WO2012102249A1 - 成形型、ウェハーレンズ及び光学レンズの製造方法 - Google Patents

Abstract

サブマスター基板４２に形成された複数の凹部４２ｃのうち１つの凹部４２ｃとマスター型３０の第１成形面３１との間に第１の樹脂材料４１ｂを満たすので、第１成形面３１に対向する第１の樹脂材料４１ｂの厚みを確保しつつサブマスター基板４２の全体に形成されるサブサブマスター樹脂層５１の厚みを比較的薄くすることができる。これにより、マスター型３０の位置決め精度を簡易に高めつつサブサブマスター樹脂層５１によるサブマスター基板４２の反りを防止できる。なお、第１成形面３１の周囲に環状の段差３２を設けることで、段差３２と凹部４２ｃの周辺との間にサブサブマスター樹脂層５１の外縁部である残膜部４４を形成することができる。この残膜部４４によってサブサブマスター樹脂層５１の厚みが局所的に厚くなることを防止して結果的に得られウェハーレンズ１０の厚みを薄くすることができる。

Description

成形型、ウェハーレンズ及び光学レンズの製造方法

　この発明は、複数の光学レンズを有するウェハーレンズを製造する際に用いられる成形型並びにこの成形型を利用するウェハーレンズ及び光学レンズの製造方法に関し、特に基板上に転写によって樹脂製の形状転写層を形成することによって得られる成形型の製造方法並びにこの成形型を利用するウェハーレンズ及び光学レンズの製造方法に関する。

　近年、多数の光学レンズが形成されたウェハー状の板状部材（ウェハーレンズ）を作製し、個片化することで個々の光学レンズを得ることが検討されている。微小光学部品をウェハー規模で転写する方法として、小さなマスター型を繰り返し使用して転写することで樹脂等からなる第１世代複製ツールを作製し、続いて第１世代複製ツールから複数のサブマスター型を作製し、サブマスター型から多数の微小光学素子を設けた複数の第２世代複製ツールを製造するものが知られている（特許文献１参照）。この方法によって得られるウェハー状の第１世代複製ツールは、次の成形物を作製するための成形型であり、基板上に樹脂製の形状転写層を形成したものとなる。

　また、ウェハーレンズを作製するために用いる成形型であって、基板上に樹脂製の形状転写層の設けられた成形型を製造する方法として、成形物をマスター基板から離型する際の離型不良の防止などを目的として、成形型用基板に内部が閉じた形状の凹部を複数形成し、各凹部に樹脂材料を吐出しマスター型でプレスするようにした成形用型の製造方法も提案されている（特許文献２参照）。

　最近、小型の光学レンズの用途が増大しており、所期の光学性能が発揮されるように、光学レンズには意図したレンズ形状が正確に実現されていることが求められる。また、光学性能を高めるために複数の光学レンズを積層する場合がある。これらの観点から、ウェハーレンズの樹脂層を厚くしすぎないことが求められる。ウェハーレンズの樹脂層が厚すぎると、所期の光学性能が得られなかったり、樹脂層の応力増大によりウェハーレンズに反りや変形等を生じたりするおそれがある。また、光学レンズを積層した際に全体サイズが大きくなるおそれがある。さらに、材料コストの増大や硬化時間の増加を招くという問題もある。

　ウェハーレンズの樹脂層が厚くなり過ぎないようにするために、上述した樹脂製の形状転写層を有する成形型もこれに配慮して作製することが求められ、成形型の製造時に、成形用基板にできるだけマスター型を近づけて成形を行う必要がある。成形型の樹脂製の形状転写層が厚くなると、この成形型を用いて成形された成形物にも形状が転写される結果、最終的に得られるウェハーレンズにおいても樹脂層の厚みを薄くできなくなるからである。

　一般的に、樹脂材料が介在した状態でマスター型を成形型用基板の表面に近づけるには、マスター型を大きな圧力で基板側に押し付けることが必要であり、製造装置が大掛かりになってマスター型の位置決め精度の確保が容易でなくなる。また、マスター型が何らかの原因で傾いているとサブマスター用基板に接触してサブマスター用基板やマスター型を破損するおそれもある。さらに、成形時に樹脂材料がマスター型からはみ出してしまい、はみ出した部分が意図しない形状となることも考えられる。特に、特許文献２のように成形型用基板に内部が閉じた形状の凹部を設けている場合は、成形時に凹部の周縁部とマスター型の周端部との間が非常に狭い空間となる結果、凹部へ吐出する樹脂量のばらつきやマスター型と成形型用基板との距離の僅かな誤差等により、樹脂がはみ出すおそれがより高くなる。ウェハーレンズ１枚当たりの光学レンズの取り数を多くするためにマスター型による各成形位置の間隔を近づけると、はみ出した樹脂同士がくっついて盛り上がり、突起物が形成されて、ますます意図しない形状を生じる可能性が高くなる。また、特許文献２のように成形型用基板に内部が閉じた形状の凹部を設けている場合は、樹脂がはみ出さないように樹脂量を少なくすると、樹脂不足が生じて凹部に空間が残る結果、この成形型を用いて次の成形物を得ると、上記空間に対応する箇所が意図しない突起形状となってしまう。このような異形状は離型不良などの不都合を招くため、好ましくないものである。結局、従来のものでは、成形時の不都合をなくそうとすれば、ウェハーレンズの樹脂層を薄くすることが難しいという問題があった。

　このような問題は、量産性を高めたりマスター型の寿命を延ばしたりする等の観点から、マスター型として光学レンズ形状に対応する形状が複数配列されたものを用いる場合により顕著となる。これは、マスター型のサイズが大きくなるために、成形型用基板に対する傾き調整により高い精度が求められることや、樹脂の使用量が多くなるなどの理由による。

米国特許出願公開第２００６／０２５９５４６号公報 特開２０１０－１０２３１２号公報

　本発明は、意図した形状を持つ成形型を得ることができ、所期の光学性能が発揮される光学レンズが形成されたウェハーレンズを製造することができる成形型の製造方法を提供することを目的とする。

　また、本発明は、上記製造方法によって得られる成形型を利用した高精度のウェハーレンズ及び光学レンズの製造方法を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するため、本発明に係る成形型の製造方法では、光学レンズに対応する形状が複数配列された成形面を有し当該成形面の周囲に環状の段差が設けられているマスター型を、成形面より大きいサイズの凹部であって内部が閉じた形状の凹部が平坦面上に複数形成された成形型用の第１基板に、成形面全体が複数の凹部のうち１つの凹部に対向するように配置する第１の工程と、マスター型と第１基板とを相対的に接近させ、かつ、凹部及び段差が覆われるように成形面と第１基板（凹部）との間に第１の樹脂材料を満たす第２の工程と、成形面と第１基板との間の第１の樹脂材料を硬化させる第３の工程と、マスター型を離型する第４の工程とを備え、マスター型を複数の凹部のうち他の凹部に向けて移動させて、第１の工程から第４の工程までを繰り返し実行することにより、樹脂製の形状転写層を有する成形型を得る。

　上記製造方法によれば、成形面の周囲に環状の段差を設けることで、段差と凹部の周辺との間に樹脂材料が広がり得る空間を形成することができる。これにより、マスター型の成形面を第１基板の平坦面の高さに近づけても、上記空間が樹脂材料によって満たされることで、樹脂材料のはみ出しや不足に起因する異形状の発生を回避することができる。

　本発明の具体的な側面又は観点によれば、マスター型によって第１基板上に成形面に対応する矩形の複数の成形領域が設定され、複数の成形領域のうち隣り合う２つの成形領域におけるマスター型の間隔Ｘについて、段差の後退面及び成形面を含めたマスター型の面積をＡとし、成形面に対応するマスター型の有効面積をＢとし、第３の工程時における段差の後退面と第１基板の平坦面との距離に対応する残膜部厚みをＣとし、第３の工程時における成形面と当該成形面に対向する凹部の底面との平均的距離に対応する有効構造部厚みをＤとしたときに、以下の関係式
Ｘ≧√｛Ｂ＋（０．０５×〔Ｂ×Ｄ＋［Ａ－Ｂ］×Ｃ〕＋０．００５×Ａ）／Ｃ｝－√Ａ
を満たす。この場合、隣り合う２つの成形領域が近づいて両成形領域間において樹脂層が盛り上がって突起が形成されることを防止できる。

　本発明の別の側面によれば、第３の工程において、段差の後退面と第１基板の平坦面との距離に対応する残膜部厚みは、成形面における第１基板から最も遠い部位と第１基板の平坦面との平坦面に垂直な方向における距離よりも小さい。この場合、残膜部自体の厚みを小さくすることができる。

