JP3681101B2 - Manufacturing method of mold master for microlens array - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光エレクトロニクス分野等で使用されるマイクロレンズアレイを作製するためのマイクロレンズアレイ用金型マスターの作製方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
マイクロレンズアレイは、直径数μmから数100μmの微小な略半球状のレンズを複数配置したものであり、液晶表示装置、受光装置、光通信システムにおけるファイバー間接続等の様々な用途に使用される様になってきている。
【0003】
一方、発光素子間隔を狭くできアレイ化が容易な面発光レーザー等の開発が進み、レンズアレイの間隔を狭くでき開口数(NA)の大きなマイクロレンズの要求が高まっている。
【0004】
受光素子においても同様に、半導体プロセス技術の発達に伴い、素子間隔が狭まり、CCD等に見られる様に、ますます受光素子の小型化がなされている。この結果、ここでも、レンズ間隔の狭い、開口数の大きなマイクロレンズアレイが必要となっている。この様なマイクロレンズでは、レンズ面に入射する光の利用効率が高い高集光率のマイクロレンズが望まれている。
【0005】
さらに、今後、期待される光情報処理分野である光並列処理・演算、光インターコネクション等においても、同様の要望がある。
【0006】
また、エレクトロルミネッセンス(EL)等の自発光型のディスプレイ装置の研究開発も盛んに行われ、高精細且つ高輝度のディスプレイの提案がなされている。この様なディスプレイにおいては、小型且つ開口数の大きなマイクロレンズアレイに加えて、低コストで大面積のマイクロレンズアレイへの要求がある。
【0007】
以上の様な状況において、従来、イオン交換法(M. Oikawa, etal., Jpn. J. Appl. Phys. 20(4) L51−54, 1981)を用いて多成分ガラスからなる基板上の複数の箇所を高屈折率化して、複数のレンズを形成する様にしたマイクロレンズアレイの作製方法が知られている。しかしながら、この方法では、レンズ同士の間隔に比べてレンズ径を大きくとれず、開口数の大きなレンズの設計が困難であった。また、大面積のマイクロレンズアレイを作製するにはイオン拡散装置等の大規模な製造装置が必要とされ、製造が容易でないという問題もあった。また、金型を用いたモールディングに比べてガラス毎にイオン交換工程を施す必要があり、製造装置の作製条件管理を十分に行わないと、レンズの品質、例えば焦点距離のばらつきがロット間で大きくなるという問題があった。また、この方法は、金型を用いた方法に比べて、割高となる。
【0008】
さらに、イオン交換法では、ガラス基板中に被イオン交換用のアルカリイオンが必須となり、基板材料がアルカリガラスに限定されアルカリイオンフリーを前提とする半導体をベースとする素子との適合性が悪い。さらに、ガラス基板そのものの熱膨張係数が受光装置や発光装置の基板の熱膨張係数と大きく異なる為に、素子の集積密度が増加するに伴い、熱膨張係数の不整合によるミスアライメントが発生する。また、元来、ガラス表面のイオン交換法は表面に圧縮歪みを残すことが知られており、これによりガラスが反り、マイクロレンズアレイが大判化するに従い、受光装置や発光装置との接着・接合が困難となっている。
【0009】
他の方法としては、レジストリフロー法(D. Daly, et al.,Proc. Microlens Array Teddington., p23−34, 1991)がある。この方法では、基板上に形成した樹脂をフォトリソグラフィプロセスを利用して円筒状にパターニングし、これを加熱しリフローさせてマイクロレンズアレイを作製する。この方法により、様々な形状のレンズが低コストで作製することが可能である。また、イオン交換法に比べて、熱膨張係数や反り等の問題がない。しかしながら、この方法は、マイクロレンズの形状が樹脂の厚み、基板と樹脂との濡れ性状態、及び加熱温度に強く依存しおり、単―基板面内の作製再現性は高いが、ロット毎のばらつきが発生しやすい。また、隣接するレンズ同士がリフローにより接触すると表面張力により所望のレンズ形状を保つことができなくなる。すなわち、隣接するレンズを接触させレンズ間の光未使用領域を小さくし高集光率化することが困難である。
【0010】
また、数10〜数100μm程度のレンズ径を得ようとすると、リフローにより球面化するに十分な厚みの樹脂を塗布することになるが、所望の光学特性(屈折率、高光透過率)を有する樹脂材料を均―に厚く塗布することが困難である。すなわち、大きな曲率を持ちレンズ径が大きなマイクロレンズを作製することが難しい。
【0011】
他の方法としては、マイクロレンズアレイの原版を作製し、原版にレンズ材料を塗布し、塗布したレンズ材料を剥離して作製する方法がある。原版となる金型の作製に当たっては、電子ビームを用いて描画する方法(特開平1−231601号公報)、金属板の―部をエッチングし形成する方法(特開平5−303009号公報)がある。これらの方法は、モールディングにてマイクロレンズを複製することができ、ロット毎のばらつきが発生しにくく、また低コストにてマイクロレンズを作製することが可能である。また、イオン交換法に比べて熱膨張係数差に伴うアライメント誤差の発生や反り等の問題を回避できる。しかしながら、電子ビームを用いる方法では、電子ビーム描画装置が高価であり多額の設備投資が必要となる、描画面積が制限されているために、10cm角以上の大面積の原版を作製することが困難である等の問題がある。
【0012】
また、エッチングする方法では、主として化学反応を利用した等方性エッチングを用いるため金属板の組成や結晶構造が僅かでも変化すると、所望の形状にエッチングできなくなるという問題がある。また、エッチングする方法では、所望の形状が得られた時点で直ちに水洗しないとエッチングが継続する。微小なマイクロレンズを形成する場合には、所望の形状が得られた時点から水洗に至るまでの時間に進行するエッチングにより、所望の形状から逸脱する場合がある。
【0013】
上記問題点を解決する方法としては、電気メッキにより半球状構造体アレイを作製し、これを原版としてマイクロレンズ用金型を作製し、さらにこの金型よりマイクロレンズアレイを作製する方法が考案されている(特公昭64−10169号公報)。この方法によると、大判化が容易で、作製プロセスが容易で、制御性が高く、且つ安価にマイクロレンズ用金型が作製できる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この方法では、メッキ時の開口部106の形状に起因して電流密度に分布が発生し、図11に示すように使用領域105のアレイパターンの周辺部で電界が集中し、メッキ成長が促進され、半球状構造体108の大きさに面内分布が生ずる。
【0015】
本発明は、上記従来技術が有する問題点に鑑みて成されたものである。その目的は、(1)大判化が容易で、(2)作製プロセスが容易で、制御性が高く、(3)比較的安価で、(4)面内分布の小さい、(5)同一基板面内に複数個又は複数種のレンズパターンを有し得るマイクロレンズアレイ用金型マスターの作製方法を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段と作用】
上記目的を達成するための本発明のマイクロレンズアレイ用金型マスターの作製方法は、
(1)少なくとも一部に導電性部分を有する基板(導電性基板、電極層を有する基板等)を用意する工程、
(2)前記基板上に絶縁性の第1のマスク層を形成する工程、
(3)第1のマスク層に複数の適当形状の開口部を形成して導電性部分を露出する工程、
(4)前記導電性部分を陰極として電気メッキにより前記開口部を通じて前記開口部及び前記第1のマスク層上に第1のメッキ層を形成する工程、
(5)前記開口部及び第1のメッキ層の選択された領域上に絶縁性の第2のマスク層を形成する工程、
(6)前記導電性部分を陽極とし電圧を印加することによって第2のマスク層の形成されていない領域の第1のメッキ層を電解エッチングによって除去する工程、
を有し、前記工程(6)の後に、
(7)第2のマスク層を除去した後、第1のマスク層を全面的に除去する工程、
または、
(8)第2のマスク層を残したまま第2のマスク層に覆われていない第1のマスク層を除去した後、第2のマスク層を除去する工程、
のいずれかの工程と、
(9)第1のメッキ層から導電性部分にわたり第2のメッキ層ないし電着層を形成する工程と、
を更に有することを特徴とする。
【0017】
上記の基本構成に基づいて以下の如き、より具体的な態様も可能である。
前記工程(6)の後、(7)第2のマスク層を除去する工程、(8)第1のマスク層を全面的に除去する工程、(9)第1のメッキ層から導電性部分にわたり第2のメッキ層ないし電着層を形成する工程を更に有する方法は、後記の第1実施例に対応するものである。第2の層は、第1の電気メッキ層を固定できて滑らかに形成されればよいので、電気メッキ(直流メッキ、パルスメッキ等)の他に、電着、無電解メッキなどでも形成できる。また、電気メッキ浴にAl、TiO、PTFE等の分散粒子を付加することによる分散メッキも利用できる。分散粒子により、凸型構造体の機械的強度、耐食性を向上することが可能となる。電着では、電着性有機化合物(アニオン型電着のアクリル系カルボン酸樹脂、カチオン型電着のエポキシ系樹脂等)を電流を用いて第1のメッキ層上に電着できる。このことは、後の態様においても同様である。
【0018】
前記工程(6)の後、(7)第2のマスク層を残したまま第2のマスク層に覆われていない第1のマスク層を除去する工程、(8)第2のマスク層を除去する工程を更に有する方法は、後記の図9の実施例に対応するものである。この場合、前記工程(8)の後、(9)第1のメッキ層から導電性部分にわたり第2のメッキ層ないし電着層を形成する工程を更に有してもよい。この態様では、第1のマスク層が基板の導電性部分と充分密着性の良い材料(PSG等)で形成されれば、第2のメッキ層ないし電着層を形成しない状態においても金型マスターとして使用し得る。
【0019】
第2のメッキ層は電気メッキ或は光沢度を高くする無電解メッキにより形成され得ることは既に述べたが、この場合、第2のメッキ層がニッケルメッキ層からなったり、第2のニッケルメッキ層に耐食生を高める為にリンが含有されていたりする。
【0020】
前記開口部は基板面内で周期的な繰り返し配列パターン(2次元マトリックス配列パターン等)で配列され得る。この周期的繰り返し配列パターンは、その中に単位となる配列パターンがあってそれが繰り返されるというものではなく、全体として均一の配列であり、どこにも単位となる配列パターンが見出されないようなものである(逆に言えば、取ろうとすれば単位となる配列パターンがどこにも取り得るようなもの)。なぜなら、単位となる配列パターンが存在すれば、その中で電流密度に分布が生じ、単位となる配列パターンの周囲で電界が集中して不具合が生じるからである。
【0021】
前記工程(4)において第1のメッキ層がそれぞれ分離されて形成され得る。こうすれば、第1のマスク層を全面的に除去するときに確実に除去できる。
【0022】
前記工程(5)において第2のマスク層は複数の領域に形成され得る。この場合、前記工程(5)において第2のマスク層の複数の領域は夫々同一の配列の第1のメッキ層を覆う複数の領域を含む様にしたり、第2のマスク層の複数の領域は夫々異なる配列の第1のメッキ層を覆う複数の領域を含む様にしたりできる。
【0023】
前記工程(5)において第2のマスク層で覆われない第1のメッキ層の領域の幅は、該マスク層で覆われる第1のメッキ層の領域の周囲2mm以上であるとよい。こうすると、前記工程(5)において第2のマスク層で覆われる領域の第1のメッキ層の直径の面内分布が5%以内である様に容易にし得る。これは、マイクロレンズアレイとして充分な性能を実現するものである。
【0024】
前記第2のマスク層で覆われる第1のメッキ層の領域の一部が、アライメント用のマーカーとなる第1のメッキ層を形成する為のものである態様も採り得る。これは、後工程でアライメントマークとして用いられる。
【0025】
前記電解エッチングは工程(4)で用いたようなメッキ浴中において行なわれ得る。
【0026】
前記電極として働く導電性部分の材料と工程(4)において形成される第1のメッキ層の材料が、合金層を形成しない材料であり得る。こうすれば、不必要な部分の第1のメッキ層を除去するときに完全に除去されて、突起が残る様なことがなくなり、第2のメッキ層ないし電着層を形成したときに不要な突起(アライメント用のマーカーと見間違う様なことが起こり得る)が形成されない。前記電極として働く導電性部分の材料と工程(4)において形成される第1のメッキ層の材料が、該導電性部分材料が該第1のメッキ層側に拡散して合金層を形成しない様な材料であっても、同様な効果がある。例えば、第1のメッキ層がNiで、導電性部分がAuであると、Auが第1のメッキ層側に拡散して合金層を形成して、第1のメッキ層を除去したときに合金層の突起が残ることになる。
【0027】
しかし、前記電極として働く導電性部分の材料と工程(4)において形成される第1のメッキ層の材料が、該第1のメッキ層材料が該導電性部分側に拡散して合金層を形成する様な材料である場合はよい。なぜなら、この場合は、第1のメッキ層が導電性部分側に拡散して合金層を形成するので、第1のメッキ層を除去したときに合金層が残っても、これは突起にならないからである。例えば、第1のメッキ層がAuで、導電性部分がNiであると、Auが導電性部分側に拡散して合金層を形成するが、これは問題にならない。
【0030】
以上が本発明の基本的及びより具体的な構成要素であり、その詳細及び作用について典型的な例に沿って以下に説明する。まず、半球状等の第1のメッキ層の構造体の形成原理について述べる。
【0031】
導電性基板又は電極層を有する基板上に形成された絶縁性のマスク層の微小な開口部に電気メッキを行うと、まず開口部内にメッキ層が析出し、さらに電気メッキを行うと開口部及びマスク層上に第1のメッキ層が成長し始める。電気メッキの陽極に比べて開口部寸法が十分に小さいと、第1のメッキ層は開口部の中心ないし中心線に対して等方的に成長し、半球状等の第1のメッキ層が開口部及びマスク層上に形成される。開口部形状を円形にすることにより、第1のメッキ層はマスク層上に等方的に半球状に成長できる。
【0032】
