JP5890150B2

JP5890150B2 - 凹型レンズの製造方法

Info

Publication number: JP5890150B2
Application number: JP2011242037A
Authority: JP
Inventors: 慎介氏家
Original assignee: Ricoh Industrial Solutions Inc
Current assignee: Ricoh Industrial Solutions Inc
Priority date: 2011-11-04
Filing date: 2011-11-04
Publication date: 2016-03-22
Anticipated expiration: 2031-11-04
Also published as: JP2013097291A

Description

本発明は、プロジェクタなどの光学機器に使用される凹型レンズ、さらに工業用ガラス加工製品全般の加工に用いることが可能な凹型レンズの製造方法、および凹型レンズの技術分野に属する。

液晶装置などの電気光学装置などでは、各画素において、実際に表示に寄与し得る光が透過したり反射したりする領域は、各種配線や電子素子等の存在によって本質的に限られている。そこで、従来は、例えば、液晶装置において、各画素に対応する凹型マイクロレンズを所定の位置に配列した凹型マイクロレンズアレイを液晶層の対向基板に作り込んだり、凹型マイクロレンズアレイ基板を対向基板に貼り付けたりして、液晶層に入射される光量を画素単位で集光するようにしている。各画素の開口領域内に導かれるようにした結果、電気光学装置において凹型マイクロレンズアレイを利用することにより、明るい表示が可能となる。凹型マイクロレンズに限らず、レンズサイズを大型化した凹型レンズの利用分野は、電気光学装置の大型化に対応する分野も含めて将来的にも広がるものである。

この種の凹型マイクロレンズの製造は、次のように行われる。例えば、第１に透明基板上に形成すべき凹型マイクロレンズの中心に対応する位置に開口を設けたマスク層を形成する。第２にこのマスク層を介して透明基板をウエットエッチングすることにより、凹型マイクロレンズの曲面を規定する半球面状の凹部を形成する。その後、マスク層を除去してから、凹部内に高屈折の透明物質を充填する。このウエットエッチングは等方性であり、マスク層に開けられた開口を中心とした半球面状の凹部をレンズ球面とする凹型マイクロレンズが形成される。このような凹型マイクロレンズをアレイ状に多数形成することにより、凹型マイクロレンズアレイが形成される。

このような凹型マイクロレンズアレイの場合、集光におけるレンズ効率を向上させることが重要であり、さらに球面収差を小さくすることも重要である。半球面状のレンズ曲面を、非球面状曲面にすることによりレンズ効率を向上させたり、球面収差を小さくすることが可能とされている。このような非球面状曲面を有する凹型マイクロレンズを容易に製造する方法が種々検討されているが、非球面状曲面の度合いを制御することが技術的に非常に困難になるという問題点が生じている。

特許文献１には、基板上に所定種類のエッチャントに対するエッチングレートが基板と異なる第１膜を形成する工程と、形成すべき凹型マイクロレンズの中心に対応する箇所に穴が開けられたマスクを第１膜上に形成する工程と、マスクを介してウエットエッチングすることで、凹型マイクロレンズの曲面を規定する非球面状の凹部を基板に掘る工程を有する技術が開示されている。

例えば石英基板、ガラス基板等の基板上に、フッ酸系などの所定種類のエッチャントに対するエッチングレートが異なる第１膜を形成する。この第１膜は、例えば、公知のＣＶＤ、スパッタリング等により形成する。次に形成すべき凹型マイクロレンズの中心に対応する箇所に開口が設けられたマスク層を第１膜上に形成する。このようなマスク層は、ＣＶＤやスパッタリング等による成膜後に、フォトリソグラフィおよびエッチングにより開口を設けるようにパターニングして形成することができる。その後、このようなマスク層を介して第１膜および基板をウエットエッチングする。ここで用いられるエッチャントに対するエッチングレートは、第１膜と基板とでは異なるため、第１膜をエッチングが貫通するまでの間は、凹部の周囲における第１膜に指向性のない、即ち、等方性のウエットエッチングによって半球面の凹部が形成されるが、その貫通後には、第１膜がエッチングされる度合いと基板がエッチングされる度合いとは相互に異なるため、非球面状の凹部が形成されることになる。

このように、第1膜のエッチングレートを基板よりも高くすることで、基板には半球面に比べて底が浅いナベ形状の凹部が形成される。基板を透明基板としてこの凹部を透明レンズとすることにより、凹型レンズとしてのマイクロレンズの製造が可能になる。

さらに、基板を透明基板として、このナベ形状の凹部内に基板よりも屈折率が大きい透明媒質たとえば透明樹脂を入れる工程を備えることにより、透明基板上に、非球面の凸レンズとしてマイクロレンズを製造することが可能になる。

