JP2000271940A

JP2000271940A - マイクロレンズまたはマイクロレンズ金型の作製方法、それに用いるマイクロレンズ用またはマイクロレンズ金型用基板

Info

Publication number: JP2000271940A
Application number: JP11077022A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Yagi; 隆行八木; Takayuki Tejima; 隆行手島; Yasuhiro Shimada; 康弘島田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-03-23
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 2000-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】光の利用効率の高く、マイクロレンズアレイの
品質ばらつきが小さく製造が容易な、マイクロレンズま
たはマイクロレンズ金型の作製方法、それに用いるマイ
クロレンズ用またはマイクロレンズ金型用基板である。【解決手段】マイクロレンズまたはマイクロレンズ金型
の作製方法は、導電性部を有する基板１を用い、基板１
上に絶縁性マスク層３を形成する工程、絶縁性マスク層
３に開口部４を形成する工程、絶縁性マスク層３の上
に、隣接する開口部４を隔てる絶縁性隔壁６を形成する
工程、電着により、開口部４を通じて開口部４及びマス
ク層３上に電着層５を形成する工程を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電着を用いて作製
しアレイ化が容易に可能なマイクロレンズまたはマイク
ロレンズ用金型の作製方法等に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】マイクロレンズアレイは、直径数μｍか
ら数１００μｍの微小な略半球状レンズを複数配置した
ものであり、液晶表示装置、受光装置、光通信システム
におけるファイバー間接続等の様々な用途に使用される
様になってきている。一方、発光素子間隔を狭くできア
レイ化が容易な面発光レーザー等の開発が進み、レンズ
アレイの間隔を狭くでき開口数（ＮＡ）の大きなマイク
ロレンズヘの要求が高まっている。

【０００３】受光素子においても同様に、半導体プロセ
ス技術の発達に伴い、素子間隔が狭まり、ＣＣＤ等に見
られる様に、ますます受光素子の小型化がなされてい
る。この結果、ここでも、レンズ間隔の狭い、開口数の
大きなマイクロレンズアレイが必要となっている。さら
に、今後期待される光情報処理分野である光並列処理・
演算、光インターコネクション等においても、同様の要
望がある。

【０００４】また、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）
等の自発光型のディスプレイ装置の研究開発も盛んに行
われ、高精細且つ高輝度のディスプレイの提案がなされ
ている。この様なディスプレイにおいては、小型且つ開
口数の大きなマイクロレンズアレイに加えて、低コスト
で大面積のマイクロレンズアレイヘの要求がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上の様な状況におい
て、従来、イオン交換法（Ｍ．Ｏｉｋａｗａ，ｅｔａ
ｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２
０（４）Ｌ５１−５４，１９８１）を用いて多成分
ガラスからなる基板上の複数の箇所を分布状態で高屈折
率化して、複数のレンズを形成する様にしたマイクロレ
ンズアレイの作製方法が知られている。しかし、この方
法では、レンズ同士の間隔に比べてレンズ径を大きくと
れず、開口数の大きなレンズの設計が困難であった。

【０００６】また、この方法で形成するマイクロレンズ
アレイは図９（ａ）に示すように、Ａ−Ａ断面方向（図
９（ｂ））でのレンズ間隔ｄ１を狭くしても、Ｂ−Ｂ断
面方向（図９（ｃ））でのレンズ間隔ｄ２を狭めること
が困難であり、液晶プロジェクションテレビ用液晶素子
等のデバイスに使用する場合には光の利用効率が小さ
い。

【０００７】また、大面積のマイクロレンズアレイを作
製するにはイオン拡散装置等の大規模な製造装置が必要
とされ、製造が容易でないという問題もあった。また、
金型を用いたモールディングに比べて、ガラス毎にイオ
ン交換工程を施す必要があり、製造装置の作製条件管理
を十分に行わないと、レンズの品質、例えば焦点距離の
ばらつきがロット間で大きくなるという問題もあった。
また、この方法では、金型を用いた方法に比べて、割高
になる。

【０００８】さらに、イオン交換法では、ガラス基板中
に被イオン交換用のアルカリイオンが必須となり、基板
材料がアルカリガラスに限定され、ガラス基板そのもの
の熱膨張係数が受光装置や発光装置の基板の熱膨張係数
より大きくなって、素子の集積密度が増加するに伴い熱
膨張係数の不整合によるミスアライメントが発生する。
また、元来、ガラス表面のイオン交換法は、表面に圧縮
歪みを残すことが知られており、どうしてもガラス表面
の残留応力と反り変形の間にトレードオフの関係がある
という課題が生じ、マイクロレンズアレイが大判化する
に従い受光装置や発光装置の基板との接着接合が困難と
なってくる。

