JP4361230B2

JP4361230B2 - マイクロレンズの作製方法

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Publication number: JP4361230B2
Application number: JP2001289782A
Authority: JP
Inventors: 康弘佐藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2009-11-11
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロレンズの作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マイクロレンズの作製方法としては、液体の表面張力を利用したものが知られている。特開２０００−２８０３６７公報では、基板表面にノズルから未硬化状態の樹脂を滴下し、表面張力で半球状になった樹脂を硬化させてマイクロレンズとする発明が開示されている。また、特開平９−８２６６号公報には、基板全面に感光性の樹脂材料であるフォトレジスト膜を形成し、フォトマスクを用いて露光し及び現像することによりマイクロレンズを形成したい位置以外のフォトレジストを除去し、残ったフォトレジストを高温でリフローさせて半球状にし、その半球状のフォトレジストを再度硬化させてマイクロレンズを形成する発明が開示されている。また、特開２０００−１３１５０８公報では、マイクロレンズを使った光ピックアップ用２枚組レンズの発明について開示されており、マイクロレンズの作製方法としてはリフロー法、レンズ表面を非球面形状とする方法としてはグレイスケールマスクを利用した方法が取り上げられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
特開平９−８２６６号公報に記載された発明によれば、マイクロレンズの高さ寸法は塗布したフォトレジスト膜の厚さ寸法で決まってしまう。紫外線で露光を行うタイプの一般的なフォトレジストでは、塗布方法や感度の問題から、厚さ寸法は最大でも１００μｍ程度であり、リフロー後のフォトレジストがそのままの体積で半球状のマイクロレンズになったとしてもそのマイクロレンズの高さ寸法は１００μｍ程度が限界であり、あまり大きな高さ寸法のマイクロレンズを作製することはできない。したがって、マイクロレンズの直径が大きくなると、開口数を大きくすることが困難になる。さらに、この方法では、マイクロレンズの形状は表面張力で決まってしまうため、非球面のマイクロレンズを形成することは困難である。このように、マイクロレンズの高さ寸法を大きくできないこと、及び、レンズ表面を非球面形状にできないこと等により、開口数を大きくすることや収差を小さくすることには限界がある。
【０００４】
特開２０００−２８０３６７公報に記載された発明によれば、未硬化状態の樹脂の粘度、基板表面の濡れ性等をコントロールすることにより、かなり高さ寸法の大きなマイクロレンズを作製することが可能である。しかし、表面の形状は表面張力で決まってしまうため、表面を非球面形状として収差を減らすことは困難である。
【０００５】
特開２０００−１３１５０８公報に開示されているグレイスケールマスクを用いることにより、非球面形状の作製が可能であるが、レジストリフロー法と同様に、レジストの厚さが制限される。ここで、一般的なグレイスケールマスクは数１００階調の透過率変化を与えることができるが、グレイスケールマスクの階調数を“ｎ”、レジスト膜厚を“Ｔ”とすると、“Ｔ／ｎ＜レンズの精度”にする必要がある。また、グレイスケールマスクの階調数は、市販されているＭＥＭＳＯＰＴＩＣＡＬ社製で、２００のものがある。一方、光ディスクで使用するレンズの精度は使用する波長の１／１０程度であり、ＤＶＤ（波長λ＝０．６５μｍ）では０．０５μｍ程度の精度が必要になる。Ｔ＝１００μｍ、ｎ＝２００階調とした場合、１００／２００＝０．５μｍとなる。つまり、マイクロレンズの作製方法としてリフロー法を用い、レンズの表面を非球面形状とする方法としてグレイスケールマスクを利用したのでは、表面が非球面形状となったマイクロレンズを精度良く形成することはできない。
【０００６】
本発明の目的は、高さ寸法が大きく、表面が非球面形状であるマイクロレンズを精度良く形成することである。
【０００７】
