JP2008516263A - 構造化されたガラスコーティングによる回折光学素子の形成 - Google Patents

Abstract

本発明は、光学部品に関し、特に、基板に光学活性構造を施与するための方法、さらにはこのタイプの方法を用いて製造される部品に関する。基板に光学活性構造を施与するための方法は、特に、フォトリソグラフィ技法と物理気相成長プロセスによる材料の堆積とを含む。

Description

［説明］
本発明は一般的に光学部品に関し、特に、基板に光学活性構造を施与するための方法、光学活性構造、好ましくは合焦構造（focucing structure）を含む光学活性素子、及びこのタイプの方法を用いて形成される部品にも関する。

一例として、ＪＰ ６２０６６２０４ Ａにおいて、フレネルレンズ及びその製造が開示されている。そのレンズは、フレネルレンズタイプが得られるように、基板上に薄膜を連続して積層することによって得られる。光学構造を製造するには、結果として形成されるレンズ構造の光学特性に悪影響を及ぼすことなく、各層を正確に積層する必要があるので、これは時間及びコストがかかる手順である。

ＤＥ ４３ ３８ ９６９ Ｃ２号は、特にガラスをエッチングすることによって、無機回折素子を製造するための方法を開示する。基板が、エッチングされるべきでないエリアを覆うマスクでコーティングされ、当該マスクは、エッチング剤に耐えることができ、かつ形成されるべきレリーフ構造に対応し、その後、マスクによって覆われていない基板のエリア内に、エッチング工程によって所望のレリーフが形成され、その後、必要に応じて、マスクが除去される。特にガラスの場合、低いエッチング速度しか達成することができないので、これも、時間及びコストがかかる方法である。

それゆえ、本発明の目的は、光学素子、詳細には回折光学素子の製造を改善する方法を提供すること、及び改善された光学活性素子を提供することである。

［発明の概要］
この目的は、独立請求項に記載される方法、光学活性素子、並びに部品及びハイブリッドレンズによって、驚くほど簡単な方法で達成される。有利な改良点が、個々の従属請求項の主題を構成する。

本発明による基板に光学活性構造を施与するための方法は、
基板に感光性レジスト層をコーティングするステップ、
施与された層をフォトリソグラフィによって構造化するステップ、
予め構造化された基板に、電子ビームＰＶＤ（電子ビーム物理気相成長）によって、少なくともガラス及び金属から成る群より選択される材料を含む光学活性層をコーティングするステップ、および
レジスト層をリフトオフするステップ
を含む、フォトリソグラフィマスクを用いて構造化すること（a structuring）を含む。

既知のスパッタリング速度よりも何倍も速い、最大で４μｍ／ｍｉｎの高い蒸着速度を達成することができるので、上記コーティング方法、すなわち光学活性層を堆積する方法は、当該光学活性層を形成するための迅速な方法を提供し、かなり有益な上記の応用形態のためにこのプロセスを利用する。光学活性層をコーティングするために用いることができる材料、特にガラス材料が、以下の図面の説明の部分において与えられる。

さらに、正確に画定された構造を、上記基板の面、すなわち表面に対して水平及び垂直の両方向に形成することができる。このようにして規定の光学特性及び熱機械特性とともに用いられることが好ましい、ガラスの蒸着パラメータを適当に選択することによって、０．１μｍ〜最大で１ｍｍの厚みを有する構造化されたガラス層を施与できるようになる。

速い堆積速度以外の、その蒸着の別の利点は、基板の熱応力が低く、フォトレジストを用いて第１のコーティングを形成できることである。基板をコーティングするステップはスピンコーティング、溶射、電着及び／又は少なくとも１つの感光性レジストフォイルを堆積することによって実行される。レジスト層をリフトオフするステップは、レジスト層に施与されている少なくとも１つの層もリフトオフされるようにして実行される。さらに、フォトリソグラフィによって構造化するステップは、マスク露光及び後続の現像を含む。

一実施の形態では、コーティングするステップは、電子ビームＰＩＡＤ工程によって、予め構造化された基板に光学活性層をコーティングすることを含む。このタイプのプロセスでは、別のイオンビームが、覆われるべき基板上に向けられる。当該イオンビームは、基板表面上で緩く結合された粒子の放出を引き起こし、最終的には、基板上に高密度で欠陥が少ない層、すなわち光学活性層が形成される。

コーティングの供給源に対する基板の向きを変更することによって、基板のいくつかの面をコーティングすることができ、複雑な光学活性素子又は部品を製造できるようになる。特に、上記光学活性構造は、上記基板の下側に、当該基板の上側に、及び／又は当該基板の少なくとも１つの側面上に施与される。用いることができる基板材料は、以下の図面の説明の部分において説明される。

形成する部品又は光学活性素子に応じて、上記のプロセスは一実施の形態において、
基板に感光性レジスト層をコーティングすること、
施与された層をフォトリソグラフィによって構造化すること、
予め構造化された基板に、電子ビームＰＶＤ（電子ビーム物理気相成長）によって、少なくともガラス及び金属から成る群より選択される材料を含む光学活性層をコーティングすること、および
レジスト層をリフトオフすること
をただ一度だけ繰り返すことを含むことができる。

光学活性素子の望ましい、すなわち必要とされる光学特性、たとえば、その屈折率に応じて、光学活性層が基板表面に対して垂直な方向に沿って及び／又は基板表面に対して平行な方向に沿って、一定の層組成及び／又は変化する層組成を含むように、光学活性層を施与することができる。変化する層組成に関連するさらなる詳細は、図面の説明の部分において与えられる。