エッチングにより原版を形成する方法に比べて、所望の形状が得られた時点で陽極と陰極との間に流れる電流を停止すればメッキの析出を停止できるために、水洗までの時間でエッチングされてしまう様な不測の形状誤差を回避でき、作製の制御性が良い。
【0033】
次に、マイクロレンズアレイ用金型又は金型マスターの作製方法を示す。まず、導電性基板又は電極層を有する基板上に第1のマスク層を形成する。メッキ用基板材料としては、金属、半導体、絶縁体の何れの材料でもよく、平坦性の良好な金属板、ガラス基板、シリコンウエハ等を使用することが可能である。メッキ用基板として金属材料を使用するのであれば、電極層を形成する必要はない。また、半導体を用いる場合、電気メッキが可能な程度の導電性を有するのであれば、必ずしも電極層を形成する必要はない。電極層としては、メッキ液に晒される為に、使用するメッキ液に腐蝕されない材料より選択される。但し、後の工程でこの電極層の上に形成された第1のメッキ層を電解エッチングして除去するので、第1のメッキ層と合金層を形成しない材料が好ましい。
【0034】
また、電極層は前記メッキ液中でも電解エッチングされない材料が好ましい。第1のマスク層は絶縁性を有する材料であればよく、無機絶縁体、有機絶縁体のいずれも使用することができる。電極層及び第1のマスク層の形成方法としては、真空蒸着方法、スピンコート法、ディップ法、化学堆積法(CVD)等の薄膜形成方法を用いる。
【0035】
次に、第1のマスク層に開口部アレイを形成する。開口部形状は円形が望ましい。開口部形成に当たっては、微小な開口を形成することが可能な半導体フォトリソグラフィプロセスとエッチングにより開口部を形成する。第1のマスク層として、フォトレジストを用いるとエッチングの工程を省略できる。
【0036】
次に、メッキ用基板をワークとして金属イオンを含むメッキ液に漬け、陽極板との間に外部電源を繋げて電流を流し、開口部に第1のメッキ層を形成する。開口部にメッキが形成され、さらにメッキを続けることで第1のマスク層上にも第1のメッキ層が広がり半球状等の構造体が形成される。作製するマイクロレンズアレイ用金型又は金型マスターが形成するマイクロレンズの径としては数μmから数100μmの範囲であり、この為、開口部の大きさは所望のマイクロレンズアレイ用金型又は金型マスターが形成するマイクロレンズの径よりも小さくする必要がある。メッキ成長が等方的となる為には開口部の寸法は半球状構造体の直径に比して小さい程、半球状構造体の形状は真球に近づく。半球状構造体はメッキ浴中の金属イオンが電気化学反応により析出することにより形成される。
【0037】
電気メッキでは、メッキ時間、メッキ温度を制御して第1のメッキ層の厚さを容易に制御することが可能である。主な、メッキの金属としては、単金属では、Ni、Au、Pt、Cr、Cu、Ag、Zn等、合金では、Cu−Zn、Sn−Co、Ni−Fe、Zn−Ni等が使用可能である。他の電気メッキが可能な材料であれば用いることは可能であるが、前記電極層と合金層を形成しない材料が好ましい。
【0038】
ここで形成される第1のメッキ層はアレイ周辺部が中心部分よりも大きく成長する。それは電流分布が均一でなく電極の端の部分で電流が集中するからである。しかし、本発明の方法ではアレイ周辺部の中心部分よりも大きく成長した第1のメッキ層を選択的に電解エッチングによって取り除くことによって、ほぼ均一な大きさの第1のメッキ層のアレイを得ることができる。
【0039】
すなわち、その方法は、ほぼ均一な大きさの第1のメッキ層が形成されている領域上に第2のマスク層を形成する。第2のマスク層は絶縁性を有する材料であればよく、無機絶縁体、有機絶縁体のいずれも使用することができる。第2のマスク層の絶縁層の形成方法としては、真空蒸着方法、スピンコート法、ディップ法等の薄膜形成方法を用いる。選択的な領域のみに絶縁層を形成するに当たっては、半導体フォトリソグラフィープロセスとエッチングにより形成する。第2のマスク層として、フォトレジストを用いるとエッチングの工程を省略できる。
【0040】
次に、この基板をワークとして、先に第1のメッキ層を形成したメッキ液に漬け、第1のメッキ層を形成した場合と逆に陰極と陽極を繋ぎ外部電源から電流を流す。これによって、中心部分よりも大きく成長した第1のメッキ層は選択的に電解エッチングによって除去される。ここで電極層が前記メッキ液で電解されず且つ第1のメッキ層と合金層を形成しない材料であれば、電解エッチング後に電極層の平らな面が得られる。
【0041】
残された第2のマスク層に覆われた第1のメッキ層は、ほぼ均一な大きさであり、直径の面内分布が小さい半球状構造体アレイとなる。ここで除去された第1のメッキ層の金属はメッキ液中或いは対極の金属板に回収でき、高価な金属材料であっても無駄なく使用できる。
【0042】
さらに任意の位置に存在する第1のメッキ層上に第2のマスク層を形成すれば、後の工程でも電解エッチングされずに第1のメッキ層からなるアライメント用のマーカーを形成することが可能となる。この際、除去するメッキ層は一部がメッキ液中に露出していれば電解エッチング除去することが可能である。
【0043】
更に、この方法では基板内に複数の第2のマスク層を設けることにより、1枚の基板から複数個或いは複数種の第1のメッキ層の直径の大きさの面内分布が小さいマイクロレンズアレイ用金型又は金型マスターを得ることも可能となる。これは、第1のメッキ層を形成後、アレイパターンの周辺部を除いた第1のメッキ層の直径の大きさの面内分布の小さい領域に選択的に第2のマスク層を形成することができるからである。
【0044】
次に、第1及び第2のマスク層を除去し、第1のメッキ層から電極層にかけて第2のメッキ層を形成する。これによって、第1のメッキ層は電極層上に強固に固定され、その後の工程において第1のメッキ層が脱落することが防止でき、マイクロレンズアレイ用金型又は金型マスターの耐久性が良くなる。
【0045】
マイクロレンズアレイ用金型は、上記マイクロレンズアレイ用金型マスター(原版)に金型材料を形成した後、金型を剥離することで得られる。マイクロレンズアレイ用金型は、電気メッキにて形成した原版から直接形成できるために、高価な設備を必要とせず、低コストで作製できる。剥離の方法としては、機械的に原版と基板を剥離すればよい。しかしながら、大判化すると剥離時に変形する場合がある為、基板、電極層、第1及び第2のメッキ層を順次裏面よりエッチング除去する方法を取っても良い。
【0046】
基板及び第2のメッキ層上に犠牲層を設けた後に金型を形成する場合には、犠牲層を除去することにより金型と基板を剥離することが可能である。この場合、犠牲層をエッチングするエッチャントにより金型が腐蝕されないような犠牲層の材料を選ぶ。犠牲層をエッチングするエッチャントにより第1及び第2のメッキ層及び基板も腐蝕されない場合、第1及び第2のメッキ層を形成した基板を原版として、複数回使用することが可能であり、金型が複数回の使用により傷、汚れ等により使用できなくなった場合に、同様の方法により金型を容易に作製することができる。
【0047】
マイクロレンズ用金型の材料としては、第1及び第2のメッキ層を形成した基板上に形成でき、かつ剥離できるものであれば樹脂、金属、絶縁体等の何れの材料も用いることができる。
【0048】
簡略な金型の形成方法としては、樹脂や金属、ガラスの溶融または溶解した溶液を第1及び第2のメッキ層が形成された基板上に塗布し硬化した後に、上述した剥離の方法により剥離して形成する。この場合、金型材料としては基板や第2のメッキ層と合金化しない材料を選択する。
【0049】
他の方法としては、基板を陰極として第2のメッキ層及び基板の電極層上に金型を電気メッキして形成する。犠牲層を用いるのであれば、犠牲層上に金型用電極層を形成し該金型用電極層を陰極として電気メッキを行う。
【0050】
さらに上記マイクロレンズアレイ用金型上にマイクロレンズとなる材料を形成した後、これを剥離することによりマイクロレンズアレイを形成することができる。これにより、低コストで且つ容易に、同一の形状のマイクロレンズを作製することが可能となる。マイクロレンズの材料としては、マイクロレンズ用金型との剥離性が容易な材料が用いられる。マイクロレンズ材料として樹脂を用いる場合は、光透過性の熱硬化樹脂、紫外線硬化樹脂、電子線硬化樹脂等をマイクロレンズアレイ用金型上に塗布した後、紫外光照射、電子線照射等により硬化させる。硬化時には、気泡が形成されないようにする。樹脂を塗布する場合には、脱気を行うとよい。硬化後に、樹脂は金型から剥離されマイクロレンズアレイが形成される。マイクロレンズアレイとなる樹脂としては、マイクロレンズを用いる受光、または発光装置が利用する光の波長領域で光透過可能な材料を用いる。
【0051】
上記方法でマイクロレンズを作製する場合には、アルカリガラスが必須とはならず、イオン交換法と比べて、マイクロレンズ、支持基板の材料の制限を少なくすることができる。樹脂の代わりに溶融したガラスを使用すれば、ガラスのマイクロレンズアレイを作製できる。
【0052】
勿論、本発明の金型は、適用可能であれば、マイクロレンズアレイに限らず、どの様な構造を作製するのにも使用し得る。
【0053】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照しつつ発明の実施の形態を説明する。
【0054】
(第1実施例)
第1実施例は、本発明によるマイクロレンズアレイ用金型又は金型マスター及びマイクロレンズアレイの製造方法の第1態様である。図1を用いてその製造方法を説明する。
【0055】
図1から図5の作製工程図を用いて説明する。酸化ガスを用いて熱酸化し、両面に1μm厚の二酸化シリコン膜が形成された2インチφのシリコンウエハを、図1に示す基板1として用いる。このウエハ1に、薄膜形成法の1つである真空スパッタ法によりTiとPtを夫々50Å、500Å連続して成膜し、電極層2を形成する。その上にポジ型フォトレジスト(Az1500: Hoechst社製)を塗布し第1のマスク層3を形成する。
【0056】
次に、第1のマスク層3上にフォトレジストを成膜し、フォトリソグラフィーにより該フォトレジストを露光、現像し、これをマスクとしてエッチングして電極層2を部分的に露出させ、開口部4を形成する。開口部4は円形をしており、その直径は5μmであり、隣接する開口部4との間隔は25μmである。また、本実施例では全体で860×860個の開口部4を設けた(図1(a)参照)。
【0057】
この基板1をワークとして用いて、電極層2を陰極として、硫酸ニッケルと塩化ニッケルとほう酸及び光沢剤からなるNiメッキ浴を用いて、浴温60℃、陰極電流密度40A/dmでNiメッキを行なう。Niからなる第1のメッキ層6はまず開口部4から析出、成長し、第1のマスク層3上にも第1のメッキ層6が広がり、アレイ中心部の半径が約10μmの半球状構造体8となるまで第1のメッキ層6を成長させた(図1(b)参照)。
【0058】
図2は図1(b)における半球状構造体8の面内分布を示す図であり、図2(a)が断面図、図2(b)が上面図である。アレイ中心部において半球状構造体8の半径が約10μmのとき、アレイ周辺部5においては半径が最大約15μmの半球状構造体8が形成された。
【0059】
次に、ポジ型フォトレジスト(AzP4620:Hoechst社製)を塗布、露光、現像し、アレイ周辺部5の2mmの幅を除いた700×700個の領域に選択的に第2のマスク層7を設ける。これによってアレイ周辺部5の第1のメッキ層6は露出された(図1(c))。図3(a)が断面図、図3(b)が上面図である。ここで、第2のマスク層7に覆われた領域の第1のメッキ層6の直径の面内分布は5%以内であった。
【0060】
この基板1をワークとして用いて、それを陽極として、硫酸ニッケルと塩化ニッケルとほう酸及び光沢剤からなるNiメッキ浴を用いて、浴温60℃、陽極電流密度8A/dmで、露出した第1のメッキ層6の電解エッチングを行なう(図1(d))。ここで、電極層2としてPtを用いていたことにより、電極層2は腐蝕されない。そして、電解エッチングは第2のマスク層7に覆われていない領域に存在するNiからなる第1のメッキ層6が消費された時点で停止した。
【0061】
次に、アセトンとジメチルホルムアミドで第1及び第2のマスク層3、7を除去することにより、700×700個の半球状構造体8を有する半球状構造体アレイを形成することができる(図1(e)参照)。図4は図1(e)における半球状構造体8の面内分布を示す図であり、図4(a)が断面図、図4(b)が上面図である。半球状構造体8の半径の面内分布は5%以内であった。
【0062】
次に、電極層2を陰極として、硫酸ニッケルと塩化ニッケルとほう酸及び光沢剤からなるNiメッキ浴を用いて、浴温60℃、陰極電流密度8A/dmで、Niメッキを行ない第2のメッキ層9を形成する(図1(f))。これによって、第1のメッキ層6は電極層2上に強固に固定されたマイクロレンズアレイ用金型又は金型マスターが得られる。
【0063】
以上、本実施例により、マイクロレンズアレイ用金型又は金型マスターにおいて、半球状構造体の大きさの面内分布を容易に小さくすることができる製造方法を提供することができた。
【0064】
次に、以上の製法で形成された構造をマスターとして用いて金型を作る工程を説明する。常圧CVD(Chemical Vapor Deposition)法により、PSG(Phosphosi1icate glass)を350℃にて1μm成膜し、犠牲層10を形成する(図5(a))。続いて、電子ビーム蒸着法により、TiとAuを夫々10nm、200nm連続して成膜し、金型用電極層11を形成する(図5(b))。
【0065】
この金型をワークとして用いて、金型用電極層11を陰極として、スルファミン酸ニッケルと臭化ニッケルとほう酸及び光沢剤からなるNiメッキ浴を用いて、浴温50℃、陰極電流密度5A/dmで、Ni電気メッキを行ない金型20を形成する(図5(c))。
【0066】
次に、フッ酸とフッ化アンモニウムとの混合水溶液に基板を浸漬して犠牲層10であるPSGをエッチング除去し、基板と金型20を剥離する。この時、金型用電極層11のTiも同時に除去される。この後に、金型用電極層11のAuを、沃素と沃化カリウムの混合水溶液によりエッチング除去し、凸型マイクロレンズアレイ用金型20を形成する(図5(d))。
【0067】
この金型20を用いてマイクロレンズアレイを作製する。凸型マイクロレンズアレイ用金型20に紫外線硬化樹脂12を塗布後、支持基板13となるガラス基板をその上に載せる(図5(e))。紫外線照射により樹脂12を硬化させた後に剥離することにより、凸型マイクロレンズアレイ15を作製した(図5(f))。この凸型マイクロレンズアレイにおいてもレンズ直径の面内分布は5%以内であった。
