(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明酸化物からなる透明基板の一主面上に円形状のレジスト層をホトリソグラフィ処理により形成する工程と、
前記レジスト層に加熱リフロー処理を施して前記レジスト層に凸球面状パターンを付与する工程と、
異方性ドライエッチング処理により前記透明基板の一主面に前記レジスト層の凸球面状パターンを転写して凸球面状のレンズを形成する工程と
を含むマイクロレンズの製法であって、
前記異方性ドライエッチング処理では、エッチング室内で黒鉛電極板の上に前記透明基板とともに酸素発生材を載置することにより、エッチング中に発生するカーボンと酸素との比率を制御することを特徴とするマイクロレンズアレイの製法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光ファイバ等と組合せて用いるに好適な真球度の良いマクロレンズを異方性ドライエッチング処理により製作する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、透明基板の表面に複数の凸球面状のレジスト（感光性樹脂）パターンを異方性ドライエッチング処理により転写してマイクロレンズアレイを製作する方法は公知である。また、この種のマイクロレンズアレイの製法としては、ドライエッチング時にレンズの真球度を向上させることを目的として２種以上のフッ化炭素系ガスの流量比を制御するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３２１９４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した従来技術によると、精密な制御を行なうため、高価な設備を必要とし、コスト高を招くという問題点がある。
【０００４】
この発明の目的は、簡便な方法で真球度を向上させることができる新規なマイクロレンズの製法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に係るマイクロレンズの製法は、
透明酸化物からなる透明基板の一主面上に円形状のレジスト層をホトリソグラフィ処理により形成する工程と、
前記レジスト層に加熱リフロー処理を施して前記レジスト層に凸球面状パターンを付与する工程と、
異方性ドライエッチング処理により前記透明基板の一主面に前記レジスト層の凸球面状パターンを転写して凸球面状のレンズを形成する工程と
を含むマイクロレンズの製法であって、
前記異方性ドライエッチング処理では、エッチング中に発生するカーボンと酸素との比率を前記レンズについて所望の真球度が得られるように設定した状態でエッチングを行なうことを特徴とするものである。
【０００６】
発明者の研究によれば、レジスト層の凸球面状パターンを透明基板の一主面に異方性ドライエッチング処理により転写して凸球面状のレンズを形成する際に、エッチング中に発生するカーボンと酸素との比率を制御することによりレンズの真球度を制御できることが判明した。そこで、この発明の製法では、エッチング中に発生するカーボンと酸素との比率をレンズについて所望の真球度が得られるように設定した状態でエッチングを行なうようにしたので、真球度の良いレンズが得られる。
【０００７】
この発明の製法において、前記異方性ドライエッチング処理では、エッチング室内で黒鉛電極板の上に前記透明基板を載置した状態で前記エッチングを行なうと共に、前記黒鉛電極板の露出面積をＳ１、前記レジスト層の凸球面状パターンの前記透明基板への投影面積をＳ２、前記透明基板を含む酸素発生部の露出面積をＳ３としたとき面積比（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｓ３を前記レンズについて所望の真球度が得られるように設定した状態で前記エッチングを行なうようにしてもよい。このようにすると、酸素発生部として、透明基板の他に、石英板等を黒鉛電極板上に配置するなどして簡単にカーボンと酸素との比率を制御でき、真球度の良いレンズを低コストで形成可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、レンズを形成するための異方性ドライエッチング処理において、エッチング中に発生するカーボンと酸素との比率を制御するようにしたので、真球度良好なレンズを得ることができる。また、面積比（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｓ３を設定する場合は、真球度の良いレンズを簡単に且つ低コストで形成することができる。さらに、マイクロレンズにおいて、レンズの真球度が向上すると、収差が改善され、光線がほぼ一点にフォーカスされるようになる。このため、レンズを介して光ファイバに光線を導入する際には、レンズから光ファイバのコア部に低損失で光線を入射させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１〜３は、この発明の一実施形態に係るマイクロレンズアレイの製法を示すもので、各々の図に対応する工程（１）〜（３）を順次に説明する。
