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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Mikrostrukturanordnung,
ein Verfahren zur Herstellung einer Gussform oder einer Gussformvorlage
(in der nachstehenden Beschreibung wird der Begriff „Gussform" hauptsächlich in
einem breiten Sinn einschließlich
sowohl einer Gussform als auch einer Gussformvorlage verwendet)
zum Ausbilden einer Mikrostrukturanordnung, ein Verfahren zur Herstellung
einer Mikrostrukturanordnung unter Verwendung der Gussform, sowie
eine Mikrostrukturanordnung. Die Erfindung betrifft insbesondere
eine Gussform zur Ausbildung einer Mikrolinsenanordnung, ein Verfahren
zur Herstellung der Gussform sowie ein Verfahren zur Herstellung
der Mikrolinsenanordnung unter Verwendung der Gussform.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Eine
Mikrolinsenanordnung weist typischerweise eine Struktur von regelmäßig angeordneten kleinen
Linsen mit jeweils einem Durchmesser von etwa 2 oder 3 μm bis etwa
200 oder 300 μm
sowie einem annähernd
halbkugelförmigen
Profil auf. Die Mikrolinsenanordnung ist bei einer Vielzahl von
Anwendungen wie etwa Flüssigkristallanzeigevorrichtungen,
optischen Empfangseinrichtungen und Interfaserverbindungen bei optischen
Kommunikationssystemen verwendbar.
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In
der Zwischenzeit erfolgten ernste Entwicklungen bezüglich des
Oberflächenemissionslasers und
dergleichen, die vollständig
in Form einer regelmäßigen Anordnung
mit kleinen Abständen
zwischen den Vorrichtungen angeordnet werden können. Folglich gibt es einen
signifikanten Bedarf für
eine Mikrolinsenanordnung mit geringen Linsenintervallen und einer
großen
numerischen Apertur (NA).
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Gleichfalls
wurde eine Lichtempfangsvorrichtung wie etwa eine ladungsgekoppelte
Vorrichtung (CCD) wiederholt mit fortschreitender Entwicklung der
Halbleiterverarbeitungstechniken in der Größe verringert. Daher steigt
auch auf diesem Gebiet der Bedarf für eine Mikrolinsenanordnung
mit geringen Linsenintervallen und einer großen numerischen Apertur.
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Auf
dem Gebiet einer derartigen Mikrolinse ist eine wünschenswerte
Struktur eine Mikrolinse mit einer großen Lichtkondensierungseffizienz,
die auf ihre Linsenoberfläche
einfallendes Licht hocheffizient verwenden kann.
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Zudem
gibt es ähnliche
Wünsche
auf den Gebieten der optischen Informationsverarbeitung wie etwa
optische Parallelverarbeitungsoperationen und der optischen Verschaltungen.
Ferner wurden Anzeigevorrichtungen der aktiven oder selbstabstrahlenden
Bauart wie etwa Elektrolumineszenzfelder (EL) enthusiastisch studiert
und entwickelt, und es wurde eine hochauflösende und hochbrillante Anzeige
vorgeschlagen. Bei einer derartigen Anzeige gibt es einen erhöhten Wunsch
für eine
Mikrolinsenanordnung, die bei relativ geringen Kosten mit einer
großen Fläche sowie
mit einer geringen Linsengröße und einer
großen
numerischen Apertur hergestellt werden kann.
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Derzeit
gibt es eine Anzahl von bekannten Verfahren zur Herstellung von
Mikrolinsen.
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Bei
einem bekannten Mikrolinsenanordnungsherstellungsverfahren unter
Verwendung eines Ionenaustauschverfahrens (vergleiche M. Oikawa,
et al., Japanese Journal of Applied Physics, Band 20 (1) L51-54,
(1981)) wird der Brechungsindex an mehreren Stellen in einem Substrat
aus Mehrkomponentenglas erhöht.
Eine Vielzahl von Linsen werden somit mit einem hohen Brechungsindex
ausgebildet. Bei diesem Verfahren kann jedoch der Linsendurchmesser
in Vergleich zu den Intervallen zwischen den Linsen nicht groß sein.
Mithin ist es schwierig, eine Linse mit einer großen numerischen
Apertur zu entwerfen. Zudem ist die Herstellung einer großflächigen Mikrolinsenanordnung
. nicht leicht, da ein groß skaliertes
Herstellungsgerät
wie etwa ein Ionendiffusionsgerät
erforderlich ist, um eine derartige Mikrolinsenanordnung herzustellen.
Darüber
hinaus wird ein Ionenaustauschverfahren für jedes Glas benötigt, im Gegensatz
zu einem Schmelzverfahren unter Verwendung einer Gussform. Daher
steigen wahrscheinlich die Variationen bei der Linsenqualität wie etwa
der Brennweite zwischen den Chargen, wenn die Handhabung der Herstellungsbedingungen
bei dem Herstellungsgerät
nicht sorgfältig
durchgeführt wird.
Zusätzlich
zu Vorstehendem sind die Kosten dieses Verfahren im Vergleich zu
dem eine Gussform verwendenden Verfahren relativ hoch.
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Weiterhin
sind bei dem Ionenaustauschverfahren die Alkaliionen für den Ionenaustausch
in einem Glassubstrat unlöslich,
und daher ist das Material des Substrats auf Alkaliglas beschränkt. Das
Alkaliglas ist jedoch für
eine halbleiterbasierte Vorrichtung unpassend, welche frei von Alkaliionen
sein muss. Da sich außerdem
der Wärmeausdehnungskoeffizient
des Glassubstrats von dem eines Substrats einer lichtabstrahlenden
oder -empfangenden Vorrichtung stark unterscheidet, tritt wahrscheinlich eine
Fehlausrichtung zwischen der Mikrolinsenanordnung und den Vorrichtungen
aufgrund einer Fehlanpassung zwischen ihren Wärmeausdehnungskoeffizienten
auf, wenn die Integrationsdichte der Vorrichtungen ansteigt.
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Darüber hinaus
verbleibt von Natur aus eine Druckverspannung auf der Glasoberfläche, die
durch das Ionenaustauschverfahren verarbeitet wird. Demzufolge neigt
das Glas zur Verwindung, und die Verbindung zwischen dem Glas und
der lichtabstrahlenden oder -empfangenden Vorrichtung wird mit steigender
Größe der Mikrolinsenanordnung
zunehmend schwieriger.
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Bei
einem weiteren bekannten Herstellungsverfahren für eine Mikrolinsenanordnung
unter Verwendung eines Fotolackrückfluss-
(oder Schmelz-)Verfahrens (vergleiche D. Daily, et. al., Proceedings
of Microlens Arrays Teddington, Seiten 23-34, 1991) wird auf einem
Substrat ausgebildetes Harz unter Verwendung eines Fotolithographievorgangs
zylindrisch strukturiert, und eine Mikrolinsenanordnung wird durch
Erwärmen
und Rückfließen des Harzes
hergestellt. Durch dieses Harzrückflussverfahren
können
Linsen mit verschiedenen Formen bei geringen Kosten hergestellt
werden. Zudem weist dieses Verfahren im Gegensatz zu dem Ionenaustauschverfahren
keine Probleme in Bezug auf den Wärmeausdehnungskoeffizienten,
einer Verwindung usw, auf.
