JP6268137B2

JP6268137B2 - Manufacturing method of concave lens

Info

Publication number: JP6268137B2
Application number: JP2015198774A
Authority: JP
Inventors: 慎介氏家
Original assignee: Ricoh Industrial Solutions Inc
Current assignee: Ricoh Industrial Solutions Inc
Priority date: 2015-10-06
Filing date: 2015-10-06
Publication date: 2018-01-24
Anticipated expiration: 2031-11-04
Also published as: JP2016012150A

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。 The present invention belongs to the technical field of concave lenses that can be used for processing of concave lenses used in optical equipment such as projectors, as well as industrial glass processed products in general, and concave lenses.

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。 In an electro-optical device such as a liquid crystal device, an area where light that can actually contribute to display is transmitted or reflected in each pixel is essentially limited by the presence of various wirings, electronic elements, and the like. Therefore, conventionally, for example, in a liquid crystal device, a concave microlens array in which concave microlenses corresponding to each pixel are arranged at predetermined positions is formed on a counter substrate of a liquid crystal layer, or a concave microlens array substrate is used as a counter substrate. The amount of light incident on the liquid crystal layer is condensed in units of pixels. As a result of being guided into the aperture region of each pixel, a bright display is possible by using a concave microlens array in the electro-optical device. Not only the concave microlens but also the field of application of the concave lens having a large lens size will expand in the future, including the field corresponding to the increase in size of the electro-optical device.

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。 This type of concave microlens is manufactured as follows. For example, first, a mask layer having an opening at a position corresponding to the center of the concave microlens to be formed on the transparent substrate is formed. Second, the transparent substrate is wet-etched through this mask layer, thereby forming a hemispherical recess that defines the curved surface of the concave microlens. Then, after removing the mask layer, the concave portion is filled with a highly refractive transparent material. This wet etching is isotropic, and a concave microlens is formed in which a hemispherical recess centered on an opening opened in the mask layer is a lens spherical surface. By forming a large number of such concave microlenses in an array, a concave microlens array is formed.

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。 In such a concave microlens array, it is important to improve the lens efficiency in condensing, and it is also important to reduce spherical aberration. By making the hemispherical lens curved surface into an aspherical curved surface, it is possible to improve lens efficiency and reduce spherical aberration. Various methods for easily manufacturing a concave microlens having such an aspherical curved surface have been studied, but there is a problem that it is technically difficult to control the degree of the aspherical curved surface. ing.

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。 Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228707 describes a step of forming a first film having a different etching rate for a predetermined type of etchant on a substrate, and a mask having a hole at a position corresponding to the center of a concave microlens to be formed. There is disclosed a technique including a step of forming on one film and a step of digging an aspherical concave portion defining a curved surface of a concave microlens into a substrate by wet etching through a mask.

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。 For example, first films having different etching rates for a predetermined type of etchant such as hydrofluoric acid are formed on a substrate such as a quartz substrate or a glass substrate. This first film is formed by, for example, known CVD, sputtering, or the like. Next, a mask layer having an opening at a position corresponding to the center of the concave microlens to be formed is formed on the first film. Such a mask layer can be formed by patterning so as to provide an opening by photolithography and etching after film formation by CVD, sputtering, or the like. Thereafter, the first film and the substrate are wet-etched through such a mask layer. Since the etching rate for the etchant used here is different between the first film and the substrate, the first film around the recess has no directivity until the first film is etched, that is, isotropic. However, the degree of etching of the first film and the degree of etching of the substrate are different from each other after the penetration, so that an aspherical recess is formed. Will be.

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。 Thus, by making the etching rate of the first film higher than that of the substrate, a concave portion having a pan shape with a shallower bottom than the hemispherical surface is formed on the substrate. By using the substrate as a transparent substrate and the concave portion as a transparent lens, a microlens as a concave lens can be manufactured.

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。 Further, a microlens is manufactured as an aspherical convex lens on the transparent substrate by providing a transparent medium having a refractive index larger than that of the substrate, for example, a transparent resin, in the concave recess having the transparent substrate as the substrate. It becomes possible.

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。 However, the technique of Patent Document 1 controls the etching rate of the first film having an etching rate different from that of the substrate by at least one of the kind of first film, the film thickness, the forming method, the forming conditions, and the temperature of the heat treatment after forming. This is done by setting the conditions related to this. For example, the first film formation method such as CVD and sputtering requires a first film formation temperature of about 400 ° C. or lower or about 400 ° C. to 1000 ° C., and a high heat treatment temperature after the first film formation. There is a problem that deformation occurs.
Further, the boundary between the first film and the substrate exists near the edge of the aspheric lens curved surface, and the curvature of the lens curved surface changes remarkably. For this reason, there exists a problem that the 1st film | membrane left near the edge of a lens curved surface may have a bad influence on optical performance.
Furthermore, since the manufacturing process becomes complicated, such as a combination of mask layer patterning with dry etching or multiple wet etchings, there are problems such as an increase in manufacturing cost and a decrease in manufacturing yield.

