(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイス材料の平坦な表面に熱可塑性材料層を所定の厚さに形成し、この熱可塑性材料層を１以上のデバイスパターンに応じてレリーフ状にパターニングしたのち、パターニングされた熱可塑性材料層を熱処理し、熱可塑性材料の熱流動と表面張力により、熱可塑性材料の表面形状を、デバイスパターンごとに凸曲面形状としたのち、熱可塑性材料とデバイス材料とに対してＥＣＲエッチングを行って、上記熱可塑性材料における１以上の凸曲面形状を、デバイス材料に彫り写すことにより、デバイス材料の表面に、所望の曲率の凸曲面を１以上有する光学デバイスを製造する方法であって、
熱可塑性材料層上に中間層とフォトレジスト薄層とを積層し、フォトリソグラフィ法により、１以上のデバイスパターンに応じてフォトレジスト薄層をパターニングし、パターニングされたフォトレジスト層をマスクとして、上記中間層に対して第１のドライエッチングを行い、フォトレジストのパターンを中間層に写し、この中間層のパターンをマスクとして、熱可塑性材料層に対して第２のドライエッチングを行って、上記中間層のマスク上のフォトレジスト層を除去すると共に、上記熱可塑性材料層を、上記デバイスパターンに応じてレリーフ状にパターニングし、更に、上記中間層を除去するための第３のドライエッチングを行って上記中間層を除去し、
熱可塑性材料表面の上記凸曲面形状の曲率と、デバイス材料の表面に形成すべき凸曲面の曲率との大小関係に応じて、ＥＣＲエッチングの選択比を調整・設定することを特徴とする光学デバイス製造方法。
【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、
熱可塑性材料表面の凸曲面形状の曲率を、デバイス表面に形成すべき凸曲面の曲率よりも大きく設定し、ＥＣＲエッチングの選択比を小さく調整・設定することを特徴とする光学デバイス製造方法。
【請求項３】
デバイス材料の平坦な表面に熱可塑性材料層を所定の厚さに形成し、この熱可塑性材料層を１以上のデバイスパターンに応じてレリーフ状にパターニングしたのち、パターニングされた熱可塑性材料層を熱処理し、熱可塑性材料の熱流動と表面張力により、熱可塑性材料の表面形状を、デバイスパターンごとに凸曲面形状としたのち、熱可塑性材料とデバイス材料とに対し、ＥＣＲエッチングを行って、上記熱可塑性材料の１以上の凸曲面形状をデバイス材料に彫り写すことにより、デバイス材料の表面に、所望の凸の非球面を１以上有する光学デバイスを製造する方法であって、
熱可塑性材料層上に中間層とフォトレジスト薄層とを積層し、フォトリソグラフィ法により、１以上のデバイスパターンに応じてフォトレジスト薄層をパターニングし、パターニングされたフォトレジスト層をマスクとして、上記中間層に対して第１のドライエッチングを行い、フォトレジストのパターンを中間層に写し、この中間層のパターンをマスクとして、熱可塑性材料層に対して第２のドライエッチングを行って、上記中間層のマスク上のフォトレジスト層を除去すると共に、上記熱可塑性材料層を、上記デバイスパターンに応じてレリーフ状にパターニングし、更に、上記中間層を除去するための第３のドライエッチングを行って上記中間層を除去し、
上記熱可塑性材料表面の上記凸曲面形状と、デバイス材料の表面に形成すべき凸の非球面との形状関係に応じて、ＥＣＲエッチングの選択比を、経時的に変化させることを特徴とする、光学デバイス製造方法。
【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の製造方法において、
ＥＣＲエッチングの選択比の調整・設定もしくは経時的な変化を、導入ガスの種類、導入ガスの導入量、プラズマ発生のための高周波および／またはマイクロ波のパワー、デバイス材料の温度、圧力のうちの１以上の調整・設定もしくは経時的な変化により行うことを特徴とする、光学デバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は光学デバイスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レンズ等の光学デバイスとして、従来の研磨法によるのでなく、種々の物理的・化学的な方法で製造されるものが提案され、実用化されつつある。
