专利名称：微透镜用模具的制造方法
技术领域：
本发明涉及制造用于成型微透镜的模具的方法，特别是，涉及在透镜直径小于等于1mm的微小的非球面微透镜的成型中使用的模具的制造方法。
背景技术：
当前，作为涉及微透镜用模具的制造方法的公知技术，已知有这样的方法，即，例如，在玻璃平板表面形成掩模层，与所制作的透镜位置相对应地在上述掩模层上设置与所制作的透镜个数相同个数的圆形的微细开口部分，通过化学地腐蚀上述开口部分而形成了大致半球面形的凹部以后，整体去除上述掩模层，重新在形成了上述凹部的平板表面形成掩模层，在与上述凹部相对应的位置，在上述掩模层上设置比上述该凹部开口直径大的圆形的开口部分，通过该开口部分进而腐蚀平板表面，去除了上述掩模层以后，腐蚀平板表面整体而进行制造(参照专利文献1)。由此，能够高精度地制造具有表面平滑的复合球面的微透镜用模具。另外，如果增加形成掩模层的次数，则可能具有更多的球面。
另一方面，作为涉及非球面微透镜的制造方法的公知技术，已知有这样的方法，即，例如，在SiO2衬底上溅射蒸镀Nb2O5膜，在该Nb2O5膜上用光致抗蚀剂形成圆筒形的图形，在进行后置烘焙(ポストベ一ク)使上述圆筒形的图形变化成半球形以后，通过调整腐蚀气体的混合比的同时进行等离子腐蚀，在Nb2O5模上转印透镜形状(参照非专利文献1)。
专利文献1特开平7-63904号公报非专利文献1OplusE Vol.24，No7(2002年7月)P719～P723近年来，在光盘的高记录密度化、光盘装置的小型化的发展过程中，期待透镜直径微小而且具有厚度的非球面的微透镜的制造。具体地讲，最好实现具有透镜直径小于等于1mm、厚度大于0.5mm尺寸的非球面透镜。
然而，在上述专利文献1所述的微透镜用模具的制造方法中，对于一个透镜设置一个开口部分，然后进行各向同性腐蚀形成半球形的凹部，把该半球型凹部作为透镜模具的制造方法，因此不能够制造在修正球面像差方面出色的非球面透镜的模具。另外，在非专利文献1所述的非球面微透镜的制造方法中，对于透镜直径300mm，仅能够制造厚度50mm左右的薄透镜。
一般，微透镜使用成型的模具制造，制造与上述那样微透镜的尺寸相对应的模具的技术当前并没有确立。
发明内容
因此，本发明的目的在于要提供制造模具的方法，该模具用于制造具有任意的非球面的表面光滑的微透镜，即具有透镜直径小于等于1mm、厚度大于等于0.3mm尺寸的非球面微透镜。
为解决上述课题进行研究的结果，本发明者们想到了在单晶硅衬底上形成两层掩模层，使用第一掩模层进行各向异性腐蚀以及各向同性腐蚀，形成了直径比所希望的微透镜用模具稍小的凹部以后，通过使用第二掩模层进行各向同性腐蚀扩大其凹部，可以得到所希望尺寸的微透镜用模具。
即，本发明提供用于制造具有任意的非球面、而且厚度比透镜口径的一半大的微透镜的模具的制造方法，其中，在硅衬底上形成具有包围直径比该模具的凹部小的圆形区域的形状的一个掩模层，进而，在上述圆形区域上形成具有直径不同的多个圆形开口部分的另一个掩模层，经过上述多个圆形开口部分，对于上述圆形区域内的硅衬底进行各向异性干腐蚀，从而在上述硅衬底上形成与各圆形开口部分的直径相对应的深度的多个孔，经过上述多个圆形开口部分，对于上述圆形区域内的硅衬底进行各向同性腐蚀，从而去除上述多个孔的侧壁，把孔彼此融合，在去除了上述另一个掩模层以后，经过上述一个掩模层的上述圆形区域，对于上述孔彼此融合而形成的凹部进行各向同性腐蚀，从而扩大该凹部的同时把表面平滑了以后，去除上述一个掩模层。
