(57)【要約】【課題】マイクロレンズアレイ用金型の製作コストを引き下げる。【解決手段】ガラス状カーボン製の基板１の表面をシリコン薄膜２で覆い、更にその上にフォトレジスト３を塗布する。円形が二次元的に配列されたパターンを有するフォトマスクを用いてフォトレジスト３を露光し、次いでこれを現像することにより、フォトレジスト３に円形の開口が配列されたパターンを形成する。このフォトレジスト３をエッチングマスクとして用いてシリコン薄膜２に異方性エッチングを施し、シリコン薄膜２に円形の開口が配列されたパターンを形成する。このシリコン薄膜２をエッチングマスクとして用いて基板１に等方性エッチングを施す。これによって、円形の開口の底面から等方向にエッチングを進行させ、基板１の表面に凹レンズ状の窪みが配列されたパターンを形成する。【選択図】　　　図１
2004099394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面をエッチングマスク用の薄膜で覆い、更にその上にフォトレジストを塗布し、
円形が二次元的に配列されたパターンを備えたフォトマスクを用いてフォトレジストを露光し、次いでこれを現像することによって、フォトレジストに円形の開口が配列されたパターンを形成し、
このフォトレジストをエッチングマスクとして用いて前記薄膜に異方性エッチングを施し、次いで残されたフォトレジストを除去することによって、前記薄膜に円形の開口が配列されたパターンを形成し、
この薄膜をエッチングマスクとして用いて前記基板に等方性エッチングを施すことにより、前記開口の底面から等方向にエッチングを進行させ、次いで残されたエッチングマスクを除去することによって、前記基板の表面に凹レンズ状の窪みが二次元的に配列されたパターンを形成すること、
を特徴とするマイクロレンズアレイ用金型の製作方法。
【請求項２】
前記基板は、ガラス状カーボン製であり、
前記エッチングマスク用の薄膜は、シリコン薄膜であり、
前記等方性エッチングは、酸素プラズマを用いて行われること、
を特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズアレイ用金型の製作方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロレンズアレイをプレス成形によって製造する際に使用されるマイクロレンズアレイ用金型の製作方法に係る。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロレンズアレイ（Ｍｉｃｒｏ　Ｌｅｎｓ　Ａｒｒａｙ）とは、基板の表面に微細なレンズが二次元的に配列されたもので、光通信等に広く使用されている。近年、マイクロレンズアレイへのニーズが増大するとともに、精度も向上し、その材質はプラスティックからガラスヘと移行しつつある。特に、材質を石英ガラスにすることにより、透過率が高く、精度変化の小さなマイクロレンズアレイの製作が可能になっている。
【０００３】
このような石英ガラス製のマイクロレンズアレイは、従来、半導体の製造プロセスで使用されているフォトリソグラフィ技術を用いて製作されていた。
【０００４】
図２に、例として、石英ガラス製の凸型マイクロレンズアレイを製作するプロセスの概要を示す。このプロセスでは、３Ｄフォトマスクと呼ばれる、これまでのものとは異なり濃淡の調整が可能なフォトマスクが使用される。通常のフォトマスクでは、露光用の光に対して全く透明な部分と全く不透明な部分の“１”か“０”かの選択しかできなかったが、３Ｄフォトマスクでは、濃淡を連続的に調整することができる。従って、このような３Ｄフォトマスクを用いることによって、フォトレジストの感光度合いを連続的に調整し、次いで、このフォトレジストを現像することによって、フォトレジストに立体的な形状を与えることが可能になる。
【０００５】
先ず、石英ガラス製の基板１１の上に、フォトレジスト１２を塗布する。次いで、図２（ａ）に示すように、３Ｄフォトマスク１３を用いて、フォトレジスト１２の露光を行う。ここで、使用される３Ｄフォトマスク１３の濃淡のパターンは、基板１１の表面に形成しようとするマイクロレンズアレイの立体的パターンに合わせて予め作られている。このような３Ｄフォトマスク１３を用いることによって、フォトレジスト１２に上記の立体的パターンに対応する感光度合いを備えた露光パタ−ンが形成される。
【０００６】
ここで、フォトレジスト１２に、強感光部が現像により除去されるようなポジ型レジストを用いれば、現像後に、図２（ｂ）に示すような立体的な形状を備えたフォトレジスト１２によるパターンを得ることができる。
【０００７】
