JPH10177104A - マイクロレンズの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高い効率で光を集光することができるマイクロ
レンズを簡単に且つ高いパターン精度で製造する。 【解決手段】支持基板１の一方の面に拡散防止層２を形
成し、該拡散防止層上に低融点ガラス層３を形成した
後、該低融点ガラス層を熱溶融し、ガラス化された低融
点ガラス層上に感光性レジスト４を塗布し、その後、所
定パターンの開口を有するマスクを介して前記感光性レ
ジストを露光・現像してレジストパターン５を形成し、
該レジストパターンをマスクとして前記低融点ガラス層
をエッチングして溝部６を形成し、その後、前記低融点
ガラス層を再度、熱溶融してマイクロレンズ９とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高い効率で光を集
光することができるマイロクレンズの製造方法の技術分
野に属する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、カラーの液晶ディスプレイ（Ｌ
ＣＤ）は、カラーフィルタを使用して構成画素部を３原
色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）とし、液晶の電気的スィッチングによ
り３原色の各光の透過を制御してカラー表示を行うもの
であり、プラズマディスプレイ等に比べて消費電力が小
さいという長所がある。このような液晶ディスプレイで
は、表示を明るく鮮明なものとするために、背後に照明
用光源を備えた、いわゆるバックライト方式が近年普及
している。しかし、照明用光源を使用した場合、消費電
力が増大し、上記の消費電力が小さいという液晶ディス
プレイの長所が損なわれることになる。このため、照明
用光源からの光を効率良く画素部に集光することによ
り、照明用光源に要する電力を低減することが要求さ
れ、その手段として、マイクロレンズを配列してなるマ
イクロレンズアレイを使用した液晶ディスプレイが提案
されている（特開昭６０−１６５６２３号等）。

【０００３】また、ＣＣＤ等を使用したカラーイメージ
センサーでは、有効開口率を上げるために各受光セルに
対応したマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイ
を受光面に配設したものが開発されている（特開昭６１
−６７００３号）。さらに、近年、光通信等で使用が増
大している光ファイバにおいても、光の結合を行う場合
にマイクロレンズが組み合わされて使用されている（特
開昭６１−１５３６０２号）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、基板の
一方の面に形成されたマイクロレンズは種々の用途で使
用されており、その製造方法には、ガラスに拡散され
たイオン濃度の分布を利用して屈折率勾配型のレンズと
する方法（Electronics Letters Vol.17,No.13.PP452(1
981)) 、金型によってプラスチックあるいはガラスの
表面をレンズ状の凹凸に成形する方法、熱可塑性樹脂
を用いてレンズの平面形状にパターン化し、その後、熱
可塑性樹脂の軟化点以上に加熱して流動させることによ
りパターンエッジにダレを生じさせて凸レンズを形成す
る方法（特開昭６０−３８９８９号等）、感光性樹脂
にプロキシミティ露光を施してパターンエッジにボケを
生じさせ、このボケに応じて光反応生成物の量に分布を
もたせて凸レンズ形状を得る方法（特開昭６１−１５３
６０２号）、感光性樹脂に強度分布をもたせた光を照
射して露光し、光強度に応じた屈折率分布パターンを形
成して微小レンズとする方法（特開昭６０−７２９２７
号等）、感光性ガラスに対する光照射によって生じる
結晶化に伴った収縮を利用して凸レンズを形成する方法
（Applied Optics Vol.24,No.16,P2520(1985)）、感
光性樹脂をアライナーを用いて所望のパターン状に露光
すると、非露光部から露光部に未反応のモノマーが移動
して露光部が盛り上がるという現象を利用した凸レンズ
形成方法（応用物理学会光学懇話会微小光学研究グルー
プ機関誌 Vol.5,No.2,P118(1987),同 Vol.6,No.2,P87(1
988)）等がある。

