JP2000263556A - Preparation of mold for microlens and preparation of microlens using it - Google Patents
Preparation of mold for microlens and preparation of microlens using itInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、アレイ化されたマ
イクロレンズ等用の金型の作製方法、及び該金型を用い
てマイクロレンズを作製する為の作製方法に関するもの
である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a mold for arrayed microlenses and the like, and to a method for producing a microlens using the mold.
【０００２】[0002]
【従来の技術】マイクロレンズアレイは、直径数μｍか
ら数１００μｍの微小な略半球状レンズを複数配置した
ものであり、液晶表示装置、受光装置、光通信システム
におけるファイバー間接続等の様々な用途に使用される
様になってきている。一方、発光素子間隔を狭くできア
レイ化が容易な面発光レーザー等の開発が進み、レンズ
アレイの間隔を狭くでき開口数（ＮＡ）の大きなマイク
ロレンズヘの要求が高まっている。2. Description of the Related Art A microlens array has a plurality of microscopic substantially hemispherical lenses each having a diameter of several μm to several hundred μm, and is used for various purposes such as a liquid crystal display device, a light receiving device, and a connection between fibers in an optical communication system. It is being used for On the other hand, the development of surface emitting lasers and the like that can make the spacing between light emitting elements small and can be easily arrayed has been advanced, and the demand for microlenses that can make the spacing between lens arrays small and have a large numerical aperture (NA) is increasing.
【０００３】受光素子においても同様に、半導体プロセ
ス技術の発達に伴い、素子間隔が狭まり、ＣＣＤ等に見
られる様に、ますます受光素子の小型化がなされてい
る。この結果、ここでも、レンズ間隔の狭い、開口数の
大きなマイクロレンズアレイが必要となっている。さら
に、今後期待される光情報処理分野である光並列処理・
演算、光インターコネクション等においても、同様の要
望がある。[0003] Similarly, with the development of semiconductor process technology, the distance between the elements has been narrowed, and the size of the light receiving elements has been increasingly reduced as seen in CCDs and the like. As a result, here too, a microlens array with a small lens spacing and a large numerical aperture is required. Furthermore, optical parallel processing and
There is a similar demand in arithmetic, optical interconnection, and the like.
【０００４】また、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）
等の自発光型のディスプレイ装置の研究開発も盛んに行
われ、高精細且つ高輝度のディスプレイの提案がなされ
ている。この様なディスプレイにおいては、小型且つ開
口数の大きなマイクロレンズアレイに加えて、低コスト
で大面積のマイクロレンズアレイヘの要求がある。In addition, electroluminescence (EL)
Research and development of self-luminous display devices such as the above have also been actively conducted, and high-definition and high-luminance displays have been proposed. In such a display, there is a demand for a low-cost, large-area microlens array in addition to a small-sized microlens array having a large numerical aperture.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】以上の様な状況におい
て、従来、イオン交換法（Ｍ．Ｏｉｋａｗａ， ｅｔａ
ｌ．， Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． ２
０（４） Ｌ５１−５４， １９８１）を用いて多成分
ガラスからなる基板上の複数の箇所を分布状態で高屈折
率化して、複数のレンズを形成するようにしたマイクロ
レンズアレイの作製方法が知られている。しかし、この
方法では、レンズ同士の間隔に比べてレンズ径を大きく
とれず、開口数の大きなレンズの設計が困難であった。
また、大面積のマイクロレンズアレイを作製するにはイ
オン拡散装置等の大規模な製造装置が必要とされ、製造
が容易でないという問題もあった。また、金型を用いた
モールディングに比べて、ガラス毎にイオン交換工程を
施す必要があり、製造装置の作製条件管理を十分に行わ
ないと、レンズの品質、例えば焦点距離のばらつきがロ
ット間で大きくなるという問題もあった。また、この方
法では、金型を用いた方法に比べて、割高になる。Under the circumstances described above, the conventional ion exchange method (M. Oikawa, eta)
l. , Jpn. J. Appl. Phys. 2
0 (4) L51-54, 1981), a method of manufacturing a microlens array in which a plurality of portions on a substrate made of multi-component glass are made to have a high refractive index in a distributed state to form a plurality of lenses. Are known. However, in this method, the lens diameter cannot be made larger than the distance between the lenses, and it is difficult to design a lens having a large numerical aperture.
Further, in order to manufacture a large-area microlens array, a large-scale manufacturing apparatus such as an ion diffusion apparatus is required, and there is a problem that manufacturing is not easy. In addition, compared to molding using a mold, it is necessary to perform an ion exchange process for each glass, and if the manufacturing condition management of the manufacturing apparatus is not sufficiently performed, the quality of the lens, for example, variation in the focal length may vary between lots. There was also the problem of becoming larger. In addition, this method is more expensive than the method using a mold.
【０００６】さらに、イオン交換法では、ガラス基板中
に被イオン交換用のアルカリイオンが必須となり、基板
材料がアルカリガラスに限定され、ガラス基板そのもの
の熱膨張係数が受光装置や発光装置の基板の熱膨張係数
より大きくなって、素子の集積密度が増加するに伴い熱
膨張係数の不整合によるミスアライメントが発生する。
また、元来、ガラス表面のイオン交換法は、表面に圧縮
歪みを残すことが知られており、どうしてもガラス表面
の残留応力と反り変形の間にトレードオフの関係がある
という課題が生じ、マイクロレンズアレイが大判化する
に従い受光装置や発光装置の基板との接着接合が困難と
なってくる。Further, in the ion exchange method, alkali ions for ion exchange are required in the glass substrate, the material of the substrate is limited to alkali glass, and the coefficient of thermal expansion of the glass substrate itself is lower than that of the substrate of the light receiving device or the light emitting device. Misalignment due to mismatch of the thermal expansion coefficients occurs as the integration density of the elements increases because of the thermal expansion coefficient.
Also, it has been known that the ion exchange method on the glass surface originally leaves a compressive strain on the surface, and there is a problem that there is a trade-off relationship between the residual stress on the glass surface and the warpage, and the As the size of the lens array increases, it becomes more difficult to bond the light receiving device or the light emitting device to the substrate.
