JP2007240807A - マイクロレンズ基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安価な製造コストで光の利用効率を向上させることができるマイクロレンズ基板の製造方法を提供すること。
【解決手段】第１凹部の開口面積を開口部の開口面積よりも容易に小さくすることができる。すなわち、第１マスク層の層上及び開口部の側面が第２マスク層で覆われると、第１凹部の開口面積は、開口部の側面を覆う第２マスク層自身の層厚によって、開口部よりも小さく形成されることになる。高価な露光装置を用いることなく平面部分の面積を小さくすることができる。これにより、安価な製造コストで光の利用効率を向上させることができるマイクロレンズ基板を製造することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、マイクロレンズ基板の製造方法に関するものである。

液晶装置や有機ＥＬ装置などの電気光学装置は、画素領域が設けられた基板によって電気光学材料を保持した構成になっている。これらの電気光学装置は、明るい表示、コントラストの高い表示が求められている。電気光学装置における光の利用効率を向上させることは、この要請に応える有効な方策の一つである。

光の利用効率を向上させる技術の一例として、基板にマイクロレンズを組み込んだマイクロレンズ基板を有する電気光学装置が知られている。マイクロレンズ基板は、基板の画素領域に平面視で重なるように曲面が形成されている基板である。この曲面が画素領域を透過する光を集光するレンズとして機能する。これにより、射出される光の利用効率の向上が実現される。

基板にレンズとなる曲面を形成する方法として、例えば特許文献１に記載の方法が知られている。この方法は、基板のうち曲面を形成する部分に例えばフォトリソグラフィ法によって穴をパターニングし、当該穴を介して基板を等方性エッチングするものである。基板に予め穴を形成してから、当該穴を等方性エッチングすることによって、基板の表面を直接等方性エッチングする場合と比べて、曲面の形状を良好にすることができる。なお、この穴を形成する方法については、穴を形成する領域に開口部を有するようにマスク層を形成し、開口部に露出した基板表面をエッチングして穴を形成する方法が記載されている。

一方、この方法で実際に穴を形成した場合、現状では、当該穴の底の形状を曲面にするのは困難であり、穴の底は平面になってしまう。また、この方法では、曲面を形成したときに、穴の底の平面形状が曲面の中心部分にそのまま残ってしまう。この平面形状の部分ではレンズの集光機能が無く、光の利用効率がその分低下してしまうことになる。

特に近年では、電気光学装置の画素ピッチが小さくなっている。このような電気光学装置では、画素に対して平面形状の部分が占める面積の割合が大きいと、レンズの集光機能が著しく低下してしまう。したがって、光の利用効率を向上させようとするには、この穴の開口面積をできるだけ小さくすることが必須となっている。
特許第３１３４８２２号公報

しかしながら、特許文献１の方法で穴を形成する場合、当該穴の開口面積を小さくするには、精密なパターニングが必要となる。このため、穴を製造する際に解像度の高い露光装置が必要になる。このような露光装置は極めて高価であり、マイクロレンズ基板の製造コストが高くなってしまう。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、安価な製造コストで光の利用効率を向上させることができるマイクロレンズ基板の製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係るマイクロレンズ基板の製造方法は、基板上に当該基板の表面を露出する開口部を有する第１マスク層を形成する第１マスク層形成工程と、少なくとも前記第１マスク層、前記開口部に露出した前記基板の表面及び前記開口部の側面を覆うと共に前記開口部の開口領域内に第１凹部を有する第２マスク層を形成する第２マスク層形成工程と、前記第２マスク層のうち少なくとも前記第１凹部の底部に形成された部分を、前記第１凹部に前記基板が露出するまで除去する第１の除去工程と、前記基板のうち前記第１凹部に露出した部分を等方性エッチングする等方性エッチング工程とを具備することを特徴とする。

本発明では、基基板上に当該基板の表面を露出する開口部を有する第１マスク層を形成する第１マスク層形成工程と、少なくとも第１マスク層、開口部に露出した基板の表面及び開口部の側面を覆うと共に開口部の開口領域内に第１凹部を有する第２マスク層を形成する第２マスク層形成工程とを有するので、第１凹部の開口面積を開口部の開口面積よりも容易に小さく形成することができる。すなわち、第１マスク層の層上及び開口部の側面が第２マスク層で覆われると、第１凹部の開口面積は、開口部の側面を覆う第２マスク層自身の層厚によって、開口部よりも小さく形成されることになる。

