JPH08187791A - Production of optical element - Google Patents

Production of optical element

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JPH08187791A
JPH08187791A JP21495A JP21495A JPH08187791A JP H08187791 A JPH08187791 A JP H08187791A JP 21495 A JP21495 A JP 21495A JP 21495 A JP21495 A JP 21495A JP H08187791 A JPH08187791 A JP H08187791A
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JP
Japan
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layer
substrate
optical element
prototype
photosensitive material
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP21495A
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Japanese (ja)
Inventor
Michio Miura
道雄 三浦
Yoshiro Ishikawa
芳朗 石川
Ippei Sawaki
一平 佐脇
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH08187791A publication Critical patent/JPH08187791A/en
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Abstract

PURPOSE: To reduce the irregulality of difference in level due to the position within the plane of a substrate to the utmost and to make an element shape fine. CONSTITUTION: A stepped master layer 24 having two or more steps at least a part of which is composed of a non-photosensitive material 21 is formed on a substrate. The surface of the substrate 10 is processed into an undulated surface S corresponding to element function by anisotropic etching using the master layer as an etching mask.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、表示装置用、通信機器
用、又はコンピュータ用のデバイスとして用いられてい
る、マイクロレンズやマイクロ回折格子などの微小光学
素子の作製方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a micro optical element such as a microlens or a microdiffraction grating, which is used as a device for a display device, a communication device, or a computer.

【0002】例えば表示装置などの分野においては、簡
易型の光学素子(光機能素子)として、理想的には曲面
である光学機能面(レンズの外面など)を階段面で近似
したいわゆるバイナリ光学素子が広く用いられている。
In the field of display devices, for example, as a simple optical element (optical functional element), a so-called binary optical element that approximates an ideally curved optical functional surface (such as the outer surface of a lens) with a staircase surface is used. Is widely used.

【0003】[0003]

【従来の技術】マイクロレンズ又はマイクロレンズアレ
イの作製方法として、基板上にレンズの原型を設けて基
板をレンズ形状に加工する方法がある。
2. Description of the Related Art As a method of manufacturing a microlens or a microlens array, there is a method of forming a lens prototype on a substrate and processing the substrate into a lens shape.

【0004】例えば、平面形状が円形のレジスト層を基
板上に形成し、それを加熱して軟化させ、レジスト材の
表面張力を利用して半球状に変形させた後、イオンミリ
ングやRIE(反応性イオンエッチング)などの異方性
エッチング手法を用いて、半球状のレジスト層をマスク
として基板を削る。これにより、基板の表面がレジスト
層の厚さに応じた起伏面(半球面)に加工される。
For example, a resist layer having a circular planar shape is formed on a substrate, which is heated to soften it and deformed into a hemispherical shape by utilizing the surface tension of the resist material, followed by ion milling or RIE (reaction). The substrate is ground using a hemispherical resist layer as a mask by using an anisotropic etching technique such as (ionic ion etching). As a result, the surface of the substrate is processed into an undulating surface (hemispherical surface) corresponding to the thickness of the resist layer.

【0005】また、原型となるレジスト層の形成に電子
ビーム露光法を用いる場合もある。その場合は、ビーム
走査に際して露光量(ビーム強度又は描画速度)を変化
させて露光の深さを調整し、現像後のレジスト層の厚さ
を滑らかに変化させる。
In some cases, an electron beam exposure method is used to form a resist layer as a prototype. In that case, the exposure amount (beam intensity or drawing speed) is changed during beam scanning to adjust the exposure depth, and the thickness of the resist layer after development is smoothly changed.

【0006】これらの方法によれば、滑らかな曲面を有
した理想的な形状の素子を得ることが可能である。しか
し、加熱によって原型を形成する方法は、再現性に問題
があり、平面形状が円形以外の素子の作製が困難であ
る。電子ビーム露光法を用いる方法は、露光に長時間を
要し、量産性の面で実用に適さない。
According to these methods, it is possible to obtain an element having an ideal shape having a smooth curved surface. However, the method of forming a prototype by heating has a problem in reproducibility, and it is difficult to manufacture an element whose planar shape is not circular. The method using the electron beam exposure method requires a long time for exposure and is not suitable for practical use in terms of mass productivity.

【0007】一方、従来において、階段状の疑似曲面を
有するバイナリ光学素子は、曲面近似の各段毎に一連の
リソグラフィ工程を実施する作製方法によって形成され
ていた。
On the other hand, conventionally, a binary optical element having a stepwise pseudo curved surface has been formed by a manufacturing method in which a series of lithographic steps are carried out for each stage of curved surface approximation.

