JP2021184021A - Manufacturing method of optical element - Google Patents

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Abstract

To provide a method of manufacturing an optical element with high accuracy and high productivity.SOLUTION: A manufacturing method of an optical element includes: preparing an original plate 10 having a first rugged shape 12 formed on a first surface 11; forming a first sacrificial layer 22 containing resin on a second surface 21 of an intermediate product 20; bringing the first surface of the original plate into contact with the first sacrificial layer and transferring the first rugged shape onto the first sacrificial layer; performing first etching of using the first sacrificial layer as etching mask to etch the second surface, and transferring a second rugged shape based on the first rugged shape formed on the first sacrificial layer onto the second surface; forming a second sacrificial layer containing resin on a third surface of an optical element substrate; bringing the second surface of the intermediate product into contact with the second sacrificial layer and transferring the second rugged shape onto the second sacrificial layer; and performing second etching of using the second sacrificial layer as etching mask to etch the third surface, and transferring a third rugged shape based on the second rugged shape formed on the second sacrificial layer to the third surface.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光学素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an optical element.

面内に複数のマイクロレンズが配置された光学素子を製造する方法として、基板の表面を所定の凹凸形状にエッチングしてマスターを作り、その凹凸形状に基づいて電鋳により金型を形成し、金型から光学素子を製造する方法が知られている(特許文献1)。 As a method of manufacturing an optical element in which a plurality of microlenses are arranged in a plane, a master is made by etching the surface of a substrate into a predetermined uneven shape, and a mold is formed by electrocasting based on the uneven shape. A method of manufacturing an optical element from a mold is known (Patent Document 1).

特開2009−132010号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-132010

第1の態様によると、光学素子の製造方法は、第1面に第1凹凸形状が形成されている原版を用意すること、中間体の第2面に樹脂を含む第1犠牲層を形成すること、前記原版の前記第1面を前記中間体の前記第2面上の前記第1犠牲層に接触させ、前記第1犠牲層に前記第1凹凸形状を転写すること、前記第1犠牲層をエッチングマスクとして前記第2面をエッチングして、前記第1犠牲層に形成されている前記第1凹凸形状に基づく第2凹凸形状を前記第2面に転写する転写する第1エッチング処理を行うこと、光学素子基材の第3面に樹脂を含む第2犠牲層を形成すること、前記中間体の前記第2面を前記光学素子基材の前記第3面上の前記第2犠牲層に接触させ、前記第2犠牲層に前記第2凹凸形状を転写すること、前記第2犠牲層をエッチングマスクとして前記第3面をエッチングして、前記第2犠牲層に形成されている前記第2凹凸形状に基づく第3凹凸形状を前記第3面に転写する第2エッチング処理を行うこと、を備える。 According to the first aspect, the method for manufacturing an optical element is to prepare an original plate having a first uneven shape formed on a first surface, and to form a first sacrificial layer containing a resin on the second surface of an intermediate. That is, the first surface of the original plate is brought into contact with the first sacrificial layer on the second surface of the intermediate, and the first uneven shape is transferred to the first sacrificial layer. Is used as an etching mask to etch the second surface, and a first etching process is performed in which the second uneven shape based on the first uneven shape formed on the first sacrificial layer is transferred to the second surface. That is, a second sacrificial layer containing a resin is formed on the third surface of the optical element base material, and the second surface of the intermediate is used as the second sacrificial layer on the third surface of the optical element base material. The second uneven shape is transferred to the second sacrificial layer by contacting the second sacrificial layer, and the third surface is etched using the second sacrificial layer as an etching mask to form the second sacrificial layer. The present invention comprises performing a second etching process of transferring the third uneven shape based on the uneven shape to the third surface.

第1実施形態の光学素子の製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of the optical element of 1st Embodiment. 図1に続く、第1実施形態の光学素子の製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of the optical element of 1st Embodiment following FIG. 図2に続く、第1実施形態の光学素子の製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of the optical element of 1st Embodiment following FIG. 図3に続く、第1実施形態の光学素子の製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of the optical element of 1st Embodiment following FIG.

(第1実施形態の光学素子の製造方法)
以下、図1から図4までを参照して、第1実施形態の光学素子の製造方法について説明する。
図1から図4の各図に矢印で示したX方向、Y方向、およびZ方向は、その矢印の指し示す方向を+方向とする。X方向、Y方向、およびZ方向は、相互に直交する方向である。
(Manufacturing method of optical element of the first embodiment)
Hereinafter, a method for manufacturing an optical element according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
In the X, Y, and Z directions indicated by the arrows in each of FIGS. 1 to 4, the direction indicated by the arrow is the + direction. The X, Y, and Z directions are orthogonal to each other.

