(57)【要約】【課題】異なるレンズ材料からなる高開口率のマイクロレンズ群を、高い形状精度で効率良く形成できるマイクロレンズ原版又はマイクロレンズ製造方法を提供すること。【解決手段】複数の凹部１２を有し、各々の凹部１２ごとに独立したレンズ材料注入口１３を有するマイクロレンズ原版１０。マイクロレンズ原版１０を基板３０に押し付ける工程と、マイクロレンズ原版１０の凹部１２にレンズ材料４１、４２、４３を充填する工程と、マイクロレンズ原版１０を基板３０から剥離する工程とを含むマイクロレンズ製造方法。基板３０上に中間層材料の薄膜を形成し、該薄膜にマイクロレンズ原版１０を押し付けて成形して透明な中間層を形成してから、レンズ材料を充填しても良い。またマイクロレンズ原版１０剥離後に、熱処理または研磨、あるいは形状修正用金型を押付けてマイクロレンズ形状を滑らかにする工程を含んでも良い。【選択図】図４
2010211133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２個以上の凹部を有し、該凹部と基板の間の空隙にレンズ材料を充填することで基板上にマイクロレンズを形成するために用いるマイクロレンズ原版であって、各々の凹部ごとに独立したレンズ材料注入口を有することを特徴とするマイクロレンズ原版。
【請求項２】
前記凹部は複数個のグループに分けられ、各々のグループごとに異なるレンズ材料を注入できる構造を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原版。
【請求項３】
透明または紫外線透過性を有する材料からな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原版。
【請求項４】
前記透明または紫外線透過性を有する材料はガラスであることを特徴とする請求項３記載のマイクロレンズ原版。
【請求項５】
請求項１、２、３、４のうちいずれか１項に記載のマイクロレンズ原版を用いたマイクロレンズ製造方法。
【請求項６】
請求項１、２、３、４のうちいずれか１項に記載のマイクロレンズ原版を用いた有色マイクロレンズを含むマイクロレンズ群を形成するマイクロレンズ製造方法。
【請求項７】
請求項１、２、３、４のうちいずれか１項に記載のマイクロレンズ原版を用いたマイクロレンズ製造方法であって、該マイクロレンズ原版を用いて基板上に透明な中間層を形成する工程を含むことを特徴とするマイクロレンズ製造方法。
【請求項８】
前記中間層は熱可塑性樹脂からなることを特徴とする請求項７記載のマイクロレンズ製造方法。
【請求項９】
前記中間層は熱硬化性樹脂からなることを特徴とする請求項７記載のマイクロレンズ製造方法。
【請求項１０】
前記中間層は光硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂からなることを特徴とする請求項７記載のマイクロレンズ製造方法。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項４に記載のマイクロレンズ原版を基板から剥離する工程の後に、熱処理によってマイクロレンズの形状を滑らかにする工程を含むことを特徴とする、請求項５乃至請求項１０のいずれか１項に記載のマイクロレンズ製造方法。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項４に記載のマイクロレンズ原版を基板から剥離する工程の後に、研磨によってマイクロレンズの形状を滑らかにする工程を含むことを特徴とする、請求項５乃至請求項１０のいずれか１項に記載のマイクロレンズ製造方法。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項４に記載のマイクロレンズ原版を基板から剥離する工程の後に、形状修正用金型の押し付けによってマイクロレンズの形状を滑らかにする工程を含むことを特徴とする、請求項５乃至請求項１０のいずれか１項に記載のマイクロレンズ製造方法。
【請求項１４】
前記形状修正用金型は８０℃以上に加熱されていることを特徴とする、請求項１３に記載のマイクロレンズ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロレンズ原版及びこれを用いたマイクロレンズ製造方法に関し、特にカラー固体撮像素子上に形成されるマイクロレンズ型カラーフィルターの製造に好適に利用できるものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、微小なレンズを配列したマイクロレンズは、ＣＣＤやＣＭＯＳに代表される固体撮像素子の感度を向上させるために広く用いられている。
【０００３】
