JP4586940B2 - 光学部品の製造方法、光学部品製造装置及びウエハレンズの製造方法 - Google Patents

光学部品の製造方法、光学部品製造装置及びウエハレンズの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、光学部品の製造方法、光学部品製造装置及びウエハレンズの製造方法に関する。
従来、光学レンズの製造分野においては、ガラス基板に対し硬化性樹脂からなるレンズ部を設けることで、耐熱性の高い光学レンズを得る技術が検討されている(例えば、特許文献1参照)。この技術を適用した光学レンズの製造方法の一例として、ガラス基板の表面に硬化性樹脂からなる光学部材を複数設けたいわゆる「ウエハレンズ」を形成し、その後にレンズ部ごとにガラス基板をカットする方法も提案されている。
エネルギーを与えることで樹脂が硬化するエネルギー性硬化樹脂として、例えば光硬化性樹脂を用いた場合のウエハレンズの製造方法を簡単に説明すると、真空チャック装置によりガラス基板を吸引・固定しておき、このガラス基板上に樹脂を滴下または吐出する(ディスペンス工程)。その後、ガラス基板を、上方に配置された成形型に向けて上昇させ、樹脂を成形型に押圧する(インプリント工程)。成形型はレンズ成形面を有した光透過性の型であり、スタンプホルダにより保持・固定されている。
その後、ガラス基板の高さ位置をそのまま保持しながら、キャビティに充填された樹脂に対し成形型の上方から光照射し、樹脂を光硬化させる(露光工程)。その後、ガラス基板を降下させながら樹脂を成形型から離型する(離型工程)。その結果、ガラス基板上に複数の光学素子部が形成されたウエハレンズを製造することができる。
なお、このような成形プロセスは、光学素子を成形する成形型を同様な成形プロセスで成形する際にも用いられる。
特許第3926380号公報
ところで、樹脂はエネルギー付与、例えば光照射により確実に硬化させる必要があるが、樹脂を確実に硬化させるためには光照射時間が長くかかる。そのため、単一の製造装置内における作業時間が長くなり、製造効率が悪いという問題があった。
またウエハレンズは微細な光学素子であり、基板の両面に光学素子を形成する場合や、複数のウエハレンズを積層する場合など、高解像力に対応して、高い光学特性を求められる傾向にある。
従って、ガラス基板上に複数の微細な光学素子を樹脂で同時にインプリント成形する場合でも、個々の光学素子の成形による形状バラツキや、基板の両面に形成される光学素子同士の光軸ずれや光軸傾きといった光学特性に悪影響を及ぼさないよう、精度の高い成形が求められる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、樹脂への光照射時間を短縮でき、しかも樹脂の硬化を確実に行うことができ、製造効率の向上を図ることができるウエハレンズやウエハレンズを成形する成形型等の光学部品の製造方法及び光学部品製造装置を提供することを第一の目的としている。
また本発明は、ガラス基板上に複数の微細な光学素子を同時にインプリント成形する場合でも、形状ばらつきやガラス基板に形成される光学素子同士の光軸ずれ等を抑制した、精度の高い成形方法を用いた製造方法を提供する事を第二の目的としている。
本発明のウエハレンズの製造方法は、
支持部材で支持されたガラス基板の一面と成形型の複数の光学転写面との間にエネルギー性硬化樹脂を配置して押圧成形する事により、前記ガラス基板表面に当該光学転写面のネガ形状に対応する形状を有するエネルギー硬化樹脂製の光学素子を複数形成したウエハレンズの製造方法であって、
前記支持部材の表面と前記成形型を保持する成形型保持部材の一面との間に、前記各面とそれぞれ当接する第1面と当該第1面と平行な第2面とを有するスペーサを配置し、前記支持部材の表面と前記スペーサの第1面、前記スペーサの第2面と前記成形型保持部材部材の一面とをそれぞれ当接させる事により、前記ガラス基板と当接する前記支持部材の表面と成形型との平行度を調整する調整工程と、
前記支持部材の表面に前記ガラス基板を配置する工程と、
前記調整工程で調整された成形型の複数の光学転写面と、前記支持部材に支持されたガラス基板の一面との間にエネルギー性硬化樹脂を滴下又は吐出するディスペンス工程と、
前記ディスペンス工程後、前記エネルギー性硬化樹脂を前記成形型又は前記ガラス基板に対して押圧するインプリント工程と、
前記インプリント工程後、前記エネルギー性硬化樹脂に対してエネルギーを与えて硬化を進める硬化工程と、を備えることを特徴とするものである。
また、本発明のウエハレンズの製造方法は、
支持部材で支持されたガラス基板の一面と成形型の複数の光学転写面との間にエネルギー性硬化樹脂を配置して押圧成形する事により、前記ガラス基板表面に当該光学転写面のネガ形状に対応する形状を有するエネルギー硬化樹脂製の光学素子を複数形成したウエハレンズの製造方法であって、
前記支持部材の表面と前記成形型の一面との間に、各面とそれぞれ当接する第1面と当該第1面と平行な第2面とを有するスペーサを配置し、前記支持部材の表面と前記スペーサの第1面、前記スペーサの第2面と前記成形型の一面とを当接させる事により、前記ガラス基板と当接する前記支持部材の表面と成形型との平行度を調整する調整工程と、
前記支持部材の表面に前記ガラス基板を配置する工程と、
前記調整工程で調整された成形型の複数の光学転写面と、前記支持部材に支持されたガラス基板の一面との間にエネルギー性硬化樹脂を滴下又は吐出するディスペンス工程と、
前記ディスペンス工程後、前記エネルギー性硬化樹脂を前記成形型又は前記ガラス基板に対して押圧するインプリント工程と、
前記インプリント工程後、前記エネルギー性硬化樹脂に対してエネルギーを与えて硬化を進める硬化工程と、を備えることを特徴とするものである。
また、本発明のウエハレンズの製造方法は、
静電チャック装置に支持されたガラス基板の一面と、成形型保持部材により保持された成形型の複数の光学転写面との間にエネルギー性硬化樹脂を配置して押圧成形する事により、前記ガラス基板の一面に当該光学転写面のネガ形状に対応する形状を有するエネルギー硬化樹脂製の光学素子を複数形成したウエハレンズの製造方法であって、
