(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に当該基板と屈折率の等しい材料で所定の大きさの凸部を形成し、前記凸部に対してＣＶＤ法により当該凸部と同じ材料で被覆することを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
【請求項２】
前記凸部の製造工程は、前記基板上に石英エッチング用マスク薄膜を形成するスパッタ工程と、前記石英エッチング用マスク薄膜上にフォトレジストを形成し、前記フォトレジストに前記凸部のパターンをパターニングするフォトリソグラフィ工程と、前記パターニング後の前記フォトレジストおよび前記石英エッチング用マスク薄膜をエッチングするエッチング工程とから成ることを特徴とする請求項１記載のマイクロレンズの製造方法。
【請求項３】
前記凸部の大きさはマイクロレンズの曲率半径に基づき決定されることを特徴とする請求項１記載のマイクロレンズの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はマイクロレンズの製造方法に係り、特に熱変形等が起こりにくいマイクロレンズを製造することができる製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来より、レンズアレーを用いる画像表示装置や光集積回路等に使用されるマイクロレンズの製造方法として、光学素子およびその製造方法ならびにこれを用いた表示装置（特開平３−２８８８０１号公報）、固体撮像素子およびその製造方法（特開平４−３４６４７２号公報）、固体撮像装置（特開平５−４８０５７号公報）、固体撮像装置およびその製造方法（特開平６−３０２７９３号公報）が開示されている。
【０００３】
光学素子およびその製造方法ならびにこれを用いた表示装置（特開平３−２８８８０１号公報）は、高融点の透明ガラス基板に低融点ガラス層を形成し、化学的に安定な薄膜で被覆されたプレス成形用金型により熱間でプレス成形することにより、低融点ガラス層でマイクロレンズを形成させることができる。しかしながら、このような製造方法では石英ガラスのような高融点ガラスのみでマイクロレンズを形成させることができなかった。
【０００４】
また、固体撮像素子およびその製造方法（特開平４−３４６４７２号公報）は、信号転送部上にのみ残るようにパターニングされたレジスト膜および当該パターニングにより露出した平均化膜上に、レジスト膜の耐熱温度よりも低い温度下でシリコン系無機膜を堆積し、レジスト膜側壁部上に堆積されたレジスト膜のみをスラントエッチングにより除去し、さらにリフトオフ法によりレジスト膜を除去することにより、シリコン系無機膜でマイクロレンズを形成させることができる。しかしながら、このような製造方法ではマイクロレンズの材料としてシリコン系無機膜しか使用することができず、石英ガラスのような高融点ガラスは使用できなかった。また、半球面状のマイクロレンズを得るためにはリフローしなければならなかった。
【０００５】
また、固体撮像装置（特開平５−４８０５７号公報）は、予め形成されている第１のマイクロ集光レンズ上に、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法により低温で第２のマイクロ集光レンズを形成させている。しかしながら、光を効率よく集光するために第１のマイクロ集光レンズと第２のマイクロ集光レンズとの屈折率を変えなければならず、石英ガラスのような高融点ガラスのみでマイクロレンズを形成させることができなかった。
【０００６】
また、固体撮像装置およびその製造方法（特開平６−３０２７９３号公報）はプラズマＣＶＤ法等により形成した透明絶縁膜を、化学−機械研磨法にて研磨することによりマイクロレンズを形成させている。したがって、後加工しなければマイクロレンズを得ることができなかった。
本発明はこのような従来の難点を解決するためになされたもので、後加工することなく而も高融点ガラスのみで熱変形や剥離が起こらない高性能なマイクロレンズを製造できるマイクロレンズの製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【発明を解決するための手段】
このような目的を達成する本発明のマイクロレンズの製造方法は、基板上に当該基板と屈折率の等しい材料で所定の大きさの凸部を形成し、凸部に対してＣＶＤ法により当該凸部と同じ材料で被覆するものである。
