JP4539384B2 - マイクロレンズの製造方法、及びマイクロレンズ用型の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、フォトリソグラフィを使用したマイクロレンズ（本明細書及び特許請求の範囲でいうマイクロレンズには、マイクロレンズアレイを含むものとする。又、マイクロレンズとしては、非球面レンズ、シリンドリカルレンズ等、通常レンズとして認められているものは勿論、フレネルレンズや回折格子等レリーフパターン等により光学的パワーを持つもの、その他、表面の形状に起因して光を透過する際に光学的パワーを有するもの一切を含むものである。）の製造方法、及びマイクロレンズ用型の製造方法に関するものである。

マイクロレンズは、ディジタルカメラ、光通信、ＭＥＭＳ分野を中心に実用化され、益々使用範囲が拡大している。

このようなマイクロレンズの製造方法として、例えば特開平７−１９１２０９号公報（特許文献１）、特開平８−１８７７８１号公報（特許文献２）に記載されるような方法が公知となっている。

これらの方法は、曲面からなるレンズ形状を、階段状の面からなる形状に近似し、基板の上にレジストを塗布し、複数枚のマスクを用いて、各階段状の面に対応した露光量でレジストを露光させ、レジストを現像することにより階段状の面からなるフォトレジストマイクロレンズを製造する方法、及びこのようにして形成されたレジストの形状を、レジストと基板とを同時にエッチングすることにより、基板に転写して、基板からなるマイクロレンズを製造する方法である。

このような、マイクロレンズの製造方法の例を図９に示す。図９は、１点鎖線を中心とする回転対称球面形状の断面を示した図である。（ｂ）において、２１は、ガラス等の基板、２２は、基板２１の上に形成しようとするフォトレジストマイクロレンズの曲面を示す。曲面２２を２３のような階段状の面形状で近似する。この場合、曲面２２は球面、面形状２３は、半径の異なる円板を積み重ねた場合の面形状となる。

すなわち、表面が曲面２２のような形状のフォトレジストマイクロレンズを作る代わりに、表面が面形状２３のような段差形状を有するフォトレジストマイクロレンズを形成する。そのために、まず、２点鎖線２４で示される高さまで、基板２１の上にレジストを塗布する。

一方、これに対応して、（ａ）の２５ａ〜２５ｆに示すようなマスクを用意する。これらのマスク２５ａ〜２５ｆはガラス等からできており、黒く塗りつぶした部分には、クロム等のめっきが施されて光線を遮光するようになっている。斜めのハッチングを施した円環状の部分は透明になっていて光を透過させるようになっている。

これら５枚のマスク２５ａ〜２５ｆを用いてレジスト２４を露光する。すると、Ａの部分では、全く露光が行われず、Ｂの部分ではマスク２５ａによる露光のみが行われ、Ｃの部分ではマスク２５ａ、２５ｂによる露光が行われ、Ｄの部分ではマスク２５ａ、２５ｂ、２５ｃによる露光が行われ、Ｅの部分ではマスク２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄによる露光が行われ、Ｆの部分では全マスクによる露光が行われる。

この結果、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆの各部分による露光量が異なることになり、この違いにより、レジスト２４を現像したときに、レジストの表面形状が２３で示されるような表面形状となって、階段状の形状を有するフォトレジストマイクロレンズが形成できる。

また、この状態から、レジストと基板２１をドライエッチングしてレジストを除去すると、２３で示されるような表面形状が基板２１に転写され、基板２１からなる階段状の形状を有するマイクロレンズが形成される。

このようなマイクロレンズと全く異なるグレースケールマスクを使用したマイクロレンズの製造方法が、特表平８−５０４５１５号公報（特許文献３）に開示されている。これは、グレースケールマスク（アナログ的とみなせる光透過率の変化を有するマスク）を使用して基板の表面に形成されたレジストを感光させ、レジストを現像することによって、グレースケールに応じた形状の、立体的なレジストパターンを形成し、それをマイクロレンズとするか、あるいは前述のように、さらにレンズ形状となったレジストを基板と共にエッチングすることにより、レンズ形状のレジストのパターンを基板に転写し、基板からなるマイクロレンズを形成するものである。

