(57)【要約】【課題】マイクロレンズ間のギャップを微細化したマイクロレンズアレイの製造方法を提供する。【解決手段】平坦な透明膜の上に熱変形性の感光性材料からなる膜を均一な膜厚で形成するし、感光性材料からなる膜をマイクロレンズの形成領域毎に分離独立させた形状にパターニングし、このパターニングされた感光性材料を加熱して凸状のマイクロレンズを形成し、マイクロレンズの配列面に対してドライエッチングを施して、マイクロレンズのレンズ間ギャップ部の平坦部を除去する。【選択図】図１
2006337956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦な透明膜の上に熱変形性の感光性材料からなる膜を均一な膜厚で形成する工程と、前記感光性材料からなる膜をマイクロレンズの形成領域毎に分離独立させた形状にパターニングする工程と、前記パターニングされた感光性材料を加熱して凸状のマイクロレンズを形成する工程と、前記マイクロレンズの配列面に対してドライエッチングを施し、前記マイクロレンズのレンズ間ギャップを狭小化する工程、
を備えたことを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項２】
前記ドライエッチングは、平行平板型ＲＩＥ装置で前記マイクロレンズのギャップ間を順テーパ形状に加工することを特徴とする請求項１記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項３】
前記マイクロレンズのレンズ間のギャップ長が、０．１μｍ以下になるように加工することを特徴とする請求項１記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項４】
前記マイクロレンズのレンズ間のギャップには、実質的に平坦部が存在しないように加工することを特徴とする請求項１記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロレンズアレイの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化、動作周波数の高速化に伴い、微小光学部品へのニーズが高まっている。
【０００３】
マイクロレンズは、直径数ｍｍ以下の微小なレンズで、携帯端末等に組み込まれた固体撮像素子等のイメージセンサでは光利用効率向上のため、直径数１０μｍ程度のマイクロレンズを多数配置したマイクロレンズアレイが利用されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
マイクロレンズは形状が微小であることから、通常のレンズ作製に用いられる研磨やモールドとは異なる様々な製作方法が開発され、利用されている。例えばリフロー法は、基板上で高分子層を下側におき、フォトレジスト層をその上に重ねてスピンコートし、フォトリソグラフィーにより、円柱状のフォトレジストパターンを製作し、基板を加熱してレジストを流動させ、表面張力により自然に生じる形状や屈折率分布をレンズとして利用するものである。
【０００５】
このリフロー法は、携帯端末等向けのマイクロレンズアレイの製作によく用いられている。
【０００６】
マイクロレンズにおいては、外界からの光の取り込み量を増やす等の要請から、微細化が求められている。しかしながら、現状では、マイクロレンズ間のギャップはフォトリソグラフィー装置の性能上、例えば０．４〜０．３μｍが限界となっており、更なる微細化が必要である。
【特許文献１】特開平２０００−２０６３１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、マイクロレンズ間のギャップを微細化したマイクロレンズアレイの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明の一態様によれば、平坦な透明膜の上に熱変形性の感光性材料からなる膜を均一な膜厚で形成する工程と、前記感光性材料からなる膜をマイクロレンズの形成領域毎に分離独立させた形状にパターニングする工程と、前記パターニングされた感光性材料を加熱して凸状のマイクロレンズを形成する工程と、前記マイクロレンズの配列面に対してドライエッチングを施し、前記マイクロレンズのレンズ間ギャップを狭小化する工程、を備えたことを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、マイクロレンズ間のギャップを微細化したマイクロレンズアレイの製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態に係るマイクロレンズアレイの製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
マイクロレンズが縦横方向に複数配列されてなるマイクロレンズアレイは、例えば固体撮像素子に組み込まれる。固体撮像素子は、図２に示すように、例えば半導体基板２０上に、受光部２１、ポリシリコン電極２２、メタル遮光膜２３、素子表面保護膜２４、平坦化膜２５、フィルター２６、アクリル平坦化膜２７、マイクロレンズ２８から形成されている。
【００１２】
まず、マイクロレンズアレイが搭載される携帯端末等のユーザ仕様を受けて、マイクロレンズの設計仕様を決定する。マイクロレンズの設計仕様としては、例えばマイクロレンズの高さ、傾斜角、ギャップ間隔等が決定される。
【００１３】
次に、決定したマイクロレンズの設計仕様である設計データをフォトレジストパターンの形状に変換する。このフォトレジストパターンへの変換に際しては、マイクロレンズの設計仕様に、後の工程であるエッチング時の形状変化を考慮した補正を行って、フォトレジスト形状の設定を行う。ここで、エッチング時の形状変化は、例えばエッチング装置の種類、エッチングガス、基板の材質等に依存する。
【００１４】
次いで、レジストパターンの設計データに基づいて、フォトマスクの作成を行う。この
フォトマスクとしては、例えば微小な開口パターンが多数配置され、開口部分と遮光部分の面積比によって透過率を調整する面積諧調タイプのマスクを使用することができる。
【００１５】
