JPH07248403A - Optical device and its production - Google Patents
Optical device and its productionInfo
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- JPH07248403A JPH07248403A JP4130394A JP4130394A JPH07248403A JP H07248403 A JPH07248403 A JP H07248403A JP 4130394 A JP4130394 A JP 4130394A JP 4130394 A JP4130394 A JP 4130394A JP H07248403 A JPH07248403 A JP H07248403A
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Abstract
Description
【０００１】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical device / optical device manufacturing method.
【０００２】[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）。2. Description of the Related Art As a method for creating a refracting surface or a reflecting surface in a micro optical system, which is typically a micro lens,
A method utilizing etching is known (for example, JP-A-5-173003).
【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。Creation of a minute curved surface using etching is
It is a relatively recent technology, has a wide range of potential, and is expected to undergo active technological development.
【０００４】[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７，８）。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a novel optical device having a concave surface formed by using etching (claims 7 and 8).
【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１〜６）。Another object of the present invention is to provide a novel optical device manufacturing method for manufacturing the novel optical device (claims 1 to 6).
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明の
「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。The "optical device manufacturing method" of the present invention uses a "device material having a photoresist layer formed on the surface". “Device material” means, in this specification, the material substance that will eventually become the actual part of the “optical device”. As the device material, any solid material that can be etched can be used without particular limitation. For example, when manufacturing an optical device that uses refraction, the device materials include glass, plastic, Si, ceramics,
If a single crystal material or the like can be preferably used, and if an optical device utilizing reflection is to be manufactured, in addition to the above-mentioned various materials, various metals, super steel alloys, Si metal materials, amorphous metal materials, etc. , SiC, Si 3 N 4 , SiAlON, and other ceramic materials can be used.
【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。The photoresist layer is exposed and developed to form a "predetermined concave surface shape" in the photoresist layer. Subsequently, the concave shape is set as a “starting shape”, and “isotropic etching” is performed on the photoresist layer and the device material to form a concave curved surface shape corresponding to the concave shape in the device material.
【０００８】請求項２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。The "optical device manufacturing method" of the second aspect of the invention also uses the "device material having a photoresist layer formed on the surface". The layer of photoresist is exposed and developed to form a "predetermined concave surface shape" in the layer of photoresist. Then, "anisotropic etching" is performed on the photoresist layer and the device material,
A “second concave surface shape” is formed by deepening the above concave surface shape toward the device material side.
【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。Then, using the second concave surface shape as a starting shape,
"Isotropic etching" is performed on the photoresist layer and the device material to form a concave curved surface shape in the device material according to the second concave surface shape.
【００１０】請求項３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。The "optical device manufacturing method" of the third aspect of the present invention uses "a device material having a photoresist layer formed on the surface thereof through a predetermined mask pattern made of an etching resistant material". That is, a predetermined mask pattern made of an etching resistant material is formed on the surface of the device material, and a photoresist layer is formed on this mask pattern.
【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。The layer of photoresist is exposed and developed to form a "predetermined concave surface shape" in the layer of photoresist.
【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２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。Next, anisotropic etching is performed on the photoresist layer and the device material to form a "second concave surface shape" in which the above concave surface shape is deepened toward the device material side. Between the layer of photoresist and the device material,
Since the "mask pattern" is interposed and the mask pattern is not etched because it has etching resistance, the "second concave surface shape" formed by anisotropic etching is the same as the second concave surface shape in the invention of claim 2. Can be different.
【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。Then, using the second concave surface shape as the starting shape,
"Isotropic etching" is performed on the device material,
A concave curved surface shape corresponding to the second concave surface shape is formed in the device material. At this time, the mask pattern may be removed as necessary.
【００１４】請求項４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。The method for manufacturing an optical device according to claim 4
In the above, "a device material having a mask layer containing a material that prevents etching on the surface thereof" is used. A predetermined pattern is patterned on the mask layer to "expose the surface of the device material according to the pattern". Next, the device material is isotropically or anisotropically etched to form a concave shape according to the above pattern. Subsequently, the mask layer is removed, and “isotropic etching” is performed using the above concave surface shape as a starting shape to form a concave curved surface shape corresponding to the above starting shape in the device material.
【００１５】請求項５記載の「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。The "optical device manufacturing method" according to claim 5.
Uses a "device material having a photoresist layer formed on the surface thereof".
【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。A "predetermined surface shape" is formed on the photoresist layer by photolithography, anisotropic etching is performed on the photoresist layer and the device material, and the surface shape is engraved on the device material.
【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。With the "carved shape" as the starting shape,
Perform "isotropic etching" on the device material,
A concave curved surface shape corresponding to the starting shape is formed in the device material.
【００１８】請求項６記載の「光学デバイス製造方法」
は、上記請求項１〜５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。A method for manufacturing an optical device according to claim 6.
