(57)【要約】【課題】非回転対称な面を含む任意の連続曲面を容易に得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）硬質基板の表面にフォトレジスト膜を形成する工程、（ｂ）前記フォトレジスト膜をレーザ光で露光して連続する曲面形状を呈する未感光部を形成する工程、及び（ｃ）前記未感光部の曲面形状をエッチングにより前記基板に転写して当該基板表面に連続曲面を形成する工程を含んでいる。  【選択図】      図２
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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）硬質基板の表面にフォトレジスト膜を形成する工程、
（ｂ）前記フォトレジスト膜をレーザ光で露光して連続する曲面形状を呈する未感光部を形成する工程、及び
（ｃ）前記未感光部の曲面形状をエッチングにより前記基板に転写して当該基板表面に連続曲面を形成する工程
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】
前記硬質基板が、高熱伝導性の素材からなる請求項１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、特に石英、アルミナ、ダイヤモンド、ゲルマニウムなどの硬質素材を使用した光学部品の製法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工はレーザ光をレーザ窓（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、かかる光学部品の表面に傷がつくと光学性能が劣化して、高精度のレーザ加工を行うことできなくなる。
【０００３】
そこで、前記光学部品を石英、アルミナ、ダイヤモンドなどの硬質の材料で作製することが考えられ、例えば特許文献１には、光学窓やレーザ窓などの光学用途に使用されるＣＶＤ単結晶ダイヤモンド材料が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特表２００６−５０７２０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、レーザ光を集光する光学部品として用いるためには、前記石英、アルミナ、ダイヤモンドなどからなる基板の片面又は両面を、凸面状、凹面状などの所定の曲面状に加工する必要があるが、前記石英などの材料は硬いため、研磨やＳＰＤＴ（超精密切削加工）などの機械的加工を施すのが難しく、また、加工できたとしても非常に時間がかかるという問題がある。すなわち、研磨や切削加工の場合、被加工物と同等以上の硬いもので研磨又は切削する必要があり、また、ダイヤモンドのように非常に硬い材料に対しては良好な研磨剤が存在しないことから、加工が難しく、また時間がかかってしまう。
【０００６】
また、研磨や切削といった機械加工の場合、回転対称な面しか加工することができないので、非球面又は自由曲面を有する光学部材を作製することができない。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、非回転対称な面を含む任意の連続曲面を容易に得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】
【０００８】
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）硬質基板の表面にフォトレジスト膜を形成する工程、
（ｂ）前記フォトレジスト膜をレーザ光で露光して連続する曲面形状を呈する未感光部を形成する工程、及び
（ｃ）前記未感光部の曲面形状をエッチングにより前記基板に転写して当該基板表面に連続曲面を形成する工程
を含むことを特徴としている。
【０００９】
本発明のレーザ加工用光学部品の製法は、硬質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連続する曲面形状を形成し、ついでエッチングにより当該フォトレジスト膜の曲面形状を基板に転写することで基板表面に連続曲面を形成しているので、従来の研磨や切削などの機械的加工に比べて、簡単且つ短時間で光学部品を作製することができる。また、レーザ光をスキャンさせる際にその強度を変化させることにより、フォトレジスト膜に、任意の３次元形状を呈する未感光部を形成することができ、凸面又は凹面だけでなく、非球面及び自由曲面を含む任意の連続する曲面を基板表面に形成することができる。
【００１０】
前記硬質基板が、高熱伝導性の素材からなるのが好ましい。レーザ加工時に光学部品がレーザ光を吸収して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ことがある（熱レンズ効果）。そして、焦点位置が大きく変動すると充分な集光が困難になり、レーザ加工ができなくなってしまうが、光学部品を高熱伝導性の素材で作製すると、レーザ光による熱を速やかに放熱して光学部品の温度が上昇するのを抑制することができる。その結果、当該光学部品の焦点位置が変動するのを防止して、レーザ加工の加工性を良好な状態に保つことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のレーザ加工用光学部品の製法によれば、非回転対称な面を含む任意の連続曲面を容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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１〜２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。
【００１３】
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硬質基板の表面に連続する曲面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連続する曲面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曲面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連続曲面を形成する工程を含んでいる。
【００１４】
前記硬質基板は、本発明において特に限定されるものではなく、レーザ光を透過させる機能を備えるととともに、表面に傷のつきにくい硬質の材料で作製することでき、具体例として、例えば、石英、アルミナ、ダイヤモンド、ゲルマニウムなどをあげることができる。前記石英やアルミナなどは、ＺｎＳｅに比べて大きな硬度を有しており、表面に傷のつきにくい光学部品を得ることができるが、従来のような研磨加工や切削加工を施すのが難しい。
