JP2007333926A - マイクロレンズの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製作精度の良いマイクロレンズの製造方法を提供する。
【解決手段】ＧＳＭ１は、マイクロレンズの中央部の円形領域を露光するためのものであり、中央部に円形状の有効領域１ａを有する。ＧＳＭ２は、マイクロレンズの中央の円形部分に隣接する円環状の領域を露光するためのものであり、中間部分に円環状の有効領域２ａを有する。ＧＳＭ３は、マイクロレンズの外周部の円環状の領域を露光するためのものであり、外周部分に円環状の有効領域３ａを有する。有効領域１ａと２ａ、及び２ａと３ａは、図１の左側に示すように、その境目が互いに重畳するようにされている。重畳している範囲でのＧＳＭのグレースケール値は、重ね露光を行ったときに、適当な露光量でレジストが露光されて目的のＳＡＧ量が得られるようにされている。これにより、ＧＳＭの継ぎ目で段差が発生するのを防止できる。
【選択図】 図１

Description

本発明はマイクロレンズ（本明細書及び特許請求の範囲において、マイクロレンズとはマイクロレンズアレイを含むものである）の製造方法に関するものである。

マイクロレンズは、ディジタルカメラ、光通信、ＭＥＭＳ分野を中心に実用化され、益々使用範囲が拡大している。従来、このようなマイクロレンズの製造方法として、特表平８−５０４５１５号公報（特許文献１）に開示されているような方法が知られている。これは、グレースケールマスク（ＧＳＭ：アナログ的とみなせる光透過率の変化を有するマスク）を使用して光学基材の表面に形成されたレジストを感光させ、レジストを現像することによって、グレースケールに応じた形状の、立体的なレジストパターンを形成し、それをマイクロレンズとするか、あるいは、さらにレンズ形状となったレジストを光学基材と共にエッチングすることにより、レンズ形状のレジストのパターンを光学基材に転写し、光学基材からなるマイクロレンズを形成するものである。ＧＳＭを使用した方法は、特に高ＳＡＧ量のマイクロレンズを製造する方法として適当なものである。

このような、ＧＳＭを使用したマイクロレンズの製造方法にも、少なくとも２種類の方法が知られている。第１は、特許３３７３５１８号公報（特許文献２）に記載されるように、単一ＧＳＭによる単一露光によりマイクロレンズを製作する方法である。第２は、特開２００４−３１００７７号公報（特許文献３）に記載されるように、１枚のメインＧＳＭと１枚の形状補正用ＧＳＭを用いて複数回の露光によりマイクロレンズを製作する方法である。

特許文献２に記載される方法は、単一マスク、単一露光のため、一見簡便のようにみえる。しかし、高精度のマイクロレンズを得るためには、得られた形状に基づいて、正しい形状が得られるように、新たにＧＳＭを作り直す必要があり、すくなくとも３回以上のＧＳＭの作り直しが必要になる。それでも、製作したＧＳＭには必ず製造誤差が伴うため、意図した形状補正は十分にできず、高精度マイクロレンズを製作することは困難である。

特許文献３に記載される方法は、メインＧＳＭ（概ねの設計レンズ形状を製作するのに使用するマスク）により、概ね良好な形状を製作し、設計形状との誤差分を、形状補正を行う形状補正ＧＳＭを用いて、補正する方法である。この方法は、複数のマスクを用いて、複数回の露光を行うということで、前者に比べて煩雑である。しかし、この方法は、形状製作と形状補正との役割を分けたため、マスクに許される製造誤差は１０倍以上緩くなる。しかもＧＳＭの役割分担により、単一マスク、単一露光では達成できなかった高精度マイクロレンズを製作することができる。又、製造誤差が緩くなったため、非常に高価なマスク製造装置を使用しなくても、ＧＳＭが製造できる。
特表平８−５０４５１５号公報 特許３３７３５１８号公報 特開２００４−３１００７７号公報

しかし、高ＳＡＧ量のマイクロレンズを高精度に製作したい場合、このメインＧＳＭと形状補正ＧＳＭの２枚では不十分な場合がある。この理由を図３を用いて詳しく説明する。図３は、レンズ曲率Ｒ＝２５０μｍ、レンズ径３００μｍ、レンズ高さ（ＳＡＧ量５０μｍ）の凸形状のマイクロレンズの断面形状を表した図である。このレンズ形状において、レンズＳＡＧ量がレンズ高さの半分になる位置における半径ｒは約１０９μｍである。

