(57)【要約】【課題】  レジストを塗布してから露光するまでの時間が変動しても、目的とする形状からの誤差が小さいマイクロレンズの製造方法を提供する。【解決手段】  ２枚以上のグレースケールマスクを用いて、順次各グレースケールマスクのパターンを光学基材上に設けたレジストに転写し、前記レジストを現像することによりマイクロレンズを製造する工程を有するマイクロレンズの製造方法においては、レジストを塗布してから露光までに経過した時間に応じて、レジストの感度特性が変化する。これに対し、各グレースケールマスクを用いた露光時間を、前記レジストを塗布してから前記レジストを露光するまでに経過した時間に応じて変化させる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚以上のグレースケールマスクを用いて、順次各グレースケールマスクのパターンを光学基材上に設けたレジストに転写し、前記レジストを現像することによりマイクロレンズを製造する工程を有するマイクロレンズの製造方法であって、前記グレースケールマスクのうち少なくとも１枚のマスクを用いた露光時間を、前記レジストの感度特性の変化に応じて変化させることを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
【請求項２】
２枚以上のグレースケールマスクを用いて、順次グレースケールマスクパターンを光学基材上に設けたレジストに転写し、前記レジストを現像した後、残存する前記レジストと前記光学基材をエッチングすることにより、前記グレースケールマスクに対応する前記レジストのパターンを前記光学基材に転写してマイクロレンズを製造する工程を有するマイクロレンズの製造方法であって、前記グレースケールマスクのうち少なくとも１枚のマスクを用いた露光時間を、前記レジストの感度特性の変化に応じて変化させることを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
【請求項３】
２枚以上のグレースケールマスクを用いて、順次グレースケールマスクパターンを基材上に設けたレジストに転写し、前記レジストを現像することによりマイクロレンズ用の型を形成し、当該型を使用してマイクロレンズを製造する工程を有するマイクロレンズの製造方法であって、前記グレースケールマスクのうち少なくとも１枚のマスクを用いた露光時間を、前記レジストの感度特性の変化に応じて変化させることを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
【請求項４】
２枚以上のグレースケールマスクを用いて、順次グレースケールマスクパターンを基材上に設けたレジストに転写し、前記レジストを現像した後、残存する前記レジストと前記基材をエッチングすることにより、前記グレースケールマスクに対応する前記レジストのパターンを前記基材に転写してマイクロレンズ用の型を形成し、当該型を使用してマイクロレンズを製造する工程を有するマイクロレンズの製造方法であって、前記グレースケールマスクのうち少なくとも１枚のマスクを用いた露光時間を、前記レジストの感度特性の変化に応じて変化させることを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
【請求項５】
２枚以上のグレースケールマスクを用いて、順次グレースケールマスクパターンを基材上に設けたレジストに転写し、前記レジストを現像することによりマイクロレンズ用の型母材を形成し、当該型母材から型を形成し、当該型を使用してマイクロレンズを製造する工程を有するマイクロレンズの製造方法であって、前記グレースケールマスクのうち少なくとも１枚のマスクを用いた露光時間を、前記レジストの感度特性の変化に応じて変化させることを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
【請求項６】
２枚以上のグレースケールマスクを用いて、順次グレースケールマスクパターンを基材上に設けたレジストに転写し、前記レジストを現像した後、残存する前記レジストと前記基材をエッチングすることにより、前記グレースケールマスクに対応する前記レジストのパターンを前記基材に転写してマイクロレンズ用の型母材を形成し、当該型母材から型を形成し、当該型を使用してマイクロレンズを製造する工程を有するマイクロレンズの製造方法であって、前記グレースケールマスクのうち少なくとも１枚のマスクを用いた露光時間を、前記レジストの感度特性の変化に応じて変化させることを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のマイクロレンズの製造方法であって、前記レジストの感度特性の変化に応じて前記マスクを用いた露光時聞を変化させる際、前記レジストを塗布してから前記レジストを露光するまでに経過した時間に基づいて、前記マスクを用いたの露光時間を変化させることを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のマイクロレンズの製造方法であって、前記露光時間を変化させて使用するグレースケールマスクは、全てのグレースケールマスクであることを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
【請求項９】
請求項１から請求項８のうちいずれか１項に記載のマイクロレンズの製造方法であって、各グレースケールマスクのうち、少なくとも１枚はマイクロレンズの形状を粗く決定するためのグレースケールパターンを有し、少なくとも１枚は、粗く決定されたマイクロレンズの形状を微調整するためのグレースケールパターンを有するものであることを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
【請求項１０】
