(57)【要約】      （修正有）【課題】耐久性、透光性に優れたガラス製マイクロレンズアレイを安価に大量生産できるガラス製マイクロレンズアレイの製造方法を提供する。また、これを用いたガラス製マイクロレンズを提供する。【解決手段】本ガラス製マイクロレンズの製造方法は、加熱されたガラス基材１２を用意し、このガラス基材１２をガラス状カーボン製成形型１を用いた高温プレス成形法によりプレスし、その表面にマイクロレンズ１３を配列して多数形成する。また、これを用いたガラス製マイクロレンズ。【選択図】  図２
2006111491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱されたガラス基材を用意し、このガラス基材をガラス状カーボン製成形型を用いた高温プレス成形法によりプレスし、その表面にマイクロレンズを配列して多数形成することを特徴とするガラス製マイクロレンズの製造方法。
【請求項２】
前記ガラス状カーボン製成形型は、ドライエッチングで加工されることを特徴とする請求項１に記載のガラス製マイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項３】
前記ドライエッチングは、Ａｌ製パターンを用いて行われることを特徴とする請求項２に記載のガラス製マイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項４】
Ａｌ製パターン形成後の表面の有機物汚染の除去は、有機溶剤を用いた洗浄により行われることを特徴とする請求項３に記載のガラス製マイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項５】
前記ドライエッチングは、酸化雰囲気燃焼法、誘導結合プラズマエッチング法、反応性イオンエッチング法、ケミカルドライエッチング法の何れかを用いることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載のガラス製マイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項６】
前記ドライエッチングは、雰囲気ガスが１０〜１００容積％の酸素ガスを含むことを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１項に記載のガラス製マイクロレンズアレイ。
【請求項７】
前記ガラス状カーボン中に含まれる気孔率は、０容積％であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のガラス製マイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項８】
前記ガラス状カーボンは、ドライエッチングで形成された穴状形状の底部に、プレスで押し当てた被成形物が接触しないように穴状形状の深さ及びプレス圧力を制御することを特徴とする請求項２ないし７のいずれか１項に記載のガラス製マイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項９】
前記ガラス製マイクロレンズアレイに用いられるガラスは、シリカガラスであることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載のガラス製マイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項１０】
前記ガラス状カーボン中に含まれるＮａ、Ｋ、Ｃａの合計濃度は、１ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載のガラス製マイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項１１】
前記シリカガラスは、表層５０μｍでのＡｌを除く金属汚染濃度の合計が１０ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項９に記載のガラス製マイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項１２】
ガラス状カーボン製成形型を用いた高温プレス成形法により成形されたことを特徴とするガラス製マイクロレンズアレイ。
【請求項１３】
前記ガラス状カーボン製成形型は、ドライエッチングで加工されることを特徴とする請求項１２に記載のガラス製マイクロレンズアレイ。
【請求項１４】
