(57)【要約】  【課題】  特に高さが低いようなマイクロレンズも容易かつ高精度に、そして形状バラツキも少なくして作製可能な方法を得る。  【解決手段】  透明基板10の上に、所定形状にパターニングして透明樹脂11ａの層を形成し、この樹脂11ａにそれが溶解する溶剤59をこの樹脂11ａの周囲から吸収させ、流動性を持たせることで表面張力により該樹脂11ａの表面を凸面化させ、次いで前記溶剤を乾燥させて、樹脂11ａの凸面化した部分をレンズとする。【選択図】          図１
2005242109.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板の上に、所定形状にパターニングして透明樹脂の層を形成し、
この樹脂に該樹脂が溶解する溶剤をこの樹脂の周囲から吸収させ、流動性を持たせることで表面張力により該樹脂の表面を凸面化させ、
次いで前記溶剤を乾燥させて、前記樹脂の凸面化した部分をレンズとすることを特徴とするマイクロレンズの作製方法。
【請求項２】
透明基板の上に、所定形状にパターニングして樹脂の層を形成し、
この樹脂に該樹脂が溶解する溶剤をこの樹脂の周囲から吸収させ、流動性を持たせることで表面張力により該樹脂の表面を凸面化させ、
次いで前記溶剤を乾燥させ、
その後、前記樹脂が残っている側から前記基板をドライエッチングすることにより、この樹脂の凸面化した形状を該基板に転写してこの基板にレンズを形成することを特徴とするマイクロレンズの作製方法。
【請求項３】
前記ドライエッチングを行っている際に、エッチング条件を時間の経過に伴って連続的あるいは段階的に変化させて、前記樹脂と前記基板のエッチングレートを変化させることにより、非球面レンズを作製することを特徴とする請求項２記載のマイクロレンズの作製方法。
【請求項４】
基板の上に、所定形状にパターニングして樹脂の層を形成し、
この樹脂に該樹脂が溶解する溶剤をこの樹脂の周囲から吸収させ、流動性を持たせることで表面張力により該樹脂の表面を凸面化させ、
次いで前記溶剤を乾燥させ、
その後、前記樹脂の凸面化した形状を他の部材に転写して該部材によりレンズ成型型を形成し、
次いでこのレンズ成型型により透明部材を成型して、該透明部材によりレンズを形成することを特徴とするマイクロレンズの作製方法。
【請求項５】
前記透明樹脂または樹脂の層を、楕円形状、長円形状あるいはそれに近似した多角形状にパターニングすることにより、光軸に平行な断面内の曲率が方位によって異なるレンズを作製することを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載のマイクロレンズの作製方法。
【請求項６】
前記レンズを複数、１次元または２次元的に並べて、レンズアレイを構成するように形成することを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載のマイクロレンズの作製方法。
【請求項７】
基板の上に、所定形状にパターニングして樹脂の層を形成し、
この樹脂に該樹脂が溶解する溶剤をこの樹脂の周囲から吸収させ、流動性を持たせることで表面張力により該樹脂の表面を凸面化させ、
次いで前記溶剤を乾燥させ、
その後、前記樹脂の凸面化した形状を他の部材に転写して該部材によりレンズ成型型を形成することを特徴とするマイクロレンズ成型型の作製方法。
【請求項８】
前記樹脂の層を、楕円形状、長円形状あるいはそれに近似した多角形状にパターニングすることにより、光軸に平行な断面内の曲率が方位によって異なるレンズを成型するレンズ成型型を形成することを特徴とする請求項７記載のマイクロレンズ成型型の作製方法。
【請求項９】
前記樹脂の凸面化した部分を複数、１次元または２次元的に並べて形成することにより、レンズアレイを成型可能なレンズ成型型を形成することを特徴とする請求項７または８記載のマイクロレンズ成型型の作製方法。
【請求項１０】
前記所定形状にパターニングされた樹脂の層を形成した後、
この樹脂に前記溶剤を吸収させる前に、該樹脂の側から前記基板の表面に、前記溶剤を吸収して溶解した樹脂に対して撥液性の有るコーティングを施すことを特徴とする請求項１から９いずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
前記樹脂に前記溶剤を吸収させる際、この樹脂の表面に付着した前記コーティングが該樹脂の内部に取り込まれるまで、この樹脂を前記溶剤の雰囲気内に保持することを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記コーティングがフッ素系またはシリコーン系の化合物からなることを特徴とする請求項１０または１１記載の方法。
【請求項１３】
前記基板がＳｉまたはＳｉＯ2  からなり、前記コーティングがフルオロカーボン系シランカップリング剤からなることを特徴とする請求項１０または１１記載の方法。
【請求項１４】
前記コーティングを施す前に、前記基板の表面を酸素プラズマまたはオゾンで表面処理することを特徴とする請求項１０から１３いずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
前記溶剤を乾燥させた後、前記樹脂を熱処理して硬化させることを特徴とする請求項１から１４いずれか１項記載の方法。
【請求項１６】
請求項１から１５いずれか１項記載の方法を実施する装置であって、少なくとも
前記樹脂の層が形成された基板を処理容器内に保持し、該処理容器内を不活性ガスで置換あるいは真空排気する手段と、
前記処理容器内に前記溶剤の蒸気を導入する手段と、
前記樹脂に吸収された溶剤を乾燥させる手段と、
を備えたことを特徴とする装置。
【請求項１７】
前記溶剤が乾燥した後の前記樹脂を加熱して硬化させる手段を備えたことを特徴とする請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