特定の実施の形態において、上記のプロセスは、
基板に感光性レジスト層をコーティングすること、
施与された層をフォトリソグラフィによって構造化すること、
予め構造化された基板に、電子ビームＰＶＤ（電子ビーム物理気相成長）によって、少なくともガラス及び金属から成る群から選択される材料を含む光学活性層をコーティングすること、および
レジスト層をリフトオフすること
を何度も繰り返すことによって特徴付けられる、すなわち実施される。

第１の光学活性層は、約０．１μｍ〜最大で約１ｍｍの厚みを有する。第１の光学活性層の構造、すなわち、少なくとも１つの構造によって形成される第１の光学活性層、に応じて、第１の光学活性層の各構造は、約５０μｍより小さい、好ましくは約２０μｍより小さい、特に好ましくは１０μｍより小さい幅を有する。第１の光学活性層の外観によるが、たとえば、フレネルレンズ又はフレネルレンズタイプを形成するために、種々の幅の構造の組み合わせが必要とされる。これは、以下の図面の説明の部分において、さらに詳細に説明される。

既に説明されたように、光学活性素子において望ましい、すなわち必要とされる光学特性、たとえば、その屈折率に応じて、予め構造化された基板の光学活性層のコーティングは、各層において、同じ材料又は異なる材料を含む。さらに、光学活性層が基板表面に対して垂直な方向に沿って及び／又は基板表面に対して平行な方向に沿って変化する層組成を含むように光学活性層を施与することができる。

一実施の形態では、光学活性層は、ガラスから作られるコーティング材料を用いてＰＶＤプロセスを用いて製造され、特に、該光学活性層は、ＰＶＤプロセスにおいて電子ビーム蒸着を使用して施与される。さらに、該光学活性層は、ＰＩＡＤプロセスにおいて電子ビーム蒸着を使用して施与されることもできる。

上記の方法以外に、本発明はさらに、基板と当該基板上に設けられた少なくとも１つの第１の光学活性層とを含む光学活性素子であって、該第１の層は、ガラス又は金属から選択される少なくとも１つの材料から形成され、光学活性構造、好ましくは合焦構造を有する、光学活性素子に関する。

上記第１の光学活性層は、上記基板の下側及び／又は当該基板の上側に施与される。一実施の形態では、第１の光学活性層は、基板表面に対して垂直な方向に沿って及び／又は基板表面に対して平行な方向に沿って変化する材料組成を含む。

基板上に精巧な光学活性素子、たとえばフレネルレンズすなわちフレネルレンズタイプ、又は光学構造を設けるために、該光学活性素子は、いくつかの光学活性層のアレイを設けられ、該いくつかの光学活性層のアレイは、各光学活性層において、同じ材料又は異なる材料を含む。

光学活性素子の光学活性構造は、フォトリソグラフィマスクを用いて構造化することを含むプロセスを用いて製造され、該プロセスが、
基板に感光性レジスト層をコーティングするステップ、
施与された層をフォトリソグラフィによって構造化するステップ、
予め構造化された基板に、電子ビームＰＶＤ（電子ビーム物理気相成長）によって、少なくともガラス及び金属から成る群より選択される材料を含む光学活性層をコーティングするステップ、および
レジスト層をリフトオフするステップ
を含むことを特徴とする。

基板のコーティングは、スピンコーティング、溶射、電着及び／又は少なくとも１つの感光性レジストフォイルを堆積することによって施与される。レジスト層のリフトオフは、レジスト層に施与されている少なくとも１つの層もリフトオフされるようにして実行される。

光学活性素子において、予め構造化された基板の光学活性層のコーティングは、電子ビームＰＩＡＤプロセスによって施与される。フォトリソグラフィによる構造化は、マスク露光と後続の現像とを含む。

所望の特性に応じて、光学活性素子は、
基板に感光性レジスト層をコーティングすること、
施与された層をフォトリソグラフィによって構造化すること、
予め構造化された基板に、電子ビームＰＶＤ（電子ビーム物理気相成長）によって、少なくともガラス及び金属から成る群より選択される材料を含む光学活性層をコーティングすること、および
レジスト層をリフトオフすること
を一度だけ繰り返すことによって製造されるか、又は、更なる実施の形態において、
基板に感光性レジスト層をコーティングすること、
施与された層をフォトリソグラフィによって構造化すること、
予め構造化された基板に、電子ビームＰＶＤ（電子ビーム物理気相成長）によって、少なくともガラス及び金属から成る群より選択される材料を含む光学活性層をコーティングすること、および
レジスト層をリフトオフすること
を何度も繰り返すことによって製造される。

光学活性層は、ガラスから作られるコーティング材料を用いてＰＶＤプロセスを用いて製造され、特に、該光学活性層はＰＶＤプロセスにおいて電子ビーム蒸着を使用して施与される。さらなる実施の形態では、光学活性層は、ＰＩＡＤプロセスにおいて電子ビーム蒸着を使用して施与される。

光学活性素子は、フレネルレンズ及び／又はフレネルレンズタイプであるか、又はそれを含むことが好ましい。

さらに、本発明は、ガラス及び／又は金属から形成される光学活性構造、好ましくは合焦構造を有する部品を含み、その構造は、上記のような特徴を有する方法によって製造される。また、合成材料、特に透明な合成材料、を用いることもできる。