本発明の別の目的は、高さ寸法が大きく、表面が非球面形状であるマイクロレンズを精度良く形成するために必要なフォトマスクを得ることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、未硬化状態の樹脂を基板上に滴下させ、滴下された樹脂を前記基板上で硬化させて半球状のマイクロレンズを作製するマイクロレンズの作製方法において、前記樹脂として感光性樹脂を用い、前記基板上で半球状に硬化した硬化済感光性樹脂に対して透過率分布をもったフォトマスクを通して露光する露光工程と、前記硬化済感光性樹脂の露光部分を現像する現像工程と、を有する。
【０００９】
したがって、未硬化状態の感光性樹脂を基板に滴下させてその感光性樹脂を半球状に硬化させるため、半球状に硬化した硬化済感光性樹脂の高さ寸法を大きくすることが可能となる。さらに、基板上で半球状に硬化した硬化済感光性樹脂に対して透過率分布をもったフォトマスクを通して露光を行い、その後現像することにより、硬化済感光性樹脂の露光面側がフォトマスクの透過率分布に応じて溶解除去され、硬化済感光性樹脂の表面を非球面形状としたマイクロレンズを得ることができる。しかも、露光・現像により溶解除去される硬化済感光性樹脂の寸法が小さいため、精度の良いマイクロレンズを得ることができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、未硬化状態の樹脂を基板上に滴下させ、滴下された樹脂を前記基板上で硬化させて半球状のマイクロレンズを作製するマイクロレンズの作製方法において、前記樹脂として露光により体積が変化する体積可変樹脂を用い、前記基板上で半球状に硬化した硬化済体積可変樹脂に対して透過率分布をもったフォトマスクを通して露光する露光工程、を有することを特徴とする。
【００１１】
したがって、未硬化状態の体積可変樹脂を基板に滴下させてその体積可変樹脂を半球状に硬化させるため、半球状に硬化した硬化済体積可変樹脂の高さ寸法を大きくすることが可能となる。さらに、基板上で半球状に硬化した硬化済体積可変樹脂に対して透過率分布をもったフォトマスクを通して露光することにより、硬化済体積可変樹脂の露光面側がフォトマスクの透過率分布に応じて体積が変化し、硬化済体積可変樹脂の表面を非球面形状としたマイクロレンズを得ることができる。しかも、硬化済体積可変樹脂における露光により体積を可変される寸法が小さいため、精度の良いマイクロレンズを得ることができる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１記載のマイクロレンズ作製方法において、現像工程で現像された後の前記硬化済感光性樹脂に対して異方性ドライエッチングを行うことにより現像後の前記硬化済感光性樹脂の形状を前記基板に転写する工程を有することを特徴とする。
【００１３】
したがって、露光及び現像により表面を非球面形状とされた硬化済感光性樹脂の形状が基板に転写されるので、感光性樹脂では対応できないような波長や温度に対応できるマイクロレンズを作製することができる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項２記載のマイクロレンズ作製方法において、露光工程で露光された後の前記硬化済体積可変樹脂に対して異方性ドライエッチングを行うことにより露光後の前記硬化済体積可変樹脂の形状を前記基板に転写する工程を有することを特徴とする。
【００１５】
したがって、露光により表面を非球面形状とされた硬化済体積可変樹脂の形状が基板に転写されるので、体積可変樹脂では対応できないような波長や温度に対応できるマイクロレンズを作製することができる。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか一記載のマイクロレンズの作製方法において、前記基板上に滴下される樹脂に対して濡れ性の高い高濡れ性薄膜を前記基板の表面に形成する高濡れ性薄膜形成工程と、前記高濡れ性薄膜を前記樹脂を滴下する領域の形状に合わせてパターニングするパターニング工程と、を有することを特徴とする。
【００１７】
したがって、基板上に高濡れ性薄膜を形成してパターニングすることにより、滴下した感光性樹脂又は体積可変樹脂の広がりを制御することができ、滴下後に硬化された硬化済感光性樹脂又は硬化済体積可変樹脂の高さ寸法をより大きくすることができ、作製されるマイクロレンズの高さ寸法をより大きくすることができるとともにそのマイクロレンズの精度を高めることができる。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか一記載のマイクロレンズの作製方法において、前記基板上に滴下されて硬化した前記硬化済感光性樹脂又は前記硬化済体積可変樹脂に対して前記フォトマスクを通して露光するときに、前記硬化済感光性樹脂又は前記硬化済体積可変樹脂の高さ寸法より大きな高さ寸法のスペーサを前記基板と前記フォトマスクとの間に挟むことを特徴とする。