前記ドライエッチングは、Ａｌ製パターンを用いて行われることを特徴とする請求項１３に記載のガラス製マイクロレンズアレイ。
【請求項１５】
Ａｌ製パターン形成後の表面の有機物汚染の除去は、有機溶剤を用いた洗浄により行われることを特徴とする請求項１４に記載のガラス製マイクロレンズアレイ。
【請求項１６】
前記ドライエッチングは、酸化雰囲気燃焼法、誘導結合プラズマエッチング法、反応性イオンエッチング法、ケミカルドライエッチング法の何れかを用いることを特徴とする請求項１３ないし１５のいずれか１項に記載のガラス製マイクロレンズアレイ。
【請求項１７】
前記ドライエッチングは、雰囲気ガスが１０〜１００容積％の酸素ガスを含むことを特徴とする請求項１３ないし１６のいずれか１項に記載のガラス製マイクロレンズアレイ。
【請求項１８】
前記ガラス状カーボン中に含まれる気孔率は、０容積％であることを特徴とする請求項１２ないし１７のいずれか１項に記載のガラス製マイクロレンズアレイ。
【請求項１９】
前記ガラス状カーボンは、ドライエッチングで形成された穴状形状の底部に、プレスで押し当てた被成形物が接触しないように穴状形状の深さ及びプレス圧力を制御することを特徴とする請求項１３ないし１８のいずれか１項に記載のガラス製マイクロレンズアレイ。
【請求項２０】
前記マイクロレンズアレイに用いられるガラスは、シリカガラスであることを特徴とする請求項１２ないし１９のいずれか１項に記載のガラス製マイクロレンズアレイ。
【請求項２１】
前記ガラス状カーボン中に含まれるＮａ、Ｋ、Ｃａの合計濃度は、１ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１２ないし２０のいずれか１項に記載のガラス製マイクロレンズアレイ。
【請求項２２】
前記シリカガラスは、表層５０μｍでのＡｌを除く金属汚染濃度の合計が１０ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項２０に記載のガラス製マイクロレンズアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガラス製マイクロレンズアレイの製造方法、ガラス製マイクロレンズアレイに係り、特にガラス基材をガラス状カーボン製成形型を用いた高温プレス成形法によりプレスするガラス製マイクロレンズアレイの製造方法、ガラス製マイクロレンズアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクターなどの液晶パネルヘの集光には、マイクロレンズアレイが使用されている。現在用いられているマイクロレンズアレイには、樹脂製のものとガラスを用いたものがある。
【０００３】
樹脂は加工性が良く、安価ではあるが、耐久性、光透過性に問題があり、一方、ガラスは加工性が悪く、そのため高価であるが、耐久性、光透過性に優れている。
【０００４】
特にシリカガラス製マイクロレンズアレイは、高温に強く、熱膨張係数が極端に小さいため、高精度を要するマイクロレンズアレイにとって非常に魅力的である。特にプロジェクター製造過程で１０００℃以上の高温にさらされる工程を有する場合にはシリカガラスを用いることが必須となる。
【０００５】
一般にガラス製マイクロレンズアレイの製造には、半導体製造技術を用いたエッチングが標準的に用いられ、また、ガラスヘのプレス技術は周知である。さらにガラスの高温プレスで用いられる成形型の材質としてガラス状カーボンを用いることも知られている。
【０００６】
特にシリカガラスのプレス加工に用いるガラス状カーボン製成形型の微細加工には、半導体加工技術であるドライエッチングを用いる方法（特許文献１）や、放電加工、機械加工を用いる方法が提案されている。
【０００７】
しかし、特許文献１に記載のガラス製マイクロレンズアレイ製造方法は、シリカガラスが化学的に安定なため、ウエットエッチングやドライエッチングでは長時間の処理が必要であり、さらに、金属マスクやレジスト材などの特殊なマスク材を必要とし、工程も複雑で、コストと環境負荷が非常に高い。
【０００８】
また機械加工で直接加工する場合、ガラスが脆性材であるためチッピングを起こしやすく、切り込み量を稼げないため加工時間が非常に長くなり、現実的ではない。
【０００９】
また、シリカガラスの高温プレスによる微細加工の場合、いかに成形型となるガラス状カーボンを加工するかが大きな課題であった。上記従来技術のうち、機械加工では精度と微細化が、放電加工の場合は精度、微細化並びにチッピングが問題となり、目的とするマイクロレンズアレイの作製が非常に困難であった。