特開２００４−７０２８３号公報JP 2004-70283 A

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。 The present invention has been made under such circumstances, and a concave lens or a concave lens array having an aspherical curved surface is formed in a lower layer portion of a mask layer for a concave lens manufacturing method including a concave microlens and a concave lens. It does not require a high heat treatment temperature for forming a treatment layer necessary for the treatment of the above-mentioned first film or the like having a different etching rate from the substrate to be formed, does not cause deformation of the substrate due to the high heat treatment temperature, and has a curved concave lens surface An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a concave lens capable of preventing a remarkable change in curvature in the vicinity of the edge of the lens.
It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a concave lens including a concave microlens without reducing the manufacturing cost and the manufacturing yield without complicating the manufacturing process.

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エッチャントを用いてウエットエッチングする全工程のうち単一のウエットエッチング工程と、を有し、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および前記ウエットエッチング工程において含み、前記ウエットエッチング工程に含まれる該基板表面と該マスク層との密着状態を制御する工程において、前記基板の材料が反応する前記エッチャントに、前記マスク層の材料が反応する物質を添加混合することにより、前記基板表面と前記マスク層との密着性を低下させて前記基板表面の平面方向への当該エッチャントの浸透を促進して、ウエットエッチングの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、前記単一のウエットエッチング工程により前記凹型レンズの曲面を規定する単一の非球面の凹部を前記基板に形成することを特徴とする凹型レンズの製造方法である。 In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a step of forming a mask layer having a different etching rate for a predetermined type of etchant on the substrate on which the concave portion of the concave lens is formed. A step of forming an opening at a position of the mask layer corresponding to the concave center of the concave lens formed in the substrate, and a wet etching using the etchant through the mask layer . A wet etching step, and a step of controlling an adhesion state between the substrate surface and the mask layer in the step of forming the mask layer and the wet etching step, and the surface of the substrate included in the wet etching step In the step of controlling the adhesion state between the mask layer and the mask layer, the etchant to which the material of the substrate reacts is applied to the mask layer. By adding and mixing a substance that reacts with the material, the adhesion between the substrate surface and the mask layer is reduced, and the penetration of the etchant in the plane direction of the substrate surface is promoted, and the wet etching direction is A single aspherical recess that defines the curved surface of the concave lens by the single wet etching step by performing anisotropic etching larger in the plane direction of the substrate surface than in the depth direction of the substrate. Is formed on the substrate.

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。 According to the present invention, a concave lens or a concave lens array having an aspherical curved surface does not require a high heat treatment temperature for forming a mask layer, does not cause deformation of the substrate, and is near the edge of the concave lens curved surface. It is possible to provide a method of manufacturing a concave lens capable of preventing a remarkable change in curvature at the time.
In addition, it is possible to provide a method for manufacturing a concave lens that does not reduce the manufacturing cost and the manufacturing yield without complicating the manufacturing process.

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。In the isotropic wet etching according to the present invention, the etchant permeates the interface between the substrate surface and the mask layer, and the anisotropic etching has a larger etching amount in the plane direction of the substrate surface than in the depth direction of the substrate. It is a figure which shows the principle which becomes. FIG. 1A is a diagram showing a conventional technique. FIG.1 (b) is a figure which shows the technique of this invention. 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。It is a figure which shows an example of the manufacturing process of the concave lens which concerns on this invention, and FIG. 2 (a)-FIG.2 (f) are the figures which show the state of each manufacturing process. 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。FIG. 3A is a diagram illustrating the shape of a concave lens according to a sixth embodiment of the present invention, and FIG. 3A is a diagram illustrating a concave lens formed when the film formation power of the mask layer is changed mainly. FIG. 3B is a diagram showing the film forming power and the aspheric dimension ratio of the concave lens in a graph, and FIG. 3C is a diagram of the substrate to be processed. It is a figure which shows the dimension measurement reference | standard of the etching amount of the aspherical surface of the concave lens formed in (3), and is a dimension from the edge part of an opening part. 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。FIG. 4A is a diagram showing the shape of a concave lens according to a seventh embodiment of the present invention, and FIG. 4A is a diagram illustrating the mask layer with the deposition power of the deposition condition of the mask layer and the etchant of the substrate to be processed being substantially constant. FIG. 4B is a diagram showing the dimensional ratio of the aspherical surface of the formed concave lens when the concentration of the etchant HY to which the material reacts is changed. FIG. 4B is a dimensional ratio of the aspherical surface of the concave lens and the HY density. FIG. 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。FIG. 5A is a diagram showing the shape of a concave lens according to an eighth embodiment of the present invention. FIG. 5A shows the case where the HY concentration is made constant and the film formation power and the etchant concentration of the substrate to be processed are changed. FIG. 5B is a diagram showing the aspherical dimensional ratio of the formed concave lens, and FIG. 5B is a diagram showing the deposition power and the aspherical dimensional ratio of the concave lens.