しかしながら、特許文献１の手法は、基板とエッチングレートが異なる第１膜のエッチングレートの制御を、第１膜の種類、膜厚、形成方法、形成条件および形成後における熱処理の温度のうち少なくとも一つに係る条件設定により行うとするものである。例えばＣＶＤ、スパッタリング等の第１膜の形成方法では、４００℃以下程度或いは４００℃〜１０００℃程度の第１膜の形成温度、第１膜形成後の高い熱処理温度が必要になり、基板のうねり等の変形が生じるという問題がある。
また、非球面のレンズ曲面の縁付近にこの第１膜と基板との境目が存在してしまい、レンズ曲面の曲率が顕著に変化してしまう。このため、レンズ曲面の縁付近に残された第１膜が、光学性能に悪影響を及ぼすおそれがあるという問題がある。
さらに、マスク層パターンニングのドライエッチングとの組み合わせ、あるいは複数回のウエットエッチングを行う等製造工程が複雑化することから、製造コストの増加や製造歩留まりの低下などの問題がある。

特開２００４−７０２８３号公報

本発明は、係る事情の下になされたもので、凹型マイクロレンズを含めた凹型レンズの製造方法や凹型レンズについて、
非球面の曲面を有する凹型レンズや凹型レンズアレイを、マスク層の下層部に形成する基板とエッチングレートの異なる上述の第１膜などの処理に必要な処理層形成のための高い熱処理温度を必要とせず、高い熱処理温度による基板の変形を生じさせず、また、凹型レンズ曲面の縁付近における曲率の顕著な変化を防止することが可能な凹型レンズの製造方法を提供することを目的とする。
また、製造工程が複雑化することなく、製造コストや製造歩留まりが低下することのない凹型マイクロレンズを含めた凹型レンズの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、請求項１に記載の通り、凹型レンズの凹部を形成する基板上に、所定種類のエッチャントに対するエッチングレートが前記基板と異なるマスク層を形成する工程と、該基板内に形成する該凹型レンズの凹部中心に対応する該マスク層の箇所に開口を形成する工程と、前記マスク層を介して前記所定種類のエッチャントを用いてウエットエッチングする工程と、該基板表面と該マスク層との密着状態を制御する工程を、前記マスク層を形成する工程と前記ウエットエッチング工程とのうち、少なくとも前記ウエットエッチング工程において含み、前記密着状態を制御する工程は、前記ウエットエッチングにおけるマスク層の成膜条件を調整選択して、前記基板表面と前記マスク層との密着状態を制御し、該マスク層がスパッタリングにより形成され、該マスク層の成膜条件が少なくとも成膜パワーの供給電力としてのＤＣ電力、スパッタリングのガス圧力のパラメータを含み、前記基板表面の平面方向へのエッチャントの浸透を制御して、ウエットエッチング方向を前記基板の深さ方向よりも該基板表面の平面方向寄りに大きい、異方性のエッチングとすることで、前記凹型レンズの曲面を規定する非球面の凹部を前記基板に形成し、前記凹部が、前記マスク層開口部端部からの前記基板表面の平面方向のエッチング量Ｘと深さ方向のエッチング量ＹとのＸ／Ｙ比が１を超える形状である凹型レンズの製造方法であって、前記基板を石英、前記マスク層をクロム層とし、少なくとも前記成膜パワーの供給電力としてのＤＣ電力を７００Ｗ〜２０００Ｗの条件範囲内で前記基板と前記マスク層の密着度合を調整し、前記エッチャントとしてのフッ化水素酸濃度を１０％〜２０％、前記マスク層の材料が反応する物質を０％とする条件範囲内で前記基板と前記マスク層をエッチングして、前記Ｘ／Ｙ比を１．１６〜１．３４の範囲とする前記凹型レンズを形成する凹型レンズの製造方法である。

本発明によれば、非球面の曲面を有する凹型レンズや凹型レンズアレイを、マスク層形成のために高い熱処理温度を必要とせずに基板の変形を生じさせず、また、凹型レンズ曲面の縁付近における曲率の顕著な変化を防止することが可能な凹型レンズの製造方法を提供することが可能になる。
また、製造工程が複雑化することなく、製造コストや製造歩留まりが低下することのない凹型レンズの製造方法を提供することが可能になる。

本発明に係る等方性のウエットエッチングにおいて、エッチャントが基板表面とマスク層の界面に浸透し、基板の深さ方向よりも基板表面の平面方向の方がエッチング量の大きい、異方性のエッチングとなる原理を示す図である。図１（ａ）は、従来の技術を示す図である。図１（ｂ）は、本発明の技術を示す図である。本発明に係る凹型レンズの製造工程の一例を示す図であり、図２（ａ）〜図２（ｆ）は、各製造工程の状態を示す図である。本発明の第６の実施例の凹型レンズの形状を示す図であり、図３（ａ）は、主にマスク層の成膜条件の成膜パワーを変化させた場合の、形成された凹型レンズの非球面の寸法比率を示す図であり、図３（ｂ）は、成膜パワーと凹型レンズの非球面の寸法比率をグラフで示した図であり、図３（ｃ）は、被加工基板に形成された凹型レンズの非球面のエッチング量の寸法測定基準を示す図であり、開口部端部からの寸法である。本発明の第７の実施例の凹型レンズの形状を示す図であり、図４（ａ）は、マスク層の成膜条件の成膜パワーと被加工基板のエッチャントをほぼ一定として、マスク層の材料が反応するエッチャントＨＹの濃度を変化させた場合の、形成された凹型レンズの非球面の寸法比率を示す図であり、図４（ｂ）は、ＨＹ濃度と凹型レンズの非球面の寸法比率を示す図である。本発明の第８の実施例の凹型レンズの形状を示す図であり、図５（ａ）は、ＨＹ濃度を一定にして、成膜パワーと被加工基板のエッチャント濃度を変化させた場合の、形成された凹型レンズの非球面の寸法比率を示す図で、図５（ｂ）は、成膜パワーと凹型レンズの非球面の寸法比率を示す図である。

