JP2004226639A - Manufacturing method of microlens array - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To precisely manufacture a microlens array having convex lenses which have high protrusion heights. <P>SOLUTION: A plurality of negative resist layers are formed on a first substrate through a plated substrate film. A metal layer 14, which has recessed sections corresponding to the plurality of negative resist layers and which is made of an Ni-Fe alloy or the like, is formed in a plating process. The plated substrate layer and the plurality of the negative resist layers are removed. The back surface of the layer 14 is fixed to a second substrate 16 by an adhesive layer 18. Positive resist layers having R<SB>11</SB>or the like are formed on the recessed sections of the layer 14 through a water-soluble polymer layer 20. The substrate 16 is turned over and each positive resist layer is adhered to one of the main surfaces of a quartz substrate 22. The layer 14 and the substrate 16 are separated from the substrate 22 by dissolving the layer 20. Positive resist layers are subjected to heated reflow processing to provide a convex lens shape. The shape of the positive resist layer is transferred to the substrate 22 by an etching process to form a convex lens. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、突出高さが高い凸レンズを有するマイクロレンズアレイを製作する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、マイクロレンズアレイの製法としては、石英基板の一方の主面に所望のレンズに対応するポジレジスト層をホトリソグラフィ処理により形成した後、ポジレジスト層を下向き(重力と同じ方向)にした状態でポジレジスト層に加熱リフロー処理を施してポジレジスト層に凸レンズ形状を付与し、さらにポジレジスト層の凸レンズ形状をドライエッチング処理により石英基板の一方の主面に転写して凸レンズを形成するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平7−174903号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術によると、ポジレジスト層の厚さを例えば1.5μmとした場合、突出高さが2μm程度の凸レンズが得られている。凸レンズの突出高さを高くするには、ポジレジスト層の厚さを厚くすればよい。しかし、現在のポジレジストの性能では、パターニング可能な厚さ(解像限界の厚さ)が30μm〜40μm程度であり、これより突出高さが高い凸レンズは形成困難である。
【0005】
一方、ネガレジストは、ポジレジストに比べて厚いパターンを形成可能である。これは、ポジレジストでは露光部が現像により溶解して未露光部が残るのに対し、ネガレジストでは未露光部が現像により溶解して露光部が残るというパターン形成原理の相違に基づくものである。現在では、500μm程度の厚さを有するネガレジストパターンが形成されている。しかし、ネガレジストは、露光部が樹脂化するため、加熱リフロー処理により凸レンズ形状を付与することができない。
【0006】
この発明の目的は、突出高さが高い凸レンズを有するマイクロレンズアレイを精度良く製作できる新規なマイクロレンズアレイの製法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る第1のマイクロレンズアレイの製法は、
第1の基板の一方の主面にメッキ下地層を介して所望の凸レンズに対応するネガレジスト層をホトリソグラフィ処理により形成する工程と、
前記メッキ下地層の上に前記ネガレジスト層を覆うように金属層をメッキ処理により形成して前記金属層に前記ネガレジスト層に対応する凹部を付与する工程と、
前記メッキ下地層を除去して前記第1の基板から前記金属層を分離する工程と、
分離された前記金属層から前記ネガレジスト層を除去して前記凹部を露呈させる工程と、
前記金属層の前記凹部側とは反対側の面が第2の基板の一方の主面に対向するようにして前記金属層を該第2の基板に固定する工程と、
前記金属層の凹部に溶解性の犠牲膜を介してリフロー性の樹脂を充填して前記金属層の凹部に対応した形状を有する充填樹脂からなる樹脂層を形成する工程と、
レンズ材からなる第3の基板の一方の主面に前記樹脂層を密着させた状態で前記犠牲膜を溶解することにより前記金属層及び前記第2の基板を前記樹脂層から分離する工程と、
前記第3の基板の一方の主面において前記樹脂層に加熱リフロー処理を施して前記樹脂層に凸レンズ形状を付与する工程と、
前記樹脂層の凸レンズ形状をエッチング処理により前記第3の基板の一方の主面に転写して凸レンズを形成する工程と
を含むものである。
【0008】
第1のマイクロレンズアレイの製法によれば、所望の凸レンズに対応するネガレジスト層をマスクとするメッキ処理により金属層が形成され、この金属層にはネガレジスト層に対応する凹部が付与される。金属層からネガレジスト層を除去することにより凹部が露呈される。金属層の凹部に溶解性の犠牲膜を介してリフロー性の樹脂(例えばポジレジスト層)を充填することにより凹部に対応した形状を有する充填樹脂からなる樹脂層が形成され、この樹脂層を石英等のレンズ材基板に密着させた状態で犠牲膜を溶解することにより樹脂層から金属層が分離される。レンズ材基板において樹脂層に加熱リフロー処理を施すことにより樹脂層には凸レンズ形状が付与され、この凸レンズ形状をエッチング処理により基板表面に転写することにより凸レンズが形成される。ネガレジスト層は、50μm以上の厚さで形成可能であり、突出高さが50μm以上の凸レンズを精度良く製作可能である。
