(57)【要約】【課題】  レジスト塗布膜厚を薄くしつつ、リフロー後のレジスト膜厚を増大させることができるマイクロレンズの製造方法を提供する。【解決手段】  第１面及び第２面を有する半導体基板に形成されるマイクロレンズを製造する方法であって、半導体基板を準備するステップと、半導体基板の第１面に略円柱形状の第１レジスト層を形成するステップと、第１面が鉛直線と直交しかつ第２面の下方となるように半導体基板を保持しつつ、熱処理により第１レジスト層をリフローして略半球形状の第２レジスト層に変形するステップと、異方性エッチングにより第２レジスト層及び半導体基板を同時にエッチングして半導体基板にレンズを形成するステップと、を含むことを特徴とするマイクロレンズの製造方法。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面及び第２面を有する半導体基板に形成されるマイクロレンズを製造する方法であって、
前記半導体基板を準備するステップと、
前記半導体基板の前記第１面に略円柱形状の第１レジスト層を形成するステップと、
前記第１面が鉛直線と直交しかつ前記第２面の下方となるように前記半導体基板を保持しつつ、熱処理により前記第１レジスト層をリフローして略半球形状の第２レジスト層に変形するステップと、
異方性エッチングにより前記第２レジスト層及び前記半導体基板を同時にエッチングして前記半導体基板にレンズを形成するステップと、
を含むことを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
【請求項２】
前記熱処理は、ホットプレートを用いて行うことを特徴とする、請求項１に記載のマイクロレンズの製造方法。
【請求項３】
前記熱処理は、エネルギー線の照射によって行うことを特徴とする、請求項１に記載のマイクロレンズの製造方法。
【請求項４】
前記エネルギー線は、赤外線または電子線であることを特徴とする、請求項３に記載のマイクロレンズの製造方法。
【請求項５】
前記半導体基板は、シリコンであることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロレンズの製造方法。
【請求項６】
前記異方性エッチングは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）であることを特徴とする、請求項５に記載のマイクロレンズの製造方法。
【請求項７】
前記反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）は、ＣＦ４（テトラフルオロメタン）とＯ２との混合ガスを使用することを特徴とする、請求項６記載のマイクロレンズの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板に形成されるマイクロレンズの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信コネクタやＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）撮像素子などの光学デバイスにはマイクロレンズが多用されている。マイクロレンズは形状が微小であることから、通常のレンズ製作に用いられる研磨やモールドとは異なる製造方法、例えば、リフロー法やグレースケールマスク法などが一般的に利用される。ここで、リフロー法について簡単に説明すると、まず、下地基板上にホトリソグラフィーにより略円柱形状のレジストパターンを形成した後、基板を加熱してレジストを流動化させ、表面張力により略半球形状のレジストパターンを形成する。続いて、この略半球形状のレジストパターンを異方性ドライエッチングにより下地基板と同時にエッチングし、下地基板に略半球形状のパターンを転写してマイクロレンズを作製する。
【０００３】
マイクロレンズの製造方法に関する発明が、例えば、特許文献１及び２に記載されている。
【０００４】
特許文献１に記載のマイクロレンズの製造方法は、下地基板（ＧａＡｓ）上にポッティングにより形成した略半球形状のレジストパターンをエッチングマスクとし、このレジストパターンと下地基板とを同時にエッチングしてマイクロレンズを作製している。（第２実施形態）
特許文献２に記載のマイクロレンズの製造方法は、下地基板上に千鳥状に形成した複数の第１レジストパターンを熱処理により半球形状に変形した後、この熱硬化した第１レジストパターンの隙間部分にさらに複数の半球形状の第２レジストパターンを形成するものである。これにより、レンズ間距離を短縮したＣＣＤ集光マイクロレンズを作製している。
【特許文献１】特開平５−１３６４６０号公報（第４頁、第２図）
【特許文献２】特開平７−１０６２３７号公報（第４頁、第４−７図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
リフロー法においては、リフロー後のレジストパターンの膜厚、すなわち、略半球形状の頂点部の膜厚と、ホトリソグラフィーによるパターン形成前のレジスト塗布膜厚とは所定の比例関係にあり、従来はレジスト塗布膜厚を調整することでリフロー後のレジストパターンの膜厚を制御していた。
【０００６】
