(57)【要約】【課題】２次元的にマイクロレンズを配列したマイクロレンズアレイ或いはその製造方法において、平面的な配置によるレンズ形状（レンズ曲率）のばらつきを抑制する。【解決手段】マイクロレンズアレイ１は、光学基材Ｂの周辺部に位置するマイクロレンズの幅Ｗ２が光学基材Ｂの中央部に位置するマイクロレンズの幅Ｗ１より小さく、光学基材Ｂの周辺部に位置するマイクロレンズのレンズ高さｔ２が光学基材Ｂの中央部に位置するマイクロレンズのレンズ高さｔ１より小さい。これにより、光学基材Ｂにおけるマイクロレンズのレンズ曲率のばらつきを２％以下に抑制している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学基材の表面にフォトレジスト層を形成し、該フォトレジスト層をマイクロレンズの形状に対応したマスクパターンを有するフォトマスクを介して露光し現像することで前記光学基材の表面にレンズ形状に対応したレジストパターンを形成し、該レジストパターンを前記光学基材と共にエッチングすることで前記光学基材の表面をマイクロレンズのレンズ形状に加工するマイクロレンズアレイの製造方法であって、
前記フォトマスクのマスクパターンは、前記光学基材の表面に２次元的に複数配列されるマイクロレンズに対応しており、前記光学基材の周辺部に位置するマスクパターンの幅を前記光学基材の中央部に位置するマスクパターンの幅より小さくしたことを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項２】
前記光学基材の周辺部に位置するマスクパターンの幅は、前記光学基材の表面に形成されるマイクロレンズのレンズ設計データに対応した設定値より小さいことを特徴とする請求項１に記載されたマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項３】
前記光学基材の中央部に位置するマスクパターンの幅は、前記光学基材の表面に形成されるマイクロレンズのレンズ設計データに対応した設定値より大きいことを特徴とする請求項１に記載されたマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項４】
前記フォトマスクがグレースケールマスクであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載されたマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項５】
光学基材の表面に複数のマイクロレンズを２次元的に配列したマイクロレンズアレイの製造方法であって、
前記マイクロレンズの設計データに基づいて前記マイクロレンズに対応する均一幅のマスクパターンを有するフォトマスクを用い、前記光学基材の表面に形成したフォトレジスト層に対して前記フォトマスクを介して露光し現像することで前記光学基材の表面に前記マイクロレンズに対応するレジストパターンを形成するフォトリソグラフィ工程と、
前記レジストパターンを前記光学基材と共にエッチングすることで前記光学基材の表面にマイクロレンズを形成するエッチング工程と、
前記光学基材の表面に形成されたマイクロレンズにおけるレンズ曲率のばらつきを計測し、その計測値に基づいて当該レンズ曲率のばらつきを抑制するように、前記マスクパターンの幅を当該マスクパターンの位置に対応して補正した補正フォトマスクを形成する工程と、
前記補正フォトマスクを前記フォトマスクに換えて前記フォトリソグラフィ工程と前記エッチング工程を行うことを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項６】
エッチング加工された複数のマイクロレンズを光学基材の表面に２次元的に配列したマイクロレンズアレイであって、
前記光学基材の周辺部に位置するマイクロレンズの幅が前記光学基材の中央部に位置するマイクロレンズの幅より小さく、
前記光学基材の周辺部に位置するマイクロレンズのレンズ高さが前記光学基材の中央部に位置するマイクロレンズのレンズ高さより小さく、
前記光学基材におけるマイクロレンズのレンズ曲率のばらつきが２％以下であることを特徴とする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、マイクロレンズアレイの製造方法及びマイクロレンズアレイに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロレンズアレイは、レンズ径が数百μｍ以下の微少なレンズ（マイクロレンズ）を１次元又は２次元にアレイ配列したものであり、光エレクトロニクス分野に関連したマイクロオプティクスとして広く実用化されている。
【０００３】