(工程1)
図1(a)に示したように、第1面11に第1凹凸形状12が形成されている原版10を用意する。第1面11は、平板状の原版10のどちら側の平面であっても良いが、図1(a)においては、第1面11は原版10の下側(−Z側)の面であるとしている。
(Step 1)
As shown in FIG. 1 (a), the original plate 10 in which the first uneven shape 12 is formed on the first surface 11 is prepared. The first surface 11 may be a flat surface on either side of the flat plate-shaped original plate 10, but in FIG. 1A, the first surface 11 is a lower surface (−Z side) of the original plate 10. It is supposed to be.

原版10として、一例として石英ガラスから成る基板を使用する。
原版10の第1面11への第1凹凸形状12の形成は、従来用いられているリソグラフィによる方法、機械的な加工による方法等の、任意の方法を用いて行えば良い。
As the original plate 10, a substrate made of quartz glass is used as an example.
The first uneven shape 12 may be formed on the first surface 11 of the original plate 10 by any method such as a conventionally used method by lithography or a method by mechanical processing.

第1凹凸形状12は、一例として、凸曲面または凹曲面の形状を表面に有し、−Z方向から見て長方形の単位領域がXY面内に2次元的に配置されている形状である。あるいは、第1凹凸形状12は、それぞれがX方向(またはY方向)に延在する凸または凹のシリンドリカルレンズ形状を有し、−Z方向から見て長方形の単位領域がY方向(またはY方向)に1次元的に配置されている形状であっても良い。 As an example, the first uneven shape 12 has a convex curved surface or a concave curved surface shape on the surface, and a rectangular unit region viewed from the −Z direction is two-dimensionally arranged in the XY plane. Alternatively, the first concave-convex shape 12 each has a convex or concave cylindrical lens shape extending in the X direction (or Y direction), and the rectangular unit region seen from the −Z direction is in the Y direction (or Y direction). ) May be a shape that is arranged one-dimensionally.

第1凹凸形状12におけるZ方向位置(高さ)最大値と最小値との差を、以下では第1高低差D1と呼ぶ。第1高低差D1は、一例として1〜100μm程度である。
また、上述した1次元または2次元に配列される単位領域のX方向またはY方向の配列の周期は、一例として0.02〜2mm程度である。
The difference between the maximum value and the minimum value of the position (height) in the Z direction in the first uneven shape 12 is hereinafter referred to as the first height difference D1. The first height difference D1 is, for example, about 1 to 100 μm.
Further, the period of the X-direction or Y-direction arrangement of the unit regions arranged in the above-mentioned one-dimensional or two-dimensional manner is, for example, about 0.02 to 2 mm.

(工程2)
図1(b)に示したように、一例として平板状の中間体20を用意し、中間体20の一方の面(+Z方向の面)である第2面21に樹脂を含む材料から成る第1犠牲層22を形成する。中間体20として、一例として石英ガラスから成る基板を使用する。
(Step 2)
As shown in FIG. 1 (b), a flat plate-shaped intermediate 20 is prepared as an example, and a second surface 21 which is one surface (the surface in the + Z direction) of the intermediate 20 is made of a material containing resin. 1 Form the sacrificial layer 22. As the intermediate 20, a substrate made of quartz glass is used as an example.

第1犠牲層22としては、熱可塑性樹脂を使用しても良く、紫外線硬化樹脂を使用しても良い。第1犠牲層22の厚さは、原版10上に形成されている第1凹凸形状12の第1高低差D1程度の厚さとする。 As the first sacrificial layer 22, a thermoplastic resin may be used, or an ultraviolet curable resin may be used. The thickness of the first sacrificial layer 22 is set to a thickness of about the first height difference D1 of the first uneven shape 12 formed on the original plate 10.

(工程3)
図1(c)に示したように、第1凹凸形状12が形成されている原版10の第1面11と、中間体20の第2面21上に形成されている第1犠牲層22とを、対向して配置する。
そして、図2(a)に示したように、原版10の第1面11を中間体20の第2面21上の第1犠牲層22に接触させ、第1犠牲層22に第1凹凸形状12を転写させる。
(Step 3)
As shown in FIG. 1 (c), the first surface 11 of the original plate 10 on which the first uneven shape 12 is formed and the first sacrificial layer 22 formed on the second surface 21 of the intermediate 20. Are placed facing each other.
Then, as shown in FIG. 2A, the first surface 11 of the original plate 10 is brought into contact with the first sacrificial layer 22 on the second surface 21 of the intermediate 20, and the first uneven shape is formed on the first sacrificial layer 22. Twelve is transcribed.

第1犠牲層22として、熱可塑性樹脂を用いる場合には、ガラス転移温度以上の温度で加熱し成形する。その後、室温まで冷却し、離形する。
第1犠牲層22として紫外線硬化樹脂を用いる場合には、原版10と中間体20とを接触させた状態で、原版10または中間体20を介して第1犠牲層22に紫外線を照射して、第1犠牲層22を硬化させても良い。
When a thermoplastic resin is used as the first sacrificial layer 22, it is heated and molded at a temperature equal to or higher than the glass transition temperature. After that, it is cooled to room temperature and released from the mold.
When an ultraviolet curable resin is used as the first sacrificial layer 22, the first sacrificial layer 22 is irradiated with ultraviolet rays through the original plate 10 or the intermediate 20 in a state where the original plate 10 and the intermediate 20 are in contact with each other. The first sacrificial layer 22 may be cured.