次に、フォトレジスト１２のエッチング速度と基板１１（石英ガラス）のエッチング速度が一致するような条件で、基板１１のエッチングを行えば、図２（ｃ）に示すように、フォトレジスト１２の立体的パターンがそのまま基板１１の表面に転写されることとなる。
【０００８】
しかし、上記の方法は、次のような問題点を有している。
【０００９】
（ａ）製造の際、高価な半導体製造装置が必要となる。
【００１０】
（ｂ）上記装置が稼動時に発生する未反応ガスの除害装置、及びクリーンルームなど高価な付帯設備が必要となる。
【００１１】
（ｃ）上記付帯設備の必要性から、莫大なイニシャルコストが掛かる。
【００１２】
（ｄ）３次元フォトマスクを用いるために、ランニングコストが高い。
【００１３】
これに対して、近年、ガラス状カーボン製の金型を用いてマイクロレンズアレイを成形する方法が開発されている。この方法では、石英ガラス製の基板の表面をフォトリソグラフィによって直接加工する代わりに、一旦、金型の表面に所定のパターンを前記と同様な方法で形成した後、この金型を用いて石英ガラスのプレス成形を行う。
【００１４】
図３に、この方法の概要を示す。
【００１５】
先ず、ガラス状カーボン製の基板２１の上に、フォトレジスト２２を塗布する。次いで、図３（ａ）に示すように、３Ｄフォトマスク２３を用いて、フォトレジスト２２の露光を行う。なお、この方法において使用される３Ｄフォトマスク２３は、先に図２（ａ）に示したものと、逆の濃淡パターンを備えている。
【００１６】
次に、現像を行い、図３（ｂ）に示すように、フォトレジスト２２を所定の立体的パターンに加工する。次いで、このフォトレジスト２２による立体的パターンをエッチングマスクとして用いて、フォトレジスト２２のエッチング速度と基板２１（ガラス状カーボン）のエッチング速度が一致するような条件で、基板２１のエッチングを行い、図３（ｃ）に示すように、フォトレジスト２２の立体的パターンを基板２１の表面に転写する。
【００１７】
ここまでの工程は、先に図２（ａ）〜（ｃ）に示したものと同様であるが、先の方法では、石英ガラス製の基板１１の表面に凸レンズ状の突起からなるアレイを形成するのに対して、この工程では、金型となるガラス状カーボン製の基板２１の表面に凹レンズ状の窪みからなるアレイが形成される。
【００１８】
次に、このようにして製作されたガラス状カーボン製の金型２１ａを使用して、図３（ｄ）に示すように、熱間で石英ガラス２５のプレス成形を行い、型面の形状を石英ガラス２５に転写する。その結果、石英ガラス製のマイクロレンズアレイが得られる。
【００１９】
この方法では、フォトリソグラフィは、ガラス状カーボン製の金型２１ａを製作する工程においてのみ使用され、個々の石英ガラス２５を成形する工程においては使用されない。このため、金型２１ａを使用して多量のマイクロレンズアレイを製作できるので、先の方法（図２）と比べて大幅なコストダウンが期待できる。
【００２０】
しかし、この方法においても、金型を製作する際に３Ｄマスクのような特殊なフォトマスクが必要となり、且つ、フォトレジストとガラス状カーボンのエッチング速度が同一になるような条件を探さなくてはならないなど、低コスト化を阻む要因が数多く存在する。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような従来のマイクロレンズアレイ用金型の製作方法についての問題点に鑑み成されたもので、本発明の目的は、３Ｄフォトマスクを使用する必要がなく、また、フォトレジストの立体的形状をガラス状カーボン製基板の表面に転写するという特殊なエッチング技術を採用する必要がなく、その結果、従来の方法と比べて製作コストの引き下げが可能なマイクロレンズアレイ用金型の製作方法を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明のマイクロレンズアレイ用金型の製作方法は、
基板の表面をエッチングマスク用の薄膜で覆い、更にその上にフォトレジストを塗布し、
円形が二次元的に配列されたパターンを備えたフォトマスクを用いてフォトレジストを露光し、次いでこれを現像することによって、フォトレジストに円形の開口が配列されたパターンを形成し、
このフォトレジストをエッチングマスクとして用いて前記薄膜に異方性エッチングを施し、次いで残されたフォトレジストを除去することによって、前記薄膜に円形の開口が配列されたパターンを形成し、
この薄膜をエッチングマスクとして用いて前記基板に等方性エッチングを施すことにより、前記開口の底面から等方向にエッチングを進行させ、次いで残されたエッチングマスクを除去することによって、前記基板の表面に凹レンズ状の窪みが二次元的に配列されたパターンを形成すること、
を特徴とする。
【００２３】
