JP2010197821A - Method of producing lens - Google Patents

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Hiroshi Ishihara
弘嗣 石原
Masanobu Tanaka
正信 田中
Kaisho Chin
海晶 陳
Takahiro Kamei
隆広 亀井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of producing a lens by which a desired lens shape can be easily formed. <P>SOLUTION: In a method of producing a lens array 1, a liquid repellent layer 12 having liquid repellency to a lens liquid material 1B is formed on a substrate 10 in a region D2 except a lens forming region (a region D1). Then the lens liquid material 1B is applied onto the substrate 10 and the lens liquid material 1B is selectively stuck to an exposed surface (the region D1) of the substrate 10 by the liquid repellency of the liquid repellent layer 12. Further in the region D1, a surface shape of the lens liquid material 1B becomes hemispherical owing to surface tension which the lens liquid material 1B has. Successively the lens liquid material 1B is calcined at predetermined temperature to form the lens which has a predetermined shape and is made of a predetermined material in the region D1 on the substrate 10. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、オンチップレンズやレンズアレイ等に用いられるレンズの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a lens used for an on-chip lens, a lens array, or the like.

従来、レンズの製造方法として、レジストリフロー法がよく知られている(例えば、特許文献1〜4)。特許文献1の手法では、まず、ガラス基板上にレンズ材料となる感光性樹脂(例えばフォトレジスト)を成膜したのち、このフォトレジストをフォトリソグラフィ法を用いて円柱状などにパターニングする。その後、パターニングしたフォトレジストを、その軟化点を超える温度にまで加熱することによりリフローさせる。これにより、フォトレジストを半球状の凸面を有する形状(以下、単に凸形状という)に成型することができる。但し、この手法では、凸形状に成型したフォトレジスト自体をレンズとして機能させることになるため、レンズ材料として、レンズとして機能するだけでなく感光性を有する材料を選択する必要がある。従って、材料選択の幅が狭まるため望ましくない。   Conventionally, a registry flow method is well known as a method for manufacturing a lens (for example, Patent Documents 1 to 4). In the method of Patent Document 1, first, a photosensitive resin (for example, a photoresist) serving as a lens material is formed on a glass substrate, and then the photoresist is patterned into a columnar shape or the like using a photolithography method. Thereafter, the patterned photoresist is reflowed by heating to a temperature exceeding its softening point. Thereby, a photoresist can be shape | molded in the shape (henceforth only convex shape) which has a hemispherical convex surface. However, in this method, since the photoresist molded into a convex shape functions as a lens, it is necessary to select a material that not only functions as a lens but also has photosensitivity. Therefore, it is not desirable because the range of material selection is narrowed.

他方、特許文献2〜4の手法は、レンズ材料からなる下地層を形成し、この下地層上に上記と同様の手順により凸形状のフォトレジストを形成した後、ドライエッチングを施すことにより、フォトレジストの形状を下地層に転写するというものである。これにより、下地層は、フォトレジストの形状に対応して凸形状に成型されてレンズとなる。この手法では、レンズ材料として感光性を有するものを選択する必要はないため、一般的なガラスや樹脂等の材料を用いることができる。   On the other hand, in the methods of Patent Documents 2 to 4, a base layer made of a lens material is formed, a convex photoresist is formed on the base layer by the same procedure as described above, and then dry etching is performed. The shape of the resist is transferred to the underlayer. Thereby, the underlayer is molded into a convex shape corresponding to the shape of the photoresist to be a lens. In this method, since it is not necessary to select a lens material having photosensitivity, a general material such as glass or resin can be used.

特開昭61−67003号公報JP 61-67003 A 特開平07−174903号公報JP 07-174903 A 特開平03−148173号公報Japanese Patent Laid-Open No. 03-148173 特許第3355874号公報Japanese Patent No. 3355874 特許第3330655号公報Japanese Patent No. 3330655

しかしながら、上記特許文献2〜4の手法では、ドライエッチングの際に、フォトレジスト材料と下地層の材料(ガラスや樹脂等のレンズ材料)との間でエッチングレートに差が生じ易い。このため、フォトレジストや下地層の構成材料に応じて、諸々のエッチング条件を最適化する必要があり、所望のレンズ形状を容易に形成することができないという問題があった。   However, in the methods of Patent Documents 2 to 4, a difference in etching rate tends to occur between the photoresist material and the material of the underlayer (lens material such as glass or resin) during dry etching. For this reason, it is necessary to optimize various etching conditions according to the constituent materials of the photoresist and the underlayer, and there is a problem that a desired lens shape cannot be easily formed.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、容易に所望のレンズ形状を形成することが可能なレンズの製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a lens manufacturing method capable of easily forming a desired lens shape.

本発明のレンズの製造方法は、基材上のレンズ形成領域を除いた領域に撥液層を形成する工程と、撥液層を形成した基材上にレンズ液体材料を塗布する工程と、基材上のレンズ液体材料に対して熱処理を施す工程とを含むものである。   The lens manufacturing method of the present invention includes a step of forming a liquid repellent layer in a region excluding a lens forming region on a substrate, a step of applying a lens liquid material on the substrate on which the liquid repellent layer is formed, And a step of subjecting the lens liquid material on the material to a heat treatment.

本発明のレンズの製造方法では、まず、基材上のレンズ形成領域を除いた領域に撥液層を形成したのち、基材上にレンズ液体材料を塗布する。このとき、レンズ液体材料は、撥液層の有する撥液性により、基材上のレンズ形成領域に選択的に付着すると共に、レンズ液体材料の有する表面張力によりその表面形状が半球状となる。このようにして基材上に形成されたレンズ液体材料に熱処理を施すことにより、上記表面張力による半球状に対応した形状を有するレンズが形成される。   In the method for producing a lens of the present invention, a liquid repellent layer is first formed in a region excluding the lens formation region on the substrate, and then a lens liquid material is applied on the substrate. At this time, the lens liquid material selectively adheres to the lens formation region on the substrate due to the liquid repellency of the liquid repellent layer, and the surface shape becomes hemispherical due to the surface tension of the lens liquid material. By subjecting the lens liquid material thus formed on the substrate to heat treatment, a lens having a shape corresponding to the hemisphere due to the surface tension is formed.

本発明のレンズの製造方法によれば、基材上のレンズ形成領域を除いた領域に撥液層を形成したのちレンズ液体材料を塗布するようにしたので、レンズ液体材料を、基材上のレンズ形成領域に半球状となるように形成することができる。こののち、基材上のレンズ液体材料に熱処理を施すことで、上記半球状に対応した形状のレンズを形成することができる。すなわち、撥液層の有する撥液性やレンズ液体材料の表面張力を利用してレンズ形状を形成するようにしたので、ドライエッチングを用いた転写によりレンズ形状を形成する場合に比べ、容易に所望のレンズ形状を形成することが可能となる。   According to the method for manufacturing a lens of the present invention, the lens liquid material is applied on the base material after the liquid repellent layer is formed in the area excluding the lens forming area on the base material. It can be formed to be hemispherical in the lens formation region. Thereafter, a lens having a shape corresponding to the hemisphere can be formed by heat-treating the lens liquid material on the substrate. In other words, since the lens shape is formed by utilizing the liquid repellency of the liquid repellent layer and the surface tension of the lens liquid material, it can be easily obtained as compared with the case where the lens shape is formed by transfer using dry etching. It becomes possible to form the lens shape.