従来では、開口部に露出する基板の領域をそのまま等方性エッチングしていた。これに対して、本発明では、開口部よりも開口面積の小さい第１凹部を形成し、第２マスク層のうち第１凹部の底を形成する部分を除去することによって、開口部ではなく、開口部よりも開口面積が小さい第１凹部に露出する基板の領域が等方性エッチングされることになる。このため、等方性エッチングされる基板の領域を狭くすることができ、マイクロレンズとなる曲面に形成される平面部分の面積を小さくすることができる。

このように、本発明では、高価な露光装置を用いることなく平面部分の面積を小さくすることができる。これにより、安価な製造コストで光の利用効率を向上させることができるマイクロレンズ基板を製造することができる。

また、前記第１の除去工程では、前記第２マスク層をエッチバック法によって除去することが好ましい。
本発明によれば、第１の除去工程では、第２マスク層をエッチバック法によって除去することとしたので、第２マスク層のうち少なくとも第１凹部の開口領域に形成された部分を容易に除去することができる。例えば、当該第１凹部の開口領域に形成された部分を局所的に除去する場合、当該開口領域以外の領域を別途マスクを形成して覆う必要がある。本発明では、第２マスク層の全面をエッチバック法によってエッチングするので、このようなマスクは必要が無い。なお、第２マスク層の全面をエッチバック法によってエッチングする場合、当該第１凹部の開口領域に形成された部分を除去した際には、開口部の側面を覆っている部分が残ることになる。このため、第１凹部の開口領域が広がることが無く、等方性エッチングされる領域を狭く保つことができる。

また、前記第１の除去工程と前記等方性エッチング工程との間に、前記基板のうち前記第１凹部に露出した部分に第１穴部が形成されるように、当該第１凹部に露出した部分を深さ方向に異方性エッチングする第１穴部形成工程を更に具備することが好ましい。
本発明によれば、第１の除去工程と等方性エッチング工程との間に、基板のうち第１凹部に露出した部分に第１穴部が形成されるように、当該第１凹部に露出した部分を深さ方向に異方性エッチングする第１穴部形成工程を更に具備することとしたので、等方性エッチング工程では、基板の表面を直接等方性エッチングするのではなく、第１穴部を等方性エッチングすることになる。基板に形成する曲面はマイクロレンズとしての機能を有することから、径方向の中央で最も深さが深くなるように形成されることが好ましい。本発明では、第１穴部が形成された分、基板の深さ方向に等方性エッチングする手間を省くことができる上、曲面全体が径方向の中央で最も深くなるように形状を整えやすくすることができる。

また、前記第１穴部形成工程と前記等方性エッチング工程との間に、前記第２マスク層のうち少なくとも前記開口部の開口領域に形成された部分を、前記開口部に前記基板が露出するまで除去する第２の除去工程と、前記基板のうち前記開口部に露出した部分に前記第１穴部よりも深さの浅い第２穴部が形成されるように、当該開口部に露出した部分を深さ方向に異方性エッチングする第２穴部形成工程とを更に具備することが好ましい。
本発明によれば、第１穴部形成工程と等方性エッチング工程との間に、第２マスク層のうち少なくとも開口部の開口領域に形成された部分を、開口部に基板が露出するまで除去する第２の除去工程と、基板のうち開口部に露出した部分に第１穴部よりも深さの浅い第２穴部が形成されるように、当該開口部に露出した部分を深さ方向に異方性エッチングする第２穴部形成工程とを更に具備することとしたので、基板の表面には、第１穴部及び第２穴部が形成されることになる。すなわち、第１穴部の周りに第２穴部が形成されることになる。この状態で開口部の開口領域を異方性エッチングして、第１穴部の周りに当該第１穴部よりも深さの浅い第２穴部を形成すると、基板に第１穴部と第２穴部とが階段状に形成されることになる。したがって、等方性エッチング工程では、階段状に形成された第１穴部及び第２穴部を等方性エッチングすることになる。このように、基板の一部を曲面の形状に近い形状にしてから等方性エッチングするため、当該曲面の形状を一層整えやすくすることができる。