従来マイクロレンズの製造方法としては、熱可塑性樹脂をフォトリソグラフィーを用いてパターニングした後、加熱により該熱可塑性樹脂をリフローさせてレンズ形状とする方法が広く知られている（例えば特許文献１参照）。またかかる方法で形成したレンズ形状の樹脂をマスクとして、下地の透明基板を異方性エッチングすることでレンズ形状を透明基板に転写する方法も知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
その他のマイクロレンズ製造方法としては、基板に感光性樹脂を塗布してデフォーカス露光もしくは階調露光を施して現像することによって直接レンズ形状の樹脂を形成する方法や、基板にレンズ材料の樹脂を塗布して薄膜を形成した後、所望のレンズ形状が刻まれた凹部を有するマイクロレンズ原版を押し付けてレンズを形成する方法などが知られている（例えば特許文献３又は４参照）。
【０００５】
また固体撮像素子においては、受光部の上に平坦層を介してカラーフィルター層を形成し、該カラーフィルター層の上にさらに平坦層を介してほぼ無色の透明樹脂からなるマイクロレンズが形成された構成が一般的である。しかしかかる構成ではマイクロレンズと受光部との距離が大きくなるため、光線吸収による集光率の低下や斜め入射光によるスミアの発生などの問題が生じることがある。かかる問題点を解決するため、有色透明材料を用いてマイクロレンズを形成し、マイクロレンズがカラーフィルターの機能を兼ねるマイクロレンズ型カラーフィルターとすることで、マイクロレンズと受光部との距離を短縮する発案がなされている。
【０００６】
マイクロレンズの製造方法として一般的な熱可塑性樹脂のリフローによる方法は工程数が多いことに加え、レンズの形状を自在にコントロールすることは困難であり、形状の再現性にも問題があった。またリフロー時に隣接するマイクロレンズが接触して融着することを防ぐため、マイクロレンズ間の間隙をあまり狭くすることはできず、そのためマイクロレンズの開口率を上げにくいという問題があった。
【０００７】
基板にレンズ材料の樹脂を塗布して薄膜を形成した後に、所望のレンズ形状が刻まれた凹部を有するマイクロレンズ原版を押し付けてマイクロレンズを形成する方法は、レンズ形状の自由度が高く、隣接するマイクロレンズの融着の問題点もない。しかし、異なるレンズ材料からなるマイクロレンズ群を一括で形成することはできない。そのため、マイクロレンズ型カラーフィルターを形成するためには各色のマイクロレンズを個別に形成する必要があり、工程が複雑になることは避けられなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６０−０６０７５６号公報
【特許文献２】特開平０１−０１０６６６号公報
【特許文献３】特開２０００−３２３６９３号公報
【特許文献４】特許第３３０７３６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明はかかる背景技術に鑑みてなされたもので、高開口率のマイクロレンズ、特に異なるレンズ材料からなる高開口率のマイクロレンズ群を、高い形状精度で効率良く形成できるマイクロレンズ原版又はマイクロレンズ製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明において上記課題を達成するために、まず請求項１の発明では、２個以上の凹部を有し、該凹部と基板の間の空隙にレンズ材料を充填することで基板上にマイクロレンズを形成するために用いるマイクロレンズ原版であって、各々の凹部ごとに独立したレンズ材料注入口を有することを特徴とするマイクロレンズ原版としたものである。
【００１１】
また請求項２の発明では、前記凹部は複数個のグループに分けられ、各々のグループごとに異なるレンズ材料を注入できる構造を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原版としたものである。
【００１２】
また請求項３の発明では、透明または紫外線透過性を有する材料からな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原版としたものである。
【００１３】
また請求項４の発明では、前記透明または紫外線透過性を有する材料はガラスであることを特徴とする請求項３記載のマイクロレンズ原版としたものである。
【００１４】
また請求項５の発明では、請求項１、２、３、４のうちいずれか１項に記載のマイクロレンズ原版を用いたマイクロレンズ製造方法としたものである。
【００１５】
また請求項６の発明では、請求項１、２、３、４のうちいずれか１項に記載のマイクロレンズ原版を用いた有色マイクロレンズを含むマイクロレンズ群を形成するマイクロレンズ製造方法としたものである。
【００１６】
また請求項７の発明では、請求項１、２、３、４のうちいずれか１項に記載のマイクロレンズ原版を用いたマイクロレンズ製造方法であって、該マイクロレンズ原版を用いて基板上に透明な中間層を形成する工程を含むことを特徴とするマイクロレンズ製造方法としたものである。
【００１７】
また請求項８の発明では、前記中間層は熱可塑性樹脂からなることを特徴とする請求項７記載のマイクロレンズ製造方法としたものである。
