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JP3330655B2 - Manufacturing method of microlens / microlens array - Google Patents
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JP3330655B2 - Manufacturing method of microlens / microlens array - Google Patents

Manufacturing method of microlens / microlens array

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JP3330655B2
JP3330655B2 JP31499192A JP31499192A JP3330655B2 JP 3330655 B2 JP3330655 B2 JP 3330655B2 JP 31499192 A JP31499192 A JP 31499192A JP 31499192 A JP31499192 A JP 31499192A JP 3330655 B2 JP3330655 B2 JP 3330655B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明はマイクロレンズ・マイ
クロレンズアレイの製造方法に関する。この発明の方法
で製造されるマイクロレンズ・マイクロレンズアレイ
は、半導体レーザーのコリメートレンズや、CCDの受
光部用集光レンズ、液晶テレビにおける液晶シャッター
アレイ用集光レンズアレイに利用できる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a microlens / microlens array. The microlens / microlens array manufactured by the method of the present invention can be used for a collimating lens of a semiconductor laser, a condensing lens for a light receiving section of a CCD, and a condensing lens array for a liquid crystal shutter array in a liquid crystal television.

【0002】[0002]

【従来の技術】CCDや液晶シャッターアレイ等、微小
な電子素子と光の結合を高めたりする目的で、マイクロ
レンズやマイクロレンズアレイの使用が意図されてい
る。
2. Description of the Related Art The use of microlenses and microlens arrays is intended for the purpose of enhancing light coupling with minute electronic elements such as CCDs and liquid crystal shutter arrays.

【0003】マイクロレンズもしくはマイクロレンズア
レイを形成する実際的な方法としては従来から、「透明
な基板の上に感光性樹脂層を形成し、この感光性樹脂層
をマイクロレンズの大きさ、あるいはマイクロレンズア
レイを構成するマイクロレンズの大きさおよび配列に応
じてパターニングしたのち、加熱により感光性樹脂を溶
融し、溶融した樹脂の表面張力により凸レンズ面を形成
する」方法が知られている。
As a practical method of forming a microlens or a microlens array, a conventional method has been to form a photosensitive resin layer on a transparent substrate, and to form the photosensitive resin layer on the size of a microlens or a microlens. After patterning according to the size and arrangement of the microlenses constituting the lens array, the photosensitive resin is melted by heating, and the convex lens surface is formed by the surface tension of the melted resin.

【0004】このような方法で形成されるマイクロレン
ズやマイクロレンズアレイは、その材料が樹脂であるた
め、マイクロレンズやマイクロレンズアレイが形成され
た基板に、トランジスタ等の電子素子をモノリシックに
形成するのが困難であるという問題があった。
Since the microlens or microlens array formed by such a method is made of resin, an electronic element such as a transistor is monolithically formed on a substrate on which the microlens or microlens array is formed. There was a problem that it was difficult.

【0005】即ち、マイクロレンズもしくはマイクロレ
ンズアレイを形成した基板に電子素子を形成しようとす
ると、電子素子形成に伴う高温の熱処理の際に、マイク
ロレンズ等を構成する樹脂が熱破壊されてしまうのであ
る。
That is, when an electronic element is formed on a substrate on which a microlens or a microlens array is formed, the resin constituting the microlens and the like is thermally destroyed during a high-temperature heat treatment accompanying the formation of the electronic element. is there.

【0006】逆に、基板に対して電子素子を先に形成
し、マイクロレンズもしくはマイクロレンズアレイを形
成する場合には、マイクロレンズやマイクロレンズアレ
イとなるべき樹脂を溶融させる際の熱により電子素子が
悪影響を受けやすい。
Conversely, when an electronic element is first formed on a substrate to form a microlens or a microlens array, the electronic element is heated by the heat generated by melting the resin that forms the microlens or the microlens array. Are susceptible to adverse effects.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】この発明は上述した事
情に鑑みてなされたものであって、トランジスタ等の電
子素子と同一の基板に形成できる新規なマイクロレンズ
・マイクロレンズアレイの製造方法の提供を目的とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a novel method of manufacturing a microlens / microlens array which can be formed on the same substrate as an electronic element such as a transistor. With the goal.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1記載のマイクロ
レンズ製造方法は「透明な石英ガラス基板上にマイクロ
レンズを形成する」方法であって、以下のように構成さ
れる。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a microlens, which is a method of "forming a microlens on a transparent quartz glass substrate", and is constituted as follows.