マイクロレンズアレイの製造方法としては、石英基板などの光学基材をフォトリソグラフィ工程とエッチング工程を組み合わせて加工する方法が知られている。下記特許文献１に記載された製造方法は、グレースケールマスクと呼ばれる光透過率を段階的に変えたマスクパターンを用いている。これによると、グレースケールマスクを用いて光学基材の表面に形成されたフォトレジスト層を露光し現像することで、そのマスクパターンによってマイクロレンズの形状に対応した立体的なレジストパターンを形成し、このレジストパターンを光学基材と共にドライエッチングすることでマイクロレンズ形状のレジストパターンを光学基材に転写し、光学基材からなるマイクロレンズアレイを形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表平８−５０４５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような従来の製造方法によって、レンズを２次元的に複数配列したマイクロレンズアレイを製造する場合に、マイクロレンズアレイの平面的な寸法を比較的大きくすると、その平面内でエッチング速度のムラが生じ、平面内の有効範囲内でマイクロレンズのレンズ形状（レンズ曲率）にばらつきが生じる問題がある。
【０００６】
一般に、レンズ形状のレジストパターンを光学基材と共にドライエッチングすると、フォトレジストと光学基材のエッチングレートの違いによって光学基材の表面に形成されるレンズ形状はレジストパターンの形状と同一形状には成らない。この形状誤差をグレースケールマスクのマスクパターン寸法に反映させて、実際に光学基材の表面に形成されるレンズ形状を所望の形状にすることは既に行われている。しかしながら、このような形状誤差を考慮したマスクパターンを採用した場合であっても、エッチング速度の平面的なムラによるレンズ形状のばらつきには対応できず、マイクロレンズアレイの平面的な寸法を６〜８インチ四方と比較的大きくした場合には、有効径全体で均一なレンズ形状が得られない問題があった。
【０００７】
特に、高分解能露光に採用するマイクロレンズアレイは個々のレンズ形状のばらつきを低く（例えば１〜２％以下に）する必要がある。平面的な配置でレンズ形状に大きなばらつきがあると、各マイクロレンズでフォーカス距離や倍率が異なることになり、正確な露光ができない問題が生じる。
【０００８】
本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、２次元的にマイクロレンズを配列したマイクロレンズアレイ或いはその製造方法において、平面的な配置によるレンズ形状（レンズ曲率）のばらつきを抑制すること、言い換えると、マイクロレンズアレイの基板面内でレンズ形状（レンズ曲率）の均一化を図ること、が本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的を達成するために、本発明は、以下の構成を少なくとも具備する。
【００１０】
光学基材の表面にフォトレジスト層を形成し、該フォトレジスト層をマイクロレンズの形状に対応したマスクパターンを有するフォトマスクを介して露光し現像することで前記光学基材の表面にレンズ形状に対応したレジストパターンを形成し、該レジストパターンを前記光学基材と共にエッチングすることで前記光学基材の表面をマイクロレンズのレンズ形状に加工するマイクロレンズアレイの製造方法であって、前記フォトマスクのマスクパターンは、前記光学基材の表面に２次元的に複数配列されるマイクロレンズに対応しており、前記光学基材の周辺部に位置するマスクパターンの幅を前記光学基材の中央部に位置するマスクパターンの幅より小さくしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、このような特徴を有することで、平面的なエッチング速度のムラによるレンズ形状（レンズ曲率）のばらつきを、マスクパターンの幅（円形パターンの場合はマスクパターンの直径）をマスクパターンの位置に対応して補正することで抑制するものである。一般に、平面的なエッチング速度のムラは、基板の中央付近に対して基板の周辺で遅くなる。したがって、光学基材の表面にエッチング加工によって複数のマイクロレンズアレイを形成する場合、光学基材の表面に形成したレジストパターンの幅（平面的に円形の場合は直径）が均一な場合には、光学基材の周辺部になるほどエッチング不足になり、形成されるマイクロレンズのレンズ高さが低く、レンズの曲率半径は大きくなる。
【００１２】
このような平面的なエッチング速度のムラを考慮に入れて、マスクパターンの幅を光学基材の中央部で比較的大きく周辺部で比較的小さくすると、光学基材の表面に形成されるレジストパターンの幅も光学基材の中央部で比較的大きく周辺部で比較的小さくなる。このようなレジストパターンを光学基材と共にエッチングすると、光学基材の周辺部に形成されるマイクロレンズはエッチング速度の遅さでレンズ高さは低くなるが、レンズ径が比較的小さいことで、レンズ高さが低くてもレンズの曲率半径は大きくならない。これによって、レンズ曲率は光学基材の中央部と周辺部で同等になり、レンズ曲率のばらつきが抑制されることになる。