【0068】
(第2実施例)
図1、図5乃至図9の作製工程図を用いて第2実施例を説明する。図1(a)に示す開口部4を形成するまでの過程は第1実施例と同じに行なう。第2実施例では、隣接する開口部4の間隔は18μmである。また、本実施例では全体で2000×2000個の開口部4を設けた(図1(a)参照)。アレイ中心部の半径が約10μmの半球状構造体8となるまで第1のメッキ層6を成長させる工程も第1実施例と同じに行なう(図1(b)参照)。
【0069】
図2は図1(b)における半球状構造体8の面内分布を示す図であり、図2(a)が断面図、図2(b)が上面図である。アレイ中心部において半球状構造体8の半径が約10μmの時、アレイ周辺部5においては半径が最大約15μmの半球状構造体8が形成された。
【0070】
次に、ポジ型フォトレジスト(AzP4620: Hoechst社製)からなる第2のマスク層7を形成する。この第2のマスク層7上に塗布したフォトレジストを露光、現像し、アレイ周辺部5を除いた1064×806個の領域に選択的に第2のマスク層7を設ける(図1(c))。ここで、本実施例においては、貼り合わせ等の位置合わせに用いるマーカー14を形成する為に、前記1064×806個の領域以外の任意の2つの位置にも第2のマスク層7を形成する(図6)。
【0071】
次に、基板1をワークとして用いて、それを陽極として硫酸ニッケルと塩化ニッケルとほう酸及び光沢剤からなるNiメッキ浴を用いて、浴温60℃、陽極電流密度8A/dmで、露出した第1のメッキ層6(部分的に露出しているものも含む)の電解エッチングを行なう。ここで、電極層2としてPtを用いていたことにより電極層2は腐蝕されない。そして、電解エッチングは第2のマスク層7に完全に覆われていない領域に存在するNiからなる第1のメッキ層6が消費された時点で停止する。
【0072】
次に、アセトンとジメチルホルムアミドで第1及び第2のマスク層3、7を除去することにより、1064×806個の半球状構造体8と第1のメッキ層6からなるマーカー14を有する半球状構造体アレイを形成することができる。図7は上面図であり、半球状構造体8の半径の面内分布は5%以内であった。
【0073】
ここで、電極層2を陰極として硫酸ニッケルと塩化ニッケルとほう酸及び光沢剤からなるNiメッキ浴を用いて、浴温60℃、陰極電流密度8A/dmでNiメッキを行ない第2のメッキ層9を形成する。これによって、第1のメッキ層8(マーカー14を含む)が電極層2上に強固に固定されたマイクロレンズアレイ用金型又は金型マスターが得られる。この時の使用領域におけるメッキ層8の曲率半径は約25μmであり曲率半径の分布は5%以内であった。
【0074】
以上、本実施例により、マーカー14付き半球状マイクロ構造体アレイにおいて、使用領域の半球状構造体8の大きさの面内分布を容易に小さくすることができる製造方法を提供することができた。
【0075】
凸型マイクロレンズアレイ用金型は第1実施例と同様に形成できる。この場合、この金型にも、凸型マーカー14の逆転した形状の凹型マーカーが形成されている。この金型凸型マイクロレンズアレイ用金型に紫外線硬化樹脂12を塗布後、支持基板13となるガラス基板13をその上に載せる。紫外線照射により硬化させた後に樹脂12を剥離することにより、アライメント用の凸型マーカー14を有する凸型マイクロレンズアレイ15を作製できる(図8)。この凸型マイクロレンズアレイ15においても、レンズ曲率半径の面内分布は5%以内であった。
【0076】
続いて、TFT液晶基板に形成されたマーカーに凸型マイクロレンズアレイ15のマーカー14を合わせて両者を貼り付けることにより、各画素に対応した位置にマイクロレンズを配置することができた。これらを駆動回路に繋ぎ液晶プロジェクターとして駆動させたところ、入射光はマイクロレンズによって集光され明るい表示画像を得ることができた。
【0077】
(第3実施例)
第3実施例を、図1の作製工程図を用いて説明する。開口部4を形成するまでは第1実施例と同じである。開口部4はシリコンウエハ面内の950mmφの領域内にアレイ状に設ける。基板1をワークとして用いて、アレイ中心部の半径が約10μmの半球状構造体8となるまで第1のメッキ層6を成長させるのも、第1実施例と同じである(図1(b)参照)。
【0078】
次に、ボジ型フォトレジスト(AzP4620:Hoechst社製)からなるマスク層7を形成する(図1(c))。フォトレジストを露光、現像し、ウエハの周辺部5を除いた領域上に選択的に第2のマスク層7を設ける。ここで第2のマスク層7は、700×700個の領域で同一面内に4ケ所設ける。
【0079】
続いて、基板1をワークとして用いて、それを陽極として硫酸ニッケルと塩化ニッケルとほう酸及び光沢剤からなるNiメッキ浴を用いて、浴温60℃、陽極電流密度8A/dm2で、露出した第1のメッキ層6の電解エッチングを行なう。
【0080】
次に、アセトンとジメチルホルムアミドで第1及び第2のマスク層3、7を除去することにより、700×700個の半球状構造体8を同一面内に4ヶ所有する半球状構造体アレイを形成することができた。このとき、それぞれの領域内および領域間での半球状構造体8の半径の面内分布は5%以内であった。
【0081】
以上、本実施例により、同一構造の複数領域を有するマイクロレンズアレイ用金型又は金型マスターにおいて、半球状構造体8の大きさの面内分布を容易に小さくすることができる製造方法を提供することができた。
【0082】
ここで、凸型マイクロレンズアレイ用金型を第1実施例と同様に形成することができる(図5(a)〜(d)参照)。そして、凸型マイクロレンズアレイ用金型20に紫外線硬化樹脂12を塗布後、支持基板13となるガラス基板をその上に載せ、紫外線照射により硬化させた後に剥離し、更に各領域を切り取ることにより、一枚の金型20から4個の凸型マイクロレンズアレイ15を作製することができた(図5(e)、(f)参照)。この各凸型マイクロレンズアレイ15においてもレンズ直径の面内分布は5%以内であった。
【0083】
(第4実施例)
第4実施例を、図1の作製工程図を用いて説明する。開口部4を形成するまでは第1実施例と同じである。開口部は、シリコンウエハ面内の950mmφの領域内にアレイ状に設ける。基板1をワークとして用いて、アレイ中心部の半径が約10μmの半球状構造体8となるまで第1のメッキ層6を成長させるのも、第1実施例と同じである(図1(b)参照)。
【0084】
次に、ボジ型フォトレジスト(AzP4620:Hoechst社製)からなるマスク層7を形成する(図1(c))。フォトレジストを露光、現像し、ウエハの周辺部5を除いた領域上に選択的に第2のマスク層7を設ける。ここで第2のマスク層7は、第1のメッキ層6の数が700×700個、1024×768個、700×350個と3種類の領域を同一面内に設ける。
【0085】
続いて、基板1をワークとして用いて、それを陽極として硫酸ニッケルと塩化ニッケルとほう酸及び光沢剤からなるNiメッキ浴を用いて、浴温60℃、陽極電流密度8A/dmで、露出した第1のメッキ層6の電解エッチングを行なう。
【0086】
次に、アセトンとジメチルホルムアミドで第1及び第2のマスク層3、7を除去することにより、700×700個、1024×768個、700×350個と3種類の半球状構造体8の領域を同一面内に有する半球状構造体アレイを形成することができた。
【0087】
このとき、それぞれの領域内および領域間での半球状構造体8の半径の面内分布は5%以内であった。
【0088】
以上、本実施例により、異種構造の複数領域を有するマイクロレンズアレイ用金型又は金型マスターにおいて、半球状構造体8の大きさの面内分布を容易に小さくすることができる製造方法を提供することができた。
【0089】
ここで、凸型マイクロレンズアレイ用金型を第1実施例と同様に形成することができる(図5(a)〜(d)参照)。そして、凸型マイクロレンズアレイ用金型20に紫外線硬化樹脂12を塗布後、支持基板13となるガラス基板をその上に載せ、紫外線照射により硬化させた後に剥離し、更に各領域を切り取ることにより、一枚の金型20から3種類の凸型マイクロレンズアレイ15を作製することができた(図5(e)、(f)参照)。この各凸型マイクロレンズアレイにおいても、レンズ直径の面内分布は5%以内であった。
【0090】
(第5実施例)
第5実施例を、図9の作製工程図を用いて説明する。酸化ガスを用いて熱酸化し、両面に1μm厚の二酸化シリコン膜が形成された4インチφのシリコンウエハを、図9に示す基板1として用いる。このウエハに、薄膜形成法の1つである真空スパッタ法によりTiとNi夫々50Å、500Å連続して成膜し、電極層2を形成する。その上に、常圧CVD法により、PSGを350℃にて1μm成膜し、第1のマスク層3を形成する。ここで、電極層2のNiと第1のマスク層3のPSGの密着性は強固である。
【0091】
次に、第1のマスク層3上にフォトリソグラフィによりボジ型フォトレジスト(Az1500: Hoechst社製)を塗布、露光、現像して開口部を設け、四フッ化炭素を用いた反応性イオンエッチングによりフォトレジストの開口部のマスク層3をエッチング除去する。こうして、電極層2を部分的に露出させ、開口部4を形成する。開口部4は円形をしており、その直径は5μmであり、隣接する開口部4との間隔は25μmである。また、本実施例では、全体で860×860個の開口部4を設けた(図9(a)参照)。
【0092】
この基板1をワークとして用いて、電極層2を陰極として硫酸ニッケルと塩化ニッケルとほう酸及び光沢剤からなるNiメッキ浴を用いて、浴温60℃、陰極電流密度40A/dmで、Niメッキを行なう。Niからなる第1のメッキ層6はまず開口部4から析出、成長し、第1のマスク層3上にも広がり、アレイ中心部の半径が約10μmの半球状構造体8となるまで、第1のメッキ層6を成長させる(図9(b)参照)。アレイ中心部において半球状構造体8の半径が約10μmのとき、アレイ周辺部5においては半径が最大約15μmの半球状構造体8が形成された。
【0093】
次に、ボジ型フォトレジスト(AzP4620: Hoechst社製)を塗布、露光、現像し、アレイ周辺部5の2mmの幅を除いた700×700個の領域に選択的に第2のマスク層7を設ける。これによってアレイ周辺部5の第1のメッキ層6は露出される(図9(c))。ここで、第2のマスク層7に覆われた領域の第1のメッキ層6の直径の面内分布は5%以内であった。
【0094】
続いて、基板1をワークとして用いて、それを陽極として硫酸ニッケルと塩化ニッケルとほう酸及び光沢剤からなるNiメッキ浴を用いて、浴温60℃、陽極電流密度8A/dmで、露出した第1のメッキ層6の電解エッチングを行なう。ここで、電極層2としてNiを用いていたことにより電極層2の一部も電解エッチングされる(図9(d))。
【0095】
次に、第2のマスク層7で覆われていない領域の第1のマスク層3をフッ酸とフッ化アンモニウムとの混合水溶液で除去する(図9(e))。更に、アセトンとジメチルホルムアミドで第2のマスク層7を除去する。
【0096】
本実施例で用いた材料では、この段階でマスク層6は比較的強固に電極層2に固定されているので、これを金型或は金型マスターとして用いることができる。
【0097】
しかし、本実施例では次の段階に進ませた。その基板(使用領域内のPSGのマスク層3は、その後の工程で支障がなく、むしろ半球状構造体8の固定を強固にするので、除去してない)について再び、硫酸ニッケルと塩化ニッケルとほう酸及び光沢剤からなるNiメッキ浴を用いて、浴温60℃、陰極電流密度40A/dmで、Niメッキを行ない、隣接する第1のメッキ層6同士が完全に繋がるまで成長させる。こうすることにより、700×700個の半球状構造体8を有する半球状構造体アレイを形成することができた(図9(f))。半球状構造体8の曲率半径の面内分布は5%以内であった。
【0098】
その後、第1実施例と同様に図5に示す工程にてマイクロレンズアレイ用金型又は金型マスターを作製し、凸型マイクロレンズアレイ15を作製した。この凸型マイクロレンズアレイ15においてもレンズ直径の面内分布は5%以内であった。
【0099】
(第6実施例)
第6実施例を、図1の作製工程図を用いて説明する。開口部4を形成するまでは第1実施例と同じである。開口部4は円形をしており、その直径は5μmであり、隣接する開口部4との間隔は18μmである。本実施例では全体で3900×3900個の開口部4を設けた(図1(a)参照)。
【0100】
基板1をワークとして用いて、アレイ中心部の半径が約10μmの半球状構造体8となるまで第1のメッキ層6を成長させるのも、第1実施例と同じである(図1(b)参照)。
【0101】
次に、ボジ型フォトレジスト(AzP4620:Hoechst社製)からなるマスク層7を形成する(図1(c))。フォトレジストを露光、現像し、ウエハの周辺部5を除いた1064×808個の領域上に選択的に第2のマスク層7を設ける。
【0102】
続いて、基板1をワークとして用いて、それを陽極として硫酸ニッケルと塩化ニッケルとほう酸及び光沢剤からなるNiメッキ浴を用いて、浴温60℃、陽極電流密度8A/dmで、露出した第1のメッキ層6の電解エッチングを行なう。
【0103】
次に、アセトンとジメチルホルムアミドで第1及び第2のマスク層3、7を除去することにより、1064×808個の半球状構造体8を有する半球状構造体アレイを形成することができた(図1(e)参照)。このとき、半球状構造体8の半径の面内分布は5%以内であった。
【0104】
次に、次亜リン酸塩の還元剤を含む無電解Niメッキ液(S−780: 日本カニゼン社製)を用いて、浴温90℃で、Ni無電解メッキを行ない、第2のメッキ層9を形成する(図1(f)参照)。これによって、第1のメッキ層6は電極層2上に強固に固定され、第2のメッキ層9の形成に無電解メッキを用いることにより光沢度の高いマイクロレンズアレイ用金型又は金型マスターが得られた。また、各メッキ層の対角方向と水平方向での曲率半径はほぼ等しく平均曲率半径は20μmであり、曲率半径の分布は±1μm以下に収まり、均一な形状の半球状構造体8を有する金型マスターを形成できた。
【0105】
以上、本実施例により、無電解メッキを利用したマイクロレンズアレイ用金型又は金型マスターにおいて、半球状構造体8の大きさの面内分布を容易に小さくすることができる製造方法を提供することができた。
【0106】
