JP3504701B2 - Optical device and method of manufacturing the same - Google Patents

Description

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

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は光学デバイスおよびそ
の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical device and a method for manufacturing the same.

【０００２】[0002]

【従来の技術】新規な光学デバイス製造方法として、
「光学材料の表面上に形成された概ね平滑な上端面を有
するフォトレジスト膜に、フォトリソグラフィ法によっ
てパターンを形成して円柱状または楕円柱状のフォトレ
ジスト膜を形成し、このフォトレジスト膜を熱処理し
て、このフォトレジスト膜の概ね平坦な上端面を凸弧面
に変形させ、光学材料の表面および前記変形したフォト
レジスト膜をエッチングして、フォトレジスト膜の前記
凸弧面に類似した少なくとも１つの凸弧面を光学材料の
表面に形成する」方法が、提案されている（特開平５−
１７３００３号公報請求項１６）。2. Description of the Related Art As a novel optical device manufacturing method,
“A photoresist film having a substantially smooth upper end surface formed on the surface of an optical material is patterned by a photolithography method to form a cylindrical or elliptic cylinder photoresist film, and the photoresist film is heat-treated. Then, the substantially flat upper end surface of the photoresist film is deformed into a convex arc surface, and the surface of the optical material and the deformed photoresist film are etched, so that at least 1 similar to the convex arc surface of the photoresist film is etched. A method of "forming two convex arc surfaces on the surface of an optical material" has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 5-
173003 gazette claim 16).

【０００３】この製造方法では、フォトレジスト膜に対
する「熱処理温度」が高温であり、熱処理の際にフォト
レジスト膜内に発泡が生じて、凸弧面形状を狂わせて面
精度を悪化させたり、フォトレジスト膜内に含まれる溶
剤成分が揮発する際、フォトレジスト表面が初めに固化
するため、内部に含まれる溶剤が揮発しにくくなり、熱
処理後のフォトレジスト層の密度、ひいてはエッチング
速度に差が生じ、さらに、熱処理時の温度上昇が大きい
と、上記現象により基板からフォトレジスト膜が剥離す
る問題がある。In this manufacturing method, the "heat treatment temperature" for the photoresist film is high, foaming occurs in the photoresist film during the heat treatment, and the convex arc surface shape is disturbed to deteriorate the surface accuracy, and When the solvent component contained in the resist film volatilizes, the photoresist surface is first solidified, so that the solvent contained inside is less likely to volatilize, resulting in a difference in the density of the photoresist layer after heat treatment, and consequently in the etching rate. Furthermore, if the temperature rises significantly during the heat treatment, there is a problem that the photoresist film peels off from the substrate due to the above phenomenon.

【０００４】また、高温度に耐性のないプラスチック等
の光学材料を用いることが出来ないし、熱可塑性高分子
材料は、それ自体の分子構造や分子量によって表面張力
に差があるため、熱処理後の形状が材料ごとに異なり、
このため、材料に応じて「熱処理条件」を変更する必要
があるという問題もある。Further, since it is not possible to use an optical material such as plastic that is not resistant to high temperatures, and the thermoplastic polymer material has a difference in surface tension depending on its own molecular structure and molecular weight, a shape after heat treatment is required. Is different for each material,
Therefore, there is also a problem that it is necessary to change the "heat treatment condition" depending on the material.

【０００５】さらに、光学材料に高温に対する耐性があ
る場合にも、熱処理によるフォトレジスト膜の変形が、
熱流動と表面張力によるものであるため、所望の凸弧面
を得るまでに長い時間を有するという問題がある。Further, even when the optical material has resistance to high temperatures, the deformation of the photoresist film due to heat treatment is
Since it is due to heat flow and surface tension, there is a problem that it takes a long time to obtain a desired convex arc surface.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】この発明は上述した事
情に鑑みてなされたものであって、面精度の良い凸曲面
形状もしくは凹曲面形状を有する光学デバイスの提供を
目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and an object thereof is to provide an optical device having a convex curved surface shape or a concave curved surface shape with good surface accuracy.

【０００７】この発明の別の目的は、高温度の熱処理を
必要とせず、面精度の良い凸曲面形状もしくは凹曲面形
状をもった光学デバイスを製造する方法を提供すること
である。Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing an optical device having a convex curved surface shape or a concave curved surface shape with good surface accuracy without requiring high temperature heat treatment.

【０００８】この発明の他の目的は、面精度の良い凸曲
面形状もしくは凹曲面形状をもった光学デバイスを、効
率良く製造できる光学デバイス製造方法の提供にある。Another object of the present invention is to provide an optical device manufacturing method capable of efficiently manufacturing an optical device having a convex curved surface shape or a concave curved surface shape with good surface accuracy.

【０００９】[0009]

【課題を解決するための手段】請求項１記載の光学デバ
イス製造方法は、パターニング工程と、加圧工程と、エ
ッチング工程とを有する。「パターニング工程」は、デ
バイス材料の表面に形成された可塑性材料層に、光学デ
バイスの形状に応じたパターンをパターニングして、上
記パターンに従うレリーフ状の可塑性材料パターンを得
る工程である。「加圧工程」は、可塑性材料パターン
に、高圧力を流体圧として作用させることにより、上記
可塑性材料パターンの表面を、１以上の滑らかな凸曲面
形状とする工程である。「エッチング工程」は、可塑性
材料とデバイス材料とに対して、「異方性」のドライエ
ッチングを行って、上記凸曲面形状をデバイス材料に彫
り写し、デバイス材料に１以上の所望の凸曲面形状を形
成する工程である。An optical device manufacturing method according to a first aspect of the present invention includes a patterning step, a pressing step, and an etching step. The “patterning step” is a step of patterning a pattern corresponding to the shape of the optical device on the plastic material layer formed on the surface of the device material to obtain a relief-shaped plastic material pattern conforming to the above pattern. The "pressurizing step" is a step of applying a high pressure as a fluid pressure to the plastic material pattern to form the surface of the plastic material pattern into one or more smooth convex curved surface shapes. In the "etching step", "anisotropic" dry etching is performed on the plastic material and the device material to engrave the convex curved surface shape on the device material, and one or more desired convex curved surface shapes are formed on the device material. Is a step of forming.

【００１０】「デバイス材料」とは、光学デバイスを構
成することになる材料であり、固体で、ドライエッチン
グが可能なものであれば特に制限なく使用できる。前記
特開平５−１７３００３号公報開示の、種々の光学材
料、即ち、Ｎｄ：ＹＡＧやＮｄ：Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂等を初め
とする各種のレーザ材料、ＢＫ７や石英ガラス等の各種
ガラス材料は勿論、金属や各種の結晶材料、プラスチッ
ク等の樹脂材料を用いることも可能である。The "device material" is a material that constitutes an optical device, and can be used without particular limitation as long as it is solid and capable of dry etching. Various optical materials disclosed in JP-A-5-173003, that is, various laser materials such as Nd: YAG and Nd: Y ₃ Al ₅ O _12, etc., and various glass materials such as BK7 and quartz glass are Of course, it is also possible to use metals, various crystal materials, and resin materials such as plastics.

【００１１】「可塑性材料」は、圧力の作用で表面形状
が曲面化し、ドライエッチングの可能なものであれば良
く、各種レジストや、「光感光性のラジカル発生剤が添
加されていない有機材料」、あるいは「紫外線照射によ
りラジカルを発生させ硬化反応を起こさせる接着材料」
などを用いることが出来る。レジストとしては、公知の
フォトレジストを用いても良い。具体的には、ポリ塩化
ビニルやポリスチレン、ポリウレタンや、ポリグリシジ
ルメタルリレート樹脂等のメタルリエレート樹脂類を例
示することができる。The "plastic material" may be any material as long as it has a curved surface shape by the action of pressure and can be dry-etched, and various resists and "organic materials to which a photo-sensitive radical generator is not added". Or, "Adhesive materials that generate radicals by ultraviolet irradiation to cause a curing reaction"
Etc. can be used. A known photoresist may be used as the resist. Specific examples thereof include polyvinyl chloride, polystyrene, polyurethane, and metal rielate resins such as polyglycidyl metal acrylate resin.

【００１２】「光学デバイスの形状に応じたパターン」
とは、デバイス材料に形成するべき１以上の凸曲面形状
に対応するパターンである。デバイス材料に形成される
１以上の凸曲面形状は、上記光学デバイスの形状に応じ
たパターンと、加圧工程における条件と、エッチング工
程の条件により定まる。“Pattern according to the shape of the optical device”
Is a pattern corresponding to one or more convex curved surface shapes to be formed in the device material. The one or more convex curved surface shapes formed on the device material are determined by a pattern corresponding to the shape of the optical device, conditions in the pressurizing step, and conditions in the etching step.

【００１３】加圧工程において、「高圧力を流体圧とし
て作用させる」とは、圧力が等方的に加えられることを
意味する。加圧工程は、気体を高圧化して行えば良い
が、可塑性材料に対して化学的に作用しない液体を高圧
化して液圧として作用させて行っても良い。In the pressurizing step, "acting a high pressure as a fluid pressure" means that the pressure is isotropically applied. The pressurizing step may be performed by increasing the pressure of the gas, but may also be performed by increasing the pressure of a liquid that does not chemically act on the plastic material to act as a liquid pressure.