本发明还提供用于制造具有任意的非球面、而且厚度比透镜口径的一半大的微透镜的模具的制造方法，其中，在硅衬底上形成具有包围直径比该模具的凹部小的圆形区域的形状的一个掩模层，进而，在上述圆形区域上形成具有直径不同的多个圆形开口部分的另一个掩模层，经过上述多个圆形开口部分，对于上述圆形区域内的硅衬底进行各向异性干腐蚀，从而在上述硅衬底上形成与各圆形开口部分的直径相对应的深度的多个孔，在去除了上述另一个掩模层以后，经过上述一个掩模层的上述圆形区域进行各向同性腐蚀，从而去除上述多个孔的侧壁，把孔彼此融合而形成凹部，在形成了上述凹部以后去除上述一个掩模层。
在本发明的微透镜用模具的制造方法中，特征是在去除了上述一个掩模层以后，在上述微透镜模具的表面上形成对于透镜材料剥离性良好的膜。
在本发明的微透镜用模具的制造方法中，特征是在去除了上述一个掩模层以后，在上述微透镜模具的表面上形成难以被对作为模具材料的硅进行腐蚀的气体或者液体腐蚀的膜。
进而，提供使用通过本发明的微透镜用模具的制造方法制造的微透镜用模具，成型微透镜的方法，其中，把上述微透镜用模具的具有任意非球面的表面的形状转印到透镜材料上以后，对于上述微透镜用模具的与上述表面相反一侧的面进行腐蚀去除硅衬底，进而，通过去除形成在上述表面上的膜，成型微透镜。
如以上说明的那样，依据本发明的微透镜用模具的制造方法，能够制造当前不能实现的具有任意非球面的表面平滑的微透镜，即具有透镜直径小于等于1mm、厚度大于等于0.3mm的非球面透镜。
图1为概略地表示本发明的微透镜用模具的制造方法中的制造工艺的流程的图。
图2为概略地表示作为本发明的其它实施形态的微透镜用模具的制造工艺的流程的图。
图3为概略地表示使用本发明的微透镜用模具成型微透镜的工艺的图。
图4为概略地表示使用本发明的微透镜用模具成型微透镜的工艺的图。
符号的说明1单晶硅衬底2第一掩模层3第二掩模层4圆形开口部分5孔6透镜的凹模具7难以被对硅进行腐蚀的气体或者液体腐蚀的保护膜8对于透镜材料剥离性良好的膜10透镜材料11粗对准机构12精密对位机构具体实施方式
以下，参照附图详细地说明用于实施本发明的微透镜用模具的制造方法。图1为作为本发明的一个实施形态，概略地表示微透镜用模具的制造工艺的流程的图。
首先，如图1(a)所示，在单晶硅衬底1上，形成由第一掩模层2以及第二掩模层3构成的两层腐蚀用掩模。首先，在单晶硅衬底1上，形成由铝溅射蒸镀膜构成的第二掩模层3，进而，形成由硅的氧化膜构成的第一掩模层2。这里，第二掩模层3形成为使得包围直径比硅衬底1上的要制造模具的区域小的圆形区域。第一掩模层2形成在该圆形区域以及周围所形成的第二掩模层3上。然后，在上述圆形区域上形成了第一掩模层2的区域中，通过光刻法形成对于一个透镜具有直径不同的多个圆形开口部分的抗蚀剂图形，使用该抗蚀剂图形进行第一掩模层2的腐蚀，形成对于一个透镜、直径不同的多个圆形开口部分4。
