JP3041916B2 - レンズアレイの製造方法 - Google Patents
レンズアレイの製造方法Info
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- JP3041916B2 JP3041916B2 JP2244921A JP24492190A JP3041916B2 JP 3041916 B2 JP3041916 B2 JP 3041916B2 JP 2244921 A JP2244921 A JP 2244921A JP 24492190 A JP24492190 A JP 24492190A JP 3041916 B2 JP3041916 B2 JP 3041916B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、微少なレンズ体が規則的に配列してなるレ
ンズアレイの製造方法に関する。
ンズアレイの製造方法に関する。
〔従来の技術〕 10〜数100μｍ程度のレンズ径を有する微小レンズを
集積化したレンズアレイは、ファクシミリや電子複写機
の結像光学系に、また、最近では固体撮像素子の集光光
学系などに応用されている。この種のレンズアレイの製
造方法は種々開発されているが、中でも、特開昭60−60
756、Applied Optics（アプライドオプティックス）誌2
7巻７号1281頁（1988年）等に見られる熱変形樹脂の加
熱変形を利用する方法（以下、熱変形方とする）は、通
常のフォトリソグラフィーの手法を利用した量産性に富
む方法として注目されている。
集積化したレンズアレイは、ファクシミリや電子複写機
の結像光学系に、また、最近では固体撮像素子の集光光
学系などに応用されている。この種のレンズアレイの製
造方法は種々開発されているが、中でも、特開昭60−60
756、Applied Optics（アプライドオプティックス）誌2
7巻７号1281頁（1988年）等に見られる熱変形樹脂の加
熱変形を利用する方法（以下、熱変形方とする）は、通
常のフォトリソグラフィーの手法を利用した量産性に富
む方法として注目されている。
しかし、上記熱変形法は加熱時における樹脂の変形及
び流動を利用しているためレンズ形状の制御性に課題が
あり、特に曲率半径の大きい長焦点レンズを作製するの
が難しいという課題を有していた。また、加熱処理時に
大きな流動性を得ようとした場合、加熱処理の前後で樹
脂のパターン幅が変動する場合が多く、従って、レンズ
アレイにおける個々のレンズ間距離を狭くすることが出
来ないという課題を有していた。
び流動を利用しているためレンズ形状の制御性に課題が
あり、特に曲率半径の大きい長焦点レンズを作製するの
が難しいという課題を有していた。また、加熱処理時に
大きな流動性を得ようとした場合、加熱処理の前後で樹
脂のパターン幅が変動する場合が多く、従って、レンズ
アレイにおける個々のレンズ間距離を狭くすることが出
来ないという課題を有していた。
そこで、本発明は以上のような問題点を解決するもの
で、その目的とするところは、レンズ形状の制御性に優
れたレンズアレイの製造方法を提供することにある。
で、その目的とするところは、レンズ形状の制御性に優
れたレンズアレイの製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のレンズアレイの
製造方法は、基板の表面に熱変形性を有する電磁波反応
性樹脂を塗布する第１の工程と、レンズ形状に対応して
透過率が段階的に変化してなるパターニング用マスクを
介して電磁波を照射することにより、前記電磁波反応性
樹脂を厚みが段階的に変化してなる疑似レンズ形状にパ
ターニングする第２の工程と、前記疑似レンズ形状にパ
ターニングされた電磁波反応性樹脂を加熱変形してレン
ズ体を形成する第３の工程と、を備えることを特徴とす
る。」 〔実施例〕 第１図に、本発明を適用したレンズアレイの製造方法
の例を示す。
製造方法は、基板の表面に熱変形性を有する電磁波反応
性樹脂を塗布する第１の工程と、レンズ形状に対応して
透過率が段階的に変化してなるパターニング用マスクを
介して電磁波を照射することにより、前記電磁波反応性
樹脂を厚みが段階的に変化してなる疑似レンズ形状にパ
ターニングする第２の工程と、前記疑似レンズ形状にパ
ターニングされた電磁波反応性樹脂を加熱変形してレン