【００１４】エッチング工程は、公知の種々のドライエ
ッチングを利用して行うことができるが、中でもＥＣＲ
エッチングは好適である。The etching process can be carried out by utilizing various known dry etching methods. Among them, ECR
Etching is preferred.

【００１５】上記請求項１記載の光学デバイス製造方法
において、「可塑性材料」として、フォトレジストを用
い、パターニング工程を「フォトリソグラフィ法」で行
うことが出来る（請求項２）。In the optical device manufacturing method according to claim 1, a photoresist can be used as the "plastic material" and the patterning step can be performed by the "photolithography method" (claim 2).

【００１６】請求項３記載の発明は、上記請求項１記載
の光学デバイス製造方法において、デバイス材料の表面
に、可塑性材料層と、中間層と、フォトレジストの薄膜
層とが上記表面側から上記順序に積層されており、「パ
ターニング工程が」、フォトリソグラフィ工程と、中間
層エッチング工程と、ドライエッチング工程とを有する
点を特徴とする。According to a third aspect of the present invention, in the optical device manufacturing method according to the first aspect, a plastic material layer, an intermediate layer, and a thin film layer of photoresist are formed on the surface of the device material from the surface side. It is characterized by being laminated in order and having a “patterning process”, a photolithography process, an intermediate layer etching process, and a dry etching process.

【００１７】「フォトリソグラフィ工程」は、フォトレ
ジストの薄膜に、光学デバイスの形状に応じたパターン
を、フォトリソグラフィ法によりパターニングする工程
である。「中間層エッチング工程」は、エッチングを行
って、フォトリソグラフィ工程でパターニングされた形
状を中間層に写す工程である。「中間層」は、銅やアル
ミニウムのような金属を蒸着して金属薄膜層（厚さは２
０００〜１００００Åが適当）として構成しても良い
し、Ｓｉのような非金属材料を真空蒸着や反応性蒸着、
スパッタリング等で薄膜（厚さは２０００〜５０００Å
が適当）として形成してもよい。中間層エッチング工程
は、中間層が上記金属薄膜層であるときはウエットエッ
チングで行い、中間層が非金属材料の薄膜であるときは
ドライエッチングで行うことができる。The "photolithography step" is a step of patterning a thin film of photoresist with a pattern corresponding to the shape of an optical device by a photolithography method. The “intermediate layer etching step” is a step in which etching is performed to transfer the shape patterned in the photolithography step to the intermediate layer. The "intermediate layer" is a metal thin film layer (thickness is 2
000 to 10000Å is suitable), or a non-metal material such as Si is deposited by vacuum deposition or reactive deposition,
Thin film by sputtering etc. (thickness 2000-5000Å
Are suitable). The intermediate layer etching step can be performed by wet etching when the intermediate layer is the metal thin film layer, and by dry etching when the intermediate layer is a thin film of a non-metal material.

【００１８】「ドライエッチング工程」は、中間層エッ
チング工程後の中間層（フォトリソグラフィ工程でパタ
ーニングされたパターンを有する）をマスクとして、可
塑性材料層に対して異方性のドライエッチングを行い、
上記パターンに従うレリーフ状の可塑性材料パターンを
得る工程である。In the "dry etching step", anisotropic dry etching is performed on the plastic material layer using the intermediate layer (having a pattern patterned in the photolithography step) after the intermediate layer etching step as a mask,
It is a step of obtaining a relief-shaped plastic material pattern according to the above pattern.

【００１９】上記請求項２，３記載の発明の方法で行う
「フォトリソグラフィ法」における「露光」は、光学デ
バイスに応じたパターンを有するマスクを介しての均一
光照射で行っても良いし、レーザー描画により光学デバ
イスに応じたパターンを書込み露光してもよい。The "exposure" in the "photolithography method" carried out by the method of the present invention may be carried out by uniform light irradiation through a mask having a pattern corresponding to the optical device. A pattern corresponding to the optical device may be written and exposed by laser drawing.

【００２０】上記請求項１または２または３記載の光学
デバイス製造方法において、可塑性材料として「熱可塑
性材料」を用い、加圧工程の際に、「加熱処理を併用」
することができる（請求項４）。In the method for manufacturing an optical device according to claim 1, 2 or 3, a "thermoplastic material" is used as the plastic material, and "heat treatment is used together" during the pressing step.
It is possible (Claim 4).

【００２１】また、請求項１または２または３または４
記載の光学デバイス製造方法において、可塑性材料とし
て「フォトレジスト」を用い、加圧工程に先立ち、もし
くは加圧工程と同時に、「レリーフ状の可塑性材料パタ
ーンに、所望の強度分布の光を照射する」ことができ
る。Further, claim 1 or 2 or 3 or 4
In the optical device manufacturing method described above, "photoresist" is used as the plastic material, and "the relief-shaped plastic material pattern is irradiated with light having a desired intensity distribution" before or simultaneously with the pressurizing step. be able to.

【００２２】請求項６記載の「光学デバイス」は、上記
請求項１または２または３または４または５記載の光学
デバイス製造方法により製造された光学デバイスであ
る。請求項６記載の光学デバイスには、１以上の凸曲面
形状の形成された面の、凸曲面形状を除く部分に、遮光
膜を形成してもよく（請求項７）、光学デバイスの一部
に反射面もしくは反射面と上記遮光膜とを形成してもよ
い（請求項８）。An “optical device” described in claim 6 is an optical device manufactured by the optical device manufacturing method according to claim 1 or 2 or 3 or 4 or 5. In the optical device according to claim 6, a light shielding film may be formed on a portion of the surface on which one or more convex curved surface shapes are formed, excluding the convex curved surface shape (claim 7). Alternatively, a reflective surface or a reflective surface and the light shielding film may be formed (claim 8).

【００２３】上記請求項６記載の「光学デバイス」は、
これを型として用いることにより、「１以上の凸曲面形
状に対応した１以上の凹曲面形状」を有する光学デバイ
スを型成形法により製造することが出来る（請求項
９）。請求項１０記載の光学デバイスは、請求項９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。The "optical device" according to claim 6 is
By using this as a mold, an optical device having "one or more concave curved surface shapes corresponding to one or more convex curved surface shapes" can be manufactured by a molding method (claim 9). An optical device according to claim 10 is an optical device manufactured by the optical device manufacturing method according to claim 9.

【００２４】[0024]

【作用】図１において、符号１はデバイス材料を示して
いる。図１（ａ）は、パターニング工程後の状態を示し
ており、符号２は、パターニング工程により、「光学デ
バイスの形状に応じたパターン」をパターニングされる
ことにより形成された、上記パターンに従う「レリーフ
状の可塑性材料パターン」を示す。「光学デバイスの形
状に応じたパターン」は、図１（ａ）に示す状態を、図
の上側から見た状態における可塑性材料パターン２の形
状であり、可塑性材料パターン２は、「可塑性材料層の
厚さにより形成される側面部」が、デバイス材料１の表
面から直立し、「レリーフ状」になっている。In FIG. 1, reference numeral 1 indicates a device material. FIG. 1A shows a state after the patterning step, and reference numeral 2 indicates a “relief according to the above pattern, which is formed by patterning the“ pattern according to the shape of the optical device ”by the patterning step. "Like plastic material pattern". The “pattern according to the shape of the optical device” is the shape of the plastic material pattern 2 in the state shown in FIG. 1A as viewed from the upper side of the figure, and the plastic material pattern 2 is “the shape of the plastic material layer”. The “side portion formed by the thickness” stands upright from the surface of the device material 1 and has a “relief shape”.

【００２５】図１（ｂ）は「加圧工程」を示している。
例えば６〜１０気圧程度の高い圧力を流体圧として等方
的に作用させると、可塑性材料パターン２は変形し、図
に符号２Ａで示すような「凸曲面形状」を形成するに到
る。FIG. 1B shows the "pressurizing step".
For example, when a high pressure of about 6 to 10 atmospheres is applied isotropically as a fluid pressure, the plastic material pattern 2 is deformed, and a "convex curved surface shape" as shown by reference numeral 2A in the drawing is formed.

【００２６】一般に、物体に等方的に圧力を作用させ、
その圧力を高くして、物体に変形を起こさせると、物体
は、圧力が作用する面積を最小化するように変形する。
従って、十分に高い圧力を十分に長い時間作用させる
と、可塑性材料パターン２は、「球形状」に変形するこ
とになるが、圧力の大きさと、その作用する時間を選べ
ば、図１（ａ）に示す状態から、上記球形状に到る、連
続的な変化プロセスの任意の状態における形状を得るこ
とができる。In general, an isotropic pressure is applied to an object,
When the pressure is increased to cause deformation of the object, the object deforms so as to minimize the area on which the pressure acts.
Therefore, if a sufficiently high pressure is applied for a sufficiently long time, the plastic material pattern 2 will be deformed into a “spherical shape”. From the state shown in (), it is possible to obtain the shape in any state of the continuous changing process, which reaches the spherical shape.