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。 The present invention basically controls the isotropic etching direction of the substrate by controlling the adhesion state such as the adhesion force between the mask layer and the substrate on which the concave lens is formed in wet etching and the density of the adhesion layer. This is a technique for forming an aspherical shallow pan-shaped recess in a substrate so as to be anisotropic etching that is larger in the plane direction of the substrate surface than in the depth direction.

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。 In Example 1 of the present invention, by adjusting the conditions for forming the mask layer and the mask layer in wet etching, the contact state between the mask material and the substrate on which the concave lens is formed is controlled, and the isotropic etching direction is set. This is a technique for forming an aspherical shallow pan-shaped recess in a substrate so as to be anisotropic etching that is larger in the plane direction of the surface of the substrate than in the depth direction of the substrate. Embodiments of the first to fifth embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

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。 In Example 2 of the present invention, the mask layer and the substrate on which the concave lens is formed are adhered to each other by adding a small amount of a substance that reacts with the material of the mask layer to a chemical solution (etchant) that reacts with the workpiece in wet etching. Control the state and make the isotropic wet etching direction a more anisotropic etching closer to the plane direction of the surface of the substrate than the depth direction of the substrate, so that the aspherical shallow pan-shaped recesses are formed. This is a technology for forming on a substrate.

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。 In Example 3 of the present invention, the deposition condition of the mask layer in wet etching is adjusted to control the contact state between the mask layer material and the substrate on which the concave lens is formed, and the workpiece in wet etching further reacts. By adding a small amount of a substance that reacts with the mask layer material to the chemical solution (etchant), the contact state between the mask layer and the substrate on which the concave lens is formed is controlled, and the isotropic etching direction is adjusted to the depth of the substrate. This is a technique for forming an aspherical shallow pan-shaped concave portion on a substrate so that anisotropic etching is larger in the direction of the plane of the substrate surface than in the direction.

（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。 (Description of FIG. 1)
FIG. 1 (a) is a conventional technique, and FIG. 1 (b) is a so-called anisotropic method in which the etching amount in the depth direction differs from the surface direction with respect to the substrate using the wet etching method of the present invention. FIG.
FIG. 1B is a diagram showing a principle outline of a technique for forming a shallow pan-shaped aspherical recess. 1A and 1B, 1 is a substrate to be processed, 2 is a mask layer, 3 is a photoresist layer, 4 is a mask layer opening, and arrows A and B are the substrate 1 and mask layer 2 to be processed. The etchant permeation direction at the interface is shown.
The etchant depends on the degree of adhesion between the substrate 1 to be processed and the mask layer 2 satisfying the conditions of Examples 1 to 3, the additive of the etchant that changes the adhesion with the mask layer 2, and the conditions that combine these conditions. However, it penetrates into the interface between the substrate 1 to be processed and the mask layer 2, and the contact state of the interface between the substrate 1 to be processed and the mask layer 2 further changes, and a minute gap appears at the interface between the two. The etchant spreads faster along the interface than in the depth direction of the substrate, and in addition to etching from the mask layer opening 4 at the start of processing of the substrate 1 to be processed, side etching by the etchant penetrating the interface is performed. A relatively large aspherical recess is formed in the substrate 1 to be processed. The size and shape of the opening are appropriately selected depending on the size of the concave lens to be manufactured. In the case of a pinhole shape, a circular opening size with a diameter of 10 μm is selected.
The shape of the concave lens in the planar direction can also be controlled by the shape and size of the opening. This pinhole-shaped opening is suitable for forming a so-called concave microlens, and by setting the opening to a required size, a condition corresponding to a wet etching process for forming a larger concave lens It becomes possible.

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。 2A to 2F are views showing a manufacturing process for forming the concave lens 5 on the substrate 1 to be processed.
2A to 2F, 1 is a silicon oxide (SiO ₂ ) substrate such as quartz, which is a substrate to be processed, 2 is a mask layer, 3 is a photoresist layer that forms an opening in the mask layer, and 4 is an opening. And 5 are microlenses formed on the substrate to be processed, and arrows indicate the etching directions. However, in the following detailed description, when specifying a material, it shall be distinguished from the case where other materials are used by assigning a small alphabetic code.

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。 In FIG. 2A, a chromium layer 2a as a mask layer is formed on the surface of a quartz substrate 1a made of a silicon oxide-based material, which is a substrate to be processed, by well-known sputtering. The thickness of the chromium layer 2a was in the range of 50 nm to 60 nm.
In FIG. 2B, a photoresist layer 3 for forming a mask layer opening 4 is formed on the chromium layer 2a at the center position of the concave lens 5 to be formed. The photoresist layer 3 is formed by applying a photoresist onto the chromium layer 2a by a known spin coating method or the like, spinning the quartz substrate 1a to have a desired thickness, and, for example, a nitrogen gas atmosphere at 100 ° C. Form by pre-baking in.
In FIG. 2C, a microscopic pinhole-shaped opening pattern for forming a microlens array is formed on the photoresist layer 3 with a well-known stepper to form microlenses at predetermined intervals. Further, the photoresist layer 3 is developed to form an opening 4a as a photoresist mask layer. Further, the photoresist layer 3 is a photoresist mask layer in which an opening is formed by post-baking in a nitrogen gas atmosphere at 100 ° C. for 2 hours, for example. The photoresist may be either a positive type or a negative type.