前記ガラス基板が配置される静電チャック装置の表面と前記成形型保持部材の一面との間に、各表面とそれぞれ当接する第1面と当該第1面と平行な第2面とを有するスペーサを配置し、前記静電チャック装置の表面と前記スペーサの第1面、前記スペーサの第2面と前記成形型保持部材部材の一面とをそれぞれ当接させるスペーサ当接工程と、
前記スペーサ当接工程後、スペーサを前記静電チャック装置と前記成形型保持部材の間から取り出す取出工程と、
前記静電チャック装置の表面にガラス基板を配置する工程と、
前記成形型保持部材の一面に前記成形型を固定する工程と、
前記成形型の複数の光学転写面と、前記ガラス基板の一面との間にエネルギー性硬化樹脂を滴下又は吐出するディスペンス工程と、
前記ディスペンス工程後、前記エネルギー性硬化樹脂を前記成形型又は前記ガラス基板に対して押圧するインプリント工程と、
前記インプリント工程後、前記エネルギー性硬化樹脂に対してエネルギーを与えて硬化を進める硬化工程と、を備えることを特徴とするものである。
また、本発明のウエハレンズの製造方法は、
ガラス基板の一方の面を、成形面に複数の光学転写面が形成された第一の成形型で支持した状態で、当該ガラス基板の他方の面と第二の成形型の成形面に形成された複数の光学転写面との間にエネルギー性硬化樹脂を配置して押圧成形する事により、前記ガラス基板上に当該光学転写面のネガ形状に対応する形状を有するエネルギー硬化樹脂製の光学素子を複数形成したウエハレンズの製造方法であって、
前記第一の成形型の成形面と前記第二の成形型の成形面との間に、各成形面とそれぞれ当接する第1面と当該第1面と平行な第2面とを有するスペーサを配置し、前記第一の成形型の成形面と前記スペーサの第1面、前記スペーサの第2面と前記第二の成形型の成形面とをそれぞれ当接させるスペーサ当接工程と、
前記スペーサ当接工程後、スペーサを前記第一及び第二の成形型間から取り出す取出工程と、
前記第一の成形型上にガラス基板を配置する工程と、
前記第二の成形型の複数の光学転写面と、前記第一の成形型上に配置されたガラス基板の一面との間にエネルギー性硬化樹脂を滴下又は吐出するディスペンス工程と、
前記ディスペンス工程後、前記エネルギー性硬化樹脂を前記成形型又は前記ガラス基板に対して押圧するインプリント工程と、
前記インプリント工程後、前記エネルギー性硬化樹脂に対してエネルギーを与えて硬化を進める硬化工程と、を備えることを特徴とするものである。
また、本発明のウエハレンズの製造方法は、
前記スペーサ当接工程の前に、前記第一の成形型の複数の光学転写面と、前記ガラス基板の一面との間にエネルギー性硬化樹脂を滴下又は吐出するディスペンスした後、前記エネルギー性硬化樹脂を前記成形型又は前記ガラス基板に対して押圧するインプリントする工程を更に有する事が好ましい。
また、本発明のウエハレンズの製造方法は、
ガラス基板の一方の面を、成形面に複数の光学転写面が形成された第一の成形型で支持した状態で、当該ガラス基板の他方の面と第二の成形型の成形面に形成された複数の光学転写面との間にエネルギー性硬化樹脂を配置して押圧成形する事により、前記ガラス基板上に当該光学転写面のネガ形状に対応する形状を有するエネルギー硬化樹脂製の光学素子を複数形成したウエハレンズの製造方法であって、
前記第一の成形型と当接する支持部材の表面と、成形型保持部材の一面との間に、前記各面とそれぞれ当接する第1面と当該第1面と平行な第2面とを有するスペーサを配置し、前記支持部材の表面と前記スペーサの第1面、前記スペーサの第2面と前記支持部材の一面とをそれぞれ当接させるスペーサ当接工程と、
前記スペーサ当接工程後、スペーサを前記支持部材と前記成形型保持部材の間から取り出す取出工程と、
前記支持部材上に、成形面に複数の光学転写面が形成された第一の成形型を配置する工程と、
前記成形型保持部材に第二の成形型を保持させる工程と、
前記第二の成形型の複数の光学転写面と、前記第一の成形型上に配置されたガラス基板の一面との間にエネルギー性硬化樹脂を滴下又は吐出するディスペンス工程と、
前記ディスペンス工程後、前記エネルギー性硬化樹脂を前記成形型又は前記ガラス基板に対して押圧するインプリント工程と、
前記インプリント工程後、前記エネルギー性硬化樹脂に対してエネルギーを与えて硬化を進める硬化工程と、を備えることを特徴とするものである。
本発明によれば、エネルギー性硬化性樹脂を滴下してインプリントし、さらに光照射した後に、成形型を基板から離型しない状態で加熱硬化するので、光照射した際にエネルギー性硬化性樹脂が確実に硬化しない場合であっても、別途、加熱工程時にオーブン等で確実に硬化させることができる。よって、光照射時間の短縮化を図ることができ、装置内における作業を短縮することができ、その結果、製造効率の向上を図ることができる。また本発明によれば、ガラス基板の平行度に依存せず、精度の高い光学素子をガラス基板上に成形する製造方法を提供する事ができる。
ウエハレンズの概略構成を示す斜視図である。 ウエハレンズ製造装置の概略構成を示す図面である。 サブマスターの概略構成を示す斜視図である。 サブマスターのマスターの概略構成を示す斜視図である。 ウエハレンズ製造装置の制御構成を概略的に説明するためのブロック図である。 ウエハレンズの製造工程の一部であって、基準スペーサを使用して平行出しを行う工程を示す図面である。 ウエハレンズの製造工程の一部であって、ガラス基板の一方の面に樹脂を滴下する工程を示す図面である。 ウエハレンズの製造工程の一部であって、ガラス基板をサブマスターに押圧し光照射する工程を示す図面である。 ウエハレンズの製造工程の一部であって、スタンプホルダからサブマスターを取り外す工程を示す図面である。 ウエハレンズの製造工程の一部であって、基準スペーサを使用して平行出しを行う工程を示す図面である。 ウエハレンズの製造工程の一部であって、ガラス基板の他方の面に樹脂を滴下する工程を示す図面である。 ウエハレンズの製造工程の一部であって、ガラス基板をサブマスターに押圧し光照射する工程を示す図面である。 ウエハレンズの製造工程の一部であって、スタンプホルダからサブマスターを取り外す工程を示す図面である。 ウエハレンズの製造工程の一部であって、ガラス基板から両面のサブマスターを離型する工程を示す図面である。
