JP3566331B2

JP3566331B2 - 光学デバイス・光学デバイス製造方法

Info

Publication number: JP3566331B2
Application number: JP04130394A
Authority: JP
Inventors: 和博梅木; 正明佐藤
Original assignee: Ricoh Optical Industries Co Ltd
Current assignee: Ricoh Optical Industries Co Ltd
Priority date: 1994-03-11
Filing date: 1994-03-11
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2019-09-15
Also published as: JPH07248403A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は光学デバイス・光学デバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロレンズを典型例とするマイクロ光学系における屈折面や反射面を創成する方法として、エッチングを利用する方法が知られている（例えば、特開平５−１７３００３号公報）。
【０００３】
エッチングを利用する微小曲面の創成は、比較的最近の技術であり、広い可能性を秘めており、活発な技術開発が期待されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、エッチングを利用して凹面を形成した、新規な光学デバイスの提供を目的とする（請求項５，６）。
【０００５】
この発明の別の目的は、上記新規な光学デバイスを製造するための、新規な光学デバイス製造方法の提供にある（請求項１〜４）。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
まず、この発明の光学デバイス製造方法と類似の参考例を説明する。
参考例１の「光学デバイス製造方法」は、「フォトレジストの層を表面に形成されたデバイス材料」を用いる。「デバイス材料は」、この明細書において、最終的に「光学デバイス」の実態部分となる材料物質を意味する。デバイス材料は、エッチングが可能な固体であれば、特に制限無く使用することができる。例えば、光学デバイスとして屈折を利用するものを製造する場合であれば、デバイス材料には、ガラス、プラスチック、Ｓｉ、セラミックス、単結晶材料等を好適に用いうるし、反射を利用する光学デバイスを製造する場合であれば、上記各種材料の他に、各種金属や、超鋼合金等、Ｓｉの金属材料・非晶質金属材料、ＳｉＣ，Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＡｌＯＮ等のセラミック材料を利用できる。
【０００７】
上記フォトレジストの層に対し露光と現像とを行って、「所定の凹面形状」をフォトレジストの層に形成する。
続いて、上記凹面形状を「出発形状」とし、フォトレジストの層とデバイス材料とに対して「等方性のエッチング」を行い、上記凹面形状に応じた凹曲面形状をデバイス材料に形成する。
【０００８】
請求項１記載の発明の「光学デバイス製造方法」も、「フォトレジストの層を表面に形成されたデバイス材料」を用いる。
上記フォトレジストの層に対し露光と現像とを行って、「所定の凹面形状」をフォトレジストの層に形成する。
次いで、フォトレジストの層とデバイス材料に対して「異方性のエッチング」を行い、上記凹面形状をデバイス材料側へ深めた「第２凹面形状」を形成する。
【０００９】
続いて、第２凹面形状を出発形状として、フォトレジストの層とデバイス材料とに対して「等方性のエッチング」を行い、上記第２凹面形状に応じた凹曲面形状をデバイス材料に形成する。
【００１０】
請求項２記載の発明の「光学デバイス製造方法」は、「耐エッチング性材料による所定のマスクパターンを介してフォトレジストの層を、表面に形成されたデバイス材料」を用いる。即ち、デバイス材料の表面には、対エッチング性材料による所定のマスクパターンが形成され、このマスクパターン上にフォトレジスト層が形成される。
【００１１】
上記フォトレジストの層に対し露光と現像とを行って、「所定の凹面形状」をフォトレジストの層に形成する。
【００１２】
次いで、フォトレジストの層とデバイス材料に対して異方性のエッチングを行って、上記凹面形状をデバイス材料側へ深めた「第２凹面形状」を形成する。