【００１３】
このように本発明の製造方法によって得られるマイクロレンズアレイは、光学基材の周辺部に位置するマイクロレンズの幅が光学基材の中央部に位置するマイクロレンズの幅より小さく、光学基材の周辺部に位置するマイクロレンズのレンズ高さが光学基材の中央部に位置するマイクロレンズのレンズ高さより小さくなるが、光学基材の有効径内におけるレンズ曲率のばらつきを最小限（例えば２％以内）に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係るマイクロレンズアレイの製造方法の前提となる工程を示した説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係るマイクロレンズアレイの製造方法に用いるフォトマスクのマスクパターンを示した説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係るマイクロレンズアレイのレンズ形状を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の実施形態に係るマイクロレンズアレイの製造方法の前提となる工程を示した説明図である。本発明の実施形態に係るマイクロレンズの製造方法は、光学基材Ｂの表面にフォトレジスト層Ｒを形成し、フォトレジスト層Ｒをマイクロレンズの形状に対応したマスクパターンＭPを有するフォトマスクＭを介して露光し現像することで光学基材Ｂの表面にレンズ形状に対応したレジストパターンＲPを形成し（フォトリソグラフィ工程）、レジストパターンＲPを光学基材Ｂと共にエッチングすることで光学基材Ｂの表面をマイクロレンズ１ａのレンズ形状に加工する（エッチング工程）ことが前提になる。
【００１６】
この際、所望の光学特性（フォーカス距離や倍率）を有するマイクロレンズを得るためのレンズ設計がなされ、所望のレンズ曲率のレンズ設計データを例えばレンズ幅に対するレンズ高さの曲線で得る。次に、このレンズ設計データに基づいてフォトレジスト設計を行う。前述したようにレジストパターンＲPを光学基材Ｂと共にエッチングしてマイクロレンズを形成する場合に、レジストパターンＲPの形状とレンズ形状は同一にはならない。したがって、所望のレンズ形状を得るためには、レジストパターンＲPと光学基材Ｂのエッチングレートの違いを考慮してレンズ設計データを補正したレジストパターンの形状設計データ（パターン幅に対するレジスト高さの曲線；「フォトレジスト設計」）が必要になる。
【００１７】
更に、レジストパターンの形状設計データ（フォトレジスト設計）に基づいてフォトマスク設計が行われる。例えば、グレースケールマスクを用いる場合には、一つのマスクパターン内でのパターン幅に対する光透過率の分布によってマスクパターンが設計される。このようにして得たフォトマスクを用いて、フォトリソグラフィ工程を行い、その後エッチング工程を行って光学基材Ｂの表面にマイクロレンズアレイを形成する。
【００１８】
このような製造方法において、マイクロレンズを２次元的に複数配列したマイクロレンズアレイを形成する場合に、光学基材の平面的な寸法を比較的大きくすると、エッチング速度の平面的なムラによって、レンズ形状（レンズ曲率）にばらつきが生じることが確認された。一般的には、前述したエッチング工程でドライエッチングを行うと、基板の中央部でのエッチング速度に対して周辺部でのエッチング速度が遅くなり、中央部と周辺部のレンズ形状を比較すると、周辺部のレンズの曲率半径が中央部のレンズの曲率半径より大きくなるレンズ形状のばらつきが発生する。
【００１９】
このようなレンズ形状のばらつきを抑制するために、フォトマスクＭのマスクパターンＭPを補正する。図２は、本発明の実施形態に係るマイクロレンズアレイの製造方法に用いるフォトマスクのマスクパターンを示した説明図である。図示の例では、フォトマスクＭのマスクパターンＭPは、光学基材Ｂの表面に２次元的に複数配列されるマイクロレンズ１ａに対応しており、光学基材Ｂの周辺部に位置するマスクパターンＭP2の幅（直径）Ｌ２を光学基材Ｂの中央部に位置するマスクパターンＭP1の幅（直径）Ｌ１より小さくしている。図示の例は、フォトマスクがグレースケールマスクであり、マスクパターンＭP1，ＭP2は、マスクパターンの内部に径方向に沿った光透過率分布を有している。
【００２０】