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Bei
dem Harzrückflussverfahren
ist jedoch das Profil der Mikrolinsen stark von der Harzdicke, den
Befeuchtungsbedingungen zwischen dem Substrat und dem Harz und der
Erwärmungstemperatur abhängig. Daher
ist es wahrscheinlich, dass Variationen zwischen den Chargen auftreten,
während
die Herstellungsreproduzierbarkeit pro einzelner Substratoberfläche hoch
ist.
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Wenn
ferner benachbarte Linsen miteinander in Kontakt gebracht werden
kann aufgrund des Rückflussvorgangs
ein gewünschtes
Linsenprofil aufgrund der Oberflächenspannung
nicht sichergestellt werden. Folglich ist es schwierig, eine hohe Lichtkondensierungseffizienz
zu erzielen, indem die benachbarten Linsen in Kontakt gebracht werden und
die nicht verwendete Fläche
zwischen den Linsen verringert wird. Wenn weiterhin ein Linsendurchmesser
von etwa 20 oder 30 μm
bis etwa 200 oder 300 μm
gewünscht
wird, muss die Dicke des abgeschiedenen Harzes groß genug
sein, um eine kugelförmige
Oberfläche
durch den Rückfluss
zu erhalten. Es ist jedoch schwierig, das Harzmaterial mit gewünschten
optischen Eigenschaften (wie etwa der Brechungsindex und das optische
Durchlassungsvermögen)
homogen und dick abzuschalten. Somit ist es schwierig, eine Mikrolinse
mit einer großen Krümmung und
einem relativ großem
Durchmesser herzustellen.
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Bei
einem anderen bekannten Verfahren wird eine Vorlageplatte für eine Mikrolinse
hergestellt, Linsenmaterial wird auf die Vorlageplatte abgeschieden,
und das abgeschiedene Linsenmaterial wird sodann separiert. Die
Vorlageplatte oder Gussform wird durch ein Elektronenstrahllithographieverfahren
(vergleiche die Druckschrift JP-A-1-261601 (1989)) oder Nass-Ätz-Verfahren
(vergleiche die Druckschrift JP-A-5-303009 (1993)) hergestellt.
Bei diesen Verfahren kann die Mikrolinse durch Giessen reproduziert
werden, Variationen zwischen den Chargen sind unwahrscheinlich,
und die Mikrolinse kann bei geringen Kosten hergestellt werden.
Zudem können
die Probleme eines Ausrichtungsfehlers und einer Verwindung aufgrund
der Differenz im Wärmeausdehnungskoeffizienten
im Gegensatz zu dem Ionenaustauschverfahren gelöst werden.
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Bei
dem Elektronenstrahllithographieverfahren ist jedoch das Elektronenstrahllithographiegerät teuer,
und große
Investitionen bei der Ausrüstung sind
erforderlich. Außerdem
ist es schwierig, eine Gussform mit einer großen Fläche von mehr als 100 cm2 herzustellen, weil die Elektronenstrahleinschlagfläche begrenzt
ist.
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Da
zudem bei dem Nass-Ätz-Verfahren
ein isotropischer Ätzvorgang
unter Verwendung eines chemischen Vorgangs hauptsächlich verwendet
wird, kann das Ätzen
der Metallplatte in ein gewünschtes Profil
nicht erzielt werden, falls sich die Zusammensetzung und die Kristallstruktur
der Metallplatte auch nur leicht verändern. Zudem setzt sich der Ätzvorgang
fort, wenn die Platte nicht gewaschen wird, unmittelbar nachdem
eine gewünschte
Form erhalten wurde. Wenn eine kleine Mikrolinse auszubilden ist, ist
eine Abweichung der Form von der gewünschten Form aufgrund des Fortdauerns
des Ätzvorgangs während einer
Periode von dem Zeitpunkt, zu dem ein gewünschtes Profil erreicht ist,
bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Mikrolinse erreicht ist, möglich.
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Ferner
ist außerdem
ein Gussformherstellungsverfahren unter Verwendung einer Elektroplattierungstechnik
bekannt (vergleiche die Druckschrift JP-A-6-27302 (1994)). Bei diesem
Verfahren wird eine isolierende Schicht mit einer auf einer ihrer Oberflächen ausgebildeten
leitenden Schicht und einer Öffnung
verwendet, wobei der Elektroplattierungsvorgang mit der als Kathode
wirkenden leitenden Schicht durchgeführt wird, und ein als Muttergussform
für eine
Linse wirkender hervorragender Abschnitt wird auf einer Oberfläche der
isolierenden Schicht ausgebildet. Das Verfahren zur Herstellung der
Gussform durch dieses Verfahren ist einfach und kostenreduziert. Ähnliche
Verfahren sind außerdem in
der Druckschrift JP-A-8-258051 (1996) sowie in der Druckschrift
JP-64-10169 (1989) offenbart.
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Das
auftretende Problem, wenn eine plattierte Schicht in einer Öffnung durch
die Elektroplattierungstechnik ausgebildet wird, wird nachstehend
unter Bezugnahme auf die 1A und 1B beschrieben. Die 1A und 1B stellen eine Radiusvariation oder -verteilung
von in einer zweidimensionalen Anordnung auf einem Substrat 101 ausgebildeten
plattierten Schichten 105 dar. Bei dem vorstehend beschriebenen
Herstellungsverfahren unter Verwendung eines Elektroplattierungsvorgangs
in einem Elektroplattierungsbad tritt eine Verteilung oder Variation
der Elektroplattierungsstromdichte über dem Substrat 101 aufgrund
des Musters der Öffnungen
(d. h. des Elektrodenmusters) auf, die in einer isolierenden Maskenschicht 103 zur
Freilegung einer Elektrodenschicht 102 ausgebildet sind.
Im einzelnen ist das elektrische Feld ungleich konzentriert (in
einem Randbereich stärker
als in einem Mittenbereich), und das elektroplattierende Wachstum
wird somit nahe der Peripherie des Musters der angeordneten Öffnungen
gefördert.
Folglich gibt es eine Verteilung oder Variation bei der Größe der halbkugelförmigen Mikrostrukturen 105 auf
dem Substrat. Wenn dieses Substrat als Gussform zur Ausbildung einer
Mikrolinsenanordnung verwendet wird, verändern sich daher die Spezifikationen
von jeweiligen Mikrolinsen über der
Anordnung.
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ERFINDUNGSZUSAMMENFASSUNG
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines
Verfahrens zur Herstellung einer Mikrostrukturanordnung (typischerweise
eine Mikrolinsenanordnung wie etwa eine halbkugelförmige Mikrolinsenanordnung,
eine Fliegenaugenlinse und eine linsenförmige Linse) mit guter Leistungsfähigkeit
und einer reduzierten Größenverteilung
der Mikrostrukturen in flexibler, vollständiger und stabiler Weise;
eines Verfahrens zur Herstellung einer Gussform zur Ausbildung einer
Mikrostrukturanordnung; eines Herstellungsverfahrens für eine Mikrostrukturanordnung
unter Verwendung der Gussform usw.
