(57)【要約】【課題】製造工程においてレンズの損傷を防止する。【解決手段】マイクロレンズの製造方法は、第１レジストパターンをエッチングマスクとして用いて、基板２０に第１レジストパターンの形状を転写するパターニングを行って、レンズ形成領域２０Ｘに、凹部１３に納められる最大高さが凹部の側壁の高さよりも低くされているレンズ本体１６を形成する工程と、第２レジストパターンをマスクとして用いて、レンズ形成領域外である基板の一部領域を除去して外形を形成する工程とを含む。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部を有する枠体部と、
高さの最高点が前記枠体部の高さより低い位置にあって、前記凹部内に設けられている、前記枠体部と一体構成のレンズ本体と
を有することを特徴とするマイクロレンズ。
【請求項２】
前記枠体部の内側壁端縁から前記レンズ本体の周端までの距離と、枠体部の高さと、枠体部の幅との比は、１：１：１から１：２：２の範囲内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。
【請求項３】
凹部を有する容器状の枠体部と、
高さの最高点が前記枠体部の高さより高い位置にあって、前記凹部に設けられている前記枠体部と一体構成のレンズ本体と
を有することを特徴とするマイクロレンズ。
【請求項４】
前記枠体部及び前記レンズ本体がシリコンを材料としていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のマイクロレンズ。
【請求項５】
レンズ形成領域が設定されている第１の面、及び当該第１の面と対向する第２の面を有している基板を準備する工程と、
前記基板の前記レンズ形成領域に、膜厚が非一様なレジストパターンを形成するための露光用のフォトマスクであって、行列配列された複数の正方形のマスクセルとを有しており、前記マスクセルは、光透過領域と、前記マスク基板に設けられている遮光膜で形成されている遮光領域とのいずれか一方又は双方を有しており、前記マスクセルの透過光の光強度が当該マスクセルごとに可変な規格化光強度である前記フォトマスクを用いる露光処理を含むパターニングを行って、第１レジストパターンを形成する工程と、
前記第１レジストパターンをエッチングマスクとして用いて、前記基板に前記第１レジストパターンの形状を転写するパターニングを行って、前記レンズ形成領域に、凹部に格納される最大高さが前記凹部の側壁の高さよりも低くされているレンズ本体を形成する工程と、
露出面全面に、第２レジスト層を形成し、当該第２レジスト層をパターニングして、前記レンズ形成領域を覆う第２レジストパターンを形成する工程と
前記第２レジストパターンをマスクとして用いて、前記レンズ形成領域外である前記基板の一部領域を除去して外形を形成する工程と
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６】
前記第１レジストパターンを形成する工程は、前記フォトマスクの前記マスクセルの一辺の長さを前記フォトマスクが用いられる露光装置の光学系の解像限界となる長さよりも短く設定し、複数の前記マスクセルの透過光の規格化光強度は、第１半径を有する第１円の中心におけるマスクセルの光強度を第１光強度（但し、０＜第１光強度＜１である。）とし、前記第１円と、該第１円と同心の第２半径（但し、第１半径＜第２半径である。）を有する第２円との間の円環領域におけるマスクセルの全ての光強度を第２光強度とし、前記第２円より外側の領域におけるマスクセルの全ての光強度を第３光強度（但し、第１光強度、第２光強度及び第３光強度は、０≦第３光強度＜第１光強度、かつ０≦第２光強度＜第１光強度である。）とし、及び前記第１円の中心から前記第２円までの前記第１半径上に並ぶ順次のマスクセルの光強度を、前記第１光強度から前記第２光強度まで、互いに離散的な値であって、かつ前記第２円に向かうに従って前後のマスクセル間での光強度の変化量が大となる前記値にそれぞれ設定されている前記フォトマスクを用いる露光処理を含むパターニングを行う工程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】
前記第１レジストパターンを形成する工程は、露出面である平坦なマスク平坦部、当該マスク平坦部から凹状に窪んでおり、平坦面であって、中心軸を有するマスク底部を有しているマスク凹部、及び当該マスク底部から突出していて、前記中心軸に向かって連続的に膜厚が厚くなる曲面で画成されるマスク凸部を含むパターンを形成する工程であることを特徴とする請求項５又は６に記載のマイクロレンズの製造方法。
【請求項８】
前記第１レジストパターンを形成する工程は、露出面である平坦なマスク平坦部、当該マスク平坦部から凹状に窪んでおり、平坦面であって、中心軸を有するマスク底部を有しているマスク凹部、当該マスク凹部内であって、前記マスク底部よりも高い位置に設けられていて、前記マスク底部の外側を囲むマスク段差部上面を有しているマスク段差部、及び前記マスク底部から突出していて、前記中心軸に向かって連続的に膜厚が厚くなる曲面で画成されるマスク凸部を含むパターンを形成する工程であり、
前記第２レジストパターンを形成する工程は、前記マスク段差部上面より内側を覆うパターンを形成する工程であり、
前記基板の一部領域を除去する工程は、前記第２レジストパターンをマスクとして用いて、前記マスク段差部上面外である一部領域を除去する工程であることを特徴とする請求項５又は６に記載のマイクロレンズの製造方法。
【請求項９】
前記第１レジストパターンを形成する工程は、複数の前記マスクセルのうち、前記光透過領域と前記遮光領域の双方が設定されている前記マスクセルそれぞれは、格子状に配列された複数の前記マスクセルの列方向に引かれた仮想二分線で二分され、前記仮想二分線の一方の側に前記光透過領域が設定され、他方の側に前記遮光領域が設定され、前記各マスクセルについて、前記光透過領域が前記仮想二分線に対して同じ側に設定されているフォトマスクを用いる露光処理を含むパターニングを行う工程であることを特徴とする請求項５から８のいずれか一項に記載のマイクロレンズの製造方法。
【請求項１０】
前記第１レジストパターンを形成する工程は、前記レンズの形成工程が、前記基板の第１レジストパターンに対するエッチング選択比が２．０となることを前提として行うことを特徴とする請求項５から９のいずれか一項に記載のマイクロレンズの製造方法。
【請求項１１】
膜厚が非一様なレジストパターンを形成するための露光用のフォトマスクであって、
透明なマスク基板と、該マスク基板に密接して配列された複数の正方形のマスクセルとを有しており、
前記マスクセルの一辺の長さは、前記フォトマスクが用いられる露光装置の光学系の解像限界となる長さよりも短く設定されており、
前記マスクセルは、光透過領域と、前記マスク基板に設けられている遮光膜で形成されている遮光領域とのいずれか一方又は双方を有しており、
前記マスクセルの透過光の光強度が規格化光強度であり、
複数の前記マスクセルの透過光の光強度は、第１半径を有する第１円の中心におけるマスクセルの光強度を第１光強度（但し、０＜第１光強度＜１である。）とし、前記第１円と、該第１円と同心の第２半径（但し、第１半径＜第２半径である。）を有する第２円との間の円環領域におけるマスクセルの全ての光強度を第２光強度とし、前記第２円より外側の領域におけるマスクセルの全ての光強度を第３光強度（但し、第１光強度、第２光強度及び第３光強度は、０≦第３光強度＜第１光強度、かつ０≦第２光強度＜第１光強度である。）とする
ことを特徴とするフォトマスク。
【請求項１２】
前記第１円の中心から前記第２円までの前記第１半径上に並ぶ順次のマスクセルの光強度は、前記第１光強度から前記第２光強度まで、互いに離散的な値であって、かつ前記第２円に向かうに従って前後のマスクセル間での光強度の変化量が大となる前記値にそれぞれ設定されていることを特徴とする請求項１１に記載のフォトマスク。
【請求項１３】
前記第１光強度、前記第２光強度及び前記第３光強度は、０≦前記第３光強度＜前記第１光強度＜前記第２光強度＜１の関係にあることを特徴とする請求項１１に記載のフォトマスク。
【請求項１４】
前記第１光強度、前記第２光強度及び前記第３光強度は、０＜前記第１光強度＜前記第３光強度＜前記第２光強度＜１の関係にあることを特徴とする請求項１１に記載のフォトマスク。
【請求項１５】