【００１８】
また請求項９の発明では、前記中間層は熱硬化性樹脂からなることを特徴とする請求項７記載のマイクロレンズ製造方法としたものである。
【００１９】
また請求項１０の発明では、前記中間層は光硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂からなることを特徴とする請求項７記載のマイクロレンズ製造方法としたものである。
【００２０】
また請求項１１の発明では、請求項１乃至請求項４に記載のマイクロレンズ原版を基板から剥離する工程の後に、熱処理によってマイクロレンズの形状を滑らかにする工程を含むことを特徴とする、請求項５乃至請求項１０のいずれか１項に記載のマイクロレンズ製造方法としたものである。
【００２１】
また請求項１２の発明では、請求項１乃至請求項４に記載のマイクロレンズ原版を基板から剥離する工程の後に、研磨によってマイクロレンズの形状を滑らかにする工程を含むことを特徴とする、請求項５乃至請求項１０のいずれか１項に記載のマイクロレンズ製造方法としたものである。
【００２２】
また請求項１３の発明では、請求項１乃至請求項４に記載のマイクロレンズ原版を基板から剥離する工程の後に、形状修正用金型の押し付けによってマイクロレンズの形状を滑らかにする工程を含むことを特徴とする、請求項５乃至請求項１０のいずれか１項に記載のマイクロレンズ製造方法としたものである。
【００２３】
また請求項１４の発明では、前記形状修正用金型は８０℃以上に加熱されていることを特徴とする、請求項１３に記載のマイクロレンズ製造方法としたものである。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１のマイクロレンズ原版を、表面にマイクロレンズを形成しようとする基板に押し付けることで、各々の凹部と基板の間には独立したレンズ形状の空間ができる。各々の凹部にはそれぞれレンズ材料注入口が設けられているため、各凹部にレンズ材料を充填・成形することができる。このとき、前もって基板上にレンズ材料を塗布する必要がないため、工程数を削減することができる。
【００２５】
また請求項１のマイクロレンズ原版を用いて得られるマイクロレンズの形状は、マイクロレンズ原版の凹部の形状を忠実に再現するものとなるため、任意の形状のレンズを精度よく形成することが可能である。またマイクロレンズ原版を基板に押し付けた状態では各々の凹部は独立したレンズ形状の空間となるため、隣接するマイクロレンズの融着の問題も発生しない。そのためマイクロレンズ間の間隙を小さくすることができ、マイクロレンズの開口率を大きくすることが可能である。
【００２６】
請求項２のマイクロレンズ原版は、各グループごとに異なるレンズ材料からなるマイクロレンズ群を一括して形成することが、一層効率的に行える。例えば、各々のグループをカラーフィルターのＲＧＢ等の各色に対応させることにより、これら各色を有するマイクロレンズ型カラーフィルターを一括で形成することが、一層効率的に行える。
【００２７】
請求項３のマイクロレンズ原版は、レンズ材料として光または紫外線硬化樹脂を用い、このマイクロレンズ原版を基板に押し付けて各凹部に充填したレンズ材料を、このマイクロレンズ原版を基板に押し付けたまま光または紫外線を照射することにより硬化させることができる。これにより、更に高精度なマイクロレンズの形成を効率的に行える。
【００２８】
請求項４のマイクロレンズ原版の材料として、例えば石英ガラスを用いると、その優れた光・紫外線透過性により、マイクロレンズの形成をより効率的に行える。
【００２９】
請求項５及び６のマイクロレンズ製造方法は、少なくとも、マイクロレンズ原版を基板に押し付ける工程と、各凹部ごとに設けられたレンズ材料注入口を通じて凹部と基板の空間にレンズ材料を充填する工程と、マイクロレンズ原版を基板から剥離する工程とを含むものであり、但し請求項６のマイクロレンズ製造方法の場合には、レンズ材料に有色のものがあるものであって、用いたマイクロレンズ原版が請求項１、２、３、４のいずれかであるかに応じて、上述のいずれかの効果が得られる。
【００３０】
請求項７のマイクロレンズ製造方法は、少なくとも、基板上に中間層材料の薄膜を形成する工程と、該基板の前記薄膜側にマイクロレンズ原版を押し付けて前記薄膜を成形して透明な中間層を形成する工程と、マイクロレンズ原版の各凹部ごとに設けられたレンズ材料注入口を通じてマイクロレンズ原版の凹部にレンズ材料を充填する工程と、マイクロレンズ原版を基板から剥離する工程とを含むものである。これにより、異なるレンズ材料からなる高開口率のマイクロレンズ群を高い形状精度で効率良く形成でき、特にマイクロレンズ原版と基板の密着性が良好でない場合でも、隣接するマイクロレンズ間のレンズ材料の混入なく形成できるという効果がある。
【００３１】