【００１０】
これはガラス状カーボンが脆性材であるため、また非常に熱衝撃に弱いため、チッピングやワレ、カケが発生しやすいことに起因している。
【００１１】
従って、ガラス状カーボンを効率良く高精度に加工を行う方法が求められていた。また、ドライエッチングはガラス状カーボンの微細加工には理想的な方法であるが、現実にはエッチングの際に表面が非常に荒れてしまうこと、エッチング深さにむらが生じやすいことなど問題が多く、その加工面をそのまま転写して用いることはできなかった。
【００１２】
このエッチング時の表面荒れは、ガラス状カーボンが厳密には均質な材料でないことが原因であり、半導体に用いられる単結晶シリコンや非常に均質なＣＶＤ多結晶シリコンとは本質的に異なっているためである。
【００１３】
また、ガラス状カーボンは炭素の一形態であり、本質的には有機汚染の原因物質と同じ性質を持っている。従ってエッチングの際、表面の有機物の影響を大きく受ける。この点はアッシングで有機物を簡単に除去できるシリコンとは大きく異なる。
【特許文献１】特開２００４−１８２８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、耐久性、透光性に優れたガラス製マイクロレンズアレイを安価に大量生産できるガラス製マイクロレンズアレイの製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
また、耐久性、透光性に優れた安価なガラス製マイクロレンズアレイ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】
【００１６】
本発明者らは、耐久性、透光性に優れたガラス製マイクロレンズアレイを成形できるようなガラス状カーボン製成形型を作製するため、ガラス状カーボンの様々な加工法を試行する中で、ドライエッチングを用いることで、比較的広範囲で均一にエッチング深さを制御できる方法を見出すと共に、成形型の穴の表面のエッチング面に被成形体が接触しないようにして、粗さの比較的大きなエッチング面に影響を受けずに滑らかなレンズ形状を得られる方法を見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１７】
すなわち、上記目的を達成するために、本発明に係るガラス製マイクロレンズの製造方法は、加熱されたガラス基材を用意し、このガラス基材をガラス状カーボン製成形型を用いた高温プレス成形法によりプレスし、その表面にマイクロレンズを配列して多数形成することを特徴とする。
【００１８】
好適には、前記ガラス状カーボン製成形型は、ドライエッチングで加工されることを特徴とする。
【００１９】
また、好適には、前記ドライエッチングは、Ａｌ製パターンを用いて行われる。
【００２０】
また、好適には、Ａｌ製パターン形成後の表面の有機物汚染の除去は、有機溶剤を用いた洗浄により行われる。
【００２１】
また、前記ドライエッチングは、酸化雰囲気燃焼法、誘導結合プラズマエッチング法、反応性イオンエッチング法、ケミカルドライエッチング法の何れかを用いる。
【００２２】
また、好適には、前記ドライエッチングは、雰囲気ガスが１０〜１００容積％の酸素ガスを含む。
【００２３】
また、好適には、前記ガラス状カーボン中に含まれる気孔率は、０容積％である。
【００２４】
また、好適には、前記ガラス状カーボンは、ドライエッチングで形成された穴状形状の底部に、プレスで押し当てた被成形物が接触しないように穴状形状の深さ及びプレス圧力を制御する。
【００２５】
また、好適には、前記ガラス製マイクロレンズアレイに用いられるガラスは、シリカガラスである。
【００２６】
また、好適には、前記ガラス状カーボン中に含まれるＮａ、Ｋ、Ｃａの合計濃度は、１ｐｐｍ以下である。
【００２７】
また、好適には、前記シリカガラスは、表層５０μｍでのＡｌを除く金属汚染濃度の合計が１０ｐｐｍ以下である。
【００２８】
また、本発明に係るガラス製マイクロレンズアレイは、ガラス状カーボン製成形型を用いた高温プレス成形法により成形されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係るガラス製マイクロレンズアレイの製造方法によれば、耐久性、透光性に優れたガラス製マイクロレンズアレイを安価に大量生産できるガラス製マイクロレンズアレイの製造方法を提供することができる。
【００３０】