例えば、透明なガラス基板上にフォトレジスト層を設け、これにフォトリソグラフィ法により円形状や楕円形状をパターニングし、パターニングされたフォトレジスト層をガラス転移点以上に加熱し、フォトレジスト層の熱流動と表面張力の作用で、フォトレジストの表面を凸球面形状に形成したのち、フォトレジストと透明基板とに対してエッチングを行い、フォトレジスト表面による凸球面形状を、透明基板に彫り写すことにより、透明基板自体の表面形状として「凸球面の屈折面」を形成することが提案されている（特開平５−１７３００３号公報）。
このような方法で製造される光学デバイスは、例えば、マイクロレンズやマイクロレンズアレイとして使用できる。
【０００３】
このような光学デバイスの製造方法では、フォトレジストに形成される凸球面形状が、フォトレジストの熱流動と表面張力によるので、形成される球面形状は良好であるが、球面の曲率半径の制御は必ずしも容易でない。このため、精度の良い光学デバイスを設計通りに得ようとすると、光学デバイス製造の歩留まりを向上させることが困難であった。この傾向は、特に、曲率半径の大きい凸球面を形成する場合に顕著である。
【０００４】
また、フォトレジストに形成される凸面形状は、熱流動と表面張力によるから、球面形状以外の形状は形成が容易でない。このため非球面形状をもった光学デバイスの製造が難しい。
【０００５】
【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、曲率半径等に対する精度の良い新規な光学デバイスを製造する方法の提供を目的とする。
【０００６】
この発明の別の目的は、非球面形状を有する新規な光学デバイスを製造する方法の提供にある。
【０００９】
上記光学デバイスを型として用いて型成形を行うと、所望の凹曲面形状をもつ光学デバイスを、効率よく製造できる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、デバイス材料の平坦な表面に熱可塑性材料層を所定の厚さに形成し、この熱可塑性材料層を１以上のデバイスパターンに応じてレリーフ状にパターニングしたのち、パターニングされた熱可塑性材料層を熱処理し、熱可塑性材料の熱流動と表面張力により、熱可塑性材料の表面形状を、デバイスパターンごとに凸曲面形状としたのち、熱可塑性材料とデバイス材料とに対してＥＣＲエッチングを行い、上記熱可塑性材料の１以上の凸曲面形状をデバイス材料に彫り写すことにより、デバイス材料の表面に、所望の曲率の凸曲面を１以上有する光学デバイスを製造する方法であって、以下の点を特徴とする。
即ち、熱可塑性材料表面の凸曲面形状の曲率と、デバイス材料の表面に形成すべき凸曲面の曲率との大小関係に応じて、ＥＣＲエッチングの選択比を調整・設定するのである。
【００１１】
この請求項１記載の光学デバイス製造方法においては、「熱可塑性材料表面の凸曲面形状の曲率を、デバイス表面に形成すべき凸曲面の曲率よりも大きく設定し、ＥＣＲエッチングの選択比を小さく調整・設定する」ことができる（請求項２）。
【００１２】
請求項３の発明は、デバイス材料の平坦な表面に熱可塑性材料層を所定の厚さに形成し、この熱可塑性材料層を１以上のデバイスパターンに応じてレリーフ状にパターニングしたのち、パターニングされた熱可塑性材料層を熱処理し、熱可塑性材料の熱流動と表面張力により、熱可塑性材料の表面形状を、デバイスパターンごとに所定の曲率の凸曲面形状としたのち、熱可塑性材料とデバイス材料とに対し、ＥＣＲエッチングを行って、上記熱可塑性材料の１以上の凸曲面形状をデバイス材料に彫り写すことにより、デバイス材料の表面に、所望の凸の非球面を１以上有する光学デバイスを製造する方法であって、以下の点を特徴とする。
即ち、熱可塑性材料表面の凸曲面形状と、デバイス材料の表面に形成すべき凸の非球面との形状関係に応じて、ＥＣＲエッチングの選択比を、経時的に変化させるのである。
【００１３】
「デバイスパターン」は、デバイス材料に形成される凸曲面（凸の非球面を含む）の一つに対応するパターンであり、デバイス材料に形成される凸曲面が２以上ある場合には、デバイスパターンの数も２以上になる。この場合、２以上のデバイスパターンは、同一形状でも互いに異なる形状でもよい。デバイスパターンは、円形状や楕円形状、あるいは矩形形状や多角形形状であり得る。
