JP2003011131A - 金型の製造方法及び光学素子の製造方法 - Google Patents

金型の製造方法及び光学素子の製造方法

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JP2003011131A JP2001203772A JP2001203772A JP2003011131A JP 2003011131 A JP2003011131 A JP 2003011131A JP 2001203772 A JP2001203772 A JP 2001203772A JP 2001203772 A JP2001203772 A JP 2001203772A JP 2003011131 A JP2003011131 A JP 2003011131A
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専一 林
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Abstract

(57)【要約】 【課題】安価に且つ容易に金型を製作することができる
金型の製造方法を提供する。 【解決手段】パターンを施した原盤110を作製する原
盤作製工程と、原盤を所望の厚みまで電鋳し、パターン
を転写した金型103を作製する金型作製工程と、金型
の裏面106を所望の面精度まで研磨する研磨工程と、
金型を金型用の台座105に接着剤を用いて接合する接
合工程とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、金型の製造方法、
及びその金型を用いた光学素子の製造方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】例えば電鋳の金型の製造方法では、特開
平9−76245号公報に示されているように、マイク
ロレンズを成形するために用いる金型は、半球状のパタ
ーンを形成された原盤の表面に金属を電鋳することによ
って前記パターンを転写して製造されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記製
造方法では、半球状のパターンを形成された原盤の表面
に、金属を5mmの膜厚まで電鋳するので時間がかか
り、その分だけ型の作製コストが高くなる。また高価な
金型のため、長期間使用しなくてはコストに見合わない
という問題点がある。
【0004】従って、本発明は上述した課題に鑑みてな
されたものであり、その目的は、安価に且つ容易に金型
を製作することができる金型の製造方法及びその金型を
用いた光学素子の製造方法を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し、
目的を達成するために、本発明に係わる金型の製造方法
は、パターンを施した原盤を作製する原盤作製工程と、
前記原盤を所望の厚みまで電鋳し、前記パターンを転写
した金型を作製する金型作製工程と、前記金型の裏面を
所望の面精度まで研磨する研磨工程と、前記金型を金型
用の台座に接着剤を用いて接合する接合工程とを具備す
ることを特徴としている。
【0006】また、この発明に係わる金型の製造方法に
おいて、前記接着剤の厚みを調整することで前記金型の
面精度を制御することを特徴としている。
【0007】また、この発明に係わる金型の製造方法に
おいて、前記接着剤の厚みを調整することで前記金型と
前記台座の密着性を制御することを特徴としている。
【0008】また、この発明に係わる金型の製造方法に
おいて、前記原盤は、基板上にパターニングされたレジ
ストを加熱によりリフローさせることで形成することを
特徴としている。
【0009】また、この発明に係わる金型の製造方法に
おいて、前記原盤は、電気メッキによってパターンを形
成することにより作製することを特徴としている。
【0010】また、この発明に係わる金型の製造方法に
おいて、前記原盤は、レジストとエッチング法を用いた
フォトリソ工程によってパターンを形成することにより
作製することを特徴としている。
【0011】また、本発明に係わる光学素子の製造方法
は、上記の方法で作製した金型に、光透過性の樹脂を滴
下し、基板をのせて硬化させた後、前記金型より剥離す
ることを特徴としている。
【0012】また、この発明に係わる光学素子の製造方
法において、前記光学素子がマイクロレンズ素子である
ことを特徴としている。
【0013】また、この発明に係わる光学素子の製造方
法において、前記光学素子が色分解回折格子であること
を特徴としている。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて、図面を参照して詳細に説明する。
【0015】(第1の実施形態)本実施形態は、本発明
による半球状マイクロレンズ用金型の第1の様態であ
る。
【0016】図1を用いて本実施形態のマイクロレンズ
用金型の製造方法を説明する。
【0017】まず図1(a)は、ガラス基板102上に半
球状のレジストパターン101を形成した原盤110を
示す図である。この原盤110は、レジストを円筒状に
パターニングした後加熱してリフローさせ、半球状マイ
クロ構造体アレイを形成したものである。レジストの表
面にNi膜を50nmほど蒸着法で成膜しておく。
【0018】次に図1(b)では、上記の原盤110を
Niのメッキ液に投入し、厚みが1mmになるまでNi
を電鋳する。このNiを電鋳したものが金型103とな
る。原盤110から、電鋳した金型103を外し、裏面