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。 In FIG. 2D, the chromium layer 2a is wet-etched to remove the chromium layer 2a exposed in the photoresist layer opening 4a, thereby forming the opening 4b. The photoresist opening 4a and the opening 4b of the chromium layer 2a are collectively referred to as the opening 4. The quartz substrate 1a whose surface is exposed after removing the chromium layer 2a is wet-etched. A concave lens 5 having an aspherical curved surface as a microlens with the opening 4 as a center is formed on the quartz substrate 1a.
Thereafter, the quartz substrate 1a is washed with pure water and further dried to finish the etching. Thereafter, the photoresist mask layer 3 is peeled off by ashing using a well-known ashing apparatus, and the chromium layer 2a is removed by wet etching using a chromium wet etching solution. In this way, the concave lens and the concave lens array having the aspherical concave lens 5 are formed in the quartz substrate 1a.

（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。 (Description of Example 1)
Using the quartz substrate 1a as the substrate 1 to be processed, hydrofluoric acid as the etchant, the chrome layer 2a as the mask layer 2, and a chrome wet etching solution as an additive to the etchant, a concave lens was manufactured by the following process. It produced along the flow of the manufacturing process shown in FIG.
(1) Substrate cleaning The quartz substrate 1a is cleaned by a known technique, followed by irradiating the substrate with an excimer laser to oxidize and remove organic substances on the surface of the quartz substrate 1a to clean the quartz substrate 1a.
(2) Film Formation of Mask Layer Next, a chromium layer is formed on the quartz substrate 1a by an in-line sputtering apparatus while the surface is cleaned continuously with the substrate cleaning in the previous step. The chromium layer deposition conditions are as follows: DC power is 1300 W as the deposition power, the gas pressure of the sputtering apparatus is 2.1 × 10 ⁻¹ Pa, the Ar gas supply amount is 10 sccm, and the chromium deposition amount is 60 nm.
(3) Formation of pinhole (opening) Photolithography was performed in order to create an opening diameter of a predetermined size in the quartz substrate 1a. Photoresist was spin-coated on the quartz substrate 1a on which the chromium layer 2a was formed, and pre-baking, stepper exposure and development were performed, and pinholes were formed in the photoresist layer 3. Thereafter, the chromium layer 2a was etched through the pinholes, thereby producing pinholes for etching the quartz substrate 1a in the chromium layer 2a. Further photoresist layer 3 was carried out for 2 hours, post baking of the photoresist layer 3 at 100 ° C. in a nitrogen gas oven to withstand hydrofluoric acid (HF).

（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。 (4) Wet etching treatment The quartz substrate 1a in which pinholes are formed in the chromium layer 2a, which is a mask layer, is wet etched to form a concave portion having an aspherical shape. The etchant used is a mixed solution of three kinds of hydrofluoric acid, mixed acid and pure water. The mixed acid is referred to as HY solution, and is a wet etching aqueous solution of chromium, and the main component is ammonium nitrate (13%). The concentration of hydrofluoric acid was 5% by weight and the mixed acid concentration was 2% by weight with respect to the total solution. Wet etching was performed by immersing the quartz substrate 1a in this solution. The etching processing time was 85 minutes. After the processing was completed, the quartz substrate 1a was rinsed and further dried to complete the wet etching.

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。 The curvature of the lens curved surface does not change significantly at the edge of the concave lens manufactured by the manufacturing method of the present invention. This is because at this edge, the adhesion between the chromium layer 2a as the mask layer 2 and the surface of the quartz substrate 1a is at least lowered, and there is a clear boundary between the chromium layer 2a at the edge of the concave lens of the quartz substrate 1a. The degree is reduced, and the curvature of the lens curved surface is not significantly changed. This is presumably because the adhesion between the surface of the quartz substrate 1a and the chromium layer 2a at this boundary is lowered at least from the relatively early stage of wet etching.
(5) Mask layer peeling The photoresist layer 3 on the quartz substrate 1a is peeled off by ashing. The quartz substrate 1a was placed in the chamber of the ashing apparatus, evacuated to 4.0 × 10 ⁻⁴ Torr, and then ashed for 1 minute with a DC power of 1250 W and an oxygen gas supply amount of 100 sccm, and remained. The photoresist layer 3 was removed from the surface of the quartz substrate 1a.
Thereafter, the quartz substrate 1a was immersed in a chrome wet etching solution to remove the remaining chromium from the surface of the quartz substrate 1a, and then rinsed and dried to complete the production of the concave lens.