【００１９】
したがって、硬化済感光性樹脂又は硬化済体積可変樹脂に対してフォトマスクが接触することがなく、そのような接触による硬化済感光性樹脂又は硬化済体積可変樹脂の傷付きが防止される。また、硬化済感光性樹脂又は硬化済体積可変樹脂とフォトマスクとの間隔が安定して維持され、硬化済感光性樹脂又は硬化済体積可変樹脂に対する露光状態が安定し、作製されるマイクロレンズの形状のバラツキが抑えられる。
【００２０】
請求項７記載の発明は、請求項１、３、５又は６のいずれか一記載のマイクロレンズの作製方法において、前記感光性樹脂には、マイクロレンズの設計値と前記基板上で硬化した半球状の前記硬化済感光性樹脂との形状のズレ量の最大値を“ｅ”、前記基板上で硬化した半球状の前記硬化済感光性樹脂の高さ寸法を“ｔ”とした場合、露光による影響が及ぶ最大深さ寸法“ｄ”が、“ｅ≦ｄ＜ｔ”となるように露光された光を吸収する色素が混合されていることを特徴とする。
【００２１】
したがって、露光された光が硬化済感光性樹脂内で多重反射して定在波効果を起こすことが防止され、定在波効果が原因となるマイクロレンズの形状誤差が少なくなる。
【００２２】
請求項８記載の発明は、請求項５ないし請求項７のいずれか一記載のマイクロレンズ作製方法において、前記高濡れ性薄膜は、前記硬化済感光性樹脂又は前記硬化済体積可変樹脂を露光した光を吸収する性質を有することを特徴とする。
【００２３】
したがって、露光された光が硬化済感光性樹脂又は硬化済体積可変樹脂内で多重反射して定在波効果を起こすことが防止され、定在波効果が原因となるマイクロレンズの形状誤差が少なくなる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態を図１ないし図８に基づいて説明する。図１はマイクロレンズの作製工程を示す工程図、図２ないし図８はマイクロレンズの作製で使用するフォトマスクの作製手順を説明するためのフローチャート、グラフ等である。
【００２７】
まず、図１（ａ）に示すように、基板である石英基板１を準備し、この石英基板１上にマイクロシリンジ２を用いて未硬化状態の感光性樹脂であるフォトレジスト３を所定量滴下する。ここで、フォトレジスト３の粘性や滴下量をコントロールすることにより、滴下された後に表面張力で半球状となるフォトレジスト３の形状をコントロールすることができる。
【００２８】
なお、フォトレジスト３を滴下する前に、石英基板１の表面を十分に洗浄し、必要な場合にはプライマー処理を行う。石英基板１の洗浄は表面の有機物を除去することを主目的としており、Ｈ_２ＳＯ_４とＨ_２Ｏ_２とを１：１の比率で混合した洗浄液を用いた。プライマー処理は、石英基板１のフォトレジスト３に対する塗れ性を高める処理であり、ヘキサメチルジシラザンを用いた。石英基板１はフォトレジスト３に対する濡れ性が悪く、滴下したフォトレジスト３はほぼ半球状になるが、プライマー処理等によって石英基板１の塗れ性をコントロールすることで、滴下されたフォトレジスト３の形状を変化させることができ、必要な形状が得られるようになる。なお、このプライマー処理は、使用する基板と感光性樹脂との種類によっては、不要となる場合もある。また、フォトレジスト３の滴下量をコントロールするためにマイクロシリンジ２を用いた場合を例に挙げて示したが、フォトレジスト３の滴下量をより一層正確に制御するためには、微小キャビティ内に収容されているフォトレジスト３をピエゾ素子の駆動で吐出させる構造としてもよい。
【００２９】
図１（ｂ）は、石英基板１上に滴下されたフォトレジスト３を硬化させ、半球状の硬化済感光樹脂である硬化済フォトレジスト３ａが形成された状態を示している。フォトレジスト３を硬化させるためにはベーク処理が有効であり、このベーク処理はホットプレートやオーブンなどを用いて行うことができる。
【００３０】