さらに、本発明は、本発明は、ガラス及び／又は金属から形成される光学活性構造、好ましくは合焦構造を有する部品を含み、その構造は、上記のような特徴を有する方法によって製造可能である。

その部品は、フレネルレンズ及び／又はフレネルレンズタイプであるか、又はそれを含むことが好ましい。

さらに、本発明は、基板と光学活性構造、好ましくは合焦構造、とを有するハイブリッドレンズをも含み、その構造は上記のような方法を用いて製造される。

本発明は、好ましい実施の形態に基づいて、添付の図面を参照しながら、以下にさらに詳細に説明される。異なる実施の形態の特徴は、互いに組み合わせることができる。図面内の同じ参照符号は同一又は類似の部品を表す。

以下に記述される本文は、まず初めに図１Ａ〜図１Ｅを参照し、それらの図面は、本発明の第１の実施形態による、構造化された基板を製造することに関連する製造工程を示すために、概略的な断面図を用いる。構造化されたコーティングを製造するために、まず初めに、図１Ａに示されるように、第１のコーティング３が、基板１のコーティングされるべき表面２上に施与される。基板１は、ウェーハアセンブリ内のさらに別の基板に接合されることが好ましい。第１のコーティング３は感光性レジスト層として形成されることが好ましい。その基板は、ガラス、セラミック、半導体材料、詳細にはシリコン、半導体化合物、金属、合金、プラスチック又は上記の材料の組み合わせから成る群から選択される材料のうちの少なくとも１つを含む。

図１Ｂは、更なるプロセスステップ後の基板を通す断面図を示す。このステップでは、構造が、第１のコーティング３の中に導入されている。これらの構造は、ネガ構造５を生成し、それは、平面図で見るときに、最終的に構造化されたコーティングに対して相補的である。その構造化は、コーティングされるべき基板１の表面２の領域６が覆われていないようにして実行されている。

その構造化は、フォトリソグラフィによって実行できることが好ましく、そのために、第１のコーティング３は、たとえばフォトレジストを含み、後に、露光及び現像によって、そのフォトレジスト内にネガ構造５が導入される。

基板１の第１のコーティング３、詳細には、感光性レジスト層、たとえば感光性ワニスによるコーティングは、スピンコーティング、溶射、電着及び／又は感光性レジストフォイルを堆積することによって施与される。ネガ構造５を形成するためのさらに別の可能性は、構造化された印刷プロセス、たとえば、セリグラフィ又はインクジェット印刷によるコーティングである。

図１Ｃは、第１のコーティング３を設けられている基板１の表面２上に、ガラス状の構造を有する層７、詳細には光学活性層を堆積するステップ後の基板を示す。層７は、金属又は蒸着ガラスを含むことが好ましく、その堆積は、ネガ構造５を含む第１のコーティング３でコーティングされた基板１上への電子ビーム蒸着コーティングによって達成される。層７は、覆われていない領域６及び層３を覆う。

本発明の改良形態によれば、層７の堆積は、特に高密度で、欠陥のない層を得るために、プラズマイオン補助堆積法によって達成することもできる。本発明によれば、ＰＶＤプロセス、ＰＩＣＶＤプロセス又は電気めっきプロセスによって、金属層を都合良く施与することもできる。

重量パーセント単位の以下の組成を有する蒸着ガラスが特に有利であることがわかっている。
組成物 重量％
ＳｉＯ_２ ７５〜８５
Ｂ_２Ｏ_３ １０〜１５
Ｎａ_２Ｏ １〜５
Ｌｉ_２Ｏ ０．１〜１
Ｋ_２Ｏ ０．１〜１
Ａｌ_２Ｏ_３ １〜５

このタイプの好ましい蒸着ガラスは、以下の組成を有する、Schott社によって製造されるガラス８３２９である。
ＳｉＯ_２ ８４．１％
Ｂ_２Ｏ_３ １１．０％

Ｎａ_２Ｏ ≒２．０％
Ｋ_２Ｏ ≒０．３％
Ｌｉ_２Ｏ ≒０．３％
（以上３成分、層内⇒３．３％）
Ａｌ_２Ｏ_３ ≒２．６％
（層内＜０．５％）

電気抵抗は約１０^１０Ω／ｃｍ（１００℃）である。さらに、その純粋な形では、このガラスは約１．４７０の屈折率を有する。誘電率εは約４．７（２５℃、１ＭＨｚ）であり、ｔａｎδは約４５×１０^−４（２５℃、１ＭＨｚ）である。本システムの部品の蒸着プロセス及び異なる揮発性が、ターゲット材料と堆積される層との間にわずかに異なる化学量論的組成を生成する。堆積された層の偏差は括弧内に示される。

適当な蒸着ガラスのさらに別の群は、重量パーセント単位で、以下の組成を有する。
組成物 重量％
ＳｉＯ_２ ６５〜７５
Ｂ_２Ｏ_３ ２０〜３０
Ｎａ_２Ｏ ０．１〜１
Ｌｉ_２Ｏ ０．１〜１
Ｋ_２Ｏ ０．５〜５
Ａｌ_２Ｏ_３ ０．５〜５

この群からの好ましい蒸着ガラスは、Schott社によって製造されるガラスＧ０１８−１８９であり、以下の組成を有する。
組成物 重量％
ＳｉＯ_２ ７１
Ｂ_２Ｏ_３ ２６
Ｎａ_２Ｏ ０．５
Ｌｉ_２Ｏ ０．５
Ｋ_２Ｏ １．０
Ａｌ_２Ｏ_３ １．０