フォトレジストの層とデバイス材料との間には、「マスクパターン」が介在され、マスクパターンは耐エッチング性であるためエッチングされないので、異方性のエッチングにより形成される「第２凹面形状」は、請求項１記載の発明における第２凹面形状とは異なったものとなり得る。
【００１３】
続いて、第２凹面形状を出発形状として、デバイス材料に対して「等方性のエッチング」を行い、上記第２凹面形状に応じた凹曲面形状をデバイス材料に形成する。このとき、必要に応じてマスクパターンを除去しても良い。
【００１４】
請求項３記載の「光学デバイス製造方法」は、「エッチングを妨げる材料を含むマスク層を表面に形成されたデバイス材料」を用いる。
上記マスク層に対し、所定のパターンをパターニングして、「デバイス材料の表面を上記パターンに従って露呈」させる。
次いで、デバイス材料に対して等方性もしくは異方性のエッチングを行い、上記パターンに従う凹面形状を形成する。
続いて、マスク層を除去し、上記凹面形状を出発形状として「等方性のエッチング」を行い、上記出発形状に応じた凹曲面形状をデバイス材料に形成する。
【００１５】
参考例２の「光学デバイス製造方法」は、「フォトレジストの層を表面に形成されたデバイス材料」を用いる。
【００１６】
フォトレジストの層に対しフォトリソグラフィにより、「所定の表面形状」を形成し、フォトレジスト層とデバイス材料とに対し異方性のエッチングを行い、上記表面形状をデバイス材料に彫り写す。
【００１７】
「彫り写された形状」を出発形状として、デバイス材料に対し「等方性のエッチング」を行って、出発形状に応じた凹曲面形状をデバイス材料に形成する。
【００１８】
請求項４記載の「光学デバイス製造方法」は、上記請求項１〜３記載の光学デバイス製造方法において、出発形状に対して行われる等方性のエッチングを「ドライエッチング」とし、エッチング中の反応室内圧力を、段階的および／または連続的に変化させる。
【００１９】
これら請求項１〜４記載の光学デバイス製造方法において、デバイス材料に形成される凹曲面形状は、「屈折面形状」もしくは「反射面形状」として利用できる。なお、上記請求項１〜４記載の光学デバイス製造方法において、デバイス材料に形成する凹曲面形状は１つでも２以上でもよく、複数の凹曲面形状を形成する場合には、これらをアレイ配列形状に形成することができる。
【００２０】
また、デバイス材料に形成される凹曲面形状は、凹球面や凹の非球面はもとより、凹のシリンダ面や凹の変形シリンダ面、さらには凹の回転楕円面等、種々の形状が可能である。
【００２１】
上記請求項３記載の光学デバイス製造方法における「エッチングを妨げる材料を含むマスク層を表面に形成されたデバイス材料」としては、「Ｓｉ（１００）面を選択的に形成した、もしくはＳｉ（１００）面を有する面で研磨してなるデバイス材料」上にＳｉＯ₂膜を設け、その上にフォトレジストの層を設け、ＳｉＯ₂膜とフォトレジストの層とをマスク層としたもの」を用いることができる。
【００２２】
請求項５記載の「光学デバイス」は、請求項１〜４記載の光学デバイス製造方法により製造される光学デバイスである。
請求項１〜４記載の光学デバイス製造方法で、凹曲面形状を形成されるデバイス材料が「透明な材料」である場合には、形成される凹曲面形状を負の屈折面として利用でき、「光学デバイス」としては、マイクロ凹レンズやマイクロ凹レンズアレイ（凹曲面形状がアレイ状に形成される場合）等として利用できる。勿論、同一のデバイス材料に、凹曲面形状と組み合わせて凸曲面形状を形成し、これらを凹と凸の屈折面として組み合わせることも可能である。
【００２３】
また、請求項１〜４記載の光学デバイス製造方法で形成される凹曲面形状に反射膜を形成することにより「凹反射面」として利用でき（請求項６）、光学デバイスとしては、マイクロ凹面鏡やマイクロ凹面鏡アレイ等として利用できる。
【００２４】
デバイス材料として、前述の超鋼合金等、Ｓｉの金属材料・非晶質金属材料、ＳｉＣ，Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＡｌＯＮ等のセラミック材料を用いた場合、請求項５記載の光学デバイスは、形成された凹曲面形状を反転させた凸曲面形状を形成するための「成形型」として使用できる。
【００２５】
また、等方性エッチングは、ＥＣＲプラズマエッチングやＲＩＥ等の物理的エッチングであることが好ましい。
【００２６】
【作用】
上記の如く、この発明においては、まず、「出発形状」としての凹面形状が形成され、この凹面形状に対して「等方性のエッチング」を行うことにより、目的とする凹曲面形状をデバイス材料に形成する。従って、「出発形状としての凹面形状と等方性のエッチングとの組合せ」により、広範な凹曲面形状の創成が可能となる。