【0008】すなわち、従来の作製方法による場合は、
予め近似の段数に応じた数の露光マスクを用意してお
き、まず、光学素子の基体となる基板の上にレジスト材
を塗布し、第1の露光マスクを用いてパターン露光を
し、それにより得られたレジスト層をマスクとして基板
を一定の深さ分だけエッチングし、レジスト層を一旦除
去する。次に再びレジスト材を塗布し、第2の露光マス
クを用いてパターン露光をし、基板をエッチングした後
にレジスト層を除去する。そして、以降においては、レ
ジスト塗布、露光、エッチング、及びレジスト除去を繰
り返す。その際、各回毎に異なる露光マスクを使用し、
その使用順序に応じて必要によりエッチング条件(時間
又はレート)を変更する。
That is, in the case of the conventional manufacturing method,
The number of exposure masks corresponding to the approximate number of steps is prepared in advance. First, the resist material is applied on the substrate that will be the base of the optical element, and pattern exposure is performed using the first exposure mask. The substrate is etched to a certain depth using the obtained resist layer as a mask, and the resist layer is once removed. Next, the resist material is applied again, pattern exposure is performed using the second exposure mask, the substrate is etched, and then the resist layer is removed. Then, after that, resist application, exposure, etching, and resist removal are repeated. At that time, use a different exposure mask each time,
The etching conditions (time or rate) are changed as necessary according to the order of use.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】従来のバイナリ光学素
子の作製方法は、基板のエッチング対象領域を露出させ
てエッチングを行うので、エッチング手法、エッチング
装置、装置内での基板の配置位置などのエッチング処理
条件に依存するエッチング速度の基板面内のバラツキ
(以下、面内分布という)が、そのまま光学素子の各部
の段差のバラツキとして現れる。例えば、RIEにおい
ては、通常は基板の中央部に比べて周縁部のエッチング
の進行が速く、周縁部の段差が中央部よりも大きくな
る。そのため、基板内の部位によって光学特性に差異が
生じてしまうという問題があった。
In the conventional method for producing a binary optical element, since the etching target region of the substrate is exposed to perform the etching, the etching method, the etching apparatus, the position of the substrate arranged in the apparatus, and the like are etched. The variation in the etching rate in the surface of the substrate depending on the processing conditions (hereinafter referred to as in-plane distribution) directly appears as the variation in the step of each part of the optical element. For example, in RIE, the etching of the peripheral portion is usually faster than that of the central portion of the substrate, and the step of the peripheral portion is larger than that of the central portion. Therefore, there is a problem in that the optical characteristics differ depending on the part in the substrate.

【0010】また、2回目以降のリソグラフィにおい
て、基板表面の高低差が大きくなるにつれて、基板上に
塗布したレジスト層の上面の起伏が顕著となる。そのた
め、特に露光装置の解像度限界に近い微細なパターンに
おいて露光条件が不安定となり、パターニング不良が生
じ易くなるという問題もあった。つまり、光学素子の微
細化が困難であった。
Further, in the second and subsequent lithography, as the height difference of the substrate surface increases, the top and bottom of the resist layer coated on the substrate becomes more prominent. Therefore, there is also a problem that the exposure conditions become unstable, especially in a fine pattern close to the resolution limit of the exposure apparatus, and patterning defects easily occur. That is, it is difficult to miniaturize the optical element.

【0011】本発明は、上述の問題に鑑みてなされたも
ので、基板面内の位置による段差のバラツキをできるだ
け小さくするとともに、素子形状の微細化を図ることを
目的としている。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to minimize the variation in steps due to the position within the substrate surface and to miniaturize the element shape.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明の作製方
法は、図1に示すように、基板の表面を覆う非感光性材
料層の形成と、感光性材料を用いて前記非感光性材料層
の一部を除去するパターニングとを繰り返すことによっ
て、前記基板の上に段数が2以上の階段状の原型層を形
成し、前記原型層をエッチングマスクとする異方性エッ
チングによって、前記基板の表層面を素子機能に応じた
起伏面に加工する方法である。
As shown in FIG. 1, the manufacturing method of the invention of claim 1 forms a non-photosensitive material layer covering the surface of a substrate, and uses the photosensitive material to form the non-photosensitive material. By repeating the patterning for removing a part of the material layer, a stepwise prototype layer having two or more steps is formed on the substrate, and the substrate is formed by anisotropic etching using the prototype layer as an etching mask. This is a method of processing the surface layer of (1) into an undulating surface according to the device function.

【0013】請求項2の発明の作製方法は、前記感光性
材料として、残膜率特性が非線形のフォトレジストを用
いるものである。請求項3の発明の作製方法は、基板の
上に、非感光性材料層と感光性材料層とからなる段数が
2以上の階段状の原型層を形成し、前記原型層をエッチ
ングマスクとする異方性エッチングによって、前記基板
の表層面を素子機能に応じた起伏面に加工する方法であ
る。
According to a second aspect of the present invention, as the photosensitive material, a photoresist having a non-linear residual film rate characteristic is used. According to a third aspect of the present invention, in the manufacturing method of the present invention, a stepwise prototype layer having a non-photosensitive material layer and a photosensitive material layer and having two or more steps is formed on the substrate, and the prototype layer is used as an etching mask. This is a method of processing the surface layer surface of the substrate into an undulating surface according to the device function by anisotropic etching.