なお、前記硬質材料のうち、アルミナやダイヤモンドは、大きな熱伝導率を有しており、これらから光学部品を作製すると、前述したように、レーザ光による熱を速やかに放熱して光学部品の温度が上昇するのを抑制することができる。その結果、当該光学部品の焦点位置が変動するのを防止して、レーザ加工の加工性を良好な状態に保つことができる。
【００１５】
前記基板には、用途に応じて、その片面又は両面に、凹面状、凸面状、非球面、自由曲面などの任意の３次元形状が付与される。図１は、片面が凹面状に加工された凹面光学部品Ｐの断面説明図である。この光学部品Ｐは、基板１の表面が曲率半径１０ｍの凹面となるように加工されている。
【００１６】
かかる３次元形状を基板１に付与するには、まず当該基板１の表面に、フォトレジストをスピンコータ、スプレイ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放置する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曲面の高低差（図１に示される例では、７．８μｍ）、使用波長、焦点距離などに基づき選定されるが、通常、０．５〜２０μｍが目安である。
【００１７】
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連続する曲面形状を呈する未感光部を形成する。この曲面形状は、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、フォトレジスト膜２にレーザ光を照射する工程を示す図２の（ｂ）において、３はレーザ光Ｌにより露光された感光部、４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２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２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２の（ｃ）に示されるような凹面形状の未感光部４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。図３は、基板１の位置（図２において左右方向の位置）と照射するレーザ光強度との関係を説明している。
【００１８】
なお、未感光部４に付与される曲面形状は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、例えば電子ビームを用いる場合に比べて極めて短時間で連続する曲面形状を形成することができる。
【００１９】
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エレクトロニックマテリアルズ社）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２〜５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。
【００２０】
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。
【００２１】
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曲面形状を基板に転写する。エッチング法としては、例えば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へ転写する必要があることから、異方性の強い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ＣＨＦ３１〜１００ｓｃｃｍ、Ｏ２０．１〜１０ｓｃｃｍＡｒ１〜１００ｓｃｃｍとすることができる。以上の工程により、硬質基板の表面に連続する曲面形状を形成することができる。
【００２２】
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。
【００２３】
［実施例１］
両方の面が平面であり、片面に図１に示される仕様の凹面が形成された光学部品を製造した。
【００２４】
直径２５ｍｍ、厚さ５ｍｍの石英製の円形基板１の一方の面上にスピンコータにてＡＺＰ４６２０（クラリアントジャパン社製フォトレジスト）を５μｍ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１をホットプレート上に載置し、９０℃で５分間加熱して当該基板１上にフォトレジスト膜２を形成した（図２（ａ）参照）。
【００２５】
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２を露光した（図２（ｂ）及び（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、図１に示される曲面形状を呈する未感光部２が形成されるようにレーザ光の強度を制御した。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。
【００２６】
次に、露光した基板１をＡＺ−Ｄｅｖｅｒｏｐｐｅｒ（デベロッパー）（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製）で４分間揺動させて現像し、フォトレジスト膜２の感光部３を除去した。現像後、基板１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１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）。
【００２７】
ついで、基板１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２及び基板１を同一速度でエッチングして、当該フォトレジスト膜２の未感光部４に形成した曲面形状を基板１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、曲面形状の一部（周縁部分）がフォトレジスト膜２の未感光部４で構成され、残りの部分（中央部分）が基板１で構成されている。
【００２８】
【表１】
2008216612.tif 000003
【００２９】
得られた基板１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。
【００３０】
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】
【００３１】
【図１】本発明の製法により作製された、片面が凹面状である光学部品の断面説明図である。
【図２】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３】レーザ光の強度変化を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１      基板
２      フォトレジスト膜
３      感光部
４      未感光部
Ｌ      レーザ光
Ｐ      光学部品
【図１】
2008216612.tif 000004
【図２】
2008216612.tif 000005
【図３】
2008216612.tif 000006