第１光強度、前記第２光強度及び前記第３光強度は、０≦前記第３光強度＜前記第１光強度＜前記第２光強度＜１の関係にあることを特徴とする請求項１１に記載のフォトマスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は微小光学素子に関し、特にシリコン基板等の基板に作り込まれるマイクロレンズ及びその製造方法、並びにこの製造方法に使用して好適なフォトマスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の通信のブロードバンド化に伴って、トラフィック量の増大が顕著である。これに対応する形で媒体として光を用いる光通信が急速に普及しつつある。
【０００３】
そして、光信号の送受信のための光モジュールとして、光トランシーバ、マイクロＢＯＳＡ（Ｂｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｕｂ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ）、赤外線センサといった双方向光通信モジュールの需要が増大している。
【０００４】
このような光モジュールに対するさらなる小型化及び低価格化に対する要求はますます高まるばかりである。
【０００５】
光モジュールをより小型化することを目的として、特に半導体装置の製造工程に採用されているシリコン微細加工技術を用いて製造できるシリコンマイクロレンズが採用されるケースが増加している。
【０００６】
このようなシリコンマイクロレンズ及びその製造方法として、マスク基板上に、光透過領域となる空隙を隔てて同心円状又は同心多角形状に設けられた遮光領域としての複数のマスクパターンを具え、同心円または同心多角形の中心点から放射線方向に沿って外側に向かうに従って隣接する２つのパターン間の空隙の幅が少なくとも段階的に大きくなっており、マスクパターンの、放射線方向に沿う方向のピッチが、マスクが用いられる露光装置の光学系の解像限界となる長さより小さいレジストパターン形成用のマスクを用いて、露光装置の光強度を制御してレンズ形成用基板上のレジストを露光して、このレジストパターンを用いて、エッチングによりレジストパターンの形状を転写するレンズの製造方法が知られている（特許文献１参照。）。
【０００７】
また、シリコンマイクロレンズの光モジュール化に際して、支持基板上に実装され、シリコンマイクロレンズを有する光学部材を具備し、この光学部材の側面のうち、一部は支持基板に接触し、他部は支持基板と非接触となるよう構成し、非接触となる部分の一部と支持基板との間に接着材が充填されている光モジュールが知られている（特許文献２参照。）。
【特許文献１】特許第３１１７８８６号公報
【特許文献２】特開２００４−８５８７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、既に説明したようなマイクロレンズの製造方法では、使用されるフォトマスクの最小ピッチ、最小寸法及び最小寸法刻み幅は、解像性及び寸法制御性によって制約を受ける。よって、最小ピッチ、最小寸法及び最小寸法刻み幅には、適用可能な下限値が存在することになる。
【０００９】
また、マイクロレンズ形成後、マイクロレンズ外である基板をさらにホトリソグラフィ工程及びエッチング工程により成形する場合には、マイクロレンズの直上に塗布されるレジストパターンの膜厚が他の領域よりも薄くなってしまう。
【００１０】
このため、このエッチング工程によりマイクロレンズの上面が削り取られてしまい、形成されたマイクロレンズの光学的特性を損なってしまうおそれがある。
【００１１】
ところで、マイクロレンズは微小構造であるため、これを搭載するためにはレンズ本体を支持する枠付きのレンズ構造とするのが好ましい。
【００１２】
枠付きの凸型レンズを形成するためには、レンズ材料である基板を１回目のエッチング工程で凸型のレンズに転写形成できるレジストパターンが必要である。
【００１３】
さらに、このようなレジストパターンをフォトリスグラフィ工程及びエッチング工程により形成するための単一のフォトマスクが必要となる。
【００１４】
そこでこの発明の発明者らは、このような凸型のレンズをエッチング形成するために使用するフォトマスクを形成して、このフォトマスクを用いて、１回目のエッチング工程のみで凸型レンズを形成し、さらに別のフォトマスクを用いて、２回目のエッチングを行って、凸型のレンズの枠を形成する技術を開発した。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明は、上述した点に鑑みてなされたものである。従って、この発明のマイクロレンズの製造方法によれば、下記のような工程を含んでいる。
【００１６】
すなわち、レンズ形成領域が設定されている第１の面、及び第１の面と対向する第２の面を有している基板を準備する。
【００１７】
基板のレンズ形成領域に、膜厚が非一様なレジストパターンを形成するための露光用のフォトマスクであって、透明なマスク基板と、マスク基板に密接して、行列配列された複数の正方形のマスクセルとを有しており、マスクセルの一辺の長さは、フォトマスクが用いられる露光装置の光学系の解像限界となる長さよりも短く設定されており、マスクセルは、光透過領域と、マスク基板に設けられている遮光膜で形成されている遮光領域とのいずれか一方又は双方を有しており、マスクセルの透過光の光強度がマスクセルごとに可変な規格化光強度であるフォトマスクを用いる露光処理を含むパターニングを行って、第１レジストパターンを形成する。
【００１８】
第１レジストパターンをエッチングマスクとして用いて、基板に第１レジストパターンの形状を転写するパターニングを行って、レンズ形成領域に、凹部に格納される最大高さが凹部の側壁の高さよりも低くされているレンズ本体を形成する。
【００１９】
露出面全面に、第２レジスト層を形成し、第２レジスト層をパターニングして、レンズ形成領域を覆う第２レジストパターンを形成する。
【００２０】
第２レジストパターンをマスクとして用いて、レンズ形成領域外である基板の一部領域を除去して外形を形成する。
【００２１】
第１レジストパターンをエッチングマスクとして用いて、基板に第１レジストパターンの形状を転写するパターニングを行って、レンズ形成領域に、凹部に格納される最大高さが凹部の側壁の高さよりも低くされているレンズ本体を形成する。
【００２２】
露出面全面に、第２レジスト層を形成し、第２レジスト層をパターニングして、レンズ形成領域を覆う第２レジストパターンを形成する。
【００２３】
第２レジストパターンをマスクとして用いて、レンズ形成領域外である基板の一部領域を除去して外形を形成する。
【００２４】
また、この第１レジストパターンを形成する工程は、好ましくはフォトマスクの複数のマスクセルの透過光の規格化光強度を、第１半径を有する第１円の中心におけるマスクセルの光強度を第１光強度（但し、０＜第１光強度＜１である。）とし、第１円と、この第１円と同心の第２半径（但し、第１半径＜第２半径である。）を有する第２円との間の円環領域におけるマスクセルの全ての光強度を第２光強度とし、第２円より外側の領域におけるマスクセルの全ての光強度を第３光強度（但し、第１光強度、第２光強度及び第３光強度は、０≦第３光強度＜第１光強度、かつ０≦第２光強度＜第１光強度である。）とし、及び第１円の中心から第２円までの第１半径上に並ぶ順次のマスクセルの光強度を、第１光強度から第２光強度まで、互いに離散的な値であって、かつ第２円に向かうに従って前後のマスクセル間での光強度の変化量が大となる値にそれぞれ設定されているフォトマスクを用いる露光処理を含む工程とするのがよい。
【００２５】
このとき、第１レジストパターンを形成する工程は、露出面である平坦なマスク平坦部、このマスク平坦部から凹状に窪んでおり、平坦面であって、中心軸を有するマスク底部を有しているマスク凹部、及びマスク底部から突出していて、中心軸に向かって連続的に膜厚が厚くなる曲面で画成されるマスク凸部を含むパターンを形成する工程とするのがよい。
【００２６】
さらに、第１レジストパターンを形成する工程は、露出面である平坦なマスク平坦部、当該マスク平坦部から凹状に窪んでおり、平坦面であって、中心軸を有するマスク底部を有しているマスク凹部、このマスク凹部内であって、マスク底部よりも高い位置に設けられていて、マスク底部の外側を囲むマスク段差部上面を有しているマスク段差部、及びマスク底部から突出していて、中心軸に向かって連続的に膜厚が厚くなる曲面で画成されるマスク凸部を含むパターンを形成する工程であり、第２レジストパターンを形成する工程は、マスク段差部上面より内側を覆うパターンを形成する工程であり、基板の一部領域を除去する工程は、第２レジストパターンをマスクとして用いて、マスク段差部上面外である一部領域を除去する工程とするのがよい。
【００２７】
