(57)【要約】【課題】  デフォーカス量の限られた露光装置であっても、表面段差の少ないマイクロレンズを製造するための技術を提供する。【解決手段】  本発明のマイクロレンズ製造方法は次の工程を備える。（１）準備工程…アライメントマークの配置面と異なる面にグレースケールパターンを形成したレチクルを準備して露光装置にセット。（２）間隔設定工程…アライメントマークを基準に基板とレチクルの間隔調整。（３）アライメント工程…アライメントマークを基準にアライメント調整する。（４）露光工程…グレースケールパターンを投影して基板のレジストを露光する。（５）転写工程…レジストパターンにより立体形状を形成したマイクロレンズを得る。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトリソ法を用いてマイクロレンズを製造する方法であって、
アライメントマークを配置する面とは異なる面にマイクロレンズの立体形状を決定するグレースケールパターンを形成したレチクルを、露光装置にセットする準備工程と、
前記アライメントマークを基準にして、レジスト形成された基板と前記レチクルとの間隔を合わせる間隔設定工程と、
前記アライメントマークを基準にして、前記基板と前記レチクルとのアライメント調整を行うアライメント工程と、
前記露光装置を使用して前記レチクルの前記グレースケールパターンを前記基板に投影し、前記レジストを露光する露光工程と、
露光済みの前記レジストを現像し、レジストパターンに基づいて前記立体形状を形成したマイクロレンズを得る転写工程と
を備えたことを特徴とするマイクロレンズ製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のマイクロレンズ製造方法において、
前記間隔設定工程では、前記露光装置の投影光学系を介して前記アライメントマークと前記基板とが光学的に共役な位置になるよう、双方の間隔を合わせる
ことを特徴とするマイクロレンズ製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のマイクロレンズ製造方法において、
前記アライメント工程では、前記アライメントマークと前記グレースケールパターンとのレチクル面方向のオフセット誤差を測定し、前記オフセット誤差に相当する分だけ前記基板と前記レチクルとのアライメント調整を補正する
ことを特徴とするマイクロレンズ製造方法。
【請求項４】
レチクル板と、
前記レチクル板の面に形成されるアライメントマークと、
前記アライメントマークと異なる面に形成され、マイクロレンズの立体形状を決定するグレースケールパターンと
を備えたことを特徴とするレチクル。
【請求項５】
フォトリソ法を用いてマイクロレンズを製造する方法であって、
マイクロレンズの立体形状を決定するグレースケールパターンを形成したレチクルを、露光装置にセットする準備工程と、
レジスト形成された基板と前記レチクルとの間隔を合わせる間隔設定工程と、
前記レチクルと前記基板との間に屈折率を異ならせる透明材料を配置することで、双方間の光学的距離をずらす配置工程と、
前記露光装置を使用して前記レチクルの前記グレースケールパターンを前記基板に投影し、前記レジストを露光する露光工程と、
露光済みの前記レジストを現像し、レジストパターンに基づいて前記立体形状を形成したマイクロレンズを得る転写工程と
を備えたことを特徴とするマイクロレンズ製造方法。
【請求項６】
レチクル板と、
前記レチクル板の一方の面に形成されるアライメントマークと、
前記アライメントマークと同じ面に形成され、マイクロレンズの立体形状を決定するグレースケールパターンと、
前記グレースケールパターンを覆うように、前記レチクル板に貼り付けられた透明板と
を備えたことを特徴とするレチクル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロレンズの製造方法、およびその方法に使用するレチクルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に開示されるように、フォトリソ法を用いてマイクロレンズを製造する方法が知られている。この種の従来方法は、次の手順を実行する。
（１）まず、アライメントマークとグレースケールパターンとを同一面に形成したレチクルを用意する。
（２）このレチクルと、露光対象である基板を露光装置にセットする。
（３）レチクルのアライメントマークを基準にピント調整を実施する。そして、グレースケールパターン像の合焦面を基板のレジスト面に合わせる。
（４）この合焦状態からレチクルと基板との間隔をずらし、基板のレジスト面に対してグレースケールパターン像をぼかす。
