(57)【要約】【課題】基板に形成されるレンズ形状の直径が大きい場合においても、基板のウェットエッチング処理時、又は、ウェットエッチング処理後の乾燥処理時において、マスクの剥がれを発生し難くすることができるマイクロレンズアレイ基板の製造方法を提供する。【解決手段】このマイクロレンズアレイ基板の製造方法は、基板を準備する工程（ａ）と、基板上に、複数の開口を有するマスクを形成する工程（ｂ）と、マスクの複数の開口を通して基板に第１のウェットエッチング処理を施すことにより、基板に複数の凹部を形成する工程（ｃ）と、マスクを基板から除去する工程（ｄ）と、基板に第２のウェットエッチング処理を施すことにより、基板に形成された複数の凹部の直径を拡大して複数のレンズ形状を形成する工程（ｅ）とを備える。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を準備する工程（ａ）と、
前記基板上に、複数の開口を有するマスクを形成する工程（ｂ）と、
前記マスクの複数の開口を通して前記基板に第１のウェットエッチング処理を施すことにより、前記基板に複数の凹部を形成する工程（ｃ）と、
前記マスクを前記基板から除去する工程（ｄ）と、
前記基板に第２のウェットエッチング処理を施すことにより、前記基板に形成された前記複数の凹部の直径を拡大して複数のレンズ形状を形成する工程（ｅ）と、
を備えるマイクロレンズアレイ基板の製造方法。
【請求項２】
工程（ｂ）が、前記複数の開口の直径が前記複数の開口のピッチの１０％以下となるように、前記複数の開口を有する前記マスクを形成することを含む、請求項１記載のマイクロレンズアレイ基板の製造方法。
【請求項３】
工程（ｅ）において形成される前記複数のレンズ形状の直径が、前記複数のレンズ形状のピッチの９０％以上である、請求項１又は２記載のマイクロレンズアレイ基板の製造方法。
【請求項４】
工程（ｃ）が、前記第１のウェットエッチング処理が施された前記基板を、スピン乾燥機を用いて乾燥させることを含む、請求項１〜３のいずれか１項記載のマイクロレンズアレイ基板の製造方法。
【請求項５】
工程（ｃ）において形成される前記複数の凹部の直径が、前記複数の凹部のピッチの８５％〜９５％の範囲内である、請求項１〜４のいずれか１項記載のマイクロレンズアレイ基板の製造方法。
【請求項６】
工程（ｃ）において形成される前記複数の凹部の直径が、工程（ｅ）において形成される前記複数のレンズ形状の直径の９０％〜９７％の範囲内である、請求項１〜４のいずれか１項記載のマイクロレンズアレイ基板の製造方法。
【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基板の製造方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ビデオプロジェクターのＬＣＤ（液晶表示）パネル等の電気光学装置において、複数のレンズ形状が形成されたマイクロレンズアレイ基板が用いられている。マイクロレンズアレイ基板の製造工程においては、透光性を有するガラス等の基板上にマスク（ハードマスク膜）を形成し、ハードマスク膜の複数の開口を通してエッチング液を導入して、基板をウェットエッチングすることが行われている。
【０００３】
ウェットエッチング処理により、基板に複数の凹型のレンズ形状が形成される。さらに、ウェットエッチング終了後にハードマスク膜が除去されて、マイクロレンズアレイ基板が完成する。複数のレンズ形状が形成されたマイクロレンズアレイ基板は、接着剤層を介して透明基板に接着される。それにより、マイクロレンズアレイ基板及び接着剤層が、複数のマイクロレンズを構成する。
【０００４】
関連する技術として、特許文献１には、マイクロレンズの母材となる透明基板をフッ酸系のエッチング液を使用して選択的にウェットエッチングする場合に、通常のマスクではエッチング液に耐えられないという問題点に鑑みて、ウェットエッチング法により簡易にＬＣＤ用マイクロレンズの基板加工を行うことができるＬＣＤ用マイクロレンズの形成方法が開示されている。
【０００５】