本発明の一実施の形態に係るレンズアレイの概略構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing schematic structure of the lens array which concerns on one embodiment of this invention. 図1に示したレンズアレイの製造方法を工程順に表す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing the lens array illustrated in FIG. 1 in order of steps. 図2に続く工程を表す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a process following FIG. 2. 図3に続く工程を表す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a process following FIG. 3. 図4に続く工程を表す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a process following FIG. 4. 実施例1に係るレンズアレイにおけるレンズの断面形状を表す図である。3 is a diagram illustrating a cross-sectional shape of a lens in the lens array according to Embodiment 1. FIG. 変形例1に係るレンズアレイの概略構成を表す断面図である。6 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a lens array according to Modification 1. FIG. 図7に示したレンズアレイの製造方法を工程順に表す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing the lens array illustrated in FIG. 7 in order of steps. 図8に続く工程を表す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional diagram illustrating a process following the process in FIG. 8. 図9に続く工程を表す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional diagram illustrating a process following the process in FIG. 9. 図10に続く工程を表す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional diagram illustrating a process following the process in FIG. 10. 実施例2に係るレンズアレイにおけるレンズの断面形状を表す図である。6 is a diagram illustrating a cross-sectional shape of a lens in a lens array according to Example 2. FIG. 適用例1に係る透過型液晶パネルの概略構成を表す断面図である。10 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a transmissive liquid crystal panel according to Application Example 1. FIG. 適用例2に係るイメージセンサの概略構成を表す断面図である。10 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an image sensor according to application example 2. FIG.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。

(1)実施の形態:パターニングした撥液層上にレンズ液体材料を塗布したのち、レンズ液体材料を酸化雰囲気で焼成することによりレンズ(SiO2)を形成する例
(2)変形例1:レンズ形成領域を除いた領域に金属層を形成する例
(3)変形例2:レンズ液体材料を還元雰囲気で焼成することによりレンズ(Si)を形成する例
(4)適用例1:上記レンズをオンチップレンズとして透過型液晶パネルに適用した例
(5)適用例2:上記レンズをオンチップレンズとしてイメージセンサに適用した例
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The description will be given in the following order.

(1) Embodiment: After coating a patterned lens fluid material liquid repellent layer, Example (2) Modification of forming lens (SiO 2) by firing lens fluid material in an oxidizing atmosphere 1: Lens Example of forming a metal layer in a region excluding the formation region (3) Modification 2: Example of forming a lens (Si) by firing a lens liquid material in a reducing atmosphere (4) Application example 1: Turning on the lens Example of application to a transmissive liquid crystal panel as a chip lens (5) Application example 2: Example of application of the above lens as an on-chip lens to an image sensor

<実施の形態>
[レンズアレイ1の構成]
図1は、本発明の一実施の形態に係るレンズアレイ(レンズアレイ1)の断面構成を表したものである。レンズアレイ1は、基板10上に複数のレンズ1Aが2次元配列したものである。基板10は、例えば石英や無アルカリガラスなどの透明基板により構成されている。レンズ1Aは、半球状の凸面を有する凸レンズであり、基板10上の領域D1(レンズ形成領域)に基板10とは別体として形成されている。このレンズ1Aは、例えば二酸化ケイ素(SiO2)を含んで構成されている。
<Embodiment>
[Configuration of Lens Array 1]
FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of a lens array (lens array 1) according to an embodiment of the present invention. The lens array 1 is a two-dimensional array of a plurality of lenses 1 </ b> A on a substrate 10. The substrate 10 is made of a transparent substrate such as quartz or non-alkali glass. The lens 1 </ b> A is a convex lens having a hemispherical convex surface, and is formed separately from the substrate 10 in a region D <b> 1 (lens formation region) on the substrate 10. The lens 1A includes, for example, silicon dioxide (SiO 2 ).

[レンズアレイ1の製造方法]
(1.基板10の洗浄)
レンズアレイ1は、例えば次のようにして製造することができる。すなわち、まず、基板10をアルカリ洗浄液で洗浄した後、純水で洗浄して乾燥させる。こののち、基板10の表面に例えばUVオゾン処理を施すことにより、基板10の表面における有機物の除去を行う。
[Method for Manufacturing Lens Array 1]
(1. Cleaning of substrate 10)
The lens array 1 can be manufactured, for example, as follows. That is, first, the substrate 10 is washed with an alkaline cleaning solution, and then washed with pure water and dried. After that, the surface of the substrate 10 is subjected to, for example, UV ozone treatment to remove organic substances on the surface of the substrate 10.

(2.密着層11の形成)
次いで、図2(A)に示したように、基板10上に密着層11を形成する。密着層11は、後述の撥液層12の基板10に対する密着性を高めるためのものである。密着層11としては、例えばシランカップリング剤などを用いることができる。シランカップリング剤としては、例えば信越化学工業株式会社製のKBM−603(商品名)が挙げられる。この密着層11の材料は、基板10の材料に応じて適切なものを選択すればよく、また厚みは約2nm以下である。
(2. Formation of adhesion layer 11)
Next, as illustrated in FIG. 2A, the adhesion layer 11 is formed over the substrate 10. The adhesion layer 11 is for enhancing the adhesion of the liquid repellent layer 12 described later to the substrate 10. As the adhesion layer 11, for example, a silane coupling agent or the like can be used. Examples of the silane coupling agent include KBM-603 (trade name) manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. The material of the adhesion layer 11 may be selected appropriately according to the material of the substrate 10 and the thickness is about 2 nm or less.

このような密着層11の形成方法としては、例えば気相法やスピンコート法を用いることができる。スピンコート法を用いる場合には、上記材料を例えば乳酸エチル等の有機溶媒で希釈したものを基板10上に塗布した後、この基板10を例えば120℃のホットプレートで例えば5分間加熱する。気相法を用いる場合には、例えば密閉された容器内に、上記材料を入れたガラス瓶と基板10とを設置したのち、この容器を加熱オーブン内にて、大気圧および120℃の環境下で12時間程度放置する。これにより、基板10の表面に、密着層11として2nm程度以下の単分子層が形成される。なお、密着層11は撥液層12に比べて非常に薄い層であるため、この密着層11を設けたことによるレンズ液体材料1Bに対する影響は無視できる程の僅かなものである。   As a method for forming such an adhesion layer 11, for example, a vapor phase method or a spin coating method can be used. When the spin coating method is used, a material obtained by diluting the above material with an organic solvent such as ethyl lactate is applied on the substrate 10, and then the substrate 10 is heated on a hot plate at 120 ° C. for 5 minutes, for example. In the case of using the vapor phase method, for example, after the glass bottle containing the above material and the substrate 10 are placed in a sealed container, the container is placed in a heating oven in an environment of atmospheric pressure and 120 ° C. Leave for about 12 hours. Thereby, a monomolecular layer of about 2 nm or less is formed as the adhesion layer 11 on the surface of the substrate 10. Since the adhesion layer 11 is a very thin layer compared to the liquid repellent layer 12, the influence on the lens liquid material 1B due to the provision of the adhesion layer 11 is negligible.

(3.撥液層12のパターニング(テンプレート10Aの作成))
次いで、図2(B)に示したように、密着層11上の全面にわたって撥液層12を成膜する。撥液層12としては、後述のレンズ液体材料1Bに対して撥液性(以下、単に撥液性という)を有する材料、例えばアモルファスフッ素樹脂などを用いることができる。アモルファスフッ素樹脂としては、例えば旭硝子株式会社製のサイトップ(CYTOP:商品名)が挙げられる。撥液層12の厚みは、形成するレンズのサイズや形状に応じて適宜設定すればよい。
(3. Patterning of liquid repellent layer 12 (creation of template 10A))
Next, as illustrated in FIG. 2B, the liquid repellent layer 12 is formed over the entire surface of the adhesion layer 11. As the liquid repellent layer 12, a material having liquid repellency (hereinafter simply referred to as liquid repellency) with respect to a lens liquid material 1B described later, for example, an amorphous fluororesin can be used. Examples of the amorphous fluororesin include CYTOP (trade name) manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. The thickness of the liquid repellent layer 12 may be appropriately set according to the size and shape of the lens to be formed.

このような撥液層12の形成方法としては、例えばスピンコート法やディップコート法などの各種コーティング法を用いることができる。スピンコート法を用いる場合には、上記材料を、溶媒で希釈したのち密着層11上に塗布する。その後、塗布した撥液層12を例えば50℃、80℃、200℃と温度を上げながら焼成する。このようにして、密着層11上の全面にわたって撥液層12を成膜する。ここで、撥液層12としてサイトップ(商品名)を用いることにより、所望の膜厚を得易くなる。また、このサイトップ(商品名)を用いることにより、後述の工程におけるドライエッチング加工が可能となると共に、フォトレジスト剥離後なども熱処理を施せばその撥液性を復活させることができる。但し、撥液層12の材料としては、このサイトップ(商品名)に限らず、例えばインクジェットのバンクなどに用いられる樹脂、具体的にはポリイミド等を用いるようにしてもよい。   As a method for forming such a liquid repellent layer 12, various coating methods such as a spin coating method and a dip coating method can be used. When the spin coating method is used, the material is diluted with a solvent and then applied onto the adhesion layer 11. Thereafter, the applied liquid repellent layer 12 is baked while raising the temperature to 50 ° C., 80 ° C., and 200 ° C., for example. In this way, the liquid repellent layer 12 is formed over the entire surface of the adhesion layer 11. Here, using Cytop (trade name) as the liquid repellent layer 12 makes it easy to obtain a desired film thickness. Further, by using this CYTOP (trade name), it becomes possible to perform a dry etching process in a process described later, and the liquid repellency can be restored by performing a heat treatment even after the photoresist is peeled off. However, the material of the liquid repellent layer 12 is not limited to this CYTOP (trade name), and for example, a resin used for an ink jet bank or the like, specifically, polyimide or the like may be used.