詰求項１から請求項８のいずれか１項に記載のマイクロレンズの製造方法であって、前記各グレースケールマスクのうち、少なくとも１枚は、前記マイクロレンズの形状を決定するためのグレースケールパターンを有し、少なくとも１枚は、マイクロレンズの高さに対して所定の条件を満たす位置にのみ、前記レジストの感度特性の変化に応じて決定されたグレースケールパターンを有することを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のうちいずれか１項に記載のマイクロレンズの製造方法であって、前記露光時間を変化させて使用するグレースケールマスクを用いた露光時間は、前記グレースケールマスクを用いた露光時間を変化させ、最適な形状が得られる露光時間の組み合わせを採用することによって決定されたものであることを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のうちいずれか１項に記載のマイクロレンズの製造方法であって、製造されるマイクロレンズのsag量が５μｍ以上であることを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
【請求項１３】
２枚以上のグレースケールマスクを用いて、順次グレースケールマスクパターンを基材上に設けたレジストに転写し、前記レジストを現像することによりマイクロレンズ用の型（型母材を含む）を形成する方法であって、前記グレースケールマスクのうち少なくとも１枚のマスクを用いた露光時間を、前記レジストの感度特性の変化に応じて変化させることを特徴とするマイクロレンズ用の型の製造方法。
【請求項１４】
２枚以上のグレースケールマスクを用いて、順次グレースケールマスクパターンを基材上に設けたレジストに転写し、前記レジストを現像した後、残存する前記レジストと前記基材をエッチングすることにより、前記グレースケールマスクに対応する前記レジストのパターンを前記基材に転写してマイクロレンズ用の型（型母材を含む）を製造する方法であって、前記グレースケールマスクのうち少なくとも１枚のマスクを用いた露光時間を、前記レジストの感度特性の変化に応じて変化させることを特徴とするマイクロレンズ用の型の製造方法。
【請求項１５】
請求項１３又は請求項１４に記載のマイクロレンズ用の型の製造方法であって、前記レジストの感度特性の変化に応じて前記マスクの露光時間を変化させる際、前記レジストを塗布してから前記レジストを露光するまでに経過した時間に基づいて、前記マスクの露光時間を変化させることを特徴とするマイクロレンズ用の型の製造方法。
【請求項１６】
請求項１３から請求項１５のうち、いずれか１項に記載のマイクロレンズ用の型の製造方法であって、前記露光時間を変化させて使用する前記グレースケールマスクは、全てのグレースケールマスクであることを特徴とするマイクロレンズ用の型の製造方法。
【請求項１７】
請求項１３から請求項１６のうちいずれか１項に記載のマイクロレンズ用の型の製造方法であって、各グレースケールマスクのうち、少なくとも１枚はマイクロレンズの形状を粗く決定するためのグレースケールパターンを有し、少なくとも１枚は、粗く決定されたマイクロレンズの形状を微調整するためのグレースケールパターンを有するものであることを特徴とするマイクロレンズ用の型の製造方法。
【請求項１８】
請求項１３から請求項１７のうち、いずれか１項に記載のマイクロレンズ用の型の製造方法であって、前記各グレースケールマスクのうち．少なくとも１枚は、前記マイクロレンズの形状を決定するためのグレースケールパターンを有し、少なくとも１枚は、マイクロレンズの頂部からの高さに対して所定の条件を満たす位置にのみ、前記レジスト感度特性の変化に応じて決定されたグレースケールパターンを有することを特徴とするマイクロレンズ用の型の製造方法。
【請求項１９】
請求項１３から請求項１８のうちいずれか１項に記載のマイクロレンズ用の型の製造方法であって、前記露光時間を変えて使用するグレースケールマスクを用いた露光時間は、所定単位の経過時間毎に、前記各グレースケールを用いた露光時間を変化させ、最適な形状が得られる露光時間の組み合わせを採用することによって決定されたものであることを特徴とするマイクロレンズ用の型の製造方法。
【請求項２０】
請求項１３から請求項１９のうちいずれか１項に記載のマイクロレンズ用の型の製造方法であって、製造されるマイクロレンズの型のsag量が５μｍ以上であることを特徴とするマイクロレンズ用の型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロレンズ（本明細書、特許請求の範囲においてマイクロレンズには、マイクロレンズアレイを含むものとする）の製造方法、及びマイクロレンズ用の型の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロレンズは、ディジタルカメラ、光通信、ＭＥＭＳ分野を中心に実用化され、益々使用範囲が拡大している。従来、このようなマイクロレンズの製造方法として、特開平９−００８２６６号公報（特許文献１）に開示されているような、光リソグラフィを使用した方法が知られている。
【０００３】
これらの方法においては、通常のフォトマスクをもちい、マスクにレンズに対応するパターンを形成し、光学基材表面に形成されたレジストを感光させて現像することにより、レジストの立体矩形パターンを製作する。そして、このレジストの立体矩形パターンを熱フローによりレンズ（曲面）形状に変形させることによりマイクロレンズを形成するものである。さらに、必要に応じ、このレンズ形状となったレジストを光学基材と共にエッチングすることにより、レンズ形状のレジストのパターンを光学基材に転写し、光学基材からなるマイクロレンズを形成している。
【０００４】
近年、これとは全く別の原理に基づくマイクロレンズの製造方法が開発され、特表平８−５０４５１５号公報（特許文献２）に開示されている。これは、グレースケールマスク（アナログ的とみなせる光透過率の変化を有するマスク）を使用して光学基材の表面に形成されたレジストを感光させ、レジストを現像することによって、グレースケールに応じた形状の、立体的なレジストパターンを形成し、それをマイクロレンズとするか、あるいは前述のように、さらにレンズ形状となったレジストを光学基材と共にエッチングすることにより、レンズ形状のレジストのパターンを光学基材に転写し、光学基材からなるマイクロレンズを形成するものである。