【００２７】なお、可塑性材料層とデバイス材料との結
合力が弱いと、可塑性材料の層が球形状に変形する過程
で、デバイス材料の表面から剥離する虞れがあるので、
このような場合には、デバイス材料と可塑性材料層との
間に「シランカップリング剤」のような適当なカップリ
ング剤を用いて、両者の結合力を強めるのが良い。If the bonding force between the plastic material layer and the device material is weak, the plastic material layer may be separated from the surface of the device material in the process of deforming into a spherical shape.
In such a case, a suitable coupling agent such as a "silane coupling agent" may be used between the device material and the plastic material layer to strengthen the bonding force between them.

【００２８】一般には、圧力の作用している時間を制御
することにより、図１（ｂ）示すような、滑らかな球面
状の凸曲面を形成できる。球面状の凸曲面形状を形成し
たら、この凸曲面系状を保持させるための処理を行う。In general, a smooth spherical convex curved surface as shown in FIG. 1B can be formed by controlling the time during which pressure is applied. After forming the spherical convex curved surface shape, processing for holding this convex curved surface shape is performed.

【００２９】即ち、可塑性材料としてフォトレジストを
用いた場合には、ポストベーク温度に加熱処理してフォ
トレジストを硬化させる。可塑性材料としてポリメタク
リレート系樹脂を用いた場合には、「冷却による形状保
持」を行い、可塑性材料として紫外線硬化系樹脂を用い
た場合には、紫外線照射さらには熱処理を行って、形状
を保持するのである。That is, when a photoresist is used as the plastic material, it is heated to the post-baking temperature to cure the photoresist. When polymethacrylate resin is used as the plastic material, "shape retention by cooling" is performed, and when ultraviolet curing resin is used as the plastic material, ultraviolet irradiation and further heat treatment are performed to retain the shape. Of.

【００３０】この状態で、凸曲面形状２Ａに変形した可
塑性材料と、それを支持するデバイス材料１に対し、異
方性のドライエッチングによる「エッチング工程」を行
うと、図１（ｃ）に示すように、凸曲面形状２Ａがデバ
イス材料１に「彫り写され」て、凸曲面形状を持った光
学デバイスを得ることができる。In this state, when the plastic material deformed into the convex curved surface shape 2A and the device material 1 supporting the plastic material are subjected to the "etching step" by anisotropic dry etching, the result is shown in FIG. 1 (c). As described above, the convex curved surface shape 2A is “engraved” on the device material 1 to obtain an optical device having a convex curved surface shape.

【００３１】このエッチング工程におけるドライエッチ
ングのエッチング速度が、可塑性材料とデバイス材料と
で等しい場合には、デバイス材料に彫り写された凸曲面
形状の曲率半径は、凸曲面形状２Ａの曲率半径と実質的
に同一である。When the etching rate of dry etching in this etching step is the same for the plastic material and the device material, the radius of curvature of the convex curved surface shape engraved on the device material is substantially the same as the radius of curvature of the convex curved surface shape 2A. Are the same.

【００３２】可塑性材料のエッチング速度のほうが、デ
バイス材料のエッチング速度より大きい場合には、彫り
写された凸面形状の曲率半径は、凸曲面形状２Ａの曲率
半径よりも大きくなり、可塑性材料のエッチング速度の
ほうがデバイス材料のエッチング速度より小さい場合に
は、彫り写された凸面形状の曲率半径は、凸曲面形状２
Ａの曲率半径よりも小さくなる。When the etching rate of the plastic material is higher than that of the device material, the radius of curvature of the engraved convex shape becomes larger than the radius of curvature of the convex curved surface shape 2A, and the etching rate of the plastic material is increased. Is smaller than the etching rate of the device material, the radius of curvature of the engraved convex shape is
It becomes smaller than the radius of curvature of A.

【００３３】凸曲面形状２Ａの形状は、可塑性材料パタ
ーン２（光学デバイスの形状に応じたパターンをレリー
フ状にしたものである）と、加圧工程における加圧条件
（圧力・温度・光照射の有無や照射条件・作用時間等）
により定まり、デバイス材料に形成される凸曲面形状
は、凸曲面形状２Ａと、エッチング工程におけるエッチ
ング条件（エッチング速度の比）により定まる。The shape of the convex curved surface shape 2A is such that the plastic material pattern 2 (a relief pattern corresponding to the shape of the optical device) and the pressurizing conditions (pressure, temperature, light irradiation) in the pressurizing step are used. Presence / absence, irradiation conditions, action time, etc.)
The convex curved surface shape formed on the device material is determined by the convex curved surface shape 2A and the etching conditions (ratio of etching rates) in the etching process.

【００３４】従って、前述のように、「デバイス材料に
形成される１以上の凸曲面形状は、上記光学デバイスの
形状に応じたパターンと、加圧工程における条件と、エ
ッチング工程の条件により定まる」のである。Therefore, as described above, "the shape of one or more convex curved surfaces formed on the device material is determined by the pattern corresponding to the shape of the optical device, the condition in the pressurizing step, and the condition in the etching step". Of.

【００３５】図２は、請求項２記載の発明の特徴部分を
説明するための図である。デバイス材料１の表面には、
可塑性材料の層として、ポジ型のフォトレジストの層２
０が形成されている。このフォトレジストの層２０に、
フォトリソグラフィ法によりパターニングを行う。パタ
ーニングには、前述のようにレーザー描画を利用しても
良いが、図２（ａ）に示すようにマスク３を用いる方法
でもよい。FIG. 2 is a diagram for explaining a characteristic part of the invention described in claim 2. In FIG. On the surface of the device material 1,
Positive photoresist layer 2 as the layer of plastic material
0 is formed. In this photoresist layer 20,
Patterning is performed by the photolithography method. Laser patterning may be used for patterning as described above, but a method using a mask 3 as shown in FIG. 2A may be used.

【００３６】マスク３は、この例では、透明ガラス３０
の表面に金属膜によるパターン３１を有する。パターン
３１は、光学デバイスに応じたパターンであり、光を均
一照射すると、このパターン３１に遮光された部分のみ
が「未露光」状態として残るので、現像により、フォト
レジスト膜２０から露光された部分を除去することによ
り、図２（ｂ）に示すように、フォトレジスト膜２０が
パターニングされて、「可塑性材料パターン」となった
状態を実現できる。この状態に対して、図１で説明した
各工程を実行できる。The mask 3 is made of transparent glass 30 in this example.
Has a pattern 31 of a metal film on its surface. The pattern 31 is a pattern corresponding to the optical device, and when the light is uniformly irradiated, only the part shielded by the pattern 31 remains in the “unexposed” state, and therefore the part exposed from the photoresist film 20 by the development. 2B, it is possible to realize a state in which the photoresist film 20 is patterned to be a “plastic material pattern”, as shown in FIG. 2B. In this state, each process described in FIG. 1 can be executed.

【００３７】図３は、請求項３記載の発明の特徴部分を
説明するための図である。デバイス材料１の表面には、
可塑性材料層２と、「中間層」としての金属薄膜層４
と、フォトレジストの薄膜層５とが上記表面側から上記
順序に積層されている。図３（ａ）は、この状態に対し
てパターニング工程のフォトリソグラフィ工程が行われ
た状態を示している。即ち、最上層のフォトレジストの
薄膜層５はフォトリソグラフィ法によりパターニングさ
れ、光学デバイスの形状に応じたパターンに形成されて
いる。FIG. 3 is a diagram for explaining a characteristic part of the invention described in claim 3. On the surface of the device material 1,
Plastic material layer 2 and metal thin film layer 4 as "intermediate layer"
And a thin film layer 5 of photoresist are laminated in this order from the surface side. FIG. 3A shows a state in which the photolithography step of the patterning step is performed on this state. That is, the uppermost photoresist thin film layer 5 is patterned by photolithography to form a pattern corresponding to the shape of the optical device.

【００３８】この状態において、フォトレジストの薄膜
層５をマスクとして、中間層エッチング工程をウエット
エッチングで行うと、フォトレジストの薄膜層５に覆わ
れていない金属薄膜層４がエッチング除去され、可塑性
材料層２の上には図３（ｂ）に示すように、フォトレジ
ストの薄膜層５による「光学デバイスに応じた形状」を
写された金属薄膜層４が残る。In this state, when the intermediate layer etching step is performed by wet etching using the photoresist thin film layer 5 as a mask, the metal thin film layer 4 not covered with the photoresist thin film layer 5 is removed by etching, and the plastic material is used. On the layer 2, as shown in FIG. 3 (b), a metal thin film layer 4 having a "shape corresponding to the optical device" formed by the thin film layer 5 of photoresist remains.

【００３９】続いて、上記金属薄膜層４をマスクとし
て、可塑性材料層２に対して、異方性のドライエッチン
グによる「ドライエッチング工程」を行うと、マスク以
外の部分で、可塑性材料層２が厚み方向へエッチングさ
れるので、図３（ｃ）に示すように、上記パターンに従
うレリーフ状の可塑性材料パターンとして得られる。こ
の状態に対して、図１で説明した各工程を実行できる。Then, when the plastic material layer 2 is subjected to a "dry etching step" by anisotropic dry etching using the metal thin film layer 4 as a mask, the plastic material layer 2 is removed in a portion other than the mask. Since it is etched in the thickness direction, it is obtained as a relief-shaped plastic material pattern according to the above pattern, as shown in FIG. In this state, each process described in FIG. 1 can be executed.

