(57)【要約】【課題】テーパ形状が形成され難いレンズ及びその製造方法を提供すること。【解決手段】本レンズは、底板、及び前記底板の上面の外縁部に立設する側壁を有する基板と、前記底板の上面に、前記側壁の上面側に向かって形成された凸部と、を備え、前記凸部は、一方向に曲率を有し前記一方向に直交する方向には曲率を有さない曲面、及び前記曲面と直交する平坦な側面を備え、前記凸部の全ての部分は前記側壁の上面よりも前記底板の上面側に位置し、前記凸部の側面は、前記側壁の内側面により構成されている。【選択図】図１
2013109046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底板、及び前記底板の上面の外縁部に立設する側壁を有する基板と、
前記底板の上面に、前記側壁の上面側に向かって形成された凸部と、を備え、
前記凸部は、一方向に曲率を有し前記一方向に直交する方向には曲率を有さない曲面、及び前記曲面と直交する平坦な側面を備え、
前記凸部の全ての部分は前記側壁の上面よりも前記底板の上面側に位置し、
前記凸部の側面は、前記側壁の内側面により構成されているレンズ。
【請求項２】
前記曲面は、球面又は非球面のシリンドリカル形状である請求項１記載のレンズ。
【請求項３】
前記曲面の断面形状は凹凸を繰り返す形状である請求項１又は２記載のレンズ。
【請求項４】
前記凸部を複数個備えた請求項１乃至３の何れか一項記載のレンズ。
【請求項５】
各凸部において前記底板の上面に接する前記曲面の端部は、互いにずれた位置にある請求項４記載のレンズ。
【請求項６】
前記底板の上面に接する前記曲面の端部と前記曲面と対向する側壁の内側面との距離Ｌが、前記凸部に入射する光線の入射角度をθ、前記側壁の上面の前記底板の上面からの高さをｈとしたときに、Ｌ≧ｈｔａｎθを満足する請求項１乃至５の何れか一項記載のレンズ。
【請求項７】
前記凸部は、赤外線を透過させる材料により形成されている請求項１乃至６の何れか一項記載のレンズ。
【請求項８】
前記底板、前記側壁、及び前記凸部は、同一材料により一体的に形成されている請求項１乃至７の何れか一項記載のレンズ。
【請求項９】
基板の上面に、前記基板の上面の外縁部に立設する側壁と、前記基板の上面に前記側壁の上面側に向かって形成された凸部と、を備え、前記凸部は、一方向に曲率を有し前記一方向に直交する方向には曲率を有さない曲面、及び前記曲面と直交する平坦な側面を備え、前記凸部の全ての部分は前記側壁の上面よりも前記基板の上面側に位置し、前記凸部の側面が前記側壁の内側面により構成されているレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記基板をエッチングする工程と、を備えたレンズの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光を集光等するレンズ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、火災報知機や男子用トイレの自動洗浄機等に用いられている赤外線センサは、防犯や省エネルギ等の分野で注目されており、小型化や低コスト化のニーズが高まっている。これに伴いシリコン（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）等の赤外線透過材料郡から構成されている赤外線センサ用レンズも高い生産性が求められており、ウェハーレベルでの加工の開発が進んでいる。その中の一つのレンズ作製手法として、グレースケールマスクを用いてレジストパターンを光学基材上に形成し、ドライエッチングによってレンズ形状を光学基材に転写する手法が既に知られている。
【０００３】
例えば、グレースケールマスクを使用してレジストを感光させ、現像することでマイクロレンズのレプリカ像をレジストに形成し、それをマイクロレンズとする手法が知られている。又、レジストと基材を共にエッチングすることによって基材にレジストパターンを転写し、マイクロレンズを形成する手法が知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、レジストパターンをエッチングによって転写するレンズ作製手法では、以下のような問題があった。すなわち、シリンドリカルのような曲面と平坦面とを有する形状のレジストをドライエッチングによって転写した場合、ドライエッチングの等方性の影響により、平坦面がテーパ形状になり、レンズとして機能しない領域が発生する問題があった。