ズ体を形成する第３の工程と、を備えることを特徴とす
る。」 〔実施例〕 第１図に、本発明を適用したレンズアレイの製造方法
の例を示す。
成膜工程11は、レンズアレイ基板上に電磁波反応性樹
脂を膜厚が均一になるように塗布する工程である。塗布
方法としては、スピンコート法が適しているが、ディッ
ピング法、ロールコート法等も利用できる。また、電磁
波反応性樹脂としては微細加工用の紫外線硬化樹脂が利
用し易いが、レンズ特性に因っては可視光、赤外光或は
電子線、Ｘ線等により感光される樹脂も使用できる。パ
ターニング工程12は、パターニング用マスクを介して、
２次元的に強度分布を持つ電磁波を照射し、電磁波反応
性樹脂を露光する工程である。ここで、パターニング用
マスクは、所望するレンズ形状及び使用する電磁波反応
性樹脂の感度特性を考慮して、第２図に示すように透過
率が疑似レンズ形状的に段階的に変化したものを用い
る。現像工程13は、露光後の電磁波反応性樹脂を現像
し、積算露光量（エネルギー）に応じた残膜厚を得る工
程である。この工程を経た段階でレンズアレイ基板上の
樹脂体は疑似レンズ形状を成している。熱処理工程14は
疑似レンズ形状を成す樹脂体を軟化点温度以上に加熱
し、理想的なレンズ形状を有するレンズ体とする工程で
ある。以上の工程により所望するレンズ体がレンズアレ
イ基板上に形成される。
脂を膜厚が均一になるように塗布する工程である。塗布
方法としては、スピンコート法が適しているが、ディッ
ピング法、ロールコート法等も利用できる。また、電磁
波反応性樹脂としては微細加工用の紫外線硬化樹脂が利
用し易いが、レンズ特性に因っては可視光、赤外光或は
電子線、Ｘ線等により感光される樹脂も使用できる。パ
ターニング工程12は、パターニング用マスクを介して、
２次元的に強度分布を持つ電磁波を照射し、電磁波反応
性樹脂を露光する工程である。ここで、パターニング用
マスクは、所望するレンズ形状及び使用する電磁波反応
性樹脂の感度特性を考慮して、第２図に示すように透過
率が疑似レンズ形状的に段階的に変化したものを用い
る。現像工程13は、露光後の電磁波反応性樹脂を現像
し、積算露光量（エネルギー）に応じた残膜厚を得る工
程である。この工程を経た段階でレンズアレイ基板上の
樹脂体は疑似レンズ形状を成している。熱処理工程14は
疑似レンズ形状を成す樹脂体を軟化点温度以上に加熱
し、理想的なレンズ形状を有するレンズ体とする工程で
ある。以上の工程により所望するレンズ体がレンズアレ
イ基板上に形成される。
レジストに代表される電磁波反応性樹脂においては、
条件を適当に設定することにより、電磁波（一般に光）
の照射量と露光、現像後のレジストの残膜厚との間に、
ある特定の関係が成立する。つまり、ある条件下では、
電磁波の照射量によりレジストの残膜厚を制御すること
ができる。従って、電磁波の照射量をレンズ形状及び電
磁波反応性樹脂の特性に合わせて２次元的に制御するこ
とにより、現像後の反応性樹脂の残膜厚をレンズ形状に
応じて局部的に変化させることができる。この場合、パ
ターニング用マスクを用いて電磁波の照射量を制御する
方法が現実的である。つまり、マスクのOD（光学濃度）
値の制御性及び製造の容易さを考慮して、OD値を２〜10
段階程度の範囲で変化させ、その分布状態を疑似レンズ
様とする。
条件を適当に設定することにより、電磁波（一般に光）
の照射量と露光、現像後のレジストの残膜厚との間に、
ある特定の関係が成立する。つまり、ある条件下では、
電磁波の照射量によりレジストの残膜厚を制御すること
ができる。従って、電磁波の照射量をレンズ形状及び電
磁波反応性樹脂の特性に合わせて２次元的に制御するこ
とにより、現像後の反応性樹脂の残膜厚をレンズ形状に
応じて局部的に変化させることができる。この場合、パ
ターニング用マスクを用いて電磁波の照射量を制御する
方法が現実的である。つまり、マスクのOD（光学濃度）
値の制御性及び製造の容易さを考慮して、OD値を２〜10
段階程度の範囲で変化させ、その分布状態を疑似レンズ
様とする。
上記パターニング用マスクにより形成された疑似レン
ズ下樹脂（レジスト）構造体は、樹脂の軟化点温度以上
に加熱されることにより、軟化溶融され、表面張力によ
って表面の凹凸形状がなくなり、その結果、表面が滑ら
かなレンズ体となる。なお、この場合に使用する電磁波
反応性樹脂としては熱可塑性を有するものが望ましい。
ズ下樹脂（レジスト）構造体は、樹脂の軟化点温度以上