【０００５】上述のいずれのマイクロレンズの製造方法
においても、所望の特性を備えたマイクロレンズをより
簡単に且つ高いパターン精度で製造できることが要求さ
れているが、この要求に十分に応えられるマイクロレン
ズの製造方法は未だ開発されていない。

【０００６】本発明は、上記課題を解決するものであっ
て、高い効率で光を集光することができるマイクロレン
ズを簡単に且つ高いパターン精度で製造することができ
るマイクロレンズの製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のマイクロレンズの製造方法は、支持基板の
一方の面に拡散防止層を形成し、該拡散防止層上に低融
点ガラス層を形成した後、該低融点ガラス層を熱溶融
し、ガラス化された低融点ガラス層上に感光性レジスト
を塗布し、その後、所定パターンの開口を有するマスク
を介して前記感光性レジストを露光・現像してレジスト
パターンを形成し、該レジストパターンをマスクとして
前記低融点ガラス層をエッチングして溝部を形成し、そ
の後、前記低融点ガラス層を再度、熱溶融してマイクロ
レンズとすることを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。図１は、本発明のマイクロレン
ズの製造方法の１例を示す縦断面図である。先ず、図Ａ
に示す工程において、支持基板１上に拡散防止層２を形
成し、この拡散防止層２上に低融点ガラス層３を形成す
る。

【０００９】支持基板１は、透明ガラス基板であり、石
英ガラス、無鉛ガラス、鉛ガラス等の材料からなるもの
であり、その厚みは、マイクロレンズの用途等を考慮し
て適宜設定することができ、例えば、０．１〜３ｍｍ程
度とする。

【００１０】支持基板１上に形成される拡散防止層２
は、後述する低融点ガラス層３の成分が支持基板１に拡
散することを防止するためのもので、低融点ガラス層３
と支持基板１との相溶性が小さく低融点ガラスとなじみ
にくい材料、例えば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、
ＳｎＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂等の金属酸化物、ＢＮ、Ｓ
ｉ₃Ｎ₄、ＴｉＮ等の金属窒化物（反射型マイクロレンズ
の場合は、Ｗ、Ｍｏ等の高融点金属も使用可能）等の１
種または２種以上を使用して、スパッタリング法、電子
ビーム蒸発法、有機金属材料の塗布・焼成、気相成長法
（ＣＶＤ法）等により形成することができる。この拡散
防止層２は、単層構造および多層構造のいずれであって
もよく、その厚みは１００〜３０００オングストローム
程度が好ましい。厚みは１００オングストローム未満で
あると、拡散防止の作用が十分ではなく、マイクロレン
ズの表面状態が低下するので好ましくない。また、厚み
が３０００オングストロームを超えると、透過型マイク
ロレンズの場合、光の透過率が低下し好ましくない。

【００１１】マイクロレンズの材料である低融点ガラス
層３は、ＰｂＯ−ＺｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃系、ＰｂＯ−Ｂ₂Ｏ₃−
ＳｉＯ₂系、ＰｂＯ−ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃系等の低融点ガラ
ス材料の１種または２種以上から、支持基板１よりも軟
化点の低い材料を用いて、スピンコート法、ロールコー
ト法、ブレードコート法、スクリーン印刷法等の公知の
方法により形成する。厚みは２〜１００μｍ程度とす
る。

【００１２】次に、支持基板１を低融点ガラス層３の軟
化点よりも高く、かつ、支持基板１の軟化点よりも低い
温度で加熱し、低融点ガラス層３を熱溶融した後、冷却
してガラス化する。この熱溶融処理は、低融点ガラス層
３のポーラスな膜をある程度緻密化させるためで、後述
する感光性レジスト塗布工程において、レジストの塗布
性を向上させると共に、塗布の均一化、使用量の低減を
図るためであり、また、エッチング工程において、図Ｅ
に示す平坦部７の側面が不規則に浸食されてマイクロレ
ンズのパターン精度が悪くなるのを防止すると共に、低
融点ガラス層３中の樹脂成分が分解しエッチング残査が
生じるのを防止するためである。