（５）基板にグレースケールパターンを投影する。このとき、基板のレジスト面には、グレースケールパターンがぼけて投影されるため、明暗階調が滑らかに連続した潜像が形成される。
（６）露光済みのレジストを現像し、レジストパターンを得る。このレジストパターンに基づいて立体形状を形成してマイクロレンズを完成する。
【特許文献１】特開２００４−３１００７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、一般的な露光装置では合焦状態からずらす幅（以下『デフォーカス量』という）に制限があるため、グレースケールパターンを充分にぼかすことが困難となる。そのため、グレースケールの明暗階調に微小な段差が生じる。この明暗階調の段差によって、マイクロレンズの表面に段差が生じるため、レンズ性能が低くなるという問題があった。
本発明は、以上の問題に鑑みて、デフォーカス量の限られた露光装置であっても、表面段差の少ない良質なマイクロレンズを製造するための技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
《１》  本発明のマイクロレンズ製造方法は、フォトリソ法を用いてマイクロレンズを製造する方法であって、次の工程を備える。
１．準備工程・・アライメントマークを配置する面と異なる面にマイクロレンズの立体形状を決定するグレースケールパターンを形成したレチクルを、露光装置にセットする。
２．間隔設定工程・・アライメントマークを基準にして、レジスト形成された基板とレチクルとの間隔を合わせる。
３．アライメント工程・・アライメントマークを基準にして、基板とレチクルとのアライメント調整を行う。
４．露光工程・・露光装置を使用してレチクルのグレースケールパターンを基板に投影し、レジストを露光する。
５．転写工程・・露光済みのレジストを現像し、レジストパターンに基づいて立体形状を形成したマイクロレンズを得る。
【０００５】
《２》  なお好ましくは、間隔設定工程では、露光装置の投影光学系を介してアライメントマークと基板とが光学的に共役な位置になるよう、双方の間隔を合わせる。
【０００６】
《３》  また好ましくは、アライメント工程では、アライメントマークとグレースケールパターンとのレチクル面方向のオフセット誤差に応じて、基板とレチクルとのアライメント調整を補正する。
【０００７】
《４》  本発明のレチクルは、レチクル板の面にアライメントマークを形成し、その面と異なる面に、マイクロレンズの立体形状を決定するグレースケールパターンを形成して構成される。
【０００８】
《５》  本発明の別のマイクロレンズ製造方法は、フォトリソ法を用いてマイクロレンズを製造する方法であって、次の工程を備える。
１．準備工程・・マイクロレンズの立体形状を決定するグレースケールパターンを形成したレチクルを、露光装置にセットする。
２．間隔設定工程・・レジスト形成された基板とレチクルとの間隔を合わせる。
３．配置工程・・レチクルと基板との間に屈折率を異ならせる透明材料を配置して、双方間の光学的距離をずらす。
４．露光工程・・露光装置を使用してレチクルのグレースケールパターンを基板に投影し、レジストを露光する。
５．転写工程・・露光済みのレジストを現像し、レジストパターンに基づいて立体形状を形成したマイクロレンズを得る。
【０００９】
《６》  本発明の別のレチクルは、レチクル板の一方の面に、アライメントマークおよびグレースケールパターンを形成し、グレースケールパターンを覆うように透明板を配置して構成される。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明では、レチクルの別々の面に、アライメントマークとグレースケールパターンを形成する。一方、第２の発明では、レチクルと基板との間に屈折率を異ならせる透明材料を配置する。
これらはいずれも、グレースケールパターンと基板との光学的距離をずらす行為であり、グレースケール像のデフォーカス量を稼ぐことが可能になる。その結果、デフォーカス量の限られた露光装置であっても、大きなデフォーカス量を得ることが可能となり、表面段差の少ないマイクロレンズを製造することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
《第１実施形態》
［第１実施形態の構成説明］
図１は、第１実施形態における露光装置１１の設定を示す図である。
図１において、露光装置１１は、両面レチクル１２、投影レンズ１３、ウェハー１４、およびウェハーステージ１５を備える。
