JP3876586B2 - マイクロレンズ成型型の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマイクロレンズ成形型及びマイクロレンズ基板の製造方法に係り、特に、微細なマイクロレンズアレイを高精度に製造する場合に好適な製造方法及びその成形型の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マイクロレンズアレイを形成する方法としてフォトポリマー法と呼ばれる方法がある。この方法では、図８（ａ）に示すように、例えば、表面に曲面形状部２０ａを形成したマイクロレンズ成形型２０に、紫外線硬化型の未硬化の透明樹脂２２を介してガラス基板２１を接着し、紫外線を照射して透明樹脂２２を硬化させることにより曲面形状部２０ａに対応した光学面２２ａを成形し、ガラス基板２１及び透明樹脂２２をマイクロレンズ成形型２０から離型させた後、図８（ｂ）に示すように、この光学面２２ａ上に異なる屈折率を有する透明樹脂２３を介してガラス基板２４を接着する。
【０００３】
また、上記方法を用いて液晶パネルの構成要素であるパネル基板を形成する場合には、図８（ｃ）に示すようにガラス基板２４を研削加工、研磨加工或いはエッチング加工などによって薄肉化し、その後、図８（ｄ）に示すようにガラス基板２４の表面上に遮光膜２６及び透明電極２７を形成する。
【０００４】
上記の方法では、マイクロレンズ成形型を用いるために効率的且つ量産性良くマイクロレンズを製造することができる。上記のマイクロレンズ成形型は、例えば、ガラス基板の表面をマイクロレンズの光学面に対応した凹曲面形状にエッチングすることによって形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記方法では、マイクロレンズの少なくとも一部を構成する素材として高屈折率を有する透明樹脂を用いる場合、このような透明樹脂は一般に粘度が高いため、マイクロレンズ成形型によって成形される透明樹脂成形体の厚さが厚くなり、マイクロレンズ自体を薄型化することが難しいとともに、厚さのばらつきが大きくなるという問題点がある。
【０００６】
また、上記方法では、マイクロレンズ成形型を繰り返し使用することから破損し易く、特に大判のマイクロレンズ成形型を形成すると耐久性に欠けるという問題点がある。また、曲面形状部２０ａを備えたガラス基板をマイクロレンズ成形型２０とする場合、ガラスに対する加工法の制約によりマイクロレンズの光学面形状に対応した曲面形状部２０ａの形状を高精度に形成することが困難であるという問題点がある。特に不純物の多いガラスをエッチング加工すると、純粋なガラス（ＳｉＯ2）に対しては等方的なエッチング特性を有するエッチング液を用いても、平滑な光学面を得ることが難しいという問題点がある。
【０００７】
そこで本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、マイクロレンズの厚さを薄く形成することが可能であるとともに、厚さのばらつきを低減することができるマイクロレンズ成形型を提供することにある。また、破損しにくく、耐久性が高いとともに、従来よりも高精度の成形面形状を有するマイクロレンズ成形型を提供することにある。さらに、上記のような耐久性及び形状精度が高いマイクロレンズ成形型を用いることによって、薄型化可能であり、また、高精度で、歩留まりの高いマイクロレンズの製造方法を実現することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明のマイクロレンズ成形型は、マイクロレンズの光学面に対応する曲面形状部を形成した成形面を備えた成形基板を有し、該成形面を加熱するための加熱手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、マイクロレンズ成形型に成形基板の成形面を加熱するための加熱手段を設けることにより、成形面によって透明樹脂など成形素材を成形する際に成形素材を加熱することができるので、成形素材の粘度を加熱によって低減させた状態で成形することができる。したがって、成形素材の厚さを全体的に薄く形成することができるとともに、成形素材の粘度に起因して生ずる厚さのばらつきを低減することができる。また、マイクロレンズ成形型に加熱手段を設けることによって成形型の外部に加熱手段を取りつける必要もなくなる。
【００１０】
本発明において、前記成形基板の裏面に前記加熱手段が近接配置されていることが好ましい。この発明によれば、成形基板の裏面に加熱手段が近接配置されていることによって、成形基板の裏面を加熱し、成形基板の熱伝導によって成形面を加熱することができるので、成形面側に加熱手段を配置する必要がなく、成形を支障なく行うことが可能になる。
【００１１】
本発明において、前記成形基板の裏面には支持基板が固着され、前記成形基板と前記支持基板との間に前記加熱手段が配置されていることが好ましい。この発明によれば、成形基板の裏面に支持基板を固着することによって成形型の剛性を高めることができ、成形面の撓みや歪みを低減して高精度な光学面の成形を行うことができるとともに、成形基板と支持基板の間に加熱手段が配置されていることにより、成形基板を直接に加熱することができるので、効率的に加熱を行うことができる。この場合、成形基板と支持基板とによって加熱手段を収容するように構成することが特に望ましい。
【００１２】
本発明において、前記支持基板は、前記成形基板の裏面に陽極接合により直接に固着されていることが好ましい。この発明によれば、陽極接合によって成形基板と支持基板とが直接に固着されていることにより、接着剤などを介する必要がないので、接合面の撓みや不整合を生じにくく、成形基板の平坦性を維持することができる。
【００１３】
本発明において、前記支持基板は接合面に被膜を有し、前記成形基板の裏面と前記被膜とが共晶化接合によって固着されていることが好ましい。この発明によれば、成形基板と被膜とが共晶化接合によって固着されているため、接着剤を用いる場合に較べて接合面の撓みや不整合などを生じにくく、成形基板の平坦性を維持できるとともに、接合面が共晶化されていることによって高い密着力を得ることができる。また、支持基板に被膜を形成してこの被膜と成形基板とを共晶化しているため、支持基板の材質選定幅を広げることができる。
【００１４】
本発明において、前記被膜は、Ａｕ薄膜であり、前記成形基板は、シリコン基板であることを特徴とする。
また、本発明において、前記支持基板は、ガラス基板であり、前記被膜はＡｕ薄膜であり、前記Ａｕ薄膜と前記支持基板との間に密着性を高めるＣｒ層又はＴｉ層が形成されていることを特徴とする。
なお、上記の支持基板は、いずれの場合にも、例えば成形基板よりも剛性の高いものであることが好ましく、例えば、ガラス基板であることが望ましい。
【００１５】
本発明において、前記成形基板はシリコン基板からなることが好ましい。この発明によれば、シリコン基板を用いることにより、その不純物制御及び高品位化が容易であるとともに半導体製造技術を適用できる特性によって微細で高精度な曲面形状部を容易に形成することができるので、生産性を向上させることができるとともに、高精度な光学面形状を有するマイクロレンズを製造することが可能になる。特にＳｉは熱伝導率が高いため、ガラス等を型に用いるよりも加熱した場合の温度分布も優れている。この場合、特に、シリコン基板としてシリコン単結晶基板を用いることが好ましい。
【００１６】
本発明において、前記成形基板の表面を被覆する弗素系炭化物膜を備えていることが好ましい。この発明によれば、弗素系炭化物膜で成形面を被覆することにより、離型性が向上し、成形型の破損を低減することができるので、成形型の耐久性を高めることができる。ここで、弗素系炭化物膜としては、例えば弗素含有樹脂があり、特にポリテトラフルオロエチレンが好ましい。