請求項１から６いずれか１項記載の方法によって作製されたマイクロレンズ。
【請求項１９】
請求項６記載の方法によって作製されたマイクロレンズアレイ。
【請求項２０】
請求項７または８記載の方法により形成されたマイクロレンズ成型型を用いて作製されたマイクロレンズ。
【請求項２１】
請求項９記載の方法により形成されたマイクロレンズ成型型を用いて作製されたマイクロレンズアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロレンズを作製する方法および装置に関するものである。
【０００２】
また本発明は、マイクロレンズを形成するための成型型（マザー）を作製する方法および装置に関するものである。
【０００３】
また本発明は、上述のマイクロレンズや成型型を作製する方法を実施する装置に関するものである。
【０００４】
さらに本発明は、マイクロレンズやマイクロレンズアレイに関するものである。
【背景技術】
【０００５】
ＣＣＤイメージセンサ等の固体撮像装置においては、複数のフォトダイオード等の受光素子の各々に対応させて、集光効率を上げるための微小レンズつまりマイクロレンズが設けられている。通常、このようなマイクロレンズは、複数が２次元的に並設されてマイクロレンズアレイを構成し、このアレイの形態で用いられることが多い。
【０００６】
また上述のようなマイクロレンズアレイは固体撮像装置の他、ディスプレーや画像露光装置等に用いられる空間光変調素子と合わせて用いられることも多い。なお特許文献１には、この種のマイクロレンズアレイの一例が示されている。
【０００７】
従来、上記マイクロレンズの作製方法として種々のものが提案されているが、レンズ曲面を容易に形成できるという点から、レンズ材料の表面張力を利用する方法が主流となっている。特許文献２には、そのような方法の一つとして、固体撮像素子上に熱可塑性の樹脂パターンを形成し、加熱溶融することでレンズを形成する方法が開示されている。また特許文献３には、基板上に低接触角領域と高接触角領域を選択的に形成し、その濡れ性の差を利用して、レンズ材料となる塗布液を基板上の低接触角領域のみに選択的に付着させてレンズを作る方法が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−３３２２２６号公報
【特許文献２】特開昭５９−１４７５８６号公報
【特許文献１】特開平９−１２２５７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２に示されるように、レンズ材料となる樹脂を加熱溶融してレンズを形成する従来方法では、この樹脂として、パターニングの容易性からポジ型レジストが利用されてきた。しかし、このレジストはフェノールノボラック樹脂をベースとしているため熱硬化性であって、軟化温度である130〜160℃の温度範囲では硬化も徐々に進行するため、この従来方法では設計通りの曲面を形成するのが難しいという問題が認められている。特にレンズ径が１０μｍ以上でレンズ曲率半径が１００μｍ以上のようなレンズ、すなわち高さの低いレンズを作製する場合は、レジストの流動が十分に起きない内にレンズパターンの中央部が硬化してしまい、パターン周辺部のみに曲面が形成されて、正常に作用し得ないレンズが作製されてしまうことになる。
【０００９】
また、特許文献３に示される方法においては、濡れ性が異なる基板にレンズ材料を均一に塗布する必要があるが、固体撮像素子のように構造が下部に形成されている場合、凹凸があるためにレンズ材料を均一に塗布することが困難となり、個々のレンズの形状バラツキが大きくなるという問題がある。
【００１０】
本発明は上記の事情に鑑みて、特に高さが低いようなマイクロレンズも容易かつ高精度に、そして形状バラツキも少なくして作製可能にする、マイクロレンズの作製方法およびマイクロレンズ成型型の作製方法を提供することを目的とする。
【００１１】
さらに本発明は、上述のマイクロレンズや成型型を作製する方法を実施できる装置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】
【００１２】
本発明によるマイクロレンズの作製方法およびマイクロレンズ成型型の作製方法は、樹脂を加熱溶融するプロセスを無くし、層状に形成した樹脂にその溶剤を吸収させ、流動性を持たせることで表面張力により該樹脂の表面を凸面化させることを基本的な特徴とするものである。上記凸面化した樹脂の部分は、該樹脂が透明のものであればそのままレンズとすることができる。あるいは、この凸面化した樹脂の部分を、それが載っている基板に転写して該基板にレンズを形成することもできるし、さらには、凸面化した樹脂の部分を他の部材に転写してレンズ成型型を形成し、その型を用いて透明部材を成型することでレンズを形成することもできる。
【００１３】
より詳しく説明すれば、本発明による第１のマイクロレンズの作製方法は、
透明基板の上に、所定形状にパターニングして透明樹脂の層を形成し、
この樹脂に該樹脂が溶解する溶剤をこの樹脂の周囲から吸収させ、流動性を持たせることで表面張力により該樹脂の表面を凸面化させ、
次いで前記溶剤を乾燥させて、前記樹脂の凸面化した部分をレンズとすることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明による第２のマイクロレンズの作製方法は、
透明基板の上に、所定形状にパターニングして樹脂の層を形成し、
この樹脂に該樹脂が溶解する溶剤をこの樹脂の周囲から吸収させ、流動性を持たせることで表面張力により該樹脂の表面を凸面化させ、
次いで前記溶剤を乾燥させ、