請求項８、９、１０のマイクロレンズ製造方法は、中間層材料として、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂、あるいは光硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂を用いることで、マイクロレンズ原版を用いて基板上に透明な中間層を形成する工程をより効率的に行える。
【００３２】
請求項１１、１２、１３のマイクロレンズ製造方法は、マイクロレンズ原版を基板から剥離する工程の後に、熱処理または研磨、あるいは形状修正用金型の押付けによりマイクロレンズの形状を滑らかにする工程を含むことにより、更に高精度なマイクロレンズの形成を効率的に行える。
【００３３】
請求項１４のマイクロレンズ製造方法は、８０℃以上に加熱した形状修正用金型を用いることによってマイクロレンズを軟化させることにより、更に高精度なマイクロレンズの形成をより一層効率的に行える。
【００３４】
以上、本発明は、高開口率のマイクロレンズ、特に異なるレンズ材料からなるマイクロレンズ群を、高い形状精度で効率良く形成できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施例１で使用したマイクロレンズ原版を説明する図であって、（ａ）は、それを裏側から見た模式図、（ｂ）は、それを表側から見た模式図、（ｃ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面の模式図、（ｄ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面の模式図である。
【図２】本発明の実施例１のマイクロレンズ型カラーフィルター製造に係る第１の工程を説明する図である。
【図３】本発明の実施例１のマイクロレンズ型カラーフィルター製造に係る第２の工程を説明する図である。
【図４】本発明の実施例１のマイクロレンズ型カラーフィルター製造に係る第３の工程を説明する図である。
【図５】本発明の実施例１のマイクロレンズ型カラーフィルター製造に係る第４の工程を説明する図である。
【図６】本発明の実施例１のマイクロレンズ型カラーフィルター製造に係る第５の工程を説明する図である。
【図７】本発明の実施例２で使用したマイクロレンズ原版を説明する図であって、（ａ）は、それを裏側から見た模式図、（ｂ）は、それを表側から見た模式図、（ｃ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面の模式図、（ｄ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面の模式図である。
【図８】本発明の実施例２のマイクロレンズ型カラーフィルター製造に係る第１の工程を説明する図である。
【図９】本発明の実施例２のマイクロレンズ型カラーフィルター製造に係る第２の工程を説明する図である。
【図１０】本発明の実施例２のマイクロレンズ型カラーフィルター製造に係る第３の工程を説明する図である。
【図１１】本発明の実施例２のマイクロレンズ型カラーフィルター製造に係る第４の工程を説明する図である。
【図１２】本発明の実施例２のマイクロレンズ型カラーフィルター製造に係る第５の工程を説明する図である。
【図１３】本発明の実施例２のマイクロレンズ型カラーフィルター製造に係る第６の工程を説明する図である。
【図１４】実施例３で使用したマイクロレンズ原版を説明する図であって、（ａ）は、それを裏側から見た模式図、（ｂ）は、それを表側から見た模式図、（ｃ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面の模式図、（ｄ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面の模式図である。
【図１５】実施例３のマイクロレンズ型カラーフィルター製造に係る第１の工程を説明する図である。
【図１６】実施例３のマイクロレンズ型カラーフィルター製造に係る第２の工程を説明する図である。
【図１７】実施例３の製造方法によって得たマイクロレンズ型カラーフィルターを説明する図である。
【図１８】実施例３の熱処理工程を含むマイクロレンズ型カラーフィルター製造方法によって得たマイクロレンズ型カラーフィルターを説明する図である。
【図１９】実施例３のマイクロレンズ型カラーフィルター製造に係る研磨工程を説明する図である。
【図２０】実施例３の研磨工程を含むマイクロレンズ型カラーフィルター製造方法によって得たマイクロレンズ型カラーフィルターを説明する図である。
【図２１】実施例３のマイクロレンズ型カラーフィルター製造に係る金型による形状修正工程を説明する図である。
【図２２】実施例３の金型による形状修正工程を含むマイクロレンズ型カラーフィルター製造方法によって得たマイクロレンズ型カラーフィルターを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下に、本発明の様々な実施形態を説明する。
【００３７】
