JP2020179508A - インプリント用モールドおよび当該インプリント用モールドの製造方法並びに撮像素子製造方法 - Google Patents
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- Shaping Of Tube Ends By Bending Or Straightening (AREA)
Abstract
【課題】 インプリント時に、離形がし易く、またモールドを通して照射光を樹脂に照射し硬化させる透明性を有するモールドで、電極取り出し部分にＵＶ光があたるのを確実に防止できるモールドを提供すること。【解決手段】 複数のレンズを一括で形成するための成型面を有するインプリント用モールド100であって、成型面に形成されレンズを形成するための複数のパターン部１と、成型面に形成され、当該成型面に対して垂直でない表面によってパターン部１ごとの外縁を形成する非パターン部２と、非パターン部２の表面を覆い、所定波長の光を透過しない材料からなる遮光膜３と、を備える。【選択図】 図１
Description
本発明は携帯電話に使用されるカメラモジュールに用いる撮像素子上に形成されるレンズの製造方法と該製造方法において用いられるインプリント用のモールドの構造に関するものである。
近年、携帯電話、スマートフォンなどのモバイル機器において、ほぼ全ての機種にカメラモジュールを搭載され、モバイル機器の撮像機能は、日常的にＳＮＳを使用しているユーザーにとって必須の機能となっている。
このような中では、モバイル機器は高性能化、軽量化、小型化が進んでおり、これに伴いカメラモジュールも高性能化、軽量化、小型化をもとめられている。そのため現在、ウエハレベルでレンズを製造するプロセスの開発が進められている。このようなウエハレベルの製造方法の中でも撮像素子が形成されたＳｉウエハ上に直接レンズを形成するレンズオンプロセスと呼ばれる技術は、カメラモジュールの部品数を最少化しモジュールの薄型化と低コスト化を実現するとともに、デバイスの品質の均一性を向上させる点で注目されている（例えば、特許文献１参照）。
ウエハレベルでレンズを形成する方法として最も生産性が高く、均一かつ再現性の高い製造方法としてナノインプリントによる成型方法がある。これはあらかじめパターン形成したモールドを樹脂に押し付けて形状を転写する方法である。
ナノインプリントでは、通常切削加工やレーザースキャンによってレンズ形状に三次元加工したモールド原版を樹脂に押し付け反転パターンを持つレプリカモールドを形成する。そして、撮像素子を形成したシリコン（Ｓｉ）上にレンズ材料となる樹脂を塗布し上記レプリカモールドを用いて、レンズ形状を転写する。この際、形状歪みを最少化するため、成型時の樹脂硬化に熱を利用する熱インプリントではなく、紫外線照射等の光を利用する光インプリントが用いられている。
上記シリコンウエハ上の撮像素子は、外部から電圧を供給したり、電気信号を取り出したりする電極があり、ボンディング等で接続できるようこれらの電極は外部に露出させる必要がある。
一方、インプリントでパターンを形成する場合、転写後に樹脂が除去された領域でも薄い残膜が残る。したがって、電極を外部に露出させるには、この残膜を除去するためにプラズマ処理などの追加工程が必要となる。しかし、この工程を行うと、レンズ部分の樹脂までが一部除去されてしまい、転写されたレンズ形状にゆがみが生じてしまう。
ウエハレベルでレンズの性能を向上させるには非球面のレンズを用いているが、このような光学系ではレンズ形状のわずかな設計値からのずれが撮像特性を劣化させてしまうので、プラズマ処理によるレンズ形状の歪みは致命的である。
また、レプリカモールドを押し付けて樹脂を紫外線硬化する際にも、精密な形状が要求されるレンズでは課題がある。通常、樹脂硬化時の紫外線照射光は均一平行光を用いる。しかし、成形される樹脂がレンズ形状をしている場合には、入射した平行光は集光され光の強度分布は大きくばらつき、形状の歪みとなってレンズの特性を劣化させる。そのため散乱光を用いて均一な露光を行う方法もある。しかし、この場合には、散乱光を用いることで遮光膜３から斜めに光が漏れ出し、本来除去すべき信号取り出し部の樹脂が硬化して当該樹脂が残ってしまう。