106を面精度がNR(ニュートンリング)3本以下に
なるまで研磨する。
【0019】更に図1(c)では、ステンレスにNiメ
ッキしたもので、表面をNR0.5本以下に研磨した台
座105を用意する。台座105をホットプレートにの
せ、温度をホットメルトの接着剤104の融点を少し超
えたところで保温しておく。接着剤104は、日化精工
株式会社製のシフトワックス6507Fを用いた。この接着
剤104は、平均膜厚が25μmになる量を予め電子天
秤で計量し、厚み25μmのスぺーサー(不図示)と共
に台座に載せる。接着剤104が溶融して均一に広がっ
た後、金型103を台座105に載せる。
【0020】次に、台座105ごとホットプレートから
外し、冷却して金型103と台座105を固定する。接
着剤104の硬化後の平均膜厚を80μmとすると、密
着力は十分であるが、金型103の表面の面精度をNR
10本以上にしてしまい、接合前の3本程度と比較して
かなり悪くなっている。一方、接着剤104の硬化後の
平均膜厚を16μmとすると、金型103の表面の面精
度はNR2.5本程度で、接合前の3本程度と比較して
少し改善しているが、金型103との密着力はその膜厚
分布まで考慮すると十分でない場合もある。
【0021】金型103の面精度と金型103と台座1
05の密着性を両立する接着剤104の膜厚は25μm
であった。このように薄めの金型を用いることにより比
較的安価で、容易に早くマイクロレンズ用の金型が作製
できた。また金型の洗浄が困難になり始めたら金型を接
着剤の融点以上に加熱し汚れた金型と台座を分離し、改
めて新しい金型を接合することで、厚い電鋳の型を作り
直すことに比べて、メンテナンス・コストを低く抑える
ことができる。
【0022】(第2の実施形態)本実施形態は、本発明
による半球状マイクロレンズ用金型の第2の様態であ
る。
【0023】図2を用いて本実施形態のマイクロレンズ
用金型の製造方法及びマイクロレンズ素子の製造方法を
説明する。
【0024】まず図2(a)は、金型201にUV(紫外
線)硬化樹脂202を滴下した後、ガラス基板203を
配置し、裏面から紫外線を当てて樹脂を硬化させ、マイ
クロレンズを成形する工程の断面図である。
【0025】金型201は、次のようにして製作され
る。
【0026】まずSi(シリコン)ウェハーにレジスト
で円の開口部をアレイ状にパターニングし、Niのメッ
キ液に浸し、開口部に電気メッキあるいは電着を行い、
半球状にNiを成長させてマイクロ構造体アレイを作製
する。これを原盤として用いる。後は第1の実施形態と
同様にして比較的安価で、容易に早くマイクロレンズ用
の金型が作製できた。
【0027】続いて、ディスペンサーを用いて高屈折率
のUV硬化樹脂202を金型201に塗布し、UV硬化
樹脂202との密着性を強化するためにシランカップリ
ング処理を施してあるガラス基板203を片側からゆっ
くり接液させる。ロードセルにてガラス基板203全体
に均一に荷重をかけ、高さ20μmに位置制御を行う。
ガラス基板203に背面からUV照射装置により照度1
0mW/cmの紫外線を70秒照射し、UV硬化樹脂2
02を硬化させる。
【0028】次に図2(b)では、金型201からガラ
ス基板203とUV硬化樹脂202を外した(離型)。
【0029】次に図2(c)では、低屈折率のUV硬化
樹脂204を、成形したUV硬化樹脂202の表面に塗
布し、UV硬化樹脂204との密着性を強化するために
シランカップリング処理を施してあるガラス基板205
を片側からゆっくり接液させる。ロードセルにてガラス
基板205全体に均一に荷重をかけ、膜厚50μmに位
置制御を行う。ガラス基板205に背面からUV照射装
置により照度20mW/cmの紫外線を100秒照射
し、UV硬化樹脂204を硬化させる。2枚のガラスに
挟まれたこの接合体をマイクロレンズを含む適当な大き
さに切断し、所望の焦点距離が得られるようガラス基板
203を研磨する。このようにしてマイクロレンズ用の
金型を用いて、マイクロレンズ素子を製造することがで
きる。
【0030】(第3の実施形態)本実施形態は、本発明
による階段状の色分解回折格子用金型の第1の様態であ
る。
【0031】図3を用いて本実施形態の色分解回折格子
用金型の製造方法を、図4を用いて本実施形態の色分解
回折格子の製造方法を説明する。
【0032】まず図3(a)では、基板にSiO2を用
いてレジストをパターニングし、CF4とCHF3の混合
ガスを用いた反応性イオンエッチング法でエッチングす
る。レジストのパターニングからエッチングまでの工程
を3回繰り返すことにより3段の階段(1段の高さは
0.6μm)を形成する。これにより原盤310が得ら
れる。原盤310の表面にNi膜を50nmほど蒸着法
で成膜しておく。
【0033】次に図3(b)では、原盤310をNiの
メッキ液に投入し、厚みが1mmになるまでNiを電鋳
する。このNiを電鋳したものが金型301となる。原
盤310から、電鋳した金型301を外し、裏面306
を面精度がNR3本以下になるまで研磨する。
【0034】更に図3(c)では、ステンレスにNiメ
ッキしたもので、表面をNR0.5本以下に研磨した台
座303を用意する。常温で硬化するタイプのエポキシ
系の樹脂302を用意した。平均膜厚が40μmになる
量を予め電子天秤で計量し、厚み40μmのスぺーサー
(不図示)と共に台座303に載せる。そして、25℃
で24時間硬化させた。
【0035】接着剤302の硬化後の平均膜厚を100
μmとすると密着力は十分であるが、金型301の表面
の面精度が接合前より悪くなり、また平均膜厚が30μ