に加熱されることにより、軟化溶融され、表面張力によ
って表面の凹凸形状がなくなり、その結果、表面が滑ら
かなレンズ体となる。なお、この場合に使用する電磁波
反応性樹脂としては熱可塑性を有するものが望ましい。
以下、より具体的な実施例に基づき本発明を詳細に説
明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されるもの
ではない。
明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されるもの
ではない。
［実施例１］ 電磁波反応性樹脂としてポジ型UV硬化レジストを用い
た場合を例にとり本発明の第一の実施例に付いて説明す
る。
た場合を例にとり本発明の第一の実施例に付いて説明す
る。
透明ガラス基板上に、フェノールノボラック系ポジ型
レジストをスピンコート法により、膜厚が約2.4μｍに
なるように成膜した。約90℃で20分間乾燥させた後、パ
ターニング用マスクを介して露光した。
レジストをスピンコート法により、膜厚が約2.4μｍに
なるように成膜した。約90℃で20分間乾燥させた後、パ
ターニング用マスクを介して露光した。
露光時におけるパターニング用マスクの透過率分布を
第２図に示す。図中の点線で描かれた形状が所望するレ
ンズ形状であり、マスクの透過率（OD値）を４段階に変
化させてレンズ形状を近似した。ここで用いたポジ型レ
ジストの積算露光量と残膜厚の関係を第３図に示す。第
３図に示す特性を考慮してマスクの透過率を決定した。
第２図に示す。図中の点線で描かれた形状が所望するレ
ンズ形状であり、マスクの透過率（OD値）を４段階に変
化させてレンズ形状を近似した。ここで用いたポジ型レ
ジストの積算露光量と残膜厚の関係を第３図に示す。第
３図に示す特性を考慮してマスクの透過率を決定した。
露光後、所定の条件で現像処理を行うことにより、レ
ジスト厚が４段階に変化した樹脂製の疑似レンズ構造体
を得た。続いて、この疑似レンズ構造体を210℃で30分
間熱処理した。この処理により、樹脂表面は軟化溶融状
態となり、溶融状態における表面張力の作用により樹脂
表面の不連続な凹凸形状は、連続的且つ滑らかな状態に
変化した。
ジスト厚が４段階に変化した樹脂製の疑似レンズ構造体
を得た。続いて、この疑似レンズ構造体を210℃で30分
間熱処理した。この処理により、樹脂表面は軟化溶融状
態となり、溶融状態における表面張力の作用により樹脂
表面の不連続な凹凸形状は、連続的且つ滑らかな状態に
変化した。
熱処理後における樹脂構造体の断面形状を第４図に示
す。熱処理により、理想的な円型形状を有するレンズ体
が得られていることが判る。作製した凸型レンズの諸元
は、レンズ直径45μｍ、レンズ中心厚2.5μｍ、焦点距
離171μｍであり、設計値に対して４％以内の誤差（焦
点距離に関して）で作製できた。さらに、レンズアレイ
としての諸元はアレイ寸法10mm×10mm、レンズ間ピッチ
50μｍであり、レンズアレイ内におけるレンズ特性のば
らつきは概ね５％以内と良好であった。
す。熱処理により、理想的な円型形状を有するレンズ体
が得られていることが判る。作製した凸型レンズの諸元
は、レンズ直径45μｍ、レンズ中心厚2.5μｍ、焦点距
離171μｍであり、設計値に対して４％以内の誤差（焦
点距離に関して）で作製できた。さらに、レンズアレイ
としての諸元はアレイ寸法10mm×10mm、レンズ間ピッチ
50μｍであり、レンズアレイ内におけるレンズ特性のば
らつきは概ね５％以内と良好であった。
［実施例２］ 実施例１の場合と同様に、透明ガラス基板上に、フェ
ノールノボラック系ポジ型レジストをスピンコート法に
より、膜厚が約2.4μｍになるように成膜した。適当な
条件下でプリベークした後、実施例１で用いたのと同種
のパターニング用マスクを介して露光し、続いて現像す
ることにより疑似レンズ構造体を得た。その後、パター
ニング時に使用したのと同じ光源を用いて、ガラス基板
を約５分間露光（照射露光量は約1200mJ/cm2）し、残存
樹脂（レジスト）層の改質を行った。この後、実施例１
の場合と同様に170℃で30分間熱処理をすることによ
り、疑似レンズ構造体の断面形状をレンズ様の円型形状
とし、滑らかな表面を有するレンズ構造体を得た。実施
例１の場合と較べて、本実施例の熱処理温度が低いの
は、樹脂（レジスト）層の改質を行っているためであ