次に、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。
図1に示す通り、ウエハレンズ1は円形状のガラス基板3と、複数の凸レンズ部5とを、有している。ガラス基板3は基板の一例である。ガラス基板3の表裏面には複数の凸レンズ部4,5がアレイ状に配置されている(図14参照)。凸レンズ部4,5には、光学面の表面に回折溝や段差等の微細構造が形成されていてもよい。
本実施の形態においては光硬化性樹脂、好ましくはUV硬化性樹脂となっているが、これに限定されない。すなわちエネルギー(熱、光等)を与えることにより硬化する樹脂であればよい。なお、当該光硬化性樹脂としては、例えばアクリル樹脂やアリルエステル樹脂などを用いることができ、これら樹脂はラジカル重合により反応硬化させることができる。その他の光硬化性樹脂としては、例えばエポキシ系の樹脂などを用いることができ、当該樹脂はカチオン重合により反応硬化させることができる。一方、熱硬化性樹脂は上記ラジカル重合やカチオン重合の他、シリコン等のように付加重合により硬化させることもできる。
凸レンズ部4,5は樹脂4A,5Aで形成されている(図14参照)。樹脂4A,5Aは光硬化性樹脂である。当該光硬化性樹脂としては、例えばアクリル樹脂やアリルエステル樹脂などを用いることができ、これら樹脂はラジカル重合により反応硬化させることができる。その他の光硬化性樹脂としては、例えばエポキシ系の樹脂などを用いることができ、当該樹脂はカチオン重合により反応硬化させることができる。
次に、ウエハレンズ1を製造する際に使用するウエハレンズ製造装置30について説明する。
図2に示す通り、ウエハレンズ製造装置30はベース32を有している。ベース32の上部には開口部32aが形成されており、開口部32aには、開口部32aを塞ぐように板状の蓋部321が設けられている。蓋部321は、光透過性を有し、例えば石英ガラス等により形成されていることが好ましい。
蓋部321によって塞がれたベース32内は減圧機構322等によって減圧されている。具体的には、10−2MPa以下に減圧されることが好ましい。
また、ベース32の上部には内側に突出する突出部34が形成されている。ベース32の底部と突出部34との間には3本のガイド36が所定間隔に立設されている(なお、図2では2本のガイドのみ図示)。ガイド36はベース32、突出部34とそれぞれフランジ部で取り付けられている。これによりベース32、突出部34に対して直交性を出して取り付けが可能となる。またガイド36間にはステージ40が設けられている。ステージ40にはスライドガイド42が形成されており、ガイド36がスライドガイド42を貫通している。
また、ベース32上であってステージ40の下方には、ステージ40の昇降動作を行う昇降アクチュエータ120が設けられている。昇降アクチュエータ120にはシャフト122が連結されている。
ベース32の上部でステージ40の下方にも内側に突出する支持部48が形成されている。支持部48上には、支持部48の上面とステージ40の下面との間の距離を計測するハイトゲージ124が設けられている。
ステージ40上にはギヤードモータ50が所定間隔に3つ設けられている(なお、図2では2つのギヤードモータのみ図示)。ギヤードモータ50にはシャフト52が連結されている。ギヤードモータ50の上方にはXYステージ62、θステージ64が順に設けられている。
ギヤードモータ50とXYステージ62の下面との間にはロードセル44がそれぞれ設けられている。XYステージ62の自重でシャフト52の先端がロードセル44と当接している。ウエハレンズ製造装置30では、ギヤードモータ50の作動によりシャフト52が上下方向に伸縮するようになっており、これに伴いXYステージ62が上下方向に移動可能となっている。
また、ステージ40上には、ステージ40の上面とXYステージ62の下面との間の距離を計測するハイトゲージ126が所定間隔に3つ設けられている(なお、図2では2つのハイドゲージのみ図示)。
XYステージ62はロードセル44、ハイトゲージ126の上のXY平面(2次元平面)において移動可能となっている。θステージ64はその中心部を回転軸として回動可能となっている。
XYステージ62、θステージ64上には静電チャック装置(基台)70が設置されている。静電チャック装置70は、内部に設けられた金属電極に電圧を印加して、静電チャック装置70の上面と、静電チャック装置70上のガラス基板3に正・負の電荷を発生させて、ガラス基板3を支持固定するようになっている。
ベース32の上部にはスタンプホルダ80が固定されている。スタンプホルダ80には光透過性のサブマスター20(第1成形型)が固定されている。スタンプホルダ80の端部にはサブマスター20の外周縁が嵌め込まれて、その外周縁を着脱自在に保持するツメ82やリング等が取り付けられている。そして、サブマスター20の外周縁をツメやリング等で機械的に保持することによってサブマスター20がスタンプホルダ80に固定される。なお、スタンプホルダ80とサブマスター20との着脱機構は、サブマスター20をスタンプホルダ80に対して着脱自在に保持できる機構であれば上述の構成に限定されるものではない。
サブマスター20の上方には光源90が設けられている。光源90の点灯によりサブマスター20に向けて光を照射可能となっている。
図3に示す通り、サブマスター20は、主には成形部22と基材26とで構成されている。成形部22には複数の光学転写面であるキャビティ24(凹部)がアレイ状に形成されている。キャビティ24の表面(成形面)形状はウエハレンズ1における凸レンズ部5に対応するネガ形状となっており、図3では略半球形状に凹んでいる。
成形部22は、樹脂22Aによって形成されている。樹脂22Aとしては、離型性の良好な樹脂、特に透明樹脂が好ましい。離型剤を塗布しなくても離型できる点で優れる。樹脂22Aとしては、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれでも構わない。
基材26は、サブマスター20の成形部22のみでは強度に劣る場合でも、成形部22に基材26を貼り付けることでサブマスター20の強度が上がり、何回も成形することができるという、裏打ち材のことである。