In the optical device manufacturing method according to any one of claims 1 to 5, the isotropic etching performed on the starting shape is defined as "dry etching", and the reaction chamber pressure during the etching is stepwise and / or continuous. Change to.
【００１９】これら請求項１〜６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１〜６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。In the optical device manufacturing methods according to the first to sixth aspects, the concave curved surface shape formed in the device material can be used as a "refractive surface shape" or a "reflective surface shape". In the method for manufacturing an optical device according to any one of claims 1 to 6, the concave curved surface shape formed on the device material may be one or two or more. When forming a plurality of concave curved surface shapes, these concave array curved surface shapes may be arrayed. Can be formed.
【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。The concave curved surface shape formed on the device material is not only a concave spherical surface or a concave aspherical surface, but also various shapes such as a concave cylinder surface, a concave deformed cylinder surface, and a concave spheroidal surface. It is possible.
【００２１】上記請求項４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（１０
０）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、ＳｉＯ
2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。In the optical device manufacturing method according to claim 4, the "device material having a mask layer containing a material that interferes with etching formed on the surface" is "Si (10
0) plane were selectively formed, or Si (100) SiO 2 on the device material "made by polishing with a surface having a surface
A film is provided, and a photoresist layer is provided on the film.
A mask layer composed of two films and a photoresist layer "can be used.
【００２２】請求項７記載の「光学デバイス」は、請求
項１〜６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１〜６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。An “optical device” described in claim 7 is an optical device manufactured by the optical device manufacturing method described in claims 1 to 6. In the optical device manufacturing method according to any one of claims 1 to 6, when the device material having a concave curved surface shape is a "transparent material", the concave curved surface shape formed can be used as a negative refraction surface. The "optical device" can be used as a micro concave lens, a micro concave lens array (when the concave curved surface shape is formed into an array), or the like. Of course, it is also possible to form a convex curved surface shape on the same device material by combining it with a concave curved surface shape, and combine these as concave and convex refracting surfaces.
【００２３】また、請求項１〜６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８）、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。Further, by forming a reflection film in a concave curved surface shape formed by the optical device manufacturing method according to any one of claims 1 to 6, it can be used as a "concave reflection surface" (claim 8). It can be used as a micro concave mirror or a micro concave mirror array.
【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
７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。As the device material, the above-mentioned super steel alloy,
Si metal material / amorphous metal material, SiC, Si 3 N 4 ,
When a ceramic material such as SiAlON is used, the optical device according to the seventh aspect can be used as a “molding die” for forming a convex curved surface shape which is the reverse of the formed concave curved surface shape.
【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。Further, the isotropic etching is preferably physical etching such as ECR plasma etching or RIE.
【００２６】[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。As described above, in the present invention, first, the concave surface shape as the "starting shape" is formed, and "isotropic etching" is performed on this concave surface shape to obtain the desired concave curved surface shape. Are formed into a device material. Therefore,
The "combination of the concave shape as the starting shape and the isotropic etching" makes it possible to create a wide range of concave curved surface shapes.
【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。In isotropic etching, since the etching progresses uniformly in all directions, for example, a concave shape having a "rectangular" or "wedge shape" in cross section has a cross section of "arc shape" due to isotropic etching. However, since various concave curved surface shapes appear in the course of the change, various concave curved surface shapes can be realized by the etching time of isotropic etching.
【００２８】あるいは、請求項６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。Alternatively, as in the invention according to claim 6,
By using isotropic etching as dry etching and changing the reaction chamber pressure stepwise and / or continuously, a wider concave curved surface shape can be realized.
【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。The starting shape is experimentally and / or theoretically determined according to the desired concave curved surface shape (diameter, pitch, depth), substrate material, etching conditions and the like.
【００３０】[0030]
【実施例】以下、具体的な実施例を説明する。図１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。EXAMPLES Specific examples will be described below. Figure 1
It is a figure for demonstrating the Example which applied the manufacturing method of the optical device of Claim 1 to manufacture of the array of the micro lens of negative refractive power.
【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。In FIG. 1A, the device material indicated by reference numeral 10 is a transparent optical material in the form of a parallel plate, and a layer of a positive photoresist 20 is formed on one of its flat surfaces.
【００３２】請求項１記載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。In the optical device manufacturing method according to the first aspect, first, the layer of the photoresist 20 is exposed and developed to form a predetermined concave surface shape in the layer of the photoresist 20. In the example, as shown in FIG. 1A, the microlens array 50 performing exposure using the microlens array 50 has a convex refracting surface arrayed on one surface of a parallel plate-shaped transparent plate. Although not shown, a light-shielding film is formed on the portion other than the refracting surface.
【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２
０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。When uniform light is irradiated from above the microlens array 50, the light incident on each refracting surface is condensed by the action of the refracting surface and becomes a convergent light beam, which is the photoresist 2.