（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。 (Description of Example 2)
Using the quartz substrate 1a as the processed substrate 1, hydrofluoric acid as the etchant, the ITO film 2b as the mask layer 2, and the ITO stripper as an additive to the etchant, a concave lens is formed in the quartz substrate 1a by the following process. Created.
(1) Substrate cleaning The quartz substrate 1a is cleaned with a known technique, followed by irradiation with an excimer laser to oxidize and remove organic substances on the surface of the quartz substrate 1a to clean the surface of the quartz substrate 1a.
(2) Formation of Mask Layer Next, an ITO film is formed on the surface of the quartz substrate 1a by an in-line sputtering apparatus while the surface is cleaned continuously with the substrate cleaning in the previous step. The film formation conditions of the ITO film are as follows: DC power of 1100 W as supply power as film formation power, gas pressure of the sputtering apparatus is 4.0 × 10 ⁻⁴ Pa, Ar gas supply amount 40 sccm, oxygen gas supply amount 5 sccm, ITO The amount of film formation is 100 nm.
(3) Formation of pinhole (opening) Photolithography was performed in order to create an opening diameter of a predetermined size in the quartz substrate 1a. Photoresist was spin-coated on the quartz substrate 1a on which the ITO film was formed, and pre-baking, exposure with a stepper, and development were performed, and a pinhole was formed in the photoresist layer 3. Thereafter, the ITO film 2b was etched through the pinholes, thereby forming a pinhole for etching the quartz substrate 1a in the ITO film 2b. 2 hours at 100 ° C. Nitrogen gas oven as further photoresist layer 3 can withstand hydrofluoric acid (HF), it was subjected to post-baking the photoresist layer.

（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。 (4) Wet etching treatment The quartz substrate 1a in which pinholes are formed in the ITO film 2b, which is a mask layer, is wet etched to form the recesses 5 having an aspherical shape. Etchant used is a hydrofluoric acid, a 3-component mixture solution of ITO film etching solution and pure water. The ITO film stripping solution is a mixed solution of hydrochloric acid and pure water containing hydrochloric acid (18% by weight) as main components, and is a wet etching aqueous solution of the ITO film 2b. 5 wt% concentration of hydrofluoric acid relative to the total solution, the concentration of the ITO film stripping solution 2% by weight. Wet etching was performed by immersing the quartz substrate 1a in this solution. The etching processing time was 60 minutes, and after the processing was completed, the wet etching was completed by rinsing and drying.
(5) Mask layer peeling The photoresist layer 3 on the surface of the quartz substrate 1a is peeled off by ashing. The quartz substrate 1a is placed in the chamber of the ashing apparatus, evacuated to 4.0 × 10 ⁻⁴ Torr, and then ashed for 1 minute with an electrode power of 1250 W and an oxygen gas supply amount of 100 sccm, and the remaining photo The resist layer 3 was removed from the surface of the quartz substrate 1a.
Thereafter, the quartz substrate 1a was immersed in the ITO film removing solution to remove the remaining ITO film 2b from the surface of the quartz substrate 1a, and then rinsed and dried to complete the production of the concave lens.

（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。 (Description of Example 3)
Using the quartz substrate 1a as the substrate 1 to be processed, hydrofluoric acid as the etchant, the PMMA layer 2c that is an organic material as the mask layer 2, and hydrochloric acid as an additive to the etchant, a concave lens was formed by the following process. .
(1) Substrate cleaning A quartz substrate is subjected to carros cleaning by a known method, and then the substrate is irradiated with an excimer laser to oxidize and remove organic substances on the substrate surface, thereby cleaning the substrate.
(2) Film formation of mask layer Next, the PMMA layer 2c is formed on the quartz substrate 1a by spin coating while the surface is cleaned continuously with the substrate cleaning in the previous step. The film formation conditions for the PMMA layer 2c are a rotation speed of 2000 rpm and a film formation amount of 150 nm.
(3) Formation of pinhole (opening) Photolithography was performed in order to create an opening diameter (pinhole) of a predetermined size in the quartz substrate 1a. Photoresist was spin-coated on the quartz substrate 1a on which the PMMA layer 2c was formed, and pre-baking with a 100 ° C. nitrogen gas oven, exposure with a stepper, and development with a developing device were performed, and a pinhole was formed in the photoresist layer 3. After that, the PMMA layer 2c was etched through the pinhole, thereby producing a pinhole for etching the quartz substrate 1a in the PMMA layer 2c. 2 hours at 100 ° C. Nitrogen gas oven as further photoresist layer 3 can withstand hydrofluoric acid (HF), it was subjected to post-baking the photoresist layer.