【００１３】以上のように低融点ガラス層３を熱溶融し
ガラス化した後、図Ｂに示す工程において、低融点ガラ
ス層３上に感光性レジストを塗布して感光性レジスト塗
膜４を形成する。感光性レジスト塗膜４は、ゴム系ポジ
レジスト、アクリル系ネガレジスト等の公知の感光性レ
ジストを使用し、スピンコート法、ブレードコート法等
成膜手段により形成することができ、厚みは０．５〜２
μｍ程度とする。また、上記の感光性レジストからなる
ドライフィルムを使用して感光性レジスト塗膜４を形成
することもできる。

【００１４】次に、図Ｃに示す工程において、マスクを
介して感光性レジスト塗膜４を露光し現像することによ
り、レジトスパターン５を形成する。このレジストパタ
ーン５は、マイクロレンズ群を構成する各マイクロレン
ズの配列の間隙部に相当するパターンで、すなわち格子
状の開口部５ａが形成されている。

【００１５】次いで、図Ｄに示す工程において、支持基
板１をエッチング液に浸漬し、レジストパターン５をマ
スクとして低融点ガラス層３をエッチングして、低融点
ガラス層３に溝部６を形成し、拡散防止層２を露出させ
る。この低融点ガラス層３のエッチングに使用するエッ
チング液としては、フッ化水素酸、フッ化水素酸と硫酸
との混合液等を挙げることができる。その後、レジスト
剥離液によりレジストパターン５を剥離すると、図Ｅに
示すように、低融点ガラス層３は、形成しようとするマ
イクロレンズの配列パターンに対応して、周囲に溝部６
が形成された平坦部７を残した状態となる。

【００１６】次に、支持基板１を低融点ガラス層３の軟
化点よりも高く、かつ、支持基板１の軟化点よりも低い
温度で加熱し、低融点ガラス層３を熱溶融によって流動
させ、これにより、図Ｆに示すように、低融点ガラスの
表面張力により（メルトフロー）レンズ形状となってマ
イクロレンズ９が形成され、このようなマイクロレンズ
９が複数配列されたマイクロレンズアレイ１０が得られ
る。このような支持基板１の加熱による低融点ガラス層
３全体の熱溶融では、支持基板１と低融点ガラス層３と
の間に拡散防止層２を配置しているので、低融点ガラス
の軟化点より１００〜４００℃高く設定でき、具体的に
は、電気炉等の加熱手段を使用して熱溶融を行うことが
できる。

【００１７】なお、形成するマイクロレンズ９の焦点距
離は、低融点ガラス層３の厚み（２〜１００μｍ程
度）、マイクロレンズ９のピッチ、溝部６の深さで設定
することができ、低融点ガラス層３の厚みは２〜１００
μｍ程度、溝部６の深さは１〜３０μｍ、幅は５〜１０
０μｍの範囲で設定し、その用途等に応じて焦点距離を
１０〜３０００μｍの範囲で、各マイクロレンズ９の形
成ピッチを１０〜５００μｍの範囲で適宜設定する。

【００１８】図２は、本発明のマイクロレンズの製造方
法の他の例を示す縦断面図である。上記実施形態におい
ては、エッチング液を用いるようにしているが、本実施
形態においては、低融点ガラス層３をドライエッチング
して溝部６を形成する。このようなドライエッチング
は、カソードカップル型反応性イオンエッチング、平行
平板型イオンエッチング等を使用して行うことができ
る。溝部６の深さは１〜２０μｍ、幅は３〜６０μｍの
範囲で設定することができる。本実施形態においては、
レジストパターン５の開口部５ａの幅に対応して溝部６
が形成されるため、マイクロレンズ９のパターン精度を
更に向上させることができる。

