JP2008000936A

JP2008000936A - マイクロレンズの製造方法

Info

Publication number: JP2008000936A
Application number: JP2006170832A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Aoyanagi; 和則青柳; Hajime Okura; 元大倉; Yoshihisa Arai; 義久新井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2006-06-21
Filing date: 2006-06-21
Publication date: 2008-01-10

Abstract

【課題】特にＳＡＧ量が小さい場合において、精度の良いマイクロレンズを製造する方法を提供する。
【解決手段】石英やガラスで形成された基板（光学基材）の上にフォトレジスト２を塗布する（ａ）。そして、メインＧＳＭ３を用いてフォトレジスト２を感光させ、フォトレジスト２を現像した場合に、所定のマイクロレンズアレイが得られるようにする（ｂ）。この露光は比較的長時間行い、これによりマイクロレンズアレイの形状が大まかに決定されるようになる。次に、形状補正ＧＳＭ４を用いて、フォトレジスト２を感光させ、前記メインＧＳＭ３を用いた感光で得られるマイクロレンズアレイの形状を、調整するようにする（ｃ）。メインＧＳＭ３のグレースケール値範囲をＧ１〜Ｇ２、形状補正ＧＳＭ４のグレースケール値範囲をｇｉ〜ｇ２とした場合、Ｇ１＜ｇ１＜ｇ２＜Ｇ２の関係が成り立つようにする。
【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、特開平９−００８２６６号公報（特許文献１）に開示されているような、光リソグラフィを使用した方法が知られている。

これらの方法においては、通常のフォトマスクをもちい、マスクにレンズに対応するパターンを形成し、光学基材表面に形成されたフォトレジストを感光させて現像することにより、レジストの立体矩形パターンを製作する。そして、このレジストの立体矩形パターンを熱フローによりレンズ（曲面）形状に変形させることによりマイクロレンズを形成するものである。さらに、必要に応じ、この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している。しかし、この方法は、熱フローによりマイクロレンズの形状を決定しているために、精度の高いマイクロレンズを製造するためには適していない方法とされている。

近年、これとは全く別の原理に基づくマイクロレンズの製造方法が開発され、特表平８−５０４５１５号公報（特許文献２）に開示されている。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フォト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、あるいは前述のように、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。

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３）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４）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３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４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。

一般に、ＧＳＭに使用されるグレースケール値範囲は、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。
特開平９−００８２６６号公報特表平８−５０４５１５号公報特許３３７３５１８号公報特開２００４−３１００７７号公報

しかしながら、形成しようとするレンズ形状のＳＡＧ量が小さい場合（５μｍ以下、特に２μｍ以下の場合）、形状補正ＧＳＭに使用のグレースケール値を0.15〜0.75の範囲とすると、精度の良い補正ができず、その結果、精度の良いマイクロレンズが製造できない場合がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、特にＳＡＧ量が小さい場合において、精度の良いマイクロレンズを製造する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、基板の上に塗布したフォトレジストを露光して現像し、レンズ形状のレジストを形成する工程を有するマイクロレンズの製造方法であって、前記レジストの大まかな形状を決定するメイングレースケールマスクと、前記メイングレースケールマスクによって決定されるレジスト形状を補正するための形状補正グレースケールを用いてレジストの露光を行うものであり、前記形状補正グレースケールマスクのグレースケール値範囲が、前記メイングレースケールマスクのグレースケール値範囲の一部であ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２の手段は、前記第１の手段であって、前記レンズ形状のＳＡＧ量が２μｍ以下であることを特徴とするものである。

本発明によれば、特にＳＡＧ量が小さい場合において、精度の良いマイクロレンズを製造する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の１例であるマイクロレンズの製造方法の概要を示す図である。まず、石英やガラスで形成された基板（光学基材）の上にフォトレジスト２を塗布する（ａ）。そして、メインＧＳＭ３を用いてフォトレジスト２を感光させ、フォトレジスト２を現像した場合に、所定のマイクロレンズアレイが得られるようにする（ｂ）。この露光は比較的長時間行い、これによりマイクロレンズアレイの形状が大まかに決定されるようになる。