特に好まく使用されるガラスは、以下の表に掲載される特性を有する。

上記に与えられたガラスの選択は例示であり、上記のガラスには限定されない。

層７は、ただ１つの供給源に由来する材料によって形成されることが有利である。このため、層７の再現性を大いに達成することができる。さらに、いくつかの供給源を用いることに起因して層の化学量論的組成が意図することなく変更されるのを避けることもできる。

本発明の別の改良形態によれば、層７の堆積は、少なくとも２つの供給源を用いることによっても達成することができる。各供給源の順応性のある被覆によって堆積を操作し、堆積される層７の組成に対する各供給源の組成の割合を制御する。

少なくとも２つの供給源を用いることによって、基板表面に対して垂直な方向に沿って及び／又は基板表面に対して平行な方向に沿って変化する層組成を有する層を有利に製造できるようになる。

この層組成変化は、１つの供給源の動作パラメータを変更することによって又は異なる堆積プロセスを組み合わせることによっても達成することができる。これらのプロセスは、たとえば物理気相成長、特に電子ビーム蒸着又はスパッタリング、化学気相成長又はプラズマ化学気相成長を含む。

このようにして、たとえば、温度係数のような材料特性又は例えば屈折率、すなわちアッベ係数のような光学特性を意図する目的に適合させることができる。

図１Ｄは、第１のコーティング３を露出させる後続のステップ後の基板を示す。その方法のこの変更形態では、そのコーティングは、コーティングされた基板を平坦化することによって露出された。この目的のために、コーティングされた表面は、第１のコーティング上の層７が除去され、その下にある第１のコーティング３が再び露出され、それにより処理できるようになるまで研削された。

図１Ｅは、第１のコーティング３が除去されている後続の製造工程を示す。第１のコーティング３のネガ構造上に層７を蒸着すること、及び第１のコーティング３が露出された後にそれを除去することによって、最終的には、基板上にポジ構造化された層７が残される。ポジ構造化された層７の構造９は、最初に露出していた、すなわち第１のコーティング３によって覆われなかった領域６を覆う。

ネガ構造化された第１のコーティング３の除去は、たとえば、適当な溶媒中で溶解することによって、又はウエット化学エッチング又はドライ化学エッチングによって達成することができる。酸素プラズマ内での灰化又は酸化を用いて、有利にコーティングを除去することもできる。

ポジ構造化された層７は、１つの構造９又はいくつかの構造９を含む。本発明によれば、当該構造９は、互いに対して、異なる材料を含むことができるか、基板表面に対して垂直な方向に沿って及び／又は基板表面に対して平行な方向に沿って異なる組成を含むことができるか、異なる光学特性を含むことができるか、異なる寸法、すなわち異なる直径、幅又は高さ、すなわち厚みを含むことができるか、或いは異なる幾何学構成、すなわち異なる形状を含むことができる。

本発明による方法は、多種多様な異なる特性及び／又は異なる寸法を有する光学素子の製造に適用することができる。

上記構造９、すなわちポジ構造化された層７の構造９は、約０．１μｍ〜最大で１ｍｍの高さ、すなわち厚みと、５００μｍ、２００μｍ、１００μｍ、５０μｍ、２０μｍ及び／又は１０μｍよりも小さなオーダーの直径、すなわち幅とを含む。

別の実施形態では、層７として少なくとも２つの異なる材料を堆積して、ポジ構造化された層７の構造９を形成することもできる。すなわち、ポジ構造化された層７の各構造９は、意図される特性、特に光学特性に応じて異なる材料を含むことができる。

異なる光学特性を含む少なくとも２つのガラスを組み合わせることによって、光学システムの色収差を補正できるようになる。本発明によれば、１つの層内で少なくとも２つの材料を組み合わせることによって、又は異なる層、特に交互に重ね合わせた層、において少なくとも２つの材料を組み合わせることによって、上記組み合わせを達成することができる。

以下の本文は、図２Ａ及び図２Ｂを参照して、図１Ｄ及び図１Ｅを参照して示される製造工程に関する好ましい変形形態を説明する。その方法のこの変更形態では、まず初めに、図１Ａ及び図１Ｂを参照して示されたように、構造化された第１のコーティング３を施与することによって、基板１が準備される。再び、第１のコーティング３は、一般的なリフトオフ技法を適用することができるように形成され、第１の表面２の領域６が覆われないままに残す、ネガ構造５を有する。再び、層７が、このようにして準備された基板の表面上に堆積される。この堆積は、たとえば、蒸着ガラスを蒸着することによって、又は金属を堆積することによって達成される。しかしながら、この場合に、層７の層厚は、層７を完全に封入するほど厚くなるようには選択されない。これは、層７に、第１のコーティング３の層厚未満である層厚を選択することによって達成される。方法のこの段階が図２Ａに示される。

層７が完全な連続した被覆を形成しないということは、第１のコーティング３へのアクセスが保持されることを意味するので、その後、第１のコーティング３は、たとえば、図１Ｃを参照して示される平坦化によって露出されることなく、必要に応じて直接的に除去されることができる。第１のコーティング３上に配置される層７の領域は、第１のコーティング３の除去中にリフトオフされ、それにより除去される。結果として残されるのは、図２Ｂに示されるように、再び、ポジ構造９を有する構造化されたコーティング、すなわち層７である。