【００１７】
本発明において、前記曲面形状部は略等方的な湿式エッチングによって形成された凹曲面部であることが好ましい。略等方的な湿式エッチングを用いることによって凹曲面状の成形面を容易に高精度に形成することができる。
【００１８】
次に、本発明に係るマイクロレンズ基板の製造方法は、シリコン基板の表面上にエッチング耐性を有するマスク層を形成し、該マスク層にピンホールを形成し、該ピンホールを介して前記シリコン基板を略等方的にエッチングしてマイクロレンズの光学面に対応する凹曲面部を形成し、前記マスク層を除去することによってシリコン基板からなるマイクロレンズ成形型を形成し、該マイクロレンズ成形型の背後に加熱手段を配置し、該加熱手段によって加熱しながら前記マイクロレンズ成形型若しくはその複製に未硬化の透明樹脂を適用させて硬化させることにより、前記凹曲面部に対応した凸曲面状の光学面を成形することを特徴とする。
【００１９】
また、シリコン基板の表面上にエッチング耐性を有するマスク層を形成し、該マスク層にピンホールを形成し、該ピンホールを介して前記シリコン基板を略等方的にエッチングしてマイクロレンズの光学面に対応する凹曲面部を形成し、前記マスク層を除去することによってシリコン基板からなるマイクロレンズ成形型を形成し、該マイクロレンズ成形型若しくはその複製を用いて前記凹曲面部に対応した凸曲面部を有する反転型を形成し、該反転型の背後に加熱手段を配置し、該加熱手段によって加熱しながら前記反転型に未硬化の透明樹脂を適用させて硬化させることにより、前記凸曲面部に対応した凹曲面状の光学面を成形することを特徴とする。
【００２０】
これらの発明によれば、シリコン基板をピンホールを形成したマスク層を介してエッチングすることによって容易に高精度な凹曲面部を形成することができ、マイクロレンズの光学面を高精度に成形することができる。
【００２１】
本発明において、前記マスク層は、シリコン基板の熱酸化膜であり、前記ピンホールをドライエッチング法により形成することが好ましい。この発明によれば、マスク層として熱酸化膜を用いることによって、緻密な膜を効率的に形成することができ、また、ドライエッチング法を用いるによって微細なピンホールを高精度に形成することができるので、凹曲面部を高精度にエッチング形成することが可能になる。
【００２２】
本発明において、前記凹曲面部を形成するために、弗酸と硝酸を主成分とするエッチング液を用いることが好ましい。弗酸と硝酸を主成分とするエッチング液によって湿式エッチングを行うことによって等方的なエッチングを行うことができるとともに、平滑なエッチング面を形成できる。
【００２３】
本発明において、さらに酢酸を加えた前記エッチング液を用いることが好ましい。エッチング液に酢酸を混入することによって等方的エッチング特性でしかも平滑なエッチング面が得られる組成範囲が拡大されるため、より安定的に高精度なエッチングを行うことができる。
【００２４】
本発明において、前記マイクロレンズ成形型の成形面に弗素系炭化物膜を成膜して用いることが好ましい。この場合、弗素系樹脂を用いることが好ましく、特にポリテトラフルオロエチレンを用いることが望ましい。
【００２５】
本発明において、前記マイクロレンズ成形型の反成形面に、該反成形面との間に前記加熱手段を収容する支持基板を固着させて用いることが好ましい。
【００２６】
本発明において、前記支持基板を前記反成形面に陽極接合により直接固着させて用いることが好ましい。この場合、シリコン基板の反成形面と支持基板の接合面とを鏡面化することが好ましい。
【００２７】
本発明において、前記支持基板の接合面に被膜を形成し、前記支持基板の前記反成形面と前記被膜とを共晶化接合により固着させて用いることが好ましい。なお、このとき、共晶化のための加熱を上記加熱手段で行うこともできる。また、例えば、支持基板の表面にＡｕ薄膜を形成し、このＡｕ薄膜をシリコン基板の反成形面に接触させて加熱し、Ａｕ−Ｓｉ共晶を形成することが好ましい。また、支持基板としてガラス基板を用いる場合には、Ａｕ薄膜の下地層としてＣｒ層やＴｉ層を形成して密着性を高めることが望ましい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明に係るマイクロレンズ成形型及びマイクロレンズ基板の製造方法の実施形態について詳細に説明する。図１は本実施形態のマイクロレンズ成形型の構造を示すものである。後述する方法によって形成されたマイクロレンズ成形型は、シリコン基板１０と、このシリコン基板１０に固着されたガラスなどからなる支持基板１３とを有する。シリコン基板１０には、半球状の凹部１０ａが複数配列形成されている。凹部１０ａはそれぞれがマイクロレンズの光学面を成形するためのものである。また、支持基板１３は、シリコン基板１０に固着された接合面１３ａと、この接合面１３ａに囲まれた収容凹部１３ｂとが形成されている。収容凹部１３ｂには電熱線などの発熱体を内蔵した加熱手段であるヒータ５０が収容されている。ヒータ５０は支持基板１３の側面に形成された配線孔１３ｃを通して外部から電力の供給を受けるようになっている。
【００２９】
上記のマイクロレンズ成形型を用いてマイクロレンズを製造するには、図１に示すようにマイクロレンズ成形型と、これによって成形される未硬化の透明樹脂１７及びガラスなどからなる透明基板１８とをチャンバ内に入れ、チャンバ内を真空状態にしたのち、ヒータ５０に通電し、マイクロレンズ成形型を透明基板１８に貼り合わせるようにして接着させる。すなわち、図示例では、透明基板１８上に光硬化型（例えば紫外線硬化型）の透明樹脂１７を塗布し、マイクロレンズ成形型を降下させて、その成形面を透明樹脂１７に押し付け、所定の圧力で加圧する。このとき、上記のヒータ５０は既に給電され、発熱しているので、熱伝導性の良好なシリコン基板１０は全体的に加熱された状態となっている。そして、透明樹脂１７を介してマイクロレンズ成形型と透明基板１８とが貼り合された状態で、しばらく時間を経過させ、シリコン基板１０から透明樹脂１７に熱が伝達される。透明樹脂１７に充分に熱が伝達されると、マイクロレンズ成形型の加圧状態を解除し、図示下方から光（紫外線）を照射して透明樹脂１７を硬化させる。
【００３０】
ここで、予めヒータ５０によるシリコン基板１０の加熱制御は、ヒータ５０に内蔵された図示しない温度センサからの検出温度によって一定温度に制御するようにしてもよく、或いは、所定の電力をヒータ５０の発熱体に供給して定常状態になるようにしてもよい。また、上記の成形時におけるシリコン基板１０から透明樹脂１７への熱供給は、シリコン基板１７が透明樹脂１７に接触した時点から予め定めた時間が経過するまでとし、その時間経過時に硬化処理を開始してもよく、或いは、透明樹脂１７の温度を放射温度計などで観測しながら、透明樹脂１７の温度が所定温度にまで上昇したとき、又は、透明樹脂１７の温度のばらつきが小さくなったときに、硬化処理を開始してもよい。
【００３１】
図７は、上記の透明樹脂１７の温度と粘度との関係を示すグラフである。このグラフからわかるように、常温（例えば２０℃）に較べると、４０℃まで加熱した場合、粘度は数分の一程度と大幅に低下する。したがって、４０℃程度に加熱しただけで透明樹脂１７の流動性は大幅に向上するため、透明樹脂１７の厚さを低減することができるとともに厚さのばらつきを削減することができる。さらに、流動性が向上することによってシリコン基板１０の凹部１０ａに対する充填性も向上するので、成形精度を高めることも可能になる。
【００３２】
上記説明では透明樹脂１７として光硬化型の樹脂材料を用いているが、熱硬化型の樹脂材料を用いてもよい。この場合、ヒータ５０の加熱によって一旦、樹脂材料の粘度を上記のように低下させた後、さらにヒータ５０の加熱温度を上昇させて樹脂材料を高温に加熱し、そのまま熱硬化させることができる。