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Die
Erfindung richtet sich allgemein auf ein Verfahren zur Herstellung
einer Anordnung von Mikrostrukturen mit den Schritten: Herstellen
eines Substrats mit einem elektrisch leitenden Abschnitt; Ausbilden
einer isolierenden Maskenschicht auf dem elektrisch leitenden Abschnitt;
Ausbilden einer Vielzahl von Öffnungen
in der isolierenden Maskenschicht zum Freilegen des elektrisch leitenden
Abschnitts; Ausbilden einer ersten plattierten oder elektroabgeschiedenen
Schicht in den Öffnungen
und auf der isolierenden Maskenschicht durch einen Elektroplattierungsvorgang
oder einen Elektroabscheidungsvorgang; und Ausbilden einer zweiten
plattierten Schicht auf der ersten plattierten oder elektroabgeschiedenen
Schicht und auf dem elektrisch leitenden Abschnitt durch einen nicht
elektrischen Plattierungsvorgang, damit die Größenverteilung der Mikrostrukturen über der
Anordnung reduziert wird.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren wird die erste
plattierte Schicht durch Elektroplattierung ausgebildet, oder die
erste elektroabgeschiedene Schicht wird durch Elektroabscheidung
unter Verwendung einer organischen Verbindung ausgebildet, welche
durch Elektroabscheidung abgeschieden werden kann. Die Anordnungsstruktur ist
typischerweise eine zweidimensionale Anordnungsstruktur, die in
zumindest einer Richtung periodisch ist, eine zweidimensionale Anordnungsstruktur, die
in vier wechselweise orthagonale Richtungen periodisch ist, oder
ein periodisches Streifenmuster. Hinsichtlich des Einflusses der
Struktur des durch die Öffnungen
freigelegten leitenden Abschnitts auf die Verteilung einer Stromdichte
zum Zeitpunkt der Elektroplattierung oder Elektroabscheidung kann
die Anordnungsstruktur eine Stromverteilung erzeugen, bei der die
Stromdichte über
der Anordnung ungleich ist. Typischerweise weist die Öffnung eine
Kreisform auf, und die Mikrostruktur ist eine halbkugelförmige Mikrostruktur,
oder die Öffnung
weist eine verlängerte Streifenform
auf, und die Mikrostruktur ist eine halbkugelförmige Mikrostruktur.
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Im
einzelnen sind auf der Grundlage des vorstehend beschriebenen fundamentalen
Aufbaus die nachstehend aufgeführten
Ausgestaltungen möglich.
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Die
zweite plattierte Schicht wird durch einen nicht elektrischen Plattierungsvorgang
unter Verwendung einer nicht elektrischen Plattierungslösung mit einem
reduzierenden Mittel aus Hypophosphit wie etwa Natriumhypophosphit
ausgebildet. Dadurch kann die Korrosionsbeständigkeit sowie die Abnutzungsbeständigkeit
der Mikrostrukturanordnung verbessert werden.
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Das
Herstellungsverfahren kann ferner einen Schritt zur Ausbildung einer
dritten plattierten Schicht auf der zweiten plattierten Schicht
durch einen Elektroplattierungsvorgang oder einen Schritt zur Ausbildung
einer dritten plattierten Schicht auf der zweiten plattierten Schicht
durch einen nicht elektrischen Plattierungsvorgang beinhalten, der
vorzugsweise eine nicht elektrische Plattierungslösung mit
einem reduzierenden Mittel aus Hypophosphit verwendet. Dadurch kann
die Korrosionsbeständigkeit
und die Abnutzungsbeständigkeit
der Mikrostrukturanordnung verbessert werden.
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Die
ersten plattierten Schichten können
an ihren Randleistenabschnitten kontinuierlich ausgebildet sein.
Eine Fliegenaugenlinse kann unter Verwendung der durch ein derartiges
Verfahren hergestellten Mikrostrukturanordnung hergestellt werden.
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Bei
dem Herstellungsverfahren kann die erste plattierte oder elektroabgeschiedene
Schicht und die zweite plattierte Schicht (zusätzlich die dritte plattierte
Schicht) derart ausgebildet werden, dass der horizontale Grunddurchmesser
bzw. die Breite einer halbkugelförmigen
oder halbzylindrischen Mikrostruktur ungefähr in einem Bereich von 1 μm bis 200 μm liegt.
Eine derart kleine Mikrolinsenanordnung ist nachdrücklich mit
genauer Größe, guter
Steuerbarkeit und hoher Stabilität
gewünscht,
und das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren
kann diesen Wunsch erfüllen.
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Bei
dem Herstellungsverfahren kann die erste plattierte oder elektroabgeschiedene
Schicht und die zweite plattierte Schicht (zusätzlich die dritte plattierte Schicht)
derart ausgebildet werden, dass eine Verteilung der horizontalen
Grunddurchmesser bzw. Breiten der halbkugelförmigen oder halbzylindrischen
Mikrostrukturen (bei der vorliegenden Beschreibung wird die Verteilung
als Verhältnis
einer Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert
in Relation zu dem Minimalwert bezüglich der Größe der Mikrostrukturen
verwendet) bei ungefähr
unter 20% liegt. Wenn die Größenverteilung einen
derartigen Wert annimmt, ist die Mikrostrukturanordnung wie etwa
eine Gussform zur Ausbildung einer Mikrolinsenanordnung von praktischem
Wert.
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Bei
dem Herstellungsverfahren kann die erste plattierte oder elektroabgeschiedene
Schicht derart ausgebildet sein, dass das Verhältnis des horizontalen Grunddurchmessers
bzw. der Breite der ersten plattierten oder elektroabgeschiedenen
Schicht bezüglich
einem horizontalen Grunddurchmesser bzw. einer Breite einer halbkugelförmigen oder
halbzylindrischen Mikrostruktur ungefähr weniger als 0,5 beträgt.
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Wenn
eine derartige Bedingung erfüllt
wird, kann eine befriedigende Größenverteilung
vollauf erzielt werden. Mit der steigenden Dicke der nicht elektrisch
plattierten Schicht in vertikaler Richtung relativ zu der Gesamtdicke
bzw. des Radius in vertikaler Richtung der Mikrostruktur verringert
sich die Größenverteilung
der Mikrostrukturen. Daher ist das Dickenverhältnis der nicht elektrisch
plattierten Schicht relativ zu der gesamten Mikrostruktur vorzugsweise so
groß wie
möglich,
um eine geringe Verteilung besser zu erzielen. Andererseits ist
die Verarbeitungsgeschwindigkeit bei der nicht elektrischen Plattierung geringer
als die bei der Elektroplattierung oder Elektroabscheidung. Das
vorstehend beschriebene Verhältnis
wird unter Beachtung der vorstehend aufgeführten Faktoren bestimmt. Bei
dem Herstellungsverfahren kann die erste plattierte oder elektroabgeschiedene
Schicht derart ausgebildet sein, dass ein Durchmesser oder eine
Breite der ersten plattierten oder elektroabgeschiedenen Schicht
weniger als 10 μm
beträgt.
Dadurch wird die Mikrostrukturanordnung mit Mikrostrukturen mit
einem Grunddurchmesser oder einer Breite ungefähr in einem Bereich von 1 μm bis 200 μm vollauf
mit einer bevorzugten Verteilung erzielt.
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Das
Herstellungsverfahren kann ferner einen Schritt zur Ausbildung einer
Gussform auf dem Substrat mit der ersten plattierten oder elektroabgeschiedenen
Schicht und der zweiten plattierten Schicht (zusätzlich der dritten plattierten
Schicht) durch beispielsweise einen Elektroplattierungsvorgang sowie einen
Schritt zum Separieren der Gussform von dem Substrat beinhalten.