基材26は、成形部22と異なる材料で構成されてもよいし、成形部22と同一の材料で一体的に構成されてもよい。基材26を成形部22と異なる材料で構成する場合には、例えば石英、シリコーンウェハ、金属、ガラス、樹脂、セラミックス等、平滑性を有するものなら何れでもよい。基材26を成形部22と同一材料で一体的に構成するとは、実質的には成形部22だけでサブマスター20を構成することである。
ここで、「サブマスター20」は、「凸レンズ部5」を成形するための第1成形型であり、図12に示す「サブマスター20B」は、「凸レンズ部4」を成形するための第2成形型であり、これらを区別している。「サブマスター20B」は基本的に「サブマスター20」と同様の構成及び材料であり、キャビティ24の表面形状が凸レンズ部4に対応するネガ形状となっているだけであるので、サブマスター20Bの説明は省略する。
なお、ウエハレンズ1の製造(凸レンズ部5の成形)にあたっては、図3のサブマスター20が主に使用されるが、これに加えて図4のマスター10も使用される。すなわち、マスター10はサブマスター20を製造する際に用いる母型であり、サブマスター20はウエハレンズ1(凸レンズ部5)を成形する際に用いる成形型である。サブマスター20はウエハレンズ1を量産するのに複数回にわたり使用され、その使用目的,使用頻度などにおいてマスター10とは異なるものである。
図4に示す通り、マスター10は直方体状のベース部12に対し複数の凸部14がアレイ状に形成されている。凸部14はウエハレンズ1の凸レンズ部5に対応する部位であり、略半球形状に突出している。なお、マスター10の外形は、図4に示すように四角形であっても良いし円形であっても良い。
凸部14の表面(成形面)形状は、ガラス基板3上に成形転写する凸レンズ部5の光学面形状に対応するポジ形状となっている。
マスター10の材料としては、切削や研削などの機械加工によって光学面形状を創製する場合には、金属または金属ガラスを用いることができる。分類としては鉄系の材料とその他合金が挙げられる。鉄系としては、熱間金型、冷間金型、プラスチック金型、高速度工具鋼、一般構造用圧延鋼材、機械構造用炭素鋼、クロム・モリブデン鋼、ステンレス鋼が挙げられる。その内、プラスチック金型としては、プリハードン鋼、焼入れ焼戻し鋼、時効処理鋼がある。プリハードン鋼としては、SC系、SCM系、SUS系が挙げられる。さらに具体的には、SC系はPXZがある。SCM系はHPM2、HPM7、PX5、IMPAXが挙げられる。SUS系は、HPM38、HPM77、S-STAR、G-STAR、STAVAX、RAMAX-S、PSLが挙げられる。また、鉄系の合金としては特開2005-113161号公報や特開2005-206913号公報が挙げられる。非鉄系の合金は主に、銅合金、アルミ合金、亜鉛合金がよく知られている。例としては、特開平10-219373号公報、特開2000-176970号公報に示されている合金が挙げられる。金属ガラスの材料としては、PdCuSiやPdCuSiNiなどがダイヤモンド切削における被削性が高く、工具の磨耗が少ないので適している。また、無電解や電解のニッケル燐メッキなどのアモルファス合金もダイヤモンド切削における被削性が良いので適している。これらの高被削性材料は、マスター10全体を構成しても良いし、メッキやスパッタなどの方法によって特に光学転写面の表面だけを覆っても良い。
図5に示す通り、昇降アクチュエータ120、ハイトゲージ124、ロードセル44、ハイトゲージ126、ギヤードモータ50、XYステージ62、θステージ64、静電チャック装置70(静電機構)、スタンプホルダ80、光源90は制御装置100に接続されている。制御装置100はこれら部材の動作を制御するようになっている。特に本実施形態では、制御装置100はハイトゲージ124の出力値に基づき昇降アクチュエータ120の動作(昇降量)を制御したり、ハイトゲージ126、ロードセル44の出力値に基づきギヤードモータ50の動作(回転量)を制御したりするようになっている。
続いて、ウエハレンズ製造装置30を用いたウエハレンズ1の製造方法について説明する。
図6に示す通り、はじめに、基準スペーサ130を使用してスタンプホルダ80に対してXYステージ62、θステージ64、静電チャック装置70の平行出しを行う。
基準スペーサ130は、上下面が互いに平行な板状をなしている。平行出しは、静電チャック装置70の上に基準スペーサ130を配置して、制御装置100により昇降アクチュエータ120を作動させてシャフト122を上方に伸ばし、ステージ40を上方に移動させていき、基準スペーサ130の外周縁の上面130aをスタンプホルダ80に当接させる。この場合、制御装置100がハイトゲージ124の出力値に基づき昇降アクチュエータ120の作動を制御し、ステージ40を所定の高さ位置まで移動させる。さらに、XYステージ62、θステージ64を制御して、また、ロードセル44及びハイトゲージ126の出力値に基づきギヤードモータ50も制御し、スタンプホルダ80の基準スペーサ130との当接面80a(基準スペーサ130の上面)と、静電チャック装置70の上面との平行度や静電チャック装置70への均等荷重、ステージ40の上面とXYステージ62との間の距離なども一定に保持する。このようにして平行出しを行った後、制御装置100により昇降アクチュエータ120を作動させてシャフト122を下方に縮ませて基準スペーサ130を取り出す。
通常は、成形により光学素子用のエネルギー硬化樹脂が直接ディスペンスされる基板との間に同様なスペーサ等を配置して平行出しを行う事が考えられるが、ウエハレンズとして用いられるガラス基板は数mm以下と非常に薄いものであり、スペーサ等の当接により欠け、割れといった問題も懸念される、また基板自体が反りやすいという問題もあり、取り扱いの観点に加えて基板自体の平面度も高くない。
一方で、成形される光学素子の樹脂の屈折率とガラス基板の屈折率とは大きな差がないため、基板と光学素子のハイブリット光学系として考える際、この中での基板の光学素子の光学面の光軸に対する傾きはそれほど大きな問題とならない。