【００３３】
図２は本実施形態におけるマイクロレンズ成形型の製造工程を示す工程説明図である。この実施形態では、まず、図２（ａ）に示すように、シリコン単結晶などからなるシリコン基板１０の表面にマスク層１１を形成する。シリコン基板１０は半導体製造によって８インチ以上の大型基板を容易に入手できる。マスク層１１としては、シリコンのエッチング処理においてエッチング速度がシリコンに対して十分に小さい種々の材料を堆積したものを用いることができるが、本実施形態では、シリコン基板１０を熱酸化して成るシリコン熱酸化膜である酸化シリコン層を形成する。酸化シリコン層は、シリコン基板に対して半導体製造技術を用いて容易に形成できるので、量産性良く、低コストで形成できるとともに、膜質としても緻密にすることができるため、安定したエッチング用のマスク層として用いることができる。なお、マスク層はＣＶＤ法やスパッタリング法などによっても形成できる。
【００３４】
次に、図２（ｂ）に示すように、シリコン基板１０の表面（図示上面）上にあるマスク層１１の部分にピンホール１１ａを形成する。このピンホール１１ａは、例えば、フォトリソグラフィ法によってマスク層１１上にさらにフォトレジストからなるレジスト層を被覆し、このレジスト層を露光、現像して部分的に細孔を形成し、この細孔を通してＣＨＦ3等のガスを用いたドライエッチングを施すことによって形成できる。ピンホール１１ａは、製造しようとするマイクロレンズアレイにおける各マイクロレンズの光学中心の配列に合せて配置される。ピンホール１１ａの開口径は実際に形成しようとする後述する凹部１０ａの径よりも十分に小さいことが望ましく、例えば約５μｍ程度である。
【００３５】
次に、図２（ｃ）に示すように、シリコン基板１０に湿式エッチングを施すことによってシリコン基板１０の表面上に略半球状の凹曲面からなる凹部１０ａを形成する。この湿式エッチングには、シリコン基板１０を等方的にエッチングできるエッチング液、例えば、弗化水素と硝酸の混合水溶液などの弗酸系のエッチング液を用いる。弗酸と硝酸の混合比は、シリコン基板１０に対するエッチングの等方性が得られ、しかも、エッチング面の平滑性が得られるように調製する。また、シリコン基板１０／マスク層１１のエッチング選択比が実用範囲（例えば１０以上）になるように調製されることが好ましい。通常、選択比が１０以上ある場合、酸化シリコン層の厚さとして１．５μｍ程度あれば十分に凹部１０ａを形成することができる。
【００３６】
シリコン基板凹部１０ａの表面はマイクロレンズの光学面となるので、特に、光学面形状を決定するエッチングの等方性と、光学面の面粗さを決定するエッチング面の平滑性が重要になる。エッチングの等方性が得られるとともにエッチング面の平滑性が得られるエッチング液の組成範囲は、酢酸を加えることによって広がるので、より安定的にエッチング処理を施すことができる。組成比の例としては、体積比でＨＦ：ＨＮＯ3：ＣＨ3ＣＯＯＨ＝１：３：８、或いは、９：７５：３０である。但し、ＨＦは純度５０ｗｔ％の電子工業用規格の試薬を、ＨＮＯ3は純度６１ｗｔ％の電子工業用試薬を、ＣＨ3ＣＯＯＨは純度９６ｗｔ％の電子工業用試薬をそれぞれ用いた。
【００３７】
なお、この工程は上記のような湿式エッチングに限らず、４弗化炭素、酸素、塩素などを活性種とする種々のドライエッチングによって行っても良い。
【００３８】
本実施形態では、シリコン基板１０の表面に平面視円形の輪郭を有する略半球状の凹部１０ａを形成しているが、上記ピンホール１１ａの形状によって、その輪郭形状は円形に限らず、矩形、正方形などの種々の形状に形成しても構わない。マイクロレンズの光学面を構成するための凹部１０ａの径は、マイクロレンズアレイの使用目的や利用分野によって様々であるが、例えば１〜１００μｍ、好ましくは１０〜５０μｍ程度である。電気光学装置、特に液晶装置に用いるものは、各画素領域の大きさとほぼ同サイズに形成される。
【００３９】
次に、図２（ｄ）に示すように、凹部１０ａの形成されたシリコン基板１０の表面側のマスク層１１を除去する。このマスク層１１の除去は、例えば、弗酸と弗化アンモニウムの混合水溶液を用いた湿式エッチングによって行う。このとき、シリコン基板１０の側面及び裏面（図示下面）にエッチング耐性を有する被覆層を形成し、側面及び裏面に形成されたマスク層１１は除去せずに残すようにしてもよい。この場合、残されたマスク層１１は、後述するシリコン基板１０と支持基板との接合時などのようにシリコン基板１０の裏面（図示下面）を露出させる必要が生ずるまでシリコン基板１０の裏面を保護する役割を果たす。
【００４０】
このようにして形成したマイクロレンズ成形型は、シリコン基板１０を基材として用いることによって、凹部１０ａの微細な加工を半導体製造技術を用いて高精度に行うことができ、また、大型のシリコン基板を容易に入手でき、しかも容易に加工できるため、成形型の製造時の歩留まりや量産性が向上する。
【００４１】
上記のようにして形成したマイクロレンズ成形型は、そのままでは離型性が悪いため破損しやすく、耐久性が必ずしも充分でない。そこで、図３に示すように、少なくとも成形面である表面（図示上面）上に弗素系炭化物膜からなる表面被覆層１２を形成することが好ましい。表面被覆層１２は、例えば、ポリテトラフルオロエチレンからなる弗素樹脂層である。表面被覆層１２は蒸着、スパッタリング、スピンコーティング、ディッピング（浸漬）などの方法によって形成される。この表面被覆層１２を形成することによって、成形時における離型性が向上し、離型時におけるマイクロレンズ成形型の破損の確率が低減し、型の平均寿命が大幅に伸びる。
【００４２】
次に、図４に示すように、上記のマイクロレンズ成形型のシリコン基板１０の裏面が鏡面でない場合にはラッピングやポリッシングなどによって鏡面化した上で、その裏面を清浄化し、このシリコン基板１０をその表面を下にして導電性のホットプレート１４上に載置する。そして、このシリコン基板１０の裏面を、ガラス（例えば「パイレックスガラス」商標名）などからなる支持基板１３の鏡面化された清浄な表面に密着させ、３００〜４５０℃程度に加熱しながら、この支持基板１３と、ホットプレート１４との間に２００〜１０００Ｖ、好ましくは約３００Ｖの電圧を印加することによって、シリコン基板１０と支持基板１３とを陽極接合させる。支持基板１３には予め接合面１３ａの内側に収容凹部１３ｂが形成されており、さらに配線孔１３ｃも穿設されている。この収容凹部１３ｂに上記のヒータ５０を入れ、配線孔１３ｃにヒータ５０の配線を挿通させた状態で、上記のように接合面１３ａをシリコン基板１０の裏面に密着させ、陽極接合させる。この場合、支持基板１３としては、シリコン基板１０よりも剛性が高いものであることが好ましい。したがって、例えば、シリコン基板１０よりも厚い支持基板１３を用いることが好ましい。また、支持基板１３の接合面は高精度な平坦面（鏡面）に形成されていることが望ましい。
【００４３】
シリコン基板１０を支持基板１３に接合させることによって、マイクロレンズ成形型としての剛性が高くなるので、マイクロレンズ成形型を用いた成形時において、成形型の撓みや歪みによって成形された樹脂層に厚みムラが発生し、この厚みムラによってマイクロレンズアレイの歪みが生ずることなどを抑制できる。また、この実施形態では、接着剤などを介することなくシリコン基板１０を支持基板１３に直接接合させているので、シリコン基板１０の平坦性を高めることができ、シリコン基板１０が撓んだ状態で無理に支持基板１３に固着されることも回避できる。
【００４４】
