JP4747893B2 - Microlens manufacturing method - Google Patents
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Description
この発明は、光ファイバ等と組合せて用いるに好適な真球度の良いマクロレンズを異方性ドライエッチング処理により製作する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a macro lens with good sphericity suitable for use in combination with an optical fiber or the like by anisotropic dry etching.
従来、透明基板の表面に複数の凸球面状のレジスト(感光性樹脂)パターンを異方性ドライエッチング処理により転写してマイクロレンズアレイを製作する方法は公知である。また、この種のマイクロレンズアレイの製法としては、ドライエッチング時にレンズの真球度を向上させることを目的として2種以上のフッ化炭素系ガスの流量比を制御するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
上記した従来技術によると、精密な制御を行なうため、高価な設備を必要とし、コスト高を招くという問題点がある。 According to the above-described conventional technology, there is a problem in that expensive control is required to perform precise control, resulting in high cost.
この発明の目的は、簡便な方法で真球度を向上させることができる新規なマイクロレンズの製法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a novel method for producing a microlens that can improve the sphericity by a simple method.
この発明に係るマイクロレンズの製法は、
透明酸化物からなる透明基板の一主面上に円形状のレジスト層をホトリソグラフィ処理により形成する工程と、
前記レジスト層に加熱リフロー処理を施して前記レジスト層に凸球面状パターンを付与する工程と、
異方性ドライエッチング処理により前記透明基板の一主面に前記レジスト層の凸球面状パターンを転写して凸球面状のレンズを形成する工程と
を含むマイクロレンズの製法であって、
前記異方性ドライエッチング処理では、エッチング中に発生するカーボンと酸素との比率を前記レンズについて所望の真球度が得られるように設定した状態でエッチングを行なうことを特徴とするものである。
The manufacturing method of the microlens according to the present invention is as follows:
Forming a circular resist layer on one main surface of a transparent substrate made of a transparent oxide by photolithography,
Applying a heat reflow treatment to the resist layer to give a convex spherical pattern to the resist layer;
Forming a convex spherical lens by transferring a convex spherical pattern of the resist layer to one main surface of the transparent substrate by anisotropic dry etching,
In the anisotropic dry etching process, the etching is performed in a state where the ratio of carbon and oxygen generated during the etching is set so as to obtain a desired sphericity for the lens.
発明者の研究によれば、レジスト層の凸球面状パターンを透明基板の一主面に異方性ドライエッチング処理により転写して凸球面状のレンズを形成する際に、エッチング中に発生するカーボンと酸素との比率を制御することによりレンズの真球度を制御できることが判明した。そこで、この発明の製法では、エッチング中に発生するカーボンと酸素との比率をレンズについて所望の真球度が得られるように設定した状態でエッチングを行なうようにしたので、真球度の良いレンズが得られる。 According to the inventor's research, carbon generated during etching when a convex spherical pattern of a resist layer is transferred to one main surface of a transparent substrate by anisotropic dry etching to form a convex spherical lens. It was found that the sphericity of the lens can be controlled by controlling the ratio of oxygen to oxygen. Therefore, in the manufacturing method of the present invention, the etching is performed with the ratio of carbon and oxygen generated during etching set to obtain a desired sphericity for the lens. Is obtained.
この発明の製法において、前記異方性ドライエッチング処理では、エッチング室内で黒鉛電極板の上に前記透明基板を載置した状態で前記エッチングを行なうと共に、前記黒鉛電極板の露出面積をS1、前記レジスト層の凸球面状パターンの前記透明基板への投影面積をS2、前記透明基板を含む酸素発生部の露出面積をS3としたとき面積比(S1+S2)/S3を前記レンズについて所望の真球度が得られるように設定した状態で前記エッチングを行なうようにしてもよい。このようにすると、酸素発生部として、透明基板の他に、石英板等を黒鉛電極板上に配置するなどして簡単にカーボンと酸素との比率を制御でき、真球度の良いレンズを低コストで形成可能となる。 In the manufacturing method of the present invention, in the anisotropic dry etching treatment, the etching is performed in a state where the transparent substrate is placed on the graphite electrode plate in an etching chamber, and the exposed area of the graphite electrode plate is set to S1, When the projected area of the convex spherical pattern of the resist layer on the transparent substrate is S2, and the exposed area of the oxygen generation part including the transparent substrate is S3, the area ratio (S1 + S2) / S3 is a desired sphericity for the lens. The etching may be performed in a state set to obtain the above. In this way, the ratio of carbon and oxygen can be easily controlled by placing a quartz plate or the like on the graphite electrode plate in addition to the transparent substrate as the oxygen generating part, and a lens with good sphericity can be reduced. It can be formed at a cost.