従って、ガラス基板を基準に平行出しを行うよりも、ガラス基板や両面成形を行う場合の一方の面に光学素子を成形するための成形型を支持する静電チャック装置の表面を用いて平行出しを行う方が、成形型全体が傾いて成形の際、硬化樹脂に対して傾いて押圧成形される、といった問題が回避できる。
つまり、このように予め基準スペーサ130で、スタンプホルダ80の当接面80aと静電チャック装置70の上面との平行出しを行うことによって、ガラス基板を基準にした平行出しと比べて、より高精度なウエハレンズ1を製造することができる。
また本実施例では、ガラス基板3やサブマスター20を設置する前に予め平行だしを行う事ができるため、これらの部材を設置するたびに、随時平行出しを行う必要がなくなり、工程数の簡略化を図ることができる。
更に本実施例ではスタンプホルダの当接面と静電チャック装置の上面との間の平行度を調整する工程で説明しているが、ガラス基板の両側の面に光学素子を成形する場合、静電チャック装置の上面ではなく、ガラス基板の裏側の面から離型していない成形型が配置される場合があるため、その場合、当該成形型の成形面とスタンプホルダの当接面との間で平行度を調整する場合や、当該成形型を支持する支持部材としての静電チャック装置の上面とスタンプホルダの当接面との間で平行度を調整するものであっても良い。
なお、本実施例ではスタンプホルダ80の当接面でサブマスター20を当接、保持する事により、サブマスター20の成形面と静電チャック装置の上面との平行度は実質維持ができる程度に当接面での当接面精度は確保されている。
図7に示す通り、スタンプホルダ80に対し上記着脱機構によってサブマスター20を固定するとともに、静電チャック装置70に対しガラス基板3を設置し、静電吸引してガラス基板3を吸引・固定する。その後、図示しないディスペンサ等によりガラス基板3上に所定量の樹脂5Aを滴下する(第1ディスペンス工程)。
ガラス基板3上に樹脂5Aを滴下した状態において、図8に示す通り、ガラス基板3を位置制御して、サブマスター20に対しガラス基板3を所定位置まで移動させ、ガラス基板3をその所定位置で保持する(第1インプリント工程)。
詳しくは、昇降アクチュエータ120を作動させてシャフト122を上方に伸ばし、ステージ40を上方に移動させる。この場合、制御装置100がハイトゲージ124の出力値に基づき昇降アクチュエータ120の作動を制御し、ステージ40を所定の高さ位置まで移動させる。
ウエハレンズ製造装置30では、移動させようとするステージ40の高さ位置が制御装置100に予め設定されており、制御装置100は静電チャック装置70が基準位置S(図7参照)に到達する位置まで昇降アクチュエータ120を作動させ、静電チャック装置70が基準位置Sに到達したら昇降アクチュエータ120の作動を停止させる(位置制御工程)。
その結果、樹脂5Aがガラス基板3の押圧を受けて徐々に広がり、図8に示す通り、サブマスター20のキャビティ24に充填される。その後、ステージ40を基準位置Sに対応する位置で保持したまま、光源90を点灯させ、光透過性のサブマスター20を介して樹脂5Aに対し所定時間、光照射し、樹脂5Aの硬化をある程度進ませる。(第1硬化工程:露光工程)。
ここで、樹脂5Aが硬化する際に(樹脂5Aの硬化時又はその後に)、ステージ40が所定の高さ位置で保持されたままであると、樹脂5Aにおいて硬化収縮が生じてもガラス基板3がその収縮に追従せず、樹脂5Aの内部に歪が生じたり、樹脂5Aに対するキャビティ24の面形状の転写が不十分になったりする可能性がある。
そこで、本実施形態では、光源90を一定時間点灯させ、樹脂5Aに対し一定量の光を照射したら、ガラス基板3を圧力制御して、サブマスター20に対するガラス基板3の押圧力を所定圧力に保持する。
詳しくは、ギヤードモータ50を作動させてシャフト52を上方に伸ばし、XYステージ62、θステージ64、静電チャック装置70を上方に移動させる。この場合、制御装置100がロードセル44の出力値に基づきギヤードモータ50の作動を制御し、サブマスター20に対するステージ40の押圧力を所定圧力に保持しながらステージ40を上方に移動させる。
ウエハレンズ製造装置30では、XYステージ62、θステージ64、静電チャック装置70のサブマスター20に対する押圧力が制御装置100に予め設定されており、制御装置100はロードセル44から受ける出力値に基づきギヤードモータ50の作動を制御し、XYステージ62、θステージ64、静電チャック装置70のサブマスター20に対する押圧力を所定圧力に保持する(圧力制御工程)。
また、制御装置100はロードセル44、ハイトゲージ126の出力値に基づき、XYステージ62、θステージ64も制御して、ガラス基板3とサブマスター20との平行度や樹脂5Aへの均等荷重、ステージ40の上面とXYステージ62との間の距離なども一定に保持する。
その後、光源90を消灯させて樹脂5Aに対する光照射を停止する。なお、樹脂5Aに対する光照射は上記圧力制御工程の前に停止してもよい。
図9に示す通り、サブマスター20をガラス基板3から離型しない状態で、上記着脱機構による固定を解除することによって、サブマスター20をスタンプホルダ80から取り外す。そして、昇降アクチュエータ120のシャフト122を下方に縮め、ステージ40を下方に移動させる。
図10に示す通り、スタンプホルダ80に対して、上記着脱機構によって新たなサブマスター20Bを固定するとともに、サブマスター20が取り付けられた状態のウエハレンズ1を上下反転させて静電チャック装置70上に設置する。そして、静電吸引してガラス基板3を吸引・固定する。
その後、基準スペーサ131を使用してサブマスター20Bに対してサブマスター20の平行出しを行う。基準スペーサ131は、上下面が互いに平行とされ、内部にガラス基板3が配置されるように穴131aが形成されている。平行出しは、ガラス基板3が穴131a内に配置されるように、サブマスター20の上面に載置する。そして、制御装置100により昇降アクチュエータ120を作動させてシャフト122を上方に伸ばし、ステージ40を上方に移動させる。この場合、制御装置100がハイトゲージ124の出力値に基づき昇降アクチュエータ120の作動を制御し、ステージ40を所定の高さ位置まで移動させる。さらに、XYステージ62、θステージ64を制御して、また、ロードセル44及びハイトゲージ126の出力値に基づきギヤードモータ50も制御し、サブマスター20の成形面である上面とサブマスター20Bの成形面である下面との平行度やガラス基板3への均等荷重、ステージ40の上面とXYステージ62との間の距離なども一定に保持する。このようにして平行出しを行った後、制御装置100により昇降アクチュエータ120を作動させてシャフト122を下方に縮ませて基準スペーサ131を取り出す。