また、支持基板１３にはヒータ５０が収容されているので、シリコン基板１０を直接に加熱することができるとともに、別途、ヒータ５０を取りつけるための取付構造を設ける必要がなくなる。この実施形態ではヒータ５０は支持基板１３に形成された収容凹部１３ｂ内に配置されるが、逆にシリコン基板１０の裏面に収容凹部を形成し、この収容凹部内にヒータ５０などの加熱手段を配置しても構わない。もちろん、シリコン基板１０及び支持基板１３の双方に収容凹部を形成し、両収容凹部を対向させて形成した収容空間内に加熱手段を配置してもよい。
【００４５】
次に、上記の陽極接合によるシリコン基板１０と支持基板１３の接合方法の代わりに用いることのできる方法を図５及び図６を参照して説明する。まず、図５に示すように、上記の支持基板１３と同様に、接合面１５ａ、収容凹部１５ｂ及び配線孔１５ｃを備えた、ガラス（例えば「パイレックスガラス」商標名等のほうケイ酸ガラス）などからなる支持基板１５を用意し、この支持基板１５の上記接合面１５ａにＡｕ／Ｃｒ（Ｔｉ）の積層構造などを有する被膜１６を形成する。この被膜１６は、まず支持基板１５の接合面１５ａ上にＣｒ又はＴｉなどからなる下地薄膜を蒸着やスパッタリングなどによって形成し、この下地薄膜上にさらにＡｕ薄膜を蒸着法などによって形成する。ここで、下地薄膜はＡｕ薄膜の密着性を向上させるためのものである。そして、支持基板１５の収容凹部１５ｂ内にヒータ５０を収容し、その配線コードを配線孔１５ｃに挿通した状態で、この被膜１６の形成された支持基板１５の接合面１５ａを清浄化されたシリコン基板１０の裏面に接触させ、加熱することによって図６に示すように接合する。ＡｕとＳｉとの共晶点は約３８０℃であり、この温度近傍に接合面を加熱することによって被膜１６の表面側のＡｕ薄膜とシリコン基板１０の表面とが共晶化し、Ａｕ−Ｓｉ共晶層を介してシリコン基板１０と支持基板１５とが固着される。もっとも、上記共晶点以下の温度（例えば３００℃）でも長時間加熱することによっても共晶化させることは可能である。この方法によれば、共晶化によってシリコン基板と支持基板とを接合しているため、接着剤などを用いる方法に較べてシリコン基板１０の反りや撓みが低減されるとともに、共晶化による強固な結合によって密着力を高めることができるので、支持基板の剥離事故などを低減できる。
【００４６】
なお、上記のシリコン基板１０と支持基板１５との接合時の加熱処理を、シリコン基板１０と支持基板１５の間に収容されたヒータ５０などの加熱手段によって行ってもよい。この場合には、シリコン基板１０と支持基板１５の間から接合面１５ａとシリコン基板１０の裏面との接触部に熱を直接に伝えることができるため、効率的に、且つ、確実に共晶化を進めることができる。
【００４７】
本実施形態の上記マイクロレンズ成形型は、そのまま、或いは、上記の表面被覆層１２を形成した状態で、マイクロレンズを構成するための透明樹脂を流し込み、光学面を備えた樹脂成形体を形成するようにして用いてもよく、また、マイクロレンズ成形型に透明樹脂を介してガラスなどの透明基板３２を接着し、透明基板上に固着された樹脂成形体を形成するように用いてもよい。この場合、樹脂成形体は凸曲面形状を備えているため、そのままでもマイクロレンズを構成することができる。さらに、樹脂成形体を屈折率の異なる別の透明樹脂を介して透明基板に接着してマイクロレンズを形成することもできる。
【００４８】
一方、上記のシリコン基板１０の表面上に例えば無電解メッキによってＮｉなどからなるメッキ層によって反転型を形成するようにしてもよい。この場合、マイクロレンズ成形型は成形された反転型として形成される。この場合、上記のようにして形成したＮｉなどからなる反転型に透明樹脂を介して透明基板を接着することによって、シリコン基板１０とほぼ同形状の樹脂成形体を形成することができる。そして、上記と同様に、この樹脂成形体にさらに屈折率の異なる透明樹脂を接合させることによってマイクロレンズを形成することができる。
【００４９】
上記のようにしてマイクロレンズを形成した後、例えば液晶パネルの一方のマイクロレンズを組み込んだパネル基板を形成する場合には、図８（ｃ）及び（ｄ）に示すように光学面に対して透明樹脂を介してガラス基板などの透明基板を接着した後、必要に応じて透明基板を薄肉化し、その上にパネル基板の内面構造、すなわち、遮光膜や透明電極などが形成される。
【００５０】
尚、本発明のマイクロレンズ成形型及びマイクロレンズの製造方法は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、加熱手段としては、上記のような抵抗発熱体を用いた電気ヒータに限らず、ペルチェ素子その他の熱電素子、温風供給装置、熱媒を用いた熱交換型の加熱装置など、電気的、或いは、非電気的な種々の加熱装置を用いることができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、マイクロレンズ成形型に成形基板の成形面を加熱するための加熱手段を設けることにより、成形面によって透明樹脂など成形素材を成形する際に成形素材を加熱することができるので、成形素材の粘度を加熱によって低減させた状態で成形することができる。したがって、成形素材の厚さを全体的に薄く形成することができるとともに、成形素材の粘度に起因して生ずる厚さのばらつきを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマイクロレンズ成形型の構造及び成形時の状態を示す概略説明図である。
【図２】本発明に係るマイクロレンズ成形型の実施形態の製造方法を示す工程説明図（ａ）〜（ｄ）である。
【図３】上記マイクロレンズ成形型のシリコン基板の表面に表面被覆層をコーティングした場合を示す概略断面図である。
【図４】上記マイクロレンズ成形型のシリコン基板の裏面に支持基板を陽極接合によって固着させる状態を示す概略構成図である。
【図５】上記マイクロレンズ成形型のシリコン基板の裏面に、被覆層を形成した支持基板を接合する状態を示す概略断面図である。
【図６】上記マイクロレンズ成形型のシリコン基板と支持基板とを共晶化接合によって固着させた状態を示す概略断面図である。
【図７】マイクロレンズの製造方法の実施形態において用いる透明樹脂の温度（℃）と粘度（ｃＰ：センチポアズ）との関係を示すグラフである。
【図８】従来のフォトポリマー法によるマイクロレンズアレイ乃至は液晶パネル用対向基板の製造方法を示す工程説明図（ａ）〜（ｄ）である。
【符号の説明】
１０…シリコン基板
１０ａ…凹部
１１…マスク層
１１ａ…ピンホール
１２…表面被覆層
１３…支持基板
１３ａ…接合面
１３ｂ…収容凹部
１３ｃ…配線孔
１４…ホットプレート
１５…支持基板
１５ａ…接合面
１５ｂ…収容凹部
１５ｃ…配線孔
１６…被膜
５０…ヒータ
【発明の属する技術分野】
本発明はマイクロレンズ成形型及びマイクロレンズ基板の製造方法に係り、特に、微細なマイクロレンズアレイを高精度に製造する場合に好適な製造方法及びその成形型の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マイクロレンズアレイを形成する方法としてフォトポリマー法と呼ばれる方法がある。この方法では、図８（ａ）に示すように、例えば、表面に曲面形状部２０ａを形成したマイクロレンズ成形型２０に、紫外線硬化型の未硬化の透明樹脂２２を介してガラス基板２１を接着し、紫外線を照射して透明樹脂２２を硬化させることにより曲面形状部２０ａに対応した光学面２２ａを成形し、ガラス基板２１及び透明樹脂２２をマイクロレンズ成形型２０から離型させた後、図８（ｂ）に示すように、この光学面２２ａ上に異なる屈折率を有する透明樹脂２３を介してガラス基板２４を接着する。
【０００３】
また、上記方法を用いて液晶パネルの構成要素であるパネル基板を形成する場合には、図８（ｃ）に示すようにガラス基板２４を研削加工、研磨加工或いはエッチング加工などによって薄肉化し、その後、図８（ｄ）に示すようにガラス基板２４の表面上に遮光膜２６及び透明電極２７を形成する。
【０００４】