図１（ｃ）は、硬化済フォトレジスト３ａに対して透過率分布をもったフォトマスクであるグレイスケールマスク４を通して露光する露光工程を示したものである。露光装置としては、アライナーやステッパーを用いることができる。グレイスケールマスク４の詳細については後述するが、露光時には、硬化済フォトレジスト３ａの表面に傷が付かないようにするため、硬化済フォトレジスト３ａの表面からグレイスケールマスク４までを数μｍから数１０μｍ離した状態で近接露光することが望ましい。但し、グレイスケールマスク４に入射する光が完全に平行光ではないため、グレイスケールマスク４を透過した光は硬化済フォトレジスト３ａに届くまでの距離によって若干強度分布が変化する。露光のたびにこの距離（グレイスケールマスク４と硬化済フォトレジスト３ａとの距離）がばらつくと露光後の硬化済フォトレジスト３ａの形状も変わってしまうので、グレイスケールマスク４と硬化済フォトレジスト３ａとの距離を一定にするため、硬化済フォトレジスト３ａの高さ寸法より若干大きな高さ寸法のスペーサ５を、石英基板１とグレイスケールマスク４との間に挟んでおく。
【００３１】
ここで、露光により硬化済フォトレジスト３ａを感光させる必要がある深さは、目的とするマイクロレンズの非球面形状の設計値と、硬化済フォトレジスト３ａの形状とのズレ量に相当する深さである。これは、設計にもよるが、硬化済フォトレジスト３ａの高さ寸法の数％〜数１０％程度に抑えることができる。したがって、高さが１００μｍのマイクロレンズを作製する場合でも、高感度型のフォトレジストは必要でなく、厚く塗布しても感光する深さが数１０μｍ程度の感度の低いフォトレジストを利用することができる。例えば、平坦に塗布したフォトレジストに対してグレイスケールマスクを通して露光する場合、高さ寸法が１００μｍの非球面レンズを作るには、１００μｍの厚さで感光させることができる高感度の特殊なフォトレジストが必要になるが、感光する厚さが数１０μｍ程度のフォトレジストでも使用可能であり、目的に応じて様々な感光性樹脂を使うことができる。
【００３２】
図１（ｄ）は、グレイスケールマスク４を通して露光処理を行った後に、現像処理を行った状態である。この現像処理により、破線で示すように半球状であった硬化済フォトレジスト３ａにおける露光部分が溶解除去され、硬化済感光性樹脂３ａの表面が非球面形状となったマイクロレンズ６を得ることができる。
【００３３】
ここで、硬化済フォトレジスト３ａは未硬化状態のフォトレジスト３を滴下して硬化させたものであるので、この硬化済フォトレジスト３ａの高さ寸法を大きくすることが容易であるとともにマイクロレンズ６の高さ寸法を大きくすることができ、しかも、そのマイクロレンズ６の表面を非球面形状とすることができる。これにより、開口数が大きく収差の小さいマイクロレンズ６を得ることができる。また、露光・現像により溶解除去される硬化済感光性樹脂３ａの寸法が小さいため、精度の良いマイクロレンズ６を得ることができる。
【００３４】
つぎに、グレイスケールマスク４について詳しく説明する。グレイスケールマスク４は光の透過率分布をもち、グレイスケールマスク４に光の透過率分布を与える方法としては、米国キャニオンマテリアル社等から市販されている、電子線などの高エネルギービームの照射により透過率が変化するタイプのガラスを用いる方法や、通常のクロムマスクに微細な開口パターンを多数配置し、その開口の大きさを変化させることで単位面積当りの透過光量を変化させて擬似的に透過率を変化させる方法等がある。それぞれにマスク設計の容易さや微細なパターンへの対応しやすさ等の特徴があるので、必要に応じて選べばよい。ここでは、半導体などのフォトリソグラフィーで一般的に使われているクロムマスクを利用した、微細な開口パターンを多数配置するタイプのものについて説明する。階調数は２００階調とした。
【００３５】
グレイスケールマスク４の作製手順を図２のフローチャートに基づいて説明する。まず、非球面レンズであるマイクロレンズ６の設計を行う（ステップＳ１）。非球面レンズの設計は、市販の光学シミュレータを用いることにより比較的容易に行うことができる。ここでは、光ピックアップ用に直径が６００μｍ、高さが１０６μｍの非球面レンズとした。図３は設計したマイクロレンズ６の設計値を示したグラフである。
【００３６】
つぎに、設計したマイクロレンズ６を作製するために適した量のフォトレジスト３を石英基板１上に滴下して硬化させることにより硬化済フォトレジスト３ａを作製し、その硬化済フォトレジスト３ａの形状を測定する（ステップＳ２）。図４は、硬化済フォトレジスト３ａの形状を実線で示し、マイクロレンズ６の設計値を破線で示したグラフである。ここで、硬化済フォトレジスト３ａの形状は、マイクロレンズ６の全体をカバーできる形状、つまり、硬化済フォトレジスト３ａの外形寸法がマイクロレンズ６の設計値より大きいことが必要である。
【００３７】