本発明は、基本的には、ウエットエッチングにおけるマスク層と凹型レンズを形成する基板との密着力や密着層の密度などの密着状態を制御することにより、等方性のエッチング方向を、基板の深さ方向よりも基板表面の平面方向寄りに大きい、異方性のエッチングとなるようにして、非球面の浅いナベ形状の凹部を基板に形成する技術である。

本発明の実施例１では、マスク層とウエットエッチングにおけるマスク層の成膜条件を調整することにより、マスク材と凹型レンズを形成する基板との密着状態を制御し、等方性のエッチング方向を、基板の深さ方向よりも基板の表面の平面方向寄りに大きい、異方性のエッチングとなるようにして、非球面の浅いナベ形状の凹部を基板に形成する技術である。本発明の実施例１〜実施例５の実施の形態について図１〜図２を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

本発明の実施例２では、ウエットエッチングにおける被加工物が反応する薬液（エッチャント）にマスク層の材料が反応する物質を微量添加混合することにより、マスク層と凹型レンズを形成する基板との密着状態を制御し、等方性のウエットエッチング方向を、基板の深さ方向よりも基板の表面の平面方向寄りに大きい異方性のエッチングとなるようにして、非球面の浅いナベ形状の凹部を基板に形成する技術である。

本発明の実施例３では、ウエットエッチングにおけるマスク層の成膜条件を調整して、マスク層材料と凹型レンズを形成する基板との密着状態を制御するとともに、さらにウエットエッチングにおける被加工物が反応する薬液（エッチャント）にマスク層材料が反応する物質を微量添加混合することにより、マスク層と凹型レンズを形成する基板との密着状態を制御し、等方性のエッチング方向を、基板の深さ方向よりも基板の表面の平面方向寄りに大きい異方性のエッチングとなるようにして、非球面の浅いナベ形状の凹部を基板に形成する技術である。

（図１の説明）
図１（ａ）は、従来の技術であり、図１（ｂ）は、本発明のウエットエッチングの手法を用いて、基板に対して深さ方向と表面方向のエッチング量が異なる、いわゆる異方性のエッチングとする概念図である。
図１（ｂ）は、浅いナベ状の非球面の凹部を形成する技術の原理的な概要を示す図である。図１（ａ）、（ｂ）において、１は被加工基板、２はマスク層、３はフォトレジスト層、４はマスク層開口部、矢印Ａ、Ｂは、被加工基板１とマスク層２との界面におけるエッチャントの浸透方向をそれぞれ示す。
実施例１〜３の条件を満たす被加工基板１とマスク層２との密着状態の度合い、マスク層２との密着状態を変化させるエッチャントの添加剤、及びこれらの条件を併合した条件によって、エッチャントが、被加工物である被加工基板１とマスク層２との界面に浸透し、被加工基板１とマスク層２の界面の密着状態がさらに変化して、微小な隙間が両者の界面に発現し、エッチャントが基板の深さ方向よりもその界面に沿って早く広がり、被加工基板１に対する加工処理開始時のマスク層開口部４からのエッチングに加えて、界面に浸透したエッチャントによるサイドエッチングが相対的に大きくなり、非球面の凹部が被加工基板１に形成される。開口部の大きさや形状は、作製する凹型レンズの大きさにより適宜選択される。ピンホール状の場合、直径１０μｍの円形の開口部寸法が選択される。
凹型レンズの平面方向の形状は、開口部形状や寸法によっても制御可能である。このピンホール状の開口部であれば、いわゆる凹型マイクロレンズの形成に適し、開口部を所要の大きさに設定することにより、より大型の凹型レンズの形成のためのウエットエッチング処理に対応する条件とすることが可能となる。

図２（ａ）〜図２（ｆ）は、被加工基板１に、凹型レンズ５を形成する製造プロセスを示す図である。
図２（ａ）〜（ｆ）において、１は被加工基板である石英等の酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）基板、２はマスク層、３はマスク層に開口を形成するフォトレジスト層、４は開口部、５は被加工基板に形成されたマイクロレンズ、矢印は、エッチング方向をそれぞれ示す。ただし、以下の詳細な説明において、材質を特定する場合は、英字の小符号を付与して他の材質を使用した場合と区別するものとする。