上記の方法では、マイクロレンズ成形型を用いるために効率的且つ量産性良くマイクロレンズを製造することができる。上記のマイクロレンズ成形型は、例えば、ガラス基板の表面をマイクロレンズの光学面に対応した凹曲面形状にエッチングすることによって形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記方法では、マイクロレンズの少なくとも一部を構成する素材として高屈折率を有する透明樹脂を用いる場合、このような透明樹脂は一般に粘度が高いため、マイクロレンズ成形型によって成形される透明樹脂成形体の厚さが厚くなり、マイクロレンズ自体を薄型化することが難しいとともに、厚さのばらつきが大きくなるという問題点がある。
【０００６】
また、上記方法では、マイクロレンズ成形型を繰り返し使用することから破損し易く、特に大判のマイクロレンズ成形型を形成すると耐久性に欠けるという問題点がある。また、曲面形状部２０ａを備えたガラス基板をマイクロレンズ成形型２０とする場合、ガラスに対する加工法の制約によりマイクロレンズの光学面形状に対応した曲面形状部２０ａの形状を高精度に形成することが困難であるという問題点がある。特に不純物の多いガラスをエッチング加工すると、純粋なガラス（ＳｉＯ2）に対しては等方的なエッチング特性を有するエッチング液を用いても、平滑な光学面を得ることが難しいという問題点がある。
【０００７】
そこで本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、マイクロレンズの厚さを薄く形成することが可能であるとともに、厚さのばらつきを低減することができるマイクロレンズ成形型を提供することにある。また、破損しにくく、耐久性が高いとともに、従来よりも高精度の成形面形状を有するマイクロレンズ成形型を提供することにある。さらに、上記のような耐久性及び形状精度が高いマイクロレンズ成形型を用いることによって、薄型化可能であり、また、高精度で、歩留まりの高いマイクロレンズの製造方法を実現することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明のマイクロレンズ成形型は、マイクロレンズの光学面に対応する曲面形状部を形成した成形面を備えた成形基板を有し、該成形面を加熱するための加熱手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、マイクロレンズ成形型に成形基板の成形面を加熱するための加熱手段を設けることにより、成形面によって透明樹脂など成形素材を成形する際に成形素材を加熱することができるので、成形素材の粘度を加熱によって低減させた状態で成形することができる。したがって、成形素材の厚さを全体的に薄く形成することができるとともに、成形素材の粘度に起因して生ずる厚さのばらつきを低減することができる。また、マイクロレンズ成形型に加熱手段を設けることによって成形型の外部に加熱手段を取りつける必要もなくなる。
【００１０】
本発明において、前記成形基板の裏面に前記加熱手段が近接配置されていることが好ましい。この発明によれば、成形基板の裏面に加熱手段が近接配置されていることによって、成形基板の裏面を加熱し、成形基板の熱伝導によって成形面を加熱することができるので、成形面側に加熱手段を配置する必要がなく、成形を支障なく行うことが可能になる。
【００１１】
本発明において、前記成形基板の裏面には支持基板が固着され、前記成形基板と前記支持基板との間に前記加熱手段が配置されていることが好ましい。この発明によれば、成形基板の裏面に支持基板を固着することによって成形型の剛性を高めることができ、成形面の撓みや歪みを低減して高精度な光学面の成形を行うことができるとともに、成形基板と支持基板の間に加熱手段が配置されていることにより、成形基板を直接に加熱することができるので、効率的に加熱を行うことができる。この場合、成形基板と支持基板とによって加熱手段を収容するように構成することが特に望ましい。
【００１２】
本発明において、前記支持基板は、前記成形基板の裏面に陽極接合により直接に固着されていることが好ましい。この発明によれば、陽極接合によって成形基板と支持基板とが直接に固着されていることにより、接着剤などを介する必要がないので、接合面の撓みや不整合を生じにくく、成形基板の平坦性を維持することができる。
【００１３】
本発明において、前記支持基板は接合面に被膜を有し、前記成形基板の裏面と前記被膜とが共晶化接合によって固着されていることが好ましい。この発明によれば、成形基板と被膜とが共晶化接合によって固着されているため、接着剤を用いる場合に較べて接合面の撓みや不整合などを生じにくく、成形基板の平坦性を維持できるとともに、接合面が共晶化されていることによって高い密着力を得ることができる。また、支持基板に被膜を形成してこの被膜と成形基板とを共晶化しているため、支持基板の材質選定幅を広げることができる。
【００１４】
本発明において、前記被膜は、Ａｕ薄膜であり、前記成形基板は、シリコン基板であることを特徴とする。
また、本発明において、前記支持基板は、ガラス基板であり、前記被膜はＡｕ薄膜であり、前記Ａｕ薄膜と前記支持基板との間に密着性を高めるＣｒ層又はＴｉ層が形成されていることを特徴とする。
なお、上記の支持基板は、いずれの場合にも、例えば成形基板よりも剛性の高いものであることが好ましく、例えば、ガラス基板であることが望ましい。
【００１５】
本発明において、前記成形基板はシリコン基板からなることが好ましい。この発明によれば、シリコン基板を用いることにより、その不純物制御及び高品位化が容易であるとともに半導体製造技術を適用できる特性によって微細で高精度な曲面形状部を容易に形成することができるので、生産性を向上させることができるとともに、高精度な光学面形状を有するマイクロレンズを製造することが可能になる。特にＳｉは熱伝導率が高いため、ガラス等を型に用いるよりも加熱した場合の温度分布も優れている。この場合、特に、シリコン基板としてシリコン単結晶基板を用いることが好ましい。
【００１６】
本発明において、前記成形基板の表面を被覆する弗素系炭化物膜を備えていることが好ましい。この発明によれば、弗素系炭化物膜で成形面を被覆することにより、離型性が向上し、成形型の破損を低減することができるので、成形型の耐久性を高めることができる。ここで、弗素系炭化物膜としては、例えば弗素含有樹脂があり、特にポリテトラフルオロエチレンが好ましい。
【００１７】
本発明において、前記曲面形状部は略等方的な湿式エッチングによって形成された凹曲面部であることが好ましい。略等方的な湿式エッチングを用いることによって凹曲面状の成形面を容易に高精度に形成することができる。
【００１８】
次に、本発明に係るマイクロレンズ基板の製造方法は、シリコン基板の表面上にエッチング耐性を有するマスク層を形成し、該マスク層にピンホールを形成し、該ピンホールを介して前記シリコン基板を略等方的にエッチングしてマイクロレンズの光学面に対応する凹曲面部を形成し、前記マスク層を除去することによってシリコン基板からなるマイクロレンズ成形型を形成し、該マイクロレンズ成形型の背後に加熱手段を配置し、該加熱手段によって加熱しながら前記マイクロレンズ成形型若しくはその複製に未硬化の透明樹脂を適用させて硬化させることにより、前記凹曲面部に対応した凸曲面状の光学面を成形することを特徴とする。
【００１９】
また、シリコン基板の表面上にエッチング耐性を有するマスク層を形成し、該マスク層にピンホールを形成し、該ピンホールを介して前記シリコン基板を略等方的にエッチングしてマイクロレンズの光学面に対応する凹曲面部を形成し、前記マスク層を除去することによってシリコン基板からなるマイクロレンズ成形型を形成し、該マイクロレンズ成形型若しくはその複製を用いて前記凹曲面部に対応した凸曲面部を有する反転型を形成し、該反転型の背後に加熱手段を配置し、該加熱手段によって加熱しながら前記反転型に未硬化の透明樹脂を適用させて硬化させることにより、前記凸曲面部に対応した凹曲面状の光学面を成形することを特徴とする。