次に、金型用離型剤(ニッカノンタック: 日本化学産業製)を塗布する。この基板を陰極として、スルファミン酸ニッケルと臭化ニッケルとほう酸及び光沢剤からなるNiメッキ浴を用いて、浴温50℃、陰極電流密度5A/dmでNi電気メッキを行ない、金型を形成する。その後、基板から金型を離型しマイクロレンズアレイ用金型を形成する。
【0107】
このマイクロレンズアレイ用金型に紫外線硬化樹脂12を塗布後、支持基板13となるガラス基板をその上に載せ、紫外線照射により硬化させた後に剥離することにより、凸型マイクロレンズアレイ15を作製することができた(図5(e)、(f)参照)。この凸型マイクロレンズアレイにおいても、レンズ直径の面内分布は5%以内であった。
【0108】
(第7実施例)
第7実施例を、図1から図4の作製工程図を用いて説明する。酸化ガスを用いて熱酸化し、両面に1μm厚の二酸化シリコン膜が形成された5インチφのシリコンウエハを図1に示す基板として用いる。このウエハに薄膜形成法の1つである真空スパッタ法によりTiとPtを夫々50%、500Å連続して成膜し、電極層2を形成する。その上にポジ型フオトレジスト(Az1500: Hoechst社製)を塗布し、第1のマスク層3を形成する。
【0109】
次に、フォトリソグラフィーによりフォトレジスト3を露光、現像し、電極層2を部分的に露出させ、開口部4を形成する。開口部4は円形をしており、その直径は5μmで、隣接する開口部4との間隔は18μmであり、シリコンウエハ面内の145mmφの領域内にアレイ状に設けた。
【0110】
この基板1をワークとして用いて、電極層2を陰極として硫酸ニッケルと塩化ニッケルとほう酸及び光沢剤からなるNiメッキ浴を用いて、浴温69℃、陰極電流密度40A/dmでNiメッキを行なう。Niからなる第1のメッキ層6はまず開口部4から析出、成長し、第1のマスク層3上にも広がり、第1のメッキ層6の形成面の中心において半径が約10μmの半球状構造体8となるまで第1のメッキ層6を成長させる。
【0111】
次に、ポジ型フォトレジスト(AzP4620: Hoechst社製)からなるマスク層7を形成する(図1(c))。フォトレジストを露光、現像し、ウエハの周辺部5を除いた領域上に選択的に第2のマスク層7を設ける。ここで、図10に示す様に、第2のマスク層7は1064×808個の領域で同一面内に8個所、1.8mmの間隔25で設け、さらに貼り合わせ等の位置合わせに用いるマーカー14形成用として前記1064×808個の領域以外の任意の位置にも第2のマスク層7を形成する。図10において、マーカー14形成用の第2のマスク層7は、各領域の4隅近くに4箇所設けられている。従って、間隔25の所では、図10では見ずらいが、マーカー14形成用の第2のマスク層7は4つ形成されている。
【0112】
この基板1をワークとして用いて、それを陽極として硫酸ニッケルと塩化ニッケルとほう酸及び光沢剤からなるNiメッキ浴を用いて、浴温60℃、陽極電流密度8A/dmで、露出した第1のメッキ層6の電解エッチングを行なう(図1(d))。
【0113】
次に、アセトンとジメチルホルムアミドで第1及び第2のマスク層3、7を除去することにより、1064×808個の半球状構造体8と第1のメッキ層6からなるマーカー14を同一面内に8個所有する半球状構造体アレイを形成することができた。このとき、それぞれの領域内および領域間での半球状構造体8の半径の面内分布は5%以内であった。
【0114】
次に、次亜リン酸塩の還元剤を含む無電解Niメッキ液(S−780: 日本カニゼン社製)を用いて、浴温90℃で、Ni無電解メッキを行ない、第2のメッキ層9を形成する(図1(f))。これによって、第1のメッキ層8は電極層2上に強固に固定され、第2のメッキ層9の形成に無電解メッキを用いることにより、光沢度の高いマイクロレンズアレイ用金型又は金型マスターが得られた。また、各メッキ層の対角方向と水平方向での曲率半径はほぼ等しく、平均曲率半径は20μmであり、曲率半径の分布は±1μm以下に収まり、均一な形状の半球状構造体8を有する金型マスターを形成できた(図10参照)。
【0115】
以上、本実施例により、複数領域をマーカーと共に形成し無電解メッキを利用したマイクロレンズアレイ用金型又は金型マスターにおいて、半球状構造体の大きさの面内分布を容易に小さくすることができる製造方法を提供することができた。
【0116】
次に、電鋳用離型剤(ニッカノンタック: 日本化学産業製)を塗布する。この基板を陰極として、スルファミン酸ニッケルと臭化ニッケルとほう酸及び光沢剤からなるNiメッキ浴を用いて、浴温50℃、陰極電流密度5A/dmで、Ni電気メッキを行ない金型を形成する。その後、基板から金型を離型しマイクロレンズアレイ用金型を形成した。これにより、1つの金型からマーカー14を有する8個の凸型マイクロレンズアレイを形成することができるマイクロレンズアレイ用金型が形成できた。
【0117】
このマイクロレンズアレイ用金型に紫外線硬化樹脂12を塗布後、支持基板13となるガラス基板をその上に載せ、紫外線照射により硬化させた後に剥離して、各領域を切り取ることにより、一枚の金型から8個の凸型マイクロレンズアレイ15を作製することができる(図5(e)、(f)参照)。この凸型マイクロレンズアレイにおいてもレンズ直径の面内分布は5%以内であった。
【0118】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明により、大判化が容易で、作製プロセスが容易であり、制御性が高く、安価であり、かつアレイにおける面内分布の小さい、マイクロレンズアレイ用金型又は金型マスター及びその作製方法を提供することができた。
【0119】
また、電解エッチングによって除去された第1のメッキ層はメッキ液中或いは対極金属材料に回収でき、高価な金属材料であっても、無駄無く利用でき、低コスト化が実現できた。また、1枚の基板面内に、各レンズ形成用半球状構造体の大きさのばらつきの抑制されたマイクロレンズアレイ用金型又は金型マスターを単数、複数個、または複数種形成することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例等によるマイクロレンズアレイ用金型又は金型マスター等の製造工程を示す断面図である。
【図2】図1の工程(b)の断面の様子及び上面の様子を示す図である。
【図3】図1の工程(c)の断面の様子及び上面の様子を示す図である。
【図4】図1の工程(e)の断面の様子及び上面の様子を示す図である。
【図5】本発明の第1実施例等によるマイクロレンズアレイ金型、金型マスター及びマイクロレンズアレイ等の製造工程を示す断面図である。
【図6】本発明の第2実施例によるマイクロレンズアレイ用金型又は金型マスター等の製造工程の一部を示す上面図である。
【図7】本発明の第2実施例によるマイクロレンズアレイ用金型又は金型マスター等の製造工程の一部を示す上面図である。
【図8】本発明の第2実施例によるマーカー付き凸型マイクロレンズアレイを示す一部破断した上面図である。
【図9】本発明の第5実施例によるマイクロレンズアレイ用金型又は金型マスター等の製造工程を示す断面図である。
【図10】本発明の第7実施例によるマイクロレンズアレイ用金型又は金型マスター等の製造工程の一部を示す上面図である。
【図11】従来技術によるマイクロレンズアレイ用金型を説明する図である。
【符号の説明】
1 基板
2 電極層
3 第1のマスク層
4 開口部
5 アレイ周辺部
6 第1のメッキ層
7 第2のマスク層
8 半球状構造体
9 第2のメッキ層
10 犠牲層
11 金型形成用電極層
12 紫外線硬化樹脂
13 支持基板
14 マーカー
15 凸型マイクロレンズアレイ
20 金型
25 間隔
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a microlens array for producing a microlens array used in the field of optoelectronics.Mold master production methodIt is about.
[0002]
[Prior art]
A microlens array is composed of a plurality of small, substantially hemispherical lenses having a diameter of several μm to several hundreds of μm, and is used for various applications such as liquid crystal display devices, light receiving devices, and fiber-to-fiber connections in an optical communication system. It is becoming like.
[0003]
On the other hand, the development of surface emitting lasers and the like that can narrow the interval between the light emitting elements and can be easily arrayed has progressed, and the demand for microlenses that can narrow the interval between lens arrays and have a large numerical aperture (NA) is increasing.
[0004]
Similarly, in the light receiving element, with the development of the semiconductor process technology, the element interval is narrowed, and the light receiving element is further miniaturized as seen in a CCD or the like. As a result, here again, a microlens array having a small lens interval and a large numerical aperture is required. In such a microlens, there is a demand for a microlens having a high condensing rate with high utilization efficiency of light incident on the lens surface.
[0005]
Further, there are similar demands in the future of optical parallel processing / calculation, optical interconnection, and the like, which are expected to be optical information processing fields.
[0006]
In addition, research and development of self-luminous display devices such as electroluminescence (EL) have been actively conducted, and high-definition and high-luminance displays have been proposed. In such a display, there is a demand for a low-cost, large-area microlens array in addition to a small-sized and large numerical aperture microlens array.
[0007]
Under the circumstances as described above, conventionally, a plurality of substrates on a multi-component glass substrate using an ion exchange method (M. Oikawa, et al., Jpn. J. Appl. Phys. 20 (4) L51-54, 1981) are used. There is known a method of manufacturing a microlens array in which a plurality of lenses are formed by increasing the refractive index of the portion. However, with this method, the lens diameter cannot be made larger than the distance between the lenses, and it is difficult to design a lens with a large numerical aperture. Moreover, in order to produce a large-area microlens array, a large-scale manufacturing apparatus such as an ion diffusion apparatus is required, and there is a problem that manufacturing is not easy. In addition, it is necessary to perform an ion exchange process for each glass compared to molding using a mold. If manufacturing conditions of manufacturing equipment are not sufficiently managed, variations in lens quality, such as focal length, will be large between lots. There was a problem of becoming. Moreover, this method becomes expensive compared with the method using a metal mold | die.