　本発明のさらに別の側面によれば、第３の工程において、成形面の最も第１基板側の部位と、第１基板の平坦面とは、平坦面に垂直な方向における位置が略一致するものとなっている。この場合、凹部の深さを最小限に抑えて成形面に対向する樹脂材料の厚みを適切なものにできる。

　本発明のさらに別の側面によれば、マスター型の成形面が、光学レンズに対応する形状の周囲に設けられた平坦なフランジ転写面を含む。

　本発明のさらに別の側面によれば、マスター型の成形面には、例えば凹の光学転写面が形成されている。

　本発明のさらに別の側面によれば、第２の工程において、マスター型及び第１基板のうち少なくとも一方に配置された第１の樹脂材料を、マスター型と第１基板とを相対的に接近させることにより、凹部及び段差部が覆われるように成形面と第１基板との間に第１の樹脂材料を満たす。

　本発明のさらに別の側面によれば、上述の成形型の製造方法により得られた樹脂製の成形型を第１の成形型とし、当該第１の成形型と成形型用の第２基板との間に第２の樹脂材料を満たし、当該第２の樹脂材料を硬化させ、第１の成形型を離型することにより、第２の成形型を得る。この場合、第２の成形型は、ウェハーレンズ等を形成するための、一括転写用の成形型となっている。

　本発明に係るウェハーレンズの製造方法は、上述の成形型の製造方法により得られた第１又は第２の成形型（つまり、サブ又はサブサブマスター型）と、第３基板の表面との間に第３の樹脂材料を満たし、当該第３の樹脂材料を硬化させ、第１又は第２の成形型を離型することにより、第３基板の表面に複数のレンズ要素が形成されたウェハーレンズを得る第５の工程を有する。この場合、第１又は第２の成形型の転写を利用した複製によって第３基板の片側に複数のレンズ要素を設けたウェハーレンズを得ることができる。

　本発明の具体的な側面又は観点によれば、上述の成形型の製造方法により得られた第１又は第２の成形型（つまり、サブ又はサブサブマスター型）と、第３基板の裏面との間に第４の樹脂材料を満たし、当該第４の樹脂材料を硬化させ、第１又は第２の成形型を離型することにより、第３基板の裏面に複数の光学レンズが形成されたウェハーレンズを得る第６の工程を有する。この場合、第１又は第２の成形型の転写を利用した複製によって第３基板の両側に複数のレンズ要素を設けたウェハーレンズを得ることができる。

　本発明の別の側面によれば、第５の工程における第１又は第２の成形型の離型前に、第６の工程を開始する。これにより、ウェハーレンズの反り等を抑える効果がある。

　本発明に係る光学レンズの製造方法は、上述のウェハーレンズの製造方法により得られたウェハーレンズを切断して個片化する工程を備える。この場合、ウェハーレンズから個片化した多数の高性能の光学レンズを一括して得ることができる。

第１実施形態の成形方法によって得られるウェハーレンズ（レンズ基板）の側面図であり、表裏の部分拡大斜視図を含む。 図１のウェハーレンズから得た光学レンズの側方断面図である。 ３（Ａ）は、ウェハーレンズの製造のために用いるマスター型を説明する斜視図であり、３（Ｂ）は、マスター型によって作製されるべきサブマスター型のうちサブマスター基板の斜視図である。 ４（Ａ）は、マスター型の一部を切り出して説明する斜視図であり、４（Ｂ）は、サブマスター型の一部を切り出して説明する斜視図であり、４（Ｃ）は、サブサブマスター型の一部を切り出して説明する斜視図である。 サブマスター型４０等を作製するための加工装置を回路的に説明するブロック図である。 図５の加工装置の外観を説明する斜視図である。 図５の加工装置を説明する平面図である。 図５の加工装置を説明する側方断面図である。 ９（Ａ）～９（Ｅ）は、ウェハーレンズの製造工程を説明するための図である。 １０（Ａ）～１０（Ｄ）は、ウェハーレンズの製造工程を説明するための図である。 ウェハーレンズの製造工程を概念的に説明するフローチャートである。 サブマスター型の製造工程を概念的に説明するフローチャートである。 サブマスター型の製造時の寸法条件を説明する部分拡大断面図である。

　図面を参照して、本発明の一実施形態に係る成形型の製造方法を利用することによって最終的に得られるウェハーレンズについて説明し、かかるウェハーレンズを作製するための成形型の構造や製造方法について説明する。

　ウェハーレンズ等の構造
　図１に示すように、ウェハーレンズ１０は、円盤状の外形を有しており、基板１１と、第１レンズ樹脂層１２と、第２レンズ樹脂層１３とを有する。本実施形態においては、ウェハーレンズ１０をレンズ基板とも称する場合がある。なお、図１において、第１レンズ樹脂層１２や第２レンズ樹脂層１３の表面を部分的に拡大して斜視図として示している。

　ウェハーレンズ（レンズ基板）１０のうち基板１１は、ウェハーレンズ１０の中心に埋め込まれた円形の平板（後述する第３基板）であり、光透過性を有するガラスで形成されている。基板（第３基板）１１の外径は、第１及び第２レンズ樹脂層１２，１３の外径と略同じである。基板１１の厚さは、基本的には光学的仕様によって決定されるが、少なくとも成形物を離型してウェハーレンズ１０を得るに際して破損しない程度の厚さとなっている。

　第１レンズ樹脂層１２は、光透過性を有し、基板１１の一方の面１１ａ上に形成されている。第１レンズ樹脂層１２は、部分的な拡大斜視図に示すように、第１レンズ本体１ａと第１フランジ部１ｂとを一組とする多数の第１レンズ要素Ｌ１をＸＹ面内で２次元的に配列している。これらの第１レンズ要素Ｌ１は、連結部１ｃを介して一体に成形されている。各第１レンズ要素Ｌ１と連結部１ｃとを合わせた表面は、転写によって一括成形される第１被転写面１２ａとなっている。第１レンズ本体１ａは、図２にも示すように、例えば凸形状の非球面型又は球面型のレンズ部であり、第１光学面ＯＳ１を有している。周囲の第１フランジ部１ｂは、第１光学面ＯＳ１の周囲に広がる平坦な第１フランジ面ＦＰ１を有し、第１フランジ面ＦＰ１の外周は、連結部１ｃの表面ともなっている。第１フランジ面ＦＰ１は、光軸ＯＡに垂直なＸＹ面に対して平行に配置されている。

　なお、図１に示すように、第１レンズ樹脂層１２は、製造工程に由来して多数のアレイユニットＡＵに区分されており、これらのアレイユニットＡＵは、詳細な図示を省略するが、矩形の輪郭を有し、基板１１上でマトリックス状に配列されている。各アレイユニットＡＵは、後述するマスター型３０の端面３０ａを反転したような表面形状を有しており、等間隔でマトリクス状に配列された多数の第１レンズ本体１ａを有している。

　第１レンズ樹脂層１２は、例えば光硬化性樹脂で構成される。光硬化性樹脂は、主成分である重合性単量体などの重合性組成物と、重合性組成物の重合硬化を開始させるための光重合開始剤と、必要に応じて用いられる各種添加剤とを含む光硬化性樹脂材料を硬化させることにより得られる。このような光硬化性樹脂材料は、硬化前の状態では流動性を有している。光硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、アリルエステル樹脂、ビニル樹脂等がある。エポキシ樹脂は、光重合開始剤のカチオン重合により重合性組成物を反応硬化させて得ることができ、アクリル樹脂、アリルエステル樹脂、及びビニル樹脂は、光重合開始剤のラジカル重合により重合性組成物を反応硬化させて得ることができる。

　第２レンズ樹脂層１３は、第１レンズ樹脂層１２と同様に、光透過性を有し、基板１１の他方の面１１ｂ上に形成されている。第２レンズ樹脂層１３は、部分的な拡大斜視図に示すように、第２レンズ本体２ａと第２フランジ部２ｂとを一組とする多数の第２レンズ要素Ｌ２をＸＹ面内で２次元的に配列している。これらの第２レンズ要素Ｌ２は、連結部２ｃを介して一体に成形されている。各第２レンズ要素Ｌ２と連結部２ｃとを合わせた表面は、転写によって一括成形される第２被転写面１３ａとなっている。第２レンズ本体２ａは、図２にも示すように、例えば凸形状の非球面型又は球面型のレンズ部であり、第２光学面ＯＳ２を有している。周囲の第２フランジ部２ｂは、第２光学面ＯＳ２の周囲に広がる平坦な第２フランジ面ＦＰ２を有し、第２フランジ面ＦＰ２の外周は、連結部２ｃの表面ともなっている。第２フランジ面ＦＰ２は、光軸ＯＡに垂直なＸＹ面に対して平行に配置されている。