特開平７−１９１２０９号公報 特開平８−１８７７８１号公報 特表平８−５０４５１５号公報 特開２００４−１９８７３５号公報 特開平９−８２６６号公報

しかしながら、前記特許文献１、特許文献２に記載されたようなマイクロレンズの製造方法においては、以下のような問題点がある。図９においては、簡単化のために５枚のマスクを使用して露光するようにしているが、形状を精密に近似しようとするとマスクの枚数が多くなり、通常１０枚以上のマスクが必要となる。

一方、レジストが現像されたときに失われる量（「感光量」と称することとする）と露光量との間には、正確な加法性が成り立たない。すなわち、（ａ＋ｂ）の露光量を一度に与えたときと、ａの露光量とｂの露光量を別々に与えた場合では、感光量は同一にならない。

さらに、ａの露光量とｂの露光量を別々に与えた場合に、どの程度の感光量になるかは、レジストのプリベーク条件、プリベークしてから露光するまでの時間、露光してから現像するまでの時間によって変化する。また、所定の階段状部分の感光量を調整するために、あるマスクを用いたときの露光量を変化させると、その露光量の変化が別の階段状部分の感光量に影響を与えることになる。従って、前記特許文献１、特許文献２に記載されたようなマイクロレンズの製造方法で、精密階段状のレジスト形状を形成することは、現実には困難である。

また、階段状の形状を目的とする曲面形状とするために、熱フロー処理を行っている。熱フロー処理は、レジストを熱することにより変形を起こさせ、表面を滑らかにするものである。しかしながら、この方法では、レジストが内部まで加熱されるため、レジストの変形が大きくなり、階段状の形状の表面が滑らかになるだけにとどまらず、形状（例えば曲率）そのものが変化してしまう可能性があるという問題点もある。

一方、グレースケールマスクを使用した方法では、開口面積と遮光面積を正確に制御してマスクを製造する必要があり、マスクを製造するために特別の設備と技術を必要とするという問題点がある。さらに、レジストの露光量と感光量との関係が変化した場合は、形成されるマイクロレンズの形状が変化することが避けられないが、この変化を調整することが困難であるという問題点がある。

このような問題点を解決する方法として、本発明者等は、基板上にレジストを塗布し、前記階段状部分で同じ高さとなる領域を、それぞれ１枚ずつのマスクを使用して露光し、その後レジストを現像する工程を有することを特徴とするマイクロレンズの製造方法を発明し、特願２００４−２８５５６６号として特許出願している（先願発明という）。

先願発明によれば、曲面を階段状のパターンにより近似したレジスト形状を有するマイクロレンズを形成するに際し、階段状部分で同じ高さとなる領域を、それぞれ１枚ずつのマスクを使用して露光し、その後レジストを現像する工程を有するので、レジストの露光量と感光量との関係が変化する場合でも、各々のマスクを使用して露光を行うときの露光量を調整する（例えば露光時間を調整したり、光源の強度を調整する）ことによって、容易に目的とするレジストの感光量を得ることができ、１つの階段状部分での調整結果が、他の階段状部分に影響を与えることがない。よって、簡単な方法でマイクロレンズの製造が可能であり、レジストの条件が変化した場合でも容易に調整が可能である。

しかしながら、この先願発明においても、各マスクで露光される領域の境界がある程度の段差形状を有することが避けられず、その結果、出来上がったマイクロレンズの形状誤差が大きくなる場合があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、先願発明が有する問題を改善し、より、製作誤差の小さいマイクロレンズの製造方法、及びマイクロレンズ用型の製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、凹形状、凸形状、又は凹凸形状を近似した階段状のパターンから形成されるマイクロレンズの製作方法であって、基板上にレジストを塗布し、前記階段状のパターンで同じ高さとなる領域を、それぞれ１枚ずつのマスクを使用して露光し、これらのマスクを使用した露光が終わった後で、全露光領域に対して等しい露光量で一括露光を行い、その後レジストを現像する工程を有することを特徴とするマイクロレンズの製造方法である。

本手段においては、曲面を階段状のパターンにより近似したレジスト形状を有するマイクロレンズを形成するに際し、その階段状パターンで同じ高さとなる領域を、それぞれ１枚ずつのマスクを使用して露光し、その後レジストを現像する工程を有する。よって、レジストの露光量と感光量との関係が変化する場合でも、各々のマスクを使用して露光を行うときの露光量を調整する（例えば露光時間を調整したり、光源の強度を調整することによって、容易に目的とするレジストの感光量を得ることができ、１つの階段状部分での調整結果が、他の階段状部分に影響を与えることがない。よって、簡単な方法でマイクロレンズの製造が可能であり、レジストの条件が変化した場合でも容易に調整が可能である。

