DE69222979T2

DE69222979T2 - Verfahren zur Herstellung von Mikrolinsen

Info

Publication number: DE69222979T2
Application number: DE69222979T
Authority: DE
Inventors: Toshiro Tsumori
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1991-06-04
Filing date: 1992-06-02
Publication date: 1998-05-28
Anticipated expiration: 2012-06-03
Also published as: EP0517163B1; JP3067114B2; JPH04359472A; US5324623A; EP0517163A1; KR930001443A; KR100233417B1; DE69222979D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Mikrolinse aus einem thermoplastischen Harz auf einem Festkörperbildaufnehmer und spezieller ein Verfahren zur Herstellung einer Mikrolinse, welches eine Mikrolinse aus einem thermoplastischen Harz auf einem Festkörperbildaufnehmer auch mit einer feinen Strutur von 0.5 µm oder weniger herstellen kann.
Als ein Verfahren zur Herstellung einer Mikrolinse auf einem Festkörperbildaufnehmer mit einer relativ guten Positionsgenauigkeit ist es bekannt, eine Linse aus einem thermoplastischen Harz direkt auf dem Festkörperbildaufnehmer herzustellen und somit eine sogenannte Einchiplinse zu erhalten. Vielfältige Verfahren zur Herstellung einer solchen Einchiplinse aus einem thermoplastischen Harz sind bisher vorgeschlagen worden. Zum Beispiel ist in dem Fall der Verwendung eines Photoresistmaterials für den thermoplastischen Harz ein Negativtypresist verwendet worden, um eine hohe Stabilität gegen Licht zu erhalten.
Figur 2 zeigt ein Beispiel des konventionellen Verfahrens zur Herstellung einer Mikrolinse. Das in Fig.2 dargestellte Herstellungsverfahren umfaßt die Schritte (a) Aufschichten eines Negativtypresists 2 und eines Positivresists 3 in dieser Reihenfolge auf einem Festkörperbildaufnehmer 1; (b) Strukturieren der Resists 2 und 3; (c) Entfernen des Positivtypresists 3 als obere Schicht; und (d) thermisches Deformieren des Negativtypresists 2 auf dem Festkörperbildaufnehmer 1 in eine semisphärische oder halbkugelförmige Form.
Fig.3 zeigt ein anderes Beispiel des konventionellen Verfahrens zur Herstellung einer Mikrolinse. Das in Fig.3 dargestellte Herstellungsverfahren umfaßt die Schritte (i) Strukturieren eines Positivtypresists 3 auf einem Negativtypresist 2, der auf einem Festkörperbildaufnehmer 1 gebildet ist; (ii) thermisches Deformieren des strukturierten Positivtypresists 3 als einer oberen Schicht in eine Linsenform; und (iii) Ätzen der Resists 2 und 3, um die Linsenform des Positivtypresists 3 als oberer Schicht zu dem Negativresist 2 als unterer Schicht zu transferieren.
Gemäß einem weiterhin bekannten Verfahren wird eine Mikrolinse hergestellt durch direkte Strukturierung des Negativtypresists anstelle der Strukturierung des Positivtypresists wie dargestellt in Fig.3 und dann thermisches Deformieren des struklurierten Negativtypresists in eine semisphärische oder haibkugelförmige Form.
In dem Fall der Strukturierung eines Negativtypresists wird jedoch ein organisches Lösungsmittel als Entwickler verwendet und eine Struktur oder ein Muster des Negativtypresists wird durch eine Vernetzungsreaktion gebildet. In einem Entwicklungsprozeß wird die Struktur dementsprechend in dem Entwickler aufgequollen, so daß die Strukturierung einer hohen Genauigkeit durchgeführt werden kann. Als Resultat ist es schwierig, eine feine Struktur von etwa 0.5 µm herzustellen und eine hohe Auflösung zu erhalten. Zum Beispiel wird im Falle der Strukturierung von CMS (chlormethyliertes Polystyrol), das im allgemeinen als ein Feminfrarot-Negativtypresist verwendet wird, ein aus Xylol und MIBK gemischtes Lösungsmittel im allgemeinen als ein Entwickler verwendet. Auch in diesem Fall wird die Struktur aufgequollen und es ist somit schwierig, eine Struktur von gerade einmal 1.0 µm herzustellen. Vor kurzem wurde jedoch ein Negativtypresist mit einer hohen Auflösung auf den Markt gebracht. Im allgemeinen ist ein solcher Negativtypresist mit einer hohen Auflösung ein Resist des oberflächenaushärtenden Typs. Dementsprechend kann in dem nachfolgenden Schritt des Deformierens des strukturierten Resists in eine gewünschte Linsenform die gewünschte Linsenform nicht erhalten werden.