つぎに、硬化済フォトレジスト３ａの形状とマイクロレンズ６の設計値とのズレ量を求める（ステップＳ３）。図５はそのズレ量を示したグラフである。このズレ量の最大値は１２μｍである。
【００３８】
つぎに、フォトレジストを塗布した基板を、図６に示したように光の透過率のパターンを順番に２００個配列したグレイスケールのテストマスク７を用いて露光し、露光後に現像することにより、図７に示したような透過率−フォトレジスト現像深さ変換テーブルを作成する（ステップＳ４）。図８は、図７の透過率−フォトレジスト現像深さ変換テーブルを元に作成した透過率とフォトレジストの現像深さとを示したグラフである。露光量は、最も透過率の高いパターンが露光された部分の深さが１２μｍ以上になるように設定する。硬化済フォトレジスト３ａの形状とマイクロレンズ６の設計値との差が１２μｍなので、２００階調のグレイスケールマスクでも、１２μｍ／２００＝０．０６μｍ程度の誤差でグレイスケールマスクを作製できる。
【００３９】
つぎに、硬化済フォトレジスト３ａとマイクロレンズ６の設計値とのズレ量と、透過率−フォトレジスト現像深さ変換テーブルとを参照して、グレイスケールマスクの透過率分布を決定する（ステップＳ５）。そして、決定した透過率分布に合わせたグレイスケールマスク４を作製し（ステップＳ６）、そのグレイスケールマスク４を用いて図１（ｃ）に示した露光処理を行う。
【００４０】
ただし、本発明の方法では、硬化済フォトレジスト３ａの厚さが均一でないので、硬化済フォトレジスト３ａの表面の角度の変化による反射率の変化や、硬化済フォトレジスト３ａ内に入射した光が、石英基板１と硬化済フォトレジスト３ａの界面、硬化済フォトレジスト３ａと空気との界面で多重反射されることによって発生する定在波効果の影響で、グレイスケールマスク４に与えた透過率分布と露光後の硬化済フォトレジスト３ａの形状に多少の誤差が発生する場合がある。より精度を高めるためには、それらを考慮したフォトリソグラフィーのシミュレーション等により硬化済フォトレジスト３ａ中に入射する光の強度分布又は現像後の硬化済フォトレジスト３ａの形状を求め、設計値に対して誤差が発生していれば、それが補正されるように透過率を変更すればよい。
【００４１】
つぎに、本発明の第２の実施の形態を図９に基づいて説明する。なお、図１ないし図８において説明した部分と同じ部分は同じ符号で示し、説明も省略する（以下の実施の形態でも同じ）。
【００４２】
本実施の形態のマイクロレンズの作製方法は第１の実施の形態のマイクロレンズの作製方法と略同じであり、異なる部分は、第１の実施の形態が感光性樹脂であるフォトレジスト３を使用したのに対し、本実施の形態では、露光により体積が変化する体積可変樹脂であるアクリル樹脂８を用いた点である。
【００４３】
このアクリル樹脂８を用いたマイクロレンズの作製方法としては、まず、図９（ａ）に示すように、石英基板１上に未硬化状態のアクリル樹脂８をマイクロシリンジ２を用いて所定量滴下する。
【００４４】
つぎに、図９（ｂ）に示すように石英基板１上に滴下されたアクリル樹脂８を硬化させて半球状の硬化済アクリル樹脂８ａを形成する。
【００４５】
つぎに、図９（ｃ）に示すように第１の実施の形態で説明したグレイスケールマスク４を用いて露光処理を行う。この露光処理により硬化済アクリル樹脂８ａの体積が露光量に応じて減少するように変化し、図９（ｄ）の実線で示すように硬化済アクリル樹脂８ａの表面が非球面形状となったマイクロレンズ９を得ることができる。
【００４６】
ここで、硬化済アクリル樹脂８ａは未硬化状態のアクリル樹脂８を滴下して硬化させたものであるので、この硬化済アクリル樹脂８ａの高さ寸法を大きくすることができ、しかも、そのマイクロレンズ９の表面を非球面形状とすることができる。これにより、開口数が大きく収差の小さいマイクロレンズ９を得ることができる。また、硬化済体積可変樹脂８ａにおける露光により体積を可変される寸法が小さいため、精度の良いマイクロレンズ９を得ることができる。
【００４７】
つぎに、本発明の第３の実施の形態を図１０に基づいて説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態において説明したように表面を非球面形状とした石英基板１上の硬化済フォトレジスト３ａに対して異方性ドライエッチングを行い、硬化済フォトレジスト３ａの形状を石英基板１に転写したものである。すなわち、図１０（ａ）〜図１０（ｄ）は、図１（ａ）〜図１（ｄ）と同じであり、図１０（ｅ）が異方性ドライエッチングの作業工程を示したものである。異方性ドライエッチングとしては、ＣＦ_４、Ｃ_４Ｆ_８等のエッチングガスを用いることができる。