この際、補正されるマスクパターンＭPの幅は、光学基材Ｂの周辺部に位置するマスクパターンＭP2の幅Ｌ２を、光学基材Ｂの表面に形成されるマイクロレンズ１ａのレンズ設計データに対応した設定値より小さくしてもよいし、光学基材Ｂの中央部に位置するマスクパターンＭP1の幅Ｌ１を、光学基材Ｂの表面に形成されるマイクロレンズ１ａのレンズ設計データに対応した設定値より大きくしてもよい。また、周辺部に位置するマスクパターンＭP2の幅Ｌ２と中央部に位置するマスクパターンＭP1の幅Ｌ１は、その平面的な位置に応じて連続的又は段階的に補正されており、結果的にマイクロレンズアレイのレンズ形状のばらつきが最小限に抑制できるように、マスクパターンの設計が補正される。
【００２１】
このように補正されたマスクパターンを有するフォトマスクＭを用いて前述したフォトリソグラフィ工程を行うと、光学基材Ｂ上のレジストパターンＲPも光学基材Ｂの中央部で幅（直径）が大きく周辺部で幅（直径）が小さくなる。このようなレジストパターンＲPに対して前述したエッチング工程を行うことで、平面的な位置に対してレンズ形状のばらつきが少ないマイクロレンズアレイを得ることができる。
【００２２】
図３は、補正されたフォトマスクを用いてフォトリソグラフィ工程とエッチング工程を行うことで得られるマイクロレンズアレイのレンズ形状（本発明の実施形態に係るマイクロレンズアレイのレンズ形状）を示した説明図である。形成されるマイクロレンズアレイ１は、前述したエッチング工程でエッチング加工された複数のマイクロレンズ１ａを光学基材Ｂの表面に２次元的に配列している。
【００２３】
図３（ａ）に示すように、光学基材Ｂの中央部に位置するマイクロレンズは、幅（直径）Ｗ１、レンズ高さｔ１、レンズ曲率半径Ｒ１に形成される。これに対して、図３（ｂ）に示すように、光学基材Ｂの周辺部に位置するマイクロレンズは、幅（直径）Ｗ２、レンズ高さｔ２、レンズ曲率半径Ｒ２に形成される。ここで、幅Ｗ１，Ｗ２は、補正されたマスクパターンＭP1，ＭP2によって、Ｗ１＞Ｗ２になり、レンズ高さｔ１，ｔ２は、平面的なエッチング速度のムラによって周辺部のエッチング速度が遅くなることで、ｔ１＞ｔ２になるが、レンズ高さがｔ１＞ｔ２になることを見込んで幅をＷ１＞Ｗ２に設定していることでレンズ曲率半径Ｒ１，Ｒ２はＲ１≒Ｒ２になる。これに対して、マスクパターンＭPの補正を行わない場合は、図３（ｃ）に示すように、マイクロレンズの幅Ｗ３はＷ１とほぼ同じになるが、レンズ高さｔ３はエッチング速度が周辺で遅くなることでｔ２と同様にｔ１より小さくなり、この幅Ｗ３とレンズ高さｔ３によって得られるレンズ曲率半径Ｒ３はＲ１より大きくなってしまう。このようなマスクパターンＭPの補正を行うことで、光学基材Ｂの有効径内におけるレンズ曲率のばらつきを２％以下に抑制することが可能になる。
【００２４】
マスクパターンの補正を含めたより具体的なマイクロレンズアレイの製造方法を以下に説明する。先ず、マイクロレンズの設計データに基づいてマイクロレンズに対応する均一幅のマスクパターンを有するテストフォトマスクを用い、光学基材Ｂの表面に形成したフォトレジスト層Ｒに対してテストフォトマスクを介して露光し現像することで光学基材Ｂの表面にマイクロレンズに対応するレジストパターンＲPを形成する（フォトリソグラフィ工程）。そして、レジストパターンＲPを光学基材Ｂと共にエッチングすることで光学基材Ｂの表面にマイクロレンズを形成する（エッチング工程）。
【００２５】
そして、光学基材Ｂの表面に形成されたマイクロレンズにおけるレンズ曲率のばらつきを計測し、その計測値に基づいてレンズ曲率のばらつきを抑制するように、マスクパターンＭPの幅をマスクパターンの位置に対応して補正し、補正フォトマスクを形成する。この補正フォトマスクを前述したテストフォトマスクに換えて前述したフォトリソグラフィ工程とエッチング工程を行うことで、レンズ形状のばらつきが少ないマイクロレンズアレイを得ることができる。
【００２６】
以上説明したように、本発明の実施形態によると、２次元的にマイクロレンズを配列したマイクロレンズアレイ或いはその製造方法において、平面的な配置によるレンズ形状（レンズ曲率）のばらつきを抑制することができ、マイクロレンズアレイの基板面内でレンズ形状（レンズ曲率）の均一化を図ることができる。これによって、高分解能露光に採用する場合にも、各マイクロレンズのフォーカス距離や倍率が一定になり、正確な露光を行うことができる。
【符号の説明】
【００２７】
１：マイクロレンズアレイ，１ａ：マイクロレンズ，
Ｂ：光学基材，Ｒ：フォトレジスト層，ＲP：レジストパターン，
Ｍ：フォトマスク，ＭP：マスクパターン，
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３：レンズ幅（直径），
ｔ１，ｔ２，ｔ３：レンズ高さ，
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３：レンズ曲率半径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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