【００２７】
等方性のエッチングでは、エッチングがあらゆる方向へ一様に進行するので、例えば断面形状が「矩形」や「楔型」の凹面形状は、等方性のエッチングにより断面が「円弧形状」の曲面形状に変化していくが、その変化の過程で、種々の凹曲面形状が現れるので、等方性のエッチングのエッチング時間により種々の凹曲面形状を実現できる。
【００２８】
あるいは、請求項４記載の発明のように、等方性エッチングをドライエッチングとし、反応室内圧力を、段階的および／または連続的に変化させるにより、より広範な凹曲面形状を実現することができる。
【００２９】
なお、出発形状は、目的とする凹曲面形状（径、ピッチ、深さ）や、基板材料、エッチング条件等に応じて、実験的および／または理論的に決定される。
【００３０】
【実施例】
以下、この発明および参考例の具体例を説明する。
図１は、参考例１の光学デバイス製造方法を、負の屈折力のマイクロレンズのアレイの製造に適用した実施例を説明するための図である。
【００３１】
図１（ａ）において、符号１０で示すデバイス材料は、透明な光学材料で平行平板状であり、その一方の平坦な面に、ポジのフォトレジスト２０の層が形成されている。
【００３２】
参考例１の光学デバイス製造方法では、先ず、フォトレジスト２０の層に露光と現像を行って、所定の凹面形状をフォトレジスト２０の層に形成するのであるが、図１の実施例では、図１（ａ）に示すように、マイクロレンズアレイ５０を用いて露光を行っている。
マイクロレンズアレイ５０は、平行平板状の透明板の片面に、凸の屈折面をアレイ配列してなり、図示されていないが、屈折面以外の部分は遮光膜を形成されている。
【００３３】
マイクロレンズアレイ５０の上方から、均一光を照射すると、各屈折面に入射した光は屈折面の作用により集光され、収束光束となってフォトレジスト２０の層に入射する。マイクロレンズアレイ５０は、フォトレジスト２０の層の表面に密接して配備され、フォトレジスト２０の層の厚さは、上記屈折面による収束光束が、丁度、フォトレジスト２０の層とデバイス材料１０の表面との境界面部分に集光するように設定されている。
【００３４】
このように露光を行ったら、現像を行い、フォトレジスト２０における露光された部分を除去する。
すると、図１（ｂ）に示すように、断面がＶ字型の凹面形状２０１が形成される。この凹面形状２０１は、円錐面を逆にした「すり鉢状」の凹面である。
【００３５】
この「すり鉢状」の凹面形状２０１を「出発形状」として、「等方性のエッチング」を行うと、図１（ｃ）に示すように、出発形状である「すり鉢状の凹面形状」に応じた「凹曲面形状」として、凹球面形状１０１をデバイス材料１０の表面形状として形成できる。このようにして、凹球面形状１０１を屈折面とする、マイクロ凹レンズアレイが得られる。
【００３６】
凹球面形状１０１に反射膜を形成すれば、マイクロ凹面鏡アレイとして使用できる。
【００３７】
なお、図１において、マイクロレンズアレイ５０における凸の屈折面を、図１（ａ）の図面に直交する方向へ長いシリンダ面とすれば、デバイス材料１０には凹のシリンダ面の配列を形成できることは容易に理解されるであろう。勿論、このような凹のシリンダ面に反射膜を形成して良いことは言うまでもない。
【００３８】
図２は、請求項１記載の光学デバイス製造方法を、負の屈折力のマイクロレンズのアレイの製造に適用した実施例を説明するための図である。
【００３９】
請求項１記載の光学デバイス製造方法では、図１に即して説明した請求項１記載の光学デバイス製造方法の場合と同じく、「フォトレジストの層を表面に形成されたデバイス材料」が用いられ、フォトレジストの層に対して露光と現像とを行って、所定の凹面形状を上記フォトレジストの層に形成する。従って、上記所定の凹面形状がフォトレジストの層に形成されるまでは、参考例１の光学デバイス製造方法の場合と同じである。
【００４０】
そこで、この実施例においても、フォトレジストの層に所定の凹面形状を形成するまでは、図１の例における（ａ），（ｂ）の工程と同様であるとする。
【００４１】
図１（ｂ）に示すように、フォトレジスト２０の層に、所定の曲面形状が形成されたら、次には、フォトレジスト２０の層とデバイス材料１０に対して異方性のエッチングを行って、上記凹面形状（図１（ｂ）の符号２０１で示す部分）をデバイス材料１０側へ深めて、図２（ａ）に示す如き第２凹面形状２０２を形成する。
【００４２】