このＬＣＤ用マイクロレンズの形成方法は、マイクロレンズの母材となる透明基板上に多結晶シリコン膜を形成する工程と、多結晶シリコン膜を選択的にエッチングして、マイクロレンズを形成しようとする部分の多結晶シリコン膜に開口を形成する工程と、開口が形成された多結晶シリコン膜をマスクとして透明基板をウェットエッチングし、開口を中心とする透明基板領域にマイクロレンズを形成する工程と、多結晶シリコン膜を剥離する工程とを含む。特許文献１においては、透明基板に１回のウェットエッチング処理を施すことにより、マイクロレンズが形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１０１４０１号公報（段落０００５−０００７、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年においては、ＬＣＤパネルの高精細化及び高輝度化に伴って、画素のピッチに対して相対的にマイクロレンズの直径を大きくすることが求められている。そのような場合に、ウェットエッチング処理によって複数のレンズ形状が形成される基板において、ハードマスク膜を支える柱状部分とハードマスク膜との接触面積が小さくなり、ハードマスク膜を保持することが困難になりつつある。それにより、基板のウェットエッチング処理時にハードマスク膜の剥がれが発生し易くなる。
【０００８】
また、半導体装置の製造工程と同様に、ウェットエッチング処理後の基板を乾燥させるためにスピン乾燥機が用いられる場合には、ハードマスク膜を保持している基板が回転して遠心力が発生するので、基板の乾燥処理時にハードマスク膜の剥がれが発生し易くなる。ハードマスク膜が剥がれると、製造設備のパーティクル汚染や、後工程プロセスにおけるパーティクル汚染等が生じてしまうという問題がある。
【０００９】
本発明の幾つかの態様は、基板に形成されるレンズ形状の直径が大きい場合においても、基板のウェットエッチング処理時、又は、ウェットエッチング処理後の乾燥処理時において、マスクの剥がれを発生し難くすることができるマイクロレンズアレイ基板の製造方法等を提供することに関連している。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様に係るマイクロレンズアレイ基板の製造方法は、基板を準備する工程（ａ）と、基板上に、複数の開口を有するマスクを形成する工程（ｂ）と、マスクの複数の開口を通して基板に第１のウェットエッチング処理を施すことにより、基板に複数の凹部を形成する工程（ｃ）と、マスクを基板から除去する工程（ｄ）と、基板に第２のウェットエッチング処理を施すことにより、基板に形成された複数の凹部の直径を拡大して複数のレンズ形状を形成する工程（ｅ）とを備える。
【００１１】
本発明の第１の態様によれば、マスクを用いた第１のウェットエッチング処理によって基板に複数の凹部を形成し、マスクを基板から除去した後に第２のウェットエッチング処理によって凹部の直径を拡大して、レンズ形状が形成される。従って、基板に形成されるレンズ形状の直径が大きい場合においても、基板のウェットエッチング処理時、又は、ウェットエッチング処理後の乾燥処理時において、マスクの剥がれを発生し難くすることができる。その結果、製造設備のパーティクル汚染等を防止することが可能である。
【００１２】
ここで、工程（ｂ）が、複数の開口の直径が複数の開口のピッチの１０％以下となるように、複数の開口を有するマスクを形成することを含むようにしても良い。それにより、基板に形成される凹部の形状を球面の一部に近付けることができる。なお、本願において、「ピッチ」とは、画素の対角線方向におけるピッチを意味する。
【００１３】
また、工程（ｅ）において形成される複数のレンズ形状の直径が、複数のレンズ形状のピッチの９０％以上であることが望ましい。それにより、マイクロレンズの直径が画素のピッチに近付くので、画素の開口領域に集光される照明光の光量を大きくすることができる。
【００１４】
さらに、工程（ｃ）が、第１のウェットエッチング処理が施された基板を、スピン乾燥機を用いて乾燥させることを含むようにしても良い。それにより、半導体装置の製造工程においてウェットエッチング処理後の乾燥処理に用いられるスピン乾燥機を、マイクロレンズアレイ基板の製造に利用することができる。
【００１５】
また、工程（ｃ）において形成される複数の凹部の直径が、複数の凹部のピッチの８５％〜９５％の範囲内であることが望ましい。それにより、基板においてマスクを支える柱状部分とマスクとの接触面積が確保されるので、マスクの剥がれをさらに発生し難くすることができる。
【００１６】
あるいは、工程（ｃ）において形成される複数の凹部の直径が、工程（ｅ）において形成される複数のレンズ形状の直径の９０％〜９７％の範囲内であっても良い。それにより、工程（ｃ）において形成される複数の凹部の形状をあまり崩すことなく、複数の凹部の直径を拡大して複数のレンズ形状を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】マイクロレンズアレイ基板を用いたＬＣＤパネルの断面図。
【図２】マイクロレンズアレイ基板の製造方法を説明するための工程図。
【図３】マイクロレンズアレイ基板の製造方法を説明するための工程図。