【００４８】
これにより、形状的には第１の実施の形態で説明したマイクロレンズ６と同じであるが、素材が石英基板１のみからなるマイクロレンズ１０が作製される。
【００４９】
ここで、本実施の形態のマイクロレンズ１０は、その素材としてフォトレジストを含まずに石英基板１のみから形成されているので、フォトレジストでは対応できないような波長や温度に対応できるマイクロレンズ１０を得ることができる。
【００５０】
なお、本実施の形態では、第１の実施の形態で説明したように、石英基板１上に形成されて露光処理・現像処理により表面を非球面形状とされた硬化済フォトレジスト３ａに対して異方性エッチングを行った場合を例に挙げて説明したが、第２の実施の形態において説明したように、石英基板１上に形成されて露光処理により表面を非球面形状とされた硬化済アクリル樹脂８ａに対して異方性エッチングを行うことにより、同様に素材が石英基板1のみからなるマイクロレンズを作製することができる。
【００５１】
つぎに、本発明の第４の実施の形態を図１１に基づいて説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態に対して石英基板１とフォトレジスト３との濡れ性を高める処理を付加した実施の形態である。
【００５２】
まず、図１１（ａ）に示すように、石英基板１の表面にフォトレジスト３に対して濡れ性の高い高濡れ性薄膜１１を形成する。
【００５３】
つぎに、図１１（ｂ）に示すように、この高濡れ性薄膜１１に対してパターニングを行い、フォトレジスト３を滴下する領域のみ高濡れ性薄膜１１を残し、他の部分の高濡れ性薄膜１１を除去する。
【００５４】
そして、図１１（ｃ）に示すように、石英基板１上に残っているパターニングされた高濡れ性薄膜１１上にフォトレジスト３を滴下することにより、滴下されたフォトレジスト３はパターニングされた高濡れ性薄膜１１内に収まる。
【００５５】
図１１（ｃ）以降の作業工程としては、第１の実施の形態で説明した図１（ｂ）〜図１（ｄ）、又は、第３の実施の形態で説明した図１０（ｂ）〜図１０（ｅ）と同じである。
【００５６】
本実施の形態では、滴下したフォトレジスト３の底面がパターニングされた高濡れ性薄膜１１と同じになるので、滴下されたフォトレジスト３の直径の制御が容易になり、さらに、滴下量を増やすことにより滴下されたフォトレジスト３の高さ寸法を高濡れ性薄膜１１が無い場合に比べて高くすることができ、ひいては、マイクロレンズの直径や高さ寸法の制御が容易になり、作製するマイクロレンズの寸法精度を高めることができる。
【００５７】
つぎに、本発明の第５の実施の形態を図１２に基づいて説明する。図１２において、破線で示したのが第１の実施の形態で説明したマイクロレンズ６の設計値であり、実線で示したのが半球状の硬化済フォトレジスト３ａの形状である。
【００５８】
ここで、マイクロレンズ６の設計値と硬化済フォトレジスト３ａとの形状のズレ量の最大値を“ｅ”、硬化済フォトレジスト３ａの高さ寸法を“ｔ”とした場合、露光による影響が及ぶ最大深さ寸法“ｄ”が、“ｅ≦ｄ＜ｔ”となるように露光された光を吸収する色素がフォトレジスト３に混合されている。
【００５９】
また、石英基板１の表面に形成された高濡れ性薄膜１１には、この硬化済フォトレジスト３ａを露光した光を吸収する性質を有するものが用いられている。
【００６０】
このため、露光された光が硬化済フォトレジスト３ａ内で多重反射して定在波効果を起こすことが防止され、定在波効果が原因となるマイクロレンズ６の形状誤差が少なくなる。
【００６１】
なお、本実施の形態では、硬化済フォトレジスト３ａを使用した場合について説明したが、第２の実施の形態で説明したような硬化済アクリル樹脂８ａを用いた場合にも、露光された光を吸収する色素をアクリル樹脂８に混合したり、硬化済アクリル樹脂８ａを露光した光を吸収する性質の高濡れ性薄膜１１を用いることにより、同様の効果が得られる。
【００６２】
つぎに、本発明の第６の実施の形態を図１３に基づいて説明する。本実施の形態は、本発明のマイクロレンズを用いた光ピックアップヘッド用の対物レンズ１２を示したものである。
【００６３】
この対物レンズ１２は、第３の実施の形態で説明した方法で作製した２つの非球面形状のマイクロレンズ１２ａ、１２ｂを張り合わせて形成されており、開口数が０．８５と大きくされている。
【００６４】
本実施の形態の対物レンズ１２を使用することにより、開口数が高く微小なピックアップヘッドを作製することが可能となる。