【００１４】
「熱処理」は、熱可塑性材料を加熱し、熱可塑性材料の熱流動と表面張力の作用により、熱可塑性材料の表面を凸曲面形状に変形させる処理を言う。
「熱可塑性材料」は、上記熱処理が可能で、熱処理後にＥＣＲエッチングできるものであれば、特に制限なく使用することができ、例えば各種の「レジスト」を好適に使用出来る。請求項５記載の発明のように、熱可塑性材料としてフォトレジストを用いることも可能である。
【００１５】
熱可塑性材料の好適な具体例としては、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリウレタンや、ポリグリシジルメタクリレート樹脂等のメタルリレート類を挙げることができる。
【００１６】
「熱可塑性材料の表面形状をデバイス材料に彫り写す」とは、ＥＣＲエッチングにより、デバイス材料に、熱可塑性材料の表面形状である凸曲面形状と１：１に対応する凸曲面形状を形成することをいう。
【００１７】
「選択比」とは、熱可塑性材料とデバイス材料とに対するＥＣＲエッチングにおいて、熱可塑性材料に対するエッチング速度を「α」、デバイス材料に対するエッチング速度を「β」とするとき、「β／α」で定義される無次元量である。
【００１８】
この選択比の「調整・設定もしくは経時的な変化」は、導入ガスの種類、導入ガスの導入量、プラズマ発生のための高周波および／またはマイクロ波のパワー、デバイス材料の温度、圧力のうちの１以上の調整・設定もしくは経時的な変化により行うことが出来る（請求項４）。「経時的な変化」は、段階的変化および連続的変化を含む。
【００１９】
上記請求項１〜４に記載の光学デバイス製造方法において「デバイス材料の平坦な表面に所定の厚さに形成された熱可塑性材料層を、１以上のデバイスパターンに応じてレリーフ状にパターニング」するのは、以下のように行われる。
即ち、「熱可塑性材料層上に中間層とフォトレジスト薄層とを積層し、フォトリソグラフィ法により、１以上のデバイスパターンに応じてフォトレジスト薄層をパターニングし、パターニングされたフォトレジスト層をマスクとして、中間層に対して第１のドライエッチングを行い、フォトレジストのパターンを中間層に写し、この中間層のパターンをマスクとして、熱可塑性材料層に対し第２のドライエッチングを行う。中間層のパターンをマスクとして行う第２のドライエッチングでは、中間層のマスク上のフォトレジスト薄層の除去も行われる。
続いて、中間層を除去するための第３のドライエッチングを行って中間層を除去し、デバイス材料の表面上にリリーフ状にパターニングされた熱可塑性材料のみを残す。
フォトリソグラフィ法によるパターニングの際の露光は、マスクを用いて光を均一照射してもよいし、「レーザ描画」によりパターンを描き込んでも良い。
【００２０】
「中間層」は、銅やアルミニウムのような金属材料の真空蒸着またはスパッタリングにより形成してもよく、あるいはＳｉ等の非金属材料の真空蒸着や反応性蒸着あるいはスパッタリングにより形成してもよい。金属材料による中間層の厚さは、２０００〜１００００Åが好適であり、非金属材料による中間層の厚さは、２０００〜５０００Åが好適である。
【００２１】
また、中間層に対するエッチングは、金属材料による中間層の場合は「ウエットエッチング」、非金属材料による中間層の場合には「ドライエッチング」で行うことができる。
【００２２】
上記請求項１または２または３または４記載の製造方法により「光学デバイス」が製造される。この光学デバイスの、１以上の凸曲面もしくは凸の非球面の形成された面に、反射膜を形成することが出来る。
【００２３】
さらに、上記の方法により製造された光学デバイスを型として、光学デバイスを、型成形により製造することができ、この方法で製造される光学デバイスは１以上の所望の凹曲面を有する。
【００２４】
【作用】
図１（ａ）において、符号１はデバイス材料、符号２はパターニングされた熱可塑性材料層を示している。「デバイスパターン」は、（ａ）における、熱可塑性材料層２の形状を図の上方からみたパターンであり、パターニングされた熱可塑性材料層２は、その層厚により、上記デバイスパターンの「レリーフ」をなしている。この状態を称して、熱可塑性材料層２が「デバイスパターンに応じてレリーフ状にパターニングされた」と言うのである。