また、前記第２マスク層形成工程と前記第１の除去工程との間に、少なくとも前記第２マスク層、前記第１凹部の底部及び前記第１凹部の側部を覆うと共に前記第１凹部の領域内に第２凹部を有する第３マスク層を形成する第３マスク層形成工程と、前記第３マスク層のうち少なくとも前記第２凹部の底部に形成された部分及び前記第２マスク層のうち少なくとも第２凹部に平面的に重なる領域に形成された部分を、前記第２凹部に前記基板が露出するまで除去する第３の除去工程と、前記基板のうち前記第２凹部に露出した部分に前記第１穴部よりも深さの深い第３穴部が形成されるように、当該第２凹部に露出した部分を深さ方向に異方性エッチングする第３穴部形成工程と、前記第３マスク層のうち少なくとも前記第１凹部内に形成された部分を除去する第４の除去工程とを更に具備することが好ましい。
本発明によれば、第１穴部を形成する前に、当該第１穴部よりも深さの深い第３穴部を形成するので、基板に第３穴部、第１穴部、第２穴部が階段状に形成されることになる。したがって、穴部を更に３段階に形成した状態で等方性エッチングすることになる。これにより、穴部を２段階に形成した場合と比べて、基板の一部を曲面の形状により近い形状にしてから等方性エッチングするため、レンズ曲面の形状を更に整えやすくすることができる。

また、前記第３の除去工程では、前記第３マスク層をエッチバック法によって除去することが好ましい。
本発明によれば、第３の除去工程では、第３マスク層をエッチバック法によって除去することとしたので、上記同様、例えば別途マスクを形成することなく、第３マスク層のうち少なくとも第２凹部の開口領域に形成された部分を容易に除去することができる。また、第２凹部の開口領域が広がることが無く、等方性エッチングされる領域を狭く保つことができる。

［第１実施形態］
以下、図面を参照して、本発明の第１実施形態を説明する。以下の図では、各部材を認識可能な大きさとするため、縮尺を適宜変更している。
（マイクロレンズ基板）
図１は、マイクロレンズ基板の構成を示す断面図である。
同図に示すように、マイクロレンズ基板１は、基板２と、樹脂層３と、カバーガラス４とを主体として構成されている。

基板２は、光を透過可能な材料からなる基板であり、本実施形態では、例えばガラスからなる。基板２の表面２ａには、複数の曲面５が形成されている。曲面５は、基板２の表面２ａに対して凹状に設けられており、マイクロレンズ基板１の基板２側からカバーガラス４側へ透過する光を集光することができるようになっている。すなわち、各曲面５はマイクロレンズとして機能するようになっている。

樹脂層３は、基板２の表面２ａ側に設けられた樹脂の層であり、光を透過可能な樹脂、例えばアクリルなどからなる。この樹脂層３は、基板の表面２ａを覆うと共に、曲面５の凹状の内部を充填するように設けられている。樹脂層３の上面３ａは平坦になっている。カバーガラス４は、樹脂層３の上面３ａに貼り付けられたガラス部材である。

（液晶装置）
このマイクロレンズ基板１は、例えば図２に示すように、液晶装置１００などの電気光学装置の基板として用いられる。図２は、液晶装置１００の断面構成を示す図である。
同図に示すように、液晶装置１００は、ＴＦＴアクティブマトリクス駆動方式の液晶装置であり、ＴＦＴ基板１０と、対向基板２０と、液晶層３０と、シール材３１とを主体として構成されている。ＴＦＴ基板１０と対向基板２０とが液晶層３０を挟持し、シール材３１が当該基板間に液晶層３０を封入した構成になっている。

ＴＦＴ基板１０は、透明な材料からなる板状部材１０ａを主体として構成されており、板状部材１０ａの内面（液晶層３０側）には、画素電極１１と、スイッチング素子を構成するＴＦＴ１２と、当該画素電極１１及びＴＦＴ１２を覆うように形成された配向膜１３とが設けられている。

対向基板２０は、板状部材として上述したマイクロレンズ基板１が用いられており、当該マイクロレンズ基板１のカバーガラス４側がＴＦＴ基板１０と対向するように配置されている。マイクロレンズ基板１の内面（カバーガラス４上）には、遮光層２２と、共通電極２１と、配向膜２３とが設けられている。マイクロレンズを構成する曲面５は、液晶装置１００の画素領域９に平面視で重なる領域にそれぞれ配置されている。

例えば対向基板２０側から液晶装置１００に入射する光Ｌは、基板２の曲面５において画素領域９の中央へ集光され、樹脂層３、カバーガラス４を透過して、液晶層３０に入射する。この光は、液晶層３０を透過してＴＦＴ基板１０に入射し、当該ＴＦＴ基板１０から射出される。このように、曲面５がレンズとして光を集光することで、光の利用効率を向上することができるようになっている。

（マイクロレンズ基板の製造方法）
次に、このように構成されたマイクロレンズ基板１の製造方法について、図３〜図９をもとにして説明する。
まず、図３に示すように、ガラスからなる基板２上に、ポリシリコンからなる第１マスク層４０を形成する（第１マスク層形成工程）。このとき、曲面５を形成する領域には、基板２の表面２ａが露出するように開口部４１を形成する。開口部４１を形成する場合、平面視でほぼ円形をなすように形成すると共に、開口部４１の径Ｒ１が約１μｍになるように形成する。