その後、前記樹脂が残っている側から前記基板をドライエッチングすることにより、この樹脂の凸面化した形状を該基板に転写してこの基板にレンズを形成することを特徴とするものである。
【００１５】
なお、この本発明による第２のマイクロレンズの作製方法においては、ドライエッチングを行っている際に、エッチング条件を時間の経過に伴って連続的あるいは段階的に変化させて、前記樹脂と前記基板のエッチングレートを変化させることにより、非球面レンズを作製することも可能である。
【００１６】
また、本発明による第３のマイクロレンズの作製方法は、
基板の上に、所定形状にパターニングして樹脂の層を形成し、
この樹脂に該樹脂が溶解する溶剤をこの樹脂の周囲から吸収させ、流動性を持たせることで表面張力により該樹脂の表面を凸面化させ、
次いで前記溶剤を乾燥させ、
その後、前記樹脂の凸面化した形状を他の部材に転写して該部材によりレンズ成型型を形成し、
次いでこのレンズ成型型により透明部材を成型して、該透明部材によりレンズを形成することを特徴とするものである。
【００１７】
なお、上に説明したマイクロレンズの作製方法のそれぞれにおいては、前記透明樹脂または樹脂の層を、楕円形状、長円形状あるいはそれに近似した多角形状にパターニングすることにより、光軸に平行な断面内の曲率が方位によって異なるレンズを作製することも可能である。
【００１８】
また、上に説明したマイクロレンズの作製方法のそれぞれにおいては、前記レンズを複数、１次元または２次元的に並べて、レンズアレイを構成するように形成することが望ましい。
【００１９】
他方、本発明によるマイクロレンズ成型型の作製方法は、
基板の上に、所定形状にパターニングして樹脂の層を形成し、
この樹脂に該樹脂が溶解する溶剤をこの樹脂の周囲から吸収させ、流動性を持たせることで表面張力により該樹脂の表面を凸面化させ、
次いで前記溶剤を乾燥させ、
その後、前記樹脂の凸面化した形状を他の部材に転写して該部材によりレンズ成型型を形成することを特徴とするものである。
【００２０】
なお、この本発明によるマイクロレンズ成型型の作製方法においては、前記樹脂の層を、楕円形状、長円形状あるいはそれに近似した多角形状にパターニングすることにより、光軸に平行な断面内の曲率が方位によって異なるレンズを成型するレンズ成型型を形成することも可能である。
【００２１】
上記マイクロレンズ成型型の作製方法においては、前記樹脂の凸面化した部分を複数、１次元または２次元的に並べて形成することにより、レンズアレイを成型可能なレンズ成型型を形成することが望ましい。
【００２２】
また、以上述べたマイクロレンズの作製方法およびマイクロレンズ成型型の作製方法においては、前記所定形状にパターニングされた樹脂の層を形成した後、この樹脂に前記溶剤を吸収させる前に、該樹脂の側から前記基板の表面に、前記溶剤を吸収して溶解した樹脂に対して撥液性の有るコーティングを施すことが望ましい。
【００２３】
そのようにコーティングを施す場合は、前記樹脂に前記溶剤を吸収させる際、この樹脂の表面に付着したコーティングが該樹脂の内部に取り込まれるまで、この樹脂を溶剤の雰囲気内に保持することが望ましい。
【００２４】
また上述のようなコーティングは、フッ素系またはシリコーン系の化合物からなるものであることが望ましい。
【００２５】
また、前記基板がＳｉまたはＳｉＯ2  からなる基板である場合は、コーティングがフルオロカーボン系シランカップリング剤からなるものであることが望ましい。
【００２６】
さらに、上述のようなコーティングを施す場合は、そのコーティングを施す前に、基板の表面を酸素プラズマまたはオゾンで表面処理することが望ましい。
【００２７】
また、以上述べたマイクロレンズの作製方法およびマイクロレンズ成型型の作製方法においては、前記溶剤を乾燥させた後、前記樹脂を熱処理して硬化させることが望ましい。
【００２８】
一方、以上述べたマイクロレンズの作製方法およびマイクロレンズ成型型の作製方法を実施する本発明による装置は、少なくとも、
前記樹脂の層が形成された基板を処理容器内に保持し、該処理容器内を不活性ガスで置換あるいは真空排気する手段と、
前記処理容器内に前記溶剤の蒸気を導入する手段と、
前記樹脂に吸収された溶剤を乾燥させる手段と、
を備えてなることを特徴とするものである。
【００２９】
なお上記の装置は、前記溶剤が乾燥した後の樹脂を加熱して硬化させる手段をさらに備えていることが望ましい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明による第１のマイクロレンズの作製方法においては、所定形状にパターニングされた樹脂に該樹脂が溶解する溶剤をこの樹脂の周囲から吸収させ、流動性を持たせることで表面張力により該樹脂の表面を凸面化させてレンズ化しているので、樹脂を加熱する必要がなく、よって加熱に起因してレンズ形状が不正になる問題を招かずに、高精度にマイクロレンズを作製可能となる。そして、樹脂に溶剤が吸収されることで該樹脂の体積が膨張して流動し易くなるので、高さの低いレンズでも容易に形成することができる。また、樹脂の基板への塗布は、膜厚制御性の高いスピンコート法等を適宜適用可能であるから、例えばフォトリソグラフィでパターニングされたレンズ形成領域と樹脂層厚とで決まるレンズ体積を精度良く制御でき、バラツキが少ないマイクロレンズアレイを作製可能となる。
【００３１】
また、本発明による第２のマイクロレンズの作製方法は、上記第１の方法におけるようにしてレンズ形状化させた樹脂の部分を基板に転写して、この基板にレンズを形成するものであるから、上記レンズ形状化させた樹脂の部分に関しては第１の方法と同様に、高さが低いような形状も容易かつ高精度に、そして形状バラツキも少なくして作製可能である。したがって、該樹脂の部分を基板に転写して形成されるレンズも、高さが低い場合でも容易かつ高精度に、そして形状バラツキを少なくして作製可能となる。