【0014】請求項4の発明の作製方法は、基板の上
に、非感光性材料層と上面に段差を有した感光性材料層
とからなる段数が3以上の階段状の原型層を形成し、前
記原型層をエッチングマスクとする異方性エッチングに
よって、前記基板の表層面を素子機能に応じた起伏面に
加工する方法である。
According to the manufacturing method of the invention of claim 4, a stepwise prototype layer having a step number of 3 or more, which comprises a non-photosensitive material layer and a photosensitive material layer having a step on the upper surface, is formed on a substrate. In this method, the surface layer surface of the substrate is processed into an undulating surface according to the device function by anisotropic etching using the prototype layer as an etching mask.

【0015】請求項5の発明の作製方法は、フォトレジ
ストに対して異なるパターンの多重露光を行い、その後
に現像処理を行うことによって、上面に段差を有した前
記感光性材料層を形成するものである。
According to a fifth aspect of the present invention, a method of forming a photosensitive material layer having a step on its upper surface by performing multiple exposures of different patterns on a photoresist and then performing development processing. Is.

【0016】請求項6の発明の作製方法は、前記起伏面
と同一形状の表層面を有した型を作製し、前記型を用い
た型成形によって前記光学素子の複製物である第2の光
学素子を作製するものである。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a second optical system which is a duplicate of the optical element produced by producing a mold having a surface layer surface having the same shape as that of the undulating surface and molding the mold using the mold. A device is manufactured.

【0017】[0017]

【作用】材質の異なる複数の層をエッチングする場合に
おいて、各層の間にエッチング速度(エッチングレー
ト)の違いがあったとしても、エッチング速度の面内分
布の傾向は、各層の材質に係わらずほぼ同様である。す
なわち、各層のそれぞれのエッチング速度の比は、エッ
チング面内の位置に係わらずほぼ一定である。
When a plurality of layers of different materials are etched, even if there is a difference in the etching rate (etching rate) between the layers, the tendency of the in-plane distribution of the etching rate is almost the same regardless of the material of each layer. It is the same. That is, the ratio of the etching rates of the respective layers is substantially constant regardless of the position within the etching surface.

【0018】したがって、基板上に原型層を設けて原型
層とともに基板をエッチングし、基板を原型層を反映し
た起伏面に加工することによって、エッチング速度の面
内分布に起因する段差のバラツキを低減することができ
る。
Therefore, by providing a prototype layer on the substrate, etching the substrate together with the prototype layer, and processing the substrate into an undulating surface that reflects the prototype layer, variations in steps due to the in-plane distribution of the etching rate are reduced. can do.

【0019】また、原型層を非感光性材料からなる層と
すれば、残膜率特性が非線型であるフォトレジストを用
いて原型層を形成することができる。残膜率特性が非線
型であれば、線型である場合に比べて、露光マスクに忠
実なパターンのレジスト層を得ることができることか
ら、より微細な基板加工を行うことができる。
If the prototype layer is made of a non-photosensitive material, the prototype layer can be formed using a photoresist having a non-linear residual film rate characteristic. When the residual film rate characteristic is non-linear, a resist layer having a pattern faithful to the exposure mask can be obtained as compared with the case where the characteristic is linear, so that finer substrate processing can be performed.

【0020】一方、原型層の一部を感光性材料からなる
層とすれば、その感光性材料に対してパターン露光を行
って所望の段差を形成することができるので、別途にリ
ソグラフィ用の感光性材料を塗布してエッチングマスク
を設ける必要がなく、原型層の作製工数を低減すること
ができる。
On the other hand, if a part of the prototype layer is made of a photosensitive material, the photosensitive material can be subjected to pattern exposure to form a desired step, so that it is separately exposed for lithography. Since it is not necessary to apply a conductive material to provide an etching mask, the number of manufacturing steps of the prototype layer can be reduced.

【0021】なお、原型層の構成部材である感光性材料
に多重露光を行う場合においては、感光性材料として残
膜率特性が線型のフォトレジストを用いれば、所望の段
差を得るための露光量の制御が容易になる。
When multiple exposure is performed on a photosensitive material that is a constituent member of the prototype layer, if a photoresist having a linear residual film rate characteristic is used as the photosensitive material, an exposure amount for obtaining a desired step difference is obtained. Control becomes easier.

【0022】[0022]

【実施例】図1は本発明の第1実施例を示す図である。
なお、図1(A)〜(H)においては、加工状態に係わ
らず、同一部材からなる構成要素には一部を除いて同一
の符号を付してある。後述の各図も同様である。
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.
In addition, in FIGS. 1A to 1H, the same reference numerals are attached to the constituent elements made of the same member except for a part, regardless of the processing state. The same applies to each figure described later.

