JP2001255405A

JP2001255405A - マイクロ構造体アレイ、及びその作製方法

Info

Publication number: JP2001255405A
Application number: JP2000069570A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ushijima; 隆志牛島; Takayuki Tejima; 隆行手島; Yasuhiro Shimada; 康弘島田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-03-14
Filing date: 2000-03-14
Publication date: 2001-09-21

Abstract

(57)【要約】【課題】面内分布が低減され、作製が容易で、安価なマ
イクロ構造体アレイ、及びその作製方法である。【解決手段】マイクロ構造体アレイの作製方法では、基
板５の導電性部分６、９上に絶縁性マスク層７を形成
し、マスク層７に複数の開口部８を形成して導電性部分
６を開口部８において露出し、複数の開口部８の領域を
実質的に囲む様に補助電極部９を形成し、電気メッキ或
は電着を行なうことにより開口部８、マスク層７及び補
助電極部９に電気メッキ層１５或は電着層を形成し、電
気メッキ層１５或は電着層上に無電解メッキにて無電解
メッキ層１６を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光エレクトロニク
ス分野等で使用されるマイクロレンズアレイを作製する
ためのマイクロレンズアレイ用金型又は金型マスター等
のマイクロ構造体アレイ（本明細書において、金型は金
型マスターを含んだ広い意味で主に用いる）、その作製
方法等に関するものである。

【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の微小な略半球状の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
クロレンズへの要求が高まっている。

【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。この
様なマイクロレンズでは、レンズ面に入射する光の利用
効率が高い高集光率のマイクロレンズが望まれている。

【０００４】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。

【０００５】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への要求がある。以上
の様な状況において、従来、イオン交換法（Ｍ．Ｏｉ
ｋａｗａ，ｅｔａｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．２０（４）Ｌ５１−５４，１９
８１）を用いて多成分ガラスからなる基板上の複数の箇
所を高屈折率化して、複数のレンズを形成する様にした
マイクロレンズアレイの作製方法が知られている。しか
しながら、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があっ
た。また、この方法は、金型を用いた方法に比べて、割
高となる。

【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アルカリイオンフリー
を前提とする半導体をベースとする素子との適合性が悪
い。さらに、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と大きく異なる為に、
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、これによりガラスが反り、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との接
着・接合が困難となっている。

【０００７】他の方法としては、レジストリフロー法
（Ｄ．Ｄａｌｙ，ｅｔａｌ．，Ｐｒｏｃ．Ｍｉ
ｃｒｏｌｅｎｓＡｒｒａｙＴｅｄｄｉｎｇｔｏ
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ており、単―
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。また、隣接するレンズ同士がリフローに
より接触すると表面張力により所望のレンズ形状を保つ
ことができなくなる。すなわち、隣接するレンズを接触
させレンズ間の光未使用領域を小さくし高集光率化する
ことが困難である。

【０００８】また、数１０〜数１００μｍ程度のレンズ
径を得ようとすると、リフローにより球面化するに十分
な厚みの樹脂を塗布することになるが、所望の光学特性
（屈折率、高光透過率など）を有する樹脂材料を均―に
厚く塗布することが困難である。すなわち、大きな曲率
を持ちレンズ径が大きなマイクロレンズを作製すること
が難しい。

【０００９】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１−２３１６０１号公報）、金属板の一部
をエッチングし形成する方法（特開平５−３０３００９
号公報）がある。これらの方法は、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、また低コストにてマイクロレンズ
を作製することが可能である。また、イオン交換法に比
べて熱膨張係数差に伴うアライメント誤差の発生や反り
等の問題を回避できる。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、１０ｃｍ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。

【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。微小なマイク
ロレンズを形成する場合には、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。

【００１１】マイクロレンズアレイの原版を作製する他
の方法としては、電気メッキを利用する方法（特開平６
−２７３０２号公報）がある。この方法は、導電層を片
面に形成した開口部を有する絶縁性フィルムを用いて、
導電層を陰極として電解メッキを行い絶縁性フィルムの
表面にレンズの母型となる凸状物を形成するものであ
る。この方法により作製する母型は工程が簡素であり、
低コストを実現できる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、電気メッキ或
は電着では、広い面積に渡って均一厚さの金属或は電着
物質を析出させることが困難である。それは電流密度分
布が均一でないからである。特に、電極の端の部分で電
流が集中するので、電極の中心部よりも厚くメッキ或は
電着されることになる。よって、上記作製法において例
えば、図９に示すようにアレイパターンの周辺部で電流
が集中し、メッキ成長或は電着が促進され、基板１上の
電極層２の露出部及びマスク層３上に形成された半球状
構造体４のサイズの面内分布が生じる。その結果、これ
を原版として用いた場合、個々のレンズの光学特性仕様
にバラツキが生じるという問題があった。

【００１３】本発明は、上記従来技術の有する問題点に
鑑みなされたものであり、その目的は、（１）面内分布
（各構造体のうち、最大サイズと最小サイズの差を最小
サイズで割ったもの）が低減され、（２）作製が容易
で、（３）安価なマイクロレンズアレイ用金型等のマイ
クロ構造体アレイ、及びその作製方法等を提供すること
にある。