Dadurch kann eine Gussform zur Ausbildung einer Mikrostrukturanordnung
wie etwa einer Mikrolinsenanordnung hergestellt werden.
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Das
Herstellungsverfahren kann weiterhin einen Schritt zum Beschichten
des Substrats mit der ersten plattierten oder elektroabgeschiedenen Schicht
und der zweiten plattierten Schicht (zusätzlich der dritten plattierten
Schicht) mit einem ersten Harz, einem Schritt zum Härten des
ersten Harzes; einem Schritt zum Separieren des ersten Harzes von dem
Substrat; und einem Schritt zum Beschichten des gehärteten ersten
Harzes mit einem zweiten Harz mit einem von dem Brechungsindex des
ersten Harzes verschiedenen Brechungsindex beinhalten. Dadurch kann
eine bevorzugte Mikrolinsenanordnung hergestellt werden.
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Die
vorliegende Erfindung richtet sich außerdem auf eine Mikrostrukturanordnung
mit: Einem Substrat mit einem elektrisch leitenden Abschnitt; einer
isolierenden Maskenschicht, die auf dem elektrisch leitenden Abschnitt
ausgebildet ist, einer Vielzahl von Öffnungen, die in der isolierenden
Maskenschicht zur Freilegung des elektrisch leitenden Abschnitts
ausgebildet sind; einer ersten plattierten oder elektroabgeschiedenen
Schicht, die in den Öffnungen
und auf der isolierenden Maskenschicht durch einen Elektroplattierungsvorgang
oder einen Elektroabscheidungsvorgang ausgebildet ist; und einer
zweiten plattierten Schicht, die auf der ersten plattierten oder
elektroabgeschiedenen Schicht und auf dem elektrisch leitenden Abschnitt
durch einen nicht elektrischen Plattierungsvorgang ausgebildet ist.
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Auch
bei dieser Mikrostrukturanordnung können die vorstehend beschriebenen
spezifischen Strukturen angewendet werden. Die Mikrostrukturanordnung
ist typischerweise eine Gussform zur Ausbildung einer Mikrolinsenanordnung,
einer linsenförmigen
Linse oder einer Fliegenaugenlinse.
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Diese
und andere Vorteile werden in Verbindung mit der nachstehenden ausführlichen
Beschreibung der bevorzugteren Ausführungsbeispiele in Verbindung
mit der Zeichnung näher
ersichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die 1A und 1B zeigen eine Schnittansicht bzw. eine
Draufsicht zur Darstellung einer auf einem Substrat ausgebildeten
bekannten Mikrostrukturanordnung.
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Die 2A bis 2D zeigen Schnittansichten zur Darstellung
von Herstellungsschritten eines Verfahrens zur Herstellung einer
Gussform für
eine Mikrolinsenanordnung oder dergleichen gemäß einem ersten bzw. zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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3 zeigt eine Ansicht zur
Darstellung des erfindungsgemäß verwendeten
Elektroplattierungsgerätes.
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4 zeigt eine Ansicht zur
Darstellung eines erfindungsgemäß verwendeten
Gerätes
für einen
nicht elektrischen Plattierungsvorgang.
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5 zeigt eine Ansicht zur
Darstellung eines Prinzips zur Ausbildung einer halbkugelförmigen oder
halbzylindrischen Mikrostruktur durch einen erfindungsgemäß verwendeten
Elektroplattierungsvorgang bzw. Elektroabscheidungsvorgang.
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Die 6A bis 6E zeigen Schnittansichten zur Darstellung
von Herstellungsschritten eines Herstellungsverfahrens zur Herstellung
einer Gussform für
eine Mikrolinsenanordnung oder dergleichen gemäß einem dritten bzw. vierten
Ausführungsbeispiel der
Erfindung.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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Ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines Verfahrens zur Herstellung einer halbkugelförmigen Mikrostrukturanordnung
wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 2A bis 2D beschrieben.
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Anfangs
wird ein Siliziumwafer mit einem Zoll Durchmesser unter Verwendung
eines Oxidierungsgases thermisch oxidiert, und Schichten aus Siliziumdioxid
mit einer Dicke von 1 μm
werden auf gegenüberliegenden
Oberflächen
des Wafers ausgebildet. Dieser Wafer wird als Substrat 1 gemäß den 2A bis 2D verwendet. Chrom und Gold werden kontinuierlich
mit Dicken von 10 nm bzw. 200 nm auf dem vorstehend beschriebenen
Wafer geschichtet, wobei ein Elektronenstrahlvakuumverdampfungsverfahren verwendet
wird, dass ein geeignetes Dünnschichtausbildungsverfahren
ist. Somit wird eine Elektrodenschicht 2 ausgebildet.
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Sodann
wird ein Fotolack als isolierende Maskenschicht 3 gemäß 2A abgeschieden. Öffnungen 4 werden
danach in der Maskenschicht 3 durch einen Fotolithographievorgang
unter Verwendung eines Belichtungsvorgangs sowie eines Entwicklungsvorgangs
ausgebildet. Eine Vielzahl der Öffnungen 4 werden
somit in einer zweidimensionalen Matrixanordnung von 700 × 700 zur
Freilegung der Elektrodenschicht 2 gemäß 2B ausgebildet. Die Öffnung 4 weist eine
Kreisform und einen Durchmesser von 5 μm auf. Die Intervalle zwischen
den benachbarten Öffnungen 4 betragen
25 μm.
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Dann
wird ein Elektroplattierungsvorgang mit Ni (Nickel) für sechzig
(60) Sekunden bei einer Badtemperatur von 50°C und einer Kathodenstromdichte von
40 A/dm2 durchgeführt. Das vorstehend beschriebene
Substrat 1 zur Elektroplattierung wird als Basis 7 verwendet,
und die Elektrodenschicht 2 wird als Kathode gemäß 3 verwendet. Das Nickelelektroplattierungsbad 20 mit
Nickel-(II)-Sulfat, Nickel-(II)-Chlorid, Borsäure und Aufheller wird verwendet.
Eine nickelplattierte Schicht 5 wird zunächst in der Öffnung 4 abgeschieden
und darin gewachsen. Die plattierte Schicht 5 erstreckt
sich auf die Maskenschicht 3. Die halbkugelförmige oder
halbzylindrische plattierte Schicht 5 wird abgeschieden, bis
der Durchmesser ihres Grundabschnitts 11 μm in einem Zentralabschnitt
der Anordnung erreicht, wie es in 2C dargestellt
ist. Gemäß 3 ist eine externe elektrische
Energieversorgungsquelle 9 zwischen der Basis 7 und
einer Anodenplatte 8 verbunden.
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Sodann
wird ein nicht elektrischer Plattierungsvorgang mit Nickel bei einer
Badtemperatur von 90°C
zur Ausbildung von nicht elektrisch plattierten Schichten 6 gemäß 2D durchgeführt. Eine
Lösung
für nicht
elektrisches Plattieren mit Nickel (von Nihon Kanizen Company hergestelltes
5-780 (Markenname)) mit einem reduzierenden Mittel aus Hypophosphit
wird verwendet.