【００６５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明のマイクロレンズの作製方法によれば、基板上で半球状に硬化した硬化済感光性樹脂に対して透過率分布をもったフォトマスクを通して露光を行い、その後現像することにより、硬化済感光性樹脂の露光面側がフォトマスクの透過率分布に応じて溶解除去され、硬化済感光性樹脂の表面を非球面形状としたマイクロレンズを得ることができ、しかも、露光・現像により溶解除去される硬化済感光性樹脂の寸法が小さいため、精度の良いマイクロレンズを得ることができる。
【００６６】
請求項２記載の発明のマイクロレンズの作製方法によれば、基板上で半球状に硬化した硬化済体積可変樹脂に対して透過率分布をもったフォトマスクを通して露光することにより、硬化済体積可変樹脂の露光面側がフォトマスクの透過率分布に応じて体積が変化し、硬化済体積可変樹脂の表面を非球面形状としたマイクロレンズを得ることができ、しかも、露光により体積を可変される硬化済体積可変樹脂の寸法が小さいため、精度の良いマイクロレンズを得ることができる。
【００６７】
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載のマイクロレンズ作製方法において、現像工程で現像された前記硬化済感光性樹脂に対して異方性ドライエッチングを行うことにより現像後の硬化済感光性樹脂の形状を基板に転写するようにしたので、感光性樹脂では対応できないような波長や温度に対応できるマイクロレンズを作製することができる。
【００６８】
請求項４記載の発明によれば、請求項２記載のマイクロレンズ作製方法において、露光工程で露光された前記硬化済体積可変樹脂に対して異方性ドライエッチングを行うことにより露光後の硬化済体積可変樹脂の形状を基板に転写するようにしたので、体積可変樹脂では対応できないような波長や温度に対応できるマイクロレンズを作製することができる。
【００６９】
請求項５記載の発明によれば、請求項１ないし４のいずれか一記載のマイクロレンズの作製方法において、基板上に滴下される樹脂に対して濡れ性の高い高濡れ性薄膜を基板の表面に形成する高濡れ性薄膜形成工程と、高濡れ性薄膜を樹脂を滴下する領域の形状に合わせてパターニングするパターニング工程とを有するので、パターニングされた高濡れ性薄膜により滴下され感光性樹脂又は体積可変樹脂の広がりを制御することができ、滴下後に硬化された硬化済感光性樹脂又は硬化済体積可変樹脂の高さ寸法をより大きくすることができ、作製されるマイクロレンズの高さ寸法をより大きくすることができとともにマイクロレンズの精度を高めることができる。
【００７０】
請求項６記載の発明によれば、請求項１ないし５のいずれか一記載のマイクロレンズの作製方法において、基板上に滴下されて硬化した硬化済感光性樹脂又は硬化済体積可変樹脂に対してフォトマスクを通して露光するときに、硬化済感光性樹脂又は硬化済体積可変樹脂の高さ寸法より大きな高さ寸法のスペーサを基板とフォトマスクとの間に挟むようにしたので、硬化済感光性樹脂又は硬化済体積可変樹脂に対してフォトマスクが接触することがなく、そのような接触による硬化済感光性樹脂又は硬化済体積可変樹脂の傷付きを防止でき、さらに、硬化済感光性樹脂又は硬化済体積可変樹脂とフォトマスクとの間隔を安定して維持することができ、硬化済感光性樹脂又は硬化済体積可変樹脂に対する露光状態を安定させて作製されるマイクロレンズの形状のバラツキを抑えることができる。
【００７１】
請求項７記載の発明によれば、請求項１、３、５又は６のいずれか一記載のマイクロレンズの作製方法において、感光性樹脂には、マイクロレンズの設計値と基板上で硬化した半球状の硬化済感光性樹脂との形状のズレ量の最大値を“ｅ”、基板上で硬化した半球状の硬化済感光性樹脂の高さ寸法を“ｔ”とした場合、露光による影響が及ぶ最大深さ寸法“ｄ”が、“ｅ≦ｄ＜ｔ”となるように露光された光を吸収する色素が混合されているので、露光された光が硬化済感光性樹脂内で多重反射して定在波効果を起こすことを防止でき、定在波効果が原因となるマイクロレンズの形状誤差を少なくすることができる。
【００７２】
請求項８記載の発明によれば、請求項５ないし請求項７のいずれか一記載のマイクロレンズ作製方法において、高濡れ性薄膜は、硬化済感光性樹脂又は硬化済体積可変樹脂を露光した光を吸収する性質を有するので、露光された光が硬化済感光性樹脂又は硬化済体積可変樹脂内で多重反射して定在波効果を起こすことを防止でき、定在波効果が原因となるマイクロレンズの形状誤差を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のマイクロレンズの作製工程を示す工程図である。
