JP2018183956A - Method of manufacturing a mold for manufacturing a microlens array - Google Patents

Method of manufacturing a mold for manufacturing a microlens array Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a mold for manufacturing a micro lens array capable of manufacturing a mold capable of manufacturing a microlens array with high precision with high spherical shape accuracy.SOLUTION: A resist mask having a pattern of a microlens array to be manufactured is formed on one surface of a substrate, selective etching of the substrate via the resist mask and slimming of the resist mask are repeated a plurality of times to form temporary recesses corresponding to the microlenses on the substrate, by removing the resist mask from the substrate and etching the substrate, the temporary concave portion is used as a manufacturing concave portion, thereby solving the problem.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、レンズを二次元的に配列してなるマイクロレンズアレイを製造するための金型の作製方法に関する。   The present invention relates to a mold manufacturing method for manufacturing a microlens array in which lenses are two-dimensionally arranged.

液晶ディスプレイのバックライト、有機EL(Electro Luminescence)デバイス、および、その他の各種の光学デバイスにおいて、微細なレンズ(マイクロレンズ)を二次元的に配列してなるマイクロレンズアレイ構造を有する基板あるいはフィルムが利用されている。以下の説明では、『マイクロレンズアレイ構造を有する基板あるいはフィルム』を、単に『マイクロレンズアレイ』とも言う。   In a backlight of a liquid crystal display, an organic EL (Electro Luminescence) device, and various other optical devices, a substrate or film having a microlens array structure in which fine lenses (microlenses) are two-dimensionally arranged It's being used. In the following description, the “substrate or film having a microlens array structure” is also simply referred to as “microlens array”.

マイクロレンズアレイの製造方法としては、一例として、形成するマイクロレンズの反転形状が形成された金型を用いる方法が知られている。
この金型を用いるマイクロレンズアレイの製造においては、まず、基板となるフィルム(シート状物)の表面に熱硬化性樹脂あるいは紫外線硬化性樹脂からなる樹脂層を形成する。次いで、この樹脂層に金型を押圧することで、金型の形状を転写して、この状態で樹脂層を硬化する。最後に、金型を硬化した樹脂層から剥離することで、マイクロレンズアレイを製造する。
As an example of a method for manufacturing a microlens array, a method using a mold in which an inverted shape of a microlens to be formed is formed is known.
In the manufacture of a microlens array using this mold, first, a resin layer made of a thermosetting resin or an ultraviolet curable resin is formed on the surface of a film (sheet-like material) serving as a substrate. Next, the mold is pressed against the resin layer to transfer the shape of the mold, and the resin layer is cured in this state. Finally, the microlens array is manufactured by peeling the mold from the cured resin layer.

近年では、マイクロレンズアレイには、さらなる微細化および多様化等が要求されている。特に、微細化の要求に対応して、微細なマイクロレンズアレイを高精度に製造できる金型を、高精度に作製できる方法が重要になっている。そのため、マイクロレンズアレイを製造するための金型の作製方法が、各種、提案されている。   In recent years, the microlens array has been required to be further miniaturized and diversified. In particular, in response to the demand for miniaturization, a method capable of producing a mold capable of producing a fine microlens array with high precision with high precision is important. Therefore, various methods for producing a mold for producing a microlens array have been proposed.

例えば、特許文献1には、基板上にマスク層を形成し、基板上の第1の領域に対応してマスク層にマスク開口部を形成し、第1の領域に包含される第2の領域を開口領域とする凹部を形成し、さらに、マスク開口部を介して凹部が形成された基板をエッチングしてレンズ形状を形成することが記載されている。
また。特許文献2には、上面に開口を有し、断面が少なくとも2段の凹部を基板本体に形成し、凹部が形成された基板本体を、凹部の内周面を基点として等方的にエッチングすることにより、レンズ形状を形成することが記載されている。
For example, in Patent Document 1, a mask layer is formed on a substrate, a mask opening is formed in the mask layer corresponding to the first region on the substrate, and the second region included in the first region. In this document, a concave portion having an opening region is formed, and a substrate in which the concave portion is formed is etched through a mask opening portion to form a lens shape.
Also. In Patent Document 2, a concave portion having an opening on the upper surface and a cross section of at least two steps is formed in the substrate body, and the substrate main body formed with the concave portion is etched isotropically with the inner peripheral surface of the concave portion as a base point. Thus, it is described that a lens shape is formed.

さらに、特許文献3には、基板上にマスクを形成する第1工程: マスクの上にレジストを形成する第2工程: レジストに複数の第1開口部をパターニングして形成する第3工程: 第1開口部を介してマスクにエッチング処理を施して、複数の第2開口部を形成する第4工程: 第1開口部および第2開口部を介して基板をエッチングして複数の初期孔を形成する第5工程: 複数の第1開口部を介してマスクに等方性エッチングを行って、第2開口部の口径を広げる第6工程: レジストを除去する第7工程: 第2開口部を介して基板に異方性エッチングを行って初期孔を掘り進めて、第2開口部に対して開口する第1の穴と、第1の穴の底部に開孔した第2の穴からなる掘り込み穴を開口する第8工程: 第2開口部を介して基板に等方性エッチングを施して、折り込み穴を掘り進めて、直線と複数の曲線とからなる、レンズ形状に対応する凹部を形成する第9工程: マスクを除去する第10工程: および、凹部に透明樹脂を充填してマイクロレンズを形成する第11工程: を行うマイクロレンズの製造方法が記載されている。   Further, in Patent Document 3, a first step of forming a mask on a substrate: a second step of forming a resist on the mask: a third step of patterning and forming a plurality of first openings in the resist: Etching the mask through one opening to form a plurality of second openings: Fourth step: etching the substrate through the first and second openings to form a plurality of initial holes Fifth step: Isotropic etching is performed on the mask through the plurality of first openings to widen the diameter of the second opening. Sixth step: Seventh step of removing the resist: Through the second opening An initial hole is dug by performing anisotropic etching on the substrate, and a dug comprising a first hole opened to the second opening and a second hole opened at the bottom of the first hole Eighth step of opening the hole: Isotropic to the substrate through the second opening Etching, digging a fold hole, and forming a recess corresponding to the lens shape consisting of a straight line and a plurality of curves: a tenth step of removing the mask: and a transparent resin in the recess An eleventh step of filling to form a microlens: A method of manufacturing a microlens is described.

特開2007−101834号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2007-101834 特開2007−279088号公報JP 2007-279088 A 特開2007−171858号公報JP 2007-171858 A

特許文献1および2に記載される方法では、基板の上に形成したマスクに対して、複数種のフォトマスクを用いた複数回のフォトリソグラフィを行って、基板の上にレンズ形状に対応する球面を近似した階段状のマスクを形成する。次いで、マスクを介して基板をエッチングすることで、基板にマスクの階段状構造を転写する。最後に、マスクを除去して、階段状構造を形成した基板を、さらにエッチングすることで、階段状構造の球面化を行って、マイクロレンズアレイに対応するマイクロレンズ構造を形成している。
しかしながら、この方法では、複数回のフォトリソグラフィが必要であるために、工程が複雑で、高い生産性を得ることが困難である。また、複数回のフォトリソグラフィを行うため、露光時におけるフォトマスクの位置ズレ(アライメントズレ)によって、レンズ形状精度の悪化、レンズ間の形状バラツキの増大等の精度低下が生じやすい。特に、マイクロレンズが微細な場合には、露光時におけるフォトマスクの位置ズレの影響が無視できなくなる。
In the methods described in Patent Documents 1 and 2, a sphere corresponding to a lens shape is formed on a substrate by performing photolithography a plurality of times using a plurality of types of photomasks on a mask formed on the substrate. A stepped mask approximating the above is formed. Next, the stepped structure of the mask is transferred to the substrate by etching the substrate through the mask. Finally, the mask is removed, and the substrate on which the stepped structure is formed is further etched to make the stepped structure spherical, thereby forming a microlens structure corresponding to the microlens array.
However, since this method requires a plurality of photolithography steps, the process is complicated and it is difficult to obtain high productivity. In addition, since photolithography is performed a plurality of times, the accuracy of the lens such as deterioration of lens shape accuracy and increase in variation in shape between lenses is likely to occur due to the positional deviation (alignment deviation) of the photomask during exposure. In particular, when the microlens is fine, the influence of the positional deviation of the photomask during exposure cannot be ignored.

他方、特許文献3に記載される方法では、基板上にマスク層とレジスト層とを形成し、レジスト層に形成した開口パターンをマスク層および基板に、順次、転写加工した後、マスク層を選択的に等方性エッチングしてマスク層の開口幅を拡大させ、開口幅が拡大されたマスク層を介して基板をエッチング加工することで、マイクロレンズに対応する球面を近似した階段状構造を形成している。
この方法では、露光工程が1回であるため、複数回の露光を行うことで生じるフォトマスクの位置ズレの問題は生じない。
ここで、マイクロレンズの形状精度を高くするためには、基板に形成する階段状構造の段数を多くする必要がある。しかしながら、特許文献3に記載される方法では、2段を超える階段状構造を形成することは困難である。そのため、特許文献3に記載される方法では、微細な構造のマイクロレンズに対応して、金型を高精度に形成することは、困難である。特にレンズの直径とレンズの厚さとの比率(厚さ/直径)が低いマイクロレンズを製造する場合には、2段の階段状構造を起点に基板を球面化するエッチング処理では、所望の形状および球面精度を有する金型を得ることは難しい。
On the other hand, in the method described in Patent Document 3, a mask layer and a resist layer are formed on a substrate, an opening pattern formed in the resist layer is sequentially transferred to the mask layer and the substrate, and then the mask layer is selected. Isotropically etched to widen the opening width of the mask layer, and the substrate is etched through the mask layer with the expanded opening width to form a stepped structure approximating the spherical surface corresponding to the microlens doing.
In this method, since the exposure process is performed once, there is no problem of misalignment of the photomask caused by performing multiple exposures.
Here, in order to increase the shape accuracy of the microlens, it is necessary to increase the number of steps of the staircase structure formed on the substrate. However, in the method described in Patent Document 3, it is difficult to form a stepped structure exceeding two steps. Therefore, in the method described in Patent Document 3, it is difficult to form a mold with high accuracy corresponding to a microlens having a fine structure. In particular, when a microlens having a low ratio of lens diameter to lens thickness (thickness / diameter) is manufactured, an etching process that spheroidizes a substrate starting from a two-step staircase structure has a desired shape and It is difficult to obtain a mold having spherical accuracy.

本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決することにあり、微細なマイクロレンズを配列してなるマイクロレンズアレイを高精度に製造できる金型を、高い球面形状精度で作製できるマイクロレンズアレイ製造用金型の作製方法を提供することにある。   An object of the present invention is to solve such problems of the prior art, and it is possible to manufacture a mold capable of manufacturing a microlens array formed by arranging fine microlenses with high accuracy with high spherical shape accuracy. An object of the present invention is to provide a method for producing a mold for manufacturing a microlens array.

このような目的を達成するために、本発明のマイクロレンズアレイ製造用金型の作製方法は、基板の一方の表面に、製造するマイクロレンズアレイのパターンを有するレジストマスクを形成するマスク形成工程、
レジストマスクを介した基板の選択的なエッチング、および、レジストマスクのスリミングを、複数回、繰り返し行うことにより、基板に、マイクロレンズに対応する仮の凹部を形成する凹部形成工程、
基板からレジストマスクを除去する除去工程、および、
基板をエッチングすることにより、仮の凹部を製造用凹部とする仕上げ工程、を行うことを特徴とするマイクロレンズアレイ製造用金型の作製方法を提供する。
In order to achieve such an object, a method for producing a mold for producing a microlens array of the present invention includes a mask forming step of forming a resist mask having a pattern of a microlens array to be produced on one surface of a substrate,
A recess forming step of forming a temporary recess corresponding to the microlens on the substrate by repeatedly performing selective etching of the substrate through the resist mask and slimming of the resist mask a plurality of times;
A removal step of removing the resist mask from the substrate; and
There is provided a method for manufacturing a mold for manufacturing a microlens array, which includes performing a finishing step of making a temporary recess into a manufacturing recess by etching a substrate.