本手段においては、各マスクを使用して露光する領域の位置合わせを正確に行わなければならないという問題点があるが、これは現状のステッパを使用すれば十分に対応が可能である。

さらに、本手段においては、階段状部分で同じ高さとなる領域を、それぞれ１枚ずつのマスクを使用して露光して露光し終わった後で、全露光領域に対して等しい露光量で一括露光を行い、その後レジストを現像するようにしている。後に実施例で示すように、この一括露光により、一括露光を行わなかった場合に比べてレジストの表面形状の細かな凹凸が少なくなり、表面が滑らかで、形状精度の良いレジストマイクロレンズが得られる。

前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記レジストを現像した後、前記レジストと前記基板を同時にエッチングすることにより前記レジストを除去し、前記レジストに形成されていた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ものである。

本手段においては、レジストと基板を同時にエッチングすることによりレジストを除去し、前記レジストに形成されていた形状を基板に転写するという工程を、前記第１の手段と組み合わせることにより、基板のみからなる高精度のマイクロレンズを製造することができる。

前記課題を解決するための第３の手段は、レンズの形状を凹形状、凸形状、又は凹凸形状を近似した階段状のパターンに近似し、前記第１の手段により前記階段状の形状のレジストを有するマイクロレンズを製造し、その後、前記レジストを溶解する溶剤の蒸気の雰囲気中に曝露することにより、前記階段状の部分を滑らかにする工程を有することを特徴とするマイクロレンズの製造方法である。

本手段においては、前記第１の手段により階段状の形状のレジストを有するマイクロレンズを製造した後に、レジストを溶解する溶剤の蒸気の雰囲気中に曝露することにより（ソルベントベーパ法と呼ばれる）、階段状の部分を滑らかにする工程を有している。

ソルベントベーパ法とは、特開２００４−１９８７３５号公報（特許文献４）に記載される技術であり、レジストを溶解する溶剤の蒸気にレジスト層を曝露することにより、レジストの表面のみを溶解し、レジスト表面をなだらかにする技術である。

本手段によれば、階段状の表面をなだらかにし、目標とする面形状に近づけることができる。さらに、熱フローを用いる場合と異なり、レジストの溶解が表面近傍のみに留まるので、レジストが大きく変形して、例えば曲率の変化をもたらすようなことがない。

前記課題を解決するための第４の手段は、前記第３の手段であって、前記レジストの階段状の部分を滑らかにした後、前記レジストと前記基板を同時にエッチングすることにより前記レジストを除去し、前記レジストに形成されていた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マイクロレンズの製造方法である。

本手段においては、レジストと基板を同時にエッチングすることによりレジストを除去し、前記レジストに形成されていた形状を基板に転写するという工程を用いることにより、基板のみからなるマイクロレンズを製造することができる。

前記課題を解決するための第５の手段は、前記第１の手段から第４の手段のマイクロレンズを、マイクロレンズ製造用型に代えたマイクロレンズ用型の製造方法である。

前記第１の手段から第５の手段においては、マイクロレンズを製造していたが、製造されたものを、マイクロレンズとしてではなくマイクロレンズ製造用の型として用いることもできる。この場合には、レジストは必ずしも透明なものでなくてもよい。さらに、レジストや基板の表面にニッケルメッキ等を施して、型としての耐用性を高めるようにしてもよい。

本発明によれば、先願発明が有する問題を改善し、より製作誤差の小さいマイクロレンズの製造方法、及びマイクロレンズ用型の製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態の例を図を用いて説明する。図１は、フォトレジスト球面マイクロレンズを製造する場合の実施の形態の例を示す図である。図１は、１点鎖線を中心とする回転対称円形状の断面を示した図である。（ｂ）において、１は、ガラス等の基板、２は、基板１の上に形成しようとするフォトレジストマイクロレンズの曲面を示す。曲面２を３のような階段状の面形状で近似する。この場合、曲面２は球面、面形状３は、半径の異なる円板を積み重ねた場合の階段状の面形状となる。