【０００９】他の方法としては、レジストリフロー法
（Ｄ．Ｄａｌｙ，ｅｔａｌ．，Ｐｒｏｃ．Ｍｉｃ
ｒｏｌｅｎｓＡｒｒａｙＴｅｄｄｉｎｇｔｏｎ．，
ｐ２３−３４，１９９１）がある。この方法では、基
板上に形成した樹脂をフォトリソグラフィプロセスを利
用して円筒状にパターニングし、これを加熱しリフロー
させてマイクロレンズアレイを作製する。この方法によ
り、様々な形状のレンズが低コストで作製することが可
能である。また、イオン交換法に比べて、熱膨張係数や
反り等の問題がない。しかしながら、この方法は、マイ
クロレンズの形状が樹脂の厚み、基板と樹脂との濡れ性
状態、及び加熱温度に強く依存しおり、単一基板面内の
作製再現性は高いが、ロット毎のばらつきが発生しやす
い。

【００１０】更なる他の方法としては、マイクロレンズ
アレイの原版を作製し、原版にレンズ材料を塗布し、塗
布したレンズ材料を剥離してマイクロレンズアレイを作
製する方法がある。原版となる金型の作製に当たって
は、電子ビームを用いて描画する方法（特開平１−２３
１６０１号公報）、金属板の一部をエッチングして形成
する方法（特開平５−３０３００９号公報）がある。こ
の方法は、モールディングにてマイクロレンズを複製す
ることができ、ロット毎のばらつきが発生しにくく、ま
た低コストにて作製することが可能である。また、イオ
ン交換法に比べて、熱膨張係数や反り等の問題を回避で
きる。

【００１１】しかしながら、電子ビームを用いる方法で
は、電子ビーム描画装置が高価であり多額の設備投資が
必要となる、描画面積が制限されているために、１０ｃ
ｍ角以上の大面積の原版を作製することが困難である等
の問題がある。

【００１２】また、エッチングする方法では、主として
化学反応を利用した等方性エッチングを用いるため、金
属板の組成や結晶構造が僅かでも変化すると、所望の形
状にエッチングできなくなるという問題がある。また、
エッチングする方法では、所望の形状が得られた時点で
直ちに水洗しないとエッチングが継続する。微少なマイ
クロレンズを形成する場合には、この様な所望の形状が
得られた時点から水洗に至るまでの時間に進行するエッ
チングにより、所望の形状から逸脱する場合がある。

【００１３】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
み成されたものであり、その目的は、（１）マイクロレ
ンズの大判化が容易な、（２）マイクロレンズの作製が
容易で且つその制御性の高い、（３）比較的安価な、
（４）光の利用効率の高い、（５）マイクロレンズアレ
イの品質ばらつきが小さく製造が容易な、マイクロレン
ズまたはマイクロレンズ金型の作製方法、それに用いる
マイクロレンズ用またはマイクロレンズ金型用基板等を
提供することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決する為の手段と作用】上記目的を達成する
本発明のマイクロレンズまたはマイクロレンズ金型の作
製方法は、導電性部を有する基板を用い、（１）前記基
板上に絶縁性マスク層を形成する工程、（２）前記絶縁
性マスク層に開口部を形成する工程、（３）前記絶縁性
マスク層の上に、隣接する開口部を隔てる絶縁性隔壁を
形成する工程、（４）電着により、開口部を通じて開口
部及びマスク層上に電着層を形成する工程の少なくとも
（１）〜（４）の工程を有することを特徴とする。

【００１５】この基本構成に基づいて、以下のような好
適な態様が可能である。上記基本構成ににおいて、
（５）前記電着層を形成した基板に金型部材を形成する
工程、（６）前記金型部材を前記基板より剥離する工程
を更に有する。

【００１６】また、上記工程（４）は、電着により電着
層が開口部を略中心に等方的に成長するような工程であ
る。開口部の大きさや電着条件を適当に設定すること
で、こうした等方的成長が実現できる。

【００１７】また、前記開口部が円形形状またはスリッ
ト形状である。これにより、半球状マイクロレンズ或は
半円筒形状マイクロレンズが実現できる。

【００１８】また、前記工程（５）において、電着層を
形成した後に、犠牲層を形成する工程を含むようにして
もよい。こうしたとき、前記工程（６）において、金型
を基板より剥離する工程が前記犠牲層を除去することに
より剥離を行うようにできる。

【００１９】また、前記絶縁性隔壁が高分子樹脂よりな
る。

【００２０】また、前記電着は、電気メッキであった
り、前記電着層が有機高分子であったりする。この有機
高分子が光学的に透明であれば、そのままマイクロレン
ズとなる。

【００２１】更に、上記目的を達成する本発明の上記作
製方法に用いるマイクロレンズ用またはマイクロレンズ
金型用の基板は、電着により作製されるマイクロレンズ
またはマイクロレンズ金型に用いる基板であって、導電
性部を有する基板と、前記基板上に形成した絶縁性マス
ク層と、前記絶縁性マスク層に設けた複数の開口部と絶
縁性隔壁からなり、隣接する開口部間に絶縁性隔壁が設
けられていることを特徴とする。

【００２２】この基本構成において、前記絶縁性隔壁が
高分子樹脂よりなったり、前記絶縁性隔壁が正方形或は
長方形の格子状であったり、前記開口部が円形であった
り、前記開口部の径が１００μｍ以下であったりする。
絶縁性隔壁は、他にも、蜂の巣状の６角形隔壁等の形態
も取り得るが、これは目的とするマイクロレンズの形態
に従って決めれば良い。

