JPH0226851B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明はコンパクトデイスクプレーヤ、ビデ
オデイスクプレーヤのピツクアツプ部等の光学系
に用いられるマイクロフレネルレンズの製作方法
に関するものである。

〔背景技術〕

マイクロフレネルレンズでは、フレネル輪帯の
断面形状を鋸歯状にすることによつて、矩形断面
の場合に比べて、レンズの１次回析効率を大幅に
向上させることができる。

第１図には、鋸歯状断面を持つたマイクロフレ
ネルレンズ全体の断面および平面図を示し、第２
図Ａ乃至Ｄにフレネル輪帯１本について、その形
成過程を示す、第１図において、１はガラス基
板、２は透明導電膜、３はレジスト層で、第１図
ではすでに、パターンが形成されている状態を示
している。

平行入射光４は、パターニングされたレジスト
層３で回折され、その回折光５が焦点６に収束す
る。一方、第２図において、７は電子線であり、
８乃至１２は電子線７によつて露光されたレジス
ト層３の領域を示し、１３は理想的な断面の鋸歯
形状を表わす曲線で、位相シフト関数から求めら
れたものである。

従来マイクロフレネルレンズの鋸歯状断面の形
成には第２図Ａ乃至Ｄにあるように、まず透明導
電膜２付きのガラス基板１上にレジスト３を塗布
し、レジスト層３を形成した後、電子線７で第１
層の描画を行なう（第２図Ａ）。続けて第２層の
描画を行なうが、この時、第２層の露光領域９
は、第１層の露光領域８と重複している（第２図
Ｂ）。以下第３層から第５層まで、同様に描画を
繰り返し、第２図Ｃのように多重露光領域８から
１２を得て、第２図Ｄにより現像を行なうことに
よつて、理想断面１３の段階近似を得る。第２図
では多重描画回数を５回にしているが、この回数
を増やすことによつて、さらに良い近似を行なう
ことができる。また電子線描画のかわりに、多層
フオトマスクを使つた露光方法によつても同様の
フレネル輪帯断面を得ることができる。

マイクロフレネルレンズでは、位相シフト関数
によつて決められた周期に従つて第１図に示した
ようなフレネル輪帯を形成し、また各輪帯は第２
図Ｄの理想鋸歯断面を持つように構成されてい
る。ここで、パターニングされたレジスト層３の
膜厚は、そこで使用したレジストの屈折率と入射
光４の波長によつて決められる。

以上の形状を持つたレジスト層３に平行入射光
４がガラス基板１側から入射すると、光は各輪帯
部分で回折し、その回折光５が焦点６に収束す
る。

〔背景技術の問題点〕

マイクロフレネルレンズでは、レンズ外周に行
く程輪帯の周期が短くなつているため、最外周近
辺の微細パターン部分では、輪帯幅が1μｍある
いはそれ以下の領域になる。従来のマイクロフレ
ネルレンズ製作方法では、パターンを形成する層
がレジスト層であるために、前記の微細パターン
部分では、電子線あるいは、遠紫外、紫外光によ
るレジスト中での散乱あるいは近接効果によつて
パターン形状が設計した形状から、大きくはずれ
てくる。さらに、レジスト層の膜厚は、前記のよ
うにある一定値に設定されるため、レジストの屈
折率、入射光の波長によつては十分なパターン解
像度が得られないような膜厚設定をしなければな
らない場合がある。一方、レジストの感度曲線の
ガンマ値によつて鋸歯断面の形状もかなり違つて
くるため、レジストによつてはきれいな近似断面
を得ることが難しくなつてくる。

〔目的〕

この発明は、上記のようなレンズ外周付近で生
じるパターン精度の低下を除去するためのもの
で、レンズのパターニングに際し、各層毎のレジ
ストパターンを他の均一な層に転写していくこと
によつて、中心から外周部まで均一な厚さを持
ち、かつ適正な断面形状を維持する方法を提供
し、それによつて高性能レンズを得ることを目的
としている。