また、本発明に係るガラス製マイクロレンズアレイによれば、安価で耐久性、透光性に優れたガラス製マイクロレンズアレイを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明に係るガラス製マイクロレンズアレイの製造方法の一実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００３２】
最初に、本発明に係るガラス製マイクロレンズアレイの製造（転写）に用いられる際に、マスターとなる成形型の作製方法を説明する。
【００３３】
図１はマスターとなる成形型の作製フロー図である。
【００３４】
図１に示すように、まず、基材となる平板状のガラス状カーボン材２の表面を鏡面加工し、酸洗浄、有機洗浄等で十分に洗浄を行う（Ｓ１）。
【００３５】
ガラス状カーボン材は形状加工性や均一なエッチング性を考慮して気孔率が０％であることが好ましい。ガラス製マイクロレンズアレイの基材にシリカガラスを用いる場合には、プレス温度が１３００℃以上の高温を必要とすることから、不純物による失透（シリカガラスの結晶化）の発生を抑える必要があり、そのためガラス状カーボンに含まれる不純物濃度は低く抑え、少なくともＮａ、Ｋ、Ｃａの合計濃度が１ｐｐｍ以下であることが好ましい。また、その他の不純物もシリカガラスとカーボンの反応を促進する効果があるので、洗浄を十分に行う必要があり、シリカガラスの表層５０μｍでのＡｌを除く金属汚染濃度の合計濃度が１０ｐｐｍ以下であること、かつガラス状カーボンの灰分が２ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００３６】
次に真空蒸着法でＡｌ３を加工表面に蒸着する（Ｓ２）。
【００３７】
マスク材としてのＡｌは基材への密着性が高く、加工性がよいため微細なパターン作製に適しており、かつ安価で経済的であることから好適であるが、マスク材はこれに限定されるものではない。
【００３８】
さらにＡｌ３表面上にフォトレジスト材４を塗布する（Ｓ３）。
【００３９】
そしてマイクロレンズとなる部分のＡｌをエッチングできるようにマスク５と投影レンズ６を用いてレジストパターンを露光（Ｓ４）し、現像してマスクされていないフォトレジスト材４を溶かし（Ｓ５）、フォトレジスト材４でマスクされていないＡｌ部分を酸でウエットエッチングする（Ｓ６）。
【００４０】
上記工程の詳細な条件は通常の半導体のＩＣ製造工程でのＡｌ配線パターン形成工程に準ずる。
【００４１】
フォトレジスト材４を剥離する（Ｓ７）。
【００４２】
有機物除去洗浄する（Ｓ８）。
【００４３】
表面に有機物汚染５が残存すると、後工程のドライエッチングの際にエッチングむらを生じ、エッチング深さに著しいバラツキを生じるため、洗浄用有機溶剤を用いて十分に洗浄し、その後十分に純水リンスする。洗浄液としてはアセトン、イソプロピルアルコールや市販の有機物除去用有機洗浄剤を用いることができるが、パーティクル除去効果も期待できる界面活性剤を含むものがより好適である。洗浄の際に超音波を併用すると効果的であるが、Ａｌマスクの剥離につながるので出力等に注意が必要である。また、この時Ａｌを侵すような酸・アルカリ洗浄は用いることはできないが、マスクにＡｌを用いない場合（例えばＡｕ、Ｃｒ、Ｐｔ使用）は、この限りではない。
【００４４】
本有機物除去洗浄工程は、ドライエッチングで加工する前処理として、成形型となるガラス状カーボン表面の有機物汚染を完全に除去することでエッチング深さの均一性を高め、これを成形型として高温下でのガラスのプレスを行う際、穴形状とプレス圧力を制御して被成形体が穴の表面のエッチング面に接触しないようにすることが可能になる。
【００４５】
さらにドライエッチングによってＡｌでマスクされている部分以外のガラス状カーボンをエッチングして、穴６を形成する（Ｓ９）。
【００４６】
このエッチングは等方性の強い方法が好ましく、好適なのは誘導結合プラズマエッチング（ＩＰＣ）法、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法、ケミカルドライエッチング（ＣＤＥ）法のいずれかである。ドライエッチングに用いる反応ガスはＯ２を１０〜１００容積％含むことが好ましい。ドライエッチングによりガラス状カーボンを効率良く高精度に加工できる。
【００４７】
最後に残存したＡｌマスクを酸エッチングで除去し、十分に洗浄してガラス状カーボン製成形型１を得る（Ｓ１０）。
【００４８】
次に上記成形型を用いた本ガラス製マイクロレンズアレイの製造方法（転写成形）について説明する。
【００４９】
図２は本発明に係るガラス製マイクロレンズアレイの製造フロー図である。