（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。 (4) Wet etching treatment The quartz substrate 1a in which pinholes are formed in the PMMA layer 2c, which is a mask layer, is wet etched to form a concave lens 5 having an aspherical shape. The etchant used is a mixed solution of three kinds of hydrofluoric acid, hydrochloric acid and pure water. The concentration of hydrofluoric acid was 10% by weight and the concentration of hydrochloric acid was 2% by weight with respect to the total solution. Wet etching was performed by immersing the quartz substrate 1a in this solution. The etching processing time was 40 minutes. After the processing was completed, rinsing and drying were performed, and the wet etching was completed.
(5) Mask layer peeling The photoresist layer 4 on the quartz substrate 1a is peeled off by ashing. The quartz substrate 1a is placed in the chamber of the ashing device, evacuated to 4.0 × 10 ⁻⁴ Torr, and then ashed for 1 minute with a power power of 1250 W and an oxygen gas supply amount of 100 sccm. The resist layer 3 and the PMMA layer 2c were removed from the surface of the quartz substrate 1a.
Thereafter, the quartz substrate 1a was washed with carros, rinsed and dried to complete the production of the concave lens.

（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。 (Description of Example 4)
An optical waveguide core / cladding structure is formed on a required portion of the substrate and a concave lens is formed on a light introducing portion of the core / cladding structure. The substrate to be processed 1 is a quartz substrate 1a, an etchant is hydrofluoric acid, and a mask layer 2 An optical waveguide core / cladding structure having a concave lens was prepared by the following process using a chromium wet etching solution as an additive to the chromium layer 2a and the etchant. The manufacturing process of the concave lens in which the optical waveguide core / cladding structure (not shown) is omitted is the same as the manufacturing process shown in FIG.
(1) Substrate cleaning The upper quartz substrate 1a in which the optical waveguide core / cladding structure is formed in the lower laminated substrate is subjected to carros cleaning by a known method, and then the substrate is irradiated with an excimer laser to irradiate the surface of the quartz substrate 1a. The upper organic substance is oxidized and removed to clean the surface of the quartz substrate 1a.
(2) Formation of Mask Layer Next, the chromium layer 2a is formed on the surface of the quartz substrate 1a by an in-line sputtering apparatus while the surface is cleaned continuously with the substrate cleaning in the previous step. The film formation conditions of the chromium layer 2a are as follows: DC power 2500 W as the supply power as the film formation power, the gas pressure of the sputtering apparatus is 2.1 × 10 ⁻¹ Pa, the Ar gas supply amount is 10 sccm, and the chromium film formation amount is 50 nm.
(3) Production of pinholes Photolithography was performed in order to produce an opening diameter of a predetermined size in the substrate 1 to be processed. Photoresist was spin-coated on the quartz substrate 1a on which chromium was formed, and pre-baking, exposure with a stepper, and development with a known developing device were performed, and pinholes were formed in the photoresist layer 3. Thereafter, the chromium layer 2a was etched through the pinholes, thereby producing pinholes for etching the quartz substrate 1a in the chromium layer 2a. Further photoresist layer 3 was carried out for 2 hours, post baking of the photoresist layer 3 at 100 ° C. Nitrogen gas oven to withstand hydrofluoric acid (HF).

（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。 (4) Wet etching treatment The quartz substrate 1a in which pinholes are formed in the chromium layer 2a which is a mask layer is wet etched to form the concave lens 5 having an aspherical shape. The etchant used is a mixed solution of three kinds of hydrofluoric acid, mixed acid and pure water. The mixed acid is referred to as HY solution, and is a wet etching aqueous solution of chromium, and the main component is ammonium nitrate (13%). The concentration of hydrofluoric acid was 25% by weight and the mixed acid concentration was 2% by weight with respect to the total solution. Wet etching was performed by immersing the quartz substrate 1a in this solution. The etching processing time was 60 minutes. After the processing was completed, rinsing was performed, the quartz substrate 1a was dried, and wet etching was completed.
(5) Mask layer peeling The photoresist layer 3 on the quartz substrate 1a is peeled off by ashing. The quartz substrate 1a is placed in the chamber of the ashing apparatus, evacuated to 4.0 × 10 ⁻⁴ Torr, and then ashed for 1 minute with an electrode power of 1250 W and an oxygen gas supply amount of 100 sccm, and the remaining photo The resist layer 3 was removed from the surface of the quartz substrate 1a.
Thereafter, the quartz substrate 1a is immersed in a chrome wet etching solution to remove the remaining chromium layer 2a from the surface of the quartz substrate 1a, and then rinsed and dried to form the concave lens disposed in the optical waveguide core / cladding structure. Finished production.
(6) Transparent resin mold in the concave portion of the substrate In the concave portion of the quartz substrate 1a from which the mask layer 2a has been peeled off, for example, using a precision fine amount liquid transparent resin mold device, the refractive index is higher than that of the quartz substrate 1a in the concave portion You may further provide the process of putting a large transparent medium.