〔実施例〕

第３図Ａ乃至Ｇは、本発明の一実施例を示した
ものであり、第２図と同様にレンズパターンのフ
レネル輪帯１本の断面が形成されていく過程を示
している。第３図において、１４は所定の膜厚を
有した酸化膜２３を付加したSiウエハ基板であ
り、１６はレジスト層である。

まず、第３図Ａにおいて、Siウエハ基板１４上
にレジスト１６を塗布し、第３図Ｂでこのレジス
ト層１６に、第２図にかける輪帯パターンの１層
目を反転したパターンを電子線７によつて描画す
る。１７がこの時の電子線照射領域であり、これ
を現像した後、第３図Ｃにおいて、レジスト１６
をマスクにして基板１４をその厚さの約1/5の深
さまでエツチングし、その後レジストを除去し
て、第３図Ｄで再度レジスト１６を塗布して、第
３図Ｅにより輪帯パターンの２層目の反転パター
ンを描画する。この時、１層目と２層目は、描画
装置のレジストレーシヨン機能によつてアライメ
ントされている。１８はこの時の電子線照射領域
である。これを再び現像した後、第３図Ｆでは、
同図Ｅのレジストパターンをマスクにして、第３
図Ｃと同一の条件で基板１４をエツチングする。

以下ＤからＦまでの工程と同様の操作を輪帯パ
ターンの３層目から５層目まで繰り返すことによ
つて、基板１４に第３図Ｇのような鋸歯状断面を
持つたパターンを形成する。同図Ｇにおいて１９
はこの場合の理想鋸歯状断面を表わしている。

第４図は、以上のようにして出来上つたSiウエ
ハ基板をスタンバとして用いて、フオトポリマに
よる最終的なマイクロフレネルレンズを得る工程
を示しており、2P法と呼ばれている。第４図に
おいて、２０はフオトポリマ（光硬化性樹脂）で
あり、２１はガラス基板、２２はフオトポリマ２
０を硬化させるための照射光である。第４図Ａで
フオトポリマ２０をパターニングされたSiウエハ
基板１４上に滴下して、Ｂでフオトポリマ２０の
上からガラス基板２１を被せ、フオトポリマ２０
がレンズパターン全体に広がつたところで、照射
光２２によつてフオトポリマ２０を露光して硬化
させ、その後フオトポリマ２０が接着したガラス
基板２１からSiウエハ基板１４を剥離して、同図
Ｃのようなマイクロフレネルレンズを得る。

なお第３図では、理想鋸歯状断面１９を５回の
露光現像エツチング工程によつて段階近似してい
るが、この回数を増やすことによつて、更に良い
近似ができる。

この発明では、パターンを形成する層が、最終
的にマイクロフレネルレンズを得るためのマスタ
になつているため鋸歯状断面の厚さはフオトポリ
マ２０の屈折率から求められる。また輪帯の周期
については、従来と同様に位相シフト関数から算
出される。実際に使うのは、以上のようにして設
計された層をスタンパとして用いて作つた複製で
あるが、その作用については従来の場合と同様で
ある。

尚、本発明の実施態様は下記のとおりである。

(1) 第３図では、輪帯パターンの形成に電子線の
直接描画を利用しているが、多層のフオトマス
クを用いて紫外線、遠紫外線あるいはＸ線露光
によつてパターンを形成してもよい。

(2) 第３図の実施例では、被エツチング層にSiウ
エハ上に成長させた酸化膜層を使つているが、
窒化膜、PSG等のエツチング可能な被膜であ
れば用いることができ、酸化膜には限定されな
い。また、上記被膜を所定の厚さだけ設けるこ
とができる基板であれば、基板もSiウエハに限
定されない。更に基板上に設けて被膜層にパタ
ーンを形成しているが、ガラス基板、金属基板
等のエツチング可能な基板であれば、基板を直
接エツチングすることによつてパターンを形成
してもよい。