次に、図４に示すように、開口部４１を塞ぐように窒化物からなる第２マスク層５０を形成する（第２マスク層形成工程）。第２マスク層５０は、第１マスク層４０の上面４０ａ、開口部４１の側面４１ａ及び開口部４１に露出した基板２の表面２ａを覆うように形成されると共に、第１マスク層４０の開口部４１内に平面視でほぼ円形の第１凹部５１が形成されるようにする。

例えば、開口部４１が設けられた第１マスク層４０にスパッタリング法などによって全面に第２マスク層５０を形成する。そうすると、図４に示すように、第１マスク層４０の上面４０ａ、側面４１ａ及び開口部４１に露出した基板２の表面２ａにほぼ均一に第２マスク層５０が形成されることになる。

ここで、第１凹部５１の径Ｒ２は、開口部４１の側面４１ａを覆う第２マスク層５０自身の層厚によって、開口部４１の径Ｒ１よりも小さくなるように形成される。すなわち、第１凹部５１の開口面積が、開口部４１の開口面積よりも小さくなるように形成される。第１凹部５１の径Ｒ２は、第２マスク層５０の層厚ｔ２を調節することによって、所望の径となるよう調節することができる。

例えば、層厚ｔ２を厚く形成する場合、開口部４１の側面４１ａを覆う第２マスク層５０も厚くなるため、その分第１凹部５１の径Ｒ２は小さくなる。逆に、層厚ｔ２を薄く形成する場合、開口部４１の側面４１ａを覆う第２マスク層５０も薄くなるため、その分第１凹部５１の径Ｒ２は大きくなる。

本実施形態では、第１凹部５１の径Ｒ２を約０．２μｍ〜０．５μｍとすることが好ましい。第１凹部５１の径Ｒ２を上記値に調節する場合、第２マスク層５０の層厚ｔ２を約０．９μｍ〜１．２μｍ程度に調節することが好ましい。このように、第２マスク層５０の層厚ｔ２を調節することによって、第１凹部５１の径Ｒ２を所望の値に調節する。

次に、第２マスク層５０の全面を、エッチバック法によってエッチングする（第１の除去工程）。この工程により、図５に示すように、第２マスク層５０のうち第１凹部５１の開口領域に形成された部分（開口領域部分）５２が除去されると共に、第１マスク層４０の上面４０ａに積層された部分が除去される。その一方で、第２マスク層５０のうち開口部４１の側面４１ａを覆う部分は、例えば第１マスク層４０と同じ高さに残存する。開口領域部分５２が除去されることによって、第１凹部５１に表面２ａが露出する（露出部分２ｂ）。なお、この工程では、別途エッチングマスクを用いて開口領域部分５２のみを除去しても構わない。また、例えばこの段階で開口部５１（露出部分２ｂ）を初期穴として等方性エッチングを行い、レンズ形成を行っても良い。

次に、当該露出部分２ｂを、基板２の深さ方向にドライエッチング（異方性エッチング）する（第１穴部形成工程）。この工程では、図６に示すように、露出部分２ｂが削られて第１穴部６０が形成される。第１穴部６０の底面は、異方性エッチングによって平坦に形成される。

次に、第１穴部６０を等方性エッチングする（等方性エッチング工程）。この工程により、図７に示すように、曲面５がほぼ球面に形成される。また、曲面５を形成した後、第１マスク層４０及び第２マスク層５０を完全に除去する。曲面５の底部には、第１穴部６０の底面の平坦形状が平面部分５ａとして残存することになる。その後、図８に示すように基板２上に樹脂層３を形成し、さらに図９に示すように当該樹脂層３上にカバーガラス４を貼り付けると、マイクロレンズ基板１が完成する。

なお、第１マスク層４０をエッチングする場合は、第１マスク層４０を溶解し、第２マスク層５０及び基板２を溶解しないもしくは選択比が稼げるエッチャント、例えばフッ酸過水を用いる。第２マスク層５０をエッチングする場合は、第２マスク層５０を溶解し、第１マスク層４０及び基板２を溶解しないエッチャントもしくは選択比が稼げる、例えば熱燐酸を用いる。また、基板２をエッチングする場合は、基板２を溶解し、第１マスク層４０及び第２マスク層５０を溶解しないもしくは選択比が稼げるエッチャント、例えばフッ酸を用いる。また、前述のエッチャントに対応するようなガス等を使用しドライエッチによる除去、エッチングを行ってもよい。