また、本発明のマイクロレンズの製造方法において凸部の製造工程は、基板上に石英エッチング用マスク薄膜を形成するスパッタ工程と、石英エッチング用マスク薄膜上にフォトレジストを形成し、フォトレジストに凸部のパターンをパターニングするフォトリソグラフィ工程と、パターニング後のフォトレジストおよび石英エッチング用マスク薄膜をエッチングするエッチング工程とから成るものである。
【０００８】
また、本発明のマイクロレンズの製造方法において凸部の大きさは、マイクロレンズの曲率半径に基づき決定されるものである。
このようなマイクロレンズの製造方法によれば、基板上に当該基板と屈折率の等しい材料で所定の大きさの凸部を形成させ、この基板に形成された凸部に対してＣＶＤ法で当該凸部と同じ材料で被覆することによりマイクロレンズを形成させるので、ＣＶＤ法における加熱温度を低温に設定する必要がなくなる。これにより、マイクロレンズの材料として高融点ガラスを使用することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のマイクロレンズの製造方法の実施の一形態について、図面を参照して説明する。
本発明のマイクロレンズの製造方法は図１（ａ）〜（ｆ）に示すように、スパッタ工程１０１（図１（ａ））、フォトリソグラフィ工程１０２、１０３（図１（ｂ）、（ｃ））、第１エッチング工程１０４（図１（ｄ））、第２エッチング工程１０５（図１（ｅ））および被覆工程１０６（図１（ｆ））から成る。
【００１０】
まず、スパッタ工程１０１において、例えば高融点ガラスである石英ガラス基板１上に石英エッチング用マスク薄膜２を形成する。続いてフォトリソグラフィ工程１０２において、石英エッチング用マスク薄膜２上にフォトレジスト３を形成する。なお、石英エッチング用マスク薄膜２としてはＷＳｉ、Ｗ、αＳｉなどが好ましい。さらに、フォトリソグラフィ工程１０３において、フォトレジスト３上に所定の大きさのパターンを形成したフォトマスクを密着させ露光・現像し、レジストパターン３′を形成させる。このパターンの形状および大きさは、所望のマイクロレンズの曲率半径に基づき決定される。
【００１１】
パターニング後、第１エッチング工程１０４において、レジストパターン３′をマスクとし、石英エッチング用マスク薄膜２をドライエッチングする。このドライエッチングとしては、微細加工が可能な反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が好ましい。反応性イオンエッチングは、フッ素（Ｆ）や塩素（Ｃｌ）などを含むエッチングガス、例えばＮＦ3に高周波電圧を加えて放電させ、陰極板上に載せた石英ガラス基板１上に形成されている石英エッチング用マスク薄膜２をエッチングするものである。これにより、レジストパターン３′のパターンを忠実に転写できる異方性エッチングが可能になる。石英エッチング用マスク薄膜２をエッチング後、Ｏ2アッシングによりレジストパターン３′を除去する。
【００１２】
さらに、第２エッチング工程１０５において、パターンが形成された石英エッチング用マスク薄膜２′をマスクとして石英ガラス基板１をドライエッチングする。このドライエッチングとしては第１エッチング工程１０４と同様に、微細加工が可能な反応性イオンエッチングが好ましく、エッチングガスとしてはＣＨＦ3またはＣＦ4が使用される。これにより、陰極板上に載せた石英ガラス基板１をエッチングすることができるので、石英ガラス基板１上に当該石英ガラス基板１と屈折率が等しく且つ所望のマイクロレンズの曲率半径に基づき大きさが決定された凸部１′を形成させることができる。石英ガラス基板１をエッチング後、不要な石英エッチング用マスク薄膜２′をＮＦ3のドライエッチングにより除去する。なお、エッチング深さは所望のマイクロレンズの曲率半径に基づき決定される。
【００１３】