【００２０】
これらの発明によれば、シリコン基板をピンホールを形成したマスク層を介してエッチングすることによって容易に高精度な凹曲面部を形成することができ、マイクロレンズの光学面を高精度に成形することができる。
【００２１】
本発明において、前記マスク層は、シリコン基板の熱酸化膜であり、前記ピンホールをドライエッチング法により形成することが好ましい。この発明によれば、マスク層として熱酸化膜を用いることによって、緻密な膜を効率的に形成することができ、また、ドライエッチング法を用いるによって微細なピンホールを高精度に形成することができるので、凹曲面部を高精度にエッチング形成することが可能になる。
【００２２】
本発明において、前記凹曲面部を形成するために、弗酸と硝酸を主成分とするエッチング液を用いることが好ましい。弗酸と硝酸を主成分とするエッチング液によって湿式エッチングを行うことによって等方的なエッチングを行うことができるとともに、平滑なエッチング面を形成できる。
【００２３】
本発明において、さらに酢酸を加えた前記エッチング液を用いることが好ましい。エッチング液に酢酸を混入することによって等方的エッチング特性でしかも平滑なエッチング面が得られる組成範囲が拡大されるため、より安定的に高精度なエッチングを行うことができる。
【００２４】
本発明において、前記マイクロレンズ成形型の成形面に弗素系炭化物膜を成膜して用いることが好ましい。この場合、弗素系樹脂を用いることが好ましく、特にポリテトラフルオロエチレンを用いることが望ましい。
【００２５】
本発明において、前記マイクロレンズ成形型の反成形面に、該反成形面との間に前記加熱手段を収容する支持基板を固着させて用いることが好ましい。
【００２６】
本発明において、前記支持基板を前記反成形面に陽極接合により直接固着させて用いることが好ましい。この場合、シリコン基板の反成形面と支持基板の接合面とを鏡面化することが好ましい。
【００２７】
本発明において、前記支持基板の接合面に被膜を形成し、前記支持基板の前記反成形面と前記被膜とを共晶化接合により固着させて用いることが好ましい。なお、このとき、共晶化のための加熱を上記加熱手段で行うこともできる。また、例えば、支持基板の表面にＡｕ薄膜を形成し、このＡｕ薄膜をシリコン基板の反成形面に接触させて加熱し、Ａｕ−Ｓｉ共晶を形成することが好ましい。また、支持基板としてガラス基板を用いる場合には、Ａｕ薄膜の下地層としてＣｒ層やＴｉ層を形成して密着性を高めることが望ましい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明に係るマイクロレンズ成形型及びマイクロレンズ基板の製造方法の実施形態について詳細に説明する。図１は本実施形態のマイクロレンズ成形型の構造を示すものである。後述する方法によって形成されたマイクロレンズ成形型は、シリコン基板１０と、このシリコン基板１０に固着されたガラスなどからなる支持基板１３とを有する。シリコン基板１０には、半球状の凹部１０ａが複数配列形成されている。凹部１０ａはそれぞれがマイクロレンズの光学面を成形するためのものである。また、支持基板１３は、シリコン基板１０に固着された接合面１３ａと、この接合面１３ａに囲まれた収容凹部１３ｂとが形成されている。収容凹部１３ｂには電熱線などの発熱体を内蔵した加熱手段であるヒータ５０が収容されている。ヒータ５０は支持基板１３の側面に形成された配線孔１３ｃを通して外部から電力の供給を受けるようになっている。
【００２９】
上記のマイクロレンズ成形型を用いてマイクロレンズを製造するには、図１に示すようにマイクロレンズ成形型と、これによって成形される未硬化の透明樹脂１７及びガラスなどからなる透明基板１８とをチャンバ内に入れ、チャンバ内を真空状態にしたのち、ヒータ５０に通電し、マイクロレンズ成形型を透明基板１８に貼り合わせるようにして接着させる。すなわち、図示例では、透明基板１８上に光硬化型（例えば紫外線硬化型）の透明樹脂１７を塗布し、マイクロレンズ成形型を降下させて、その成形面を透明樹脂１７に押し付け、所定の圧力で加圧する。このとき、上記のヒータ５０は既に給電され、発熱しているので、熱伝導性の良好なシリコン基板１０は全体的に加熱された状態となっている。そして、透明樹脂１７を介してマイクロレンズ成形型と透明基板１８とが貼り合された状態で、しばらく時間を経過させ、シリコン基板１０から透明樹脂１７に熱が伝達される。透明樹脂１７に充分に熱が伝達されると、マイクロレンズ成形型の加圧状態を解除し、図示下方から光（紫外線）を照射して透明樹脂１７を硬化させる。
【００３０】
ここで、予めヒータ５０によるシリコン基板１０の加熱制御は、ヒータ５０に内蔵された図示しない温度センサからの検出温度によって一定温度に制御するようにしてもよく、或いは、所定の電力をヒータ５０の発熱体に供給して定常状態になるようにしてもよい。また、上記の成形時におけるシリコン基板１０から透明樹脂１７への熱供給は、シリコン基板１７が透明樹脂１７に接触した時点から予め定めた時間が経過するまでとし、その時間経過時に硬化処理を開始してもよく、或いは、透明樹脂１７の温度を放射温度計などで観測しながら、透明樹脂１７の温度が所定温度にまで上昇したとき、又は、透明樹脂１７の温度のばらつきが小さくなったときに、硬化処理を開始してもよい。
【００３１】
図７は、上記の透明樹脂１７の温度と粘度との関係を示すグラフである。このグラフからわかるように、常温（例えば２０℃）に較べると、４０℃まで加熱した場合、粘度は数分の一程度と大幅に低下する。したがって、４０℃程度に加熱しただけで透明樹脂１７の流動性は大幅に向上するため、透明樹脂１７の厚さを低減することができるとともに厚さのばらつきを削減することができる。さらに、流動性が向上することによってシリコン基板１０の凹部１０ａに対する充填性も向上するので、成形精度を高めることも可能になる。
【００３２】
上記説明では透明樹脂１７として光硬化型の樹脂材料を用いているが、熱硬化型の樹脂材料を用いてもよい。この場合、ヒータ５０の加熱によって一旦、樹脂材料の粘度を上記のように低下させた後、さらにヒータ５０の加熱温度を上昇させて樹脂材料を高温に加熱し、そのまま熱硬化させることができる。
【００３３】
図２は本実施形態におけるマイクロレンズ成形型の製造工程を示す工程説明図である。この実施形態では、まず、図２（ａ）に示すように、シリコン単結晶などからなるシリコン基板１０の表面にマスク層１１を形成する。シリコン基板１０は半導体製造によって８インチ以上の大型基板を容易に入手できる。マスク層１１としては、シリコンのエッチング処理においてエッチング速度がシリコンに対して十分に小さい種々の材料を堆積したものを用いることができるが、本実施形態では、シリコン基板１０を熱酸化して成るシリコン熱酸化膜である酸化シリコン層を形成する。酸化シリコン層は、シリコン基板に対して半導体製造技術を用いて容易に形成できるので、量産性良く、低コストで形成できるとともに、膜質としても緻密にすることができるため、安定したエッチング用のマスク層として用いることができる。なお、マスク層はＣＶＤ法やスパッタリング法などによっても形成できる。
【００３４】
次に、図２（ｂ）に示すように、シリコン基板１０の表面（図示上面）上にあるマスク層１１の部分にピンホール１１ａを形成する。このピンホール１１ａは、例えば、フォトリソグラフィ法によってマスク層１１上にさらにフォトレジストからなるレジスト層を被覆し、このレジスト層を露光、現像して部分的に細孔を形成し、この細孔を通してＣＨＦ3等のガスを用いたドライエッチングを施すことによって形成できる。ピンホール１１ａは、製造しようとするマイクロレンズアレイにおける各マイクロレンズの光学中心の配列に合せて配置される。ピンホール１１ａの開口径は実際に形成しようとする後述する凹部１０ａの径よりも十分に小さいことが望ましく、例えば約５μｍ程度である。