[0008]
Furthermore, in the ion exchange method, alkali ions for ion exchange are essential in the glass substrate, and the compatibility of the substrate material is limited to alkali glass and the semiconductor-based device is premised on alkali ion free. Furthermore, since the thermal expansion coefficient of the glass substrate itself is significantly different from the thermal expansion coefficient of the substrate of the light receiving device or the light emitting device, misalignment due to mismatch of the thermal expansion coefficients occurs as the integration density of the elements increases. In addition, it is originally known that the ion exchange method on the glass surface leaves a compressive strain on the surface. As the glass warps and the microlens array becomes large, it is bonded and bonded to the light receiving device and the light emitting device. Has become difficult.
[0009]
As another method, there is a registry flow method (D. Daly, et al., Proc. Microlens Array Teddington., P23-34, 1991). In this method, a resin formed on a substrate is patterned into a cylindrical shape using a photolithography process, and this is heated and reflowed to produce a microlens array. By this method, lenses having various shapes can be manufactured at low cost. Further, there are no problems such as thermal expansion coefficient and warpage as compared with the ion exchange method. However, in this method, the microlens shape strongly depends on the thickness of the resin, the wettability between the substrate and the resin, and the heating temperature. Likely to happen. Further, when adjacent lenses come into contact with each other by reflow, it becomes impossible to maintain a desired lens shape due to surface tension. That is, it is difficult to increase the light collection ratio by bringing adjacent lenses into contact with each other to reduce the light unused area between the lenses.
[0010]
In addition, when trying to obtain a lens diameter of about several tens to several hundreds of micrometers, a resin having a sufficient thickness to be made spherical by reflow is applied, but it has desired optical characteristics (refractive index, high light transmittance). It is difficult to apply the resin material uniformly and thickly. That is, it is difficult to produce a microlens having a large curvature and a large lens diameter.
[0011]
As another method, there is a method in which an original plate of a microlens array is manufactured, a lens material is applied to the original plate, and the applied lens material is peeled off. In producing a mold as an original plate, there are a method of drawing using an electron beam (Japanese Patent Laid-Open No. 1-223101) and a method of forming a metal plate by etching (Japanese Patent Laid-Open No. 5-303099). . In these methods, microlenses can be duplicated by molding, and variations among lots are hardly generated, and microlenses can be manufactured at low cost. In addition, problems such as alignment errors and warping due to a difference in thermal expansion coefficient can be avoided as compared with the ion exchange method. However, in the method using an electron beam, the electron beam drawing apparatus is expensive and requires a large amount of capital investment. Since the drawing area is limited, it is difficult to produce a master having a large area of 10 cm square or more. There are problems such as.
[0012]
Further, the etching method uses isotropic etching mainly utilizing a chemical reaction, so that there is a problem that if the composition or crystal structure of the metal plate changes even slightly, it cannot be etched into a desired shape. In the etching method, if the desired shape is obtained, the etching is continued unless it is immediately washed with water. In the case of forming a microlens, there is a case where the desired shape is deviated due to etching that proceeds from the time when the desired shape is obtained to the time of washing with water.
[0013]
As a method for solving the above problems, a method of producing a hemispherical structure array by electroplating, producing a mold for microlens using this as an original plate, and further producing a microlens array from this mold is devised. (Japanese Examined Patent Publication No. 64-10169). According to this method, a microlens mold can be manufactured easily with a large size, an easy manufacturing process, high controllability, and low cost.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
However, in this method, a distribution occurs in the current density due to the shape of the opening 106 at the time of plating, and as shown in FIG. This promotes an in-plane distribution in the size of the hemispherical structure 108.
[0015]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art. Its purpose is (1) easy to enlarge, (2) easy manufacturing process, high controllability, (3) relatively inexpensive, (4) small in-plane distribution, (5) same substrate surface For microlens arrays that can have multiple or multiple types of lens patterns insideMold master production methodIs to provide.
[0016]
[Means and Actions for Solving the Problems]
To achieve the above object, the present inventionMold master for micro lens arrayThe manufacturing method of
(1) A step of preparing a substrate (conductive substrate, substrate having an electrode layer, etc.) having a conductive portion at least in part,
(2) The aboveOn boardForming an insulating first mask layer on the substrate;
(3) forming a plurality of appropriately shaped openings in the first mask layer to expose the conductive portions;
(4) forming a first plating layer on the opening and the first mask layer through the opening by electroplating using the conductive portion as a cathode;
(5) forming an insulating second mask layer on the opening and a selected region of the first plating layer;
(6) removing the first plating layer in the region where the second mask layer is not formed by electrolytic etching by applying a voltage using the conductive portion as an anode;
And after the step (6),
(7) a step of removing the first mask layer entirely after removing the second mask layer;
Or
(8) removing the second mask layer after removing the first mask layer that is not covered by the second mask layer while leaving the second mask layer;
Any of the steps,
(9) forming a second plating layer or electrodeposition layer from the first plating layer to the conductive portion;
Having furtherFeatures.
[0017]
Based on the above basic configuration, the following more specific modes are possible.
After the step (6), (7) a step of removing the second mask layer, (8) a step of completely removing the first mask layer, (9) from the first plating layer to the conductive portion. A step of forming a second plating layer or electrodeposition layer;The method of havingThis corresponds to the first embodiment described later. Since the second layer only needs to be formed smoothly by fixing the first electroplating layer, it can be formed by electroplating, electroless plating, etc. in addition to electroplating (DC plating, pulse plating, etc.). In addition, Al for electroplating bath2O3TiO2Dispersion plating by adding dispersed particles such as PTFE can also be used. The dispersed particles can improve the mechanical strength and corrosion resistance of the convex structure. In electrodeposition, an electrodepositable organic compound (anionic electrodeposition acrylic carboxylic acid resin, cationic electrodeposition epoxy resin, or the like) can be electrodeposited on the first plating layer using an electric current. This is the same in the later embodiments.
[0018]
After the step (6), (7) removing the first mask layer not covered with the second mask layer while leaving the second mask layer, and (8) removing the second mask layer. More steps toThe method of havingThis corresponds to an embodiment shown in FIG. In this case, after the step (8), the method may further include (9) a step of forming a second plating layer or an electrodeposition layer from the first plating layer to the conductive portion. In this aspect, if the first mask layer is formed of a material (PSG or the like) having sufficient adhesion with the conductive portion of the substrate, the second plating layer or electrodeposition layer is not formed.Mold masterCan be used as
[0019]
As described above, the second plating layer can be formed by electroplating or electroless plating for increasing the glossiness. In this case, the second plating layer may be a nickel plating layer or the second nickel plating layer. Some layers contain phosphorus to increase corrosion resistance.
[0020]
The openings may be arranged in a periodic repeating arrangement pattern (such as a two-dimensional matrix arrangement pattern) within the substrate surface. This periodically repeating array pattern is not a unit array pattern that is repeated in it, but it is a uniform array as a whole, and no unit array pattern can be found anywhere. (Conversely, if you try to take a unit, you can get the unit array pattern anywhere.) This is because if there is an array pattern as a unit, the current density is distributed in the pattern, and the electric field concentrates around the array pattern as a unit, causing a problem.
[0021]
In the step (4), the first plating layer may be formed separately. In this way, the first mask layer can be reliably removed when the entire surface is removed.
[0022]
In the step (5), the second mask layer may be formed in a plurality of regions. In this case, in the step (5), the plurality of regions of the second mask layer include a plurality of regions covering the first plating layer of the same arrangement, or the plurality of regions of the second mask layer are A plurality of regions covering the first plating layers in different arrangements can be included.
[0023]
The width of the region of the first plating layer not covered with the second mask layer in the step (5) is preferably 2 mm or more around the region of the first plating layer covered with the mask layer. This can facilitate the in-plane distribution of the diameter of the first plating layer in the region covered with the second mask layer in the step (5) to be within 5%. This realizes sufficient performance as a microlens array.
[0024]
A mode in which a part of the region of the first plating layer covered with the second mask layer is for forming the first plating layer serving as an alignment marker may be employed. This is used as an alignment mark in a later process.
[0025]
The electrolytic etching can be performed in a plating bath as used in step (4).
[0026]
The material of the conductive portion serving as the electrode and the material of the first plating layer formed in the step (4) may be a material that does not form an alloy layer. In this way, unnecessary portions of the first plating layer are completely removed when the first plating layer is removed, so that no protrusion remains, and unnecessary when the second plating layer or electrodeposition layer is formed. Protrusions (things that may be mistaken for alignment markers) are not formed. The material of the conductive portion serving as the electrode and the material of the first plating layer formed in the step (4) do not form an alloy layer by the diffusion of the conductive partial material toward the first plating layer. Even a simple material has the same effect. For example, if the first plating layer is Ni and the conductive portion is Au, the alloy diffuses to the first plating layer side to form an alloy layer, and the alloy is removed when the first plating layer is removed. The layer protrusions will remain.
[0027]
However, the material of the conductive portion serving as the electrode and the material of the first plating layer formed in the step (4) are diffused to the conductive portion side to form an alloy layer. It is good if it is a material that does. Because in this case, the first plating layer diffuses to the conductive portion side to form an alloy layer, so even if the alloy layer remains when the first plating layer is removed, it does not become a protrusion. It is. For example, if the first plating layer is Au and the conductive portion is Ni, Au diffuses to the conductive portion side to form an alloy layer, but this is not a problem.
[0030]
The above are the basic and more specific components of the present invention, and the details and operations thereof will be described below along with typical examples. First, the principle of forming the first plated layer structure such as a hemisphere will be described.
[0031]
When electroplating is performed on a minute opening portion of an insulating mask layer formed on a conductive substrate or a substrate having an electrode layer, first, a plating layer is deposited in the opening portion, and when electroplating is performed, the opening portion and The first plating layer begins to grow on the mask layer. When the size of the opening is sufficiently smaller than the electroplating anode, the first plating layer grows isotropically with respect to the center or center line of the opening, and the first plating layer such as a hemisphere opens. Formed on the portion and the mask layer. By making the shape of the opening circular, the first plating layer can grow isotropically hemispherically on the mask layer.
[0032]
Compared with the method of forming the original plate by etching, if the current flowing between the anode and the cathode is stopped when the desired shape is obtained, the deposition of the plating can be stopped. Such an unexpected shape error can be avoided, and the controllability of production is good.
[0033]
Next, a method for producing a microlens array mold or mold master will be described. First, a first mask layer is formed over a conductive substrate or a substrate having an electrode layer. The substrate material for plating may be any material of metal, semiconductor, and insulator, and it is possible to use a metal plate, a glass substrate, a silicon wafer, etc. with good flatness. If a metal material is used as the plating substrate, it is not necessary to form an electrode layer. Further, in the case of using a semiconductor, it is not always necessary to form an electrode layer as long as it has conductivity that allows electroplating. The electrode layer is selected from materials that are not corroded by the plating solution to be used because it is exposed to the plating solution. However, since the first plating layer formed on this electrode layer is removed by electrolytic etching in a later step, a material that does not form an alloy layer with the first plating layer is preferable.
[0034]
The electrode layer is preferably made of a material that is not electrolytically etched even in the plating solution. The first mask layer only needs to be an insulating material, and either an inorganic insulator or an organic insulator can be used. As a method for forming the electrode layer and the first mask layer, a thin film forming method such as a vacuum deposition method, a spin coating method, a dip method, or a chemical deposition method (CVD) is used.
[0035]
Next, an opening array is formed in the first mask layer. The opening shape is preferably circular. In forming the opening, the opening is formed by a semiconductor photolithography process and etching capable of forming a minute opening. When a photoresist is used as the first mask layer, the etching process can be omitted.
[0036]
Next, the plating substrate is immersed in a plating solution containing metal ions, and an external power source is connected between the anode plate and the anode plate to form a first plating layer in the opening. Plating is formed in the opening, and further plating continues to spread the first plating layer on the first mask layer to form a hemispherical structure. The diameter of the microlens formed by the microlens array mold or the mold master to be manufactured is in the range of several μm to several hundred μm. Therefore, the size of the opening is the desired microlens array mold or mold It is necessary to make it smaller than the diameter of the microlens formed by the mold master. In order for the plating growth to be isotropic, the shape of the hemispherical structure approaches a true sphere as the size of the opening is smaller than the diameter of the hemispherical structure. The hemispherical structure is formed by precipitation of metal ions in the plating bath by an electrochemical reaction.
[0037]
In electroplating, it is possible to easily control the thickness of the first plating layer by controlling the plating time and the plating temperature. As the main plating metal, Ni, Au, Pt, Cr, Cu, Ag, Zn, etc. can be used for single metals, and Cu—Zn, Sn—Co, Ni—Fe, Zn—Ni, etc. can be used for alloys. It is. Any other material that can be electroplated can be used, but a material that does not form an alloy layer with the electrode layer is preferable.
[0038]
In the first plating layer formed here, the peripheral portion of the array grows larger than the central portion. This is because the current distribution is not uniform and the current concentrates at the end of the electrode. However, in the method of the present invention, the first plating layer grown larger than the central portion of the peripheral portion of the array is selectively removed by electrolytic etching to obtain an array of the first plating layer having a substantially uniform size. Can do.
[0039]
That is, the method forms the second mask layer on the region where the first plating layer having a substantially uniform size is formed. The second mask layer only needs to be an insulating material, and either an inorganic insulator or an organic insulator can be used. As a method for forming the insulating layer of the second mask layer, a thin film forming method such as a vacuum deposition method, a spin coating method, or a dip method is used. In forming an insulating layer only in a selective region, it is formed by a semiconductor photolithography process and etching. When a photoresist is used as the second mask layer, the etching process can be omitted.