図２（ａ）において、被加工基板である酸化ケイ素系材料の石英基板１ａの表面に、マスク層であるクロム層２ａを、周知のスパッタリングにより形成する。クロム層２ａの厚さは、５０ｎｍ〜６０ｎｍの範囲とした。
図２（ｂ）において、形成する凹型レンズ５の中心位置に、クロム層２ａに対して、マスク層開口部４を形成するためのフォトレジスト層３を形成する。フォトレジスト層３は、周知のスピンコート法等によりフォトレジストをクロム層２ａ上に塗布し、石英基板１ａをスピンさせて所望の厚さの膜厚に形成し、さらに例えば１００℃の窒素ガス雰囲気中でプリベークして形成する。
図２（ｃ）において、周知のステッパーにより、フォトレジスト層３に対して、マイクロレンズを所定間隔で形成しマイクロレンズアレイとするための微小寸法のピンホール状開口部パターンを露光する。さらに、フォトレジスト層３を現像してフォトレジストマスク層としての開口部４ａを形成する。さらにフォトレジスト層３を、例えば１００℃の窒素ガス雰囲気中で２時間ポストベークして開口部を形成したフォトレジトマスク層とする。フォトレジストは、ポジテイブ型かネガテイブ型でもどちらでもよい。

図２（ｄ）において、クロム層２ａをウエットエッチングすることにより、フォトレジスト層開口部４ａに露出していたクロム層２ａを除去して開口部４ｂを形成する。フォトレジスト開口部４ａとクロム層２ａの開口部４ｂを総称して開口部４とする。クロム層２ａを除去した後に表面が露出した石英基板１ａをウエットエッチングする。開口部４を中心として、マイクロレンズとしての非球面状曲面を有する凹型レンズ５が、石英基板１ａに形成される。
その後、石英基板１ａを純水洗浄し、さらに乾燥させてエッチングを終了する。その後にフォトレジストマスク層３を、周知のアッシング装置によるアッシングで剥離し、さらにクロム層２ａをクロムウエットエッチング液を用いたウエットエッチングにより除去する。このようにして石英基板１ａ内に非球面の凹型レンズ５を有する凹型レンズおよび凹型レンズアレイを形成する。

（実施例１の説明）
被加工基板１として石英基板１ａ、エッチャントをフッ化水素酸、マスク層２としてクロム層２ａ、エッチャントへの添加剤としてクロムウエットエッチング液を用いて、以下のプロセスにて、凹型レンズを作製した。図２に示す製造プロセスのフローに沿って作製した。
（１）基板洗浄
石英基板１ａを公知の手法にてキャロス洗浄し、続いてエキシマレーザを基板に照射して石英基板１ａ表面上の有機物を酸化、除去して石英基板１ａを清浄化する。
（２）マスク層の成膜
次に前工程の基板洗浄と連続して表面清浄のまま、インラインスパッタリング装置にて、クロム層を石英基板１ａ上に成膜する。クロム層の成膜条件は、成膜パワーである供給電力としてＤＣ電力を１３００Ｗ、スパッタリング装置のガス圧力を２．１×１０^−１Ｐａ、Ａｒガス供給量を１０ｓｃｃｍとし、クロムの成膜量は６０ｎｍである。
（３）ピンホール（開口部）形成
石英基板１ａに所定サイズの開口径を作成するためにフォトリソグラフィを行った。クロム層２ａを成膜した石英基板１ａにフォトレジストをスピンコートし、プリベーク、ステッパーによる露光、現像を行い、フォトレジスト層３にピンホールを作製した。その後、クロム層２ａをピンホールを介してエッチングすることにより、クロム層２ａに石英基板１ａのエッチング用のピンホールを作製した。さらにフォトレジスト層３がフッ化水素酸（ＨＦ）に耐えられるように１００℃の窒素ガスオーブンにて２時間、フォトレジスト層３のポストベークを行った。

（４）ウエットエッチング処理
マスク層であるクロム層２ａにピンホールを形成した石英基板１ａをウエットエッチングして、非球面形状を有する凹部を形成する。使用するエッチャントは、フッ酸水溶液と、混酸、純水の３種混合溶液である。混酸は、ＨＹ液といわれ、クロムのウエットエッチング水溶液であり、主成分は、硝酸ニセリウムアンモニウム（１３％）である。全溶液に対してフッ酸の濃度を５重量％、混酸濃度を２重量％とした。この溶液中に石英基板１ａを浸漬することでウエットエッチングを行った。エッチング加工時間は８５分で、加工終了後に石英基板１ａに対してリンスを行い、さらに乾燥させて、ウエットエッチングを終了した。