【0009】
この発明に係る第2のマイクロレンズアレイの製法は、
第1の基板の一方の主面に第1のメッキ下地層を介して所望の凸レンズに対応するネガレジスト層をホトリソグラフィ処理により形成する工程と、
前記第1のメッキ下地層の上に前記ネガレジスト層を覆うように金属層をメッキ処理により形成して前記金属層に前記ネガレジスト層に対応する凹部を付与する工程と、
前記第1のメッキ下地層を除去して前記第1の基板から前記金属層を分離する工程と、
分離された前記金属層から前記ネガレジスト層を除去して前記凹部を露呈させる工程と、
前記金属層の前記凹部側とは反対側の面が第2の基板の一方の主面に対向するようにして前記金属層を該第2の基板に固定する工程と、
前記金属層の凹部に溶解性の犠牲膜を介してリフロー性の樹脂を充填して前記金属層の凹部に対応した形状を有する充填樹脂からなる樹脂層を形成する工程と、
第3の基板の一方の主面に前記樹脂層を密着させた状態で前記犠牲膜を溶解することにより前記金属層及び前記第2の基板を前記樹脂層から分離する工程と、
前記第3の基板の一方の主面において前記樹脂層に加熱リフロー処理を施して前記樹脂層に凸レンズ形状を付与する工程と、
凸レンズ形状が付与された前記樹脂層を覆って前記第3の基板の一方の主面に第2のメッキ下地層を形成する工程と、
前記第2のメッキ下地層の上に金属をメッキすることにより前記樹脂層の凸レンズ形状に対応する球面状の凹部を有するメッキ金属製の成形型を形成する工程と、
前記第2のメッキ下地層を除去して前記成形型を前記第3の基板から分離する工程と、
分離された前記成形型を用いてレンズ材層の一方の主面に前記成形型の凹部に対応する凸レンズを形成する工程と
を含むものである。
【0010】
第2のマイクロレンズアレイの製法において、樹脂層に加熱リフロー処理を施す工程まではレンズ材基板の代りに他の基板を用いる点を除いて第1のマイクロレンズアレイの製法と同様である。加熱リフロー処理の後、凸レンズ形状が付与された樹脂層を用いるメッキ処理により凸レンズ形状に対応する球面状の凹部を有するメッキ金属製の成形型が形成され、この成形型を用いて球面状の凹部に対応する凸レンズが形成される。このような製法によれば、ネガレジスト層の厚さを50μm以上に設定することにより突出高さが50μm以上の凸レンズを精度良く量産することができる。
【0011】
第1又は第2のマイクロレンズアレイの製法において、前記ネガレジスト層を形成する工程では、前記ネガレジスト層を下部から上部に進むにつれてサイズが徐々に小さくなるように形成し、前記金属層に凹部を付与する工程では、該凹部を底部から開口端に進むにつれてサイズが徐々に大きくなるように付与してもよい。このようにすると、金属層及び第2の基板を樹脂層から分離する工程において、分離作業が容易となる。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1〜10は、この発明の一実施形態に係るマイクロレンズアレイの製法を示すものである。
【0013】
図1の工程では、石英、シリコン又はガラス等からなる第1の基板10の一方の主面にスパッタ法によりCr層及びCu層を順次形成してCu/Cr積層(Cr層にCu層を重ねた積層)12を形成する。Cu/Cr積層12は、メッキ下地層として用いられるもので、Cr層及びCu層の厚さは、それぞれ20nm及び150nmとすることができる。Cr層は、Cu層の密着性を向上させるために用いられるものである。
【0014】
図2の工程では、所望の6つの凸レンズにそれぞれ対応するネガレジスト層R〜RをCu/Cr積層12の上にホトリソグラフィ処理により形成する。R等の各ネガレジスト層は、直径が0.5mm、厚さtが70μmとなるように形成することができる。
【0015】
図3の工程では、例えばNi−Fe合金のメッキ処理によりCu/Cr積層12の上にレジスト層R〜Rを覆うようにNi−Fe合金からなる金属層14を形成する。金属層14の厚さTは、200μmとすることができる。金属層14には、レジスト層R〜Rにそれぞれ対応する凹部Q〜Qが付与される。
【0016】
図4の工程では、Cu/Cr積層12のうち少なくともCu層をエッチング処理により除去して金属層14を基板10から分離する。そして、金属層14に付着しているレジスト層R〜Rを薬液処理等により除去してレジスト層R〜Rにそれぞれ対応する凹部Q〜Qを露呈させる。この後、金属層14の凹部Q〜Q側の面とは反対側の面が石英等からなる第2の基板16の一方の主面に対向するようにして金属層14を接着層18により基板16に接着・固定する。
【0017】
図5の工程では、金属層14の凹部Q〜Q側の面に溶解性の犠牲膜としての水溶性ポリマー膜20を塗布する。ポリマー膜20は、Q等の各凹部において底面及び側壁面を覆うように形成される。
【0018】
図6の工程では、リフロー性の樹脂としてのポジレジストをポリマー膜20を介して金属層14の凹部Q〜Qに充填して凹部Q〜Qにそれぞれ対応した形状を有するポジレジスト層R11〜R16を形成する。R11等の各レジスト層は、その周囲の平面と共に平坦面をなすように形成される。
【0019】
図7の工程では、図6に示す構造体を裏返してレンズ材基板としての石英基板22の一方の主面にレジスト層R11〜R16を密着させる。
【0020】
図8の工程では、図7に示したような密着状態において水中に浸漬してポリマー膜20を溶解させることにより金属層14及び基板16をレジスト層R11〜R16から分離する。R11等の各レジスト層は、石英基板22の一方の主面に密着した状態で残される。
【0021】
図9の工程では、基板22の一方の主面においてレジスト層R11〜R16に加熱リフロー処理を施すことによりR11等の各レジスト層に凸レンズ形状を付与する。R11等の各レジスト層は、リフロー後においてリフロー前より高さが高くなり、図2の工程でレジスト厚さtを70μmとした場合には約100μmの高さとなる。
【0022】
図10の工程では、ドライエッチング処理によりレジスト層R11〜R16の凸レンズ形状を基板22の一方の主面に転写してレジスト層R11〜R16にそれぞれ対応する凸レンズL〜Lを基板22の一方の主面に形成する。ドライエッチング処理では、CHF、CF、C等のフッ素系ガスもしくはこれらの混合ガス又はこれらに酸素、アルゴン等を添加したガスを用いてエッチングを行うことができる。
【0023】
上記した製法によれば、L等の各レンズの突出高さHが100μmもあるマイクロレンズアレイが得られ、L,L等の隣り合うレンズ間のピッチPの精度としては、±0.5μm以下の高精度が得られた。
【0024】
図11は、変形例に係る金属層14’を示すもので、この金属層14’は、図4〜8の工程において前述した金属層14の代りに使用することができる。
【0025】
図11の金属層14’を得るには、図2の工程においてネガレジスト層R〜Rをいずれも下部から上部に進むにつれてサイズが徐々に小さくなるように形成すればよい。このような順テーパー状のレジスト形状を得るためには、ステッパ(縮小投影露光装置)を用いた場合、
(1)フォーカス位置をレジスト内に設定する方法、
(2)露光マスクにおいて、マスク部の透過率を徐々に変化させる(レジストの裾にいくに従って透過率を高くする)方法
のうちのいずれかの方法を用いることができる。
【0026】