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Die
durch den nicht elektrischen Plattierungsvorgang erhaltene nickelplattierte
Schicht 6 enthält
Phosphor. Bei einer Messung betrug der Durchmesser eines Grundabschnitts
der plattierten Schichten 5 und 6 im Zentralabschnitt
der Anordnung 21 μm,
und das Durchmesserverhältnis
der elektroplattierten Schicht 5 im Verhältnis zu
den plattierten Schichten 5 und 6 lag bei 0,52.
Zu diesem Zeitpunkt betrug der Durchmesser eines Grundabschnitts
der plattierten Schicht 5 und 6 in einem Randabschnitt der
Anordnung 27 μm
(der Maximalwert). Die Verteilung der Grunddurchmesser der plattierten
Schichten in Zentral- und Randabschnitten der Anordnung (d. h. ein
Differenzenverhältnis
zwischen Maximal- und Minimaldurchmessern im Verhältnis zum
Minimaldurchmesser) lag bei etwa 28%.
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Zum
Vergleich mit vorstehender Beschreibung wurde der vorstehend angeführte nicht
elektrische Plattierungsvorgang mit Nickel von Anfang bis Ende ausgeführt, bis
der Durchmesser eines Grundabschnitts einer plattierten Schicht
in einem Zentralabschnitt der Anordnung 21 μm erreichte. Bei einer Messung
der Grunddurchmesser der plattierten Schichten in mehreren Bereichen
der Anordnung ergab sich der Maximaldurchmesser zu 33 μm im Randabschnitt
der Anordnung und die Verteilung der Grunddurchmesser der plattierten
Schichten lag bei etwa 55%. Daraus ist ersichtlich, dass eine Gussform zur
Ausbildung einer Mikrolinsenanordnung mit einer reduzierten Durchmesserverteilung
(von 55% auf 28% reduziert) gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
hergestellt werden kann.
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Gemäß vorstehender
Beschreibung wird bei der Gussform gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
die Verteilung oder Variation der halbkugelförmigen und halbzylindrischen
plattierten Schichten durch die Ausbildung der nicht elektrisch plattierten
Schicht auf der elektroplattierten Schicht verringert. Da zudem
die nicht elektrisch plattierte Schicht 6 Phosphor enthält, ist
die Korrosionsbeständigkeit
sowie die Abnutzungsbeständigkeit
der Gussform im Vergleich zu einer Gussform verbessert, die lediglich
unter Verwendung eines Elektroabscheidungsvorgangs oder eines Elektroplattierungsvorgangs
hergestellt würde.
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Ein
beliebiges Material wie etwa ein Metall, ein Halbleiter (ein Siliziumwafer
oder dergleichen) sowie eine isolierende Substanz (wie etwa Glas,
Quarz und eine Polymerschicht) kann als Substratmaterial verwendet
werden. Wenn das Metallmaterial als Substrat 1 verwendet
wird, gibt es keinen Bedarf zur Ausbildung der Elektrodenschicht 2.
Wenn der Halbleiter verwendet wird, ist ferner die Elektrodenschicht
nicht notwendigerweise nötig,
falls der Halbleiter genug Leitfähigkeit
aufweist, um einen Elektroplattierungsvorgang zu ermöglichen.
Wo jedoch ein Metall oder ein Halbleiter als Substrat verwendet
wird, wird die plattierte Schicht auch auf einem von dem Mikrostrukturausbildungsabschnitt
verschiedenen Abschnitt ausgebildet, da das gesamte Substrat in
die Elektroplattierungslösung
eingetaucht wird. Daher kann vorzugsweise die isolierende Substanz
als Substrat verwendet werden, wenn die plattierte Schicht lediglich
auf einem vorbestimmten Abschnitt ausgebildet werden soll. Alternativ
kann außerdem
ein Metall oder ein Halbleiter verwendet werden, dessen Oberfläche teilweise
isoliert ist.
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Die
Materialien der Elektrodenschicht und des Substrats werden aus Materialien
ausgewählt, die
im Hinblick auf den Elektro- oder nicht elektrischen Plattierungsvorgang
oder die verwendete Elektroabscheidungslösung nicht korrosiv sind, da die
Elektrodenschicht als solche einer Flüssigkeit ausgesetzt wird. Die
Maskenschicht 3 kann aus einem beliebigen anorganischen
oder organischen isolierenden Material ausgebildet sein, die ebenfalls
gegenüber
dem Elektro- oder nicht elektrischen Plattierungsvorgang oder der
Elektroabscheidungslösung antikorrosiv
ist. Zudem ist es vorzuziehen, dass die Abscheidung der nicht elektrisch
plattierten Schicht auf dem Material der Maskenschicht 3 schwieriger
ist als auf der zuvor ausgebildeten plattierten oder elektroabgeschiedenen
Schicht, wenn ein nicht elektrischer Plattierungsvorgang ausgeführt wird.
Ein derartiges Material ist für
die Maskenschicht 3 geeignet. Das Material der Maskenschicht 3 ist
ebenfalls gegenüber
dem Elektro- oder nicht elektrischen Plattierungsvorgang oder der
Elektroabscheidungslösung antikorrosiv.
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Wo
der Elektroplattierungsvorgang oder der Elektroabscheidungsvorgang
bei der Öffnung 4 in
der Elektroplattierungs- oder Elektroabscheidungslösung 20 mit
Ionen wie etwa mit Metallionen bewirkt wird, bewegen sich Ionen
in der Elektroplattierungs- oder Elektroabscheidungslösung 20 zu
der plattierten Schicht 2 hin, und daher schreitet die
Abscheidung bei dem Elektroplattierungsvorgang oder dem Elektroabscheidungsvorgang
mit einer isotropischen Wachstumsrichtung gemäß 5 fort. Somit kann eine halbkugelförmige oder
halbzylindrische Schicht ausgebildet werden. Wenn die Größe in der Öffnung 4 ausreichend
kleiner als die Größe der Anodenplatte 8 ist,
und Ionen homogen in der Elektroplattierungs- oder Elektroabscheidungslösung 20 gelöst sind,
ist die Wachstumsrichtung der plattierten Schicht isotropisch. Typischerweise
weist eine Mikrolinsenanordnung eine Struktur von regelmäßig angeordneten kleinen
Linsen mit einem Durchmesser von jeweils etwa 2 oder 3 μm bis etwa
200 oder 300 μm
auf, und die Größe der Öffnung 4 wird
kleiner als der gewünschte
Durchmesser der Mikrolinse ausgebildet. Um besser ein isotropisches
Wachstum der plattierten oder elektroabgeschiedenen Schicht zu erzielen, ist
die Größe der Öffnung kleiner
als der Durchmesser der halbkugelförmigen Struktur.
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Im
Falle eines Elektroplattierungsvorgangs wird die plattierte Schicht
durch die Abscheidung von Metallionen in dem Elektroplattierungsbad
ausgebildet, die durch die elektrochemische Reaktion verursacht
wird. Die Dicke der plattierten Schicht kann durch Steuerung der
Elektroplattierungszeit und -temperatur vollständig gesteuert werden. Die
nachstehend aufgeführten
Materialien können
als Elektroplattierungsmaterial verwendet werden. Als Einzelmetall
kann beispielsweise Nickel, Gold, Platin, Chrom, Kupfer, Silber,
Zink und dergleichen verwendet werden. Als Legierung können Kupferzink,
Selenkobalt, Nickeleisen, Zinknickel und dergleichen verwendet werden.