【０００７】他の方法としては、レジストリフロー法
（Ｄ．Ｄａｌｙ， ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃ． Ｍｉｃ
ｒｏｌｅｎｓ Ａｒｒａｙｓ Ｔｅｄｄｉｎｇｔｏ
ｎ．，ｐ２３−３４，１９９１）がある。この方法で
は、基板上に形成した樹脂をフォトリソグラフィプロセ
スを利用して円筒状にパターニングし、これを加熱しリ
フローさせてマイクロレンズアレイを作製する。この方
法により、様々な形状のレンズが低コストで作製するこ
とが可能である。また、イオン交換法に比べて、熱膨張
係数や反り等の問題がない。しかしながら、この方法
は、マイクロレンズの形状が樹脂の厚み、基板と樹脂と
の濡れ性状態、及び加熱温度に強く依存しおり、単一基
板面内の作製再現性は高いが、ロット毎のばらつきが発
生しやすい。[0007] As another method, a registry flow method (D. Daly, et al., Proc. Mic) is used.
rolens Arrays Tedgingto
n. , P23-34, 1991). In this method, a resin formed on a substrate is patterned into a cylindrical shape by using a photolithography process, and is heated and reflowed to produce a microlens array. By this method, lenses of various shapes can be manufactured at low cost. In addition, there is no problem such as a coefficient of thermal expansion or warpage as compared with the ion exchange method. However, in this method, the shape of the microlens strongly depends on the thickness of the resin, the wettability between the substrate and the resin, and the heating temperature. Likely to happen.
【０００８】更なる他の方法としては、マイクロレンズ
アレイの原版を作製し、原版にレンズ材料を塗布し、塗
布したレンズ材料を剥離してマイクロレンズアレイを作
製する方法がある。原版となる金型の作製に当たって
は、電子ビームを用いて描画する方法（特開平１−２３
１６０１号公報）、金属板の一部をエッチングして形成
する方法（特開平５−３０３００９号公報）がある。こ
の方法は、モールディングにてマイクロレンズを複製す
ることができ、ロット毎のばらつきが発生しにくく、ま
た低コストにて作製することが可能である。また、イオ
ン交換法に比べて、熱膨張係数や反り等の問題を回避で
きる。As still another method, there is a method in which a master of a microlens array is manufactured, a lens material is applied to the master, and the applied lens material is peeled off to manufacture a microlens array. In producing a mold serving as an original, a method of drawing using an electron beam (Japanese Patent Laid-Open No. 1-23)
No. 1601) and a method of etching and forming a part of a metal plate (JP-A-5-303909). According to this method, the microlens can be duplicated by molding, variation between lots hardly occurs, and the method can be manufactured at low cost. Further, as compared with the ion exchange method, problems such as thermal expansion coefficient and warpage can be avoided.
【０００９】しかしながら、電子ビームを用いる方法で
は、電子ビーム描画装置が高価であり多額の設備投資が
必要となる、描画面積が制限されているために、１０ｃ
ｍ角以上の大面積の原版を作製することが困難である等
の問題がある。However, in the method using an electron beam, the electron beam lithography system is expensive and requires a large amount of capital investment.
There is a problem that it is difficult to produce an original plate having a large area of m square or more.
【００１０】また、エッチングする方法では、主として
化学反応を利用した等方性エッチングを用いるため、金
属板の組成や結晶構造が僅かでも変化すると、所望の形
状にエッチングできなくなるという問題がある。また、
エッチングする方法では、所望の形状が得られた時点で
直ちに水洗しないとエッチングが継続する。微少なマイ
クロレンズを形成する場合には、この様な所望の形状が
得られた時点から水洗に至るまでの時間に進行するエッ
チングにより、所望の形状から逸脱する場合がある。Further, in the etching method, since isotropic etching mainly using a chemical reaction is used, there is a problem that even a slight change in the composition or crystal structure of the metal plate makes it impossible to etch into a desired shape. Also,
In the etching method, the etching is continued unless the water is washed immediately when a desired shape is obtained. When a minute microlens is formed, the shape may deviate from the desired shape due to the etching that progresses from the time when the desired shape is obtained to the time when washing is performed with water.
【００１１】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
みて成されたものであり、その目的は、（１）大判化が
容易な、（２）作製プロセスが容易で且つ制御性の高
い、（３）比較的安価なマイクロレンズ（直径ないし幅
ミクロンオーダーから数１００μｍの微小な半球状レン
ズ、フライアイレンズ、レンチキュラーレンズなどＲ面
を持つレンズを指す）用金型の作製方法、マイクロレン
ズアレイの品質のばらつきが小さく製造が容易なマイク
ロレンズアレイ等の作製方法、を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and has as its objects the following objects: (1) it is easy to increase the size; (2) the manufacturing process is easy and the controllability is high. (3) A method of manufacturing a mold for a relatively inexpensive microlens (refers to a lens having an R surface such as a minute hemispherical lens, a fly-eye lens, a lenticular lens, etc. having a diameter or a width on the order of microns to several hundreds of micrometers), a microlens array It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a microlens array or the like which has a small variation in the quality of the microlens array and is easy to manufacture.
【００１２】[0012]
【課題を解決する為の手段と作用】上記目的を達成する
本発明のマイクロレンズ用金型の作製方法は、（１）導
電性の基板表面にマスク層を形成する工程、（２）前記
マスク層に開口部を形成する工程、（３）溶液中に陰極
を設け、前記基板の表面を前記開口部を通して該溶液に
晒し、前記基板側を陽極にして、陰極と陽極との間に電
界をかけて前記開口部より前記基板を加工し、前記開口
部を中心とする半球状或は半円筒形状凹部を形成する工
程、の少なくとも（１）〜（３）の工程を有することを
特徴とする。The method for producing a microlens mold according to the present invention, which achieves the above objects, comprises (1) a step of forming a mask layer on the surface of a conductive substrate, and (2) the mask. Forming an opening in the layer; (3) providing a cathode in the solution, exposing the surface of the substrate to the solution through the opening, using the substrate side as an anode, and applying an electric field between the cathode and the anode. And processing the substrate through the opening to form a hemispherical or semi-cylindrical concave portion centered on the opening, the method comprising at least steps (1) to (3). .