図2の工程にてR等の各レジスト層を順テーパー状に形成した場合、図3のメッキ工程では、図11に示すように凹部Q11〜Q16がいずれも底部から開口端に進むにつれてサイズが徐々に大きくなるように金属層14’に付与される。このような金属層14’を用いると、図6の工程では、ポジレジスト層R11〜R16が凹部Q11〜Q16にそれぞれ対応した形状で形成され、図8の工程において、レジスト層R11〜R16から金属層14’を分離する際に分離作業が容易となる。
【0027】
図12〜15は、この発明の他の実施形態に係るマイクロレンズアレイの製法を示すものである。この製法において、図12の工程の前までの工程は、図1〜9に関して前述した工程と同様であり、同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。ただし、基板22としては、レンズ材基板に限らず、金属等の不透明基板を用いてもよい。
【0028】
図12の工程では、加熱リフロー処理により凸レンズ形状が付与されたポジレジスト層R11〜R16を覆って基板22の一方の主面にスパッタ法によりメッキ下地層としてのCu/Cr積層24を形成する。Cr層及びCu層の厚さは、それぞれ20nm及び150nmとすることができる。
【0029】
図13の工程では、例えばNi−Fe合金のメッキ処理によりCu/Cr積層24の上にNi−Fe合金製の成形型26を形成する。このときのメッキ厚さは、200μm程度とすることができる。成形型26には、レジスト層R11〜R16の凸レンズ形状にそれぞれ対応して球面状の凹部Q21〜Q26が付与される。
【0030】
図14の工程では、Cu/Cr積層24のうち少なくともCu層をエッチング処理により除去して成形型26を基板22及びレジスト層R11〜R16から分離する。この結果、成形型26の凹部Q21〜Q26が露呈される。
【0031】
図15の工程では、成形型26をガラスモード用の型の台座に固定してガラスモールド処理を行なうことによりレンズ材層としてのガラス層28の一方の主面に凹部Q21〜Q26にそれぞれ対応する凸レンズL11〜L16を形成する。そして、凸レンズL11〜L16を有するガラス層(マイクロレンズアレイ)28を成形型26から分離する。この後は、同様のガラスモールド処理を繰返すことによりマイクロレンズアレイを量産することができる。
【0032】
図12〜15に関して上記した製法によれば、L11等の各凸レンズの突出高さが100μmもあるマイクロレンズアレイが得られ、L11,L12等の隣り合うレンズ間のピッチ精度としては、±0.5μm以下の高精度が得られた。
【0033】
上記した実施形態において、レンズ配置は、一次元配置としたが、二次元配置としてもよい。また、図10又は図15の工程で得られた凸レンズ型マイクロレンズアレイを用いて凹レンズ型マイクロレンズアレイを製作してもよい。すなわち、凸レンズ型マイクロレンズアレイの凸レンズパターンをレンズ材基板上に形成した流動性がある樹脂層に凹レンズパターンとして転写した後、この樹脂層を硬化させ、樹脂層の凹レンズパターンをエッチング処理によりレンズ材基板に転写することにより凹レンズ型マイクロレンズアレイを製作してもよい。
【0034】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、ネガレジストパターンをメッキ処理によりメッキ金属層に凹部パターンとして転写すると共にメッキ金属層の凹部に溶解性の犠牲膜を介してリフロー性の樹脂層を形成し、樹脂層をレンズ材基板の一方の主面に密着させた状態で犠牲膜を溶解させて樹脂層からメッキ金属層を分離し、レンズ材基板上で加熱リフロー処理により樹脂層に凸レンズ形状を付与し、樹脂層の凸レンズ形状をレンズ材基板の一方の主面にエッチング処理により転写して凸レンズを形成するようにしたので、突出高さが高い凸レンズを有するマイクロレンズアレイを精度良く製作できる効果が得られる。
【0035】
また、レンズ材基板の代りに他の基板を用い、他の基板上で加熱リフロー処理により樹脂層に凸レンズ形状を付与した後、メッキ処理により樹脂層の凸レンズ形状を成形型に転写し、成形型を用いて凸レンズを形成するようにしたので、突出高さが高い凸レンズを有するマイクロレンズアレイを精度良く量産できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態に係るマイクロレンズアレイの製法におけるCu/Cr積層形成工程を示す断面図である。
【図2】図1の工程に続くネガレジスト層形成工程を示す断面図である。
【図3】図2の工程に続くメッキ工程を示す断面図である。
【図4】図3の工程に続く金属層分離工程、レジスト除去工程及び金属層接着工程工程を示す断面図である。
【図5】図4の工程に続く水溶性ポリマー塗布工程を示す断面図である。
【図6】図5の工程に続くポジレジスト層形成工程を示す断面図である。
【図7】図6の工程に続くポジレジスト層密着工程を示す断面図である。
【図8】図7の工程に続く水溶性ポリマー溶解工程及び金属層分離工程を示す断面図である。
【図9】図8の工程に続く加熱リフロー工程を示す断面図である。
【図10】図9の工程に続くレンズ形成工程を示す断面図である。
【図11】金属層の変形例を示す断面図である。
【図12】この発明の他の実施形態に係るマイクロレンズアレイの製法におけるCu/Cr積層形成工程を示す断面図である。
【図13】図12の工程に続くメッキ工程を示す断面図である。
【図14】図13の工程に続く成形型分離工程を示す断面図である。
【図15】図14の工程に続くガラス成形工程を示す断面図である。
【符号の説明】
10:第1の基板、12,24:Cu/Cr積層、14,14’:金属層、16:第2の基板、18:接着層、20:水溶性ポリマー膜、22:石英基板、26:成形型、28:ガラス層、R〜R:ネガレジスト層、R11〜R16:ポジレジスト層、Q〜Q,Q11〜Q16,Q21〜Q26:凹部、L〜L,L11〜L16:凸レンズ。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a microlens array having a convex lens having a high protrusion height.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a method of manufacturing a microlens array, a positive resist layer corresponding to a desired lens is formed on one main surface of a quartz substrate by photolithography, and then the positive resist layer is directed downward (in the same direction as gravity). The positive resist layer is subjected to a heat reflow treatment to give a convex lens shape to the positive resist layer, and the convex lens shape of the positive resist layer is transferred to one main surface of the quartz substrate by dry etching to form a convex lens. It is known (for example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-7-174903