[0040]
Next, using this substrate as a workpiece, the substrate is dipped in a plating solution on which the first plating layer has been formed, and a cathode and an anode are connected to flow current from an external power source, contrary to the case where the first plating layer is formed. As a result, the first plating layer grown larger than the central portion is selectively removed by electrolytic etching. If the electrode layer is a material that is not electrolyzed with the plating solution and does not form an alloy layer with the first plating layer, a flat surface of the electrode layer can be obtained after electrolytic etching.
[0041]
The first plating layer covered with the remaining second mask layer has a substantially uniform size and a hemispherical structure array with a small in-plane diameter distribution. The metal of the first plating layer removed here can be recovered in the plating solution or on the counter electrode metal plate, and even an expensive metal material can be used without waste.
[0042]
Furthermore, if the second mask layer is formed on the first plating layer existing at an arbitrary position, it is possible to form an alignment marker made of the first plating layer without being subjected to electrolytic etching in the subsequent process. It becomes. At this time, if a part of the plating layer to be removed is exposed in the plating solution, it can be removed by electrolytic etching.
[0043]
Further, in this method, by providing a plurality of second mask layers in the substrate, a microlens array having a small in-plane distribution of diameters of a plurality of or a plurality of types of first plating layers from one substrate. It is also possible to obtain a metal mold or a mold master. That is, after the first plating layer is formed, the second mask layer is selectively formed in a region having a small in-plane distribution of the diameter of the first plating layer excluding the peripheral portion of the array pattern. Because you can.
[0044]
Next, the first and second mask layers are removed, and a second plating layer is formed from the first plating layer to the electrode layer. As a result, the first plating layer is firmly fixed on the electrode layer, and the first plating layer can be prevented from falling off in subsequent steps, and the durability of the microlens array mold or mold master is improved. Become.
[0045]
The microlens array mold is obtained by forming a mold material on the microlens array mold master (original) and then peeling the mold. Since the microlens array mold can be formed directly from an original plate formed by electroplating, it does not require expensive equipment and can be manufactured at low cost. As a peeling method, the original and the substrate may be mechanically peeled off. However, since it may be deformed at the time of peeling when the size is increased, a method of sequentially removing the substrate, the electrode layer, and the first and second plating layers from the back surface may be taken.
[0046]
In the case where the mold is formed after providing the sacrificial layer on the substrate and the second plating layer, the mold and the substrate can be separated by removing the sacrificial layer. In this case, a material for the sacrificial layer is selected so that the mold is not corroded by the etchant for etching the sacrificial layer. When the first and second plating layers and the substrate are not corroded by the etchant that etches the sacrificial layer, the substrate on which the first and second plating layers are formed can be used a plurality of times as a master, However, when it becomes unusable due to scratches, dirt, etc. due to multiple use, a mold can be easily produced by the same method.
[0047]
As a material for the microlens mold, any material such as a resin, a metal, and an insulator can be used as long as it can be formed on the substrate on which the first and second plating layers are formed and can be peeled off. .
[0048]
As a simple mold forming method, a molten or dissolved solution of resin, metal, or glass is applied on the substrate on which the first and second plating layers are formed and cured, and then peeled by the peeling method described above. To form. In this case, a material that is not alloyed with the substrate or the second plating layer is selected as the mold material.
[0049]
As another method, a mold is electroplated on the second plating layer and the electrode layer of the substrate using the substrate as a cathode. If a sacrificial layer is used, a mold electrode layer is formed on the sacrificial layer, and electroplating is performed using the mold electrode layer as a cathode.
[0050]
Further, a microlens array can be formed by forming a material to be a microlens on the microlens array mold and then peeling it off. This makes it possible to easily produce microlenses having the same shape at low cost. As the material of the microlens, a material that is easily peelable from the microlens mold is used. When resin is used as the microlens material, light transmissive thermosetting resin, UV curable resin, electron beam curable resin, etc. are applied on the mold for microlens array and then cured by UV light irradiation, electron beam irradiation, etc. Let me. During curing, no bubbles are formed. When applying resin, it is good to deaerate. After curing, the resin is peeled from the mold to form a microlens array. As the resin that becomes the microlens array, a light-transmitting material using a microlens or a material that can transmit light in the wavelength region of light used by the light-emitting device is used.
[0051]
In the case of producing a microlens by the above method, alkali glass is not essential, and the restrictions on the materials of the microlens and the support substrate can be reduced as compared with the ion exchange method. If molten glass is used instead of resin, a glass microlens array can be produced.
[0052]
Of course, the mold of the present invention is not limited to the microlens array as long as it can be applied, and can be used for manufacturing any structure.
[0053]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the invention will be described below with reference to the drawings.
[0054]
(First embodiment)
The first embodiment is a first aspect of a method for manufacturing a microlens array mold or mold master and a microlens array according to the present invention. The manufacturing method will be described with reference to FIG.
[0055]
The manufacturing process will be described with reference to FIGS. A silicon wafer having a diameter of 2 inches and having a silicon dioxide film with a thickness of 1 μm formed on both sides by using an oxidizing gas is used as the substrate 1 shown in FIG. An electrode layer 2 is formed on the wafer 1 by continuously forming 50 and 500 nm of Ti and Pt respectively by a vacuum sputtering method which is one of thin film forming methods. A positive photoresist (Az1500: manufactured by Hoechst) is applied thereon to form the first mask layer 3.
[0056]
Next, a photoresist is formed on the first mask layer 3, the photoresist is exposed and developed by photolithography, and is etched using the photoresist as a mask to partially expose the electrode layer 2. Form. The opening 4 has a circular shape with a diameter of 5 μm and a distance between adjacent openings 4 of 25 μm. In this example, a total of 860 × 860 openings 4 were provided (see FIG. 1A).
[0057]
Using the substrate 1 as a workpiece, the electrode layer 2 as a cathode, a Ni plating bath composed of nickel sulfate, nickel chloride, boric acid and a brightener, bath temperature 60 ° C., cathode current density 40 A / dm2Ni plating is performed. The first plating layer 6 made of Ni is first deposited and grown from the opening 4, and the first plating layer 6 spreads on the first mask layer 3, and a hemispherical structure having a radius of about 10 μm at the center of the array. The first plating layer 6 was grown until the body 8 was formed (see FIG. 1B).
[0058]
2A and 2B are diagrams showing the in-plane distribution of the hemispherical structure 8 in FIG. 1B, in which FIG. 2A is a cross-sectional view and FIG. 2B is a top view. When the radius of the hemispherical structure 8 was about 10 μm in the center of the array, the hemispherical structure 8 having a maximum radius of about 15 μm was formed in the array peripheral part 5.
[0059]
Next, a positive photoresist (AzP4620: manufactured by Hoechst) is applied, exposed, and developed, and the second mask layer 7 is selectively applied to 700 × 700 areas excluding the 2 mm width of the array peripheral portion 5. Provide. As a result, the first plating layer 6 in the array peripheral portion 5 was exposed (FIG. 1C). 3A is a cross-sectional view, and FIG. 3B is a top view. Here, the in-plane distribution of the diameter of the first plating layer 6 in the region covered with the second mask layer 7 was within 5%.
[0060]
Using this substrate 1 as a work, using it as an anode, a Ni plating bath made of nickel sulfate, nickel chloride, boric acid and a brightener, bath temperature 60 ° C., anode current density 8 A / dm2Then, the exposed first plating layer 6 is subjected to electrolytic etching (FIG. 1D). Here, since Pt is used as the electrode layer 2, the electrode layer 2 is not corroded. Then, the electrolytic etching was stopped when the first plating layer 6 made of Ni existing in the region not covered with the second mask layer 7 was consumed.
[0061]
Next, by removing the first and second mask layers 3 and 7 with acetone and dimethylformamide, a hemispherical structure array having 700 × 700 hemispherical structures 8 can be formed (see FIG. 1 (e)). 4A and 4B are diagrams showing the in-plane distribution of the hemispherical structure 8 in FIG. 1E. FIG. 4A is a cross-sectional view and FIG. 4B is a top view. The in-plane distribution of the radius of the hemispherical structure 8 was within 5%.
[0062]
Next, using the electrode layer 2 as a cathode, a Ni plating bath composed of nickel sulfate, nickel chloride, boric acid and a brightener is used, the bath temperature is 60 ° C., the cathode current density is 8 A / dm.2Then, Ni plating is performed to form the second plating layer 9 (FIG. 1 (f)). Thus, a microlens array mold or mold master in which the first plating layer 6 is firmly fixed on the electrode layer 2 is obtained.
[0063]
As described above, according to this example, in the microlens array mold or the mold master, it was possible to provide a manufacturing method capable of easily reducing the in-plane distribution of the size of the hemispherical structure.
[0064]
Next, a process of making a mold using the structure formed by the above manufacturing method as a master will be described. A sacrificial layer 10 is formed by depositing 1 μm of PSG (Phosphoric acid glass) at 350 ° C. by atmospheric pressure CVD (Chemical Vapor Deposition) method (FIG. 5A). Subsequently, Ti and Au are successively deposited by 10 nm and 200 nm, respectively, by an electron beam vapor deposition method to form the mold electrode layer 11 (FIG. 5B).
[0065]
Using this mold as a workpiece, using the mold electrode layer 11 as a cathode, using a Ni plating bath composed of nickel sulfamate, nickel bromide, boric acid and brightener, bath temperature 50 ° C., cathode current density 5 A / dm2Then, Ni electroplating is performed to form the mold 20 (FIG. 5C).
[0066]
Next, the substrate is immersed in a mixed aqueous solution of hydrofluoric acid and ammonium fluoride to remove PSG as the sacrificial layer 10 by etching, and the substrate and the mold 20 are peeled off. At this time, Ti in the mold electrode layer 11 is also removed. Thereafter, Au in the mold electrode layer 11 is removed by etching with a mixed aqueous solution of iodine and potassium iodide to form a convex microlens array mold 20 (FIG. 5D).
[0067]
A microlens array is manufactured using this mold 20. After the ultraviolet curable resin 12 is applied to the convex microlens array mold 20, a glass substrate to be the support substrate 13 is placed thereon (FIG. 5E). A convex microlens array 15 was produced by peeling the resin 12 after being cured by ultraviolet irradiation (FIG. 5F). Also in this convex microlens array, the in-plane distribution of the lens diameter was within 5%.
[0068]
(Second embodiment)
A second embodiment will be described with reference to the manufacturing process diagrams of FIGS. 1 and 5 to 9. The process until the opening 4 shown in FIG. 1A is formed is the same as in the first embodiment. In the second embodiment, the interval between the adjacent openings 4 is 18 μm. In this example, 2000 × 2000 openings 4 were provided as a whole (see FIG. 1A). The process of growing the first plating layer 6 until the hemispherical structure 8 having a radius at the center of the array of about 10 μm is performed in the same manner as in the first embodiment (see FIG. 1B).
[0069]
2A and 2B are diagrams showing the in-plane distribution of the hemispherical structure 8 in FIG. 1B, in which FIG. 2A is a cross-sectional view and FIG. 2B is a top view. When the radius of the hemispherical structure 8 was about 10 μm at the center of the array, the hemispherical structure 8 having a maximum radius of about 15 μm was formed at the array periphery 5.
[0070]
Next, a second mask layer 7 made of a positive photoresist (AzP4620: manufactured by Hoechst) is formed. The photoresist applied on the second mask layer 7 is exposed and developed, and the second mask layer 7 is selectively provided in 1064 × 806 regions excluding the array peripheral portion 5 (FIG. 1C). ). Here, in the present embodiment, the second mask layer 7 is formed at any two positions other than the 1064 × 806 regions in order to form the marker 14 used for alignment such as bonding. (FIG. 6).
[0071]
Next, using the substrate 1 as a work, using as a positive electrode a nickel plating bath made of nickel sulfate, nickel chloride, boric acid and a brightener, the bath temperature is 60 ° C., and the anode current density is 8 A / dm.2Then, electrolytic etching of the exposed first plating layer 6 (including a partly exposed layer) is performed. Here, since Pt is used as the electrode layer 2, the electrode layer 2 is not corroded. Then, the electrolytic etching stops when the first plating layer 6 made of Ni existing in the region not completely covered with the second mask layer 7 is consumed.
[0072]
Next, the first and second mask layers 3 and 7 are removed with acetone and dimethylformamide, so that a hemispherical shape having 1064 × 806 hemispherical structures 8 and a marker 14 composed of the first plating layer 6 is obtained. A structure array can be formed. FIG. 7 is a top view, and the in-plane distribution of the radius of the hemispherical structure 8 is within 5%.
[0073]
Here, using an electrode layer 2 as a cathode, a Ni plating bath made of nickel sulfate, nickel chloride, boric acid and a brightening agent, bath temperature 60 ° C., cathode current density 8 A / dm.2Then, Ni plating is performed to form the second plating layer 9. As a result, a microlens array mold or mold master in which the first plating layer 8 (including the marker 14) is firmly fixed on the electrode layer 2 is obtained. The curvature radius of the plating layer 8 in the use area at this time was about 25 μm, and the distribution of the curvature radius was within 5%.
[0074]
As described above, according to the present example, in the hemispherical micro structure array with the marker 14, a manufacturing method capable of easily reducing the in-plane distribution of the size of the hemispherical structure 8 in the use region can be provided. .
