JP2010197821A - Method of producing lens - Google Patents
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Abstract
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
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
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.
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
[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
(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
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
(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
Next, as illustrated in FIG. 2B, the
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
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
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
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
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
(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
Next, as shown in FIG. 4A, the
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(Si5H10)、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
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
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
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
(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
Next, heat treatment is performed on the
(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
Finally, the
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
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
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
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
(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
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
[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
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
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
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
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
(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
<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。
<
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
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
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
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
<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
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
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
<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
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
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
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
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
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
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
Claims (12)
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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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