このような本発明のマイクロレンズアレイ製造用金型の作製方法において、凹部形成工程で形成する仮の凹部の深さを、仕上げ工程で形成する製造用凹部よりも深くするのが好ましい。
また、凹部形成工程におけるレジストマスクを介した基板の選択的なエッチングが、等方性エッチングであるのが好ましい。
また、凹部形成工程におけるレジストマスクのスリミングの基板の面方向の大きさを、漸次、少なくするのが好ましい。
また、製造するマイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズの厚さをt[μm]、直径をd[μm]とした場合に、『t/d』で示されるアスペクト比が0.5以下であるのが好ましい。
また、凹部形成工程において、レジストマスクを介した基板の選択的なエッチングを、3〜10回行うのが好ましい。
また、マスク形成工程において、製造するマイクロレンズアレイのパターンとして、形成するマイクロレンズの直径の半分以下の開口パターンをレジストマスクに形成するのが好ましい。
さらに、マスク形成工程で形成するレジストマスクの厚さが、形成するマイクロレンズの半径以上であるのが好ましい。
In such a method for producing a mold for manufacturing a microlens array of the present invention, it is preferable that the depth of the temporary recess formed in the recess forming step is deeper than the manufacturing recess formed in the finishing step.
Moreover, it is preferable that the selective etching of the substrate through the resist mask in the recess forming step is isotropic etching.
In addition, it is preferable to gradually reduce the size of the resist mask slimming in the concave portion forming step in the surface direction of the substrate.
Further, when the thickness of the microlens in the microlens array to be manufactured is t [μm] and the diameter is d [μm], the aspect ratio represented by “t / d” is preferably 0.5 or less. .
In the recess forming step, the selective etching of the substrate through the resist mask is preferably performed 3 to 10 times.
In the mask formation step, it is preferable that an opening pattern having a diameter equal to or less than half the diameter of the microlens to be formed is formed in the resist mask as the pattern of the microlens array to be manufactured.
Furthermore, it is preferable that the thickness of the resist mask formed in the mask forming step is equal to or larger than the radius of the microlens to be formed.

このような本発明によれば、微細なマイクロレンズを配列してなるマイクロレンズアレイを高精度に製造できるマイクロレンズアレイ製造用金型を、高い球面形状精度で作製できる。   According to the present invention as described above, a mold for manufacturing a microlens array capable of manufacturing a microlens array in which fine microlenses are arranged with high accuracy can be manufactured with high spherical shape accuracy.

本発明のマイクロレンズアレイ製造用金型の作製方法の一例を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating an example of the manufacturing method of the metal mold | die for microlens array manufacture of this invention. 図1に示すマイクロレンズアレイ製造用金型の作製方法を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the manufacturing method of the metal mold | die for microlens array manufacture shown in FIG. 本発明のマイクロレンズアレイ製造用金型の作製方法の別の例を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating another example of the manufacturing method of the metal mold | die for microlens array manufacture of this invention. 図1における凹部の大きさを説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the magnitude | size of the recessed part in FIG. 本発明のマイクロレンズアレイ製造用金型の作製方法の別の例を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating another example of the manufacturing method of the metal mold | die for microlens array manufacture of this invention. 本発明のマイクロレンズアレイ製造用金型の作製方法の別の例を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating another example of the manufacturing method of the metal mold | die for microlens array manufacture of this invention. 本発明のマイクロレンズアレイ製造用金型の作製方法の別の例を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating another example of the manufacturing method of the metal mold | die for microlens array manufacture of this invention. エッチングレートの測定方法を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the measuring method of an etching rate. 本発明の実施例で作製するマイクロレンズアレイ製造用金型を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the metal mold | die for microlens array manufacture produced in the Example of this invention. 本発明の実施例で作製したマイクロレンズアレイ製造用金型の顕微鏡写真である。It is a microscope picture of the metal mold | die for microlens array manufacture produced in the Example of this invention. 本発明の実施例で作製するマイクロレンズアレイ製造用金型を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the metal mold | die for microlens array manufacture produced in the Example of this invention. 本発明の実施例で作製したマイクロレンズアレイ製造用金型の顕微鏡写真である。It is a microscope picture of the metal mold | die for microlens array manufacture produced in the Example of this invention. 本発明の実施例で作製するマイクロレンズアレイ製造用金型を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the metal mold | die for microlens array manufacture produced in the Example of this invention. 本発明の実施例で作製したマイクロレンズアレイ製造用金型の顕微鏡写真である。It is a microscope picture of the metal mold | die for microlens array manufacture produced in the Example of this invention.

以下、本発明のマイクロレンズアレイ製造用金型の作製方法について、添付の図面に示される好適実施例を基に、詳細に説明する。
なお、以下の説明では、『マイクロレンズアレイ製造用金型』を、単に『金型』とも言う。
Hereinafter, a method for producing a mold for producing a microlens array of the present invention will be described in detail based on a preferred embodiment shown in the accompanying drawings.
In the following description, the “microlens array manufacturing mold” is also simply referred to as “mold”.

図1および図2に、本発明の金型の作製方法の一例を概念的に示す。
本発明の金型の作製方法は、基板10の一方の表面にレジストマスク12を形成し、このレジストマスク12に、製造するマイクロレンズアレイのパターンを有する開口パターン(レジストホール)12aを形成し(マスク形成工程)、その後、レジストマスク12を介した基板10の選択的なエッチングおよびレジストマスク12のスリミングを、交互に複数回、繰り返し行って、仮の凹部14を形成し(凹部形成工程)、レジストマスク12を除去した後(除去工程)、基板10をエッチングすることで、仮の凹部を製造用凹部16として(仕上げ工程)、マイクロレンズアレイ製造用の金型を作製するものである。
なお、本発明において、エッチングおよびスリミングは、共に、複数回、行うが、図1および図5に示すように、エッチングの方が、1回、回数が多い。
1 and 2 conceptually show an example of a method for producing a mold according to the present invention.
In the mold manufacturing method of the present invention, a resist mask 12 is formed on one surface of a substrate 10, and an opening pattern (resist hole) 12a having a pattern of a microlens array to be manufactured is formed on the resist mask 12 ( Mask formation step), and then selective etching of the substrate 10 through the resist mask 12 and slimming of the resist mask 12 are alternately repeated a plurality of times to form temporary recesses 14 (recess formation step), After removing the resist mask 12 (removing step), the substrate 10 is etched to make a temporary concave portion 16 as a manufacturing concave portion 16 (finishing step) to produce a mold for manufacturing a microlens array.
In the present invention, both etching and slimming are performed a plurality of times. However, as shown in FIGS. 1 and 5, the etching is performed once more frequently.

図1は、基板10とレジストマスク12との積層体を、基板10の表面と垂直な方向で切断した断面図である。また、図2は、基板10とレジストマスク12との積層体を、基板10の表面と垂直な方向のレジストマスク12側から見た平面図である。図1の断面は、図2の左側上段に示すI−I線での断面である。
構成を明確に示し、かつ、基板10とレジストマスク12とを明確に区別するために、図1ではハッチングを省略し、図1および図2において、レジストマスク12に斜線を付す。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a stacked body of a substrate 10 and a resist mask 12 cut in a direction perpendicular to the surface of the substrate 10. FIG. 2 is a plan view of the stacked body of the substrate 10 and the resist mask 12 as viewed from the resist mask 12 side in a direction perpendicular to the surface of the substrate 10. The cross section of FIG. 1 is a cross section taken along line II shown in the upper left portion of FIG.
In order to clearly show the configuration and clearly distinguish the substrate 10 and the resist mask 12, hatching is omitted in FIG. 1, and the resist mask 12 is hatched in FIGS.

図1および図2においては、図面を簡略化するために、4個のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイに対応する金型を例示しているが、本発明は、これに限定はされず、液晶ディスプレイおよび有機ELデバイス等に用いられるマイクロレンズアレイのような、多数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイに対応する金型でも良い。
また、製造するマイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズの配列にも、特に制限はない。従って、マイクロレンズの配列は、図2に示す六方細密充填に対応するような千鳥配列(ハニカム配列)以外にも、例えば、正方格子状の配列であってもよく、あるいは、規則性を有さない配列であってもよい。
1 and 2 exemplify a mold corresponding to a microlens array having four microlenses to simplify the drawings, but the present invention is not limited to this, and liquid crystal A mold corresponding to a microlens array having a large number of microlenses, such as a microlens array used in a display and an organic EL device, may be used.
There is no particular limitation on the arrangement of the microlenses in the microlens array to be manufactured. Accordingly, the arrangement of the microlenses may be, for example, a square lattice arrangement other than the staggered arrangement (honeycomb arrangement) corresponding to the close-packed hexagonal packing shown in FIG. 2, or has regularity. There may be no sequence.

本発明の金型の作製方法において、基板10には、特に制限はなく、マイクロレンズアレイを製造するための金型に利用されている、公知の基板(板状物、シート状物)が、各種、利用可能である。従って、基板10としては、シリコンウエハ、ガラス基板および金属基板等の各種の基板が利用可能である。
中でも、表面の平坦性、欠陥の少なさ、清浄性、純度、および、エッチング加工性等の点で、半導体用シリコンウエハを基板10として用いるのが好ましい。
In the method for producing a mold of the present invention, the substrate 10 is not particularly limited, and a known substrate (a plate or sheet) used for a mold for manufacturing a microlens array is used. Various types are available. Therefore, various substrates such as a silicon wafer, a glass substrate, and a metal substrate can be used as the substrate 10.
Among these, it is preferable to use a semiconductor silicon wafer as the substrate 10 in terms of surface flatness, few defects, cleanliness, purity, etching processability, and the like.

本発明の金型の作製方法では、最初に、マスク形成工程を行う。
マスク形成工程では、まず、図1の左側上段に示すように、基板10の一方の主面に、レジストマスク12を形成する。
レジストマスク12には、特に制限はなく、リソグラフィ等で用いられている公知のレジスト材料からなるレジストマスクが、全て利用可能である。従って、レジストマスク12としては、基板10の形成材料、目的とするマイクロレンズの形状およびサイズ等に応じた、公知の材料からなる物を用いれば良い。レジストマスク12としては、一例として、市販のi線露光用レジスト、g線露光用レジスト、KrF露光用レジスト、ArF露光用レジスト、液浸ArF用レジスト、および、電子線用レジスト等が例示される。
In the mold manufacturing method of the present invention, first, a mask formation step is performed.
In the mask formation step, first, as shown in the upper left part of FIG. 1, a resist mask 12 is formed on one main surface of the substrate 10.
The resist mask 12 is not particularly limited, and any resist mask made of a known resist material used in lithography or the like can be used. Therefore, the resist mask 12 may be made of a known material corresponding to the material for forming the substrate 10 and the shape and size of the target microlens. Examples of the resist mask 12 include commercially available i-line exposure resists, g-line exposure resists, KrF exposure resists, ArF exposure resists, immersion ArF resists, and electron beam resists. .

レジストマスク12の形成方法にも、特に制限は無く、レジストマスク12となるレジスト材料に応じた公知の方法で形成すればよい。
例えば、基板10として半導体用シリコンウエハを用いる場合、膜厚の均一性および欠陥低減等の観点から、塗布方法はスピン塗布を利用するのが好ましい。なお、レジスト材料を塗布した後は、残留溶媒を除去するために、レジスト材料の種類および塗布膜厚等に応じたベーキング処理(加熱処理(ベーク))を施すのが好ましい。
The method for forming the resist mask 12 is not particularly limited, and may be formed by a known method corresponding to the resist material to be the resist mask 12.
For example, when a semiconductor silicon wafer is used as the substrate 10, it is preferable to use spin coating as the coating method from the viewpoint of film thickness uniformity and defect reduction. In addition, after apply | coating a resist material, in order to remove a residual solvent, it is preferable to perform the baking process (heat processing (baking)) according to the kind of resist material, an application | coating film thickness, etc. FIG.

本発明の金型の作製方法においては、基板10とレジストマスク12との密着性を向上させるため、レジストマスク12の形成に先立ち、基板10のレジストマスク12の形成面に、HMDS(hexamethyldisilazane)処理を行うのが好ましい。
HMDS処理方法には、特に制限はなく、ベーパー処理法、ならびに、HMDS液のスピン塗布およびベーキング処理による方法等、公知の方法が利用可能である。
In the mold manufacturing method of the present invention, in order to improve the adhesion between the substrate 10 and the resist mask 12, the HMDS (hexamethyldisilazane) treatment is performed on the formation surface of the resist mask 12 of the substrate 10 prior to the formation of the resist mask 12. Is preferably performed.
The HMDS treatment method is not particularly limited, and known methods such as a vapor treatment method and a method by spin coating and baking treatment of an HMDS solution can be used.