(工程4)
図2(b)に示したように、第1凹凸形状12が転写された第1犠牲層22を有する中間体20から、原版10を剥離する。図2(b)には、第1犠牲層22を有する中間体20のみを示している。中間体20の第2面21には、その表面に第1凹凸形状12が転写された第1犠牲層22が形成されている。
(Step 4)
As shown in FIG. 2B, the original plate 10 is peeled off from the intermediate 20 having the first sacrificial layer 22 to which the first uneven shape 12 is transferred. FIG. 2B shows only the intermediate 20 having the first sacrificial layer 22. On the second surface 21 of the intermediate 20, a first sacrificial layer 22 to which the first uneven shape 12 is transferred is formed on the surface thereof.

(工程5)
図2(b)に示した上述の第1犠牲層22が形成されている中間体20の第2面21に対し、第1犠牲層22をエッチングマスクとして、第1エッチング処理を行う。この結果、中間体20の第2面21には第2凹凸形状23が形成される。第2凹凸形状23におけるZ方向位置(高さ)最大値と最小値との差を、以下では第2高低差D2と呼ぶ。
(Step 5)
The first etching process is performed on the second surface 21 of the intermediate 20 on which the above-mentioned first sacrificial layer 22 shown in FIG. 2B is formed, using the first sacrificial layer 22 as an etching mask. As a result, the second uneven shape 23 is formed on the second surface 21 of the intermediate body 20. The difference between the maximum value and the minimum value of the position (height) in the Z direction in the second uneven shape 23 is hereinafter referred to as the second height difference D2.

第1エッチング処理は、一例として、CF4、CHF3等のフッ化炭素系のエッチングガスを用いた反応性イオンエッチングにより行う。また、反応性イオンの供給源として誘導結合プラズマを用いることにより、反応性イオンの濃度またはエネルギー密度を高め、エッチング速度を向上させても良い。 The first etching process is performed, for example, by reactive ion etching using a fluorocarbon-based etching gas such as CF4 or CHF3. Further, by using inductively coupled plasma as a source of reactive ions, the concentration or energy density of the reactive ions may be increased to improve the etching rate.

第1犠牲層22は樹脂を含み、炭素および水素を主成分とする層であるのに対し、中間体20は一例として石英ガラスであり、珪素と酸素を主成分とする材料から成る。従って、反応性イオン、ラジカルの組成比を変更することにより、第1犠牲層22と中間体20とのエッチングレートの比(選択比)を変えることができる。例えば、フッ化炭素系のエッチングガスに混入させる酸素または水素の濃度を変更することにより、第1犠牲層22と中間体20との選択比を変更できる。 The first sacrificial layer 22 is a layer containing a resin and containing carbon and hydrogen as main components, whereas the intermediate 20 is quartz glass as an example and is made of a material containing silicon and oxygen as main components. Therefore, by changing the composition ratio of the reactive ions and radicals, the ratio (selection ratio) of the etching rates of the first sacrificial layer 22 and the intermediate 20 can be changed. For example, the selection ratio between the first sacrificial layer 22 and the intermediate 20 can be changed by changing the concentration of oxygen or hydrogen mixed in the fluorocarbon-based etching gas.

第1実施系形態においては、第1エッチング処理において、一例として第1犠牲層22へのエッチングレートに対する中間体20へのエッチングレートを高める。これにより、第2面21の第2凹凸形状23の第2高低差D2を、原版10の第1面11に形成されている第1凹凸形状12の第1高低差D1よりも、第2面21の法線方向であるZ方向に拡大させることができる。第2高低差D2の第1高低差D1に対する拡大率は、一例として1倍から2倍程度である。 In the first embodiment, in the first etching process, as an example, the etching rate to the intermediate 20 is increased with respect to the etching rate to the first sacrificial layer 22. As a result, the second height difference D2 of the second uneven shape 23 of the second surface 21 is larger than the first height difference D1 of the first uneven shape 12 formed on the first surface 11 of the original plate 10. It can be expanded in the Z direction, which is the normal direction of 21. The enlargement ratio of the second height difference D2 with respect to the first height difference D1 is, for example, about 1 to 2 times.

第1エッチング処理の終了後、第2面21に残存している第1犠牲層22を、必要に応じてアッシング処理またはウェット洗浄により除去する。 After the completion of the first etching treatment, the first sacrificial layer 22 remaining on the second surface 21 is removed by an ashing treatment or a wet cleaning, if necessary.