【００２３】上記に説明したように、本発明のマイクロ
レンズまたはマイクロレンズ金型の作製方法は、マイク
ロレンズ又はマイクロレンズ金型として使用する半球
状、半円筒形状のような曲面（本明細書においてＲ面と
も言う）を持つマイクロ構造体を電着により作製する方
法であり、開口部の周囲に絶縁性隔壁を設ける工程を含
むことにより、電着により成長する半球状等のＲ面を持
つマイクロ構造体同士が電気的接続せずに成長する作製
方法である。これによりマイクロレンズの光の利用効率
を向上することが可能となる。

【００２４】また、本発明のマイクロレンズまたはマイ
クロレンズ金型用の基板は、溶液中で導電性部を有する
基板に設けたマスク層に形成した微小な開口部とマスク
層上に形成した絶縁性隔壁を有するものであり、開口部
に電着により形成した電着層よりなる半球体等のＲ面を
持つマイクロ構造体をマイクロレンズとして利用する、
又は上記半球体等のＲ面を持つマイクロ構造体を有する
基板を金型として利用する。微少な開口部上に電着を行
うと、まず開口部内に電着層が析出し、さらに電着を行
うと開口部及びマスク層上に電着が成長し始める。電着
の対向電極に比べて開口部寸法が十分に小さいと、電着
層は等方的に成長し、半球状或は半円筒形状の電着層が
開口部及びマスク層上に形成される。

【００２５】開口部形状を円形ないしスリット状にする
ことにより、電着層はマスク層上に等方的に成長でき
る。エッチングにより原版を形成する方法に比べて、所
望の形状が得られた時点で陽極と陰極との間に流れる電
流を停止すれば電着を停止できるために、水洗までの時
間でエッチングされてしまうような不測の形状誤差を回
避でき、作製の制御性が良い。電着により形成する半球
体等が光透過性の材料から成る場合には、これを直接マ
イクロレンズとして利用することができる。また、この
半球体等を有する基板をマイクロレンズ用金型として利
用でき、この場合には凹レンズ用金型となる。さらに、
前記マイクロレンズ用金型上に金型材料を形成し金型材
料と前記マイクロレンズ用金型を剥離することで、凸レ
ンズ用の金型も作製することが可能である。

【００２６】上記マイクロレンズ用金型は、電着にて形
成した金型から直接形成できるために、高価な設備を必
要とせず、低コストで作製でき、また容易に大判化する
ことも可能となる。さらに、電着時間、電着材料を含む
溶液の電着温度により電着層の大きさを、その場観察に
より制御することができ、容易且つ高精度にレンズ径等
を制御できる。マスク層に複数の開口部を形成すること
により同様の方法を用いてマイクロレンズアレイ用の金
型を形成することができることは言うまでもない。

【００２７】凸レンズ用金型を形成する場合の剥離の方
法としては、機械的に金型と基板を剥離すれば良い。し
かしながら、金型が大判化すると剥離時に変形する場合
がある為、これを避ける為に、基板、マスク層、電着層
を順次裏面よりエッチング除去する方法を取ることも可
能である。基板及び電着層上に犠牲層を設けた後に凸レ
ンズ用金型を形成する場合には、犠牲層を除去すること
により金型と基板を剥離することが可能である。この場
合、犠牲層をエッチングするエッチャントにより金型が
腐蝕されないよう犠牲層の材料を選ぶ。犠牲層をエッチ
ングするエッチャントにより電着層及び基板も腐蝕され
ない場合、電着層を形成した基板を金型用の金型とし
て、複数回使用することが可能である。よって、金型が
複数回の使用による傷、汚れ等により使用できなくなっ
た場合に、同様の方法により金型を容易に作製すること
ができる。

【００２８】凸レンズ用金型を形成する場合のマイクロ
レンズ用金型の材料としては、電着層を形成した基板上
に形成でき、かつ剥離できるものであれば樹脂、金属、
絶縁体等の何れの材料も用いることができる。簡略な金
型の形成方法としては、樹脂や金属、ガラスの溶融また
は溶解した溶液を電着層が形成された基板上に塗布し硬
化した後に上述した剥離の方法により剥離し形成する。
この場合、金型材料としては基板や電着層が熱損傷や合
金化しない材料を選択する。他の方法としては、金型材
料を電着層上に電着する方法がある。電着層状に犠牲層
を形成した場合には、犠牲層上に金型材料を電着する為
の金型用電極層を形成し、該金型用電極層を電着用電極
として電着を行う。

【００２９】本発明のマイクロレンズ金型の作製方法の
典型例を図１を用いて、さらに凸レンズ用金型の作製方
法の典型例を図２を用いて、以下に詳細に説明する。合
わせて、図３を用いてマイクロレンズの作製方法を説明
する。電着法の１つである金属の電気メッキを例に取り
説明する。