[Problems to be solved by the invention]
According to the above-mentioned prior art, when the thickness of the positive resist layer is, for example, 1.5 μm, a convex lens having a protrusion height of about 2 μm is obtained. In order to increase the projection height of the convex lens, the thickness of the positive resist layer may be increased. However, with the performance of the current positive resist, the thickness that can be patterned (thickness at the resolution limit) is about 30 μm to 40 μm, and it is difficult to form a convex lens having a higher protruding height.
[0005]
On the other hand, a negative resist can form a thicker pattern than a positive resist. This is based on the difference in the pattern formation principle that the exposed part is dissolved by development and the unexposed part remains in the positive resist, whereas the unexposed part is dissolved by the development and the exposed part remains in the negative resist. . At present, a negative resist pattern having a thickness of about 500 μm is formed. However, since the exposed portion of the negative resist becomes resin, a convex lens shape cannot be imparted by the heat reflow treatment.
[0006]
An object of the present invention is to provide a novel microlens array manufacturing method capable of accurately manufacturing a microlens array having a convex lens having a high protrusion height.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The method for manufacturing the first microlens array according to the present invention includes:
Forming a negative resist layer corresponding to a desired convex lens on one main surface of the first substrate via a plating underlayer by photolithography;
A step of forming a metal layer by plating on the plating base layer so as to cover the negative resist layer, and providing a concave portion corresponding to the negative resist layer in the metal layer;
Removing the plating underlayer and separating the metal layer from the first substrate;
Removing the negative resist layer from the separated metal layer to expose the recess,
Fixing the metal layer to the second substrate such that the surface of the metal layer opposite to the concave side faces one main surface of the second substrate;
Forming a resin layer made of a filled resin having a shape corresponding to the concave portion of the metal layer by filling the concave portion of the metal layer with a reflowable resin through a soluble sacrificial film,
A step of separating the metal layer and the second substrate from the resin layer by dissolving the sacrificial film in a state where the resin layer is in close contact with one main surface of a third substrate made of a lens material;
Performing a heat reflow treatment on the resin layer on one main surface of the third substrate to impart a convex lens shape to the resin layer;
Transferring the convex lens shape of the resin layer to one main surface of the third substrate by etching to form a convex lens.