【００１３】上記基本的構成において、以下の如き好適
なより具体的な態様が可能である。上記工程（３）の加
工が電解エッチングである。この場合、上記工程（１）
に記載の基板がシリコンを主材料とする基板でありう
る。In the above basic configuration, the following more preferable specific embodiments are possible. The processing in the above step (3) is electrolytic etching. In this case, the above step (1)
May be a substrate containing silicon as a main material.
【００１４】また、上記工程（３）に記載の加工が陽極
化成（陽極で導電体表面に処理液を接触させて化学反応
により化合物を形成すること）であり、これにより前記
開口部を中心とする性質の変化した半球部或は半円筒形
部を基板中に形成し、その後、該半球部或は半円筒形部
を選択的にエッチング除去する。この場合も、上記工程
（１）に記載の基板がシリコンを主材料とする基板であ
りうる。このとき、前記性質の変化した半球部或は半円
筒形部が多孔質シリコンでありうる。そして、多孔質シ
リコンよりなる前記半球部或は半円筒形部を熱酸化して
二酸化シリコンにした後に前記半球部或は半円筒形部を
選択的にエッチング除去してもよい。Further, the processing described in the above step (3) is anodization (forming a compound by a chemical reaction by bringing a treatment solution into contact with the surface of the conductor at the anode) to thereby form a compound around the opening. A hemispherical portion or semicylindrical portion having a changed property is formed in the substrate, and then the hemispherical portion or semicylindrical portion is selectively etched away. Also in this case, the substrate described in the above step (1) may be a substrate containing silicon as a main material. At this time, the hemispherical portion or the semi-cylindrical portion having the changed properties may be porous silicon. Then, the hemispherical portion or semicylindrical portion made of porous silicon may be thermally oxidized to silicon dioxide, and then the hemispherical portion or semicylindrical portion may be selectively removed by etching.
【００１５】また、前記開口部が円形或はスリット形状
を有する。円形であれば、半球状マイクロレンズを形成
する為の金型を製造できる。スリット形状であれば、レ
ンチキュラーマイクロレンズを形成する為の金型を製造
できる。The opening has a circular or slit shape. If it is circular, a mold for forming a hemispherical microlens can be manufactured. With a slit shape, a mold for forming a lenticular microlens can be manufactured.
【００１６】また、前記マスク層がフォトレジストより
なる。この場合、所望の開口部を容易に形成できる。Further, the mask layer is made of a photoresist. In this case, a desired opening can be easily formed.
【００１７】また、前記開口部が複数形成されている。
この場合、半球状マイクロレンズアレイ或はレンチキュ
ラーマイクロレンズアレイを形成する為の金型を製造で
きる。Also, a plurality of the openings are formed.
In this case, a mold for forming a hemispherical microlens array or a lenticular microlens array can be manufactured.
【００１８】更に、上記目的を達成する本発明のマイク
ロレンズアレイ等の作製方法は、上記方法により作製し
たマイクロレンズ用金型上にレンズ材料を塗布し、前記
金型より前記レンズ材料を剥離し形成することを特徴と
する。レンズ材料は樹脂より成り得る。Further, a method for producing a microlens array or the like according to the present invention for achieving the above object is to apply a lens material onto a microlens mold produced by the above method, and peel off the lens material from the mold. It is characterized by forming. The lens material can be made of resin.
【００１９】本発明の作用・原理を具体例に沿って説明
する。まず、本発明のマイクロレンズ用金型の第１の作
製方法を、図１および図２を用いて説明する。初めに、
基板１の表面にマスク層２を形成する。導電性の基板１
の材料は陽極化成により多孔質化（ポーラス化）の起こ
るＳｉ、ＳｉＣ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｔｉ等の材料を用いる
が、最も容易にはＰ型のＳｉ基板を用いる。マスク層２
の材料としては陽極化成に使用する溶液に対してエッチ
ング耐性のある材料が用いられる。次に、表面のマスク
層２をパターニングして、陽極化成用の開口部３を形成
する（図１（ａ）参照）。開口部３を中心として陽極化
成が基板中で等方的に進行するため、その形状は円形或
はスリット状であることが望ましい。The operation and principle of the present invention will be described with reference to specific examples. First, a first manufacturing method of the microlens mold of the present invention will be described with reference to FIGS. at first,
The mask layer 2 is formed on the surface of the substrate 1. Conductive substrate 1
Is used, such as Si, SiC, Ge, Al, and Ti, which are made porous by anodization, and most easily, a P-type Si substrate is used. Mask layer 2
As a material for the material, a material having etching resistance to a solution used for anodization is used. Next, the mask layer 2 on the surface is patterned to form an opening 3 for anodization (see FIG. 1A). Since the anodization proceeds isotropically around the opening 3 in the substrate, the shape is desirably circular or slit-like.
【００２０】続いて、陽極化成により多孔質シリコンよ
りなる半球部６或は半円筒形部を基板１中に形成する
（図１（ｂ）参照）。陽極化成の方法を図２に示す。基
板１の表面は溶液２０に接している。基板１がシリコン
の場合、溶液２０としては濃フッ酸（４９％ＨＦ）或は
その希釈水溶液が用いられる。また、気泡の発生を防ぐ
目的でメタノール、エタノール、プロパノール、イソプ
ロパノール等のアルコールを加えても良い。溶液２０側
に陰極４、また、基板１側に陽極がそれぞれ設けられて
いる。この状態で適正な電圧或は電流を印加することに
より、溶液２０に接している開口部３のシリコンから多
孔質化が等方的に進行し、多孔質シリコンよりなる半球
部６或は半円筒形部が成長する。半球或は半円筒が所望
の大きさになったときに電圧を０にすることにより、陽
極化成が停止する。この方法により、真半球或は真半円
筒に近い半球部或は半円筒形部を制御性良く形成するこ
とができる。Subsequently, a hemispherical portion 6 or a semicylindrical portion made of porous silicon is formed in the substrate 1 by anodization (see FIG. 1B). FIG. 2 shows the anodizing method. The surface of the substrate 1 is in contact with the solution 20. When the substrate 1 is made of silicon, the solution 20 is concentrated hydrofluoric acid (49% HF) or a diluted aqueous solution thereof. Further, an alcohol such as methanol, ethanol, propanol, or isopropanol may be added for the purpose of preventing generation of bubbles. The cathode 4 is provided on the solution 20 side, and the anode is provided on the substrate 1 side. In this state, by applying an appropriate voltage or current, the opening 3 in contact with the solution 20 isotropically porousized from the silicon in the opening 3, and the hemispherical portion 6 or semicylindrical made of porous silicon The shape grows. Anodization is stopped by reducing the voltage to 0 when the hemisphere or hemi-cylinder reaches the desired size. With this method, a hemispherical portion or a hemispherical portion close to a true hemisphere or a true hemicylindrical portion can be formed with good controllability.