【００２５】
このように、熱可塑性材料層２を、レリーフ状にパターニングした状態において「熱処理」を行うと、図１（ｂ）に示すように、熱可塑性材料が変形し、その表面形状２Ａが「凸曲面」形状となる。
【００２６】
デバイスパターンが円形であれば、表面形状２Ａは「凸球面」である。デバイスパターンが楕円形であれば、表面形状２Ａは、長軸方向に大きい曲率半径を有し、単軸方向に短い曲率半径を有する回転楕円面状の凸曲面になる。また、デバイスパターンが矩形状や多角形状の場合には、「デバイスパターンに対応した形状の凸曲面」になる。
【００２７】
デバイスパターンが、「楕円形状や矩形形状、多角形形状」のように、非円形形状である場合には、熱処理後の熱可塑性材料表面の凸曲面形状の曲率半径は一義的に定まらないが、この場合、「凸曲面の曲率」としては、表面形状の頂部近傍における曲率のうちで、最大あるいは最小のものをいうものとする。
【００２８】
続いて、熱処理後の熱可塑性材料とデバイス材料１とに対してＥＣＲエッチングを行い、熱可塑性材料を完全にエッチングしつくすと、図１（ｃ）に示すように、熱可塑性材料の表面形状２Ａが、デバイス材料１の表面形状１Ａとして彫り写される。
【００２９】
デバイス材料１に彫り写された表面形状１Ａと、エッチング前の熱可塑性材料の表面形状２Ａとは対応関係にあり、もし選択比が１であれば、表面形状１Ａと２Ａとは同一形状となるが、選択比が１と異なると、表面形状１Ａは表面形状２Ａと異なるものになる。
【００３０】
デバイスパターンが円形状である場合を例に取って説明すると、この場合、表面形状２Ａは「凸球面形状」であり、表面形状１Ａも凸球面形状となる。選択比＞１であると、デバイス材料１は熱可塑性材料よりも速くエッチングされるので、表面形状１Ａにおける曲率は、表面形状２Ａの曲率よりも大きくなり、選択比＜１の場合には、図１（ｃ）の例のように曲率の大小関係が逆になる。
【００３１】
図２には、デバイスパターンに応じてパターニングされた熱可塑性材料層の厚さ：ｄと、その熱処理後に形成された凸曲面の曲率半径：Ｒとの関係を示している。デバイスパターンは円形状であり、凸曲面は凸球面である。図示のように、「熱処理後に形成される凸球面」の曲率半径：Ｒは、グラフ線２−１で示すように、熱処理前の熱可塑性材料層の厚さ：ｄに対して反比例的に小さくなる。図中のドットは、曲率半径：Ｒの測定値を表す。
【００３２】
デバイスパターンの形状や大きさが変化すると、「グラフ線」の様子も変化するが、図２に示された定性的な性格、即ち、熱処理後に形成される凸曲面の曲率半径が、「熱処理前の熱可塑性材料層の厚さに対し反比例的に減少」する点は変わらない。
【００３３】
図２に「ドット」で示す、曲率半径：Ｒの測定値は、グラフ線２−１と２−３の間に分布する。これから、以下のことが分かる。
即ち、グラフ線２−２と２−３との差：ΔＲは、熱処理により形成された表面形状の「曲率半径のバラツキ」であるが、バラツキ：ΔＲは、厚さ：ｄに依存し、「ｄ」が小さくなるに従って増大する。
【００３４】
曲率半径が上記の如く「バラ」つく原因は、熱可塑性材料層の厚さ：ｄに対する誤差や、熱処理条件（熱処理時間・熱処理温度・温度上昇速度・基板内温度分布等）の微妙な差に起因して必然的に発生し、これを除去することはできない。
【００３５】
ＥＣＲエッチングにおける選択比を１とし、熱可塑性材料層の表面形状と同一の表面形状をデバイス材料に彫り写して、光学デバイスを作成する場合、デバイス材料に形成する凸曲面の「所望の曲率半径」が大きい（曲率が小さい）場合には、熱処理後の熱可塑性材料の表面形状の曲率半径：Ｒも大きくする必要があるが、このためにはデバイス材料の表面に形成する熱可塑性材料層の厚さ：ｄを小さくしなければならず、上記バラツキ：ΔＲが極めて大きくなり、従って、所望の大きさの曲率を持った表面形状を得る確率は極めて低くなるため、上記所望の曲率半径の凸曲面を有する光学デバイスの歩留まりは極めて低くなってしまう。
【００３６】