このように予め基準スペーサ131で、サブマスター20の上面とサブマスタ−20Bの下面との間で平行出しを行うことによって、図6のようなスタンプホルダと静電チャックとの間の平行出しに比べて、実際に成形する成形型の成形面同士での平行出しのため、より高精度なウエハレンズ1を製造することができる。
なお上記説明では、図6で示したスタンプホルダと静電チャックの平行出しを行った上で図10のようなサブマスター20,20B同士の平行出しを更に行う構成を例に説明しているが、本発明は必ずしもこれには限定されない。
即ち、図6及び係る説明記載で示したスタンプホルダ基準の平行出しの構成のみ、図10及び係る説明記載で示した成形型同士基準の平行だしの構成のみを、行うものであっても良い。
特に平行出し工程は手間の係る作業ではあるが、両面成形等の、より上下の対応する光学素子同士の偏芯、チルトといった光学性能を重視する場合には図10のみの構成を、逆に平行出しの手間の係る作業は最小限にとどめて効率よく成形作業を行う場合には図6のみの構成を採用する事が好ましい。
その後、図11に示す通り、図示しないディスペンサ等によりガラス基板3上に所定量の樹脂4Aを滴下する(第2ディスペンス工程)。
この状態において、図12に示す通り、ガラス基板3を位置制御して、サブマスター20Bに対しガラス基板3を所定位置まで移動させ、ガラス基板3をその所定位置で保持する(第2インプリント工程)。
詳しくは、上述の図8の位置制御工程と同様に、昇降アクチュエータ120を作動させてシャフト122を上方に伸ばし、ステージ40を上方に移動させる。この場合も、制御装置100がハイトゲージ124の出力値に基づき昇降アクチュエータ120の作動を制御し、ステージ40を所定の高さ位置まで移動させる(位置制御工程)。
その結果、樹脂4Aがガラス基板3の押圧を受けて徐々に広がり、サブマスター20Bのキャビティ24Bに充填される。その後、ステージ40を基準位置に対応する位置で保持したまま、光源90を点灯させ、図12に示す通り、光透過性のサブマスター20Bを介して樹脂4Aに対し所定時間、光照射し、樹脂4Aの硬化をある程度進ませる。(第2硬化工程:露光工程)。
ここで、樹脂4Aが硬化する際に(樹脂4Aの硬化時又はその後に)、上述の樹脂5Aの場合と同様に、樹脂4Aにおいても硬化収縮が生じる。そのため、光源90を一定時間点灯させ、樹脂4Aに対し一定量の光を照射したら、ガラス基板3を圧力制御して、サブマスター20Bに対するガラス基板3の押圧力を所定圧力に保持する。
詳しくは、上述の図8の圧力制御工程と同様に、ギヤードモータ50を作動させてシャフト52を上方に伸ばし、XYステージ62、θステージ64、静電チャック装置70を上方に移動させる。この場合、制御装置100がロードセル44の出力値に基づきギヤードモータ50の作動を制御し、サブマスター20に対するステージ40の押圧力を所定圧力に保持しながらステージ40を上方に移動させる(圧力制御工程)。
また、制御装置100はロードセル44、ハイトゲージ126の出力値に基づき、XYステージ62,θステージ64も制御して、ガラス基板3とサブマスター20Bとの平行度や樹脂4Aへの均等荷重、ステージ40の上面とXYステージ62との間の距離なども一定に保持する。
その後、光源90を消灯させて樹脂5Aに対する光照射を停止する。樹脂4Aに対する光照射は図8の圧力制御工程の前に停止してもよい。
図13に示す通り、サブマスター20Bをガラス基板3から離型しない状態で、上記着脱機構による固定を解除することによって、サブマスター20Bをスタンプホルダ80から取り外す。そして、昇降アクチュエータ120のシャフト122を下方に縮め、ステージ40を下方に移動させる。
その後、図14に示す通り、サブマスター20,20Bが取り付けられた状態でウエハレンズ1をウエハレンズ製造装置30から取り出す。そして、オーブン等でポストキュアして加熱硬化することによって樹脂4A,5Aの硬化を完全に硬化させる(第3硬化工程:加熱工程)。
最後にサブマスター20,20Bを離型する(離型工程)。
このようにしてガラス基板3の表裏面に凸レンズ部4,5が形成されたウエハレンズ1が形成される。
なお、本実施形態では第3硬化工程をもって樹脂を完全に硬化させているが、必ずしもこれに限定されない。つまりサブマスター20,20Bから離型された後に更に硬化を進ませる硬化工程を行っても良い。これにより硬化工程を複数工程に分離できるため、樹脂の急激な光学特性の変化を軽減する事が可能となる。
以上の本実施形態によれば、樹脂4A,5Aを滴下して(第1、第2ディスペンス工程)、インプリントし(第1、第2インプリント工程)、光照射(第1、第2硬化工程)した後にサブマスター20,20Bをガラス基板3から離型しない状態で加熱硬化する(本実施形態では第3硬化工程が該当するが、別の実施形態で場合によっては第2硬化工程が該当する)ので、光照射した際に樹脂4A,5Aが確実に硬化しない場合であっても、ウエハレンズ製造装置30内から取り出して、別途、オーブン等で確実に加熱硬化させることができる。よって、ウエハレンズ製造装置30内で行う光照射時間の短縮化を図ることができ、ウエハレンズ製造装置30内における作業を短縮することができる。その結果、製造効率を向上させることができる。
第1、第2ディスペンス工程、第1、第2インプリント工程及び第1、第2硬化工程を減圧下で行うので、樹脂4A,5A内への気泡の巻き込みや、サブマスター20,20Bにおける樹脂4A,5Aの未充填箇所の発生を防止することができる。さらに、第1、第2硬化工程では、樹脂への酸素阻害を防止でき、樹脂を確実に硬化することができ、その結果、高精度なウエハレンズ1を得ることができる。
