絞り８ｂで遮断されるか否かを判定することができる。

［数１］ Ｐmin＝λ／｛（ＮＡ）×（１＋σ）｝

［数１］によれば、遮光パターン５ｂをＰmin以下の微小間隔で形成した場合には、レジスト４の表面に回折光が届かないので回折光同士の干渉すなわちマスクパターンの結像は発生しないが、０次光はレジスト４上に到達する。また、同一のＰminでは遮光パターン５ｂの幅が大きいほど０次光の強度は小さく、遮光パターンの幅が同一のときはＰmin以下の遮光パターン５ｂの間隔が大きいほど０次光の強度は大きくなる。［数１］より、Ｐmin以下のパターン間隔で遮光パターン５ｂを構成し、かつＰmin以下で透過部と遮光部との幅比率を選定することにより、所望の０次光強度を得ることができる。

図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ、上述の遮光パターン５ｂが１次元すなわち縞状の繰り返しパターンによる場合のバイナリ型グレートーンマスク５の構造の一例を示す概略上面図と、この縞状パターンによるグレートーンマスク５によって形成される、例えば上述のレジスト４がポジ型レジストである場合の形成パターンを示す概略斜視図である。
図４Ａに示すように、遮光パターン５ｂの繰り返し間隔すなわちピッチと遮光パターン５ｂの幅を選定し、例えば透過部と遮光部との比率を徐々に変化させて非線形のピッチ構成とすることにより、図４Ｂに示すように、例えば非球面型湾曲面による１次元の形成パターンを得ることができる。

図５及び図６は、本発明による硬化性光学素子材料（例えばSOG）の成形方法を、光学部品すなわち光学レンズの製造方法を例として示す第２の実施の形態例における概略断面図である。

この実施の形態例では、まず例えばシリコンによる成形用基板２を用意し、成形用基板２上に例えばノボラック系のレジスト（図示せず）を塗布し、パターン露光によってレジストの形状を規定した後、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）による異方性エッチングを行うことにより、図５Ａに示すように、この成形用基板２の一主面に、最終的に得る成形物すなわち光学部品１（図示せず）の第１主面の反転パターンを形成する。
また、この実施の形態例では、成形用基板２の一主面にアライメントマークの形成部６を、上述の反転パターンと同時に形成する。

次に、図５Ｂに示すように、上述の反転パターンが形成された成形用基板２の主面上に例えば硝材であるSOG３を塗布し、このSOG３を例えば光硬化によって硬化物３ａとした後、図５Ｃに示すように、硬化物３ａ上に例えばノボラック系のポジ型レジスト４を塗布する。
なお、硬化物３ａの形成直後に、すなわちレジスト４の塗布に先立って、例えば硬化物３ａの上面に研磨を施しておくことによって、以降の工程における硬化物３ａの成形をより正確に行うことができる。

硬化物３ａ上にレジスト４を塗布した後、図６Ａに示すようにレジスト４の上方から上述したグレートーンマスク５を介してパターン露光を行う。この露光の前には第１主面形成基板上のアライメントマーク６とグレートーンマスク５上の不図示のアライメントマークを用いて、第１主面形成基板と第２主面形成基板の相対的な位置合わせをしている。グレートーンマスク５によるパターン露光では、最終的に得る成形物すなわち光学部品１（図示せず）の第２主面の形状に基づいて、図６Ｂに示すように、レジスト４に最終的に得る成形物すなわち光学部品１の第２主面の形状に対応する対応パターンを形成して形状選定を行う。

続いて、グレートーンマスクによるパターン露光と現像により形成選定されたによる固化がなされたレジスト４上から、例えばＲＩＥによる異方性エッチングをレジスト４から硬化物３ａ（光学素子材料）にかけて施すことにより、図６Ｃに示すように、予め選定されたレジスト４の対応パターン形状に沿って、すなわちフォトリソグラフィによって硬化物３ａの上面形状を規定し、最終的に得る成形物すなわち光学部品１の第２主面をエッチングによって形成する。