その後、第２凹面形状２０２を出発形状として、フォトレジスト２０の層とデバイス材料１０とに対して「等方性のエッチング」を行うと、図２（ｂ）に示すように第２凹面形状２０２に応じた凹曲面形状１０２をデバイス材料１０に形成することができる。
【００４３】
この例では、フォトレジスト２０とデバイス材料１０とで、等方性エッチングに対するエッチング速度が異なり、形成された凹曲面形状１０２は、頂部近傍の曲率の強い「非球面形状」となっている。
【００４４】
図３は、請求項２記載の光学デバイス製造方法を、負の屈折力のマイクロレンズのアレイの製造に適用した実施例を説明するための図である。
【００４５】
請求項２記載の光学デバイス製造方法では、「耐エッチング性材料による所定のマスクパターンを介してフォトレジストの層を、表面に形成されたデバイス材料」が用いられる。
【００４６】
この実施例では、透明な光学材料である平行平板状のデバイス材料１０の片側の面に、耐エッチング性材料による所定のマスクパターン３０を介して、フォトレジスト２０の層が形成されている。マスクパターンは、マイクロレンズアレイ５０の凸の屈折面の配列に対応して開口部を持つパターンである。
【００４７】
マイクロレンズアレイ５０を介して均一光照射を行ってフォトレジスト２０の層を露光し、現像すると、図３（ｂ）に示すように、所定の凹面形状２０１がフォトレジスト２０に形成される。ここまでのプロセスは、図１の例の場合と同様である。
【００４８】
この状態から、フォトレジスト２０の層とデバイス材料１０に対して異方性のエッチングを行って、図３（ｃ）に示すように、凹面形状２０１をデバイス材料１０側へ深めた第２凹面形状２０３を形成する。このとき、マスクパターン２０３は、異方性エッチングに対する耐性を持ち、エッチングされない。
【００４９】
マスクパターン３０を除去したのち、第２凹面形状２０３を出発形状として、デバイス材料１０に対して「等方性のエッチング」を行うと、図３（ｄ）に示すように第２凹面形状２０３に応じた凹曲面形状１０３をデバイス材料１０に形成することができる。
【００５０】
出発形状が、先端部を円錐状にしたシリンダ状であることにより、形成された凹曲面形状１０３は、頂部近傍の曲率の強い「非球面形状」となっている。
【００５１】
これから明らかなように、請求項１，２記載の光学デバイス製造方法は、凹の非球面形状を持つ光学デバイスの製造に適している。勿論、マイクロレンズアレイ５０における屈折面を、図３（ａ）の、図面に著工する方向へ長いシリンダ面とすれば、デバイス材料には、横断面形状が、図２（ｂ），図３（ｄ）の面形状で与えられるような変形シリンダ面の配列が得られる。
【００５２】
これら図２，３に示す実施例で、デバイス材料に形成された凹曲面形状に反射面を形成してマイクロ凹面鏡アレイとして使用できることは勿論である。
【００５３】
図４は、請求項３記載の光学デバイス製造方法の実施例を説明するための図である。
【００５４】
請求項３記載の光学デバイス製造方法では、「エッチングを妨げる材料を含むマスク層を表面に形成されたデバイス材料」が用いられる。
図４（ａ）において、デバイス材料１０ＡはＳｉ材料で構成され、Ｓｉ（１００）面を選択的に形成した、または「選択的に（１００）面を有する面で研磨した平滑な面」を有する。
【００５５】
このようなデバイス材料１０Ａの上記（１００）面上に、ＳｉＯ₂膜を設け、その上にフォトレジストの層を設け、これらＳｉＯ₂膜とフォトレジストの層とでマスク層２０Ａを構成している。
【００５６】
マスク層２０Ａに対し、所定のパターン（図の例ではスリット状）をパターニングして、デバイス材料の表面をパターンに従って露呈させる。
【００５７】
この状態において、酸化剤，キレ−ト剤，水から構成される異方性エッチング液で「異方性エッチング」を施す。すると、Ｓｉの〈１００〉方向のエッチング速度が速く、〈１１１〉方向のエッチング速度が最も遅いために、図のように、側壁に（１１１）面が表れ、断面形状がＶ字型の溝が形成される。
【００５８】
マスク層の開口形状を「矩形形状」とすると、上記「異方性エッチング」の結果は、図４（ｂ）に示すように、逆ピラミッド形状となる。
【００５９】
なお、デバイス材料の平滑な表面にＳｉＯ₂膜を設け、その上に所定の厚さのＳｉ結晶を、表面が（１００）面となるように形成し、さらに上記マスク層を形成すると、上記異方性エッチングの効果は、デバイス材料表面のＳｉＯ₂膜で止められるから、底部が平面状のＶ字溝あるいは、逆截頭ピラミッド形状を形成できる。
【００６０】
このようにして、形成された凹面形状を出発形状としてデバイス材料に等方性エッチングを行うことにより、シリンダ面状の凹面や、凹球面形状を形成できることは容易に理解されよう。