続いて、図2(C)に示したように、撥液層12上の全面にわたって、例えばスピンコート法を用いてフォトレジスト膜13を形成する。但し、フォトレジスト膜13を塗布する前に、撥液層12の表面に、例えば酸素プラズマを用いたドライエッチングを施すことが望ましい。このドライエッチングにより、撥液層12の表面が後段の工程に影響の出ない程度に粗面化され、フォトレジスト膜13を成膜し易くなる。   Subsequently, as shown in FIG. 2C, a photoresist film 13 is formed over the entire surface of the liquid repellent layer 12 by using, for example, a spin coat method. However, before applying the photoresist film 13, it is desirable to subject the surface of the liquid repellent layer 12 to dry etching using, for example, oxygen plasma. By this dry etching, the surface of the liquid repellent layer 12 is roughened to such an extent that the subsequent process is not affected, and the photoresist film 13 can be easily formed.

この後、図3(A)に示したように、フォトレジスト膜13をパターニングする。具体的には、撥液層12上の全面に形成されたフォトレジスト膜13に対して、フォトマスクを用いた露光、現像およびポストベーク等の工程を経て、レンズ形成領域となる領域D1に開口が形成されるようにパターニングを行う。   Thereafter, as shown in FIG. 3A, the photoresist film 13 is patterned. Specifically, the photoresist film 13 formed on the entire surface of the liquid repellent layer 12 is opened in a region D1 serving as a lens formation region through steps such as exposure, development, and post-baking using a photomask. Patterning is performed so as to form.

続いて、図3(B)に示したように、パターニングしたフォトレジスト膜13を有する基板10に対して、例えば酸素プラズマを用いたドライエッチングを施す。これにより、フォトレジスト膜13の開口部分となる領域D1において、撥液層12および密着層11が順に除去され、基板10の表面が露出する。   Subsequently, as shown in FIG. 3B, the substrate 10 having the patterned photoresist film 13 is subjected to dry etching using, for example, oxygen plasma. As a result, the liquid repellent layer 12 and the adhesion layer 11 are sequentially removed in the region D1 that becomes the opening of the photoresist film 13, and the surface of the substrate 10 is exposed.

この後、図3(C)に示したように、レジスト剥離液を用いてフォトレジスト膜13を除去する。このようにして、撥液層12を、基板10上の領域D1を除いた領域(領域D2)に形成する。但し、フォトレジスト膜13を除去した後、例えば120℃で約10分間の熱処理を施す。これにより、撥液層12の撥液性を復活させることができる。上記のようにして、基板10上の領域D2に撥液層12が形成されたテンプレート10Aを得る。   Thereafter, as shown in FIG. 3C, the photoresist film 13 is removed using a resist stripping solution. In this way, the liquid repellent layer 12 is formed in a region (region D2) on the substrate 10 excluding the region D1. However, after removing the photoresist film 13, for example, heat treatment is performed at 120 ° C. for about 10 minutes. Thereby, the liquid repellency of the liquid repellent layer 12 can be restored. As described above, the template 10A in which the liquid repellent layer 12 is formed in the region D2 on the substrate 10 is obtained.

(4.レンズ液体材料1Bの塗布)
次いで、図4(A)に示したように、形成したテンプレート10A上に、レンズ液体材料1Bを塗布する。レンズ液体材料1Bは、テンプレート10A上に塗布することが可能な液状の材料であると共に、例えば後段の工程における熱処理によってレンズ材料を生成する材料である。最終的に得られるレンズ材料は、例えば二酸化ケイ素やシリコン(Si)であるが、本実施の形態では、以下に説明するレンズ液体材料1Bから二酸化ケイ素を生成する場合について説明する。
(4. Application of lens liquid material 1B)
Next, as shown in FIG. 4A, the lens liquid material 1B is applied onto the formed template 10A. The lens liquid material 1B is a liquid material that can be applied onto the template 10A, and is a material that generates a lens material by, for example, heat treatment in a subsequent process. The lens material finally obtained is, for example, silicon dioxide or silicon (Si). In the present embodiment, the case where silicon dioxide is generated from the lens liquid material 1B described below will be described.

レンズ液体材料1Bとしては、例えば光重合性や熱重合性を有するシラン化合物を含む材料を用いることができる。このようなシラン化合物としては、例えば1つの環状構造を有するもの、具体的にはシクロペンタシラン(Si510)、シクロヘキサシラン、シクロテトラシラン、シクロトリシラン等が挙げられる。また、2つの環状構造を有するもの、具体的には1,1'−ビシクロブタシラン、1,1'−ビシクロペンタシラン、1,1'−ビシクロヘキサシラン、1,1'−ビシクロヘプタシラン等が挙げられる。あるいは、レンズ液体材料1Bとして、上記のようなシラン化合物のうち、Siと結合している水素原子の一部をハロゲン原子やSiH3基に置換したケイ素化合物を用いてもよい。 As the lens liquid material 1B, for example, a material containing a silane compound having photopolymerization property or thermal polymerization property can be used. Examples of such silane compounds include those having one cyclic structure, specifically, cyclopentasilane (Si 5 H 10 ), cyclohexasilane, cyclotetrasilane, cyclotrisilane, and the like. Also, those having two cyclic structures, specifically 1,1′-bicyclobutasilane, 1,1′-bicyclopentasilane, 1,1′-bicyclohexasilane, 1,1′-bicycloheptasilane, etc. Is mentioned. Alternatively, as the lens liquid material 1B, among the silane compounds as described above, a silicon compound in which a part of hydrogen atoms bonded to Si is substituted with a halogen atom or a SiH 3 group may be used.

レンズ液体材料1Bには、上記のようなシラン化合物が、重合した状態で、すなわちポリシランとして含まれている。このポリシランが、後段の工程における熱処理によって酸化されることにより二酸化ケイ素となる。また、レンズ液体材料1Bには、ポリシランに加え、非重合のシラン化合物を混合することが望ましい。これにより、レンズ液体材料1Bの塗布性を向上させると共に、重合させたものと非重合のものとの混合比を調節することにより様々なレンズ形状を形成することが可能となる。混合比としては、例えば、非重合のシラン化合物(1とする)に対して、重合したシラン化合物が20程度以下となるようする。また、目的とするレンズ形状によっては、更に、例えばトルエン等の有機溶媒を加えてもよい。   The lens liquid material 1B contains the silane compound as described above in a polymerized state, that is, as polysilane. This polysilane is oxidized by a heat treatment in a later step to become silicon dioxide. In addition to the polysilane, the lens liquid material 1B is desirably mixed with a non-polymerized silane compound. Thereby, while improving the applicability | paintability of the lens liquid material 1B, it becomes possible to form various lens shapes by adjusting the mixing ratio of the superposed | polymerized thing and the non-polymerization thing. As the mixing ratio, for example, the polymerized silane compound is about 20 or less with respect to the non-polymerized silane compound (referred to as 1). Depending on the target lens shape, an organic solvent such as toluene may be further added.