【００３２】
そして特にこの第２のマイクロレンズの作製方法は、上述の通り、レンズ形状化させた樹脂の部分をドライエッチングにより基板に転写して、この基板にレンズを形成するものであるから、パターニングするためのフォトリソグラフィ等の工程のために材料に制限が加わる上記樹脂とは異なり、比較的自由に材料選択できる基板をレンズ材として用いることにより、耐久性の高い、また光吸収の少ないマイクロレンズを作製可能であるという効果も奏するものである。
【００３３】
また、本発明による第３のマイクロレンズの作製方法は、上記第１の方法におけるようにしてレンズ形状化させた樹脂の部分を別の部材に転写して、この部材にレンズ成型型を形成するものであるから、上記レンズ形状化させた樹脂の部分に関しては第１の方法と同様に、高さが低いような形状も容易かつ高精度に、そして形状バラツキも少なくして作製可能である。したがって、該樹脂の部分を上記別部材に転写して得たレンズ成型型に透明部材を流し込んで形成されるレンズも、高さが低い場合でも容易かつ高精度に、そして形状バラツキを少なくして作製可能となる。
【００３４】
また、本発明によるマイクロレンズの成型型の作製方法は、上記第１の方法におけるようにしてレンズ形状化させた樹脂の部分を別の部材に転写して、この部材にレンズ成型型を形成するものであるから、上記レンズ形状化させた樹脂の部分に関しては第１の方法と同様に、高さが低いような形状も容易かつ高精度に、そして形状バラツキも少なくして作製可能である。したがって、該樹脂の部分を上記別部材に転写して得るレンズ成型型も、高さが低い場合でも容易かつ高精度に、そして形状バラツキを少なくして作製可能となる。そこで、このレンズ成型型に透明部材を流し込んでレンズを形成する際には、高さが低い場合でも容易かつ高精度に、そして形状バラツキを少なくしてレンズを作製可能となる。
【００３５】
前述した従来の加熱溶融法では、ノボラック樹脂などの熱硬化樹脂を使用しているため、流動性を起こす温度マージンが狭く、そこで、プロセス条件を高い精度で制御したり、材料を限定する必要があった。それに対して本発明のマイクロレンズの作製方法およびマイクロレンズ成型型の作製方法においては、硬化前の樹脂と溶解する溶剤を選べば容易に表面張力によってレンズ形状を形成できるので、材料選択の自由度、プロセス条件のマージンの広さ共、従来の加熱溶融法に比べ優れている。
【００３６】
また、本発明によるマイクロレンズの作製方法は、常温処理が可能であることから、ＣＣＤのオンチップレンズのようにカラーフィルター上にマイクロレンズを形成する場合も、熱による退色の問題を発生させないという利点もある。
【００３７】
また、以上述べたマイクロレンズの作製方法およびマイクロレンズ成型型の作製方法において、特に、前記所定形状にパターニングされた樹脂の層を形成した後、この樹脂に前記溶剤を吸収させる前に、該樹脂の側から基板の表面に、前記溶剤を吸収して溶解した樹脂に対して撥液性の有るコーティングを施すようにした場合は、溶解時の樹脂の拡がりを防止することができ、これによってさらにマイクロレンズあるいはその成型型を精度良く作製可能となる。
【００３８】
なお、上述のようなコーティングを施す場合、特に、樹脂に溶剤を吸収させる際に、この樹脂の表面に付着したコーティングが該樹脂の内部に取り込まれるまで、この樹脂を溶剤の雰囲気内に保持すれば、該樹脂からなるマイクロレンズや、あるいは基板や別部材に転写されるレンズ形状化部分の表面にコーティングが残ることを防止できる。そうであれば、この残ったコーティングによってレンズ性能が損なわれたり、転写に悪影響が及ぶようなことを防止できる。
【００３９】
また、上述のようなコーティングを施す場合、特に、該コーティングを施す前に基板の表面を酸素プラズマまたはオゾンで表面処理すれば、基板に付着していた有機物等を除去することができるので、コーティングを基板表面に強固に被着させることが可能となる。
【００４０】
また、本発明によるマイクロレンズの作製方法およびマイクロレンズ成型型の作製方法において、特に、前記溶剤を乾燥させた後に樹脂を熱処理して硬化させれば、該樹脂からなるマイクロレンズや、あるいは基板や別部材に転写されるレンズ形状化部分を高強度のものに形成することができる。
【００４１】
他方、前述した構成を有する本発明の装置によれば、上述したマイクロレンズの作製方法やマイクロレンズの成型型の作製方法を効率良く実施できる。また本発明の装置は、前記樹脂の層が形成された基板を処理容器内に保持し、該処理容器内を不活性ガスで置換あるいは真空排気する手段を備えているので、樹脂に溶剤を吸収させる工程を減酸素雰囲気下で行うことが可能となり、引火点の低い溶剤や爆発性を有する溶剤を用いても、安全に処理することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００４３】
≪第１実施形態≫
図１を参照して、本発明の第１の実施形態であるマイクロレンズの作製方法について説明する。まず同図（１）に示すように、透明なＳｉＯ2ガラス基板10の表面にＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）処理を施した後、同図（２）に示すように、該基板表面にフェノールノボラック樹脂系ポジレジスト11を所定厚さになるようスピンコートする。このときの塗布膜厚ｔは、所望とするレンズの体積をＶ、所望とするレンズ曲面と基板表面が形成する切断面の面積をＳ、プロセスにより決まる定数をａとすると以下の式のように決定され、レジスト粘度、スピンコート回転数などの塗布条件で調整される。
【００４４】
ｔ＝ａ・Ｖ／Ｓ
次にこの基板10を、ホットプレート又はクリーンオーブンを用いて、８０〜１２０℃で所定時間ソフトベークする。
【００４５】