【００１９】

【実施例】次に、実施例を示して本発明を更に詳細に説
明する。

【００２０】（実施例１）支持基板として、１０ｃｍ角
の石英ガラス基板（厚み１．１ｍｍ、屈折率１．４６、
軟化点１６００℃）を準備した。この石英ガラス基板上
にスパッタリング法によりＩＴＯからなる拡散防止層
（厚み１０００オングストローム）を形成し、さらに、
この拡散防止層に下記組成の低融点ガラス（軟化点３５
０℃）用いてスクリーン印刷方法により低融点ガラス層
（厚み５μｍ）を形成した。次に、この石英ガラス基板
を電気炉により４００℃に加熱し、低融点ガラス層をあ
る程度熱溶融した後、冷却しガラス化した。

【００２１】 低融点ガラスの組成 ・ＰｂＯ（酸化鉛） …６５重量部 ・ＺｎＯ（亜鉛 ） …２０重量部 ・Ｂ₂Ｏ₃（硼酸） …１２重量部 ・その他（Ｎａ₂Ｏ、Ｌｉ₂Ｏ、ＢａＯ、ＣａＯ、Ａｌ₂Ｏ₃）…３重量部 次に、上記のガラス化した低融点ガラス層上にスピンコ
ート法により感光性レジスト（東京応化工業（株）製Ｏ
ＦＰＲ８００）を塗布し乾燥して感光性レジスト塗膜
（厚み０．８μｍ）を形成した。次いで、所定パターン
の開口を有するマスクを介して感光性レジスト塗膜を露
光し現像してレジストパターンを形成した。このレジス
トパターンは、線幅５μｍ、形成ピッチ６０μｍの格子
形状の開口部を有し、この開口部には低融点ガラス層が
露出するものであった。次いで、石英ガラス基板の裏面
に保護フィルムを貼り、石英ガラス基板を５０％フッ化
水素酸溶液中に２分間浸漬しして、レジストパターンを
マスクとし低融点ガラス層のエッチングを行い、引き上
げ後、洗浄した。これにより、低融点ガラス層には、線
幅１５μｍの溝部（この溝部では拡散防止層が露出して
いる）が格子形状に形成されるとともに、この溝部によ
り４５μｍ×４５μｍ角の平坦部が形成された。

【００２２】その後、レジスト剥離液（東京応化工業
（株）製 剥離液１０）によりレジストパターンを剥離
して水洗した。そして、この石英ガラス基板を電気炉に
より６００℃に加熱し、平坦部を熱溶融によって流動さ
せることによって、平面視直径約５０μｍ、焦点距離６
００μｍのマイクロレンズが複数配列されたマイクロレ
ンズアレイが得られた。

【００２３】（実施例２）支持基板として、６インチ角
の石英ガラス板（厚み１．１ｍｍ、屈折率１．４６、軟
化点１６００℃）を準備した。この石英ガラス基板上に
ＣＶＤ法によりＳｎＯ₂ からなる拡散防止層（厚み１０
００オングストローム）を形成し、さらに、この拡散防
止層に下記組成の低融点ガラス（融点４００℃）を用い
てスクリーン印刷法により低融点ガラス層（厚み１０μ
ｍ）を形成した。次に、この石英ガラス基板を電気炉に
より４００℃に加熱し、低融点ガラス層をある程度熱溶
融した後、冷却しガラス化した。