【００４０】図１（ｂ）に即して説明した「加圧工程」
では、圧力のみで可塑性材料の変形を行ったが、可塑性
材料として「熱可塑性材料（各種レジストやフォトレジ
ストも一般に、これに含まれる）」を用いる場合、換言
すれば、可塑性材料が熱可塑性を有する場合には、請求
項４記載の発明のように、加圧工程の際に、加熱処理を
併用することができる。この場合、加熱工程は補助的に
行うのみでよく、可塑性材料を「ガラス転移点」以上の
温度に加熱することにより行う。"Pressurizing step" described with reference to FIG.
Then, the plastic material was deformed only by the pressure. However, when a "thermoplastic material (various resists and photoresists are generally included in this)" is used as the plastic material, in other words, the plastic material is When it has, like the invention of Claim 4, a heat treatment can be used together in the pressurizing step. In this case, the heating step only needs to be auxiliary, and is performed by heating the plastic material to a temperature equal to or higher than the “glass transition point”.

【００４１】加熱を、高温度であまり長時間に渡って行
うと、前述の如く、可塑性材料内に発泡が生じたりする
不都合があるが、加圧工程に加熱工程を併用する場合に
は、加熱時間は極短くてよい。加熱に依り、可塑性材料
の熱流動が可能になると、作用している高圧力の作用に
より、短時間で変形が進行するからである。If the heating is carried out at a high temperature for a too long time, foaming may occur in the plastic material as described above. However, when the heating step is used in combination with the pressurizing step, the heating is performed. The time can be extremely short. This is because when the plastic material can be heat-fluidized by heating, the deformation is advanced in a short time due to the action of high pressure.

【００４２】図４は、請求項５記載の発明の特徴部分を
説明するための図である。デバイス材料１上に、ポジ型
のフォトレジストによる可塑性材料パターン２０がパタ
ーニングされている。この可塑性材料パターン２０に、
例えば図４（ａ）に示す範囲で光として紫外線等を照射
すると、光照射された部分では、可塑性材料であるフォ
トレジスト内部の高分子が切断されて、流動性が大きく
なる。このような状態で「加圧工程」を実施すると、可
塑性材料パターン２０の部分部分で変形し易さが変化し
ているため、図４（ｂ）に示すように「真中が窪んだ山
形形状」の凸曲面形状を実現できる。FIG. 4 is a diagram for explaining a characteristic portion of the invention described in claim 5. A plastic material pattern 20 made of a positive photoresist is patterned on the device material 1. In this plastic material pattern 20,
For example, when ultraviolet light or the like is irradiated as light in the range shown in FIG. 4A, the polymer inside the photoresist, which is the plastic material, is cut at the light-irradiated portion, and the fluidity increases. When the "pressurizing step" is performed in such a state, the deformability of the part of the plastic material pattern 20 changes, so that the "mountain shape with a depressed center" as shown in FIG. 4B. The convex curved surface shape of can be realized.

【００４３】加圧工程で図４（ｂ）に示す如き「凸曲面
形状」が形成されたら、エッチング工程を行うが、フォ
トレジストとデバイス材料とでエッチング速度が等しい
場合には、デバイス材料１に彫り込まれる凸曲面形状
は、図４（ｃ）の形状１−１の如く、フォトレジスト自
体の凸曲面形状と実質的に合同的であり、デバイス材料
のエッチング速度がフォトレジストのそれよりも大きい
場合には、彫り込まれる形状は図４（ｃ）の形状１−２
のようになり、逆の場合には、形状１−３のようにな
る。When the "convex curved surface shape" as shown in FIG. 4 (b) is formed in the pressurizing step, the etching step is performed. If the photoresist and the device material have the same etching rate, the device material 1 is used. When the engraved convex curved surface shape is substantially congruent with the convex curved surface shape of the photoresist itself as shown by the shape 1-1 in FIG. 4C, when the etching rate of the device material is higher than that of the photoresist. The engraved shape is the shape 1-2 of FIG. 4 (c).
And in the opposite case, the shape 1-3.

【００４４】図５に示すように、デバイス材料１の上に
ネガ型のフォトレジストの層もしくは紫外線硬化型樹脂
材料の層を可塑性材料層として設け、これを（ａ）に示
すようにパターニングしたした状態で、中心部の光強度
が強くなっているような紫外線を照射すると、照射され
た部分では、可塑性材料中の高分子がラジカルで結合す
るため、照射紫外線の強度に比例して、強い紫外線で照
射された部分ほど、流動性が悪くなる。このような状態
で「加圧工程」を行うと、図５（ｂ）に示すように、流
動性の悪い部分が流動性の良い部分での変形により「押
し上げられる」形となり、図５（ｂ）に示すように、中
央部が突出するように出っ張った形状の凸曲面形状が得
られる。As shown in FIG. 5, a negative photoresist layer or an ultraviolet curable resin material layer was provided as a plastic material layer on the device material 1 and was patterned as shown in FIG. In this state, when the central part is irradiated with UV light, the polymer in the plastic material is bound by radicals in the irradiated part. The fluidity becomes worse as it is irradiated with. When the "pressurizing step" is performed in such a state, as shown in FIG. 5 (b), the portion having poor fluidity is "pushed up" due to the deformation at the portion having good fluidity, and the portion shown in FIG. As shown in (), a convex curved surface shape is obtained in which the central portion projects so as to project.

【００４５】従って、この状態でエッチング工程を行え
ば、可塑性材料とデバイス材料とでエッチング速度が等
しい場合には、図５（ｃ）の形状１−１０の如く、
（ｂ）の凸曲面形状と実質的に合同的な凸曲面がデバイ
ス材料に彫り写され、デバイス材料のエッチング速度が
可塑性材料のそれよりも大きい場合には、彫り込まれる
形状は図５（ｃ）の形状１−２０のようになり、逆の場
合には、形状１−３０のようになる。Therefore, when the etching process is performed in this state, when the plastic material and the device material have the same etching rate, as in the shape 1-10 of FIG. 5C,
When a convex curved surface that is substantially congruent to the convex curved surface shape of (b) is engraved on the device material and the etching rate of the device material is higher than that of the plastic material, the engraved shape is as shown in FIG. 1-20, and vice versa.

【００４６】このように可塑性材料としてフォトレジス
トや紫外線硬化形樹脂材料を用いる場合に、加圧工程に
先立ち、もしくは加圧工程と同時に、レリーフ状の可塑
性材料パターンに、所望の強度分布の光を照射すること
により、非球面形状の凸曲面形状を有する光学デバイス
を製造することが可能である。When a photoresist or an ultraviolet curable resin material is used as the plastic material as described above, light having a desired intensity distribution is applied to the relief-shaped plastic material pattern before or simultaneously with the pressurizing step. By irradiating, it is possible to manufacture an optical device having an aspherical convex curved surface shape.

【００４７】[0047]

【実施例】以下、具体的な実施例を説明する。図６に、
この発明の光学デバイス製造方法により製造される光学
デバイス（請求項６，７，８）の例を示す。図６（ａ）
は、平行平板状のデバイス材料１に対して上記製造方法
を実施し、一方の面に所望の凸曲面形状１００Ａを形成
した光学デバイス、（ｂ）は（ａ）に示す光学デバイス
の、凸曲面形状１００Ａを除く部分に遮光膜１０を形成
してなる光学デバイス（請求項７）を示す。デバイス材
料１が透明材料である場合、これら（ａ）と（ｂ）に示
す光学デバイスは「マイクロレンズ」として使用するこ
とができる。EXAMPLES Specific examples will be described below. In Figure 6,
An example of an optical device manufactured by the optical device manufacturing method of the present invention (claims 6, 7, and 8) will be shown. Figure 6 (a)
Is an optical device in which the above-described manufacturing method is performed on the parallel plate-shaped device material 1 and a desired convex curved surface shape 100A is formed on one surface, (b) is a convex curved surface of the optical device shown in (a) An optical device (claim 7) in which a light shielding film 10 is formed on a portion excluding the shape 100A is shown. When the device material 1 is a transparent material, these optical devices shown in (a) and (b) can be used as “microlenses”.

【００４８】図６（ａ）に示す光学デバイスはまた、デ
バイス材料１として「レーザ媒質」を用い、凸曲面形状
１００Ａの形成された面と、これに対応する面（図で下
側の平坦な面）に反射面を形成することにより、特開平
５−１７３００３号公報の、図７に開示されたような
「レーザ共振器」として使用できる。The optical device shown in FIG. 6 (a) also uses "laser medium" as the device material 1, and the surface on which the convex curved surface shape 100A is formed and the surface corresponding thereto (the lower flat surface in the figure). By forming a reflective surface on the surface, it can be used as a "laser resonator" as disclosed in FIG. 7 of JP-A-5-173003.

【００４９】図６（ｃ）に示す光学デバイスは、（ｂ）
に示す光学デバイスにおける、凸曲面形状１００Ａの形
成された面と対向する面に、反射膜１１を形成した光学
デバイスの例である。凸曲面形状１００Ａの前方に、ハ
ーフミラーを配すれば、この光学デバイスを「インミラ
ーマイクロレンズ」として使用できる。The optical device shown in FIG. 6 (c) is (b)
It is an example of the optical device in which the reflective film 11 is formed on the surface facing the surface on which the convex curved surface shape 100A is formed, in the optical device shown in FIG. By disposing a half mirror in front of the convex curved surface shape 100A, this optical device can be used as an "in-mirror microlens".