このようなレンズ液体材料1Bを、テンプレート10A上へ塗布する際には、例えばアルゴン(Ar)や窒素(N2)などの還元雰囲気中において、スライダー110を用いてテンプレート10Aの一方の側から順にレンズ液体材料1Bを滴下していく。このとき、レンズ液体材料1Bは、その撥液層12の表面および基板10の表面に対する濡れ性の違い、すなわち撥液層12の撥液性やレンズ液体材料1Bの基板10に対する付着力により、基板10の露出した表面(領域D1)に選択的に付着する。また、領域D1では、レンズ液体材料1Bの有する表面張力により、その表面形状は半球状となる。これにより、図4(B)に示したように、テンプレート10A上の複数の領域D1にそれぞれ半球状のレンズ液体材料1Bを形成する。 When such a lens liquid material 1B is applied onto the template 10A, the slider 110 is used in order from one side of the template 10A in a reducing atmosphere such as argon (Ar) or nitrogen (N 2 ). The lens liquid material 1B is dropped. At this time, the lens liquid material 1B has a difference in wettability to the surface of the liquid repellent layer 12 and the surface of the substrate 10, that is, due to the liquid repellency of the liquid repellent layer 12 and the adhesion of the lens liquid material 1B to the substrate 10. 10 selectively adhere to the exposed surface (region D1). In the region D1, the surface shape is hemispherical due to the surface tension of the lens liquid material 1B. Thereby, as shown in FIG. 4B, hemispherical lens liquid material 1B is formed in each of a plurality of regions D1 on template 10A.

なお、レンズ液体材料1Bを塗布する方法は上記手法に限らず、例えばインクジェット法などを用いてもよい。   The method of applying the lens liquid material 1B is not limited to the above method, and for example, an ink jet method or the like may be used.

(5.レンズ液体材料1Bの焼成)
次いで、レンズ液体材料1Bを塗布したテンプレート10Aに対し、熱処理を施す。具体的には、まず、約200℃〜260℃で30分程度焼成することにより、レンズ液体材料1Bのうち非重合のシラン化合物を分解、揮発させる。これにより残存したポリシランの表面形状が、最終的なレンズ形状となる。この後、酸素雰囲気中において約260℃〜400℃で30分程度焼成することにより、上記ポリシランが酸化され、レンズとして機能し得る二酸化ケイ素となる。これにより、図5に示したように、領域D1にレンズ1Aが形成されたテンプレート10Aを得る。
(5. Firing of lens liquid material 1B)
Next, heat treatment is performed on the template 10A coated with the lens liquid material 1B. Specifically, first, the non-polymerized silane compound in the lens liquid material 1B is decomposed and volatilized by baking at about 200 ° C. to 260 ° C. for about 30 minutes. As a result, the surface shape of the remaining polysilane becomes the final lens shape. Thereafter, the polysilane is oxidized by baking at about 260 ° C. to 400 ° C. for about 30 minutes in an oxygen atmosphere to form silicon dioxide that can function as a lens. Thereby, as shown in FIG. 5, the template 10A in which the lens 1A is formed in the region D1 is obtained.

(6.撥液層12および密着層11の除去)
最後に、テンプレート10A上の撥液層12および密着層11を、例えばドライエッチング法を用いて除去する。以上により、図1に示したレンズアレイ1を完成する。なお、レンズアレイ1の用途に応じて、領域D2に撥液層12および密着層11が残存していたとしても光学的に支障のない場合には、これらを除去しないようにしてもよい。
(6. Removal of liquid repellent layer 12 and adhesion layer 11)
Finally, the liquid repellent layer 12 and the adhesion layer 11 on the template 10A are removed using, for example, a dry etching method. Thus, the lens array 1 shown in FIG. 1 is completed. Depending on the application of the lens array 1, even if the liquid repellent layer 12 and the adhesion layer 11 remain in the region D2, they may not be removed if there is no optical problem.

以上のように、本実施の形態では、撥液層12を、基板10上のレンズ形成領域(領域D1)を除いた領域D2に形成したのち、この基板10上にレンズ液体材料1Bを塗布する。このとき、撥液層12の有する撥液性やレンズ液体材料1Bの有する表面張力により、レンズ液体材料1Bを、領域D1に半球状となるように形成することができる。その後、このレンズ液体材料1Bを焼成することにより、領域D1にレンズ1Aを形成することができる。   As described above, in the present embodiment, the liquid repellent layer 12 is formed in the region D2 excluding the lens formation region (region D1) on the substrate 10, and then the lens liquid material 1B is applied onto the substrate 10. . At this time, the lens liquid material 1B can be formed to be hemispherical in the region D1 due to the liquid repellency of the liquid repellent layer 12 and the surface tension of the lens liquid material 1B. Thereafter, the lens 1A can be formed in the region D1 by firing the lens liquid material 1B.

このとき、レンズ1Aのレンズ形状は、基板10の材料や領域D1における面形状および面積、撥液層12の材料や厚み、レンズ液体材料1Bを構成する材料やその塗布量および重合、非重合の比率などにより決定することが可能である。   At this time, the lens shape of the lens 1A includes the material of the substrate 10 and the surface shape and area of the region D1, the material and thickness of the liquid repellent layer 12, the material constituting the lens liquid material 1B, its application amount, polymerization, and non-polymerization. It can be determined by a ratio or the like.

ここで、従来のレジストリフロー法を用いたレンズ形成法について説明する。この従来の手法では、レンズ材料よりなる下地層上に形成したフォトレジストを所望の形状に成型し、このフォトレジストの形状をレンズ形状としてドライエッチング法により下地層に転写する。ところが、この手法では、フォトレジストと下地層との間でエッチングレートが異なるため、フォトレジスト材料および下地層の材料(レンズ材料)に応じて、エッチング条件を最適化する必要があり、所望の形状を容易に形成することが困難である。   Here, a lens forming method using the conventional registry flow method will be described. In this conventional method, a photoresist formed on a base layer made of a lens material is molded into a desired shape, and the shape of this photoresist is transferred to the base layer by a dry etching method as a lens shape. However, in this method, since the etching rate differs between the photoresist and the underlayer, it is necessary to optimize the etching conditions according to the photoresist material and the material of the underlayer (lens material), and the desired shape Is difficult to form.

これに対し、本実施の形態では、上述したように、主に撥液層12の撥液性、レンズ液体材料1Bの基板10に対する付着力、およびレンズ液体材料1Bの表面張力を利用してレンズ1Aを形成する。すなわち、従来のようなエッチング工程を経ることなく、主に基板10や撥液層12、レンズ液体材料1B等の各材料の選択によってレンズ形状を形成するため、容易に所望のレンズ形状を形成することが可能となる。   On the other hand, in the present embodiment, as described above, the lens mainly utilizes the liquid repellency of the liquid repellent layer 12, the adhesion of the lens liquid material 1B to the substrate 10, and the surface tension of the lens liquid material 1B. 1A is formed. That is, since the lens shape is formed mainly by selecting each material such as the substrate 10, the liquid repellent layer 12, and the lens liquid material 1 </ b> B without going through a conventional etching process, a desired lens shape is easily formed. It becomes possible.

ちなみに、特許文献5には、真空成膜したアモルファスシリコンを所望の形状にパターニングした後、焼成することにより、二酸化ケイ素よりなるレンズを形成する手法が提案されている。具体的には、パターニング後のアモルファスシリコンを、まず窒素雰囲気において1200℃で焼成することによりレンズ形状を形成したのち、続いて飽和水蒸気を用いた酸素雰囲気において1000℃で焼成することにより、二酸化ケイ素を生成する。ところが、このような手法を用いた場合には、高温による熱処理が必要となるため、例えば加熱耐性のないデバイスに対するオンチップレンズの形成が困難であると共に、基板として使用可能な材料が限定されてしまう。   Incidentally, Patent Document 5 proposes a method of forming a lens made of silicon dioxide by patterning amorphous silicon formed in a vacuum into a desired shape and then baking it. Specifically, the amorphous silicon after patterning is first baked at 1200 ° C. in a nitrogen atmosphere to form a lens shape, and then baked at 1000 ° C. in an oxygen atmosphere using saturated water vapor to thereby obtain silicon dioxide. Is generated. However, when such a method is used, a heat treatment at a high temperature is required. For example, it is difficult to form an on-chip lens for a device having no heat resistance, and materials that can be used as a substrate are limited. End up.

この点についても、本実施の形態では、上述したように、レンズ液体材料1Bを焼成する際の温度は400℃程度以下であり、上記特許文献5の手法に比べ、低温での処理が可能である。このため、レンズアレイ1は、加熱耐性のないデバイスに対するオンチップレンズとしても好適に用いることができる。   With respect to this point as well, in this embodiment, as described above, the temperature when firing the lens liquid material 1B is about 400 ° C. or lower, and processing at a lower temperature is possible compared to the method of Patent Document 5 above. is there. For this reason, the lens array 1 can be suitably used as an on-chip lens for a device having no heat resistance.