この実施の形態例において、アライメントマーク６は、成形用基板２の上面よりも深く掘り込まれて成形用基板２に形成されていることから、後述するように、アライメントマーク６と成形用基板２に形成された反転パターンとの位置関係を予め求めておき、硬化物３ａの形状の第２主面形状を最終的に規定するグレートーンマスク５の露光においては、このアライメントマーク６の位置を確認して露光を行うことにより、最終的に得る成形物すなわち光学部品１の第１主面と第２主面との相対位置関係を調整することが可能とされる。

硬化物３ａの上面形状をエッチングによって規定した後、成形用基板２から硬化物３ａを剥離させることによって、図６Ｄに示すように、成形物すなわち光学部品１、例えば集光用の光学レンズを得ることができる。
なお、この実施の形態例では、複数の成形物すなわち光学部品１を同時に形成する例を説明したが、本発明による硬化性光学素子材料（例えばSOG）の成形方法及び光学部品の製造方法によれば、より多くの成形物すなわち光学部品１を同時に形成することも可能である。

上述の第１及び第２の実施の形態例では、第１主面形成工程における成形用基板２に最終的に得る成形物及び光学部品の第１主面の反転パターンの形成と、第２主面形成工程における硬化物の上面の成形とにおいて、グレートーンマスク５を介する露光がなされるが、第１主面形成工程における露光が露光対象のレジストをグレートーンマスクに対して凹形状に規定するものであるのに対し、第２主面形成工程における露光は露光対象のレジストをグレートーンマスクに対して凸形状に規定するものであることから、グレートーンマスクの透過部と遮光部の配置を選定する必要がある。これについて以下に説明する。

図７Ａは、第１主面形成工程における成形用基板２の表面形状選定用のグレートーンマスクの構成を示す模式図である。
本発明による硬化性光学素子材料（例えばSOG）の成形方法及び光学部品の製造方法では、同時に多数の成形物すなわち光学部品を得ることができることから、グレートーンマスク５内には各成形物ごとに対する露光を規定するマスクユニット５ｄが、目的とする成形物の数だけ設けられて成る。

そして、第１主面形成工程でポジ型のレジストを用いる場合、このマスクユニット５ｄの中央部が主として上述の透過部によって構成され、周辺部が主として上述の遮光部によって構成されることにより、成形用基板２上に形成されるレジストのパターンと成形用基板２に形成される反転パターンとを、グレートーンマスク５に対して凹形状に規定することができる。

図７Ｂは、第２主面形成工程における硬化物３ａの表面形状選定用のグレートーンマスクの構成を示す模式図である。
第２主面形成工程でポジ型のレジストを用いる場合、このマスクユニット５ｄの中央部が主として上述の遮光部によって構成され、周辺部が主として上述の透過部によって構成されることにより、硬化物３ａ上に形成されるレジスト４のパターンと硬化物３ａの上面形状を、グレートーンマスク５に対して凸形状に規定することができる。

また、この実施の形態例においては、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、グレートーンマスク５がアライメントマーク形成許容領域５ｃを有して成る。アライメントマーク形成許容領域５ｃには少なくともマスクユニット５ｄが形成されず、上述の成形用基板２に設けられたアライメントマーク３ｂをグレートーンマスク５上からアライメントマーク形成許容領域５ｃを通じて認識して、レジスト４及び硬化物３ａの上面形状を規定する第２主面形成工程を、第１主面形成工程で形成した硬化物３ａの下面すなわち第１主面との相対位置関係を調整して行うことが可能とされる。

以上の実施の形態例で説明したように、本発明による硬化性光学素子材料の成形方法及び光学部品の製造方法によれば、レジストの形状選定を例えばリソグラフィ技術による露光によって選定し、この形状選定がなされたレジストから硬化物にかけて上述の第２主面形成工程において例えば異方性のエッチングを行うことにより、少なくとも２つの主面の成形加工が必要とされる光学部品、例えば両面が非球面型湾曲面とされた光学レンズを、所望の形状で製造することができる。