また、樹脂5Aに対する光照射前の段階では、ハイトゲージ124の出力値に基づき静電チャック装置70を基準位置Sまで上昇させ基準位置Sで保持し、ガラス基板3を位置制御している。他方、樹脂5Aに対する光照射後の段階では、ロードセル44の出力値に基づきステージ40のサブマスター20に対する押圧力を所定圧力に保持させ、ガラス基板3を圧力制御(荷重制御)している。すなわち、樹脂5Aに対する光照射の前後で、ガラス基板3の制御を位置制御から圧力制御に切り替えている。
そのため、樹脂5Aに対する光照射により樹脂5Aが硬化収縮を起こしたとしても、樹脂5Aの容積変化に追従して樹脂5Aを、サブマスター20のキャビティ24に対し一定圧力で強制的に押圧することができる。その結果、樹脂5Aの内部で歪が生じたり、樹脂5Aに対するキャビティ24の面形状の転写が不十分になったりするのを抑制することができ、サブマスター20のキャビティ24から樹脂5Aへの転写性が低下するのを抑制することができる。
さらに、ウエハレンズ製造装置30では、サブマスター20,20Bがスタンプホルダ80に対して着脱自在に保持されているので、スタンプホルダ80からサブマスター20,20Bを容易に取り外すことができる。よって、サブマスター20,20Bを離型しない状態でウエハレンズ1をウエハレンズ製造装置30内から取り出して、別途、オーブン等で確実に加熱硬化させることができ、ウエハレンズ製造装置30内における作業の短縮化に繋がる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、サブマスター20,20Bから樹脂性の凸レンズ部4,5を形成する例を示したが、上記実施形態は、マスター10からレンズ成形用の樹脂型(サブマスター20)等を形成する場合にも適用可能である。
また、上記実施形態では、ウエハレンズ製造装置30内を減圧し、減圧下で露光工程までを行うとしたが、大気中で行っても構わない。
また、ガラス基板3の表裏面に凸レンズ部4,5を設けるとしたが、一方の面のみに凸レンズ部を設けても構わない。この場合、図6〜図8のように第1ディスペンス工程、第1インプリント工程及び第1硬化工程までを行い、図9に示す通り、サブマスター20をスタンプホルダ80から取り外した後、サブマスター20を離型しない状態で、ウエハレンズ1をウエハレンズ製造装置30内から取り出す。そして、上記第3硬化工程と同様に加熱照射して樹脂を完全に硬化させれば良い。
なお、スタンプホルダ80からサブマスター着脱後の硬化工程は、必ずしも着脱前の硬化工程と異なる種類の硬化工程である必要はなく、照射条件が同じもしくは異なる同種の硬化工程であっても良い。
また、ガラス基板3の設置位置とサブマスター20の設置位置とを反転させて製造しても良い。詳しくは、図示しないが、静電チャック装置70に対してサブマスター20を吸引・固定し、一方、スタンプホルダ80によってガラス基板3を保持する。そして、サブマスター20上に樹脂5Aを滴下し、ガラス基板3に対してサブマスター20側を上方に移動させて押圧することにより樹脂5Aをキャビティ24内に充填させる。次いで、光照射し、サブマスター20を離型しない状態で、ガラス基板3の他方の面(樹脂5Aと反対側の面)に樹脂4Aを滴下する。その後、スタンプホルダ80に新たに取り付けたサブマスター20Bに対して、ガラス基板3側を上方に移動させて押圧することにより樹脂4Aをキャビティ24B内に充填させる。その後、光照射し、サブマスター20,20Bを離型しない状態でウエハレンズ1を装置30内から取り出し、オーブン等により樹脂4A,5Aを加熱硬化する。
また、位置制御工程では、ガラス基板3の位置制御と圧力制御とを同時に実行してもよい。すなわち、ガラス基板3を所定位置まで移動させる際に、ガラス基板3を圧力制御して、サブマスター20に対するガラス基板3の押圧力を所定圧力以下に保持する。
詳しくは、制御装置100がハイトゲージ124の出力値に基づきステージ40の移動を制御するのに加え、ロードセル44の出力値も常に参照しておき、ギヤードモータ50の作動を制御してステージ40のサブマスター20に対する押圧力を所定圧力以下に保持する。この場合、樹脂5Aに必要以上に荷重がかかるのを防止することができ、サブマスター20の変形を確実に防止することができる。
また、圧力制御工程では、ロードセル44の出力値に基づきリアルタイムにギヤードモータ50の作動を制御してもよい。すなわち、制御装置100に対し予め設定しておいた一定の押圧力を閾値として、制御装置100がロードセル44の出力値を受けてその出力値が当該閾値以上になったら、ギヤードモータ50の作動を停止し、ロードセル44の出力値が当該閾値未満になったら、ギヤードモータ50の作動を再開する。
1 ウエハレンズ
3 ガラス基板
4、5 凸レンズ部
4A、5A 樹脂
20、20B サブマスター
24、24B キャビティ
30 ウエハレンズ製造装置
62 XYステージ
64 θステージ
70 静電チャック装置
80 スタンプホルダ
82 ツメ

Claims (6)

  1. 支持部材で支持されたガラス基板の一面と成形型の複数の光学転写面との間にエネルギー性硬化樹脂を配置して押圧成形する事により、前記ガラス基板表面に当該光学転写面のネガ形状に対応する形状を有するエネルギー硬化樹脂製の光学素子を複数形成したウエハレンズの製造方法であって、
    前記支持部材の表面と前記成形型を保持する成形型保持部材の一面との間に、前記各面とそれぞれ当接する第1面と当該第1面と平行な第2面とを有するスペーサを配置し、前記支持部材の表面と前記スペーサの第1面、前記スペーサの第2面と前記成形型保持部材部材の一面とをそれぞれ当接させる事により、前記ガラス基板と当接する前記支持部材の表面と成形型との平行度を調整する調整工程と、
    前記支持部材の表面に前記ガラス基板を配置する工程と、
    前記調整工程で調整された成形型の複数の光学転写面と、前記支持部材に支持されたガラス基板の一面との間にエネルギー性硬化樹脂を滴下又は吐出するディスペンス工程と、
    前記ディスペンス工程後、前記エネルギー性硬化樹脂を前記成形型又は前記ガラス基板に対して押圧するインプリント工程と、
    前記インプリント工程後、前記エネルギー性硬化樹脂に対してエネルギーを与えて硬化を進める硬化工程と、を備えることを特徴とするウエハレンズの製造方法。