本発明の製造方法により作製された凹型レンズの縁部では、レンズ曲面の曲率が顕著に変化してしまうということがない。これは、この縁部において、マスク層２であるクロム層２ａと石英基板１ａの表面の密着性が少なくとも低下し、石英基板１ａの凹型レンズ縁部におけるクロム層２ａとの境目が明確に存在する度合いが低くなり、レンズ曲面の曲率が顕著に変化してしまうということがなくなる。このことは、少なくともウエットエッチングの比較的初期の段階から、この境目での石英基板１ａ表面とクロム層２ａとの密着性が低下した状態になるためと考えられる。
（５）マスク層剥離
石英基板１ａ上のフォトレジスト層３を、アッシングにて剥離する。石英基板１ａをアッシング装置のチャンバー内に載置し、４．０×１０^−４Ｔｏｒｒまで排気し、その後、ＤＣ電力を１２５０Ｗ、酸素ガス供給量を１００ｓｃｃｍとして１分間アッシングを行い、残存していたフォトレジスト層３を石英基板１ａ表面から除去した。
その後、クロムウエットエッチング液に石英基板１ａを浸漬し、石英基板１ａの表面から残存していたクロムを除去した後に、リンスおよび乾燥を行って凹型レンズの製作を終了した。

（実施例２の説明）
加工基板１として石英基板１ａ、エッチャントとしてフッ化水素酸、マスク層２としてＩＴＯ膜２ｂ、エッチャントへの添加剤としてＩＴＯ剥離液を用いて、以下のプロセスにて、石英基板１ａ内に凹型レンズを作成した。
（１）基板洗浄
石英基板１ａを公知の手法にてキャロス洗浄し、続いてエキシマレーザを照射して石英基板１ａ表面上の有機物を酸化、除去して石英基板１ａ表面を清浄化する。
（２）マスク層の成膜
次に前工程の基板洗浄と連続して表面清浄のまま、インラインスパッタリング装置にて、ＩＴＯ膜を石英基板１ａ表面に成膜する。ＩＴＯ膜の成膜条件は、成膜パワーである供給電力としてＤＣ電力を１１００Ｗ、スパッタリング装置のガス圧力を４．０×１０^−４Ｐａ、Ａｒガス供給量４０ｓｃｃｍ、酸素ガス供給量５ｓｃｃｍとし、ＩＴＯ膜の成膜量は１００ｎｍである。
（３）ピンホール（開口部）形成
石英基板１ａに所定サイズの開口径を作成するためにフォトリソグラフィを行った。ＩＴＯ成膜した石英基板１ａにフォトレジストをスピンコートし、プリベーク、ステッパーによる露光、現像を行い、フォトレジスト層３にピンホールを作製した。その後、ＩＴＯ膜２ｂをピンホールを介してエッチングすることにより、ＩＴＯ膜２ｂに石英基板１ａのエッチング用のピンホールを作製した。さらにフォトレジスト層３がフッ化水素酸（ＨＦ）に耐えられるように１００℃窒素ガスオーブンにて２時間、フォトレジスト層のポストベークを行った。

（４）ウエットエッチング処理
マスク層であるＩＴＯ膜２ｂにピンホールを形成した石英基板１ａをウエットエッチングして、非球面形状を有する凹部５を形成する。使用するエッチャントは、フッ化水素酸と、ＩＴＯ膜剥離液と純水の３種混合溶液である。ＩＴＯ膜剥離液は、塩酸（１８重量％）を主成分とする塩酸と純水の混合液であり、ＩＴＯ膜２ｂのウエットエッチング水溶液である。全溶液に対してフッ化水素酸の濃度を５重量％、ＩＴＯ膜剥離液の濃度を２重量％とした。この溶液中に石英基板１ａを浸漬することでウエットエッチングを行った。エッチング加工時間は６０分で、加工終了後にリンスおよび乾燥させてウエットエッチングを終了した。
（５）マスク層剥離
石英基板１ａ表面上のフォトレジスト層３を、アッシングにて剥離する。石英基板１ａをアッシング装置のチャンバー内に載置し、４．０×１０^−４Ｔｏｒｒまで排気し、その後電極パワーを１２５０Ｗ、酸素ガス供給量を１００ｓｃｃｍとして１分間アッシングを行い、残存していたフォトレジスト層３を石英基板１ａ表面から除去した。
その後、ＩＴＯ膜剥離液に石英基板１ａを浸漬し、石英基板１ａの表面から残存していたＩＴＯ膜２ｂを除去した後に、リンスおよび乾燥させて凹型レンズの製作を終了した。

（実施例３の説明）
被加工基板１として石英基板１ａ、エッチャントとしてフッ化水素酸、マスク層２として有機材料であるＰＭＭＡ層２ｃ、エッチャントへの添加剤に塩酸を用いて、以下のプロセスにて、凹型レンズを作成した。
（１）基板洗浄
石英基板を公知の手法にてキャロス洗浄し、続いてエキシマレーザを基板に照射して基板表面上の有機物を酸化、除去して基板を清浄化する。
（２）マスク層の成膜
次に前工程の基板洗浄と連続して表面清浄のまま、スピンコート法によりＰＭＭＡ層２ｃを石英基板１ａ上に成膜する。ＰＭＭＡ層２ｃの成膜条件は、回転数２０００ｒｐｍで成膜量は１５０ｎｍである。
（３）ピンホール（開口部）形成
石英基板１ａに所定サイズの開口径（ピンホール）を作成するためにフォトリソグラフィを行った。ＰＭＭＡ層２ｃを成膜した石英基板１ａにフォトレジストをスピンコートし、１００℃窒素ガスオーブンによるプリベーク、ステッパーによる露光、現像装置による現像を行い、フォトレジスト層３にピンホールを作製した。その後、ＰＭＭＡ層２ｃをピンホールを介してエッチングすることにより、ＰＭＭＡ層２ｃに石英基板１ａのエッチング用ピンホールを作製した。さらにフォトレジスト層３がフッ化水素酸（ＨＦ）に耐えられるように１００℃窒素ガスオーブンにて２時間、フォトレジスト層のポストベークを行った。