【００３０】図１（ａ）に使用する基板の構成を説明す
る。基板１に電極層２を形成し、さらにマスク層３を形
成する。基板材料としては、金属、半導体、絶縁体の何
れの材料を使用することも可能である。基板として金属
材料を使用するのであれば、電極層２を形成する必要は
ない。また、半導体を用いる場合、電気メッキが可能な
程度の導電性を有するのであれば、必ずしも電極層を形
成する必要はない。電極層としては、メッキ液に晒され
る為に、使用するメッキ液に腐蝕されない材料より選択
される。マスク層３としては絶縁性を有することが必要
であり、電気メッキ時に電極層とメッキ液との絶縁性を
保つ。マスク層は絶縁性を有する材料であれば良く、無
機絶縁体、有機絶縁体のいずれも使用することができ
る。基板上に金型を形成する為、うねりや表面荒さの小
さい基板を使用する。基板としては、平坦性の良好な金
属板、ガラス基板、シリコンウエハ等を使用することが
可能である。電極層及びマスク層を基板上に、厚く形成
すると形成方法により表面荒さが増す場合がある。この
為、電極層及びマスク層の形成方法としては、真空蒸着
方法、スピンコート法、ディップ方法等の薄膜形成方法
を用いる。

【００３１】次に、マスク層に開口部４を形成する。開
口部形状はここでは円形にする。開口部４を通じて電着
層を形成し、マスク層３上にも電着層５が成長する。開
口部径を小さくすることにより、より小径のマイクロレ
ンズが可能である。開口部形成に当たっては、微小な開
口を形成することが可能な半導体フォトリソグラフィプ
ロセスとエッチングによりマスク層３に開口部４を形成
する。マスク層３として、フォトレジストを用いるとエ
ッチングの工程を省略できる。

【００３２】次に、図１（ｂ）に示すように、電着によ
り成長する半球状マイクロ構造体同士が電気的接続せず
に成長する為の絶縁性の隔壁６を形成する。隔壁にフォ
トレジストを用いることも可能であり、半導体フォトリ
ソグラフィプロセスにて形成することができる。隔壁６
として、フォトレジストを用いるとエッチングの工程を
省略できる。マイクロレンズ及びマイクロレンズ金型用
基板の上面図及びＣ−Ｃでの断面図を夫々図４（ａ）及
び（ｂ）に示す。マスク層３に開口部４が設けられ、さ
らに、開口部４を囲む様に絶縁性の隔壁６が形成されて
いる。隔壁材料としては、電着層が接する隔壁の面が電
気絶縁性であればよく、無機材料、有機材料が共に使用
できる。また、導電性材料において、その材料により図
１（ｂ）の様な隔壁の形状に形成し、その表面に絶縁性
薄膜をコーティングする、あるいは酸化、窒化、炭化等
の表面処理を施して絶縁性膜を設けることが可能な材料
であれば、隔壁材料として同様に使用できる。

【００３３】次に、図６に示すように、開口部を形成し
た基板をワーク２１として金属イオンを含むメッキ液２
３に漬け、陽極板２２との間を外部電源２４と繋げて電
流を流し、開口部に電着層５を形成する。開口部にメッ
キが形成され、さらにメッキを続けることで図１（ｃ）
に示すようにマスク層面上にも電着層５が広がり半球状
構造体が形成される。金属イオンを含むメッキ液中で微
小な開口部にメッキを行うと、図７に示すようにメッキ
液中の金属イオンが電着層に集中し、メッキの析出が成
長方向としては等方的に進行し、半球状構造体５が形成
される。

【００３４】開口部の寸法が陽極板に比べて小さく、ま
た金属イオンが一様にメッキ液中に溶解しており、メッ
キ成長が等方的となる。この後、さらにメッキを続ける
と半球状構造体の端部は隔壁６に接しつつ、基板上に成
長していく。図４（ａ）のＤ−Ｄ断面にて電着層が隔壁
６に略接した時点で、電着を停止することで、半球状構
造体は隔壁を除く基板面上を覆うように形成でき、光の
利用効率の高いマイクロレンズ金型が作製できる。

【００３５】作製するマイクロレンズアレイとしては数
μｍから数１００μｍの範囲であり、この為、開口部の
大きさは所望のマイクロレンズの径よりも小さくする必
要がある。メッキ成長が等方的となる為には、開口部の
寸法は半球状構造体の直径に比して小さい程、半球状構
造体の形状は真球に近づく。マイクロレンズの寸法を数
１００μｍ以下とすると、真球形成の為には、前記開口
部の径は１００μｍ以下であることが好ましい。半球状
構造体はメッキ浴中の金属イオンが電気化学反応により
析出することにより形成される。電気メッキでは、メッ
キ時間、メッキ温度を制御して電着層の厚さを容易に制
御することが可能である。主な、メッキの金属としては
単金属では、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚ
ｎ等、合金では、Ｃｕ−Ｚｎ、Ｓｎ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｆ
ｅ、Ｚｎ−Ｎｉ等があるが、他の電気メッキが可能な材
料であれば用いることは可能である。