レジストマスク12の厚さには、制限はなく、作製するマイクロレンズの配列および形状等に応じて、最適な厚さを、適宜、選択すればよい。
ここで、レジストマスク12は、エッチングおよびスリミングを繰り返し行う、後述する凹部形成工程における最後のエッチングが完了するまで残存する必要がある。従って、必要なレジストマスク12の膜厚については、予め各種のエッチング条件でのレジストマスク12のエッチング速度を調べておき、その結果に応じて、最適な厚さを、適宜、設定するのが好ましい。なお、エッチング速度の測定方法は、公知の方法がすべて利用可能である。エッチング速度の測定方法としては、一例として、後述する実施例で行っている方法が例示される。
特に、酸素プラズマ(O2プラズマ)によるレジストマスク12のスリミング(水平方向寸法削減)時には、レジストマスク12の膜厚の減少すなわち垂直方向寸法も減少量が大きい。この点を考慮すると、レジストマスク12の厚さは、金型が形成するマイクロレンズの半径以上が好ましく、半径の1.5倍以上がより好ましく、半径の2倍以上がさらに好ましい。
その反面、レジストマスク12が厚すぎると、レジスト材料の塗布性および貫通孔を形成する際の露光性が低減する可能性がある。この点を考慮すると、レジストマスク12の厚さは、1〜50μmとするのが好ましい。
The thickness of the resist mask 12 is not limited, and an optimal thickness may be appropriately selected according to the arrangement and shape of the microlenses to be manufactured.
Here, the resist mask 12 needs to remain until the last etching in the recess forming process described later, in which etching and slimming are repeatedly performed, is completed. Therefore, it is preferable that the necessary film thickness of the resist mask 12 is determined in advance by checking the etching rate of the resist mask 12 under various etching conditions in advance and appropriately setting the optimum thickness according to the result. . Any known method can be used as a method for measuring the etching rate. As an example of the method for measuring the etching rate, the method used in the examples described later is exemplified.
In particular, when the resist mask 12 is slimmed (horizontal dimension reduction) by oxygen plasma (O 2 plasma), the reduction of the film thickness of the resist mask 12, that is, the vertical dimension is large. Considering this point, the thickness of the resist mask 12 is preferably not less than the radius of the microlens formed by the mold, more preferably not less than 1.5 times the radius, and still more preferably not less than twice the radius.
On the other hand, if the resist mask 12 is too thick, there is a possibility that the coating property of the resist material and the exposure property when forming the through hole are reduced. Considering this point, the thickness of the resist mask 12 is preferably 1 to 50 μm.

基板10の一面にレジストマスク12を形成したら、次いで、図1の左側2段目および図2上段に示すように、開口パターン12aを形成する。開口パターン12aは、マイクロレンズアレイ用金型が形成するマイクロレンズの中心と、中心を一致させて形成する。
これにより、マスク形成工程が終了する。
After the resist mask 12 is formed on one surface of the substrate 10, an opening pattern 12a is then formed as shown in the second left side of FIG. 1 and the upper stage of FIG. The opening pattern 12a is formed so that the center of the microlens formed by the microlens array mold coincides with the center.
Thereby, a mask formation process is complete | finished.

開口パターン12aは、形成するマイクロレンズと中心が一致していれば、形状には制限はない。従って、開口パターン12aは、円筒状でも六角筒等の角筒状でもよいが、正多角筒状および円筒状が好ましく、円筒状がより好ましい。
開口パターン12aは、壁面が基板10の表面に対して垂直となるように形成するのが好ましい。
The shape of the opening pattern 12a is not limited as long as the center coincides with the microlens to be formed. Therefore, the opening pattern 12a may be a cylindrical shape or a square tube shape such as a hexagonal tube, but a regular polygonal tube shape and a cylindrical shape are preferable, and a cylindrical shape is more preferable.
The opening pattern 12 a is preferably formed so that the wall surface is perpendicular to the surface of the substrate 10.

開口パターン12aの大きさには、特に制限はない。開口パターン12aの大きさとは、基板10の面方向の大きさである。以下の説明において、特に断りがない場合には、面方向とは、基板10の主面の面方向を示す。主面とは、板状物の最大面である。
ここで、開口パターン12aが大きすぎると、後述する仕上げ工程におけるエッチングで十分な球面化を行うことが困難になり、場合によっては、製造用凹部16の底面すなわち形成するマイクロレンズの中心が平面状になってしまう。この点を考慮すると、開口パターン12aの大きさは、形成するマイクロレンズの直径の半分以下が好ましく、1/4以下がより好ましく、1/5以下がさらに好ましい。
なお、後述する正六角形など、形成する製造用凹部の開口面すなわち形成するマイクロレンズの形状(平面形状)が、円形ではなく、多角形あるいは不定形である場合には、製造用凹部の開口面に内接する最大の円の直径を、マクロレンズの直径と見なせばよい。この点に関しては、前述のマイクロレンズの半径も同様である。
There is no restriction | limiting in particular in the magnitude | size of the opening pattern 12a. The size of the opening pattern 12 a is the size in the surface direction of the substrate 10. In the following description, the surface direction refers to the surface direction of the main surface of the substrate 10 unless otherwise specified. The main surface is the maximum surface of the plate-like object.
Here, if the opening pattern 12a is too large, it becomes difficult to sufficiently spheroidize by etching in a finishing process described later, and in some cases, the bottom surface of the manufacturing recess 16, that is, the center of the microlens to be formed is planar. Become. Considering this point, the size of the opening pattern 12a is preferably not more than half of the diameter of the microlens to be formed, more preferably not more than 1/4, and still more preferably not more than 1/5.
In addition, when the opening surface of the manufacturing concave portion to be formed, such as a regular hexagon described later, that is, the shape (planar shape) of the microlens to be formed is not a circle but a polygon or an indeterminate shape, the opening surface of the manufacturing concave portion The diameter of the largest circle inscribed in can be regarded as the diameter of the macro lens. In this respect, the radius of the above-described microlens is the same.

レジストマスク12への開口パターン12aの形成方法にも、特に制限はなく、公知の方法が、全て利用可能である。
従って、レジストマスク12の露光では、レジストマスク12の形成材料、形成するマイクロレンズアレイのパターンおよびサイズ、ならびに、開口パターン12aの形成面積等に応じて、露光光源および露光装置を、適宜、選択すればよい。一例として、マスクアナライザーおよびステッパー等のマスク露光装置による露光、ならびに、電子線描画装置およびレーザ描画装置等の描画装置による露光が利用可能である。
The method for forming the opening pattern 12a on the resist mask 12 is not particularly limited, and all known methods can be used.
Therefore, in the exposure of the resist mask 12, an exposure light source and an exposure apparatus are appropriately selected according to the formation material of the resist mask 12, the pattern and size of the microlens array to be formed, the formation area of the opening pattern 12a, and the like. That's fine. As an example, exposure by a mask exposure apparatus such as a mask analyzer and a stepper, and exposure by a drawing apparatus such as an electron beam drawing apparatus and a laser drawing apparatus can be used.

また、露光後の現像も、レジストマスク12の形成材料に応じた公知の現像液で行えばよい。一般的には、TMAH(tetramethyl ammonium hydroxide)等のアルカリ性現像液、および、有機溶媒系の現像液等が用いられる。   The development after exposure may be performed with a known developer corresponding to the material for forming the resist mask 12. In general, an alkaline developer such as TMAH (tetramethyl ammonium hydroxide), an organic solvent developer, or the like is used.

図1の左側2段目および図2の上段に示すように、レジストマスク12に開口パターン12aを形成したら、次いで、凹部形成工程を行う。
凹部形成工程では、まず、レジストマスク12を介して、基板10の選択的なエッチングを行い、図1の左側3段目に示すように、1段目の凹部を基板10に形成する。この1段目の凹部の領域が、仮の凹部14の底すなわち製造用凹部16の底で、マイクロレンズの中心すなわち頂点に対応する。
図1および図2に示す例では、基板10のエッチングは、基板10の厚さ方向のみにエッチングを行う異方性エッチングである。凹部形成工程において、基板10の選択的なエッチングを異方性エッチングで行う方法は、形成するマイクロレンズの厚さtと直径dとのアスペクト比『t/d』が大きいマイクロレンズアレイを製造する金型の作製に好適である。このアスペクト比については、後に詳述する。
このエッチングは、基板10を選択的にエッチングするものであるが、図1に示されるように、レジストマスク12もエッチングされて、若干、厚さが減る。
After the opening pattern 12a is formed in the resist mask 12, as shown in the second left side of FIG. 1 and the upper stage of FIG. 2, a recess forming step is then performed.
In the recess forming step, first, the substrate 10 is selectively etched through the resist mask 12 to form a first-step recess in the substrate 10 as shown in the third row on the left side of FIG. The area of the first recess corresponds to the center or top of the microlens at the bottom of the temporary recess 14, that is, the bottom of the manufacturing recess 16.
In the example shown in FIGS. 1 and 2, the etching of the substrate 10 is anisotropic etching in which etching is performed only in the thickness direction of the substrate 10. In the recess forming step, the method of selectively etching the substrate 10 by anisotropic etching produces a microlens array having a large aspect ratio “t / d” between the thickness t and the diameter d of the microlens to be formed. It is suitable for producing a mold. This aspect ratio will be described in detail later.
In this etching, the substrate 10 is selectively etched, but as shown in FIG. 1, the resist mask 12 is also etched and the thickness is slightly reduced.

基板10のエッチングには、特に制限はなく、基板10の形成材料に応じた公知の方法で行えばよい。
中でも、エッチング量の高精度な制御が可能である、および、エッチングの再現性等のの観点からプラズマエッチングが好ましい。プラズマエッチングの方式には特に制限は無いが、プラズマ密度と基板10に印加するバイアスとを独立して制御できる方式が好ましい。この方法を実現できるプラズマ方式として、例えば、ICP(Inductively Coupled Plasm)方式、2周波CCP(Capacitively Coupled Plasma)方式、および、ECR(Electron Cyclotron Resonance)方式等が例示される。
There is no restriction | limiting in particular in the etching of the board | substrate 10, What is necessary is just to perform by the well-known method according to the formation material of the board | substrate 10. FIG.
Among these, plasma etching is preferable from the viewpoints of high-precision control of the etching amount and etching reproducibility. The plasma etching method is not particularly limited, but a method that can independently control the plasma density and the bias applied to the substrate 10 is preferable. Examples of plasma systems that can realize this method include an ICP (Inductively Coupled Plasm) system, a 2-frequency CCP (Capacitively Coupled Plasma) system, and an ECR (Electron Cyclotron Resonance) system.

エッチングに用いるガス等も、特に制限はなく、基板10の形成材料等に応じた、公知の物を用いればよい。
例えば、基板10が半導体用シリコンウエハである場合には、フッ素元素、塩素元素、および臭素元素等を含有するガスをプラズマ中で分解して発生するフッ素ラジカル、塩素ラジカル、および、臭素ラジカル等によるエッチングが例示される。フッ素ラジカルを効率良く発生させるガスとしては、SF6、CF4、および、CHF3等が例示される。塩素ラジカルを効率良く発生させるガスとしては、Cl2等が例示される。臭素ラジカルを効率よく発生させるガスとしては、Br2、および、HBr等が例示される。
また、プラズマを生成させるガスには、プラズマ密度を向上させるため、アルゴンガス等を添加ガスとして混合してもよい。
The gas used for etching is not particularly limited, and a known material corresponding to the forming material of the substrate 10 may be used.
For example, when the substrate 10 is a silicon wafer for semiconductors, it is caused by fluorine radicals, chlorine radicals, bromine radicals, etc. generated by decomposing a gas containing elemental fluorine, chlorine and bromine in plasma. Etching is exemplified. Examples of the gas that efficiently generates fluorine radicals include SF 6 , CF 4 , and CHF 3 . Examples of the gas that efficiently generates chlorine radicals include Cl 2 and the like. Examples of the gas that efficiently generates bromine radicals include Br 2 and HBr.
In addition, an argon gas or the like may be mixed as an additive gas to the plasma generating gas in order to improve the plasma density.