【０００５】
グレースケールマスクには、大別すると、以下の三つの種類がある。
(1) マスク素材に直接濃淡をつけて透過率分布を形成したグレースケールマスク(2) マスク基材の上に光吸収膜をつけ、その膜厚を制御することにより透過率分布を形成したグレースケールマスク(3) 通常のクロム膜のついたマスク基板上に開口を設け、この開口の寸法あるいは分布密度を制御することにより透過率分布を形成したグレースケールマスク  上記（１）〜（３）のグレースケールマスクのなかで、比較的製作が容易な（３）のグレースケールマスクを用いてマイクロレンズを製作することが近年盛んになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献１に記載されるような方法においては、マイクロレンズの形状はレジストのリフローによって決定されるので、非球面レンズ、非軸対称マイクロレンズを形成することができず、かつ、高精度のマイクロレンズを形成するのが困難であるという問題点がある。
【０００７】
特許文献２に記載される方法は、グレースケールのパターンを変化させることにより、種々の形状を有するマイクロレンズを、ある程度正確に形成することはできるが、前記（３）の方法を使用して、より高精度にマイクロレンズを形成する場合には、以下のような問題点がある。
【０００８】
すなわち、グレースケールマスクに設ける開口の大きさは、使用する露光機の解像限界以下の大きさにする必要がある。露光機の解像限界以上の大きさでは、露光転写されるパターンがぼけず、開口の形状がそのままレジストに形成されてしまうからである。
【０００９】
マイクロレンズの精度を考えると、使用する露光機はステッパーとなる。光源に水銀ランプから放射されるｇ線のスペクトルの光を使用した投影露光機であるｇ線ステッパーを使用してマイクロレンズを製作する場合、その解像度は0.8μｍ程度であるので、縮小率が１／５倍のｇ線ステッパーでは、使用するグレースケールマスクの開口の大きさは４μｍ以下となる。
【００１０】
前記（３）の方法に使用されるマスクは２種類に大別できる。一つは、開口の大きさで透過率を制御するマスク（グレースケールマスクＡと呼ぶことにする）、もう一つは、開口の大きさを一定にして開口の数（分布密度）で透過率を制御するマスク（グレースケールマスクＢと呼ぶことにする）である。
【００１１】
どちらのマスクも開口面積制御によって透過率制御を行っているので、開口の大きさの制御が重要になる。ここでは、グレースケールマスクＡの開口の大きさの制御を例に述べる。
(1)グレースケールマスクＡを用いて、特許文献２に記載の方法でマイクロレンズを製作する場合、レンズ形状の誤差が問題となる。sag量とは、マイクロレンズ部の高さのことであるが、高精度のマイクロレンズにおいては、レンズ表面部の凹凸誤差（ＰＶ値：微視的に見たときの凸部の先端と凹部の底部との高さの差）がsag量の１％以下であることが必要とされる。従って、sag量が１０μｍ以下のマイクロレンズでは、レンズ形状誤差を100nm以下とする必要がある。
【００１２】
すなわち、グレースケールマスクＡを用いて立体形状を形成するとき、その形状精度がＰＶ値でsag量の１％以下となるようにするためには、レンズ形状に対応する各点の透過率誤差を１％以下にすることが望ましく、最低透過率に応じて許容誤差が小さくなり、もし、最低透過率が２０％となると、その許容誤差は6.3ｎｍ以下になる。マスク製作工程から考えてこのような高精度グレースケールマスクＡを製作することは、非常に困難になる。
【００１３】
そして、sag量１０μｍのマイクロレンズを製作したとき、このような高精度グレースケールマスクＡを用いても、最大で100nm程度の階段状立体形状になってしまう。さらに滑らかな立体形状を得たいときは、開口径の大きさの制御精度はさらに厳しくなり、現実的には形状精度がＰＶ値でsag量の１％の、曲面形状を有するマイクロレンズの製作は非常に困難になる。
【００１４】
前述の（１）、（２）の方法を用いた場合も同様な問題が生じ、いずれにしてもマスクの透過率の要求精度が非常に厳しいものとなり、滑らかな形状を有し、かつ形状精度の高いマイクロレンズを形成することが困難であるという問題点があった。
【００１５】
これに対し、本発明者の同僚は、２枚以上のグレースケールマスクを用いて、順次各グレースケールマスクのパターンを光学基材上に設けたレジストに転写し、前記レジストを現像することによりマイクロレンズを製造する工程を有するマイクロレンズの製造方法であって、前記各グレースケールマスクを用いて露光する露光時間のうち、少なくとも一つのグレースケールマスクにおいて、それを用いて露光する露光時間が、他のグレースケールマスクを用いて露光する露光時間と異なっていることを特徴とするマイクロレンズの製造方法に関する発明を行い、この発明は特願２００３−８２２０７号、特願２００４−８６８１３号として特許出願されている（「先願発明」という）。
【００１６】
この発明の１実施形態として、マイクロレンズの基本的な形状を決定するためのグレースケールマスクと、形状の微調整を行うためのグレースケールマスクを使用し、前者を使用した露光時間を長く、後者を使用した露光時間を短くすることにより、正確な形状を有するマイクロレンズの製造が可能である。
【００１７】
グレースケールマスクを設計する際、レジストの感度特性、製造するマイクロレンズのsag量（マイクロレンズの高さと同じ）及び許容される形状誤差によりグレースケールマスクのパターンと露光時間が決定される。しかし、レジストの感度特性が変化すると、そのグレースケールマスクをあらかじめ決定された条件で使用した場合には、所望の形状が得られない。しかしながら、レジストは経時変化により、塗布後の経過時間ごとに感度が僅かながら変化してしまう。
【００１８】
従って、先願発明の方法を使用したとしても、レジストを塗布してから露光するまでの経過時間が変動すると、目的とする形状のマイクロレンズが得られないことになる。
