(57)【要約】【課題】絶縁性を有する基板表面に簡単且つ短時間に微細な凹凸を形成して当該基板に無反射機能を付与することができる、レーザ加工用光学部品の製法を提供する。【解決手段】レーザ加工時にレーザ光が透過する光学部品の製法。（ａ）絶縁性を有する基板４、１４の表面にフォトレジスト膜３、１３を直接形成する工程、（ｂ）前記フォトレジスト膜３、１３をレーザ光Ｌで露光して微細な凹凸形状を呈する未感光部２、１２を形成する工程、及び（ｃ）前記未感光部２、１２の凹凸形状をエッチングにより基板４、１４に転写して当該基板表面に微細な凹凸を形成する工程を含んでいる。  【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ加工時にレーザ光が透過する光学部品の製法であって、
（ａ）絶縁性を有する基板の表面にフォトレジスト膜を直接形成する工程、
（ｂ）前記フォトレジスト膜をレーザ光で露光して微細な凹凸形状を呈する未感光部を形成する工程、及び
（ｃ）前記未感光部の凹凸形状をエッチングにより基板に転写して当該基板表面に微細な凹凸を形成する工程
を含むことを特徴とするレーザ加工用光学部品の製法。
【請求項２】
前記工程（ｂ）において、前記フォトレジスト膜にレーザ光をスキャンさせながらその出力を制御して、複数の円錐体を未感光部に形成する請求項１に記載のレーザ加工用光学部品の製法。
【請求項３】
前記基板が、２−６族化合物、３−５族化合物、４族元素、ダイヤモンド、又は酸化物からなる請求項１又は２に記載のレーザ加工用光学部品の製法。
【請求項４】
前記エッチングをＩＰＣドライエッチング法により行う請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ加工用光学部品の製法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ加工用光学部品の製法に関する。さらに詳しくは、レーザ加工時にレーザ光が透過する光学部品であって、無反射機能を有する表面を備えた光学部品の製法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工においてレーザ光を透過させて当該レーザ光を集光するのに用いる光学部品では、レーザ光の透過率を高めるために、レーザ光が入射する側の光学部品の表面の反射をできるだけ抑える必要がある。そこで、従来、光学部品にＡＲ機能（反射防止機能）を付与するために、当該光学部品を構成する基板の表面に、基板と異なる屈折率を有する物質をコーティングして反射防止膜を形成することが行われている。
【０００３】
しかしながら、基板及び反射防止膜は、僅かではあるがレーザ光を吸収することから、レーザ光の照射により温度が上昇する。前記基板及び反射防止膜は、屈折率だけでなく熱膨張係数も互いに異なるが、温度上昇の程度によっては熱膨張の差により反射防止膜が基板から剥離する惧れがある。
【０００４】
また、基板上に前記物質をコーティングするに際しては、当該基板表面の洗浄が行われるが、この洗浄が不十分であり僅かでも残留不純物が基板と反射防止膜間に存在すると、レーザ光照射時に、残留不純物が存在する部分でレーザ光の吸収が発生する。その結果、この部分を起点として基板又は反射防止膜が破壊されることがある。
【０００５】
さらに、一般に反射防止膜の方が基板よりもレーザ光の吸収係数が大きいことから、基板単体で用いる場合よりも反射防止膜をコーティングした基板を光学部品として用いる場合の方が光学部品の温度上昇が発生し易くなる。レーザ加工はレーザ光を光学部品で集光して被加工物を加熱溶融させるものであるが、光学部品の温度が上昇するとその屈折率が変化し、それに伴い焦点位置が変動する。焦点位置が変動すると充分な集光ができなくなり、レーザ加工ができなくなってしまう。
【０００６】
そこで、かかる反射防止膜を用いることなく光学部品にＡＲ機能を与える方法として、基板の表面に傾斜面を有する微小な凹凸を形成することが提案されている（特許文献１参照）。
【０００７】