プラズマを生成するためのプラズマ励起電力(プラズマ励起パワー)にも、特に制限はない。プラズマ励起電力は、放電安定性が確保される範囲で高い電力を投入することで、基板10のエッチング速度を高めることができる。
基板10に印加するバイアス電力(バイアスパワー)にも、特に制限はない。しかしながら、バイアス電力を増加させすぎると、基板10側に引き込むイオンの加速エネルギーが増大し、基板10の異方性エッチングが進む反面、基板10とレジストマスク12とのエッチング選択性が低下してしまう。そのため、基板10に印加するバイアス電力は、この点を考慮して決定するのが好ましい。
There is no particular limitation on the plasma excitation power (plasma excitation power) for generating plasma. The plasma excitation power can increase the etching rate of the substrate 10 by applying high power within a range in which the discharge stability is ensured.
There is no particular limitation on the bias power applied to the substrate 10 (bias power). However, if the bias power is increased too much, the acceleration energy of ions drawn to the substrate 10 side increases, and the anisotropic etching of the substrate 10 proceeds, but the etching selectivity between the substrate 10 and the resist mask 12 decreases. . Therefore, it is preferable to determine the bias power applied to the substrate 10 in consideration of this point.

1回目の基板10のエッチングを行ったら、次いで、レジストマスク12のスリミング(Sliming)を行って、図1の左側下段に示すように、レジストマスク12を面方向(水平方向)に削減して、開口パターン12aの径を拡大する。
従って、スリミングを行うことにより、基板10の表面では、最初に形成した凹部の周辺もレジストマスク12から露出する。
After the first etching of the substrate 10, the resist mask 12 is then slimmed to reduce the resist mask 12 in the surface direction (horizontal direction) as shown in the lower left part of FIG. The diameter of the opening pattern 12a is enlarged.
Therefore, by performing slimming, the periphery of the first formed recess is also exposed from the resist mask 12 on the surface of the substrate 10.

レジストマスク12のスリミング方法にも特に制限はないが、基板10のエッチングと同様の理由で、同様のプラズマエッチングが好ましく利用される。
なお、スリミングに用いるガス(スリミングガス)は、基板10をエッチングすることなく、レジストマスク12のみをエッチングするラジカルを生成できるものであれば、各種のガスが利用可能である。本発明において、スリミングは、酸素ラジカルによるエッチングが好適に例示される。従って、スリミングにおけるラジカルの生成に用いるガスは、酸素元素を含有するガスが好ましく用いられる。酸素元素を含有するガスには、特に制限はないが、通常は酸素ガス(O2ガス)が用いられる。
また、レジストマスク12のスリミングの際には、基板10にバイアス電力を印加すると、レジストマスク12の厚さ方向(垂直方向)のエッチング速度が増加してしまう。そのため、レジストマスク12のスリミングの際には、基板10にバイアス電力を印加しないことが好ましい。
The slimming method of the resist mask 12 is not particularly limited, but the same plasma etching is preferably used for the same reason as the etching of the substrate 10.
Various gases can be used as the gas used for slimming (slimming gas) as long as it can generate radicals that etch only the resist mask 12 without etching the substrate 10. In the present invention, the slimming is preferably exemplified by etching with oxygen radicals. Therefore, a gas containing oxygen element is preferably used as a gas used for generating radicals in slimming. The gas containing oxygen elements is not particularly limited, usually oxygen gas (O 2 gas) is used.
Further, when the resist mask 12 is slimmed, if the bias power is applied to the substrate 10, the etching rate in the thickness direction (vertical direction) of the resist mask 12 is increased. Therefore, it is preferable not to apply bias power to the substrate 10 when the resist mask 12 is slimmed.

レジストマスク12のスリミングを終了したら、先と同様にして、2回目の基板10の選択的なエッチングを行う。
前述のように、基板10には、先に開口パターン12aを広げる前のレジストマスク12を介して凹部が形成されてる。従って、2回目の基板10の選択的なエッチングを行うと、基板10には、図1の右側上段および図2の2段目に示されるように、2段の階段状の凹部が形成される。
When the slimming of the resist mask 12 is completed, the second selective etching of the substrate 10 is performed in the same manner as described above.
As described above, the substrate 10 has a recess formed through the resist mask 12 before the opening pattern 12a is expanded. Therefore, when the second selective etching of the substrate 10 is performed, two stepped concave portions are formed on the substrate 10 as shown in the upper right part of FIG. 1 and the second stage of FIG. .

2回目の基板10の選択的なエッチングを行ったら、先と同様にして、2回目のレジストマスク12のスリミングを行って、図1の右側2段目に示すように、レジストマスク12の開口パターン12aを、さらに拡大する。
2回目のレジストマスク12のスリミングを行ったら、先と同様にして、3回目の基板10の選択的なエッチングを行う。前述のように、基板10には、2段の階段状の凹部が形成されている。従って、開口パターン12aをさらに広げた状態で基板10のエッチングを行うと、基板10には図1の右側3段目および図2の3段目に示されるように、3段の階段状の凹部が形成される。
When the second substrate 10 is selectively etched, the resist mask 12 is slimmed for the second time in the same manner as described above, and the opening pattern of the resist mask 12 is formed as shown in the second row on the right side of FIG. 12a is further expanded.
After slimming the resist mask 12 for the second time, the substrate 10 is selectively etched for the third time in the same manner as described above. As described above, the substrate 10 is formed with two stepped recesses. Therefore, when the substrate 10 is etched with the opening pattern 12a further expanded, the substrate 10 has three stepped concave portions as shown in the third step on the right side in FIG. 1 and the third step in FIG. Is formed.

図1および図2に示す例では、基板10のエッチングとレジストマスク12のスリミングとを繰り返し交互に行って、3回の基板10のエッチングを行うことにより、形成するマイクロレンズに応じた球面を近似する仮の凹部14を形成する。
これにより、凹部形成工程が終了する。
In the example shown in FIG. 1 and FIG. 2, the etching of the substrate 10 and the slimming of the resist mask 12 are repeated alternately, and the etching of the substrate 10 is performed three times to approximate the spherical surface corresponding to the microlens to be formed. A temporary recess 14 is formed.
Thereby, a recessed part formation process is complete | finished.

なお、凹部形成工程において、基板10の選択的なエッチング、および、レジストマスク12のスリミングは、同じエッチング装置すなわち同じチャンバ内で行っても、異なるエッチング装置で行ってもよい。
金型の作製コストおよび生産性等を考慮すると、エッチングおよびスリミングに使用するガス等に応じて、可能であれば、基板10の選択的なエッチング、および、レジストマスク12のスリミングは、同じエッチング装置で行うのが好ましい。
In the recess forming step, the selective etching of the substrate 10 and the slimming of the resist mask 12 may be performed in the same etching apparatus, that is, in the same chamber, or in different etching apparatuses.
In consideration of the manufacturing cost and productivity of the mold, if possible, the selective etching of the substrate 10 and the slimming of the resist mask 12 are performed in the same etching apparatus according to the gas used for etching and slimming. It is preferable to carry out.

後述するが、本発明の金型の作製方法では、仮の凹部14を形成し、レジストマスク12を除去した後、仕上げ工程において基板10のエッチングを行い、図1の右側下段および図2の下段に示すように、仮の凹部14の段差を取って球面化して、マイクロレンズに対応する製造用凹部16とする。
従って、凹部形成工程では、図1の右側4段目に破線で示す、仮の凹部14が近似する球面が、目標とする製造用凹部16すなわち形成するマイクロレンズに対応する形状となるように、基板10のエッチング量および回数、および、レジストマスク12のスリミング量を、適宜、設定する。
As will be described later, in the mold manufacturing method of the present invention, the temporary recesses 14 are formed, the resist mask 12 is removed, and then the substrate 10 is etched in the finishing step, so that the lower right side of FIG. 1 and the lower side of FIG. As shown in FIG. 4, the step of the temporary recess 14 is formed into a spherical shape, thereby forming a manufacturing recess 16 corresponding to the microlens.
Therefore, in the concave portion forming step, the spherical surface approximated by the temporary concave portion 14 shown by a broken line in the fourth step on the right side of FIG. 1 is shaped to correspond to the target concave portion 16 for manufacturing, that is, the microlens to be formed. The etching amount and frequency of the substrate 10 and the slimming amount of the resist mask 12 are set as appropriate.

ここで、図1および図2に示すように、隣接するマイクロレンズが離れているマイクロレンズアレイを製造する金型を作製する場合には、仕上げ工程でのエッチングにおける基板10の表面と仮の凹部14の底部とのエッチング速度は、ほぼ同じである。従って、エッチングされた基板10の表面と、エッチングされた仮の凹部14との相対的な高低差、つまり仮の凹部14の深さは、ほぼ一定で、仮の凹部14全体の球面化が進む。
また、仕上げ工程におけるエッチングで、仮の凹部14の開口径すなわちマイクロレンズの直径は増大する。
Here, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, when producing a mold for producing a microlens array in which adjacent microlenses are separated from each other, the surface of the substrate 10 and temporary recesses in etching in the finishing process The etching rate with the bottom of 14 is almost the same. Therefore, the relative height difference between the etched surface of the substrate 10 and the etched temporary recess 14, that is, the depth of the temporary recess 14 is substantially constant, and the entire temporary recess 14 is made spherical. .
Further, the opening diameter of the temporary recess 14, that is, the diameter of the microlens is increased by etching in the finishing process.

従って、隣接するマイクロレンズが離れているマイクロレンズアレイを製造する金型を作製する場合には、仮の凹部14の球面化に必要なエッチング量(エッチング時間)と、仮の凹部14の開口直径の増加量(増加速度)とを考慮して、仮の凹部14が近似する球面の開口が、製造用凹部16の開口より小さくなり、かつ、仮の凹部14が近似する球面の深さと、製造用凹部16の深さとが等しくなるように、凹部形成工程における基板10のエッチング量および回数、ならびに、レジストマスク12のスリミング量を、適宜、設定する。
実質的には、仮の凹部14の開口が、製造用凹部16の開口より小さくなり、かつ、仮の凹部14の深さと、製造用凹部16の深さとが等しくなるように、凹部形成工程における基板10のエッチング量および回数、ならびに、レジストマスク12のスリミング量を、適宜、設定すればよい。
なお、基板10のエッチング量および回数、ならびに、レジストマスク12のスリミング量を、適宜、設定し、仮の凹部14の球面誤差をより減少させて、仕上げ工程における基板10のエッチング時間を低減し、仮の凹部14の開口径の増大がほぼ無視できる場合には、仮の凹部14が近似する球面と、製造用凹部16の球面とを、等しくしてもよい。
Accordingly, when a mold for manufacturing a microlens array in which adjacent microlenses are separated from each other, an etching amount (etching time) required for making the temporary concave portion 14 spherical and an opening diameter of the temporary concave portion 14 are obtained. In consideration of the increase amount (increase rate) of the spherical surface, the spherical opening approximated by the temporary concave portion 14 is smaller than the opening of the manufacturing concave portion 16, and the spherical depth approximated by the temporary concave portion 14 is manufactured. The etching amount and the number of times of the substrate 10 and the slimming amount of the resist mask 12 in the recess forming step and the slimming amount of the resist mask 12 are set as appropriate so that the depth of the recess 16 for use is equal.
In the recess forming step, the opening of the temporary recess 14 is substantially smaller than the opening of the manufacturing recess 16 and the depth of the temporary recess 14 is equal to the depth of the manufacturing recess 16. The etching amount and the number of times of the substrate 10 and the slimming amount of the resist mask 12 may be set as appropriate.
In addition, the etching amount and the number of times of the substrate 10 and the slimming amount of the resist mask 12 are set as appropriate, the spherical error of the temporary recess 14 is further reduced, and the etching time of the substrate 10 in the finishing process is reduced. When the increase in the opening diameter of the temporary recess 14 can be almost ignored, the spherical surface approximated by the temporary recess 14 and the spherical surface of the manufacturing recess 16 may be made equal.