【００１９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、複数枚のグレースケールマスクを使用してレジストを感光させ、それを現像してマイクロレンズとしたり、マイクロレンズの原型としたりするマイクロレンズの製造方法、マイクロレンズ用の型の製造方法であって、レジストを塗布してから露光するまでの時間が変動しても、目的とする形状からの誤差が小さいマイクロレンズの製造方法、及びマイクロレンズ用の型の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】
【００２０】
前記課題を解決するための第１の手段は、２枚以上のグレースケールマスクを用いて、順次各グレースケールマスクのパターンを光学基材上に設けたレジストに転写し、前記レジストを現像することによりマイクロレンズを製造する工程を有するマイクロレンズの製造方法であって、前記グレースケールマスクのうち少なくとも１枚のマスクを用いた露光時間を、前記レジストの感度特性の変化に応じて変化させることを特徴とするマイクロレンズの製造方法（請求項１）である。
【００２１】
前記課題を解決するための第２の手段は、２枚以上のグレースケールマスクを用いて、順次グレースケールマスクパターンを光学基材上に設けたレジストに転写し、前記レジストを現像した後、残存する前記レジストと前記光学基材をエッチングすることにより、前記グレースケールマスクに対応する前記レジストのパターンを前記光学基材に転写してマイクロレンズを製造する工程を有するマイクロレンズの製造方法であって、前記グレースケールマスクのうち少なくとも１枚のマスクを用いた露光時間を、前記レジストの感度特性の変化に応じて変化させることを特徴とするマイクロレンズの製造方法（請求項２）である。
【００２２】
前記課題を解決するための第３の手段は、２枚以上のグレースケールマスクを用いて、順次グレースケールマスクパターンを基材上に設けたレジストに転写し、前記レジストを現像することによりマイクロレンズ用の型を形成し、当該型を使用してマイクロレンズを製造する工程を有するマイクロレンズの製造方法であって、前記グレースケールマスクのうち少なくとも１枚のマスクを用いた露光時間を、前記レジストの感度特性の変化に応じて変化させることを特徴とするマイクロレンズの製造方法（請求項３）である。
【００２３】
前記課題を解決するための第４の手段は、２枚以上のグレースケールマスクを用いて、順次グレースケールマスクパターンを基材上に設けたレジストに転写し、前記レジストを現像した後、残存する前記レジストと前記基材をエッチングすることにより、前記グレースケールマスクに対応する前記レジストのパターンを前記基材に転写してマイクロレンズ用の型を形成し、当該型を使用してマイクロレンズを製造する工程を有するマイクロレンズの製造方法であって、前記グレースケールマスクのうち少なくとも１枚のマスクを用いた露光時間を、前記レジストの感度特性の変化に応じて変化させることを特徴とするマイクロレンズの製造方法（請求項４）である。
【００２４】
前記課題を解決するための第５の手段は、２枚以上のグレースケールマスクを用いて、順次グレースケールマスクパターンを基材上に設けたレジストに転写し、前記レジストを現像することによりマイクロレンズ用の型母材を形成し、当該型母材から型を形成し、当該型を使用してマイクロレンズを製造する工程を有するマイクロレンズの製造方法であって、前記グレースケールマスクのうち少なくとも１枚のマスクを用いた露光時間を、前記レジストの感度特性の変化に応じて変化させることを特徴とするマイクロレンズの製造方法請求項５）である。
【００２５】
前記課題を解決するための第６の手段は、２枚以上のグレースケールマスクを用いて、順次グレースケールマスクパターンを基材上に設けたレジストに転写し、前記レジストを現像した後、残存する前記レジストと前記基材をエッチングすることにより、前記グレースケールマスクに対応する前記レジストのパターンを前記基材に転写してマイクロレンズ用の型母材を形成し、当該型母材から型を形成し、当該型を使用してマイクロレンズを製造する工程を有するマイクロレンズの製造方法であって、前記グレースケールマスクのうち少なくとも１枚のマスクを用いた露光時間を、前記レジストの感度特性の変化に応じて変化させることを特徴とするマイクロレンズの製造方法（請求項６）である。
【００２６】
これら第１の手段から第６の手段においては、２枚以上のグレースケールマスクを用いて、それぞれのグレースケールマスクにより前記レジストを露光する工程を有しているので、１枚のグレースケールマスクを用いる方法よりフレキシビリティに富んだ露光方法を採用することができ、それにより、形状精度の良いマイクロレンズを製造することができる。そして、グレースケールマスクのうち少なくとも１枚のマスクを用いた露光時間を、レジストの感度特性の変化に応じて変化させているので、レジストを塗布してから露光するまでの経過時間によらず、形状精度の良いマイクロレンズを製造することができる。なお、本明細書及び特許請求の範囲において「光学基材」とは、ガラスや石英等、マイクロレンズが使用される光に対して高い透過率を有する基材を言う。
【００２７】
前記課題を解決するための第７の手段は、前記第１の手段から第６の手段のいずれかであって、前記レジストの感度特性の変化に応じて前記マスクを用いた露光時聞を変化させる際、前記レジストを塗布してから前記レジストを露光するまでに経過した時間に基づいて、前記マスクを用いたの露光時間を変化させることを特徴とするもの（請求項７）である。
【００２８】
本手段においては、レジストの感度特性の変化を、レジスト塗布から露光するまでの時間から推測する。レジストの感度特性を直接測定することは困難である。しかし、レジスト感度の変化は、ほぼ、塗布されてから露光までの時間に応じて決定される。そのことから、マスクを使用した露光時間を、レジストの塗布から露光までの時闇に基づいて変化させることで、レジストの感度が変わった場合でも、所望の形状のマイクロレンズを製造することができる。