本発明のマイクロレンズ原版は、２個以上の凹部を有するマイクロレンズ原版であって、各々の凹部ごとに独立したレンズ材料注入口を有する。
【００３８】
また本発明のマイクロレンズ原版は、前記凹部が複数個のグループに分けられ、各々のグループごとに異なるレンズ材料を注入できる構造を有しても良い。
【００３９】
マイクロレンズ原版の材質としてはガラス、シリコン、樹脂、金属等が好適であるが、これらに限定されない。後に述べるように本発明のマイクロレンズ製造方法は紫外線照射でレンズ材料を硬化させる工程を含んでも良いが、その場合は紫外線透過性に優れたガラス、特に石英ガラスをマイクロレンズ原版の材料に用いることが好ましい。
【００４０】
マイクロレンズ原版を製造する加工法としてはドライエッチング、ウェットエッチング、機械加工、レーザー加工等が利用可能であるが、材質の特徴や所望するマイクロレンズのサイズ及び形状等に合わせて、最適な加工法を選択しあるいは組み合わせて使用する必要がある。マイクロレンズ原版の表面にはレンズ材料の離型性を向上させる表面処理が施されていることが好ましい。
【００４１】
マイクロレンズを形成する基板としては樹脂、ガラス、固体撮像素子等の半導体基板等が使用できるが、これらに限定されるものではない。また基板表面はレンズ材料あるいは中間層材料の密着性を向上させる表面処理が施されていることが好ましい。
【００４２】
レンズ材料としては紫外線硬化樹脂、光硬化性樹脂、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂など多様な材料を用いることができるが、スループット等の点で紫外線硬化樹脂が好適である。さらにマイクロレンズ型カラーフィルターのレンズ材料は顔料あるいは染料などの着色材料を含むが、耐久性などの点で顔料を使用することが好ましい。
【００４３】
中間層材料としては、成形後に透明な材料であれば特に限定されるものではないが、成形の容易さの点で、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂、あるいは光硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂を用いることが好ましく、特にスループットの点で紫外線硬化性樹脂が好適である。
【００４４】
本発明のマイクロレンズ原版を用いたマイクロレンズ製造方法は、次の工程を含むものである。（１）マイクロレンズ原版を基板に押し付ける工程。（２）マイクロレンズ原版の各凹部ごとに設けられたレンズ材料注入口を通じて、該凹部と基板の間の空隙にレンズ材料を充填する工程。（３）マイクロレンズ原版を基板から剥離する工程。
【００４５】
かかる製造方法においては、隣接するマイクロレンズ間のレンズ材料の混入を防ぐため、マイクロレンズ原版の全面に渡って基板との密着性を良好に保つことが必要であり、また各レンズ材料の充填は同時に行うことが望ましい。
【００４６】
かかる制限を緩和するために、本発明のマイクロレンズ原版を用いたマイクロレンズ製造方法は、上記（１）の工程の前に、基板上に中間層材料の薄膜を形成する工程を追加し、上記（１）の工程を、該基板の前記薄膜側にマイクロレンズ原版を押し付けて前記薄膜を成形して透明な中間層を形成する工程としても良い。これにより、マイクロレンズ原版と基板の密着性が良好でない場合でも、マイクロレンズ原版の各凹部は互いに分離された空間となるため、隣接するマイクロレンズ間のレンズ材料の混入なくマイクロレンズを形成できる。
【００４７】
なおこれらの工程は真空または減圧下で行われても良い。また成形を容易にするためまたはレンズの形状を安定させるために、加熱や冷却、光または紫外線の照射などによりレンズ材料を硬化させる工程を含んでいても良い。かかる工程は基板からマイクロレンズ原版を剥離する工程の前後どちらでも行うことができるが、レンズの形状を安定させるためにはマイクロレンズ原版剥離前に行うことが望ましい。その場合は、レンズ材料注入口に繋がる流路内でレンズ材料が硬化して詰まることを防ぐ対策を講じることが好ましい。かかる対策としては、１ショットごとのマイクロレンズ原版洗浄や、光または紫外線の照射でレンズ材料を硬化させる場合は流路の上に遮光膜を形成することなどが考えられる。
【００４８】
かかる製造方法においては、マイクロレンズ原版を剥離する工程においてレンズ材料注入口付近で流路内のレンズ材料と基板上に形成したマイクロレンズが破断するが、かかる破断箇所においてレンズ材料が硬化している場合には破断面の荒れにより、またかかる破断箇所においてレンズ材料が硬化していない場合にはレンズ材料の糸引きなどにより、マイクロレンズの形状が滑らかでなくなることがあり、その場合マイクロレンズの集光特性が悪化する。
【００４９】