【００２１】次に、半球部或は半円筒形部の多孔質シリ
コン及びマスク層２を除去して半球状或は半円筒形状凹
部を形成する（図１（ｄ）参照）。この際、直接、多孔
質シリコンをエッチング除去しても良いし、また、多孔
質シリコンを酸化ガスにより熱酸化して二酸化シリコン
６’にした後（図１（ｃ）参照）、これを除去しても良
い。この方法により、半球状或は半円筒形状凹部の表面
を平滑にすることが可能である。また、この後さらに熱
酸化することにより、半球状或は半円筒形状凹部の表面
をさらに平滑にすることが可能である（図１（ｅ）参
照）。以上の方法によりマイクロレンズ用金型を作製す
る。Next, the hemispherical or semi-cylindrical portion of the porous silicon and the mask layer 2 are removed to form a hemispherical or semi-cylindrical concave portion (see FIG. 1 (d)). At this time, the porous silicon may be directly removed by etching, or the porous silicon may be thermally oxidized with an oxidizing gas to form silicon dioxide 6 ′ (see FIG. 1C). May be. By this method, it is possible to smooth the surface of the hemispherical or semi-cylindrical concave portion. The surface of the hemispherical or semicylindrical concave portion can be further smoothed by further thermal oxidation (see FIG. 1 (e)). The microlens mold is manufactured by the above method.
【００２２】次に、本発明のマイクロレンズ用金型の第
２の作製方法を、図４を用いて説明する。はじめに、基
板３１の表面にマスク層３２を形成する。基板３１の材
料としては、電解エッチングの可能なＣｕ，Ａｌ，Ａ
ｕ，Ａｇ，Ｍｏ等の金属や、不純物を注入したシリコン
などを用いることが可能である。マスク層３２としては
電解エッチング液に対して耐性のある材料が用いられ
る。次に、表面のマスク層３２をパターニングして、電
解エッチング用の開口部３３を形成する（図４（ａ）参
照）。開口部３を中心として電解エッチングが等方的に
進行するため、その形状は円形或はスリット状であるこ
とが望ましい。この辺の事情は第１の作製方法と同じで
ある。Next, a second method of manufacturing the microlens mold of the present invention will be described with reference to FIG. First, a mask layer 32 is formed on the surface of the substrate 31. As a material of the substrate 31, Cu, Al, A capable of electrolytic etching can be used.
It is possible to use metals such as u, Ag, and Mo, and silicon into which impurities are implanted. As the mask layer 32, a material having resistance to an electrolytic etching solution is used. Next, the mask layer 32 on the surface is patterned to form an opening 33 for electrolytic etching (see FIG. 4A). Since electrolytic etching proceeds isotropically with the opening 3 as a center, the shape is preferably circular or slit-like. The circumstances in this area are the same as in the first manufacturing method.
【００２３】次に、電解エッチングにより半球状或は半
円筒形状凹部３７を形成する（図４（ｂ）参照）。電解
エッチングの方法は図２に示した陽極化成の場合とほぼ
同じである。基板３１の表面は溶液２０に接している。
溶液２０としては基板３１の材料に応じた電解エッチン
グ液が選択される。溶液２０側に陰極４、また、基板側
に陽極がそれぞれ設けられている。この状態で電圧を印
加することにより溶液に接している開口部３３のシリコ
ンから電解エッチングが等方的に進行し、半球状或は半
円筒形状凹部３７が成長する。凹部３７が所望の大きさ
になったときに電圧を０にすることにより、電解エッチ
ングが停止する。この方法により、真半球或は真半円筒
形に近い半球状或は半円筒形状凹部を制御性良く形成す
ることができる。この後、マスク層３２をエッチング除
去する（図４（ｃ）参照）。基板３１がシリコンの場合
は、この後さらに熱酸化して二酸化シリコンよりなる平
滑化層３８を形成することにより、半球状或は半円筒形
状凹部３７の表面をさらに平滑にすることが可能である
（図４（ｄ）参照）。以上の方法によりマイクロレンズ
用金型を作製する。Next, a hemispherical or semicylindrical concave portion 37 is formed by electrolytic etching (see FIG. 4B). The electrolytic etching method is almost the same as the case of the anodization shown in FIG. The surface of the substrate 31 is in contact with the solution 20.
As the solution 20, an electrolytic etching solution according to the material of the substrate 31 is selected. The cathode 4 is provided on the solution 20 side, and the anode is provided on the substrate side. By applying a voltage in this state, electrolytic etching proceeds isotropically from the silicon in the opening 33 in contact with the solution, and a hemispherical or semicylindrical concave portion 37 grows. By setting the voltage to 0 when the concave portion 37 reaches a desired size, the electrolytic etching is stopped. By this method, a hemispherical or semicylindrical concave portion close to a true hemisphere or a true semicylindrical shape can be formed with good controllability. Thereafter, the mask layer 32 is removed by etching (see FIG. 4C). When the substrate 31 is silicon, the surface of the hemispherical or semi-cylindrical concave portion 37 can be further smoothed by further thermal oxidation to form a smoothing layer 38 made of silicon dioxide. (See FIG. 4D). The microlens mold is manufactured by the above method.