本発明によれば、ポジ構造化された層７の製造は、基板１の少なくとも一方の側において、特に基板１の上側２及び／又は基板１の下側４において実行することができる。

特に、精巧な光学素子、すなわち光学活性素子、たとえばフレネルレンズを製造する場合、上記の製造工程はまた、多層構造を製造することができるように、何度も実行することができるので、特に有利である。

上記多層構造を形成する層は、上記の層７と同じ特性を含む。特に、各層は、異なる特性、特に異なる光学特性を有する異なる材料を含むことができる。

図３Ａは、特に好ましい実施形態についての図１Ｂに類似の工程の中間段階を示す。その図面は、フレネルレンズを製造するために用いられるネガ構造５を示しており、領域６が露出しており、領域５１では、たとえばフォトレジストで基板が覆われている。

フレネルレンズを製造するために用いられるネガ構造５は、同心円状の環状の露出した領域（例示のために、図４を参照されたい）によって囲まれる中央の円形の露出した領域を含む。上記環状エリアの露出した領域は、異なる半径、すなわち小さい方の半径ｒ１及び大きい方の半径ｒ２の２つの同心円によって制限されるエリアによって画定され、結果として、幅ｗ＝ｒ２−ｒ１になる。半径を大きく、すなわちｒ１及びｒ２を大きくしていくと、環状エリアの幅ｗ及び２つの隣接する環状エリア間の距離ｄが小さくなっていく。

本発明による方法は、多種多様な異なる寸法を有するフレネルレンズ又はフレネルタイプのレンズを製造することに適用することができる。上記ネガ構造５は、約０．１μｍ〜最大で１０ｍｍの高さを有する。上記中央の円形の露出した領域は、５００μｍ、２００μｍ、１００μｍ、５０μｍ、２０μｍ及び／又は１０μｍよりも小さなオーダーの直径を有する。上記環状エリアの幅ｗ及び環状エリア間の距離ｄは、約５００μｍ、２００μｍ、１００μｍ、５０μｍ、２０μｍ及び／又は１０μｍよりも小さな値を含む。

図３Ｂ及び図３Ｃは、光学素子の実施形態、すなわち光学活性素子を形成するための図２Ａ及び図２Ｂに示されるステップに類似の製造工程を示しており、光学活性層７１が基板全体に施与される。リフトオフプロセスによって、レジスト層領域５１が、その上に配置される光学活性層７１の領域とともにリフトオフされ、ポジ構造を形成する光学活性領域７１が残される。

ポジ構造の幅、すなわち光学活性層７１の寸法は、露出した領域の幅に対応する。光学活性層７１の高さは、ネガ構造５の高さ、すなわち厚みによって制限、すなわち画定され、０．１μｍ〜最大で１ｍｍのオーダーの値を有する。

表面にわたる、図３Ｃに示されるフレネルレンズの構造化が図４に示される。

特に、フレネルレンズを製造するために、上記の製造工程はまた、多層構造を製造することができるように、何度も実行することができるので、特に有利である。これが図５に示されており、図５は、多層フレネルレンズの断面図を示す。この例示的な実施形態では、３つの異なる設計の層、すなわち第１の層７１、第２の層７２及び第３の層７３が施与されている。図５に示されるように、第１の層７１の構造の幅を一番上の層構造、ここでは第３の層７３の構造、まで階段状に小さくすることにより、鋸歯状の形態、すなわちぎざぎざの構造及び／又は凸状の構造を形成することができる。特に、各層の厚みを薄くすること、及び層の数を増やすことの両方によって、明確な鋸歯タイプの形態、すなわち明確なぎざぎざの構造及び／又は明確な凸状の構造を得ることができる。

構造化されたコーティングを製造するために、まず初めに、図１Ａに示されるように、コーティングされるべき基板１の表面２上に第１のコーティング３が施与される。第１のコーティング３は、感光性レジスト層として形成されることが好ましい。

最終的に第１の層７１のポジ構造を生成するための構造化された第１のコーティング３は、スピンコーティングによって選択的に施与される感光性レジスト層を含む。最終的に第２の層７２のポジ構造を生成するための第２の構造化されたコーティングも、溶射によって優先的に施与される感光性レジスト層を含む。さらに別のポジ構造化された層を生成するためのさらに別のコーティングも、溶射によって優先的に施与される。特に、上記第１の層７１、第２の層７２及び／又は第３の層７３は光学活性層を含む。

図６〜図１１は、さらに別の光学素子の実施形態、すなわちフレネルレンズ、すなわちフレネルレンズタイプの光学活性素子の実施形態を示す。図５のフレネルレンズについては、上記の製造工程は、多層構造を製造するために、何度も実行されるので、特に有利である。図６〜図１１に示される多層構造の各層は、特に光学活性層を含む。

図６〜図８に示される例示的な実施形態は、基板１の上側２に配置される第１の層７１、第２の層７２及び第３の層７３を含む３層システムを示す。

図６は、３層システム７１、７２、７３を示しており、各層のポジ構造９１、９２、９３、９４、９５、９６は異なる高さを構成する。詳細には、第１の層７１では、ポジ構造９４の高さはポジ構造９１の高さよりも低く、第２の層７２では、ポジ構造９５の高さはポジ構造９２の高さよりも低く、第３の層７３では、ポジ構造９６の高さはポジ構造９３の高さよりも低い。特に、各層内のポジ構造の高さは、隣接するポジ構造にとって交互になっている。