其次，如图1(b)所示，把单晶硅衬底1的形成了掩模层的面作为加工面，使用形成在第一掩模层2上的圆形开口部分4的开口图形，用各向异性干腐蚀在硅衬底1上形成多个孔5。这时，根据微加载(マイクロロ一ディンゲ)效应，相对应的掩模层的圆形开口部分的直径越大孔的深度越深，越进行长时间腐蚀，由开口部分的直径的大小引起的孔的深度差别也越大。因此，在第一掩模层2上形成的圆形开口部分4设计成越是与中心部分相对应的位置越具有大直径的尺寸。如果掩模层4的圆形开口部分4的直径成为大于等于某个一定的大小，则不发生该微加载效应。在本实施形态中，圆形开口部分4的直径取为5μm～40μm。
本实施形态中的各向异性干腐蚀的条件如下。
腐蚀气体(SF6)流量120sccm，侧壁保护膜形成气体(C4F8)流量80sccm，通孔(ベント)开口率55％，主等离子电源1000W，偏置110W，腔内压力1.7～1.8Pa，腐蚀时间与保护模形成时间比7∶3。
最好把该各向异性干腐蚀进行到与透镜中心部分相对应的位置的最深的孔和与透镜外缘部分相对应的位置的最浅的孔的深度差成为大于等于200μm。
在本实施形态中，在第一掩模层中使用硅的氧化膜，在第二掩模层中使用铝，而即使在第一掩模层中使用铝，在第二掩模层中使用硅的氧化膜或者硅的氮化膜，也可以得到同样的结果。
另外，在本实施形态中，重叠形成第一掩模层与第二掩模层，而即使首先用铝仅形成第一掩模层，进行各向异性干腐蚀和各向同性干腐蚀，在去除了第一掩模层以后，用铝形成第二掩模层，进行各向同性干腐蚀，也可以得到同样的结果。另外，这时，即使用金形成第二掩模层进行各向同性湿腐蚀，也可以得到同样的结果。
接着，如图1(c)所示，进行各向同性腐蚀，去除在前面工艺中用各向异性干腐蚀形成在硅衬底1上的深度不同的多个孔的侧壁，把孔彼此融合。本实施形态中的各向同性干腐蚀的条件如下。
腐蚀气体(SF6)流量100sccm，通孔开口率55％，主等离子电源900W，偏置20W，腔内压力1.7～1.8Pa。
本工艺除去用各向同性干腐蚀进行以外，也可以用基于氟酸、硝酸、醋酸的混合液等的单晶硅的各向同性湿腐蚀进行。
接着，如图1(d)所示，去除第一掩模层2，为了使模具表面平滑而进行平滑处理。该平滑处理例如能够通过各向同性干腐蚀或者各向同性湿腐蚀等进行。
接着，如图1(e)所示，进行各向同性腐蚀，形成透镜的凹模具6。该透镜的凹模具6的直径比在图1(b)的工艺中形成的凹部大。
接着，如图1(f)所示，去除第二掩模层3，在透镜的凹模具6的表面上形成难以被对硅进行腐蚀的气体或者液体腐蚀的保护膜7。保护膜7例如能够用铝或者氧化硅等形成。
接着，如图1(g)所示，在透镜的凹模具6的表面形成对于透镜材料剥离性良好的膜8。例如，在透镜材料是玻璃的情况下，可以用碳形成膜8。由此，在转印了以后，可以得到容易剥离微透镜的微透镜用模具。
图2为作为本发明的其它形态，概略地表示微透镜用模具的制造工艺的流程的图。
首先，如图2(a)所示，在单晶硅衬底1上，形成由第一掩模层2以及第二掩模层3构成的两层的腐蚀用掩模。具体地讲，在单晶硅衬底1上，形成由铝的蒸镀膜构成的第二掩模层3，进而，形成由硅氧化膜构成的第一掩模层2。这里，第二掩模层3形成为使得在硅衬底1上的要制造模具的圆形区域上具有直径不同的多个圆形开口部分。在第二掩模层3上形成第一掩模层2以覆盖存在于该圆形区域内的外周部分中的多个圆形开口部分。