　なお、第２レンズ樹脂層１３も、製造工程に由来して多数のアレイユニットＡＵに区分されており、これらのアレイユニットＡＵは、矩形の輪郭を有し、基板１１上でマトリックス状に配列されている。

　第２レンズ樹脂層１３に用いられる光硬化性樹脂は、第１レンズ樹脂層１２に用いられるものと同様の光硬化性樹脂である。ただし、両レンズ樹脂層１２，１３を同一の光硬化性樹脂で形成する必要はなく、別の光硬化性樹脂で形成することができる。

　なお、第１レンズ樹脂層１２と第２レンズ樹脂層１３とのうち一方を省略することができる。つまり、基板１１の一方の面１１ａ又は他方の面１１ｂにのみレンズ樹脂層を設けてもよい。

　図２に示すように、第１レンズ樹脂層１２に設けたいずれか１つの第１レンズ要素Ｌ１と、これに対向する第２レンズ樹脂層１３の第２レンズ要素Ｌ２と、これらのレンズ要素Ｌ１，Ｌ２間に挟まれた基板１１の部分１１ｐとは、１つの光学レンズ４に相当する。光学レンズ４は、ウェハーレンズ１０を連結部１ｃ，２ｃの位置でダイシングすることによって個片化して得られる平面視正方形の複合レンズとなっている。

　形状転写用の成形型の構造
　図１のウェハーレンズ１０は、図３（Ａ）に示すマスター型３０を原版として３段階の転写を行うことによって作製される。以下、マスター型３０やこれから得られる樹脂製の形状転写面を持つ成形型の構造について説明する。

　図３（Ａ）及び４（Ａ）に示すように、マスター型３０は、直方体状のブロック部材であり、その端面３０ａ上に、図４（Ｂ）のサブマスター型４０の第２成形面４３を形成するための第１成形面３１と、第１成形面３１の周囲に設けられた環状の段差３２（例えば矩形の枠部）とを有する。マスター型３０は、サブマスター型４０の作製のため繰返し使用されるものであり、サブマスター基板４２上にマトリックス状の配列で一様に形成された浅い矩形の凹部４２ｃに対向するように２次元的に移動しながら転写を繰り返すステップ＆リピート方式の転写によって、サブマスター基板４２上に分離して配列された単位（後述する樹脂層部分）をまとめたサブマスター樹脂層４１を形成することができる。マスター型３０の第１成形面３１は、最終的に得られるウェハーレンズ１０の第１レンズ樹脂層１２の第１被転写面１２ａを部分的に反転した形状を有する。第１成形面３１は、第１被転写面１２ａのうち第１光学面ＯＳ１を形成するための第１光学転写面３１ａと、第１フランジ面ＦＰ１を形成するための平坦な第１フランジ転写面３１ｂとを含む。第１光学転写面３１ａは、例えば等間隔の格子点上に多数個配置されており、各々が最終的に得られる光学レンズに対応する形状、ここでは、略半球の凹形状に形成されている。一方、段差３２は、樹脂材料を充填する際にサブマスター基板４２に形成された凹部４２ｃの周囲の表面との間に隙間を形成するための後退面３２ａを有している。段差３２は、サブマスター型４０のサブマスター樹脂層４１に後に詳述する残膜部を形成するための部分である。後退面３２ａから端面３０ａに至る側面部には、成形物の離型性向上のために、端面３０ａに近づくほど第１成形面３１の中央に向かって傾斜するテーパーを設けてもよい。

　マスター型３０は、一般に金属材料で形成される。金属材料としては、例えば鉄系材料、鉄系合金、非鉄系合金等が挙げられる。なお、マスター型３０は、金属ガラスやアモルファス合金で形成されてもよい。マスター型３０は、単一の材料で形成されるものに限らず、適当な基材上に上記のような金属材料等を被覆したものとすることもできる。

　図４（Ｂ）に部分的に拡大して示すように、第１の成形型であるサブマスター型４０は、サブマスター樹脂層４１とサブマスター基板４２とを有する。なお、図４（Ｂ）においては、理解を容易にするために、サブマスター型４０の一部を切り出した状態を模式的に示している。サブマスター樹脂層４１とサブマスター基板４２とは、積層構造となっている。サブマスター樹脂層４１は、形状転写層であり、その端面４１ａ上に、後述するサブサブマスター型５０の第３成形面５３を形成するための第２成形面４３を有する。この第２成形面４３は、最終的に得られるウェハーレンズ１０の第１レンズ樹脂層１２の第１被転写面１２ａのポジ型に対応し、第１被転写面１２ａのうち第１光学面ＯＳ１を形成するための第２光学転写面４３ａと、第１フランジ面ＦＰ１を形成するための第２フランジ転写面４３ｂとを含む。第２光学転写面４３ａは、第１光学転写面３１ａによって転写され、格子点上に多数個配置されており、略半球の凸形状に形成されている。

　サブマスター樹脂層４１は、第１の樹脂材料を用いて形成されている。第１の樹脂材料としては、光硬化性樹脂材料が挙げられ、上記ウェハーレンズ１０の第１レンズ樹脂層１２と同様の、硬化後に、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、アリルエステル樹脂、ビニル樹脂等になる光硬化性樹脂材料が使用可能である。また、第１の樹脂材料としては、硬化後に良好な離型性を示す樹脂材料、特に硬化波長で十分な光透過性を有し、離型剤を塗布しなくても離型できる樹脂材料が好ましい。

　サブマスター基板４２は、光透過性を有し十分な剛性を有する材料、例えばガラス等で形成されている第１基板である。サブマスター基板（第１基板）４２の表面４２ａ上には、図３（Ｂ）に示すように、略全面に亘ってマトリックス状に配列された多数の浅い矩形の凹部４２ｃが形成されている。各凹部４２ｃは、一般に２００μｍ以下の深さを有し、底面４２ｄと側面４２ｅとを有し内部が閉じた形状を持つ窪みである。凹部４２ｃは、マスター型３０の端面３０ａとサブマスター基板４２の表面４２ａとの間に第１の樹脂材料を挟んで転写を行う際に、第１の樹脂材料が極端に薄くなることを防止している。これにより、マスター型３０を大きな圧力でサブマスター基板４２側に押し付けることなく、マスター型３０をサブマスター基板４２の表面４２ａに対して適所まで近づけることができる。凹部４２ｃは、サブマスター基板４２に対する切削加工やエッチング等、各種の方法によって形成することができる。凹部４２ｃの側面４２ｅは、底面４２ｄに近づくほど凹部４２ｃの開口面積が小さくなるように傾斜していたり曲面になっていたりしてもよい。このようにすると凹部４２ｃを比較的容易に形成できる。あるいは、底面４２ｄに近づくほど広くなるように側面４２ｅを傾斜させたり、側面４２ｅを粗面化してもよい。このようにすると、マスター型３０からの離型時における離型不良を低減することができる。

　図４（Ｃ）に部分的に拡大して示すように、第２の成形型であるサブサブマスター型５０は、サブサブマスター樹脂層５１とサブサブマスター基板５２とを有する。なお、図４（Ｃ）においては、理解を容易にするために、サブサブマスター型５０の一部を切り出した状態を模式的に示している。サブサブマスター樹脂層５１とサブサブマスター基板５２とは、積層構造となっている。サブサブマスター樹脂層５１は、形状転写層であり、その端面５１ａ上に、ウェハーレンズ１０の第１レンズ樹脂層１２を転写によって形成するための第３成形面５３を有する。この第３成形面５３は、ウェハーレンズ１０の第１レンズ樹脂層１２の第１被転写面１２ａを反転した形状を有し、第１被転写面１２ａのうち第１光学面ＯＳ１を形成するための第３光学転写面５３ａと、第１フランジ面ＦＰ１を形成するための第３フランジ転写面５３ｂとを含む。第３光学転写面５３ａは、上述のように第２光学転写面４３ａによって転写され、マトリクス状に複数個配置されており、略半球の凹形状に形成されている。

　サブサブマスター樹脂層５１は、サブマスター樹脂層４１の第１の樹脂材料と同様の第２の樹脂材料で形成され、第２基板としてのサブサブマスター基板５２は、サブマスター基板４２と同様の材料で形成される。すなわち、サブサブマスター樹脂層５１の第２の樹脂材料としては、硬化後に、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、アリルエステル樹脂、ビニル樹脂等になる光硬化性樹脂材料が使用可能である。また、サブサブマスター基板（第２基板）５２としては、光透過性を有し十分な剛性を有する材料、例えばガラス等で形成されている。