そこで本発明では、インプリント時に、離形がし易く、またモールドを通して照射光を樹脂に照射し硬化させる透明性を有するモールドで、電極取り出し部分にＵＶ光があたるのを確実に防止できるモールドを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明のインプリント用モールドは、複数のレンズを一括で形成するための成型面を有するものであって、前記成型面に形成され前記レンズを形成するための複数のパターン部と、前記成型面に形成され、当該成型面に対して垂直でない表面によって前記パターン部ごとの外縁を形成する非パターン部と、前記非パターン部の表面を覆い、所定波長の光を透過しない材料からなる遮光膜と、を具備することを特徴とする。
この場合、前記非パターン部には、前記成型面に垂直でない表面で構成された凹部を有する方が好ましい。また、前記非パターン部は、前記外縁側に前記成型面と平行な表面を有する方が好ましい。また、前記非パターン部は、前記成型面に対する傾斜角が８０度以下である方が好ましい。
また、複数のレンズを一括で形成するための成型面を有する本発明のインプリント用モールドの製造方法は、前記レンズを形成するための複数のパターン部と、前記成型面に対して垂直でない表面によって前記パターン部ごとの外縁を形成する非パターン部とを基板の表面に形成するパターン形成工程と、前記非パターン部の表面に、所定波長の光を透過しない遮光膜を形成する遮光膜形成工程と、を有することを特徴とする。
この場合、前記パターン形成工程は、前記非パターン部に、前記成型面に垂直でない表面で構成された凹部を形成するものである方が好ましい。また、前記パターン形成工程は、前記非パターン部の前記外縁側に前記成型面と平行な表面を形成するものである方が好ましい。また、前記パターン形成工程は、前記成型面に対する傾斜角が８０度以下となるように前記非パターン部の表面を形成するものである方が好ましい。なお、前記遮光膜形成工程は、スパッタリングで前記遮光膜を形成するものである場合に好適である。
また、本発明の撮像素子用レンズ製造方法は、複数のレンズを一括で形成するための成型面を有するインプリント用モールドを用いて撮像素子と電極が複数形成された基板上に撮像素子用レンズを製造するものであって、前記基板上に所定波長の光によって硬化する樹脂であって硬化後の樹脂が前記撮像素子の使用帯域光に対して透明である光硬化性樹脂を塗布する塗布工程と、前記成型面に形成され前記レンズを形成するための複数のパターン部と、前記成型面に形成され、当該成型面に対して垂直でない表面によって前記パターン部ごとの外縁を形成する非パターン部と、前記非パターン部の表面を覆い、所定波長の光を透過しない材料からなる遮光膜と、を備える前記インプリント用モールドを用い、当該インプリント用モールドの前記パターン部を前記撮像素子上に配置すると共に、前記非パターン部を前記電極上に配置する位置合わせ工程と、前記インプリント用モールドを前記光硬化性樹脂に加圧し、当該インプリント用モールドを介して散乱光を照射して前記光硬化性樹脂を硬化させてレンズを形成するインプリント成形工程と、現像により未硬化の前記光硬化性樹脂を除去する現像工程と、を有することを特徴とする。
この場合、前記インプリント用モールドは、前記非パターン部に、前記成型面に垂直でない表面で構成された凹部を有し、前記位置合わせ工程では、前記凹部を前記電極上に配置するものである方が好ましい。また、前記インプリント用モールドは、前記非パターン部の前記外縁側に前記成型面と平行な表面を有する方が好ましい。また、前記インプリント用モールドは、前記成型面に対する前記非パターン部の傾斜角が８０度以下である方が好ましい。
本発明のインプリント用モールドは、樹脂へのインプリント時に離形がし易く、また散乱光を使用した光の使用時に所望の箇所を確実に遮光する事ができる。
本発明のインプリント用モールドについて、図１を用いて説明する。本発明のインプリント用モールド100は、複数のレンズを一括で形成するための成型面を有するものであって、図１に示すように、成型面に複数のパターン部１と、非パターン部２と、遮光膜３と、を備える。ここで、成型面とは、当該成型面を有するインプリント用モールド100をインプリントに使用した際に被成形物に対して押圧する方向と垂直な面をいう。
パターン部１は、成型面に形成され、レンズ、特に精度誤差の要求が厳しい非球面のレンズを形成するための部分である。もちろん当該レンズは球面レンズであっても良い。パターン部１はモールド100をインプリント法に使用する際にパターンが形成できればどのような形状でもよい。また材質は、モールド100をインプリント法に使用する際に照射する光を透過するものであればどのようなものでもよい。例えば、樹脂やガラス等を用いることができる。