【００３６】上記図１（ｄ）に示す基板をマイクロレン
ズ金型として用いる場合、この金型は凹レンズ用金型と
なる。これより、マイクロレンズの作製では、この金型
に樹脂を塗布し、硬化し剥離した後に、前記樹脂の屈折
率より大きな屈折率を持つ樹脂を、剥離した前記樹脂上
に塗布し、硬化することで、マイクロレンズアレイが作
製出来る。マイクロレンズとなる樹脂としては、マイク
ロレンズを用いる受光または発光装置が利用する光の波
長領域で光透過可能な材料を用いる。上記方法でマイク
ロレンズを作製する場合には、アルカリガラスが必須と
はならず、イオン交換法と比べて、マイクロレンズ、支
持基板の材料の制限を少なくすることができる。樹脂の
代わりに溶融したガラスを使用すれば、ガラスのマイク
ロレンズを作製できる。

【００３７】電着として金属の電気メッキについて説明
したが、電着物が光透過な材料であれば前記マイクロレ
ンズ金型をマイクロレンズとして用いることができる。
電着液として、アクリル系カルボン酸樹脂等を有機アミ
ンで中和し、水溶化あるいは水分散化し負に帯電した電
着液４３を用いる場合を例にとり、以下に説明する。図
８に示す隔壁４５を設けたアニオン型電着装置により、
図１（ｂ）の電極３２とマスク層３３と開口部３４と隔
壁３６を設けた基板を陽極４１として、上記電着液４３
を用いて、陰極４２との間を外部電源４４と繋げて電流
を流し、開口部３４に電着層を形成する。この時、カル
ボン酸樹脂は陽極４１に移動し、ｐＨの下降に伴って開
口部３４に析出する。さらに電着を続けることで図１
（ｄ）に示すように半球状構造体が形成される。析出し
た電着層は光透過であり、電着層を基板から剥離するこ
とでマイクロレンズとして使用することが可能である。
電極が透明導電膜、例えばＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉ
ｎＯｘｉｄｅ）、ＳｎＯ_２等であり、基板がガラス、
石英等の光透過性材料であれば、電着層が形成された基
板をマイクロレンズとして使用することが可能となる。
電着液としては、同様にカチオン型電着液を使用するこ
ともでき、このときエポキシ系樹脂の電着層を形成でき
る。

【００３８】次に、図１（ｄ）の基板を用いた凸レンズ
用金型の作製方法を以下に詳細に説明する。金型を形成
する方法としては、半球状等の構造体を有する基板上に
金型となる材料を、溶融又は溶解した液で塗布し、硬化
する方法が用いられる。この時、金型材料と電着層との
剥離性の良い各材料を選ぶ。剥離することでマイクロレ
ンズ用金型が形成できる。金型を形成する他の方法とし
ては、電気メッキ液を変え、他のメッキ材料を図１
（ｄ）の半球状等の構造体に析出させ、基板上に連続し
た膜を形成するまでメッキを行い、金型を形成する。こ
の方法の剥離は、金型材料と電着層との剥離性の良い各
材料を選び、剥離する。或は、基板、マスク層、電着層
等の何れかを夫々のエッチャントによりエッチング除去
し、金型を残すことにより行う。前記エッチャントにエ
ッチング耐性のある金型材料を選ぶ。

【００３９】剥離を行う方法としては、他に、犠牲層を
導入する方法がある。犠牲層を導入するプロセスを図２
に示す。先ず、金型は電気メッキにより形成し、図１
（ｄ）に示した基板の隔壁６を除去する（図２
（ａ））。次に構造体を形成した基板上に犠牲層７を形
成する（図２（ｂ））。犠牲層の厚みは、金型材料と構
造体を形成した基板を犠牲層７の除去で剥離することが
できる膜厚であれば良い。隔壁の幅としては薄いほど光
の利用効率が高くなり好ましいが、隔壁の幅が薄い場合
には剥離が困難となる。剥離を考えた場合には犠牲層の
厚みとしては隔壁が埋まる程度の厚みが好ましい。次
に、電気メッキ用の金型用電極層８を形成する（図２
（ｃ））。この金型用電極層８を陰極として、金属イオ
ンを含むメッキ液中で電気メッキを行い金型９を形成す
る（図２（ｄ））。この後に、犠牲層７をエッチング除
去し、金型用電極層を有する金型と電着層を有する基板
を剥離する。次に金型用電極層８をエッチング除去する
ことで金型が形成できる（図２（ｅ））。

【００４０】図２の作製フローでは金型用電極層を除去
したが、モールディングにてマイクロレンズを形成する
工程にて、金型用電極層によりレンズ面を汚染する、あ
るいは金型用電極層の降伏応力が小さく傷が付きやすい
等の問題が発生しないのであれば、金型用電極層を除去
しなくてもよい。また、図２の作製フローでは、犠牲層
７を電着層及びマスク層上に形成したが、次のようにも
できる。犠牲層７を形成せず電極層２を犠牲層として利
用し、電極層２をエッチング除去し、基板１と電着層を
有する金型とを分離した後に電着層をエッチング除去す
る組み合わせを用いても、図２（ｅ）の金型を形成する
ことが可能である。