【００２９】
前記課題を解決するための第８の手段は、前記第１の手段から第７の手段のいずれかであって、前記露光時間を変化させて使用するグレースケールマスクは、全てのグレースケールマスクであることを特徴とするもの（諸求項８）である。
【００３０】
本手段においては、全てのグレースケールマスクについて、露光時間を変化させて使用するので、許容誤差が非常に小さいマイクロレンズを製造する場合に特に有効である。すなわち、グレースケールマスクのパターンは、レジストの感度特性が所定の基準値であるとして設計されているので、レジストの感度特性が変化すると、全てのグレースケールマスクについて、レジストパターンに与える影響が設計値と異なってくる。本手段においては、全てのグレースケールマスクについて、レジストの感度特性の変化を考慮して露光時間を変化させる操作を行っているので、より高精度に形状を修正することができる。
【００３１】
前記課題を解決するための第９の手段は、前記第１の手段から第８の手段のいずれかであって、各グレースケールマスクのうち、少なくとも１枚はマイクロレンズの形状を粗く決定するためのグレースケールパターンを有し、少なくとも１枚は、粗く決定されたマイクロレンズの形状を微調整するためのグレースケールパターンを有するものであることを特徴とするもの（請求項９）である。
【００３２】
本手段においては、マイクロレンズの形状を粗く決定するためのグレースケールパターンによる露光により、マイクロレンズの形状を粗く決定する。すなわち、このグレースケールパターンによる露光により、レジストの膜べり量を大きくとり、マイクロレンズの粗い形状を決定する。そして、粗く決定されたマイクロレンズの形状を微調整するためのグレースケールパターンによる露光により、粗い形状の誤差を補正するようにして、最終的に精度の良いレジストパターンを形成するようにし、これにより高精度のマイクロレンズを製造する。なお、実際の露光においては、マイクロレンズの形状を粗く決定するためのグレースケールパターンによる露光と、粗く決定されたマイクロレンズの形状を微調整するためのグレースケールパターンによる露光のいずれを先に行ってもよい。レジストに蓄積されるエネルギーに重ね合わせの定理が成り立つからである。このようにして、各グレースケールパターンによる露光を行った後にレジストの現像を行う。
【００３３】
前記課題を解決するための第１０の手段は、前記第１の手段から前記第９の手段のいずれであって、前記各グレースケールマスクのうち、少なくとも１枚は、前記マイクロレンズの形状を決定するためのグレースケールパターンを有し、少なくとも１枚は、マイクロレンズの高さに対して所定の条件を満たす位置にのみ、前記レジストの感度特性の変化に応じて決定されたグレースケールパターンを有することを特徴とするもの（請求項１０）である。
【００３４】
本手段においては、マイクロレンズの形状を決定するためのグレースケールパターンによる露光により、マイクロレンズのおおよその形状を決定する。しかしながら、レジストの感度特性の変化はレジストの厚さ方向に対しては同じではない。そのため、レジスト感度が変化した後は、露光量を変えるなどしても、１枚のグレースケールマスクでは所望のレンズ形状を得ることができないことがある。しかし、マイクロレンズの形状を決定するためのパターンを有したマスクでの露光時において、露光量を変えることで、マイクロレンズの一部の形状については、所望の形状にすることができる。
【００３５】
そこで、マイクロレンズの形状を決定するためのパターンを有するマスクで所望の形状となるために必要な露光量分布を与えることができなかった部分に、所定の露光量分布となるような露光量を与えるためのマスクパターンを有するグレースケールマスクをもう１枚用意する。そして、この少なくとも２種類のマスクを用いて、それぞれ前記第８の手段と同様に、各々別々に露光をすることで、所望の形状のマイクロレンズを得ることができる。なお、その原理は前記第８の手段で説明したものと同じである。
【００３６】
前記課題を解決するための第１１の手段は、前記第１の手段から第１０の手段のいずれかであって、前記露光時間を変化させて使用するグレースケールマスクを用いた露光時間は、前記グレースケールマスクを用いた露光時間を変化させ、最適な形状が得られる露光時間の組み合わせを採用することによって決定されたものであることを特徴とするもの（請求項１１）である。
【００３７】
本手段においては、例えばレジストを塗布してから露光までの時間を変えて、それぞれの時間が経過したレジストを使用して、露光時間を変化させて使用するグレースケールを用いた露光時間を所定ピッチで変化させて、その組み合わせ毎に、実際に得られたマイクロレンズの形状と、目標とする形状の差（形状誤差）を求め、もっとも形状誤差の少ない組み合わせを採用して、その露光時間で各グレースケールマスクを使用して露光を行う。これにより、形状誤差を小さくすることができる。
【００３８】
前記課題を解決するための第１２の手段は、前記第１の手段から第１１の手段のいずれかであって、製造されるマイクロレンズのsag量が５μｍ以上であることを特徴とするもの（請求項１１）である。
【００３９】
レジストを塗布してから露光するまでの時間経過による感度特性の影響は、製造されるマイクロレンズのsag量が大きくなるほど問題となり、特にsag量が５μｍ以上となると問題が発生しやすい。よって、前記第１の手段から第１１の手段は、sag量が５μｍ以上のときに特に有効である。
【００４０】
前記課題を解決するための第１３の手段は、２枚以上のグレースケールマスクを用いて、順次グレースケールマスクパターンを基材上に設けたレジストに転写し、前記レジストを現像することによりマイクロレンズ用の型（型母材を含む）を形成する方法であって、前記グレースケールマスクのうち少なくとも１枚のマスクを用いた露光時間を、前記レジストの感度特性の変化に応じて変化させることを特徴とするマイクロレンズ用の型の製造方法（請求項１３）である。
【００４１】
本手段は、前記第３の手段に用いられる型、又は前記第５の手段に用いられる型母材の製造方法である。