Ferner wird in dem Fall der Strkturierung des Laminats des Negativtypresists 2 und des Positivtypresists 3 wie dargestellt in Fig.2 der Negativtypresist 2 unterschnitten wie dargestellt durch eine punktierte Linie im Schritt (b) der Fig.2 in dem Ätzprozeß. Demgemäß kann in dem nachfolgenden thermischen Deformierungsschritt ein gewünschter Krümmungsradius der Linse nicht erhalten werden.
Auch in dem Fall des Transferierens der Linsenform des Positivtypresists als der oberen Schicht zu dem Negativresist als der unteren Schicht wie dargestellt in Fig.3 ist es wegen der Ungleichförmigkeit des Ätzens oder dergleichen schwierig, die Linsenform des Positivtypresists zu dem Negativtypresist mit einer guten Reproduzierbarkeit zu transferieren.
Somit ist es bei den Verfahren nach dem Stand der Technik schwierig, eine Mikrolinse gleichtörmig und hochgenau herzustellen. Insbesondere kann eine feine Linsenstruktur von 0.5 µm oder weniger, die durch jüngste Festkörperbildaufnehmer gefordert wird, bei den Verfahren nach dem Stand der Technik nicht mit einer hohen Genauigkeit hergestellt werden.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Mikrolinse aus einem thermoplastischen Harz auf einem Festkörperbildaufnehmer anzugeben, welche die Schritte umfaßt : Herstellen eines Resistmusters mit einer Öffnung als eines Mikrolinsen-Formungsbereichs auf einem Festkörperbildaufnehmer; Füllen der Öffnung mit dem thermoplastischen Harz; Entfernen des Resistmusters; und thermisches Deformieren des thermoplastischen Harzes auf der Öffnung.
Gemäß dem Mikrolinsen-Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann eine Mikrolinse mit einer gewünschten Form mit einer feinen Linsenstruktur von 0.5 µm oder weniger gleichförmig und hochgenau hergestellt werden.
Andere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen im Zusammenhang mit den zugehörigen Zeichnungen verständlich.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht zur Erläuterung eines Produktionsprozesses für eine Mikrolinse gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig.2 eine Schnittansicht zur Erläuterung eines Produktionsprozesses für eine Mikrolinse nach dem Stand der Technik;
Fig.3 eine Schnittansicht zur Erläuterung eines anderen Produktionsprozesses für eine Mikrolinse nach dem Stand der Technik.
Im folgenden wird nun das Mikrolinsen-Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugsziffem ähnliche oder gleiche Elemente.
Fig. 1 erläutert einen Produktionsprozeß für eine Mikrolinse gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In dem Mikrolinsen-Herstellungsverfahren gemäß der bevorzugten Ausführungsform wird als ein erster Schritt ein Resist 3a als eine Basis auf einen Festkörperbildaufnehmer 1 geschichtet und der solchermaßen geschichtete Resist 3a wird derart strukturiert, um eine Öffnung 4 als einen Mikrolinsen-Formungsbereich zu bilden (Schritt (A)). Es ist bevorzugt, einen Positivtypresist als den bei einer solchen Resiststrukturierung zu verwendenden Resist 3a zu verwenden. Insbesondere in dem Fall der Erzielung einer feinen Struktur ist es bevorzugt, einen I-Linien-Positivtypresist oder dergleichen mit einer hohen Auflösung zu verwenden. Eine solche Resiststrukturierung kann durch gewöhnliche Lithographie durchgeführt werden.