[0008]
According to the first microlens array manufacturing method, a metal layer is formed by plating using a negative resist layer corresponding to a desired convex lens as a mask, and a concave portion corresponding to the negative resist layer is provided in the metal layer. . The concave portions are exposed by removing the negative resist layer from the metal layer. By filling a concave portion of the metal layer with a reflowable resin (for example, a positive resist layer) via a soluble sacrificial film, a resin layer made of a filling resin having a shape corresponding to the concave portion is formed. The metal layer is separated from the resin layer by dissolving the sacrificial film in a state of being in close contact with the lens material substrate. By performing a heating reflow process on the resin layer in the lens material substrate, a convex lens shape is imparted to the resin layer, and the convex lens shape is formed by transferring the convex lens shape to the substrate surface by etching. The negative resist layer can be formed with a thickness of 50 μm or more, and a convex lens having a protrusion height of 50 μm or more can be manufactured with high accuracy.
[0009]
The method for manufacturing the second microlens array according to the present invention includes:
Forming a negative resist layer corresponding to a desired convex lens by photolithography on one main surface of the first substrate via a first plating base layer;
Forming a metal layer by plating on the first plating base layer so as to cover the negative resist layer, and providing a concave portion corresponding to the negative resist layer in the metal layer;
Removing the first plating underlayer and separating the metal layer from the first substrate;
Removing the negative resist layer from the separated metal layer to expose the recess,
Fixing the metal layer to the second substrate such that the surface of the metal layer opposite to the concave side faces one main surface of the second substrate;
Forming a resin layer made of a filled resin having a shape corresponding to the concave portion of the metal layer by filling the concave portion of the metal layer with a reflowable resin through a soluble sacrificial film,
Separating the metal layer and the second substrate from the resin layer by dissolving the sacrificial film in a state where the resin layer is adhered to one main surface of the third substrate;
Performing a heat reflow treatment on the resin layer on one main surface of the third substrate to impart a convex lens shape to the resin layer;
Forming a second plating base layer on one main surface of the third substrate so as to cover the resin layer provided with the convex lens shape;
Forming a plating metal mold having a spherical concave portion corresponding to the convex lens shape of the resin layer by plating a metal on the second plating base layer;
Removing the second plating base layer and separating the mold from the third substrate;
Forming a convex lens corresponding to a concave portion of the molding die on one main surface of the lens material layer using the separated molding die.
[0010]
The manufacturing method of the second microlens array is the same as the manufacturing method of the first microlens array except that another substrate is used instead of the lens material substrate up to the step of performing the heat reflow treatment on the resin layer. After the heating reflow process, a plating process using a resin layer provided with a convex lens shape forms a plating metal mold having a spherical recess corresponding to the convex lens shape, and the spherical recess is formed using the mold. Is formed. According to such a manufacturing method, by setting the thickness of the negative resist layer to 50 μm or more, it is possible to mass-produce convex lenses having a protrusion height of 50 μm or more with high accuracy.
[0011]
In the method of manufacturing the first or second microlens array, in the step of forming the negative resist layer, the negative resist layer is formed so as to gradually decrease in size from a lower portion to an upper portion, and a concave portion is formed in the metal layer. In the step of providing the concave portion, the concave portion may be provided so that the size gradually increases as the concave portion advances from the bottom to the opening end. This facilitates the separation operation in the step of separating the metal layer and the second substrate from the resin layer.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
1 to 10 show a method for manufacturing a microlens array according to one embodiment of the present invention.
[0013]
In the process of FIG. 1, a Cr layer and a Cu layer are sequentially formed on one main surface of a first substrate 10 made of quartz, silicon, glass, or the like by a sputtering method to form a Cu / Cr stack (a Cu layer is stacked on a Cr layer). (Laminated) 12 is formed. The Cu / Cr laminate 12 is used as a plating underlayer, and the thicknesses of the Cr layer and the Cu layer can be set to 20 nm and 150 nm, respectively. The Cr layer is used to improve the adhesion of the Cu layer.
[0014]
In the step of FIG. 2, negative resist layers R 1 to R 6 corresponding to the desired six convex lenses are formed on the Cu / Cr laminate 12 by photolithography. Each negative resist layer, such as R 1 may be a diameter 0.5 mm, thickness t is formed so as to 70 [mu] m.
[0015]
In the step of FIG. 3, a metal layer 14 made of a Ni—Fe alloy is formed on the Cu / Cr stack 12 by, for example, plating with a Ni—Fe alloy so as to cover the resist layers R 1 to R 6 . The thickness T of the metal layer 14 can be set to 200 μm. The metal layers 14 are provided with concave portions Q 1 to Q 6 corresponding to the resist layers R 1 to R 6 , respectively.