（４）ウエットエッチング処理
マスク層であるＰＭＭＡ層２ｃにピンホールを形成した石英基板１ａをウエットエッチングして、非球面形状を有する凹型レンズ５を形成する。使用するエッチャントは、フッ酸水溶液と、塩酸、純水の３種混合溶液である。全溶液に対してフッ酸の濃度を１０重量％、塩酸濃度を２重量％とした。この溶液中に石英基板１ａを浸漬することで、ウエットエッチングを行った。エッチング加工時間は４０分で、加工終了後にリンスおよび乾燥を行い、ウエットエッチングを終了した。
（５）マスク層剥離
石英基板１ａ上のフォトレジスト層４を、アッシングにて剥離する。石英基板１ａをアッシング装置のチャンバー内に載置し、４．０×１０^−４Ｔｏｒｒまで排気し、その後電力パワーを１２５０Ｗ、酸素ガス供給量を１００ｓｃｃｍとして１分間アッシングを行い、残存していたフォトレジスト層３とＰＭＭＡ層２ｃを石英基板１ａ表面から除去した。
その後、石英基板１ａをキャロス洗浄し、リンスおよび乾燥させて凹型レンズの製作を終了した。

（実施例４の説明）
光導波路コア・クラッド構造を基板内の所要部分に形成しかつ凹型レンズを当該コア・クラッド構造の光導入部分に形成する被加工基板１を石英基板１ａ、エッチャントをフッ化水素酸、マスク層２をクロム層２ａ、エッチャントへの添加剤としてクロムウエットエッチング液を用いて、以下のプロセスにて、凹型レンズを有する光導波路コア・クラッド構造を作成した。図示しない光導波路コア・クラッド構造を省略した凹型レンズの製造プロセスは、図２に示す製造プロセスと同一である。
（１）基板洗浄
光導波路コア・クラッド構造を下部の積層基板内に形成した上層部分の石英基板１ａを公知の手法にてキャロス洗浄し、続いてエキシマレーザを基板に照射して石英基板１ａ表面上の有機物を酸化、除去して石英基板１ａ表面を清浄化する。
（２）マスク層の成膜
次に前工程の基板洗浄と連続して表面清浄のまま、インラインスパッタリング装置にて、クロム層２ａを石英基板１ａ表面上に成膜する。クロム層２ａの成膜条件は、成膜パワーである供給電力としてＤＣ電力２５００Ｗ、スパッタリング装置のガス圧力を２．１×１０^−１Ｐａ、Ａｒガス供給量を１０ｓｃｃｍとし、クロムの成膜量は５０ｎｍである。
（３）ピンホール作製
被加工基板１に所定サイズの開口径を作成するためにフォトリソグラフィを行った。クロム成膜した石英基板１ａにフォトレジストをスピンコートし、プリベーク、ステッパーによる露光、周知の現像装置による現像を行い、フォトレジスト層３にピンホールを作製した。その後、クロム層２ａをピンホールを介してエッチングすることにより、クロム層２ａに石英基板１ａのエッチング用のピンホールを作製した。さらにフォトレジスト層３がフッ化水素酸（ＨＦ）に耐えられるように１００℃窒素ガスオーブンにて２時間、フォトレジスト層３のポストベークを行った。

（４）ウエットエッチング処理
マスク層であるクロム層２ａにピンホールを形成した石英基板１ａをウエットエッチングして、非球面形状を有する凹型レンズ５を形成する。使用するエッチャントは、フッ酸水溶液と、混酸、純水の３種混合溶液である。混酸は、ＨＹ液といわれ、クロムのウエットエッチング水溶液であり、主成分は、硝酸ニセリウムアンモニウム（１３％）である。全溶液に対してフッ酸の濃度を２５重量％、混酸濃度を２重量％とした。この溶液中に石英基板１ａを浸漬することでウエットエッチングを行った。エッチング加工時間は６０分で、加工終了後にリンスを行い、石英基板１ａを乾燥し、ウエットエッチングを終了した。
（５）マスク層剥離
石英基板１ａ上のフォトレジスト層３を、アッシングにて剥離する。石英基板１ａをアッシング装置のチャンバー内に載置し、４．０×１０^−４Ｔｏｒｒまで排気し、その後電極パワーを１２５０Ｗ、酸素ガス供給量を１００ｓｃｃｍとして１分間アッシングを行い、残存していたフォトレジスト層３を石英基板１ａ表面から除去した。
その後、クロムウエットエッチング液に石英基板１ａを浸漬し、石英基板１ａの表面から残存していたクロム層２ａを除去した後に、リンスおよび乾燥して光導波路コア・クラッド構造に配置された凹型レンズの製作を終了した。
（６）基板凹部への透明樹脂モールド
マスク層２ａ剥離を行った石英基板１ａの凹部に、例えば精密微細量の液状透明樹脂モールド装置を使用して、凹部内に石英基板１ａよりも屈折率が大きい透明媒質を入れる工程を更に備えてもよい。