図７は、層７１、７２、７３が異なる材料からなるシステムを示す。詳細には、第１の層７１は第１の材料からなり、第２の層７２は第２の材料からなる、第３の層７３は第３の材料からなる。

図８は、３層システム７１、７２、７３を例示しており、層７１、７２、７３及びポジ構造９１、９２、９３、９８、９９、１００が異なる材料からなり、特に、ポジ構造９１、９２、９３、９８、９９、１００の材料は互い違いになっている。詳細には、ポジ構造９１、９２、９３は、各層７１、７２、７３において同じ第１の材料からなり、ポジ構造９８、９９、１００は、各層７１、７２、７３において同じ第２の材料からなる。

フレネルレンズ、すなわち図８に示されるフレネルレンズタイプを表面にわたって構造化することが図９に示される。

さらに、図１０及び図１１に示される実施形態は、例示的な多層システム、特に３層システムを示しており、基板１の上側２に配置される第１の上側層２７１、第２の上側層２７２及び第３の上側層２７３と、基板１の下側４に配置される第１の下側層４７１、第２の下側層４７２及び第３の下側層４７３とからなる。

図１０は、基板１の上側にある層システムが図８に示される層システムに従って形成され、第１の材料及び第２の材料からなるシステムを示す。特に、ポジ構造２９１、２９２、２９３、２９８、２９９、３００の材料が交互になっている。詳細には、ポジ構造２９１、２９２、２９３は、各層２７１、２７２、２７３において同じ第１の材料からなり、ポジ構造２９８、２９９、３００は、各層２７１、２７２、２７３において同じ第２の材料からなる。基板１の下側４にある３層システムは、異なる材料のポジ構造４９１、４９２、４９３、４９８、４９９、５００からなり、特に、ポジ構造４９１、４９２、４９３、４９８、４９９、５００の材料は交互になっている。詳細には、ポジ構造４９１、４９２、４９３は、各層４７１、４７２、４７３において同じ第３の材料からなり、ポジ構造４９８、４９９、５００は、各層４７１、４７２、４７３において同じ第４の材料からなる。

図１１は、基板１の上側にある３層システム２７１、２７２、２７３を示しており、各層のポジ構造２９１、２９２、２９３、３０１、３０２、３０３は異なる高さ及び材料からなる。

ポジ構造２９１、２９２、２９３は第１の材料からなり、ポジ構造３０１、３０２、３０３は第２の材料からなる。より詳細には、第１の層２７１では、ポジ構造２９１の高さはポジ構造３０１の高さよりも高く、第２の層２７２では、ポジ構造２９２の高さはポジ構造３０２の高さよりも高く、第３の層２７３では、ポジ構造２９３の高さはポジ構造３０３の高さよりも高い。詳細には、各層内のポジ構造の高さは、隣接するポジ構造に対して交互になっている。基板の下側４にある層システムは、図１０に示される下側４にある層システムに従って形成される。

図１２〜図１５は、上記の方法を適用することによって達成することができる精度を示す、本発明による方法によって製造することができるフレネルレンズのさらに別の好ましい実施形態の平面図を示す。

少なくとも１つの光学活性素子、たとえばフレネルレンズ及び／又はフレネルレンズタイプを基板上に配置することができる。これが図１２及び図１３に示されており、いくつかのフレネルレンズが基板上に配置されており、すなわち、当該基板上に同時に製造され、たとえばウェーハとして配設される。

それゆえ、本発明の応用形態は、回折光学素子を製造するための方法の応用形態である。

本発明の方法は、半導体、ガラス、セラミック及びプラスチック基板に、ガラス及び金属層を構造化して施与することである。

層の構造化は、レジスト層フォトリソグラフィによって達成することができる。

絶縁性ガラス層は、適当なガラスシステムの熱蒸着又は電子ビーム蒸着によって実現されることが好ましい。

上記の方法の１つの利点は、室温から最大で１５０℃までの温度において絶縁性ガラス層を施与することであり、その温度範囲では、基板又は先行して施与される金属構造に損傷を与える可能性が小さい。

このようにして光学特性及び熱機械特性とともに好ましく用いられるガラスの蒸着パラメータを適当に選択することによって、０．１μｍ〜最大で１ｍｍの厚みで、構造化されたガラス層を施与できるようになる。

電子ビームを用いる蒸着プロセスは、長年にわたって既知であるが、これまでは、主にプラスチック／ガラス眼鏡の機械的及び光学的な表面処理のために用いられてきた。

Schott Glas社は、約３０年にもわたって、この目的を果たすために必要とされるガラスターゲットを供給している。

最大で４μｍ／分の高い蒸着速度が、既知の蒸着ガラス８３２９（脱ガスデュラン（degassed Duran））のデータシートから既知であり、スパッタリング装置の顧客／製造業者での技術的な調査によって確認されている。

これは、既知のスパッタリング速度よりも何倍も速く、かなり有益である上記の応用形態に対してこの方法を利用する。

これまでに用いられてきた単一成分系（好ましくはＳｉＯ_２）から形成されるスパッタ層は、数ナノメートル／分のスパッタリング速度を有する。

速い堆積速度に加えて、その蒸着の別の利点は、構造の熱応力が小さいことであり、それにより、フォトレジストを用いて、第１のコーティングを形成できるようになる。

基板に対して、構造化されたガラス層を施与する場合に、以下のパラメータが非常に好ましい。
基板の表面粗さ：＜５０μｍ
蒸着中のバイアス温度：≒１００℃
蒸着中の圧力：１０^−３Ｐａ（１０^−５ｍｂａｒ）
蒸着ガラス及び基板のＣＴＥが一致する

