JP2006337956A - Manufacturing method of microlens array - Google Patents
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Description
本発明は、マイクロレンズアレイの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a microlens array.
近年、電子機器の小型化、動作周波数の高速化に伴い、微小光学部品へのニーズが高まっている。 In recent years, with the miniaturization of electronic devices and the increase in operating frequency, there is an increasing need for micro optical components.
マイクロレンズは、直径数mm以下の微小なレンズで、携帯端末等に組み込まれた固体撮像素子等のイメージセンサでは光利用効率向上のため、直径数10μm程度のマイクロレンズを多数配置したマイクロレンズアレイが利用されている(例えば、特許文献1参照。)。 A microlens is a microlens having a diameter of several millimeters or less, and a microlens array in which a large number of microlenses having a diameter of about 10 μm are arranged to improve light utilization efficiency in an image sensor such as a solid-state imaging device incorporated in a portable terminal or the like. Is used (see, for example, Patent Document 1).
マイクロレンズは形状が微小であることから、通常のレンズ作製に用いられる研磨やモールドとは異なる様々な製作方法が開発され、利用されている。例えばリフロー法は、基板上で高分子層を下側におき、フォトレジスト層をその上に重ねてスピンコートし、フォトリソグラフィーにより、円柱状のフォトレジストパターンを製作し、基板を加熱してレジストを流動させ、表面張力により自然に生じる形状や屈折率分布をレンズとして利用するものである。 Since the microlens has a minute shape, various manufacturing methods different from polishing and mold used for normal lens manufacturing have been developed and used. For example, in the reflow method, a polymer layer is placed on a lower side of a substrate, a photoresist layer is overlaid thereon, spin coated, a cylindrical photoresist pattern is produced by photolithography, and the substrate is heated to form a resist. The shape and refractive index distribution that naturally occur due to surface tension are used as a lens.
このリフロー法は、携帯端末等向けのマイクロレンズアレイの製作によく用いられている。 This reflow method is often used to manufacture a microlens array for portable terminals and the like.
マイクロレンズにおいては、外界からの光の取り込み量を増やす等の要請から、微細化が求められている。しかしながら、現状では、マイクロレンズ間のギャップはフォトリソグラフィー装置の性能上、例えば0.4〜0.3μmが限界となっており、更なる微細化が必要である。
本発明の目的は、マイクロレンズ間のギャップを微細化したマイクロレンズアレイの製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a microlens array in which a gap between microlenses is miniaturized.
本願発明の一態様によれば、平坦な透明膜の上に熱変形性の感光性材料からなる膜を均一な膜厚で形成する工程と、前記感光性材料からなる膜をマイクロレンズの形成領域毎に分離独立させた形状にパターニングする工程と、前記パターニングされた感光性材料を加熱して凸状のマイクロレンズを形成する工程と、前記マイクロレンズの配列面に対してドライエッチングを施し、前記マイクロレンズのレンズ間ギャップを狭小化する工程、を備えたことを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法が提供される。 According to one aspect of the present invention, a step of forming a film made of a heat-deformable photosensitive material on a flat transparent film with a uniform film thickness, and forming the film made of the photosensitive material into a microlens formation region Patterning into separate and independent shapes for each step, heating the patterned photosensitive material to form convex microlenses, and subjecting the microlens array surface to dry etching, There is provided a method of manufacturing a microlens array, comprising a step of narrowing a gap between lenses of a microlens.
本発明によれば、マイクロレンズ間のギャップを微細化したマイクロレンズアレイの製造方法が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the microlens array which refined | miniaturized the gap between microlenses is provided.
以下、本発明の実施の形態に係るマイクロレンズアレイの製造方法について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing a microlens array according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
マイクロレンズが縦横方向に複数配列されてなるマイクロレンズアレイは、例えば固体撮像素子に組み込まれる。固体撮像素子は、図2に示すように、例えば半導体基板20上に、受光部21、ポリシリコン電極22、メタル遮光膜23、素子表面保護膜24、平坦化膜25、フィルター26、アクリル平坦化膜27、マイクロレンズ28から形成されている。
A microlens array in which a plurality of microlenses are arranged in the vertical and horizontal directions is incorporated in, for example, a solid-state imaging device. As shown in FIG. 2, the solid-state imaging device includes, for example, a
まず、マイクロレンズアレイが搭載される携帯端末等のユーザ仕様を受けて、マイクロレンズの設計仕様を決定する。マイクロレンズの設計仕様としては、例えばマイクロレンズの高さ、傾斜角、ギャップ間隔等が決定される。 First, the design specification of the microlens is determined in response to the user specification of a portable terminal or the like on which the microlens array is mounted. As design specifications of the microlens, for example, the height, inclination angle, gap interval, and the like of the microlens are determined.