mでは密着力が十分でない。その結果、金型301の面
精度と金型301と台座303の密着性を両立する接着
剤302の膜厚は40μmであった。
【0036】このように薄めの金型を用いることにより
比較的安価で、容易に早くマイクロレンズ用の金型が作
製できた。また金型の洗浄が困難になり始めたら、金型
の接着剤302を100℃以上に加熱し、汚れた金型と
台座を分離し、改めて新しい金型を接合することで、厚
い電鋳の型を作り直すことに比べて、メンテナンス・コ
ストを低く抑えることができる。
【0037】図4(a)は、金型401(金型301と
台座303を接着したもの)にUV硬化樹脂402を滴
下した後、ガラス基板403を配置し、裏面から紫外線
を当て樹脂を硬化させ、色分解格子を成形する工程の断
面図である。前述の方法でまず金型401を作製する。
【0038】続いて、ディスペンサーを用いて高屈折率
のUV硬化樹脂402を金型401に塗布し、UV硬化
樹脂402との密着性を強化するためにシランカップリ
ング処理を施してあるガラス基板403を片側からゆっ
くり接液させる。ロードセルにてガラス基板403全体
に均一に荷重をかけ、高さ40μmに位置制御を行う。
ガラス基板403に背面からUV照射装置により照度1
0mW/cmの紫外線を70秒照射し、UV硬化樹脂4
02を硬化させる。
【0039】次に図4(b)では、金型401からガラ
ス基板403とUV硬化樹脂402を外した(離型)。
UV硬化樹脂402の表面に1層目としてTiO2膜を
0.2μm、さらにその上に2層目としてAg膜を0.
2μmいずれも蒸着法で成膜し、色分解回折格子を製造
することができた。
【0040】以上説明した様に、上記の実施形態によれ
ば、容易に早く作製でき、安価であり、金型の洗浄が困
難になり始めたら新しい金型を使用する(メンテンスの
コストダウン)などの金型製造方法、及びその金型を用
いた光学素子の製造方法を提供することができる。
【0041】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、安
価に且つ容易に金型を製作することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係わるマイクロレン
ズ用金型の製造工程を示す断面図である。
【図2】本発明の第2の実施形態に係わるマイクロレン
ズ用金型及びマイクロレンズ素子の製造工程を示す断面
図である。
【図3】本発明の第3の実施形態に係わる色分解格子用
金型の製造工程を示す断面図である。
【図4】本発明の第3の実施形態に係わる色分解格子の
製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
101 レジスト 102 ガラス基板 103 金型 104 接着剤 105 台座 201 金型 202 樹脂 203 ガラス基板 204 樹脂 205 ガラス基板 301 金型 302 接着剤 303 台座 401 金型 402 樹脂 403 ガラス基板

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パターンを施した原盤を作製する原盤作
    製工程と、 前記原盤を所望の厚みまで電鋳し、前記パターンを転写
    した金型を作製する金型作製工程と、 前記金型の裏面を所望の面精度まで研磨する研磨工程
    と、 前記金型を金型用の台座に接着剤を用いて接合する接合
    工程とを具備することを特徴とする金型の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記接着剤の厚みを調整することで前記
    金型の面精度を制御することを特徴とする請求項1に記
    載の金型の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記接着剤の厚みを調整することで前記
    金型と前記台座の密着性を制御することを特徴とする請
    求項1に記載の金型の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記原盤は、基板上にパターニングされ
    たレジストを加熱によりリフローさせることで形成する
    ことを特徴とする請求項1に記載の金型の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記原盤は、電気メッキによってパター
    ンを形成することにより作製することを特徴とする請求
    項1に記載の金型の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記原盤は、レジストとエッチング法を
    用いたフォトリソ工程によってパターンを形成すること
    により作製することを特徴とする請求項1に記載の金型
    の製造方法。
  7. 【請求項7】 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の
    方法で作製した金型に、光透過性の樹脂を滴下し、基板
    をのせて硬化させた後、前記金型より剥離することを特
    徴とする光学素子の製造方法。
  8. 【請求項8】 前記光学素子がマイクロレンズ素子であ
    ることを特徴とする請求項7に記載の光学素子の製造方
    法。
  9. 【請求項9】 前記光学素子が色分解回折格子であるこ
    とを特徴とする請求項7に記載の光学素子の製造方法。
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