かかる問題点を回避するために、本発明のマイクロレンズ原版を用いたマイクロレンズ製造方法は、マイクロレンズ原版を基板から剥離する工程の後に、熱処理または研磨、あるいは形状修正用金型の押付けによりマイクロレンズの形状を滑らかにする工程を含んでいても良い。また形状修正用金型の押付けによりマイクロレンズの形状を滑らかにする工程を含む場合は、かかる形状修正用金型を８０℃以上に加熱することで、マイクロレンズを加熱・軟化させて、マイクロレンズの形状を滑らかにする工程をより容易にすることが望ましい。
【実施例１】
【００５０】
以下、本発明の実施例１について図面を参照しながら説明する。
【００５１】
図１は本実施例１でＲＧＢ３色のマイクロレンズからなるマイクロレンズ型カラーフィルターの製造に用いた石英ガラス製のマイクロレンズ原版である。マイクロレンズ原版の基板に接する面を表、その反対側を裏とすると、図１において（ａ）および（ｂ）はそれぞれ裏側、表側から見た模式図である。また（ｃ）および（ｄ）はそれぞれ（ａ）のＡＡ線、Ｂ−Ｂ線に沿った断面の模式図である。
【００５２】
通常、カラー固体撮像素子上に形成されるカラーフィルターの色の配列は、解像感と色再現性を両立させるためベイヤー型配列などが用いられる場合が多い。ここではマイクロレンズ原版の作成を容易にするため単純なストライプ配列を用いたが、どの配列であっても本発明の原理に違いはない。
【００５３】
マイクロレンズ原版１０は、石英ガラス製の金型１１と同じく石英ガラス製のカバーガラス２０を貼り合わせた構造からなる。金型１１の表面にはＲＧＢ各色のマイクロレンズを形成する直径８μｍのほぼ半球形状の凹部１２が１０μｍピッチで格子状に並んでいる。各凹部１２はレンズ材料注入口１３から金型１１の裏面まで貫通する直径２μｍのレンズ材料流路を有しており、金型１１の裏面には同色のレンズ材料が流れる流路を繋ぐ溝１４が掘られている。金型１１の裏面にはカバーガラス２０が接合されているため、前記の溝１４は閉流路となっている。本実施例１ではレンズ材料として紫外線硬化樹脂を用いたため、紫外線照射による流路内でのレンズ材料の硬化を防ぐために、カバーガラス２０の金型１１に接する面には、前記溝１４のパターンに沿ってＣｒからなる遮光膜２１を設けている。またレンズ材料の離型性を向上させるため、金型１１の表面にはフッ素系表面処理剤（住友スリーエム社製ＥＧＣ−１７２０）を用いて表面処理を行った。
【００５４】
以下に、マイクロレンズ原版１０の製造方法を説明する。
【００５５】
金型１１の作成は、素材となる石英ガラス板の表側の表面にスパッタによりＣｒ薄膜を成膜することから始まる。続いてそのＣｒ膜上に電子線レジスト（日本ゼオン社製ＺＥＰ５２０）を塗布して電子線露光・有機現像を行い、直径０．５μｍの穴が１０μｍピッチで格子状に並んでいるレジストパターンを作成した。（電子線ドーズ１００μＣ／ｃｍ2、現像時間２分。）続いてウェットエッチングによりＣｒ膜にレジストパターンを転写し、Ｃｒマスクパターンを作成した。次にフッ酸水溶液を用いたウェットエッチングにより石英ガラス板に凹部１２を形成し、その後Ｃｒ剥離と洗浄を行った。
【００５６】
続いて石英ガラス板の裏面にもＣｒ膜を成膜し、表側と同様に電子線リソグラフィによるレジストパターンの作成とＣｒウェットエッチングによって、直径２μｍの穴が１０μｍピッチで格子状に並んでいるＣｒマスクパターンを作成した。次にＣ4Ｆ8／Ｏ2／Ａｒ混合ガスを用いたＲＩＥ型異方性ドライエッチング（５Ｐａ、５００Ｗ）により、石英ガラス板の裏面から表側の凹部１２まで貫通するレンズ材料流路を形成した。そして、Ｃｒ剥離と洗浄を行った後、再び電子線リソグラフィ及びＣｒウェットエッチング及び石英ガラスウェットエッチングにより、石英ガラス板裏面にレンズ材料の流路となる溝１４を形成し、Ｃｒ剥離と洗浄を行った。以上の工程により、金型１１を作成した。
【００５７】
カバーガラス２０の片面には、電子線リソグラフィ及びＣｒウェットエッチングによって、Ｃｒからなる遮光膜２１を形成した。
【００５８】
以上のようにして作成した金型１１とカバーガラス２０を、溝１４と遮光膜２１が重なるようにアライメントして接合し、マイクロレンズ原版１０を作成した。
【００５９】
以下に、上記のマイクロレンズ原版１０を用いたマイクロレンズ型カラーフィルターの製造方法を説明する。
【００６０】
まず、マイクロレンズ原版１０の表側を、基板３０のマイクロレンズを形成する面に向き合わせる（図２参照）。ここで、基板３０にはＣＣＤ固体撮像素子を用いた。固体撮像素子はシリコン基板、受光部、電荷転送部、絶縁膜、遮光膜、平坦化膜などから構成されるが、マイクロレンズ形成の工程とは直接関係しないため図中では省略した。基板３０の最表面はポリスチレン樹脂からなる平坦化膜である。またレンズ材料としては、ラジカル重合型紫外線硬化樹脂にＲＧＢ各色の顔料を分散させたカラーレジスト（粘度約２ｍＰａ・ｓ）を用いた。
【００６１】