さらにまた、上述の製造方法において、第２レジストパターンを形成する工程は、複数のマスクセルのうち、光透過領域と遮光領域の双方が設定されているマスクセルそれぞれは、格子状に配列された複数のマスクセルの列方向に引かれた仮想二分線で二分され、仮想二分線の一方の側に光透過領域が設定され、他方の側に遮光領域が設定され、各マスクセルについて、光透過領域が仮想二分線に対して同じ側に設定されているフォトマスクを用いる露光処理を含むパターニングを行う工程とするのがよい。
【００２８】
また、第１レジストパターンの形成工程は、レンズの形成工程が、基板の第１レジストパターンに対するエッチング選択比が２．０となることを前提として行うのがよい。
【００２９】
また、この発明の製造方法により製造されるマイクロレンズは、下記のような構成を具えている。
【００３０】
すなわち、マイクロレンズは、凹部を有する容器状の枠体部と、高さの最高点が枠体部の高さより低い位置にあり、かつ凹部内に前記枠体部と一体として格納されて設けられているレンズ本体とを有している。
【００３１】
このような構成とすれば、極めて広い範囲から集光することができる。
【００３２】
また、このとき、枠体部の内側壁端縁からレンズ本体の周端までの距離と、枠体部の高さと、枠体部の幅との比は、１：１：１から１：２：２の範囲内とするのがよい。
【００３３】
この発明のさらなるマイクロレンズの構成例によれば、凹部を有する容器状の枠体部と、高さの最高点が枠体部の高さより高い位置にあり、かつ凹部に枠体部と一体として設けられているレンズ本体とを有している。
【００３４】
上述のマイクロレンズの構成例において、枠体部及びレンズ本体は、シリコンを材料としているシリコンマイクロレンズとするのがよい。
【００３５】
また、この発明のレンズの製造方法に適用して好適なフォトマスクの構成例によれば、膜厚が非一様なレジストパターンを形成するための露光用のフォトマスクであって、透明なマスク基板と、マスク基板に密接して配列された複数の正方形のマスクセルとを有しており、マスクセルの一辺の長さは、フォトマスクが用いられる露光装置の光学系の解像限界となる長さよりも短く設定されており、マスクセルは、光透過領域と、マスク基板に設けられている遮光膜で形成されている遮光領域とのいずれか一方又は双方を有しており、マスクセルの透過光の光強度が規格化光強度であり、複数のマスクセルの透過光の光強度は、第１半径Ｒ１の第１円の中心Ｃにおけるマスクセルの光強度を第１光強度Ｉ1（但し、０＜Ｉ1＜１である。）とし、第１円と、第１円と同心の第２半径Ｒ２（但し、Ｒ１＜Ｒ２である。）の第２円との間の円環領域におけるマスクセルの全ての光強度を第２光強度Ｉ2とし、第２円より外側の領域におけるマスクセルの全ての光強度を第３光強度Ｉ3（但し、Ｉ1、Ｉ2及びＩ3は、０≦Ｉ3＜Ｉ1、かつ０≦Ｉ2＜Ｉ1である。）としてある。
【００３６】
このフォトマスクにおいて、第１円の中心Ｃから第２円までの第１半径上に並ぶ順次のマスクセルの光強度を、第１光強度Ｉ1から第２光強度Ｉ2まで、互いに離散的な値であって、かつ第２円に向かうに従って前後のマスクセル間での光強度の変化量が大となる値にそれぞれ設定されている。
【００３７】
このフォトマスクにおいて、Ｉ1、Ｉ2及びＩ3は、０≦Ｉ3＜Ｉ1＜Ｉ2＜１の関係を有するものとするのがよい。
【００３８】
また、Ｉ1、Ｉ2及びＩ3は、０＜Ｉ1＜Ｉ3＜Ｉ2＜１の関係を有するものとするのがよい。
【００３９】
さらに、Ｉ1、Ｉ2及びＩ3は、０≦Ｉ3＜Ｉ1＜Ｉ2＜１の関係を有するものとするのがよい。
【発明の効果】
【００４０】
この発明のマイクロレンズの製造方法によれば、新規な構成のフォトマスクを用いることにより、１回のエッチング工程でマイクロレンズのレンズ本体を形成でき、しかも、形成されたマイクロレンズの外側（枠体部）の形状を、マイクロレンズの形成後に、マイクロレンズの光学的特性を損なうことなく任意の形状に成形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態につき説明する。なお、図面には、この発明が理解できる程度に各構成成分の形状、大きさ及び配置関係が概略的に示されているに過ぎず、これによりこの発明が特に限定されるものではない。また、以下の説明において、特定の材料、条件及び数値条件等を用いることがあるが、これらは好適例の１つに過ぎず、従って、この発明は何らこれらに限定されない。
【００４２】
なお、この発明の微小光学素子の製造方法における各製造工程は、フォトマスクを除き、原則として従来公知の材料及び製造装置を用いて実施することができる。従って、各製造工程における材料、条件等の詳細な説明は省略する場合もある。
【００４３】
（第１の実施の形態）
１．マイクロレンズ
図１を参照して、この発明のマイクロレンズ（以下、単にレンズとも称する。）の構成例につき説明する。
【００４４】
図１（Ａ）はこの例のマイクロレンズを上面側から見た平面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＩ−Ｉ’で示した、レンズの中心を通る一点鎖線に沿った切断端面を示す模式的な図である。
【００４５】
図１（Ａ）及び（Ｂ）に示す構成例では、レンズ１０は容器状の枠体部１２と、レンズ本体１６とを具えている。この枠体部１２はシャーレ状の容器状の形態を有していて、上面又は底面側からみた外側の輪郭が中心軸Ｃを中心とする径ｗ３を有する正円形であり、及び側面側からみた輪郭が長方形である。
【００４６】
この枠体部１２は、均一の厚みの円盤状の底部１２ａと、この底部１２ａの周縁から底部１２ａに対し直立して一体的に形成されている周壁部１２ｂとを有している。この底部１２ａの径をｗ２とする。この周壁部１２ｂの厚み及び高さは均一であって、周壁部１２ｂの底面からの高さをｈ３とし、及び周壁部１２ｂの厚みをｗ５とする。
【００４７】
従って、レンズ１０の外径ｗ３は、底部１２ａの径ｗ２と周壁部１２ｂの厚みの２倍である２×ｗ５との和に相当する。底部１２ａ及び周壁部１２ｂの下面からなる枠体部１２の外側に面する底面すなわち下面１２ｃは、平坦面である。
【００４８】
枠体部１２の下面と対向する上面も平坦面を形成していて、底部１２ａと周壁部１２ｂとで囲まれて形成される凹部１３の底を、枠体部１２の上面が形成している。
【００４９】
このレンズ１０の構成例によれば、枠体部１２の底部１２ａの上面に中心軸Ｃを中心とした径がｗ１の円形で高さがｈ１の凸部１６ａが形成されていて、この凸部１６ａとこの凸部１６ａの直下の底部１２ａの領域部分１６ｂとでレンズ本体１６を構成している。従って、このレンズ本体１６は、凸部１６ａの表面を第１面とし、及び領域部分１６ｂの平坦な下面を第２面とする平凸レンズの形態を有している。例えば、凸部１６ａの凸面を球面の一部とすることができる。
【００５０】
底部１２ａの上面に凸部１６ａが形成されることにより、凸部１６ａの周囲に残存した上面領域の平面形状は、円環状であって、その外径がｗ２、内径がｗ１及び幅がｗ４である。
【００５１】
このように、レンズ１０には、枠体部１２の周壁部１２ｂ及び底部１２ａの一部分と、凸部１６ａとで囲まれた凹部１３が形成されている。
【００５２】
レンズ本体１６は、上面からみた形状が図１（Ａ）に示すように、枠体部１２及び凹部１３の中心軸Ｃを共有する径ｗ３を有する円形とされている。
【００５３】
また、図１（Ｂ）に示すように、レンズ本体１６の凸部１６ａは、中心軸Ｃを通る断面内で見ると、連続的に厚みが変化する、すなわち表面が円弧状になっている。換言すれば、この構成例では、凸部１６ａは球面の一部分が底部１２ａの平坦な上面１４から突出した形態を有している。
【００５４】
この例では、凸部１６ａの厚み、すなわち平坦な上面１４を基準とした高さｈ１が最大となる位置は中心軸Ｃに一致している。
【００５５】
この高さｈ１は、枠体部１２の平坦底部１４を基準とした高さｈ２よりも低くされている。
【００５６】
この発明のマイクロレンズ１０において、枠体部１２の周壁部１２ｂの内側壁端縁から凸部１６ａの周端までの距離、すなわち幅ｗ４と枠体部１２の高さｈ２と枠体部の幅との比、すなわちｗ４：ｈ２：ｗ５は、枠体部１２の強度と、反射防止膜等のさらなる形成を考慮すると、１：１：１から１：２：２の範囲内とするのがよい。
【００５７】
この発明のマイクロレンズ１０の想定されているサイズを例示すると、レンズ直径、すなわち幅ｗ１は２５０μｍ程度であり、レンズ本体１６の高さｈ１は７．１μｍ程度であり、かつこの場合の曲率半径は１１００μｍ程度である。
【００５８】
また、枠体部１２の高さｈ２は１０μｍ程度であり、枠体部１２の幅は８μｍ程度である。さらに幅ｗ４は１０μｍ程度である。
【００５９】
このように、レンズ本体１６の高さｈ１が枠体部１２の高さｈ２よりも低く、すなわちレンズ本体１６の凸部１６ａが凹部１３内に納まっているため、レンズ１０の加工時において又は使用時においてもレンズ本体１６を損傷から効果的に防止することができる。