この発明によれば、レンズを形成するための異方性ドライエッチング処理において、エッチング中に発生するカーボンと酸素との比率を制御するようにしたので、真球度良好なレンズを得ることができる。また、面積比(S1+S2)/S3を設定する場合は、真球度の良いレンズを簡単に且つ低コストで形成することができる。さらに、マイクロレンズにおいて、レンズの真球度が向上すると、収差が改善され、光線がほぼ一点にフォーカスされるようになる。このため、レンズを介して光ファイバに光線を導入する際には、レンズから光ファイバのコア部に低損失で光線を入射させることができる。 According to the present invention, in the anisotropic dry etching process for forming a lens, the ratio of carbon and oxygen generated during etching is controlled, so that a lens having a good sphericity can be obtained. . When the area ratio (S1 + S2) / S3 is set, a lens with good sphericity can be formed easily and at low cost. Further, in the microlens, when the sphericity of the lens is improved, the aberration is improved and the light beam is focused almost at one point. For this reason, when a light beam is introduced into the optical fiber through the lens, the light beam can be incident on the core portion of the optical fiber from the lens with low loss.
図1〜3は、この発明の一実施形態に係るマイクロレンズアレイの製法を示すもので、各々の図に対応する工程(1)〜(3)を順次に説明する。 FIGS. 1-3 show the manufacturing method of the micro lens array based on one Embodiment of this invention, and process (1)-(3) corresponding to each figure is demonstrated sequentially.
(1)透明基板としての石英基板10の一主面には、円形状のレジスト層S1〜S4をホトリソグラフィ処理により形成する。ホトリソグラフィ処理では、ホトレジストを回転塗布法により基板表面に塗布した後、塗布されたレジストに露光・現像処理を施して厚さt=50〜60μmのレジスト層S1〜S4を得る。
(1) On one main surface of the
(2)レジスト層S1〜S4に加熱リフロー処理を施すことによりS1等の各レジスト層に凸球面状パターンを付与する。このときの熱処理温度は、170〜200℃程度とし、リフロー後のレジスト高さhは、80〜100μm程度とすることができる。 (2) By applying a heat reflow process to the resist layers S 1 to S 4 , a convex spherical pattern is imparted to each resist layer such as S 1 . The heat treatment temperature at this time can be about 170 to 200 ° C., and the resist height h after reflow can be about 80 to 100 μm.
(3)異方性ドライエッチング処理により石英基板10にS1等の各レジスト層の凸球面状パターンを転写して石英からなる凸球面状のレンズL11〜L14を形成する。異方性ドライエッチング処理としては、フッ化炭素系ガス(例えばCF4ガス)をエッチングガスとする反応性イオンエッチング処理を用いることができる。
(3) Convex spherical lenses L 11 to L 14 made of quartz are formed by transferring the convex spherical pattern of each resist layer such as S 1 to the
ドライエッチング処理においては、一例として図4に示すようにエッチング室内で黒鉛電極(カソード電極)板12の上に正方形状の石英基板10の四辺に沿ってそれぞれ長方形状の石英板(石英短冊)14a〜14dを隙間無く配置すると共に石英板14a,14b間と、石英板14b,14c間と、石英板14c,14d間と、石英板14d,14a間とにそれぞれ正方形状の石英板16a、16b、16c、16dを隙間無く配置した状態でエッチングを行なう。このように石英基板10の周囲に石英板14a〜14d,16a〜16dを配置するのは、エッチング中に発生するカーボンと酸素との比率を制御してレンズの真球度を制御するためである。すなわち、石英基板10及び石英板14a〜14d,16a〜16dがエッチング中に酸素発生材として作用すると共に、酸素がレジストのエッチング速度を速める作用をするので、カーボン対酸素の比率を制御することによってレンズの真球度の制御が可能となる。
In the dry etching process, for example, as shown in FIG. 4, rectangular quartz plates (quartz strips) 14a are formed on the graphite electrode (cathode electrode)
エッチング室内における酸素発生部に対するカーボン発生部の面積比をカーボン面積比C/Qとすると、面積比C/Qは次の式(1)により表わされる。 When the area ratio of the carbon generation part to the oxygen generation part in the etching chamber is a carbon area ratio C / Q, the area ratio C / Q is expressed by the following equation (1).