(実施例５の説明)
マイクロリアクターミキサー構造を基板内の所要部分に形成しかつマイクロレンズを当該マイクロリアクターミキサー構造の光導入部分に形成する被加工基板１を石英基板１ａ、エッチャントをフッ化水素酸、マスク層２をクロム層２ａ、エッチャントへの添加剤としてクロムウエットエッチング液を用いて、以下のプロセスにて、マイクロリアクターミキサーに配置された凹型レンズを作成した。
（１）基板洗浄
石英基板１ａを公知の手法にてキャロス洗浄し、続いてエキシマレーザを表面に照射して石英基板１ａ基板表面上の有機物を酸化、除去して石英基板１ａ表面を清浄化する。
（２）マスク層の成膜
次に前工程の基板洗浄と連続して表面清浄のまま、インラインスパッタリング装置にて、クロム層２ａを石英基板１ａ表面上に成膜する。クロム層２ａの成膜条件は、成膜パワーである供給電力としてＤＣ電力を３０００Ｗ、スパッタリング装置のガス圧力を２．１×１０^−１Ｐａ、Ａｒガス供給量１０ｓｃｃｍとし、クロムの成膜量は４０ｎｍである。
（３）ピンホール（開口部）形成
石英基板１ａに所定サイズの開口径（ピンホール）を形成するためにフォトリソグラフィを行った。クロム層２ａを成膜した石英基板１ａにフォトレジストをスピンコートし、１００℃窒素ガスオーブンによるプリベーク、ステッパーによる露光、現像装置による現像を行い、フォトレジスト層３にピンホールを形成した。その後、クロム層２ａをピンホールを介してエッチングすることにより、クロム層２ａに石英基板１ａのエッチング用のピンホールを形成した。さらにフォトレジスト層３がフッ化水素酸（ＨＦ）に耐えられるように１００℃窒素ガスオーブンにて２時間、フォトレジスト層３のポストベークを行った。

（４）ウエットエッチング処理
マスク層であるクロム層２ａにピンホールを形成した石英基板１ａをウエットエッチングして、非球面形状を有する凹型レンズ５を形成する。使用するエッチャントは、フッ酸水溶液と、混酸、純水の３種混合溶液である。混酸は、ＨＹ液といわれ、クロムのウエットエッチング水溶液であり、主成分は、硝酸ニセリウムアンモニウム（１３％）である。全溶液に対してフッ酸の濃度を２５重量％、混酸濃度を２重量％とした。この溶液中に石英基板１ａを浸漬することでウエットエッチングを行った。エッチング加工時間は９０分で、加工終了後にリンスを行い、石英基板１aを乾燥し、ウエットエッチングを終了した。
（５）マスク層剥離
石英基板１ａ上のフォトレジスト層３を、アッシングにより剥離する。石英基板１ａをアッシング装置のチャンバー内に載置し、４．０×１０^−４Ｔｏｒｒまで排気し、その後電極パワーを１２５０Ｗ、酸素ガス供給量を１００ｓｃｃｍとして１分間アッシングを行い、残存していたフォトレジスト層３を石英基板１ａ表面から除去した。
その後、クロムウエットエッチング液に石英基板１ａを浸漬し、石英基板１ａの表面から残存していたクロム層２ａを除去した後に、リンスおよび乾燥してマイクロリアクターミキサーに配置された凹型レンズの製作を終了した。

実施例６〜８に、マスク層の形成条件やエッチャントの濃度等エッチング条件を変化させた場合の本発明の実施例を示す。
被加工基板１を石英基板１ａ、マスク層２をクロム層２ａ、エッチャントをフッ化水素酸（ＨＦ）、添加剤としてのクロムウエットエッチング液をＨＹ液として、以下の実験を行った。
クロム層２ａの形成は、周知のスパッタリング装置により、石英基板１ａの表面にクロム層２ａを形成する。なお石英基板１ａは一定条件下で加熱されている。スパッタリング装置の成膜パワーとしての供給電力、チャンバー内のガス圧力、クロム層２ａの厚さ、エッチャントのＨＦ濃度、クロムウエットエッチング液である添加剤ＨＹ濃度の諸条件を変化させた場合の凹型レンズの凹部の石英基板１ａ表面の平面方向のエッチング量（Ｘ）と深さ方向のエッチング量（Ｙ）とを測定しＸ／Ｙ比を求めた結果を図３〜図５に示す。
Ｘ／Ｙ比の値が１を超えると浅いナベ形状の非球面の曲面の度合いが大きいこと、すなわち異方性のエッチングによる効果が大きいことを示す。