次に、作製したフォトマスクを利用してフォトレジストパターンの形成が行われる。このレジスト形成工程の前処理として、下地である基板の汚れを洗浄除去し、０〜１５０℃で脱水ベークする。
【００１６】
その後、例えば化学吸着した水分子層をヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）等のシランカップリング剤を用いて、基板表面を疎水化し、レジストとの接着性を向上させる。
【００１７】
下地の基板は、例えばアクリル系、あるはフェノール系の樹脂からなる平坦な透明膜で形成する。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態に係るマイクロレンズアレイの製造方法を説明する説明図である。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、レジストパターンの形成は、例えばアクリル樹脂からなる平坦な透明膜１０の上に熱変形性のフェノール系の感光性材料を滴下し、例えば３０００〜６０００ｒｐｍで高速に回転させ、透明膜１０の上に感光性材料１１からなるレジスト膜１１を所望な膜厚で形成する。塗布膜厚は、レジストの粘度、分子量、濃度、溶媒の沸点、回転数、湿度等の雰囲気に依存する。
【００２０】
次いで、塗布後のレジスト膜１１中に残留している塗布溶媒を、例えば８０〜１００℃、６０秒程度加熱して揮発させ、膜質と接着性を向上させる。
【００２１】
次に、上記感光性材料からなるレジスト膜１１に対して光を照射し、露光エネルギーにより、レジスト中で化学反応を起こさせ、レジストの現像液に対する溶解性を変化させ、露光パターンに対応した潜像を生じさせる。光照射は、ｇ線でも、ＫｒＦでもよい。
【００２２】
露光後、例えば９０〜１２０℃で、９０秒程度加熱する。加熱することにより、感光剤が拡散して、パターン寸法とレジスト寸法の忠実度が向上する。
【００２３】
次に、現像を行う。現像液には、例えばテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）等のアルカリ水溶液を用いる。現像することで、図１（ｂ）に示すように、マイクロレンズの形成領域毎に感光性材料１１を分離独立させた形状にパターニングする。現像後、リンスし、回転乾燥させる。
【００２４】
次いで、パターニングされたレジスト膜１１をホットプレート上で例えば１７０〜２２０℃で、１０分間加熱する。係る温度は、感光性材料の熱変形温度以上であって、図１（ｃ）に示すように、軟化する。加熱が進行すると、感光性材料の熱変形性及び表面張力の作用により、図１（ｄ）に示すように、角の部分が丸められて滑らかな凸状のマイクロレンズ１２を形成する。
【００２５】
なお、上記熱変形性の感光性材料はスチレン系であってもよい。
【００２６】
次に、上記凸状面がアレイ配列した面に対してドライエッチングを施す。エッチングの作用は、感光性材料による凸面形状及び基板に作用する。
【００２７】
ドライエッチング剤としては、例えば酸素とフロロカーボン（ＣＦ４、ＣＨＦ３等）の混合ガスを使用する。係る混合ガスを使用し、所定の圧力（低真空化）、温度（低温化）下でドライエッチングすると、ＨＦ分子が形成され、ＨＦ分子以外の分子が透明膜１０の側壁に堆積しながらエッチングされるので、マイクロレンズ間ギャップ部をより確実に狭小化できる。圧力、温度は、エッチング時のイオンエネルギーやエッチング時の堆積量にも関係することから、所定の値に制御することが好適である。
【００２８】
凸状のマイクロレンズ１２及び透明膜１０がドライエッチングされることで、図１（ｅ）に示すように、湾曲して近接していた凸状のマイクロレンズ１２のレンズ間ギャップ部１３が狭小化された凸状のマイクロレンズ１２を形成することができる。レンズ間のギャップには、実質的に平坦部が存在しないことでもよいことは勿論である。
【００２９】
ドライエッチングの条件によっては水平、垂直方向及び対角方向の曲率が異なる凸状のマイクロレンズ、もしくは水平、垂直方向及び対角方向の曲率が同じであるマイクロレンズを形成することができる。例えば、Ｏ２／Ｎ２条件（ガス比率１：２）やＯ２単ガスではＣ材質の膜を加工するので選択比がとれずレンズ自体の形状も変わり、水平垂直方向に対し変化させることができる。
【００３０】
（実施例）
ドライエッチングの一実施例について説明する。ここでは、東京応化工業株式会社製の平行平板型反応性イオンエッチング装置を使用した。このときの条件は、ＲＦパワー：６５０Ｗ、プロセス時間：５秒間、装置内圧力：３３Ｐａ、ＥＰＤ  Ｒｅｃｏｐｅ：無し、Ｏ２流量：４００ｍｌ／分、ステージ温度：８０℃とした。
【００３１】
エッチング加工を施したことにより、マイクロレンズ間のギャップ長が、従来０．４〜０．３μｍであったものを０．１μｍ以下のギャップ長にすることができ、微細化が可能になった。尚、マイクロレンズ間のギャップ長は、例えば走査型電子顕微鏡による表面ＳＥＭ像を観察することで、管理することができる。
【００３２】
本発明の実施形態によれば、平坦な透明膜１０とこの透明膜１０の上に熱変形性の感光性材料からなる膜１１を均一な膜厚で形成し、感光性材料からなるレジスト膜１１をマイクロレンズの形成領域毎に分離独立させた形状にパターニングし、更にパターニングされた感光性材料を加熱することで凸状のマイクロレンズ１２を形成し、これら凸状のマイクロレンズ１２の配列面に対してドライエッチングを行うことで、凸状のマイクロレンズ１２を転写し、ドライエッチングの条件によりレンズ間ギャップを狭小に制御することで、高集光のマイクロレンズアレイを形成することができる。
【００３３】
本発明は上記した実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態に係るマイクロレンズアレイの製造方法を説明する説明図である。
【図２】マイクロレンズを組み込んだ固体撮像素子の構成を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０・・・透明膜、１１・・・レジスト膜、１２・・・マイクロレンズ、１３・・・レンズ間ギャップ。
【図１】
2006337956.tif 000003
【図２】
2006337956.tif 000004