【００６１】
図４（ｃ）は、図４（ａ）に即して説明した例において、マスク層をスリット状にパターニングして、スリット部分でデバイス材料面（Ｓｉ（１００）面）を露呈させ、フッ酸，硝酸，酢酸から構成される等方性エッチング液で等方性エッチングを施した状態を示している。この場合は、Ｓｉに対するエッチング速度が全ての結晶面に対して等しいため、図のように、シリンダ面形状の凹面形状が得られることになる。
【００６２】
図４（ｄ）は、図４（ｂ）に即して説明した例において、マスク層を円形状にパターニングして円形部分でデバイス材料面（Ｓｉ（１００）面）を露呈させ、フッ酸，硝酸，酢酸から構成される等方性エッチング液で「等方性エッチング」を施した状態を示している。この場合は、Ｓｉに対するエッチング速度が全ての結晶面に対して等しいため、図のように、凹球面状の凹面形状が得られることになる。
【００６３】
図４（ｃ），（ｄ）に示すように形成された凹面形状を出発形状として、等方性エッチングを行えば、シリンダ面形状の凹曲面形状あるいは凹球面形状の凹曲面形状をデバイス材料の表面形状として形成することができる。
【００６４】
図５は、参考例２の光学デバイス製造方法を、負の屈折力のマイクロシリンダレンズのアレイの製造に適用した実施例である。
【００６５】
参考例２の光学デバイス製造方法では、「フォトレジストの層を表面に形成されたデバイス材料」が用いられる。この実施例において、デバイス材料１０は透明な光学材料であり、平行平板状であって、その片側の平滑な面に、ポジのフォトレジスト２０の層が形成されている。
【００６６】
フォトレジスト２０の層には、「フォトリソグラフィ」により、所定の表面形状が形成される。この例では、図５（ａ）の、左右方向をピッチ方向とする、格子パターンを有するマスク６０を、フォトレジスト２０の表面に密着させて均一光照射を行い、しかる後、露光されたフォトレジスト部分を現像により除去し、図５（ｂ）に示すような、上記格子パターンに従う３次元のレリーフ状パターンをフォトレジスト２０の表面形状として形成した。
【００６７】
この状態において、フォトレジスト層２０とデバイス材料１０とに対して「異方性エッチング」を行い、上記表面形状をデバイス材料に彫り写す。このように彫り写された形状を、図５（ｃ）に示す。形状の深さ：Ｃは、異方性エッチングの選択比を調整することにより調整可能である。
【００６８】
彫り写された形状を出発形状として、デバイス材料１０に対し、「等方性のエッチング」を行って、出発形状に応じた凹曲面形状をデバイス材料１０に形成する。形成される凹面形状は、この実施例の場合、凹のシリンダ状面を配列したものとなり、従って、得られる光学デバイスは、負の屈折力のマイクロシリンダレンズのアレイとして使用できる。
【００６９】
このとき形成される凹のシリンダ状面の形状（横断面形状）は、出発形状（図５（ｃ）における、溝幅：Ａと溝深さ：Ｃの寸法比とエッチング条件とにより異なる。即ち、出発形状の寸法とエッチング条件によって、等方性エッチング後の形状が異なる。
【００７０】
図５（ｃ）において、寸法：Ａが小さく、かつ、寸法：Ｃが大きくなるほど、またエッチング圧力が高くなるほど、シリンダ状の凹曲面形状は、図５（ｅ）に示すように横断面形状が半円形状に近づき、逆の場合には、図５（ｄ）に示すように、シリンダ状の凹面形状の底面部に形成される平面状部分が大きくなる。
【００７１】
図１〜図５に説明した各例において、出発形状に対する等方性のエッチングをドライエッチングとし、エッチング中の反応質内圧力を、段階的および／または連続的に変化させることにより、形成される凹曲面形状の形態を様々に変化させることができる（請求項４）。
【００７２】
図５の例においても、得られる凹曲面形状に反射膜を形成することにより反射型の光学デバイスとすることができることは言うまでもない。また、上記各実施例で、デバイス材料に適当な材料を選ぶことにより、凸曲面形状成形用の成形型を得られることも勿論である。
【００７３】
以下、具体的な例を説明する。
【００７４】
具体例１
図１の例の具体的１例を説明する。
デバイス材料１０としては「合成石英材料」を用い、この上にポジ型フォトレジスト２０をスピンコートし、プリベークして厚さ：２０μｍの層とした。
フォトレジスト２０の層にマイクロレンズアレイ５０を密着させ、均一光を照射して露光した。
【００７５】
このマイクロレンズアレイ５０は、以下の如きものである。
【００７６】