It is incident on the 0 layer. The microlens array 50 is disposed in close contact with the surface of the layer of the photoresist 20, and the thickness of the layer of the photoresist 20 is such that the light flux converged by the refraction surface is exactly the layer of the photoresist 20 and the device material 10.
It is set to collect light on the boundary surface with the surface of.
【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。After exposure as described above, development is carried out,
The exposed portion of the photoresist 20 is removed. Then, as shown in FIG. 1B, a concave surface shape 201 having a V-shaped cross section is formed. This concave shape 201 is
It is a "mortar-like" concave surface with the conical surface reversed.
【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１
０１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（請求項７）。When "isotropic etching" is carried out using this "mortar-shaped" concave surface shape 201 as a "starting shape", as shown in FIG. 1 (c), the starting shape is "mortar-shaped concave surface shape". "Concave spherical surface shape 1"
01 can be formed as the surface shape of the device material 10.
Thus, the micro concave lens array having the concave spherical surface shape 101 as the refracting surface is obtained (claim 7).
【００３６】上記凹球面形状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（請求項
８）。If a reflecting film is formed on the concave spherical shape 101, it can be used as a micro concave mirror array (claim 8).
【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。In FIG. 1, if the convex refracting surface of the microlens array 50 is a cylinder surface long in the direction orthogonal to the drawing of FIG.
It will be readily understood that an array of concave cylinder surfaces can be formed in the. Needless to say, a reflective film may be formed on such a concave cylinder surface.
【００３８】図２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。FIG. 2 is a diagram for explaining an embodiment in which the optical device manufacturing method according to the second aspect is applied to manufacturing an array of microlenses having a negative refractive power.
【００３９】請求項２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、請求項１記載の光学デバイス製造方法の場合と同じ
である。In the optical device manufacturing method according to the second aspect, as in the optical device manufacturing method according to the first aspect described with reference to FIG. 1, "a device material having a photoresist layer formed on the surface" Is used to form a predetermined concave shape in the photoresist layer by exposing and developing the photoresist layer. Therefore, the same steps as those of the optical device manufacturing method according to claim 1 are performed until the predetermined concave shape is formed in the photoresist layer.
【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
実施例における（ａ），（ｂ）の工程と同様であるとす
る。Therefore, also in this embodiment, it is assumed that the steps (a) and (b) in the embodiment of FIG. 1 are the same until the formation of a predetermined concave surface shape in the photoresist layer.
【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。As shown in FIG. 1B, when a predetermined curved surface shape is formed on the layer of the photoresist 20, next,
Anisotropic etching is performed on the layer of the photoresist 20 and the device material 10 to form the concave shape (FIG. 1B).
2) is deepened toward the device material 10 side to form a second concave surface shape 202 as shown in FIG.
【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１０
２をデバイス材料１０に形成することができる。After that, when the layer of the photoresist 20 and the device material 10 are subjected to "isotropic etching" using the second concave surface shape 202 as a starting shape, as shown in FIG. 2B, the second shape is obtained. Concave curved surface shape 10 according to the concave surface shape 202
2 can be formed in the device material 10.
【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。In this example, the photoresist 20 and the device material 10 have different etching rates with respect to isotropic etching, and the formed concave curved surface shape 102 is an “aspherical surface shape” with a strong curvature near the top. There is.
【００４４】図３は、請求項３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。FIG. 3 is a diagram for explaining an embodiment in which the optical device manufacturing method according to claim 3 is applied to manufacturing an array of microlenses having negative refractive power.
【００４５】請求項３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。In the optical device manufacturing method according to the third aspect, "a device material having a photoresist layer formed on the surface through a predetermined mask pattern made of an etching resistant material" is used.
【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。In this embodiment, a layer of photoresist 20 is formed on one surface of a parallel plate-shaped device material 10 which is a transparent optical material through a predetermined mask pattern 30 made of an etching resistant material. There is. The mask pattern is a pattern having openings corresponding to the arrangement of the convex refracting surfaces of the microlens array 50.
【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の実施例の場合と同様である。When the layer of the photoresist 20 is exposed and developed by performing uniform light irradiation through the microlens array 50, as shown in FIG. 3B, a predetermined concave surface shape 201 is formed.
Are formed on the photoresist 20. The process up to this point is the same as in the case of the embodiment shown in FIG.
【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。From this state, the layer of the photoresist 20 and the device material 10 are anisotropically etched to form a concave shape 201 on the device material 10 side as shown in FIG. 3C. 2 A concave surface shape 203 is formed.
At this time, the mask pattern 203 has resistance to anisotropic etching and is not etched.
【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１０
３をデバイス材料１０に形成することができる。After removing the mask pattern 30, the second
When the device material 10 is subjected to “isotropic etching” with the concave shape 203 as a starting shape, the concave curved surface shape 10 corresponding to the second concave shape 203 is obtained as shown in FIG.
3 can be formed in the device material 10.