（実施例６の説明）
図３（ａ）、（ｂ）は、スパッタリング条件の成膜パワーである供給電力を変化させることにより、石英基板１ａへのクロム層２ａの成膜条件を変化させた場合の、Ｘ／Ｙ比である。図３（ｃ）は、マスク層であるクロム層２ａの開口部端部からの測定方法を示す図である。クロム層２ａのウエットエッチング液は、この条件においては使用していないが、成膜パワーである供給電力が低い方が、Ｘ／Ｙ比が大きくなる傾向、すなわち非球面の凹型レンズの凹部形成が行われる傾向が大であることがわかる。

(実施例７の説明)
図４（ａ）、（ｂ）は、成膜パワーを２０００Ｗと一定にして、ＨＹ濃度を主に変化させた場合のＸ／Ｙ比を求めた結果である。ＨＹ添加濃度が高くなると、Ｘ／Ｙ比が大きくなり、より非球面の凹型レンズの凹部形成が行われる傾向が大であることがわかる。

（実施例８の説明）
図５（ａ）、（ｂ）は、ＨＹ濃度を２％と一定にして、成膜パワーとＨＦ濃度を変化させた場合のＸ／Ｙ比を求めた結果を示す。成膜パワーが低いとＸ／Ｙ比が大きくなり、より非球面の凹型レンズの凹部形成が行われる傾向が大であることがわかる。

別のエッチング条件に関する実験では、基板用のエッチャントであるＨＦ濃度は５重量％までであれば、低濃度ほど混合した添加剤ＨＹの影響が出やすい傾向があること、基本的にＨＦは石英基板のエッチングのみに作用し、添加混合したＨＹは基板とクロム層との界面に影響して微小な隙間を形成して密着性を低減させるような剥離促進作用があることが過去の実験から判明している。このように本願発明における添加剤ＨＹの濃度では、あくまでクロム層と基板との密着性に影響を与えるように顕著に作用する。石英基板用のエッチャントのＨＦ濃度や添加剤であるクロム層のウエットエッチング剤のＨＹ濃度を選択することにより、本発明に係る凹型レンズの非球面の凹部を形成する条件も種々の組み合わせを設定することが可能となる。

以上説明したように、本発明の凹型レンズの製造方法によれば、複雑な製造工程を必要とせず、非球面状の曲面にすることによりレンズ効率を向上させたり、球面収差を小さくすることが可能な非球面の凹型マイクロレンズを含めた凹型レンズを提供することができ、プロジェクタなどの電気光学機器に応用することが可能になる。

１…被加工基板
２…マスク層
３…フォトレジスト層
４…開口部
５…凹型レンズ

Claims

凹型レンズの凹部を形成する基板上に、所定種類のエッチャントに対するエッチングレートが前記基板と異なるマスク層を形成する工程と、該基板内に形成する該凹型レンズの凹部中心に対応する該マスク層の箇所に開口を形成する工程と、
前記マスク層を介して前記所定種類のエッチャントを用いてウエットエッチングする工程と、
該基板表面と該マスク層との密着状態を制御する工程を、前記マスク層を形成する工程と前記ウエットエッチング工程とのうち、少なくとも前記ウエットエッチング工程において含み、
前記密着状態を制御する工程は、前記ウエットエッチングにおけるマスク層の成膜条件を調整選択して、前記基板表面と前記マスク層との密着状態を制御し、
該マスク層がスパッタリングにより形成され、該マスク層の成膜条件が少なくとも成膜パワーの供給電力としてのＤＣ電力、スパッタリングのガス圧力のパラメータを含み、
前記基板表面の平面方向へのエッチャントの浸透を制御して、ウエットエッチング方向を前記基板の深さ方向よりも該基板表面の平面方向寄りに大きい、異方性のエッチングとすることで、前記凹型レンズの曲面を規定する非球面の凹部を前記基板に形成し、
前記凹部が、前記マスク層開口部端部からの前記基板表面の平面方向のエッチング量Ｘと深さ方向のエッチング量ＹとのＸ／Ｙ比が１を超える形状である凹型レンズの製造方法であって、
前記基板を石英、前記マスク層をクロム層とし、少なくとも前記成膜パワーの供給電力としてのＤＣ電力を７００Ｗ〜２０００Ｗの条件範囲内で前記基板と前記マスク層の密着度合を調整し、前記エッチャントとしてのフッ化水素酸濃度を１０％〜２０％、前記マスク層の材料が反応する物質を０％とする条件範囲内で前記基板と前記マスク層をエッチングして、前記Ｘ／Ｙ比を１．１６〜１．３４の範囲とする前記凹型レンズを形成する凹型レンズの製造方法。
前記基板上に前記凹型レンズがアレイ状に複数形成されたことを特徴とする請求項１に記載の凹型レンズの製造方法。