【０００５】
特にレンズのサグ量を大きくする際等には、レジストと基材との選択比を高くする必要性があり、等方的なドライエッチングが強くなるため、テーパ形状が顕著に現れるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、テーパ形状が形成され難いレンズ及びその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本レンズは、底板、及び前記底板の上面の外縁部に立設する側壁を有する基板と、前記底板の上面に、前記側壁の上面側に向かって形成された凸部と、を備え、前記凸部は、一方向に曲率を有し前記一方向に直交する方向には曲率を有さない曲面、及び前記曲面と直交する平坦な側面を備え、前記凸部の全ての部分は前記側壁の上面よりも前記底板の上面側に位置し、前記凸部の側面は、前記側壁の内側面により構成されていることを要件とする。
【発明の効果】
【０００８】
開示の技術によれば、テーパ形状が形成され難いレンズ及びその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施の形態に係る赤外線用レンズを例示する斜視図である。
【図２】第１の実施の形態に係る赤外線用レンズを例示する平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図５】第１の実施の形態に係る赤外線用レンズの製造工程を例示する図である。
【図６】比較例に係る赤外線用レンズの製造工程を例示する図である。
【図７】比較例に係る赤外線用レンズを例示する平面図である。
【図８】図７のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図９】図７のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【図１０】ドライエッチング工程について説明する図である。
【図１１】第２の実施の形態に係る赤外線用レンズを例示する斜視図である。
【図１２】第１の実施の形態に係る赤外線用レンズを例示する平面図である。
【図１３】図１２のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。
【図１４】図１２のＦ−Ｆ線に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。なお、以下の各実施の形態では、本発明に係るレンズの一例として、赤外線用レンズを例示して説明するが、これに限定されることはない。
【００１１】
〈第１の実施の形態〉
［第１の実施の形態に係る赤外線用レンズの構造］
まず、第１の実施の形態に係る赤外線用レンズの構造について説明する。図１は、第１の実施の形態に係る赤外線用レンズを例示する斜視図である。図２は、第１の実施の形態に係る赤外線用レンズを例示する平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図４は、図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【００１２】
図１〜図４を参照するに、赤外線用レンズ１０は、基板２０と、凸部３０とを有する。基板２０と凸部３０とは同一材料により一体的に形成されている。凸部３０は凸レンズとしての機能を有し、凸部３０に入射する赤外線４０を所定の焦点位置に集光する。以下、基板２０及び凸部３０について詳説する。
【００１３】
基板２０は、底板２１と、底板２１の上面２１ａの外縁部に立設する側壁２２とを有する。底板２１と側壁２２とは同一材料により一体的に形成されている。側壁２２は、底板２１の上面２１ａに対して略垂直に形成されている。側壁２２は、例えば、枠状（平面視額縁状）に形成することができる。
【００１４】