[0016]
In the step of FIG. 4, at least the Cu layer in the Cu / Cr laminate 12 is removed by etching to separate the metal layer 14 from the substrate 10. Then, the resist layers R 1 to R 6 attached to the metal layer 14 are removed by a chemical solution treatment or the like to expose the concave portions Q 1 to Q 6 respectively corresponding to the resist layers R 1 to R 6 . Thereafter, the metal layer 14 is bonded to the adhesive layer 18 such that the surface of the metal layer 14 opposite to the surface on the side of the concave portions Q 1 to Q 6 faces one main surface of the second substrate 16 made of quartz or the like. To fix and adhere to the substrate 16.
[0017]
In the process shown in FIG. 5, applying a water-soluble polymer film 20 as a sacrificial layer of solubility on the surface of the recess Q 1 to Q 6 side of the metal layer 14. Polymer film 20 is formed so as to cover the bottom and side wall surfaces in each recess such Q 1.
[0018]
In the step of FIG. 6, the positive resist having a shape corresponding respectively to the positive resist recess Q 1 to Q 6 is filled in the recess Q 1 to Q 6 of the metal layer 14 via the polymer film 20 as a reflow of the resin forming a layer R 11 to R 16. Each resist layer such as R 11 is formed so as to form a flat surface with the plane of the surrounding.
[0019]
In the step of FIG. 7, it is brought into close contact with the resist layer R 11 to R 16 on the one main surface of the quartz substrate 22 as the lens material substrate is turned over the structure shown in FIG.
[0020]
In the process shown in FIG. 8, separating the metal layer 14 and the substrate 16 from the resist layer R 11 to R 16 by dissolving the polymer film 20 was immersed in water at close contact state as shown in FIG. Each resist layer such as R 11 is left in a state of being in close contact with the one main surface of the quartz substrate 22.
[0021]
In the step of FIG. 9, the resist layers R 11 to R 16 are subjected to a heat reflow treatment on one main surface of the substrate 22 so that each resist layer such as R 11 has a convex lens shape. Each resist layer such as R 11, the height from before the reflow is increased after the reflow, is the height of about 100μm when the resist thickness t was 70μm in the step of FIG.
[0022]
In the process shown in FIG. 10, a convex lens L 1 ~L 6 respectively corresponding to the convex lens shape of the resist layer R 11 to R 16 by a dry etching process to the resist layer R 11 to R 16 is transferred to one main surface of the substrate 22 It is formed on one main surface of the substrate 22. In the dry etching treatment, etching can be performed using a fluorine-based gas such as CHF 3 , CF 4 , C 3 F 8 or a mixed gas thereof, or a gas in which oxygen, argon, or the like is added thereto.
[0023]
According to production method described above, the projection height H of each lens, such as L 1 is obtained a microlens array, which is also 100 [mu] m, the accuracy of the pitch P between adjacent lenses, such as L 1, L 2 is, ± 0 High precision of 0.5 μm or less was obtained.
[0024]
FIG. 11 shows a metal layer 14 'according to a modification. This metal layer 14' can be used in place of the metal layer 14 described above in the steps of FIGS.
[0025]
To obtain a metal layer 14 'of FIG. 11 may be formed so that the size gradually decreases as it travels both the negative resist layer R 1 to R 6 from bottom to top in the step of FIG. In order to obtain such a forward tapered resist shape, when a stepper (reduction projection exposure apparatus) is used,
(1) a method of setting the focus position in the resist,
(2) In the exposure mask, any one of the methods of gradually changing the transmittance of the mask portion (to increase the transmittance toward the bottom of the resist) can be used.
[0026]
If each resist layer such as R 1 in step 2 was tapered forward, in the plating step 3, the process proceeds to the open end of the recess Q 11 to Q 16 are both bottom as shown in FIG. 11 Is applied to the metal layer 14 ′ so that the size gradually increases. The use of such metal layer 14 ', in the step of FIG. 6, the positive resist layer R 11 to R 16 is formed in a shape corresponding respectively to the recess Q 11 to Q 16, in the step of FIG. 8, the resist layer R When separating the metal layer 14 ′ from 11 to R 16 , the separating operation is facilitated.
[0027]
12 to 15 show a method of manufacturing a microlens array according to another embodiment of the present invention. In this manufacturing method, the steps up to and including the step in FIG. 12 are the same as the steps described above with reference to FIGS. 1 to 9, and the same portions are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted. However, the substrate 22 is not limited to the lens material substrate, and may be an opaque substrate such as a metal.
[0028]
In the step of FIG. 12, a Cu / Cr laminate 24 as a plating underlayer is formed on one main surface of the substrate 22 by a sputtering method so as to cover the positive resist layers R 11 to R 16 provided with the convex lens shape by the heat reflow process. I do. The thicknesses of the Cr layer and the Cu layer can be 20 nm and 150 nm, respectively.
[0029]
In the step of FIG. 13, a mold 26 made of a Ni—Fe alloy is formed on the Cu / Cr laminate 24 by, for example, plating of a Ni—Fe alloy. The plating thickness at this time can be about 200 μm. The mold 26, the resist layer R 11 recess Q 21 to Q 26, respectively in a convex lens shape corresponding spherical in to R 16 is applied.