【００２４】上記の２つのマイクロレンズ用金型の製造
方法は、単純な化学エッチングにより凹部を形成する方
法に比べて、所望の形状が得られた時点で陰極４と陽極
との間に流れる電流を停止すれば陽極化成または電解エ
ッチングの進行を停止できるために、水洗までの時間で
エッチングされてしまうような不測の形状誤差を回避で
き、作製の制御性が良い。また、導電性の基板内では電
位の分布が開口部を中心として等方的であり、陽極化成
または電解エッチング時に基板の結晶性や溶液の濃度分
布、溶液の流れなどの影響を受けにくく、半球状或は半
円筒形状凹部の曲面を、単純な化学エッチングの場合と
比較して、より球面或は円筒面に近い形状にすることが
可能である。In the above two methods of manufacturing the microlens mold, the current flowing between the cathode 4 and the anode when the desired shape is obtained is different from the method of forming the concave portion by simple chemical etching. Since the progress of anodization or electrolytic etching can be stopped by stopping the process, unexpected shape errors such as etching in the time until water washing can be avoided, and the controllability of production is good. Further, in a conductive substrate, the potential distribution is isotropic with the opening as a center, and is hardly affected by the crystallinity of the substrate, the concentration distribution of the solution, the flow of the solution during the anodization or the electrolytic etching, and is hemispherical. It is possible to make the curved surface of the shape or semi-cylindrical concave portion more spherical or cylindrical as compared with the case of simple chemical etching.
【００２５】また、高価な設備を必要とせず、低コスト
で作製でき、また容易に大判化することも可能となる。
マスク層に複数の開口部を形成することにより同様の方
法を用いてマイクロレンズアレイ用の金型を形成するこ
とができることは言うまでもない。In addition, it does not require expensive equipment, can be manufactured at low cost, and can be easily enlarged.
It goes without saying that by forming a plurality of openings in the mask layer, a mold for a microlens array can be formed using a similar method.
【００２６】上記方法により作製したマイクロレンズ用
金型を用いモールディングによりマイクロレンズを作製
することができる。これにより、低コストで且つ容易
に、同一の形状のマイクロレンズを作製することが可能
となる。マイクロレンズの材料としては、マイクロレン
ズ用金型との剥離性が容易な材料が用いられる。ここで
は、樹脂よりなるマイクロレンズについて説明する。A microlens can be manufactured by molding using the microlens mold manufactured by the above method. This makes it possible to easily manufacture microlenses having the same shape at low cost. As a material of the microlens, a material that is easily peelable from a microlens mold is used. Here, a micro lens made of resin will be described.
【００２７】図３（ａ）に示すように、前述した工程で
得られたマイクロレンズ用金型９上に、樹脂１０を塗布
し、用いた樹脂の硬化条件に合わせて硬化させる。この
後、研磨により表面を平坦化させても良い（図３（ｂ）
参照）。或は、図５（ｂ）に示す様に支持基板４１を樹
脂の上から載せ、樹脂が均一な平面を得てから、用いた
樹脂の硬化条件に合わせて硬化しても良い。熱硬化樹
脂、紫外線硬化樹脂、電子線硬化樹脂を夫々加熱、紫外
光照射、電子線照射等により硬化させる。紫外線照射の
際はマイクロレンズの裏面側より光を照射する。この
為、支持基板を使用する場合には光透過する支持基板を
使用する。硬化時には、気泡が形成されないようにす
る。樹脂を塗布する場合には、脱気を行うと良い。硬化
後に、樹脂及び支持基板を金型から剥離、または、金型
をエッチング除去してマイクロレンズが形成される。支
持基板はマイクロレンズから剥離して使用してもよい。As shown in FIG. 3A, a resin 10 is applied on the microlens mold 9 obtained in the above-described process, and cured according to the curing conditions of the resin used. Thereafter, the surface may be flattened by polishing (FIG. 3B).
reference). Alternatively, as shown in FIG. 5B, the support substrate 41 may be placed from above the resin, a uniform plane of the resin may be obtained, and then the resin may be cured according to the curing conditions of the resin used. The thermosetting resin, the ultraviolet curing resin, and the electron beam curing resin are respectively cured by heating, ultraviolet light irradiation, electron beam irradiation, and the like. In the case of ultraviolet irradiation, light is irradiated from the back side of the microlens. Therefore, when a supporting substrate is used, a supporting substrate that transmits light is used. During curing, no bubbles are formed. When applying a resin, degassing is preferably performed. After curing, the resin and the support substrate are peeled from the mold, or the mold is removed by etching to form a microlens. The support substrate may be used after being separated from the microlens.
【００２８】マイクロレンズとなる樹脂としては、マイ
クロレンズを用いる受光、または発光装置が利用する光
の波長領域で光透過可能な材料を用いる。上記方法でマ
イクロレンズを作製する場合には、アルカリガラスが必
須とはならず、イオン交換法と比べて、マイクロレン
ズ、支持基板の材料の制限を少なくすることができる。
樹脂の代わりに溶融したガラスを使用すれば、ガラスの
マイクロレンズを作製できる。As the resin for forming the microlenses, a material capable of transmitting light in a wavelength region of light used by a light receiving device using a microlens or a light emitting device is used. When a microlens is manufactured by the above method, alkali glass is not essential, and the limitations on the materials of the microlens and the supporting substrate can be reduced as compared with the ion exchange method.
If molten glass is used instead of resin, glass microlenses can be manufactured.
【００２９】[0029]
【発明の実施の形態】以下、実施例を挙げて本発明を詳
細に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to examples.
【００３０】（第１実施例）本実施例は、本発明による
マイクロレンズアレイ用金型の製造方法の第１の態様、
及びこれを用いたマイクロレンズアレイの製造方法の例
である。図１（ａ）〜（ｅ）は、本実施例の製造工程の
断面図を示す。図１において、６等で示す部分を半球状
であるとすれば、本実施例は半球状マイクロレンズアレ
イ用金型の製造方法などに係るが（ここではその様に説
明する）、これらの部分が紙面垂直方向にこのまま伸び
ているとすれば、本実施例はレンチキュラーレンズアレ
イ用金型の製造方法などに係ることになる。(First Embodiment) This embodiment is a first embodiment of a method for manufacturing a mold for a microlens array according to the present invention.
And a method of manufacturing a microlens array using the same. 1A to 1E are cross-sectional views illustrating a manufacturing process according to the present embodiment. In FIG. 1, assuming that the portions indicated by 6 and the like are hemispherical, the present embodiment relates to a method for manufacturing a mold for a hemispherical microlens array (this will be described here). This example is related to a method of manufacturing a mold for a lenticular lens array, if it extends in the direction perpendicular to the paper surface.