板厚：２．２０５ｍｍ，ＳＦ−６０の平行平板状のガラス材料の片面にフォトレジストの層を形成し、フォトリソグラフィ−法によって、半径：１．０２８ｍｍの円形の凸球面をピッチ：２ｍｍで２次元配列に形成し、この凸曲面形状を異方性のエッチングにより上記平行平板の表面形状として彫り写した。このようにして、図１（ａ）に符号５０で示すようなマイクロレンズアレイを作製した。
【００７７】
屈折面によるレンズの有効径は１．６００ｍｍ，レンズピッチ：２．０ｍｍである。屈折面は非球面形状で、周知の非球面の式
Ｚ＝｛Ｃｈ²／１＋√［１−（ｋ＋１）Ｃ²ｈ²］｝＋ａｈ⁴
Ｃ＝１／Ｒ（Ｒ：中心曲率半径）
ｋ：円錐定数，ａ：４次の非球面定数
Ｚ：非球面頂点からの距離
における円錐定数：ｋ＝−０．３１６６５８１、４次の非球面係数：ａ＝０．１５０１４８２×１０^-2で特定される形状である。屈折面以外の部分は、Ｔｉ蒸着膜でマスキングした。従って、このマイクロレンズアレイは、平凸レンズのアレイである。
【００７８】
上記マイクロレンズアレイ５０の各屈折面は、上記の如く、球面形状から崩れた非球面形状を有しているが、上記異方性のエッチングの際のエッチング条件の制御、即ち、選択比を下げること（酸素導入量を多くする）により球面形状を押しつぶした形状が容易に製作可能である。
【００７９】
このマイクロレンズアレイ５０を上記の如く、デバイス材料上のフォトレジストの層に密着させ、波長：４３６ｎｍの露光用光源を用いて露光を行った。
露光用の光は、マイクロレンズアレイ５０の各屈折面で収束光束とされ、図１（ａ）に示すようにデバイス材料１０の表面で集光した。露光後、光が照射された部分を現像により除去した。除去された部分は、すり鉢状の逆円錐面である。
この逆円錐面の「半頂角（円錐面の対称軸を通る平面で円錐面を切断したときの円錐頂部の角の半分）」は露光光束の収束状況に対応する。上記半頂角は４８°であった。
【００８０】
このようにして、逆円錐面状の凹面形状の２次元アレイ配列を、フォトレジスト２０の表面形状として形成できた。
【００８１】
上記逆円錐面状の凹面形状を「出発形状」とし、フォトレジスト２０とデバイス材料１０とに対して等方的エッチングを以下のように行った。即ち、表面のフォトレジスト２０の層に上記出発形状を形成されたデバイス材料１０を、ＥＣＲプラズマエッチング装置にセットし、ＣＨＦ₃，Ｏ₂，Ａｒガスを導入して、８×１０^-3Ｔｏｏｒの圧力で等方的エッチングを４０分間実施した。この結果、各出発形状に応じて、凹球面形状が形成された。
【００８２】
具体例２
図２の実施例の具体的１例を説明する。
上記具体例１と全く同様のデバイス材料１０、フォトレジストの層２０を用いた。具体例１と全く同様にして、フォトレジスト２０の層に、逆円錐面状の凹面形状の２次元アレイ配列を形成したものに異方性エッチングを、ＣＨＦ₃，Ｏ₂，ガスを導入したＥＣＲプラズマエッチング装置で、２〜３×１０^-4Ｔｏｏｒの条件で２０分間行い、上記各凹面形状をデバイス材料側へ深めて第２凹面形状（図２（ａ）の逆円錐面状の凹面形状２０２）とした。
【００８３】
この第２凹面形状を出発形状とし、同じＥＣＲプラズマエッチング装置において、ＣＨＦ₃，Ｏ₂，Ａｒガスを導入し、導入ガス流量とエッチング条件を調整して選択比を減少させ、等方性エッチングを８×１０^-3Ｔｏｏｒの条件で２０分間行うことにより、図２（ｂ）に示すような非球面の凹曲面形状を形成することができた。
【００８４】
具体例３
図３の実施例の具体的１例を説明する。
具体例１，２と同じデバイス材料の片面に、Ｃｒ蒸着膜（等方性エッチングに耐える）を形成し、フォトリソグラフィとウエットエッチングとにより、マスクパターン３０（円形状の開口を２次元に配列したパターン）を形成し、その上にフォトレジスト２０の層を形成した。
【００８５】
具体例１におけると同様にして、フォトレジストに逆円錐面状の凹面形状の配列を形成したものをＥＣＲプラズマエッチング装置にセットし、ＣＨＦ₃，Ｏ₂，ガスを導入して、２〜３×１０^-4Ｔｏｏｒの条件で異方性エッチングを２０分間行い、上記凹面形状をデバイス材料１０内へ深めて第２凹面形状２０３とした。
その後、Ｃｒ蒸着膜によるマスクパターンを除去し、再び上記ＥＣＲエッチング装置で、ＣＨＦ₃，Ｏ₂，Ａｒガスを導入して、等方性エッチングを８×１０^-3Ｔｏｏｒの条件で２０分間行い、図３（ｄ）に示すような、非球面の凹曲面形状の配列を形成できた。
【００８６】
図４の実施例の具体的例を説明する。
具体例４
デバイス材料１０Ａとして、Ｓｉ結晶版を用い、その（１００）面を平面に研磨し、この面上にＳｉＯ₂膜を形成し、その上に更にフォトレジストを塗布し、フォトレジストの層とＳｉＯ₂膜とでマスク層２０Ａを形成した。