[0075]
The convex microlens array mold can be formed in the same manner as in the first embodiment. In this case, a concave marker having an inverted shape of the convex marker 14 is also formed in this mold. After the ultraviolet curable resin 12 is applied to the mold convex microlens array mold, a glass substrate 13 to be the support substrate 13 is placed thereon. A convex microlens array 15 having a convex marker 14 for alignment can be produced by peeling the resin 12 after being cured by ultraviolet irradiation (FIG. 8). Also in this convex microlens array 15, the in-plane distribution of the lens curvature radius was within 5%.
[0076]
Subsequently, by aligning the marker 14 of the convex microlens array 15 with the marker formed on the TFT liquid crystal substrate and pasting them together, the microlens could be arranged at a position corresponding to each pixel. When these were connected to a drive circuit and driven as a liquid crystal projector, incident light was collected by a microlens and a bright display image could be obtained.
[0077]
(Third embodiment)
A third embodiment will be described with reference to the manufacturing process diagram of FIG. The process is the same as in the first embodiment until the opening 4 is formed. The openings 4 are provided in an array in a region of 950 mmφ in the silicon wafer surface. Using the substrate 1 as a workpiece, the first plating layer 6 is grown until the hemispherical structure 8 having a radius at the center of the array of about 10 μm is the same as in the first embodiment (FIG. 1B). )reference).
[0078]
Next, a mask layer 7 made of a body-type photoresist (AzP4620: manufactured by Hoechst) is formed (FIG. 1C). The photoresist is exposed and developed, and a second mask layer 7 is selectively provided on the region excluding the peripheral portion 5 of the wafer. Here, four second mask layers 7 are provided in the same plane in 700 × 700 regions.
[0079]
Subsequently, using the substrate 1 as a work, using the Ni plating bath made of nickel sulfate, nickel chloride, boric acid and a brightener as an anode, the exposed substrate was exposed at a bath temperature of 60 ° C. and an anode current density of 8 A / dm 2. Electrolytic etching of one plating layer 6 is performed.
[0080]
Next, by removing the first and second mask layers 3 and 7 with acetone and dimethylformamide, a hemispherical structure array having four 700 × 700 hemispherical structures 8 in the same plane is formed. We were able to. At this time, the in-plane distribution of the radius of the hemispherical structure 8 within each region and between the regions was within 5%.
[0081]
As described above, the present embodiment provides a manufacturing method that can easily reduce the in-plane distribution of the size of the hemispherical structure 8 in a microlens array mold or mold master having a plurality of regions having the same structure. We were able to.
[0082]
Here, a convex microlens array mold can be formed in the same manner as in the first embodiment (see FIGS. 5A to 5D). And after apply | coating the ultraviolet curable resin 12 to the metal mold | die 20 for convex type micro lens arrays, the glass substrate used as the support substrate 13 is set | placed on it, after making it harden | cure by ultraviolet irradiation, it peels, and also cuts off each area | region. Thus, four convex microlens arrays 15 could be produced from one mold 20 (see FIGS. 5E and 5F). In each of the convex microlens arrays 15, the in-plane distribution of the lens diameter was within 5%.
[0083]
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment will be described with reference to the manufacturing process diagram of FIG. The process is the same as in the first embodiment until the opening 4 is formed. The openings are provided in an array in a region of 950 mmφ in the silicon wafer surface. Using the substrate 1 as a workpiece, the first plating layer 6 is grown until the hemispherical structure 8 having a radius at the center of the array of about 10 μm is the same as in the first embodiment (FIG. 1B). )reference).
[0084]
Next, a mask layer 7 made of a body-type photoresist (AzP4620: manufactured by Hoechst) is formed (FIG. 1C). The photoresist is exposed and developed, and a second mask layer 7 is selectively provided on the region excluding the peripheral portion 5 of the wafer. Here, the second mask layer 7 is provided with three types of regions in the same plane: the number of the first plating layers 6 is 700 × 700, 1024 × 768, and 700 × 350.
[0085]
Subsequently, using the substrate 1 as a work, using as a positive electrode a nickel plating bath made of nickel sulfate, nickel chloride, boric acid and brightener, the bath temperature is 60 ° C., and the anode current density is 8 A / dm.2Then, the exposed first plating layer 6 is electrolytically etched.
[0086]
Next, by removing the first and second mask layers 3 and 7 with acetone and dimethylformamide, regions of three types of hemispherical structures 8 of 700 × 700, 1024 × 768, and 700 × 350 are obtained. Can be formed in the same plane.
[0087]
At this time, the in-plane distribution of the radius of the hemispherical structure 8 within each region and between the regions was within 5%.
[0088]
As described above, the present embodiment provides a manufacturing method that can easily reduce the in-plane distribution of the size of the hemispherical structure 8 in a microlens array mold or mold master having a plurality of regions having different structures. We were able to.
[0089]
Here, a convex microlens array mold can be formed in the same manner as in the first embodiment (see FIGS. 5A to 5D). And after apply | coating the ultraviolet curable resin 12 to the metal mold | die 20 for convex type micro lens arrays, the glass substrate used as the support substrate 13 is set | placed on it, after making it harden | cure by ultraviolet irradiation, it peels, and also cuts off each area | region. Three types of convex microlens arrays 15 could be produced from one mold 20 (see FIGS. 5E and 5F). In each convex microlens array, the in-plane distribution of the lens diameter was within 5%.
[0090]
(5th Example)
A fifth embodiment will be described with reference to the manufacturing process diagram of FIG. A silicon wafer having a diameter of 4 inches and having a silicon dioxide film with a thickness of 1 μm formed on both sides by using an oxidizing gas is used as the substrate 1 shown in FIG. The electrode layer 2 is formed on this wafer by continuously forming Ti and Ni of 50 mm and 500 mm, respectively, by vacuum sputtering, which is one of the thin film forming methods. On top of this, 1 μm of PSG is formed at 350 ° C. by the atmospheric pressure CVD method to form the first mask layer 3. Here, the adhesion between Ni of the electrode layer 2 and PSG of the first mask layer 3 is strong.
[0091]
Next, a body-type photoresist (Az1500: manufactured by Hoechst) is applied onto the first mask layer 3 by photolithography, exposed, and developed to provide an opening, and by reactive ion etching using carbon tetrafluoride. The mask layer 3 in the opening of the photoresist is removed by etching. Thus, the electrode layer 2 is partially exposed to form the opening 4. The opening 4 has a circular shape with a diameter of 5 μm and a distance between adjacent openings 4 of 25 μm. Further, in this example, 860 × 860 openings 4 were provided as a whole (see FIG. 9A).
[0092]
Using this substrate 1 as a work, using an electrode layer 2 as a cathode and a Ni plating bath made of nickel sulfate, nickel chloride, boric acid and a brightener, bath temperature 60 ° C., cathode current density 40 A / dm2Then, Ni plating is performed. The first plating layer 6 made of Ni is first deposited and grown from the opening 4 and spreads on the first mask layer 3 until the hemispherical structure 8 having a radius at the center of the array of about 10 μm is obtained. One plating layer 6 is grown (see FIG. 9B). When the radius of the hemispherical structure 8 was about 10 μm in the center of the array, the hemispherical structure 8 having a maximum radius of about 15 μm was formed in the array peripheral part 5.
[0093]
Next, a body-type photoresist (AzP4620: manufactured by Hoechst) is applied, exposed, and developed, and the second mask layer 7 is selectively applied to 700 × 700 areas excluding the width of 2 mm of the array peripheral portion 5. Provide. As a result, the first plating layer 6 in the array peripheral portion 5 is exposed (FIG. 9C). Here, the in-plane distribution of the diameter of the first plating layer 6 in the region covered with the second mask layer 7 was within 5%.
[0094]
Subsequently, using the substrate 1 as a work, using as a positive electrode a nickel plating bath made of nickel sulfate, nickel chloride, boric acid and brightener, the bath temperature is 60 ° C., and the anode current density is 8 A / dm.2Then, the exposed first plating layer 6 is electrolytically etched. Here, since Ni is used as the electrode layer 2, a part of the electrode layer 2 is also electrolytically etched (FIG. 9D).
[0095]
Next, the first mask layer 3 in a region not covered with the second mask layer 7 is removed with a mixed aqueous solution of hydrofluoric acid and ammonium fluoride (FIG. 9E). Further, the second mask layer 7 is removed with acetone and dimethylformamide.
[0096]
In the material used in the present embodiment, the mask layer 6 is fixed to the electrode layer 2 relatively firmly at this stage, so that it can be used as a mold or a mold master.
[0097]
However, in the present example, the next stage was advanced. Again for the substrate (PSG mask layer 3 in the region of use is not removed since it does not interfere with the subsequent process, but rather strengthens the fixing of the hemispherical structure 8) Using Ni plating bath consisting of boric acid and brightener, bath temperature 60 ° C, cathode current density 40A / dm2Then, Ni plating is performed and grown until the adjacent first plating layers 6 are completely connected. By doing so, a hemispherical structure array having 700 × 700 hemispherical structures 8 could be formed (FIG. 9F). The in-plane distribution of the radius of curvature of the hemispherical structure 8 was within 5%.
[0098]
Thereafter, in the same manner as in the first example, a microlens array mold or a mold master was manufactured by the process shown in FIG. Also in this convex microlens array 15, the in-plane distribution of the lens diameter was within 5%.
[0099]
(Sixth embodiment)
A sixth embodiment will be described with reference to the manufacturing process diagram of FIG. The process is the same as in the first embodiment until the opening 4 is formed. The opening 4 has a circular shape with a diameter of 5 μm and a distance between adjacent openings 4 of 18 μm. In the present embodiment, a total of 3900 × 3900 openings 4 are provided (see FIG. 1A).
[0100]
Using the substrate 1 as a workpiece, the first plating layer 6 is grown until the hemispherical structure 8 having a radius at the center of the array of about 10 μm is the same as in the first embodiment (FIG. 1B). )reference).
[0101]
Next, a mask layer 7 made of a body-type photoresist (AzP4620: manufactured by Hoechst) is formed (FIG. 1C). The photoresist is exposed and developed, and a second mask layer 7 is selectively provided on 1064 × 808 regions excluding the peripheral portion 5 of the wafer.
[0102]
Subsequently, using the substrate 1 as a work, using as a positive electrode a nickel plating bath made of nickel sulfate, nickel chloride, boric acid and brightener, the bath temperature is 60 ° C., and the anode current density is 8 A / dm.2Then, the exposed first plating layer 6 is electrolytically etched.
[0103]
Next, by removing the first and second mask layers 3 and 7 with acetone and dimethylformamide, a hemispherical structure array having 1064 × 808 hemispherical structures 8 could be formed ( (Refer FIG.1 (e)). At this time, the in-plane distribution of the radius of the hemispherical structure 8 was within 5%.
[0104]
Next, Ni electroless plating is performed at a bath temperature of 90 ° C. using an electroless Ni plating solution (S-780: manufactured by Nippon Kanisen Co., Ltd.) containing a hypophosphite reducing agent, and the second plating layer 9 is formed (see FIG. 1F). As a result, the first plating layer 6 is firmly fixed on the electrode layer 2, and the electroless plating is used to form the second plating layer 9, thereby providing a highly glossy microlens array mold or mold master. was gotten. Further, the radius of curvature of each plating layer in the diagonal direction and the horizontal direction is almost equal, the average curvature radius is 20 μm, the distribution of the curvature radius is within ± 1 μm, and the gold having the hemispherical structure 8 having a uniform shape. A mold master could be formed.
[0105]
As described above, the present embodiment provides a manufacturing method that can easily reduce the in-plane distribution of the size of the hemispherical structure 8 in a microlens array mold or mold master using electroless plating. I was able to.
[0106]
Next, a mold release agent (Nikkanon Tack: manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.) is applied. Using this substrate as a cathode, a Ni plating bath composed of nickel sulfamate, nickel bromide, boric acid and a brightener was used. The bath temperature was 50 ° C., the cathode current density was 5 A / dm.2Then, Ni electroplating is performed to form a mold. Thereafter, the mold is released from the substrate to form a microlens array mold.
[0107]
After the ultraviolet curable resin 12 is applied to the microlens array mold, a glass substrate serving as a support substrate 13 is placed thereon, cured by ultraviolet irradiation, and then peeled off to produce a convex microlens array 15. (See FIGS. 5 (e) and 5 (f)). Also in this convex microlens array, the in-plane distribution of the lens diameter was within 5%.
[0108]
(Seventh embodiment)
A seventh embodiment will be described with reference to the manufacturing process diagrams of FIGS. A silicon wafer having a diameter of 5 inches and having a silicon dioxide film with a thickness of 1 μm formed on both surfaces by using an oxidizing gas is used as the substrate shown in FIG. An electrode layer 2 is formed on this wafer by continuously forming 50% and 50% of Ti and Pt respectively by vacuum sputtering, which is one of thin film forming methods. A positive photoresist (Az1500: manufactured by Hoechst) is applied thereon to form the first mask layer 3.
[0109]
Next, the photoresist 3 is exposed and developed by photolithography to partially expose the electrode layer 2 and form the opening 4. The opening 4 has a circular shape with a diameter of 5 μm, a distance from the adjacent opening 4 of 18 μm, and is provided in an array in a region of 145 mmφ in the silicon wafer surface.