次に、決定したマイクロレンズの設計仕様である設計データをフォトレジストパターンの形状に変換する。このフォトレジストパターンへの変換に際しては、マイクロレンズの設計仕様に、後の工程であるエッチング時の形状変化を考慮した補正を行って、フォトレジスト形状の設定を行う。ここで、エッチング時の形状変化は、例えばエッチング装置の種類、エッチングガス、基板の材質等に依存する。 Next, the design data, which is the design specification of the determined microlens, is converted into a photoresist pattern shape. At the time of conversion to the photoresist pattern, the photoresist shape is set by correcting the design specifications of the microlens in consideration of the shape change at the time of etching which is a subsequent process. Here, the shape change during etching depends on, for example, the type of etching apparatus, the etching gas, the material of the substrate, and the like.
次いで、レジストパターンの設計データに基づいて、フォトマスクの作成を行う。この
フォトマスクとしては、例えば微小な開口パターンが多数配置され、開口部分と遮光部分の面積比によって透過率を調整する面積諧調タイプのマスクを使用することができる。
Next, a photomask is created based on the resist pattern design data. As this photomask, for example, an area gradation type mask in which a large number of minute opening patterns are arranged and the transmittance is adjusted according to the area ratio between the opening portion and the light shielding portion can be used.
次に、作製したフォトマスクを利用してフォトレジストパターンの形成が行われる。このレジスト形成工程の前処理として、下地である基板の汚れを洗浄除去し、0〜150℃で脱水ベークする。 Next, a photoresist pattern is formed using the produced photomask. As a pretreatment for this resist forming step, the substrate substrate, which is the base, is cleaned and removed and dehydrated and baked at 0 to 150 ° C.
その後、例えば化学吸着した水分子層をヘキサメチルジシラザン(HMDS)等のシランカップリング剤を用いて、基板表面を疎水化し、レジストとの接着性を向上させる。 Thereafter, for example, the chemically adsorbed water molecule layer is hydrophobized using a silane coupling agent such as hexamethyldisilazane (HMDS) to improve the adhesion to the resist.
下地の基板は、例えばアクリル系、あるはフェノール系の樹脂からなる平坦な透明膜で形成する。 The underlying substrate is formed of a flat transparent film made of, for example, an acrylic or phenolic resin.
図1は、本発明の実施の形態に係るマイクロレンズアレイの製造方法を説明する説明図である。 FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining a method of manufacturing a microlens array according to an embodiment of the present invention.
図1(a)に示すように、レジストパターンの形成は、例えばアクリル樹脂からなる平坦な透明膜10の上に熱変形性のフェノール系の感光性材料を滴下し、例えば3000〜6000rpmで高速に回転させ、透明膜10の上に感光性材料11からなるレジスト膜11を所望な膜厚で形成する。塗布膜厚は、レジストの粘度、分子量、濃度、溶媒の沸点、回転数、湿度等の雰囲気に依存する。
As shown in FIG. 1A, the resist pattern is formed by dropping a heat-deformable phenol-based photosensitive material on a flat
次いで、塗布後のレジスト膜11中に残留している塗布溶媒を、例えば80〜100℃、60秒程度加熱して揮発させ、膜質と接着性を向上させる。
Next, the coating solvent remaining in the
次に、上記感光性材料からなるレジスト膜11に対して光を照射し、露光エネルギーにより、レジスト中で化学反応を起こさせ、レジストの現像液に対する溶解性を変化させ、露光パターンに対応した潜像を生じさせる。光照射は、g線でも、KrFでもよい。
Next, the
露光後、例えば90〜120℃で、90秒程度加熱する。加熱することにより、感光剤が拡散して、パターン寸法とレジスト寸法の忠実度が向上する。 After the exposure, for example, heating is performed at 90 to 120 ° C. for about 90 seconds. By heating, the photosensitive agent diffuses and the fidelity of the pattern dimension and the resist dimension is improved.
次に、現像を行う。現像液には、例えばテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)等のアルカリ水溶液を用いる。現像することで、図1(b)に示すように、マイクロレンズの形成領域毎に感光性材料11を分離独立させた形状にパターニングする。現像後、リンスし、回転乾燥させる。
Next, development is performed. As the developer, an alkaline aqueous solution such as tetramethylammonium hydroxide (TMAH) is used. By developing, as shown in FIG. 1B, the
次いで、パターニングされたレジスト膜11をホットプレート上で例えば170〜220℃で、10分間加熱する。係る温度は、感光性材料の熱変形温度以上であって、図1(c)に示すように、軟化する。加熱が進行すると、感光性材料の熱変形性及び表面張力の作用により、図1(d)に示すように、角の部分が丸められて滑らかな凸状のマイクロレンズ12を形成する。
Next, the patterned
なお、上記熱変形性の感光性材料はスチレン系であってもよい。 The heat-deformable photosensitive material may be styrene.
次に、上記凸状面がアレイ配列した面に対してドライエッチングを施す。エッチングの作用は、感光性材料による凸面形状及び基板に作用する。 Next, dry etching is performed on the surface on which the convex surfaces are arrayed. The action of etching acts on the convex shape and substrate of the photosensitive material.