次に同図（３）に示すように、所望とするレンズ曲面と基板表面が形成する切断面に対応した閉曲線あるいは近似した多角形のＣｒパターン12を有するフォトマスク13を通して、投影露光装置あるいはコンタクトアライナーにより基板10上のレジスト11を露光する。ここで使用するフォトマスク13を、上記Ｃｒパターン12が複数、１次元または２次元的に並置されてなるものにすればマイクロレンズアレイを作製可能であり、そのマイクロレンズアレイは、リソグラフィを適用して作製したことにより極めて高い寸法精度を備えたものとなる。
【００４６】
次にレジスト11をアルカリ現像液にて所定時間現像し、純水リンス、乾燥を行うと、同図（４）に示すように基板10上に、上記Ｃｒパターン12に対応した形状のレジストパターン11ａが残される。
【００４７】
次に、レジストパターン11ａに溶剤を気相から吸収させる溶剤蒸気処理を行う。本実施形態では、そのために、一例として図２に示す構成の装置を使用する。この装置は、基板10を保持する基板保持台50を内部に有する、溶剤蒸気処理を行うための溶剤蒸気処理容器51と、流量調整手段52により流量調整したＮ2ガスを溶剤蒸気処理容器51に導入するためのパージライン53と、流量調整手段54により流量調整されたＮ2ガスを溶剤中に吹き出すバブラー55と、溶剤蒸気を溶剤蒸気処理容器51内に導入する溶剤蒸気導入ライン56と、溶剤蒸気処理容器51に対して上記パージライン53および溶剤蒸気導入ライン56を接断するためのバルブ57および58とを有している。また本装置には、必要に応じて、バブラー55を加熱するヒーターや、排気中の溶剤蒸気を除去するトラップ等が適宜付加される。
【００４８】
次に、上記装置による処理について説明する。前記レジストパターン11ａが形成された基板10を溶剤蒸気処理容器51内の基板保持台50上に保持させ、パージライン53から該容器51内にＮ2ガスを導入して、その内部の気体をＮ2ガスに置換する。これにより、後に溶剤蒸気が導入されたときの爆発の危険性を回避できる。
【００４９】
次にバブラー55に、レジストパターン11ａの溶剤であるレジストシンナー（乳酸エチル）59を入れ、Ｎ2ガスを所定量流しながら該レジストシンナー59を溶剤蒸気処理容器51内に導入する。このときレジストシンナー59を加熱すると、高い蒸気圧が得られて処理時間を短縮する効果がある。図１（５）に示すようにこの状態を所定時間保持すると、レジストパターン11ａが、蒸発したレジストシンナー59を吸収して溶解する。なお溶剤蒸気処理容器51内は室温に維持されており、溶解は２０〜２５℃の低温で進行する。
【００５０】
上述の溶剤蒸気処理を行うと、レジストシンナー59を吸収して溶解したレジストパターン11ａが流動性を持つようになり、表面張力により該レジストパターン11ａの表面が凸面化する。この様子を図１（６）に示す。
【００５１】
上記溶剤蒸気処理を所定時間行って、レジストパターン11ａの表面が凸面化したのを確認した後、パージライン53から溶剤蒸気処理容器51にＮ2ガスを導入して、その内部の気体をＮ2ガスに置換する。このとき、レジストパターン11ａに吸収されたレジストシンナー59が徐々に乾燥、蒸発し、固形分のみが残って所望とするレンズ形状が形成される。このとき残る固形分はレジストパターンの体積によって決定され、レジストシンナー59の吸収量には依存しない。なお、ここでの乾燥が不十分な場合、後に行う加熱時に溶剤が急激に気化し、泡の発生やレンズ形状変形の原因となる。
【００５２】
次に溶剤蒸気処理容器51から基板10を取り出し、ホットプレート又はクリーンオーブンを用いて該基板10を８０〜１２０℃に加熱し、残留している溶剤を除去する。さらに基板10を１５０℃〜２００℃に加熱してレジストパターン11ａを硬化させると、図１（７）に示すように、基板10上に高硬度のマイクロレンズ11ｂが形成された状態となる。
【００５３】
なお本実施形態では、レジスト11をそのままレンズ材料として用いているが、レジストの感光剤（ナフトキノンジアジド）による光吸収がレンズ性能に影響すると懸念される場合は、上述した工程の何れかの前後に紫外線の全面照射を行って感光剤を分解させることにより、レンズ性能への影響を回避できる。また本実施形態では、最終工程で加熱によるレジスト硬化処理を行っているが、紫外線照射などの別の処理によってレジストを硬化させてもよいし、あるいはレンズ性能上特に問題がなければ、この硬化処理は省いてもよい。
【００５４】
また本実施形態では、レジスト11を溶解させるレジストシンナー59として乳酸エチルを使用しているが、それに限らず、レジスト11が溶解するＭＭＰ、ＰＧＭＥＡ、ＥＣＡなどの溶剤を適宜選択使用することができる。特にアセトン、ＭＩＢＫ等の溶剤は常温での蒸気圧が高いため、処理が短時間でできるという利点がある。
【００５５】
さらに本実施形態では、フェノールノボラック樹脂をベースとするレジスト11を用いているが、溶解可能な溶剤があれば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などをベースとするレジストを用いても、あるいはポリエチレン、ポリスチレン、ポリカーボネートなどの樹脂で形成されたパターンを用いても、本発明の方法を用いてマイクロレンズを作製することができる。
【００５６】
また本実施形態では、溶剤蒸気処理装置として密閉系のものを用いているが、溶剤蒸気回収手段を用いることにより開放系での処理も可能であり、その場合は連続処理が可能となる。
【００５７】