(工程6)
図3(a)に示したように、一例として平板状の光学素子基材30を用意し、光学素子基材30の一方の面(−Z方向の面)である第3面31に樹脂を含む材料から成る第2犠牲層32を形成する。光学素子基材30として、一例として石英ガラスから成る基板を使用する。第2犠牲層32としては、上述の第1犠牲層22と同様な材料を使用する。
(Step 6)
As shown in FIG. 3A, a flat plate-shaped optical element base material 30 is prepared as an example, and a resin is applied to a third surface 31 which is one surface (the surface in the −Z direction) of the optical element base material 30. A second sacrificial layer 32 made of the containing material is formed. As the optical element base material 30, a substrate made of quartz glass is used as an example. As the second sacrificial layer 32, the same material as the first sacrificial layer 22 described above is used.

(工程7)
図3(a)に示したように、工程5において第2面21に第2凹凸形状23が形成された中間体20を、その第2面21を光学素子基材30の第3面31上の第2犠牲層32と対向させて配置する。
そして、図3(b)に示したように、中間体20の第2面21を光学素子基材30の第3面31上の第2犠牲層32に接触させ、第2犠牲層32に第2凹凸形状23を転写させる。第2凹凸形状23の第2犠牲層32への転写は、上述した第1凹凸形状12の第1犠牲層22への転写と同様にして行えば良い。
(Step 7)
As shown in FIG. 3A, in step 5, the intermediate body 20 having the second uneven shape 23 formed on the second surface 21 is placed on the third surface 31 of the optical element base material 30 on the second surface 21. It is arranged so as to face the second sacrificial layer 32 of the above.
Then, as shown in FIG. 3B, the second surface 21 of the intermediate 20 is brought into contact with the second sacrificial layer 32 on the third surface 31 of the optical element base material 30, and the second sacrificial layer 32 is brought into contact with the second sacrificial layer 32. 2 Transfer the uneven shape 23. The transfer of the second uneven shape 23 to the second sacrificial layer 32 may be performed in the same manner as the transfer of the first uneven shape 12 to the first sacrificial layer 22 described above.

なお、図3(a)および図3(b)においては、中間体20を図1(b)から図2(c)までに示した向きに対して、Y方向を回転軸として180°回転させた向きに示している。これに合わせて、図3(a)、図3(b)および以降の各図においては、図中におけるX方向、Y方向、およびZ方向の向きを、図1(a)から図2(c)までとは異ならせている。 In FIGS. 3 (a) and 3 (b), the intermediate 20 is rotated by 180 ° with the Y direction as the rotation axis with respect to the directions shown in FIGS. 1 (b) to 2 (c). It is shown in the correct direction. In line with this, in FIGS. 3 (a), 3 (b) and the following drawings, the directions of the X direction, the Y direction, and the Z direction in the drawings are changed from FIGS. 1 (a) to 2 (c). ) Is different.

(工程8)
図4(a)に示したように、第2凹凸形状23が転写された第2犠牲層32を有する光学素子基材30から、中間体20を剥離する。図4(a)には、第2犠牲層32を有する光学素子基材30のみを示している。光学素子基材30の第3面31には、その表面に第2凹凸形状23が転写された第2犠牲層32が形成されている。
(Step 8)
As shown in FIG. 4A, the intermediate 20 is peeled off from the optical element base material 30 having the second sacrificial layer 32 to which the second uneven shape 23 is transferred. FIG. 4A shows only the optical element base material 30 having the second sacrificial layer 32. On the third surface 31 of the optical element base material 30, a second sacrificial layer 32 to which the second uneven shape 23 is transferred is formed on the surface thereof.

(工程9)
図4(a)に示した上述の第2犠牲層32が形成されている光学素子基材30の第3面31に対し、第2犠牲層32をエッチングマスクとして、第2エッチング処理を行う。この結果、光学素子基材30の第3面31には第3凹凸形状33が形成される。第3凹凸形状33におけるZ方向位置(高さ)最大値と最小値との差を、以下では第3高低差D3と呼ぶ。
(Step 9)
A second etching process is performed on the third surface 31 of the optical element base material 30 on which the above-mentioned second sacrificial layer 32 shown in FIG. 4A is formed, using the second sacrificial layer 32 as an etching mask. As a result, the third uneven shape 33 is formed on the third surface 31 of the optical element base material 30. The difference between the maximum value and the minimum value of the position (height) in the Z direction in the third uneven shape 33 is hereinafter referred to as the third height difference D3.

第2エッチング処理としては、上述の第1エッチング処理と同様な処理を行えばよい。第1実施形態においては、一例として第2犠牲層32へのエッチングレートに対する光学素子基材30へのエッチングレートを高める。これにより、第3面31の第3凹凸形状の第3高低差D3を、中間体20の第2面21に形成されている第2凹凸形状23の第2高低差D2よりも、第3面31の法線方向であるZ方向に拡大させる。 As the second etching process, the same process as the above-mentioned first etching process may be performed. In the first embodiment, as an example, the etching rate to the optical element base material 30 is increased with respect to the etching rate to the second sacrificial layer 32. As a result, the third height difference D3 of the third uneven shape of the third surface 31 is more than the second height difference D2 of the second uneven shape 23 formed on the second surface 21 of the intermediate body 20. It is enlarged in the Z direction, which is the normal direction of 31.