本実施形態によれば、第１凹部５１の開口面積を開口部４１の開口面積よりも容易に小さくすることができる。すなわち、第１マスク層４０の層上及び開口部４１の側面が第２マスク層５０で覆われると、第１凹部５１の開口面積は、開口部４１の側面を覆う第２マスク層５０自身の層厚によって、開口部４１よりも小さく形成されることになる。

従来では基板のうち開口部によって露出された領域を等方性エッチングしていたのに対して、本実施形態では基板２のうち開口部４１よりも開口面積の小さい第１凹部５１に露出した領域を等方性エッチングすることになる。このため、等方性エッチングする基板２の露出領域を狭くすることができるので、曲面５を形成した後に残存する平面部分５ａの面積を従来に対して小さくことができる。
このように、本実施形態では、高価な露光装置を用いることなく平面部分５ａの面積を小さくすることができる。これにより、安価な製造コストで光の利用効率を向上させることができるマイクロレンズ基板を製造することができる。

また、第１の除去工程では、第２マスク層５０をエッチバック法によって除去することとしたので、第２マスク層５０のうち少なくとも開口部分５２を容易に除去することができる。例えば、開口部分５２を局所的に除去する場合、開口領域以外の領域を別途マスクで覆ってエッチングする必要がある。本発明では、第２マスク層５０の全面をエッチバック法によってエッチングするので、このようなマスクは必要が無い。なお、第２マスク層５０の全面をエッチバック法によってエッチングする場合、開口部分５２を除去した際には、開口部４１の側面４１ａを覆う部分が残ることになる。このため、第１凹部５１の開口領域が広がることはなく、等方性エッチングされる領域を狭く保持することができる。

また、本実施形態によれば、基板２に等方性エッチングを行う前に、基板２に第１穴部６０を形成することとしたので、等方性エッチング工程では、基板２の表面２ａを直接等方性エッチングするのではなく、第１穴部６０を等方性エッチングすることになる。基板２に形成する曲面５はマイクロレンズとして機能を有することから、径方向の中央で最も深さが深くなるように形成されることが好ましい。本実施形態では、第１穴部６０が形成された分、基板２の深さ方向に等方性エッチングする手間を省くことができる上、曲面５全体が径方向の中央で最も深くなるように形状を整えやすくすることができる。

［第２実施形態］
次に、図１０〜図１５を参照して本発明の第２実施形態を説明する。本実施形態では、マイクロレンズ基板の製造方法の一部が第１実施形態とは異なっているので、この点を中心に説明する。

まず、第１実施形態と同様、図１０に示すように、開口部１４１を有するように基板１０２上にポリシリコンからなる第１マスク層１４０を形成する（第１マスク層形成工程）。また、第１マスク層１４０の上面１４０ａ、開口部１４１の側面１４１ａ及び開口部１４１に露出した基板１０２の表面１０２ａを覆うように窒化層である第２マスク層１５０を形成すると共に、開口部１４１の開口領域内に第１凹部１５１が形成されるようにする（第２マスク層形成工程）。なお、第２マスク層１５０を形成したとき、当該第２マスク層１５０のうち開口部１４１の側面１４１ａを覆う部分の層厚によって、開口部１４１よりも径の小さい第１凹部１５１が開口部１４１の開口領域内に形成される。また、第１実施形態と同様、開口部１４１及び第１凹部１５１は平面視で円形を成している。

次に、第２マスク層１５０の全面を、エッチバック法によってエッチングする（第１の除去工程）。この工程では、図１１に示すように、第２マスク層１５０のうち開口領域部分１５２（図１０参照）が除去されると共に、第１マスク層１４０の上面１４０ａに積層された部分が除去される。また、第２マスク層１５０のうち開口部１４１の側面１４１ａを覆う部分は、例えば第１マスク層１４０と同じ高さに残存する。開口領域部分１５２が除去されることによって、第１凹部１５１に表面１０２ａが露出する（露出部分１０２ｂ）。

次に、当該露出部分１０２ｂを、基板１０２の深さ方向に異方性エッチングする（第１穴部形成工程）。この工程では、図１２に示すように、露出部分１０２ｂが削られて第１穴部１６０が形成される。第１穴部１６０の底面は、異方性エッチングによって平坦に形成される。

次に、開口部１４１の開口領域に残存する第２マスク層１５０を異方性エッチングによって除去する（第２の除去工程）。この工程では、図１３に示すように、開口部１４１に基板１０２の表面１０２ａが露出する（露出部分１０２ｃ）。
次に、開口部１４１に露出する部分、すなわち、第１穴部１６０及び露出部分１０２ｃを異方性エッチングする（第２穴部形成工程）。この工程では、図１４に示すように、第１穴部１６０が更に深く掘り下げられると共に、露出部分１０２ｃが削られて第２穴部１７０が形成される。第２穴部１７０は、第１穴部１６０よりも深さが浅くなるように形成され、第１穴部１６０と第２穴部１７０とが階段状になるように形成される。