【００１４】

【課題を解決するための手段と作用】上記目的を達成す
る本発明のマイクロレンズアレイ金型等のマイクロ構造
体アレイの作製方法は、（１）少なくとも一部に導電性
部分を有する基板（導電性基板、電極層を有する基板
等）を用意する工程、（２）導電性部分上に絶縁性マス
ク層を形成する工程、（３）絶縁性マスク層に複数の適
当形状（円形、楕円、直線的ないし曲線的スリット形状
等）の開口部を形成して導電性部分を該開口部において
露出する工程、（４）複数の開口部の領域を実質的に囲
む様に補助電極部を形成する工程、（５）電気メッキ或
は電着を行なうことにより開口部、絶縁性マスク層及び
補助電極部に電気メッキ層或は電着層を形成する工程、
（６）電気メッキ層或は電着層上に無電解メッキにて無
電解メッキ層を形成する工程を有することを特徴とす
る。

【００１５】上記の基本構成に基づいて以下の如き、よ
り具体的な形態が可能である。工程（４）において、補
助電極部は前記複数の開口部の領域をほぼ連続的に囲む
様に形成すると上記電流密度分布をより柔軟に制御でき
る。

【００１６】工程（５）において、各開口部にメッキ層
或は電着層をより均一に形成する為には開口部ごとの電
流密度分布がほぼ均一になる様に制御するのがよい。

【００１７】工程（１）において、複数の開口部の下の
電極層と補助電極部となる導電性部分を絶縁性基板上に
形成しうる。この場合、複数の開口部の下の電極層と補
助電極部となる導電性部分を電気的に分離したり（後記
の実施例はこうした例である）、或は電気的に接続させ
たりして絶縁性基板上に形成しうる。後者の場合、共通
外部電源に電極をつなげればよい。

【００１８】上記工程（４）において、補助電極部を絶
縁性マスク層の一部を取り除くことにより種々のパター
ンで形成しうる。

【００１９】上記工程（４）において、補助電極部を絶
縁性マスク層上に形成することもできる。この場合、開
口部の下の電極層と補助電極部とは、別々の外部電源を
用いることで、電気的に分離される。

【００２０】また、上記工程（６）において、次亜リン
酸塩の還元剤を含む無電解メッキ液を用いうる。

【００２１】また、上記工程（６）にて形成した無電解
メッキ層上に、電気メッキ或は電着にて電気メッキ層或
は電着層を更に形成したり、或は更に無電解メッキにて
別の無電解メッキ層を形成したりしてもよい。

【００２２】上記工程（６）の後に、（７）補助電極部
上の電気メッキ層或は電着層及び無電解メッキ層（更に
は補助電極部）を除去する工程を更に加えてもよい。こ
の場合、補助電極部が絶縁性マスク層上に形成されてい
れば、工程（７）において、マスク層を除去すること
で、補助電極部、補助電極部上の電気メッキ層或は電着
層及び無電解メッキ層を除去し得る。

【００２３】上記工程（７）において、開口部上の電気
メッキ層或は電着層及び無電解メッキ層にマスク層を施
し、補助電極部、補助電極部上の電気メッキ層或は電着
層及び無電解メッキ層を電気分解により除去したり、或
はエッチング法により除去したりできる。

【００２４】上記工程（４）において、補助電極部は複
数の開口部の領域の周りに１つ或いは複数の囲み領域を
成して形成できる。この場合、補助電極部を複数の開口
部の領域の周りに１つ或いは複数のほぼ連続的な囲み領
域を成して形成できる。

【００２５】上記工程（５）において、複数の開口部の
領域への平均電流密度と補助電極部への電流密度が異な
る様に制御することで各開口部にメッキ層或は電着層を
より均一に形成できる。

【００２６】上記工程（３）において、開口部が円形形
状或は長く伸びたスリット形状であって、この場合、工
程（５）において、開口部より形成される電気メッキ層
或は電着層が半球状或は半円筒状の形状であり得る。

【００２７】また、上記目的を達成する本発明のマイク
ロレンズアレイ金型などのマイクロ構造体アレイは、導
電性部分を有する基板と、導電性部分上に形成された複
数の開口部を有する絶縁性マスク層と、複数の開口部の
領域を実質的に囲む様に形成された補助電極部と、前記
複数の開口部、補助電極部及び絶縁性マスク層上に電気
メッキ層或は電着層に続いて無電解メッキ層が夫々形成
されてなる複数のマイクロ構造体を有することを特徴と
する。この構成において、前記マイクロ構造体の底面の
サイズの面内分布が少なくとも７％以下であったり、前
記無電解メッキ層上に、電気メッキ層が更に形成されて
いたり、別の無電解メッキ層が更に形成されていたりす
る。また、前記開口部が円形形状或は長く伸びたスリッ
ト形状であり、前記マイクロ構造体は半球状或は半円筒
状の形状であったりする。

【００２８】本発明のマイクロレンズアレイ金型等のマ
イクロ構造体アレイ、その作製方法では、導電性部分を
有する基板上に設けた絶縁性マスク層に微小ないし細い
開口部を形成し、開口部領域近傍に電流密度分布を制御
する補助電極部を形成し、電気メッキ或は電着により電
気メッキ層或は電着層を形成し、更に該電気メッキ層或
は電着層に無電解メッキ層を形成するものである。開口
部アレイパターンを取り囲むように補助電極部を形成す
ることで、アレイパターン周辺部の過剰な電流はその近
傍の補助電極部に吸収され、アレイパターンの周辺部で
の過剰なメッキ成長或は電着は抑制され、面内分布が低
減された電気メッキ層或は電着層が得られる。この場
合、開口部寸法が十分に小さいと、電気メッキ層或は電
着層は等方的に成長し、より半球に近い電気メッキ層或
は電着層が開口部及びマスク層上に形成される。