非パターン部２は、成型面に形成され、当該成型面に対して垂直でない表面によってパターン部１ごとの外縁を形成する部分である。また、インプリント用モールド100でレンズが形成される被成型面側に電極等の加圧を避けたい部分がある場合には、当該非パターン部２に当該部分を覆う凹部２ａが形成されることもある。当該凹部２ａは成型面に垂直でない表面で構成される。
また、非パターン部２は、成型面に対する傾斜角が８０度以下である方が良く、更に好ましくは７０度以下である方が良い。これは、後述する遮光膜３の形成を確実にすることができるからである。また、このモールドを使用した際に離型性を向上することができるからである。非パターン部２のうちパターン部１との外縁側に成型面と平行な表面を有する方が好ましい。また、上述した凹部２ａがある場合には、当該凹部２ａも成型面に対する傾斜角が８０度以下である方が良く、更に好ましくは７０度以下である方が良い。例えば凹部２ａの断面をＶ字状や半円状に形成すれば良い。
遮光膜３は、非パターン部２の表面全体を覆い、インプリント用モールド100をインプリント法に使用する際に照射する所定波長の光を透過しない材料からなるものである。これにより、インプリントにおいて形成したいパターン以外の部分を遮光し、光硬化性樹脂が硬化するのを防止することができる。すなわち、形成したいパターン以外の樹脂は、現像過程において完全に除去される。遮光膜３の材料は、インプリントにおいて用いる光を透過しなければどのようなものでも良いが、例えばクロム等の金属で形成すれば良い。
次に、上述した本発明のインプリント用モールドの製造方法について、図２を用いて説明する。当該インプリント用モールドの製造方法は、パターン形成工程と、遮光膜形成工程と、で主に構成される。
パターン形成工程は、レンズを形成するための複数のパターン部１と、成型面に対して垂直でない表面によってパターン部１ごとの外縁を形成する非パターン部２とを基板10の表面に形成する工程である。
ここで基板10とは、パターン部１や非パターン部２を支持する土台として機能するものである。したがって、基板10の表面は複数のパターン部１や非パターン部２を配置できるだけの面積を有する。また、形成されたインプリント用モールドは光インプリントに用いられるため、当該基板10の材料は、光インプリントに用いる所定波長の光を透過可能なものが選択される。このような材料としては、ＣＯＰ等の透明な樹脂や、ガラス等の透明な無機材料がある。
また、パターン形成工程は、非パターン部２に、成型面に垂直でない表面で構成された凹部２ａを形成するものであっても良い。また、非パターン部２の外縁側に成型面と平行な表面を形成するものであっても良い。非パターン部２は、成型面に対する傾斜角が８０度以下となるように形成される方が良く、更に好ましくは７０度以下に形成される方が良い。また、凹部２ａも成型面に対する傾斜角が８０度以下である方が良く、更に好ましくは７０度以下である方が良い。例えば凹部２ａの断面をＶ字状や半円状に形成すれば良い。
パターン部１と非パターン部２の形成は、どのような方法を用いても良いが、例えばインプリント法、特に熱収縮の小さい光インプリントを好適に用いることができる。具体的には、まず、基板10上に光硬化性樹脂からなる薄膜11を形成する（図２（ａ）参照）。次に、この薄膜11に上述したパターン部１および非パターン部２の形状を反転させた反転パターン91を有するモールド９を押圧して反転パターン91に光硬化性樹脂を充填する（図２（ｂ）参照）。次に、当該光硬化性樹脂に光を照射させて硬化させ、離型することによりパターン部１および非パターン部２を形成する（図２（ｃ）参照）。
薄膜11に用いる光硬化性樹脂としては、エポキシド含有化合物類、（メタ）アクリル酸エステル化合物類、ビニルエーテル化合物類、ビスアリルナジイミド化合物類のようにビニル基・アリル基等の不飽和炭化水素基含有化合物類等を用いることができる。この場合、光反応性の開始剤を添加して光照射により重合反応を進行させてパターン部１および非パターン部２を形成できるものでもよい。また、反応性モノマーは無溶剤で使用しても良いし、溶媒に溶解して塗布後に脱溶媒して使用しても良い。また、基材１と薄膜11の光学特性を同じにするか近似させることができる点で、基板10の材料は薄膜11と同種の樹脂にする方が良く、更に好ましくは同じ樹脂にする方が良い。