本発明の金型の作製方法において、凹部形成工程におけるレジストマスク12を介した基板10の選択的なエッチングの回数には、特に制限はないが、3回以上が好ましく、5回以上がより好ましい。基板10の選択的なエッチング回数を3回以上とすることにより、仮の凹部14の球面近似精度を向上でき、高精度な金型の作製が可能になる。
基板10の選択的なエッチングの回数は、多い程、仮の凹部14の球面近似精度を向上できため、高精度な金型を作製できる。その反面、基板10の選択的なエッチングの回数が多いと、基板10のエッチングで使用するガスとレジストマスク12のスリミングで使用するガスとの切り換え回数、プラズマエッチングを利用する場合のプラズマ再点灯の回数が増大する。その結果、処理時間の長時間化、エッチング装置内のパーティクルの発生リスクが増加する。この点を考慮すると、基板10の選択的なエッチングの回数は、10回以下とするのが好ましい。
In the mold manufacturing method of the present invention, the number of selective etching of the substrate 10 through the resist mask 12 in the recess forming step is not particularly limited, but is preferably 3 times or more, more preferably 5 times or more. . By setting the number of times of selective etching of the substrate 10 to 3 or more, the spherical approximate accuracy of the temporary recess 14 can be improved, and a highly accurate mold can be manufactured.
As the number of times of selective etching of the substrate 10 increases, the spherical approximate accuracy of the temporary recess 14 can be improved, so that a highly accurate mold can be manufactured. On the other hand, if the number of times of selective etching of the substrate 10 is large, the number of times of switching between the gas used for etching the substrate 10 and the gas used for slimming the resist mask 12 and the plasma re-lighting when using plasma etching are used. The number of times increases. As a result, the processing time becomes longer and the risk of generating particles in the etching apparatus increases. Considering this point, it is preferable that the number of times of selective etching of the substrate 10 is 10 or less.

凹部形成工程が終了したら、次いで、図1の右側4段目および図2の4段目に示すように、基板10からレジストマスク12を除去する除去工程を行う。
除去工程におけるレジストマスク12の除去方法には、特に制限はなく、レジストマスク12の形成材料に応じて、公知の方法で行えばよい。従って、レジストマスク12の除去は、有機溶剤による剥離でも、プラズマアッシング装置を用いて行ってよい。
また、レジストマスク12の除去は、レジストマスク12のスリミングと同じエッチング装置で行ってもよい。レジストマスク12の除去を、レジストマスク12のスリミングと同じエッチング装置で行う場合には、処理効率を高くするために、物理的なスパッタリングによる基板10のエッチングが発生しない範囲で、基板10にバイアス電力を印加してもよい。
When the recess formation process is completed, a removal process for removing the resist mask 12 from the substrate 10 is then performed as shown in the fourth stage on the right side in FIG. 1 and the fourth stage in FIG.
The method for removing the resist mask 12 in the removing step is not particularly limited, and may be performed by a known method according to the material for forming the resist mask 12. Therefore, the removal of the resist mask 12 may be performed using a plasma ashing apparatus even by peeling with an organic solvent.
Further, the removal of the resist mask 12 may be performed by the same etching apparatus as the slimming of the resist mask 12. When the removal of the resist mask 12 is performed by the same etching apparatus as that for slimming the resist mask 12, the bias power is applied to the substrate 10 within a range in which etching of the substrate 10 by physical sputtering does not occur in order to increase processing efficiency. May be applied.

除去工程が終了したら、最後に、基板10のエッチングを行って、仮の凹部14の段差を無くして球面化し、仮の凹部14を製造用凹部16として、マイクロレンズアレイ製造用の金型20とする仕上げ工程を行う。
仕上げ工程では、図1の右側4段目に破線で示す、階段状の仮の凹部14が近似する球面に応じて、製造用凹部16がマイクロレンズに対応する目標とする球面となるように、仮の凹部14を球面化するためのエッチングを行う。例えば、仮の凹部14が、ある程度、球面になった後は、その後のエッチングを制御することで、製造用凹部16すなわち形成するマイクロレンズの曲率半径をコントロールできる。
When the removal step is completed, finally, the substrate 10 is etched to form a spherical surface by removing the steps of the temporary recesses 14, and the temporary recesses 14 are used as manufacturing recesses 16. A finishing process is performed.
In the finishing step, according to the spherical surface approximated by the step-like temporary concave portion 14 indicated by a broken line in the fourth step on the right side of FIG. 1, the manufacturing concave portion 16 becomes a target spherical surface corresponding to the microlens. Etching is performed to make the temporary recess 14 spherical. For example, after the temporary concave portion 14 becomes spherical to some extent, the radius of curvature of the manufacturing concave portion 16, that is, the microlens to be formed can be controlled by controlling the subsequent etching.

本発明の金型の作製方法では、このように、基板10のエッチングおよびレジストマスク12のスリミングを繰り返し行うことで、球面を近似する階段状の仮の凹部14を形成するので、レジストマスク12の開口パターン12aの中心が狂わない。すなわち、本発明では、1回の露光(フォトリソグラフィ)で、仮の凹部14を形成できるので、生産性が高い。さらに、露光が1回で済むので、フォトマスクの位置ズレに起因する仮の凹部14の形状精度の悪化および仮の凹部14間の形状バラツキも生じないので、目的とするマイクロレンズに応じた高精度な仮の凹部14を形成できる。
加えて、本発明では、基板10のエッチングおよびレジストマスク12のスリミングを繰り返し行うことで、階段状の仮の凹部14を形成するので、仮の凹部14の段数すなわち基板10のエッチング回数を任意に設定でき、最適なエッチング回数によって、球面近似精度が高い階段状の仮の凹部14を形成できる。
従って、本発明の金型の作製方法によれば、微細なマイクロレンズを配列してなるマイクロレンズアレイを高精度に製造できるマイクロレンズアレイ製造用金型を、高い球面形状精度で作製できる。
In the mold manufacturing method of the present invention, step-like temporary recesses 14 approximating a spherical surface are formed by repeatedly etching the substrate 10 and slimming the resist mask 12 in this way. The center of the opening pattern 12a does not go wrong. That is, in the present invention, since the temporary recess 14 can be formed by one exposure (photolithography), the productivity is high. Furthermore, since only one exposure is required, there is no deterioration in the shape accuracy of the temporary recesses 14 due to the displacement of the photomask and no variation in the shape between the temporary recesses 14. An accurate temporary recess 14 can be formed.
In addition, in the present invention, the step-like temporary recesses 14 are formed by repeatedly etching the substrate 10 and slimming the resist mask 12, so that the number of steps of the temporary recesses 14, that is, the number of etchings of the substrate 10 can be arbitrarily set. A step-like temporary concave portion 14 with high spherical approximation accuracy can be formed with an optimum number of etchings.
Therefore, according to the mold manufacturing method of the present invention, a microlens array manufacturing mold capable of manufacturing a microlens array formed by arranging fine microlenses with high accuracy can be manufactured with high spherical shape accuracy.

仕上げ工程における基板10のエッチングは、基板10を等方的にエッチング(等方性エッチング)できる方法であれば、特に制限はない。従って、仕上げ工程における基板10のエッチングは、凹部形成工程におけるエッチングおよびスリミングと同じエッチング装置で行ってもよい。一例として、仕上げ工程における基板10のエッチング方法としては、イオンエッチングおよびプラズマエッチング等が例示される。
また、仮の凹部を後述するように等方性のエッチングで形成する場合における、エッチング装置およびエッチング条件を用いてもよい。
The etching of the substrate 10 in the finishing process is not particularly limited as long as it is a method capable of isotropically etching the substrate 10 (isotropic etching). Therefore, the etching of the substrate 10 in the finishing process may be performed by the same etching apparatus as the etching and slimming in the recess forming process. As an example, examples of the etching method of the substrate 10 in the finishing process include ion etching and plasma etching.
Moreover, you may use the etching apparatus and etching conditions in the case of forming a temporary recessed part by isotropic etching so that it may mention later.

前述のように、図1および図2に示す例は、隣接するマイクロレンズが離れているマイクロレンズアレイを製造する金型の作製を行うものである。この際には、仮の凹部14が近似する球面の深さと、製造用凹部16の深さとを同じ深さとし、仮の凹部14が近似する球面の開口を製造用凹部16の開口よりも小さくする。
これに対し、図3の下段に示すような、隣接するマイクロレンズ同士が面方向の全域で接触しているマイクロレンズアレイを製造する金型の作製を行う場合には、仮の凹部が近似する球面の深さを製造用凹部よりも深くし、また、仮の凹部が近似する球面の開口を製造用凹部の開口以下とする。実質的には、先と同様、仮の凹部の深さを、製造用凹部の深さよりも深くし、かつ、仮の凹部の開口を、製造用凹部の開口以下とすればよい。
なお、図3において、左側は図2と同様の平面図で、右側は図1と同様の断面を概念的に示す図である。
以下の説明では、隣接するマイクロレンズ同士が面方向の全域で接触しているマイクロレンズアレイを便宜的に『ギャップレス型のマイクロレンズアレイ』とも言う。
As described above, the example shown in FIGS. 1 and 2 is for producing a mold for producing a microlens array in which adjacent microlenses are separated. In this case, the depth of the spherical surface approximated by the temporary recess 14 and the depth of the manufacturing recess 16 are the same depth, and the spherical opening approximated by the temporary recess 14 is made smaller than the opening of the manufacturing recess 16. .
On the other hand, when a mold for manufacturing a microlens array in which adjacent microlenses are in contact with each other in the entire surface direction as shown in the lower part of FIG. The spherical surface is made deeper than the manufacturing recess, and the spherical opening approximated by the temporary recess is made equal to or less than the opening of the manufacturing recess. Substantially, the depth of the temporary recess is made deeper than the depth of the manufacturing recess, and the opening of the temporary recess is made equal to or smaller than the opening of the manufacturing recess.
In FIG. 3, the left side is a plan view similar to FIG. 2, and the right side is a diagram conceptually showing a cross section similar to FIG.
In the following description, a microlens array in which adjacent microlenses are in contact with each other in the entire surface direction is also referred to as a “gapless microlens array” for convenience.

図3の上段に示すように、ギャップレス型のマイクロレンズアレイを製造する金型を作製する際にも、先と同様に、マスク形成工程、凹部形成工程を行って仮の凹部24を形成し、さらに、除去工程を行って基板10からレジストマスクを除去する。
次いで、同様に、仕上げ工程において、基板10に等方性エッチングを行う。
先の例と同様、仕上げ工程でエッチングを行うと、仮の凹部24の開口径が拡大する。ここで、ギャップレス型のマイクロレンズアレイを製造する金型を作製する場合には、隣接する仮の凹部24同士で、最も離間する開口端を含めて、開口端を面方向の全域で合体させる必要がある。
As shown in the upper part of FIG. 3, when producing a mold for producing a gapless microlens array, the mask forming step and the recessed portion forming step are performed to form the temporary recessed portion 24 in the same manner as described above. Further, the resist mask is removed from the substrate 10 by performing a removal process.
Next, similarly, in the finishing step, isotropic etching is performed on the substrate 10.
As in the previous example, when the etching is performed in the finishing process, the opening diameter of the temporary recess 24 is enlarged. Here, in the case of producing a mold for manufacturing a gapless microlens array, it is necessary to unite the opening ends in the entire area in the plane direction, including the opening portions that are farthest apart from each other between the adjacent temporary recesses 24. There is.

図3の2段目に示すように、仮の凹部24の開口直径の増大が進むと、隣接する仮の凹部24間の開口端が合体する。
また、仮の凹部24の開口端が合体した後は、隣接する仮の凹部24同士で合体した開口端は同速度で拡大するので、開口端は直線状になる。従って、例えば、図3に示す六方細密充填(ハニカム配列)のように仮の凹部24を形成すると、ギャップレス型のマイクロレンズアレイを製造する金型では、基板10の表面における製造用凹部26は、ハニカム構造のようになる。
As shown in the second stage of FIG. 3, when the opening diameter of the temporary recess 24 increases, the opening ends between the adjacent temporary recesses 24 merge.
In addition, after the opening ends of the temporary recesses 24 are merged, the opening ends that are merged between the adjacent temporary recesses 24 expand at the same speed, so that the opening ends are linear. Therefore, for example, when the temporary recesses 24 are formed as in the hexagonal close packing (honeycomb arrangement) shown in FIG. 3, in the mold for manufacturing the gapless microlens array, the manufacturing recesses 26 on the surface of the substrate 10 are: It looks like a honeycomb structure.