【００４１】以上説明した作製方法により、本発明のマ
イクロレンズ用金型を作製することが可能となる。次
に、マイクロレンズの作製方法について説明する。ここ
では、樹脂よりなるマイクロレンズについて説明する。
図３（ａ）に示すように、前述した工程で得られた凸用
マイクロレンズ金型９上に、樹脂１０を塗布し、次いで
図３（ｂ）に示す様に支持基板１１を樹脂の上から載
せ、樹脂が均一な平面を得てから、用いた樹脂１０の硬
化条件に合わせて硬化する。熱硬化樹脂、紫外線硬化樹
脂、電子線硬化樹脂を夫々加熱、紫外光照射、電子線照
射等により硬化させる。紫外線照射の際はマイクロレン
ズの裏面側より光を照射する。この為、支持基板を使用
する場合には光透過する支持基板を使用する。硬化時に
は、気泡が形成されないようにする。樹脂を塗布する場
合には、脱気を行うと良い。

【００４２】硬化後に、樹脂は金型９から剥離されマイ
クロレンズ１２が形成される（図３（ｃ））。支持基板
はマイクロレンズから剥離して使用してよい。マイクロ
レンズとなる樹脂としては、マイクロレンズを用いる受
光または発光装置が利用する光の波長領域で光透過可能
な材料を用いる。上記方法でマイクロレンズを作製する
場合には、アルカリガラスが必須とはならず、イオン交
換法と比べて、マイクロレンズ、支持基板の材料の制限
が少なくすることができる。樹脂の代わりに溶融したガ
ラスを使用すれば、ガラスのマイクロレンズを作製でき
る。

【００４３】このようして作製したマイクロレンズアレ
イの上面図及び断面図を図５に示す。図５（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）は夫々上面図、Ｃ−Ｃ断面図、Ｄ−Ｄ断
面図である。図５より分かるように、図９に示した従来
のマイクロレンズアレイのレンズ間隔ｄ２を略なくすこ
とが可能となり、光の利用効率が高いマイクロレンズと
なっている。

【００４４】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面に沿
って説明する。

【００４５】（第１実施例）図１乃至図３の作製工程図
を用いて第１実施例を説明する。酸化ガスを用いて熱酸
化し、両面に１μｍ厚の二酸化シリコン膜が形成された
６インチφのシリコンウエハを、図１に示す基板１とし
て用いる。このウエハに、薄膜形成法の１つである電子
ビーム蒸着法によりＣｒとＡｕを夫々１０ｎｍ、２００
ｎｍ連続して成膜し、電極層２を形成する。

【００４６】次に、全芳香族ポリアミド酸溶液をスピン
塗布し、熱処理を行いポリイミド膜からなるマスク層３
を形成する。フォトリソグラフィによりフォトレジスト
を塗布、露光、現像し、レジストに開口部を設ける。そ
して、酸素を用いた反応性イオンエッチングによりフォ
トレジストの開口部のマスク層３をエッチング除去し、
電極層２を露出させ、開口部４をマスク層３に形成す
る。この後、フォトレジストを剥離する。開口部４は円
形をしており、その直径は５μｍである。開口部４は５
００×５００のマトリックスに２５μｍ間隔で配置され
ている。

【００４７】次に、フォトレジストを１０μｍ塗布し、
フォトリソグラフィにより３μｍ幅にパターニングし、
これを隔壁６とする。隔壁６のパターンは、図５に示す
ように、各開口部４から等距離の位置に配置した格子状
パターンである。この基板を本実施例のマイクロレンズ
金型用基板として用いる。

【００４８】このウエハをワークとして用いて、電極層
２を陰極として、硫酸ニッケルと塩化ニッケルと硼酸及
び光沢剤からなるＮｉメッキ浴を用いて、浴温５０℃、
陰極電流密度５Ａ／ｄｍ^２でＮｉメッキを行う。Ｎｉメ
ッキは、まず、開口部４から析出、成長し、マスク層３
上にも電着層５が広がる。そして、図４（ａ）のＤ−Ｄ
断面で隔壁６の四隅に電着層５が広がるまでメッキを行
い、図１（ｄ）、（ｅ）に示す半球状構造体の電着層５
が形成された。

【００４９】次に、隔壁６を酸素プラズマによりアッシ
ング除去する（図２（ａ））。続いて、常圧ＣＶＤ（Ｃ
ｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）
法により、ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ
ｇｌａｓｓ）を３５０℃にて１．５μｍ成膜し、隔壁６
の在った部分を犠牲層７で埋め込む（図２（ｂ））。