【図４】マイクロレンズアレイ基板の製造方法を説明するための工程図。
【図５】マイクロレンズアレイ基板の製造方法を説明するための工程図。
【図６】マイクロレンズアレイ基板の製造方法を説明するための工程図。
【図７】マイクロレンズアレイ基板の製造方法を説明するための工程図。
【図８】スピン乾燥機内における基板の状態を示す図。
【図９】スピン乾燥機内における基板の回転を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
本発明の一実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板は、例えば、ビデオプロジェクターのＬＣＤパネルにおいて用いられる。ビデオプロジェクターには、高い光利用効率が望まれている。しかしながら、ビデオプロジェクターに用いられるＬＣＤパネルの各画素において、画像表示に寄与する光の透過又は反射が可能な開口領域は、各種の配線や素子等の存在によって制限されている。
【００１９】
各画素の開口率は、各画素の全領域の面積に対する開口領域の面積の比率で定義される。一般に、ＬＣＤパネルにおける開口率は、約７０％程度である。また、光源からＬＣＤパネルに入射する照明光は、略平行光の状態で液晶層を透過し、又は、液晶層に反射される。従って、ＬＣＤパネルを略平行光で照明する場合には、光源からの全光量の内で各画素の開口率に応じた光量の光だけが利用され、利用されない光は光量損失となる。そこで、光源から射出される照明光を各画素の開口領域内に集光するために、複数の画素に対応する位置に形成された複数のマイクロレンズで構成されるマイクロレンズアレイが用いられる。
【００２０】
＜ＬＣＤパネル＞
図１は、本発明の一実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板を用いたＬＣＤパネルの断面図である。図１には、ＬＣＤパネル１０の１つの画素部分が示されている。光源から射出される照明光Ｌ１は、光軸ＡＸに沿った略平行光として図中の左側からＬＣＤパネル１０に入射し、ＬＣＤパネル１０において変調されて図中の右側に射出される。
【００２１】
ＬＣＤパネル１０において、照明光Ｌ１の入射側には、防塵透明プレート１１が配置されている。その射出側（図中の右側）において、複数の凹型のレンズ形状１２ａが形成されたマイクロレンズアレイ基板１２が、マイクロレンズアレイ基板１２よりも高い屈折率を有する接着剤層１３を介して、透光性を有する対向基板１４に接着されている。それにより、マイクロレンズアレイ基板１２及び接着剤層１３が、複数のマイクロレンズ（凸レンズ）を構成する。
【００２２】
マイクロレンズアレイ基板１２のレンズ形状１２ａは、画像表示に寄与する光が透過できる開口領域ＡＰに対応して形成されている。ＬＣＤパネル１０の全体について見ると、複数のレンズ形状１２ａが複数の画素の開口領域ＡＰに対応して形成されており、複数のマイクロレンズが２次元マトリクス状に配列されてマイクロレンズアレイを構成する。
【００２３】
ここで、画面の水平方向における画素のピッチがＰＸで、画面の垂直方向における画素のピッチがＰＹである場合に、画素の対角線方向におけるピッチＰＤは次式で表される。
ＰＤ＝（ＰＸ２＋ＰＹ２）１／２
特に、正方画素の場合には、画素の対角線方向におけるピッチＰＤが次式で表される。
ＰＤ＝２１／２ＰＸ＝２１／２ＰＹ
従って、複数のマイクロレンズも、画素の対角線方向においてピッチＰＤで配列される。
【００２４】
対向基板１４には、遮光性を有するブラックマトリクス１５と、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）膜等で構成された透明電極１６とが配置されている。ブラックマトリクス１５に形成された矩形の開口部が、１つの画素の開口領域ＡＰとなる。さらに、その射出側には、ラビング処理等の配向処理が施された配向膜１７が配置されている。配向膜１７は、例えば、ポリイミド等の透明な有機膜で構成される。
【００２５】
一方、ＬＣＤパネル１０において、照明光Ｌ１の射出側には、防塵透明プレート２２が配置されている。その入射側（図中の左側）には、透光性を有するＴＦＴ基板２１と、ＴＦＴ（薄膜トランジスター）及び透明電極が形成されたＴＦＴ形成層２０とが配置されている。さらに、その入射側には、配向膜１９が配置されている。配向膜１７のラビング方向と配向膜１９のラビング方向とは略直交するように配置され、配向膜１７と配向膜１９との間には、画像表示のための液晶層１８が封入されている。
【００２６】
＜マイクロレンズ＞
次に、図１に示すマイクロレンズの作用について説明する。