【００３５】
次に、図２（ｃ）に示すように、シリコン基板１０に湿式エッチングを施すことによってシリコン基板１０の表面上に略半球状の凹曲面からなる凹部１０ａを形成する。この湿式エッチングには、シリコン基板１０を等方的にエッチングできるエッチング液、例えば、弗化水素と硝酸の混合水溶液などの弗酸系のエッチング液を用いる。弗酸と硝酸の混合比は、シリコン基板１０に対するエッチングの等方性が得られ、しかも、エッチング面の平滑性が得られるように調製する。また、シリコン基板１０／マスク層１１のエッチング選択比が実用範囲（例えば１０以上）になるように調製されることが好ましい。通常、選択比が１０以上ある場合、酸化シリコン層の厚さとして１．５μｍ程度あれば十分に凹部１０ａを形成することができる。
【００３６】
シリコン基板凹部１０ａの表面はマイクロレンズの光学面となるので、特に、光学面形状を決定するエッチングの等方性と、光学面の面粗さを決定するエッチング面の平滑性が重要になる。エッチングの等方性が得られるとともにエッチング面の平滑性が得られるエッチング液の組成範囲は、酢酸を加えることによって広がるので、より安定的にエッチング処理を施すことができる。組成比の例としては、体積比でＨＦ：ＨＮＯ3：ＣＨ3ＣＯＯＨ＝１：３：８、或いは、９：７５：３０である。但し、ＨＦは純度５０ｗｔ％の電子工業用規格の試薬を、ＨＮＯ3は純度６１ｗｔ％の電子工業用試薬を、ＣＨ3ＣＯＯＨは純度９６ｗｔ％の電子工業用試薬をそれぞれ用いた。
【００３７】
なお、この工程は上記のような湿式エッチングに限らず、４弗化炭素、酸素、塩素などを活性種とする種々のドライエッチングによって行っても良い。
【００３８】
本実施形態では、シリコン基板１０の表面に平面視円形の輪郭を有する略半球状の凹部１０ａを形成しているが、上記ピンホール１１ａの形状によって、その輪郭形状は円形に限らず、矩形、正方形などの種々の形状に形成しても構わない。マイクロレンズの光学面を構成するための凹部１０ａの径は、マイクロレンズアレイの使用目的や利用分野によって様々であるが、例えば１〜１００μｍ、好ましくは１０〜５０μｍ程度である。電気光学装置、特に液晶装置に用いるものは、各画素領域の大きさとほぼ同サイズに形成される。
【００３９】
次に、図２（ｄ）に示すように、凹部１０ａの形成されたシリコン基板１０の表面側のマスク層１１を除去する。このマスク層１１の除去は、例えば、弗酸と弗化アンモニウムの混合水溶液を用いた湿式エッチングによって行う。このとき、シリコン基板１０の側面及び裏面（図示下面）にエッチング耐性を有する被覆層を形成し、側面及び裏面に形成されたマスク層１１は除去せずに残すようにしてもよい。この場合、残されたマスク層１１は、後述するシリコン基板１０と支持基板との接合時などのようにシリコン基板１０の裏面（図示下面）を露出させる必要が生ずるまでシリコン基板１０の裏面を保護する役割を果たす。
【００４０】
このようにして形成したマイクロレンズ成形型は、シリコン基板１０を基材として用いることによって、凹部１０ａの微細な加工を半導体製造技術を用いて高精度に行うことができ、また、大型のシリコン基板を容易に入手でき、しかも容易に加工できるため、成形型の製造時の歩留まりや量産性が向上する。
【００４１】
上記のようにして形成したマイクロレンズ成形型は、そのままでは離型性が悪いため破損しやすく、耐久性が必ずしも充分でない。そこで、図３に示すように、少なくとも成形面である表面（図示上面）上に弗素系炭化物膜からなる表面被覆層１２を形成することが好ましい。表面被覆層１２は、例えば、ポリテトラフルオロエチレンからなる弗素樹脂層である。表面被覆層１２は蒸着、スパッタリング、スピンコーティング、ディッピング（浸漬）などの方法によって形成される。この表面被覆層１２を形成することによって、成形時における離型性が向上し、離型時におけるマイクロレンズ成形型の破損の確率が低減し、型の平均寿命が大幅に伸びる。
【００４２】
次に、図４に示すように、上記のマイクロレンズ成形型のシリコン基板１０の裏面が鏡面でない場合にはラッピングやポリッシングなどによって鏡面化した上で、その裏面を清浄化し、このシリコン基板１０をその表面を下にして導電性のホットプレート１４上に載置する。そして、このシリコン基板１０の裏面を、ガラス（例えば「パイレックスガラス」商標名）などからなる支持基板１３の鏡面化された清浄な表面に密着させ、３００〜４５０℃程度に加熱しながら、この支持基板１３と、ホットプレート１４との間に２００〜１０００Ｖ、好ましくは約３００Ｖの電圧を印加することによって、シリコン基板１０と支持基板１３とを陽極接合させる。支持基板１３には予め接合面１３ａの内側に収容凹部１３ｂが形成されており、さらに配線孔１３ｃも穿設されている。この収容凹部１３ｂに上記のヒータ５０を入れ、配線孔１３ｃにヒータ５０の配線を挿通させた状態で、上記のように接合面１３ａをシリコン基板１０の裏面に密着させ、陽極接合させる。この場合、支持基板１３としては、シリコン基板１０よりも剛性が高いものであることが好ましい。したがって、例えば、シリコン基板１０よりも厚い支持基板１３を用いることが好ましい。また、支持基板１３の接合面は高精度な平坦面（鏡面）に形成されていることが望ましい。
【００４３】
シリコン基板１０を支持基板１３に接合させることによって、マイクロレンズ成形型としての剛性が高くなるので、マイクロレンズ成形型を用いた成形時において、成形型の撓みや歪みによって成形された樹脂層に厚みムラが発生し、この厚みムラによってマイクロレンズアレイの歪みが生ずることなどを抑制できる。また、この実施形態では、接着剤などを介することなくシリコン基板１０を支持基板１３に直接接合させているので、シリコン基板１０の平坦性を高めることができ、シリコン基板１０が撓んだ状態で無理に支持基板１３に固着されることも回避できる。
【００４４】
また、支持基板１３にはヒータ５０が収容されているので、シリコン基板１０を直接に加熱することができるとともに、別途、ヒータ５０を取りつけるための取付構造を設ける必要がなくなる。この実施形態ではヒータ５０は支持基板１３に形成された収容凹部１３ｂ内に配置されるが、逆にシリコン基板１０の裏面に収容凹部を形成し、この収容凹部内にヒータ５０などの加熱手段を配置しても構わない。もちろん、シリコン基板１０及び支持基板１３の双方に収容凹部を形成し、両収容凹部を対向させて形成した収容空間内に加熱手段を配置してもよい。
【００４５】
次に、上記の陽極接合によるシリコン基板１０と支持基板１３の接合方法の代わりに用いることのできる方法を図５及び図６を参照して説明する。まず、図５に示すように、上記の支持基板１３と同様に、接合面１５ａ、収容凹部１５ｂ及び配線孔１５ｃを備えた、ガラス（例えば「パイレックスガラス」商標名等のほうケイ酸ガラス）などからなる支持基板１５を用意し、この支持基板１５の上記接合面１５ａにＡｕ／Ｃｒ（Ｔｉ）の積層構造などを有する被膜１６を形成する。この被膜１６は、まず支持基板１５の接合面１５ａ上にＣｒ又はＴｉなどからなる下地薄膜を蒸着やスパッタリングなどによって形成し、この下地薄膜上にさらにＡｕ薄膜を蒸着法などによって形成する。ここで、下地薄膜はＡｕ薄膜の密着性を向上させるためのものである。そして、支持基板１５の収容凹部１５ｂ内にヒータ５０を収容し、その配線コードを配線孔１５ｃに挿通した状態で、この被膜１６の形成された支持基板１５の接合面１５ａを清浄化されたシリコン基板１０の裏面に接触させ、加熱することによって図６に示すように接合する。ＡｕとＳｉとの共晶点は約３８０℃であり、この温度近傍に接合面を加熱することによって被膜１６の表面側のＡｕ薄膜とシリコン基板１０の表面とが共晶化し、Ａｕ−Ｓｉ共晶層を介してシリコン基板１０と支持基板１５とが固着される。もっとも、上記共晶点以下の温度（例えば３００℃）でも長時間加熱することによっても共晶化させることは可能である。この方法によれば、共晶化によってシリコン基板と支持基板とを接合しているため、接着剤などを用いる方法に較べてシリコン基板１０の反りや撓みが低減されるとともに、共晶化による強固な結合によって密着力を高めることができるので、支持基板の剥離事故などを低減できる。