このような場合、デバイス材料に熱可塑性材料層を「厚め」に形成し、熱処理により曲率の大きい（曲率半径の小さい）凸曲面形状を形成すると、その場合の曲率半径のバラツキは小さい。そこで、このようにバラツキを小さくして形成した凸曲面形状に対してドライエッチングを行う際に、選択比を１より小さくすれば、先に説明したように、デバイス材料に彫り写された凸曲面の曲率半径は、熱可塑性材料表面の凸曲面形状の曲率半径よりも大きくなる。
【００３７】
ドライエッチングにおける選択比は精密な制御が容易であるから、上記のような方法で、「曲率半径の大きな凸曲面」を精度よく、デバイス材料に形成できるのである（請求項２）。
【００３８】
一般に、熱可塑性材料の表面形状として形成された凸曲面形状の曲率と、デバイス材料の表面に形成すべき凸曲面の曲率との大小関係に応じて、ＥＣＲエッチングの選択比を調整・設定すること（請求項１）により、所望の曲率半径の凸曲面を容易にデバイス表面形状として形成できる。
【００３９】
また、ＥＣＲエッチングの途上で、選択比を経時的に変化させると、選択比の変化に応じて、熱可塑性材料とデバイス材料の「エッチング速度の割合」が変化するから、熱可塑性材料の表面に形成された凸曲面形状を「変形」させて、デバイス材料に彫り写すことができ、これを利用してデバイス材料の表面に凸の非球面を形成することができる。
【００４０】
【実施例】
以下、具体的な参考例と実施例を説明する。  
参考例１
デバイス材料として、屈折率（波長：１．３μｍの光に対するもの）：１．４５２の石英ガラスの平行平板（図３に符号１０で示す）を用意し、その表面に、熱可塑性材料層２０として、フォトレジスト（商品名：ＯＦＰＲ８００）をスピンコートした後、プリベークして厚さ：５０μｍに形成した（ポストベーク後は７３μｍに変化した）。
【００４１】
直径：０．８ｍｍの黒円を１．０ｍｍピッチで配列させたマスク（図３（ａ）に示すように、透明ガラス３０の片面に黒円３１が金属薄膜で形成されている）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、１以上のデバイスパターン（黒円に対応する円形）に応じてレリーフ状にパターニングした。  図３（ｂ）は、パターニング後の状態を示している（簡単のため、一つのデバイスパターンに対応する部分のみが示されている）。
【００４２】
パターニングされた熱可塑性材料層を熱処理し、熱可塑性材料の熱流動と表面張力により、熱可塑性材料２０の表面形状を、デバイスパターンごとに凸曲面形状としたところ、曲率半径が１．１３２ｍｍの凸球面形状が得られた。
【００４３】
続いて行うＥＣＲエッチングにおいて、選択比を０．５に設定したところ、石英ガラス表面に、直径：０．８ｍｍ、曲率半径：２．２１０ｍｍの凸球面を１．０ｍｍピッチで形成することができた。この凸球面は屈折面として、焦点距離：４．８８９ｍｍを有する。
【００４４】
また、上記と同様にして、上記熱可塑性材料における１以上の凸曲面形状を形成後、ＥＣＲエッチングの選択比を１．２５としてドライエッチングを行ったところ、石英ガラス表面に、直径：０．８ｍｍ、曲率半径：０．８８５ｍｍ、焦点距離：１．９５８ｍｍの凸球面を１．０ｍｍピッチで形成することができた。
【００４５】
このときのドライエッチングの条件は、以下の通りである。
選択比：１．２５に対して、導入ガス：Ｏ2；１．８ｓｃｃＭ，ＣＨＦ3；２５．０ｓｃｃＭ，反応室内圧力：３〜４×１０~4Ｔｏｒｒ、マイクロ波実行電力：６２０Ｗ、ＲＦ実行電力：４８０Ｗ、エッチング時間：４５０分。
選択比の調整・設定は導入ガスの導入量により行い、選択比：０．５に対しては、Ｏ2：４．２ｓｃｃＭ，ＣＨＦ3：２１．０ＳｃｃＭである。
【００４６】
実施例１
デバイス材料として、屈折率（波長：１．３μｍの光に対するもの）：１．４５２の石英ガラスの平行平板（図４に符号１０で示す）を用意し、その表面に、熱可塑性材料層２０として、ポリグリシジルメタクリレート樹脂を厚さ：５０μｍに塗布した。
【００４７】
その上に中間層として、厚さ：２０００ÅのＳｉ層４を形成し、さらに上記フォトレジストをスピンコートし、プリベークして厚さ：０．１μｍに形成した。
【００４８】
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、１以上のデバイスパターンに応じてパターニングした。図４（ａ）はパターニング後の状態を示している（簡単のため、一つのデバイスパターンに対応する部分のみが示されている）。