Ein beliebiges Material kann verwendet werden, solange ein Elektroplattierungsvorgang
möglich
ist.
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Für die in
einem bekannten Elektroabscheidungsgerät unter Verwendung eines Stroms
elektroabgeschiedene Elektroabscheidungssubstanz und die Basis 7 kann
eine organische Verbindung verwendet werden, die elektroabgeschieden
werden kann (Carboxylsäureharz
der Acrylserie und dergleichen im Falle der anionischen Elektroabscheidung, und
Harz der Epoxidserie und dergleichen im Fall der kationischen Elektroabscheidung).
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4 zeigt ein Gerät für nichtelektrische Plattierung.
Die nicht elektrisch plattierte Schicht 6 wird auf der
halbkugelförmigen
oder halbzylindrischen plattierten oder elektroabgeschiedenen Schicht 5 aufgewachsen,
bis ein gewünschter
Radius erreicht wird. Die Durchmesserverteilung der finalen Mikrostrukturen
ergibt sich aus der plattierten oder elektroabgeschiedenen Schicht,
aber nicht aus der nicht elektrisch plattierten Schicht. Der Abscheidungsmechanismus
der nicht elektrisch plattierten Schicht ist in einer Oxidations-Reduktions-Reaktion eines
metallischen Salzes begründet,
welche keinen Strom zur Abscheidung der plattierten Schicht benötigt. Die
nicht elektrisch plattierten Schichten 6 wachsen homogen über die
gesamte Anordnung. Der nicht elektrische Plattierungsvorgang stoppt,
wenn das Substrat aus der Flüssigkeit 30 für das nicht
elektrische Plattieren herausgenommen wird, und mit Wasser gewaschen
wird, nachdem das gewünschte Profil
erzielt ist.
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Im
Falle des nicht elektrischen Plattierungsvorgangs kann die Dicke
der plattierten Schicht 6 durch Steuern der Zeit und Temperatur
des nicht elektrischen Plattierungsvorgangs vollständig gesteuert
werden. Die nachstehend aufgeführten
Materialien können
beispielsweise als Metall für
den nicht elektrischen Plattierungsvorgang verwendet werden. Als
einzelnes Metall kann Nickel, Gold, Kupfer, Kobalt und dergleichen
verwendet werden. Als Legierung kann Kobalteisen, Kobaltwolfram,
Nickelkobalt, Nickeleisen, Nickelwolfram und dergleichen verwendet
werden. Solange ein nicht elektrischer Plattierungsvorgang möglich ist,
kann ein beliebiges Material verwendet werden.
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Als
reduzierendes Mittel kann Natriumhypophosphit, Kaliumhypophosphit,
Natriumborohydrit, Kaliumborohydrit, Hydrazin, Formalin, Weinsäure und
dergleichen verwendet werden. Wenn Natriumhypophosphit oder Kaliumhypophosphit
als das reduzierende Mittel verwendet wird, enthält die nicht elektrisch plattierte
Schicht Phosphor. Daher kann die Korrosionsbeständigkeit und die Abnutzungsbeständigkeit
der plattierten Schicht verbessert werden.
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Gemäß vorstehender
Beschreibung können die
Profile der plattierten oder elektroabgeschiedenen Schichten vollständig durch
Steuerung der Verarbeitungszeit und -temperatur gesteuert werden,
so dass das Verfahren eine ausgezeichnete Steuerbarkeit aufweist.
Wenn der nicht elektrische Plattierungsvorgang nach dem anfänglichen
Elektroplattierungsvorgang oder Elektroabscheidungsvorgang sofort
gestoppt wird, bevor das gewünschte
Profil, und die plattierte Schicht aus Elektroplattierungsmaterial mit
hoher Korrosionsbeständigkeit
und Härte
sodann aufgewachsen wird, bis das gewünschte Profil erzielt ist,
kann eine Mikrostrukturanordnung wie etwa eine Gussform für eine Mikrolinsenanordnung
mit hoher Korrosionsbeständigkeit
und Härte
erhalten werden.
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Nachstehend
wird ein Verfahren zur Ausbildung einer Mikrolinsenanordnung durch
Verwendung der vorstehend beschriebenen Struktur beschrieben. Ein
Harz aus ultraviolettstrahlenhärtendem
Fotopolymer wird auf einer Gussform für eine durch das vorstehend
beschriebene Herstellungsverfahren erhaltenen Mikrostrukturanordnung
abgeschieden. Nachdem ein Stützsubstrat
aus Glas auf dem Harz angeordnet wurde, wird das Harz gehärtet, indem
das Harz mit Ultraviolettstrahlen belichtet wird. Das Harz der Mikrolinsenanordnung
kann von dem Substrat mit der Mikrostrukturanordnung separiert werden,
indem das Glassubstrat abgehoben wird. Somit kann ein konkaves Harz
der Mikrostrukturanordnung ausgebildet werden.
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Ein
weiteres Harz mit einem größeren Brechungsindex
als dem des vorstehend beschriebenen Harzes wird auf das konkave
Harz gegossen, und der Harz wird gehärtet. Somit kann eine ebene
Mikrolinsensanordnung erhalten werden.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Verfahren ist Alkaliglas zur Ausbildung
einer Mikrolinse nicht unabdingbar, so dass die Materialien für die Mikrolinse
und das Substrat weniger begrenzt sind als bei dem Ionenaustauschverfahren.
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Die
vorstehend beschriebene Mikrolinsenanordnung kann durch andere Verfahren
wie etwa ein Verfahren hergestellt werden, bei dem ein bekanntes thermoplastisches
Harz verwendet wird, und eine erwärmte Gussform auf diesen Harz
gestempelt wird; ein Verfahren, bei dem ein wärmehärtendes Harz über eine
Gussform gelegt wird, und sodann zur Härtung erwärmt wird; sowie ein Verfahren,
bei dem ein elektronenstrahlhärtendes
Harz auf eine Gussform beschichtet wird, und das Harz durch Elektronenstrahlbestrahlung
gehärtet
wird.
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Nachstehend
wird ein Herstellungsverfahren zur Ausbildung einer Gussform für die Ausbildung
einer Mikrolinsenanordnung unter Verwendung der vorstehend beschriebenen
Struktur beschrieben.
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Dieses
Herstellungsverfahren kann ferner einen Schritt zur Ausbildung einer
Gussform auf dem durch das vorstehend beschriebene Herstellungsverfahren
erhaltenen Substrat sowie einen Schritt zur Separierung der Gussform
von dem Substrat beinhalten. Dabei kann die Gussform unter Verwendung eines
Elektroplattierungsvorgangs ausgebildet sein. Danach wird eine konvexe
Mikrolinsenanordnung durch einen Gießvorgang unter Verwendung der Gussform
hergestellt.
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Bei
diesem Herstellungsverfahren kann eine Vielzahl von Gussformen mit
demselben Profil vollständig
hergestellt werden, da die Gussform durch einen Gießvorgang
ausgebildet wird. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann eine Vielzahl
von Gussformen für
eine Mikrolinsenanordnung mit demselben Profil unter Verwendung
derselben Gussformvorlage hergestellt werden.