  2. 支持部材で支持されたガラス基板の一面と成形型の複数の光学転写面との間にエネルギー性硬化樹脂を配置して押圧成形する事により、前記ガラス基板表面に当該光学転写面のネガ形状に対応する形状を有するエネルギー硬化樹脂製の光学素子を複数形成したウエハレンズの製造方法であって、
    前記支持部材の表面と前記成形型の一面との間に、各面とそれぞれ当接する第1面と当該第1面と平行な第2面とを有するスペーサを配置し、前記支持部材の表面と前記スペーサの第1面、前記スペーサの第2面と前記成形型の一面とを当接させる事により、前記ガラス基板と当接する前記支持部材の表面と成形型との平行度を調整する調整工程と、
    前記支持部材の表面に前記ガラス基板を配置する工程と、
    前記調整工程で調整された成形型の複数の光学転写面と、前記支持部材に支持されたガラス基板の一面との間にエネルギー性硬化樹脂を滴下又は吐出するディスペンス工程と、
    前記ディスペンス工程後、前記エネルギー性硬化樹脂を前記成形型又は前記ガラス基板に対して押圧するインプリント工程と、
    前記インプリント工程後、前記エネルギー性硬化樹脂に対してエネルギーを与えて硬化を進める硬化工程と、を備えることを特徴とするウエハレンズの製造方法。
  3. 静電チャック装置に支持されたガラス基板の一面と、成形型保持部材により保持された成形型の複数の光学転写面との間にエネルギー性硬化樹脂を配置して押圧成形する事により、前記ガラス基板の一面に当該光学転写面のネガ形状に対応する形状を有するエネルギー硬化樹脂製の光学素子を複数形成したウエハレンズの製造方法であって、
    前記ガラス基板が配置される静電チャック装置の表面と前記成形型保持部材の一面との間に、各表面とそれぞれ当接する第1面と当該第1面と平行な第2面とを有するスペーサを配置し、前記静電チャック装置の表面と前記スペーサの第1面、前記スペーサの第2面と前記成形型保持部材部材の一面とをそれぞれ当接させるスペーサ当接工程と、
    前記スペーサ当接工程後、スペーサを前記静電チャック装置と前記成形型保持部材の間から取り出す取出工程と、
    前記静電チャック装置の表面にガラス基板を配置する工程と、
    前記成形型保持部材の一面に前記成形型を固定する工程と、
    前記成形型の複数の光学転写面と、前記ガラス基板の一面との間にエネルギー性硬化樹脂を滴下又は吐出するディスペンス工程と、
    前記ディスペンス工程後、前記エネルギー性硬化樹脂を前記成形型又は前記ガラス基板に対して押圧するインプリント工程と、
    前記インプリント工程後、前記エネルギー性硬化樹脂に対してエネルギーを与えて硬化を進める硬化工程と、を備えることを特徴とするウエハレンズの製造方法。
  4. ガラス基板の一方の面を、成形面に複数の光学転写面が形成された第一の成形型で支持した状態で、当該ガラス基板の他方の面と第二の成形型の成形面に形成された複数の光学転写面との間にエネルギー性硬化樹脂を配置して押圧成形する事により、前記ガラス基板上に当該光学転写面のネガ形状に対応する形状を有するエネルギー硬化樹脂製の光学素子を複数形成したウエハレンズの製造方法であって、
    前記第一の成形型の成形面と前記第二の成形型の成形面との間に、各成形面とそれぞれ当接する第1面と当該第1面と平行な第2面とを有するスペーサを配置し、前記第一の成形型の成形面と前記スペーサの第1面、前記スペーサの第2面と前記第二の成形型の成形面とをそれぞれ当接させるスペーサ当接工程と、
    前記スペーサ当接工程後、スペーサを前記第一及び第二の成形型間から取り出す取出工程と、
    前記第一の成形型上にガラス基板を配置する工程と、
    前記第二の成形型の複数の光学転写面と、前記第一の成形型上に配置されたガラス基板の一面との間にエネルギー性硬化樹脂を滴下又は吐出するディスペンス工程と、
    前記ディスペンス工程後、前記エネルギー性硬化樹脂を前記成形型又は前記ガラス基板に対して押圧するインプリント工程と、
    前記インプリント工程後、前記エネルギー性硬化樹脂に対してエネルギーを与えて硬化を進める硬化工程と、を備えることを特徴とするウエハレンズの製造方法。
  5. 前記スペーサ当接工程の前に、前記第一の成形型の複数の光学転写面と、前記ガラス基板の一面との間にエネルギー性硬化樹脂を滴下又は吐出するディスペンスした後、前記エネルギー性硬化樹脂を前記成形型又は前記ガラス基板に対して押圧するインプリントする工程を更に有することを特徴とする請求項4に記載のウエハレンズの製造方法。
  6. ガラス基板の一方の面を、成形面に複数の光学転写面が形成された第一の成形型で支持した状態で、当該ガラス基板の他方の面と第二の成形型の成形面に形成された複数の光学転写面との間にエネルギー性硬化樹脂を配置して押圧成形する事により、前記ガラス基板上に当該光学転写面のネガ形状に対応する形状を有するエネルギー硬化樹脂製の光学素子を複数形成したウエハレンズの製造方法であって、
    前記第一の成形型と当接する支持部材の表面と、成形型保持部材の一面との間に、前記各面とそれぞれ当接する第1面と当該第1面と平行な第2面とを有するスペーサを配置し、前記支持部材の表面と前記スペーサの第1面、前記スペーサの第2面と前記支持部材の一面とをそれぞれ当接させるスペーサ当接工程と、
    前記スペーサ当接工程後、スペーサを前記支持部材と前記成形型保持部材の間から取り出す取出工程と、
    前記支持部材上に、成形面に複数の光学転写面が形成された第一の成形型を配置する工程と、
    前記成形型保持部材に第二の成形型を保持させる工程と、
    前記第二の成形型の複数の光学転写面と、前記第一の成形型上に配置されたガラス基板の一面との間にエネルギー性硬化樹脂を滴下又は吐出するディスペンス工程と、
    前記ディスペンス工程後、前記エネルギー性硬化樹脂を前記成形型又は前記ガラス基板に対して押圧するインプリント工程と、
    前記インプリント工程後、前記エネルギー性硬化樹脂に対してエネルギーを与えて硬化を進める硬化工程と、を備えることを特徴とするウエハレンズの製造方法。
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