すなわち、表面が曲面２のような形状のフォトレジストマイクロレンズを作る代わりに、表面が面形状３のような段差形状を有するフォトレジストマイクロレンズを形成する。そのために、まず、２点鎖線４で示される高さまで、基板１の上にレジストを塗布する。

一方、これに対応して、（ａ）の５ａ〜５ｇに示すようなマスクを用意する。これらのマスク５ａ〜５ｇはガラス等からできており、黒く塗りつぶした部分には、クロム等が施されて光線を遮光するようになっている。斜めのハッチングを施した円環状の部分は透明になっていて光を透過させるようになっている。

これら６枚のマスクのうちマスク５ａ〜５ｆを用いてレジスト４を露光する。すると、Ａの部分では、全く露光が行われず、Ｂの部分ではマスク５ａのみによる露光のみが行われ、Ｃの部分ではマスク５ｂのみによる露光が行われ、Ｄの部分ではマスク５ｃのみによる露光が行われ、Ｅの部分ではマスク５ｄのみによる露光が行われ、Ｆの部分ではマスク５ｆのみによる露光が行われる。各マスクを用いた露光に際しては、各照射領域のＳＡＧ量（感光量）に応じた露光量で露光を行う。

この結果、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆの各部分による露光量が異なることになり、この違いにより、レジスト４を現像したときに、レジストの表面形状が３で示されるような表面形状となり、階段状の形状を有するフォトレジストマイクロレンズが形成できることになる。

本実施の形態においては、マスク５ａ〜５ｆを用いてレジスト４を露光した後に、Ａ〜Ｆの全露光領域が透明となっている全面露光用マスク５ｇを用いて露光を行う。この際の露光時間は、短いものとする。これにより、図１（ｂ）における階段状の部分が、現像された場合に、なまった形状となる。

また、この状態から、レジストと基板１をドライエッチングしてレジストを除去すると、３で示されるような表面形状が基板１に転写され、基板１からなる階段状の形状を有するマイクロレンズが形成される。

この実施の形態においては、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆの各部分とも、それぞれ１枚のマスク、及び全露光領域を露光する全面露光用マスク５ｇにより露光が行われる。各部分での露光量は、それぞれマスク５ａ〜５ｆを使用するときに、目的とする各部分の感光量（ＳＡＧ量に対応する）に応じて決定され、この実施の形態においては、露光時間を変えることにより容易に調整できる。光源の強さを代えることにより調整してもよい。

そして、各マスク５ａ〜５ｆを使用したときの露光量を変えたとしても、そのマスクにより露光される領域が影響を受けるだけであり、他の領域は影響を受けない。従って、レジストのプリベークの条件や、プリベークしてから露光までの時間等により露光量と感光量の関係が変わったとしても、変わった関係を把握して、各マスクを使用して露光を行う領域に必要とされる感光量に応じて、新しい露光量を各マスクごとに決定してやればよいので、多重マスクを使用する場合に比べて、調整が著しく簡単になる。

図１は、球面レンズの場合について説明したが、非球面レンズ、シリンドリカルレンズ、フレネルレンズや回折格子等レリーフパターン等により光学的パワーを持つもの、その他、表面の形状に起因して光を透過する際に光学的パワーを有するものを製造する場合にも同じような手法により製造できる。

すなわち、このような光学素子を高さ方向に所定数に切断するような仮想的な複数の面（必ずしも高さ方向に等間隔でなくてもよい）を考え、このような面で仮想的に切断を行うと、平面図で見て等高線により切断された図形が描かれる。この等高線と、隣り合う等高線との間が透光部となるようなマスクを製造し、各マスクを用いて、レジストの露光を行う。そのとき、必要な感光量に応じて、各マスクを使用したときの露光量を決定することはいうまでもない。

いずれの場合も、以上のような製造工程で製造されたレンズは、レジストが光学基材となり光学パワーを生じるものとなっている。そして、レジストの段差構造は、先願発明に比してなだらかに形成されているので通常ではこのままレンズとして使用できる。しかし、厳密には目標となる表面形状とはなっていない場合もある。このようなレンズを、さらに目標形状により近づける方法の例を、図２を用いて説明する。これは、いわゆるソルベントベーパ法により、レジストの表面をなだらかにする方法である。