この両面レチクル１２は、厚さ２．３ｍｍ程度の透明基板であって、一方の面（Ａ面）にアライメントマーク２１が形成され、その反対面（Ｂ面）にグレースケールパターン２２が形成される。このグレースケールパターン２２は、微小開口の密度や開口径を可変して、透過光量にグラデーション変化を生じたさせたものである。この透過光量の変化パターンとデフォーカス量によって、後述するマイクロレンズ（レンズアレイも含む，以下同じ）の立体形状が決定される。
【００１２】
［両面レチクル１２の作成］
図２は、上述した両面レチクル１２の作成手順を示す図である。
以下、両面レチクル１２の作成手順について説明する。
まず、両面レチクル１２のＡ面側をコンタクト露光するために、マスク基板３１を準備する。このマスク基板３１には、フォトリソ工程により、±０．５μｍの位置精度でアライメントマーク２１のマスクが形成される。このマスク基板３１には、両面レチクル１２の２辺を位置決めするための固定ピン３２(大きさ:約φ５mm)が、光学顕微鏡などを使
って位置決めした上で、接着剤で固定される。
【００１３】
一方、両面レチクル１２のＡ面側には、Ｃｒコートとレジスト塗布を予め施しておく。このＡ面側をマスク基板３１に密着させた状態で、固定ピン３２に両面レチクル１２の２辺を当接する（図２［Ａ］参照）。この状態でコンタクト露光を実施する。その後、現像・Ｃｒエッチング・レジスト剥離の工程を経て、Ａ面側にアライメントマーク２１を形成する。
【００１４】
次に、両面レチクル１２のＢ面側をコンタクト露光するために、マスク基板５１を準備する。このマスク基板５１には、Ｂ面側に形成するアライメントマーク４１のマスクが、フォトリソ工程により±０．５μｍの位置精度で形成される。このマスク基板５１には、両面レチクル１２の２辺を位置決めするための固定ピン５２(大きさ:約φ５mm)が、光
学顕微鏡などを使って位置決めした上で、接着剤で固定される。これらの固定ピン５２は、上述した固定ピン３２と左右対称の位置に配置される。
【００１５】
両面レチクル１２のＢ面側には、Ｃｒコートとレジスト塗布を予め施しておく。マスク基板５１に、両面レチクル１２の左右を裏返して載せることにより、このＢ面側をマスク基板５１に密着させる。このとき、Ａ面側のコンタクト露光時に固定ピン３２に当接した２辺が固定ピン５２に当接されることになる（図２［Ｂ］参照）。この状態でコンタクト露光を実施する。その後、現像・Ｃｒエッチング・レジスト剥離の工程を経て、Ｂ面側にアライメントマーク４１を形成する。
【００１６】
次に、両面レチクル１２のＢ面側に対し、グレースケールパターン２２を形成すべき領域にＣｒコートとレジスト塗布を改めて施す。なお、上述したアライメントマーク４１の形成時にＣｒコートを残し、その上にレジスト塗布を改めて施してもよい。
次に、露光装置のウェハーステージに、両面レチクル１２のＢ面側を上にして配置する。この状態で、Ｂ面側のアライメントマーク４１を基準にアライメント調整を行い、Ｂ面側にグレースケールパターンを露光する。その後、現像・Ｃｒエッチング・レジスト剥離の工程を経て、Ｂ面側にグレースケールパターン２２を形成する。
【００１７】
［オフセット誤差の測定］
続いて、作成した両面レチクル１２について、アライメントマーク２１とグレースケールパターン２２とのレチクル面方向のオフセット誤差を予め測定する。
まず、図１に示すように、Ａ面を下向きにして、両面レチクル１２を露光装置１１にセットする。ここで、Ａ面のアライメントマーク２１を位置基準にアライメントを調整し、グレースケールパターン２２を試験用ウェハーに露光する。
【００１８】
次に、両面レチクル１２を裏返して、Ｂ面を下向きに露光装置１１にセットする。この状態で、Ｂ面のアライメントマーク４１を位置基準にアライメントを調整し、グレースケールパターン２２を試験用ウェハーに重ねて露光する。
現像後の試験用ウェハーを顕微鏡で観察し、多重パターンの位置ずれを２次元方向について測定する。この位置ズレのベクトル量をオフセット誤差として記録する。通常、このオフセット誤差は、長さにして２μｍ前後となる。
【００１９】
［マイクロレンズの製造方法］
次に、図１を参照しながら、マイクロレンズの製造方法を説明する。
【００２０】
（１）準備工程・・上述した両面レチクル１２のＡ面を下向きにして、露光装置１１にセットする。ウェハーステージ１５には、レジストを塗布したウェハー１４を配置する。
【００２１】
（２）間隔設定工程・・アライメントマーク２１を基準にピント調整を実施し、両面レチクル１２とウェハーステージ１５との間隔を調整する。