特許文献１記載の方法は、シリコンの表面にマスクを設けておき、エッチングによってシリコンの露出している表面を処理する方法であり、前記シリコンよりも遅い速度でエッチングされる材料からなるマスクを、２次元配列を成すように複数設け、前記マスクが所定の大きさになるまで反応性イオンエッチングを行うものである。前記マスクは、シリコン基板の表面にコーティングしたポジ型の電子レジストを電子ビームによって所定の２次元配列となるように描画し、この描画した部分を現像により除去し、ついでレジストが除去されて露出した基板表面と残存するレジストの上に金属を蒸着し、最後にレジストとともに当該レジスト上の金属をリフトオフ法により除去し、基板上に金属のみを残すことで作製している。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１０７７６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１記載の方法では、所定形状のマスクを作製するに際し、電子ビームを用いて描画しているので、微小な凹凸を形成し得るパターンを描画するのに長時間を要し、その結果製造コストが高くつくという問題がある。
【００１０】
また、絶縁性の基板を用いる場合、電子が当該基板内に溜まり、チャージアップしてしまう。このため電子ビームがまっすぐ入らなくなり、思い通りに描画することができなくなる。これを避けるためには、基板の上に導電膜を形成し、この導電膜の上にレジストを形成する必要がある。そして、前記導電膜に設けたコンタクトから電子を逃がす必要がある。このような、導電膜及びコンタクトの形成は、手間がかかり、さらなるコストアップの要因になる。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、絶縁性を有する基板表面に簡単且つ短時間に微細な凹凸を形成して当該基板に無反射機能を付与することができる、レーザ加工用光学部品の製法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のレーザ加工用光学部品の製法は、レーザ加工時にレーザ光が透過する光学部品の製法であって、
（ａ）絶縁性を有する基板の表面にフォトレジスト膜を直接形成する工程、
（ｂ）前記フォトレジスト膜をレーザ光で露光して微細な凹凸形状を呈する未感光部を形成する工程、及び
（ｃ）前記未感光部の凹凸形状をエッチングにより基板に転写して当該基板表面に微細な凹凸を形成する工程
を含むことを特徴としている。
【００１３】
本発明のレーザ加工用光学部品の製法では、絶縁性基板上のフォトレジスト膜にレーザ光を露光することで微細な凹凸を形成しているので、電子ビームを用いて描画する場合のような導電膜を基板とフォトレジスト膜との間に設ける必要がない。また、導電膜から電子を逃がすためのコンタクトを形成する必要もない。したがって、製造工程を簡略化することができる。
【００１４】
また、レーザ光は電子ビームとは異なり、短時間で微細な凹凸を形成することができることから、製造コストを大幅に低減させることができる。
【００１５】
前記工程（ｂ）において、前記フォトレジスト膜にレーザ光をスキャンさせながらその出力を制御して、複数の円錐体を未感光部に形成するのが好ましい。この場合、続くエッチングによる転写工程を経ることで基板の表面に複数の円錐体からなる凹凸構造を形成することができる。この複数の円錐体からなる凹凸構造は、反射率が極めて小さく無反射構造として理想的なものであり、基板表面におけるレーザ光の反射を確実に防止することができる。
【００１６】
前記基板を、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ等の２−６族化合物、ＧａＡｓ、ＧａＮ等の３−５族化合物、Ｓｉ、Ｇｅ等の４族元素、天然ダイヤモンド、合成ダイヤモンド、ＣＶＤダイヤモンド等のダイヤモンド、石英やアルミナ等の酸化物からなるものとすることができる。前記基板は、レーザ光が波長９．３〜１０．６μｍの炭酸ガスレーザの場合、ＺｎＳｅやＣＶＤダイヤモンド、０．５〜１．１μｍ程度のＬＤレーザ、ＹＡＧレーザ、ファイバーレーザの場合は、石英であるのが好ましい。この場合、これらの材料はそれぞれの波長領域での透過率が大きくレーザ光の吸収による熱レンズ効果（基板の発熱により屈折率変化が変化し、焦点距離などの光学特性が変化する現象）が発生しにくい。特にＣＶＤダイヤモンド等のダイヤモンドは熱伝導が良く高出力炭酸ガスレーザ用として好適である。