【００５０】図６（ｂ），（ｃ）に示すように遮光膜１
０を形成すると、光学デバイスをマイクロレンズとして
使用する場合、光を有効にレンズ面部分（凸曲面形状部
分）にのみ入射させることができ、マイクロレンズの結
像作用に迷光となる成分を、有効に除去することができ
る。遮光膜は、光学デバイスがマイクロレンズアレイ
で、発光素子アレイと対応させて用いるような場合に、
隣接発光素子からの光入射の防止と、マイクロレンズア
レイの裏面での反射で迷光が発生するのを防止する効果
がある。As shown in FIGS. 6B and 6C, the light shielding film 1
When 0 is formed, when the optical device is used as a microlens, light can be effectively incident only on the lens surface portion (convex curved surface shape portion), and a component that becomes stray light is effectively added to the imaging action of the microlens. Can be removed. The light shielding film is used when the optical device is a microlens array and is used in association with the light emitting element array.
It has an effect of preventing light incident from the adjacent light emitting element and preventing stray light from being generated by reflection on the back surface of the microlens array.

【００５１】「遮光膜」は、例えば、金属膜を蒸着形成
して形成してもよいし、あるいは各種の遮光性材料を印
刷や吹き付け等で膜状に形成してもよい。The "light-shielding film" may be formed by vapor-depositing a metal film, or may be formed into a film by printing or spraying various light-shielding materials.

【００５２】図６（ｄ）に示すように、凸曲面形状１０
０Ａの形成された領域に、反射膜１１Ａを形成すること
ができる（請求項８）。このような場合、反射膜１１Ａ
を形成された凸曲面形状部分を、「マイクロ凸面鏡」と
して使用できることは明らかであるが、この場合、デバ
イス材料１は透明材料である必要はない。また、上記の
如き反射膜１１Ａを設ける場合、デバイス材料１として
透明材料を用いれば、光を平坦な面（凸曲面形状の形成
されていない側の面）から入射させることにより、上記
凸曲面形状１００Ａ部分の反射膜１１Ａを「マイクロ凹
面鏡」として使用することができる。As shown in FIG. 6D, the convex curved surface shape 10
The reflective film 11A can be formed in the area where 0A is formed (claim 8). In such a case, the reflective film 11A
It is clear that the convex curved surface-shaped portion formed with can be used as a "micro convex mirror", but in this case, the device material 1 does not need to be a transparent material. Further, in the case where the reflective film 11A as described above is provided, if a transparent material is used as the device material 1, the light is made incident on the flat surface (the surface on the side where the convex curved surface is not formed), so that the convex curved surface is formed. The reflection film 11A in the 100A portion can be used as a "micro concave mirror".

【００５３】図６（ｅ）は、平行平板状の透明なデバイ
ス材料１の、一方の面に、所望の凸曲面形状１００Ａ、
他方の面に所望の凸曲面形状１００Ｂを有する光学デバ
イスを示す。このような光学デバイスは、両凸のマイク
ロレンズとして使用できる。なお、図６（ｅ）に示す光
学デバイスにおいて、凸曲面形状１００Ａおよび／また
は１００Ｂを除く部分に、（ｂ），（ｃ）における遮光
膜１０と同様の遮光膜を設けることが出来る。図６
（ｅ）に示す光学デバイスはまた、デバイス材料として
「レーザ媒質」を用い、凸曲面形状１００Ａ，１００Ｂ
に反射面を形成することにより、特開平５−１７３００
３号公報の図６に開示されたような「レーザ共振器」と
して使用することが可能である。FIG. 6 (e) shows a desired convex curved surface shape 100A on one surface of the parallel plate-shaped transparent device material 1.
An optical device having a desired convex curved surface shape 100B on the other surface is shown. Such an optical device can be used as a biconvex microlens. In the optical device shown in FIG. 6 (e), a light blocking film similar to the light blocking film 10 in (b) and (c) can be provided on the portion excluding the convex curved surface shapes 100A and / or 100B. Figure 6
The optical device shown in (e) also uses "laser medium" as the device material, and has convex curved surface shapes 100A and 100B.
By forming a reflective surface on the surface,
It can be used as a “laser resonator” as disclosed in FIG.

【００５４】上記図６（ａ）〜（ｅ）に示す例におけ
る、凸曲面形状を１次元あるいは２次元に配列すること
により、マイクロレンズアレイやマイクロ凸面鏡アレ
イ、マイクロ凹面鏡アレイ等を実現できる。A microlens array, a micro convex mirror array, a micro concave mirror array or the like can be realized by arranging the convex curved surface shapes in one or two dimensions in the examples shown in FIGS. 6 (a) to 6 (e).

【００５５】図６（ａ）〜（ｅ）に示す実施例では、当
初のデバイス材料は、平行平面板状であるが、これに限
らず、種々の形状のデバイス材料を用いることが出来、
例えば、デバイス材料として、プリズム形状のものを用
いれば、図６（ｆ）に示すように、透明なプリズム状の
デバイス材料１Ａの一つの面に凸曲面形状１００Ｃを有
する光学デバイスを実現できる。この光学デバイスは、
「インプリズムマイクロレンズ」として使用できる。In the embodiments shown in FIGS. 6 (a) to 6 (e), the initial device material is a plane parallel plate, but the invention is not limited to this, and device materials of various shapes can be used.
For example, if a device having a prism shape is used as the device material, an optical device having a convex curved surface shape 100C on one surface of the transparent prismatic device material 1A can be realized as shown in FIG. 6 (f). This optical device
It can be used as an "in-prism micro lens".

【００５６】図６（ｆ）の例をさらに、一般化して、凸
曲面形状をデバイス材料１Ａの２以上の面に形成するこ
ともできるし、あるいは、凸曲面形状をアレイ配列する
こともできる。By further generalizing the example of FIG. 6 (f), convex curved surface shapes can be formed on two or more surfaces of the device material 1A, or convex curved surface shapes can be arrayed.

【００５７】図６に示した各種の光学デバイスは、単独
で用いることができるが、これらを適宜に組み合わせて
用いることもできることは言うまでもない。The various optical devices shown in FIG. 6 can be used alone, but it goes without saying that they can also be used in an appropriate combination.

【００５８】以下、請求項１，３記載の製造方法に関す
る具体的な実施例を説明する。図７に示すような「マイ
クロレンズアレイ」を作製した。このマイクロレンズア
レイ１１０は、デバイス材料である短冊型に細長い石英
ガラス１１１の片面に、凸曲面形状による１０個の屈折
面Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，．．．，Ｌ９，Ｌ１０を、石英ガ
ラス１１の長手方向へ等間隔で配列形成したものであ
る。Specific examples of the manufacturing method according to claims 1 and 3 will be described below. A "microlens array" as shown in FIG. 7 was produced. This microlens array 110 has ten refracting surfaces L1, L2, L3 ,. ． ． , L9, L10 are arranged in the longitudinal direction of the quartz glass 11 at equal intervals.

【００５９】長さ：１５ｍｍ、幅：３ｍｍ、厚さ：０．
５ｍｍ、１．３μｍの波長の光に対する屈折率：１．４
５２の石英ガラス１１をデバイス材料とした。屈折面Ｌ
１〜Ｌ１０は同一形状で、その直径は０．５ｍｍであ
り、曲率半径は４６５μｍであり、凸レンズとしての設
計上の焦点距離は１．０２９ｍｍである。配列ピッチは
０．６ｍｍとした。Length: 15 mm, width: 3 mm, thickness: 0.
Refractive index for light with wavelengths of 5 mm and 1.3 μm: 1.4
The quartz glass 11 of 52 was used as the device material. Refractive surface L
1 to L10 have the same shape, the diameter is 0.5 mm, the radius of curvature is 465 μm, and the designed focal length as a convex lens is 1.029 mm. The arrangement pitch was 0.6 mm.

【００６０】屈折面Ｌ１〜Ｌ１０の曲率半径として上記
所望の値（設計状の値）を実現するように、可塑性材料
層の厚さを５０μｍに設定し、上記デバイス材料の片面
に、可塑性材料としてポジ形のフォトレジストを上記厚
さに塗布形成して可塑性材料層とした。The thickness of the plastic material layer is set to 50 μm so as to realize the desired value (designed value) as the radius of curvature of the refracting surfaces L1 to L10, and one surface of the device material is coated with the plastic material as a plastic material. A positive photoresist was applied to the above thickness to form a plastic material layer.

【００６１】この可塑性材料層の上に、中間層として
「Ｃｕ層」を、厚さ：３０００Åに蒸着形成した。さら
に、この中間層上に、感光性材料の薄層を、東京応化工
業株式会社製のフォトレジスト（商品名：ＯＦＰＲ８０
０）をスピンコートした後、プリベークして厚さ：０．
１μｍの薄層として形成した。On this plastic material layer, a "Cu layer" was formed as an intermediate layer by vapor deposition to a thickness of 3000 Å. Further, a thin layer of a photosensitive material is provided on the intermediate layer with a photoresist (trade name: OFPR80 manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.).
0) was spin coated and then prebaked to a thickness of 0.
It was formed as a thin layer of 1 μm.