C/Q=(S1+S2)/S3…(1)
ここで、S1は、黒鉛電極板12の露出面積、
S2は、レジストパターンの石英基板10に対する投影面積、
S3は、石英基板10及び石英板14a〜14d,16a〜16dを含む酸素発生部の露出面積
である。レジストパターンは、カーボン供給源であるので、カーボン発生部の面積を(S1+S2)とした。石英板14a〜14d,16a〜16dを図4に示したように配置することで、黒鉛電極板12の露出面積S1が低減されると共に酸素発生部(10,14a〜14d,16a〜16d)の露出面積が増大し、面積比を適正範囲7〜45(好ましくは10〜32)内に設定することができる。
C / Q = (S1 + S2) / S3 (1)
Here, S1 is the exposed area of the
S2 is the projected area of the resist pattern on the
S3 is an exposed area of the oxygen generation part including the
石英板14a〜14d,16a〜16dは、隙間無く配置したが、1mm以上の隙間を空けて配置してもよい。また、酸素発生材としての石英は、四辺形状や板状に限らず、円形状や多角形状あるいは円柱状や多角柱状等にしてもよい。さらに、酸素発生材としては、石英に限らず、光学ガラス、TiO2等の酸化物を用いてもよい。
The
図5は、エッチング室内における石英基板10上のレジストパターン配置の第1の変形例を示すものである。この例では、石英基板10上に配置するレジスト層Sの数を図4の場合に比べて減少させると共にレジスト層Sを石英基板10の中央部に集中的に配置することにより石英基板10においてレジスト層Sの集団の周囲に枠状領域10Fを露出させている。このようにすると、面積比(S1+S2)/S3において、レジストパターンの石英基板10への投影面積S2が減少すると共に酸素発生部としての石英基板10の露出面積S3が増大する。
FIG. 5 shows a first modification of the resist pattern arrangement on the
図6は、エッチング室内における石英基板10上のレジストパターン配置の第2の変形例を示すものである。この例では、石英基板10上に配置するレジスト層Sの数を図4の場合に比べて減少させると共に5個1組のレジスト列を図4の場合より広い間隔を空けて配置することにより石英基板10において14個のレジスト列を囲む表面領域10Gを露出させている。このようにすると、面積比(S1+S2)/S3において、レジストパターンの石英基板10への投影面積S2が減少すると共に酸素発生部としての石英基板10の露出面積が増大する。
FIG. 6 shows a second modification of the resist pattern arrangement on the
図7は、エッチング室内における石英基板配置の従来例を示すもので、図4の石英基板配置において石英板14a〜14d,16a〜16dを除去したものに相当する。
FIG. 7 shows a conventional example of the quartz substrate arrangement in the etching chamber, which corresponds to the quartz substrate arrangement of FIG. 4 with the
次に、図8を参照して真球ずれ測定法を説明する。図8において、石英基板10の表面10aにはレジスト層Sが形成されており、レジスト層Sとの関連で真球(理想球面)ISが破線で示されている。横軸は、レンズ中心からの距離を示し、縦軸は、高さを示す。レンズ中心は、真球の中心に対応する。測定装置としては、非接触型三次元測定装置を用い、3μm/ステップで−550μm〜550μmの範囲でレジスト層Sやレンズの形状を測定した。そして、各測定データを真球(理想球面)データと比較し、真球ずれ(真球[理想球面]からのずれ量)を求めた。
Next, referring to FIG. 8, a method for measuring the true spherical deviation will be described. In FIG. 8, a resist layer S is formed on the
図9には、比較例1〜3及び実施例1〜7について真球ずれの評価結果を示す。比較例1は、図7に示した従来例に相当するもので、面積比C/Qの制御方法としては石英板無しの場合であり、C/Q=60であった。比較例2は、図4に示した石英板配置を採用した場合であり、C/Q=3.3であった。比較例3は、図4に示した石英板配置を採用した場合であり、C/Q=50.2であった。 In FIG. 9, the evaluation result of a spherical displacement is shown about Comparative Examples 1-3 and Examples 1-7. Comparative Example 1 corresponds to the conventional example shown in FIG. 7, and the control method of the area ratio C / Q is a case without a quartz plate, and C / Q = 60. Comparative Example 2 is a case where the quartz plate arrangement shown in FIG. 4 is adopted, and C / Q = 3.3. Comparative Example 3 was a case where the quartz plate arrangement shown in FIG. 4 was adopted, and C / Q = 50.2.