り、感光性樹脂の特性に合わせて照射する光の波長を適
当に選べば、樹脂の粘性や耐熱性等をある程度制御する
ことも可能である。この性質を利用することにより、曲
率半径の大きい、焦点距離の長いレンズを作製すること
が可能である。
ノールノボラック系ポジ型レジストをスピンコート法に
より、膜厚が約2.4μｍになるように成膜した。適当な
条件下でプリベークした後、実施例１で用いたのと同種
のパターニング用マスクを介して露光し、続いて現像す
ることにより疑似レンズ構造体を得た。その後、パター
ニング時に使用したのと同じ光源を用いて、ガラス基板
を約５分間露光（照射露光量は約1200mJ/cm2）し、残存
樹脂（レジスト）層の改質を行った。この後、実施例１
の場合と同様に170℃で30分間熱処理をすることによ
り、疑似レンズ構造体の断面形状をレンズ様の円型形状
とし、滑らかな表面を有するレンズ構造体を得た。実施
例１の場合と較べて、本実施例の熱処理温度が低いの
は、樹脂（レジスト）層の改質を行っているためであ
り、感光性樹脂の特性に合わせて照射する光の波長を適
当に選べば、樹脂の粘性や耐熱性等をある程度制御する
ことも可能である。この性質を利用することにより、曲
率半径の大きい、焦点距離の長いレンズを作製すること
が可能である。
作製した凸型レンズの諸元は、レンズ直径55μｍ、レ
ンズ中心厚2.5μｍ、焦点距離250μｍであり、設計値に
対して５％以内の誤差（焦点距離に関して）で作製でき
た。さらに、レンズアレイとしての諸元はアレイ寸法10
mm×10mm、レンズ間ピッチ60μｍであり、レンズアレイ
内におけるレンズ特性のばらつきは概ね５％以内と良好
であった。
ンズ中心厚2.5μｍ、焦点距離250μｍであり、設計値に
対して５％以内の誤差（焦点距離に関して）で作製でき
た。さらに、レンズアレイとしての諸元はアレイ寸法10
mm×10mm、レンズ間ピッチ60μｍであり、レンズアレイ
内におけるレンズ特性のばらつきは概ね５％以内と良好
であった。
上記実施例ではいづれも凸型円形レンズを作製した
が、使用するパターニング用マスクのレンズパターンの
形状及び電磁波の透過率分布を変えることにより、円形
以外にも楕円形状、方型形状、レンチキュラー状等の各
種レンズや凹型レンズを作製できることは明らかであ
る。
が、使用するパターニング用マスクのレンズパターンの
形状及び電磁波の透過率分布を変えることにより、円形
以外にも楕円形状、方型形状、レンチキュラー状等の各
種レンズや凹型レンズを作製できることは明らかであ
る。
以上説明したように、本発明のレンズアレイの製造方
法によれば、基板上に塗布された電磁波反応性樹脂を厚
みが段階的に変化してなる疑似レンズ形状にパターニン
グし、疑似レンズ形状にパターニングされた電磁波反応
性樹脂を加熱変形してレンズ体を形成するという２段階
の工程を経ることにより、成形精度に優れたレンズ体を
容易に作製することが出来る。従来の一段の矩形パター
ンを熱流動させてレンズ体を得る方法では樹脂に大きな
熱流動性が要求され、そのため個々のレンズ間の距離を
あまり狭くすることが出来なかったが、本発明の方法で
は、従来法に較べて樹脂にそれほど大きな流動性が要求
されないため、個々のレンズ間の距離を狭くすることが
可能である。また、本発明の製造方法は、曲率半径の大
きなレンズ体を作製し易い、耐熱性に優れた樹脂材料を
レンズ材料として使用できるなどの特徴を有する。
法によれば、基板上に塗布された電磁波反応性樹脂を厚
みが段階的に変化してなる疑似レンズ形状にパターニン
グし、疑似レンズ形状にパターニングされた電磁波反応
性樹脂を加熱変形してレンズ体を形成するという２段階
の工程を経ることにより、成形精度に優れたレンズ体を
容易に作製することが出来る。従来の一段の矩形パター
ンを熱流動させてレンズ体を得る方法では樹脂に大きな
熱流動性が要求され、そのため個々のレンズ間の距離を
あまり狭くすることが出来なかったが、本発明の方法で
は、従来法に較べて樹脂にそれほど大きな流動性が要求
されないため、個々のレンズ間の距離を狭くすることが
可能である。また、本発明の製造方法は、曲率半径の大
きなレンズ体を作製し易い、耐熱性に優れた樹脂材料を
レンズ材料として使用できるなどの特徴を有する。
第１図は本発明を適用したレンズアレイの製造方法の例
を示した流れ図。第２図は実施例で用いたパターニング