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Nachdem
ein ultraviolettstrahlenhärtendes Harz
aus Fotopolymer über
die Gussform für
eine durch das vorstehend beschriebene Verfahren hergestellte konvexe
Mikrolinsenanordnung gelegt wurde, wird danach ein Glassubstrat
als Stützsubstrat auf
dem Harz platziert. Das Harz wird mit Ultraviolettstrahlen durch
das Glas zur Aushärtung
belichtet. Danach wird das Glas mit dem Harz von der Gussform separiert.
Somit wird eine konvexe Mikrolinsenanordnung erhalten. Eine Vielzahl
von Mikrolinsenanordnungen aus Fotopolymer könnte ausgebildet werden, indem
dieselben Schritte unter Verwendung derselben Gussform wiederholt
werden.
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Die
vorstehend beschriebene Mikrolinsenanordnung kann außerdem durch
andere Verfahren wie etwa den vorstehend beschriebenen Verfahren
unter Verwendung eines thermoplastischen Harzes, eines wärmehärtenden
Harzes sowie eines elektronenstrahlhärtenden Harzes hergestellt
werden.
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Bei
dem vorliegenden Verfahren kann die Gussform unmittelbar durch einen
Elektroplattierungsvorgang oder dergleichen ausgebildet werden. Daher
ist keine teuere Ausrichtung erforderlich, die Kosten können reduziert
werden und die Größe der Gussform
kann leicht vergrößert werden.
Weiterhin kann die Größe der plattierten
Schicht in situ gesteuert werden, und der Linsendurchmesser und
dergleichen kann leicht und präzise
durch Steuerung der Verarbeitungszeit und -temperatur gesteuert
werden.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel
des Herstellungsverfahrens für
eine halbkugelförmige
Mikrostrukturanordnung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 2A bis 2D beschrieben, anhand derer das erste
Ausführungsbeispiel
vorstehend beschrieben ist.
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Zunächst werden
eine Elektrodenschicht 2, eine Maskenschicht 3 und Öffnungen 4 auf
einem Substrat 1 wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet.
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Ein
Elektroplattierungsvorgang mit Ni (Nickel) wird danach für zehn (10)
Sekunden bei einer Badtemperatur von 50°C und einer Kathodenstromdichte
von 40 A/dm2 durchgeführt. Das vorstehend angeführte Substrat 1 zur
Elektroplattierung wird als Basis 7 verwendet, und die
Elektrodenschicht 2 wird als Kathode gemäß 3 verwendet. Ein Nickelelektroplattierungsbad
mit Nickel-(II)-Sulfat, Nickel-(II)-Chlorid, Borsäure und
Aufheller wird verwendet. Somit werden halbkugelförmige oder
halbzylindrische plattierte Schichten 5 abgeschieden, bis
ein Durchmesser ihres Grundabschnitts 6um in einem Zentralabschnitt
der Anordnung gemäß 2C erreicht.
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Sodann
wird ein nicht elektrischer Plattierungsvorgang mit Nickel bei einer
Badtemperatur von 90°C
zur Ausbildung von nicht elektrisch plattierten Schichten 6 gemäß 2D durchgeführt. Eine
Lösung
(5-780) für
den nicht elektrischen Plattierungsvorgang mit Nickel mit einem
reduzierenden Mittel aus Hypophosphit wird verwendet.
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Die
durch den nicht elektrischen Plattierungsvorgang erhaltene nickelplattierte
Schicht 6 enthält
Phosphor. Bei einer Messung betrug der Durchmesser eines Grundabschnitts
der plattierten Schichten 5 und 6 im Zentralabschnitt der
Anordnung 21 μm
und der Durchmesser eines Grundabschnitts der plattierten Schicht 5 und 6 in
einem Randabschnitt der Anordnung lag bei 23 μm (dem Maximalwert). Die Verteilung
der Grunddurchmesser der plattierten Schichten in Zentral- und Randabschnitten
der Anordnung betrug etwa 10%. Die Durchmesserverteilung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
ist kleiner als die des ersten Ausführungsbeispiels, weil das Verhältnis in
der elektroplattierten Schicht 5 zu den plattierten Schichten 5 und 6 bei
dem zweiten Ausführungsbeispiel
reduziert ist.
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Auch
bei der Gussform gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
wird die Verteilung oder Variation der halbkugelförmigen oder
halbzylindrischen plattierten Schichten durch die Ausbildung der nicht
elektrisch plattierten Schicht auf die elektroplattierten Schicht
verringert. Da ferner die nicht elektrisch plattierte Schicht 6 Phosphor
enthält,
werden die Korrosionsbeständigkeit
und die Abnutzungsbeständigkeit
der Gussform im Vergleich zu einer lediglich unter Verwendung eines
Elektroabscheidungsvorgangs oder eines Elektroplattierungsvorgangs hergestellten
Gussform verbessert.
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(Drittes Ausführungsbeispiel)
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Ein
drittes Ausführungsbeispiel
des Verfahrens zur Herstellung einer halbkugelförmigen Mikrostrukturanordnung
wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 6A bis 6E beschrieben.
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Zunächst werden
eine Elektrodenschicht 11, eine Maskenschicht 12 und Öffnungen 13 auf
einem Substrat 10 gemäß den 6A und 6B ähnlich
zu dem ersten Ausführungsbeispiel
ausgebildet.
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Ein
Elektroplattierungsvorgang mit Cu (Kupfer) wird sodann für zwei (2)
Minuten bei einer Badtemperatur von 55°C und einer Kathodenstromdichte von
4 A/dm2 gemäß 3 durchgeführt. Das vorstehend angeführte Substrat 10 für den Elektroplattierungsvorgang
wird als Basis 7 verwendet, und die Elektrodenschicht 11 wird
als Kathode verwendet. Es wird ein Kupferelektroplattierungsbad
mit Kupfersulfat, Schwefelsäure,
Salzsäure
und Aufheller verwendet. Eine kupferplattierte Schicht 14 wird
zunächst
in der Öffnung 13 abgeschieden
und darin aufgewachsen. Die plattierte Schicht 14 erstreckt
sich auf die isolierende Maskenschicht 12 gemäß 6C. Die plattierte Schicht 14 wird
abgeschieden bis der Durchmesser ihres Grundabschnitts in einem
Zentralabschnitt der Anordnung 6 μm
erreicht.
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Sodann
wird ein nicht elektrischer Plattierungsvorgang mit Au (Gold) bei
einer Badtemperatur von 93°C
zur Ausbildung von nicht elektrisch plattierten Schichten 15 gemäß 6D durchgeführt. Eine Lösung mit
Kaliumgoldzyanid, Ammoniumchlorid, Natriumcitrat und Natriumhypophosphit
für eine
nicht elektrische Plattierung mit Au (Gold) wird verwendet.
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Die
durch den nicht elektrischen Plattierungsvorgang erhaltenen goldplattierten
Schichten 15 enthalten Phosphor. Die nicht elektrisch plattierte Schicht 15 wird
abgeschieden, bis der Durchmesser ihres Grundabschnitts im Zentralabschnitt
der Anordnung 15 μm
erreicht.