本発明のマイクロレンズアレイ用金型の製作方法によれば、高価な３Ｄフォトマスクを使用する必要がなく、また、レジストの立体的形状をガラス状カーボンの表面に転写するという特殊なエッチング技術を採用する必要がない。このため、マイクロレンズアレイ用金型の製作コストを引き下げることができる。
【００２４】
好ましくは、前記基板は、ガラス状カーボン製であり、
前記エッチングマスク用の薄膜は、シリコン薄膜であり、
前記等方性エッチングは、酸素プラズマを用いて行われる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明に基づくマイクロレンズアレイ用金型の製作方法の一例を示す。
【００２６】
先ず、ガラス状カーボン製の基板１の上に、シリコン薄膜２を、例えばプラズマＣＶＤ法により堆積し、更にその上にフォトレジスト３を塗布する。なお、この例では、ポジ型のフォトレジストを使用する。
【００２７】
次に、円形が二次元的に配列されたパターンを備えたフォトマスク（図示せず）を用いて、図１（ａ）に示すように、フォトレジスト３の露光を行う。次いで、図１（ｂ）に示すように、フォトレジスト３の現像を行う。これにより、感光部のフォトレジスト３が除去されて、フォトレジスト３に円形の開口が二次元的に配列されたパターンが形成され、これらの開口部の底でシリコン薄膜２が露出する。
【００２８】
次に、このようにして形成されたフォトレジスト３のパターンを用いて、図１（ｃ）に示すように、シリコン薄膜２の異方性エッチングを行う。エッチングガスとしては、例えば、ＳＦ６を使用する。エッチングの終了後、シリコン薄膜２上に残っているフォトレジスト３を除去する。これにより、フォトレジスト３のパターンがシリコン薄膜２に転写され、円形の開口が二次元的に配列されたパターンが形成される。
【００２９】
次に、このようにして形成されたシリコン薄膜のパターンをエッチングマスク２ａとして用いて、図１（ｄ）に示すように、ガラス状カーボン製の基板１の等方性エッチングを行う。この等方性エッチングには、例えば、酸素プラズマ４を使用する。なお、必要に応じて、基板１側にバイアス電圧を印加する。ここで、ガラス状カーボンは緻密で且つ組成に方向性がないので、図１（ｅ）に示すように、エッチングマスク２ａの開口部の底面から等方的にエッチングが進行し、基板１の表面に凹レンズ状の窪みが形成される。
【００３０】
最後に、基板１上に残っているシリコン薄膜（エッチングマスク２ａ）を、例えばＳＦ６でエッチングして除去すれば、基板１の表面に凹レンズ状の窪みが二次元的に配列されたマイクロレンズアレイ用金型を得ることができる。
【００３１】
このようにして製作されたガラス状カーボン製の金型を使用して、先に図３（ｄ）に示したように、熱間で石英ガラスのプレス成形を行い、型面の形状を石英ガラスに転写する。その結果、石英ガラス製のマイクロレンズアレイが得られる。
【００３２】
なお、マイクロレンズアレイのピッチは、最初に示した工程（図１（ａ））で使用されるフォトマスクのパターンのピッチによって決まる。また、製造されるマイクロレンズのサグ量（図１（ｅ）中の寸法Ｘ）は、上記のパターンを構成する円形の開口の径及びシリコン薄膜（エッチングマスク２ａ）の厚さを変えることで、調整が可能である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明のマイクロレンズアレイ用金型の製作方法では、高価な３Ｄフォトマスクを使用せず、また、フォトレジストの立体的形状をガラス状カーボンの表面に転写するという特殊なエッチング技術も使用していない。従って、従来の方法と比べて、マイクロレンズアレイ用金型の製作コストを引き下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマイクロレンズアレイ用金型の製作方法について説明する図、（ａ）〜（ｅ）は各工程を示す図。
【図２】従来のマイクロレンズアレイの製造方法の一例について説明する図、（ａ）〜（ｃ）は各工程を示す図。
【図３】従来のマイクロレンズアレイの製造方法の他の例について説明する図、（ａ）〜（ｄ）は各工程を示す図。
【符号の説明】
１・・・ガラス状カーボン製の基板、
２・・・シリコン薄膜、
２ａ・・・エッチングマスク、
３、１２、２２・・・フォトレジスト、
４・・・酸素プラズマ、
１１・・・石英ガラス製の基板、
１３、２３・・・３Ｄフォトマスク、
２１・・・ガラス状カーボン製の基板、
２５・・・石英ガラス。
【図１】
2004099394.tif 000003
【図２】
2004099394.tif 000004
【図３】
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