【００２９】更に、前記電気メッキ層或は電着層上に無
電解メッキを行い、所望の曲率半径を有する無電解メッ
キ層を形成することで、半球体等のサイズのばらつきが
低減された電気メッキ層或は電着層と無電解メッキ層か
らなるマイクロ構造体が得られる。

【００３０】補助電極部は開口部毎のメッキ層或は電着
層が均一になるように電流密度を制御するものであれ
ば、１面或いは複数面を用いることが可能である。無電
解メッキは電流分布によるメッキ厚みの不均一化は無
く、これに伴う個々の半球体等のサイズのばらつきは生
じないことから、開口部アレイパターン内での個々の半
球体等のサイズのばらつきは、初期に形成される電気メ
ッキ層或は電着層の個々の半球体等のサイズのばらつき
が主となり、電気メッキ層或は電着層のみで所望の曲率
半径まで形成させたものと比べて、面内分布を大きく低
減できる。

【００３１】この場合、形成された無電解メッキ層上
に、更にＣｒ等を電気メッキ若しくは無電解メッキを用
いて形成することで、耐食性、耐摩耗性等を更に向上さ
せることができる。本発明は、上記半球状等のメッキ層
或は電着層の形態を利用してマイクロレンズアレイ金型
又はマイクロレンズアレイ金型マスター等のマイクロ構
造体アレイを実現するものであり、この金型を用いてモ
ールディングにより形成したマイクロレンズアレイの形
状はメッキ層或は電着層或は無電解メッキ層の形状と等
しくなる。

【００３２】上記マイクロレンズアレイ金型等のマイク
ロ構造体アレイは、電気メッキ或は電着層及び無電解メ
ッキにより基板上に直接形成できるために、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。更に、メッキ或は電着或は無電
解メッキ時間、メッキ或は電着或は無電解メッキ温度等
によりメッキ層或は電着層の大きさをその場の観察によ
り制御することができる為、この金型より作製されるマ
イクロレンズアレイは、容易且つ高精度にレンズ径を制
御できる。この場合、メッキ層或は電着層或は無電解メ
ッキ層は等方的に成長するため、曲率の大きなレンズ等
も得られる。

【００３３】図１に電気メッキ装置の概略図を示す。開
口部を形成した基板をワーク１０にしてメッキ液１２に
漬け、陽極板１１との間を外部電源１３と繋げて電流を
流し、開口部にメッキ層を形成する。この場合、開口部
の電極層と補助電極部が独立しているワークについては
新たに外部電源１４を設けることで、補助電極部の電流
値を制御することができる。ここでは、電気メッキで説
明するが、電着についてもほぼ同様である。

【００３４】金属イオンを含むメッキ液中で微小な開口
部にメッキを行うと、図８に示すようにメッキ液１２中
の金属イオンが電極露出部に集中し、金属イオンの析出
が成長方向としては等方的に進行し、半球状等の構造体
１５が形成される。この場合、開口部の寸法が陽極板１
１に比べて小さく、また金属イオンがメッキ液１２中に
一様に溶解していれば、メッキ層の成長が等方的とな
る。典型的には、作製する各マイクロレンズとしては数
μｍから数１００μｍの範囲であり、開口部の大きさは
所望のマイクロレンズの径よりも小さくする必要があ
る。この場合、半球状構造体の形状が真半球に近づく為
には、開口部の寸法は半球状構造体の直径に対して小さ
い程好ましい。

【００３５】電気メッキの場合、半球状等の構造体はメ
ッキ液中の金属イオンが電気化学反応により析出するこ
とにより形成される。電気メッキではメッキ時の電流値
もしくは電圧値、メッキ時間、メッキ温度等を制御して
メッキ層の厚さを容易に制御することが可能である。主
なメッキの金属としては単金属ではＮｉ，Ａｕ，Ｐｔ，
Ｃｒ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｚｎ等、合金ではＣｕ−Ｚｎ，Ｓｎ
−Ｃｏ，Ｎｉ−Ｆｅ，Ｚｎ−Ｎｉ等があるが、他の電気
メッキ可能な材料であれば用いることは可能である。特
に、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕは光沢メッキが容易にできる点
で、マイクロレンズアレイ金型のメッキ材料として好ま
しい。

【００３６】無電解メッキでは、図７に示す様な装置を
用い、メッキ時間、メッキ温度等を制御してメッキ層の
厚さを容易に制御することが可能である。無電解メッキ
の種類ではＮｉ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｃｏ等、合金ではＣｏ−
Ｆｅ，Ｃｏ−Ｗ，Ｎｉ−Ｃｏ，Ｎｉ−Ｆｅ，Ｎｉ−Ｗ等
がある。還元剤としては、次亜リン酸ナトリウム、次亜
リン酸カリウム、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ
素カリウム、ヒドラジン、ホルマリン、酒石酸等があ
る。なお、ここで還元剤として次亜リン酸ナトリウム、
次亜リン酸カリウムを用いると、形成される無電解メッ
キ層はリンを含有するようになり、これにより耐蝕性、
耐摩耗性等が向上する。