凸部３０は、底板２１の上面２１ａに、側壁２２の上面２２ａ側に向かって形成されている。凸部３０は、Ｘ方向に曲率を有しＹ方向（Ｘ方向に直交する方向）には曲率を有さない曲面３０ａと、曲面３０ａと直交する平坦な側面３０ｂ及び３０ｃとを有する。
【００１５】
凸部３０の全ての部分は、側壁２２の上面２２ａよりも低い位置（底板２１の上面２１ａ側の位置）にある。換言すれば、凸部３０の曲面３０ａは、側壁２２の上面２２ａよりも下側に形成されており、凸部３０において側壁２２の上面２２ａから突出している部分はない。
【００１６】
凸部３０の側面３０ｂ及び３０ｃは、側壁２２の長手方向（Ｘ方向）の対向する内側面２２ｂと一致している。換言すれば、基板２０と凸部３０とは一体的に形成されているため、側面３０ｂ及び３０ｃは実際には存在しない仮想的な面であり、側面３０ｂ及び３０ｃは、曲面３０ａと直交する側壁２２の対向する内側面２２ｂにより構成されている。
【００１７】
凸部３０において、曲面３０ａは球面又は非球面のシリンドリカル形状とすることができる。曲面３０ａを非球面にすることにより、収差を抑制できる。又、曲面３０ａは、フレネルレンズのような断面形状が凹凸を繰り返す形状であってもよい。曲面３０ａをフレネルレンズのような形状にすることにより、凸部３０を薄くできる。
【００１８】
底板２１の上面２１ａに接する曲面３０ａの端部と、曲面３０ａと対向する側壁２２の内側面２２ｂ（Ｙ方向と平行な内側面）との距離Ｌは、凸部３０に入射する赤外線４０の入射角度をθ、側壁２２の上面２２ａの底板２１の上面２１ａからの高さをｈとしたときに、Ｌ≧ｈｔａｎθを満足するように設定されている。これにより、凸部３０に入射する赤外線４０が基板２０に蹴られることを防止できる。
【００１９】
又、赤外線４０の反射を減少させるために、少なくとも凸部３０の入射側又は反射側の何れか一方の面には無反射コーティング（図示せず）が施されている。
【００２０】
基板２０及び凸部３０は、例えば、シリコン（Ｓｉ）やＧｅ（ゲルマニウム）等の赤外線を透過させる材料により形成することができる。
【００２１】
［第１の実施の形態に係る赤外線用レンズの製造方法］
次に、第１の実施の形態に係る赤外線用レンズの製造方法について説明する。図５は、第１の実施の形態に係る赤外線用レンズの製造工程を例示する図である。ここでは、グレースケールマスクを用いたフォトリソグラフィとドライエッチングの工程を適用してレンズ形状を作製する例を示す。なお、図５（ａ）〜図５（ｄ）において、左側の図は図２のＡ−Ａ線に沿う断面に対応し、右側の図は図２のＢ−Ｂ線に沿う断面に対応して描かれている。
【００２２】
まず、図５（ａ）に示す工程では、加工前の基板２０を準備し、準備した基板２０の上面２０ａにポジ型レジスト４００を塗布する。次に、図５（ｂ）に示す工程では、グレースケールマスク４１０を介して、矢印方向からレジスト４００を露光する。グレースケールマスク４１０は、パターンに濃淡を持たせたマスクであり、中央部の透過率は略０％であり、周辺に行くに従って徐々に透過率が高くなり、一端透過率が略１００％になり、外縁部（基板２０の側壁２２となる部分）で透過率が再び略０％になるように形成する。
【００２３】
次に、図５（ｃ）に示す工程では、露光されたレジスト４００に現像を行い、グレースケールマスク４１０の透過率に応じた形状の立体的なレジストパターン４００Ａを形成する。具体的には、レジストパターン４００Ａは、基板２０の上面２０ａに、基板２０の上面２０ａの外縁部に立設する側壁と、基板２０の上面２０ａに側壁の上面側に向かって形成された凸部と、を備え、凸部は一方向に曲率を有し一方向に直交する方向には曲率を有さない曲面、及びこの曲面と直交する平坦な側面を備え、凸部の全ての部分は側壁の上面よりも基板２０の上面２０ａ側に位置し、凸部の側面が側壁の内側面により構成されている形状に形成する。
【００２４】
次に、図５（ｄ）に示す工程では、図５（ｃ）に示すレジストパターン４００Ａをマスクとしてドライエッチングを行い、レジストパターン４００Ａの形状を基板２０に転写する。これにより、図１〜図４に示した赤外線用レンズ１０が作製される。
【００２５】