【００４９】
パターニング工程後の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；１１ｓｃｃＭ，Ｈｅ；５ｓｃｃＭを導入し、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、第１のドライエッチングを５分間行い、図４（ｂ）の状態を得た。次いで、前述のレンズアレイの参考例と同じ条件で第２のドライエッチングを行い、中間層であるＳｉ層４の上のフォトレジスト層５を除去すると共に、中間層であるＳｉ層４をマスクとして熱可塑性材料層２０をエッチングして図４（ｃ）の状態を得た。その後、同一バッチで導入ガスを再度、ＣＣｌ4とＨｅの混合ガスに変更して第３のドライエッチングを行い、中間層であるＳｉ層４を除去した。
【００５０】
このようにして、熱可塑性材料層２０を、１以上のデバイスパターンに応じてレリーフ状にパターニングした。
パターニングされた熱可塑性材料層を熱処理し、熱可塑性材料の熱流動と表面張力により、熱可塑性材料２０の表面形状を、デバイスパターンごとに凸曲面形状としたところ、曲率半径：４６５μｍの凸球面形状が得られた。
【００５１】
続いて行うＥＣＲエッチングにおいて、選択比を０．５に設定したところ、石英ガラス表面に、直径：０．５ｍｍ、曲率半径：８７４μｍの凸球面を０．６ｍｍピッチで形成することができた。
【００５２】
また、上記と同様にして、上記熱可塑性材料における１以上の凸曲面形状を形成後、ＥＣＲエッチングの選択比を１．７５としてドライエッチングを行ったところ、石英ガラス表面に、直径：０．５ｍｍ、曲率半径：３０９μｍの凸球面を０．６ｍｍピッチで形成することができた。
【００５３】
このときのドライエッチングの条件は、以下の通りである。
選択比：１．７５に対して導入ガス：Ｏ2；０．５ｓｃｃＭ，ＣＨＦ3；２６．５ｓｃｃＭ，反応室内圧力：３〜４×１０~4Ｔｏｒｒ、マイクロ波実行電力：６２０Ｗ、ＲＦ実行電力：４８０Ｗ、エッチング時間：４５０分
選択比の調整・設定は導入ガスの導入量により行い、選択比：０．５に対しては、Ｏ2：４．２ＳｃｃＭ，ＣＨＦ3：２１．０ＳｃｃＭである。
【００５４】
上に説明した参考例・実施例は、ＥＣＲエッチングの選択比の調整・設定により、熱可塑性材料による凸曲面形状とは、曲率の異なる凸曲面形状をデバイス材料の表面に形成する例であった。
【００５５】
上記参考例・実施例では、ＥＣＲエッチングの選択比は終始一定であるが、請求項３記載の発明のように、ＥＣＲエッチングの選択比を、経時的に変化させることもできる。このように、選択比を経時的に変化させることで、「凸の非球面」を容易にデバイス材料表面に形成できる。
【００５６】
図５（ａ），（ｂ）は、図１（ａ），（ｂ）と同様の状態を示している。
【００５７】
デバイス材料１上の熱可塑性材料層２をデバイスパターン（円形状を想定している）に応じてレリーフ状にパターニングし（図５（ａ））、熱処理により、デバイスパターンごとに凸曲面形状とする（図５（ｂ））。
【００５８】
図５（ｃ）は、図５（ｂ）の状態からＥＣＲエッチングを「選択比：１」で、途中まで行った状態を示している。図５（ｃ）の状態において選択比の変更を行い、例えば、選択比を０．５に設定し、熱可塑性材料が完全にエッチングされるまでエッチングすると、熱可塑性材料のエッチング速度が、デバイス基板１に対するエッチング速度の２倍になるので、エッチング終了時点において、デバイス材料１に彫り写された凸曲面の形状は、図５（ｄ）に示すように、当初の熱可塑性材料の凸球面形状２Ａの頂部を若干扁平化した「凸の非球面」になる。
【００５９】
選択比の経時的な変化を種々変更することにより、デバイス材料に彫り写される凸の非球面の形状をいろいろに変化させることができる。
【００６０】
図５の例で、上記とは逆に、図５（ｂ）の状態から、途中までは選択比：０．５でエッチングを行い（図５（ｅ））、その後、選択比を１．０に設定して、熱可塑性樹脂が完全にエッチングされるまでエッチングを行うと、エッチング終了時点において、デバイス材料に彫り写された形状は、図５（ｆ）に示すように、当初の熱可塑性材料の凸面形状２Ａの裾野部分を扁平化し、頂部が裾野部分から突出した形状とすることができる。