遮光膜形成工程は、非パターン部２の表面に、所定波長の光を透過しない遮光膜３を形成する工程である。形成されたインプリント用モールドは光インプリントに用いられるため、当該遮光膜３の材料には、光インプリントに用いる所定波長の光を透過しないものが選択される。例えば、遮光膜３の材料として、クロム等の金属を用いれば良い。遮光膜３の形成にはどのような方法を用いても良いが、例えば、パターン部１および非パターン部２の表面にスパッタリングを利用して形成することができる。具体的には、少なくとも非パターン部２を含む表面に遮光膜３の材料をスパッタリングして膜31を形成する（図２（ｄ）参照）。この際、非パターン部２の表面の傾斜角が成型面に対して８０度以下であると、非パターン部２に膜31をむらなく形成することができる。更に好ましくは非パターン部２の表面の傾斜角が成型面に対して７０度以下である方が良い。次に、膜31の表面にレジストを塗布し、フォトリソグラフィー技術を用いて非パターン部２上の膜31にマスク32を形成する（図２（ｅ）参照）。このマスク32を用いて余分な膜31をエッチングにより除去し、更に残ったマスク32も除去することにより、遮光膜３を形成する（図２（ｆ）参照）。
このようにして、複数のパターン部１と、非パターン部２と、遮光膜３とで構成されるインプリント用モールド100を形成することができる。
次に、上述した本発明のインプリント用モールドを用いて撮像素子51と電極52が複数形成された基板50上に撮像素子用レンズ53を製造する撮像素子用レンズ製造方法について、図３を用いて説明する。本発明の撮像素子用レンズ製造方法は、塗布工程と、位置合わせ工程と、インプリント成形工程と、現像工程で主に構成される。
塗布工程とは、撮像素子51と電極52が複数形成された基板50上に所定波長の光によって硬化する光硬化性樹脂55を塗布する工程である（図３（ａ）参照）。光硬化性樹脂55としては、光インプリントに用いることができると共に、硬化後の樹脂が撮像素子51の使用帯域の光に対して透明であればどのようなものでも良い。例えば、エポキシド含有化合物類、（メタ）アクリル酸エステル化合物類、ビニルエーテル化合物類、ビスアリルナジイミド化合物類のようにビニル基・アリル基等の不飽和炭化水素基含有化合物類等を用いることができる。この場合、光反応性の開始剤を添加して光照射により重合反応を進行させて撮像素子用レンズ53を形成できるものでもよい。また、反応性モノマーは無溶剤で使用しても良いし、溶媒に溶解して塗布後に脱溶媒処理をして使用しても良い。
塗布はどのような方法でも良いが、例えば、スピンコート法やスプレーコート法、スリットコート法等、従来から知られている方法を用いれば良い。
位置合わせ工程とは、上述した本発明のインプリント用モールド100のパターン部１を撮像素子51上に配置すると共に、非パターン部２を電極52上に配置する工程である（図３（ｂ）参照）。非パターン部２に、成型面に垂直でない表面で構成された凹部２ａを有する場合には、位置合わせ工程では、当該凹部２ａを電極52上に配置する。このような位置合わせは従来から知られている方法を用いれば良い。
インプリント成形工程とは、インプリント用モールド100を光硬化性樹脂55に加圧し（図３（ｃ）参照）、当該インプリント用モールド100を介して紫外光等の光Ｌを照射して光硬化性樹脂55を硬化させてレンズを形成する工程である（図３（ｄ）参照）。
ここで、パターン部１に充填されている光硬化性樹脂55はレンズ形状をしているため、光インプリントで当該樹脂に照射する光に平行光を用いると入射した平行光が集光される。すると、光の強度分布が大きくばらつくことになり、レンズ形状の歪みとなってレンズの特性を劣化させることになる。したがって、光インプリントで光硬化性樹脂55に照射する光Ｌには、散乱光を用いる。これによりパターン部１に充填されている光硬化性樹脂55によって光が集光するのを防止して均一な露光を行うことができ、レンズ形状の歪みを抑えることができる。
なお、インプリント用モールド100は、光硬化性樹脂55を硬化させた後に離型されるが（図３（ｅ）参照）、この際、当該インプリント用モールド100の非パターン部２の側面の傾斜角が８０度以下であると離型し易いという利点がある。
現像工程とは、現像により未硬化の光硬化性樹脂55を除去する工程である（図３（ｆ）参照）。これにより、表面を遮光膜３によって覆われている非パターン部２の下に残された未硬化の光硬化性樹脂55を除去して電極52を露出させることができる。
１ パターン部
２ 非パターン部
２ａ 凹部
３ 遮光膜
６ レジストパターン
９ モールド
10 基板
11 薄膜
31 膜
32 マスク
50 基板
51 撮像素子
52 電極
55 光硬化性樹脂
91 反転パターン
100 インプリント用モールド
２ 非パターン部
２ａ 凹部