【００３１】図１に沿って第１実施例の製造工程を説明
する。まず、導電性基板１としてＰ型（１００）の単結
晶シリコン基板（比抵抗０．１〜０．２Ωｃｍ）を用意
し、アンモニアガスとジクロルシランガスを用いた低圧
化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ）により基板１の表面に窒
化シリコンを１μｍ成膜して、これをマスク層２とす
る。次に、表面のマスク層２をパターニングして、陽極
化成用の径５μｍ程度の開口部３を形成する（図１
（ａ）参照）。開口部３の数と配列形態は、目的とする
マイクロレンズの形態に応じて決めればよい。The manufacturing process of the first embodiment will be described with reference to FIG. First, a P-type (100) single crystal silicon substrate (having a specific resistance of 0.1 to 0.2 Ωcm) is prepared as the conductive substrate 1, and a low-pressure chemical vapor deposition (LPCVD) using an ammonia gas and a dichlorosilane gas. To form a silicon nitride film having a thickness of 1 μm on the surface of the substrate 1 to form a mask layer 2. Next, the mask layer 2 on the surface is patterned to form an opening 3 having a diameter of about 5 μm for anodization.
(See (a)). The number and arrangement of the openings 3 may be determined according to the desired form of the microlens.
【００３２】次に、陽極化成により多孔質シリコンより
なる半径２０μｍの半球部６を基板１に形成する（図１
（ｂ）参照）。陽極化成の方法を図２に示す。陽極板５
と共に陽極を構成する基板１の表面は開口部３付きマス
ク層２を介してエタノールを加えた濃フッ酸（４９％Ｈ
Ｆ）溶液に接している。また、溶液２０側に陰極４とし
て白金のメッシュ電極が設けられ、そして基板１の裏面
に接して上記陽極板５として金をコーティングした銅板
が設けられている。陽極化成は、陰極４と陽極間に接続
された電流源２１を用いて電流密度５０ｍＡ／ｃｍ２で
行なった。基板１の陽極化成処理中、溶液２０は円形状
開口部３を通ってここから等方的に基板１に浸透して化
学反応を起こすので、多孔質シリコンとなる部分は、開
口部３を中心とした半球部６となる。処理時間により、
各半球部６の半径は制御できる。Next, a hemispherical portion 6 having a radius of 20 μm made of porous silicon is formed on the substrate 1 by anodization (FIG. 1).
(B)). FIG. 2 shows the anodizing method. Anode plate 5
The surface of the substrate 1 which constitutes the anode together with concentrated hydrofluoric acid (49% H
F) In contact with solution. A platinum mesh electrode is provided as the cathode 4 on the solution 20 side, and a gold-coated copper plate is provided as the anode plate 5 in contact with the back surface of the substrate 1. Anodization was performed at a current density of 50 mA / cm 2 using a current source 21 connected between the cathode 4 and the anode. During the anodizing treatment of the substrate 1, the solution 20 passes through the circular opening 3 and penetrates into the substrate 1 isotropically to cause a chemical reaction. And the hemispherical part 6. Depending on the processing time,
The radius of each hemisphere 6 can be controlled.
【００３３】次に、図１（ｂ）の基板１を酸素雰囲気中
で、３００℃、６０分、熱酸化して、半球部６の多孔質
シリコンを二酸化シリコン６’とした（図１（ｃ）参
照）。この際、基板１の裏面にも二酸化シリコン６’が
形成される。Next, the substrate 1 of FIG. 1 (b) was thermally oxidized in an oxygen atmosphere at 300 ° C. for 60 minutes to convert the porous silicon of the hemispherical portion 6 into silicon dioxide 6 ′ (FIG. 1 (c)). )reference). At this time, silicon dioxide 6 'is also formed on the back surface of the substrate 1.
【００３４】次に、基板１表面のマスク層２を四フッ化
炭素ガスを用いたドライエッチングで除去した後、二酸
化シリコン半球部６’及び基板１裏面の二酸化シリコン
６’を、フッ酸とフッ化アンモニウムの混合水溶液によ
りエッチング除去する（図１（ｄ）参照）。最後に、再
び基板１表面および裏面を酸化ガスを用いて熱酸化する
ことにより、二酸化シリコンよりなる平坦化層８を形成
する（図１（ｅ）参照）。以上の方法によりマイクロレ
ンズ用金型９を作製した。Next, after the mask layer 2 on the surface of the substrate 1 is removed by dry etching using a carbon tetrafluoride gas, the silicon dioxide hemisphere portion 6 'and the silicon dioxide 6' on the back surface of the substrate 1 are removed with hydrofluoric acid and hydrofluoric acid. It is removed by etching with a mixed aqueous solution of ammonium fluoride (see FIG. 1D). Finally, a flattening layer 8 made of silicon dioxide is formed by thermally oxidizing the front and back surfaces of the substrate 1 again using an oxidizing gas (see FIG. 1E). The microlens mold 9 was manufactured by the above method.
【００３５】次に、上記のマイクロレンズ用金型９を用
いたマイクロレンズアレイの作製方法を図３を用いて説
明する。まず、紫外線硬化するフォトポリマーからなる
樹脂１０を金型９に滴下し、ついで紫外線を照射して樹
脂１０を硬化させた（図３（ａ）参照）。次に、厚さが
１０μｍとなる程度に樹脂１０を研磨した（図３（ｂ）
参照）。次に、金型９と樹脂１０の界面で剥離した（図
３（ｃ）参照）。以上の方法によりマイクロレンズアレ
イ１２が作製される。Next, a method of manufacturing a microlens array using the above-described microlens mold 9 will be described with reference to FIG. First, a resin 10 made of a photopolymer that cures with ultraviolet light was dropped onto a mold 9 and then irradiated with ultraviolet light to cure the resin 10 (see FIG. 3A). Next, the resin 10 was polished to a thickness of about 10 μm (FIG. 3B).
reference). Next, peeling was performed at the interface between the mold 9 and the resin 10 (see FIG. 3C). The micro lens array 12 is manufactured by the above method.