【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。A concave curved surface shape 103 formed by the starting shape being a cylindrical shape having a conical tip end portion
Has an "aspherical shape" with a strong curvature near the top.
【００５１】これから明らかなように、請求項２，３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。As is apparent from the above, the optical device manufacturing methods according to the second and third aspects are suitable for manufacturing an optical device having a concave aspherical shape. Of course, if the refracting surface of the microlens array 50 is a cylinder surface that is long in the drawing direction of FIG. 3A, the device material will have a cross-sectional shape shown in FIGS. An array of deformed cylinder surfaces as given by the surface shape of (d) is obtained.
【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。In the embodiments shown in FIGS. 2 and 3, it is needless to say that the concave curved surface shape formed in the device material can be used as a micro concave mirror array by forming a reflecting surface.
【００５３】図４は、請求項４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。FIG. 4 is a diagram for explaining an embodiment of the optical device manufacturing method according to the present invention.
【００５４】請求項４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、Ｓ
ｉ（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。In the optical device manufacturing method according to the fourth aspect, "a device material having a mask layer containing a material that prevents etching on the surface thereof" is used. In FIG. 4A, the device material 10A is made of Si material, and S
An i (100) plane is selectively formed, or a smooth surface is selectively polished with a plane having a (100) plane.
【００５５】このようなデバイス材料１０Ａの上記（１
００）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。The above-mentioned (1
A SiO 2 film is provided on the (00) surface, a photoresist layer is provided thereon, and the SiO 2 film and the photoresist layer constitute a mask layer 20A.
【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。A predetermined pattern (slit shape in the illustrated example) is patterned on the mask layer 20A to expose the surface of the device material according to the pattern.
【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。In this state, an oxidizing agent, a chelating agent,
"Anisotropic etching" is performed with an anisotropic etching solution composed of water. Then, since the etching rate of Si in the <100> direction is fast and the etching rate of the <111> direction is the slowest, the (111) plane appears on the side wall and the V-shaped groove has a cross section as shown in the figure. It is formed.
【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。When the opening shape of the mask layer is "rectangular", the result of the "anisotropic etching" is an inverted pyramid shape as shown in FIG. 4 (b).
【００５９】なお、デバイス材料の平滑な表面にＳｉＯ
2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。It should be noted that SiO is formed on the smooth surface of the device material.
When two films are provided, a Si crystal having a predetermined thickness is formed on the film so that the surface is the (100) plane, and the mask layer is further formed, the anisotropic etching effect is obtained by the device material surface. Since it is stopped by the SiO 2 film, it is possible to form a V-shaped groove having a flat bottom portion or an inverted truncated pyramid shape.
【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。It will be easily understood that a cylindrical surface-shaped concave surface or a concave spherical surface shape can be formed by performing isotropic etching on the device material using the thus-formed concave surface shape as a starting shape.
【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。FIG. 4 (c) shows a mask material patterned into a slit shape in the example described with reference to FIG. 4 (a), and a device material surface (Si (100)) is formed at the slit portion.
The surface is exposed and isotropically etched with an isotropic etching solution composed of hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid. In this case, since the etching rate for Si is the same for all crystal planes, a concave surface shape of the cylinder surface shape is obtained as shown in the figure.
【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。FIG. 4D shows the device material surface (Si (100) surface) exposed in a circular portion by patterning the mask layer into a circular shape in the example described with reference to FIG. 4B. The figure shows the state where "isotropic etching" is performed with an isotropic etching solution composed of hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid. In this case, since the etching rate for Si is the same for all the crystal planes, a concave spherical surface shape can be obtained as shown in the figure.
【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。If isotropic etching is performed with the concave shape formed as shown in FIGS. 4 (c) and 4 (d) as a starting shape, a concave curved surface having a cylindrical surface shape or a concave spherical surface having a concave spherical surface shape is formed. It can be formed as the surface shape of the device material.
【００６４】図５は、請求項５記載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。FIG. 5 shows an embodiment in which the optical device manufacturing method according to claim 5 is applied to manufacture of an array of micro-cylinder lenses having negative refractive power.
【００６５】請求項５記載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。In the optical device manufacturing method according to the fifth aspect, "a device material having a photoresist layer formed on its surface" is used. In this embodiment, the device material 10 is a transparent optical material, parallel plate-like,
A layer of positive photoresist 20 is formed on the smooth surface on one side.
【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。A predetermined surface shape is formed on the layer of the photoresist 20 by "photolithography". In this example, a mask 60 having a lattice pattern with the left-right direction as the pitch direction in FIG. 5A is brought into close contact with the surface of the photoresist 20 for uniform light irradiation, and then the exposed photoresist is exposed. The portion was removed by development, and a three-dimensional relief pattern according to the above-mentioned lattice pattern was formed as the surface shape of the photoresist 20, as shown in FIG.