実施例1は、図4に示した石英板配置を採用した場合であり、C/Q=10.2であった。実施例2は、図4に示した石英板配置を採用した場合であり、C/Q=17.5であった。実施例3は、図4に示した石英板配置を採用した場合であり、C/Q=31.3であった。実施例4は、図4に示した石英板配置を採用した場合であり、C/Q=6.9であった。実施例5は、図4に示した石英板配置を採用した場合であり、C/Q=45.6であった。実施例6は、図5に示したように石英基板10の外周にレジストパターンがない露出枠状領域10Fを設けた場合であり、C/Q=20.1であった。実施例7は、図6に示したようにレジストパターンを疎に配置して露出表面領域10Gを拡大した場合であり、C/Q=20.1であった。
Example 1 was a case where the quartz plate arrangement shown in FIG. 4 was adopted, and C / Q = 10.2. In Example 2, the quartz plate arrangement shown in FIG. 4 was employed, and C / Q = 17.5. In Example 3, the quartz plate arrangement shown in FIG. 4 was employed, and C / Q = 31.3. Example 4 is a case where the quartz plate arrangement shown in FIG. 4 was adopted, and C / Q = 6.9. In Example 5, the quartz plate arrangement shown in FIG. 4 was employed, and C / Q = 45.6. In Example 6, as shown in FIG. 5, the exposed frame-
比較例1〜3及び実施例1〜7のいずれの例でも、レンズ径は1050μm、有効径は850μm、エッチング方法はRIE(反応性イオンエッチング)法、RF(高周波)パワーは220Wとした。真空ずれの評価基準は、RIE後においてプラス方向及びマイナス方向の真球ずれの絶対値の和が1μm以下であれば良(○印)とし、1μmより大であれば不良(×印)とした。図9には、比較例1〜3及び実施例1〜7のいずれの例についても、RIE前の真球ずれのプラス方向及びマイナス方向の値と、RIE後の真球ずれのプラス方向及びマイナス方向の値と、真球ずれの評価結果とが示されている。図9によれば、実施例1〜7においてC/Q=6.9〜45.6であり、評価基準を満たすレンズが得られることがわかる。 In any of Comparative Examples 1 to 3 and Examples 1 to 7, the lens diameter was 1050 μm, the effective diameter was 850 μm, the etching method was RIE (reactive ion etching), and the RF (high frequency) power was 220 W. The evaluation standard for the vacuum deviation was a good (◯ mark) if the sum of the absolute values of the positive and negative sphere deviations after RIE was 1 μm or less, and a bad (× mark) if greater than 1 μm. . FIG. 9 shows the values of plus and minus true sphere deviation before RIE and plus and minus true sphere deviation after RIE for each of Comparative Examples 1 to 3 and Examples 1 to 7. The direction value and the evaluation result of true spherical deviation are shown. As can be seen from FIG. 9, in Examples 1 to 7, C / Q = 6.9 to 45.6, and a lens satisfying the evaluation criteria can be obtained.
図10〜13は、いずれもレンズ中心からの距離と理想球面(真球)からのずれ量との関係を示すものである。図10は、実施例2についてRIE前の真球ずれ測定結果を示し、図11は、実施例2についてRIE後の真球ずれ測定結果を示す。図12は、比較例1についてRIE後の真球ずれ測定結果を示し、図13は、比較例2についてRIE後の真球ずれ測定結果を示す。図11と図12又は図13とを対比すると、この発明による真球度の改善効果が明らかである。 10 to 13 each show the relationship between the distance from the lens center and the amount of deviation from the ideal spherical surface (true sphere). FIG. 10 shows the measurement result of true sphere deviation before RIE for Example 2, and FIG. 11 shows the measurement result of true sphere deviation after RIE for Example 2. 12 shows the measurement result of true sphere deviation after RIE for Comparative Example 1, and FIG. 13 shows the measurement result of true sphere deviation after RIE for Comparative Example 2. When FIG. 11 is compared with FIG. 12 or FIG. 13, the effect of improving the sphericity according to the present invention is apparent.
10:石英基板、12:黒鉛電極板、14a〜14d,16a〜16d:石英板、S1〜S4,S:レジスト層、L11〜L14:レンズ。 10: quartz substrate, 12: Graphite electrode plate, 14a to 14d, 16 a to 16 d: a quartz plate, S 1 to S 4, S: resist layer, L 11 ~L 14: lens.
Claims (1)
前記レジスト層に加熱リフロー処理を施して前記レジスト層に凸球面状パターンを付与する工程と、
異方性ドライエッチング処理により前記透明基板の一主面に前記レジスト層の凸球面状パターンを転写して凸球面状のレンズを形成する工程と
を含むマイクロレンズの製法であって、
前記異方性ドライエッチング処理では、エッチング室内で黒鉛電極板の上に前記透明基板とともに酸素発生材を載置することにより、エッチング中に発生するカーボンと酸素との比率を制御することを特徴とするマイクロレンズアレイの製法。 Forming a circular resist layer on one main surface of a transparent substrate made of a transparent oxide by photolithography,
Applying a heat reflow treatment to the resist layer to give a convex spherical pattern to the resist layer;
Forming a convex spherical lens by transferring a convex spherical pattern of the resist layer to one main surface of the transparent substrate by anisotropic dry etching,
In the anisotropic dry etching process, the ratio of carbon and oxygen generated during etching is controlled by placing an oxygen generating material together with the transparent substrate on a graphite electrode plate in an etching chamber. The manufacturing method of the micro lens array.
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