(実施例1)
また、レンズ液体材料1Bとしては、例えばシラン化合物を用いることができる。ここで、本実施の形態の実施例(実施例1)として、レンズ液体材料1Bにシクロペンタシランを用いて上記と同様の手順によりレンズアレイ1を作製した。但し、基板10としては石英を用い、密着層11は、KBM−603(商品名)を用いた気相法により形成した。また、撥液層12は、サイトップを溶媒にて希釈したものを回転数3500rpmのスピンコート法を用いて、膜厚200nmとなるように形成した。また、フォトレジスト膜13の成膜前には、撥液層12の表面に酸素プラズマを用いたドライエッチング(酸素流量:180sccm、電力:300W、酸素ガス圧:3Pa、処理時間:15秒間)を施した。フォトレジスト膜13としては、クラリアントジャパン株式会社製のポジ型レジストAZ1500(20cp)(商品名)を用い、その膜厚を約1.4μmとした。フォトレジスト膜13のパターニング後のドライエッチングの条件は、酸素流量を180sccm、電力を300W、酸素ガス圧を3Pa、処理時間を120秒間とした。また、フォトレジスト膜13の剥離後には、撥液層12に対して120℃で10分間の熱処理を施すことにより、撥液層12の撥液性を復活させた。レンズ液体材料1Bとしては、波長300nm以下の紫外線を約30分照射することにより重合させたシクロペンタシランと、非重合のシクロペンタシランとを約20:1の割合で混合したものを用いた。このようなレンズ液体材料1Bを、酸素雰囲気下で焼成することにより、二酸化ケイ素からなるレンズ1Aを得た。図6に、実施例1で得られたレンズ1Aの断面形状を示す。
Example 1
As the lens liquid material 1B, for example, a silane compound can be used. Here, as an example of the present embodiment (Example 1), the lens array 1 was manufactured by the same procedure as described above using cyclopentasilane as the lens liquid material 1B. However, quartz was used as the substrate 10, and the adhesion layer 11 was formed by a vapor phase method using KBM-603 (trade name). Further, the liquid repellent layer 12 was formed by diluting CYTOP with a solvent so as to have a film thickness of 200 nm by using a spin coating method with a rotation speed of 3500 rpm. Before the photoresist film 13 is formed, dry etching using oxygen plasma (oxygen flow rate: 180 sccm, power: 300 W, oxygen gas pressure: 3 Pa, processing time: 15 seconds) is performed on the surface of the liquid repellent layer 12. gave. As the photoresist film 13, a positive resist AZ1500 (20 cp) (trade name) manufactured by Clariant Japan Co., Ltd. was used, and the film thickness was about 1.4 μm. The dry etching conditions after patterning of the photoresist film 13 were an oxygen flow rate of 180 sccm, an electric power of 300 W, an oxygen gas pressure of 3 Pa, and a processing time of 120 seconds. In addition, after the photoresist film 13 was peeled off, the liquid repellent property of the liquid repellent layer 12 was restored by subjecting the liquid repellent layer 12 to a heat treatment at 120 ° C. for 10 minutes. As the lens liquid material 1B, a mixture of cyclopentasilane polymerized by irradiating ultraviolet rays having a wavelength of 300 nm or less for about 30 minutes and non-polymerized cyclopentasilane in a ratio of about 20: 1 was used. Such a lens liquid material 1B was baked in an oxygen atmosphere to obtain a lens 1A made of silicon dioxide. FIG. 6 shows a cross-sectional shape of the lens 1 </ b> A obtained in Example 1.

次に、上記実施の形態のレンズアレイの製造方法の変形例(変形例1,2)について説明する。以下では、上記実施の形態と同様の構成要素については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。   Next, modified examples (modified examples 1 and 2) of the manufacturing method of the lens array of the above embodiment will be described. In the following, the same components as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.

<変形例1>
図7は、変形例1に係るレンズアレイ(レンズアレイ2)の断面構成を表すものである。
<Modification 1>
FIG. 7 illustrates a cross-sectional configuration of a lens array (lens array 2) according to the first modification.

[レンズアレイ2の構成]
レンズアレイ2は、上記実施の形態と同様、基板10上に複数のレンズ1Aが2次元配列したものである。但し、本変形例では、レンズ1Aに対応する領域D1を除いた領域D2に、遮光膜としての金属層15が形成されている。金属層15は、遮光性を有する材料、例えばアルミニウム(Al)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、銀(Ag)およびチタン(Ti)等からなる単層膜または積層膜により構成され、厚みは例えば50nm以上である。この金属層15の材料や膜厚は、必要とされる遮光性能に応じて適宜設定されればよい。
[Configuration of Lens Array 2]
The lens array 2 is formed by two-dimensionally arranging a plurality of lenses 1A on a substrate 10 as in the above embodiment. However, in this modification, the metal layer 15 as a light shielding film is formed in the region D2 excluding the region D1 corresponding to the lens 1A. The metal layer 15 is a single layer film or a laminated film made of a light-shielding material such as aluminum (Al), chromium (Cr), nickel (Ni), molybdenum (Mo), silver (Ag), titanium (Ti), and the like. The thickness is, for example, 50 nm or more. The material and film thickness of the metal layer 15 may be appropriately set according to the required light shielding performance.

[レンズアレイ2の製造方法]
レンズアレイ2は、例えば次のようにして製造することができる。すなわち、まず、上記実施の形態と同様にして、基板10を洗浄した後、例えばUVオゾン処理を施すことにより、基板10の表面における有機物の除去を行う。こののち、図8に示したように、基板10上の全面にわたって、例えばスパッタ法や真空蒸着法を用いて金属層15を形成する。続いて、図9(A)に示したように、金属層15上に、上記実施の形態と同様にして、密着層11、撥液層12およびフォトレジスト膜13をこの順に形成する。なお、上記実施の形態と同様、撥液層12の形成後、フォトレジスト膜13を形成する前に、撥液層12に対して熱処理を施す工程、およびドライエッチングにより撥液層12の表面を粗面化する工程を経ることが望ましい。この後、図9(B)に示したように、上記実施の形態と同様にして、フォトレジスト膜13をパターニングする。
[Method for Manufacturing Lens Array 2]
The lens array 2 can be manufactured, for example, as follows. That is, first, in the same manner as in the above embodiment, after cleaning the substrate 10, the organic substance on the surface of the substrate 10 is removed by performing, for example, UV ozone treatment. After that, as shown in FIG. 8, the metal layer 15 is formed over the entire surface of the substrate 10 by using, for example, a sputtering method or a vacuum evaporation method. Subsequently, as shown in FIG. 9A, the adhesion layer 11, the liquid repellent layer 12, and the photoresist film 13 are formed in this order on the metal layer 15 in the same manner as in the above embodiment. As in the above embodiment, after the liquid repellent layer 12 is formed and before the photoresist film 13 is formed, the surface of the liquid repellent layer 12 is subjected to a heat treatment process and dry etching. It is desirable to go through a roughening process. Thereafter, as shown in FIG. 9B, the photoresist film 13 is patterned in the same manner as in the above embodiment.