　なお、サブマスター樹脂層４１とサブサブマスター樹脂層５１とは、必ずしも同一の材料で形成される必要はなく、異なる光硬化性樹脂等で形成されてもよい。また、サブマスター基板４２とサブサブマスター基板５２も、必ずしも同一の材料で形成される必要はなく、異なる材料で形成されてもよい。

　マスター型３０、サブマスター型４０、及びサブサブマスター型５０には、成形物の離型を容易にするため、離型剤を塗布するなどして離形層を形成してもよい。

　サブマスター型等の加工装置
　以下、図５、６等を参照して、図４（Ｂ）に示すサブマスター型４０等を作製するための加工装置について説明する。

　図５に示すように、加工装置１００は、アライメント駆動部６１と、ディスペンサー６２と、光源６３と、制御装置６５とを備える。ここで、アライメント駆動部６１は、図３（Ａ）に示すマスター型３０を図３（Ｂ）に示すサブマスター基板４２に設けた各凹部４２ｃに対して精密に位置決めして配置するためのものである。アライメント駆動部６１は、サブマスター基板４２をＸ軸方向の所望位置に移動させためのＸ軸移動機構６１ａと、サブマスター基板４２をＹ軸方向の所望位置に移動させるＹ軸移動機構６１ｂと、マスター型３０をＺ軸方向の所望位置に移動させるＺ軸移動機構６１ｃと、移動機構６１ａ，６１ｂ，６１ｃ等の滑らかな動作を可能にするエアスライド駆動機構６１ｄと、マスター型３０の傾斜や回転姿勢を調整するアクチュエーター６１ｅと、マスター型３０の周辺空間を適当なタイミングで減圧するための減圧機構６１ｇと、マスター型３０のサブマスター基板４２に対する３次元的な位置又は姿勢を検出する位置センサー６１ｉと、アライメント状態を観察するための顕微鏡６１ｊと、マスター型３０のサブマスター基板４２への押し付け圧力を検出する圧力センサー６１ｈとを備える。

　ディスペンサー６２は、図３（Ｂ）に示すサブマスター基板４２のサブマスター樹脂層４１を形成するために、マスター型３０上に光硬化性樹脂材料からなる第１の樹脂材料を供給する役割を有する。光源６３は、マスター型３０とサブマスター基板４２との間に挟まれた第１の樹脂材料に対して、例えばＵＶ光源などの、樹脂材料を硬化させる波長の光を発生するものであり、光を照射することにより、サブマスター基板４２上に固化したサブマスター樹脂層４１を形成する。

　なお、制御装置６５は、アライメント駆動部６１の各部、ディスペンサー６２、光源６３等の動作を統括的に制御する部分である。

　図６、７に示すように、加工装置１００のアライメント駆動部６１において、ＸＹ駆動機構７１は、定盤７３上に設置されており、Ｚ駆動機構７２は、定盤７３内に埋め込むように設置されている。ＸＹ駆動機構７１の上方には、定盤７３から延びる支持部（不図示）を介して光源６３が支持されている。また、Ｚ駆動機構７２の上部には、金型部７４が支持されている。この加工装置１００により、金型部７４にセットされた型部材８１すなわちマスター型３０を、ＸＹ駆動機構７１にセットされた基板部材８３すなわちサブマスター基板４２に対して空間的に所望の配置状態とすることができる。

　ＸＹ駆動機構７１は、定盤７３の上方で２次元的に移動可能なＸＹステージ７５と、ＸＹステージ７５をＸ軸方向に移動させるＸ軸移動機構６１ａと、ＸＹステージ７５をＹ軸方向に移動させる一対のＹ軸移動機構６１ｂ，６１ｂとを備える。

　ＸＹステージ７５は、定盤７３の上面７３ａに近接して対向配置されている。ＸＹステージ７５には、その上下面を貫通する平面視円形の貫通孔７５ａが形成されている。貫通孔７５ａの周囲には、基板部材８３を支持する座７５ｃ及びこれを固定するチャック（不図示）が設けられている。ＸＹステージ７５上には、貫通孔７５ａを塞ぐように平面視四角状の蓋部７６が設けられている。 蓋部７６は、石英板その他の光透過性を有する平板部材で形成されている。なお、ＸＹステージ７５の下部には、ＸＹステージ７５に付随するエアスライドガイド機構として、エアを噴出する多数の噴出口（不図示）が設けられており、エアスライド駆動機構６１ｄ（図５参照）を適宜動作させてこれらの噴出口から定盤７３の上面７３ａに向けて制御されたエアを噴出させることにより、ＸＹステージ７５を非接触で相対移動可能に支持する。また、ＸＹステージ７５の貫通孔７５ａから離れた位置には、ディスペンサー６２（図５参照）から延びる吐出用の針部（不図示）を金型部７４の上方に導入するための開口部７５ｄが形成されている。

　Ｘ軸移動機構６１ａは、ＸＹステージ７５に駆動力を与えてＸ軸方向に沿って移動させるリニアモーター７７ａと、ＸＹステージ７５の移動を案内するエアスライドガイド機構７７ｂとを有している。リニアモーター７７ａは、図示を省略するが、固定子、可動子、スケール、センサー等で構成され、制御装置６５の制御下で動作するエアスライド駆動機構６１ｄ（図５参照）によって、ＸＹステージ７５をＸ軸ガイド７７ｃに沿ってＸ軸方向の所望位置に移動させることができる。エアスライドガイド機構７７ｂは、図示を省略するが、ＸＹステージ７５から延びる突条部７７ｄの内面に開口する多数の噴出孔を有しており、Ｘ軸ガイド７７ｃに対してＸＹステージ７５を非接触で相対移動可能に案内する。

　一対のＹ軸移動機構６１ｂは、Ｘ軸ガイド７７ｃを介してＸ軸移動機構６１ａを支持している。各Ｙ軸移動機構６１ｂは、Ｘ軸移動機構６１ａに駆動力を与えてＸＹステージ７５をＹ軸方向に沿って移動させるリニアモーター７８ａと、リニアモーター７８ａを保持する移動体７８ｄに支持されたＸ軸移動機構６１ａ等の移動を案内するエアスライドガイド機構７８ｂとを有している。リニアモーター７８ａは、図示を省略するが、固定子、可動子、スケール、センサー等で構成され、制御装置６５の制御下で動作するエアスライド駆動機構６１ｄ（図５参照）によって、Ｘ軸移動機構６１ａやＸＹステージ７５をＹ軸ガイド７８ｃに沿ってＹ軸方向の所望位置に移動させることができる。エアスライドガイド機構７８ｂは、図示を省略するが、リニアモーター７８ａを組み込んだ移動体７８ｄの内面に開口する多数の噴出孔を有しており、Ｙ軸ガイド７８ｃに対してＸ軸移動機構６１ａ等を非接触で相対移動可能に支持する。

　図８に示すＺ駆動機構７２は、Ｚ軸ガイド７９ａと、Ｚステージ７９ｂと、モーター７９ｃと、エアスライドガイド機構７９ｄとを有している。モーター７９ｃからはシャフト７９ｅが伸縮可能に延びており、シャフト７９ｅに支持されたＺステージ７９ｂは、Ｚ軸ガイド７９ａに案内されて上下のＺ軸方向に昇降する。エアスライドガイド機構７９ｄは、図示を省略するが、Ｚ軸ガイド７９ａの内面に開口する多数の噴出孔を有しており、エアスライド駆動機構６１ｄ（図５参照）を適宜動作させることにより、Ｚ軸ガイド７９ａに対してＺステージ７９ｂを非接触で相対移動可能に案内する。

　Ｚ軸ガイド７９ａ上部には、シーリング部材７９ｆが環状に設けられており、金型部７４の周辺の処理空間ＣＡ１内を減圧できるようになっている。この処理空間ＣＡ１は、Ｚステージ７９ｂやＺ軸ガイド７９ａの上面、定盤７３の開口７３ｃの内面、ＸＹステージ７５の貫通孔７５ａの内面、基板部材８３等によって画成される空間であり、ＸＹステージ７５に設けた通気口７９ｇを介して上部空間ＣＡ２に連通している。この上部空間ＣＡ２は、基板部材８３、ＸＹステージ７５の貫通孔７５ａの内面、蓋部７６等によって画成される空間である。処理空間ＣＡ１内延いては上部空間ＣＡ２内は、真空ポンプ等を備える減圧機構６１ｇに連結されて随時減圧可能になっている。