図３には、そのような開放系の溶剤蒸気処理装置の一例を示す。なおこの図３において、図２中の要素と同等の要素には同番号を付し、それらについての説明は特に必要のない限り省略する（以下、同様）。この溶剤蒸気処理装置は、レジストパターン11ａ（図１（４）参照）が形成された基板10を保持する２つの基板保持台50と、一方の基板保持台50上に保持された基板10に溶剤蒸気を吹き付ける手段60と、他方の基板保持台50上に保持された基板10にＮ2ガスを吹き付ける手段61と、２つの基板保持台50を内部に収容して図中下部が図示外の排気手段に連通されたドラフトチャンバー62と、このドラフトチャンバー62の外に設置されて基板10を加熱するホットプレート63とを備えてなるものである。
【００５８】
この装置を用いる場合は、まず、レジストパターン11ａが形成された基板10を図中左側の基板保持台50上に保持し、該基板10に対して溶剤蒸気を吹き付ける。それにより、レジストパターン11ａの表面が凸面化した状態になった基板10を、次に図中右側の基板保持台50上に保持する。そこにおいて基板10にＮ2ガスを吹き付けながら乾燥させると、レジストパターン11ａに吸収されたレジストシンナー59が徐々に蒸発し、固形分のみが残って、所望とするレンズ形状がレジストパターン11ａによって形成される。
【００５９】
次にその基板10をホットプレート63の上に載置し、基板10を例えば１５０℃〜２００℃に加熱してレジストパターン11ａを硬化させると、基板10上に高硬度のマイクロレンズ11ｂが形成された状態となる。
【００６０】
以上説明した本実施形態の方法によれば、球面レンズを作製可能であるのは勿論のこと、等方エッチングや不純物拡散を適用した分布屈折率型レンズでは実現が困難となっている、光軸に平行な断面内の曲率が方位によって異なるトーリックレンズ等も、レジストパターン11ａをほぼ楕円形状、長円形状あるいはそれに近似した多角形状とするだけで実現できる。これは、以下に説明する実施形態に関しても同様である。
【００６１】
なお、以上説明した方法においては、流動性を持たせたレジストパターン11ａの表面張力を利用してレンズ形状を作っているので、レンズサイズが大きくなるとレンズ形状が重力の影響を受けやすくなる。この点を考慮すると本実施形態の方法は、現実的には直径が１〜１００μｍ程度のマイクロレンズを作製する場合に適していると言える。これは、以下に説明する実施形態に関しても同様である。
【００６２】
また、以上説明した方法においては、レジストパターン11ａが溶剤を吸収して膨潤するので、光軸と直交する方向のレンズ長さをＬ、光軸方向のレンズ高さをＨとして、Ｈ／Ｌ＞１／２となっている場合には、マイクロレンズをピッチがＬと略等しいアレイ状に配置すると、隣接するマイクロレンズどうしが接触してしまい、正常なレンズ曲面を形成できなくなってしまう。したがって、マイクロレンズアレイを作製する場合は、この点に留意して上記ＬおよびＨの寸法を決める必要がある。これは、以下に説明する実施形態に関しても同様である。
【００６３】
≪第２実施形態≫
次に図４を参照して、本発明の第２の実施形態であるマイクロレンズの作製方法について説明する。ここでは先ず、先に説明した第１実施形態におけるのと同様にして同図（１）に示すように、ＳｉＯ2ガラス基板10上に、所望するレンズ形状に対応した形状の、フェノールノボラック樹脂系ポジレジストからなるレジストパターン11ａを形成する。すなわち、同図（１）は図１（４）に対応するものである。
【００６４】
次に基板10のレジストパターン11ａが形成されている側の表面を、酸素プラズマで表面処理する。本例では平行平板酸素プラズマアッシング装置により、デスカムアッシングを行う。処理条件は、例えば高周波パワーを１０〜５０Ｗ、処理時間を１０〜６０ｓ、チャンバー圧力を１〜３０Ｐａとする。
【００６５】
次に基板10の上記表面に、溶解したレジストに対して撥液性の有るコーティングを施す。本実施形態では、コーティング材料としてフルオロカーボン系シランカップリング剤（オプツールＤＳＸ：ダイキン工業株式会社製）を用い、スピンコート法あるいはディップ法により、図４（２）に示すように１〜１００ｎｍの厚さの撥液性コーティング20を施す。その後、レジストパターン11ａを溶解しないフッ素系溶剤からなるリンス液で基板10を洗浄、乾燥する。
【００６６】
次に、レジストパターン11ａにその溶剤を気相から吸収させる溶剤蒸気処理を行う。本実施形態では、そのために、一例として図５に示す構成の装置を使用する。この装置は、基板10を保持する基板保持台50を内部に有する、溶剤蒸気処理を行うための溶剤蒸気処理容器51と、流量調整手段52により流量調整したＮ2ガスを溶剤蒸気処理容器51に導入するためのパージライン53と、流量調整バルブ58ａ等によって流量調整されたＮ2ガスを溶剤中に吹き出すバブラー55と、溶剤蒸気を溶剤蒸気処理容器51内に導入する溶剤蒸気導入ライン56と、溶剤蒸気処理容器51に対して上記パージライン53および溶剤蒸気導入ライン56を接断するためのバルブ57および58と、溶剤蒸気処理容器51の内部を排気するポンプ70と、この溶剤蒸気処理容器51の排気中から溶剤蒸気を除去するトラップ71とを有している。また本装置には、必要に応じて、バブラー55を加熱するヒーター等が適宜付加される。
【００６７】
次に、上記装置による処理について説明する。前記レジストパターン11ａが形成された基板10を溶剤蒸気処理容器51内の基板保持台50上に保持させ、パージライン53および溶剤蒸気導入ライン56の双方を閉じ、ポンプ70によって溶剤蒸気処理容器51内を例えば１ｋＰａ以下の圧力となるまで排気する。次にバブラー55にレジストを溶解可能な溶剤であるアセトン72を入れ、溶剤蒸気導入ライン56におけるＮ2ガス流量を０（ゼロ）にして、バルブ58を開放する。それによりアセトン72が沸騰し、濃厚なアセトン蒸気が溶剤蒸気処理容器51内に導入される。
【００６８】