そのガラスは、対応する光学特性データを有するべきである。

現時点での知識によれば、シリコンウェーハ又はガラス（例えば、Ｂｏｒｏｆｌｏａｔ（登録商標）３３）のような基板に関しては、これらの全ての要件は、既知のSCHOTT社製蒸着ガラス（８３２９、Ｇ０１８〜１８９）（データシートを参照）によって満たされ、そのガラスは、適当な施与プロセス（たとえば、電子ビーム蒸着）によって、上記の基板に施与することができる。

さらに別の適当な蒸着ガラスを用いることによって、そのプロセスを他の基板に拡張することができ、さらに有機半導体及び無機半導体にも拡張することができる。

本明細書に開示される発明の概念から逸脱することなく、上記の方法及び装置の変更及び変形が可能であることは当業者には明らかであろう。

基板の構造化されたコーティングに関連する製造工程を示すための概略的な断面図である。 基板の構造化されたコーティングに関連する製造工程を示すための概略的な断面図である。 基板の構造化されたコーティングに関連する製造工程を示すための概略的な断面図である。 基板の構造化されたコーティングに関連する製造工程を示すための概略的な断面図である。 基板の構造化されたコーティングに関連する製造工程を示すための概略的な断面図である。 図１Ｃ〜図１Ｅを参照して示される製造工程に対する変形形態を示す図である。 図１Ｃ〜図１Ｅを参照して示される製造工程に対する変形形態を示す図である。 基板の構造化されたコーティングに関連する製造工程の好都合な実施形態を示すための概略的な断面図である。 基板の構造化されたコーティングに関連する製造工程の有利な実施形態を示すための概略的な断面図である。 基板の構造化されたコーティングに関連する製造工程の有利なな実施形態を示すための概略的な断面図である。 本発明による部品の有利な実施形態の概略的な平面図である。 複数の層をコーティングされている基板の一実施形態を示す図である。 異なる高さを有する複数の層をコーティングされている基板の一実施形態を示す図である。 層毎に異なる材料、特に交互に別の材料を含む複数の層をコーティングされている基板の一実施形態を示す図である。 構造毎に異なる材料、特に交互に別の材料から成るポジ構造化を含む複数の層をコーティングされている基板の一実施形態を示す図である。 図８の概略的な平面図である。 基板の上側及び下側に複数の層をコーティングされている基板のさらに別の実施形態を示す図である。 基板の上側及び下側に複数の層をコーティングされている基板のさらに別の実施形態を示す図である。 本発明による部品のさらに別の有利な実施形態の概略的な平面図である。 本発明による部品のさらに別の有利な実施形態の概略的な平面図である。 本発明による部品のさらに別の有利な実施形態の概略的な平面図である。 本発明による部品のさらに別の有利な実施形態の概略的な平面図である。

Claims (38)