【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。In this state, the photoresist layer 20
Then, “anisotropic etching” is performed on the device material 10 and the above surface shape is engraved on the device material. The shape carved in this way is shown in FIG. The shape depth: C can be adjusted by adjusting the selection ratio of anisotropic etching.
【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。With the carved shape as the starting shape, the device material 10 is subjected to "isotropic etching" to form a concave curved surface shape in the device material 10 according to the starting shape. The concave shape formed is, in the case of this embodiment,
It is an array of concave cylindrical surfaces, so the resulting optical device can be used as an array of negative power micro-cylinder lenses.
【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。The shape (transverse cross-sectional shape) of the concave cylindrical surface formed at this time is as shown in FIG.
It depends on the dimensional ratio of groove width: A and groove depth: C and the etching conditions. That is, the shape after isotropic etching differs depending on the size of the starting shape and the etching conditions.
【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。In FIG. 5C, the dimension: A is small,
And, as the dimension: C becomes larger and the etching pressure becomes higher, the shape of the cylindrical concave curved surface becomes as shown in FIG.
As shown in FIG. 5E, the cross-sectional shape approaches a semi-circular shape, and in the opposite case, as shown in FIG. 5D, the planar portion formed on the bottom surface of the cylindrical concave shape is large. Become.
【００７１】図１〜図５に説明した各実施例において、
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６）。In each of the embodiments described in FIGS. 1 to 5,
Isotropic etching with respect to the starting shape is defined as dry etching, and the pressure in the reactant during etching is changed stepwise and / or continuously, so that the shape of the concave curved surface formed can be variously changed. Yes (claim 6).
【００７２】図５の実施例においても、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。It is needless to say that even in the embodiment of FIG. 5, a reflection type optical device can be obtained by forming a reflection film on the obtained concave curved surface shape. In addition, it goes without saying that a molding die for molding a convex curved surface can be obtained by selecting an appropriate material as a device material in each of the above-mentioned embodiments.
【００７３】以下、具体的な例を説明する。A specific example will be described below.
【００７４】具体例１ 図１の実施例の具体的１例を説明する。デバイス材料１
０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。Concrete Example 1 A concrete example of the embodiment shown in FIG. 1 will be described. Device material 1
As 0, a “synthetic quartz material” was used, on which a positive photoresist 20 was spin-coated and prebaked to form a layer having a thickness of 20 μm. The microlens array 50 was brought into close contact with the layer of the photoresist 20 and irradiated with uniform light for exposure.
【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。The microlens array 50 is as follows.
【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：１．０２
８ｍｍ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。A photoresist layer is formed on one surface of a parallel plate glass material of SF-60 having a plate thickness of 2.205 mm and a radius of 1.02 by a photolithography method.
8 mm circular convex spherical surfaces were formed in a two-dimensional array with a pitch of 2 mm, and this convex curved surface shape was engraved as the surface shape of the parallel plate by anisotropic etching. In this way, a microlens array as shown by reference numeral 50 in FIG.
【００７７】屈折面によるレンズの有効径は１．６００
ｍｍ，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］｝＋ａ
ｈ4 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。The effective diameter of the lens formed by the refracting surface is 1.600.
mm, lens pitch: 2.0 mm. Refractive surface is aspherical, wherein Z = {Ch 2/1 + √ [1- (k + 1) C 2 h 2]} known aspheric + a
h 4 C = 1 / R (R: central radius of curvature) k: conical constant, a: fourth-order aspherical constant Z: conical constant at distance from aspherical vertex: k = −0.3166581, fourth-order non-constant surface coefficients: a shape specified by a = 0.1501482 × 10- 2. The portion other than the refraction surface was masked with a Ti vapor deposition film. Therefore, this microlens array is an array of plano-convex lenses.
【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。As described above, each refracting surface of the microlens array 50 has an aspherical shape that is not a spherical shape, but the etching conditions for the anisotropic etching are controlled, that is, selected. By lowering the ratio (increasing the amount of oxygen introduced), it is possible to easily manufacture a spherical shape.
【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。This microlens array 50 was brought into close contact with the layer of photoresist on the device material as described above,
Exposure was performed using an exposure light source with a wavelength of 436 nm.
The light for exposure is made into a convergent light flux on each refraction surface of the microlens array 50 and is condensed on the surface of the device material 10 as shown in FIG. After the exposure, the portion irradiated with light was removed by development. The removed portion is a mortar-shaped inverted conical surface. The "half apex angle (half the angle of the apex of the conical surface when the conical surface is cut by a plane passing through the axis of symmetry of the conical surface)" of this inverted conical surface corresponds to the convergence state of the exposure light flux. The half apex angle was 48 °.
【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。In this way, a concave two-dimensional array array having an inverted conical surface shape could be formed as the surface shape of the photoresist 20.
【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、８×１
０~3Ｔｏｏｒ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。The inverted conical concave shape is referred to as the "starting shape".