【0023】図1の例は、同図(H)に示すフレネル型
のマイクロレンズ1の作製に本発明の方法を適用したも
のである。マイクロレンズ1は、4段の等高面からなる
疑似曲面Sを有したバイナリ光学素子である。
In the example of FIG. 1, the method of the present invention is applied to the manufacture of the Fresnel type microlens 1 shown in FIG. The microlens 1 is a binary optical element having a pseudo curved surface S composed of four steps of contour surfaces.

【0024】マイクロレンズ1の製造に際しては、ま
ず、基板としての二酸化珪素ウエハ10の表面を一様に
覆うクロム層21を蒸着によって形成する。そして、フ
ォトレジストの塗布、パターン露光、現像、ポストベー
クを順に行って、所定パターンのレジスト層31をクロ
ム層21上に設ける〔図1(A)〕。なお、このとき、
後のマスクアライメントのためのマークに対応したレジ
スト層も同時に設けておく。
In manufacturing the microlens 1, first, a chromium layer 21 that uniformly covers the surface of the silicon dioxide wafer 10 as a substrate is formed by vapor deposition. Then, photoresist coating, pattern exposure, development, and post-baking are sequentially performed to provide a resist layer 31 having a predetermined pattern on the chrome layer 21 [FIG. 1 (A)]. At this time,
A resist layer corresponding to a mark for later mask alignment is also provided at the same time.

【0025】パターン露光には、紫外線(i線)を照射
するステッパを用い、そのために予め所定パターンのレ
チクルを作製しておく。フォトレジストとしては、非線
型の残膜率特性を有するi線用レジストを用いる。
For pattern exposure, a stepper that radiates ultraviolet rays (i-rays) is used, and therefore a reticle having a predetermined pattern is prepared in advance. As the photoresist, an i-line resist having a non-linear residual film rate characteristic is used.

【0026】次に、Cl系のガスを用いてRIEによっ
てクロム層21をパターニングし、レジスト層31を取
り除く〔図1(B)〕。その後、二酸化珪素ウエハ10
の表面にクロムを蒸着する。これにより、パターニング
後のクロム層21と二酸化珪素ウエハ10との間の段差
に応じた起伏を有するクロム層22が得られる〔図1
(C)〕。ただし、このときに蒸着するクロムの厚さ
は、下層のクロム層21よりも大きい値とする。
Next, the chromium layer 21 is patterned by RIE using a Cl-based gas to remove the resist layer 31 [FIG. 1 (B)]. Then, the silicon dioxide wafer 10
Chromium is vapor-deposited on the surface of. As a result, a chromium layer 22 having undulations corresponding to the step between the patterned chromium layer 21 and the silicon dioxide wafer 10 is obtained [FIG.
(C)]. However, the thickness of chromium deposited at this time is larger than that of the lower chromium layer 21.

【0027】続いて、以前と同じフォトレジストを用い
て、クロム層22の上に第2のレジスト層32を設ける
〔図1(D)〕。第2のレジスト層32をマスクとし
て、クロム層22の一部を所定厚さ分だけエッチングす
る〔図1(E)〕。図の例では、二酸化珪素ウエハ10
が露出するまでエッチングが行われているが、必ずしも
二酸化珪素ウエハ10を露出させる必要はない。第2の
レジスト層32を取り除くと、厚さが段階的に変化する
原型層23が得られる〔図1(F)〕。
Then, a second resist layer 32 is provided on the chromium layer 22 using the same photoresist as before (FIG. 1D). Using the second resist layer 32 as a mask, a part of the chromium layer 22 is etched by a predetermined thickness [FIG. 1 (E)]. In the illustrated example, the silicon dioxide wafer 10
However, the silicon dioxide wafer 10 does not necessarily have to be exposed. By removing the second resist layer 32, a prototype layer 23 having a stepwise changing thickness is obtained [FIG. 1 (F)].

【0028】以上の説明から明らかなように、図1の例
では、非感光性材料層であるクロム層21,22の形
成、及びそのパターニングが計2回行われ、その際に露
光パターンを適切に重複させることによって、3段の階
段状の原型層23が形成されている。
As is apparent from the above description, in the example of FIG. 1, the formation of the chromium layers 21 and 22 which are the non-photosensitive material layers and the patterning thereof are performed twice, and the exposure pattern is appropriately set at that time. By overlapping with each other, a three-step staircase-shaped prototype layer 23 is formed.

【0029】なお、クロム層21,22の一方又は両方
のパターニングにリフトオフ法を用いることができる。
その場合は、レジスト層31を設けた後にクロム層21
を設けるというように、フォトレジストのパターニング
と層の形成の順序が入れ代わる。ただし、クロム層2
1,22を形成した後に、それらの一部を除去(パター
ニング)することに変わりはない。
The lift-off method can be used for patterning one or both of the chromium layers 21, 22.
In that case, after providing the resist layer 31, the chromium layer 21
, The patterning of photoresist and the formation of layers are interchanged. However, chrome layer 2
After forming 1 and 22, some of them are still removed (patterned).