【００６０】
２．マイクロレンズの製造方法
以下、図を参照して、この発明のマイクロレンズの製造方法につき説明する。ここでは、シリコン基板を用いるシリコンマイクロレンズの製造方法を例にとって説明する。
【００６１】
図２（Ａ）、（Ｂ)及び（Ｃ）は、マイクロレンズの製造途中で得られた構造体を切断した切り口を示す模式図である。
【００６２】
図３（Ａ）及び（Ｂ）は、図２（Ｃ）から続く模式図である。
【００６３】
図４（Ａ）及び（Ｂ）は、図３（Ｂ）から続く模式図である。
【００６４】
まず、図２（Ａ)に示すように、平行平板状の基板２０を準備する。基板２０は、第１の面２０ａと、この第１の面（単に表面とも称する。）２０ａと対向する第２の面（単に裏面とも称する。）２０ｂとを有している。この第１の面２０ａには、予めレンズ形成領域２０Ｘを設定しておく。
【００６５】
この基板２０としては、好ましくは、第１シリコン層２１、ＢＯＸ層２２及び第２シリコン層２３がこの順に上から積層されているＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いるのがよい。
【００６６】
具体的には、例えば６インチ（約１５．２４ｃｍ）径であって、レンズ加工部分、すなわち最上部の第１シリコン層２１の厚さが１００μｍ程度であるＳＯＩ基板を用いればよい。
【００６７】
この発明に適用される基板２０は、シリコン基板に限定されず、好ましくはガラス基板、ゲルマニウム基板、ＩｎＰ基板といった種々のタイプを用いることもできる。
【００６８】
図２（Ｂ）に示すように、基板２０の第１の面２０ａ上に、この例ではポジ型のレジスト材料を塗布して、第１レジスト層２４Ｘを形成する。適用して好適なレジスト材料の例としては、株式会社ＪＳＲ製、ＩＸ４１０（以下、単にレジスト材料Ａと称する。）が挙げられる。
【００６９】
この第１レジスト層２４Ｘの形成は、従来公知のスピンコータを用いる回転塗布の手法によって行えばよい。この第１レジスト層２４Ｘの膜厚は、好ましくは例えば３．５μｍから４μｍ程度の範囲とすればよい。
【００７０】
次に、第１レジスト層２４Ｘが形成された基板２０に対してプリベーク処理を行う。このプリベーク処理は、選択されたレジスト材料に応じた条件で行うのがよい。プリベーク処理は、レジスト材料Ａを用いる場合には好ましくは例えば雰囲気温度９０℃で６０秒間行えばよい。
【００７１】
次いで、フォトリソグラフィ工程の露光処理を行う。
【００７２】
露光処理には特殊なフォトマスクを使用する。すなわち、この露光処理の次のエッチング工程では、第１シリコン層２１からレンズ１０を残存形成するための特殊な形態のレジストパターンが必要である。
【００７３】
この特殊な形態のレジストパターンを形成するためには、それに対応した新規な形態のフォトマスクが必要である。この使用される新規なフォトマスクの具体的な構成については、後述する。
【００７４】
この露光処理は従来公知のｉ線ステッパを用いて行えばよい。適用して好適なｉ線ステッパの例としては、株式会社ニコン製、ＮＳＲ−２２０５ｉ１１Ｄ（商品名）（以下、単にｉ線ステッパＡと称する。）が挙げられる。
【００７５】
露光処理をｉ線ステッパＡを用いて行う場合には、好ましくは例えば２８０ミリ秒間の露光処理を行う。
【００７６】
その後、露光後ベーク処理が行われる。上述の態様では、好ましくは例えば雰囲気温度１１０℃で１００秒間の露光後ベーク処理を行えばよい。
【００７７】
このフォトマスクの採用により、特に複数段の段差、あるいはこれら複数段の段差により近似される曲面といった複雑な形状であっても、極めて精度のよいレジストパターン形状を形成することができる。
【００７８】
次に、現像液を用いて現像処理を行う。この現像液は選択されたレジスト材料に任意好適な現像液を用いればよい。既に説明したレジスト材料Ａを用いた場合には、好ましくは例えばアルカリ性現像液である東京応化工業株式会社製ＮＭＤ−３（商品名）を用いて９０秒間の現像処理を行えばよい。
【００７９】
次いで、現像後ベーク処理を選択された材料に任意好適な条件で現像後ベーク処理を行う。レジスト材料Ａを用いた場合には、好ましくは例えば雰囲気温度１２０℃で１００秒間の現像後ベーク処理を行うことにより、図２（Ｃ）に示す第１レジストパターン２４が得られる。
【００８０】
第１レジストパターン２４は、露出面である平坦なマスク面２４Ａから凹状に窪んだマスク凹部２５を有するパターンとして形成される。このマスク凹部２５を画成する第１レジストパターン２４の凹凸形状は、図１（Ａ）及び（Ｂ）で説明したレンズ１０の表面の凹凸形状に対応させる。
【００８１】
マスク凹部２５は、第１レジストパターン２４の厚み内に、平坦面である凹部の底面２４Ｂを有している。この凹部の底面２４Ｂからは、中心軸Ｃに向かって連続的にレジスト膜厚が厚くなる方向に変化する、球面の一部分が突出したような、すなわち球欠状形態のマスク凸部２４Ｃが突出している。
【００８２】
凹部の底面２４Ｂは、マスク凸部２４Ｃの外周囲を囲んでいて、上側から見たときに円環状の形状を有している。
【００８３】
マスク凸部２４Ｃは、これを上側から見た平面形状が中心軸Ｃを中心点とする円形である。マスク凸部２４Ｃのうち、中心軸Ｃが通る部分は高さの最高点、すなわち厚みが最も厚い部分となっている。
【００８４】
マスク凸部２４Ｃの直径、高さ、曲率半径は、最終的に形成されるレンズの形状、レンズ形成時のエッチング選択比といった条件を考慮して任意好適なものとすることができる。
【００８５】
このように、後述するフォトマスクを用いてレジスト層に対し、フォトリソグラフィ工程を行うことにより場所に応じてレジスト層の表面から異なる深さのパターン面を有するレジストパターン２４が形成される。
【００８６】
この第１レジストパターン２４をエッチングマスクとして用いて、常法に従い、第１シリコン層２１をパターニングする。
【００８７】
図３（Ａ）に示すように、パターニング工程において、第１レジストパターン２４は、それ自体削られながら第１シリコン層２１にその形状を転写する。
【００８８】
このパターニング工程は、基板面に垂直な方向からの異方性エッチングにより第１レジストパターン２４をエッチング除去しつつ行われる。エッチングの進行により、第１レジストパターン２４の輪郭形状が平行移動して、第１レジストパターン２４の部分が消滅して順次に露出する第１シリコン層２１の露出する領域の順に削られて、パターニングされていく。
【００８９】
すなわち、エッチングの進行により、まず、第１レジストパターン２４の凹部の底面２４Ｂが消滅して、露出した第１シリコン層２１の領域でエッチングが開始される。
【００９０】
次いで、マスク凸部２４Ｃがその周辺から徐々に頂点にまでエッチングされて消滅して、これにより順次に露出した第１シリコン層２１の領域のエッチングが露出順に行われる。このようにエッチング領域は、マスク凸部２４Ｃの端縁側から中心軸Ｃにおける最高点に向かって徐々に広がっていく。
【００９１】
このエッチングは、マスク凸部２４Ｃがエッチング消滅すると同時に、すなわちマスク凸部２４Ｃの形状が第１シリコン層２１に転写されて、平坦な底面２１Ｂから突出するレンズ本体２１Ｃが完成した時点で停止される。
【００９２】
よって、マスク平坦部２４Ａの直下に位置していた第１シリコン層２１の部分は残存する（以下、第１シリコン層２１のこの部分領域を残存部と称する。）。
【００９３】
このエッチング工程によって、第１シリコン層２１にパターニング形成されたパターンの表面の輪郭形状は、第１レジストパターン２４のパターン表面の輪郭形状に対応する。
【００９４】
このエッチング工程により、レンズ本体２１Ｃの最大となる厚み、すなわち平坦底面２１Ｂを基準とした最大高さｈ１は、平坦底面２１Ｂから残存部の表面までの高さｈ２よりも低くされている。
【００９５】
従って、レンズ本体２１Ｃは、平坦底面２１Ｂ及び残存部が画成する凹部内に完全に納まっている。
【００９６】
よって、以下の工程においてもレンズ本体２１Ｃ（１６）は、これを囲む残存部が画成する凹部の側壁により効果的に保護される。
【００９７】
このパターニング工程は、好ましくは例えばＲＦ（高周波）電源を具える従来公知のエッチング装置を用いて行うことができる。このとき、エッチャントとしては、好ましくはＳＦ6ガス及びＯ2ガスの混合ガスを用いるのがよい。
【００９８】
このマスク凸部２４Ｃの形成及び第１レジストパターン２４のエッチングは、第１シリコン層２１の第１レジストパターン２４に対するエッチング選択比が、好ましくは例えば２．０となることを前提として条件設定して行うのがよい。
【００９９】