用マスクの透過率分布を示す図。第３図は実施例で用い
たポジ型レジストの感度曲線図。第４図は実施例１で作
製したレンズ体の熱処理後における断面形状を示す図。 11……成膜工程 12……パターニング工程 13……現像工程 14……熱処理工程
を示した流れ図。第２図は実施例で用いたパターニング
用マスクの透過率分布を示す図。第３図は実施例で用い
たポジ型レジストの感度曲線図。第４図は実施例１で作
製したレンズ体の熱処理後における断面形状を示す図。 11……成膜工程 12……パターニング工程 13……現像工程 14……熱処理工程
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−175001（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−38989（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−165623（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−112101（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 3/00 - 3/14
Claims (1)
- 【請求項１】基板の表面に熱変形性を有する電磁波反応
性樹脂を塗布する第１の工程と、 レンズ形状に対応して透過率が段階的に変化してなるパ
ターニング用マスクを介して電磁波を照射することによ
り、前記電磁波反応性樹脂を厚みが段階的に変化してな
る疑似レンズ形状にパターニングする第２の工程と、 前記疑似レンズ形状にパターニングされた電磁波反応性
樹脂を加熱変形してレンズ体を形成する第３の工程と、
を備えることを特徴とするレンズアレイの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2244921A JP3041916B2 (ja) | 1990-09-14 | 1990-09-14 | レンズアレイの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2244921A JP3041916B2 (ja) | 1990-09-14 | 1990-09-14 | レンズアレイの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04123004A JPH04123004A (ja) | 1992-04-23 |
| JP3041916B2 true JP3041916B2 (ja) | 2000-05-15 |
Family
ID=17125958
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2244921A Expired - Fee Related JP3041916B2 (ja) | 1990-09-14 | 1990-09-14 | レンズアレイの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3041916B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5298366A (en) * | 1990-10-09 | 1994-03-29 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for producing a microlens array |
| JP5486838B2 (ja) * | 2009-05-12 | 2014-05-07 | シャープ株式会社 | レンズの形成方法、半導体装置の製造方法および電子情報機器 |
| JP5759148B2 (ja) * | 2010-11-17 | 2015-08-05 | シャープ株式会社 | レンズの製造方法および固体撮像素子の製造方法 |
-
1990
- 1990-09-14 JP JP2244921A patent/JP3041916B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04123004A (ja) | 1992-04-23 |
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