JPH0322601B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、光学式デイスクプレーヤーのピツ
クアツプ部、あるいはその他の光学機器において
使用されているレンズ系に用いることのできるマ
イクロフレネルレンズの製造方法に関するもので
ある。

〔従来技術〕

マイクロフレネルレンズでは、フレネル輪帯の
断面形状を鋸歯状にすることによつて、矩形断面
の場合に比べて、レンズの１次回折効率を大幅に
向上させることができる。

第１図Ａ，Ｂには、鋸歯状断面を持つたマイク
ロフレネルレンズの中心断面図および平面図を示
し、第２図Ａ乃至Ｄに、レンズを構成するフレネ
ル輪帯１本について、その形状製作過程を示す。

第１図では、ガラス基板１上に透明導電膜２を
介してレジスト層３があり、このレジスト層３に
鋸歯状断面を持つたフレネル輪帯パターンが形成
されていて、ガラス基板１の裏面から入射してき
た平面入射光４は、フレネル輪帯部分で回折さ
れ、その回折光５が焦点６に収束する。

従来第１図に示したようなマイクロフレネルレ
ンズの鋸歯状断面を製作するために、第２図Ａ乃
至Ｄに示すような製造方法を採つていた。第２図
Ａにおいて、まず透明導電膜２を有したガラス基
板１上にレジスト層３を形成して、使用している
レジストの電子線感度の1/5に当たる露光量を持
つた電子線７で、鋸歯断面を形成するための第１
層の輪帯パターンを描画し、続けて同図Ｂで、第
１層の輪帯パターンと重複し、かつそれよりもや
や幅を狭くした第２層の輪帯パターン描画を行な
う。以下連続的に第３層から第５層まで、同様の
描画を繰り返し、同図Ｃのような多重露光領域８
から１２を得た後、同図Ｄで現像を行なうことに
よつて、理想的な鋸歯状断面１３の階段近似形状
を得ている。第２図では、多重描画回数を５回に
しているがこの回数を増やすことによつて、さら
に良い鋸歯状断面の近似形状を作ることができ
る。

マイクロフレスルレンズでは、(1)式に示す位相
シフト関数によつて決められた半径に従つて、第
１図Ｂに示したような同心輪帯を形成し、また各
輪帯は、第２図Ｄの理想断面１３のように位相シ
フト関数と同じ曲率を持つように構成されてい
て、この輪帯パターンを形成するレジスト層３の
膜厚は、使用しているレジストの屈折率と入射光
４の波長から(2)式によつて算出される。

φ（ｒ）＝Ｒ｛（f²＋r²）^1/2−ｆ｝ ｒ：輪帯半径、Ｒ：波数 ｆ：焦点距離 (1) ｄ＝λ／〓ｎ ｄ：膜厚、λ：波長、 〓ｎ：空気との屈折率差 (2) このような設計に基づいて、第２図のような工
程で形成された鋸歯状断面を持つた輪帯パターン
に、ガラス基板１の裏面から平行光４を入射させ
ると、光は各輪帯部分で回折し、その回折光５が
焦点６に収束する。

マイクロフレネルレンズでは、設計上レンズの
外周部に行く程輪帯の周期が短かくなつているた
め、最外周近辺の微細パターン部分では、レンズ
の仕様によつては、輪帯幅がサブミクロンの領域
になる。従来のマイクロフレネルレンズの製作方
法では、パターンを形成する層がレジスト層であ
り、かつ多重露光を行つているために、前記の微
細パターン部分では、電子線のレジスト中での散
乱あるいは近接効果によつて、外周部で膜厚が減
少したり、パターン形状が設計した形から大きく
はずれてくる。

またレンズパターンの膜厚は、上述のようにあ
る一定値に設計されるため、レジストの屈折率、
入射光の波長によつては、必らずしも最適条件で
レジストを処理することができず、感度、解像度
にも無理が生じてくる。従つてレンズの中心から
外周まで均一な膜厚で、かつ理想に近い鋸歯状断
面を維持することは困難であつた。