ここで、比較例を示しながら、本実施の形態に係る赤外線用レンズ１０が有する特有の効果について説明する。図６は、比較例に係る赤外線用レンズの製造工程を例示する図である。図７は、比較例に係る赤外線用レンズを例示する平面図である。図８は、図７のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。図９は、図７のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【００２６】
例えば、図６（ａ）に示すように、基板２００の上面にシリンドリカル形状のレジストパターン５００Ａを形成した場合を考える。この状態で、レジストパターン５００Ａをマスクとしてドライエッチングを行うと、図６（ｂ）に示すように、レジストパターン５００Ａの形状が基板２００に転写され、基板２００の上面２００ａに凸部３００が形成される。
【００２７】
この際、図７〜図９にも示したように、凸部３００の側面３００ａ及び３００ｂは、テーパ形状となる。凸部３００の側面３００ａ及び３００ｂがテーパ形状となると、テーパ形状の部分はレンズとして機能しないため、レンズとして機能する領域が狭くなってしまう。
【００２８】
図１０を参照しながら、凸部３００の側面３００ａ及び３００ｂがテーパ形状となる理由について説明する。図１０は、ドライエッチング工程について説明する図である。図１０において、６１０は活性イオンを、６２０はラジカルを示している。
【００２９】
図１０（ａ）〜図１０（ｂ）、更に図１０（ｃ）へとレジストパターン５００Ａ及び基板２００のドライエッチング工程が進むにつれて、２つのエッチングソース（活性イオン６１０及びラジカル６２０）の指向性の違いにより、基板２００の凸部３００となる部分の両側面がテーパ形状となる。
【００３０】
より詳しく説明すると、ドライエッチング工程（例えば、反応性イオンエッチング工程）では２つのエッチングソースが存在する。一つが活性イオン６１０であり、もう一つがラジカル(反応種)６２０である。活性イオン６１０は指向性が高いが、ラジカル６２０は活性イオン６１０よりも指向性が弱い。
【００３１】
そのため、平面視においてレジストパターン５００Ａの周囲に位置する基板２００の部分のエッチングが進行すると、活性イオン６１０は基板２００の側面には接触しないが、ラジカル６２０は基板２００の側面方向に回り込み、基板２００の側面に接触する。その結果、ラジカル６２０により基板２００の側面がエッチングされてテーパ形状となる。
【００３２】
一方、図５に戻って、本実施の形態に係る赤外線用レンズ１０の製造工程では、基板２０の上面よりも下側に凸部３０の曲面３０ａを形成している。又、曲面３０ａの曲率方向と直交する平坦な側面３０ｂ及び３０ｃが基板２０の側壁２２と連続的につながっている。すなわち、側面３０ｂ及び３０ｃは、側壁２２の内側面２２ｂにより構成されている。
【００３３】
従って、ドライエッチング工程において、図１０で説明したようなラジカルが側面３０ｂ及び３０ｃ（＝側壁２２の内側面２２ｂ）に接触することがないため、テーパ形状は形成されない。
【００３４】
このように、第１の実施の形態に係る赤外線用レンズ１０では、凸部３０の全ての部分を側壁２２の上面２２ａよりも下側に形成すると共に、曲面３０ａと直交する平坦な側面３０ｂ及び３０ｃを側壁２２の対向する内側面２２ｂにより構成し、外部に露出しないようにしている。その結果、側壁２２の対向する内側面２２ｂにより構成された凸部３０の側面３０ｂ及び３０ｃにはテーパ形状が形成されないため、凸部３０において凸レンズとして機能する領域を広くすることができる。
【００３５】
なお、第１の実施の形態に係る赤外線用レンズ１０は、例えば、住宅、オフィス、車内等における人体等の熱源からの赤外線を検出する赤外光検出デバイス用のレンズとして利用できる。
【００３６】
〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、複数の凸部を有する赤外線用レンズの例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。
【００３７】