【００３７】マイクロ構造体全体に対する無電解メッキ
層の厚みの比率が増えるに従い、半球状等のマイクロ構
造体の直径乃至サイズのばらつきは低減できる。電気メ
ッキ層或は電着層に対する無電解メッキ層の膜厚の比が
大きければ大きいほど良く、好ましくは略１／２以上で
あれば有効性が容易に認められる。

【００３８】このようにして成長するメッキ層或は電着
層は、メッキ或は電着時の電流値もしくは電圧値、時
間、温度を制御して大きさを容易に制御することが可能
であるため作業の制御性が良い。また、初期電気メッキ
或は電着の後の無電解メッキを所望の大きさの直前で止
め、その上に更に耐蝕性や硬度の高いメッキ材料にて所
望の大きさまでメッキ層を成長させれば、耐蝕性や硬度
の高いマイクロレンズアレイ用金型等を形成することが
できる。

【００３９】このマイクロレンズアレイ金型よりマイク
ロレンズを作製する工程の概略を以下に説明する。ま
ず、マイクロレンズ金型として用いる場合の一例を説明
する。このマイクロレンズ金型は凸型となっている。前
述した工程で得られたマイクロレンズ金型上に、紫外線
硬化型の樹脂を塗布し、次いでガラスを該樹脂の上に載
せ、ガラス側から紫外線を照射し樹脂を硬化する。硬化
後にガラスと樹脂を金型から剥離することで、ガラス上
にメッキ層或は電着層或は無電解メッキ層の形状を反転
した樹脂及びガラスからなる凹型のマイクロレンズが形
成される。更に、この凹型のマイクロレンズ上に前記樹
脂より高屈折率の樹脂を塗布し、該樹脂を硬化し平坦化
することによりマイクロレンズが作製できる。このよう
な方法を用いれば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、支持基板の材料に対する制限が少
なくなる。紫外線硬化型の樹脂を用いたマイクロレンズ
の作製例を示したが、従来の熱可塑性の樹脂を用いて金
型を加熱しスタンプする、あるいは金型上に熱硬化樹脂
を塗布し加熱して樹脂を硬化する、あるいは電子線硬化
樹脂に電子線照射し硬化することで凹型マイクロレンズ
を作製してもよい。

【００４０】次に、前述した工程で得られたメッキ層或
は電着層を形成した基板をマイクロレンズ金型マスター
として用い、マイクロレンズを作製する場合の一例を説
明する。マイクロレンズ金型マスターに、金型をメッキ
或は電着形成する為の金型用電極を形成し、該金型用電
極上にマイクロレンズ金型マスターの作製に使用したと
は異なるメッキ或は電着材料をメッキ或は電着しマイク
ロレンズ金型を形成する。ついで、マイクロレンズ金型
をマイクロレンズ金型マスターから剥離することで凹型
のマイクロレンズ金型が作製される。この凹型のマイク
ロレンズ金型を用いたマイクロレンズの作製工程の一例
は次の通りである。紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂、電子
線硬化樹脂等を塗布し、夫々の樹脂に紫外線、熱、電子
線等を当てて硬化し、金型と該樹脂等を剥離することで
凸型マイクロレンズを作製する。熱可塑性樹脂を用い
て、金型を加熱しスタンプすることで凸型のマイクロレ
ンズを作製することも可能である。

【００４１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。

【００４２】（実施例１）本実施例は、マイクロレンズ
アレイ金型などのマイクロ構造体アレイ金型、及びその
作製方法に係る。図３の作製工程図を用いて本実施例を
説明する。

【００４３】先ず、酸化ガスを用いて熱酸化し、両面に
１μｍ厚の二酸化シリコン膜が形成された縦１．５イン
チ（３８．１ｍｍ）×横１インチ（２５．．４ｍｍ）の
シリコンウエハを基板５として用意する。このウエハに
薄膜形成法の１つであるスパッタリング法によりＮｉを
２００ｎｍ成膜する。

【００４４】次に、電極層として、縦１７．５ｍｍ×横
１７．５ｍｍ角と外部電源と接続する為の取り出し線の
部分、その０．５ｍｍ外側すべてのＮｉ部分にマスク層
を形成し、それ以外の部分のＮｉをエッチング法で除去
する。これにより、図２に示すような独立する２つの電
極層６、９を形成する。

【００４５】この様に、絶縁性基板５上に導電性薄膜
を、スパッタリング法、抵抗加熱法、電子ビーム蒸着法
等の薄膜形成方法を用いて成膜し、フォトリソグラフィ
プロセスとエッチングにより前記導電性薄膜をパターニ
ングし、図２に示すような電極パターンを形成する。

【００４６】次に、フォトリソグラフィプロセスにより
フォトレジストを塗布、露光、現像し、図４に示すよう
な開口部８及び補助電極部９を有する有機系マスク層７
を形成する（図３（ａ）参照）。開口部８は円形をして
おり、その直径は５μｍである。開口部８は７００×７
００のマトリックス状に２５μｍ間隔で配置されてい
る。補助電極部９は、マトリックス状開口部群の１ｍｍ
外周を２００μｍ幅で実質的に連続的に囲むように設け
られている。