マイクロレンズに入射する照明光Ｌ１は、マイクロレンズアレイ基板１２と接着剤層１３との界面で屈折して、焦点位置ｆ１に集光される。即ち、マイクロレンズアレイ基板１２及び接着剤層１３で構成されるマイクロレンズは、光軸ＡＸ上に焦点位置ｆ１を有する凸レンズとして機能する。
【００２７】
それにより、マイクロレンズは、入射する照明光の大部分が画素の開口領域ＡＰを通過するように照明光を集光するので、光源から射出される照明光は、効率良く画素の開口領域ＡＰを透過できる。このように、ＬＣＤパネル１０にマイクロレンズアレイを設けると、照明光の利用効率を向上させることができる。
【００２８】
なお、マイクロレンズは、光軸ＡＸからの距離ｄが異なる入射光について、光軸ＡＸ上に複数の異なる焦点位置を有するようにしても良い。その場合には、液晶層１８の近傍における光エネルギーの局所的な集中を緩和し、配向膜１７及び１９の劣化を低減して、長寿命なＬＣＤパネル１０を実現することができる。
【００２９】
＜マイクロレンズアレイ基板の製造方法＞
次に、本発明の一実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板の製造方法について説明する。
図２〜図７は、本発明の一実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板の製造方法を説明するための工程図である。図２〜図７には、図１に示すマイクロレンズアレイ基板１２の製造工程における画素の対角線方向に沿った断面が示されている。
【００３０】
まず、第１の工程において、図２に示すような透光性を有する基板３０が準備される。基板３０は、例えば、石英（ＳｉＯ２）等のガラスで構成される。なお、基板３０の第１の面（図中の上面）に、シリコン酸化膜（ＳｉＯＸ）等の酸化膜が設けられていても良いし、基板３０の第２の面（図中の下面）に、ポリシリコン等の保護膜が形成されていても良い。
【００３１】
次に、第２の工程において、図３に示すように、基板３０上に、例えば、ＣＶＤ法によってポリシリコン膜４０が形成される。さらに、フォトリソグラフィー法によってポリシリコン膜４０上にレジストを設けて、レジストをマスクとして用いてポリシリコン膜４０をドライエッチングすることにより、図４に示すように、ポリシリコン膜に複数の開口４０ａが形成される。その結果、基板３０上に、複数の開口４０ａを有するポリシリコン膜のマスク（ハードマスク膜）４０ｂが形成される。
【００３２】
次に、第３の工程において、図５に示すように、ハードマスク膜４０ｂの複数の開口４０ａを通して基板３０に第１のウェットエッチング処理を施すことにより、基板３０に複数の凹部３０ａが形成される。エッチング液としては、例えば、フッ酸溶液が用いられる。第１のウェットエッチング処理によって、ハードマスク膜４０ｂの開口４０ａから基板３０内に等方性エッチングが行われるので、基板３０に形成される凹部３０ａは、球面の一部に近い形状を有している。
【００３３】
そのために、第２の工程において、複数の開口４０ａの直径が複数の開口４０ａのピッチの１０％以下となるように、複数の開口４０ａを有するハードマスク膜４０ｂを形成しても良い。それにより、基板３０に形成される凹部３０ａの形状を球面の一部に近付けることができる。なお、ハードマスク膜４０ｂの複数の開口４０ａのピッチを画素のピッチＰＤと等しくすることにより、基板３０に形成される複数の凹部３０ａのピッチも、画素のピッチＰＤと等しくなる。
【００３４】
また、第３の工程において、第１のウェットエッチング処理に続いてリンス処理及び乾燥処理が行われる。リンス処理においては、第１のウェットエッチング処理が施された基板３０をエッチング液槽から取り出して洗浄液槽に移すことにより、エッチング液が洗浄液（例えば、脱イオン水）に置換される。なお、リンス処理は、複数回行われても良い。
【００３５】
乾燥処理においては、第１のウェットエッチング処理が施された基板３０を、スピン乾燥機（スピンドライヤー）を用いて乾燥させるようにしても良い。それにより、半導体装置の製造工程においてウェットエッチング処理後の乾燥処理に用いられるスピン乾燥機を、マイクロレンズアレイ基板の製造に利用することができる。
【００３６】
図８は、スピン乾燥機内における基板の状態を示す図であり、図９は、スピン乾燥機内における基板の回転を示す図である。図８及び図９に示すように、複数の基板３０が、スピン乾燥機の回転軸ＲＳにクランプされて、回転軸ＲＳの回転に伴って回転することにより、基板３０に付着していた洗浄液が遠心力によって振り落とされて、基板３０が乾燥する。
【００３７】