図3の3段目に示すように、隣接する仮の凹部24間の開口端が合体すると、基板10の上面の平坦部が消失し、仮の凹部24の境界部は尖鋭な凸部となる。そのため、仮の凹部24の境界部は、エッチング速度が急増する。
さらに、前述のように、ギャップレス型のマイクロレンズアレイに対応する金型を作製するためには、隣接する仮の凹部24間の最も離れた開口同士が接触するまでエッチングする必要が有る。
その結果、図3の3段目から下段に示すように、図1に示すように隣接する仮の凹部24間が離れている間はほぼ一定であった仮の凹部24の深さが急激に減少し、レンズ面となる仮の凹部24(すなわちマイクロレンズ)の曲率半径が急激に増大する。
従って、ギャップレス型のマイクロレンズアレイを製造する金型28を作製するためには、少なくとも、仮の凹部24の深さを、最終的に形成する製造用凹部26の深さよりも深くしないと、所望する形状および曲率半径のマイクロレンズアレイを製造できる金型を作製することができない。
As shown in the third row of FIG. 3, when the opening ends between adjacent temporary recesses 24 merge, the flat portion of the upper surface of the substrate 10 disappears, and the boundary portion of the temporary recess 24 becomes a sharp protrusion. . Therefore, the etching rate rapidly increases at the boundary portion of the temporary recess 24.
Furthermore, as described above, in order to manufacture a mold corresponding to a gapless type microlens array, it is necessary to perform etching until the farthest openings between adjacent temporary recesses 24 come into contact with each other.
As a result, as shown in FIG. 3 from the third stage to the lower stage, as shown in FIG. 1, the depth of the temporary concave portion 24 that is substantially constant while the adjacent temporary concave portions 24 are separated from each other is rapidly increased. It decreases, and the radius of curvature of the temporary recess 24 (that is, the microlens) that becomes the lens surface increases rapidly.
Therefore, in order to manufacture the mold 28 for manufacturing the gapless type microlens array, it is desirable that at least the depth of the temporary recess 24 is not deeper than the depth of the manufacturing recess 26 to be finally formed. It is impossible to manufacture a mold that can manufacture a microlens array having a shape and a radius of curvature.

また、形成する製造用凹部26の深さよりも深い仮の凹部24を形成した場合には、仕上げ工程における球面化を施すエッチングを行うことで、目的の曲率半径よりも小さい曲率半径のギャップレス型のマイクロレンズアレイに対応する構造が形成される。
従って、この構造を実現した後、さらに追加のエッチングを施すことで、ギャップレス型のマイクロレンズアレイに対応する球面性を維持したまま、境界部の高さのみ減少し、曲率半径を増大させることができ、所望の曲率半径のギャップレス型のマイクロレンズアレイを製造できる金型28を作製できる。
Further, when the temporary recess 24 deeper than the depth of the manufacturing recess 26 to be formed is formed, a gapless type having a radius of curvature smaller than the target radius of curvature is obtained by performing spheroidization in the finishing process. A structure corresponding to the microlens array is formed.
Therefore, after realizing this structure, additional etching can be performed to reduce only the height of the boundary and increase the radius of curvature while maintaining the sphericalness corresponding to the gapless microlens array. Thus, the mold 28 capable of manufacturing a gapless microlens array having a desired radius of curvature can be manufactured.

図1および図2に示される金型の作製方法では、凹部形成工程における基板10の選択的なエッチングを、異方性エッチングで行っている。
この方法は、製造するマイクロレンズアレイのマイクロレンズの厚さをt[μm]、直径をd[μm]とした場合に、『t/d』で示されるアスペクト比が大きい場合に、好適に利用される。図4に概念的に示すように、マイクロレンズの厚さtは、製造用凹部16の深さに対応し、マイクロレンズの直径dは、製造用凹部16の開口径に対応する。
なお、マイクロレンズの形状が円形ではない場合には、マイクロレンズの直径dは、開口パターン12aの大きさと同様に対応すればよい。
In the mold manufacturing method shown in FIGS. 1 and 2, selective etching of the substrate 10 in the recess forming step is performed by anisotropic etching.
This method is preferably used when the thickness of the microlens array to be manufactured is t [μm] and the diameter is d [μm], and the aspect ratio indicated by “t / d” is large. Is done. As conceptually shown in FIG. 4, the thickness t of the microlens corresponds to the depth of the manufacturing recess 16, and the diameter d of the microlens corresponds to the opening diameter of the manufacturing recess 16.
In the case where the shape of the microlens is not circular, the diameter d of the microlens may correspond to the size of the opening pattern 12a.

前述のように、基板10は、半導体用シリコンウエハが好適に利用される。
通常、フッ素ラジカル、塩素ラジカル、および,臭素ラジカルによるシリコンのエッチング作用は等方的である。そのため、異方性のエッチングを実現するにはシリコンの側壁保護物質をプラズマ中で生成し、基板へ供給する必要がある。
例えば、エッチングにフッ素含有ガスを使用する場合は、堆積性を有するCF系の解離生成物を発生させるのが好ましく、シリコンの垂直方向のエッチングストップが発生しない範囲で、炭素元素を含有するガス比率を増加させればよい。塩素含有ガスあるいは臭素含有ガスを使用する場合は、適量のO2ガスを添加することで、エッチングされたシリコンの揮発生成物と酸素とが結びつき、レジストおよびシリコン非エッチング面側壁にSiO2被膜が形成されて異方性エッチングを実現することができる。
また、十分なレジスト膜厚を確保できる場合は、バイアス電力を増加させてより異方性を高めてもよい。
As described above, the substrate 10 is preferably a semiconductor silicon wafer.
Usually, the etching action of silicon by fluorine radicals, chlorine radicals and bromine radicals is isotropic. Therefore, in order to realize anisotropic etching, it is necessary to generate a silicon side wall protective substance in plasma and supply it to the substrate.
For example, when a fluorine-containing gas is used for etching, it is preferable to generate a CF-based dissociation product having a deposition property, and a ratio of a gas containing a carbon element within a range in which an etching stop in the vertical direction of silicon does not occur. Can be increased. When a chlorine-containing gas or bromine-containing gas is used, by adding an appropriate amount of O 2 gas, the volatile product of etched silicon and oxygen are combined, and a SiO 2 film is formed on the side walls of the resist and the silicon non-etched surface. Thus, anisotropic etching can be realized.
If a sufficient resist film thickness can be secured, the anisotropy may be further increased by increasing the bias power.

これに対し、本発明においては、凹部形成工程における基板10の選択的なエッチングを、図5に概念的に示すように、等方性エッチングで行ってもよい。
特に、アスペクト比が小さいマイクロレンズを形成する場合には、凹部形成工程における基板10の選択的なエッチングを、等方性エッチングで行うのが好ましい。中でも、アスペクト比(『t/d』)が0.5以下のマイクロレンズを形成する場合には、凹部形成工程における基板10の選択的なエッチングを、等方性エッチングで行うのが好ましい。
On the other hand, in the present invention, the selective etching of the substrate 10 in the recess forming step may be performed by isotropic etching as conceptually shown in FIG.
In particular, when a microlens having a small aspect ratio is formed, it is preferable that the selective etching of the substrate 10 in the recess forming step is performed by isotropic etching. In particular, when a microlens having an aspect ratio (“t / d”) of 0.5 or less is formed, it is preferable to perform selective etching of the substrate 10 in the recess forming step by isotropic etching.

異方性エッチングで仮の凹部14を形成すると、図6の上段に概念的に示すように、階段状の仮の凹部14が形成される。なお、破線は、仮の凹部14が近似する球面である。   When the temporary recesses 14 are formed by anisotropic etching, stepwise temporary recesses 14 are formed as conceptually shown in the upper part of FIG. The broken line is a spherical surface approximated by the temporary recess 14.

これに対して、等方性エッチングで仮の凹部30を形成すると、図6の下段に示すように仮の凹部30の角部が少なくなり、仮の凹部30の形状を、図中に破線で示す仮の凹部30が近似する球面に、より近い形状にすることができる。すなわち、仮の凹部30の球面近似精度を高くできる。
また、仮の凹部30の球面近似精度を高くできるため、図5の右側中段から下段に到る、仮の凹部30を球面化して製造用凹部16とするための仕上げ工程における基板10のエッチング時間を短縮できる。さらに、仕上げ工程におけるエッチングで仮の凹部30が球面化する前に、隣接する仮の凹部30の端部が不要に合体することも防止できる。
従って、等方性エッチングで仮の凹部30を形成することにより、高い生産効率で、高精度、かつ、パーティクルに起因する欠陥が少ない、目的とするマイクロレンズアレイを高精度に製造できる金型を作製できる。
On the other hand, when the temporary recess 30 is formed by isotropic etching, the corners of the temporary recess 30 are reduced as shown in the lower part of FIG. 6, and the shape of the temporary recess 30 is indicated by a broken line in the figure. It is possible to make the shape closer to the spherical surface approximated by the temporary recess 30 shown. That is, the spherical approximate accuracy of the temporary recess 30 can be increased.
In addition, since the spherical approximate accuracy of the temporary recess 30 can be increased, the etching time of the substrate 10 in the finishing process for turning the temporary recess 30 into a spherical recess 16 from the middle stage on the right side to the lower stage in FIG. Can be shortened. Further, it is possible to prevent the adjacent temporary recesses 30 from being unnecessarily united before the temporary recesses 30 are made spherical by etching in the finishing process.
Therefore, by forming the temporary recess 30 by isotropic etching, a mold capable of manufacturing a target microlens array with high production efficiency, high accuracy, and few defects caused by particles can be manufactured with high accuracy. Can be made.

等方性エッチングによって仮の凹部30を形成する場合には、一例として、基板10として半導体用シリコンウエハを用いる場合であれば、エッチングに使用するガス中の炭素元素比率を低減しつつ、フッ素ラジカル等のラジカルの発生量を増加すればよい。
また、基板10に印加するバイアス電力を低減、あるいは、基板10にバイアスを印加しないのも好ましい。
In the case where the temporary recess 30 is formed by isotropic etching, as an example, if a semiconductor silicon wafer is used as the substrate 10, the fluorine radical is reduced while reducing the carbon element ratio in the gas used for etching. What is necessary is just to increase the generation amount of radicals.
It is also preferable to reduce the bias power applied to the substrate 10 or not apply a bias to the substrate 10.

図1および図2に示される例では、凹部形成工程におけるスリミングによって除去するレジストマスク12の幅を、均一にしている。レジストマスク12の幅とは、面方向のレジストマスク12の大きさである。
本発明は、これに制限はされず、例えば、図7に概念的に示すように、凹部形成工程におけるスリミングによって除去するレジストマスク12の幅を、漸次、狭くしてもよい。この方法も、アスペクト比が小さいマイクロレンズを形成する場合に好適であり、特にアスペクト比(『t/d』)が0.5以下のマイクロレンズを形成する場合にはより好適である。
In the example shown in FIGS. 1 and 2, the width of the resist mask 12 to be removed by slimming in the recess forming step is made uniform. The width of the resist mask 12 is the size of the resist mask 12 in the surface direction.
The present invention is not limited to this. For example, as conceptually shown in FIG. 7, the width of the resist mask 12 to be removed by slimming in the recess forming step may be gradually reduced. This method is also suitable for forming a microlens having a small aspect ratio, and is particularly suitable for forming a microlens having an aspect ratio (“t / d”) of 0.5 or less.