シャーレ８の中に、基板６上に形成されたレンズ形状を有するレジスト７（図ではマイクロレンズアレイを示している）を溶解する溶剤９を入れ、蓋（図示せず）をする。

例えば、フォトレジストとしてノボラック樹脂系のポジ型フォトレジストを使用した場合、溶剤としてＰＧＭＥＡ（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）を使用する。そして、一定温度（例えば２３℃）に保つことにより、シャーレ８内の溶剤蒸気１０の圧力は飽和蒸気圧に達する。この溶剤蒸気１０は、ＰＧＭＥＡの蒸気である。

この状態を乱さないように、前記蓋を素早くマイクロレンズアレイ形状が形成されたレジスト７を有する基板６と交換し、レジスト７を下に向けた状態で密閉する。このとき、基板６がシャーレ８の蓋の役割をし、溶剤蒸気１０の飽和蒸気圧は維持される。

このようにして、溶剤蒸気１０にレジスト７の表面を曝露する。すると、マイクロレンズを形成するレジストの表面が溶解されることにより、各マイクロレンズに形成された段差が解消され、表面がなめらかになる。

ソルベントベーパ法において、フォトレジスト層に用いるフォトレジストは、好ましくはノボラック樹脂である。ソルベントベーパ法に用いるフォトレジストを溶解する溶剤（以下単に溶剤と呼ぶ）としては、処理の対象の光学面が形成されたフォトレジスト層を溶解するものであれば、特に、フォトレジストの希釈や、洗浄等に一般的に用いるものに限定されるものではなく、ケトン類、アルコール類の他、ジオキサンやエチレングリコールモノメチルエーテルなどのエーテル系のものが好ましく、ＰＧＭＥＡ（プロピレングリコールメチルエーテル）がより好ましい。又、ある種のシンナー（例えば、東京応化社製 ＰＭシンナー）も好ましく使うことが出来る。

ソルベントベーパ法に用いる溶剤の蒸気は、例えば、フォトレジストを溶解する溶剤を適当な温度に保つことにより、この溶剤の液面から溶剤蒸気を蒸発させて得られる。

ソルベントベーパ法の処理を安定的に行なう為には、ソルベントベーパ法の処理中におけるこの溶剤の蒸気圧を空間的に一様で、時間的に一定とすることが好ましい。その為に、この溶剤の蒸気圧が、温度一定の下で、溶剤から蒸発（気化）した蒸気の量とこの溶剤の液面に戻る（液化）蒸気の量とが平衡する飽和蒸気圧で、この飽和蒸気に被処理光学素子を曝露する処理を行なうことが好ましい。その一方法として、密閉容器中で溶剤を所定温度Ｔに保ち、溶剤を蒸発させ、同時に密閉容器の内面を温度Ｔに保つ方法がある。

又、ソルベントベーパ法の処理を行なうために、被処理光学素子を密閉容器にセットする際に、被処理光学素子も予め温度Ｔに保っておくことが好ましい。

ソルベントベーパ法においては、溶剤蒸気が処理対象のフォトレジスト層の光学面の段差に化学的に作用し、この段差の表面だけを溶解させることによって処理が進行する。その処理条件は、溶剤の種類、処理温度、処理時間を調整することで適正化される。この適正化された条件で処理を行なうことにより、被処理光学素子の光学面の段差はなめらかになり、光学面の形状精度は変化しない。

ソルベントベーパ法の処理中に、処理温度Ｔが上昇すると、溶剤の蒸気圧は上昇するので、被処理の凹凸部に到達する溶剤蒸気の量が増えて、処理速度が高まる。凹凸度が処理される程度、即ち処理量は、処理速度と処理時間との積に比例して増える。処理量は少なすぎると、凹凸度の改善効果が不充分であり、多すぎると光学面の形状精度を変化させてしまうので、最適な処理量がある。また、処理温度が高すぎると処理時間は短くて済むが、処理品質が安定しない、又低すぎると処理に時間が掛かりすぎるので好ましくなく、最適処理温度が存在する。最適処理温度は、被処理光学面の形状、フォトレジストの種類、溶剤の種類に依存し、繰り返しテストすることによって決定される。

このようにして製造されるレンズのレンズ面の最高高さと最低高さの差は、５μｍ以下であることが好ましい。すなわち、この差が大きくなると、段差を大きくするか使用するマスクの数を大きくしなければならないが、段差を大きくするとレンズの光学特性が悪化する原因になり、マスクの数を多くするとそれだけ露光回数が増えることになる。レンズ面の最高高さと最低高さの差が５μｍ以下であれば、工程をそれほど複雑にすることなく、実用上十分な精度を有するマイクロレンズが得られる。