　Ｚ軸ガイド７９ａの上端に設けた金型部７４は、詳細な説明を省略するが、型部材８１の回転姿勢や傾斜姿勢を調整するための姿勢調整機構８４を備えている。姿勢調整機構８４を適宜動作させることにより、金型部７４にセットされた型部材８１をＺ軸のまわりに適宜回転させたりＺ軸に対して適宜傾斜させたりすることができ、マスター型３０のサブマスター基板４２に対する回転や傾斜に関する姿勢を精密に調整することができる。なお、金型部７４は、制御装置６５やアクチュエーター６１ｅ（図５参照）によって駆動される。　

　ウェハーレンズの製造工程
　図９（Ａ）～９（Ｅ）、１０（Ａ）～１０（Ｄ）等を参照しつつ、上述のマスター型３０、サブマスター型４０、サブサブマスター型５０を使用して行われるウェハーレンズ１０の製造工程の概要について説明する。なお、以下では第１レンズ樹脂層１２の成形について説明するが、第２レンズ樹脂層１３の成形についても同様の工程が行われる。

　まず、研削加工等によって、ウェハーレンズ１０の第１レンズ樹脂層１２を構成する各アレイユニットＡＵのネガ型に対応するマスター型３０を作製する（図１１のステップＳ１参照）。

　次に、図９（Ａ）に示すように、図５等に示す加工装置１００を用いて、マスター型３０の第１成形面３１上に第１の樹脂材料４１ｂを配置する。その後、図９（Ｂ）に示すように、図５等に示す加工装置１００を用いて、マスター型３０の端面３０ａをサブマスター基板４２の表面４２ａに形成された特定の凹部４２ｃに対向するようにアライメントして配置し、サブマスター基板４２の下方からマスター型３０を押圧して、第１成形面３１と凹部４２ｃとが適当な間隔となるまで近接させる。ここで、樹脂材料４１ｂはマスター型３０によって押圧され、凹部４２ｃと、マスター型３０の段差３２の後退面３２ａとサブマスター基板４２との対向部（隙間部分）とを満たす。この状態で、光源６３によりＵＶ光などの所定波長の光を照射し、間に挟まれた第１の樹脂材料４１ｂを硬化させる。結果的に、第１の樹脂材料４１ｂにマスター型３０の第１成形面３１が転写され、第１の樹脂材料４１ｂに第２成形面４３を分割した転写面要素４３ｄを有する樹脂層部分４１ｄが形成される。次に、図９（Ｃ）に示すように、マスター型３０から樹脂層部分４１ｄとサブマスター基板４２とを一体として離型する。これにより、マスター型３０の端面３０ａを対向させた凹部４２ｃを含む矩形領域において樹脂層部分４１ｄが露出する。この樹脂層部分４１ｄは、マスター型３０の段差３２を転写したものとして、本体の周囲に残膜部４４を有する。また、樹脂層部分４１ｄは、その表面として、第２成形面４３の一部を構成する転写面要素４３ｄを有する。この転写面要素４３ｄは、マスター型３０の第１成形面３１上にｎ個の第１光学転写面３１ａが形成されている場合、これに対応してｎ個の第２光学転写面４３ａを有する。

　次に、図９（Ａ）に戻って、マスター型３０の第１成形面３１上に第１の樹脂材料４１ｂを配置する。その後、図９（Ｂ）に示すように、マスター型３０の端面３０ａをサブマスター基板４２の表面４２ａに形成された次の凹部４２ｃに対向するようにアライメントして配置し、サブマスター基板４２の下方からマスター型３０を押圧して第１成形面３１と凹部４２ｃとが適当な間隔となるまで近接させる。ここで、樹脂材料４１ｂはマスター型３０によって押圧され、凹部４２ｃと、マスター型３０の段差３２の後退面３２ａとサブマスター基板４２との対向部（隙間部分）とを満たす。この状態で、光源６３によりＵＶ光などの所定波長の光を照射し、間に挟まれた第１の樹脂材料４１ｂを硬化させる。結果的に、第１の樹脂材料４１ｂにマスター型３０の第１成形面３１が転写され、第１の樹脂材料４１ｂに第２成形面４３を分割した転写面要素４３ｄを有する樹脂層部分４１ｄが形成される。この樹脂層部分４１ｄは、マスター型３０の段差３２を転写したものとして、本体の周囲に残膜部４４を有する。マスター型３０の段差３２の後退面３２ａとサブマスター基板４２との対向部が樹脂材料４１ｂで満たされることにより、マスター型３０の成形面をサブマスター基板４２の凹部４２ｃに十分近づけても、過剰の樹脂材料４１ｂが上記対向部において吸収される結果、マスター型３０から樹脂がはみ出して意図しない異形状を発生することが防止される。また、凹部４２ｃに充填されるべき樹脂材料４１ｂが不足することが防止され、樹脂材料が不足した場合に次工程のサブサブマスター型の成形時にこの不足部分に起因する突起などの異形状の発生を防止することができる。このような異形状は、結果的にサブサブマスター型５０の成形時にサブサブマスター樹脂層５１の高低差を過剰に大きくすることにつながり、ウェハーレンズ１０の第１レンズ樹脂層１２の厚みが過剰になったり厚みの精度が低下したりする可能性も生じてしまう。また、意図しない異形状が形成される結果、離型不良を生じるおそれもある。

　以上の工程を繰り返すことにより、サブマスター基板４２上に形成されたすべての凹部４２ｃにおいて樹脂層部分４１ｄが形成され、マトリックス状に配列された多数の樹脂層部分４１ｄを含むサブマスター樹脂層４１が形成され、結果としてサブマスター型４０が完成する（図１１のステップＳ２参照）。サブマスター樹脂層４１は、サブマスター基板４２上にｍ個の凹部４２ｃが形成されている場合、これに対応してｍ個の樹脂層部分４１ｄを有する。つまり、サブマスター型４０上には、ｎ×ｍ個の第２光学転写面４３ａが形成されている。

　次に、図９（Ｄ）に示すように、図５等に示す加工装置１００と同様の加工装置を用いて、サブマスター型４０の第２成形面４３上に第２の樹脂材料５１ｂを広範囲に配置する。その後、図９（Ｅ）に示すように、図５等に示す加工装置１００と同様の加工装置を用いて、サブサブマスター基板５２の下方からサブマスター型４０を押圧して第２成形面４３とサブサブマスター基板５２の表面５２ａとが近接して適当な間隔となるまで移動させる。この状態で、光源によりＵＶ光などの所定波長の光を照射し、間に挟まれた第２の樹脂材料５１ｂを硬化させる。結果的に、サブマスター型４０の第２成形面４３が転写されかつ硬化した樹脂によって構成されるサブサブマスター樹脂層５１が形成される。つまり、サブサブマスター樹脂層５１上に第３成形面５３（図４（Ｃ）に示す第３光学転写面５３ａ及び第３フランジ転写面５３ｂを含む）が形成される。なお、本実施形態においては、サブサブマスター基板５２側から光を照射しているが、サブマスター型４０側から光を照射してもよいし、サブサブマスター基板５２側とサブマスター型との両方から光を照射してもよい。

　次に、図１０（Ａ）に示すように、サブマスター型４０からサブサブマスター樹脂層５１とサブサブマスター基板５２とを一体として離型し、独立したサブサブマスター型５０が完成する（図１１のステップＳ３参照）。なお、サブサブマスター型５０のサブサブマスター樹脂層５１は、サブマスター型４０の樹脂層部分４１ｄに対応して多数の樹脂層部分５１ｄに区分されており、これらの樹脂層部分５１ｄは、マトリックス状に配列されている。各樹脂層部分５１ｄの外側には、サブマスター型４０の残膜部４４に挟まれた凹部の形状に対応する突起部５４が形成される。この突起部５４は、サブサブマスター型５０の表面において格子パターン状に延びる。

　次に、ウェハーレンズ１０の作製を開始する。図１０（Ｂ）に示すように、図５等に示す加工装置１００と同様の加工装置を用いて、サブサブマスター型５０の第３成形面５３上に第３の樹脂材料１２ｂ（第１レンズ樹脂層１２を形成するための光硬化性樹脂材料）を広範囲に配置する。その後、図１０（Ｃ）に示すように、図５等に示す加工装置１００と同様の加工装置を用いて、基板１１の下方からサブサブマスター型５０を押圧して第３成形面５３と基板１１の表面（一方の面）１１ａとが近接して適当な間隔となるまで移動させる。この状態で、光源によりＵＶ光等の所定波長の光を照射し、間に挟まれた第３の樹脂材料１２ｂを硬化させる。結果的に、サブサブマスター型５０の第３成形面５３が転写されかつ硬化した樹脂によって構成される第１レンズ樹脂層１２が形成される。つまり、第１レンズ樹脂層１２上に第１被転写面１２ａ（図１に示す第１光学面ＯＳ１及び第１フランジ面ＦＰ１を含む）が形成される。なお、本実施形態においては、基板１１側から光を照射しているが、サブサブマスター基板５２側から光を照射してもよいし、基板１１側とサブサブマスター基板５２側との両方から光を照射してもよい。