【００１０】
（１）透明基板としての石英基板１０の一主面には、円形状のレジスト層Ｓ１〜Ｓ４をホトリソグラフィ処理により形成する。ホトリソグラフィ処理では、ホトレジストを回転塗布法により基板表面に塗布した後、塗布されたレジストに露光・現像処理を施して厚さｔ＝５０〜６０μｍのレジスト層Ｓ１〜Ｓ４を得る。
【００１１】
（２）レジスト層Ｓ１〜Ｓ４に加熱リフロー処理を施すことによりＳ１等の各レジスト層に凸球面状パターンを付与する。このときの熱処理温度は、１７０〜２００℃程度とし、リフロー後のレジスト高さｈは、８０〜１００μｍ程度とすることができる。
【００１２】
（３）異方性ドライエッチング処理により石英基板１０にＳ１等の各レジスト層の凸球面状パターンを転写して石英からなる凸球面状のレンズＬ１１〜Ｌ１４を形成する。異方性ドライエッチング処理としては、フッ化炭素系ガス（例えばＣＦ４ガス）をエッチングガスとする反応性イオンエッチング処理を用いることができる。
【００１３】
ドライエッチング処理においては、一例として図４に示すようにエッチング室内で黒鉛電極（カソード電極）板１２の上に正方形状の石英基板１０の四辺に沿ってそれぞれ長方形状の石英板（石英短冊）１４ａ〜１４ｄを隙間無く配置すると共に石英板１４ａ，１４ｂ間と、石英板１４ｂ，１４ｃ間と、石英板１４ｃ，１４ｄ間と、石英板１４ｄ，１４ａ間とにそれぞれ正方形状の石英板１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄを隙間無く配置した状態でエッチングを行なう。このように石英基板１０の周囲に石英板１４ａ〜１４ｄ，１６ａ〜１６ｄを配置するのは、エッチング中に発生するカーボンと酸素との比率を制御してレンズの真球度を制御するためである。すなわち、石英基板１０及び石英板１４ａ〜１４ｄ，１６ａ〜１６ｄがエッチング中に酸素発生材として作用すると共に、酸素がレジストのエッチング速度を速める作用をするので、カーボン対酸素の比率を制御することによってレンズの真球度の制御が可能となる。
【００１４】
エッチング室内における酸素発生部に対するカーボン発生部の面積比をカーボン面積比Ｃ／Ｑとすると、面積比Ｃ／Ｑは次の式（１）により表わされる。
【００１５】
Ｃ／Ｑ＝（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｓ３…（１）
ここで、Ｓ１は、黒鉛電極板１２の露出面積、
Ｓ２は、レジストパターンの石英基板１０に対する投影面積、
Ｓ３は、石英基板１０及び石英板１４ａ〜１４ｄ，１６ａ〜１６ｄを含む酸素発生部の露出面積
である。レジストパターンは、カーボン供給源であるので、カーボン発生部の面積を（Ｓ１＋Ｓ２）とした。石英板１４ａ〜１４ｄ，１６ａ〜１６ｄを図４に示したように配置することで、黒鉛電極板１２の露出面積Ｓ１が低減されると共に酸素発生部（１０，１４ａ〜１４ｄ，１６ａ〜１６ｄ）の露出面積が増大し、面積比を適正範囲７〜４５（好ましくは１０〜３２）内に設定することができる。
【００１６】
石英板１４ａ〜１４ｄ，１６ａ〜１６ｄは、隙間無く配置したが、１ｍｍ以上の隙間を空けて配置してもよい。また、酸素発生材としての石英は、四辺形状や板状に限らず、円形状や多角形状あるいは円柱状や多角柱状等にしてもよい。さらに、酸素発生材としては、石英に限らず、光学ガラス、ＴｉＯ２等の酸化物を用いてもよい。
【００１７】
図５は、エッチング室内における石英基板１０上のレジストパターン配置の第１の変形例を示すものである。この例では、石英基板１０上に配置するレジスト層Ｓの数を図４の場合に比べて減少させると共にレジスト層Ｓを石英基板１０の中央部に集中的に配置することにより石英基板１０においてレジスト層Ｓの集団の周囲に枠状領域１０Ｆを露出させている。このようにすると、面積比（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｓ３において、レジストパターンの石英基板１０への投影面積Ｓ２が減少すると共に酸素発生部としての石英基板１０の露出面積Ｓ３が増大する。
【００１８】
図６は、エッチング室内における石英基板１０上のレジストパターン配置の第２の変形例を示すものである。この例では、石英基板１０上に配置するレジスト層Ｓの数を図４の場合に比べて減少させると共に５個１組のレジスト列を図４の場合より広い間隔を空けて配置することにより石英基板１０において１４個のレジスト列を囲む表面領域１０Ｇを露出させている。このようにすると、面積比（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｓ３において、レジストパターンの石英基板１０への投影面積Ｓ２が減少すると共に酸素発生部としての石英基板１０の露出面積が増大する。
【００１９】
図７は、エッチング室内における石英基板配置の従来例を示すもので、図４の石英基板配置において石英板１４ａ〜１４ｄ，１６ａ〜１６ｄを除去したものに相当する。
【００２０】