【0030】上述のように原型層23を形成した後、C
l系成分とCF系成分とからなる混合ガスを用いて、R
IEによって二酸化珪素ウエハ10をエッチングする
〔図1(G)〕。エッチングの進行は原型層23が薄い
ほど速いので、二酸化珪素ウエハ10の表層面は、原型
層23の厚さを反映した起伏面に加工される。
After forming the prototype layer 23 as described above, C
Using a mixed gas composed of an l-based component and a CF-based component, R
The silicon dioxide wafer 10 is etched by IE [FIG. 1 (G)]. Since the progress of etching is faster as the prototype layer 23 is thinner, the surface layer surface of the silicon dioxide wafer 10 is processed into an uneven surface reflecting the thickness of the prototype layer 23.

【0031】二酸化珪素ウエハ10の表層面が所望のレ
ンズ機能に応じた起伏面になった時点でエッチングを終
了し、マイクロレンズ1を完成する〔図1(H)〕。エ
ッチング速度はエッチングガスの混合比を変えることに
よって容易に調整することができる。したがって、予備
実験を行ってクロムと二酸化珪素との間のエッチング速
度比を求めておき、原型層23の各段の厚さを適切に設
定すれば、所望形状のマイクロレンズ1を得ることがで
きる。
At the time when the surface layer surface of the silicon dioxide wafer 10 becomes an undulating surface corresponding to the desired lens function, the etching is finished to complete the microlens 1 [FIG. 1 (H)]. The etching rate can be easily adjusted by changing the mixing ratio of the etching gas. Therefore, if a preliminary experiment is performed to obtain the etching rate ratio between chromium and silicon dioxide and the thickness of each stage of the prototype layer 23 is appropriately set, the microlens 1 having a desired shape can be obtained. .

【0032】図2は本発明の第2実施例を示す図であ
る。なお、図2において、図1の例に対応する構成要素
には、形状や材質の際に係わらず同一の符号を付してあ
る。以下の各図についても同様である。
FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. Note that, in FIG. 2, constituent elements corresponding to the example of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals regardless of the shape or the material. The same applies to the following figures.

【0033】まず、二酸化珪素ウエハ10の表面にクロ
ムを蒸着し、フォトリソグラフィ法によって所定パター
ンのクロム層21を設ける〔図2(A)〕。続いて、ク
ロム層21を含めて二酸化珪素ウエハ10の表面にフォ
トレジスト33aを一様に塗布する〔図2(B)〕。
First, chromium is vapor-deposited on the surface of the silicon dioxide wafer 10 and a chromium layer 21 having a predetermined pattern is provided by a photolithography method [FIG. 2 (A)]. Then, a photoresist 33a is uniformly applied to the surface of the silicon dioxide wafer 10 including the chromium layer 21 [FIG. 2 (B)].

【0034】次に、クロム層21のパターニング時と異
なるパターンの露光マスクM2を用いて、フォトレジス
ト33aに対するパターン露光を行う〔図2(C)〕。
なお、露光ムラを防ぐために、フォトレジスト33aの
塗布に先立って二酸化珪素ウエハ10の表面にクロムを
薄く蒸着し、反射率を均一化してもよい。
Next, pattern exposure is performed on the photoresist 33a by using the exposure mask M2 having a pattern different from that used for patterning the chromium layer 21 [FIG. 2 (C)].
Note that in order to prevent uneven exposure, chromium may be thinly vapor-deposited on the surface of the silicon dioxide wafer 10 prior to applying the photoresist 33a to make the reflectance uniform.

【0035】露光後にフォトレジスト33aを現像して
ポストベークを行うと、クロム層21とレジスト層(不
溶化したフォトレジスト)33とからなる原型層24が
得られる〔図2(D)〕。原型層24は2段の階段状で
ある。ただし、原型層24の内のレジスト層33は、上
面は平坦であるものの、クロム層21と重ならない部分
を有し、その厚さはクロム層21の上方部分と他の部分
とで異なる。
After the exposure, the photoresist 33a is developed and post-baked to obtain a prototype layer 24 composed of the chromium layer 21 and the resist layer (insolubilized photoresist) 33 [FIG. 2 (D)]. The prototype layer 24 has a two-step staircase shape. However, although the resist layer 33 in the prototype layer 24 has a flat upper surface, it has a portion that does not overlap the chromium layer 21, and the thickness thereof differs between the upper portion of the chromium layer 21 and other portions.

【0036】その後、RIEによって二酸化珪素ウエハ
10をエッチングする〔図2(E)〕。これにより、上
述のように原型層24のレジスト層33の厚さが異なる
ことから、各材質のエッチング速度の比を適切に設定す
ることにより、4段階の疑似曲面Sを有したマイクロレ
ンズ2を得ることができる〔図2(F)〕。
After that, the silicon dioxide wafer 10 is etched by RIE [FIG. 2 (E)]. As a result, since the thickness of the resist layer 33 of the prototype layer 24 is different as described above, by appropriately setting the etching rate ratio of each material, the microlens 2 having the four-step pseudo curved surface S can be obtained. It can be obtained [FIG. 2 (F)].