次に、マイクロレンズ原版１０を基板３０に０．２ＭＰａの圧力で押し付けて保持する（図３参照）。次にマイクロレンズ原版１０の凹部１２と基板３０との間にできた空間に、ＲＧＢ３色のカラーレジスト４１、４２、４３を同時に注入した（図４参照）。続いてマイクロレンズ原版１０を基板３０に押し付けたままマイクロレンズ原版１０の上から波長３００〜４００ｎｍのブロードバンド光源を用いて紫外線を照射して、カラーレジスト４１、４２、４３を半ば硬化させた後、マイクロレンズ原版１０を基板３０から剥離した。このとき各凹部１２に注入されたカラーレジスト４１、４２、４３は、レンズ材料注入口１３の部分で破断して基板３０の表面に付着した（図５参照）。最後に基板３０に再び紫外線を照射してカラーレジスト４１、４２、４３を完全に硬化させた。紫外線照射量は合計で約１０００ｍＪ／ｃｍ2である。これらの工程により、ＲＧＢ３色のマイクロレンズ５１、５２、５３が規則的に配列したマイクロレンズ型カラーフィルターを得た（図６参照）。
【００６２】
こうして得たマイクロレンズ型カラーフィルターを、走査電子顕微鏡（日立ハイテクノロジーズ社製）により観察したところ、直径８μｍのマイクロレンズがピッチ１０μｍ（間隙２μｍ）で格子状に配列していることが確認された。
【００６３】
以上の方法により、ＲＧＢ各色のフォトリソグラフィーとリフローからなる従来のマイクロレンズ型カラーフィルター製造工程を、大幅に少ない工程数で代替することができた。
【実施例２】
【００６４】
以下、本発明の実施例２について図面を参照しながら説明する。
【００６５】
図７は本実施例でＲＧＢ３色のマイクロレンズからなるマイクロレンズ型カラーフィルターの製造に用いた石英ガラス製のマイクロレンズ原版である。マイクロレンズ原版の基板に接する面を表、その反対側を裏とすると、図７において（ａ）および（ｂ）はそれぞれ裏側、表側から見た模式図である。また（ｃ）および（ｄ）はそれぞれ（ａ）のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線に沿った断面の模式図である。
【００６６】
本実施例２で使用したマイクロレンズ原版１０は、凹部１２の直径が９μｍであることを除いては実施例１で使用したマイクロレンズ原版と同じ構造を有するものであり、その製造方法も同様である。
【００６７】
以下に、上記のマイクロレンズ原版１０を用いて行ったマイクロレンズ型カラーフィルター製造方法を説明する。
【００６８】
本実施例２では、基板として実施例１で使用したものと同種のＣＣＤ固体撮像素子を用いた。また中間層材料としてはほぼ無色透明の紫外線硬化樹脂（粘度約１０ｍＰａ・ｓ）を、有色レンズ材料としては紫外線硬化樹脂にＲＧＢ各色の顔料を分散させたカラーレジスト（粘度約５ｍＰａ・ｓ）を用いた。
【００６９】
まず、基板３０を用意し（図８参照）、そして基板３０の表面に中間層材料４０をスピンコートで塗布した後ベークして、厚さ約０．５μｍの薄膜を形成した。（図９参照）。次に、該基板３０にマイクロレンズ原版１０を０．１ＭＰａの圧力で押し付けて保持したまま、マイクロレンズ原版１０の上から紫外線を照射して中間層材料を半ば硬化させ、中間層５０を成形した（図１０参照）。続いてマイクロレンズ原版１０の凹部１２と中間層５０との間にできた空間に、ＲＧＢ３色のカラーレジスト４１、４２、４３を順次注入した（図１１参照）。続いてマイクロレンズ原版１０を保持したまま再び紫外線を照射して、カラーレジスト４１、４２、４３を半ば硬化させた後、マイクロレンズ原版１０を基板３０から剥離した（図１２参照）。最後に基板３０に再び紫外線を照射して中間層５０及びカラーレジスト４１、４２、４３を完全に硬化させた。紫外線照射量は合計で約１２００ｍＪ／ｃｍ2である。これらの工程により、ＲＧＢ３色のマイクロレンズ５１、５２、５３が規則的に配列したマイクロレンズ型カラーフィルターを得た（図１３参照）。
【００７０】
こうして得たマイクロレンズ型カラーフィルターを、走査電子顕微鏡により観察したところ、直径約９μｍのマイクロレンズがピッチ１０μｍ（間隙１μｍ）で格子状に配列していることが確認された。
【００７１】
以上の方法により、高開口率でかつ混色のないマイクロレンズ型カラーフィルターを効率よく製造することができた。
【実施例３】
【００７２】
以下、本発明の実施例３について図面を参照しながら説明する。
【００７３】
図１４は本実施例でＲＧＢ３色のマイクロレンズ型カラーフィルターの製造に用いたマイクロレンズ原版である。マイクロレンズ原版の基板に接する面を表、その反対側を裏とすると、図１４において（ａ）および（ｂ）はそれぞれ裏側、表側から見た模式図である。また（ｃ）および（ｄ）はそれぞれ（ａ）のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線に沿った断面の模式図である。
【００７４】
本実施例で使用したマイクロレンズ原版１０は、石英ガラス製の金型１１とシリコンウェハー２２を貼り合せた構造からなる。金型１１の表面には直径８μｍのほぼ半球形状の凹部１２が１０μｍピッチで格子状に並んでいる。各凹部１２はレンズ材料注入口１３から金型１１の裏面まで貫通する直径２μｍのレンズ材料流路を有しており、金型１１の裏面には同色のレンズ材料が流れる流路を繋ぐ溝１４が掘られている。金型１１の裏面にはシリコンウェハー２２が接合されているため、前記の溝１４は閉流路となっている。