【００５０】次に、電子ビーム蒸着法により、ＴｉとＡ
ｕを夫々１０ｎｍ、２００ｎｍ連続して成膜し、金型用
電極層８を形成して図２（ｃ）の金型用の金型を形成す
る。

【００５１】この金型をワークとして用いて、金型用電
極層８を陰極として、前記Ｎｉメッキ浴にて浴温５０
℃、陰極電流密度５Ａ／ｄｍ^２でＮｉメッキを行い、金
型９を形成した（図２（ｄ））。次に、フッ酸と弗化ア
ンモニウムとの混合水溶液に図２（ｄ）の基板を浸漬
し、犠牲層７であるＰＳＧをエッチング除去し、基板と
金型９を剥離することができた（図２（ｅ））。この
時、金型用電極層８のＴｉも同時に除去される。この後
に、金型用電極層８のＡｕを沃素と沃化カリウムの混合
水溶液によりエッチング除去し、マイクロレンズ用金型
９を形成した（図２（ｅ））。

【００５２】剥離後の基板は図２（ａ）に示す半球状構
造体を有する構成であり、図２（ｂ）以後の工程を行う
ことにより、再びマイクロレンズ用金型９を作製するこ
とが可能であった。

【００５３】本実施例のマイクロレンズ金型の作製方法
において、金型をモールディングにより形成できるため
に、同一形状の金型を複数形成することができる。従来
の金型形成方法では、原版は１枚であったのに対して、
本実施例では、金型自体を金型で形成し犠牲層プロセス
を用いて複数形成することが可能であった。これによ
り、一層の低コスト化が達成できた。

【００５４】次に、図３に示す様に、紫外線硬化するフ
ォトポリマーからなる樹脂１０を金型９に滴下し、支持
基板１１となるガラス基板をその上に載せ、ついで紫外
線を照射して樹脂１０を硬化させた。硬化後にガラス基
板１１を用いて上げたところ、樹脂１０はマイクロレン
ズ用金型９より剥離され、マイクロレンズアレイ１２を
形成することができた。このようして作製したマイクロ
レンズアレイの上面図及び断面図は図５と同様の形状と
なった。こうして、図９に示した従来のマイクロレンズ
アレイのレンズ間隔ｄ２を略なくすことが可能となり、
光の利用効率が高いマイクロレンズ１２となっている。
さらに同一のマイクロレンズ用金型９を用いて、同様の
方法によりフォトポリマーのマイクロレンズ１２を１０
００枚作製することができた。

【００５５】（第２実施例）本実施例では、電着液にア
ニオン型電着浴を用いて、図８の電着装置により作製す
るマイクロレンズの作製工程を示す。

【００５６】図１の作製工程図を用いて説明する。石英
ガラスを基板３１に用いて、薄膜成膜方法の１つである
スパッタリング法によりＩＴＯを０．２μｍ成膜して電
極層３２を形成する。次に、第１実施例と同様の方法に
より、マスク層３３と開口部３４を形成する。第１実施
例と同様、開口部３４は円形をしており、その直径は５
μｍである。開口部３４は５００×５００のマトリック
スに２５μｍ間隔で配置されている。

【００５７】次に、フォトレジストを１０μｍ塗布し、
フォトリソグラフィにより３μｍ幅にパターニングし、
これを隔壁３６とする。隔壁３６のパターンは図４と同
様である。このウエハをワークとして用いて、電極層３
２を陽極４１として、アクリル系化合物を含むアニオン
型電着浴４３を用いて浴温２５℃、陽極電流密度５０ｍ
Ａ／ｄｍ^２で電着を行う。開口部３４から析出、成長
し、マスク層３３上にも電着層５が広がり、図１
（ｄ）、（ｅ）に示す半球状構造体の電着層５が形成さ
れた。

【００５８】これにより、高価な設備を要することなく
安価で制御性の高いアクリル樹脂よりなる透明なマイク
ロレンズができた。このマイクロレンズの基板表面を照
射し、レンズ焦点を測定した。焦点位置より算出したレ
ンズ半径と図１（ｅ）で示す半径は一致した。これより
曲率半径の大きな、ＮＡの大きいマイクロレンズを基板
上に直接形成することができた。また、図１（ｄ）、
（ｅ）より明らかなように、隔壁３６を除く基板面全面
に渡りマイクロレンズを作製することができ、本実施例
のマイクロレンズ用基板及びその作製方法により、光の
有効利用率の高いマイクロレンズを得ることができた。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のマイクロ
レンズ及びマイクロレンズ金型の作製方法は、微小な開
口部を有するマスク層と開口部を適当なパターンで囲む
隔壁を設けた導電性部を含む基板を用いて、マイクロレ
ンズ又はマイクロレンズ金型として使用するマイクロ構
造体を電気メッキなどの電着により作製する方法であ
る。そして、開口部の周囲に絶縁性隔壁を設ける工程を
含むことにより、電着により成長する半球状などのマイ
クロ構造体同士が電気的接触せずに成長するため、マイ
クロレンズ及びマイクロレンズ金型の大判化及びその作
製が容易であり、大型製造装置の不要で低コストなマイ
クロレンズ及びマイクロレンズ金型が作製でき、さらに
光の利用効率を向上することが可能となる。