【００１７】
前記エッチングをＩＰＣドライエッチング法により行うのが好ましい。この場合、異方性（垂直性）の高いエッチングが可能なためフォトレジストの形状をそのまま基板へ転写するのに有効である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のレーザ加工用光学部品の製法によれば、絶縁性を有する基板表面に簡単且つ短時間に微細な凹凸を形成して当該基板に無反射機能を付与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明のレーザ加工用光学部品の製法（以下、単に「製法」ともいう）の実施の形態を詳細に説明する。なお、分かり易くするために、図１〜３において、構成要素の厚さ方向の寸法などを誇張して描いている。
【００２０】
本発明の製法は、レーザ加工においてレーザ光を集光するのに用いられる光学部品を構成する絶縁性基板の表面に微細な凹凸を形成するものであり、前記基板の表面にフォトレジスト膜を直接形成する工程、前記フォトレジスト膜をレーザ光で露光して微細な凹凸形状を呈する未感光部を形成する工程、及び前記未感光部の凹凸形状をエッチングにより基板に転写して当該基板表面に微細な凹凸を形成する工程を含んでいる。
【００２１】
前記絶縁性を有する基板は、本発明において特に限定されるものではなく、レーザ光を透過する機能を備えた材料で作製されたものを広く用いることができ、例えばＺｎＳｅ、ＺｎＳ等の２−６族化合物、ＧａＡｓ、ＧａＮ等の３−５族化合物、Ｓｉ、Ｇｅ等の４族元素、天然ダイヤモンド、合成ダイヤモンド、ＣＶＤダイヤモンド等のダイヤモンド、石英やアルミナ等の酸化物からなるものを用いることができる。これらのうち、レーザ光の透過率が大きい方がレーザ光の吸収による温度上昇が少なく熱レンズ効果が起こりにくいことから、レーザ光が波長９．３〜１０．６μｍの炭酸ガスレーザの場合、ＺｎＳｅやダイヤモンド、０．５〜１．１μｍ程度のＬＤレーザ、ＹＡＧレーザ、ファイバーレーザの場合は、石英からなるものを用いるのが好ましい。また、基板の形状も、本発明において特に限定されるものではなく、レーザ光の入射面又は出射面となる面の少なくとも一部を、平面、球面、非球面、自由曲面などで構成したものとすることができる。
【００２２】
前記基板の表面に、フォトレジストをスピンコータなどにより塗布し、ついでフォトレジストを塗布した基板を８０〜１１０℃で２〜３０分間程度加熱することにより、フォトレジスト膜を直接基板上に形成する。この加熱は、例えば当該温度に加熱したホットプレート上に置くことで行うことができる。フォトレジストの塗布厚さは、基板表面に形成する微細な凹凸の高低差や使用波長などに基づき選定されるが、通常、０．５〜２０μｍが目安である。本発明では、レーザ光を用いて描画しているので、電子ビームのような専用のレジストを用いる必要がなく、一般に使用されている、例えばＡＺＰ４６２０（ＡＺエレクトロニックスマテリアルズ社製）などのフォトレジストを適宜採用することができる。また、電子ビームを用いて描画する場合のような導電膜を絶縁性基板とフォトレジスト膜との間に設ける必要がなく、当該導電膜から電子を逃がすためのコンタクトを形成する必要もない。したがって、製造工程を簡略化することができる。
【００２３】
基板上に形成されたフォトレジスト膜をレーザ光で露光して当該フォトレジスト膜に微細な凹凸形状を呈する未感光部を形成する。この凹凸形状は、フォトレジスト膜上にレーザ光をスキャンさせながらその出力（露光強度）を制御することにより、形成することができる。例えば、図１の（ｃ）を部分的に拡大した図において、１はレーザ光Ｌにより露光された感光部、２はレーザ光Ｌにより露光されていない未感光部を示している。この図において、フォトレジスト膜３のｘで示される地点にきたときのレーザ光Ｌの出力を、フォトレジスト膜３の厚さｈだけ感光できる大きさとし、フォトレジスト膜３のｙで示される地点にきたときのレーザ光Ｌの出力がゼロとなるように、レーザ光Ｌをスキャンさせる速度及びその出力を制御することで、図１の（ｃ）に示されるような鋸歯状の未感光部２を形成することができる。