　その後、図１０（Ｄ）に示すように、サブサブマスター型５０から第１レンズ樹脂層１２と基板１１とを一体として離型する。既に第２レンズ樹脂層１３が形成されている場合、ウェハーレンズ１０が完成する（図１１のステップＳ４参照）。第２レンズ樹脂層１３が形成されていない場合、第１レンズ樹脂層１２と同様の工程を行うことで第４の樹脂材料からなる第２レンズ樹脂層１３が形成され、第２レンズ樹脂層１３用のサブサブマスター型５０から第２レンズ樹脂層１３と基板１１とを一体として離型することで、ウェハーレンズ１０が完成する（図１１のステップＳ４参照）。なお、第１レンズ樹脂層１２を得るためにサブサブマスター型５０を離型する前に、第２レンズ樹脂層１３を形成するための工程を開始するようにしてもよい。基板１１の一方の面に成形型を残した状態で、基板１１の他方の面に成形を始めることで、成形物に反りが発生するのを抑えやすくなる。

　ウェハーレンズ１０の第１レンズ樹脂層１２は、サブサブマスター型５０の樹脂層部分５１ｄに対応してマトリックス状に配列された多数のアレイユニットＡＵに区分されている。各アレイユニットＡＵの外縁には、サブサブマスター型５０のサブサブマスター樹脂層５１に形成された突起部５４に隣接する窪み、すなわちサブマスター型４０の残膜部４４に対応するものとして、突起１４が形成される。

　ウェハーレンズ１０は、例えば上記と同様の工程で複数種類作製され、これらが適宜積層され、ダイシングラインＬに沿って、第１レンズ本体１ａ等を中心とする四角柱状にダイシングによって切り出されることにより、複数の分割された複合レンズすなわち光学レンズ４（図２参照）となる。

　以上で説明したマスター型３０、サブマスター型４０、及びサブサブマスター型５０は、複数回使用される（図１１のステップＳ５参照）。つまり、これらの型３０，４０，５０が劣化して型交換又は型変更が必要となった場合、マスター型３０、サブマスター型４０及びサブサブマスター型５０のいずれかを新たなものと交換又は別のものを再利用しつつ、図１１のステップＳ１～Ｓ４が適当な上限回数まで実行される。結果的に、例えばマスター型３０がｉ回転写され、サブマスター型４０がｊ回転写され、サブサブマスター型５０がｋ回転写されることで、計ｉ×ｊ×ｋ個のウェハーレンズ１０を得ることができる。

　サブマスター型の製造工程
　以下、図１２を参照して、図５，６等に示す加工装置１００を用いたサブマスター型４０の製造方法の詳細について説明する。まず、サブマスター基板４２（基板部材８３）をＸＹステージ７５に設置し（ウェハーロード工程、図１２のステップＳ２１参照）、ＸＹステージ７５の貫通孔７５ａを蓋部７６で覆う。

　その後、Ｘ軸移動機構６１ａ、Ｙ軸移動機構６１ｂ等を制御して、ＸＹステージ７５をＸ軸方向及びＹ軸方向にエアでスライド移動させ、開口部７５ｄから導入されたディスペンサー６２の針部（不図示）がマスター型３０の上方に位置するように位置合わせを行う（プリアライメント工程、図１２のステップＳ２２参照）。この場合において、金型部７４やＸＹステージ７５にはアライメントマークが付されており、プリアライメント工程では、顕微鏡６１ｊにより、上記のアライメントマークを確認しながら、ディスペンサー６２の吐出用の針部の位置合わせを行う。

　次に、ディスペンサー６２の吐出用の針部の先端から金型部７４の上部に固定されたマスター型３０（型部材８１）上に所定量の樹脂を吐出する（ディスペンス工程、図１２のステップＳ２３参照）。

　その後、Ｘ軸移動機構６１ａ、Ｙ軸移動機構６１ｂ、姿勢調整機構８４等を制御して、ＸＹステージ７５をＸ軸方向及びＹ軸方向にエアでスライド移動させ、予め設置しておいたサブマスター基板４２が金型部７４のマスター型３０の上方に適正に位置するように位置合わせを行う（アライメント工程、図１２のステップＳ２４参照）。このアライメント工程（ステップＳ２４）は、図９（Ａ）に対応している。

　この際、位置センサー６１ｉに設けた不図示のレーザ測長器等を利用して、ＸＹステージ７５の位置を基準位置に精密に配置する。また、位置センサー６１ｉによって、マスター型３０の上面の傾きと、マスター型３０の高さ位置を算出し、その算出結果に基づき、姿勢調整機構８４を動作させて、サブマスター基板４２に対するマスター型３０の傾斜や高さを精密に調整する。結果的に、マスター型３０の第１成形面３１がサブマスター基板４２の凹部４２ｃに対向し、凹部４２ｃの底面と第１成形面３１の第１フランジ転写面３１ｂとが平行になる。さらに、位置センサー６１ｉによって、マスター型３０の上面に形成された複数のアライメントマークを検出し、サブマスター基板４２に対するマスター型３０の位置を回転角とともに精密に調整する。

　このようにマスター型３０をアライメントした状態で、Ｚ駆動機構７２によってＺステージ７９ｂを上昇させて、サブマスター基板４２に対してマスター型３０を規定の位置まで接近させ、マスター型３０をその位置に保持する（インプリント工程、図１２のステップＳ２５参照）。その結果、マスター型３０上の第１の樹脂材料４１ｂがマスター型３０とサブマスター基板４２との間に挟まれて徐々に広がり、凹部４２ｃが充填される。この際、圧力センサー６１ｈの出力を監視することで、マスター型３０のサブマスター基板４２への押し付け圧力が調整される。

　以上のインプリント工程（ステップＳ２５）では、減圧機構６１ｇによって、マスター型３０とサブマスター基板４２との間の処理空間ＣＡ１の内部が減圧されており、第１の樹脂材料４１ｂ内への気泡の巻き込みを防止することができる。

　その後、Ｚステージ７９ｂの位置を保持したまま、光源６３を動作させて第１の樹脂材料４１ｂに規定の時間だけＵＶ光等の所定波長の光を照射することで、第１の樹脂材料４１ｂを硬化させて樹脂層部分４１ｄを得る（硬化工程、図１２のステップＳ２６参照）。この際、処理空間ＣＡ１の内部は減圧機構６１ｇによって減圧状態に維持されており、第１の樹脂材料４１ｂへの酸素阻害を防止でき、第１の樹脂材料４１ｂを確実に硬化させることができる。

　その後、Ｚ駆動機構７２によってＺステージ７９ｂを降下させて、硬化させた樹脂層部分４１ｄをサブマスター基板４２とともにマスター型３０から離型する（離型工程、図１２のステップＳ２７参照）。このときも、減圧機構６１ｇを動作させて処理空間ＣＡ１の内部を減圧状態としておくことによって、樹脂層部分４１ｄの離型が容易になる。

　以後、プリアライメント工程（ステップＳ２２）、ディスペンス工程（ステップＳ２３）、アライメント工程（ステップＳ２４）、インプリント工程（ステップＳ２５）、硬化工程（ステップＳ２６）、離型工程（ステップＳ２７）を必要回数繰り返すことで、サブマスター基板４２上に各凹部４２ｃに対応させて樹脂層部分４１ｄを順次形成する。

　サブマスター基板４２上に規定の樹脂層部分４１ｄが形成された場合（図１２のステップＳ３１でＮＯ）、サブマスター型４０が完成したものと判断する。この場合、ＸＹステージ７５を基準位置に戻し、ＸＹステージ７５から蓋部７６を外して完成したサブマスター型４０を取り出す（取り出し工程、図１２のステップＳ３２参照）。