〔目的〕 この発明は、上記のようなレンズ外周付近で生
じるパターン精度の低下を除去するためのもの
で、レンズ中心から外周部まで均一な膜厚を持
ち、かつ適正な断面形状を維持する方法を提供
し、それによつてより高性能なレンズを得ること
を目的としている。

〔実施例〕

第３図Ａ乃至Ｇは、本発明の一実施例を示した
ものであり、第２図と同様にレンズ輪帯の１本に
ついてその断面を製作する工程を示している。

図において、まず第３図Ａで、シリコンウエハ
１４上にシリコン酸化膜１５を成長させ、その上
部に窒化膜層１６を形成し、さらにこの窒化膜の
上部に再びシリコン酸化膜層１７を形成し、以下
窒化膜層１８、そしてシリコン酸化膜層１９を順
次形成する。

このようにしてできあがつた多層膜２０の膜厚
はレンズの設計膜厚に等しくなるようにする。そ
して、この多層膜２０の上にレジスト２１を塗布
した後、第３図Ｂで第１層の輪帯パターン２２を
描画し、同図Ｃでレジスト層２１の現像から、最
上層のシリコン酸化膜１９のエツチングをした
後、レジスト除去までの処理を行なう。シリコン
酸化膜１９のエツチングの際には、下層の窒化膜
１８がエツチングのストツパーの役割を果たして
いる。

次に第３図Ｄで再び基板上にレジスト２１を塗
布して、同図Ｅで第１層のパターンとのレジスト
レーシヨン（位置合せ）を行つた上で、第２層の
論帯パターン２３を描画し、現像処理後、今度は
窒化膜１８のエツチングをして、レジストを除去
することによつて同図Ｆの断面形状を得る。この
窒化膜１８のエツチングの際には、下層のシリコ
ン酸化膜１７が、エツチングのストツパーになつ
ている。

以下同図ＤからＦまでと同様の工程を繰り返す
ことによつて、多層膜２０に第３図Ｇのような鋸
歯形状を階段近似した断面を得ることができる。
同図Ｇにおいて、２４はこの場合の理想鋸歯断面
を表わしている。第４図Ａ乃至Ｃは、以上のよう
にして鋸歯状輪帯を形成したシリコンウエハ基板
を用いて、フオトポリマ（光硬化性樹脂）による
最終的なマイクロフレネルレンズを得る工程を示
している。

第４図において、同図Ａでは第３図Ａ乃至Ｇで
得られたシリコンウエハ基板１４上の多層膜２０
上に、フオトポリマ２５を滴下して第４図Ｂで、
滴下したフオトポリマ２５の上からガラス基板２
６を、フオトポリマがレンズパターン全体に広が
るように被せた後、ガラス基板側からのUV照射
光２７によつてフオトポリマを硬化させる。次に
硬化後ガラス基板に接着したフオトポリマから、
シリコンウエハ基板を剥離して同図Ｃのようなマ
イクロフレネルレンズを得る。

尚、この発明では、鋸歯状パターンを形成する
層は、最終的なマイクロフレネルレンズを得るた
めの型になつており、第３図に示したように、レ
ジスト２１は、多層膜２０を加工するための手段
に過ぎない。実際にマイクロフレネルレンズとし
て使用するのは、上記の加工された多層膜２０か
ら、フオトポリマによつて型を取つて複製であつ
て、レンズの設計はフオトポリマの屈折率を考慮
して行われる。従つて輪帯半径は、従来技術の場
合と同様に(1)式から決定されるが、膜厚の設定
は、フオトポリマの屈折率を使用して(2)式から求
められる。そして、このようにして得られたレン
ズが第４図Ｃであり、第１図と同様の動作によつ
て、ガラス基板裏面からの平行入射光に対して、
輪帯部分での回折によつて光を収束させる。