【図２】グレイスケールマスクの作製手順を説明するフローチャートである。
【図３】作製しようとするマイクロレンズの設計値を示したグラフである。
【図４】作製しようとするマイクロレンズの設計値とそのマイクロレンズのベースとなる硬化済フォトレジストの形状とを比較して示したグラフである。
【図５】作製しようとするマイクロレンズの設計値とそのマイクロレンズのベースとなる硬化済フォトレジストの形状とのズレ量を示したグラフである。
【図６】グレイスケールのテストマスクを示した平面図である。
【図７】透過率−フォトレジスト現像深さ変換テーブルである。
【図８】透過率とフォトレジスト現像深さとの関係を示したグラフである。
【図９】本発明の第２の実施の形態のマイクロレンズの作製工程を示す工程図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態のマイクロレンズの作製工程を示す工程図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態のマイクロレンズの作製工程の一部を示す工程図である。
【図１２】本発明の第５の実施の形態を示した断面図である。
【図１３】本発明の第６の実施の形態の対物レンズを示した断面図である。
【符号の説明】
１基板
３感光性樹脂
３ａ硬化済感光性樹脂
４フォトマスク
５スペーサ
６、９、１０マイクロレンズ
８体積可変樹脂
８ａ硬化済体積可変樹脂
１１高濡れ性薄膜

Claims

未硬化状態の樹脂を基板上に滴下させ、滴下された樹脂を前記基板上で硬化させて半球状のマイクロレンズを作製するマイクロレンズの作製方法において、
前記樹脂として感光性樹脂を用い、
前記基板上で半球状に硬化した硬化済感光性樹脂に対して透過率分布をもったフォトマスクを通して露光する露光工程と、
前記硬化済感光性樹脂の露光部分を現像する現像工程と、
を有することを特徴とするマイクロレンズの作製方法。
未硬化状態の樹脂を基板上に滴下させ、滴下された樹脂を前記基板上で硬化させて半球状のマイクロレンズを作製するマイクロレンズの作製方法において、
前記樹脂として露光により体積が変化する体積可変樹脂を用い、
前記基板上で半球状に硬化した硬化済体積可変樹脂に対して透過率分布をもったフォトマスクを通して露光する露光工程、
を有することを特徴とするマイクロレンズの作製方法。
現像工程で現像された後の前記硬化済感光性樹脂に対して異方性ドライエッチングを行うことにより現像後の前記硬化済感光性樹脂の形状を前記基板に転写する工程を有することを特徴とする請求項１記載のマイクロレンズの作製方法。
露光工程で露光された後の前記硬化済体積可変樹脂に対して異方性ドライエッチングを行うことにより露光後の前記硬化済体積可変樹脂の形状を前記基板に転写する工程を有することを特徴とする請求項２記載のマイクロレンズの作製方法。
前記基板上に滴下される樹脂に対して濡れ性の高い高濡れ性薄膜を前記基板の表面に形成する高濡れ性薄膜形成工程と、
前記高濡れ性薄膜を前記樹脂を滴下する領域の形状に合わせてパターニングするパターニング工程と、
を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一記載のマイクロレンズの作製方法。
前記基板上に滴下されて硬化した前記硬化済感光性樹脂又は前記硬化済体積可変樹脂に対して前記フォトマスクを通して露光するときに、前記硬化済感光性樹脂又は前記硬化済体積可変樹脂の高さ寸法より大きな高さ寸法のスペーサを前記基板と前記フォトマスクとの間に挟むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一記載のマイクロレンズの作製方法。
前記感光性樹脂には、マイクロレンズの設計値と前記基板上で硬化した半球状の前記硬化済感光性樹脂との形状のズレ量の最大値を“ｅ”、前記基板上で硬化した半球状の前記硬化済感光性樹脂の高さ寸法を“ｔ”とした場合、露光による影響が及ぶ最大深さ寸法“ｄ”が、“ｅ≦ｄ＜ｔ”となるように露光された光を吸収する色素が混合されていることを特徴とする請求項１、３、５又は６のいずれか一記載のマイクロレンズの作製方法。
前記高濡れ性薄膜は、前記硬化済感光性樹脂又は前記硬化済体積可変樹脂を露光した光を吸収する性質を有することを特徴とする請求項５ないし７のいずれか一記載のマイクロレンズの作製方法。