(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。 (Description of Example 5)
Forming the microreactor mixer structure in the required part of the substrate and forming the microlens in the light introducing part of the microreactor mixer structure, the substrate 1a to be processed, the hydrofluoric acid as the etchant, and the chromium layer as the mask layer 2 Using a chromium wet etching solution as an additive to the layer 2a and etchant, a concave lens arranged in a microreactor mixer was prepared by the following process.
(1) Substrate cleaning The quartz substrate 1a is cleaned with a known technique, and then the surface is irradiated with an excimer laser to oxidize and remove organic substances on the surface of the quartz substrate 1a to clean the surface of the quartz substrate 1a. .
(2) Formation of Mask Layer Next, the chromium layer 2a is formed on the surface of the quartz substrate 1a by an in-line sputtering apparatus while the surface is cleaned continuously with the substrate cleaning in the previous step. The film formation conditions of the chromium layer 2a are as follows: DC power is 3000 W as the film formation power, gas pressure of the sputtering apparatus is 2.1 × 10 ⁻¹ Pa, Ar gas supply amount is 10 sccm, and the film formation amount of chromium is 40 nm.
(3) Formation of pinhole (opening) Photolithography was performed to form an opening diameter (pinhole) of a predetermined size in the quartz substrate 1a. Photoresist was spin-coated on the quartz substrate 1a on which the chromium layer 2a was formed, and pre-baking with a 100 ° C. nitrogen gas oven, exposure with a stepper, and development with a developing device were performed to form pinholes in the photoresist layer 3. Thereafter, the chromium layer 2a was etched through the pinholes, thereby forming pinholes for etching the quartz substrate 1a in the chromium layer 2a. Further photoresist layer 3 was carried out for 2 hours, post baking of the photoresist layer 3 at 100 ° C. Nitrogen gas oven to withstand hydrofluoric acid (HF).

（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。 (4) Wet etching treatment The quartz substrate 1a in which pinholes are formed in the chromium layer 2a which is a mask layer is wet etched to form the concave lens 5 having an aspherical shape. The etchant used is a mixed solution of three kinds of hydrofluoric acid, mixed acid and pure water. The mixed acid is referred to as HY solution, and is a wet etching aqueous solution of chromium, and the main component is ammonium nitrate (13%). The concentration of hydrofluoric acid was 25% by weight and the mixed acid concentration was 2% by weight with respect to the total solution. Wet etching was performed by immersing the quartz substrate 1a in this solution. The etching processing time was 90 minutes. After the processing was completed, rinsing was performed, the quartz substrate 1a was dried, and the wet etching was completed.
(5) Mask layer peeling The photoresist layer 3 on the quartz substrate 1a is peeled off by ashing. The quartz substrate 1a is placed in the chamber of the ashing apparatus, evacuated to 4.0 × 10 ⁻⁴ Torr, and then ashed for 1 minute with an electrode power of 1250 W and an oxygen gas supply amount of 100 sccm, and the remaining photo The resist layer 3 was removed from the surface of the quartz substrate 1a.
Thereafter, the quartz substrate 1a is immersed in a chrome wet etching solution, and the remaining chromium layer 2a is removed from the surface of the quartz substrate 1a. Then, rinsing and drying are performed to complete the production of the concave lens disposed in the microreactor mixer. did.

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。 Examples 6 to 8 show examples of the present invention when etching conditions such as mask layer formation conditions and etchant concentration are changed.
The workpiece substrate 1 quartz substrate 1a, the chromium layer 2a of the mask layer 2, chromium wet etchant an etchant as hydrofluoric acid (HF), the additives as HY solution, the following experiment was performed.
The chromium layer 2a is formed by forming the chromium layer 2a on the surface of the quartz substrate 1a by a known sputtering apparatus. The quartz substrate 1a is heated under certain conditions. Concave lens when various conditions of supply power as film forming power of sputtering apparatus, gas pressure in chamber, thickness of chromium layer 2a, HF concentration of etchant, and concentration of additive HY as chrome wet etching solution are changed FIGS. 3 to 5 show the results of measuring the etching amount (X) in the planar direction and the etching amount (Y) in the depth direction of the quartz substrate 1a surface of the recesses to obtain the X / Y ratio.
When the value of the X / Y ratio exceeds 1, it indicates that the degree of the shallow aspherical curved surface is large, that is, the effect of anisotropic etching is large.

（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。 (Description of Example 6)
FIGS. 3A and 3B show the X / Y ratio when the film formation condition of the chromium layer 2a on the quartz substrate 1a is changed by changing the supply power, which is the film formation power under the sputtering conditions. It is. FIG.3 (c) is a figure which shows the measuring method from the opening part edge part of the chromium layer 2a which is a mask layer. The wet etching solution for the chromium layer 2a is not used under these conditions, but the X / Y ratio tends to increase when the supply power, which is the film formation power, is low, that is, the concave formation of the aspherical concave lens occurs. It can be seen that the tendency to be done is great.

(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。 (Description of Example 7)
4A and 4B show the results of obtaining the X / Y ratio when the film formation power is kept constant at 2000 W and the HY concentration is mainly changed. It can be seen that as the HY addition concentration increases, the X / Y ratio increases, and the tendency of forming a concave portion of a more aspherical concave lens is large.

（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。 (Description of Example 8)
FIGS. 5A and 5B show the results of obtaining the X / Y ratio when the film formation power and the HF concentration are changed with the HY concentration kept constant at 2%. It can be seen that when the film forming power is low, the X / Y ratio increases and the concave portion of the more aspherical concave lens tends to be formed.

