(57)【要約】【課題】  低コストでかつ高精度のマイクレンズアレイの製造方法を提供すること。【解決手段】  本発明にかかる製造方法は、金型によりガラス基板１０３上にＵＶ硬化樹脂１０２をレンズ形状に硬化させレンズ基板を複数形成する工程と、レンズ基板をアレイ状に配列する工程と、アレイ状のレンズ基板上にメッキしてレンズ形状を形成する面を有するマスタを形成する工程と、マスタのレンズ形状を形成する面上にメッキしてマザーを形成する工程と、マザーにより成形型を形成する工程と、成形型によりＳｉ基板１０８上にＵＶ硬化樹脂１０７をレンズ形状に硬化させ形成する工程と、ドライエッチングによりＵＶ硬化樹脂１０７を除去するとともにＳｉ基板１０８の一部を除去する工程とを含むものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズ形状を形成する面を有する金型を用いたマイクロレンズアレイの製造方法であって、
前記金型により第１の基板上に第１の樹脂を前記レンズ形状に硬化させレンズ基板を複数形成する工程と、
前記レンズ基板をアレイ状に配列する工程と、
前記アレイ状のレンズ基板上にメッキして前記レンズ形状を形成する面を有するマスタを形成する工程と、
前記マスタのレンズ形状を形成する面上にメッキしてマザーを形成する工程と、
前記マザーにより成形型を形成する工程と、
前記成形型により第２の基板上に第２の樹脂を前記レンズ形状に硬化させ形成する工程と、
ドライエッチングにより前記第２の樹脂を除去するとともに前記第２の基板の一部を除去する工程とを含むマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項２】
前記レンズ形状は、凸レンズ形状であり、前記レンズ形状を形成する面は、凹形状であることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
前記第２の基板は、シリコンであることを特徴とする請求項１又は２記載の製造方法。
【請求項４】
前記成形型は、プラスチックであることを特徴とする請求項１又は２記載の製造方法。
【請求項５】
前記成形型は、射出成形により形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の製造方法。
【請求項６】
前記第１の樹脂及び前記第２の樹脂は、紫外線硬化樹脂であることを特徴とする請求項１又は２記載の製造方法。
【請求項７】
レンズ形状を形成する面を有する金型を用いたマイクロレンズアレイの製造方法であって、
前記金型により前記レンズ形状を有する第１の成形型を形成する工程と、
前記第１の成形型により前記レンズ形状を形成する面を有する第２の成形型を複数形成する工程と、
前記第２の成形型をアレイ状に配列する工程と、
前記アレイ状の第２の成形型により基板上に樹脂を前記レンズ形状に硬化させ形成する工程と、
ドライエッチングにより前記樹脂を除去するとともに前記基板の一部を除去する工程とを含むマイクロレンズアレイの製造方法。
【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の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の基板に多用されているＳｉは、屈折率が３．５４と高いため、光の絞込み等に適しており、また、透過率も高いため、１３００ｎｍ以上の波長の光をほぼ１００％透過でき、さらに、耐久性も高いという性質をもっている。これらのことから、光通信用のレンズとして期待されている。
【０００３】
光通信用のレンズには、レンズ径が数μｍ〜数百μｍであるマイクロレンズを２次元配列状に並べたマイクロレンズアレイが使われている。
【０００４】
Ｓｉのマイクロレンズの製造は、ガラスレンズと異なり形成が困難であるため、例えば、リソグラフ等を用いてレジストを塗布し、ドライエッチングによりレンズを形成する方法が知られている（特許文献１参照）。しかし、この方法では、非球面レンズを形成するのが困難である。
【０００５】
また、グレイマスクにより階調をもったパターンを形成し、非球面レンズを形成する方法も知られている。しかし、この方法では、レンズの曲面の高さが４０μｍ以上と高いことから、レジストを非常に厚く塗る必要があり、塗布の均一性の点から精度が落ち、さらに、グレイマスクが非常に高価なため、コストが上がってしまう。