図４（３）に示すようにこの状態を所定時間保持すると、レジストパターン11ａが蒸発したアセトン72を吸収して、溶解する。なお溶剤蒸気処理容器51内は室温に維持されており、溶解は２０〜２５℃の低温で進行する。この溶剤蒸気処理を行うと、アセトン72を吸収して溶解したレジストパターン11ａが流動性を持つようになり、表面張力により該レジストパターン11ａの表面が凸面化する。この様子を同図（４）に示す。
【００６９】
またこのとき、レジストパターン11ａの表面に付着していた撥液性コーティング20は、レジストパターン11ａの内部に取り込まれる。この様子を同図（５）に示す。
【００７０】
上記溶剤蒸気処理を所定時間行って、レジストパターン11ａの表面が凸面化し、また撥液性コーティング20がレジストパターン11ａの内部に取り込まれたのを確認した後、溶剤蒸気導入ライン56を閉じ、バルブ57を開いてパージライン53から溶剤蒸気処理容器51にＮ2ガスを導入して、その内部の気体をＮ2ガスに置換する。このとき３方弁73を操作して、排気ラインをトラップ71側に切り替え、溶剤蒸気処理容器51の排気中からアセトン蒸気を除去する。この状態で基板10を所定時間放置すると、レジストパターン11ａに吸収されたアセトン72が徐々に乾燥、揮発し、固形分のみが残って所望とするレンズ形状がレジストパターン11ａによって形成される。
【００７１】
次に溶剤蒸気処理容器51から基板10を取り出し、ホットプレート又はクリーンオーブンを用いて該基板10を８０〜１２０℃に加熱し、アセトン72を除去する。さらに基板10を１５０℃〜２００℃に加熱してレジストパターン11ａを硬化させると、図４（６）に示すように、基板10の上に高硬度のマイクロレンズ11ｂが形成された状態となる。
【００７２】
本実施形態では、基板10の表面にフルオロカーボン系シランカップリング剤からなる撥液性コーティング20を施しているので、基板表面のレジストパターン11ａ以外の部分を撥液性として、溶解したレジストパターン11ａの拡がりを防止することができる。この撥液性コーティング20はレジストパターン11ａの表面にも形成されるが、１００ｎｍ以下、さらに望ましくは１０ｎｍ以下の薄い膜厚にすることで、溶剤蒸気をレジストパターン11ａの内部に向けて透過させることができる。また本実施形態では、撥液性コーティング20をシランカップリング剤から形成しているため、基板10の表面よりもレジストパターン11ａの表面に対する付着性が弱く、そこで、コーティング後のリンス液による洗浄でレジストパターン表面のコーティング膜を基板表面のそれよりも疎にでき、溶剤蒸気の透過性を上げることができる。
【００７３】
また、レジストパターン11ａ上の撥液性コーティング20は、レジストパターン11ａが溶剤を吸収して膨潤する過程で破断／分裂する。レジストパターン11ａの表面に撥液性コーティング20が残った状態では、その部分の曲面に歪みが残り、レンズ品質を低下させる原因となることから、溶剤蒸気処理は撥液性コーティング20がレジストパターン11ａの内部に取り込まれるまで行う必要がある。そして、撥液性コーティング20の膜厚を薄くすることで、レンズ内部に取り込まれた撥液性コーティング20の、レンズ全体の体積に占める相対量を少なく抑えて、レンズの屈折率に大きな影響を与えないようにすることができる。
【００７４】
また本実施形態では、撥液性コーティング20を施す前に基板10の表面を酸素プラズマでアッシングしているので、基板表面に有機物等が存在していてもそれらを除去して、該基板表面に撥液性コーティング20を強固に被着させることができる。
【００７５】
なお、本実施形態のように基板表面に撥液性コーティングを施す場合、使用する溶剤としては、分子量が小さくて撥液性コーティングを透過し易いアセトンが特に有効である。また、本実施形態ではフッ素系のコーティング剤を使用したが、溶解したレジストに対して撥液性があり、かつ溶剤蒸気を透過するものであれば、その他のシリコーン系コーティング剤等も適用可能であり、その場合も本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７６】
≪第３実施形態≫
次に図６を参照して、本発明の第３の実施形態であるマイクロレンズの作製方法について説明する。この方法は、基板上に形成したレンズ状部分の形状を基板に転写して、基板にそれと同一材料からなるマイクロレンズを作製するものである。
【００７７】
ここでは先ず、同図（１）に示すように、先に説明した第１実施形態あるいは第２実施形態の方法によって、透明なＳｉＯ2ガラス基板10の上にマイクロレンズ11ｂが形成されたものを用意する。なお本実施形態の場合、マイクロレンズ11ｂに対する高温による硬化処理は必ずしも必要としない。またここでは、第１および第２実施形態の説明に準じて「マイクロレンズ11ｂ」と称しているが、本実施形態では、基板10の上に形成するレンズ状部分はレンズとして作用する必要はないので、該部分は不透明樹脂から形成されてもよい。
【００７８】
この基板10を誘導結合型プラズマエッチング装置（ＩＣＰ）にセットし、異方性エッチングを行う。エッチングガスとしてはＣＦ4、ＣＨＦ3、ＳＦ6等のフッ素系ガスやその混合ガス、あるいはこれらにＯ2を添加したガスを使用し、マイクロレンズ11ｂ（つまりフェノールノボラック樹脂系ポジレジスト11）とＳｉＯ2ガラス基板10の各エッチングレートがほぼ１：１になるようにする。この場合、同図（２）に示すように、基板10のマイクロレンズ11ｂによってより厚く覆われている部分ほどエッチング開始がより遅れる。そこで最終的には、同図（３）に示すように、マイクロレンズ11ｂの形状を転写した状態に基板10がエッチングされて、該基板10にマイクロレンズ10ｂが形成される。
【００７９】
光学式エンドポイント検出器で、レジスト11の分解物によるプラズマ発光スペクトルが消えたことを確認した後、所定時間のオーバーエッチングを行い、処理を終了する。以上の方法により、ＳｉＯ2ガラス基板10上にそれと同一材質のマイクロレンズ10ｂを形成することができる。