Auf dem Festkörperbildaufnehmer 1 als der Basis für die Resiststrukturierung kann wie erforderlich geformt werden ein Schutzfilm, eine Schicht aus transparentem Material zur Abfiachung einer Oberfläche des Festkörperbildaufnehmers oder zur Einstellung eines fokalen Abstandes der Linse, oder ein Farbfilter für beispielsweise einen Festkörper Farbbildaufnehmer.
Als zweites wird ein thermoplastischer Harz 2a über die Struktur des Resists 3a geschichtet (Schritt (B)). Dann wird der solchermaßen geschichtete thermoplastische Harz 2a zurückgeätzt bis eine obere Oberfläche des Resists 3a freigelegt ist, um somit die Öffnung 4 der Struktur des Resists 3a mit dem thermoplastischen Harz 2a zu füllen (Schritt (C)). Wie nachfolgend beschrieben werden wird, muß der solchermaßen in die Öfthung 4 eingefüllte thermoplastische Harz 2a thermisch deformiert werden, um die Linse zu bilden. Daher wird als thermoplastischer Harz 2a ein solcher verwendet, der in der Lage ist, bei Wärme ausreichend zu fließen. Ferner wird der thermoplastische Harz 2a vorzugsweise aus einem Material hergestellt, das eine hohe Stabilität gegen Licht und eine gewisse Lichtdurchlässigkeit entsprechend den Anwendungen des Festkörperbildaufnehmers aufweist. Zum Beispiel kann ein Negativtypresist mit einer Transparenz für sichtbares Licht verwendet werden.
Wie oben erwähht wird die Öffnung 4 der Strtilotur des Resists 3a mit dem thermoplastischen Harz gefüllt, wie dargestellt durch den Schritt (C), indem der thermoplastische Harz 2a über die Struktur des Resists 3a geschichtet wird und der thermoplastische Harz dann zurückgeätzt wird. Der Prozeß des Füllens der Öffnung 4 mit dem thermoplastischen Harz 2a ist jedoch nicht auf das Vorerwähnte beschränkt insoweit als die Öffnung 4 mit dem thermoplastischen Harz 2a gefüllt werden kann. Zum Beispiel kann auch vorgesehen sein, daß der thermoplastische Harz 2a die Struktur des Resists 3a im anfänglichen Stadium nicht bedeckt, sondern die Öffnung 4 der Struktur des Resists 3a kann anfänglich mit dem thermoplastischen Harz 2a gefüllt werden.
Nach dem Füllen der Öffnung 4 der Struktur des Resists 3a mit dem thermoplastischen Harz 2a wird die Struktur des Resists 3a entfernt (Schritt (D)). Ein Verfahren zur Entfernung der Resiststrukr kann derart sein, daß im Falle der Verwendung eines Positivtypresists als Resist 3a die gesamte Oberfläche der Resiststruktur als auch der thermoplastische Harz mit Licht einer Wellenlänge bestrahlt wird, die in der Lage ist, den Positivtypresist zu sensibilisieren, und dann entwickelt wird. In diesem Fall, falls ein Negativtypresist als der thermoplastische Harz wie oben erwähnt verwendet wird, schreitet die Reaktion auf eine solche Weise fort, daß der Negativtypresist nicht in einem Entwickler gelöst wird und somit ein großer Vorteil in dem Prozeß zur Verfügung gestellt wird.
Schließlich wird der auf dem Festkörperbildaufnehmer 1 gelassene thermoplastische Harz 2a wärmebehandelt, um in eine im wesentlichen semisphärische oder halbkugelförmige Linse deformiert zu werden (Schritt (E)).
Auf diesem Wege wird eine Mikrolinse aus einem thermoplastischen Harz 2a auf dem Festkörperbildaufnehmer 1 mit einer hohen Genauigkeit hergestellt.
In dem Mikrolinsen-Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Resist mit einer hohen Auflösung wie ein Positivtypresist bei der Strukturierung der Linse verwendet und die Strukturierung wird derart durchgeführt, daß eine Öffnung als ein Mikrolinsen-Formungsbereich gebildet wird. Demgemäß ist es möglich, einen Negativtypresist oder dergleichen mit einer niedrigen Auflösung nicht an der Strukturierung der Linse teilhaben zu lassen, so daß eine feine Struktur der Linse mit einer hohen Genauigkeit hergestellt werden kann.