次に、階段状に形成された第１穴部１６０及び第２穴部１７０を等方性エッチングする。この工程により、図１５に示すように、曲面１０５が非球面に形成される。曲面１０５の底部には、第１穴部１６０の底部の形状が平面部分１０５ａとして残存する。曲面１０５を形成した後は、第１マスク層１４０を完全に除去し、基板１０２上に樹脂層を形成し、当該樹脂層上にカバーガラスを貼り付けると、マイクロレンズ基板が完成する。
なお、上記工程でエッチング（異方性エッチング、等方性エッチング）をする際のエッチャントについては、第１マスク層１４０、第２マスク層１５０及び基板１０２について、それぞれ第１実施形態で用いたエッチャントと同一のエッチャントを用いている。

本実施形態によれば、基板１０２に第１穴部１６０と第２穴部１７０とが階段状に形成された状態で当該第１穴部１６０及び第２穴部１７０に等方性エッチングすることになる。形成する曲面１０５の形状に沿うように階段状に第１穴部１６０及び第２穴部１７０を形成することによって、曲面１０５の形状を一層整えやすくすることができる。

［第３実施形態］
次に、図１６〜図２５を参照して本発明の第３実施形態を説明する。本実施形態では、マイクロレンズ基板の製造方法の一部が第１実施形態とは異なっているので、この点を中心に説明する。

まず、第１実施形態と同様、図１６に示すように、開口部２４１を有するように例えばポリシリコンからなる第１マスク層２４０を基板２０２上に形成し（第１マスク層形成工程）、第１マスク層２４０の上面２４０ａ、開口部２４１の側面２４１ａ及び開口部２４１に露出する基板２０２の表面２０２ａ上を覆うように窒化物からなる第２マスク層２５０を形成する（第２マスク層形成工程）。第２マスク層２５０を形成したとき、当該第２マスク層２５０のうち開口部２４１の側面２４１ａを覆う部分の層厚によって、開口部２４１よりも径の小さい第１凹部２５１が開口部２４１の開口領域内に形成される。

次に、同じく図１６に示すように、第２マスク層２５０の上面２５０ａ、第１凹部２５１の側面２５１ａ及び第１凹部２５１の底面２５１ｂを覆うように、第１マスク層２４０と同一の材質であるポリシリコンからなる第３マスク層２８０を形成する（第３マスク層形成工程）。第３マスク層２８０を形成したとき、当該第３マスク層２８０のうち第１凹部２５１の側面２５１ａを覆う部分の層厚によって、第１凹部２５１よりも径の小さい第２凹部２８１が第１凹部２５１内に形成される。なお、第１実施形態と同様、開口部２４１、第１凹部２５１及び第２凹部２８１は平面視でほぼ円形になっている。

次に、第３マスク層２８０の全面を、エッチバック法によってエッチングする（第３の除去工程）。この工程では、第３マスク層２８０のうち第２凹部２８１の開口領域に形成された開口領域部分２８２（図１６参照）が除去されて、図１７に示すように、第１凹部２５１の底面２５１ｂが露出する。また、第３マスク層２８０のうち第２マスク層２５０の上面２５０ａを覆う部分が一部除去される。

次に、第２凹部２８１に露出した第１凹部２５１の底面２５１ｂを異方性エッチングする（第３の除去工程）。この工程では、第２凹部２８１に露出した第１凹部２５１の底面２５１ｂ、すなわち、第２マスク層２５０のうち第２凹部２８１の開口領域に形成された開口領域部分２５２（図１７参照）が除去されて、図１８に示すように、第２凹部２８１に基板２０２の表面２０２ａが露出する（露出部分２０２ｂ）。

次に、露出部分２０２ｂを、基板２０２の深さ方向に異方性エッチングする（第３穴部形成工程）。この工程では、図１９に示すように、露出部分２０２ｂが削られて、第３穴部２９０が形成される。第３穴部２９０の底面は、異方性エッチングによって平坦に形成される。

次に、第３マスク層２８０全面をエッチバック法によってエッチングする（第４の除去工程）。この工程では、図２０に示すように、第３マスク層２８０が除去され、第２マスク層２５０が露出する。
次に、第２マスク層２５０のうち第１凹部２５１の開口領域に形成された部分２５３を異方性エッチングして除去する。この工程では、図２１に示すように、基板２０２の表面２０２ａのうち第３穴部２９０の周囲が露出する（露出部分２０２ｃ）。