次いで、図10(A)に示したように、パターニングしたフォトレジスト膜13を有する基板10に対して、上記実施の形態と同様にしてドライエッチングを施す。これにより、フォトレジスト膜13の開口部分となる領域D1において、撥液層12および密着層11が順に除去され、金属層15の表面が露出する。続いて、図10(B)に示したように、ドライエッチング後の基板10に対して、例えばウェットエッチングを施すことにより、金属層15を除去して、領域D1における基板10の表面を露出させる。ウェットエッチングに用いるエッチャントは、金属層15をエッチング可能なものを選択すればよい。例えば、金属層15としてアルミニウムを用いる場合には、和光純薬工業株式会社製の混酸アルミ液(商品名)、クロムを用いる場合には、大宮化成製のETCH−1(商品名)等のクロムエッチャントをそれぞれ用いることができる。なお、上記のように、密着層11、撥液層12およびフォトレジスト膜13と金属層15とを段階的にエッチングしてもよいが、一度のエッチングで除去するようにしてもよい。その後、上記実施の形態と同様にして、フォトレジスト膜13を剥離したのち、撥液層12に熱処理を施すことにより、撥液層12の撥液性を復活させる。このようにして、テンプレート20A(図10(B)には図示せず)を作製する。   Next, as shown in FIG. 10A, dry etching is performed on the substrate 10 having the patterned photoresist film 13 in the same manner as in the above embodiment. As a result, the liquid repellent layer 12 and the adhesion layer 11 are sequentially removed in the region D1 that becomes the opening of the photoresist film 13, and the surface of the metal layer 15 is exposed. Subsequently, as shown in FIG. 10B, the substrate 10 after dry etching is subjected to, for example, wet etching to remove the metal layer 15 and expose the surface of the substrate 10 in the region D1. . As an etchant used for wet etching, an etchant that can etch the metal layer 15 may be selected. For example, when aluminum is used as the metal layer 15, a mixed acid aluminum solution (trade name) manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., and when chromium is used, chromium such as ETCH-1 (trade name) manufactured by Omiya Kasei. Each etchant can be used. As described above, the adhesion layer 11, the liquid repellent layer 12, the photoresist film 13, and the metal layer 15 may be etched stepwise, but may be removed by one etching. Thereafter, in the same manner as in the above embodiment, after the photoresist film 13 is peeled off, the liquid repellent property of the liquid repellent layer 12 is restored by applying heat treatment to the liquid repellent layer 12. In this way, a template 20A (not shown in FIG. 10B) is produced.

続いて、図11(A)に示したように、テンプレート20A上に、上記実施の形態と同様にして、基板10上の領域D1にレンズ液体材料1Bを付着させる。この後、図11(B)に示したように、上記実施の形態と同様にして、テンプレート20Aに対して熱処理を施すことにより、レンズ液体材料1Bを焼成してレンズ1Aを形成する。以上により、図7に示したレンズアレイ2を完成する。   Subsequently, as shown in FIG. 11A, the lens liquid material 1B is attached to the region D1 on the substrate 10 on the template 20A in the same manner as in the above embodiment. Thereafter, as shown in FIG. 11B, the lens liquid material 1B is baked to form the lens 1A by applying heat treatment to the template 20A in the same manner as in the above embodiment. Thus, the lens array 2 shown in FIG. 7 is completed.

本変形例のように、レンズ1Aに対応する領域D1を除いた領域D2に、遮光膜としての金属層15を形成してもよい。この場合であっても、上記実施の形態と同等の効果を得ることができる。また、金属層15を設けることにより、例えば外光や迷光などのレンズ1A以外の領域D2に入射する光を遮断することができる。仮に、このような遮光膜を、レンズアレイに対して後付けする場合には、この遮光膜とレンズとの位置合わせが必要となる。このため、後付けの場合には、基板の裏面にフォトレジストを使用して遮光膜をパターニングする手法や、インクジェット法を用いて遮光膜を形成する手法等が用いられている。ところが、フォトレジストを用いた手法では、基板を通してフォトレジストを露光する必要があるため、基板として紫外線に対して透明な材料を選択する必要が生じる。また、インクジェット法を用いた手法では、インクジェットから噴出された遮光膜材料がレンズ表面に付着する虞がある。   As in this modification, the metal layer 15 as a light shielding film may be formed in the region D2 excluding the region D1 corresponding to the lens 1A. Even in this case, the same effect as the above embodiment can be obtained. Further, by providing the metal layer 15, for example, light incident on the region D2 other than the lens 1A, such as external light and stray light, can be blocked. If such a light shielding film is retrofitted to the lens array, it is necessary to align the light shielding film and the lens. For this reason, in the case of retrofitting, a method of patterning a light shielding film using a photoresist on the back surface of the substrate, a method of forming a light shielding film using an inkjet method, or the like is used. However, in the method using a photoresist, it is necessary to expose the photoresist through the substrate, so that it is necessary to select a material transparent to ultraviolet rays as the substrate. In the method using the ink jet method, there is a possibility that the light shielding film material ejected from the ink jet adheres to the lens surface.

これに対し、本変形例では、撥液層12と共に金属層15が基板10上の領域D2に形成されたテンプレート20Aに対して、レンズ液体材料1Bを塗布したのち、このレンズ液体材料1Bを焼成してレンズ1Aを形成する。すなわち、金属層15を、レンズ1Aの形成前に、基板10上の領域D2に形成することができる。従って、本変形例では、遮光膜をレンズアレイに対して後付けする場合と異なり、使用可能な基板材料が狭まることがなく、遮光膜材料(本変形例では金属材料)がレンズ部分に付着する虞もない。   On the other hand, in this modification, the lens liquid material 1B is applied to the template 20A in which the metal layer 15 together with the liquid repellent layer 12 is formed in the region D2 on the substrate 10, and then the lens liquid material 1B is baked. Thus, the lens 1A is formed. That is, the metal layer 15 can be formed in the region D2 on the substrate 10 before forming the lens 1A. Therefore, in this modification, unlike the case where the light shielding film is retrofitted to the lens array, the usable substrate material is not narrowed, and the light shielding film material (metal material in this modification) may adhere to the lens portion. Nor.

(実施例2)
本変形例の実施例(実施例2)として、上記と同様の手順によりレンズアレイ2を作製した。但し、金属層15として、膜厚75nmのアルミニウムを用い、この金属層15のエッチャントとしては、混酸アルミ液(商品名)を使用した。なお、その他のプロセス条件は、上記実施例1と同様とした。図12に、実施例2で得られたレンズ1Aの断面形状を示す。
(Example 2)
As an example (Example 2) of this modified example, a lens array 2 was manufactured by the same procedure as described above. However, aluminum having a film thickness of 75 nm was used as the metal layer 15, and a mixed acid aluminum liquid (trade name) was used as the etchant for the metal layer 15. The other process conditions were the same as in Example 1 above. FIG. 12 shows a cross-sectional shape of the lens 1A obtained in the second embodiment.

<変形例2>
本変形例に係るレンズアレイの製造方法は、レンズ液体材料1Bの焼成工程以外は、上記実施の形態のレンズアレイ1の製造方法と同様の工程を有している。すなわち、まず、上記実施の形態と同様にして、テンプレート10A上にレンズ液体材料1Bを塗布したのち、レンズ液体材料1Bを約200℃〜260℃で30分程度焼成する。これにより、非重合のシラン化合物を揮発させ、ポリシランによるレンズ形状を形成する。この後、本変形例では、形成したポリシリコンを、窒素やアルゴン等の還元雰囲気中において、約350℃〜450℃で30分程度焼成することにより、アモルファスシリコン(非結晶シリコン)を生成する。但し、本変形例では、基板10として、単結晶のシリコン基板を用いることが望ましい。
<Modification 2>
The manufacturing method of the lens array according to this modification has the same steps as the manufacturing method of the lens array 1 of the above embodiment, except for the firing process of the lens liquid material 1B. That is, first, the lens liquid material 1B is applied onto the template 10A in the same manner as in the above embodiment, and then the lens liquid material 1B is baked at about 200 ° C. to 260 ° C. for about 30 minutes. Thereby, the non-polymerized silane compound is volatilized to form a lens shape of polysilane. Thereafter, in this modification, the formed polysilicon is baked at about 350 ° C. to 450 ° C. for about 30 minutes in a reducing atmosphere such as nitrogen or argon, thereby generating amorphous silicon (amorphous silicon). However, in this modification, it is desirable to use a single crystal silicon substrate as the substrate 10.

このように、レンズ液体材料1Bの焼成は、上記実施の形態および変形例1において説明したような酸素雰囲気中に限らず還元雰囲気中で行うようにしてもよい。レンズ液体材料1Bを還元雰囲気中で焼成することにより、レンズとして機能し得るアモルファスシリコンから構成されたレンズを形成することができる。   As described above, the firing of the lens liquid material 1B is not limited to the oxygen atmosphere as described in the embodiment and the first modification, and may be performed in a reducing atmosphere. By firing the lens liquid material 1B in a reducing atmosphere, a lens made of amorphous silicon that can function as a lens can be formed.