本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲に
おいて、下記のような実施態様が考えられる。

(1) 第３図の実施例では、レジスト２１にパター
ンを形成する際に電子線の直接描画を利用して
いるが、多層のフオトマスクあるいはレテイク
ルを使つて紫外線、遠紫外線あるいはＸ線露光
によつてパターンを形成してもよい。

(2) 第３図の実施例では、多層膜２０を形成する
ために、シリコン酸化膜と窒化膜を交互に積層
しているが、酸化膜あるいは窒化膜と、金属膜
との組み合せで多層構成にすることもできる。

(3) 第３図の実施例では、多層膜２０をシリコン
酸化膜と窒化膜の２種類の膜で形成している
が、酸化膜、窒化膜、金属膜等のエツチング可
能な３種類以上の膜を使つて、各層はその下層
の膜とはエツチング速度、エツチング条件が全
く異なるように構成された多層構成にしてもよ
い。

(4) 第３図の実施例では、多層膜２０を形成する
基板としてシリコンウエハを用いているが、こ
の基板としてシリコン以外の金属板あるいはガ
ラス板を用いることも可能である。

(5) 上記実施例では、基板上に形成した鋸歯状輪
帯パターンをフオトポリマによつて複製レンズ
を得ているが、この複製方法はフオトポリマ法
に限定されず、インジエクシヨン法等の他の複
製技術を用いても良い。

〔効果〕

以上のように、本発明ではマイクロフレネルレ
ンズパターンの形成をレジスト層以外の均一な膜
厚を有した層で行なつているため、レジスト層は
単に１層分の輪帯パターンを形成するだけで良
く、そのレジストの最適条件でパターンを処理す
ることができ、また従来方法のようにレジストに
多重露光を与える必要がないため、レジスト中で
の描画電子線の散乱、近接効果の影響を最小限に
抑えることができ、レジストパターンで見られた
ようなレンズ外周の微細パターン部での膜厚の減
少あるいはパターン断面形状の崩れもなくなる。

一方パターン形成層をそのまま複製用のスタン
パに用いているので、１つのレンズパターンから
多量の複製レンズを製作することができて、コス
トの低減化も実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂは、それぞれ鋸歯状断面を持つた
マイクロフレネルレンズの断面図と平面図、第２
図Ａ乃至Ｄは、従来方法による鋸歯状輪帯のパタ
ーン製作工程を示した工程順の断面図、第３図Ａ
乃至Ｇは、本発明による鋸歯状断面のパターン製
作工程を示した一実施例の工程順の断面図、第４
図Ａ，Ｂ，Ｃは第３図のパターン原盤から複製レ
ンズを製作する工程順の断面図を示した図であ
る。 １４……シリコンウエハ、１５……シリコン酸
化膜、１６……窒化膜、１７……シリコン酸化
膜、１８……窒化膜、１９……シリコン酸化膜、
２０……多層膜、２１……レジスト、２２……電
子線露光領域、２３……電子線露光領域、２４…
…理想鋸歯断面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基板上に成膜可能でかつ一方をエツチングす
   る条件では他方がエツチングされないような２種
   類以上の膜を交互に所定層数積層して多層膜を形
   成する工程と、前記多層膜の最上層をパターンエ
   ツチングしてマイクロフレネルレンズの第１層の
   輪帯パターンを形成する工程と、前記多層膜の第
   ２層をパターンエツチングして前記第１層の輪帯
   パターンと重複しかつ輪帯幅を小さくした第１層
   の輪帯パターンを形成する工程と、前記多層膜の
   第３層以上を順次パターンエツチングして輪帯幅
   を段階的に小さくした第３層以上の輪帯パターン
   を順次形成する工程と、前記パターニングされた
   多層膜の複製を得る工程とを備え、前記各層の輪
   帯パターンの断面を鋸歯形状近似面としたことを
   特徴とするマイクロフレネルレンズの製造方法。 ２ 前記基板はシリコンまたは金属またはガラス
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の製造方法。 ３ 前記多層膜は、一の層をパターンエツチング
   時にその直下の層がエツチングされない３種類以
   上の膜であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項または第２項記載の製造方法。