【００８７】
幅：３０μｍ，ピッチ：１００μｍの１次元格子状パタ−ンをフォトレジストの層にフォトリソグラフィで形成した後、フォトレジストのパターンをマスクとしてドライエッチングを行い、ＳｉＯ₂膜に上記１次元格子状パターンをパタ−ニングし、上記（１００）面をパターンに従って露呈させた。
エッチング液（酸化剤（エチレジアミン），キレ−ト剤（ピロカテコ−ル），水混合液）でエッチングすると、異方性エッチングにより横断面Ｖ字状の溝が、デバイス材料１０Ａ表面に形成された（図４（ａ））。
【００８８】
上記フォトレジストの層を除去したものを、ＥＣＲプラズマエッチング装置にセットし、ＣＦ₄ガスを導入して、８×１０^-3Ｔｏｏｒの条件で１１０分間、等方性エッチングを行い、横断面が半円形状の凹のシリンダ面の配列を、デバイス材料１０Ａの表面形状として形成することができた。
【００８９】
具体例５
上記Ｓｉ結晶のデバイス材料１０Ａに形成されたマスク層２０Ａにパタ−ニングを行い、ＳｉＯ₂膜に、直径：３０μｍの円形形状をパタ−ニングして、（１００）面を円形状に露呈させ、この状態でエッチング液でエッチングすると、等方性エッチングの効果によって、一辺の長さが３０μｍの正方形の底面を有する逆ピラミッド状の凹面形状が形成された（図５（ｂ））。
【００９０】
上記マスク層のフォトレジストの層を除去したものを、ＥＣＲプラズマエッチング装置にセットし、ＣＦ₄ガスを導入して、８×１０^-3Ｔｏｏｒの条件で１１０分間、等方性エッチングを行い、凹曲面形状として凹球面をデバイス材料１０Ａの表面に形成できた。
【００９１】
具体例６
デバイス材料１０ＡとしてＳｉ結晶板を用い、その（１００）面上に、具体例４，５と同様のマスク層２０Ａを形成した。
具体例４と同様、幅：３０μｍ，ピッチ：１００μｍの１次元格子状パタ−ンをマスク層２０Ａにパターニングした。デバイス材料１０Ａをエッチング液（フッ酸，硝酸，酢酸の混合液）でエッチングすると、等方性エッチングにより横断面形状がＵ字型で略半円形に近い溝（図４（ｃ）)の１次元配列が形成された。
【００９２】
上記マスク層のフォトレジストの層を除去したものを、ＥＣＲプラズマエッチング装置にセットし、ＣＦ₄ガスを導入して、８×１０^-3Ｔｏｏｒの条件で１１０分間、等方性エッチングを行い、横断面が半円形状の凹のシリンダ面の１次元配列を、デバイス材料１０Ａの表面形状として形成することができた。
【００９３】
具体例７
デバイス材料１０ＡとしてＳｉ結晶板を用い、その（１００）面上に、具体例４，５，６と同様のマスク層２０Ａを形成した。
具体例５と同様に、直径：３０μｍの円形形状をパタ−ニングし、（１００）面を円形状に露呈させ、エッチング液でエッチングすると、等方性エッチングの効果によって、直径が３０μｍの円形状を有する半円球面が凹面形状として形成された（図４（ｄ））。
【００９４】
上記マスク層２０Ａのフォトレジストの層を除去したものを、ＥＣＲプラズマエッチング装置にセットし、ＣＦ₄ガスを導入して、８×１０^-3Ｔｏｏｒの条件で１１０分間、等方性エッチングを行って、凹球面形状を形成できた。
【００９５】
参考例２の具体例を説明する。
具体例８
デバイス材料として合成石英の平行平板を用い、その片面にフォトレジスト２０の層を形成した。フォトリソグラフィ−法を用いて、直径：４μｍの円形パタ−ンを７μｍピッチで２次元状に形成し、ＥＣＲプラズマエッチング法によりデバイス材料を１．１５μｍの深さにエッチングして、上記円形パターンの形状をデバイス材料に彫り写す。
【００９６】
上記フォトレジストの層を除去したデバイス材料を、ＥＣＲプラズマエッチング装置にセットし、ＣＨＦ₃，Ｏ₂ガスを導入して、８×１０^-3Ｔｏｏｒの条件で２４分間、等方性エッチングを行って、底部に平坦な部分がある半円球凹面形状を形成できた。
【００９７】
具体例９
同様に、合成石英の平行平板であるデバイス材料に形成したフォトレジストの層にフォトリソグラフィにより、直径：２．０μｍの円形パターンを５μｍピッチで２次元にアレイ配列形成し、ＥＣＲプラズマエッチング法で０．８μｍの深さにエッチングして、上記円形パターンの形状をデバイス材料に彫り写す。
【００９８】
上記フォトレジストの層を除去したデバイス材料を、ＥＣＲプラズマエッチング装置にセットし、ＣＨＦ₃，Ｏ₂ガスを導入して、８×１０^-3Ｔｏｏｒの条件で１６分間、等方性エッチングを行って、具体例８と同様、底辺に平坦な部分がある半円球形状の凹曲面形状のアレイ配列を形成できた。
【００９９】
具体例１０