　サブマスター型を形成する際の寸法条件
　図１３を参照して、サブマスター型４０を成形する際のマスター型３０の形状や配置に関する条件について説明する。

　マスター型３０の端面３０ａ側の面積はＡであり、マスター型３０の有効面積をＢであるとする。ここで、面積Ａは、マスター型３０の第１成形面３１の面積だけでなく、段差３２の後退面３２ａも含んだものとなっている。一方、有効面積Ｂは、マスター型３０の第１成形面３１の面積だけを意味する。硬化時における凹部４２ｃの底面４２ｄから第１成形面３１までの平均的距離（凹部４２ｃとの間に形成される空間の容積が同等となるように第１光学転写面３１ａと第１フランジ転写面３１ｂとを平均して得られる仮想的な平面の位置までの距離）すなわち樹脂層部分４１ｄの標準厚みはＤであるものとし、樹脂層部分４１ｄの外周の残膜部４４の厚みはＣであるものとする。樹脂層部分４１ｄの標準厚みＤや残膜部４４の厚みＣは、サブマスター型４０の樹脂層部分４１ｄを形成する際に、マスター型３０をサブマスター基板４２にどれだけ近づけるかに依存している。つまり、マスター型３０の第１成形面３１における最高ラインＬＡ２とサブマスター基板４２の表面４２ａとの距離をＥとした場合に、サブマスター型４０に設けた凹部４２ｃの深さ（ザグリ量）がＴであるとして、樹脂層部分４１ｄの標準的な厚みである有効構造部厚みＤは、和Ｔ＋Ｅで与えられる。また、残膜部４４の厚みＣは、マスター型３０の段差３２の段差量をＳとして、和Ｓ＋Ｅで与えられる。

　残膜部４４は、マスター型３０とサブマスター基板４２とで樹脂材料を押圧することによって、マスター型３０の段差３２の後退面３２ａとサブマスター基板４２との対向部を樹脂材料４１ｂが満たす結果、得られる部位である。サブマスター基板４２の凹部４２ｃへの樹脂不足が生じることなく、また、マスター型３０から樹脂材料４１ｂがはみ出して意図しない異形状を生じることのないように成形される結果、残膜部４４は、サブマスター基板４２の表面に沿って所定の厚みで所定の幅に広がって形成される。残膜部４４の形成により、サブマスター基板４２に密着する樹脂層の面積が増すため、マスター型３０を離型する際に離型不良が生じることを防止することにも寄与する。残膜部４４の体積は、全体の樹脂層部分４１ｄの体積に対して一定以上の割合を有することが必要である。具体的には、残膜部４４の体積は、マスター型３０の段差３２の段差量Ｓや段差３２の幅ｗをある程度確保することによって、樹脂層部分４１ｄの体積の２％程度かそれ以上とする。なお、残膜部４４の体積が全体の２％未満であると、残膜部４４に樹脂が満たされないか残膜部４４の外側に樹脂がはみ出す可能性が高まり、樹脂層部分４１ｄの周辺に意図しない異形状（例えば突起４５）が形成されてしまうおそれがある。このような異形状は、結果的にサブサブマスター型５０の成形時にサブサブマスター樹脂層５１の高低差を過剰に大きくすることにつながり、ウェハーレンズ１０の第１レンズ樹脂層１２の厚みが過剰になったり厚みの精度が低下したりする可能性も生じてしまう。また、意図しない異形状が形成される結果、離型不良を生じるおそれもある。

　一方、残膜部４４が薄くなると、段差３２の幅ｗを増やさざるを得なくなるが、この場合、樹脂層部分４１ｄの占有面積が残膜部４４によって必要以上に増加してサブマスター基板４２上に形成できる樹脂層部分４１ｄの個数が減ってしまうという問題がある。なお、段差３２の幅ｗを狭くしたままで残膜部４４を薄くすると、樹脂層部分４１ｄの体積比を減少させることになるので、例えばマスター型３０の後退面３２ａとサブマスター基板４２の表面４２ａと間の空間から第１の樹脂材料４１ｂが外側にあふれて、樹脂層部分４１ｄの周辺に意図しない突起４５が形成されてしまう。このような突起４５は、既に説明したように、結果的にウェハーレンズ１０の第１レンズ樹脂層１２の厚みの制御を困難にしたり、離型不良が生じたりすることにつながる。以上の観点から、マスター型３０の後退面３２ａとサブマスター基板４２の表面４２ａとのギャップ、すなわち残膜部４４の厚みＣを一定以上にすることが望ましく、例えば残膜部４４の厚みＣを１０μｍ以上とする。

　また、残膜部４４については、ウェハーレンズ１０の第１レンズ樹脂層１２の厚みを抑える観点からは、残膜部４４の突起高さが樹脂層部分４１ｄの本体部分の突起高さを超えないことが望ましい。このため、マスター型３０の後退面３２ａは、第１成形面３１における最低ラインＬＡ１（サブマスター基板４２から最も遠い側の部位のＺ方向の位置）よりもサブマスター基板４２に近い先端側にあることが望ましい。本発明者の検討によれば、残膜部４４を上のような厚みに抑えたとしても、過剰の樹脂材料を吸収し得るように設計することが可能であることを確認している。従って、残膜部４４をさほど厚くしなくてもよいので、残膜部４４自体も含めて樹脂層を薄くすることができ、最終的に得られるウェハーレンズ１０の樹脂層の厚みを薄くすることに繋げることができる。

　マスター型３０の第１成形面３１における最高ラインＬＡ２（最もサブマスター基板４２側の部位のＺ方向の位置）とサブマスター基板４２の表面４２ａとの距離Ｅについては、特に下限がなく、マイナスの値（第１成形面３１が凹部４２ｃ内に入り込む状態）となってもよい。ただし、距離Ｅについては、成形時のマスター型３０の配置に依存するものであり、残膜部４４の厚みＣがその下限の１０μｍ未満にならないように調整される。一方、距離Ｅの上限は、サブマスター基板４２に凹部４２ｃを設けた意味を鑑みて１００μｍ以下とする。具体例では、第１成形面３１の最高ラインＬＡ２のＺ軸方向に沿った上下位置は、サブマスター基板４２の表面４２ａの上下位置と略一致しており、距離Ｅはゼロに近いものとなっている。

　サブマスター基板４２に凹部４２ｃの深さＴは、第１の樹脂材料４１ｂが薄くなることを防止するとともに第１の樹脂材料４１ｂの広がりを制御する意味で一定以上の値とする必要があり、例えば１０μｍ以上とする。また、深さＴは、残膜部４４を有効に機能させるため一定の上限があり、既に説明したように、深さＴから算出される樹脂層部分４１ｄの体積に対して、残膜部４４の体積が２％程度かそれ以上となるようにする。

　以下では、サブマスター基板４２上で隣接する一対の樹脂層部分４１ｄを成形する際の移動の前後におけるマスター型３０の型間隔Ｘについて考える。この型間隔Ｘは、近ければ近いほどサブマスター基板４２上に形成できる樹脂層部分４１ｄの数を大きくすることができ、ウェハーレンズ１０から取り出せる光学レンズ４の数を増加させることができる点で望ましい。一方で、型間隔Ｘを狭くすると、上記のように樹脂層部分４１ｄの周辺に意図しない突起４５が形成される可能を高める。このため、まずサブマスター基板４２において単一の樹脂層部分４１ｄが最大占有可能な最大領域ＭＡを考える。この最大領域ＭＡの面積ＳＡは、マスター型３０のＹ軸方向の幅ａから
ＳＡ＝（Ｘ＋ａ）^２＝（Ｘ＋√Ａ）^２
で与えられる。よって、残膜部４４を形成可能な面積（以下、非有効部面積ＮＡ）は、
ＮＡ＝ＳＡ－Ｂ＝（Ｘ＋√Ａ）^２－Ｂ
となるので、残膜部４４に許容される最大体積（以下、バッファ項ＴＢ）は、
ＴＢ＝ＮＡ×Ｃ＝〔（Ｘ＋√Ａ）^２－Ｂ〕×Ｃ
となる。ここで、単一の樹脂層部分４１ｄを形成するための第１の樹脂材料４１ｂの体積ＲＶは、ＲＶ＝Ｂ×Ｄ＋（Ａ－Ｂ）×Ｃであるから、第１の樹脂材料４１ｂの供給体積の誤差（以下、樹脂バラツキ項ＴＤ１）は、例えば
ＴＤ１＝０．０５×〔Ｂ×Ｄ＋（Ａ－Ｂ）×Ｃ〕
程度以下となる。また、サブマスター基板４２の凹部４２ｃの深さに関する誤差（以下、深さバラツキ項ＴＤ２）は、例えば
ＴＤ２＝０．００５×Ａ
程度以下となる。よって、バッファ項ＴＢは、樹脂バラツキ項ＴＤ１や深さバラツキ項ＴＤ２を吸収できる程度の容量に設定されるべきであり、以下の関係式
ＴＢ≧ＴＤ１＋ＴＤ２　　　…　　　（１）
〔（Ｘ＋√Ａ）^２－Ｂ〕×Ｃ≧０．０５×〔Ｂ×Ｄ＋（Ａ－Ｂ）×Ｃ〕
　　　　　　　　　　　　＋０．００５×Ａ　　　…　　　（２）
が成り立つ。関係式（２）を型間隔Ｘについて整理すると、以下の関係式
Ｘ≧√｛Ｂ＋（０．０５×〔Ｂ×Ｄ＋［Ａ－Ｂ］×Ｃ〕＋０．００５×Ａ）／Ｃ｝－√Ａ　　　…　　　（３）
が得られる。