Then, isotropic etching was performed on the photoresist 20 and the device material 10 as follows. That is, the device material 10 having the above-mentioned starting shape formed on the layer of the photoresist 20 on the surface is set in an ECR plasma etching apparatus, and CHF 3 , O 2 and Ar gas are introduced to obtain 8 × 1.
Isotropic etching was carried out for 40 minutes at a pressure of 0 to 3 Toor. As a result, a concave spherical shape was formed according to each starting shape.
【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。Concrete Example 2 A concrete example of the embodiment shown in FIG. 2 will be described. The same device material 10 and photoresist layer 20 as those in Example 1 above.
Was used. In exactly the same manner as in Example 1, anisotropic etching was performed on a layer of the photoresist 20 on which a concave two-dimensional array array having an inverted conical surface was formed, and CHF 3 , O 2 ,
With an ECR plasma etching system with gas introduced,
It is performed for 20 minutes under the condition of 3 × 10 to 4 Toor, and the above concave surface shape is deepened to the device material side to form the second concave surface shape (see
The concave shape 202 of the inverted conical surface of FIG.
【００８３】この第２凹面形状を出発形状とし、同じＥ
ＣＲ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。The second concave surface shape is used as a starting shape, and the same E
In the CR plasma etching system, CHF 3 , O 2 ,
Ar gas is introduced, and the flow rate of the introduced gas and the etching conditions are adjusted to reduce the selection ratio.
By performing for 20 minutes under the condition of ~ 3 Toor,
It was possible to form an aspherical concave curved surface shape as shown in (b).
【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。Concrete Example 3 A concrete example of the embodiment shown in FIG. 3 will be described. A Cr vapor deposition film (withstanding isotropic etching) was formed on one surface of the same device material as in Examples 1 and 2, and a mask pattern 30 (circular openings were two-dimensionally arranged by photolithography and wet etching). Pattern) was formed, and a layer of photoresist 20 was formed thereon.
【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。In the same manner as in Example 1, a photoresist having an inverted conical concave surface array was set in an ECR plasma etching apparatus, and CHF 3 ,
O 2 and gas were introduced, and anisotropic etching was performed for 20 minutes under the conditions of 2 to 3 × 10 4 toor to deepen the concave shape into the device material 10 to form the second concave shape 203.
Then, the mask pattern formed by the Cr vapor deposition film is removed, and CHF 3 , O 2 and Ar gas are introduced again by the above ECR etching apparatus to perform isotropic etching at 8 × 10 3 Toor.
20 minutes under the conditions described above, an aspherical concave curved surface array as shown in FIG. 3D could be formed.
【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。A specific example of the embodiment shown in FIG. 4 will be described. Example 4 A Si crystal plate was used as the device material 10A, and its (100) plane was polished into a flat surface, a SiO 2 film was formed on this plane, and a photoresist was further applied thereon to form a photoresist layer. And a SiO 2 film form a mask layer 20A.
【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））。A one-dimensional grid pattern with a width of 30 μm and a pitch of 100 μm was formed on the photoresist layer by photolithography, and then dry etching was performed using the photoresist pattern as a mask to form the above-mentioned 1 on the SiO 2 film.
The three-dimensional grid pattern is patterned and the above (100)
The surface was exposed according to the pattern. Etching solution (oxidizing agent (ethylenediamine), chelating agent (pyrocateco-
And a water mixed solution), a groove having a V-shaped cross section was formed on the surface of the device material 10A by anisotropic etching (FIG. 4A).
【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。After removing the photoresist layer, it is set in an ECR plasma etching apparatus and CF 4
Gas is introduced and isotropic etching is performed for 110 minutes under the conditions of 8 × 10 to 3 Torr to form an array of concave cylinder surfaces having a semicircular cross section as the surface shape of the device material 10A. I was able to.
【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））。Practical Example 5 The mask layer 20A formed on the Si crystal device material 10A is patterned to form a SiO 2 film having a diameter of:
By patterning a circular shape of 30 μm and exposing the (100) plane to a circular shape, and etching with an etching solution in this state, the bottom surface of a square with a side length of 30 μm is obtained due to the effect of isotropic etching. An inverted pyramid-shaped concave surface shape was formed (FIG. 5B).
【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。The mask layer with the photoresist layer removed is set in an ECR plasma etching apparatus, CF 4 gas is introduced, and isotropic etching is performed for 110 minutes under the conditions of 8 × 10 to 3 Toor. As a result, a concave spherical surface having a concave curved surface shape could be formed on the surface of the device material 10A.
【００９１】具体例６ デバイス材料１０ＡとしてＳｉ結晶板を用い、その（１
００）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：１
００μｍ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。Example 6 A Si crystal plate was used as the device material 10A, and (1
A mask layer 20A similar to that of Examples 4 and 5 was formed on the (00) surface. Similar to Example 4, width: 30 μm, pitch: 1
A one-dimensional grid pattern of 00 μm was patterned on the mask layer 20A. When the device material 10A is etched with an etching solution (a mixed solution of hydrofluoric acid, nitric acid and acetic acid),
By the isotropic etching, a one-dimensional array of grooves (FIG. 4 (c)) having a U-shaped cross section and a substantially semicircular shape was formed.