【００８０】
なお本実施形態では基板材料にＳｉＯ2ガラスを用いているが、アクリルやエポキシ、ポリカーボネート等の樹脂や、その他の光学結晶を基板材料に用いても、エッチング条件を適当に選ぶことにより、同様にマイクロレンズ形状を転写することができる。
【００８１】
また、ドライエッチングにおけるマイクロレンズ11ｂとＳｉＯ2ガラス基板10の各エッチングレートを１：１以外に設定したり、エッチングガス種や組成、高周波パワー、基板10に加わるバイアス電圧、チャンバー圧力等のエッチング条件をドライエッチング中に時間とともに変化させることで、光軸に平行な断面内の曲率が部分的に異なる非球面レンズを作製することも可能である。
【００８２】
さらに、上述した工程の後、レンズ表面や基板10の裏面に、誘電体の単層膜あるいは積層膜からなる反射防止コーティングを施したり、Ｃｒ等からなる遮光膜パターンを形成してアパーチャや他の部材とのアライメントマークとする等により、レンズ性能や機能の向上を図ることができる。
【００８３】
≪第４実施形態≫
次に図７を参照して、本発明の第４の実施形態であるマイクロレンズの作製方法について説明する。この方法は、基板上に形成したレンズ状部分の形状を他の部材に転写して、その部材を型としてマイクロレンズを作製するものである。
【００８４】
ここでは先ず、同図（１）に示すように、先に説明した第１実施形態あるいは第２実施形態の方法によって、Ｓｉ基板80の上にマイクロレンズ11ｂが形成されたものを用意する。なお本実施形態の場合、マイクロレンズ11ｂに対する高温による硬化処理は必ずしも必要としない。またここでは、第１および第２実施形態の説明に準じて「マイクロレンズ11ｂ」と称しているが、本実施形態では、基板80の上に形成するレンズ状部分はレンズとして作用する必要はないので、該部分は不透明樹脂から形成されてもよい。さらに基板も透明である必要はなく、本実施形態のようにＳｉ基板80や、あるいは平坦な金属板等を適宜選択して使用することができる。
【００８５】
このＳｉ基板80を平行平板酸素プラズマアッシング装置にセットし、アッシングを行う。処理条件は、例えば高周波パワーを１０〜５０Ｗ、処理時間を１０〜６０ｓ、チャンバー圧力を１〜３０Ｐａとする。その後該基板80およびマイクロレンズ11ｂの上に、スパッタによりＮｉ膜81を膜厚５０〜３００ｎｍ程度に成膜する。
【００８６】
次に、ニッケル電鋳（電気鋳造）を行う。所定条件で調整されたスルファミン酸ニッケルメッキ浴に基板80を浸漬し、デポライズドニッケルを陽極に、基板80上のスパッタＮｉ膜81を陰極とするように配線し、例えば０．１〜２０Ａ／ｄｍ2（＝１０〜２０００Ａ／ｍ2）の電流密度で通電し、電界メッキを行う。それにより基板80上にＮｉが析出し、同図（２）に示すようなＮｉメッキ層82が形成される。本実施形態では、例えばＮｉメッキ層82が０．１〜３ｍｍの厚さになるまでの時間、ニッケル電鋳処理を行う。
【００８７】
この電鋳処理の後、基板80をメッキ浴から取り出して洗浄し、析出したＮｉ電鋳型（Ｎｉメッキ層）82を基板80から剥離する。この状態を同図（３）に示す。
【００８８】
次に、Ｎｉ電鋳型82に付着しているレジスト（マイクロレンズ11ｂ）を溶剤系のレジスト剥離液にて除去し、洗浄を行う。この状態を同図（４）に示す。最後にＮｉ電鋳型82の裏面に研磨・切削等の機械加工を施し、マイクロレンズ成型型85とする。
【００８９】
以上の方法により形成したマイクロレンズ成型型85は、マイクロレンズ11ｂの逆転形状をＮｉ電鋳型82に転写してなるものである。そこで、同図（５）に示すようにこのマイクロレンズ成型型85に透明樹脂等の透明部材86を流し込み、乾燥固化した後に剥離すれば、該透明部材86に上記マイクロレンズ11ｂと同形状のマイクロレンズ86ｂが形成される。
【００９０】
このようなマイクロレンズ成型型85を用いれば、大量かつ安価にマイクロレンズ86ｂを作製することができる。なお本実施形態はニッケルメッキで電鋳型を作製するものであるが、銅メッキやニッケルとコバルトなどの合金メッキ等を適用して電鋳型を作製することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の第１実施形態によるマイクロレンズの作製方法の工程を説明する図
【図２】図１の工程を実行する装置の一例を示す概略図
【図３】図１の工程を実行する装置の別の例を示す概略図
【図４】本発明の第２実施形態によるマイクロレンズの作製方法の工程を説明する図
【図５】図４の工程を実行する装置の一例を示す概略図
【図６】本発明の第３実施形態によるマイクロレンズの作製方法の工程を説明する図
【図７】本発明の第４実施形態によるマイクロレンズの作製方法の工程を説明する図
【符号の説明】
【００９２】
10    ＳｉＯ2ガラス基板
10ｂ    マイクロレンズ
11    レジスト
11ａ    レジストパターン
11ｂ    マイクロレンズ
13    フォトマスク
20    撥液性コーティング
50    基板保持台
51    溶剤蒸気処理容器
52    流量調整手段
53    パージライン
54    流量調整手段
55    バブラー
56    溶剤蒸気導入ライン
59    レジストシンナー
60    溶剤蒸気吹付手段
61    Ｎ2ガス吹付手段
63    ホットプレート
70    ポンプ
71    トラップ
72    アセトン
80    Ｓｉ基板
81    Ｎｉ膜
82    Ｎｉ電鋳型
85    マイクロレンズ成型型
【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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