図１１は、第２の実施の形態に係る赤外線用レンズを例示する斜視図である。図１２は、第２の実施の形態に係る赤外線用レンズを例示する平面図である。図１３は、図１２のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。図１４は、図１２のＦ−Ｆ線に沿う断面図である。
【００３８】
図１１〜図１４を参照するに、赤外線用レンズ１０Ａは、２つの凸部（凸部３１及び３１）が形成されている点が、赤外線用レンズ１０（図１〜図４参照）と相違する。
【００３９】
凸部３１及び３２は、それぞれ、底板２１の上面２１ａから側壁２２の上面２２ａ側に向かって形成されている。凸部３１は、Ｘ方向に曲率を有しＹ方向（Ｘ方向に直交する方向）には曲率を有さない曲面３１ａと、曲面３１ａと直交する平坦な側面３１ｂ及び３１ｃとを有する。又、凸部３２は、Ｘ方向に曲率を有しＹ方向（Ｘ方向に直交する方向）には曲率を有さない曲面３２ａと、曲面３２ａと直交する平坦な側面３２ｂ及び３２ｃとを有する。
【００４０】
凸部３１及び３２の全ての部分は、側壁２２の上面２２ａよりも低い位置（底板２１の上面２１ａ側の位置）にある。換言すれば、凸部３１の曲面３１ａは、側壁２２の上面２２ａよりも下側に形成されており、凸部３１において側壁２２の上面２２ａから突出している部分はない。又、凸部３２の曲面３２ａは、側壁２２の上面２２ａよりも下側に形成されており、凸部３２において側壁２２の上面２２ａから突出している部分はない。
【００４１】
凸部３１と凸部３２とは、重心位置をずらした状態でＹ方向に並設されている。換言すれば、底板２１の上面２１ａに接する曲面３１ａの端部と、底板２１の上面２１ａに接する曲面３２ａの端部とは、互いにずれた位置にある。
【００４２】
凸部３１の側面３１ｃは、側壁２２の内側面２２ｂと一致している。又、凸部３２の側面３２ｂは、側壁２２の内側面２２ｂと一致している。換言すれば、基板２０と凸部３１及び３２とは一体的に形成されているため、側面３１ｃ及び３２ｂは実際には存在しない仮想的な面であり、側面３１ｃ及び３２ｂは、曲面３１ａ及び３２ａと直交する側壁２２の対向する内側面２２ｂにより構成されている。又、凸部３１の平坦な側面３１ｂと、凸部３２の平坦な側面３２ｃとは一部が重複している。凸部３１及び３２のその他の特徴は凸部３０と同様であるため、その説明を省略する。
【００４３】
このように、第２の実施の形態に係る赤外線用レンズ１０Ａでは、第１の実施の形態に係る赤外線用レンズ１０の奏する効果に加えて、更に以下の効果を奏する。すなわち、２つの凸部３１及び３２を重心位置をずらした状態でＹ方向に並設しているため、より広い範囲の赤外線を検出できる。
【００４４】
以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０、１０Ａ  赤外線用レンズ
２０  基板
２０ａ  基板の上面
２１  底板
２１ａ  底板の上面
２２  側壁
２２ａ  側壁の上面
２２ｂ  側壁の内側面
３０、３１、３２  凸部
３０ａ、３１ａ、３２ａ  曲面
３０ｂ、３０ｃ、３１ｂ、３１ｃ、３２ｂ、３２ｃ  側面
４０  赤外線
４００  レジスト
４００Ａ  レジストパターン
４１０  グレースケールマスク
ｈ  高さ
Ｌ  距離
θ  入射角度
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４６】
【特許文献１】特表平８−５０４５１５号公報
【図１】
2013109046.tif 000003
【図２】
2013109046.tif 000004
【図３】
2013109046.tif 000005
【図４】
2013109046.tif 000006
【図５】
2013109046.tif 000007
【図６】
2013109046.tif 000008
【図７】
2013109046.tif 000009
【図８】
2013109046.tif 000010
【図９】
2013109046.tif 000011
【図１０】
2013109046.tif 000012
【図１１】
2013109046.tif 000013
【図１２】
2013109046.tif 000014
【図１３】
2013109046.tif 000015
【図１４】
2013109046.tif 000016