【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１
０Ａの表面形状として形成することができた。The mask layer with the photoresist layer removed is set in an ECR plasma etching apparatus, CF 4 gas is introduced, and isotropic etching is performed for 110 minutes under the condition of 8 × 10 to 3 Toor. Then, a one-dimensional array of concave cylindrical surfaces having a semicircular cross section is used to obtain the device material 1
It was possible to form a surface shape of 0A.
【００９３】具体例７ デバイス材料１０ＡとしてＳｉ結晶板を用い、その（１
００）面上に、具体例４，５，６と同様のマスク層２０
Ａ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））。Example 7 A Si crystal plate was used as the device material 10A, and (1
00) surface, the mask layer 20 similar to the specific examples 4, 5 and 6 is formed.
Formed A. As in Example 5, when a circular shape having a diameter of 30 μm was patterned to expose the (100) plane in a circular shape and etching was performed with an etching solution, a circular shape having a diameter of 30 μm was obtained due to the effect of isotropic etching. A semi-spherical sphere having a concave shape was formed (FIG. 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。The mask layer 20A from which the photoresist layer has been removed is set in an ECR plasma etching apparatus, CF 4 gas is introduced, and isotropic etching is performed for 110 minutes under the conditions of 8 × 10 to 3 Torr. Then, the concave spherical shape could be formed.
【００９５】請求項５記載の発明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７
μｍ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。A specific example of the invention described in claim 5 will be described. Example 8 A parallel plate of synthetic quartz was used as a device material, and a layer of photoresist 20 was formed on one surface thereof. A circular pattern with a diameter of 4 μm was formed by photolithography.
Two-dimensionally formed with a pitch of μm, the device material is etched by ECR plasma etching to a depth of 1.15 μm, and the shape of the circular pattern is engraved on the device material.
【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。The device material from which the photoresist layer has been removed is set in an ECR plasma etching apparatus,
CHF 3 and O 2 gas were introduced, and isotropic etching was performed for 24 minutes under the condition of 8 × 10 to 3 Torr to form a hemispherical concave surface shape having a flat portion at the bottom.
【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。Concrete Example 9 Similarly, a layer of photoresist formed on a device material which is a parallel plate of synthetic quartz was subjected to photolithography by photolithography.
A circular pattern having a diameter of 2.0 μm is formed in a two-dimensional array with a pitch of 5 μm and etched to a depth of 0.8 μm by the ECR plasma etching method, and the shape of the circular pattern is engraved on a device material.
【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。The device material from which the photoresist layer has been removed is set in an ECR plasma etching apparatus,
CHF 3 , O 2 gas was introduced, and isotropic etching was performed for 16 minutes under the condition of 8 × 10 to 3 Toor, and like the specific example 8, a semi-spherical concave with a flat portion on the bottom was formed. A curved array array could be formed.
【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。SPECIFIC EXAMPLE 10 A layer of photoresist formed on a device material which is a parallel plate of synthetic quartz has a diameter of:
1. Circular patterns of 1.0 μm were two-dimensionally arrayed with a pitch of 7 μm, and 1.
Etching is performed to a depth of 5 μm, and the shape of the circular pattern is engraved on the device material.
【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。The device material from which the photoresist layer has been removed is set in an ECR plasma etching apparatus,
When CHF 3 and O 2 gas was introduced and etching was performed for 45 minutes under the condition of 8 × 10 to 3 Toor, unlike the specific examples 8 and 9, a semi-spherical concave curved surface shape having no flat portion on the bottom side was formed. Could be formed.
【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。The optical devices manufactured in Examples 8, 9 and 10 can be used as a focusing plate (mat plate).
【０１０２】[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１〜８）。As described above, according to the present invention, a novel optical device / optical device manufacturing method can be provided (claims 1 to 8).
【０１０３】請求項１〜６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。The invention according to claims 1 to 6 is as described above.
First, since the starting shape is formed and then isotropic etching is performed, a wide range of concave curved surface shapes can be formed as the device surface shape by combining the starting shape and the isotropic etching.
【０１０４】請求項７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。The optical device according to claim 7 can be used as an optical element having a negative refraction surface, for example, as a micro concave lens or a micro concave lens array, or as a molding die for molding a convex curved surface.
【０１０５】請求項８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。The optical device according to the eighth aspect can be used as an optical element having a concave curved reflecting surface, for example, a micro concave mirror or a micro concave mirror array.
【０１０６】請求項１〜６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。By adopting isotropic etching, the optical device according to claims 7 and 8 manufactured by the invention according to claims 1 to 6 is realized at a low cost with little variation in the shape of the concave curved surface formed. it can.