【０００６】
多段階露光によりステップ状のパターンを形成し、回折レンズを形成する方法も知られている。しかし、この方法では、数回露光が必要で、パターン形成が複雑であり、パターン形状のずれが特性劣化に大きな影響を及ぼしてしまう。
【０００７】
この他に、成形型によりレンズ形状の樹脂を形成した後、エッチングによりマイクロレンズを形成する方法も知られている（特許文献２参照）。しかし、この方法では、個々のレンズの形状にばらつきが発生し、精度を上げることができない。
【特許文献１】特開２０００−８９００２号公報
【特許文献２】特開平８−１６６５０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、従来のマイクロレンズアレイの製造方法では、製造コストがかかり、さらに、精度も低いという問題点があった。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、低コストでかつ高精度のマイクロレンズアレイの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明にかかる製造方法は、レンズ形状を形成する面を有する金型を用いたマイクロレンズアレイの製造方法であって、前記金型により第１の基板（例えば、ガラス基板）上に第１の樹脂（例えば、ＵＶ硬化樹脂）を前記レンズ形状に硬化させレンズ基板を複数形成する工程と、前記レンズ基板をアレイ状に配列する工程と、前記アレイ状のレンズ基板上にメッキして前記レンズ形状を形成する面を有するマスタを形成する工程と、前記マスタのレンズ形状を形成する面上にメッキしてマザーを形成する工程と、前記マザーにより成形型を形成する工程と、前記成形型により第２の基板（例えば、Ｓｉ基板）上に第２の樹脂（例えば、ＵＶ硬化樹脂）を前記レンズ形状に硬化させ形成する工程と、ドライエッチングにより前記第２の樹脂を除去するとともに前記第２の基板の一部を除去する工程とを含むものである。これにより、低コストでかつ高精度のマイクロレンズアレイを形成することができる。
【００１１】
上述の製造方法において、前記レンズ形状は、凸レンズ形状であり、前記レンズ形状を形成する面は、凹形状であってもよい。これにより、前記金型を容易に形成できる。
【００１２】
上述の製造方法において、前記第２の基板は、シリコンであってもよい。これにより、屈折率、透過率の高いマイクロレンズアレイを形成できる。
【００１３】
上述の製造方法において、前記成形型は、プラスチックであってもよい。これにより、前記成形型を容易に量産することができる。
【００１４】
上述の製造方法において、前記成形型は、射出成形により形成されてもよい。これにより、前記成形型を容易に量産することができる。
【００１５】
上述の製造方法において、前記第１の樹脂及び前記第２の樹脂は、紫外線硬化樹脂であってもよい。これにより、より精度よくマイクロレンズアレイを形成することができる。
【００１６】
また、本発明にかかる製造方法は、レンズ形状を形成する面を有する金型を用いたマイクロレンズアレイの製造方法であって、前記金型により前記レンズ形状を有する第１の成形型（例えば、Ｎｉマスタマザー）を形成する工程と、前記第１の成形型により前記レンズ形状を形成する面を有する第２の成形型（例えば、ＰＣ成形型）を複数形成する工程と、前記第２の成形型をアレイ状に配列する工程と、前記アレイ状の第２の成形型により基板（例えば、Ｓｉ基板）上に樹脂（例えば、ＵＶ硬化樹脂）を前記レンズ形状に硬化させ形成する工程と、ドライエッチングにより前記樹脂を除去するとともに前記基板の一部を除去する工程とを含むマイクロレンズアレイの製造方法である。これにより、低コストでかつ高精度のマイクロレンズアレイを形成することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、低コストでかつ高精度のマイクレンズアレイ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】
【００１８】
本発明の実施の形態１．
図１乃至図３を用いて、本発明の実施の形態１にかかる光学モジュールの製造方法について説明する。
【００１９】