次に、形状補正ＧＳＭ４を用いて、フォトレジスト２を感光させ、前記メインＧＳＭ３を用いた感光で得られるマイクロレンズアレイの形状を、調整する（ｃ）。形状補正ＧＳＭ４のパターンは、まず、メインＧＳＭ３のみの露光によって得られたマイクロレンズアレイの形状を測定し、その結果に基づいて、目的とする形状との差を補正するようなパターンとなるように決定する。なお、メインＧＳＭ３による露光と、形状補正ＧＳＭ４による露光は、どちらを先に行ってもよい。

次に、露光されたフォトレジスト２を現像すると、フォトレジスト２がマイクロレンズアレイのパターンに形成される（ｄ）。これを、フォトレジスト２に光学特性を持たせたマイクロレンズアレイとして使用することができる。

又、このようにして得られたフォトレジスト２と基板１をドライエッチングして、その後フォトレジスト２を除去すると、フォトレジスト２のパターンが基板１に転写され、表面にマイクロレンズアレイの形状を有する基板１が得られる（ｅ）。このとき、基板１とフォトレジスト２のエッチングレートの違いにより、フォトレジスト２のパターン形状と基板１の表面のパターン形状は等しくならないが、基板１の表面に目的とするパターン形状が得られるように、フォトレジスト２のパターン形状を決定しておく。以上の工程により、基板１の表面にレンズ形状が形成されたマイクロレンズアレイが完成する。

本実施の形態においては、形状補正ＧＳＭ４のグレースケール値範囲は、メインＧＳＭ３のグレースケール値範囲の一部（全部を含まない）とする。すなわち、メインＧＳＭ３のグレースケール値範囲をＧ１〜Ｇ２、形状補正ＧＳＭ４のグレースケール値範囲をｇｉ〜ｇ２とした場合、Ｇ１＜ｇ１＜ｇ２＜Ｇ２の関係が成り立つようにする。

一般に、露光量の最小値は使用するステッパにより制限があるので、形状補正ＧＳＭ４のグレースケール値範囲を広くとると、補正範囲が必要とされる補正範囲を超えてしまう可能性があるが、上記のようにすることにより、補正範囲を狭めることができ、適正な補正を行うことができる。

さらに、グレースケール値とＳＡＧ量との関係は、近似式により求めているが、形状補正ＧＳＭ４のグレースケール値範囲を狭くすることにより、この近似式の精度が向上するので、この作用効果によっても、形成されるマイクロレンズの精度を高めることができる。

本発明は、ＳＡＧ量の小さいマイクロレンズ、特にＳＡＧ量が２μｍ以下のマイクロレンズの製造方法として特に有効である。

レンズ直径３００μｍ、レンズ高さ（ＳＡＧ量）１μｍ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＝11251μｍ）。製作法は、以下の通りである。ポジ型フォトレジスト３μｍを塗布し、メインＧＳＭを用いて、ｉ線ステッパー（ＮＳＲ）で露光し、これを現像し、レジスト製マイクロレンズアレイを製作した。用いたメインＧＳＭのグレースケール値領域は、0.2（Ｇ１）〜0.6（Ｇ２）で、露光時間は３００ｍｓｅｃである。この時に得られた形状と設計値との形状誤差を図２に示す。

この形状誤差より、形状補正マスクを設計製作した。形状補正マスクのグレースケール値領域は、0.3（ｇ１）〜0.5（ｇ２）である。形状補正ＧＳＭを用いて、露光時間１００msecで露光し、続けてメインＧＳＭで露光時間３００ｍｓｅｃで露光現像した。その結果、形状の良好なマイクロレンズを製造できた。この時に得られた形状と設計値との形状誤差を図３に示す。

本発明の実施の形態の１例であるマイクロレンズの製造方法の概要を示す図である。メインＧＳＭのみを用いてマイクロレンズを製造したときの製造誤差を示す図である。本発明の実施例におけるマイクロレンズの製造誤差を示す図である。

符号の説明

１…基板、２…フォトレジスト、３…メインＧＳＭ、４…形状補正ＧＳＭ

Claims

基板の上に塗布したフォトレジストを露光して現像し、レンズ形状のレジストを形成する工程を有するマイクロレンズの製造方法であって、前記レジストの大まかな形状を決定するメイングレースケールマスクと、前記メイングレースケールマスクによって決定されるレジスト形状を補正するための形状補正グレースケールを用いてレジストの露光を行うものであり、前記形状補正グレースケールマスクのグレースケール値範囲が、前記メイングレースケールマスクのグレースケール値範囲の一部であることを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
前記レンズ形状のＳＡＧ量が２μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズの製造方法。