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Sodann
wird ein Elektroplattierungsvorgang mit Cr (Chrom) für sechzig
(60) Sekunden bei einer Badtemperatur von 50°C und einer Kathodenstromdichte
von 4 A/dm2 zur Ausbildung einer plattierten Schicht 16 und
somit zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit der plattierten Schicht
durchgeführt,
wie es in 6E dargestellt
ist. Die vorstehend beschriebene nicht elektrisch plattierte Schicht 15 wird
als Kathode verwendet. Ein Chromelektroplattierungsbad mit Chromsäure und
Schwefelsäure
wird verwendet. Somit werden die durch einen Elektroplattierungsvorgang
ausgebildete kupferplattierte Schicht 14, die nicht elektrisch plattierte
Goldschicht 15 mit Phosphor und die durch einen Elektroplattierungsvorgang
ausgebildete chromplattierte Schicht 16 auf der Elektrodenschicht 11 in
dieser Reihenfolge abgeschieden.
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Bei
einer Messung betrug der Durchmesser eines Grundabschnitts der plattierten
Schichten 14, 15 und 16 im Zentralabschnitt
der Anordnung 22 μm, und
der Durchmesser eines Grundabschnitts der plattierten Schichten 14, 15 und 16 in
einem Randabschnitt der Anordnung lag bei 24 μm (Maximalwert). Die Verteilung
der Grunddurchmesser der plattierten Schichten in Zentralund Randabschnitten der
Anordnung lag bei 20%.
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Auch
bei der Gussform gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
wird die Verteilung oder Variation der halbkugelförmigen oder
halbzylindrischen plattierten Schichten durch die Ausbildung der nicht
elektrisch plattierten Schicht auf der elektroplattierten Schicht
verringert. Da zudem die chromplattierte Schicht 16 auf
der Oberfläche
ausgebildet wird, wird die Härte
der Gussform verbessert.
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(Viertes Ausführungsbeispiel)
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Ein
viertes Ausführungsbeispiel
des Verfahrens zur Herstellung einer halbkugelförmigen Mikrostrukturanordnung
wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 6A bis 6E beschrieben.
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Zunächst werden
eine Elektrodenschicht 11, eine Maskenschicht 12 und Öffnungen 13 auf
einem Substrat 10 gemäß den 6A und 6B ähnlich
dem dritten Ausführungsbeispiel
ausgebildet.
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Sodann
wird eine Elektroplattierung mit Nickel für zehn (10) Sekunden bei einer
Badtemperatur von 50°C
und einer Kathodenstromdichte von 40 A/dm2 durchgeführt. Das
vorstehend angeführte
Substrat 10 zur Elektroplattierung wird als Basis 7 verwendet,
und die Elektrodenschicht 11 wird als Kathode gemäß 3 verwendet. Ein Nickelelektrodenplattierungsbad
mit Nickel-(II)-Sulfat, Nickel-(II)-Chlorid, Borsäure und
Aufheller wird verwendet. Somit werden halbkugelförmige oder
halbzylindrische plattierte Schichten 14 abgeschieden,
bis der Durchmesser ihres Grundabschnitts in einem Zentralabschnitt der
Anordnung 6 μm
erreicht, wie es in 6C dargestellt
ist.
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Ein
nicht elektrischer Plattierungsvorgang mit Nickel wird sodann bei
einer Badtemperatur von 90°C
zur Ausbildung von nicht elektrisch plattierten Schichten 15 gemäß 6D durchgeführt. Eine
Lösung
(5-780) für
nicht elektrisches Plattieren mit Nickel mit einem reduzierenden
Mittel aus Hypophosphit wird verwendet. Die durch den nicht elektrischen Plattierungsvorgang
erhaltenen nickelplattierten Schichten 15 enthalten Phosphor.
Die plattierte Schicht 15 wird abgeschieden, bis der Durchmesser ihres
Grundabschnitts in einem Zentralabschnitt der Anordnung 21 μm erreicht.
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Danach
wird ein nicht elektrischer Plattierungsvorgang für Au (Gold)
für zwei
(2) Minuten bei einer Badtemperatur von 93°C zur Ausbildung nicht elektrisch
plattierter Schichten 16 und somit zur Verbesserung der
Korrosionsbeständigkeit
der plattierten Schicht durchgeführt,
wie es in 6E dargestellt ist.
Die vorstehend beschriebene nicht elektrisch plattierte Schicht 15 wird
als Kathode verwendet. Eine Lösung
für nicht
elektrisches Plattieren von Au (Gold) mit Kaliumgoldzyanid, Ammoniumchlorid,
Natriumcitrat und Natriumhypophosphit wird verwendet.
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Somit
werden die durch einen Elektroplattierungsvorgang ausgebildete nickelplattierte
Schicht 14, die Phosphor enthaltende nicht elektrisch nickelplattierte
Schicht 15 und die Phosphor enthaltende nicht elektrisch
goldplattierte Schicht 16 auf der Elektrodenschicht 11 in
dieser Reihenfolge abgeschieden.
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Bei
einer Messung lag der Durchmesser eines Grundabschnitts der plattierten
Schichten 14, 15 und 16 im Zentralabschnitt der
Anordnung bei 21 μm, und
der Durchmesser eines Grundabschnitts der plattierten Schichten 14, 15 und 16 in
einem Randabschnitt der Anordnung betrug 21 μm (der Maximalwert). Die Verteilung
der Grunddurchmesser der plattierten Schichten in Zentral- und Randabschnitten
der Anordnung lag bei etwa 10%.
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Auch
bei der Gussform gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
verringert sich die Verteilung oder Variation der halbkugelförmigen oder halbzylindrischen
plattierten Schichten durch die Ausbildung der nicht elektrisch
plattierten Schichten auf der elektroplattierten Schicht. Da ferner
die nicht elektrisch goldplattierte Schicht 16 mit Phosphor
auf der Oberfläche
ausgebildet ist, wird die Korrosionsbeständigkeit der Oberfläche der
Gussform verbessert.
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Während die
vorliegende Erfindung vorstehend bezüglich dessen beschrieben ist,
was derzeit als bevorzugte Ausführungsbeispiele
betrachtet werden, ist es ersichtlich, dass die Erfindung nicht
auf die offenbarten Ausführungsbeispiele
beschränkt
ist. Die Erfindung ist vielmehr dazu gedacht, mannigfaltige Abwandlungen
und äquivalente
Anordnungen abzudecken, die innerhalb des Bereichs der beigefügten Ansprüche beinhaltet
sind.
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So
wird bei einem Verfahren zur Herstellung einer Anordnung von Mikrostrukturen
ein Substrat mit einem elektrisch leitenden Abschnitt bereitgestellt,
eine isolierende Maskenschicht wird auf dem elektrisch leitenden
Abschnitt des Substrats ausgebildet, eine Vielzahl von Öffnungen
werden in der isolierenden Maskenschicht zur Freilegung des elektrisch
leitenden Abschnitts ausgebildet und eine erste plattierte oder
elektroabgeschiedene Schicht wird in den Öffnungen und auf der isolierenden
Maskenschicht durch einen Elektroplattierungsvorgang oder einen
Elektroabscheidungsvorgang abgeschieden. Eine zweite plattierte
Schicht wird ebenfalls auf der ersten plattierten oder elektroabgeschiedenen Schicht
und auf dem elektrisch leitenden Abschnitt durch einen nicht elektrischen
Plattierungsvorgang zur Reduktion einer Größenverteilung der Mikrostrukturen über der
Anordnung ausgebildet.