【００６１】
これらの例のように、ＥＣＲエッチングの途上で選択比を変更することにより、非球面量や変曲点の位置を変えることが出来る。
【００６２】
ＥＣＲエッチングの選択比の経時的な変化は、導入ガスの種類、導入ガスの導入量、プラズマ発生のための高周波および／まはたマイクロ波のパワー、デバイス材料の温度、圧力のうちの１以上を経時的（連続的あるいは段階的）に変化させることにより実現できる。
【００６３】
上に説明した例では、熱処理後に熱可塑性材料の表面形状として形成された凸曲面形状は、単純な１峰型の山形の形状であるが、熱可塑性材料に形成される凸曲面形状は、このような形状に限られない。
【００６４】
例えば、図６において、デバイス材料１上に、デバイスパターンに応じてレリーフ状にパターニングされているのは、熱可塑性材料層としての「ポジ型」のフォトレジスト層２０である。
パターニングされたフォトレジスト層２０に、例えば、図６（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。このような状態で熱処理を実施すると、フォトレジスト２０の部分部分で変形し易さが変化しているため、例えば、図６（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。
【００６５】
この状態に対してＥＣＲエッチングを行うが、選択比が１である場合には、勿論、デバイス材料１に彫り込まれる凸曲面形状は、図６（ｃ）の形状１−１の如く、フォトレジスト自体のと凸曲面形状と実質的に合同的であり、選択比が１より大ならば、彫り写される形状は図６（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。
【００６６】
また、選択比を「経時的に変化させる」ことにより、当初のフォトレジスト２０の表面形状（図６（ｂ））を、例えば、図６（ｄ）のように変形（凸曲面の高さが高くなり、頂部が扁平化されている）して、デバイス材料１に彫り写すこともできる。
【００６７】
図７に、上記光学デバイス製造方法により製造される光学デバイスの例を示す。
図７（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１００Ａを除く部分に遮光膜１０Ａを形成してなる光学デバイスを示す。デバイス材料１が透明材料である場合、これら（ａ）（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。
【００６８】
図７（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。
【００６９】
図７（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。
【００７０】
図７（ｂ），（ｃ）に示すように遮光膜１０Ａを形成すると、光学デバイスをレンズとして使用する場合、光を有効にレンズ面部分（凸曲面部分）にのみ入射させることができ、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、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。
【００７１】
図７（ｄ）に示すように、凸曲面１００Ａの形成された領域に、反射膜１１Ａを形成することができる。このような場合、反射膜１１Ａを形成された凸曲面部分を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１００Ａ部分の反射膜１１Ａを凹面鏡として使用することができる。
【００７２】
図７（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１００Ａ、他方の面に所望の凸曲面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「両凸レンズ」として使用できる。なお、図７（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１０Ａと同様の遮光膜を設けることが出来る。図７（ｅ）に示す光学デバイスは、デバイス材料として「レーザ媒質」を用い、凸曲面１００Ａ，１００Ｂに反射面を形成することにより、特開平５−１７３００３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。