【００４２】
前記課題を解決するための第１４の手段は、２枚以上のグレースケールマスクを用いて、順次グレースケールマスクパターンを基材上に設けたレジストに転写し、前記レジストを現像した後、残存する前記レジストと前記基材をエッチングすることにより、前記グレースケールマスクに対応する前記レジストのパターンを前記基材に転写してマイクロレンズ用の型（型母材を含む）を製造する方法であって、前記グレースケールマスクのうち少なくとも１枚のマスクを用いた露光時間を、前記レジストの感度特性の変化に応じて変化させることを特徴とするマイクロレンズ用の型の製造方法（請求項１４）である。
【００４３】
本手段は、前記第４の手段に用いられる型、又は前記第６の手段に用いられる型母材の製造方法である。
【００４４】
これら、第１３の手段、第１４の手段は、前記第１の手段から第６の手段の説明において説明したのと同じ作用効果を奏する。
【００４５】
前記課題を解決するために第１５の手段は、前記第１３の手段又は第１４の手段であって、前記レジストの感度特性の変化に応じて前記マスクの露光時間を変化させる際、前記レンジストを塗布してから前記レジストを露光するまでに経過した時間に基づいて、前記マスクの露光時間を変化させることを特徴とするもの（請求項１５）である。
【００４６】
本手段は、前記第７の手段の説明において説明したのと同じ作用効果を奏する。
【００４７】
前記課題を解決するために第１６の手段は、前記第１３の手段から第１５の手段のいずれかであって、前記露光時間を変化させて使用する前記グレースケールマスクは、全てのグレースケールマスクであることを特徴とするもの（請求項１６）である。
【００４８】
本手段は、前記第８の手段の説明において説明したのと同じ作用効果を奏する。
【００４９】
前記課題を解決するための第１７の手段は、前記第１３の手段から第１６の手段のいずれかであって、各グレースケールマスクのうち、少なくとも１枚はマイクロレンズの形状を粗く決定するためのグレースケールパターンを有し、少なくとも１枚は、粗く決定されたマイクロレンズの形状を微調整するためのグレースケールパターンを有するものであることを特徴とするもの（請求項１７）である。
【００５０】
本手段は、前記第９の手段の説明において説明したのと同じ作用効果を奏する。
【００５１】
前記課題を解決するために１８の手段は、第１３から第１７の手段のいずれかであって、前記各グレースケールマスクのうち．少なくとも１枚は、前記マイクロレンズの形状を決定するためのグレースケールパターンを有し、少なくとも１枚は、マイクロレンズの頂部からの高さに対して所定の条件を満たす位置にのみ、前記レジスト感度特性の変化に応じて決定されたグレースケールパターンを有することを特徴とするもの（請求項１８）である。
【００５２】
本手段は、前記第１０の手段の説明において説明したのと同じ作用効果を奏する。
【００５３】
前記課題を解決するための第１９の手段は、前記第１３の手段から第１８の手段のいずれかであって、前記各グレースケールマスクを用いた露光時間は、所定単位の経過時間毎に、前記各グレースケールを用いた露光時間を所定ピッチで変化させ、最適な形状が得られる露光時間の組み合わせを採用することによって決定されたものであることを特徴とするもの（請求項１９）である。
【００５４】
本手段は、前記第１１の手段の説明において説明したのと同じ作用効果を奏する。
【００５５】
前記課題を解決するための第２０の手段は、前記第１３の手段から第１９の手段のいずれかであって製造されるマイクロレンズの型のsag量が５μｍ以上であることを特徴とするもの（請求項２０）である。
【００５６】
本手段は、前記第１２の手段の説明において説明したのと同じ作用効果を奏する。
【発明の効果】
【００５７】
本発明によれば、複数枚のグレースケールマスクを使用してレジストを感光させ、それを現像してマイクロレンズとしたり、マイクロレンズの原型としたりするマイクロレンズの製造方法、マイクロレンズ用の型の製造方法であって、レジストを塗布してから露光するまでの時間が変動しても、目的とする形状からの誤差が小さいマイクロレンズの製造方法、及びマイクロレンズ用の型の製造方法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】
【００５８】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明するが、まず初めに、先願発明により開示された、マイクロレンズ、マイクロレンズ用型、型母材の製造方法の概要を、図１を用いて説明する。
【００５９】
まず、石英やガラスで形成された基板（光学基材）の上にレジスト２を塗布する（ａ）。そして、粗調整用グレースケールマスク３を用いてレジスト２を感光させ、レジスト２を現像した場合に、所定のマイクロレンズアレイが得られるようにする（ｂ）。この露光は比較的長時間行い、これによりマイクロレンズアレイの形状が大まかに決定されるようになる。
【００６０】
次に、精密調整用グレースケールマスク４を用いて、レジスト２を感光させ、前記粗調整用グレースケールマスク３を用いた感光で得られるマイクロレンズアレイの形状を、調整するようにする（ｃ）。精密調整用グレースケールマスク４のパターンは、まず、粗調整用グレースケールマスク３のみの露光によって得られたマイクロレンズアレイの形状を測定し、その結果に基づいて、目的とする形状との差を補正するようなパターンとなるように決定する。この工程が先願発明の特徴部分である。
【００６１】
次に、露光されたレジスト２を現像すると、レジスト２がマイクロレンズアレイのパターンに形成される（ｄ）。これを、レジスト２に光学特性を持たせたマイクロレンズアレイとして使用することができる。
【００６２】
又、このようにして得られたレジスト２と基板１をドライエッチングしてレジスト２を除去すると、レジスト２のパターンが基板１に転写され、表面にマイクロレンズアレイの形状を有する基板１が得られる（ｅ）。このとき、基板１とレジスト２のエッチングレートの違いにより、レジスト２のパターン形状と基板１の表面のパターン形状は等しくならないが、基板１の表面に目的とするパターン形状が得られるように、レジスト２のパターン形状を決定しておく。以上の工程により、基板１の表面にレンズ形状が形成されたマイクロレンズアレイが完成する。