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。 In an experiment relating to another etching condition, if the HF concentration as an etchant for the substrate is up to 5% by weight, the lower the concentration, the more likely the influence of the mixed additive HY tends to occur. Basically, HF is a quartz substrate. From past experiments, it was found that HY, which acts only on the etching of the material, has an exfoliation promoting action that affects the interface between the substrate and the chromium layer and reduces adhesion by forming a minute gap. ing. Thus, the concentration of the additive HY in the present invention acts remarkably so as to affect the adhesion between the chromium layer and the substrate. By selecting the HF concentration of the etchant for the quartz substrate and the HY concentration of the wet etchant of the chromium layer as an additive, the conditions for forming the aspherical concave portion of the concave lens according to the present invention also set various combinations. It becomes possible.

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。 As described above, according to the method for manufacturing a concave lens of the present invention, it is possible to improve lens efficiency or reduce spherical aberration by using an aspherical curved surface without requiring a complicated manufacturing process. A concave lens including a possible aspheric concave microlens can be provided, and can be applied to an electro-optical device such as a projector.

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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate to be processed 2 ... Mask layer 3 ... Photoresist layer 4 ... Opening 5 ... Concave lens

Claims

Forming a mask layer having an etching rate different from that of the substrate on the substrate on which the concave portion of the concave lens is formed, and the mask layer corresponding to the concave center of the concave lens formed in the substrate. Forming an opening at a location;
A single wet etching step out of all the steps of wet etching using the etchant through the mask layer,
Including a step of controlling an adhesion state between the substrate surface and the mask layer in the step of forming the mask layer and the wet etching step,
In the step of controlling the contact state between the substrate surface and the mask layer included in the wet etching step, a substance that reacts with the material of the mask layer is added to and mixed with the etchant that reacts with the material of the substrate. Reducing the adhesion between the substrate surface and the mask layer to promote the penetration of the etchant in the planar direction of the substrate surface, so that the wet etching direction is closer to the substrate surface than the depth direction of the substrate. A single aspherical recess that defines the curved surface of the concave lens is formed in the substrate by the single wet etching step by performing anisotropic etching that is large toward the plane direction. Manufacturing method of concave lens.

The step of controlling the contact state between the substrate surface and the mask layer is included in the step of forming the mask layer and the wet etching step, and the contact state between the substrate surface and the mask layer in the step of forming the mask layer The step of controlling the mask layer is formed by sputtering, and the film formation conditions of the mask layer include at least parameters of DC power as the supply power of the film formation power, gas pressure of sputtering,
The aspherical concave portion that defines the curved surface of the concave lens has an X / Y ratio of 1 between the etching amount X in the planar direction and the etching amount Y in the depth direction of the substrate surface from the end of the mask layer opening. A method of manufacturing a concave lens having a shape exceeding
The substrate is made of quartz, the mask layer is made of a chromium layer, and the degree of adhesion between the substrate and the mask layer is adjusted under the condition that at least DC power as supply power of the film formation power is 2000 W, and hydrogen fluoride as the etchant The substrate and the mask layer are etched within a condition range in which the acid concentration is 10% to 20% and the mixed acid concentration as a substance with which the material of the mask layer reacts is 0.02% to 6%. 2. The method for manufacturing a concave lens according to claim 1, wherein the concave lens having a / Y ratio in a range of 1.17 to 1.42 is formed .

The step of controlling the contact state between the substrate surface and the mask layer is included in the step of forming the mask layer and the wet etching step, and the contact state between the substrate surface and the mask layer in the step of forming the mask layer The step of controlling the mask layer is formed by sputtering, and the film formation conditions of the mask layer include at least parameters of DC power as the supply power of the film formation power, gas pressure of sputtering,
The aspherical concave portion that defines the curved surface of the concave lens has an X / Y ratio of 1 between the etching amount X in the planar direction and the etching amount Y in the depth direction of the substrate surface from the end of the mask layer opening. A method of manufacturing a concave lens having a shape exceeding
The substrate is made of quartz, the mask layer is made of a chrome layer, and the degree of adhesion between the substrate and the mask layer is adjusted within a condition range of at least DC power as supply power of the film formation power of 100 W to 3500 W. The substrate and the mask layer are within a range of conditions in which the hydrofluoric acid concentration as the etchant with which the material reacts is constant at 5% to 25% and the mixed acid concentration as the substance with which the material of the mask layer reacts is constant at 2%. The method of manufacturing a concave lens according to claim 1, wherein the concave lens having the X / Y ratio in the range of 1.25 to 1.61 is formed by etching .

4. The concave mold according to claim 1, further comprising a step of placing a transparent medium having a refractive index higher than that of the transparent substrate into the concave portion. Lens manufacturing method.

The method for manufacturing a concave lens according to claim 1, wherein the mask layer is made of chromium, ITO, or a hydrofluoric acid resistant organic film.