一例として、図1および図2に示す例であれば、仮の凹部14の最初にエッチングを行われる底部(中央)の領域は、仮の凹部14が完成するまでに、3回のエッチングが行われる。また、1回目のスリミングを行った後の2回目のエッチングで最初にエッチングされた底部を囲む領域は、仮の凹部14が完成するまでに、2回のエッチングが行われる。
最初にエッチングを行われた後、その後のエッチングを行われると、角が削られて球面化が行われた状態になる。従って、1つの領域に行われるエッチング回数が多い程、角が削られて、より、仮の凹部14が近似する球面に近い形状になる。すなわち、エッチングを受ける回数が多い領域は、スリミング量すなわち面方向のエッチング領域を、ある程度、大きくして、その後のエッチングを行っても、仮の凹部14が近似する球面に近い形状にできる。
一方、仮の凹部14は、周辺部に行くほど、エッチングの回数が少なくなる。しかも、一般的に、マイクロレンズすなわち製造用凹部16は、周辺部に行くほど、勾配が大きくなる。従って、球面近似精度が高い仮の凹部14を形成するためには、周辺部に向かうに応じて、より細かく近似して、仮の凹部14の階段形状を、仮の凹部14が近似する球面に近付けるのが好ましい。
As an example, in the example shown in FIGS. 1 and 2, the bottom (center) area where etching is performed first in the temporary recess 14 is performed three times until the temporary recess 14 is completed. Is called. In addition, the region surrounding the bottom etched first in the second etching after the first slimming is etched twice until the provisional recess 14 is completed.
After the first etching, if the subsequent etching is performed, the corners are cut and a spheroidized state is obtained. Therefore, as the number of times of etching performed in one region increases, the corners are cut, and the shape of the temporary concave portion 14 becomes closer to a spherical surface that approximates. That is, the region where the etching is frequently performed can be made to have a shape close to a spherical surface approximated by the temporary recess 14 even if the slimming amount, that is, the etching region in the surface direction is increased to some extent and the subsequent etching is performed.
On the other hand, the number of times the temporary recesses 14 are etched decreases toward the periphery. Moreover, in general, the gradient of the microlens, that is, the manufacturing recess 16 increases toward the periphery. Therefore, in order to form the temporary concave portion 14 having a high spherical approximation accuracy, the stepped shape of the temporary concave portion 14 is changed to a spherical surface approximated by the temporary concave portion 14 by making a finer approximation as it goes to the peripheral portion. It is preferable to approach.

従って、凹部形成工程におけるスリミングで除去するレジストマスク12の幅が、漸次、狭くなるように、開口パターン12aの大きさ(X0)、スリミングによって除去するレジストマスク12の幅、および、最終的に残すレジストマスク12の幅を設定することにより、効率よく、目的とするマイクロレンズアレイを高精度に製造できる金型を作製できる。   Accordingly, the size (X0) of the opening pattern 12a, the width of the resist mask 12 to be removed by slimming, and finally the width are left so that the width of the resist mask 12 to be removed by slimming in the recess forming step is gradually reduced. By setting the width of the resist mask 12, it is possible to produce a mold that can efficiently produce a target microlens array with high accuracy.

凹部形成工程におけるスリミングで除去するレジストマスク12の幅を、漸次、狭くする場合には、一例として、以下のようにして、基板10のエッチング時間、および、レジストマスク12のスリミング時間を規定する。
基板10のエッチング回数を、n回とする。従って、スリミングの回数は、n−1回となる。
基板10の厚さ方向のエッチングレートをRy、レジストマスク12の面方向のスリミングのレートをRx、n回目のエッチングにおける基板10の厚さ方向のエッチング量をYn、n回目のスリミングにおける面方向のレジストマスク12のスリミング量をXnとする。なお、X0は、開口パターン12aの大きさである。
この場合において、n回目の基板10のエッチング時間Tynは、Yn/Ryで算出すればよい。また、n回目のレジストパターンのスリミング時間Txnは、Xn/Rxで算出すればよい。
When the width of the resist mask 12 to be removed by slimming in the recess forming step is gradually narrowed, for example, the etching time of the substrate 10 and the slimming time of the resist mask 12 are defined as follows.
The number of etchings of the substrate 10 is n. Therefore, the number of slimming operations is n−1.
The etching rate in the thickness direction of the substrate 10 is Ry, the slimming rate in the surface direction of the resist mask 12 is Rx, the etching amount in the thickness direction of the substrate 10 in the nth etching is Yn, and the etching amount in the surface direction in the nth slimming is performed. The slimming amount of the resist mask 12 is Xn. X0 is the size of the opening pattern 12a.
In this case, the n-th etching time Tyn of the substrate 10 may be calculated by Yn / Ry. The nth resist pattern slimming time Txn may be calculated by Xn / Rx.

以上、本発明のマイクロレンズアレイ製造用金型の作製方法について詳細に説明したが、本発明は、上記実施例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行なってもよいのは、もちろんである。   As mentioned above, although the manufacturing method of the metal mold | die for microlens array manufacture of this invention was demonstrated in detail, this invention is not limited to the said Example, In the range which does not deviate from the summary of this invention, various improvement and change Of course, you may do.

以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明を、より詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples of the present invention.

[レジストマスクの形成]
基板として、半導体用シリコンウエハを用意した。
この基板に、東京応化工業社製のOAPを3000rpm(Revolutions Per Minute)、30秒の条件で、スピン塗布した。次いで、ホットプレートによって120℃で15分間、ベーキング処理して、基板のHMDS密着処理を行った。
次に、ポジ型レジスト(東京応化工業社製、PMER−P−LA900)を、2000rpm、30秒の条件で、基板10にスピン塗布し、110℃で30分のベーキング処理を行い、厚さ15μmのレジスト塗布膜を形成して、レジストマスクとした。
形成したレジストマスクにコンタクトアライナー(ズースマイクロテック社製、MA6)を用いて露光を施したのち、2.38%−TMAH溶液で180秒の現像を行い、さらに、純水で60秒のリンス処理を行った。
これにより、基板10の表面に設けたレジストマスクに、20μm間隔でハニカム状に配列(ハニカム配列)した、円筒状の開口パターンを形成した。なお、開口パターンの間隔は、円筒の中心間の間隔である。
[Formation of resist mask]
A silicon wafer for semiconductor was prepared as a substrate.
On this substrate, OAP manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. was spin-coated under the condition of 3000 rpm (Revolutions Per Minute) and 30 seconds. Next, the substrate was baked at 120 ° C. for 15 minutes to perform HMDS adhesion treatment of the substrate.
Next, a positive resist (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd., PMER-P-LA900) is spin-coated on the substrate 10 under the conditions of 2000 rpm and 30 seconds, and a baking process is performed at 110 ° C. for 30 minutes, and the thickness is 15 μm. A resist coating film was formed as a resist mask.
The resist mask thus formed was exposed using a contact aligner (MA 6 manufactured by Zose Microtech Co., Ltd.), developed with a 2.38% -TMAH solution for 180 seconds, and then rinsed with pure water for 60 seconds. Went.
Thus, a cylindrical opening pattern was formed on the resist mask provided on the surface of the substrate 10 and arranged in a honeycomb shape (honeycomb arrangement) at intervals of 20 μm. In addition, the space | interval of an opening pattern is a space | interval between the centers of a cylinder.

[エッチング条件の設定]
基板のエッチングおよびレジストマスクのスリミングは、ICP方式のプラズマエッチング装置(パナソニック社製、IPCエッチャーE620)を用いて行った。
・ 基板(シリコン)の異方性エッチング条件
プラズマ励起電力は800W、基板に印加するバイアス電力は30W、基板温度は50℃とした。
エッチングガスは、SF6およびCHF4を用いた。流量は、SF6が10sccm、CHF4が40sccmとし、圧力は0.6Paとした。
・ レジストマスクのスリミング条件
プラズマ励起電力は800W、基板に印加するバイアス電力は0W、基板温度は50℃とした。
スリミングガスは、02を用い、流量は300sccm、圧力は10Paとした。
・ レジストマスクのアッシング条件
プラズマ励起電力は800W、基板に印加するバイアス電力は100W、基板温度は50℃とした。
アッシングガスは、02を用い、流量は300sccm、圧力は10Paとした。
・ 基板(シリコン)の等方性エッチングおよび仕上げ工程(仮の凹部の球面化)におけるエッチングの条件
プラズマ励起電力は800W、基板に印加するバイアス電力は10W、基板温度は50℃とした。
エッチングガスは、SF6を用い、流量は50sccm、圧力は1Paとした。
[Etching condition setting]
The etching of the substrate and the slimming of the resist mask were performed using an ICP plasma etching apparatus (manufactured by Panasonic Corporation, IPC etcher E620).
-Anisotropic etching conditions for substrate (silicon) Plasma excitation power was 800 W, bias power applied to the substrate was 30 W, and substrate temperature was 50 ° C.
As the etching gas, SF 6 and CHF 4 were used. The flow rates were 10 sccm for SF 6 and 40 sccm for CHF 4 , and the pressure was 0.6 Pa.
Resist mask slimming conditions Plasma excitation power was 800 W, bias power applied to the substrate was 0 W, and substrate temperature was 50 ° C.
Slimming gas with 0 2, the flow rate is 300 sccm, the pressure was 10 Pa.
Resist mask ashing conditions Plasma excitation power was 800 W, bias power applied to the substrate was 100 W, and substrate temperature was 50 ° C.
The ashing gas used was 0 2 , the flow rate was 300 sccm, and the pressure was 10 Pa.
-Conditions for Isotropic Etching of Substrate (Silicon) and Etching in Finishing Process (Temporary Recess Spheroidization) Plasma excitation power was 800 W, bias power applied to the substrate was 10 W, and substrate temperature was 50 ° C.
The etching gas used was SF 6 , the flow rate was 50 sccm, and the pressure was 1 Pa.

[エッチングレートの測定]
前述の基板表面へのレジストマスクの形成と全く同様にして、図8に概念的に示すように、基板の表面に、厚さ15μmのレジストマスク(斜線)を形成し、直径5μmの円筒状の開口を形成したサンプルを作製した。
このサンプルに、上記の条件で、120秒間、基板の異方性エッチング(矢印a)、レジストマスクのスリミング(矢印b)、および、基板の等方性エッチング(矢印c)を行った。
エッチングを行った後のサンプルの断面形状を、電界放出型走査電子顕微鏡で観察して、レジストマスクの厚さ方向および面方向の寸法変化量、および、基板の厚さ方向のエッチング量から、エッチングレートを算出した。
その結果、基板の異方性エッチングにおける、基板の厚さ方向のエッチングレートは6nm/秒、レジストマスクの厚さ方向のエッチングレートは2nm/秒、
レジストマスクのスリミングにおける、レジストマスクの面方向のエッチングレートは32nm/秒、レジストマスクの厚さ方向のエッチングレートは44nm/秒(基板はエッチングされない)、
レジストマスクのアッシングにおける、レジストマスクの厚さ方向のエッチングレートは75nm/秒(基板はエッチングされない)、
基板の等方性エッチングにおける基板の厚さ方向のエッチングレートは8nm/秒、レジストマスクの厚さ方向のエッチングレートは1.5nm/秒、であった。
[Measurement of etching rate]
In exactly the same manner as the formation of the resist mask on the substrate surface, a resist mask (shaded line) having a thickness of 15 μm is formed on the surface of the substrate as conceptually shown in FIG. A sample in which an opening was formed was produced.
This sample was subjected to anisotropic etching of the substrate (arrow a), slimming of the resist mask (arrow b), and isotropic etching of the substrate (arrow c) for 120 seconds under the above conditions.
The cross-sectional shape of the sample after etching is observed with a field emission scanning electron microscope. From the amount of dimensional change in the resist mask thickness direction and surface direction, and the etching amount in the substrate thickness direction, etching is performed. The rate was calculated.
As a result, in the anisotropic etching of the substrate, the etching rate in the thickness direction of the substrate is 6 nm / second, the etching rate in the thickness direction of the resist mask is 2 nm / second,
In the resist mask slimming, the resist mask surface direction etching rate is 32 nm / second, the resist mask thickness direction etching rate is 44 nm / second (the substrate is not etched),
In resist mask ashing, the etching rate in the thickness direction of the resist mask is 75 nm / second (the substrate is not etched),
In the isotropic etching of the substrate, the etching rate in the thickness direction of the substrate was 8 nm / second, and the etching rate in the thickness direction of the resist mask was 1.5 nm / second.

[実施例1]
前述のように、基板の表面に開口パターンを形成したレジストマスクを作製した。開口パターンの直径は3μmとした。
この基板およびレジストマスクに、異方性エッチングによる基板のエッチング、および、レジストマスクのスリミングを、繰り返し行うことで、基板に仮の凹部を形成した。本例では、レジストマスクのスリミング量は均一にした。
エッチングおよびスリミングの詳細を、以下の表1に示す。なお、PRとは、フォトレジストであり、すなわちレジストマスクを示す。
[Example 1]
As described above, a resist mask having an opening pattern formed on the surface of the substrate was produced. The diameter of the opening pattern was 3 μm.
The substrate and the resist mask were subjected to anisotropic etching and slimming of the resist mask repeatedly to form temporary recesses in the substrate. In this example, the slimming amount of the resist mask was made uniform.
Details of etching and slimming are shown in Table 1 below. Note that PR is a photoresist, that is, a resist mask.