【００６３】
以上のようにして得られた（ｄ）の形状を有するもの、又は（ｅ）の形状を有するものを、マイクロレンズアレイとして使用せず、マイクロレンズアレイ用の型、又は母型材として使用することもできる。その工程を図２に示す。図２に示す例においては、図１（ｅ）に示された、表面にマイクロレンズアレイ形状が形成された基板１を型又は母型材として使用している。
【００６４】
図２において、このような型５の上に、ディスペンサ等により紫外線硬化型樹脂６を載置し、石英基板等からなる定盤７により上から圧力をかけて成型する。そして、定盤７を介して紫外線を照射し、紫外線硬化型樹脂６を硬化させる（ａ）。その上で、型５と定盤７から紫外線硬化型樹脂６を剥離すると、マイクロレンズアレイ８が完成する（ｂ）。このようにして、一つの型５から、多数の樹脂製マイクロレンズを製造することができる。
【００６５】
型５を母型材として使用する場合には、硬化した紫外線硬化型樹脂６が型となる。石英等からなる定盤１１の上に、ディスペンサ等により紫外線硬化型樹脂１０を載置し、硬化した紫外線硬化型樹脂６からなる型９により上から圧力をかけて成型する。そして、定盤１１を介して紫外線を照射し、紫外線硬化型樹脂１０を硬化させる（ｃ）。その上で、型９と定盤１１から紫外線硬化型樹脂１０を剥離すると、マイクロレンズアレイ１２が完成する（ｄ）。
【００６６】
このような目的に使用される粗調整用グレースケールマスク３、精密調整用グレースケールマスク４のグレースケールパターンと、各グレースケールマスクを使用する際の標準露光時間は、図１（ｄ）において形成すべき現像後のレジストの形状、レジストの種類、レジスト塗布厚さが決まれば決まってしまう。ところが、前述のように、レジストの経時変化により、レジストの塗布から露光までの時間によりレジストの感度特性が変化するので、この変化に応じて何らかの修正が必要であるが、グレースケールマスクのパターンで修正しようとすると、グレースケールマスクの数が非常に多くなる。よって、本発明においては、使用されるグレースケールマスクのうち少なくとも１枚のマスクを使用する際の露光時間により修正を行うようにしている。
【００６７】
グレースケールマスクは、前述のように、レジストの感度特性、マイクロレンズのsag量及び許容される誤差量により、グレースケールパターンと露光量が決定されている。しかし、レジストの感度特性の変化に応じて、露光量を増減させることで、グレースケールマスクのパターンを修正しなくともレジストの感度特性の変化を相殺することが可能となる。
【００６８】
なお、使用するグレースケールマスク全てについて、使用時の露光時間を変化させることが好ましい。最も長い露光時間が設定されたグレースケールマスクの使用時が形状精度に対し大きな影響を与えるが、露光時間が比較的短いものであっても、形状精度に対しある程度の影響を与える。そこで、形状精度の高いマイクロレンズを得るためには、全てのグレースケールマスクの使用に際して、レジストの感度特性の変化に応じて露光量を変化させることが好ましい。その際には、以下に述ぺるように、各グレースケールマスクについて、幾つかの露光時聞を設定し、その中で、製造されるマイクロレンズの形状誤差が少くなる露光時間の組み合わせを採用すること好ましい。
【００６９】
則ち、目的とするレジストの種類と形状が決まると、レジスト塗布厚さが決まり、これに合わせて各グレースケールマスクパターンが決まる。そこで、例えば、レジスト塗布直後、１日経過後、２日経過後、……、ｉ日経過後（ｉは最大でも１０程度である）のレジストについて、粗調整用グレースケールマスク３での露光時間をｍ段階、微調整用グレースケールマスクでの露光時間をｎ段階に変えて、ｍ×ｎだけの組み合わせを作って、各組み合わせで実際の露光を行い、最も目的とする形状に近い形状が得られる組み合わせを採用する。最も目的とする形状に近い形状であるかどうかは、例えば半径方向の各位置についてsag量の誤差を求め、その２乗和が最低のものを、最も目的とする形状に近い形状であるとしてもよいし、sag量の誤差の絶対値が最小なものを最も目的とする形状に近い形状であるとしてもよい。
【００７０】
このようにして、経過時間毎の最良の露光時間の組み合わせが、一度実験により決定されれば、後は、それに従って露光を行うようにすればよい。
【００７１】
ところで、レジストの膜厚が厚くなると以下に示す現象が発生する。図５に、１枚のグレースケールマスクを使用し、塗布後の経過日数に合わせてマイクロレンズの中央部が目的の形状となるように露光時間を調整した場合の、形状誤差を示す。図５において横軸はマイクロレンズの中心を原点とした半径方向の距離、縦軸は形状誤差を示し、形状誤差は、sag量が目標値より小さい側をプラスとしている。
【００７２】
実線は塗布後ｎ１日、一点鎖線は塗布後ｎ２日、破線は塗布後ｎ３日（ｎ１＜ｎ２＜ｎ３）経過したレジストを使用したものである。このように、マイクロレンズの中央部（領域Ａ）が目的の形状になるように露光時間を合わせると、マイクロレンズの周縁部で形状誤差が大きくなり、その誤差量は、塗布後の経過時間ごとに異なることが分かる。
【００７３】
このように既存のグレースケールマスクにおける露光時間を変更するだけでは、誤差を十分解消できない場合がある。そこで、露光時間の変化で対応できない部分のみに、グレースケールパターンを有する部分修正マスクを使用することが好ましい。なお、図５に示すような誤差形状を生ずる場合は、領域Ａよりも外側に部分修正のためのグレースケールパターンを有する部分修正マスクを用意する。この領域Ａの外側は、領域Ａに該当する位置におけるレンズ高さよりも低い部分となっている。したがって、この場合は、領域Ａに該当する位置より低い部分に該当する位置にグレースケールパターンが付与された部分修正マスクを使用する。
【００７４】