[0030]
In the step of FIG. 14, to separate the mold 26 is removed by etching at least a Cu layer of the Cu / Cr laminate 24 from the substrate 22 and the resist layer R 11 to R 16. As a result, the recess Q 21 to Q 26 of the mold 26 is exposed.
[0031]
Figure in 15 steps, each mold 26 in the recess Q 21 to Q 26 on one main surface of the glass layer 28 as the lens material layer by securing the type of seat for glass mode performs glass molding process to form the corresponding convex lens L 11 ~L 16. Then, separating the glass layer (microlens array) 28 having a convex lens L 11 ~L 16 from the mold 26. Thereafter, by repeating the same glass molding process, the micro lens array can be mass-produced.
[0032]
According to production method described above with respect to FIG. 12 to 15, the projecting height of the convex lenses, such as L 11 is obtained a microlens array, which is also 100 [mu] m, the pitch accuracy between adjacent lenses, such as L 11, L 12 is High accuracy of ± 0.5 μm or less was obtained.
[0033]
In the embodiment described above, the lens arrangement is a one-dimensional arrangement, but may be a two-dimensional arrangement. Further, a concave lens type microlens array may be manufactured using the convex lens type microlens array obtained in the process of FIG. 10 or FIG. That is, after transferring the convex lens pattern of the convex lens type microlens array as a concave lens pattern to a fluid resin layer formed on a lens material substrate, this resin layer is cured, and the concave lens pattern of the resin layer is etched by a lens material. The concave lens type microlens array may be manufactured by transferring to a substrate.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a negative resist pattern is transferred as a concave pattern to a plated metal layer by plating, and a reflowable resin layer is formed in a concave of the plated metal layer via a soluble sacrificial film. Dissolves the sacrificial film while the resin layer is in close contact with one main surface of the lens material substrate, separates the plated metal layer from the resin layer, and gives the resin layer a convex lens shape by heating and reflow processing on the lens material substrate Then, the convex lens shape of the resin layer is transferred to one main surface of the lens material substrate by etching to form the convex lens, so that the effect of accurately manufacturing a microlens array having a convex lens having a high protrusion height is obtained. can get.
[0035]
In addition, another substrate is used in place of the lens material substrate, a convex lens shape is imparted to the resin layer by heating reflow processing on the other substrate, and then the convex lens shape of the resin layer is transferred to a molding die by plating treatment. Is used to form a convex lens, so that an effect of accurately mass-producing a microlens array having a convex lens having a high protrusion height can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a Cu / Cr layer forming step in a method for manufacturing a microlens array according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing a negative resist layer forming step following the step of FIG. 1;
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a plating step following the step of FIG. 2;
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a metal layer separating step, a resist removing step, and a metal layer bonding step following the step of FIG. 3;
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a water-soluble polymer application step following the step of FIG. 4;
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a positive resist layer forming step following the step of FIG. 5;
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a positive resist layer adhesion step following the step of FIG. 6;
8 is a cross-sectional view showing a water-soluble polymer dissolving step and a metal layer separating step following the step of FIG.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a heating reflow step following the step of FIG. 8;
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a lens forming step following the step in FIG. 9;
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a modification of the metal layer.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a Cu / Cr layer forming step in a method for manufacturing a microlens array according to another embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a plating step following the step of FIG.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a mold separating step following the step of FIG.
15 is a cross-sectional view showing a glass forming step following the step in FIG.
[Explanation of symbols]
10: first substrate, 12, 24: Cu / Cr laminate, 14, 14 ': metal layer, 16: second substrate, 18: adhesive layer, 20: water-soluble polymer film, 22: quartz substrate, 26: mold, 28: glass layer, R 1 to R 6: a negative resist layer, R 11 to R 16: the positive resist layer, Q 1 ~Q 6, Q 11 ~Q 16, Q 21 ~Q 26: recess, L 1 ~L 6, L 11 ~L 16: convex lens.