かかる制御をするために、使用するレーザ光の強度とフォトレジスト膜の感光厚さとの相関関係が予め把握される。なお、図１〜２に示される凹凸は平面的なものとして表現されているが、実際の凹凸は、図３に示されるように３次元形状を呈している。したがって、レーザ光をスキャンさせる速度及びその出力は、図１〜２において左右方向だけでなく、紙面貫通方向においても変化させる。本発明では、レーザ光を用いて描画しているので、電子ビームを用いる場合に比べて極めて短時間で微細な凹凸を形成することができ、製造コストを大幅に低減させることができる。
【００２４】
また、基板表面が入射光に対して無反射機能を有するためには、当該基板の表面に、使用されるレーザ光の波長よりも小さい微細な凹凸を形成する必要がある。具体的には、波長０．５〜１０．６μｍの加工用レーザ光に対して、例えば図３に示されるような複数の円錐体１０により基板表面に凹凸を形成する場合、円錐体の高さｈ（図１の（ｆ）参照）を０．５〜２０μｍとし、当該円錐体の底面の円の直径ｄを０．４〜２０μｍとすることで、基板表面に無反射機能を付与することができる。
【００２５】
レーザ光により露光された基板は、現像された後に洗浄される。基板の現像は、例えばＡＺデベロッパー（ＡＺエレクトロニックスマテリアルズ社製）を用いて、当該基板を１〜５分間程度揺動させることにより行うことができる。また、基板の洗浄は、例えば超純水（抵抗率≧１８ＭΩｃｍ）中で当該基板を１〜５分間程度揺動させることにより行うことができる。レーザ光により露光された感光部は、前記現像プロセスにおいてフォトレジスト膜から除去される。
【００２６】
洗浄後の基板は、８０〜１１０℃で２〜３０分間程度加熱される。この加熱は、例えば当該温度に加熱したホットプレート上に放置することで行うことができる。
【００２７】
ついで、この基板にエッチング処理を施してフォトレジスト膜の未感光部の凹凸形状を基板に転写する。エッチング法としては、ドライエッチング法又はウェットエッチング法を用いることができるが、レジスト形状をそのまま基板に転写する必要があることから、ＩＰＣドライエッチング法を用いるのが好ましい。基板及びフォトレジスト膜の種類により異なるが、ＩＰＣドライエッチング法を用いる場合、ＩＰＣ投入パワー及びバイアス投入パワーとして、例えばそれぞれ１００〜８００Ｗ及び１００〜７００Ｗとすることができる。また、圧力を０．１〜１０Ｐａとし、流すガス量をＢＣｌ３１〜５０ｓｃｃｍ、Ａｒ１〜１００ｓｃｃｍとすることができる。以上の工程により、絶縁性基板の表面に、無反射機能を提供する微細な凹凸を形成することができる。
【００２８】
次に本発明の製法の実施例を説明するが、本発明はもとよりかかる実施例にのみ限定されるものではない。
【００２９】
［実施例１］
両方の面が平面であり、この両平面に微細な凹凸が形成された光学部品を製造した。
直径５０ｍｍ、厚さ５ｍｍのＺｎＳｅ（セレン化亜鉛）製の円形基板４（図１（ａ）参照）の一方の面上にＡＺＰ４６２０（クラリアントジャパン社製フォトレジスト）を６μｍの厚さとなるように塗布し、このフォトレジストを塗布した基板４をホットプレート上に載置し、９０℃で１０分間加熱して当該基板４上にフォトレジスト膜３を形成した（図１（ｂ）参照）。
【００３０】
ついで、レーザ光Ｌの強度を変化させながらレーザ光Ｌをスキャンさせて前記フォトレジスト膜３を露光した（図１（ｃ）参照）。予め求めておいた露光レーザ強度とフォトレジスト膜の感光厚さとの相関関係に基づいて、複数の円錐体（図３参照）からなる未感光部２が形成されるようにレーザ光の強度を制御した。高さＨが６μｍであり、底面の円の直径ｄが３μｍの円錐体が隙間なく連続して形成されるようにレーザ光のスキャン速度及び強度を制御した。使用したレーザ光の径は、約０．４μｍであり、また、レーザ光の強度は０．１〜２０ｍＷの範囲内で制御された。
【００３１】
次に、露光した基板４をＡＺ−Ｄｅｖｅｒｏｐｐｅｒ（ＡＺエレクトロニックスマテリアルズ社製）で４分間揺動させて現像し、フォトレジスト膜３の感光部１を除去した。現像後、基板４を超純水（抵抗率≧１８ＭΩｃｍ）中で２分間揺動させて洗浄し、ついで洗浄した基板４をホットプレート上に載置し、１００℃で５分間加熱した（図１（ｄ）参照）。