【００３６】（第２実施例）本実施例は、本発明による
マイクロレンズ用金型の製造方法の第２の態様、及びこ
れを用いたマイクロレンズの製造方法の例である。図４
（ａ）〜（ｄ）は、本実施例の製造工程の断面図を示
す。本実施例においても、第１実施例と同様なことが言
える。(Second Embodiment) This embodiment is a second embodiment of the method for manufacturing a mold for a microlens according to the present invention and an example of a method for manufacturing a microlens using the same. FIG.
(A)-(d) is sectional drawing of the manufacturing process of a present Example. The same can be said for the present embodiment as for the first embodiment.
【００３７】まず、基板３１としてＮ型（１００）の単
結晶シリコン基板（比抵抗０．０１〜０．０２Ωｃｍ）
の単結晶シリコン基板を用意し、アンモニアガスとジク
ロルシランガスを用いたＬＰＣＶＤにより基板３１の表
面に窒化シリコンを１μｍ成膜して、これをマスク層３
２とする。次に、表面のマスク層３２をパターニングし
て、エッチング用の径５μｍ程の開口部３３を形成する
（図４（ａ）参照）。First, an N-type (100) single crystal silicon substrate (specific resistance 0.01 to 0.02 Ωcm) is used as the substrate 31.
Is prepared, a 1 μm thick silicon nitride film is formed on the surface of the substrate 31 by LPCVD using ammonia gas and dichlorosilane gas, and this is
Let it be 2. Next, the mask layer 32 on the surface is patterned to form an opening 33 having a diameter of about 5 μm for etching (see FIG. 4A).
【００３８】次に、電解エッチングにより半径２０μｍ
の半球状凹部３７を形成する（図４（ｂ）参照）。この
とき、基板３１の表面は、開口部３３付きマスク層３２
を介して５％のフッ酸水溶液に接している。電解エッチ
ングの方法は、ほぼ図２に示した陽極酸化ないし化成の
場合と同様である（溶液成分、電流密度等の条件を変え
て電解エッチングか陽極酸化かを選択する）。溶液２０
側に陰極４として白金のメッシュ電極、また、基板の裏
面に接して陽極板５として金をコーティングした銅板を
それぞれ設け、電圧１０Ｖ、電流密度０．５ｍＡ／ｃｍ
２で電解エッチングをおこなう。Next, a radius of 20 μm was obtained by electrolytic etching.
Is formed (see FIG. 4B). At this time, the surface of the substrate 31 is
Through a 5% aqueous hydrofluoric acid solution. The method of electrolytic etching is almost the same as the case of anodic oxidation or chemical conversion shown in FIG. 2 (selection of electrolytic etching or anodic oxidation by changing conditions such as solution components and current density). Solution 20
A platinum mesh electrode as a cathode 4 and a copper plate coated with gold as an anode plate 5 in contact with the back surface of the substrate are provided on the sides, respectively, at a voltage of 10 V and a current density of 0.5 mA / cm.
In step 2 , electrolytic etching is performed.
【００３９】次に、基板３１表面のマスク層３２を四フ
ッ化炭素ガスを用いたドライエッチングで除去する（図
４（ｃ）参照）。最後に、再び表面および裏面を酸化ガ
スを用いて熱酸化することにより、二酸化シリコンより
なる平坦化層３８を形成する（図４（ｄ）参照）。以上
の方法によりマイクロレンズ用金型３９を作製した。Next, the mask layer 32 on the surface of the substrate 31 is removed by dry etching using a carbon tetrafluoride gas (see FIG. 4C). Finally, the front and back surfaces are again thermally oxidized using an oxidizing gas to form a planarization layer 38 made of silicon dioxide (see FIG. 4D). The microlens mold 39 was manufactured by the above method.
【００４０】次に、上記のマイクロレンズ用金型３９を
用いたマイクロレンズアレイの作製方法を図５を用いて
説明する。まず、紫外線硬化するフォトポリマーからな
る樹脂４０を金型３９に滴下する（図５（ａ）参照）。
次に、ガラスよりなる支持基板４１を樹脂４０の上から
載せ、樹脂４０が均一な平面を得てから、紫外線を照射
して樹脂４０を硬化させる（図５（ｂ）参照）。次に、
支持基板４１側を保護した後、金型３９表面の二酸化シ
リコンをフッ酸とフッ化アンモニウムの混合水溶液を用
いてエッチング除去した後、金型３９のシリコンを９０
℃に加熱したテトラメチルアンモニウムヒドロキシド
（ＴＭＡＨ）の水溶液を用いてエッチング除去する（図
５（ｃ）参照）。以上の方法によりマイクロレンズアレ
イ４２を作製した。Next, a method of manufacturing a microlens array using the above-described microlens mold 39 will be described with reference to FIG. First, a resin 40 made of a photopolymer that cures with ultraviolet light is dropped on a mold 39 (see FIG. 5A).
Next, a support substrate 41 made of glass is placed on the resin 40, and after a uniform plane of the resin 40 is obtained, the resin 40 is cured by irradiating ultraviolet rays (see FIG. 5B). next,
After protecting the support substrate 41 side, the silicon dioxide on the surface of the mold 39 is removed by etching using a mixed aqueous solution of hydrofluoric acid and ammonium fluoride.
Etching is removed using an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) heated to ° C. (see FIG. 5C). The microlens array 42 was manufactured by the above method.
【００４１】[0041]
【発明の効果】以上説明したように、本発明のマイクロ
レンズ用金型の作製方法では、基板上に設けた開口か
ら、電解エッチングまたは陽極酸化を用いて半球状等の
Ｒ面を持つ凹部を形成するため、金型の大判化が容易で
あり、また作製プロセスが容易で、かつ諸条件の制御に
よる制御性が高い。また、大型製造装置の不要な低コス
トなマイクロレンズ用金型が作製できる。As described above, in the method for manufacturing a microlens mold according to the present invention, a hemispherical concave portion having an R surface such as a hemispherical surface is formed from an opening provided on a substrate by electrolytic etching or anodic oxidation. Since it is formed, it is easy to increase the size of the mold, the manufacturing process is easy, and the controllability by controlling various conditions is high. In addition, a low-cost mold for microlenses that does not require a large-scale manufacturing apparatus can be manufactured.