【００４６】
なお、上記のシリコン基板１０と支持基板１５との接合時の加熱処理を、シリコン基板１０と支持基板１５の間に収容されたヒータ５０などの加熱手段によって行ってもよい。この場合には、シリコン基板１０と支持基板１５の間から接合面１５ａとシリコン基板１０の裏面との接触部に熱を直接に伝えることができるため、効率的に、且つ、確実に共晶化を進めることができる。
【００４７】
本実施形態の上記マイクロレンズ成形型は、そのまま、或いは、上記の表面被覆層１２を形成した状態で、マイクロレンズを構成するための透明樹脂を流し込み、光学面を備えた樹脂成形体を形成するようにして用いてもよく、また、マイクロレンズ成形型に透明樹脂を介してガラスなどの透明基板３２を接着し、透明基板上に固着された樹脂成形体を形成するように用いてもよい。この場合、樹脂成形体は凸曲面形状を備えているため、そのままでもマイクロレンズを構成することができる。さらに、樹脂成形体を屈折率の異なる別の透明樹脂を介して透明基板に接着してマイクロレンズを形成することもできる。
【００４８】
一方、上記のシリコン基板１０の表面上に例えば無電解メッキによってＮｉなどからなるメッキ層によって反転型を形成するようにしてもよい。この場合、マイクロレンズ成形型は成形された反転型として形成される。この場合、上記のようにして形成したＮｉなどからなる反転型に透明樹脂を介して透明基板を接着することによって、シリコン基板１０とほぼ同形状の樹脂成形体を形成することができる。そして、上記と同様に、この樹脂成形体にさらに屈折率の異なる透明樹脂を接合させることによってマイクロレンズを形成することができる。
【００４９】
上記のようにしてマイクロレンズを形成した後、例えば液晶パネルの一方のマイクロレンズを組み込んだパネル基板を形成する場合には、図８（ｃ）及び（ｄ）に示すように光学面に対して透明樹脂を介してガラス基板などの透明基板を接着した後、必要に応じて透明基板を薄肉化し、その上にパネル基板の内面構造、すなわち、遮光膜や透明電極などが形成される。
【００５０】
尚、本発明のマイクロレンズ成形型及びマイクロレンズの製造方法は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、加熱手段としては、上記のような抵抗発熱体を用いた電気ヒータに限らず、ペルチェ素子その他の熱電素子、温風供給装置、熱媒を用いた熱交換型の加熱装置など、電気的、或いは、非電気的な種々の加熱装置を用いることができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、マイクロレンズ成形型に成形基板の成形面を加熱するための加熱手段を設けることにより、成形面によって透明樹脂など成形素材を成形する際に成形素材を加熱することができるので、成形素材の粘度を加熱によって低減させた状態で成形することができる。したがって、成形素材の厚さを全体的に薄く形成することができるとともに、成形素材の粘度に起因して生ずる厚さのばらつきを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマイクロレンズ成形型の構造及び成形時の状態を示す概略説明図である。
【図２】本発明に係るマイクロレンズ成形型の実施形態の製造方法を示す工程説明図（ａ）〜（ｄ）である。
【図３】上記マイクロレンズ成形型のシリコン基板の表面に表面被覆層をコーティングした場合を示す概略断面図である。
【図４】上記マイクロレンズ成形型のシリコン基板の裏面に支持基板を陽極接合によって固着させる状態を示す概略構成図である。
【図５】上記マイクロレンズ成形型のシリコン基板の裏面に、被覆層を形成した支持基板を接合する状態を示す概略断面図である。
【図６】上記マイクロレンズ成形型のシリコン基板と支持基板とを共晶化接合によって固着させた状態を示す概略断面図である。
【図７】マイクロレンズの製造方法の実施形態において用いる透明樹脂の温度（℃）と粘度（ｃＰ：センチポアズ）との関係を示すグラフである。
【図８】従来のフォトポリマー法によるマイクロレンズアレイ乃至は液晶パネル用対向基板の製造方法を示す工程説明図（ａ）〜（ｄ）である。
【符号の説明】
１０…シリコン基板
１０ａ…凹部
１１…マスク層
１１ａ…ピンホール
１２…表面被覆層
１３…支持基板
１３ａ…接合面
１３ｂ…収容凹部
１３ｃ…配線孔
１４…ホットプレート
１５…支持基板
１５ａ…接合面
１５ｂ…収容凹部
１５ｃ…配線孔
１６…被膜
５０…ヒータ
Claims (7)
- マイクロレンズの光学面に対応する曲面形状部を形成した成形面を備えた成形基板と、前記成形基板の裏面に固着された支持基板と、
前記成形基板と前記支持基板との間であって前記成形基板の成形面と対向する裏面に接して配置され、該成形面を加熱するための加熱手段と、
前記成形基板の少なくとも前記成型面である表面を被覆する弗素系炭化物膜と、を備えたマイクロレンズ成型型の製造方法であって、
前記弗素系炭化物膜の形成方法は、ポリテトラフルオロエチレンからなる弗素樹脂層をスパッタリングによって形成する方法であることを特徴とするマイクロレンズ成形型の製造方法。 - マイクロレンズの光学面に対応する曲面形状部を形成した成形面を備えた成形基板と、前記成形基板の裏面に陽極接合により直接的に固着された支持基板と、
前記成形基板と前記支持基板との間に配置され、前記成型基板の成形面を加熱するための加熱手段と、
前記成形基板の少なくとも前記成型面である表面を被覆する弗素系炭化物膜と、を備えたマイクロレンズ成型型の製造方法であって、
前記弗素系炭化物膜の形成方法は、ポリテトラフルオロエチレンからなる弗素樹脂層をスパッタリングによって形成する方法であることを特徴とするマイクロレンズ成形型の製造方法。 - マイクロレンズの光学面に対応する曲面形状部を形成した成形面を備えた成形基板と、
前記成形基板の裏面に固着された支持基板と、
前記成形基板と前記支持基板との間に配置され、前記成型基板の成形面を加熱するための加熱手段と、
前記成形基板の少なくとも前記成型面である表面を被覆する弗素系炭化物膜と、を備えたマイクロレンズの成型型の製造方法であって、
前記弗素系炭化物膜の形成方法は、ポリテトラフルオロエチレンからなる弗素樹脂層をスパッタリングによって形成する方法であり、
前記支持基板は接合面に被膜を有し、前記成形基板の裏面と前記被膜とが共晶化接合によって固着されていることを特徴とするマイクロレンズ成形型の製造方法。 - 請求項３において、前記成形基板は、シリコン基板であり、
前記成形基板の裏面及び前記支持基板の接合面は、鏡面化されることを特徴とするマイクロレンズ成形型の製造方法。 - 請求項３において、前記被膜は、Ａｕ薄膜であり、前記成形基板は、シリコン基板であることを特徴とするマイクロレンズ成形型の製造方法。
- 請求項１から請求項３までのいずれか１項において、前記成形基板はシリコン基板からなることを特徴とするマイクロレンズ成形型の製造方法。
- 請求項１から請求項６までのいずれか１項において、前記曲面形状部は凹曲面部として略等方的な湿式エッチングによって形成されることを特徴とするマイクロレンズ成形型の製造方法。
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