【００６２】直径：０．５ｍｍの黒円を０．６ｍｍピッ
チで配列させたマスクを用いて露光を行い、光照射され
た部分を除去することにより、感光性材料の薄膜をパタ
ーニングし、ウエットエッチングによる「中間層エッチ
ング工程」を行って、上記端面形状を中間層としてのＣ
ｕ層に写すウエットエッチング工程を行った。Exposure is performed using a mask in which black circles having a diameter of 0.5 mm are arranged at a pitch of 0.6 mm, and the exposed portion is removed to pattern the thin film of the photosensitive material, and wet etching is performed. By performing the "intermediate layer etching step" according to
A wet etching process was performed to transfer the image onto the u layer.

【００６３】この中間層エッチング工程の条件は、以下
の通りである。蒸留水１００ｍｌに塩酸（１．１９）６
ｍｌ、塩化鉄（ＩＩＩ）２０ｇを加えて混合し、２０〜
３０度Ｃの温度に保持し、１〜２分間、ノズルから石英
ガラス１１に垂直に吹き付けてウエットエッチングす
る。このとき、石英ガラス１１を回転させ、液溜りがな
いように、石英ガラス１１の面を鉛直方向に保った。エ
ッチング後は、蒸留水によるリンスを行った。The conditions of this intermediate layer etching step are as follows. Hydrochloric acid (1.19) 6 in 100 ml of distilled water
ml, 20 g of iron (III) chloride are added and mixed, and 20-
The temperature is maintained at 30 ° C., and the quartz glass 11 is vertically sprayed from a nozzle for 1 to 2 minutes to perform wet etching. At this time, the quartz glass 11 was rotated and the surface of the quartz glass 11 was kept in the vertical direction so that there was no liquid pool. After etching, rinse with distilled water was performed.

【００６４】続いて、Ｃｕ層をマスクとして、ドライエ
ッチング工程を行い、上記端面形状に正確に従う、上記
可塑性材料層の３次元パターン即ち、可塑性材料パター
ンを得た。ドライエッチングの条件は以下の通りであ
る。ＥＣＲプラズマエッチング装置に石英ガラス１１を
セットし、酸素を７ｓｃｃＭ導入し、反応室内圧力：２
〜３×１０~⁴Ｔｏｒｒ、マイクロ波実効電力：６００
Ｗ、ＲＦ実効電力：５００Ｗで１００分間のエッチング
を行った。Subsequently, a dry etching process was performed using the Cu layer as a mask to obtain a three-dimensional pattern of the plastic material layer, that is, a plastic material pattern, which exactly follows the end face shape. The conditions of dry etching are as follows. Quartz glass 11 was set in the ECR plasma etching apparatus, oxygen was introduced at 7 scccM, and reaction chamber pressure was 2
~ 3 × 10 ~ ⁴ Torr, microwave effective power: 600
W, RF effective power: Etching was performed at 500 W for 100 minutes.

【００６５】更に、Ｃｕ層を除去し、可塑性材料層（ポ
ジ形のフォトレジスト層）の３次元パターンに高圧力を
等圧的に作用させて変形させる「加圧工程」を以下の条
件で行った。Furthermore, the Cu layer is removed, and a "pressurizing step" is carried out under the following conditions to deform the three-dimensional pattern of the plastic material layer (positive photoresist layer) by applying high pressure isostatically. It was

【００６６】圧力：５〜８（ｋｇ／ｃｍ²），加圧時
間：１０〜２０分。加熱温度：１００度Ｃ，加圧工程に
より形成された１０個の凸曲面形状の曲率半径は、４６
８±３μｍ（凸曲面系状の石英ガラス面からの高さ：７
３μｍ）であった。Pressure: 5-8 (kg / cm ² ), pressurization time: 10-20 minutes. Heating temperature: 100 ° C., the radius of curvature of 10 convex curved surfaces formed by the pressing process is 46
8 ± 3 μm (height from the surface of the convex curved quartz glass: 7
3 μm).

【００６７】続いて、上記１０個の凸曲面形状を、デバ
イス材料である石英ガラス１１に彫り写す、ドライエッ
チング工程をＥＣＲエッチングにより行った。エッチン
グ条件は以下の通りである。Subsequently, a dry etching process was carried out by ECR etching in which the above-mentioned 10 convex curved shapes were engraved on the quartz glass 11 which is a device material. The etching conditions are as follows.

【００６８】ＥＣＲプラズマエッチング装置に石英ガラ
ス１１をセットし、酸素を２．５ｓｃｃＭ，ＣＨＦ₃を
９．０ｓｃｃＭ導入し、反応室内圧力：２〜３×１０~⁴
Ｔｏｒｒ、マイクロ波実効電力：６２０Ｗ、ＲＦ実効電
力：４８０Ｗで４５０分間のエッチングを行った。[0068] Set the quartz glass 11 in ECR plasma etching apparatus, oxygen 2.5 sccm, a CHF ₃ introduced 9.0SccM, reaction chamber pressure: 2~3 × 10 ~ ⁴
Etching was performed at Torr, microwave effective power: 620 W, and RF effective power: 480 W for 450 minutes.

【００６９】なお、可塑性材料層に対するエッチング速
度は、デバイス材料である石英ガラスに対するエッチン
グ速度よりも、「ほんのわずか」に遅く、このため、可
塑性材料により形成された凸曲面形状が、殆どそのまま
石英ガラスに彫り写され、曲率半径：４５９±３μｍの
凸曲面形状が１０個、石英ガラス１１の表面形状として
形成された。The etching rate for the plastic material layer is "slightly" slower than the etching rate for quartz glass which is the device material. Therefore, the convex curved surface shape formed by the plastic material is almost unchanged. 10 convex curved surfaces having a radius of curvature of 459 ± 3 μm were formed as the surface shape of the quartz glass 11.

【００７０】このようにして、１０個のマイクロレンズ
のアレイが形成できた。これらマイクロレンズの焦点距
離は、１．０１６ｍｍで、実質的に設計値通りであっ
た。In this way, an array of 10 microlenses could be formed. The focal length of these microlenses was 1.016 mm, which was substantially as designed.

【００７１】以下に、半導体レーザからのレーザ光束を
光学ファイバーに光結合させるための、マイクロレンズ
アレイの例をあげる。長さ：４ｍｍ、幅：２ｍｍ、厚
さ：０．５ｍｍ、波長１．３μｍの光に対する屈折率：
１．４５２の石英ガラス２枚を用意した。図８に示すよ
うに、第１の石英ガラス１３の片面（左側の面）に、凸
球面による屈折面Ｒ₁₁，Ｒ₁₂，．．を石英ガラス１３の
長手方向へ形成し、反対側の面には、上記屈折面Ｒ₁₁，
Ｒ₁₂，．．の個々に位置あわせ（光軸あわせ）して、凸
球面による屈折面Ｒ₂₁，Ｒ₂₂，．．を形成した。また、
第２の石英ガラスの片面に、凸球面による屈折面Ｒ₃₁，
Ｒ₃₂，．．を、屈折面Ｒ₁₁，Ｒ₁₂，．．，Ｒ₂₁，
Ｒ₂₂，．．と同ピッチで、石英ガラス１５の長手方向へ
形成した。An example of a microlens array for optically coupling a laser beam from a semiconductor laser with an optical fiber will be given below. Length: 4 mm, width: 2 mm, thickness: 0.5 mm, refractive index for light of wavelength 1.3 μm:
Two pieces of 1.452 quartz glass were prepared. As shown in FIG. 8, on one surface (left surface) of the first quartz glass 13, refracting surfaces R ₁₁ , R ₁₂ ,. ． Is formed in the longitudinal direction of the quartz glass 13, and the refracting surface R ₁₁ ,
R ₁₂ ,. ． Of the refracting surfaces R ₂₁ , R ₂₂ ,. ． Was formed. Also,
On one surface of the second quartz glass, a refracting surface R ₃₁ , which is a convex spherical surface,
R ₃₂ ,. ． To the refracting surfaces R ₁₁ , R ₁₂ ,. ． , R ₂₁ ,
R ₂₂ ,. ． The quartz glass 15 was formed at the same pitch as in the longitudinal direction of the quartz glass 15.

【００７２】屈折面Ｒ₁₁，Ｒ₁₂，．．は、以下のように
形成した。石英ガラスの表面に熱可塑性材料として、ポ
リグリシジルメタルリレート樹脂を厚さ１．７μｍに塗
布し、その上に中間層として、厚さ２０００ÅのＳｉの
薄層をスパッタリングで形成した。その上に、上記レン
ズアレイの実施例におけると同様に、フォトレジストの
薄層を形成し、直径：１００μｍの黒円を、２５０μｍ
のピッチで１０個アレイ配列したマスクを用いて露光を
行い、現像して、上記黒円の配列に対応したフォトレジ
スト層を残した。Refractive surfaces R ₁₁ , R ₁₂ ,. ． Was formed as follows. Polyglycidyl metallate resin as a thermoplastic material was applied to the surface of quartz glass to a thickness of 1.7 μm, and a thin layer of Si having a thickness of 2000 Å was formed as an intermediate layer thereon by sputtering. On top of that, a thin layer of photoresist is formed and a black circle with a diameter of 100 μm and a thickness of 250 μm are formed in the same manner as in the embodiment of the lens array.
Exposure was performed using a mask in which 10 arrays were arrayed at a pitch of, and development was performed to leave a photoresist layer corresponding to the array of black circles.