また、上記のようにして形成したアモルファスシリコンを固相成長させることにより、ポリシリコン(多結晶シリコン)を生成するようにしてもよい。具体的には、レンズ液体材料1Bを還元雰囲気中で焼成してアモルファスシリコンを生成したのち、撥液層12および密着層11を除去する。この後、生成したアモルファスシリコンを、例えば600℃で更に焼成すればよい。これにより、ポリシリコンから構成されたレンズを形成することができる。レンズをポリシリコンにより構成することにより、特に赤外線を効率良く透過させることができるようになるため、赤外線を利用する分野に適したレンズアレイを製造することが可能となる。   Further, polysilicon (polycrystalline silicon) may be generated by solid-phase growth of amorphous silicon formed as described above. Specifically, after the lens liquid material 1B is baked in a reducing atmosphere to generate amorphous silicon, the liquid repellent layer 12 and the adhesion layer 11 are removed. Thereafter, the produced amorphous silicon may be further baked at 600 ° C., for example. Thereby, the lens comprised from the polysilicon can be formed. Since the lens is made of polysilicon, infrared rays can be transmitted particularly efficiently, so that a lens array suitable for a field using infrared rays can be manufactured.

次に、上記実施の形態に係るレンズアレイ1の製造方法の適用例(適用例1,2)について説明する。以下の適用例1,2は、レンズアレイ1におけるレンズ1Aをデバイス上に直に形成してなる、いわゆるオンチップレンズの一例である。   Next, application examples (application examples 1 and 2) of the manufacturing method of the lens array 1 according to the above embodiment will be described. The following application examples 1 and 2 are examples of so-called on-chip lenses in which the lens 1A in the lens array 1 is formed directly on the device.

<適用例1>
図13は、適用例1に係る透過型液晶パネル3の断面構成を表すものである。透過型液晶パネル3は、例えば液晶プロジェクタ等に用いられ、図示しない光源からの光を透過させて、スクリーン等に拡大表示を行うものである。この透過型液晶パネル3は、複数の液晶表示素子(表示画素)がマトリクス状に配置されると共に、これら複数の表示画素の光出射側にレンズ1Aが形成されたものである。各表示画素は、例えば石英基板などよりなる一対の基板30,40の間に液晶層35が封止されたものである。基板30上には、駆動素子としてのTFT31が配設されており、このTFT31上に絶縁膜32および平坦化層33が形成されている。平坦化層33上には、図示しない配線によりTFT31に接続された画素電極34が設けられ、この画素電極34に対向するように、基板40上に共通電極36が設けられている。基板30および基板40の間のセルギャップは、スペーサ37により保持されている。
<Application example 1>
FIG. 13 illustrates a cross-sectional configuration of the transmissive liquid crystal panel 3 according to Application Example 1. The transmissive liquid crystal panel 3 is used in, for example, a liquid crystal projector and transmits light from a light source (not shown) and performs enlarged display on a screen or the like. The transmissive liquid crystal panel 3 includes a plurality of liquid crystal display elements (display pixels) arranged in a matrix and a lens 1A formed on the light emission side of the plurality of display pixels. In each display pixel, a liquid crystal layer 35 is sealed between a pair of substrates 30 and 40 made of, for example, a quartz substrate. A TFT 31 as a drive element is disposed on the substrate 30, and an insulating film 32 and a planarizing layer 33 are formed on the TFT 31. A pixel electrode 34 connected to the TFT 31 by a wiring (not shown) is provided on the planarizing layer 33, and a common electrode 36 is provided on the substrate 40 so as to face the pixel electrode 34. A cell gap between the substrate 30 and the substrate 40 is held by a spacer 37.

このような構成において、基板30が光源側(光入射側)、基板40が表示側(光出射側)となっており、これらのうち基板40上にレンズ1Aが直に形成されている。このレンズ1Aは、上記実施の形態と同様にして基板40上に形成することが可能である。この場合、基板30,40により液晶層35を封止した後にレンズ1Aを形成してもよいし、液晶層35を封止する前に、予め基板40にレンズ1Aを形成しておき、このレンズ1A形成済みの基板40を用いて液晶層35を封止するようにしてもよい。   In such a configuration, the substrate 30 is on the light source side (light incident side), and the substrate 40 is on the display side (light emitting side). Among these, the lens 1A is formed directly on the substrate 40. This lens 1A can be formed on the substrate 40 in the same manner as in the above embodiment. In this case, the lens 1A may be formed after sealing the liquid crystal layer 35 with the substrates 30 and 40, or the lens 1A is formed in advance on the substrate 40 before the liquid crystal layer 35 is sealed. The liquid crystal layer 35 may be sealed using the substrate 40 with 1A formed.

この透過型液晶パネル3では、基板30の側から光が入射すると、この入射光は、表示画素ごとに、その透過光量が制御されたのち、基板40およびレンズ1Aを順に透過して表示がなされる。レンズ1Aを透過することにより、表示光はスクリーン上などに拡大投射される。このように、レンズ1Aは、液晶プロジェクタのフライアイレンズやインテグレータレンズ等の機能を有するオンチップレンズとして好適に用いることができる。   In this transmissive liquid crystal panel 3, when light is incident from the substrate 30 side, the incident light is transmitted through the substrate 40 and the lens 1 </ b> A in order after each transmitted pixel is controlled for display. The By passing through the lens 1A, the display light is enlarged and projected on a screen or the like. Thus, the lens 1A can be suitably used as an on-chip lens having functions such as a fly-eye lens and an integrator lens of a liquid crystal projector.

<適用例2>
図14は、適用例2に係るイメージセンサ4の断面構成を表すものである。イメージセンサ4は、例えばシリコン(Si)などよりなる基板50上に、複数の撮像画素がマトリクス状に配置されてなり、これらの撮像画素の受光側にレンズ1Aが設けられたものである。この撮像画素は、例えばCCD(Charge Coupled Device;電荷結合素子)やCMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)などの固体撮像素子である。各撮像画素では、基板50上にフォトダイオード41が配設されており、このフォトダイオード41上に配線層42を介してカラーフィルタ層43(赤色フィルタ43R,緑色フィルタ43G,青色フィルタ43B)が設けられている。これらの赤色フィルタ43R,緑色フィルタ43G,青色フィルタ43Bのそれぞれの光入射面にレンズ1Aが形成されている。なお、本適用例ではレンズ1Aをカラーフィルタ上に直に形成するため、酸素雰囲気中での熱処理(2回目の熱処理)を350℃程度以下の温度で施すとよい。
<Application example 2>
FIG. 14 illustrates a cross-sectional configuration of the image sensor 4 according to Application Example 2. The image sensor 4 includes a plurality of imaging pixels arranged in a matrix on a substrate 50 made of, for example, silicon (Si), and a lens 1A is provided on the light receiving side of these imaging pixels. This imaging pixel is a solid-state imaging device such as a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor). In each imaging pixel, a photodiode 41 is disposed on the substrate 50, and a color filter layer 43 (a red filter 43R, a green filter 43G, and a blue filter 43B) is provided on the photodiode 41 via a wiring layer. It has been. Lenses 1A are formed on the respective light incident surfaces of the red filter 43R, the green filter 43G, and the blue filter 43B. In this application example, since the lens 1A is formed directly on the color filter, the heat treatment in the oxygen atmosphere (second heat treatment) is preferably performed at a temperature of about 350 ° C. or lower.

このイメージセンサ4では、レンズ1Aが受光側に設けられていることにより、入射光が撮像画素ごとに効率良く集光され、赤色フィルタ43R,緑色フィルタ43G,青色フィルタ43Bをそれぞれ通過して、フォトダイオード41で受光される。このように、上記実施の形態のレンズ1Aをイメージセンサ4の受光面に直に形成してもよい。   In the image sensor 4, the lens 1 </ b> A is provided on the light receiving side, so that incident light is efficiently collected for each imaging pixel, passes through the red filter 43 </ b> R, the green filter 43 </ b> G, and the blue filter 43 </ b> B, respectively. Light is received by the diode 41. In this way, the lens 1A of the above embodiment may be formed directly on the light receiving surface of the image sensor 4.

なお、オンチップレンズとしてのレンズ1Aは、適用例1の透過型液晶パネル3や適用例2のイメージセンサ4に限らず、他のデバイスにも適用可能である。例えば、レンズ1Aは、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)やレーザなどの光源の光出射面に設けられる微細な凸レンズ構造としても用いることができる。また、光結合器や太陽電池、更には多眼方式による立体表示が可能な3Dディスプレイ等にも用いることが可能である。   The lens 1A as an on-chip lens is not limited to the transmissive liquid crystal panel 3 of the application example 1 and the image sensor 4 of the application example 2, and can be applied to other devices. For example, the lens 1A can also be used as a fine convex lens structure provided on a light emitting surface of a light source such as a light emitting diode (LED) or a laser. Further, it can be used for an optical coupler, a solar battery, a 3D display capable of stereoscopic display by a multi-view system, and the like.