最後に、被覆工程１０６において、石英ガラス基板１上に形成された凸部１′に対して、ＣＶＤ法、例えばプラズマＣＶＤ法により凸部１′と同じ材料である石英ガラス４で被覆する。なお、プラズマＣＶＤ法で石英膜を形成する場合、原料ガスはＳｉＨ4、Ｎ2Ｏの気体ソースを使用する。また、ＴＥＯＳ（Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4）などの液体ソースを用いてもよい。これにより、半球面状のマイクロレンズを得ることができる。このように、プラズマＣＶＤ法による成膜によってマイクロレンズを形成させることができるので加熱温度を低温に設定する必要がなく、石英ガラスなどの高融点ガラスでも製造することが可能になる。これにより、ファイバ通信等、石英ガラスを用いる低屈折率導波系の集積化に適用させることができ、また、シリンドリカルレンズ等の異形レンズを形成させることができる。さらに、マイクロレンズを高融点ガラスで形成させることができることから、光導波路と導波形レンズとを同時に形成させることができるので、製造プロセスを簡素化できる。
【００１４】
なお、本実施の一形態においては凸部の製造工程を、スパッタ工程、フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程から成るものにしていたが、これに限らず、基板と屈折率の等しい材料で凸部を形成することができれば、どのような製造工程でもよい。
また、本実施の一形態においては石英エッチング用マスク薄膜としてＷＳｉを用いていたが、これに限らず、フォトレジストとのエッチングの選択比を考慮すれば、他の材料（Ｗ、αＳｉ）を用いてもよい。
【００１５】
【実施例】
さらに、本発明のマイクロレンズの製造方法を利用して、曲率半径約５μｍのマイクロレンズの作製を、以下のような条件で行った。
まず、スパッタ法により、石英基板上に石英エッチング用マスク薄膜であるＷＳｉを形成する。
【００１６】
さらに、フォトリソグラフィ工程において、石英エッチング用マスク薄膜２上にスピンコーターによりフォトレジスト３を形成する。なお、石英エッチング用マスク薄膜厚およびフォトレジスト厚はＷＳｉとフォトレジストおよびＷＳｉと石英基板とのエッチングの選択比を考慮して決定される。
次に、フォトレジスト３上に所定の大きさのパターンを形成したフォトマスクを密着させ露光・現像し、レジストパターン３′を形成させる。このパターンの形状および大きさは、所望のマイクロレンズの曲率半径に基づき決定される。
【００１７】
パターニング後のエッチング工程におけるドライエッチング条件は、第１エッチング工程では高周波電力を２５Ｗ、ガス圧を１００ｍＴｏｒｒとし、第２エッチング工程では高周波電力を２５０Ｗ、ガス圧を１５ｍＴｏｒｒとする。
石英エッチング用マスク薄膜２をマスクとして、石英ガラス基板１をエッチングした後、不要な石英エッチング用マスク薄膜２′をＮＦ3のドライエッチングにより除去する。なお、エッチング深さは所望のマイクロレンズの曲率半径に基づき決定される。
【００１８】
さらに、被覆工程において、石英ガラス基板１上に形成された凸部１′に対して、プラズマＣＶＤ法により凸部１′と同じ材料である石英ガラス４で被覆する。プラズマＣＶＤ法の原料ガスは、ＳｉＨ4、Ｎ2Ｏを使用し、高周波電力を１５０Ｗ、ガス圧を０．５Ｔｏｒｒとする。これらの条件により、半球面状のマイクロレンズを得ることができた。
【００１９】
【発明の効果】
以上、発明の実施の形態において説明したように、本発明のマイクロレンズの製造方法によれば、予め基板に当該基板と屈折率の等しい凸部を形成させ、この基板に形成された凸部に対してＣＶＤ法で当該凸部と同じ材料で被覆することによりマイクロレンズを形成させるので、ＣＶＤ法における加熱温度を低温に設定する必要がなくなる。したがって、高融点ガラスのみでマイクロレンズを製造することができ、また、リフローや化学−機械研磨法等の後加工をすることなく半球面状のマイクロレンズを得ることができる。これにより、熱変形や剥離が起こらない高性能なマイクロレンズを製造することができる。
【００２０】
また、凸部の大きさは、マイクロレンズの曲率半径に基づき形成させるので、所望の形状および大きさのマイクロレンズを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマイクロレンズの製造方法の実施の一形態を示す製造工程図。
【符号の説明】
１・・・・・石英ガラス基板
１′・・・・・凸部
２・・・・・石英エッチング用マスク薄膜
３・・・・・フォトレジスト
４・・・・・石英ガラス（凸部と同じ材料）
１０１・・・・・スパッタ工程
１０２、１０３・・・・・フォトリソグラフィ工程
１０４・・・・・第１エッチング工程
１０５・・・・・第２エッチング工程
【図１】
0004029128.tif 000002