以上のようにして製造した、レジストにレンズ形状を持たせたものを中間材料として、レジストと基板をドライエッチングしてレジストを除去することにより、レジストの形状を基板に転写し（レジストと基板とのエッチングレートを考慮して、目的とする形状が基板上に得られるように、あらかじめレジストの形状を調整しておくことは言うまでもない）、基板のみからなるマイクロレンズを形成することもできる。この方法は、例えば特開平９−８２６６号公報（特許文献５）に記載されて周知のものとなっているので、その説明を省略する。この場合には、レジストとして透光性のあるものを使用する必要はない。

以上説明した方法はフォトリソグラフィ工程により、直接マイクロレンズを製造する方法であったが、これらのものを型として使用し、この型を用いて樹脂製のマイクロレンズアレイを製造してもよい。

このような方法を図３に示す。図３においては、基板１１の上にマイクロレンズアレイの形状が形成されたレジスト１２を有するものを型として用いる（ａ）。

この型と、紫外線に対して透明な定盤１３の間に、ディスペンサ等を使用して紫外線硬化型樹脂１４を注入して押圧した後、定盤１３を通して紫外線を照射することにより紫外線硬化型樹脂１４を硬化させる（ｂ）。そして、その後、紫外線硬化型樹脂１４を型と定盤１３から剥がすことにより、樹脂製のマイクロレンズアレイを製造することができる（ｃ）。この場合には、基板１１やレジスト１２は透明なものでなくても良いことはいうまでもない。

更に、このようにして形成された樹脂製のマイクロレンズアレイを、マイクロレンズアレイとして使用せず、型として使用し、この型と、紫外線に対して透明な定盤１３’の間に、ディスペンサ等を使用して紫外線硬化型樹脂１４’を注入して押圧した後、定盤１３’を通して紫外線を照射することにより紫外線硬化型樹脂１４’を硬化させる（ｄ）。そして、その後、紫外線硬化型樹脂１４’を型と定盤１３’から剥がすことにより、樹脂製のマイクロレンズアレイを製造することができる（ｅ）。

さらに、紫外線硬化型樹脂１４’をマイクロレンズアレイとして使用せず、型として使用し、図３（ｃ）〜（ｄ）の工程を繰り返すことにより、多数の型を製造し、これらから多数のマイクロレンズアレイを製造することができる。なお、レジストや樹脂の表面を型として使用する場合には、これらの表面に金属薄膜や誘電体薄膜を形成して、表面を硬化させ、型の耐久性を増すこともできる。使用する金属としては、Cu、Al、Ni、Au等が適当であり、使用する誘電体としては、SiＮｘ、SiＯ_２、Al_２Ｏ_３、Ta_２Ｏ_５、TiＯ_２等が適当である。

又、図１に示したようにして形成されたマイクロレンズ、又はこれにソルベントベーパ処理を施して形成されたマイクロレンズに電鋳を行ってレプリカを製造し、これを型として使用して樹脂を成形し、複数の、樹脂からなるマイクロレンズアレイを製造することもできる。

この例を図４に示す。図４においては、図４（ｃ）に示されるように、基板１１の上にマイクロレンズアレイの形状が形成されたレジスト１２を有するものを型として用いる（ａ）。このレジスト１２の上に無電解メッキ、又は蒸着、スパッタによる成膜により、Ni層１５をめっきし、それを電極としてNi電鋳を行って、Ni製のレプリカ１６を製造する。そして、このレプリカ１６を型として、図３（ｃ）〜（ｅ）に示したように、この型と透明な定盤との間に、ディスペンサ等を使用して紫外線硬化型樹脂を注入して押圧した後、定盤を介して紫外線を照射することにより紫外線硬化樹脂を硬化させ、その後、型と定盤から、硬化した紫外線硬化樹脂を剥離することにより、樹脂製のマイクロレンズアレイを製造することができる。

なお、上述の型は、マイクロレンズアレイの形状が形成されたレジスト１２を型の原盤としているが、この他に、レジスト１２の形状を基板１１に転写し、マイクロレンズアレイの形状が形成された基板１１を、型の原盤としてもよい。この基板１１を型の原盤とすることで、長寿命の原盤が得られる。