【００４７】この様に、微小な開口部を形成することが
可能な半導体フォトリソグラフィープロセスとエッチン
グを用いて、開口部８を有する絶縁性マスク層７を形成
する。この場合、絶縁性マスク層７としては、後の電気
メッキに対して絶縁性を有することが必要であり、電極
層とメッキ液との絶縁を保つ。従って、マスク層は絶縁
性を有する材料であればよく、無機絶縁体、有機絶縁体
の何れも使用できる。また、絶縁性マスク層７は、後の
無電解メッキ時に電気メッキ時に形成されたメッキ層材
料に対して、無電解メッキ層が形成されにくい材料が好
ましい（図３（ｃ）に示すように無電解メッキ層１６が
形成される為に）。絶縁性マスク層としてフォトレジス
トを用いるとエッチングの工程を省略できる。

【００４８】このウエハをワーク１０として用いて、電
極層６、９を陰極として、硫酸ニッケルと塩化ニッケル
とほう酸及び光沢剤からなるＮｉメッキ浴を用いて、浴
温５０℃、初期陰極電流密度４０Ａ／ｄｍ^２でＮｉ電気
メッキを１０秒間行なう（図１参照）。これにより、開
口部８内に電気メッキ層１５を析出させ、アレイ中心に
位置する半球体の直径が６μｍとなるまで電気メッキ層
１５を析出させる（図３（ｂ）参照）。メッキ層１５は
マスク層７上にも広がり図８に示すような半球状構造体
のメッキ層１５が形成される。

【００４９】図１に電気メッキ装置を示す。補助電極部
９は開口部８の導電層６に対して独立であるので、補助
電極部９の電流値の制御が可能であり、電流密度分布を
柔軟に制御し易い。

【００５０】その後、次亜リン酸塩の還元剤を含む無電
解Ｎｉメッキ液（Ｓ−７８０、日本カニゼン社製）１８
を用いて浴温９０℃で無電解Ｎｉメッキを行い（図７参
照）、所望のサイズの無電解メッキ層１６を形成する
（図４（ｃ）参照）。この無電解メッキにより形成され
たＮｉメッキ層１６はリンの含有されたメッキ層であ
る。

【００５１】この様に、無電解メッキを用いて先に電気
メッキにて形成した半球形状の電気メッキ層１５の上
に、所望の曲率が得られるまで無電解メッキ層１６を成
長させる。無電解メッキでは、電流分布によるメッキ層
の厚さの不均一化は生じない為、最終的に得られる半球
状構造体の直径ばらつきは、初期に電気メッキにより形
成される半球体の直径ばらつきのみに依存する。

【００５２】図７に無電解メッキ装置の概略図を示す。
電気メッキ層１５を形成したワークを無電解メッキ液１
８に漬け、半球状に形成された電気メッキ層１５を無電
解メッキにて更に成長させる。無電解メッキの析出機構
は、電流を必要としない金属塩の酸化・還元反応であ
り、メッキ層はアレイ面内で均一に成長する。所望の形
状となった時点で無電解メッキ液１８からワーク１０を
取り出し水洗することにより、所望の形状の半球状構造
体を得ることができる。

【００５３】次に、開口部８上に形成されたメッキ層１
５、１６のみを無機系マスク層１７で被覆し、補助電極
部９及び補助電極部９上のメッキ層１５、１６（マスク
層７も含んで）をエッチング法で除去する（図３
（ｄ）、（ｅ）参照）。この場合、補助電極部９にメッ
キ層と同様の材料を用いることで、補助電極部を補助電
極部上のメッキ層１５、１６と同時に除去することが可
能である。

【００５４】最後に、開口部８上の無機系マスク層７を
除去することでマイクロレンズアレイ金型などのマイク
ロ構造体アレイ金型を得ることができる（図３（ｆ）参
照）。

【００５５】アレイ中心に位置するメッキ層１５、１６
の底面の直径を測定したところ２１μｍで、アレイ端部
に位置するメッキ層１５、１６の底面の直径は最大２
２．５μｍであり、面内分布は約７％であった。一方、
補助電極部無しの基板に電気メッキのみを行った試料
は、アレイ中心に位置するメッキ層の底面の直径を測定
したところ２１μｍであり、アレイ端部に位置するメッ
キ層の底面の直径は最大３３μｍであり、面内分布は約
５７％であった。この様に、このプロセスでは、マイク
ロレンズアレイ金型等の面内分布を約７％まで低減する
ことができた。このことより、補助電極部を形成した基
板を用いて、電気メッキと無電解メッキを用いること
で、面内分布の低減された光沢性の高いマイクロレンズ
アレイ金型等を得ることができた。

【００５６】（実施例２）本実施例はマイクロレンズア
レイ金型、及びその作製方法に係る。図５の作製工程図
を用いて本実施例を説明する。

【００５７】先ず、酸化ガスを用いて熱酸化し、両面に
１μｍ厚の二酸化シリコン膜が形成された縦１．５イン
チ×横１インチのシリコンウエハを基板５として用い
る。このウエハに薄膜形成法の１つであるスパッタリン
グ法によりＮｉを２００ｎｍ成膜する。

【００５８】次に、電極層として、縦１７．５ｍｍ×横
１７．５ｍｍ角と外部電源と接続する為の取り出し線の
部分、その０．５ｍｍ外側すべてのＮｉ部分にマスク層
を形成し、それ以外の部分のＮｉをエッチング法で除去
することで、図２に示すような独立する２つの電極層
５、６を形成する。