また、複数のレンズ1A同士の間に、変形例1で説明した金属層15を設けるようにしてもよい。   Further, the metal layer 15 described in the first modification may be provided between the plurality of lenses 1A.

以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態等では、複数のレンズを有するレンズアレイの製造方法を例に挙げて説明したが、本発明のレンズの製造方法は、レンズアレイに限らず、基板上に一つのレンズを配置した単レンズを製造する際にも適用可能である。   Although the present invention has been described with reference to the embodiment and the modifications, the present invention is not limited to the above-described embodiment and the like, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiments and the like, the method for manufacturing a lens array having a plurality of lenses has been described as an example. However, the method for manufacturing a lens of the present invention is not limited to a lens array, and a single lens is provided on a substrate. The present invention can also be applied when manufacturing a single lens arranged.

また、上記実施の形態等では、基板10と撥液層12との間に密着層11を形成した場合を例に挙げて説明したが、この密着層11は必ずしも形成しなくともよい。密着層11を用いない場合には、例えば次のような手法により、テンプレートを形成することができる。すなわち、基板10に対して密着性を有するグレードのCYTOPを用いるか、あるいは次のような手法を用いる。基板10として石英を用い、まず、この基板10の表面に、例えば真空蒸着法やスパッタ法を用いて、例えば厚みが50nmのクロム(Cr)等からなる層を形成する。続いて、形成したクロム層のうち、レンズ形成領域に対応する部分を、例えばフォトリソグラフィ法を用いたエッチングにより選択的に除去する。その後、クロム層を選択的に除去してなる基板10を、パーフロロアルキル基を有する表面処理剤、例えばKP−801M(商品名:信越化学工業製)に、約1分間浸漬し、乾燥させる。これにより、クロム層の表面と、このクロム層から露出した基板10の表面とが撥液となる。この後、例えばUVオゾン処理等を基板10の裏面側から施すことにより、レンズ形成部分のみの撥液性を除去する。このようにして、テンプレートを形成することも可能である。   In the above-described embodiment and the like, the case where the adhesion layer 11 is formed between the substrate 10 and the liquid repellent layer 12 is described as an example. However, the adhesion layer 11 is not necessarily formed. When the adhesion layer 11 is not used, a template can be formed by the following method, for example. That is, grade CYTOP having adhesion to the substrate 10 is used, or the following method is used. Using quartz as the substrate 10, first, a layer made of chromium (Cr) having a thickness of, for example, 50 nm is formed on the surface of the substrate 10 by using, for example, a vacuum deposition method or a sputtering method. Subsequently, a portion corresponding to the lens formation region in the formed chrome layer is selectively removed by etching using, for example, a photolithography method. Thereafter, the substrate 10 obtained by selectively removing the chromium layer is dipped in a surface treatment agent having a perfluoroalkyl group, for example, KP-801M (trade name: manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) for about 1 minute and dried. Thereby, the surface of the chromium layer and the surface of the substrate 10 exposed from the chromium layer become liquid repellent. Thereafter, for example, by applying UV ozone treatment or the like from the back surface side of the substrate 10, the liquid repellency of only the lens forming portion is removed. In this way, a template can be formed.

更に、上記実施の形態等では、フォトレジスト膜13を剥離した後に、テンプレートの基板10の露出した表面、すなわちレンズ形成領域となる領域D1における基板10の表面に、UVオゾン処理やアッシング処理等を施すようにしてもよい。これにより、基板10の表面をレンズ液体材料1Bに対して活性化することができる。   Furthermore, in the above-described embodiment and the like, after the photoresist film 13 is peeled off, UV ozone treatment, ashing treatment, or the like is performed on the exposed surface of the template substrate 10, that is, the surface of the substrate 10 in the region D1 that is the lens formation region. You may make it give. Thereby, the surface of the board | substrate 10 can be activated with respect to the lens liquid material 1B.

1,2…レンズアレイ、1A…レンズ、1B…レンズ液体材料、3…透過型液晶パネル、4…イメージセンサ、10…基板、11…密着層、12…撥液層、13…フォトレジスト膜、15…金属層、10A,20A…テンプレート。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 ... Lens array, 1A ... Lens, 1B ... Lens liquid material, 3 ... Transmission type liquid crystal panel, 4 ... Image sensor, 10 ... Substrate, 11 ... Adhesion layer, 12 ... Liquid-repellent layer, 13 ... Photoresist film, 15 ... Metal layer, 10A, 20A ... Template.

Claims (12)

基材上のレンズ形成領域を除いた領域に撥液層を形成する工程と、
前記撥液層を形成した基材上に、レンズ液体材料を塗布する工程と、
前記基材上のレンズ液体材料に対して熱処理を施す工程と
を含むレンズの製造方法。
Forming a liquid repellent layer in an area excluding the lens forming area on the substrate;
Applying a lens liquid material on the substrate on which the liquid repellent layer is formed;
Applying a heat treatment to the lens liquid material on the substrate.
前記レンズ液体材料として、前記熱処理により二酸化ケイ素(SiO2)またはシリコン(Si)を生成する材料を用いる
請求項1に記載のレンズの製造方法。
Examples lens liquid material, manufacturing method of lens according to claim 1 using a material that produces a silicon dioxide (SiO 2) or silicon (Si) by the heat treatment.
前記レンズ液体材料として、シラン化合物を含む材料を用いる
請求項2に記載のレンズの製造方法。
The method for manufacturing a lens according to claim 2, wherein a material containing a silane compound is used as the lens liquid material.
前記レンズ液体材料として、重合させたシラン化合物と非重合のシラン化合物とを含む材料を用いる
請求項3に記載のレンズの製造方法。
The lens manufacturing method according to claim 3, wherein a material containing a polymerized silane compound and a non-polymerized silane compound is used as the lens liquid material.
前記シラン化合物として、シクロペンタシラン(Si510)を用いる
請求項3に記載のレンズの製造方法。
The method for manufacturing a lens according to claim 3, wherein cyclopentasilane (Si 5 H 10 ) is used as the silane compound.
前記レンズ液体材料に対し、酸化雰囲気中で熱処理を施すことにより、二酸化ケイ素を生成する
請求項2に記載のレンズの製造方法。
The method for manufacturing a lens according to claim 2, wherein silicon dioxide is generated by performing heat treatment on the lens liquid material in an oxidizing atmosphere.
前記レンズ液体材料に対し、還元雰囲気中で熱処理を施すことにより、非結晶シリコンを生成する
請求項2に記載のレンズの製造方法。
The lens manufacturing method according to claim 2, wherein the lens liquid material is subjected to a heat treatment in a reducing atmosphere to generate amorphous silicon.
前記非結晶シリコンに対し、更に熱処理を施すことにより多結晶シリコンを生成する
請求項7に記載のレンズの製造方法。
The method for manufacturing a lens according to claim 7, wherein the amorphous silicon is further heat treated to generate polycrystalline silicon.
前記撥液層を形成する工程において、前記基材と前記撥液層との間に密着層を形成する
請求項1に記載のレンズの製造方法。
The method for manufacturing a lens according to claim 1, wherein in the step of forming the liquid repellent layer, an adhesion layer is formed between the base material and the liquid repellent layer.
前記撥液層を形成する工程において、前記基材と前記撥液層との間に遮光層を形成する
請求項1に記載のレンズの製造方法。
The method for manufacturing a lens according to claim 1, wherein in the step of forming the liquid repellent layer, a light shielding layer is formed between the base material and the liquid repellent layer.
前記遮光層と前記撥液層との間に密着層を形成する
請求項10に記載のレンズの製造方法。
The method for manufacturing a lens according to claim 10, wherein an adhesion layer is formed between the light shielding layer and the liquid repellent layer.
前記レンズ液体材料に熱処理を施した後、前記撥液層を除去する
請求項1ないし請求項11のいずれか1項に記載のレンズの製造方法。
The method for manufacturing a lens according to claim 1, wherein the liquid repellent layer is removed after heat-treating the lens liquid material.
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