以上の工程により、第１レジストパターン２４のパターン形状は、第１シリコン層２１に転写されて、レンズ形成領域２０Ｘ内に、マイクロレンズとしての光学的な機能を備えるレンズ本体１６（２１Ｃ）が完成する。
【０１００】
次に、マイクロレンズとして切り出すためのホトリソグラフィ工程及びエッチング工程、すなわちパターニング工程を行う。
【０１０１】
図３（Ｂ）に示すように、露出面全面に、ポジ型のレジスト材料である、好ましくは例えば既に説明したレジスト材料Ａを塗布して、第２レジスト層２６Ｘを形成する。この第２レジスト層２６Ｘの形成は、選択されたレジスト材料を従来公知のスピンコータを用いて、回転塗布する工程とすればよい。この第２レジスト層２６Ｘの膜厚は、好ましくは例えば４μｍ程度とすればよい。
【０１０２】
この第２レジスト層２６Ｘは、平坦底部２１Ｂを基準とした最大高さｈ１は、平坦底部２１Ｂから残存部の表面までの高さｈ２よりも低くされているため、特にレンズ本体２１Ｃの直上において、従来よりも膜厚をより厚くすることができる。
【０１０３】
引き続き、既に説明したパターニング工程と同様に、選択されたレジスト材料に任意好適な条件で、順次、プリベーク処理、露光処理、露光後ベーク処理、現像処理、現像後ベーク処理を行う。
【０１０４】
図４（Ａ）に示すように、以上の工程により、レジスト層に形成された凹部２５を含むレンズ形成領域２０Ｘを覆う第２レジストパターン２６が形成される。
【０１０５】
次に、この第２レジストパターン２６をマスクとして用い、常法に従い、第１シリコン層２１をエッチングしてパターニングする。すなわち、レンズ形成領域２０Ｘ外である第１シリコン層２１の一部領域を除去する。このエッチングはレンズ形成領域２０Ｘ外においてＢＯＸ層２２が露出するまで行う。
【０１０６】
このエッチングは、好ましくは例えばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）方式によるＩＣＰボッシュ法により行うのがよい。例えばＣ4Ｆ8を用いて側壁保護工程を行い、またエッチャントとしてＳＦ6を用いてエッチングを行えばよい。
【０１０７】
このエッチングによれば、側壁保護工程とエッチングとを適宜繰り返すことにより、より深い深さに至るパターニングを実現することができる。
【０１０８】
このとき第２レジストパターン２６は、特にレンズ本体２１Ｃの直上において膜厚をより厚くしてあるため、レンズ形成領域２０Ｘ外のエッチングが終了するまでに削り取られて消滅してしまうおそれがない。
【０１０９】
従って、形成されたレンズ本体２１Ｃのこのエッチング工程による損傷を効果的に防止することができる。
【０１１０】
エッチング終了後、第２レジストパターン２６を除去する。さらに完成したマイクロレンズ１０をＢＯＸ層２２から剥離する。
【０１１１】
図４（Ｂ）に示すように、以上の工程により、既に説明した構成を有するシリコンマイクロレンズが完成する。
【０１１２】
なお、レジスト材料として、ポジ型のレジスト材料を用いる例を説明したがネガ型のレジスト材料を用いることもできる。
【０１１３】
また、凸状のレンズを形成する例を説明したが、凹状のレンズを形成することもできる。
【０１１４】
上述した第２レジストパターン２６の形成工程において、第２レジストパターン２６から露出する範囲を、凹部２５の端縁より外側まで拡大する、すなわち凹部２５の直上のみを覆うものとすれば、枠体部１２を有しないマイクロレンズを製造することもできる。
【０１１５】
この発明のマイクロレンズの製造方法によれば、枠体部の表面より低い位置にレンズ部の高さの最高点、すなわち厚みが最大になる点が存在するレンズ本体を形成することができる。このため、凹部直上に形成される外形整成用のレジストマスクの膜厚を従来よりも厚めに確保することができるので、マイクロレンズを、その光学的特性を損なうことなく製造することができる。すなわち、マイクロレンズの光学的特性を損なうことなく任意の形状の枠体部を成形することができる。
【０１１６】
（第２の実施の形態）
１．マイクロレンズ
図５を参照して、この発明のマイクロレンズのさらなる構成例につき説明する。なお、好適な製造装置、材料、及び条件は、既に説明した例と同様なのでその詳細な説明は省略する。
【０１１７】
この例のマイクロレンズ１０は、枠体部１２の高さｈ２をレンズ本体１６の高さｈ１よりも低くしてあることを特徴としている。
【０１１８】
図５（Ａ）はこの例のマイクロレンズを上面側から見た平面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＩ−Ｉ’で示した、レンズの中心を通る一点鎖線に沿った切断端面を示す模式的な図である。
【０１１９】
図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、レンズ１０は容器状の枠体部１２とレンズ本体１６とを具えている。この例の枠体部１２はシャーレ状の容器の形態となっていて、上面及び底面側からみた外側の輪郭が中心軸Ｃを中心とする径ｗ３を有する正円の形状を有しており、側面側からみた輪郭が長方形である。
【０１２０】
枠体部１２は、均一の厚みの円盤状の底部１２ａと、この底部１２ａの周縁から底部１２ａに対し直立して一体的に形成されている周壁部１２ｂとを有している。この底部１２ａの径はｗ２である。この周壁部１２ｂの厚み及び高さは均一であって、周壁部１２ｂの底面からの高さはｈ３であり、及び周壁部１２ｂの厚みはｗ５である。
【０１２１】
底部１２ａ及び周壁部１２ｂの下面からなる枠体部１２の外側に面する底面すなわち下面１２ｃは、平坦面である。
【０１２２】
枠体部１２の下面と対向する上面も平坦面を形成していて、底部１２ａと周壁部１２ｂとで囲まれて形成される凹部１３の底を、枠体部１２の上面が形成している。
【０１２３】
このレンズ１０の構成例によれば、枠体部１２の底部１２ａの上面に中心軸Ｃを中心とした径がｗ１の円形で高さがｈ１の凸部１６ａが形成されていて、この凸部１６ａとこの凸部１６ａの直下の底部１２ａの領域部分１６ｂとでレンズ本体１６を構成している。従って、このレンズ本体１６は、凸部１６ａの表面を第１面とし、及び領域部分１６ｂの平坦な下面を第２面とする平凸レンズの形態を有している。
【０１２４】
底部１２ａの上面に凸部１６ａが形成されることにより、凸部１６ａの周囲に残存した上面領域の平面形状は、円環状である。その外径はｗ２、内径がｗ１及び幅がｗ４である。
【０１２５】
このように、レンズ１０には、枠体部１２の周壁部１２ｂ及び底部１２ａの一部分と、凸部１６ａとで囲まれた凹部１３が形成されている。
【０１２６】
レンズ本体１６は、上面からみた形状が図５（Ａ）に示すように、枠体部１２及び凹部１３の中心軸Ｃを共有する径ｗ３を有する円形とされている。
【０１２７】
また、図５（Ｂ）に示すように、レンズ本体１６の凸部１６ａは、中心軸Ｃを通る断面内で見ると、連続的に厚みが変化する、すなわち表面が円弧状になっている。換言すれば、この構成例では、凸部１６ａは球面の一部分が底部１２ａの平坦な上面１４から突出した形態を有している。
【０１２８】
この例では、凸部１６ａの厚み、すなわち平坦な上面１４を基準とした高さｈ１が最大となる位置は中心軸Ｃに一致している。
【０１２９】
この例では高さｈ１は、枠体部１２の平坦底部１４を基準とした高さｈ２よりも高くされている。すなわち、レンズ本体１６は、枠体部１２より突出している。
【０１３０】
このように、この例のレンズ本体１６の高さｈ１は、枠体部１２の高さｈ２よりも高くされるため、レンズ１０は極めて広角度から集光することができる。
【０１３１】
２．マイクロレンズの製造方法
図を参照して、この例のマイクロレンズの製造方法につき説明する。なお、第１レジストパターンの形状、及びこれに伴う形状の変化を除き、各工程の実施条件等は第１の実施の形態と同様であるので、特に説明が必要な場合を除き、その詳細な説明は省略する場合もある。
【０１３２】
図６（Ａ）、（Ｂ)及び（Ｃ）は、マイクロレンズの製造途中で得られた構造体を切断した切り口を示す概略的な図である。
【０１３３】
図７（Ａ）及び（Ｂ）は、図６（Ｃ）から続く模式図である。
【０１３４】
図８（Ａ）及び（Ｂ）は、図７（Ｂ）から続く模式図である。
【０１３５】
まず、図６（Ａ)に示すように、基板２０を準備する。基板２０は、第１の面２０ａと、この第１の面２０ａと対向する第２の面２０ｂとを有している。第１の面２０ａ側には、予めレンズ形成領域２０Ｘを設定しておく
図６（Ｂ）に示すように、基板２０の第１の面２０ａ上に、この例ではポジ型のレジスト材料を塗布して、第１レジスト層２４Ｘを形成する。
。
【０１３６】
この第１レジスト層２４Ｘの形成は、従来公知のスピンコータを用いる回転塗布の手法とすればよい。
【０１３７】