仮の凹部を形成した後、レジストマスクのアッシングによってレジストマスクを除去し、仮の凹部を球面化するために、基板の等方性エッチングを1500秒行って、仮の凹部を製造用凹部として、本発明の製造方法によるマイクロレンズアレイ製造用の金型を作製した。
図9に、目標とする製造用凹部の球面形状(目標球面形状、破線)、仮の凹部が近似する球面形状(近似球面形状、一点鎖線)、および、設計上の仮の凹部の形状(設計段差形状、実線)を示す。また、図10に、作製した金型の顕微鏡写真(平面図)を示す。
なお、図9は、凹部の半分を示すものであり、縦軸が底面からの高さ、横軸は中心からの面方向の距離を示す。以上の点は、後述する図11および図13も同様である。
After forming the temporary recess, the resist mask is removed by ashing the resist mask, and in order to make the temporary recess spherical, isotropic etching of the substrate is performed for 1500 seconds, and the temporary recess is used as a manufacturing recess. A mold for producing a microlens array by the production method of the present invention was produced.
9 shows the spherical shape of the target manufacturing recess (target spherical shape, broken line), the spherical shape approximated by the temporary recess (approximate spherical shape, one-dot chain line), and the design of the temporary recess (design) Step shape, solid line). FIG. 10 shows a micrograph (plan view) of the produced mold.
FIG. 9 shows a half of the recess, where the vertical axis indicates the height from the bottom surface, and the horizontal axis indicates the distance in the surface direction from the center. The same applies to FIGS. 11 and 13 described later.

[実施例2]
前述のように、基板の表面に開口パターンを形成したレジストマスクを作製した。開口パターンの直径は5μmとした。
この基板およびレジストマスクに、等方性エッチングによる基板のエッチング、および、レジストマスクのスリミングを、繰り返し行うことで、基板に仮の凹部を形成した。本例では、レジストマスクのスリミング量を、漸次、低減した。
エッチングおよびスリミングの詳細を、以下の表2に示す。
[Example 2]
As described above, a resist mask having an opening pattern formed on the surface of the substrate was produced. The diameter of the opening pattern was 5 μm.
The substrate and the resist mask were repeatedly subjected to isotropic etching and resist mask slimming to form temporary recesses in the substrate. In this example, the slimming amount of the resist mask was gradually reduced.
Details of etching and slimming are shown in Table 2 below.

仮の凹部を形成した後、実施例1と同様にレジストマスクを除去し、仮の凹部を球面化するために、基板の等方性エッチングを900秒行って、仮の凹部を製造用凹部として、本発明の製造方法によるマイクロレンズアレイ製造用の金型を作製した。
図11に、目標とする製造用凹部の球面形状(目標球面形状、破線)、仮の凹部が近似する球面形状(近似球面形状、一点鎖線)、および、設計上の仮の凹部の形状(設計段差形状、実線)を示す。また、図12に、作製した金型の顕微鏡写真(平面図)を示す。
After forming the temporary recess, the resist mask is removed in the same manner as in Example 1, and the substrate is subjected to isotropic etching for 900 seconds to make the temporary recess spherical, and the temporary recess is used as a manufacturing recess. A mold for producing a microlens array by the production method of the present invention was produced.
FIG. 11 shows a spherical shape of a target manufacturing recess (target spherical shape, broken line), a spherical shape approximated by a temporary recess (approximate spherical shape, one-dot chain line), and a design temporary recess shape (design) Step shape, solid line). FIG. 12 shows a micrograph (plan view) of the produced mold.

[実施例3]
前述のように、基板の表面に開口パターンを形成したレジストマスクを作製した。開口パターンの直径は5.5μmとした。
この基板およびレジストマスクに、等方性エッチングによる基板のエッチング、および、レジストマスクのスリミングを、繰り返し行うことで、基板に仮の凹部を形成した。本例では、レジストマスクのスリミング量を、漸次、低減した。
エッチングおよびスリミングの詳細を、以下の表3に示す。
[Example 3]
As described above, a resist mask having an opening pattern formed on the surface of the substrate was produced. The diameter of the opening pattern was 5.5 μm.
The substrate and the resist mask were repeatedly subjected to isotropic etching and resist mask slimming to form temporary recesses in the substrate. In this example, the slimming amount of the resist mask was gradually reduced.
Details of etching and slimming are shown in Table 3 below.

仮の凹部を形成した後、実施例1と同様にレジストマスクを除去し、仮の凹部を球面化するために、基板の等方性エッチングを1800秒行って、仮の凹部を製造用凹部として、本発明の製造方法によるマイクロレンズアレイ製造用の金型を作製した。なお、この金型は、ギャップレス型のマイクロレンズアレイを製造するための金型であり、仮の凹部を球面化するための基板の等方性エッチングは、隣接する仮の凹部の開口端を面方向の全域で合体させた。
図11に、目標とする製造用凹部の球面形状(目標球面形状、破線)、仮の凹部が近似する球面形状(近似球面形状、一点鎖線)、および、設計上の仮の凹部の形状(設計段差形状、実線)を示す。また、図14に、作製した金型の顕微鏡写真(平面図)を示す。
After forming the temporary recess, the resist mask is removed in the same manner as in Example 1, and in order to make the temporary recess spherical, the substrate is isotropically etched for 1800 seconds, and the temporary recess is used as a manufacturing recess. A mold for producing a microlens array by the production method of the present invention was produced. This mold is a mold for producing a gapless type microlens array, and isotropic etching of the substrate for making a temporary recess into a spherical surface faces the opening end of the adjacent temporary recess. Combined across the direction.
FIG. 11 shows a spherical shape of a target manufacturing recess (target spherical shape, broken line), a spherical shape approximated by a temporary recess (approximate spherical shape, one-dot chain line), and a design temporary recess shape (design) Step shape, solid line). FIG. 14 shows a micrograph (plan view) of the produced mold.

このようにして作製した実施例1〜3の金型について、それぞれ、任意に10個の製造用凹部を選択して、レーザマイクロスコープ(キーエンス社製、VK−9700)を用いて、形状を測定した。
製造用凹部の中心部の形状プロファイルデータを、最小二乗法による球面フィッティングを行って、製造用凹部の曲率半径を算出した。目標とする製造用凹部の曲率半径に対して、10点の凹部の平均の曲率半径が±10%以内に入っている場合に、合格とした。
また、形成した製造用凹部を測定し、形成した製造用凹部の最大深さ(ピーク・トゥ・バレー)と、目標とする製造用凹部の最大深さとを比較して、その差を球面誤差とした。10点の凹部の平均の球面誤差が0.1μm以下の場合に、合格とした。
その結果、実施例1〜3の金型は、曲率半径および球面誤差は、共に合格であった。結果を下記の表4に示す。
With respect to the molds of Examples 1 to 3 thus produced, 10 concave portions for manufacturing were arbitrarily selected, and the shape was measured using a laser microscope (manufactured by Keyence Corporation, VK-9700). did.
The shape profile data at the center of the manufacturing recess was subjected to spherical fitting by the least square method to calculate the radius of curvature of the manufacturing recess. When the average radius of curvature of the 10 recesses was within ± 10% of the target radius of curvature of the manufacturing recess, the test was accepted.
Also, the formed manufacturing recess is measured, and the maximum depth (peak-to-valley) of the formed manufacturing recess is compared with the target maximum depth of the manufacturing recess, and the difference is determined as a spherical error. did. The test was accepted when the average spherical error of 10 concave portions was 0.1 μm or less.
As a result, the dies of Examples 1 to 3 both passed the radius of curvature and the spherical error. The results are shown in Table 4 below.

以上の結果より、本発明の効果は明らかである。 From the above results, the effects of the present invention are clear.

液晶ディスプレイのバックライト、有機ELデバイスの光取り出しフィルム、ヘッドアップディスプレイデバイス、その他各種光学デバイスに利用されるマイクロレンズアレイの製造に好適に利用される。   It is suitably used for the manufacture of microlens arrays used in backlights for liquid crystal displays, light extraction films for organic EL devices, head-up display devices, and other various optical devices.

10 基板
12 レジストマスク
12a 開口パターン
14、24、30 仮の凹部
16、26 製造用凹部
18
20、28 (マイクロレンズ製造用)金型
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Board | substrate 12 Resist mask 12a Opening pattern 14, 24, 30 Temporary recessed part 16, 26 Recessed part 18 for manufacture
20, 28 (for micro lens manufacturing) Mold

Claims (8)

基板の一方の表面に、製造するマイクロレンズアレイのパターンを有するレジストマスクを形成するマスク形成工程、
前記レジストマスクを介した前記基板の選択的なエッチング、および、前記レジストマスクのスリミングを、複数回、繰り返し行うことにより、前記基板に、マイクロレンズに対応する仮の凹部を形成する凹部形成工程、
前記基板から前記レジストマスクを除去する除去工程、および、
前記基板をエッチングすることにより、前記仮の凹部を製造用凹部とする仕上げ工程、を行うことを特徴とするマイクロレンズアレイ製造用金型の作製方法。
A mask forming step of forming a resist mask having a pattern of a microlens array to be manufactured on one surface of the substrate;
A recess forming step of forming a temporary recess corresponding to a microlens in the substrate by repeatedly performing selective etching of the substrate through the resist mask and slimming of the resist mask a plurality of times;
Removing the resist mask from the substrate; and
A method of manufacturing a mold for manufacturing a microlens array, comprising: performing a finishing step in which the temporary recess is made into a manufacturing recess by etching the substrate.
前記凹部形成工程で形成する前記仮の凹部の深さを、前記仕上げ工程で形成する前記製造用凹部よりも深くする、請求項1に記載のマイクロレンズアレイ製造用金型の作製方法。   The manufacturing method of the metal mold | die for microlens array manufacture of Claim 1 which makes the depth of the said temporary recessed part formed at the said recessed part formation process deeper than the said recessed part for manufacture formed at the said finishing process. 前記凹部形成工程における前記レジストマスクを介した前記基板の選択的なエッチングが、等方性エッチングである、請求項1または2に記載のマイクロレンズアレイ製造用金型の作製方法。   The method for producing a mold for manufacturing a microlens array according to claim 1 or 2, wherein the selective etching of the substrate through the resist mask in the recess forming step is isotropic etching. 前記凹部形成工程における前記レジストマスクのスリミングの前記基板の面方向の大きさを、漸次、少なくする、請求項1〜3のいずれか1項に記載のマイクロレンズアレイ製造用金型の作製方法。   The method for producing a mold for manufacturing a microlens array according to any one of claims 1 to 3, wherein the size of the slimming of the resist mask in the recess forming step is gradually reduced in the surface direction of the substrate. 製造する前記マイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズの厚さをt[μm]、直径をd[μm]とした場合に、『t/d』で示されるアスペクト比が0.5以下である、請求項3または4に記載のマイクロレンズアレイ製造用金型の作製方法。   4. The aspect ratio represented by “t / d” is 0.5 or less when the thickness of the microlens in the microlens array to be manufactured is t [μm] and the diameter is d [μm]. Or 4. A method for producing a mold for producing a microlens array according to 4. 前記凹部形成工程において、前記レジストマスクを介した前記基板の選択的なエッチングを、3〜10回行う、請求項1〜5のいずれか1項に記載のマイクロレンズアレイ製造用金型の作製方法。   The method for producing a mold for manufacturing a microlens array according to any one of claims 1 to 5, wherein, in the recess forming step, selective etching of the substrate through the resist mask is performed 3 to 10 times. . 前記マスク形成工程において、製造する前記マイクロレンズアレイのパターンとして、形成するマイクロレンズの直径の半分以下の開口パターンを前記レジストマスクに形成する、請求項1〜6のいずれか1項に記載のマイクロレンズアレイ製造用金型の作製方法。   The micro of any one of claims 1 to 6, wherein, in the mask forming step, an opening pattern having a half or less diameter of a microlens to be formed is formed in the resist mask as a pattern of the microlens array to be manufactured. A method for producing a mold for manufacturing a lens array. 前記マスク形成工程で形成する前記レジストマスクの厚さが、形成するマイクロレンズの半径以上である、請求項1〜7のいずれか1項に記載のマイクロレンズアレイ製造用金型の作製方法。   The method for producing a mold for manufacturing a microlens array according to any one of claims 1 to 7, wherein a thickness of the resist mask formed in the mask forming step is equal to or larger than a radius of a microlens to be formed.
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