反対に既存のグレースケールマスクにおける露光時間の変更を、領域Ａの外側の形状が所望の形状となるように設定した場合、領域Ａに該当する部分の誤差が大きくなる。よって、その際には、領域Ａに該当する位置にグレースケールパターンを有する部分修正マスクを用いることが好ましい。
【００７５】
なお、このようにして製作された部分修正マスクを使用する場合には、レジストの塗布後の経過時間ごとに、最適露光量を決定する必要がある。それため、前述したように、グレースケールマスクでの露光時間と部分修正マスクの露光時間を何段階に変えて、各組み合わせで実際の露光を行い、最も目的とする形状に近い形状が得られる露光時間の組み合わせを採用する。この露光時間の決定は、各製造ロット毎に行うことが好ましい。
【００７６】
その理由は、異なるロットによってはレジストの感度特性の変化の程度が異なることがあるためである。このように、この部分修正マスクは、一枚で十分な形状精度を有するマイクロレンズを製造する際にも、レジストの感度特性の変化による形状誤差を解消するために、有益なマスクである。また、先に述ぺたような粗調整用グレースケールマスク３、精密調整用グレースケールマスク４を用いたマイクロレンズ製造に、更に部分修正マスクを用いた露光工程を増やしてもよい。
【実施例】
【００７７】
以下、実施例として、レジストの塗布直後であれば一枚の主マスク（グレースケールマスク）の使用により十分な形状精度が得られるマイクロレンズを製造する場合において、レジストを塗布してから時間が経過したことによるレジストの感度特性を補償するために、レジスト塗布後の経過時間に応じて部分修正マスクを使用した例を説明する。
（実施例１）
６インチ石英ウエハの上に、レジストを厚さ３５μｍ塗布し、ホットプレートで８０℃、２時間のプリベークを行った。プリベーク後２日間経過した前記レジスト付６インチ石英ウエハを用いて、主マスク（粗調整用グレースケールマスク）の露光時間を、7200msec、7400msec、7600msec、7800msec、8000msecの５段階に変化させ、部分修正マスク（微調整用グレースケールマスク）の露光時間を０msec、200msec、400msec、500msec、600msec、800msecの６段階に変化させて、合計３０組の露光時間の組み合わせについて、露光を行って、２０秒に１回の揺動を繰り返し、２０分間の現像を行った。その後、得られたマイクロレンズの形状を形状測定器で測定し、レンズ半径方向のsag量誤差（形状誤差）を実測した。
【００７８】
その結果、主マスクの露光時間7800msec、部分修正マスクの露光時間500msecのとき、最も目的の形状に近いレジスト形状が得られた。主マスクの露光時間を7800msecとし、部分修正マスクの露光時間を400、500、600、800msecとしたときの、レンズ半径方向の形状誤差（sag量の誤差）をsag量と共に図３に示す。
【００７９】
よって、以後このロットについては、レジスト塗布後２日間経過したウエハを使用する場合には、主マスクの露光時間7800msec、部分修正マスクの露光時間500msecで露光を行うようにした。
（実施例２）
６インチ石英ウエハの上に、レジストを厚さ３５μｍ塗布し、ホットプレートで８０℃、２時間のプリベークを行った。プリベーク後４日間経過した前記レジスト付６インチ石英ウエハを用いて、主マスク（粗調整用グレースケールマスク）の露光時間を、7800msec、8000msec、8200msec、8400msec、8600msecの５段階に変化させ、部分修正マスク（微調整用グレースケールマスク）の露光時間を０msec、200msec、400msec、500msec、600msec、800msecの６段階に変化させて、合計３０組の露光時間の組み合わせについて、露光を行って、２０秒に１回の揺動を繰り返し、２０分間の現像を行った。その後、得られたマイクロレンズの形状を形状測定器で測定し、レンズ半径方向のsag量誤差（形状誤差）を実測した。
【００８０】
その結果、主マスクの露光時間8200msec、部分修正マスクの露光時間500msecのとき、最も目的の形状に近いレジスト形状が得られた。主マスクの露光時間を8200msecとし、部分修正マスクの露光時間を200、400、500、600msecとしたときの、レンズ半径方向の形状誤差（sag量の誤差）をsag量と共に図４に示す。
【００８１】
よって、以後このロットについては、レジスト塗布後４日間経過したウエハを使用する場合には、主マスクの露光時間8200msec、部分修正マスクの露光時間500msecで露光を行うようにした。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】先願発明により開示された、マイクロレンズ、マイクロレンズ用型、型母材の製造方法の概要を説明するための図である。
【図２】形成されたパターンを有する基板を、マイクロレンズアレイ用の型、又は母型材として使用し、これらからマイクロレンズを製造する工程を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施例における形状誤差を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施例における形状誤差を示す図である。
【図５】１枚のグレースケールマスクを使用し、マイクロレンズの中央部が目的の形状となるように露光時間を調整した場合の、形状誤差を示す図である。
【符号の説明】
【００８３】
１…基板、２…レジスト、３…粗調整用グレースケールマスク、４…精密調整用グレースケールマスク、５…型、６…定盤紫外線硬化型樹脂、７…定盤、８…マイクロレンズアレイ、９…型、１０…紫外線硬化型樹脂、１１…定盤、１２…マイクロレンズアレイ
【図１】
2006010797.tif 000003
【図２】
2006010797.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006010797.tif 000006
【図５】
2006010797.tif 000007