Ferner wird die Bildung der sphärischen Form der Linse durch Füllen der Öffnung der Resiststruktur mit dem thermoplastischen Harz eines Negativtypresists oder dergleichen und dann thermisches Deformieren des thermoplastischen Harzes durchgeführt. Demgemäß kann der Transfer der sphärischen Form der Linse durch Ätzen wie bei dem konventionellen Verfahren eliminiert werden, um somit die Gleichförmigkeit der Form der Mikrolinse zu verbessern.
Somit ist es gemäß dem Mikrolinsen-Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung möglich, eine Linse mit einer feinen Struktur von 0.5 µm oder weniger gleichförmig und hochgenau herzustellen.
Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf das nachfolgende Beispiel noch deutlicher.
Ein I-Linien-Positivtypresist (NPR-A18SHI hergestellt von Nagase Denshikagaku) wurde mit einer Dicke von 1 µm auf einem Festkörperbildaufnehmer als Basis geschichtet. Dann wurde, wie dargestellt in Schritt (A) in Fig. 1, der Resist durch Photolithographie auf solche Weise strukturiert, daß eine Öffnung mit einem Durchmesser von 5 µm als ein Mikrolinsen-Formungsbereich mit einem auf 0.5 µm eingestellten Abstand zwischen benachbarten Öffnungen geformt wurde. In der Photolithographie wurde FPA-2000iI (hergestellt von Canon) als Belichtungseinrichtung verwendet und TMAH (2.38 %) wurde als Entwickler verwendet, um durch 1 Minute dauerndes Eintauchen die Entwicklung durchzuführen. Dann wurde CMS (chlormethyliertes Polystyrol) als ein Negativtypresist mit einer Dicke von 1.2 µm durch Schleuderbeschichtung geschichtet und wurde dann gebacken, um die Strukur des I-Linien-Positivresists zu bedecken, wie dargestellt durch Schritt (B) in Fig. 1.
Dann wurde das CMS zurückgeätzt (Ätzbedingungen: O&sub2;-RIE, 0.3 Torr, 1 Minute), um die obere Oberfläche des I-Linien-Positivtypresists freizulegen, wie dargestellt durch Schritt (C) in Fig.1.
Dann wurde die gesamte Oberfläche des Positiv- und des Negativtypresists mit Licht bestrahit und entwickelt, um somit die Struktur des I-Linien-Positivtypresists zu entfernen, wie dargestellt durch Schritt (D) in Fig. 1. In diesem Fall wurde PLA-521F (hergestellt durch Canon) als Belichtungseinrichtung verwendet, um Belichtung mit Licht einer Wellenlänge von 300-400 nm für 10 Sekunden durchzuführen. Ferner wurde TMAH (2.38 %) als Entwickler verwendet.
Dann wurde das auf dem Festkörperbildaufnehmer gelassene CMS bei 150ºC wärmebehandelt für 20 Minuten, so daß das CMS thermisch in eine Mikrolinse mit einer gewünschten Form zerfloß.
Als Resultat wurde die Mikrolinse mit einem Durchmesser von 5 µm auf dem Festkörper bildaufnehmer mit einer feinen Linsenstruktur von 0.5 µm Linsenabstand gleichförmig und hochgenau hergestellt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Mikrolinse auf einem Festkörperbildaufnehmer, umfassend die Schritte:

Beschichten oder Aufiragen eines Photoresistfilms auf den Festkörperbildaufnehmer; Strukturieren des Photoresistfilms, um eine Öffnung zu bilden;

Füllen der Öffnung mit einem thermoplastischen Harz;

Entfernen des Photoresistfilms; und

Erwärmen des in der Öffnung verbliebenen Harzes, um den thermoplastischen Harz zu deformieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Schritt des Füllens der Öffnung mit dem thermoplastischen Harz die Schritte umfaßt: Beschichten des thermoplastischen Harzes über den mit der Öffnung gebildeten Photoresistfilm und Rückätzen einer Beschichtung des thermoplastischen Harzes, bis der Photoresistfilm freigelegt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem ein Negativ-Typ-Resist als thermoplastischer Harz eingesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem ein Positiv-Typ-Resist als thermoplastischer Harz eingesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem der Schritt des Entfernens des Photoresistfilms die Schritte umfaßt: Belichten einer gesamten Oberfläche des Photoresistfilms mit Licht und Entwickeln des belichteten Photoresistfilms, um den Positiv-Typ-Resist zu entfernen.