【図１】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。FIG. 1 is a diagram for explaining one embodiment of the invention according to claim 1;
【図２】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。FIG. 2 is a diagram for explaining one embodiment of the invention according to claim 2;
【図３】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。FIG. 3 is a diagram for explaining one embodiment of the invention according to claim 3;
【図４】請求項４記載の発明の１実施例を説明するため
の図である。FIG. 4 is a diagram for explaining one embodiment of the invention according to claim 4;
【図５】請求項５記載の発明の１実施例を説明するため
の図である。FIG. 5 is a diagram for explaining one embodiment of the invention according to claim 5;
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10 Device Material 20 Photoresist 50 Microlens Array Used for Exposure of Photoresist Layer
Claims (8)
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、 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。1. A device material having a photoresist layer formed on the surface thereof is exposed and developed to form a predetermined concave shape on the photoresist layer, Optical device manufacturing, characterized in that a concave shape is used as a starting shape, isotropic etching is performed on a photoresist layer and a device material, and a concave curved surface shape corresponding to the concave shape is formed in the device material. Method.
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。2. A device material having a photoresist layer formed on the surface thereof is exposed and developed to form a predetermined concave surface shape on the photoresist layer, Anisotropic etching is performed on the resist layer and the device material to form a second concave surface shape in which the concave surface shape is deepened to the device material side, and the second concave surface shape is used as a starting shape to form the photoresist. An optical device manufacturing method, characterized in that isotropic etching is performed on a layer and a device material to form a concave curved surface shape in the device material according to the second concave surface shape.
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。3. A layer of photoresist is exposed through a predetermined mask pattern made of an etching resistant material, and the layer of the photoresist of the device material formed on the surface is exposed and developed to obtain a predetermined layer. Forming a concave shape in the photoresist layer, and anisotropically etching the photoresist layer and the device material to form a second concave shape in which the concave shape is deepened to the device material side; An optical device manufacturing method, wherein isotropic etching is performed on a device material using the second concave surface shape as a starting shape to form a concave curved surface shape corresponding to the second concave surface shape on the device material.
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。4. A device material having a mask layer containing a material that interferes with etching formed on the surface of the device, by patterning a predetermined pattern on the mask layer to expose the surface of the device material according to the pattern. Isotropic or anisotropic etching is performed on the material to form a concave surface shape according to the above pattern, and after removing the mask layer, isotropic etching is performed using the concave surface shape as a starting shape. A method for manufacturing an optical device, characterized in that a concave curved surface shape corresponding to the shape is formed in the device material.
バイス材料の、上記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、 上記フォトレジスト層とデバイス材料とに対して異方性
のエッチングを行い、上記表面形状をデバイス材料に彫
り写し、 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、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。5. A predetermined surface shape is formed by photolithography on the photoresist layer of a device material having a photoresist layer formed on the surface thereof, and a predetermined surface shape is formed on the photoresist layer and the device material. Isotropic etching is performed, the above surface shape is engraved on the device material, and the engraved shape is used as a starting shape, and isotropic etching is performed on the device material to form a concave curved surface shape corresponding to the starting shape. An optical device manufacturing method, which comprises forming the above device material.
５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。6. The optical device manufacturing method according to claim 1, 2 or 3 or 4 or 5, wherein isotropic etching with respect to the starting shape is dry etching, and the reaction chamber pressure during etching is stepwise and / or stepwise. A method for manufacturing an optical device, which comprises continuously changing.
５または６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。7. An optical device manufactured by the optical device manufacturing method according to claim 1, 2, 3 or 4 or 5 or 6.
５または６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。8. An optical device having a concave curved surface formed in a device material and having a reflective film formed by the optical device manufacturing method according to claim 1, 2, 3, 4, 5, or 6.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04130394A JP3566331B2 (en) | 1994-03-11 | 1994-03-11 | Optical device and optical device manufacturing method |
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|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10232388A (en) * | 1997-02-20 | 1998-09-02 | Ricoh Opt Ind Co Ltd | Liquid crystal device for liquid crystal projector and opposing substrate for liquid crystal device |
| JP2003264284A (en) * | 2002-03-08 | 2003-09-19 | Sanyo Electric Co Ltd | Solid state imaging element and its manufacturing method |
| JP2008032967A (en) * | 2006-07-28 | 2008-02-14 | Toppan Printing Co Ltd | Optical sheet, back light unit using the same and display |
-
1994
- 1994-03-11 JP JP04130394A patent/JP3566331B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH10232388A (en) * | 1997-02-20 | 1998-09-02 | Ricoh Opt Ind Co Ltd | Liquid crystal device for liquid crystal projector and opposing substrate for liquid crystal device |
| JP2003264284A (en) * | 2002-03-08 | 2003-09-19 | Sanyo Electric Co Ltd | Solid state imaging element and its manufacturing method |
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