次に、第１レジスト層２４Ｘが形成された基板２０に対してプリベーク処理を行う。このプリベーク処理は、選択されたレジスト材料に応じた条件で行うのがよい。
【０１３８】
次いで、露光処理を行う。この露光処理は従来公知のｉ線ステッパを用いて行えばよい。その後、露光後ベーク処理が行われる。
【０１３９】
この露光処理において使用されるフォトマスクの具体的な構成については、後述する。
【０１４０】
このフォトマスクの採用により、特に複数段の段差、あるいはこれら複数段の段差により近似される曲面といった複雑な形状であっても、極めて精度のよいレジストパターン形状を形成することができる。
【０１４１】
次に、現像液を用いて現像処理を行う。この現像液は選択されたレジスト材料に任意好適な現像液を用いればよい。
【０１４２】
次いで、現像後ベーク処理を選択された材料に任意好適な条件で現像後ベーク処理を行う。この現像後ベーク処理を行うことにより、図７（Ａ）に示すように、第１レジストパターン２４が得られる。
【０１４３】
第１レジストパターン２４は、露出面である平坦なマスク面２４Ａから凹状に窪んだマスク凹部２５を有するパターンとして形成される。
【０１４４】
マスク凹部２５は、第１レジストパターン２４の厚み内に、平坦面であるマスク底部２４Ｂを有している。
【０１４５】
また、この例の第１レジストパターン２４は、マスク凹部２５内であって、マスク底部２４Ｂよりも高い位置にマスク段差部２４Ｄを有している。マスク段差部２４Ｄはマスク底部２４Ｂに平行な平坦面であるマスク段差部上面２４Ｄａを有している。
【０１４６】
マスク段差部上面２４Ｄａは、マスク底部２４Ｂの外側を囲んでいて、上側から見た輪郭が円形である円環状の形状を有している。このマスク凹部２５を画成する第１レジストパターン２４の凹凸形状は、図１（Ａ）及び（Ｂ）で説明したレンズ１０の表面の凹凸形状に対応させる。
【０１４７】
マスク凹部２５は、第１レジストパターン２４の厚み内に、平坦面である凹部の底面２４Ｂを有している。この凹部の底面２４Ｂからは、中心軸Ｃに向かって連続的にレジスト膜厚が厚くなる方向に変化する、球面の一部分が突出したような、すなわち球欠状形態のマスク凸部２４Ｃが突出している。
【０１４８】
凹部の底面２４Ｂは、マスク凸部２４Ｃの外周囲を囲んでいて、上側から見たときに円環状の形状を有している。
【０１４９】
マスク凸部２４Ｃは、これを上側から見た平面形状が中心軸Ｃを中心点とする円形である。マスク凸部２４Ｃのうち、中心軸Ｃが通る部分は高さの最高点、すなわち厚みが最も厚い部分となっている。
【０１５０】
マスク凸部２４Ｃの直径、高さ、曲率半径は、最終的に形成されるレンズの形状、レンズ形成時のエッチング選択比といった条件を考慮して任意好適なものとすることができる。
【０１５１】
このように、後述するフォトマスクを用いてレジスト層に対し、フォトリソグラフィ工程を行うことにより場所に応じてレジスト層の表面から異なる深さのパターン面を有するレジストパターン２４が形成される。
【０１５２】
次に、この第１レジストパターン２４をマスクとして用い、常法に従い、第１シリコン層２１のパターニング工程を行う。
【０１５３】
図７（Ａ）に示すように、パターニング工程において、第１レジストパターン２４は、それ自体削られながら第１シリコン層２１にその形状を転写する。
【０１５４】
このパターニング工程は、基板面に垂直な方向からの異方性エッチングにより第１レジストパターン２４をエッチング除去しつつ行われる。エッチングの進行により、第１レジストパターン２４の輪郭形状が平行移動して、第１レジストパターン２４の部分が消滅して順次に露出する第１シリコン層２１の露出する領域の順に削られて、パターニングされていく。
【０１５５】
このエッチングは、マスク凸部２４Ｃがエッチング消滅すると同時に、すなわちマスク凸部２４Ｃの形状が第１シリコン層２１に転写されて、平坦な底面２１Ｂから突出するレンズ本体２１Ｃが完成した時点で停止される。
【０１５６】
よって、マスク平坦部２４Ａの直下に位置していた第１シリコン層２１の部分（残存部）は残存する。
【０１５７】
このエッチング工程によって、第１シリコン層２１にパターニング形成されたパターンの表面の輪郭形状は、第１レジストパターン２４のパターン表面の輪郭形状に対応する。
【０１５８】
また、凸部２１Ｃを含むレンズ形成領域２０Ｘ内には、残存部と平坦底部２１Ｂの間に位置する段差部表面２１Ｄａを有する段差部２１Ｄが形成される。このとき、段差部２１Ｄの高さｈ２、すなわち平坦底部２１Ｂから段差部表面２１Ｄａまでの高さは、凸部２１Ｃの高さｈ１よりも低くされる。
【０１５９】
このエッチング工程により、レンズ本体２１Ｃの最大となる厚み、すなわち平坦底部２１Ｂを基準とした最大高さｈ１は、平坦底部２１Ｂから残存部の表面までの高さｈ２’よりも低くされている。
【０１６０】
従って、レンズ本体２１Ｃは、平坦底部２１Ｂ及び残存部が画成する凹部内に納められる。
【０１６１】
よって、以下の工程においてもレンズ本体２１Ｃ（１６）は、これを囲む残存部が画成する凹部の側壁により効果的に保護される。
【０１６２】
このパターニング工程は、好ましくは例えばＲＦ（高周波）電源を具える従来公知のエッチング装置を用いて行うことができる。
【０１６３】
以上の工程により、第１レジストパターン２４のパターン形状は、第１シリコン層２１に転写されて、レンズ形成領域２０Ｘ内に、マイクロレンズとしての光学的な機能を備えるレンズ本体１６（２１Ｃ）が完成する。
【０１６４】
次に、マイクロレンズとして切り出すためのホトリソグラフィ工程及びエッチング工程、すなわちパターニング工程を行う。
【０１６５】
図７（Ｂ）に示すように、露出面全面に、ポジ型のレジスト材料を塗布して、第２レジスト層２６Ｘを形成する。この第２レジスト層２６Ｘの形成は、選択されたレジスト材料を従来公知のスピンコータを用いて、回転塗布する工程とすればよい。
【０１６６】
この第２レジスト層２６Ｘは、平坦底部２１Ｂを基準とした最大高さｈ１は、平坦底部２１Ｂから残存部の表面までの高さｈ２’よりも低くされているため、特にレンズ本体２１Ｃの直上において、従来よりも膜厚をより厚くすることができる。
【０１６７】
引き続き、既に説明したパターニング工程と同様に、選択されたレジスト材料に任意好適な条件で、順次、プリベーク処理、露光処理、露光後ベーク処理、現像処理、現像後ベーク処理を行う。
【０１６８】
図８（Ａ）に示すように、ここまでの工程により、この例では凹部２５を含むレンズ形成領域２０Ｘのうち、段差部表面２１Ｄａの直上までを覆う、すなわち段差部表面２１Ｄａより外側の領域を露出する第２レジストパターン２６が形成される。
【０１６９】
次に、この第２レジストパターン２６をマスクとして用い、常法に従い、第１シリコン層２１をエッチングしてパターニングする。すなわち、レンズ形成領域２０Ｘ外である第１シリコン層２１の一部領域を除去する。このエッチングは、既に説明した第１の実施の形態と同様にしてレンズ形成領域２０Ｘ外においてＢＯＸ層２２が露出するまで行う。
【０１７０】
このとき第２レジストパターン２６は、特にレンズ本体２１Ｃの直上において膜厚をより厚くしてあるため、段差部表面２１Ｄａ外のエッチングが終了するまでに削り取られて消滅してしまうおそれがない。
【０１７１】
従って、形成されたレンズ本体２１Ｃのこのエッチング工程による損傷を効果的に防止することができる。
【０１７２】
図８（Ｂ）に示すように、エッチング終了後、第２レジストパターン２６を除去する。さらに完成したマイクロレンズ１０をＢＯＸ層２２から剥離する。
【０１７３】
以上の工程により、この例のシリコンマイクロレンズが完成する。
【０１７４】
この発明のマイクロレンズの製造方法によれば、レンズ部の形成工程において、側壁（枠体部）の表面より低い位置にレンズ部の高さの最高点、すなわちレンズ部の厚みが最大になる点が存在するレンズ本体を形成することができる。このため、レンズ本体直上に形成される外形形成用のレジストマスクの膜厚を従来よりも厚めに確保することができるので、側壁を階段状の段差を有するように形成しておくことにより、枠体部の高さがマイクロレンズの最大高さより小さい場合であっても、その光学的特性を損なうことなく製造することができる。
【０１７５】
（フォトマスク）
この発明のマイクロレンズの製造方法に適用して好適なフォトマスクの構成につき説明する。
【０１７６】
図９（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）を参照して、第１及び第２の実施の形態のレンズの製造方法において説明した第１レジストパターン形成用のフォトマスクの構成について図面を参照して説明する。
【０１７７】