まず、図１（ａ）に示すように、１つの凹部を有する金型１０１を形成する。この凹部は、形成する凸レンズに対応した形状のものであり、非球面レンズや回折レンズの形状でもよい。さらに、凹部は、凹レンズを形成するために、逆に凸部としてもよい。金型１０１は、各製造工程で生じる誤差を補正した形状でもよい。
【００２０】
次に、図１（ｂ）に示すように、金型１０１の凹部に溶融状態のＵＶ（紫外線）硬化樹脂１０２を塗布後、ガラス基板１０３を密着させ、さらに、ガラス基板１０３の下面からＵＶを照射する。図では、凹部を金型１０１の下面としているが、ＵＶ硬化樹脂は溶融状態のため、凹部を金型１０１の上面として、ＵＶ硬化樹脂を塗布し、その上にガラス基板１０３を密着させてもよい。また、ガラス基板１０３は、ＵＶを通すものであればよく、ガラスに限らず、ＰＣ（ポリカーボネイト）などのプラスチック、アクリル、シクロオレフィン、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等でもよい。さらに、ＵＶ硬化樹脂１０３ではなく、熱硬化樹脂を用いて熱を加えてもよい。
【００２１】
そして、図１（ｃ）に示すように、ＵＶ硬化樹脂１０２が硬化した後、金型１０１を取り外し、ＵＶ硬化樹脂１０２とガラス基板１０３からなるガラス２Ｐを得る。さらに、図１（ｂ）及び図１（ｃ）を繰り返し、マイクロレンズアレイで必要となる数のガラス２Ｐを形成する。
【００２２】
その後、図１（ｄ−１）及び（ｄ−２）に示すように、図１（ｃ）で形成した複数のガラス２Ｐを並べてアレイを構成する。ここで、図１（ｄ−１）は側面図、図１（ｄ−２）は上面図を示している。図は、ガラス２Ｐのアレイの一例であり、長手方向及び短手方向に任意の数並べてもよい。
【００２３】
次に、図２（ｅ）に示すように、図１（ｄ−１）のガラス２ＰのアレイにＮｉメッキスタンパ１０４を形成する。このＮｉメッキスタンパ１０４は、例えば、スパッタ等により導電膜を形成した後、電解メッキにより形成してもよい。また、電解メッキではなく、無電解メッキを用いて形成してもよい。Ｎｉメッキスタンパ１０４の厚さは、マイクロレンズの高さよりも厚く、例えば、２００から３００μｍであることが好ましい。さらに、Ｎｉメッキスタンパ１０４は、Ｎｉのみに限らず、リンを含んでいてもよいし、Ｎｉではなく、ＣｕやＡｕ等でもよい。
【００２４】
そして、図２（ｆ）に示すように、ガラス２Ｐを離型し、凹部を有するＮｉメッキスタンパ１０４を得る。
【００２５】
続いて、図２（ｇ）に示すように、Ｎｉメッキスタンパ１０４に離型処理を施し、Ｎｉマスタマザー１０５を形成する。この離型処理は、例えば、酸化処理材等を塗布することにより酸化させ、ＮｉＯ膜を形成してもよい。また、Ｎｉマスタマザー１０５は、Ｎｉメッキスタンパ１０４と同様に、電解メッキにより形成されてもよく、材料についても、Ｎｉメッキスタンパ１０４と同様でもよい。
【００２６】
さらに、図２（ｈ）に示すように、Ｎｉメッキスタンパ１０４を離型し、Ｎｉマスタマザー１０５を得る。尚、このように、製造したい形状の基板から、この基板に対応した形状のマスタを形成し、このマスタから基板と同一形状のマザーを形成し、このマザーから射出成形等により基板を形成する製造方法を、マスタ・マザー法と呼ぶ。ここで、マスタはＮｉメッキスタンパ１０４であり、マザーはＮｉマスタマザー１０５である。
【００２７】
その後、図２（ｉ）に示すように、Ｎｉマスタマザー１０５に溶融状態のＰＣを流し込み、ＰＣ成形型１０６を射出成形する。尚、ＰＣ成形型１０６は、射出成形機によって、図の形となるように金型で覆われている。また、Ｎｉマスタマザー１０５を用いて射出成形することにより、ＰＣ成形型１０６を容易に量産することができる。さらに、ＰＣ成形型１０６は、図１（ｂ）のガラス基板１０３と同様に、ＵＶを通すものであればよい。ＰＣ成形型１０６は、例えば、ガラスや樹脂などの透明な基板を機械加工により形成してもよい。
【００２８】
そして、図２（ｊ）に示すように、ＰＣ成形型１０６が冷えて硬化した後、Ｎｉマスタマザー１０５を離型し、ＰＣ成形型１０６を得る。
【００２９】
次に、図３（ｋ）に示すように、ＰＣ成形型１０６の凹部にＵＶ硬化樹脂１０７を塗布後、Ｓｉ基板１０８を密着させ、さらに、ＰＣ成形型１０６の上面からＵＶを照射する。また、この工程の前に、ＰＣ成形型１０６に離型処理を行っておいてもよい。さらに、Ｓｉ基板１０８は、マイクロレンズアレイとなるものであり、Ｓｉに限らず、石英ガラス等でもよい。図１（ｂ）と同様に、ＵＶ硬化ではなく熱硬化を用いてもよい。