【0009】石英ガラス基板表面側にN原子もしくはC
原子の「侵入層」を形成し、この侵入層上にシリコン層
を所定の厚さに形成する。次に、「形成すべきマイクロ
レンズの大きさに応じた形状部分」を除いて、シリコン
層もしくはシリコン層および侵入層を除去する。シリコ
ン層もしくはシリコン層および侵入層の除去は、フォト
リソグラフフィとエッチングで行うことができる。この
除去行程を以下「パターニング」とよぶ。次で、石英ガ
ラス基板の溶融温度より低い所定の温度でシリコン層を
溶融・固化することにより「滑らかな凸面を持ったシリ
コンの微小な山」を形成する。最後に、酸化処理を行っ
て、微小な山を構成するシリコンを「透明な酸化物」に
変換する。
[0010] N atoms or C
A "penetration layer" of atoms is formed, and a silicon layer is formed to a predetermined thickness on the penetration layer. Next, the silicon layer or the silicon layer and the interstitial layer are removed except for the “shaped portion corresponding to the size of the microlens to be formed”. The removal of the silicon layer or the silicon layer and the interstitial layer can be performed by photolithography and etching. This removal process is hereinafter referred to as “patterning”. Next, the silicon layer is melted and solidified at a predetermined temperature lower than the melting temperature of the quartz glass substrate to form "small peaks of silicon having a smooth convex surface". Finally, an oxidation process is performed to convert the silicon that forms the minute peaks into a “transparent oxide”.

【0010】請求項2記載のマイクロレンズアレイ製造
方法は「透明な石英ガラス基板上にマイクロレンズアレ
イを形成する」方法であって、以下のように構成され
る。
The method of manufacturing a microlens array according to claim 2 is a method of "forming a microlens array on a transparent quartz glass substrate", and is constituted as follows.

【0011】石英ガラス基板表面上にN原子もしくはC
原子の侵入層を形成し、この侵入層上にシリコン層を所
定の厚さに形成する。次いで、マイクロレンズアレイと
して形成すべきマイクロレンズの大きさおよび配置に応
じた形状配列部分を除いて、シリコン層もしくは上記シ
リコン層および侵入層を除去するパターニングを行う。
次に、石英ガラス基板の溶融温度より低い所定の温度で
シリコン層を溶融・固化することにより「滑らかな凸面
を持ったシリコンの微小な山のアレイ配列」を形成す
る。最後に、酸化処理を行って、各微小な山を構成する
シリコンを透明な酸化物に変換する。
On the surface of a quartz glass substrate, N atoms or C
An intrusion layer for atoms is formed, and a silicon layer is formed on the intrusion layer to a predetermined thickness. Next, patterning is performed to remove the silicon layer or the silicon layer and the interstitial layer except for the shape arrangement portion corresponding to the size and arrangement of the microlenses to be formed as the microlens array.
Next, by melting and solidifying the silicon layer at a predetermined temperature lower than the melting temperature of the quartz glass substrate, an "array of silicon micro-peaks having a smooth convex surface" is formed. Finally, an oxidizing process is performed to convert the silicon constituting each minute crest into a transparent oxide.

【0012】上記請求項1および2記載の製造方法にお
いて、N原子の侵入層は「SiH4とN2Oを原料とする
熱分解のCVD法によりSiO2を成膜する」ことによ
り形成することができ(請求項3)、C原子の侵入層は
「CH4をソースガスとするイオン注入法による、石英
ガラス基板へのイオン注入」により形成することができ
る(請求項4)。
In the manufacturing method according to the first and second aspects, the N-atom penetration layer is formed by “filming SiO 2 by a thermal decomposition CVD method using SiH 4 and N 2 O as raw materials”. can be (claim 3), entering layer C atoms can be formed by "by ion implantation method with the CH 4 source gas, the ion implantation into quartz glass substrate" (claim 4).

【0013】これら請求項1または2または3または4
記載の製造方法において、「シリコン層もしくはシリコ
ンの微小な山または酸化物の表面に保護層を形成する」
ことができる(請求項5)。即ち「保護膜の形成」は、
侵入層上にシリコン層が形成され、パターニングの後に
行っても良いし、シリコンの溶融・固化後に行っても良
く、酸化処理の後に行っても良い。
These claims 1 or 2 or 3 or 4
In the manufacturing method described above, “a protective layer is formed on the surface of a silicon layer or a minute mountain of silicon or an oxide”
(Claim 5). That is, the “formation of the protective film”
A silicon layer is formed on the intrusion layer, and may be performed after patterning, may be performed after melting and solidifying silicon, or may be performed after oxidation treatment.

【0014】前記請求項1または3または4または5記
載の製造方法でマイクロレンズを製造でき、前記請求項
2または3または4または5記載の製造方法でマイクロ
レンズアレイを製造できる。勿論、マイクロレンズアレ
イにおけるマイクロレンズのアレイ配列は1次元の配列
と2次元の配列とを問わず、2次元の配列の具体的配列
形態は適宜でよい。
A microlens can be manufactured by the manufacturing method according to the first, third, fourth, or fifth aspect, and a microlens array can be manufactured by the manufacturing method according to the second, third, fourth, or fifth aspect. Of course, the specific arrangement of the two-dimensional array may be appropriately determined regardless of whether the microlens array in the microlens array is a one-dimensional array or a two-dimensional array.