【００２４】 低融点ガラスの組成 ・ＰｂＯ（酸化鉛） …６５重量部 ・Ｂ₂Ｏ₃（硼酸） …２７重量部 ・ＳｉＯ₂（珪石粉末 ） …１０重量部 ・その他（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｌｉ₂Ｏ、 Ｎａ₂Ｏ、Ａｌ₂Ｏ₃） … ３重量部 次に、上記のガラス化された低融点ガラス層上にスピン
コート法により感光性レジスト（東京応化工業（株）製
ＯＦＰＲ８００）を塗布し乾燥して感光性レジスト塗膜
（厚み０．８μｍ）を形成した。次いで、所定パターン
の開口を有するマスクを介して感光性レジスト塗膜を露
光し現像してレジストパターンを形成した。このレジス
トパターンは、線幅５μｍ、形成ピッチ６０μｍの格子
形状の開口部を有し、この開口部には低融点ガラス層が
露出するものであった。次いで、この石英ガラス基板の
低融点ガラス層側に対して、カソードカップル型反応性
イオンエッチング装置を用い、下記の条件でドライエッ
チングを行った。これにより、低融点ガラス層には、線
幅５μｍ、深さ１μｍの溝部が格子形状に形成されると
ともに、この溝部により５５μｍ×５５μｍ角の平坦部
が形成された。

【００２５】 ドライエッチング法 ・導入ガス ：ＣＨＦ₃（９２％）とＯ₂（８％）の混合ガス） ・圧 力 ：８Ｐａ ・出 力 ：１５０Ｗ（電極面積９００ｃｍ²） ・処理時間 ：１５分間 その後、レジスト剥離液（東京応化工業（株）製 剥離
液１０によりレジストパターンを剥離し除去した。そし
て、この石英ガラス基板を電極炉により７００℃に加熱
し、低融点ガラス層全体を熱溶融によって流動させ、平
面視直径約５５μｍ、焦点距離３５０μｍのマイクロレ
ンズが複数配列されたマイクロレンズアレイが得られ
た。

【００２６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば拡
散防止層を介して支持基板上に形成した低融点ガラス層
に溝部を設けて平坦部を形成し、熱溶融によって上記平
坦部を流動させてマイクロレンズとするので、簡単にマ
イクロレンズを製造することができ、また、得られたマ
イクロレンズは、拡散防止層によって低融点ガラス層の
成分が支持基板に拡散することが防止されているため表
面形状が良好な凸形状を有するので高い効率で光を集光
することができる。そして、このようなマイクロレンズ
を支持基板上に複数配列することによりマイクロレンズ
アレイとすることができる。

【００２７】また、上記の溝部は、拡散防止層上に形成
した低融点ガラス層に塗布した感光性レジストを所定パ
ターンの開口を有するマスクを介して露光・現像してレ
ジストパターンを形成し、このレジストパターンをマス
クとして低融点ガラス層をエッチングすることにより形
成できるので、溝部を高精度で形成することができ、配
列パターン精度の高いマイクロレンズの製造が可能とな
る。

【００２８】さらに、低融点ガラス層を熱溶融し低融点
ガラス層のポーラスな膜を緻密化させることにより、感
光性レジストの塗布性を向上させると共に、塗布の均一
化、使用量の低減を図ることができ、また、平坦部の側
面が浸食を受けてパターン精度が悪くなるのを防止する
と共に、低融点ガラス層中の樹脂成分が分解しエッチン
グ残査が生じるのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマイクロレンズの製造方法の１実施形
態を説明するための工程図である。

【図２】本発明のマイクロレンズの製造方法の他の例を
示す縦断面図である。

【符号の説明】

１…支持基板、２…拡散防止層、３…低融点ガラス層 ４…感光性レジスト塗膜、５…レジストパターン、５ａ
…開口部、６…溝部 ７…平坦部、９…マイクロレンズ、１０…マイクロレン
ズアレイ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】支持基板の一方の面に拡散防止層を形成
   し、該拡散防止層上に低融点ガラス層を形成した後、該
   低融点ガラス層を熱溶融し、ガラス化された低融点ガラ
   ス層上に感光性レジストを塗布し、その後、所定パター
   ンの開口を有するマスクを介して前記感光性レジストを
   露光・現像してレジストパターンを形成し、該レジスト
   パターンをマスクとして前記低融点ガラス層をエッチン
   グして溝部を形成し、その後、前記低融点ガラス層を再
   度、熱溶融してマイクロレンズとすることを特徴とする
   マイクロレンズの製造方法。