ここでは、「アライメントマーク２１が形成された面」と「ウェハー１４のレジスト面」とが、投影レンズ１３を介して光学的に共役な位置関係になるよう間隔調整を行うことが好ましい。このような調整により、両面レチクル１２の厚さ分の光学的距離だけ、グレースケールパターン２２をデフォーカスさせることができる。なお、ウェハーステージ１５を追加的に上下動させることにより、可動範囲内でグレースケールパターン２２のデフォーカス量を更に増減調整することも可能である。
【００２２】
（３）アライメント工程・・Ａ面側のアライメントマーク２１を位置基準にして、ウェハー１４を水平方向に移動して、アライメント調整を実施する。このとき、先に求めておいたオフセット誤差に応じた位置補正も同時に行う。この位置補正により、グレースケールパターンの投影位置の精度を更に高めることができる。
【００２３】
（４）露光工程・・露光装置１１を使用して、両面レチクル１２のグレースケールパターン２２をウェハー１４のレジスト面に投影する。このとき、間隔設定工程で与えたデフォーカス量の分だけ、グレースケールパターン２２の像はぼけて、明暗変化が滑らかに連続したグレースケール像がレジスト面に露光する。
【００２４】
（５）転写工程・・その後、露光済みのレジストを現像し、レジストパターンを得る。このレジストパターンを元にして、立体形状を形成したマイクロレンズを得る。
例えば、使用光に対して透明なレジストパターンであれば、このレジストパターンの立体形状をマイクロレンズに利用することができる。
また例えば、レジストパターンとウェハー１４を同一速度でエッチングすれば、レジストパターンの立体形状をウェハー１４に転写することができる。なお、レジストパターンとウェハー１４のエッチング速度比を調整することにより、ウェハー１４に転写する立体形状の深さを適宜調整することもできる。これらのケースでは、ウェハー１４の表面自体が、マイクロレンズとして機能する。
【００２５】
また例えば、上記のマイクロレンズを型として、マイクロレンズを転写成形することも可能である。例えば、レンズ形状のレジストパターンまたはウェハー表面に対して、樹脂を密着させて硬化（紫外線硬化など）させることで、反転形状のマイクロレンズを転写した樹脂を得ることができる。
【００２６】
また例えば、ウェハー１４にガラス・石英など形状変化の少ない硬質材料を使用すれば、ウェハー１４をスタンパとして使用することで、樹脂等の可塑性材料に対してマイクロレンズを反転転写することもできる。
【００２７】
［第１実施形態の効果など］
（１）  本実施形態の両面レチクル１２では、ＡＢ面の光学的距離だけ、アライメントマーク２１とグレースケールパターン２２とが離れる。そのため、一方のアライメントマーク２１を基準にピント調整を実施すると、ＡＢ面の光学的距離だけグレースケールパターン２２のピントをずらすことが可能になる。したがって、デフォーカス量の限られた露光装置１１であっても、大きなデフォーカス量を稼ぐことが可能となり、明暗段差の少ないグレースケール像を投影することが可能になる。その結果、表面段差の少ないマイクロレンズを製造することが可能になる。
【００２８】
（２）  また、本実施形態では、「アライメントマーク２１」と「ウェハー１４のレジスト面」が投影レンズ１３を介して光学的に共役な位置に調整される。この状態では、グレースケールパターン２２のデフォーカス量は、両面レチクル１２のＡＢ面の光学的距離に常に一定する。そのため、ＡＢ面の光学的距離を予め調整しておけば、高精度なデフォーカス量を追加調整の手間無く常に安定して得ることができる。その結果、グレースケール像のボケ方が毎回安定し、一定形状のマイクロレンズを安定して製造することが可能になる。
【００２９】
（３）  さらに、本実施形態では、アライメント調整時にオフセット誤差を補正する。その結果、グレースケールパターンの投影位置を高精度に制御することができる。
次に、別の実施形態について説明する。
【００３０】
《第２実施形態》
図３は、第２実施形態における露光装置１１の設定を示す図である。
第２実施形態では、両面レチクル１２に代えて、レチクル６２を使用する。このレチクル６２は、従来同様のレチクルであり、片方の面に、アライメントマーク６２ａおよびグレースケールパターン６２ｂを設けたものである。
【００３１】
第２実施形態の特徴は、ウェハー１４の上に、透明材６３を載せた点である。この透明材６３としては、石英やガラスなどのように、経年変化の少なく屈折率の安定した材料が好ましい。
なお、この透明材６３が、レチクル６２とウェハー１４との間隔調整やアライメント調整を邪魔する場合には、これらの調整完了後に透明材６３をウェハー１４上に載せてもよい。
【００３２】