また、本発明による硬化性光学素子材料の成形方法及び光学部品の製造方法においては、レジスト形状選定のための露光におけるフォトマスクとして、例えば後述するバイナリ型のグレートーンマスクを用いることが望ましく、このグレートーンマスクにアライメントマークの形成を許容する領域を設け、この領域に対応させて少なくとも成形用基板上にアライメントマークを形成することにより、最終的に得る成形物すなわち光学部品における第１主面と第２主面との相対位置関係の精度向上を図ることが可能とされるものである。

更に、本発明によれば、上述の２つの主面の相対位置関係の精度についても、フォトリソグラフィ技術を用いて成形及び製造を行うことにより、専用治具を用いた場合と同等或いは同等以上の精度を確保することが可能とされ、従来に比してより微細な、例えば１０μｍ程度の直径を有する、両面が非球面型湾曲面とされた光学レンズを、高い精度で歩留まりよく製造することが可能とされるものである。

なお、本発明による硬化性光学素子材料の成形方法及び光学部品の製造方法は、上述の実施の形態例に限られるものではない。
例えば、より多数の成形物すなわち光学部品を同時に得るために、図８に示すように、上述の成形用基板２を複数並べ、これらの成形用基板２を共通の支持基板７で保持して成形及び製造を行うことも可能である。

また、例えば、上述の実施の形態例では、複数の成形物すなわち光学部品を同時に製造する場合に、成形用基板の表面形状を、最終的に得る成形物すなわち光学部品の複数の反転パターンが互いに隣り合った形状とした例を説明したが、これら複数の反転パターンは必ずしも互いに隣り合っていなくとも、例えば図９に示すように、最終的に得る成形物すなわち光学部品を上述の少なくとも２つの主面以外にも主面を有する構成として成形するために、上述の複数の反転パターンが互いに所定の距離をおいた形状として構成することもできる。

また、上述の実施の形態例では、ポジ型レジストを用いた場合の硬化性光学素子材料の成形方法及び光学部品の製造方法の例を説明したが、本発明はネガ型レジストを用いて行うこともできるし、グレートーンマスク５の構成も、第１主面形成工程及び第２主面形成工程で用いるレジストがポジ型かネガ型かによって、また最終的に得る成形物及び光学部品の種類や形状によって適宜選定し得る。

また、上述の実施の形態例では、グレートーンマスク５上からアライメントマーク形成許容領域５ｃを通じて成形用基板２に形成されたアライメントマーク３ｂを認識する構成による例を説明したが、アライメントマーク形成許容領域５ｃ自体に第２のアライメントマークを設け、成形用基板２に形成されたアライメントマーク３ｂとの位置整合を確認することによって最終的に得る成形物すなわち光学部品の第１主面と第２主面との相対位置調整を精度良く行うことも可能である。

また、本発明による硬化性光学素子材料の成形方法及び光学部品の製造方法は、必ずしもグレートーンマスクを用いなくとも、例えば従来の複数枚のフォトマスクを用いた多重露光によって行うことも可能であるし、アライメントマークの形成を、有色材料の被着によって行うことも可能である。

また、本発明による光学部品の製造方法において最終的に得る光学部品は光学レンズに限られず、本発明によって硬化性光学素子材料からなる種々の光学部品を製造することができるし、本発明によって第１及び第２の主面以外により多数の主面を有する成形物及び光学部品を得ることも可能である。また、SOG以外の光学素子として、例えばＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）などのアクリル系樹脂硝材をはじめとする種々の硝材を用いることができる。また、上述の実施の形態例では硬化を光硬化によって行ったが、熱硬化や冷却或いは硬化剤の添加による樹脂の硬化促進などによることもできる。

また、上述の実施の形態例で図示した湾曲面は第１主面が球面状となっているが、両面を非球面型湾曲面とすることもできるし、例えばエッチング用液滴による等方性エッチングによって一面を球面型湾曲面として形成することもできるし、このような形状を得ることができる。また、エッチングによるレジストの形状規定において所望の形状を選定することができることから、紙面と平行な面については球面型とし、かつ紙面と直交する面については非球面型として形成することもできるなど、本発明は、種々の変更及び変形をなされ得る。