【００５９】次に、フォトリソグラフィプロセスにより
フォトレジストを塗布、露光、現像し、図６に示すよう
な開口部２０及び補助電極部９を有する有機系マスク層
１９を形成する。開口部２０は円形をしており、その直
径は５μｍである。開口部２０は７００×７００のマト
リックス状に２５μｍ間隔で配置されている。補助電極
部９は、マトリックス状の開口部群の１ｍｍ外周を２０
０μｍ幅で囲んでおり、更に、その１ｍｍ外周に１００
μｍ幅の補助電極部９を設ける。

【００６０】このウエハをワーク１０として用いて、電
極層６、９を陰極として、硫酸ニッケルと塩化ニッケル
とほう酸及び光沢剤からなるＮｉメッキ浴を用いて、浴
温５０℃、初期陰極電流密度４０Ａ／ｄｍ^２でＮｉ電気
メッキを１０秒間行なう。こうして、開口部２０内に電
気メッキ層２１を析出させ、アレイ中心に位置する半球
体の直径が６μｍとなるまで電気メッキ層２１を析出さ
せる。メッキ層２１はマスク層１９上にも広がり図５
（ｂ）に示すような半球状構造体のメッキ層２１が形成
される。

【００６１】その後、次亜リン酸塩の還元剤を含む無電
解Ｎｉメッキ液（Ｓ−７８０）を用いて、浴温９０℃で
無電解Ｎｉメッキを行い、所望のサイズの無電解メッキ
層２２を形成する（図５（ｃ）参照）。この無電解メッ
キにより形成されたＮｉメッキ層２２はリンの含有され
たメッキ層である。

【００６２】次に、開口部２０上に形成されたメッキ層
２１、２２のみを無機系マスク層２３で被覆し、補助電
極部９及び補助電極部上のメッキ層２１、２２（もちろ
んマスク層１９も）をエッチング法で除去する。最後
に、開口部２０上の無機系マスク層２３を除去すること
でマイクロレンズアレイ金型などを得ることができる。

【００６３】アレイ中心に位置するメッキ層２１、２２
の底面の直径を測定したところ２１μｍで、アレイ端部
に位置するメッキ層２１、２２の底面の直径は最大２２
μｍであり、面内分布は約５％であった。一方、補助電
極部無しの基板に電気メッキのみを行った試料は、アレ
イ中心に位置するメッキ層の底面の直径を測定したとこ
ろ２１μｍであり、アレイ端部に位置するメッキ層の底
面の直径は最大３３μｍであり、面内分布は約５７％で
あった。このプロセスにより、マイクロレンズアレイ金
型等の面内分布を約５％まで低減することができた。

【００６４】このことより、多重に開口部群を囲んだ補
助電極部９を形成した基板を用いて、電気メッキと無電
解メッキを用いることで、面内分布の大きく低減された
光沢性の高いマイクロレンズアレイ金型等を得ることが
できた。

【００６５】（実施例３）本実施例は、マイクロレンズ
アレイ金型、及びその作製方法に係る。図５の作製工程
図を用いて本実施例を説明する。

【００６６】補助電極部９を設けるまでは実施例２と同
じである。

【００６７】このウエハをワーク１０として用いて、電
極層６、９を陰極として、硫酸銅と硫酸と塩酸及び光沢
剤からなるＣｕメッキ浴を用いて、浴温５５℃、初期陰
極電流密度４Ａ／ｄｍ^２でＣｕ電気メッキを１０秒間行
なう。これにより、開口部２０内に電気メッキ層２１を
析出させ、アレイ中心に位置する半球体の直径が６μｍ
となるまで電気メッキ層２１を析出させる。メッキ層２
１はマスク層１９上にも広がり図５（ｂ）に示すような
半球状構造体のメッキ層２１が形成される。

【００６８】その後、シアン化金カリウム、塩化アンモ
ニウム、クエン酸ナトリウム及び次亜リン酸ナトリウム
を含む無電解Ａｕメッキ液を用いて、浴温９３℃で無電
解Ａｕメッキを行い、所望のサイズの無電解メッキ層２
２を形成する（図５（ｃ）参照）。この無電解メッキに
より形成されたＡｕメッキ層２２はリンの含有されたメ
ッキ層である。

【００６９】次に、開口部２０上に形成されたメッキ層
２１、２２のみを無機系マスク層２３で被覆し、補助電
極部９及び補助電極部上のメッキ層２１、２２（マスク
層１９も勿論）をエッチング法で除去する。最後に、開
口部２０上の無機系マスク層２３を除去することで、マ
イクロレンズアレイ金型等を得ることができる。

【００７０】アレイ中心に位置するメッキ層２１、２２
の底面の直径を測定したところ２１μｍで、アレイ端部
に位置するメッキ層２１、２２の底面の直径は最大２２
μｍであり、面内分布は約５％であった。一方、補助電
極部無しの基板に電気メッキのみを行った試料は、アレ
イ中心に位置するメッキ層の底面の直径を測定したとこ
ろ２１μｍであり、アレイ端部に位置するメッキ層の底
面の直径は最大３３μｍであり、面内分布は約５７％で
あった。Ｃｕメッキ及び無電解Ａｕメッキ液を用いる以
上のプロセスでも、マイクロレンズアレイ金型等の面内
分布を約５％まで低減することができた。