また、この透明材６３の配置箇所は、ウェハー１４上に限らず、レチクル６２（特にグレースケールパターン６２ｂ）とウェハー１４との間の像空間側であればどこでもよい。
第２実施形態では、透明材６３の厚さと屈折率で決定される光学的距離差の分だけ、グレースケール像のピントをずらすことができる。したがって、デフォーカス量の限られた露光装置１１であっても、大きなデフォーカス量を稼ぐことが可能となり、明暗段差の少ないグレースケール像を投影することが可能になる。その結果、表面段差の少ないマイクロレンズを製造することが可能になる。
次に、別の実施形態について説明する。
【００３３】
《第３実施形態》
図４は、第３実施形態における露光装置１１の設定を示す図である。
第３実施形態では、両面レチクル１２に代えて、レチクル７２を使用する。このレチクル７２は、片方の面に、アライメントマーク７２ａおよびグレースケールパターン７２ｂを設ける。さらに、レチクル７２には、グレースケールパターン７２ｂの表面を覆うように、透明材７２ｃが設けられる。
【００３４】
この透明材７２ｃとしては、石英やガラスなどのように、経年変化の少なく屈折率の安定した材料が好ましい。例えば、厚さは２．３ｍｍ程度が好ましい。
なお、この透明材７２ｃの配置箇所は、上記場所に限らず、レチクル７２（特にグレースケールパターン７２ｂ）とウェハー１４との間の物空間側であればどこでもよい。
第３実施形態では、透明材７２ｃの厚さと屈折率で決定される光学的距離差を、像空間側に変換した分だけ、グレースケール像のピントをずらすことができる。したがって、デフォーカス量の限られた露光装置１１であっても、大きなデフォーカス量を稼ぐことが可能となり、明暗段差の少ないグレースケール像を投影することが可能になる。その結果、表面段差の少ないマイクロレンズを製造することが可能になる。
【００３５】
《実施形態の補足事項》
なお、第１実施形態では、アライメントマーク２１とグレースケールパターン２２を両面レチクル１２の表裏に設けている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。一般的には、アライメントマークとグレースケールパターンの面位置をずらせばよい。例えば、レチクルの片面に凹または凸の段差を設け、高さのずれた面にアライメントマークとグレースケールパターンをそれぞれ形成してもよい。この場合、片面形成のレチクルでありながら、アライメントマークとグレースケールパターンとの面位置をずらすことが可能になり、その面位置のずれた分に応じてデフォーカス量を稼ぐことが可能になる。
【００３６】
また、本実施形態では、デフォーカス量を前ピン方向に発生させている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。デフォーカス量を後ピン方向に発生させてもよい。例えば、両面レチクル１２を裏返しに露光装置１１にセットすることにより、グレースケール像を後ピン方向にずらすことができる。また、アライメントマークの光路側に透明材を配置して光学的距離を増やすことにより、グレースケール像を後ピン方向にずらすことができる。
【００３７】
なお、第１〜第３の実施形態を適宜組み合わせることにより、更に大きなデフォーカス量を稼ぐことも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上説明したように、本発明は、フォトリソ工程を利用したマイクロレンズの製造などに利用可能な技術である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】第１実施形態における露光装置１１の設定を示す図である。
【図２】両面レチクル１２の作成手順を示す図である。
【図３】第２実施形態における露光装置１１の設定を示す図である。
【図４】第３実施形態における露光装置１１の設定を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１１…露光装置，１２…両面レチクル，１３…投影レンズ，１４…ウェハー，１５…ウェハーステージ，２１…アライメントマーク，２２…グレースケールパターン，３１…マスク基板，３２…固定ピン，４１…アライメントマーク，５１…マスク基板，６３…透明材，７２…レチクル，７２ａ…アライメントマーク，７２ｂ…グレースケールパターン，７２ｃ…透明材
【図１】
2006276467.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006276467.tif 000005
【図４】
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