【0037】図3は本発明の第3実施例を示す図であ
る。まず、二酸化珪素ウエハ10の上に所定パターンの
クロム層21を設ける〔図3(A)〕。そして、クロム
層21を含めて二酸化珪素ウエハ10の表面に、例えば
線型の残膜率特性を有したフォトレジスト34aを一様
に塗布する。残膜率特性が線型であれば、次工程の多重
露光の制御が容易になる。
FIG. 3 is a diagram showing a third embodiment of the present invention. First, a chromium layer 21 having a predetermined pattern is provided on the silicon dioxide wafer 10 [FIG. 3 (A)]. Then, for example, a photoresist 34a having a linear residual film rate characteristic is uniformly applied to the surface of the silicon dioxide wafer 10 including the chromium layer 21. If the residual film rate characteristic is linear, it is easy to control the multiple exposure in the next step.

【0038】次に、例えばクロム層21のパターニング
時と異なるパターンの露光マスクM2を用いて、フォト
レジスト34aに対する1回目のパターン露光を行う
〔図3(B)〕。
Next, the photoresist 34a is subjected to the first pattern exposure using the exposure mask M2 having a pattern different from that used when patterning the chromium layer 21, for example (FIG. 3B).

【0039】続いて、例えばクロム層21のパターニン
グ時と同一パターンの露光マスクM1を用いて、フォト
レジスト34aに対する2回目のパターン露光を行う
〔図3(C)〕。ただし、2回目のパターン露光の露光
時間は、1回目の露光時間よりも短くする。露光マスク
M2,M1の使用順序を入れ換えてもよい。
Subsequently, for example, the second pattern exposure is performed on the photoresist 34a by using the exposure mask M1 having the same pattern as the patterning of the chromium layer 21 [FIG. 3 (C)]. However, the exposure time of the second pattern exposure is shorter than the exposure time of the first time. The order of using the exposure masks M2 and M1 may be exchanged.

【0040】2回の露光の後にフォトレジスト34aを
現像してポストベークを行うと、クロム層21と上面に
段差を有したレジスト層34とからなる3段階の原型層
25が得られる〔図3(D)〕。
When the photoresist 34a is developed and post-baked after two exposures, a three-step prototype layer 25 including the chromium layer 21 and the resist layer 34 having a step on the upper surface is obtained [FIG. 3]. (D)].

【0041】その後、RIEによって二酸化珪素ウエハ
10をエッチングする〔図3(E)〕。これにより、上
述のように原型層25のレジスト層34の厚さが異なる
ことから、各材質のエッチング速度の比を適切に設定す
ることにより、4段階の疑似曲面Sを有したマイクロレ
ンズ3を得ることができる〔図3(F)〕。
After that, the silicon dioxide wafer 10 is etched by RIE [FIG. 3 (E)]. As a result, since the thickness of the resist layer 34 of the prototype layer 25 is different as described above, by appropriately setting the etching rate ratio of each material, the microlens 3 having the four-step pseudo curved surface S can be obtained. It can be obtained [FIG. 3 (F)].

【0042】図4は本発明の第4実施例を示す図であ
る。図4の例は、パターンの変形例であり、作製手順は
図3の例と同一である。まず、二酸化珪素ウエハ10の
上に所定パターンのクロム層21を設ける〔図4
(A)〕。そして、クロム層21を含めて二酸化珪素ウ
エハ10の表面に、フォトレジスト35aを一様に塗布
する。
FIG. 4 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention. The example of FIG. 4 is a modification of the pattern, and the manufacturing procedure is the same as the example of FIG. First, a chromium layer 21 having a predetermined pattern is provided on the silicon dioxide wafer 10 [FIG.
(A)]. Then, the photoresist 35a is uniformly applied to the surface of the silicon dioxide wafer 10 including the chromium layer 21.

【0043】次に、露光マスクM3を用いてフォトレジ
スト35aに対する1回目のパターン露光を行い〔図4
(B)〕、続いて露光マスクM4を用いてフォトレジス
ト35aに対する2回目のパターン露光を行う〔図4
(C)〕。2回目のパターン露光の露光時間は、1回目
の露光時間よりも短くする。
Next, the photoresist 35a is subjected to the first pattern exposure using the exposure mask M3 [FIG.
(B)], and subsequently, a second pattern exposure is performed on the photoresist 35a using the exposure mask M4 [FIG.
(C)]. The exposure time for the second pattern exposure is shorter than the exposure time for the first exposure.