３ 遮光膜
６ レジストパターン
９ モールド
10 基板
11 薄膜
31 膜
32 マスク
50 基板
51 撮像素子
52 電極
55 光硬化性樹脂
91 反転パターン
100 インプリント用モールド
Claims (13)
- 複数のレンズを一括で形成するための成型面を有するインプリント用モールドであって、
前記成型面に形成され前記レンズを形成するための複数のパターン部と、
前記成型面に形成され、当該成型面に対して垂直でない表面によって前記パターン部ごとの外縁を形成する非パターン部と、
前記非パターン部の表面を覆い、所定波長の光を透過しない材料からなる遮光膜と、
を具備することを特徴とするインプリント用モールド。 - 前記非パターン部には、前記成型面に垂直でない表面で構成された凹部を有することを特徴とする請求項１記載のインプリント用モールド。
- 前記非パターン部は、前記外縁側に前記成型面と平行な表面を有することを特徴とする請求項１又は２記載のインプリント用モールド。
- 前記非パターン部は、前記成型面に対する傾斜角が８０度以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のインプリント用モールド。
- 複数のレンズを一括で形成するための成型面を有するインプリント用モールドの製造方法であって、
前記レンズを形成するための複数のパターン部と、前記成型面に対して垂直でない表面によって前記パターン部ごとの外縁を形成する非パターン部とを基板の表面に形成するパターン形成工程と、
前記非パターン部の表面に、所定波長の光を透過しない遮光膜を形成する遮光膜形成工程と、
を有することを特徴とするインプリント用モールドの製造方法。 - 前記パターン形成工程は、前記非パターン部に、前記成型面に垂直でない表面で構成された凹部を形成するものであることを特徴とする請求項５記載のインプリント用モールドの製造方法。
- 前記パターン形成工程は、前記非パターン部の前記外縁側に前記成型面と平行な表面を形成するものであることを特徴とする請求項５又は６記載のインプリント用モールドの製造方法。
- 前記パターン形成工程は、前記成型面に対する傾斜角が８０度以下となるように前記非パターン部の表面を形成するものであることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載のインプリント用モールドの製造方法。
- 前記遮光膜形成工程は、スパッタリングで前記遮光膜を形成するものであることを特徴とする請求項５ないし８のいずれかに記載のインプリント用モールドの製造方法。
- 撮像素子と電極が複数形成された基板上に所定波長の光によって硬化する樹脂であって硬化後の樹脂が前記撮像素子の使用帯域光に対して透明である光硬化性樹脂を塗布する塗布工程と、
複数のレンズを一括で形成するための成型面を有するインプリント用モールドであって、前記成型面に形成され前記レンズを形成するための複数のパターン部と、前記成型面に形成され、当該成型面に対して垂直でない表面によって前記パターン部ごとの外縁を形成する非パターン部と、前記非パターン部の表面を覆い、所定波長の光を透過しない材料からなる遮光膜と、を備えるインプリント用モールドを用い、当該インプリント用モールドの前記パターン部を前記撮像素子上に配置すると共に、前記非パターン部を前記電極上に配置する位置合わせ工程と、
前記インプリント用モールドを前記光硬化性樹脂に加圧し、当該インプリント用モールドを介して散乱光を照射して前記光硬化性樹脂を硬化させてレンズを形成するインプリント成形工程と、
現像により未硬化の前記光硬化性樹脂を除去する現像工程と、
を有することを特徴とする撮像素子用レンズ製造方法。 - 前記インプリント用モールドは、前記非パターン部に、前記成型面に垂直でない表面で構成された凹部を有し、
前記位置合わせ工程では、前記凹部を前記電極上に配置するものであることを特徴とする請求項１０記載の撮像素子用レンズ製造方法。 - 前記インプリント用モールドは、前記非パターン部の前記外縁側に前記成型面と平行な表面を有することを特徴とする請求項１０又は１１記載の撮像素子用レンズ製造方法。
- 前記インプリント用モールドは、前記成型面に対する前記非パターン部の傾斜角が８０度以下であることを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれかに記載の撮像素子用レンズ製造方法。
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