ドライエッチング剤としては、例えば酸素とフロロカーボン(CF4、CHF3等)の混合ガスを使用する。係る混合ガスを使用し、所定の圧力(低真空化)、温度(低温化)下でドライエッチングすると、HF分子が形成され、HF分子以外の分子が透明膜10の側壁に堆積しながらエッチングされるので、マイクロレンズ間ギャップ部をより確実に狭小化できる。圧力、温度は、エッチング時のイオンエネルギーやエッチング時の堆積量にも関係することから、所定の値に制御することが好適である。
As the dry etching agent, for example, a mixed gas of oxygen and fluorocarbon (CF4, CHF3, etc.) is used. When such a mixed gas is used and dry etching is performed under a predetermined pressure (low vacuum) and temperature (low temperature), HF molecules are formed, and molecules other than HF molecules are etched while being deposited on the side wall of the
凸状のマイクロレンズ12及び透明膜10がドライエッチングされることで、図1(e)に示すように、湾曲して近接していた凸状のマイクロレンズ12のレンズ間ギャップ部13が狭小化された凸状のマイクロレンズ12を形成することができる。レンズ間のギャップには、実質的に平坦部が存在しないことでもよいことは勿論である。
The
ドライエッチングの条件によっては水平、垂直方向及び対角方向の曲率が異なる凸状のマイクロレンズ、もしくは水平、垂直方向及び対角方向の曲率が同じであるマイクロレンズを形成することができる。例えば、O2/N2条件(ガス比率1:2)やO2単ガスではC材質の膜を加工するので選択比がとれずレンズ自体の形状も変わり、水平垂直方向に対し変化させることができる。 Depending on the dry etching conditions, convex microlenses having different curvatures in the horizontal, vertical and diagonal directions, or microlenses having the same curvature in the horizontal, vertical and diagonal directions can be formed. For example, in the case of O 2 / N 2 conditions (gas ratio 1: 2) or O 2 single gas, a film made of a C material is processed, so that the selection ratio cannot be obtained, and the shape of the lens itself is changed, and can be changed in the horizontal and vertical directions. it can.
(実施例)
ドライエッチングの一実施例について説明する。ここでは、東京応化工業株式会社製の平行平板型反応性イオンエッチング装置を使用した。このときの条件は、RFパワー:650W、プロセス時間:5秒間、装置内圧力:33Pa、EPD Recope:無し、O2流量:400ml/分、ステージ温度:80℃とした。
(Example)
An example of dry etching will be described. Here, a parallel plate type reactive ion etching apparatus manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. was used. The conditions at this time were RF power: 650 W, process time: 5 seconds, internal pressure: 33 Pa, EPD Copy: none, O 2 flow rate: 400 ml / min, stage temperature: 80 ° C.
エッチング加工を施したことにより、マイクロレンズ間のギャップ長が、従来0.4〜0.3μmであったものを0.1μm以下のギャップ長にすることができ、微細化が可能になった。尚、マイクロレンズ間のギャップ長は、例えば走査型電子顕微鏡による表面SEM像を観察することで、管理することができる。 By performing the etching process, the gap length between the microlenses of the conventional 0.4 to 0.3 μm can be changed to a gap length of 0.1 μm or less, and miniaturization is possible. The gap length between the microlenses can be managed, for example, by observing a surface SEM image with a scanning electron microscope.
本発明の実施形態によれば、平坦な透明膜10とこの透明膜10の上に熱変形性の感光性材料からなる膜11を均一な膜厚で形成し、感光性材料からなるレジスト膜11をマイクロレンズの形成領域毎に分離独立させた形状にパターニングし、更にパターニングされた感光性材料を加熱することで凸状のマイクロレンズ12を形成し、これら凸状のマイクロレンズ12の配列面に対してドライエッチングを行うことで、凸状のマイクロレンズ12を転写し、ドライエッチングの条件によりレンズ間ギャップを狭小に制御することで、高集光のマイクロレンズアレイを形成することができる。
According to the embodiment of the present invention, a flat
本発明は上記した実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the invention described in the claims, and these are also included in the scope of the present invention. Needless to say.
10・・・透明膜、11・・・レジスト膜、12・・・マイクロレンズ、13・・・レンズ間ギャップ。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
を備えたことを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。 A step of forming a film made of a heat-deformable photosensitive material on a flat transparent film with a uniform thickness, and patterning the film made of the photosensitive material into a shape that is separated and independent for each microlens formation region Forming a convex microlens by heating the patterned photosensitive material, and performing dry etching on the arrangement surface of the microlens to narrow the gap between the lenses of the microlens The process of
A method for manufacturing a microlens array, comprising:
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JP2005166027A JP2006337956A (en) | 2005-06-06 | 2005-06-06 | Manufacturing method of microlens array |
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
US20140003777A1 (en) * | 2012-07-02 | 2014-01-02 | Commscope, Inc. Of North Carolina | Light focusing structures for fiber optic communications systems and methods of fabricating the same using semiconductor processing and micro-machining techniques |
KR20210132148A (en) | 2019-02-25 | 2021-11-03 | 닛산 가가쿠 가부시키가이샤 | Photosensitive resin composition for microlens |
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2005
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