【0044】フォトレジスト35aを現像してポストベ
ークを行うと、クロム層21と上面に段差を有したレジ
スト層35とからなる3段階の原型層26が得られる
〔図4(D)〕。
When the photoresist 35a is developed and post-baked, a three-step prototype layer 26 composed of the chromium layer 21 and the resist layer 35 having a step on the upper surface is obtained [FIG. 4 (D)].

【0045】その後、RIEによって二酸化珪素ウエハ
10をエッチングする〔図4(E)〕。これにより、4
段階の疑似曲面Sを有したマイクロレンズ4を得ること
ができる〔図4(F)〕。
Then, the silicon dioxide wafer 10 is etched by RIE [FIG. 4 (E)]. This gives 4
The microlens 4 having the stepped pseudo curved surface S can be obtained [FIG. 4 (F)].

【0046】以上の作製方法により得られたマイクロレ
ンズ1〜4の表面に、例えばニッケル又は銀の薄膜を設
け、さらにその薄膜の上にニッケルめっきを施すことに
より、疑似曲面Sの型を作製することができる。そし
て、その型を用いて樹脂成形を行えば、マイクロレンズ
1〜4の複製物である樹脂性のマイクロレンズを大量生
産することができる。
On the surfaces of the microlenses 1 to 4 obtained by the above manufacturing method, a thin film of nickel or silver, for example, is provided, and nickel plating is further applied to the thin film to produce a mold of the pseudo curved surface S. be able to. Then, if resin molding is performed using the mold, it is possible to mass-produce resinous microlenses that are replicas of the microlenses 1 to 4.

【0047】上述の実施例によれば、透光パターンが部
分的に重なるように作製した露光マスクM1〜4を用い
ることによって、マスク数(部分露光数)nの2乗の段
数(n2 )を有した疑似曲面Sを形成することができ、
理想形状に近いマイクロレンズ1〜4を効率的に製造す
ることができる。
According to the above-mentioned embodiment, by using the exposure masks M1 to 4 which are manufactured so that the translucent patterns partially overlap with each other, the number of masks (the number of partial exposures) n squared (n 2 ). It is possible to form a pseudo curved surface S having
It is possible to efficiently manufacture the microlenses 1 to 4 having an ideal shape.

【0048】図1の実施例によれば、非感光性材料であ
る金属(クロム)によって原型層23を形成したので、
微細加工に適した非線型の残膜率特性を有するフォトレ
ジストを使用し、微細構造の光学素子を容易に作製する
ことができる。
According to the embodiment shown in FIG. 1, since the prototype layer 23 is made of metal (chromium) which is a non-photosensitive material,
An optical element having a fine structure can be easily produced by using a photoresist having a non-linear residual film rate characteristic suitable for fine processing.

【0049】図2の実施例によれば、原型層24の一部
をフォトレジスト33aを用いて形成したので、非感光
性材料のみを用いて原型層24を形成する場合に比べ
て、光学素子の作製工数を低減することができる。
According to the embodiment shown in FIG. 2, since part of the prototype layer 24 is formed by using the photoresist 33a, compared with the case where the prototype layer 24 is formed by using only the non-photosensitive material, the optical element is formed. It is possible to reduce the number of manufacturing steps.

【0050】図3及び図4の実施例によれば、パターン
及び露光時間の異なる多重露光によって原型層25,2
6を形成したので、フォトレジストの塗布及び現像の回
数が減る分だけ、光学素子の作製工数をより大幅に低減
することができる。
According to the embodiments of FIGS. 3 and 4, the prototype layers 25 and 2 are formed by multiple exposures with different patterns and different exposure times.
Since No. 6 is formed, the number of man-hours for manufacturing the optical element can be significantly reduced because the number of times of applying and developing the photoresist is reduced.

【0051】上述の実施例において、基板のエッチング
速度よりも原型層のエッチング速度が大きくなるように
エッチング条件を選定すれば、光学素子の段差に比べて
原型層の段差を小さくしてもよいので、原型層の形成に
おけるパターニング精度を高めることができる。
In the above-mentioned embodiment, if the etching conditions are selected so that the etching rate of the prototype layer is higher than the etching rate of the substrate, the step of the prototype layer may be made smaller than the step of the optical element. The patterning accuracy in forming the prototype layer can be improved.

【0052】上述の実施例において、光学素子の形状は
用途に応じて種々選定することができる。例えば3次以
上のフレネル形状としてもよい。また、疑似曲面Sの段
数は例示の値に限らない。原型層23〜26をチタン、
タンタルなどの金属、珪素に代表される半導体など、ク
ロム以外の材料を用いて形成することができる。また、
基板材料は珪素であってもよい。
In the above-mentioned embodiment, the shape of the optical element can be variously selected according to the application. For example, a Fresnel shape of third order or higher may be used. Further, the number of steps of the pseudo curved surface S is not limited to the illustrated value. The prototype layers 23 to 26 are made of titanium,
It can be formed using a material other than chromium, such as a metal such as tantalum or a semiconductor typified by silicon. Also,
The substrate material may be silicon.