図９（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、フォトマスクを説明するための模式図である。図９（Ａ）は、フォトマスクの一部分を上方から見た模式的な平面図である。図９（Ｂ）は、図９（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った面で切った断面を示す図である。図９（Ｃ）は、図（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った方向（Ｘ方向）の位置と、透過光の光強度の関係を説明するための図である。図９（Ｃ）は、横軸にＸ方向の位置を示し、縦軸に透過光の光強度を示している。
【０１７８】
フォトマスク１１０は、石英ガラスなどの透明のマスク基板１２０上に、複数の、同一の大きさの正方形状のマスクセル１４０を有している。マスクセル１４０は、マスク基板１２０の一方の主表面に画成された複数の単位マスクセル領域に設定されている。
【０１７９】
これら単位マスクセル領域は、互いに密接して設けられている。例えば、単位マスクセル領域は、互いに直交するＸ方向（又は行方向）及びＹ方向（又は列方向）に引かれた直線である、複数の仮想格子状線１４６で、マスク基板１２０の一方の主表面に等間隔に仕切られて設定された領域とすることができる。従って、この場合には、これら単位マスクセル領域は、直交マトリクス（行列）配列として、配列されている。
【０１８０】
マスクセル１４０には、光透過領域１４４と遮光領域１４２のいずれか一方又は双方が設定されている。
【０１８１】
マスク基板１２０上の遮光領域１４２には、例えば、クロムを蒸着するなどして遮光膜１３０が設けられている。このマスクセル１４０がフォトマスク１１０を透過する光強度を制御する基本単位である。
【０１８２】
同じ面積のマスクセル１４０の場合には、マスクセル１４０に対する光透過領域１４４の面積比により、マスクセル１４０を透過する光強度が与えられる。すなわち、マスクセル１４０中の、光透過領域１４４の面積が大きいほど、マスクセル１４０を透過する光強度が大きくなる（図９（Ｃ））。
【０１８３】
ここで、複数のマスクセルのうち、列方向に連続して配列されたマスクセルが、遮光領域を有している場合には、これら遮光領域は列方向に順次に接続して連続的に設けられている。
【０１８４】
また、複数のマスクセルのうち、行方向に連続して配列されたマスクセルが、光透過領域及び遮光領域を有している場合には、これら遮光領域は行方向に順次に不接続に設けられている。
【０１８５】
なお、図９（Ａ）は、光透過領域１４４と遮光領域１４２の双方が設定されているマスクセル１４０が、Ｙ方向の仮想二分線１４８で二分され、仮想二分線１４８の一方の側（図中、仮想二分線の右側）に光透過領域１４４が設定され、他方の側（図中、仮想二分線の左側）に遮光領域１４２が設定されている例を示している。
【０１８６】
なお、各マスクセルについていえば、光透過領域１４４が仮想二分線１４８に対して同じ側に設定されているのがよい。以下に、その理由につき説明する。
【０１８７】
形成されるレジストパターンの形状が連続的に膜厚が変化する曲面状の場合（例えば既に説明した第１レジストパターン２４の場合）には、レジストパターンの膜厚の変化が緩やかな領域では、同一の光強度のマスクセル１４０が連続して設定されることがある。
【０１８８】
各マスクセル１４０について、仮想二分線１４８に対して、同じ側に光透過領域１４４が設定される構成にすると、Ｙ方向に連続して設けられる同一の光強度のマスクセル１４０については、遮光領域は、一つの矩形として構成される。
【０１８９】
マスクパターンを構成する矩形の数の増減に応じて、マスクパターンの生成に必要なデータ量も増減する。従って、各マスクセル１４０の遮光膜１３０を、一括して一つの矩形として形成すると、マスクパターンの生成に必要なデータ量を削減することができる。この結果、フォトマスクの製造にかかる時間を短縮するとともに、コストを削減することができる。
【０１９０】
図９（Ａ）及び（Ｂ）では、全てのマスクセル１４０について光透過領域１４４と遮光領域１４２が設定されている例を示しているが、この例に限定されない。
【０１９１】
すなわち、フォトマスク１１０は、光透過領域１４４だけが設定された、すなわち遮光領域がないマスクセル、あるいは、マスクセル１４０に遮光領域１４２だけが設定された、すなわち光透過領域がないマスクセルを有していてもよい。
【０１９２】
マスクセル１４０の一辺の長さ（以下、マスクピッチと称することもある。）Ｐは、このフォトマスク１１０が用いられる露光装置の光学系の解像限界となる長さより小さく設定されている。このため、フォトマスク１１０を用いてレジスト層に露光処理を行った場合には、フォトマスクのマスクパターンを解像できるだけのコントラストが得られない。
【０１９３】
このフォトマスク１１０を用いてレジスト層を露光した後、現像すると、例えば基板に塗布されているレジスト層はこの基板から分離することなく、連続して膜厚が変化するレジストパターンとなる。
【０１９４】
露光装置として、例えば、波長λが３６５ｎｍであり、縮小投影倍率を５倍としていわゆるｉ線ステッパを用いる場合には、露光光学系の解像性能は、投影レンズの開口数ＮＡ及びコヒーレンスファクタσに依存する。
【０１９５】
表１は光学コントラストＭの、ピッチ（Ｐｉｔｃｈ）、開口数ＮＡ及びコヒーレンスファクタσに対する依存性を示している。ここで、光透過領域（スペース）４４の幅Ｄ、及び遮光領域（ライン）４２の幅Ｗの比は、１：１としている。
【０１９６】
ピッチはマスクピッチＰをレジスト層の上面に射影した長さに相当する。縮小投影倍率が５倍の場合には、このピッチは、マスクピッチＰの１／５になる。
【０１９７】
光学コントラストＭは、Ｍ＝（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）／（Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ）で表される。フォトマスクを透過する光の光強度は正弦波的に変化し、その１周期内の光強度の最大値がＩｍａｘであり、最小値がＩｍｉｎである。
【０１９８】
【表１】
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【０１９９】
一般に、露光光学系の解像力は、λ／ＮＡに比例する。よって、波長が短いほど、あるいは、開口数ＮＡが大きくなるほど、光学コントラストＭが０となるピッチ、すなわち、フォトマスクのマスクパターンを解像できるだけのコントラストが得られないピッチが小さくなる。
【０２００】
例えば開口数ＮＡが０．５であり、コヒーレンスファクタσが０．５の場合は、レジストにおけるピッチが４８０ｎｍ（マスクピッチＰが２．４μｍ）以下になると、ウェハ上に投影される透過光の光強度の光学コントラストＭが０になる。
【０２０１】
ただし、光学コントラストＭは０に限定されず、わずかに光学コントラストＭが発生したとしても、光学コントラストＭが与えるレジストへの影響が、許容できる範囲内であればよい。
【０２０２】
例えば、開口数ＮＡが０．５であり、コヒーレンスファクタσが０．５である場合には、ピッチを５００ｎｍにすると、光学コントラストＭは０．０３となるが、この場合の光学コントラストＭがレジストに与える影響は許容できる範囲内にある。
【０２０３】
上述したように、マスクピッチＰの上限は、露光光学系により光学コントラストＭが０となる大きさに依存して決められる。
【０２０４】
一方、マスクピッチＰが短いほど、水平方向の分解能は高くなる。しかしながら、フォトマスクとして製造できる、光透過領域４４の幅Ｄや、遮光領域４２の幅Ｗを小さくすることは技術的に困難である。このため、光透過領域４４の幅Ｄ、及び、遮光領域４２の幅Ｗの最小値を固定して、マスクセル４０の一辺の長さＰを小さくすると、光強度の可変幅が小さくなる。
【０２０５】
例えば、レジストパターンレベルにおけるピッチが４８０ｎｍであるときに、使用できるマスク製造技術におけるレジストパターンレベルでの最小寸法が１５０ｎｍであるとする。
【０２０６】
なお、以下の説明において、特に言及する場合を除いて、寸法としてレジストパターンにおける寸法に換算したものを用いている。フォトマスクにおける寸法は、レジストパターンレベルにおける寸法に縮小投影倍率、ここでは５倍を乗ずればよい。このとき、スペース幅、すなわち、レジストパターンレベルにおける寸法に換算した光透過領域の幅は、１５０ｎｍから３３０ｎｍに設定することができる。
【０２０７】
一方で、ピッチが４００ｎｍであるときに、使用できるマスク製造技術での最小寸法が１５０ｎｍであるとする。このとき、設定できるスペース幅は、１５０ｎｍから２５０ｎｍの範囲になる。