【００７５】
金型１１は、実施例１で説明した金型の製造方法と同じ方法で製造した。
【００７６】
以下に、上記のマイクロレンズ原版１０を用いて行ったマイクロレンズ型カラーフィルター製造方法を説明する。
【００７７】
本実施例では、基板として実施例１で用いたのと同種のＣＣＤ固体撮像素子を用いた。また有色レンズ材料としては、ＲＧＢ各色の顔料を分散させた熱可塑性樹脂を用いた。
【００７８】
まず、レンズ材料のガラス転移点温度より高い１７０℃に加熱したマイクロレンズ原版１０を基板３０に押し付けて保持した後、マイクロレンズ原版１０の凹部１２と基板３０との間にできた空間に、ＲＧＢ３色のレンズ材料４４、４５、４６を同時に注入した。（図１６参照）続いてマイクロレンズ原版１０をレンズ材料のガラス転移点温度より低い１００℃に冷却して前記レンズ材料４４、４５、４６を硬化させた後、マイクロレンズ原版１０を基板３０から剥離した。
【００７９】
以上の工程により得たマイクロレンズ型カラーフィルターを走査電子顕微鏡により観察したところ、直径８μｍのマイクロレンズがピッチ１０μｍで格子状に配列していることが確認されたが、各マイクロレンズ５１、５２、５３の頂点付近に突起状の形状不良が見られた。（図１７参照）これはマイクロレンズ原版１０の剥離の際にレンズ材料注入口１３付近でレンズ材料が糸引きを起こしたためと考えられた。
【００８０】
そこでこのマイクロレンズ型カラーフィルターを再度１７０℃に加熱し、レンズ材料を軟化させて表面張力で変形させた後再び冷却すると、突起状の形状不良がなくなり、より滑らかな形状のマイクロレンズ型カラーフィルターを得た。（図１８参照）
【００８１】
また、突起状の形状不良のある別のマイクロレンズ型カラーフィルター（図１７参照）を、ＣＭＰ法（化学機械研磨法）によって研磨したところ（図１９参照）、頂点が平らに削り取られた形のマイクロレンズ型カラーフィルターを得た。（図２０参照）
【００８２】
また、突起状の形状不良のある別のマイクロレンズ型カラーフィルター（図１７参照）に、１５０℃に加熱した平板状の形状修正用金型７０を基板３０と平行にかつ基板３０との距離を３μｍに保つように制御して押付けた後（図２１参照）、８０℃に冷却して形状修正用金型７０を剥離したところ、頂点が平らで隣接するレンズ間の隙間が小さい高開口率のマイクロレンズ型カラーフィルターを得た。（図２２参照）
【００８３】
以上の方法により、集光特性に優れたマイクロレンズ型カラーフィルターを効率よく製造することができた。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明はマイクロレンズを有する光学素子及び光学フィルム一般の製造に利用可能であり、特に固体撮像素子上に形成されるマイクロレンズ型カラーフィルターの製造に好適である。
【符号の説明】
【００８５】
１０…マイクロレンズ原版
１１…金型
１２…凹部
１３…レンズ材料注入口
１４…溝
２０…カバーガラス
２１…遮光膜
２２…シリコンウェハー
３０…基板
４０…中間層材料
４１…カラーレジストＲ（赤）
４２…カラーレジストＧ（緑）
４３…カラーレジストＢ（青）
４４…レンズ材料Ｒ（赤）
４５…レンズ材料Ｇ（緑）
４６…レンズ材料Ｂ（青）
５０…中間層
５１…マイクロレンズＲ（赤）
５２…マイクロレンズＧ（緑）
５３…マイクロレンズＢ（青）
６０…研磨パッド
６１…スラリー
７０…形状修正用金型
【図１】
2010211133.tif 000003
【図２】
2010211133.tif 000004
【図３】
2010211133.tif 000005
【図４】
2010211133.tif 000006
【図５】
2010211133.tif 000007
【図６】
2010211133.tif 000008
【図７】
2010211133.tif 000009
【図８】
2010211133.tif 000010
【図９】
2010211133.tif 000011
【図１０】
2010211133.tif 000012
【図１１】
2010211133.tif 000013
【図１２】
2010211133.tif 000014
【図１３】
2010211133.tif 000015
【図１４】
2010211133.tif 000016
【図１５】
2010211133.tif 000017
【図１６】
2010211133.tif 000018
【図１７】
2010211133.tif 000019
【図１８】
2010211133.tif 000020
【図１９】
2010211133.tif 000021
【図２０】
2010211133.tif 000022
【図２１】
2010211133.tif 000023
【図２２】
2010211133.tif 000024