次に、第１凹部２５１に露出する部分、すなわち、第３穴部２９０及び露出部分２０２ｃを異方性エッチングする。この工程では、図２２に示すように、第３穴部２９０が更に深く掘り下げられると共に、露出部分２０２ｃが削られて、第３穴部よりも深さが浅い第１穴部２６０が形成される。第３穴部２９０と第１穴部２６０とは、階段状に形成される。

次に、第２マスク層２５０全面をエッチバック法によってエッチングする。この工程では、図２３に示すように、第２マスク層２５０が除去され、第１マスク層２４０が露出する。また、基板２０２の表面２０２ａのうち開口部２４１の開口領域内の部分が新たに露出する（露出部分２０２ｄ）。

次に、開口部２４１に露出する部分、すなわち、第３穴部２９０、第１穴部２６０及び露出部分２０２ｄを異方性エッチングする。この工程では、図２４に示すように、第３穴部２９０及び第１穴部２６０が更に深く掘り下げられると共に、露出部分２０２ｄが削られて、第２穴部２７０が形成される。第２穴部２７０は、第１穴部２６０よりも深さが浅くなるように形成され、第３穴部２９０、第１穴部２６０及び第２穴部２７０が階段状に形成される。

次に、階段状に形成された第３穴部２９０、第１穴部２６０及び第２穴部２７０を等方性エッチングする。この工程により、図２５に示すように、曲面２０５が非球面に形成される。曲面２０５の底部には、第３穴部２９０の底部の平坦形状が平面部分２０５ａとして残存する。曲面２０５を形成した後は、第１マスク層２４０を完全に除去し、基板２０２上に樹脂層を形成し、当該樹脂層上にカバーガラスを貼り付けると、マイクロレンズ基板が完成する。

なお、本実施形態では、第１マスク層２４０と第３マスク層２８０との材料が同一（ポリシリコン）であるため、上記工程でエッチングする際には同一のエッチャントを用いる。また、第１マスク層２４０及び第３マスク層２８０をエッチングする場合は、当該第１マスク層２４０及び第３マスク層２８０を溶解し、第２マスク層２５０及び基板２０２を溶解しないもしくは選択比が稼げる（つまり、第１及び第３マスク層の方が第２マスク層及び基板よりもエッチングレートが高くなるような）エッチャント、例えばフッ酸過水を用いる。第２マスク層２５０をエッチングする場合は、当該第２マスク層２５０を溶解し、第１マスク層２４０、第３マスク層２８０及び基板２０２を溶解しないエッチャント、例えばもしくは選択比が稼げる熱燐酸を用いる。基板２０２をエッチングする場合は、当該基板２０２を溶解し、第１マスク層２４０、第２マスク層２５０及び第３マスク層２８０を溶解しないもしくは選択比が稼げる（つまり、基板の方が第１乃至第３マスク層よりもエッチングレートが高くなるような）エッチャント、例えばフッ酸を用いる。また、前述のエッチャントに対応するようなガス等を使用しドライエッチによる除去、エッチングを行ってもよい。
本実施形態によれば、第１穴部２６０を形成する前に、当該第１穴部２６０よりも深さの深い第３穴部２９０を形成するので、基板２０２に第３穴部２９０、第１穴部２６０、第２穴部２７０が階段状に形成されることになる。したがって、３段階に穴部を形成した状態で等方性エッチングすることになる。これにより、穴部を２段階に形成した場合と比べて、曲面２０５をより非球面に形成することができるので、レンズの性能を更に向上させることができる。

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
例えば、第１実施形態においては、第１マスク層４０と第２マスク層５０とが異なる材料（第１マスク層４０がポリシリコン、第２マスク層５０が窒化物）で形成されていると説明したが、同じ材料（例えば第１マスク層４０、第２マスク層ともポリシリコン）によって形成しても構わない。また、第３実施形態の第１マスク層２４０と第３マスク層２８０とを異なる材料で形成しても構わない。

また、第２実施形態及び第３実施形態では、階段状に穴部が設けられた状態で等方性エッチングを行うように説明したが、このように等方性エッチングを行うと、曲面１０５及び２０５に継ぎ目が形成されることがある。このような継ぎ目が形成されるとレンズとしての集光機能が低下することになるため、上記各工程とは別に、曲面１０５及び曲面２０５の継ぎ目を滑らかにする工程を別途設けても良い。