接着，如图2(b)所示，把在单晶硅衬底1的形成了掩模层的面作为加工面，经过在第二掩模层3上形成的圆形开口部分中未被掩模层2覆盖的多个圆形开口部分4，在硅基板1上用各向异性干腐蚀形成与各圆形开口部分4的直径相对应的深度的多个孔5。在本实施形态中圆形开口部分4的直径取为5μm～40μm。本实施形态中的各向异性干腐蚀的条件与上述的实施形态相同。
接着，如图2(c)所示，去除第一掩模层2，打开第二掩模层3的所有圆形开口部分，经过这些圆形开口部分和前面形成的多个孔5，根据各向异性干腐蚀，透镜模具中心部分与外周部分的孔深度的差增大。第一掩模层2形成在第二掩模层3上以覆盖存在于该圆形区域内的外周部分中的多个圆形开口部分。
接着，如图2(d)所示，进行各向同性腐蚀，去除在上述工艺中用各向异性干腐蚀形成在硅衬底1上的深度不同的多个孔的侧壁，把孔彼此融合。本实施形态中的各向同性干腐蚀的条件与上述实施形态相同。
接着，如图2(e)所示，去除第二掩模层3，为了使模具表面平滑而进行平滑处理。
其次，如图2(f)所示，在透镜凹模具6的表面形成用于使模具硬化的保护膜7。保护膜例如用氧化硅等形成。
接着，如图2(g)所示，在透镜凹模具6的表面形成对于透镜材料剥离性良好的膜8。例如，在透镜材料是玻璃的情况下，可以用碳类的材质形成膜8。
使用这样制造的微透镜用模具，能够按照以下的顺序成型微透镜。如图3(a)所示，在硅衬底1上形成的微透镜用模具上转印了透镜材料10以后，如图3(b)所示，从模具背面腐蚀硅衬底1，接着，如图3(c)所示，通过去除保护膜7，能够不需从微透镜用模具剥离微透镜而露出透镜表面。由此，能够不损伤微透镜表面进行微透镜的成型。
另外，使用这样制造的微透镜用模具，能够按以下的顺序成型微透镜。如图4所示，用形成在硅衬底上的两片模具夹住透镜材料10。这时，使用粗对准机构11和精密对位机构12，边加热边加压，使得两面的透镜中心轴吻合。精密对位机构12在形成透镜模具时，能够在硅衬底上腐蚀形成。
如以上说明的那样，在本实施形态中，通过适当地设计形成在第二掩模层3上的圆形开口部分4的直径及其配置、由第二掩模层3包围的圆形区域的直径、各腐蚀工艺的时间，能够形成用于成型具有任意的非球面而且所希望厚度的微透镜的模具。具体地讲，能够制造用于成型具有透镜直径小于等于1mm、厚度大于等于0.3mm尺寸的非球面微透镜的模具。另外，通过上述平滑处理能够得到表面平滑的微透镜用模具。
以上，关于本发明的微透镜用模具的制造方法，举出并说明了具体的实施形态，然而本发明并不限于这些形态。如果是本领域的技术人员，则在不脱离本发明的宗旨的范围内，当然能够在上述各实施形态或者其它实施形态中的本发明的结构以及功能中加入各种变更和改良。
权利要求
1.一种微透镜用模具的制造方法，该模具用于制造具有任意的非球面而且厚度比透镜口径的一半大的微透镜，其特征在于包括，在硅衬底上形成一个掩模层，该掩模层具有包围直径比该模具的凹部小的圆形区域的形状，进而，在上述圆形区域上形成具有直径不同的多个圆形开口部分的另一个掩模层，通过上述多个圆形开口部分，对于上述圆形区域内的硅衬底进行各向异性干腐蚀，从而在上述硅衬底上形成与各圆形开口部分的直径相对应的深度的多个孔，通过上述多个圆形开口部分，对于上述圆形区域内的硅衬底进行各向同性腐蚀，从而去除上述多个孔的侧壁，把孔彼此融合，在去除了上述另一个掩模层以后，通过上述一个掩模层的上述圆形区域，对于上述孔彼此融合而形成的凹部进行各向同性腐蚀，从而扩大该凹部的同时把表面平滑了以后，去除上述一个掩模层。