[0110]
Using this substrate 1 as a work, using an Ni plating bath composed of nickel sulfate, nickel chloride, boric acid and a brightener with the electrode layer 2 as a cathode, a bath temperature of 69 ° C., a cathode current density of 40 A / dm2Ni plating is performed. The first plating layer 6 made of Ni first deposits and grows from the opening 4, spreads on the first mask layer 3, and has a hemispherical shape with a radius of about 10 μm at the center of the formation surface of the first plating layer 6. The first plating layer 6 is grown until the structure 8 is obtained.
[0111]
Next, a mask layer 7 made of a positive photoresist (AzP4620: manufactured by Hoechst) is formed (FIG. 1C). The photoresist is exposed and developed, and a second mask layer 7 is selectively provided on the region excluding the peripheral portion 5 of the wafer. Here, as shown in FIG. 10, the second mask layer 7 has 1064 × 808 areas in the same plane and is provided at 8 locations with an interval 25 of 1.8 mm, and a marker used for alignment such as bonding. For the formation of 14, the second mask layer 7 is formed at an arbitrary position other than the 1064 × 808 regions. In FIG. 10, the second mask layer 7 for forming the marker 14 is provided at four locations near the four corners of each region. Therefore, at the interval 25, four second mask layers 7 for forming the marker 14 are formed, which is difficult to see in FIG.
[0112]
Using this substrate 1 as a workpiece and using it as an anode, a nickel plating bath made of nickel sulfate, nickel chloride, boric acid and a brightener, bath temperature 60 ° C., anode current density 8 A / dm2Then, the exposed first plating layer 6 is subjected to electrolytic etching (FIG. 1D).
[0113]
Next, by removing the first and second mask layers 3 and 7 with acetone and dimethylformamide, the marker 14 composed of 1064 × 808 hemispherical structures 8 and the first plating layer 6 is placed in the same plane. It was possible to form an array of hemispherical structures having eight. At this time, the in-plane distribution of the radius of the hemispherical structure 8 within each region and between the regions was within 5%.
[0114]
Next, Ni electroless plating is performed at a bath temperature of 90 ° C. using an electroless Ni plating solution (S-780: manufactured by Nippon Kanisen Co., Ltd.) containing a hypophosphite reducing agent, and the second plating layer 9 is formed (FIG. 1F). As a result, the first plating layer 8 is firmly fixed on the electrode layer 2, and the electroless plating is used to form the second plating layer 9, thereby providing a highly glossy microlens array mold or mold. Master was obtained. In addition, the radius of curvature of each plated layer in the diagonal direction and the horizontal direction is substantially equal, the average radius of curvature is 20 μm, the distribution of the radius of curvature is within ± 1 μm, and the hemispherical structure 8 has a uniform shape. A mold master could be formed (see FIG. 10).
[0115]
As described above, according to the present embodiment, the in-plane distribution of the size of the hemispherical structure can be easily reduced in the microlens array mold or mold master using the electroless plating by forming a plurality of regions together with the markers. It was possible to provide a manufacturing method that can be used.
[0116]
Next, a release agent for electroforming (Nikkanon Tack: manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.) is applied. Using this substrate as a cathode, a Ni plating bath composed of nickel sulfamate, nickel bromide, boric acid and a brightener was used. The bath temperature was 50 ° C., the cathode current density was 5 A / dm.2Then, Ni electroplating is performed to form a mold. Thereafter, the mold was released from the substrate to form a microlens array mold. As a result, a microlens array mold capable of forming eight convex microlens arrays having the markers 14 from one mold was formed.
[0117]
After applying the ultraviolet curable resin 12 to the microlens array mold, a glass substrate to be the support substrate 13 is placed thereon, cured by ultraviolet irradiation and then peeled off, and each region is cut off to obtain one sheet. Eight convex microlens arrays 15 can be produced from the mold (see FIGS. 5E and 5F). Also in this convex microlens array, the in-plane distribution of the lens diameter was within 5%.
[0118]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a microlens array mold or mold that is easy to enlarge, easy to manufacture, has high controllability, is inexpensive, and has a small in-plane distribution in the array. A master and a manufacturing method thereof could be provided.
[0119]
Further, the first plating layer removed by the electrolytic etching can be recovered in the plating solution or the counter electrode metal material, and even an expensive metal material can be used without waste, and cost reduction can be realized. In addition, one, a plurality, or a plurality of types of microlens array molds or mold masters in which variation in size of each lens-forming hemispherical structure is suppressed are formed on a single substrate surface. did it.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a microlens array mold or mold master according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional state and a top surface state in step (b) of FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional state and a top surface state in step (c) of FIG. 1;
4 is a view showing a cross-sectional state and an upper surface state in step (e) of FIG. 1; FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a microlens array mold, a mold master, a microlens array, and the like according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a top view showing a part of a manufacturing process of a microlens array mold or a mold master according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a top view showing a part of a manufacturing process of a microlens array mold or a mold master according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a partially broken top view showing a convex microlens array with markers according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a microlens array mold or mold master according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a top view showing a part of a manufacturing process of a microlens array mold or a mold master according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram for explaining a microlens array mold according to the prior art.
[Explanation of symbols]
1 Substrate
2 Electrode layer
3 First mask layer
4 openings
5 Array periphery
6 First plating layer
7 Second mask layer
8 Hemispherical structure
9 Second plating layer
10 Sacrificial layer
11 Electrode layer for mold formation
12 UV curable resin
13 Support substrate
14 Markers
15 Convex microlens array
20 Mold
25 intervals

Claims (18)

マイクロレンズアレイ用金型マスターの作製方法であって、
(1)少なくとも一部に導電性部分を有する基板を用意する工程、
(2)前記基板上に絶縁性の第1のマスク層を形成する工程、
(3)第1のマスク層に複数の適当形状の開口部を形成して導電性部分を露出する工程、
(4)前記導電性部分を陰極として電気メッキにより前記開口部を通じて前記開口部及び前記第1のマスク層上に第1のメッキ層を形成する工程、
(5)前記開口部及び第1のメッキ層の選択された領域上に絶縁性の第2のマスク層を形成する工程、
(6)前記導電性部分を陽極とし電圧を印加することによって第2のマスク層の形成されていない領域の第1のメッキ層を電解エッチングによって除去する工程、
を有し、前記工程(6)の後に、
(7)第2のマスク層を除去した後、第1のマスク層を全面的に除去する工程、
または、
(8)第2のマスク層を残したまま第2のマスク層に覆われていない第1のマスク層を除去した後、第2のマスク層を除去する工程、
のいずれかの工程と、
(9)第1のメッキ層から導電性部分にわたり第2のメッキ層ないし電着層を形成する工程と、
を更に有するマイクロレンズアレイ用金型マスターの作製方法。
A method for manufacturing a microlens array for mold master,
(1) preparing a substrate having a conductive portion at least in part;
(2) forming an insulating first mask layer on the substrate;
(3) forming a plurality of appropriately shaped openings in the first mask layer to expose the conductive portions;
(4) forming a first plating layer on the opening and the first mask layer through the opening by electroplating using the conductive portion as a cathode;
(5) forming an insulating second mask layer on the opening and a selected region of the first plating layer;
(6) removing the first plating layer in the region where the second mask layer is not formed by electrolytic etching by applying a voltage using the conductive portion as an anode;
And after the step (6),
(7) a step of removing the first mask layer entirely after removing the second mask layer;
Or
(8) removing the second mask layer after removing the first mask layer that is not covered by the second mask layer while leaving the second mask layer;
Any of the steps,
(9) forming a second plating layer or electrodeposition layer from the first plating layer to the conductive portion;
Furthermore a method for manufacturing a microlens array for mold master with.
第1のマスク層はPSGである請求項に記載のマイクロレンズアレイ用金型マスターの作製方法。The method for manufacturing a first mask layer is PSG a is as defined in claim 1 microlens array for mold master. 第2のメッキ層は電解メッキ或は無電解メッキにより形成する請求項に記載のマイクロレンズアレイ用金型マスターの作製方法。The method for manufacturing a second plating layer is electroless plating or according to claim 1, formed by electroless plating microlens array for mold master. 第2のメッキ層がニッケルメッキ層からなる請求項に記載のマイクロレンズアレイ用金型マスターの作製方法。Microlens manufacturing method of the array for mold master of claim 1 where the second plating layer made of nickel plated layer. 第2のニッケルメッキ層が無電解メッキ層からなる請求項に記載のマイクロレンズアレイ用金型マスターの作製方法。Microlens manufacturing method of the array for mold master according to claim 4, the second nickel-plated layer is formed of an electroless plating layer. 第2のニッケルメッキ層にリンが含有されている請求項4又は5に記載のマイクロレンズアレイ用金型マスターの作製方法。The method for manufacturing a microlens array for mold master according to claim 4 or 5 phosphorus is contained in the second nickel plated layer. 前記開口部が基板面内で周期的な繰り返し配列パターンで配列される請求項1乃至の何れかに記載のマイクロレンズアレイ用金型マスターの作製方法。The method for manufacturing a microlens array for mold master according to any one of claims 1 to 6 wherein the openings are arranged in a periodic repetition sequence pattern in the substrate surface. 前記工程(4)において第1のメッキ層がそれぞれ分離されて形成される請求項1乃至の何れかに記載のマイクロレンズアレイ用金型マスターの作製方法。Manufacturing method of the step (4) in the first plating layer, each separated according to any of claims 1 to 7 are formed by a microlens array for mold master. 前記工程(5)において第2のマスク層が複数の領域に形成される請求項1乃至の何れかに記載のマイクロレンズアレイ用金型マスターの作製方法。Manufacturing method of the step (5) in the second mask layer according to any one of claims 1 to 8 is formed in a plurality of regions microlens array for mold master. 前記工程(5)において第2のマスク層の複数の領域は夫々同一の配列の第1のメッキ層を覆う複数の領域を含む請求項に記載のマイクロレンズアレイ用金型マスターの作製方法。A plurality of regions microlens manufacturing method of the array for mold master of claim 9 including a plurality of regions covering the first plating layer of each identical sequence of the second mask layer in the step (5). 前記工程(5)において第2のマスク層の複数の領域は夫々異なる配列の第1のメッキ層を覆う複数の領域を含む請求項に記載のマイクロレンズアレイ用金型マスターの作製方法。Manufacturing method of the step (5) in the second plurality of regions of the mask layer are each different from the sequence of a first of claim 9 including a plurality of regions covering the plating layer microlens array for mold master. 前記工程(5)において第2のマスク層で覆われない第1のメッキ層の領域の幅が該マスク層で覆われる第1のメッキ層の領域の周囲2mm以上である請求項1乃至11の何れかに記載のマイクロレンズアレイ用金型マスターの作製方法。Wherein step (5) in the second of the first claim is around 2mm or more regions of the plated layer 1 to 11 in which the width of the area of the first plating layer not covered by the mask layer is covered with the mask layer microlens manufacturing method of the array for mold master according to any one. 前記工程(5)において第2のマスク層で覆われる領域の第1のメッキ層の直径の面内分布が5%以内である請求項1乃至12の何れかに記載のマイクロレンズアレイ用金型マスターの作製方法。Wherein step (5) a second first microlens array for molds according to any one of claims 1 to 12 in-plane distribution of the diameter of the plated layer is within 5% of the area covered by the mask layer in the Master production method. 前記第2のマスク層で覆われる第1のメッキ層の領域の一部が、アライメント用のマーカーとなる第1のメッキ層を形成する為のものである請求項1乃至13の何れかに記載のマイクロレンズアレイ用金型マスターの作製方法。According to a partial region of the first plating layer covered by the second mask layer, any one of claims 1 to 13 is intended for forming a first plating layer which is a marker for alignment the method for manufacturing a microlens array for mold master. 前記電解エッチングが工程(4)で用いたようなメッキ浴中において行なわれる請求項1乃至14の何れかに記載のマイクロレンズアレイ用金型マスターの作製方法。A method for manufacturing the electrolytic etching is step (4) of claims 1 to 14 carried out in the plating bath as used in according to any microlens array for mold master. 前記電極として働く導電性部分の材料と工程(4)において形成される第1のメッキ層の材料が、合金層を形成しない材料である請求項1乃至15の何れかに記載のマイクロレンズアレイ用金型マスターの作製方法。Material of the first plating layer formed in the material and the step of the conductive portion which acts as the electrode (4) is, for microlens array according to any one of claims 1 to 15 which is a material that does not form an alloy layer Manufacturing method of mold master. 前記電極として働く導電性部分の材料と工程(4)において形成される第1のメッキ層の材料が、該導電性部分材料が該第1のメッキ層側に拡散して合金層を形成しない様な材料である請求項1乃至16の何れかに記載のマイクロレンズアレイ用金型マスターの作製方法。The material of the conductive portion serving as the electrode and the material of the first plating layer formed in the step (4) do not form an alloy layer by the diffusion of the conductive partial material toward the first plating layer. microlens manufacturing method of the array for mold master according to any one of claims 1 to 16 which is a material. 前記電極として働く導電性部分の材料と工程(4)において形成される第1のメッキ層の材料が、該第1のメッキ層材料が該導電性部分側に拡散して合金層を形成する様な材料である請求項1乃至15の何れかに記載のマイクロレンズアレイ用金型マスターの作製方法。The material of the conductive portion serving as the electrode and the material of the first plating layer formed in the step (4) are formed such that the first plating layer material diffuses toward the conductive portion to form an alloy layer. microlens manufacturing method of the array for mold master according to any one of claims 1 to 15 which is a material.
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