【００７３】次いで、光学デバイス材料を、ＥＣＲプラ
ズマエッチング装置にセットし、ＣＣｌ₄を１５Ｓｃｃ
Ｍ導入し、反応室内圧力：３〜４×１０~⁴Ｔｏｒｒ、マ
イクロ波実行電力：６００Ｗ、ＲＦ実行電力：５００Ｗ
の条件で、ドライエッチングを３分間行い（中間層エッ
チング工程）、次いで、ドライエッチング工程を、前述
のレンズアレイの実施例と同じ条件で行い、続いて、同
一バッチで導入ガスをＣＣｌ₄に変更してエッチングを
行い、Ｓｉの薄層を除去した。Then, the optical device material was set in an ECR plasma etching apparatus, and CCl ₄ was added to 15 Scc.
M is introduced, the reaction chamber pressure: 3~4 × 10 ~ ⁴ Torr, microwave execute power: 600W, RF execute power: 500 W
Under the conditions described above, dry etching is performed for 3 minutes (intermediate layer etching step), and then the dry etching step is performed under the same conditions as in the above-described lens array example, and subsequently, the introduced gas is changed to CCl ₄ in the same batch. Then, etching was performed to remove a thin layer of Si.

【００７４】以下、加圧工程、エッチング工程を、前述
のレンズアレイの実施例におけると同じ条件で行った。Hereinafter, the pressurizing step and the etching step were performed under the same conditions as in the above-mentioned lens array example.

【００７５】加圧工程後、可塑性材料の凸曲面の直径は
１００μｍ、凸曲面頂部の石英ガラス表面からの高さは
２．２０μｍ、エッチング工程後に石英ガラス１３の表
面に彫り写された屈折面Ｒ₁₁，Ｒ₁₂，．の直径は１００
μｍ、配列ピッチは２５０μｍ、曲率半径は５５４±１
０μｍであった。After the pressurizing step, the diameter of the convex curved surface of the plastic material is 100 μm, the height of the top of the convex curved surface from the quartz glass surface is 2.20 μm, and the refracting surface R engraved on the surface of the quartz glass 13 after the etching step. ₁₁ , R ₁₂ ,. Has a diameter of 100
μm, array pitch 250 μm, radius of curvature 554 ± 1
It was 0 μm.

【００７６】同様にして、石英ガラス１３の他方の面で
は、ポリグリシジルメタルリレート樹脂層の厚さを１８
μｍとし、パターニング工程で用いるマスクとして、直
径２４０μｍの黒円を２５０μｍピッチで１０個配列し
たものを用い、あとの条件は、全て屈折面Ｒ₁₁，
Ｒ₁₂，．．の形成条件と同じにして、屈折面Ｒ₂₁，
Ｒ₂₂，．．を形成した。このとき、加圧工程後、可塑性
材料の凸曲面の直径は２４０μｍ、凸曲面頂部の石英ガ
ラス表面からの高さは２２．７μｍ、エッチング工程後
に石英ガラス１３の裏面に彫り写された屈折面Ｒ₂₁，Ｒ
₂₂，．の直径は２４０μｍ、配列ピッチは２５０μｍ、
曲率半径は−３２２±５μｍであった。Similarly, on the other surface of the quartz glass 13, the thickness of the polyglycidyl metal relate resin layer is 18
As a mask used in the patterning step, a mask in which ten black circles having a diameter of 240 μm are arranged at a pitch of 250 μm is used. All the other conditions are the refracting surface R ₁₁ ,
R ₁₂ ,. ． Under the same conditions as described above, the refracting surface R ₂₁ ,
R ₂₂ ,. ． Was formed. At this time, after the pressurizing step, the diameter of the convex curved surface of the plastic material is 240 μm, the height of the top of the convex curved surface from the quartz glass surface is 22.7 μm, and the refractive surface R engraved on the back surface of the quartz glass 13 after the etching step ₂₁ , R
₂₂ ,. Diameter is 240 μm, array pitch is 250 μm,
The radius of curvature was −322 ± 5 μm.

【００７７】同様に、石英ガラス１５の片面に、上記と
同様の方法で、屈折面Ｒ₃₁，Ｒ₃₂，．．を形成した。可
塑性材料層としてのポリグリシジルメタルリレート樹脂
層の厚さは６．５μｍ、パターニング工程で用いるマス
クは、直径２４０μｍの黒円を２５０μｍピッチで１０
個配列したものを用い、あとの条件は、全て、屈折面Ｒ
₁₁，Ｒ₁₂，．．の形成条件と同じである。Similarly, on one surface of the quartz glass 15, the refracting surfaces R ₃₁ , R ₃₂ ,. ． Was formed. The thickness of the polyglycidyl metal relate resin layer as the plastic material layer is 6.5 μm, and the mask used in the patterning process is a black circle having a diameter of 240 μm and a pitch of 10 μm at a pitch of 250 μm.
All the following conditions are used for the refractive surface R
₁₁ , R ₁₂ ,. ． The formation conditions are the same.

【００７８】加圧工程後、可塑性材料の凸曲面の直径は
２４０μｍ、凸曲面頂部の石英ガラス表面からの高さは
８．３μｍ、第２ドライエッチング工程後に石英ガラス
１５の表面に彫り写された屈折面Ｒ₃₁，Ｒ₃₂，．の直径
は２４０μｍ、配列ピッチは２５０μｍ、曲率半径８５
５±１３μｍであった。After the pressurizing step, the diameter of the convex curved surface of the plastic material was 240 μm, the height of the top of the convex curved surface from the quartz glass surface was 8.3 μm, and it was engraved on the surface of the quartz glass 15 after the second dry etching step. Refractive surfaces R ₃₁ , R ₃₂ ,. Diameter is 240μm, array pitch is 250μm, radius of curvature 85
It was 5 ± 13 μm.

【００７９】このように、屈折面のアレイによりマイク
ロレンズアレイを形成された石英ガラス１３，１５を図
８のように、互いに対向させ、石英ガラス１３，１５の
各屈折面相互の光軸あわせを行って、鏡筒５０により一
体化し、光結合素子とした。As described above, the quartz glasses 13 and 15 having the microlens array formed by the array of refracting surfaces are opposed to each other as shown in FIG. 8, and the optical axes of the refracting surfaces of the quartz glasses 13 and 15 are aligned with each other. After that, the lens barrel 50 was integrated to form an optical coupling element.

【００８０】屈折面Ｒ₁₁，Ｒ₁₂，．．の側のマイクロレ
ンズの焦点面位置に、１０個の半導体レーザＬＤ１，Ｌ
Ｄ２，．．．を、各マイクロレンズの光軸上に配備し、
石英ガラス１５の右側におけるマイクロレンズの焦点面
に、半導体レーザの個々と対応させて光学ファイバーＯ
Ｆ１，ＯＦ２，．．の端面を配し、各半導体レーザから
出た光が、対応する光学ファイバーのコアの部分に集光
するようにした。このようにして、半導体レーザと光学
ファイバの対ごとの平均の結合効率として３０．２％を
実現できた。Refractive surfaces R ₁₁ , R ₁₂ ,. ． At the focal plane position of the microlens on the side of the
D2 ,. ． ． On the optical axis of each micro lens,
On the focal plane of the micro lens on the right side of the quartz glass 15, the optical fiber O is made to correspond to each semiconductor laser.
F1, OF2 ,. ． The end faces of are arranged so that the light emitted from each semiconductor laser is focused on the core portion of the corresponding optical fiber. In this way, an average coupling efficiency of 30.2% for each pair of semiconductor laser and optical fiber could be realized.

【００８１】[0081]

【発明の効果】以上のように、この発明によれば新規
な、光学デバイスおよびその製造方法を提供できる。As described above, according to the present invention, a novel optical device and its manufacturing method can be provided.

【００８２】請求項１〜３記載の発明は、上述の如き構
成となっているので、高温の熱処理を行わずに面精度の
良い凸曲面形状を持った光学デバイスを製造できる。加
圧工程は、温度処理に比べ、圧力を短時間で変化調整で
きるので、凸曲面形状の精度を高めることが可能であ
る。Since the invention described in claims 1 to 3 is configured as described above, it is possible to manufacture an optical device having a convex curved surface shape with good surface accuracy without performing high temperature heat treatment. In the pressurizing step, the pressure can be changed and adjusted in a shorter time than in the temperature treatment, so that the accuracy of the convex curved surface shape can be improved.

【００８３】請求項４記載の発明は、加圧工程に加熱工
程を併用するので、加圧による凸曲面形状の形成時間を
有効に短縮出来、面精度の良い凸曲面形状をもった光学
デバイスを効率良く製造できる。In the invention according to claim 4, since the heating step is used together with the pressurizing step, it is possible to effectively reduce the time for forming the convex curved surface shape by pressurization, and to provide an optical device having a convex curved surface shape with good surface accuracy. Can be manufactured efficiently.