すなわち、メインＧＳＭ１枚で概ねのレンズ形状を製作しようとすると、メインＧＳＭのグレースケール値範囲の半分を使ってレンズ径の約７３％を製作することになる。言い換えれば、レンズ領域約７３％を製作するために、メインＧＳＭのグレースケール値範囲の５０％しか使用できないということになる。このため、形成されるレジストの曲面を近似した段差が粗くなり、特に高ＳＡＧ量のマイクロレンズの場合、製作精度上問題となることがある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、製作精度の良いマイクロレンズの製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、有効範囲が円形状のメイングレースケールマスクと、１枚又は複数枚の、有効範囲が輪帯形のメイングレースケールマスクを使用してフォトレジストの重ね露光を行い、その後、前記フォトレジストを現像することにより、マイクロレンズの形状をしたフォトレジストを得る工程を有することを特徴とするマイクロレンズの製造方法である。

「有効範囲」とは、マイクロレンズの形状を正確に形成するためのＧＳＭの領域のことである。このことは、本明細書及び特許請求の範囲において同じである。

前記課題を解決するための第２の手段は、有効範囲が円形状のメイングレースケールマスクと、１枚又は複数枚の、有効範囲が輪帯形のメイングレースケールマスクを使用してフォトレジストの重ね露光を行い、さらに、形状補正用グレースケールマスクを使用して前記フォトレジストを露光した後、前記フォトレジストを現像することにより、マイクロレンズの形状をしたレジストを得る工程を有することを特徴とするマイクロレンズの製造方法である。

前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、前記各メイングレースケールマスクのグレースケール値範囲が、光の透過が無いときを０、光を１００％透過するときの値を１として規格化した場合、0.15〜0.75の範囲にあることを特徴とするものである。

前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段から第３の手段のいずれかであって、マイクロレンズの形状をしたレジストのＳＡＧ量が４０μｍ以上であることを特徴とするものである。

本発明によれば、製作精度の良いマイクロレンズの製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態であるマイクロレンズの製造方法に使用するメインＧＳＭの概要を示す図である。本実施の形態においては、マイクロレンズの有効領域を円形及び輪帯形の３つの領域に分け、それぞれの領域を露光する３枚のＧＳＭを使用するものとする。図１において、左側が３枚のＧＳＭ１、２、３の断面図、右側がその平面図である。なお、図においてハッチングを施した部分は透過率が可変とされているＧＳＭの有効領域であり、白抜きの部分は無効領域で光を透過させないようにされている部分である。

ＧＳＭ１は、マイクロレンズの中央部の円形領域を露光するためのものであり、中央部に円形状の有効領域１ａを有する。ＧＳＭ２は、マイクロレンズの中央の円形部分に隣接する輪帯形の領域を露光するためのものであり、中間部分に輪帯形の有効領域２ａを有する。ＧＳＭ３は、マイクロレンズの外周部の輪帯形の領域を露光するためのものであり、外周部分に輪帯形の有効領域３ａを有する。有効領域１ａと２ａ、及び２ａと３ａは、図１の左側に示すように、その境目が互いに重畳するようにされている。重畳している範囲でのＧＳＭのグレースケール値は、重ね露光を行ったときに、適当な露光量でフォトレジストが露光されて目的のＳＡＧ量が得られるようにされている。これにより、ＧＳＭの継ぎ目で段差が発生するのを防止できる。

ＧＳＭ１、ＧＳＭ２、ＧＳＭ３の有効領域１ａ、２ａ、３ａは、何れも、グレースケール値範囲が、光の透過率が無いときを０、光を１００％透過するときの値を１として規格化した場合、0.15〜0.75の範囲にあるようにされている。これは、この範囲で、レジストの感度特性とグレースケール値との関係が最も安定しているためである。使用するグレースケール値範囲をこの範囲に制限し、露光時間で露光量調整することにより、精度の良いレジスト形状を得ることができる。

これら、３枚のＧＳＭを使用して順次フォトレジストの露光を行い（露光の順番は任意である）、その後フォトレジストを現像することにより、目的とするレンズ形状のレジストを得る。このレジストをそのままマイクロレンズとして使用してもよいし、特許文献１、特許文献２、特許文献４に記載されるように、ドライエッチングによりこのレジスト形状を基板に転写し、基板からなるマイクロレンズを製造してもよい。このような方法も、特許請求の範囲に含まれることは言うまでもない。又、３枚のＧＳＭを使用して順次フォトレジストの露光を行った後、特許文献３に記載されるように、形状補正用ＧＳＭを使用して形状補正を行い、その後フォトレジストを現像するようにしてもよい。これらの詳細は、上述の特許文献に記載され、かつ周知なものであるので、その説明を省略する。