　以下、具体例について説明する。マスター型３０の端面３０ａの面積Ａは、例えば３９６ｍｍ^２（＝１９．９ｍｍ×１９．９ｍｍ）であり、マスター型３０の有効面積Ｂは、例えば３３４．９ｍｍ^２（＝１８．３ｍｍ×１８．３ｍｍ）である。また、残膜部４４の厚みＣは、例えば０．０４ｍｍ程度であり、樹脂層部分４１ｄの有効構造部厚みＤは、例えば０．１ｍｍ程度である。よって、
Ｘ≧０．８３ｍｍ
となる。つまり、移動の前後におけるマスター型３０の型間隔Ｘは０．８３ｍｍあれば足りることになり、型間隔Ｘを不必要に増大させることは望ましくなく、型間隔Ｘは、０．８５ｍｍ程度とする。

　本実施形態の記製造方法によれば、サブマスター基板（第１基板）４２に形成された複数の凹部４２ｃのうち１つの凹部４２ｃとマスター型３０の第１成形面３１との間に第１の樹脂材料４１ｂを満たすので、第１成形面３１に対向する第１の樹脂材料４１ｂの厚みが確保され、比較的容易にマスター型３０をサブマスター基板４２に近づけることができる。しかも、第１成形面３１の周囲に環状の段差３２を設け、段差３２と凹部４２ｃの周辺との間に第１の樹脂材料４１ｂを満たすようにすることで、サブマスター基板４２の凹部４２ｃへ充填する樹脂材料に不足を生じたり、過剰の樹脂材料がマスター型３０からはみ出したりすることを防止し、異形状が発生することを防ぐことができる。

　なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

　例えば、ウェハーレンズ１０の輪郭形状や、レンズ要素Ｌ１，Ｌ２の形状及び配列は、図示のものに限らず、用途に応じて様々な形状とすることができる。

　同様に、サブマスター型４０に形成されるサブマスター樹脂層４１、サブサブマスター型５０に形成されるサブサブマスター樹脂層５１等の形状も図示のものに限らず、用途に応じて様々な形状とすることができる。

　以上の説明では、樹脂層１２，１３，４１，５１が光硬化性樹脂で形成されるものとし、光照射で樹脂材料を硬化させたが、光照射に加えて加熱により硬化を促進させてもよい。また、光硬化性樹脂に代えて、熱硬化性樹脂等の他のエネルギー硬化性樹脂で形成することもできる。

　サブマスター基板４２に対するマスター型３０の移動方法については、特に制限はないが、なるべく隣接する凹部４２ｃに移動する経路とすることが処理速度上は望ましい。マスター型３０に対してサブマスター基板４２を移動させてもよいし、両者を移動させてもよい。両者で樹脂を押圧する際も同様であり、マスター型３０をサブマスター基板４２に押圧する代わりに、サブマスター基板４２をマスター型３０に押圧してもよいし、両者を移動して近づけてもよい。

　上記実施形態においては、最終的に得られるウェハーレンズとして、基板上に光学レンズとして機能する樹脂層を設けたものについて説明したが、これに限らず、特に基板を有しておらず、光学レンズとして機能する部分とその周囲の平坦部、及び、それらを連結する部分が樹脂で一体的に構成されたものであってもよい。

　上記実施形態においては、サブサブマスター型を用いてウェハーレンズを作製する例について説明したが、これに限るものではなく、サブマスター型を用いてウェハーレンズを作製するようにしてもよい。この場合、原版となるマスター型は、最終成形物であるウェハーレンズのレンズ要素のポジ型とする。第１レンズ樹脂層１２と第２レンズ樹脂層１３ともに、サブサブマスター型を用いて成形を行ってもよいし、両者ともにサブマスター型を用いて成形を行ってもよいし、一方をサブサブマスター型、他方をサブマスター型で成形してもよい。

Claims (11)

1. 　光学レンズに対応する形状が複数配列された成形面を有し該成形面の周囲に環状の段差が設けられているマスター型を、前記成形面より大きいサイズの凹部であって内部が閉じた形状の凹部が平坦面上に複数形成された成形型用の第１基板に、前記成形面全体が前記複数の凹部のうち１つの凹部に対向するように配置する第１の工程と、
   　前記マスター型と前記第１基板とを相対的に接近させ、かつ、前記凹部及び前記段差が覆われるように前記成形面と前記第１基板との間に第１の樹脂材料を満たす第２の工程と、
   　前記成形面と前記第１基板との間の前記第１の樹脂材料を硬化させる第３の工程と、
   　前記マスター型を離型する第４の工程とを備え、
   　前記マスター型を前記複数の凹部のうち他の凹部に向けて移動させて、前記第１の工程から前記第４の工程までを繰り返し実行することにより、樹脂製の形状転写層を有する成形型を得る成形型の製造方法。
2. 　前記マスター型によって前記第１基板上に前記成形面に対応する矩形の複数の成形領域が設定され、前記複数の成形領域のうち隣り合う２つの成形領域における前記マスター型の間隔Ｘについて、前記段差の後退面及び前記成形面を含めた前記マスター型の面積をＡとし、前記成形面に対応する前記マスター型の有効面積をＢとし、前記第３の工程時における前記段差の前記後退面と前記第１基板の前記平坦面との距離に対応する残膜部厚みをＣとし、前記第３の工程時における前記成形面と該成形面に対向する凹部の底面との平均的距離に対応する有効構造部厚みをＤとしたときに、以下の関係式
   Ｘ≧√｛Ｂ＋（０．０５×〔Ｂ×Ｄ＋［Ａ－Ｂ］×Ｃ〕＋０．００５×Ａ）／Ｃ｝－√Ａ
   満たす、請求項１に記載の成形型の製造方法。
3. 　前記第３の工程において、前記段差の前記後退面と前記第１基板の前記平坦面との距離に対応する残膜部厚みは、前記成形面における前記第１基板から最も遠い部位と前記第１基板の前記平坦面との前記平坦面に垂直な方向における距離よりも小さい、請求項１及び請求項２のいずれか一項に記載の成形型の製造方法。
4. 前記第３の工程において、前記成形面の最も前記第１基板側の部位と、前記第１基板の前記平坦面とは、前記平坦面に垂直な方向における位置が略一致する、請求項１に記載の成形型の製造方法。
5. 　前記マスター型の前記成形面は、光学レンズに対応する形状の周囲に設けられた平坦なフランジ転写面を含む、請求項１に記載の成形型の製造方法。
6. 　前記第２の工程において、前記マスター型及び前記第１基板のうち少なくとも一方に配置された前記第１の樹脂材料を、前記マスター型と前記第１基板とを相対的に接近させることにより、前記凹部及び前記段差部が覆われるように前記成形面と前記第１基板との間に前記第１の樹脂材料を満たす、請求項１に記載の成形型の製造方法。
7. 　請求項１に記載の成形型の製造方法により得られた前記樹脂製の成形型を第１の成形型とし、該第１の成形型と成形型用の第２基板との間に第２の樹脂材料を満たし、該第２の樹脂材料を硬化させ、前記第１の成形型を離型することにより、第２の成形型を得る成形型の製造方法。
8. 　請求項７に記載の成形型の製造方法により得られた前記第２の成形型と請求項１に記載の成形型の製造方法により得られた第１の成形型との少なくとも一方と、第３基板の表面との間に第３の樹脂材料を満たし、該第３の樹脂材料を硬化させ、前記第１又は第２の成形型を離型することにより、前記第３基板の表面に複数のレンズ要素が形成されたウェハーレンズを得る第５の工程を有するウェハーレンズの製造方法。
9. 　請求項７に記載の成形型の製造方法により得られた前記第２の成形型と請求項１に記載の成形型の製造方法により得られた第１の成形型との少なくとも一方と、前記第３基板の裏面との間に第４の樹脂材料を満たし、該第４の樹脂材料を硬化させ、前記第１又は第２の成形型を離型することにより、前記第３基板の裏面に複数の光学レンズが形成されたウェハーレンズを得る第６の工程を有する、請求項８に記載のウェハーレンズの製造方法。
10. 　前記第５の工程における前記第１又は第２の成形型の離型前に、前記第６の工程を開始する、請求項９に記載のウェハーレンズの製造方法。
11. 　請求項８から請求項１０までのいずれか一項に記載のウェハーレンズの製造方法により得られた前記ウェハーレンズを切断して個片化する工程を備える光学レンズの製造方法。

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