【００８４】請求項５記載の発明は、可塑性材料として
フォトレジストを用い、加圧工程に先立ち、もしくは加
圧工程と同時に、レリーフ状の可塑性材料パターンに、
所望の強度分布の光を照射し、照射光の強度分布に応じ
て、可塑性材料の加圧変形の容易性を変化させえるの
で、非球面形状の凸曲面形状を容易に形成できる。According to a fifth aspect of the present invention, a photoresist is used as the plastic material, and a relief-shaped plastic material pattern is formed prior to or at the same time as the pressure step.
Light having a desired intensity distribution is irradiated, and the ease of pressure deformation of the plastic material can be changed according to the intensity distribution of the irradiation light, so that an aspherical convex curved surface shape can be easily formed.

【００８５】請求項６記載の光学デバイスは、上記請求
項１〜５記載の発明による方法で製造されるので、形成
される凸曲面形状の精度が良く、光学性能に優れてい
る。更に、請求項７，８記載の光学デバイスは、遮光膜
や反射膜により、光学性能を高められ、あるいは新たな
光学機能を付与されることができる。Since the optical device described in claim 6 is manufactured by the method according to the invention described in claims 1 to 5, the convex curved surface shape formed is good in precision and excellent in optical performance. Further, in the optical device according to the seventh and eighth aspects, the optical performance can be enhanced or a new optical function can be provided by the light shielding film and the reflective film.

【００８６】請求項９の発明によれば、請求項１〜５記
載の発明により製造される、面精度のよい凸曲面形状を
持つ光学デバイスを型として、１以上の凹曲面形状を有
する光学デバイスを型成形法により形成するので、面精
度のよい凹曲面形状を持つ光学デバイスを容易に量産す
ることが可能であり、このようにして製造される、請求
項１０記載の光学デバイスは、低コストで実現出来、面
精度が良く、従って光学性能に優れている。According to a ninth aspect of the present invention, an optical device having one or more concave curved surface shapes is produced by using the optical device having a convex curved surface shape with good surface accuracy manufactured by the inventions of the first to fifth aspects. The optical device having a concave curved surface shape with good surface accuracy can be easily mass-produced, and the optical device according to claim 10 is manufactured at low cost. It has good surface accuracy and therefore has excellent optical performance.

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

【図１】請求項２記載の光学デバイス製造方法を説明す
るいための図である。FIG. 1 is a drawing for explaining the optical device manufacturing method according to claim 2;

【図２】請求項２記載の発明の特徴部分を説明するため
の図である。FIG. 2 is a diagram for explaining a characteristic part of the invention according to claim 2;

【図３】請求項３記載の発明の特徴部分を説明するため
の図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a characteristic part of the invention according to claim 3;

【図４】請求項５記載の発明の特徴部分を説明するため
の図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a characteristic part of the invention according to claim 5;

【図５】請求項５記載の発明の特徴部分を説明するため
の図である。FIG. 5 is a diagram for explaining a characteristic part of the invention according to claim 5;

【図６】請求項６〜８記載の光学デバイスの実施例を６
種示す図である。FIG. 6 is a sixth example of the optical device according to claims 6 to 8;
It is a figure which shows a seed.

【図７】請求項１記載の発明で製造される光学デバイス
の１例であるマイクロレンズアレイを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a microlens array which is an example of an optical device manufactured by the invention according to claim 1;

【図８】ＬＤアレイと光学ファイバーアレイとのカップ
リング素子を説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining a coupling element of an LD array and an optical fiber array.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ デバイス材料 ２ 可塑性材料層 ２Ａ 可塑性材料パターン 1 Device material 2 Plastic material layer 2A plastic material pattern

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−40216（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−359472（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−283663（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−173003（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−164904（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−136460（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 3/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-5-40216 (JP, A) JP-A-4-359472 (JP, A) JP-A-5-283663 (JP, A) JP-A-5- 173003 (JP, A) JP 5-164904 (JP, A) JP 5-136460 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. ⁷ , DB name) G02B 3/00

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】デバイス材料の表面に形成された可塑性材
料層に、光学デバイスの形状に応じたパターンをパター
ニングして、上記パターンに従うレリーフ状の可塑性材
料パターンを得るパターニング工程と、 上記可塑性材料パターンに高圧力を流体圧として作用さ
せることにより、上記可塑性材料パターンの表面を、１
以上の滑らかな凸曲面形状とする加圧工程と、 上記可塑性材料とデバイス材料とに対してドライエッチ
ングを行って、上記凸曲面形状を上記デバイス材料に彫
り写し、デバイス材料に１以上の所望の凸曲面形状を形
成するエッチング工程とを有する、光学デバイス製造方
法。1. A patterning step of patterning a plastic material layer formed on a surface of a device material with a pattern corresponding to a shape of an optical device to obtain a relief-shaped plastic material pattern conforming to the pattern, and the plastic material pattern. By applying a high pressure as a fluid pressure to the surface of the plastic material pattern,
The above pressing step for forming a smooth convex curved surface shape and dry etching are performed on the plastic material and the device material to engrave the convex curved surface shape on the device material, and one or more desired ones are formed on the device material. An optical device manufacturing method, comprising: an etching step of forming a convex curved surface shape. 【請求項２】請求項１記載の光学デバイス製造方法にお
いて、 可塑性材料がフォトレジストであり、パターニング工程
が、フォトリソグラフィ法で行われることを特徴とす
る、光デバイス製造方法。2. The optical device manufacturing method according to claim 1, wherein the plastic material is a photoresist, and the patterning step is performed by a photolithography method. 【請求項３】請求項１記載の光学デバイス製造方法にお
いて、 デバイス材料の表面に、可塑性材料層と、中間層と、フ
ォトレジストの薄膜層とが上記表面側から上記順序に積
層され、 パターニング工程が、 上記フォトレジストの薄膜に、光学デバイスの形状に応
じたパターンをフォトリソグラフィ法によりパターニン
グするフォトリソグラフィ工程と、 エッチングを行って上記パターニングされた形状を中間
層に写す中間層エッチング工程と、 中間層エッチング工程後の中間層をマスクとして、可塑
性材料層に対してドライエッチングを行い、上記パター
ンに従うレリーフ状の可塑性材料パターンを得るドライ
エッチング工程とを有することを特徴とする、光学デバ
イス製造方法。3. The optical device manufacturing method according to claim 1, wherein a plastic material layer, an intermediate layer, and a thin film layer of photoresist are laminated on the surface of the device material in the above order from the surface side, and a patterning step. A photolithography step of patterning a pattern corresponding to the shape of the optical device on the thin film of the photoresist by a photolithography method; an intermediate layer etching step of performing etching to transfer the patterned shape to an intermediate layer; And a dry etching step for obtaining a relief-shaped plastic material pattern according to the above pattern by dry-etching the plastic material layer using the intermediate layer after the layer etching step as a mask. 【請求項４】請求項１または２または３記載の光学デバ
イス製造方法において、 可塑性材料が熱可塑性材料であり、加圧工程の際に、加
熱処理を併用することを特徴とする光学デバイス製造方
法。4. The method for manufacturing an optical device according to claim 1, 2 or 3, wherein the plastic material is a thermoplastic material, and heat treatment is used together with the pressing step. . 【請求項５】請求項１または２または３または４記載の
光学デバイス製造方法において、可塑性材料がフォトレ
ジストであり、加圧工程に先立ち、もしくは加圧工程と
同時に、レリーフ状の可塑性材料パターンに、所望の強
度分布の光を照射することを特徴とする、光学デバイス
製造方法。5. The method for manufacturing an optical device according to claim 1, 2 or 3 or 4, wherein the plastic material is a photoresist, and a relief-shaped plastic material pattern is formed before or simultaneously with the pressing step. And irradiating light with a desired intensity distribution. 【請求項６】請求項１または２または３または４または
５記載の光学デバイス製造方法により製造された光学デ
バイス。6. An optical device manufactured by the method for manufacturing an optical device according to claim 1, 2, 3 or 4 or 5. 【請求項７】請求項６記載の光学デバイスの、１以上の
凸曲面形状の形成された面の、上記凸曲面形状を除く部
分に、遮光膜を形成してなる光学デバイス。7. The optical device according to claim 6, wherein a light-shielding film is formed on a portion of the surface on which one or more convex curved shapes are formed, excluding the convex curved shapes. 【請求項８】請求項６または７記載の光学デバイスの一
部に反射面を形成してなる光学デバイス。8. An optical device having a reflecting surface formed on a part of the optical device according to claim 6 or 7. 【請求項９】請求項６記載の光学デバイスを型として、
１以上の凸曲面形状に対応した、１以上の凹曲面形状を
有する光学デバイスを型成形法により形成することを特
徴とする光学デバイス製造方法。9. An optical device according to claim 6 as a mold,
An optical device manufacturing method comprising forming an optical device having one or more concave curved surface shapes corresponding to one or more convex curved surface shapes by a molding method. 【請求項１０】請求項９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。10. An optical device manufactured by the optical device manufacturing method according to claim 9.