【0053】[0053]

【発明の効果】請求項1乃至請求項6の発明によれば、
基板面内の位置による段差のバラツキをできるだけ小さ
くすることができ、且つ素子の微細化を図ることができ
る。
According to the inventions of claims 1 to 6,
It is possible to minimize the variation of the step due to the position on the substrate surface, and to miniaturize the element.

【0054】請求項2の発明によれば、より微細な光学
素子を作製することができる。請求項3の発明によれ
ば、作製の工数を低減することができる。請求項4及び
請求項5の発明によれば、作製の工数をより大幅に低減
することができる。
According to the invention of claim 2, a finer optical element can be manufactured. According to the invention of claim 3, the number of manufacturing steps can be reduced. According to the inventions of claims 4 and 5, the number of manufacturing steps can be significantly reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2実施例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3実施例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4実施例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1〜4 マイクロレンズ(光学素子) 10 二酸化珪素ウエハ(基板) 21,22 クロム層(非感光性材料層) 23〜26 原型層 31,32 レジスト層(感光性材料) 33〜35 レジスト層(感光性材料層) S 疑似曲面(起伏面) 1-4 Microlens (optical element) 10 Silicon dioxide wafer (substrate) 21,22 Chrome layer (non-photosensitive material layer) 23-26 Prototype layer 31,32 Resist layer (photosensitive material) 33-35 Resist layer (photosensitive) Material layer) S Pseudo curved surface (relief surface)

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板の表面を覆う非感光性材料層の形成
と、感光性材料を用いて前記非感光性材料層の一部を除
去するパターニングとを繰り返すことによって、前記基
板の上に段数が2以上の階段状の原型層を形成し、 前記原型層をエッチングマスクとする異方性エッチング
によって、前記基板の表層面を素子機能に応じた起伏面
に加工することを特徴とする光学素子の作製方法。
1. A step number is formed on the substrate by repeating formation of a non-photosensitive material layer covering the surface of the substrate and patterning for removing a part of the non-photosensitive material layer using a photosensitive material. Is formed into two or more stepwise prototype layers, and the surface layer surface of the substrate is processed into an undulating surface according to the element function by anisotropic etching using the prototype layer as an etching mask. Of manufacturing.
【請求項2】前記感光性材料として、残膜率特性が非線
形のフォトレジストを用いることを特徴とする請求項1
記載の光学素子の作製方法。
2. A photoresist having a non-linear residual film ratio characteristic is used as the photosensitive material.
A method for producing the optical element described.
【請求項3】基板の上に、非感光性材料層と感光性材料
層とからなる段数が2以上の階段状の原型層を形成し、 前記原型層をエッチングマスクとする異方性エッチング
によって、前記基板の表層面を素子機能に応じた起伏面
に加工することを特徴とする光学素子の作製方法。
3. A stepwise prototype layer having a step number of 2 or more consisting of a non-photosensitive material layer and a photosensitive material layer is formed on a substrate, and anisotropic etching is performed using the prototype layer as an etching mask. A method for manufacturing an optical element, characterized in that the surface layer of the substrate is processed into an undulating surface according to the element function.
【請求項4】基板の上に、非感光性材料層と上面に段差
を有した感光性材料層とからなる段数が3以上の階段状
の原型層を形成し、 前記原型層をエッチングマスクとする異方性エッチング
によって、前記基板の表層面を素子機能に応じた起伏面
に加工することを特徴とする請求項3記載の光学素子の
作製方法。
4. A stepwise prototype layer having a step number of 3 or more, comprising a non-photosensitive material layer and a photosensitive material layer having a step on the upper surface, is formed on a substrate, and the prototype layer is used as an etching mask. 4. The method for producing an optical element according to claim 3, wherein the surface layer surface of the substrate is processed into an undulating surface according to the element function by anisotropic etching.
【請求項5】フォトレジストに対して異なるパターンの
多重露光を行い、その後に現像処理を行うことによっ
て、上面に段差を有した前記感光性材料層を形成するこ
とを特徴とする請求項4記載の光学素子の作製方法。
5. The photosensitive material layer having a step on the upper surface is formed by performing multiple exposure of different patterns on a photoresist and then performing a developing process. Method of manufacturing optical element of.
【請求項6】請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の
光学素子の作製方法によって得られた光学素子を用い
て、前記起伏面と同一形状の表層面を有した型を作製
し、 前記型を用いた型成形によって前記光学素子の複製物で
ある第2の光学素子を作製することを特徴とする光学素
子の作製方法。
6. A mold having a surface layer surface having the same shape as the undulating surface is manufactured by using the optical element obtained by the method for manufacturing an optical element according to claim 1. A method for producing an optical element, comprising producing a second optical element that is a duplicate of the optical element by molding using the mold.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100492533B1 (en) * 2002-10-31 2005-06-02 엘지전자 주식회사 Fabrication method of multi-step structure using anisotropic etching and multi-step structure

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