しかしながら、レンズが微細化、高精度化するに伴い、レジスト塗布膜厚を調整するだけでは所望のレンズ形成に必要なレジストパターンを形成することが困難となってきている。これは、マイクロレンズの製造において必要とされる２つの工程、すなわち、ホトリソグラフィー工程とドライエッチング工程とにおいて、それぞれレジスト膜厚に対して相反する要求が存在するからである。ホトリソグラフィーによるレジストの加工という観点からすれば、微細化のためにはレジスト塗布膜厚を薄くしていく必要がある。これは、レジスト塗布膜厚が厚いと、露光時においては光透過率が低下し、また、現像時においては現像残り、いわゆるスカムが発生しやすくなるためである。一方、ドライエッチングによるレンズパターンの形成という観点からすれば、エッチングマスクとなる略半球形状のレジストパターンの膜厚は所定の膜厚を確保する必要があり、レジストの薄膜化は望ましい方向とは言えない。従って、ホトリソグラフィー工程におけるレジスト塗布膜厚の薄膜化要求に応えつつ、ドライエッチング工程においてはエッチングマスクとなる略半球形状のレジストパターンの膜厚を増加させる方法が必要となる。
【０００７】
特許文献１に記載のマイクロレンズの製造方法は、ポッティングにより略半球形状のレジストパターンを形成するため、通常のリフロー法で必要とされるホトリソグラフィーによるレジスト加工を必要としない。そのため、特許文献１ではリフロー後のレジスト膜厚の調整に関する記載は特になされていない。
【０００８】
特許文献２に記載のマイクロレンズの製造方法は、リフロー法により略半球形状のレジストパターンを形成するため、レンズの微細化に伴い、既述したようなレジスト膜厚に関する問題が発生する虞がある。しかしながら、特許文献２ではリフロー後のレジスト膜厚の調整に関する記載は特になされていない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るマイクロレンズの製造方法は、第１面及び第２面を有する半導体基板に形成されるマイクロレンズを製造する方法であって、半導体基板を準備するステップと、半導体基板の第１面に略円柱形状の第１レジスト層を形成するステップと、第１面が鉛直線と直交しかつ第２面の下方となるように半導体基板を保持しつつ、熱処理により第１レジスト層をリフローして略半球形状の第２レジスト層に変形するステップと、異方性エッチングにより第２レジスト層及び半導体基板を同時にエッチングして半導体基板にレンズを形成するステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るマイクロレンズの製造方法によれば、略円柱形状の第１レジスト層をリフローする際に、半導体基板の第１面と第２面とを逆方向、すなわち、第１レジスト層が形成された半導体基板の第１面を鉛直下方に向けて熱処理することにより、流動化した略半球形状の第２レジスト層が重力で下方に引っ張られてその膜厚が増大するようになる。これにより、レジスト塗布膜厚を薄くする一方で、エッチングマスクとなる第２レジスト層の所定膜厚を確保できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（１）第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態に係るマイクロレンズの製造方法を示す工程断面図である。
【００１２】
まず、図１（ａ）に示すように、マイクロレンズを作製するための半導体基板１０１を準備する。半導体基板１０１は、例えば、シリコン基板である。
【００１３】
次に、図１（ｂ）に示すように、半導体基板１０１上にレジストを塗布し、公知のホトリソグラフィーを用いて略円柱形状のレジストパターン１０２を形成する。ここで、レジストの塗布膜厚は、形成するレンズの大きさによって適宜設定されるが、例えば、１００μｍ程度の径を有するレンズを形成する場合にはレジストの塗布膜厚を１０〜５０μｍ程度とすればよい。
【００１４】
次に、図１（ｃ）に示すように、レジストパターン１０２を形成した半導体基板１０１を上下逆方向、すなわち、レジストパターン１０２が形成された面を鉛直下方に向けてホットプレート１０３に設置し、レジストのガラス転移温度以上で熱処理を行い、略円柱形状のレジストパターン１０２をリフローして略半球形状のレジストパターン１０４に変形する。熱処理条件は、例えば、１６０〜１８０℃で３００秒間とし、使用するレジスト材料により適宜変更すればよい。この熱処理工程において、流動化したレジストパターン１０４は重力で下方に引っ張られるため、その膜厚を増大させることができる。
【００１５】
次に、図１（ｄ）に示すように、異方性のドライエッチング、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）により、レジストパターン１０４及び半導体基板１０１を同時にエッチングする。ここでのエッチングは、例えば、エッチングガスにＣＦ４（テトラフルオロメタン）とＯ２との混合ガスを使用する。このエッチング工程において、レジストパターン１０４と半導体基板１０１との選択比が約１となるようＣＦ４とＯ２との混合比を調整すれば、レジストパターン１０４と半導体基板１０１はほぼ等しいレートでエッチングされ、半導体基板１０１に略半球形状のレジストパターン１０４が転写されていく。