【００７１】（実施例４）本実施例はマイクロレンズア
レイ金型、及びその作製方法に係る。図５の作製工程図
を用いて本実施例を説明する。

【００７２】本実施例では、実施例２の図５（ｃ）の段
階で実現された構造を金型として用いる。

【００７３】この構造のアレイ中心に位置するメッキ層
２１、２２の底面の直径を測定したところ２１μｍで、
アレイ端部に位置するメッキ層２１、２２の底面の直径
は最大２２μｍであり、面内分布は約５％であった。こ
のマイクロレンズアレイ金型を用いて、マイクロレンズ
を作製した場合、紫外線硬化樹脂は補助電極部９のメッ
キ層２１、２２で塞き止められたため、少量の紫外線硬
化樹脂でマイクロレンズを作製することが出来た。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、電極
層上に設けたマスク層に形成した微小或は細い開口部か
らメッキ層或は電着層を成長させ半球状等の構造体を形
成する際、電流密度分布を制御する補助電極部を開口部
アレイパターン周辺に形成することで、アレイパターン
周辺部での過剰な電流はその近傍の補助電極部に吸収さ
れ、アレイパターンの周辺部での過剰なメッキ或は電着
成長は抑制され、面内分布が低減された電気メッキ層或
は電着層が得られる。

【００７５】更に、半球形状等が得られた後のメッキ層
或は電着層を無電解メッキを用いて所望のサイズまで成
長させることで、更に面内分布が低減されたマイクロ構
造体(アレイ)が得られた。

【００７６】この半球状等の構造体を金型マスターとし
て金型材料を金型マスター上に形成し、剥離することで
金型を作製できるため、低コスト且つ容易な金型の作製
及び大判化が可能である。また、この金型より作製され
るマイクロレンズアレイは金型マスターと同一形状のも
のを得ることができ、１つの金型より、少なくとも１０
００枚以上のマイクロレンズアレイの作製が可能であ
る。その為、再現性良く大量生産が可能である。また、
補助電極部の層を除去しないものをマイクロレンズアレ
イ金型等として用いた場合、紫外線硬化樹脂等は補助電
極部で塞き止められ、少量の紫外線硬化樹脂等でマイク
ロレンズ等の作製が可能となるので、更に低コストにマ
イクロレンズ等の作製が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いた電気メッキ装置の概略図であ
る。

【図２】本発明の実施例に用いた金型用電極基板の構成
図である。

【図３】本発明の実施例に用いた金型用電極基板の構成
とマイクロレンズアレイ金型等の作製方法を示す断面図
である。

【図４】本発明の実施例に用いた開口部を持つマスク層
を有する金型用電極基板の例の模式図である。

【図５】本発明の実施例に用いた金型用電極基板の構成
とマイクロレンズアレイ金型等の他の作製方法を示す断
面図である。

【図６】本発明の他の実施例に用いた開口部を持つマス
ク層を有する金型用電極基板の模式図である。

【図７】本発明に用いた無電解メッキ装置の概略図であ
る。

【図８】本発明の電気メッキによる半球状構造体の作製
原理を説明する図である。

【図９】従来工程で作製されるマイクロレンズアレイ金
型の断面図及び上面図である。

【符号の説明】

１、５基板２、６電極層３、７、１９絶縁性マスク層４半球状構造体８、２０開口部９補助電極部１０ワーク１１陽極板１２金属イオンを含む電気メッキ液１３第１外部電源１４第２外部電源１５、２１電気メッキ層（電着層）１６、２２無電解メッキ層１７、２３半球状構造体保護マスク層１８金属イオンを含む無電解メッキ液