第3高低差D3の第2高低差D2に対する拡大率は、一例として1倍から2倍程度である。従って、光学素子基材30の第3面31に形成される第3凹凸形状33の第3高低差D3は、原版10の第1面11に形成されている第1凹凸形状12の第1高低差D1の1倍から4倍程度となる。 The enlargement ratio of the third height difference D3 with respect to the second height difference D2 is, for example, about 1 to 2 times. Therefore, the third height difference D3 of the third uneven shape 33 formed on the third surface 31 of the optical element base material 30 is the first height difference D3 of the first uneven shape 12 formed on the first surface 11 of the original plate 10. The difference is about 1 to 4 times the difference D1.

第2エッチング処理の終了後、第3面31に残存している第2犠牲層32を、必要に応じてアッシング処理またはウェット洗浄により除去する。
以上の工程により、光学素子基材30には、その第3面31に、原版10の第1面11に形成されている凹凸形状が転写され、光学素子40として完成する。
After the completion of the second etching treatment, the second sacrificial layer 32 remaining on the third surface 31 is removed by an ashing treatment or a wet washing, if necessary.
By the above steps, the uneven shape formed on the first surface 11 of the original plate 10 is transferred to the third surface 31 of the optical element base material 30, and the optical element 40 is completed.

光学素子40の第3面31に形成された凹凸形状は、一例として、上述した第1凹凸形状12の形状と同様に、表面に凸または凹の形状を有する−Z方向から見て長方形の単位領域が、XY面内に2次元的に配置されている形状であっても良い。すなわち、光学素子40は、一例としてマイクロレンズであっても良い。 As an example, the uneven shape formed on the third surface 31 of the optical element 40 has a convex or concave shape on the surface like the shape of the first uneven shape 12 described above, and is a rectangular unit when viewed from the −Z direction. The region may have a shape that is two-dimensionally arranged in the XY plane. That is, the optical element 40 may be a microlens as an example.

(各種の変形例)
上述した第1実施形態においては、原版10、中間体20および光学素子基材30のいずれについても、石英ガラスから成る材料を使用するものとしたが、これらの材料は石英ガラスに限られるわけではない。例えば、原版10については、低膨張ガラスやニッケル等の金属を用いても良い、また、中間体20については、低膨張ガラスや通常のアルカリガラス等のガラスを用いても良い。光学素子基材30についても、用途に応じて適当なガラスを用いても良い。
(Various variants)
In the first embodiment described above, a material made of quartz glass is used for all of the original plate 10, the intermediate 20, and the optical element base material 30, but these materials are not limited to quartz glass. No. For example, for the original plate 10, a metal such as low expansion glass or nickel may be used, and for the intermediate 20, glass such as low expansion glass or ordinary alkaline glass may be used. As for the optical element base material 30, suitable glass may be used depending on the intended use.

ただし、第1犠牲層22として熱可塑性樹脂を用いて、原版10の第1凹凸形状12を中間体20に転写する場合には、原版10と中間体20との線膨張係数の差を1×10−6以下とすると良い。これにより、中間体20の第1犠牲層22に転写される第1凹凸形状12における、第1犠牲層22の形成に際しての加熱時および冷却時の原版10と中間体20との熱伸縮の差により生じる位置誤差を低減することができる。 However, when a thermoplastic resin is used as the first sacrificial layer 22 and the first uneven shape 12 of the original plate 10 is transferred to the intermediate body 20, the difference in linear expansion coefficient between the original plate 10 and the intermediate body 20 is 1 ×. It should be 10-6 or less. As a result, in the first uneven shape 12 transferred to the first sacrificial layer 22 of the intermediate body 20, the difference in thermal expansion and contraction between the original plate 10 and the intermediate body 20 during heating and cooling during the formation of the first sacrificial layer 22. It is possible to reduce the positional error caused by the above.

同様に、第2犠牲層32として熱可塑性樹脂を用いて、中間体20の第2凹凸形状23を光学素子基材30に転写する場合には、中間体20と光学素子基材30との線膨張係数の差を1×10−6以下とすると良い。これにより、光学素子基材30の第2犠牲層32に転写される第2凹凸形状23における、第3犠牲層32の形成に際しての加熱時および冷却時の中間体20と光学素子基材30との熱伸縮の差により生じる位置誤差を低減することができる。 Similarly, when a thermoplastic resin is used as the second sacrificial layer 32 and the second uneven shape 23 of the intermediate body 20 is transferred to the optical element base material 30, the line between the intermediate body 20 and the optical element base material 30 is used. The difference in expansion coefficient should be 1 × 10-6 or less. As a result, in the second uneven shape 23 transferred to the second sacrificial layer 32 of the optical element base material 30, the intermediate 20 during heating and cooling during the formation of the third sacrificial layer 32 and the optical element base material 30 It is possible to reduce the positional error caused by the difference in thermal expansion and contraction.