図１Ａ〜図１Ｃは、本発明による硬化性光学素子材料の成形方法すなわち光学部品の製造方法の、第１の例の説明に供する概略断面図である。 図２Ａ〜図２Ｄは、本発明による硬化性光学素子材料の成形方法すなわち光学部品の製造方法の、第１の例の説明に供する概略断面図である。 グレートーンマスク５によるパターン露光における露光系の一例の構成を示す概略構成図である。 図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ、１次元の繰り返しパターンによる場合のバイナリ型グレートーンマスクの構造の一例を示す概略上面図と、パターンによるグレートーンマスクによって形成される、形成パターンを示す概略斜視図である。 図５Ａ〜図５Ｃは、本発明による硬化性光学素子材料の成形方法すなわち光学部品の製造方法の、第２の例の説明に供する概略断面図である。 図６Ａ〜図６Ｃは、本発明による硬化性光学素子材料の成形方法すなわち光学部品の製造方法の、第２の例の説明に供する概略断面図である。 図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ、第１主面形成工程における成形用基板２の表面形状選定用のグレートーンマスクの構成を示す模式図と、第２主面形成工程における硬化物３ａの表面形状選定用のグレートーンマスクの構成を示す模式図である。 本発明による硬化性光学素子材料の成形方法すなわち光学部品の製造方法の変形例の説明に供する模式図である。 図９Ａ〜図９Ｄは、本発明による硬化性光学素子材料の成形方法すなわち光学部品の製造方法の、変形例の説明に供する概略断面図である。 図１０Ａ〜図１０Ｄは、グレートーンマスクによる従来の硬化性光学素子材料の成形方法の説明に供する概略断面図である。 図１１Ａ及び図１１Ｂは、複数枚のフォトマスクを用いた多重露光による従来の硬化性光学素子材料の成形方法における、露光の原理を示す模式図と露光総量の分布を示す模式図である。 グレートーンマスクによる露光における露光総量の分布を示す模式図である。 図１３Ａ〜図１３Ｃは、機械的なスタンピングによる従来の硬化性光学素子材料の成形方法の説明に供する概略断面図である。

符号の説明

１・・・成形物（光学部品）、２・・・成形用基板、３・・・硬化性光学素子材料、３ａ・・・硬化物、４・・・レジスト、５・・・グレートーンマスク、５ａ・・・透過層、５ｂ・・・遮光パターン、５ｃ・・・アライメントマーク形成許容領域、５ｄ・・・マスクユニット、６・・・アライメントマーク、７・・・支持基板、８・・・光学装置、８ａ・・・投影レンズ、８ｂ・・・ＮＡ絞り、８ｃ・・・対物レンズ、９・・・露光系、１０・・・形成パターン、１０１・・・従来の成形物（光学部品）、１０２・・・成形用基板、１０２ａ・・・第１の成形用基板、１０２ｂ・・・第２の成形用基板、１０３・・・硬化性光学素子材料、１０３ａ・・・硬化物、１０４・・・レジスト、１０５・・・グレートーンマスク、１１１・・・フォトマスク、１１１ａ・・・第１のフォトマスク、１１１ｂ・・・第２のフォトマスク、１１１ｎ・・・第ｎのフォトマスク

Claims (22)