合成石英の平行平板であるデバイス材料に形成したフォトレジストの層に、フォトリソグラフィにより、直径：１．０μｍの円形パタ−ンを、７μｍピッチで２次元にアレイ配列形成し、ＥＣＲプラズマエッチング法で１．５μｍの深さにエッチングして、上記円形パターンの形状をデバイス材料に彫り写す。
【０１００】
上記フォトレジストの層を除去したデバイス材料を、ＥＣＲプラズマエッチング装置にセットし、ＣＨＦ₃，Ｏ₂ガスを導入して、８×１０^-3Ｔｏｏｒの条件で４５分間エッチングすると、上記具体例８，９とは異なり、底辺に平坦な部分がない半円球形状の凹曲面形状のアレイ配列を形成できた。
【０１０１】
具体例８，９，１０により製造された光学デバイスは、焦点板（マット板）として利用できる。
【０１０２】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば新規な光学デバイス・光学デバイス製造方法を提供できる（請求項１〜６）。
【０１０３】
請求項１〜４記載の発明は、上述の如く、先ず出発形状を形成したのちに、等方性エッチングを行うので、出発形状と等方性エッチングとの組合せにより、広い範囲の凹曲面形状をデバイス表面形状として形成することができる。
【０１０４】
請求項５記載の光学デバイスは、負の屈折面を持つ光学素子、例えばマイクロ凹レンズあるいはマイクロ凹レンズアレイ等として、あるいは、凸曲面形状成形用の成形型として使用できる。
【０１０５】
請求項６記載の光学デバイスは凹曲面形状の反射面を持った光学素子、例えばマイクロ凹面鏡やマイクロ凹面鏡アレイとして使用できる。
【０１０６】
請求項１〜４記載の発明により製造される請求項７，８記載の光学デバイスは等方性エッチングを採用することによって、形成される凹曲面形状にバラツキが少なく、低コストで実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例１の実施の１例を説明するための図である。
【図２】請求項１記載の発明の１実施例を説明するための図である。
【図３】請求項２記載の発明の１実施例を説明するための図である。
【図４】請求項３記載の発明の１実施例を説明するための図である。
【図５】参考例２の実施の１例を説明するための図である。
【符号の説明】
１０デバイス材料
２０フォトレジスト
５０フォトレジストの層の露光に用いるマイクロレンズアレイ

Claims

フォトレジストの層を表面に形成されたデバイス材料の、上記フォトレジストの層に対して露光と現像とを行って、所定の凹面形状を上記フォトレジストの層に形成し、
フォトレジストの層とデバイス材料に対して異方性のエッチングを行って、上記凹面形状をデバイス材料側へ深めた第２凹面形状を形成し、
上記第２凹面形状を出発形状として、上記フォトレジストの層とデバイス材料とに対して等方性のエッチングを行い、上記第２凹面形状に応じた凹曲面形状を上記デバイス材料に形成することを特徴とする光学デバイス製造方法。
耐エッチング性材料による所定のマスクパターンを介してフォトレジストの層を、表面に形成されたデバイス材料の、上記フォトレジストの層に対して露光と現像とを行って、所定の凹面形状を上記フォトレジストの層に形成し、
フォトレジストの層とデバイス材料に対して異方性のエッチングを行って、上記凹面形状をデバイス材料側へ深めた第２凹面形状を形成し、
上記第２凹面形状を出発形状として、デバイス材料に対して等方性のエッチングを行い、上記第２凹面形状に応じた凹曲面形状を上記デバイス材料に形成することを特徴とする光学デバイス製造方法。
エッチングを妨げる材料を含むマスク層を表面に形成されたデバイス材料の、上記マスク層に対し、所定のパターンをパターニングして、デバイス材料の表面を上記パターンに従って露呈させ、
上記デバイス材料に対して等方性もしくは異方性のエッチングを行い、上記パターンに従う凹面形状を形成し、
上記マスク層を除去したのち、上記凹面形状を出発形状として等方性のエッチングを行い、上記出発形状に応じた凹曲面形状を上記デバイス材料に形成することを特徴とする光学デバイス製造方法。
請求項１または２または３記載の光学デバイス製造方法において、
出発形状に対する等方性のエッチングをドライエッチングとし、エッチング中の反応室内圧力を、段階的および／または連続的に変化させることを特徴とする光学デバイス製造方法。
請求項１または２または３または４記載の光学デバイス製造方法により製造される光学デバイス。
請求項１または２または３または４記載の光学デバイス製造方法により、デバイス材料に形成された凹曲面形状に反射膜を形成してなる光学デバイス。