次に、図８を参照して真球ずれ測定法を説明する。図８において、石英基板１０の表面１０ａにはレジスト層Ｓが形成されており、レジスト層Ｓとの関連で真球（理想球面）ＩＳが破線で示されている。横軸は、レンズ中心からの距離を示し、縦軸は、高さを示す。レンズ中心は、真球の中心に対応する。測定装置としては、非接触型三次元測定装置を用い、３μｍ／ステップで−５５０μｍ〜５５０μｍの範囲でレジスト層Ｓやレンズの形状を測定した。そして、各測定データを真球（理想球面）データと比較し、真球ずれ（真球［理想球面］からのずれ量）を求めた。
【００２１】
図９には、比較例１〜３及び実施例１〜７について真球ずれの評価結果を示す。比較例１は、図７に示した従来例に相当するもので、面積比Ｃ／Ｑの制御方法としては石英板無しの場合であり、Ｃ／Ｑ＝６０であった。比較例２は、図４に示した石英板配置を採用した場合であり、Ｃ／Ｑ＝３．３であった。比較例３は、図４に示した石英板配置を採用した場合であり、Ｃ／Ｑ＝５０．２であった。
【００２２】
実施例１は、図４に示した石英板配置を採用した場合であり、Ｃ／Ｑ＝１０．２であった。実施例２は、図４に示した石英板配置を採用した場合であり、Ｃ／Ｑ＝１７．５であった。実施例３は、図４に示した石英板配置を採用した場合であり、Ｃ／Ｑ＝３１．３であった。実施例４は、図４に示した石英板配置を採用した場合であり、Ｃ／Ｑ＝６．９であった。実施例５は、図４に示した石英板配置を採用した場合であり、Ｃ／Ｑ＝４５．６であった。実施例６は、図５に示したように石英基板１０の外周にレジストパターンがない露出枠状領域１０Ｆを設けた場合であり、Ｃ／Ｑ＝２０．１であった。実施例７は、図６に示したようにレジストパターンを疎に配置して露出表面領域１０Ｇを拡大した場合であり、Ｃ／Ｑ＝２０．１であった。
【００２３】
比較例１〜３及び実施例１〜７のいずれの例でも、レンズ径は１０５０μｍ、有効径は８５０μｍ、エッチング方法はＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法、ＲＦ（高周波）パワーは２２０Ｗとした。真空ずれの評価基準は、ＲＩＥ後においてプラス方向及びマイナス方向の真球ずれの絶対値の和が１μｍ以下であれば良（○印）とし、１μｍより大であれば不良（×印）とした。図９には、比較例１〜３及び実施例１〜７のいずれの例についても、ＲＩＥ前の真球ずれのプラス方向及びマイナス方向の値と、ＲＩＥ後の真球ずれのプラス方向及びマイナス方向の値と、真球ずれの評価結果とが示されている。図９によれば、実施例１〜７においてＣ／Ｑ＝６．９〜４５．６であり、評価基準を満たすレンズが得られることがわかる。
【００２４】
図１０〜１３は、いずれもレンズ中心からの距離と理想球面（真球）からのずれ量との関係を示すものである。図１０は、実施例２についてＲＩＥ前の真球ずれ測定結果を示し、図１１は、実施例２についてＲＩＥ後の真球ずれ測定結果を示す。図１２は、比較例１についてＲＩＥ後の真球ずれ測定結果を示し、図１３は、比較例２についてＲＩＥ後の真球ずれ測定結果を示す。図１１と図１２又は図１３とを対比すると、この発明による真球度の改善効果が明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の一実施形態に係るマイクロレンズアレイの製法におけるレジスト層形成工程を示す断面図である。
【図２】図１の工程に続く加熱リフロー工程を示す断面図である。
【図３】図２の工程に続くドライエッチング工程を示す断面図である。
【図４】エッチング室内における石英基板及び石英板の配置例を示す斜視図である。
【図５】エッチング室内における石英基板上のレジストパターン配置の第１の変形例を示す斜視図である。
【図６】エッチング室内における石英基板上のレジストパターン配置の第２の変形例を示す斜視図である。
【図７】エッチング室内における石英基板配置の従来例を示す斜視図である。
【図８】真球ずれ測定法を説明するための真球及びレジスト層の断面図である。
【図９】比較例１〜３及び実施例１〜７について真球ずれの評価結果を示す図である。
【図１０】実施例２についてＲＩＥ前の真球ずれの測定結果を示すグラフである。
【図１１】実施例２についてＲＩＥ後の真球ずれの測定結果を示すグラフである。
【図１２】比較例１についてＲＩＥ後の真球ずれの測定結果を示すグラフである。
【図１３】比較例２についてＲＩＥ後の真球ずれの測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２６】
１０：石英基板、１２：黒鉛電極板、１４ａ〜１４ｄ，１６ａ〜１６ｄ：石英板、Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ：レジスト層、Ｌ１１〜Ｌ１４：レンズ。
【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】
0004747893.tif 000008
【図８】
0004747893.tif 000009
【図９】
0004747893.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0004747893.tif 000013
【図１３】
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