【００３２】
ついで、基板４を表１に示す条件下で、ＩＣＰドライエッチング法によりエッチングした。フォトレジスト膜３及び基板４を同一速度でエッチングして、当該フォトレジスト膜３の未感光部２に形成した複数の円錐体からなる凹凸形状を基板４上に転写した（図１（ｅ）、（ｆ）参照）。なお、図１（ｅ）は、エッチング処理の途中の段階を模式的に示しており、円錐体の上部がフォトレジスト膜３の未感光部２で構成され、円錐体の下部が基板４で構成されている。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
基板４の他方の面に対しても前記と同様の条件で複数の円錐体からなる凹凸形状を当該基板４上に形成した。
【００３５】
得られた基板４の表面形状を光学的３次元形状測定器で測定した結果、面精度±０．２μｍで仕上がっていることが確認された。また、この基板４の波長１０．６μｍのレーザ光に対する透過率は９９．０％以上であった。
【００３６】
［実施例２］
片方の面が凹面であり、他方の面が片面である光学部品の前記凹面に微細な凹凸を形成した。
【００３７】
図２（ａ）に示される凹面及び平面を備えた直径２５ｍｍのＺｎＳｅ製の円形基板１４の凹面上にＡＺＰ４６２０を６μｍの厚さとなるように塗布し、このフォトレジストを塗布した基板１４をホットプレート上に載置し、９０℃で１０分間加熱して当該基板１４上にフォトレジスト膜１３を形成した（図２（ｂ）参照）。
【００３８】
ついで、レーザ光Ｌの強度を変化させながらレーザ光Ｌをスキャンさせて前記フォトレジスト膜１３を露光した（図２（ｃ）参照）。実施例１と同様に、予め求めておいた露光レーザ強度とフォトレジスト膜の感光厚さとの相関関係に基づいて、複数の円錐体からなる未感光部１２が形成されるようにレーザ光Ｌの強度を制御した。高さが６μｍであり、底面の円の直径が３μｍの円錐体が隙間なく連続して形成されるようにレーザ光のスキャン速度及び強度を制御した。使用したレーザ光の径は、約０．４μｍであり、また、レーザ光の強度は０．１〜２０ｍＷの範囲内で制御された。
【００３９】
次に、露光した基板１４をＡＺ−Ｄｅｖｅｒｏｐｐｅｒで４分間揺動させて現像し、フォトレジスト膜１３の感光部を除去した。現像後、基板１４を超純水（抵抗率≧１８ＭΩｃｍ）中で２分間揺動させて洗浄し、ついで洗浄した基板１４をホットプレート上に載置し、１００℃で５分間加熱した。
【００４０】
ついで、基板１４を前記表１に示す条件下で、ＩＣＰドライエッチング法によりエッチングした。フォトレジスト膜１３及び基板１４を同一速度でエッチングして、当該フォトレジスト膜１３の未感光部１２に形成した複数の円錐体からなる凹凸形状を基板１４上に転写した。
【００４１】
得られた基板４の表面形状を光学的３次元形状測定器で測定した結果、面精度±０．２μｍで仕上がっていることが確認された。また、この基板４の波長１０．６μｍのレーザ光に対する透過率は９９．０％以上であった。
【００４２】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点において単なる例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、前記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の製法の一実施の形態を模式的に示す断面説明図である。
【図２】本発明の製法の他の実施の形態の一部を模式的に示す断面説明図である。
【図３】基板表面に形成される円錐体からなる凹凸構造の斜視説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１      感光部
２      未感光部
３      フォトレジスト膜
４      基板
１２      未感光部
１３      フォトレジスト膜
１４      基板
【図１】
2008216610.tif 000004
【図２】
2008216610.tif 000005
【図３】
2008216610.tif 000006