レンズ径３８０μｍ（有効径３４０μｍ）、ＳＡＧ量１μｍのレジスト製マイクロレンズ（アレイ）を製作した。ポジ型レジストを用い、回転数1800ｒｐｍでレジスト厚が２μｍとなるように塗布した。これを９０℃で１５分間プリベーク後、１２枚の単純円環パターンバイナリーマスク（図１の５ａ〜５ｆに相当。図１では５枚であるが、この実施例では、分割数を多くし１２枚としている）を用いてｉ線ステッパーを用いて、順次露光した。１枚目のマスク（円環の直径が最も小さいものから順番を付けて表示する）での露光時間は２０ｍｓｅｃ、２枚目のマスクでの露光時間は４０ｍｓｅｃ、ｉ枚目のマスクの露光時間は（２０＊ｉ）ｍｓｅｃとした。

その結果得られたレジスト形状の、目標形状との誤差を図５に示す（比較例）。

一方、現像を行わず、その後、露光時間３１ｍｓｅｃ、５６ｍｓｅｃ、８１ｍｓｅｃで３種類の全面均一露光を行った後、現像した結果得られたレジスト形状の、目標形状との誤差を、それぞれ、図６、図７、図８に示す。いずれの場合も、マイクロレンズの形状は触針形状測定機で測定した。

これらの結果、全面均一露光時間が長くなるにつれ、形状誤差が小さくなり、特に周縁部に見られる凹凸の凸部が小さくなっていることが分かる。これは、全面均一露光の結果、段差に起因する形状誤差が小さくなったためと推定される。

フォトレジスト球面マイクロレンズを製造する場合の実施の形態の例を示す図である。 ソルベントベーパ法により、レジストの表面をなだらかにする方法の例を示す図である。 型を製造し、この型を用いて樹脂製のマイクロレンズを製造する方法を示す図である。 レプリカを製造し、これを型として使用して樹脂を成形し、複数の、樹脂からなるマイクロレンズアレイを製造する方法を示す図である。 全面均一露光を行わなかった場合のレジスト形状誤差を示す図である。 露光時間３１ｍｓｅｃの全面均一露光を行った場合の、レジスト形状誤差を示す図である。 露光時間５６ｍｓｅｃの全面均一露光を行った場合の、レジスト形状誤差を示す図である。 露光時間８１ｍｓｅｃの全面均一露光を行った場合の、レジスト形状誤差を示す図である。 従来のマイクロレンズの製造方法の例を示す図である。

符号の説明

１…基板、２…曲面、３…面形状、４…レジスト、５ａ〜５ｆ…マスク、５ｇ…全面露光用マスク、６…基板、７…レジスト、８…シャーレ、９…溶剤、１０…溶剤蒸気、１１…基板、１２…レジスト、１３…定盤、１４…紫外線硬化型樹脂、１５…Ni層、１６…レプリカ

Claims (5)

1. 凹形状、凸形状、又は凹凸形状を近似した階段状のパターンから形成されるマイクロレンズの製作方法であって、基板上にレジストを塗布し、前記階段状のパターンで同じ高さとなる領域を、それぞれ１枚ずつのマスクを使用して露光し、これらのマスクを使用した露光が終わった後で、全露光領域に対して等しい露光量で一括露光を行い、その後レジストを現像する工程を有することを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
2. 請求項１に記載のマイクロレンズの製造方法であって、前記レジストを現像した後、前記レジストと前記基板を同時にエッチングすることにより前記レジストを除去し、前記レジストに形成されていた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マイクロレンズの製造方法。
3. レンズの形状を凹形状、凸形状、又は凹凸形状を近似した階段状のパターンに近似し、請求項１に記載の方法により、前記階段状の形状のレジストを有するマイクロレンズを製造し、その後、前記レジストを溶解する溶剤の蒸気の雰囲気中に曝露することにより、前記階段状の部分を滑らかにする工程を有することを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
4. 請求項３に記載のマイクロレンズの製造方法であって、前記レジストの階段状の部分を滑らかにした後、前記レジストと前記基板を同時にエッチングすることにより前記レジストを除去し、前記レジストに形成されていた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マイクロレンズの製造方法。
5. 請求項１から請求項４に記載のマイクロレンズを、マイクロレンズ製造用型に代えたマイクロレンズ用型の製造方法。

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