【００１６】
さらにエッチングが進み、レジストパターン１０４が完全になくなった状態で、図１（ｅ）に示すように、レジストパターン１０４の形状とほぼ同じ曲率を持ったマイクロレンズ１００が完成する。
【００１７】
なお、本実施形態はマイクロレンズの製造に限定されるものではなく、マイクロレンズと同様な略半球形状のパターン形成が必要とされる場合においては、その他の半導体装置やＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）などに適用することも可能である。
【００１８】
〔作用効果〕
第１実施形態に係るマイクロレンズの製造方法によれば、略円柱形状のレジストパターン１０２をリフローする際に、レジストパターン１０２が形成された面を鉛直下方に向けてホットプレートで熱処理することにより、流動化した略半球形状のレジストパターン１０４が重力で下方に引っ張られてその膜厚が増大するようになる。これにより、レジスト塗布膜厚を薄くする一方で、エッチングマスクとなるレジストパターン１０４の所定膜厚を確保できるため、微細で高精度なマイクロレンズの作製が可能となる。また、微細で高精度なマイクロレンズの作製が可能となることにより、それらを使用するＣＣＤレンズアレイの高集積化も可能となる。
【００１９】
（２）第２実施形態
図２は、本発明の第２実施形態に係るマイクロレンズの製造方法を示す工程断面図である。
【００２０】
まず、図２（ａ）に示すように、マイクロレンズを作製するための半導体基板２０１を準備する。半導体基板２０１は、例えば、シリコン基板である。
【００２１】
次に、図２（ｂ）に示すように、半導体基板２０１上にレジストを塗布し、公知のホトリソグラフィーを用いて略円柱形状のレジストパターン２０２を形成する。ここで、レジストの塗布膜厚は、形成するレンズの大きさによって適宜設定されるが、例えば、１００μｍ程度の径を有するレンズを形成する場合にはレジストの塗布膜厚を１０〜５０μｍ程度とすればよい。
【００２２】
次に、図２（ｃ）に示すように、レジストパターン２０２を形成した半導体基板２０１を上下逆方向、すなわち、レジストパターン２０２が形成された面を鉛直下方に向けて所定の支持装置２０３に固定し、エネルギー線、例えば、赤外線の照射によってレジストのガラス転移温度以上で熱処理を行い、略円柱形状のレジストパターン２０２をリフローして略半球形状のレジストパターン２０４に変形する。なお、熱処理のためのエネルギー線として、赤外線を使用する代わりに電子線を使用することも可能である。この熱処理工程において、流動化したレジストパターン２０４は重力で下方に引っ張られるため、その膜厚を増大させることができる。
【００２３】
次に、図２（ｄ）に示すように、異方性のドライエッチング、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、レジストパターン２０４及び半導体基板２０１を同時にエッチングする。ここでのエッチングは、例えば、エッチングガスにＣＦ４とＯ２との混合ガスを使用する。このエッチング工程において、レジストパターン２０４と半導体基板２０１との選択比が約１となるようＣＦ４とＯ２との混合比を調整すれば、レジストパターン２０４と半導体基板２０１はほぼ等しいレートでエッチングされ、半導体基板２０１に略半球形状のレジストパターン２０４が転写されていく。
【００２４】
さらにエッチングが進み、レジストパターン２０４が完全になくなった状態で、図２（ｅ）に示すように、レジストパターン２０４の形状とほぼ同じ曲率を持ったマイクロレンズ２００が完成する。
【００２５】
なお、本実施形態はマイクロレンズの製造に限定されるものではなく、マイクロレンズと同様な略半球形状のパターン形成が必要とされる場合においては、その他の半導体装置やＭＥＭＳなどに適用することも可能である。
【００２６】
〔作用効果〕
第２実施形態に係るマイクロレンズの製造方法は、第１実施形態に係るマイクロレンズの製造方法と同様の効果を奏することができる。すなわち、略円柱形状のレジストパターン２０２をリフローする際に、レジストパターン２０２が形成された面を鉛直下方に向けて赤外線などのエネルギー線を照射して熱処理することにより、流動化した略半球形状のレジストパターン２０４が重力で下方に引っ張られてその膜厚が増大するようになる。これにより、レジスト塗布膜厚を薄くする一方で、エッチングマスクとなるレジストパターン２０４の所定膜厚を確保できるため、微細で高精度なマイクロレンズの作製が可能となる。また、微細で高精度なマイクロレンズの作製が可能となることにより、それらを使用するＣＣＤレンズアレイの高集積化も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１実施形態に係るマイクロレンズの製造工程図。
【図２】第２実施形態に係るマイクロレンズの製造工程図。
【符号の説明】
【００２８】
１００、２００・・・マイクロレンズ
１０１、２０１・・・半導体基板
１０２、１０４、２０２、２０４・・・レジストパターン
１０３・・・ホットプレート
２０３・・・支持装置
【図１】
2006140370.tif 000003
【図２】
2006140370.tif 000004