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２５Ｄ 1/00 ３６１Ｃ２５Ｄ 1/00 ３６１ 5/02 5/02 Ｅ 7/00 7/00 Ｆ 17/10 17/10 Ｂ (72)発明者島田康弘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） 4K022 AA02 AA31 AA41 BA03 BA06 BA08 BA09 BA14 BA24 BA31 BA32 BA35 BA36 DA01 DB02 DB03 DB05 DB06 DB07 4K024 AA02 AA03 AA05 AA09 AA10 AA11 AA12 AA15 AA19 AB02 AB03 AB04 AB08 AB19 BA01 BB07 BC10 CB08 CB21 CB26 FA05 4K044 AA01 AB10 BB02 BB03 BB04 BB05 BB10 BB14 CA15 CA18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マイクロ構造体アレイの作製方法であっ
て、（１）導電性部分を有する基板を用意する工程、
（２）導電性部分上に絶縁性マスク層を形成する工程、
（３）絶縁性マスク層に複数の開口部を形成して導電性
部分を該開口部において露出する工程、（４）複数の開
口部の領域を実質的に囲む様に補助電極部を形成する工
程、（５）電気メッキ或は電着を行なうことにより開口
部、絶縁性マスク層及び補助電極部に電気メッキ層或は
電着層を形成する工程、（６）電気メッキ層或は電着層
上に無電解メッキにて無電解メッキ層を形成する工程を
有することを特徴とするマイクロ構造体アレイの作製方
法。
【請求項２】工程（４）において、前記複数の開口部の
領域をほぼ連続的に囲む様に補助電極部を形成する請求
項１に記載のマイクロ構造体アレイの作製方法。
【請求項３】工程（５）において、前記複数の開口部の
電流密度分布がほぼ均一になる様に制御する請求項１又
は２に記載のマイクロ構造体アレイの作製方法。
【請求項４】工程（１）において、複数の開口部の下の
電極層と補助電極部となる導電性部分を絶縁性基板上に
形成する請求項１乃至３の何れかに記載のマイクロ構造
体アレイの作製方法。
【請求項５】工程（１）において、複数の開口部の下の
電極層と補助電極部となる導電性部分を電気的に分離し
て絶縁性基板上に形成する請求項４に記載のマイクロ構
造体アレイの作製方法。
【請求項６】工程（１）において、複数の開口部の下の
電極層と補助電極部となる導電性部分を電気的に接続さ
せて絶縁性基板上に形成する請求項４に記載のマイクロ
構造体アレイの作製方法。
【請求項７】工程（４）において、補助電極部を絶縁性
マスク層の一部を取り除くことにより形成する請求項５
又は６に記載のマイクロ構造体アレイの作製方法。
【請求項８】工程（４）において、補助電極部を絶縁性
マスク層上に形成する請求項１乃至３の何れかに記載の
マイクロ構造体アレイの作製方法。
【請求項９】工程（６）において、次亜リン酸塩の還元
剤を含む無電解メッキ液を用いる請求項１乃至８の何れ
かに記載のマイクロ構造体アレイの作製方法。
【請求項１０】工程（６）にて形成した無電解メッキ層
上に、電気メッキにて電気メッキ層を更に形成する請求
項１乃至９の何れかに記載のマイクロ構造体アレイの作
製方法。
【請求項１１】工程（６）にて形成した無電解メッキ層
上に、更に無電解メッキにて別の無電解メッキ層を形成
する請求項１乃至９の何れかに記載のマイクロ構造体ア
レイの作製方法。
【請求項１２】工程（６）の後に、（７）電気メッキ層
或は電着層及び無電解メッキ層を形成した後に補助電極
部上の電気メッキ層或は電着層及び無電解メッキ層を除
去する工程を更に有する請求項１乃至１１の何れかに記
載のマイクロ構造体アレイの作製方法。
【請求項１３】工程（７）において、マスク層を除去す
ることで、補助電極部、補助電極部上の電気メッキ層或
は電着層及び無電解メッキ層を除去する請求項１２に記
載のマイクロ構造体アレイの作製方法。
【請求項１４】工程（７）において、開口部上の電気メ
ッキ層或は電着層及び無電解メッキ層にマスク層を施
し、補助電極部、補助電極部上の電気メッキ層或は電着
層及び無電解メッキ層を電気分解により除去する請求項
１２に記載のマイクロ構造体アレイの作製方法。
【請求項１５】工程（７）において、開口部上の電気メ
ッキ層或は電着層及び無電解メッキ層にマスクを施し、
補助電極部、補助電極部上の電気メッキ層或は電着層及
び無電解メッキ層をエッチング法により除去する請求項
１２に記載のマイクロ構造体アレイの作製方法。
【請求項１６】工程（４）において、補助電極部を複数
の開口部の領域の周りに１つ或いは複数の囲み領域を成
して形成する請求項１乃至１５の何れかに記載のマイク
ロ構造体アレイの作製方法。
【請求項１７】工程（４）において、補助電極部を複数
の開口部の領域の周りに１つ或いは複数のほぼ連続的な
囲み領域を成して形成する請求項１６に記載のマイクロ
構造体アレイの作製方法。
【請求項１８】工程（５）において、複数の開口部の領
域への平均電流密度と補助電極部への電流密度が異なる
様に制御する請求項１乃至１７の何れかに記載のマイク
ロ構造体アレイの作製方法。
【請求項１９】工程（３）において、開口部が円形形状
或は長く伸びたスリット形状である請求項１乃至１８の
何れかに記載のマイクロ構造体アレイの作製方法。
【請求項２０】工程（５）において、開口部より形成さ
れる電気メッキ層或は電着層が半球状或は半円筒状の形
状である請求項１９に記載のマイクロ構造体アレイの作
製方法。
【請求項２１】マイクロ構造体アレイはマイクロレンズ
アレイ金型などのマイクロ構造体アレイ形成用金型であ
る請求項１乃至２０の何れかに記載のマイクロ構造体ア
レイの作製方法。
【請求項２２】導電性部分を有する基板と、導電性部分
上に形成された複数の開口部を有する絶縁性マスク層
と、複数の開口部の領域を実質的に囲む様に形成された
補助電極部と、前記複数の開口部、補助電極部及び絶縁
性マスク層上に電気メッキ層或は電着層に続いて無電解
メッキ層が夫々形成されてなる複数のマイクロ構造体を
有することを特徴とするマイクロ構造体アレイ。
【請求項２３】マイクロ構造体アレイはマイクロレンズ
アレイ金型などのマイクロ構造体アレイ形成用金型であ
る請求項２３に記載のマイクロ構造体アレイ。
【請求項２４】前記各々のマイクロ構造体の底面のサイ
ズの面内分布が少なくとも７％以下である請求項２２又
は２３に記載のマイクロ構造体アレイ。
【請求項２５】前記無電解メッキ層上に、電気メッキ層
が更に形成されている請求項２２乃至２４の何れかに記
載のマイクロ構造体アレイ。
【請求項２６】前記無電解メッキ層上に、別の無電解メ
ッキ層が更に形成されている請求項２２乃至２４の何れ
かに記載のマイクロ構造体アレイ。
【請求項２７】前記開口部が円形形状或は長く伸びたス
リット形状である請求項２２乃至２６の何れかに記載の
マイクロ構造体アレイ。
【請求項２８】前記マイクロ構造体は半球状或は半円筒
状の形状である請求項２７に記載のマイクロ構造体アレ
イ。