次に、第４の工程において、ハードマスク膜４０ｂ（図５）をドライエッチングすることにより、図６に示すように、ハードマスク膜４０ｂが基板３０から除去される。例えば、基板３０を真空容器内に収納して反応ガスを供給し、電極間の放電によってプラズマを発生させると、ガス分子が励起されて活性ラジカルやイオンになる。それにより、ハードマスク膜４０ｂがエッチングされて、エッチング生成物が基板３０の表面から脱離する。
【００３８】
次に、第５の工程において、図７に示すように、基板３０に第２のウェットエッチング処理を施すことにより、基板３０に形成された複数の凹部３０ａの直径を拡大して複数のレンズ形状３０ｂが形成される。エッチング液としては、例えば、フッ酸溶液が用いられる。第５の工程においても、第２のウェットエッチング処理に続いてリンス処理及び乾燥処理が行われる。
【００３９】
乾燥処理においては、第２のウェットエッチング処理が施された基板３０を、スピン乾燥機を用いて乾燥させるようにしても良い。それにより、半導体装置の製造工程においてウェットエッチング処理後の乾燥処理に用いられるスピン乾燥機を、マイクロレンズアレイ基板の製造に利用することができる。さらに、基板３０に酸化膜又は保護膜が設けられている場合には、酸化膜又は保護膜が基板３０から剥離される。
【００４０】
図７に示すように複数のレンズ形状３０ｂが形成された基板３０は、図１に示すマイクロレンズアレイ基板１２に相当する。第５の工程において形成される複数のレンズ形状３０ｂの直径Ｒは、複数のレンズ形状３０ｂのピッチＰＤの９０％以上であることが望ましい。それにより、マイクロレンズの直径が画素のピッチに近付くので、画素の開口領域に集光される照明光の光量を大きくすることができる。
【００４１】
本実施形態によれば、ハードマスク膜４０ｂを用いた第１のウェットエッチング処理によって基板３０に複数の凹部３０ａを形成し、ハードマスク膜４０ｂを基板３０から除去した後に第２のウェットエッチング処理によって凹部３０ａの直径を拡大して、レンズ形状３０ｂが形成される。従って、基板３０に形成されるレンズ形状３０ｂの直径が大きい場合においても、基板３０のウェットエッチング処理時、又は、ウェットエッチング処理後の乾燥処理時において、ハードマスク膜４０ｂの剥がれを発生し難くすることができる。その結果、製造設備のパーティクル汚染や、後工程プロセスにおけるパーティクル汚染等を防止することが可能である。
【００４２】
特に、第３の工程において、第１のウェットエッチング処理が施された基板３０を、スピン乾燥機を用いて乾燥させる場合には、基板３０に保持されているハードマスク膜４０ｂにも遠心力が働いて、ハードマスク膜４０ｂの剥がれが発生し易くなる。そこで、第３の工程において形成される複数の凹部３０ａの直径が、複数の凹部３０ａのピッチの８５％〜９５％の範囲内であることが望ましい。それにより、基板３０においてハードマスク膜４０ｂを支える柱状部分とハードマスク膜４０ｂとの接触面積が確保されるので、ハードマスク膜４０ｂの剥がれをさらに発生し難くすることができる。
【００４３】
あるいは、第３の工程において形成される複数の凹部３０ａの直径が、第５の工程において形成される複数のレンズ形状３０ｂの直径の９０％〜９７％の範囲内であっても良い。それにより、第３の工程において形成される複数の凹部３０ａの形状をあまり崩すことなく、複数の凹部３０ａの直径を拡大して複数のレンズ形状３０ｂを形成することができる。
【００４４】
上記の実施形態においては、ビデオプロジェクターのＬＣＤパネルに用いられるマイクロレンズアレイ基板の製造方法について説明したが、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明は、テレビ等の様々な電子機器のＬＣＤパネルに用いられるマイクロレンズアレイ基板の製造に適用することも可能である。このように、当該技術分野において通常の知識を有する者によって、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１０…ＬＣＤパネル、１１、２２…防塵透明プレート、１２…マイクロレンズアレイ基板、１２ａ…レンズ形状、１３…接着剤層、１４…対向基板、１５…ブラックマトリクス、１６…透明電極、１７、１９…配向膜、１８…液晶層、２０…ＴＦＴ形成層、２１…ＴＦＴ基板、３０…基板、３０ａ…凹部、３０ｂ…レンズ形状、４０…ポリシリコン膜、４０ａ…開口、４０ｂ…ハードマスク膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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