1. 基板に光学活性構造を施与するための方法であって、
   基板に感光性レジスト層をコーティングするステップ、
   施与された層をフォトリソグラフィによって構造化するステップ、
   予め構造化された基板に、電子ビームＰＶＤ（電子ビーム物理気相成長）によって、少なくともガラス及び金属から成る群より選択される材料を含む光学活性層をコーティングするステップ、および
   レジスト層をリフトオフするステップ
   を有する、フォトリソグラフィマスクを用いて構造化することを含む、基板に光学活性構造を施与するための方法。
2. 前記基板にコーティングするステップが、スピンコーティング、溶射、電着及び／又は少なくとも１つの感光性レジストフォイルを堆積することによって実行される、請求項１に記載の方法。
3. 前記光学活性構造が、前記基板の下側及び／又は該基板の上側に施与される、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記レジスト層をリフトオフするステップが、該レジスト層に施与されている少なくとも１つの層もリフトオフされるようにして実行される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記コーティングするステップが、電子ビームＰＩＡＤプロセスによって、予め構造化された基板に光学活性層をコーティングすることを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記フォトリソグラフィによって構造化するステップが、マスク露光と、後続の現像とを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記基板に感光性レジスト層をコーティングすること、
   前記施与された層をフォトリソグラフィによって構造化すること、
   前記予め構造化された基板に、電子ビームＰＶＤ（電子ビーム物理気相成長）によって、少なくともガラス及び金属から成る群より選択される材料を含む光学活性層をコーティングすること、並びに
   前記レジスト層をリフトオフすること
   を一度だけ繰り返すことを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記光学活性層が、基板表面に対して垂直な方向に沿っておよび／または該基板表面に対して平行な方向に沿って変化する層組成を含むように施与される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記基板に感光性レジスト層をコーティングすること、
   前記施与された層をフォトリソグラフィによって構造化すること、
   前記予め構造化された基板に、電子ビームＰＶＤ（電子ビーム物理気相成長）によって、少なくともガラス及び金属から成る群より選択される材料を含む光学活性層をコーティングすること、並びに
   前記レジスト層をリフトオフすること
   を何度も繰り返すことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記予め構造化された基板の光学活性層のコーティングが、各層において同じ材料又は異なる材料を含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記光学活性層が、基板表面に対して垂直な方向に沿っておよび／または該基板表面に対して平行な方向に沿って変化する層組成を含むように施与される、請求項９又は１０に記載の方法。
12. 前記光学活性層が、ガラスから作られるコーティング材料を用いてＰＶＤプロセスを用いて製造される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記光学活性層が、前記ＰＶＤプロセスにおいて電子ビーム蒸着を使用して施与される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記光学活性層が、前記ＰＩＡＤプロセスにおいて電子ビーム蒸着を使用して施与される、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 基板と、該基板上に設けられる少なくとも１つの第１の光学活性層とを含む光学活性素子であって、前記第１の層はガラス又は金属から選択される少なくとも１つの材料から形成され、光学活性構造、好ましくは合焦構造を有する、光学活性素子。
16. 前記第１の光学活性層が、前記基板の下側及び／又は該基板の上側に施与される、請求項１５に記載の光学活性素子。
17. 前記第１の光学活性層が約０．１μｍ〜最大で１ｍｍの厚みを有する、請求項１５又は１６に記載の光学活性素子。
18. 前記第１の光学活性層が、約５０μｍより小さい、好ましくは２０μｍより小さい、特に好ましくは１０μｍより小さい幅を有する、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の光学活性素子。
19. 前記第１の光学活性層が、前記基板表面に対して垂直な方向に沿って及び／又は該基板表面に対して平行な方向に沿って変化する材料組成を含む、請求項１５〜１８のいずれか一項に記載の光学活性素子。
20. 前記光学活性構造が、フォトリソグラフィマスクを用いて構造化することを含む方法を用いて製造され、該方法が、
    前記基板に感光性レジスト層をコーティングするステップ、
    前記施与された層をフォトリソグラフィによって構造化するステップ、
    前記予め構造化された基板に、電子ビームＰＶＤ（電子ビーム物理気相成長）によって、少なくともガラス及び金属から成る群より選択される材料を含む光学活性層をコーティングするステップ、および
    前記レジスト層をリフトオフするステップ
    を有する、請求項１５〜１９のいずれか一項に記載の光学活性素子。
21. 前記基板のコーティングが、スピンコーティング、溶射、電着及び／又は少なくとも１つの感光性レジストフォイルを堆積することによって施与される、請求項１５〜２０のいずれか一項に記載の光学活性素子。
22. 前記レジスト層のリフトオフが、前記レジスト層に施与されている少なくとも１つの層もリフトオフされるようにして実行される、請求項２０又は２１に記載の光学活性素子。
23. 前記予め構造化された基板の光学活性層のコーティングが、電子ビームＰＩＡＤプロセスによって施与れる、請求項２０〜２２のいずれか一項に記載の光学活性素子。
24. 前記フォトリソグラフィによって構造化することは、マスク露光と、後続の現像とを含む、請求項２０〜２３のいずれか一項に記載の光学活性素子。
25. 前記基板に感光性レジスト層をコーティングすること、
    前記施与された層をフォトリソグラフィによって構造化すること、
    前記予め構造化された基板に、電子ビームＰＶＤ（電子ビーム物理気相成長）によって、少なくともガラス及び金属から成る群より選択される材料を含む光学活性層をコーティングすること、並びに
    前記レジスト層をリフトオフすること
    を一度だけ繰り返すことによって製造される、請求項１５〜２４のいずれか一項に記載の光学活性素子。
26. 前記基板に感光性レジスト層をコーティングすること、
    前記施与された層をフォトリソグラフィによって構造化すること、
    前記予め構造化された基板に、電子ビームＰＶＤ（電子ビーム物理気相成長）によって、少なくともガラス及び金属から成る群より選択される材料を含む光学活性層をコーティングすること、並びに
    前記レジスト層をリフトオフすること
    を何度も繰り返すことによって製造される、請求項１５〜２４のいずれか一項に記載の光学活性素子。
27. 前記光学活性素子が、いくつかの光学活性層の配列を設けられる、請求項１５〜２４、および２６のいずれか一項に記載の光学活性素子。
28. 前記いくつかの光学活性層のアレイが、各光学活性層において同じ材料又は異なる材料を含む、請求項１５〜２７のいずれか一項に記載の光学活性素子。
29. 前記光学活性層が、ガラスから作られるコーティング材料を用いてＰＶＤプロセスを用いて製造される、請求項１５〜２８のいずれか一項に記載の光学活性素子。
30. 前記光学活性層が、前記ＰＶＤ工程において電子ビーム蒸着の助けを借りて施与される、請求項１５〜２９のいずれか一項に記載の光学活性素子。
31. 前記光学活性層が、前記ＰＩＡＤプロセスにおいて電子ビーム蒸着を使用して施与される、請求項１５〜３０のいずれか一項に記載の光学活性素子。
32. 前記光学活性素子がフレネルレンズである、先行する請求項のいずれか一項に記載の光学活性素子。
33. ガラスから形成される光学活性構造、好ましくは合焦構造を有する部品であって、該構造が請求項１の特徴を有する方法によって製造される、部品。
34. 金属から形成される光学活性構造、好ましくは合焦構造を有する部品であって、該構造が請求項１の特徴を有する方法によって製造される、部品。
35. ガラス及び金属から形成される光学活性構造、好ましくは合焦構造を有する部品であって、該構造が請求項１の特徴を有する方法によって製造される、部品。
36. ガラス及び／又は金属から形成される光学活性構造、好ましくは合焦構造を有する部品であって、該構造が請求項１の特徴を有する方法によって製造される、部品。
37. 前記部品がフレネルレンズである、請求項３３〜３６のいずれか一項に記載の部品。
38. 基板と、請求項１に記載の方法を用いて製造される光学活性構造、好ましくは合焦構造とを有するハイブリッドレンズ。

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