【００３０】
そして、図３（ｌ）に示すように、ＰＣ成形型１０６を離型し、ＵＶ硬化樹脂１０７とＳｉ基板１０８からなるＳｉ２Ｐを得る。
【００３１】
さらに、図３（ｍ）に示すように、Ｓｉ基板１０８の上面に、ドライエッチングを行い、ＵＶ硬化樹脂１０７及びＳｉ基板１０８を溶解除去する。図に示す点線は、ドライエッチング後の状態を示している。ここで、ドライエッチングは、Ｏ２ガス及びＣＦ４ガスをプラズマ化させて行われる。Ｏ２ガスは、ＵＶ硬化樹脂１０７を溶解除去し、ＣＦ４ガスは、Ｓｉ基板１０８を溶解除去するものである。また、Ｏ２ガスとＣＦ４ガスの比率により、マイクロレンズの高さを制御することもできる。例えば、Ｏ２ガスとＣＦ４ガスの比率が１対１であれば、ＵＶ硬化樹脂１０７と同じ高さのマイクロレンズを形成することができる。
【００３２】
最後に、図３（ｎ−１）及び（ｎ−２）に示すように、ＵＶ硬化樹脂１０７が無くなるまでドライエッチングすることにより、ＵＶ硬化樹脂１０７の形状が転写され、マイクロレンズアレイ１０９を得ることができる。ここで、図３（ｎ−１）は側面図、図３（ｎ−１）は上面図を示している。
【００３３】
このような方法において、１つの金型１０１から、ガラス２Ｐを複数形成しアレイとするため、最終的に均一のとれた高精度のマイクロレンズアレイを形成することができる。さらに、金型１０１は、高価なものであるから、金型１０１を１つとすることにより、製造コストを抑えることができる。
【００３４】
その他の発明の実施の形態．
上述の例では、金型１０１からガラス２Ｐを形成したが、これに限らず、例えば、金型１０１からＮｉマスタマザー１０５を形成してもよい。図４を用いて、この製造方法について説明する。
【００３５】
まず、図１（ａ）と同様に、１つの凹部を有する金型１０１を形成する（図４（ａ））。次に、図２（ｇ）と同様に、電解メッキを用いて金型１０１にＮｉマスタマザー１０５を形成し（図４（ｂ））、図２（ｈ）と同様に、金型１０１を離型しＮｉマスタマザー１０５を得る（図４（ｃ））。また、このＮｉマスタマザー１０５を複数並べてアレイを構成してもよい。
【００３６】
そして、図２（ｉ）と同様に、Ｎｉマスタマザー１０５からＰＣ成形型１０６を射出成形し（図４（ｄ））、図２（ｊ）と同様に、Ｎｉマスタマザー１０５を離型し、ＰＣ成形型１０６を得る（図４（ｅ））。さらに、図４（ｄ）及び図４（ｅ）を繰り返し、マイクロレンズアレイで必要となる数のＰＣ成形型１０６を形成する。次に、図４（ｆ−１）及び（ｆ−２）に示すように、ＰＣ成形型１０６を並べてアレイを構成する。ここで、図４（ｆ−１）は側面図、図４（ｆ−２）は上面図を示している。その後、図３（ｋ）から図３（ｎ−１）及び（ｎ−２）と同様な工程によりマイクロレンズアレイを形成する。
【００３７】
尚、上記実施の形態では、いずれも単一の金型を用いてレンズアレイを作製しているが、レンズアレイの目的、用途に応じて複数の金型を用いることもできる。例えば、一定領域では単一の金型から得られたレンズ基板を用いるが、他の一定領域では、別の金型から得られた異なる形状のレンズ基板を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明にかかるマイクロレンズアレイの製造方法を示す図である。
【図２】本発明にかかるマイクロレンズアレイの製造方法を示す図である。
【図３】本発明にかかるマイクロレンズアレイの製造方法を示す図である。
【図４】本発明にかかるマイクロレンズアレイの製造方法を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０１  金型
１０２  ＵＶ硬化樹脂
１０３  ガラス基板
１０４  Ｎｉメッキスタンパ
１０５  Ｎｉマスタマザー
１０６  ＰＣ成形型
１０７  ＵＶ硬化樹脂
１０８  Ｓｉ基板
１０９  マイクロレンズアレイ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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