【００６０】また、金型の作製工程に犠牲層の形成工程
に導入することで、金型の複製が容易に作製できる。こ
の金型にて作製したマイクロレンズアレイは、モールデ
ィングにて作製する為に製造が容易であり、ロット間の
ばらつきが小さい。また、金型の複製が容易な事と合わ
せると、金型形成からマイクロレンズアレイの形成に至
るに要する製造コストを低減することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマイクロレンズ及びマイクロレンズ金
型の作製方法を示す工程図である。

【図２】本発明のマイクロレンズ金型の作製方法を示す
工程図である。

【図３】本発明のマイクロレンズアレイの作製方法を示
す工程図である。

【図４】本発明のマイクロレンズ用及びマイクロレンズ
金型用基板の正面図及び断面図である。

【図５】作製したマイクロレンズアレイを説明する正面
図及び２つの断面図である。

【図６】本発明に用いた電気メッキ装置の概略図であ
る。

【図７】本発明のメッキによる半球状等のＲ面を持つ構
造体の作製原理を説明する図である。

【図８】本発明に用いたアニオン型電着装置の概略図で
ある。

【図９】従来の平板マイクロレンズアレイのレンズ間隔
を説明する正面図及び２つの断面図である。

【符号の説明】

１、３１基板２、３２電極層３、３３マスク層４、３４開口部５電着層６、３６隔壁７犠牲層８金型用電極層９金型１０樹脂１１支持基板１２マイクロレンズアレイ２１ワーク２２陽極板２３金属イオンを含むメッキ液２４、４４外部電源４１陽極４２陰極４３電着溶液４５隔膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者島田康弘東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 4F202 AA40 AG05 AH74 CA03 CB01 CD02 4F213 AA40 AG05 AH74 WA03 WA32 WA39 WB01 WC02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マイクロレンズまたはマイクロレンズ金型
の作製方法であって、導電性部を有する基板を用い、
（１）前記基板上に絶縁性マスク層を形成する工程、
（２）前記絶縁性マスク層に開口部を形成する工程、
（３）前記絶縁性マスク層の上に、隣接する開口部を隔
てる絶縁性隔壁を形成する工程、（４）電着により、開
口部を通じて開口部及びマスク層上に電着層を形成する
工程の少なくとも（１）〜（４）の工程を有することを
特徴とするマイクロレンズまたはマイクロレンズ金型の
作製方法。
【請求項２】（５）前記電着層を形成した基板に金型部
材を形成する工程、（６）前記金型部材を前記基板より
剥離する工程を更に有することを特徴とする請求項１記
載のマイクロレンズまたはマクロレンズ用金型の作製方
法。
【請求項３】工程（４）において、電着により電着層が
開口部を中心に等方的に成長することを特徴とする請求
項１または２記載のマイクロレンズまたはマイクロレン
ズ金型の作製方法。
【請求項４】前記開口部が円形形状またはスリット形状
であることを特徴とする請求項１、２または３記載のマ
イクロレンズまたはマイクロレンズ金型の作製方法。
【請求項５】工程（５）において、電着層を形成した後
に、犠牲層を形成する工程を含むことを特徴とする請求
項２記載のマイクロレンズまたはマイクロレンズ金型の
作製方法。
【請求項６】工程（６）において、金型を基板より剥離
する工程が前記犠牲層を除去することにより剥離を行う
ことを特徴とする請求項５記載のマイクロレンズまたは
マイクロレンズ用金型の作製方法。
【請求項７】前記絶縁性隔壁が高分子樹脂よりなること
を特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載のマイクロ
レンズまたはマイクロレンズ用金型の作製方法。
【請求項８】前記電着が電気メッキであることを特徴と
する請求項１乃至７の何れかに記載のマイクロレンズま
たはマイクロレンズ用金型の作製方法。
【請求項９】前記電着層が電着性有機高分子化合物であ
ることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載のマ
イクロレンズまたはマイクロレンズ用金型の作製方法。
【請求項１０】前記有機高分子化合物が光学的に透明で
あることを特徴とする請求項９に記載のマイクロレンズ
またはマイクロレンズ用金型の作製方法。
【請求項１１】電着により作製されるマイクロレンズま
たはマイクロレンズ金型に用いる基板であって、導電性
を有する基板と、前記基板上に形成した絶縁性マスク層
と、前記絶縁性マスク層に設けた複数の開口部と絶縁性
隔壁からなり、隣接する開口部間に絶縁性隔壁が設けら
れていることを特徴とするマイクロレンズ用またはマイ
クロレンズ金型用基板。
【請求項１２】前記絶縁性隔壁が高分子樹脂よりなるこ
とを特徴とする請求項１１記載のマイクロレンズ用また
はマイクロレンズ金型用基板。
【請求項１３】前記絶縁性隔壁が格子状であることを特
徴とする請求項１１または１２記載のマイクロレンズ用
またはマイクロレンズ金型用基板。
【請求項１４】前記開口部が円形またはスリット形状で
あることを特徴とする請求項１１、１２または１３記載
のマイクロレンズ用またはマイクロレンズ金型用基板。
【請求項１５】前記開口部の径または幅が１００μｍ以
下であることを特徴とする請求項１１乃至１４の何れか
に記載のマイクロレンズ用またはマイクロレンズ金型用
基板。