1. 硬化性光学素子材料の成形方法であって、
   少なくとも、最終的に得る成形物の第１主面の反転パターンを有する成形用基板上に、硬化性光学素子材料を塗布して硬化させることにより硬化物を得る第１主面形成工程と、最終的に得る成形物の第２主面をエッチングによって形成する第２主面形成工程とを有し、
   上記エッチングに先立って、上記第１主面形成工程で形成した硬化性光学素子材料上すなわち硬化物上にレジストを塗布し、該レジストの形状選定を行うことを特徴とする硬化性光学素子材料の成形方法。
2. 上記レジストの形状選定を、グレートーンマスクによるパターン露光によって行うことを特徴とする請求項１に記載の硬化性光学素子材料の成形方法。
3. 上記グレートーンマスクが、バイナリ型のグレートーンマスクであることを特徴とする請求項２に記載の硬化性光学素子材料の成形方法。
4. 上記グレートーンマスクに、上記第２主面形成工程において形成する上記第２主面と上記第１主面との相対位置調整を可能とするアライメントマークの形成許容領域を設けることを特徴とする請求項２に記載の硬化性光学素子材料の成形方法。
5. 上記レジストの形状選定を、上記エッチング後に最終的に得る成形物の第２主面の形状に基づいて行うことを特徴とする請求項１に記載の硬化性光学素子材料の成形方法。
6. 上記エッチングが異方性エッチングであることを特徴とする請求項１に記載の硬化性光学素子材料の成形方法。
7. 少なくとも上記成形用基板に、上記第２主面形成工程における上記第１主面と上記第２主面の相対位置調整を可能とするアライメントマークを形成することを特徴とする請求項１に記載の硬化性光学素子材料の成形方法。
8. 上記第１主面形成工程において、硬化物の研磨を行うことを特徴とする請求項１に記載の硬化性光学素子材料の成形方法。
9. 上記第１主面形成工程及び上記第２主面形成工程によって、同時に多数の成形物を形成することを特徴とする請求項１に記載の硬化性光学素子材料の成形方法。
10. 上記第１主面及び上記第２主面の少なくとも一方を非球面型湾曲面として形成することを特徴とする請求項１に記載の硬化性光学素子材料の成形方法。
11. 硬化性光学素子材料からなる光学部品の製造方法であって、
    少なくとも、最終的に得る光学部品の第１主面の反転パターンを有する成形用基板上に、硬化性光学素子材料を塗布して硬化させることにより硬化物を得る第１主面形成工程と、最終的に得る光学部品の第２主面をエッチングによって形成する第２主面形成工程とを有し、
    上記エッチングに先立って、上記第１主面形成工程で硬化形成した硬化性光学素子材料上すなわち硬化物上にレジストを塗布し、該レジストの形状選定を行うことを特徴とする光学部品の製造方法。
12. 上記レジストの形状選定を、グレートーンマスクによるパターン露光によって行うことを特徴とする請求項１１に記載の光学部品の製造方法。
13. 上記グレートーンマスクが、バイナリ型のグレートーンマスクであることを特徴とする請求項１２に記載の光学部品の製造方法。
14. 上記グレートーンマスクに、上記第２主面形成工程において形成する上記第２主面と上記第１主面との相対位置調整を可能とするアライメントマークの形成許容領域を設けることを特徴とする請求項１２に記載の光学部品の製造方法。
15. 上記レジストの形状選定を、上記エッチング後に最終的に得る光学部品の第２主面の形状に基づいて行うことを特徴とする請求項１１に記載の光学部品の製造方法。
16. 上記エッチングが異方性エッチングであることを特徴とする請求項１１に記載の光学部品の製造方法。
17. 少なくとも上記成形用基板に、上記第２主面形成工程における上記第１主面と上記第２主面の相対位置調整を可能とするアライメントマークを形成することを特徴とする請求項１１に記載の光学部品の製造方法。
18. 上記第１主面形成工程において、硬化物の研磨を行うことを特徴とする請求項１１に記載の光学部品の製造方法。
19. 上記第１主面形成工程及び上記第２主面形成工程によって、同時に多数の光学部品を形成することを特徴とする請求項１１に記載の光学部品の製造方法。
20. 上記第１主面及び上記第２主面の少なくとも一方を非球面型湾曲面として形成することを特徴とする請求項１１に記載の光学部品の製造方法。
21. 上記光学部品が、集光レンズ、結像レンズ、コリメートレンズ、またはそれらのレンズアレイの少なくともいずれか１つであることを特徴とする請求項１１に記載の光学部品の製造方法。
22. 上記硬化性光学素子材料が硝材であることを特徴とする請求項１１に記載の光学部品の製造方法。

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