2.一种微透镜用模具的制造方法，该模具用于制造具有任意的非球面而且厚度比透镜口径的一半大的微透镜，其特征在于包括，在硅衬底上形成一个掩模层，该掩模层具有包围直径比该模具的凹部小的圆形区域的形状，进而，在上述圆形区域上形成具有直径不同的多个圆形开口部分的另一个掩模层，通过上述多个圆形开口部分，对于上述圆形区域内的硅衬底进行各向异性干腐蚀，从而在上述硅衬底上形成与各圆形开口部分的直径相对应的深度的多个孔，在去除了上述另一个掩模层以后，通过上述一个掩模层的上述圆形区域进行各向同性腐蚀，从而去除上述多个孔的侧壁，把孔彼此融合而形成凹部，在形成了上述凹部以后去除上述一个掩模层。
3.一种微透镜用模具的制造方法，该模具用于制造具有任意的非球面而且厚度比透镜口径的一半大的微透镜，其特征在于包括，在硅衬底上，在与该模具的凹部相对应的圆形区域上，形成具有直径不同的多个圆形开口部分的一个掩模层，进而，形成覆盖存在于上述圆形区域内的外周部分的多个圆形开口部分的另一个掩模层，通过在上述多个圆形开口部分中未被上述另一个掩模层覆盖的多个圆形开口部分，对于上述圆形区域内的硅衬底进行各向异性干腐蚀，从而在上述硅衬底上形成与各圆形开口部分的直径相对应的深度的多个孔，在去除了上述另一个掩模层以后，进而通过上述圆形区域内的所有圆形开口部分，对于上述圆形区域内的硅衬底进行各向异性干腐蚀，从而在上述硅衬底上形成深度不同的多个孔，通过上述多个圆形开口部分，对于上述圆形区域内的硅衬底进行各向同性腐蚀，从而去除上述多个孔的侧壁，把孔彼此融合，在去除了上述一个掩模层以后，通过各向同性腐蚀对上述融合了的孔的表面进行平滑。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的微透镜用模具的制造方法，其特征在于，在去除了上述一个掩模层以后，在上述微透镜用模具的表面上形成对于透镜材料剥离性良好的膜。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的微透镜用模具的制造方法，其特征在于，在去除了上述一个掩模层以后，在上述微透镜用模具的表面上形成膜，该膜难以被对作为模具材料的硅进行腐蚀的气体或者液体腐蚀。
6.一种方法，该方法使用通过权利要求5所述的微透镜用模具的制造方法而制造的微透镜用模具，成型微透镜，其特征在于，在透镜材料上转印了上述微透镜用模具的具有任意非球面的表面的形状以后，对于上述微透镜用模具的与上述表面相反一侧的面进行腐蚀，去除硅衬底，进而，去除形成在上述表面的膜，从而成型微透镜。
全文摘要
本发明提供用于制造具有任意的非球面、表面光滑的微透镜即具有透镜直径小于等于1mm、厚度大于等于0.5mm尺寸的非球面透镜的模具的制造方法，在单晶硅衬底上形成两层掩模层，使用第一掩模层进行各向异性腐蚀以及各向同性腐蚀，形成了直径比所希望的微透镜用模具稍小的凹部以后，使用第二掩模层进行各向同性腐蚀而扩大其凹部，从而得到所希望尺寸的透镜用模具。
文档编号H01L21/00GK101025445SQ20071000397
公开日2007年8月29日 申请日期2007年1月19日 优先权日2006年2月17日
发明者难波入三, 中村滋男, 金丸昌敏 申请人:株式会社日立制作所