【００４２】更に、この金型にて作製したマイクロレン
ズアレイ等はモールディングにて作製する為に製造が容
易であり、ロット間のばらつきが小さい。Further, since the microlens array and the like manufactured by this mold are manufactured by molding, the manufacture is easy and the variation between lots is small.
【図１】本発明のマイクロレンズ用金型の作製方法の第
１実施例を説明する断面図である。FIG. 1 is a sectional view for explaining a first embodiment of a method for manufacturing a microlens mold according to the present invention.
【図２】本発明のマイクロレンズ用金型の作製方法にお
ける半球部などのＲ面部の作製方法を示す図である。FIG. 2 is a view illustrating a method of manufacturing an R-plane portion such as a hemispherical portion in a method of manufacturing a microlens mold according to the present invention.
【図３】本発明の第１実施例のマイクロレンズ用金型を
用いたマイクロレンズの作製方法を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a microlens using the microlens mold according to the first embodiment of the present invention.
【図４】本発明のマイクロレンズ用金型の作製方法の第
２実施例を説明する断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a second embodiment of the method for manufacturing a microlens mold according to the present invention.
【図５】本発明の第２実施例のマイクロレンズ用金型を
用いたマイクロレンズの作製方法を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a microlens using a microlens mold according to a second embodiment of the present invention.
１、３１ 基板 ２、３２ マスク層 ３、３３ 開口部 ４ 陰極 ５ 陽極板 ６ 半球部 ６’ 二酸化シリコン部 ７、３７ 半球状凹部 ８、３８ 平滑化層 ９、３９ マイクロレンズ用金型 １０、４０ 樹脂 １１、４１ 支持基板 １２、４２ マイクロレンズアレイ ２０ 溶液 ２１ 電源 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 31 Substrate 2, 32 Mask layer 3, 33 Opening 4 Cathode 5 Anode plate 6 Hemisphere 6 'Silicon dioxide 7, 37 Hemisphere recess 8, 38 Smoothing layer 9, 39 Micro lens mold 10, 40 Resins 11, 41 Support substrate 12, 42 Microlens array 20 Solution 21 Power supply
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 手島 隆行 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 4F202 AA44 AJ06 AJ09 CD01 CD24 CK89 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Takayuki Teshima 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo F-term in Canon Inc. (reference) 4F202 AA44 AJ06 AJ09 CD01 CD24 CK89
Claims (12)
て、 （１）導電性の基板表面にマスク層を形成する工程、 （２）前記マスク層に開口部を形成する工程、 （３）溶液中に陰極を設け、前記基板の表面を前記開口
部を通して該溶液に晒し、前記基板側を陽極にして、陰
極と陽極との間に電界をかけて前記開口部より前記基板
を加工し、前記開口部を中心とする半球状或は半円筒形
状凹部を形成する工程、 の少なくとも（１）〜（３）の工程を有することを特徴
とするマイクロレンズ用金型の作製方法。1. A method for manufacturing a microlens mold, comprising: (1) a step of forming a mask layer on the surface of a conductive substrate; (2) a step of forming an opening in the mask layer; Providing a cathode in the solution, exposing the surface of the substrate to the solution through the opening, making the substrate side an anode, processing the substrate from the opening by applying an electric field between the cathode and the anode, Forming a hemispherical or semi-cylindrical concave portion centered on the opening, wherein at least the steps (1) to (3) are performed.
あることを特徴とする請求項１記載のマイクロレンズ用
金型の作製方法。2. The method of manufacturing a microlens mold according to claim 1, wherein the processing in the step (3) is electrolytic etching.
あることを特徴とする請求項２記載のマイクロレンズ用
金型の作製方法。3. The method according to claim 2, wherein the substrate is a substrate mainly composed of silicon.
これにより前記開口部を中心とする性質の変化した半球
部或は半円筒形部を基板中に形成し、その後、該半球部
或は半円筒形部を選択的にエッチング除去することを特
徴とする請求項１記載のマイクロレンズ用金型の作製方
法。4. The process of the step (3) is anodization.
Thereby, a hemispherical portion or a semicylindrical portion having a property changed around the opening is formed in the substrate, and thereafter, the hemispherical portion or the semicylindrical portion is selectively etched away. The method for producing a mold for a microlens according to claim 1.
とする基板であることを特徴とする請求項４記載のマイ
クロレンズ用金型の作製方法。5. The method according to claim 4, wherein the substrate in the step (1) is a substrate containing silicon as a main material.
が多孔質シリコン部であることを特徴とする請求項５記
載のマイクロレンズ用金型の作製方法。6. The method of manufacturing a mold for a microlens according to claim 5, wherein the hemispherical portion or the semicylindrical portion having the changed properties is a porous silicon portion.
円筒形部を熱酸化して二酸化シリコン部にした後に該半
球部或は半円筒形部を選択的にエッチング除去すること
を特徴とする請求項６記載のマイクロレンズ用金型の作
製方法。7. The method according to claim 1, wherein said hemispherical portion or semicylindrical portion made of porous silicon is thermally oxidized to silicon dioxide portion, and then said hemispherical portion or semicylindrical portion is selectively removed by etching. The method for producing a microlens mold according to claim 6.
ることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載のマ
イクロレンズ用金型の作製方法。8. The method of manufacturing a microlens mold according to claim 1, wherein said opening has a circular or slit shape.
とを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載のに記載
のマイクロレンズ用金型の作製方法。9. The method according to claim 1, wherein the mask layer is made of a photoresist.
特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載のマイクロレ
ンズ用金型の作製方法。10. The method according to claim 1, wherein a plurality of the openings are formed.
より作製したマイクロレンズ用金型上にレンズ材料を塗
布し、前記金型より前記レンズ材料を剥離し形成するこ
とを特徴とするマイクロレンズの作製方法。11. A method of applying a lens material to a microlens mold prepared by the method according to claim 1, and peeling the lens material from the mold to form the lens material. How to make micro lenses.
する請求項１１記載のマイクロレンズの作製方法。12. The method according to claim 11, wherein the lens material is made of a resin.
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