(3) 上記実施例では、被エツチング層あるいは被
エツチング基板をスタンパに用いて複製を作つ
ているが、これら被エツチング物に第２図Ｄの
断面を形成し、それを原盤として用いてNi電
鋳等の従来技術によつてスタンパを製造し、そ
のスタンパから複製を作ることもでき、上記実
施例と同様の効果が得られる。

(4) 上記実施例では、鋸歯状断面を形成する場合
について説明したが、矩形断面を持つたマイク
ロフレネルレンズパターンを形成する場合にこ
の方法を使用してもよく、その場合のパターニ
ングは１層のみでよい。第５図Ａ乃至Ｃはその
一実施例であつて、同図ＡでSiウエハ基板１４
上にレジスト層１６を塗布形成して、同図Ｂで
レジストのパターニングを行ない、同図Ｃによ
りパターニングされたレジスト層１６をマスク
として、Siウエハ基板１４をエツチングした
後、レジスト１６を除去して複製用のスタンパ
を得る。なお、矩形断面レンズの場合も、上記
実施例の全てを適用することができる。

(5) 上記実施例では、マイクロフレネルレンズパ
ターンを形成した基板から2P法によつて複製
を作つているが、この複製製作方法は2P法に
限定されず、インジエクシヨン法等の複製技術
を用いてもよい。

〔効果〕

以上のように本発明では、マイクロフレネルレ
ンズパターンの形成をレジスト層以外の均一な膜
厚を有した層で行なつているため、レジスト層は
単に１層分のフレネル輪帯パターンを形成するだ
けで良く、多数回の露光を一時にレジスト層に与
える場合に比べて、レジスト中での散乱、近接効
果の影響を最小限に抑えることができ、また、レ
ジスト固有の膜厚と解像度の問題あるいは感度曲
線のガンマ値の問題等の制限を除いた状態で、レ
ンズ全面に渡つて均一かつ精度の良いパターンを
得ることができる。

一方、パターン形成層をそのまま複製用のスタ
ンパに用いているので、１つのマスタパターンか
ら多量の複製レンズを製作することができ、コス
ト的な低減化も可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は鋸歯状断面を持つたマイクロフレネル
レンズの正面断面図と平面図、第２図Ａ乃至Ｄ
は、従来技術による鋸歯状フレネル輪帯のパター
ン形成過程順の断面図、第３図Ａ乃至Ｇは、本発
明の一実施例による鋸歯状断面のパターン形成過
程順の断面図、第４図Ａ乃至Ｃは、第３図のパタ
ーン原盤から複製レンズを製作する工程順の断面
図、第５図Ａ乃至Ｃは本発明の他の実施例として
矩形断面を持つたマイクロフレネルレンズのパタ
ーン形成過程順の断面図である。 １，２１……ガラス基板、２……透明導電膜、
３，１６……レジスト層、４……平行入射光、５
……回折光、６……焦点、７……電子線、８，
９，１０，１１，１２，１７，１８……電子線照
射領域、１３，１９……理想鋸歯断面、２０……
フオトポリマ、２２……照射光。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基板上にレジストを塗布し、マイクロフレネ
   ルレンズ輪帯を有する第１の輪帯パターンを前記
   レジストに転写し、前記基板の選択エツチングを
   行ない、このレジストを除去した後、再度基板上
   にレジストを塗布し、マイクロフレネルレンズ輪
   帯を有する第２の輪帯パターンを前記第１の輪帯
   パターンとのアライメントを行なつた後にレジス
   トに転写し、選択エツチング、レジスト除去の操
   作を行ない、以下、所定の回数前記操作を繰り返
   すことにより、前記被基板に近似的な鋸歯状断面
   を形成し、これからスタンパを得て、複製するよ
   うにしたことを特徴とするマイクロフレネルレン
   ズの製造方法。 ２ 前記基板はガラス或いは金属であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の製造方法。 ３ 前記レジストとのパターン転写は前記輪帯パ
   ターンを有するフオトマスクによつて行なうよう
   にしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載の製造方法。 ４ 前記レジストへのパターン転写は電子線の直
   接描画によつて行なうようにしたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項または第２項記載の製造
   方法。