【００７３】
上記図７（ａ）〜（ｅ）に示す例における凸曲面を、１次元あるいは２次元に配列することにより、レンズアレイや凸面鏡アレイ、凹面鏡アレイ等を実現できる。図７（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７（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「インプリズムレンズ」として使用できる。
【００７４】
図７（ｆ）の例をさらに一般化し、凸曲面をデバイス材料１Ａの２以上の面に形成することもできるし、あるいは、凸曲面をアレイ配列することもできる。
図７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。また、凸曲面の大きさを小さくし、マイクロレンズやマイクロレンズアレイ、マイクロ凹面鏡やマイクロ凹面鏡アレイを実現できることは当然である。
【００７５】
図７（ａ）に示すような光学デバイスは、これを「型」として、所望の凹曲面を有する光学デバイスを型成形により製造することができる。
即ち、図８に示すように、透明基板１５上に、光硬化性の透明樹脂５０を塗布し、「所望の凹面形状に対応する凸面形状」を有する型６０（例えば、図１，２，６に即して説明した方法で作成できる）により、透明樹脂５０に凹面形状を形成し、透明基板１５の側から紫外線等を照射して樹脂層５０を硬化させる。
【００７６】
その後、型６０を除去すれば、透明基板１５の片側に所望の凹面形状をもった状態を実現できる。さらに、この状態からドライエッチングを行って、透明樹脂５０の凹面形状を透明基板１５に彫り写しても良い。このようにして、１以上の所望の凹曲面を有する光学デバイスを実現できる。このような光学デバイスに対しても、遮光膜や反射膜を設けて良いことは言うまでもない。
【００７７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば新規な、光学デバイスの製造方法を提供できる。
【００７８】
請求項１，２記載の発明は、上述の如き構成となっているので、デバイス材料に所望の曲率の凸曲面を歩留まり良く形成できる。また請求項３記載の発明に依れば、デバイス表面に所望の凸の非球面を容易に形成できる。
【００７９】
請求項１〜４記載の発明では、熱可塑性材料層が厚い場合にも、デバイスパターンに応じてレリーフ状のパターンを正確に形成できる。
【００８０】
また、所望の凹曲面を持った光学デバイスを、効率良く低コストで製造できる。
【００８１】
上記方法により製造される光学デバイスは、曲率半径等に対する精度が良く、非球面形状の形成が容易で、製造の歩留まりが良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】  発明の基本原理を説明するための図である。
【図２】  デバイス材料上に形成される熱可塑性材料層の厚さ：ｄと、熱処理後の凸曲面
形状の曲率半径の関係を説明するためのグラフ図である。
【図３】  熱可塑性材料層をフォトレジストとしてパターニングを説明するための図である。
【図４】  請求項１記載の発明の特徴部分を説明するための図である。
【図５】  選択比を経時的に変化させることによる非球面形状の形成を説明するための図である。
【図６】  請求項１，３記載の発明の変形実施例を説明するための図である。
【図７】  光学デバイスの例を説明するための図である。
【図８】  光デバイスを型として用いて製造される凹曲面形状を持つ光デバイスを説明するための図である。
【符号の説明】
１      デバイス材料
２      熱可塑性材料層
２Ａ      熱処理後の熱可塑性材料の表面の凸曲面形状
１Ａ      デバイス材料に彫り写された凸曲面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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