なお、上述した第1実施形態のように、原版10、中間体20および光学素子基材30のいずれについても石英ガラスから成る材料を使用することにより、これらの線膨張係数の差を無くすことができる。これにより、中間体20に転写される第2凹凸形状23、および光学素子基材30に転写される第3凹凸形状33の位置誤差を低減することができる。 As in the first embodiment described above, the difference in the coefficient of linear expansion can be eliminated by using a material made of quartz glass for any of the original plate 10, the intermediate 20, and the optical element base material 30. can. As a result, it is possible to reduce the positional error of the second uneven shape 23 transferred to the intermediate 20 and the third uneven shape 33 transferred to the optical element base material 30.

熱可塑性樹脂としての第1犠牲層22または第2犠牲層32の少なくとも一方として、光リソグラフィ用のフォトレジスト材料として一般的なノボラックレジストを使用しても良い。ノボラックレジストは、熱可塑性樹脂としては一般的ではないが、光リソグラフィ技術において長年使用されてきたレジストである。このため、ノボラックレジストを使用することにより、これまでに集積されてきたドライエッチングに関する多くの知見を有効活用することができる。 As at least one of the first sacrificial layer 22 or the second sacrificial layer 32 as the thermoplastic resin, a general novolak resist may be used as a photoresist material for photolithography. Novolac resist is a resist that has been used for many years in optical lithography technology, although it is not common as a thermoplastic resin. Therefore, by using the novolak resist, many knowledge about dry etching accumulated so far can be effectively utilized.

ノボラックレジストは、そのベース樹脂がベンゼン環を含有するため、反応性イオンエッチング等のドライエッチングに対するエッチング耐性が高く、石英ガラス等から成る中間体20または光学素子基材30との選択比を高くできる点でも効果的である。 Since the base resin of the novolak resist contains a benzene ring, it has high etching resistance to dry etching such as reactive ion etching, and can increase the selectivity with the intermediate 20 made of quartz glass or the like or the optical element base material 30. It is also effective in terms of points.

第1犠牲層22または第2犠牲層32の少なくとも一方として、上述のノボラックレジストに限らず、ベンゼン環を含有する樹脂材料を使用しても良い。これにより、石英ガラス等から成る中間体20または光学素子基材30との選択比を高くすることができる。 As at least one of the first sacrificial layer 22 and the second sacrificial layer 32, not only the above-mentioned novolak resist but also a resin material containing a benzene ring may be used. This makes it possible to increase the selectivity with the intermediate 20 made of quartz glass or the like or the optical element base material 30.

(第1実施形態および各変形例の光学素子の製造方法の効果)
(1)上述の第1実施形態および各変形例の光学素子の製造方法は、第1面11に第1凹凸形状12が形成されている原版10を用意すること、中間体20の第2面21に樹脂を含む第1犠牲層22を形成すること、原版10の第1面11を中間体20の第2面21上の第1犠牲層22に接触させ、第1犠牲層22に第1凹凸形状12を転写すること、第1犠牲層22をエッチングマスクとして第2面21をエッチングして、第1犠牲層22に形成されている第1凹凸形状12に基づく第2凹凸形状23を第2面21に転写する転写する第1エッチング処理を行うこと、を備えている。そしてさらに、光学素子基材30の第3面31に樹脂を含む第2犠牲層32を形成すること、中間体20の第2面21を光学素子基材30の第3面31上の第2犠牲層32に接触させ、第2犠牲層32に第2凹凸形状23を転写すること、第2犠牲層32をエッチングマスクとして第3面31をエッチングして、第2犠牲層32に形成されている第2凹凸形状23に基づく第3凹凸形状33を第3面31に転写する第2エッチング処理を行うこと、を備えている。
この構成により、光学素子40を高精度に、かつ高い生産性で製造することができる。
(Effect of Manufacturing Method of Optical Element of First Embodiment and Each Modification Example)
(1) In the method for manufacturing the optical element of the first embodiment and each modification described above, the original plate 10 having the first uneven shape 12 formed on the first surface 11 is prepared, and the second surface of the intermediate 20 is prepared. Forming the first sacrificial layer 22 containing the resin in 21, contacting the first surface 11 of the original plate 10 with the first sacrificial layer 22 on the second surface 21 of the intermediate 20, and making the first sacrificial layer 22 first. The uneven shape 12 is transferred, the second surface 21 is etched using the first sacrificial layer 22 as an etching mask, and the second uneven shape 23 based on the first uneven shape 12 formed on the first sacrificial layer 22 is obtained. The first etching process for transferring to the two surfaces 21 is performed. Further, the second sacrificial layer 32 containing the resin is formed on the third surface 31 of the optical element base material 30, and the second surface 21 of the intermediate 20 is formed on the third surface 31 of the optical element base material 30. The second uneven shape 23 is transferred to the second sacrificial layer 32 by contacting with the sacrificial layer 32, and the third surface 31 is etched using the second sacrificial layer 32 as an etching mask to form the second sacrificial layer 32. It is provided with a second etching process of transferring the third uneven shape 33 based on the second uneven shape 23 to the third surface 31.
With this configuration, the optical element 40 can be manufactured with high accuracy and high productivity.