【００５０】
プレス２１の下パンチ２２にガラス状カーボン製成形型１を固定し、さらにその上へ被転写物であるシリカガラス基材例えば平板状の基板１２を設置する（Ｓ１１）。
【００５１】
しかる後、加熱装置２３による加熱を開始し、所定温度に至ったのを確認した後、上パンチ２４を降下させてシリカガラス基板１２を成形型１に押し当て、穴６形状を転写成形して（Ｓ１２）、多数のマイクロレンズ１３が形成されたガラス製マイクロレンズアレイ１１を得る（Ｓ１３）。
【００５２】
上記Ｓ１２において、成形型形状（穴の深さ）に合わせてプレス条件を調節し、穴６の表面のエッチング面に被成形体が接触しないようにすることが最も重要であり、このようにするのが好ましい。これにより、エッチングで成形型の表面が非常に荒れ、エッチングむらが生じていても、ガラス製マイクロレンズアレイの加工面に影響を受けることがなく、安価で高性能なガラス製マイクロレンズアレイの製造が可能となる。
【００５３】
ガラス材として、シリカガラスは、高温に強く、熱膨張係数が極端に小さいため、高精度を要するガラス製マイクロレンズアレイにとって非常に有用である。
【００５４】
上記加熱装置２３には金属や炭素の抵抗体による抵抗加熱装置、ランプ加熱装置、誘導加熱装置のいずれの装置を用いてもよいが、生産性の点からランプ加熱装置を用いるのが好ましい。
【００５５】
プレスの雰囲気は、不活性雰囲気、温度はガラスの粘度が９．５〜８．５ポイズとなる温度が必要であり、転写性と成形型との反応を考えると８．８〜９．２ポイズ程度が好ましい。
【００５６】
上記本発明に係るガラス製マイクロレンズアレイの製造方法によれば、ガラス状カーボン材の加工にドライエッチングを用い、高精度、高密度の微細加工技術を利用して作製した成形型を用いることにより、耐久性、透光性に優れたガラス製マイクロレンズアレイを低コストかつ低環境負荷で製造することができる。
【００５７】
上記のような成形型を用いた本発明に係るガラス製マイクロレンズアレイの転写成形方法により製造されたガラス製マイクロレンズアレイ１１は、図３および図４に示すように、正方形のシリカガラス基板１２と、このシリカガラス基板１２の表面１２ａに多数配列して設けられたマイクロレンズ１３を有している。シリカガラス基板１２の厚さは、例えば、数十μｍ〜数ｍｍ、マイクロレンズ３の高さは数μｍ〜数百μｍである。
【００５８】
本発明に係るガラス製マイクロレンズアレイによれば、耐久性、透光性に優れ安価なガラス製マイクロレンズアレイが実現される。
【実施例】
【００５９】
試験１：  ダイヤモンド砥粒を用いて片面を鏡面研磨加工したガラス状カーボンの表面に、マスクにはＡｌを用い、□７μｍ、深さ４μｍの穴を１２μｍピッチで加工し、ガラス製マイクロレンズアレイの成形型とした。成形型作製時、ドライエッチング前洗浄には洗浄剤（花王株式会社製クリンスルーＬＣ８４１）を用い、ドライエッチングにはＩＣＰエッチャーを用いた。エッチングガスは酸素１００容量％を用いた。
【００６０】
この成形型を１４５０℃の不活性雰囲気下で鏡面加工したシリカガラス板の表面に１ｋＮ／ｃｍ２の圧力で、穴の表面のエッチング面に被成形体が接触しないようにして押し当てた。
【００６１】
その結果、高さ３．５μｍの凸状レンズ形状を得た。
【００６２】
試験２：  穴の大きさが□９μｍである以外は、試験１と同様である成形型を作製し、圧力を０．５ｋＮ／ｃｍ２とする以外は、試験１と同様にして、シリカガラス板の表面に穴の表面のエッチング面に被成形体が接触しないようにして押し当てた。
【００６３】
その結果、高さ３．５μｍの凸状レンズ形状を得た。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係るガラス製マイクロレンズアレイに用いられる成形型の作製フロー図。
【図２】本発明に係るガラス製マイクロレンズアレイの製造フロー図。
【図３】本発明に係るガラス製マイクロレンズアレイの平面図。
【図４】本発明に係るガラス製マイクロレンズアレイの側面図。
【符号の説明】
【００６５】
１  ガラス状カーボン製成形型
１１  ガラス製マイクロレンズアレイ
１２  シリカガラス基板
１３  マイクロレンズ
２１  プレス
２２  下パンチ
２３  加熱装置
２４  上パンチ
【図１】
2006111491.tif 000003
【図２】
2006111491.tif 000004
【図３】
2006111491.tif 000005
【図４】
2006111491.tif 000006