なお、以上の説明においては、無効領域１ａ、１ｂ、１ｃの光の透過率を０としたが、これらを０以外の一定の値とし、重ね露光したときに、その結果として目的の露光量が得られるように、有効領域１ａ、１ｂ、１ｃのグレースケール値を調整してもよい。

本発明の方法は、マイクロレンズのＳＡＧ量が大きいとき、特にＳＡＧ量が４０μｍ以上のときに、特に有効である。

レンズ直径３００μｍ、レンズ高さ（ＳＡＧ量）５０μｍのレジスト製マイクロレンズを製作した（レンズの曲率Ｒ＝２５０μｍ）。製作法は、以下の通りである。まず、メインＧＳＭ２枚の設計を行った。１枚目のメインＧＳＭは、レンズＳＡＧ量２５μ（レンズ径φ２１８μｍ）までのところのレンズ形状を精度良く製作するマスク、２枚目のメインＧＳＭは、レンズＳＡＧ量２５〜５０μｍ（レンズ径φ２１８〜φ３００μｍ）のレンズ形状を精度良く製作するマスクである。設計にあたっては、使用するレジストの膜べり量と露光量（グレースケール値＊露光時間）との関係に基づいて、レンズ形状に応じたメインＧＳＭを設計した。

１枚目のメインＧＳＭのグレースケール値範囲は、0.15〜0.75で、レンズ径φ２１８μｍ（レンズＳＡＧ量２５μｍ）の形状製作のためのグレースケール値範囲は、0.15〜0.65で（この領域が１枚目のＧＳＭの有効領域である。）、レンズ径φ２１８〜φ３００μｍの領域は、グレースケール値範囲の残りの0.65〜0.75を割り当てた（この領域は１枚目のＧＳＭの有効領域でなく、形状を粗く形成する領域である。）。２枚目のメインＧＳＭは、レンズ径φ２１８μｍまではグレースケール値0.15で一定とし（この領域は２枚目のＧＳＭの有効領域でなく、露光量が一定であるのでレジストの現像量は一定であり、レンズ形状は変化しない。）、レンズ径φ２１８〜φ３００μｍの領域のグレースケール値範囲は、0.15〜0.75である（この領域が２枚目のＧＳＭの有効領域である。）。

まず、基板の上にポジ型フォトレジストを６０μｍ塗布した。１枚目のメインＧＳＭを用いて露光し、続けて２枚目のメインＧＳＭを用いて露光した後に、フォトレジストを現像して、所望のレジスト製マイクロレンズを製作した。実際に製作したレジスト製マイクロレンズの形状誤差を図２に示す。図２から、形状誤差は、0.2μｍ以内に収まっており、精度の良いマイクロレンズ形状が得られていることが分かる。

本発明の実施の形態であるマイクロレンズの製造方法に使用するメインＧＳＭの概要を示す図である。 実際に製作したレジスト製マイクロレンズの形状誤差を示す図である。 従来のマイクロレンズの製造方法の問題点を示すための図である。

符号の説明

１…ＧＳＭ（グレースケールマスク）、１ａ…有効領域、２…ＧＳＭ、２ａ…有効領域、３…ＧＳＭ、３ａ…有効領域

Claims (4)

1. 有効範囲が円形状のメイングレースケールマスクと、１枚又は複数枚の、有効範囲が輪帯形のメイングレースケールマスクを使用してフォトレジストの重ね露光を行い、その後、前記フォトレジストを現像することにより、マイクロレンズの形状をしたレジストを得る工程を有することを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
2. 有効範囲が円形状のメイングレースケールマスクと、１枚又は複数枚の、有効範囲が輪帯形のメイングレースケールマスクを使用してフォトレジストの重ね露光を行い、さらに、形状補正用グレースケールマスクを使用して前記フォトレジストを露光した後、前記フォトレジストを現像することにより、マイクロレンズの形状をしたレジストを得る工程を有することを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
3. 前記各メイングレースケールマスクのグレースケール値範囲が、光の透過が無いときを０、光を１００％透過するときの値を１として規格化した場合、0.15〜0.75の範囲にあ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の製造方法。
4. マイクロレンズの形状をしたレジストのＳＡＧ量が４０μｍ以上であることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載のマイクロレンズの製造方法。

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