また、上記実施形態においては、基板の材質をガラスとして説明したが、これに限られることは無く、例えば石英などの透明な材料を用いても勿論構わない。

また、上記実施形態においては、基板を等方性エッチングする際に穴部を形成するとして説明した。例えば第１実施形態では１段（第１穴部のみが形成された状態）であり、第２実施形態では２段（第１穴部及び第２穴部が形成された状態）であり、第３実施形態では３段（第１穴部、第２穴部及び第３穴部が形成された状態）である。これに加えて、穴部の段数を４段以上に形成した状態で等方性エッチングするようにしても、勿論構わない。穴部の段数を増加させることによって、より曲面を非球面形成することができ、レンズの集光機能を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係るマイクロレンズ基板の構成を示す断面図。 本実施形態に係る液晶装置の構成を示す断面図。 本実施形態に係るマイクロレンズ基板の製造過程を示す工程図。 同、工程図。 同、工程図。 同、工程図。 同、工程図。 同、工程図。 同、工程図。 本発明の第２実施形態に係るマイクロレンズ基板の製造過程を示す工程図。 同、工程図。 同、工程図。 同、工程図。 同、工程図。 同、工程図。 本発明の第３実施形態に係るマイクロレンズ基板の製造過程を示す工程図。 同、工程図。 同、工程図。 同、工程図。 同、工程図。 同、工程図。 同、工程図。 同、工程図。 同、工程図。 同、工程図。

符号の説明

１…マイクロレンズ基板 ２…基板 ２ａ…表面 ５…曲面 ５ａ…平面部分 ２０…対向基板 ４０…第１マスク層 ４１…開口部 ４１ａ…側面 ５１…第１凹部 ５２…開口領域部分 ６０…第１穴部 １７０…第２穴部 ２８１…第２凹部 ２９０…第３穴部

Claims (6)

1. 基板上に当該基板の表面を露出する開口部を有する第１マスク層を形成する第１マスク層形成工程と、
   少なくとも前記第１マスク層、前記開口部に露出した前記基板の表面及び前記開口部の側面を覆うと共に前記開口部の開口領域内に第１凹部を有する第２マスク層を形成する第２マスク層形成工程と、
   前記第２マスク層のうち少なくとも前記第１凹部の底部に形成された部分を、前記第１凹部に前記基板が露出するまで除去する第１の除去工程と、
   前記基板のうち前記第１凹部に露出した部分を等方性エッチングする等方性エッチング工程と
   を具備することを特徴とするマイクロレンズ基板の製造方法。
2. 前記第１の除去工程では、前記第２マスク層をエッチバック法によって除去する
   ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズ基板の製造方法。
3. 前記第１の除去工程と前記等方性エッチング工程との間に、
   前記基板のうち前記第１凹部に露出した部分に第１穴部が形成されるように、当該第１凹部に露出した部分を深さ方向に異方性エッチングする第１穴部形成工程を更に具備する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のマイクロレンズ基板の製造方法。
4. 前記第１穴部形成工程と前記等方性エッチング工程との間に、
   前記第２マスク層のうち少なくとも前記開口部の開口領域に形成された部分を、前記開口部に前記基板が露出するまで除去する第２の除去工程と、
   前記基板のうち前記開口部に露出した部分に前記第１穴部よりも深さの浅い第２穴部が形成されるように、当該開口部に露出した部分を深さ方向に異方性エッチングする第２穴部形成工程と
   を更に具備することを特徴とする請求項３に記載のマイクロレンズ基板の製造方法。
5. 前記第２マスク層形成工程と前記第１の除去工程との間に、
   少なくとも前記第２マスク層、前記第１凹部の底部及び前記第１凹部の側部を覆うと共に前記第１凹部の領域内に第２凹部を有する第３マスク層を形成する第３マスク層形成工程と、
   前記第３マスク層のうち少なくとも前記第２凹部の底部に形成された部分及び前記第２マスク層のうち少なくとも第２凹部に平面的に重なる領域に形成された部分を、前記第２凹部に前記基板が露出するまで除去する第３の除去工程と、
   前記基板のうち前記第２凹部に露出した部分に前記第１穴部よりも深さの深い第３穴部が形成されるように、当該第２凹部に露出した部分を深さ方向に異方性エッチングする第３穴部形成工程と、
   前記第３マスク層のうち少なくとも前記第１凹部内に形成された部分を除去する第４の除去工程と
   を更に具備することを特徴とする請求項４に記載のマイクロレンズ基板の製造方法。
6. 前記第３の除去工程では、前記第３マスク層をエッチバック法によって除去する
   ことを特徴とする請求項５に記載のマイクロレンズ基板の製造方法。
   

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