【０２０８】
スペース幅を１ｎｍ刻みで制御した場合の光の階調数は、ピッチが４８０ｎｍのとき１８１であり、ピッチが４００ｎｍのとき１０１になる。
【０２０９】
ピッチが小さいと、光の階調数、すなわち、光強度の分解能が低下する。また、セル内における開口面積比は、ピッチが４８０ｎｍのとき３１％から６９％の範囲であり、ピッチが４００ｎｍのとき３８％から６３％の範囲である。つまり、ピッチが小さいと、光強度の可変幅が狭くなる。
【０２１０】
高精度のマスク製造技術を用いれば、すなわち、マスク製造技術での最小寸法を小さくすれば、同等の階調数のまま、レジストにおけるピッチを小さくすることができる。
【０２１１】
例えば、ピッチを３００ｎｍとし、レジストにおける最小寸法を７０ｎｍとすれば、設定できるスペース幅は７０ｎｍから２３０ｎｍの範囲となり、１ｎｍ刻みで制御した場合の階調数として１６１が得られる。
【０２１２】
しかしながら、最小寸法を小さくすることは、マスクコストの増加を引き起こす。従って、レジストにおけるピッチは対象パターン、露光光学系、マスク製造技術における最小寸法、マスクコストを考慮して最適な条件を選択する必要がある。対象とするレジストパターンの大きさが数＋μｍから数百μｍと十分大きい場合には、レジストパターンにおけるピッチは４００ｎｍから５００ｎｍの範囲とするのが好適である。
【０２１３】
上述した、レジストパターン形成用のフォトマスクによれば、マスクセルごとに、透過する光強度を設定できる。従って、例えば第２の実施の形態で説明したような段差部を有するといった任意のパターン形状、又は中心からの距離が等しい場所のレジスト膜厚が等しくない任意の形状を形成する場合に、必要なフォトマスクが容易に得られる。
【０２１４】
この発明の既に説明したサイズのマイクロレンズの製造方法において、レジストパターンを形成するにあたり、適用して好適なフォトマスクのサイズを例示すると、ピッチは４００ｎｍであり、最小のスペース幅、すなわち光透過領域の幅は１２０ｎｍであり、かつ最大のスペース幅は２８０ｎｍである。
【０２１５】
図１０に、上述したレジストＡを用い、このフォトマスクを用いて露光、現像を行った場合の１ピッチの光透過領域の幅と残存するレジストパターンの膜厚との関係をグラフとして示す。
【０２１６】
光透過領域の幅が増大するほど残存するレジストパターンの膜厚は減少する。
【０２１７】
このように、光透過領域の幅と残存するレジストパターンの膜厚との関係からフォトマスク１１０のマスクセル１４０の配置を、所定のレジストパターン形状が得られるよう最適化することができる。
【０２１８】
すなわち、この発明のマイクロレンズの製造工程に適用して好適なフォトマスク１１０のマスクセル１４０の透過光の光強度は、規格化光強度とすることができる。すなわち、規格化光学強度とは、多数のマスクセルのうち、いずれかのマスクセルを透過した光の強度が最大であるとき、この最大光強度を１として決まる他のマスクセルを透過する光の強度の値である。従って、規格化光強度は１と０とをそれぞれ含むその間のいずれかの値をとる。各マスクセルにはそれぞれ設計上決められる規格化光強度が割り当てられている。
【０２１９】
図１１を参照して、マスクセルの透過光の光強度につき説明する。
【０２２０】
図１１（Ａ）は露光対象であるレジスト層を上面側から見た平面図であり、図１１（Ｂ）は、露光領域における光強度を示すグラフであり、及び図１１（Ｃ）は形成されたレジストパターンの模式図である。
【０２２１】
図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、この発明の凸状のレンズ本体を枠体部に納めた形態のマイクロレンズを形成するに際し、複数のマスクセル１４０の透過光の光強度は、第１半径Ｒ１の第１円であるマスク凸部形成領域２４ＣＸの中心Ｃにおけるマスクセル１４０の光強度を第１光強度Ｉ1（但し、０＜Ｉ1＜１である。）とし、第１円と、該第１円と同心のマスク底面形成領域２４ＢＸの第２半径Ｒ２（但し、Ｒ１＜Ｒ２である。）の第２円との間の円環領域におけるマスクセルの全ての光強度を第２光強度Ｉ2とする。
【０２２２】
さらに、第２円より外側の領域におけるマスクセルの全ての光強度を第３光強度Ｉ3（但し、Ｉ1、Ｉ2及びＩ3は、０≦Ｉ3＜Ｉ1、かつ０≦Ｉ2＜Ｉ1である。）とし、及び第１円の中心Ｏから前記第２円までの第１半径上に並ぶ順次のマスクセルの光強度を、第１光強度Ｉ1から第２光強度Ｉ2まで、互いに離散的な値であって、かつ第２円に向かうに従って前後のマスクセル間での光強度の変化量が大となる値にそれぞれ設定する。
【０２２３】
このように設定することにより、図１１（Ｃ）に示す既に説明した形状のレジストパターンを形成することができる。
【０２２４】
なお、この場合には、露光条件を、開口数ＮＡを０．５とし、コヒーレンスファクタσを０．５とし、かつ縮小投影倍率を５倍とするのがよい。
【０２２５】
このような条件で１６階調の段差で近似された曲面を有する凸部を含む第１レジストパターン（２４）を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２２６】
【図１】（Ａ）はこの例のマイクロレンズを上面側から見た平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＩ−Ｉ’で示した一点鎖線に沿って、切断した切断端面を示す模式図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ)及び（Ｃ）は、マイクロレンズを製造途中の構造体を切断した切断端面の概略図である。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は、図２（Ｃ）から続く図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、図３（Ｂ）から続く図である。
【図５】（Ａ）はこの例のマイクロレンズを上面側から見た平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＩ−Ｉ’で示した一点鎖線に沿って、切断した切断端面を示す模式図である。
【図６】（Ａ）、（Ｂ)及び（Ｃ）は、マイクロレンズを製造途中の構造体を切断した切り口の切断端面を示す概略図である。
【図７】（Ａ）及び（Ｂ）は、図６（Ｃ）から続く模式的な図である。
【図８】（Ａ）及び（Ｂ）は、図７（Ｂ）から続く模式的な図である。
【図９】（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、フォトマスクを説明するための模式図である。
【図１０】光透過領域の幅と残存するレジストパターンの膜厚との関係を示すグラフである。
【図１１】（Ａ）は露光対象であるレジスト層を上面側から見た平面図であり、（Ｂ）は露光領域における光強度を示すグラフであり、及び（Ｃ）は形成されたレジストパターンの模式図である。
【符号の説明】
【０２２７】
１０：レンズ
１２：枠体部
１２ａ：底部
１２ｂ：周壁部
１２ｃ：底面
１３：凹部
１４、２１Ｂ：レンズ平坦底部
１６、２１Ｃ：レンズ本体
２０：基板（ＳＯＩ基板）
２０ａ：第１の面
２０ｂ：第２の面
２０Ｘ：レンズ形成領域
２１：第１シリコン層
２１Ａ：平坦部
２１Ｄ：段差部
２１Ｄａ：段差部表面
２２：ＢＯＸ層
２３：第２シリコン層
２４：第１レジストパターン
２４Ｘ：第１レジスト層
２４Ａ：マスク面
２４Ｂ：マスク底面
２４ＢＸ：マスク底面形成領域
２４Ｃ：マスク凸部
２４ＣＸ：マスク凸部形成領域
２４Ｄ：マスク段差部
２４Ｄａ：マスク段差部上面
２５：凹部
２６：第２レジストパターン
２６Ｘ：第２レジスト層
１１０：フォトマスク
１１２：マスク基準点
１２０：マスク基板
１３０：遮光膜
１４０：マスクセル
１４２、１５２：遮光領域
１４４、１５４：光透過領域
１４６：仮想格子状線
１４８：仮想二分線
１６０：下地層
１７０：レジスト層
１７２：レジスト基準点
【図１】
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【図２】
2008089926.tif 000005
【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】
2008089926.tif 000010
【図８】
2008089926.tif 000011
【図９】
2008089926.tif 000012
【図１０】
2008089926.tif 000013
【図１１】
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