Claims (3)

第1の基板の一方の主面にメッキ下地層を介して所望の凸レンズに対応するネガレジスト層をホトリソグラフィ処理により形成する工程と、
前記メッキ下地層の上に前記ネガレジスト層を覆うように金属層をメッキ処理により形成して前記金属層に前記ネガレジスト層に対応する凹部を付与する工程と、
前記メッキ下地層を除去して前記第1の基板から前記金属層を分離する工程と、
分離された前記金属層から前記ネガレジスト層を除去して前記凹部を露呈させる工程と、
前記金属層の前記凹部側とは反対側の面が第2の基板の一方の主面に対向するようにして前記金属層を該第2の基板に固定する工程と、
前記金属層の凹部に溶解性の犠牲膜を介してリフロー性の樹脂を充填して前記金属層の凹部に対応した形状を有する充填樹脂からなる樹脂層を形成する工程と、
レンズ材からなる第3の基板の一方の主面に前記樹脂層を密着させた状態で前記犠牲膜を溶解することにより前記金属層及び前記第2の基板を前記樹脂層から分離する工程と、
前記第3の基板の一方の主面において前記樹脂層に加熱リフロー処理を施して前記樹脂層に凸レンズ形状を付与する工程と、
前記樹脂層の凸レンズ形状をエッチング処理により前記第3の基板の一方の主面に転写して凸レンズを形成する工程と
を含むマイクロレンズアレイの製法。
Forming a negative resist layer corresponding to a desired convex lens on one main surface of the first substrate via a plating underlayer by photolithography;
A step of forming a metal layer by plating on the plating base layer so as to cover the negative resist layer, and providing a concave portion corresponding to the negative resist layer in the metal layer;
Removing the plating underlayer and separating the metal layer from the first substrate;
Removing the negative resist layer from the separated metal layer to expose the recess,
Fixing the metal layer to the second substrate such that the surface of the metal layer opposite to the concave side faces one main surface of the second substrate;
Forming a resin layer made of a filled resin having a shape corresponding to the concave portion of the metal layer by filling the concave portion of the metal layer with a reflowable resin through a soluble sacrificial film,
A step of separating the metal layer and the second substrate from the resin layer by dissolving the sacrificial film in a state where the resin layer is in close contact with one main surface of a third substrate made of a lens material;
Performing a heat reflow treatment on the resin layer on one main surface of the third substrate to impart a convex lens shape to the resin layer;
Transferring a convex lens shape of the resin layer to one main surface of the third substrate by etching to form a convex lens.
第1の基板の一方の主面に第1のメッキ下地層を介して所望の凸レンズに対応するネガレジスト層をホトリソグラフィ処理により形成する工程と、
前記第1のメッキ下地層の上に前記ネガレジスト層を覆うように金属層をメッキ処理により形成して前記金属層に前記ネガレジスト層に対応する凹部を付与する工程と、
前記第1のメッキ下地層を除去して前記第1の基板から前記金属層を分離する工程と、
分離された前記金属層から前記ネガレジスト層を除去して前記凹部を露呈させる工程と、
前記金属層の前記凹部側とは反対側の面が第2の基板の一方の主面に対向するようにして前記金属層を該第2の基板に固定する工程と、
前記金属層の凹部に溶解性の犠牲膜を介してリフロー性の樹脂を充填して前記金属層の凹部に対応した形状を有する充填樹脂からなる樹脂層を形成する工程と、
第3の基板の一方の主面に前記樹脂層を密着させた状態で前記犠牲膜を溶解することにより前記金属層及び前記第2の基板を前記樹脂層から分離する工程と、
前記第3の基板の一方の主面において前記樹脂層に加熱リフロー処理を施して前記樹脂層に凸レンズ形状を付与する工程と、
凸レンズ形状が付与された前記樹脂層を覆って前記第3の基板の一方の主面に第2のメッキ下地層を形成する工程と、
前記第2のメッキ下地層の上に金属をメッキすることにより前記樹脂層の凸レンズ形状に対応する球面状の凹部を有するメッキ金属製の成形型を形成する工程と、
前記第2のメッキ下地層を除去して前記成形型を前記第3の基板から分離する工程と、
分離された前記成形型を用いてレンズ材層の一方の主面に前記成形型の凹部に対応する凸レンズを形成する工程と
を含むマイクロレンズアレイの製法。
Forming a negative resist layer corresponding to a desired convex lens by photolithography on one main surface of the first substrate via a first plating base layer;
Forming a metal layer by plating on the first plating base layer so as to cover the negative resist layer, and providing a concave portion corresponding to the negative resist layer in the metal layer;
Removing the first plating underlayer and separating the metal layer from the first substrate;
Removing the negative resist layer from the separated metal layer to expose the recess,
Fixing the metal layer to the second substrate such that the surface of the metal layer opposite to the concave side faces one main surface of the second substrate;
Forming a resin layer made of a filled resin having a shape corresponding to the concave portion of the metal layer by filling the concave portion of the metal layer with a reflowable resin through a soluble sacrificial film,
Separating the metal layer and the second substrate from the resin layer by dissolving the sacrificial film in a state where the resin layer is adhered to one main surface of the third substrate;
Performing a heat reflow treatment on the resin layer on one main surface of the third substrate to impart a convex lens shape to the resin layer;
Forming a second plating base layer on one main surface of the third substrate so as to cover the resin layer provided with the convex lens shape;
Forming a plating metal mold having a spherical concave portion corresponding to the convex lens shape of the resin layer by plating a metal on the second plating base layer;
Removing the second plating base layer and separating the mold from the third substrate;
Forming a convex lens corresponding to a concave portion of the molding die on one main surface of the lens material layer using the separated molding die.
前記ネガレジスト層を形成する工程では、前記ネガレジスト層を下部から上部に進むにつれてサイズが徐々に小さくなるように形成し、前記金属層に凹部を付与する工程では、該凹部を底部から開口端に進むにつれサイズが徐々に大きくなるように付与する請求項1又は2記載のマイクロレンズアレイの製法。In the step of forming the negative resist layer, the negative resist layer is formed so as to gradually decrease in size as proceeding from the lower part to the upper part, and in the step of providing the metal layer with a concave part, the concave part is formed from the bottom to the open end. 3. The method for manufacturing a microlens array according to claim 1, wherein the size is gradually increased as the process proceeds.
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