(2)第1エッチング処理において、第1犠牲層22よりも中間体20を選択的にエッチングすることにより、第2凹凸形状23を第1凹凸形状12よりも第2面21の法線方向に拡大された凹凸形状としても良い。この構成により、原版10に形成すべき第1凹凸形状12の第1高低差D1を、最終的に光学素子40に形成すべき第3凹凸形状33の第3高低差D3よりも小さくすることができる。これにより、原版10が製造し易くなり、原版10の製造コストを削減することができ、ひいては光学素子40の製造コストを一層低減することができる。 (2) In the first etching process, the intermediate 20 is selectively etched from the first sacrificial layer 22 so that the second uneven shape 23 is oriented in the normal direction of the second surface 21 from the first uneven shape 12. It may be an enlarged uneven shape. With this configuration, the first height difference D1 of the first uneven shape 12 to be formed on the original plate 10 can be made smaller than the third height difference D3 of the third uneven shape 33 to be finally formed on the optical element 40. can. As a result, the original plate 10 can be easily manufactured, the manufacturing cost of the original plate 10 can be reduced, and the manufacturing cost of the optical element 40 can be further reduced.

(3)第2エッチング処理において、第2犠牲層32よりも光学素子基材30を選択的にエッチングすることにより、第3凹凸形状33を第2凹凸形状23よりも第3面31の法線方向に拡大された凹凸形状としても良い。この構成により、原版10に形成すべき第1凹凸形状12の第1高低差D1を、最終的に光学素子40に形成すべき第3凹凸形状33の第3高低差D3よりも小さくすることができる。これにより、原版10が製造し易くなり、原版10の製造コストを削減することができ、ひいては光学素子40の製造コストを一層低減することができる。 (3) In the second etching process, the optical element base material 30 is selectively etched from the second sacrificial layer 32, so that the third uneven shape 33 is the normal of the third surface 31 rather than the second uneven shape 23. It may be an uneven shape enlarged in the direction. With this configuration, the first height difference D1 of the first uneven shape 12 to be formed on the original plate 10 can be made smaller than the third height difference D3 of the third uneven shape 33 to be finally formed on the optical element 40. can. As a result, the original plate 10 can be easily manufactured, the manufacturing cost of the original plate 10 can be reduced, and the manufacturing cost of the optical element 40 can be further reduced.

上記では、種々の実施形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、各実施形態および変形例は、それぞれ単独で適用しても良いし、組み合わせて用いても良い。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。 Although various embodiments and modifications have been described above, the present invention is not limited to these contents. Moreover, each embodiment and modification may be applied individually or may be used in combination. Other aspects considered within the scope of the technical idea of the present invention are also included within the scope of the present invention.

10:原版、11:第1面、12:第1凹凸形状、20:中間体、21:第2面、22:第1犠牲層、23:第2凹凸形状、30:光学素子基材、31:第3面、32:第2犠牲層、33:第3凹凸形状、40:光学素子 10: Original plate, 11: 1st surface, 12: 1st uneven shape, 20: Intermediate, 21: 2nd surface, 22: 1st sacrificial layer, 23: 2nd uneven shape, 30: Optical element base material, 31 : 3rd surface, 32: 2nd sacrificial layer, 33: 3rd uneven shape, 40: optical element

Claims (10)

第1面に第1凹凸形状が形成されている原版を用意すること、
中間体の第2面に樹脂を含む第1犠牲層を形成すること、
前記原版の前記第1面を前記中間体の前記第2面上の前記第1犠牲層に接触させ、前記第1犠牲層に前記第1凹凸形状を転写すること、
前記第1犠牲層をエッチングマスクとして前記第2面をエッチングして、前記第1犠牲層に形成されている前記第1凹凸形状に基づく第2凹凸形状を前記第2面に転写する転写する第1エッチング処理を行うこと、
光学素子基材の第3面に樹脂を含む第2犠牲層を形成すること、
前記中間体の前記第2面を前記光学素子基材の前記第3面上の前記第2犠牲層に接触させ、前記第2犠牲層に前記第2凹凸形状を転写すること、
前記第2犠牲層をエッチングマスクとして前記第3面をエッチングして、前記第2犠牲層に形成されている前記第2凹凸形状に基づく第3凹凸形状を前記第3面に転写する第2エッチング処理を行うこと、
を備える、光学素子の製造方法。
Prepare an original plate with the first uneven shape formed on the first surface,
Forming a first sacrificial layer containing resin on the second surface of the intermediate,
The first surface of the original plate is brought into contact with the first sacrificial layer on the second surface of the intermediate, and the first uneven shape is transferred to the first sacrificial layer.
The second surface is etched using the first sacrificial layer as an etching mask, and the second uneven shape based on the first uneven shape formed on the first sacrificial layer is transferred to the second surface. 1 Etching process,
Forming a second sacrificial layer containing a resin on the third surface of the optical element base material,
The second surface of the intermediate is brought into contact with the second sacrificial layer on the third surface of the optical element base material, and the second uneven shape is transferred to the second sacrificial layer.
The third surface is etched using the second sacrificial layer as an etching mask, and the third uneven shape based on the second uneven shape formed on the second sacrificial layer is transferred to the third surface. Doing the processing,
A method for manufacturing an optical element.
請求項1に記載の光学素子の製造方法において、
前記第1エッチング処理は、前記第1犠牲層よりも前記中間体を選択的にエッチングすることにより、前記第2凹凸形状を前記第1凹凸形状よりも前記第2面の法線方向に拡大された凹凸形状とする、光学素子の製造方法。
In the method for manufacturing an optical element according to claim 1,
In the first etching process, the intermediate is selectively etched from the first sacrificial layer, so that the second uneven shape is enlarged in the normal direction of the second surface from the first uneven shape. A method for manufacturing an optical element having an uneven shape.
請求項1または請求項2に記載の光学素子の製造方法において、
前記第2エッチング処理は、前記第2犠牲層よりも前記光学素子基材を選択的にエッチングすることにより、前記第3凹凸形状を前記第2凹凸形状よりも前記第3面の法線方向に拡大された凹凸形状とする、光学素子の製造方法。
In the method for manufacturing an optical element according to claim 1 or 2.
In the second etching process, the optical element base material is selectively etched from the second sacrificial layer, so that the third uneven shape is oriented in the normal direction of the third surface from the second uneven shape. A method for manufacturing an optical element having an enlarged uneven shape.
請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の光学素子の製造方法において、
前記第1犠牲層への前記第1凹凸形状の転写に際し前記第1犠牲層にガラス転移温度以上の熱を加えて成形する、または前記第2犠牲層への前記第2凹凸形状の転写に際し前記第2犠牲層にガラス転移温度以上の熱を加えて成形する、光学素子の製造方法。
The method for manufacturing an optical element according to any one of claims 1 to 3.
When transferring the first uneven shape to the first sacrificial layer, the first sacrificial layer is molded by applying heat equal to or higher than the glass transition temperature, or when transferring the second uneven shape to the second sacrificial layer, the said A method for manufacturing an optical element, which is formed by applying heat equal to or higher than the glass transition temperature to the second sacrificial layer.
請求項4に記載の光学素子の製造方法において、
前記第1犠牲層または前記第2犠牲層の少なくとも一方として、ノボラックレジストを使用する、光学素子の製造方法。
In the method for manufacturing an optical element according to claim 4,
A method for manufacturing an optical element, which uses a novolak resist as at least one of the first sacrificial layer or the second sacrificial layer.
請求項4に記載の光学素子の製造方法において、
前記第1犠牲層または前記第2犠牲層の少なくとも一方として、ベンゼン環を含有する樹脂材料を使用する、光学素子の製造方法。
In the method for manufacturing an optical element according to claim 4,
A method for manufacturing an optical element, which uses a resin material containing a benzene ring as at least one of the first sacrificial layer or the second sacrificial layer.
請求項4から請求項6までのいずれか一項に記載の光学素子の製造方法において、
前記原版と前記中間体とは、線膨張係数の差が1×10−6以下である、光学素子の製造方法。
The method for manufacturing an optical element according to any one of claims 4 to 6.
A method for manufacturing an optical element, wherein the difference between the original plate and the intermediate has a coefficient of linear expansion of 1 × 10-6 or less.
請求項4から請求項7までのいずれか一項に記載の光学素子の製造方法において、
前記中間体と前記光学素子基材とは、線膨張係数の差が1×10−6以下である、光学素子の製造方法。
The method for manufacturing an optical element according to any one of claims 4 to 7.
A method for manufacturing an optical element, wherein the difference in linear expansion coefficient between the intermediate and the optical element base material is 1 × 10-6 or less.
請求項1から請求項8までのいずれか一項に記載の光学素子の製造方法において、
前記原版、前記中間体、および前記光学素子基材のいずれにも石英ガラスを用いる、光学素子の製造方法。
The method for manufacturing an optical element according to any one of claims 1 to 8.
A method for manufacturing an optical element, which uses quartz glass for all of the original plate, the intermediate, and the optical element base material.
請求項1から請求項9までのいずれか一項に記載の光学素子の製造方法において、
前記第1エッチング処理、または前記第2エッチング処理の少なくとも一方を、誘導結合プラズマを用いた反応性イオンエッチングにより行う、光学素子の製造方法。
The method for manufacturing an optical element according to any one of claims 1 to 9.
A method for manufacturing an optical element, wherein at least one of the first etching process and the second etching process is performed by reactive ion etching using inductively coupled plasma.
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