【0015】マイクロレンズもしくはマイクロレンズア
レイを形成する「透明な石英ガラス基板」は、天然の石
英ガラス板を用いても良いし、合成石英ガラス板を用い
ても良く、ゾル・ゲル法により形成されたものでも良
い。石英ガラス基板の大きさや厚さはマイクロレンズも
しくはマイクロレンズアレイの用途や強度に応じて決定
される。
The "transparent quartz glass substrate" forming the microlens or microlens array may be a natural quartz glass plate or a synthetic quartz glass plate, and is formed by a sol-gel method. May be used. The size and thickness of the quartz glass substrate are determined according to the use and strength of the microlens or microlens array.

【0016】[0016]

【作用】図1を参照してこの発明のマイクロレンズの製
造方法を説明する。図1(A)は、透明な石英ガラス基
板10の表面側にN原子もしくはC原子の侵入層12を
形成し、その上にさらにシリコン層14を所定の厚さに
形成した状態を示している。侵入層12は、請求項3記
載の発明の場合のように、石英ガラス基板10の表面上
に別の層として形成しても良いし、請求項4記載の発明
のように、石英ガラスの表面側に上記原子をイオン注入
して、石英ガラス基板10の表面層として形成してもよ
い。イオン注入による方法はN原子の侵入層を形成する
場合にも適用可能である。
The method of manufacturing a microlens according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1A shows a state in which an N or C intrusion layer 12 is formed on the surface side of a transparent quartz glass substrate 10 and a silicon layer 14 is further formed thereon to a predetermined thickness. . The intrusion layer 12 may be formed as a separate layer on the surface of the quartz glass substrate 10 as in the case of the invention described in claim 3, or may be formed on the surface of quartz glass as in the invention described in claim 4. The atoms may be ion-implanted on the side to form a surface layer of the quartz glass substrate 10. The method by ion implantation is also applicable to the case of forming a penetrating layer of N atoms.

【0017】侵入層12におけるN原子もしくはC原子
は、少なくともシリコン層14を形成する側の面に層を
なして存在しなければならない。換言すれば、N原子も
しくはC原子は、侵入層12のシリコン層14との境界
面部に1原子層以上の層厚で存在していても良く、侵入
層12の厚さ方向全域に渡って存在していてもよい。侵
入層12における侵入原子の濃度は、侵入原子がN原子
の場合にはSi34中の窒素量が限界であり、侵入原子
がC原子の場合はSiC中の炭素量が限界であるが、上
記濃度はマイクロレンズの作製条件に応じて前述の如く
最適化される。侵入原子が侵入層12の厚さ方向全域に
渡って存在している場合、N原子、C原子の密度はシリ
コン層14との境界面部分で最適化されていればよく、
侵入層12の内部では濃度が変化していてもよい。何れ
にせよ、シリコン層14が侵入層12の表面でN原子も
しくはC原子の層に接触することが必要である。
The N atoms or C atoms in the intrusion layer 12 must exist as a layer at least on the surface on which the silicon layer 14 is formed. In other words, the N atoms or C atoms may be present at the interface of the intrusion layer 12 with the silicon layer 14 with a thickness of one atomic layer or more, and exist over the entire area of the intrusion layer 12 in the thickness direction. It may be. The concentration of interstitial atoms in the interstitial layer 12 is limited by the amount of nitrogen in Si 3 N 4 when the interstitial atoms are N atoms, and is limited by the amount of carbon in SiC when the interstitial atoms are C atoms. The concentration is optimized as described above according to the microlens production conditions. When the invading atoms are present over the entire area of the invading layer 12 in the thickness direction, the density of N atoms and C atoms may be optimized at the interface with the silicon layer 14.
The concentration may be changed inside the intrusion layer 12. In any case, it is necessary for the silicon layer 14 to contact the layer of N atoms or C atoms on the surface of the interstitial layer 12.

【0018】侵入層12を形成する方法は、請求項3,
4に記載された方法の他に公知のCVD、真空蒸着、ス
パッタリング等の気相法や、熱拡散法等を利用できる。
The method for forming the intrusion layer 12 is described in claim 3.
In addition to the method described in No. 4, a known gas phase method such as CVD, vacuum deposition, or sputtering, a thermal diffusion method, or the like can be used.

【0019】シリコン層14はマイクロレンズの実体部
分となるもので、「所定の厚さ」に形成される。シリコ
ン層14の形成法としては、CVD等の気相法、粉末シ
リコンを塗布する塗布法等、種々の方法が可能である。
またシリコン層14の構造は結晶質、非晶質を問わない
が密度は高い方が良い。シリコン層14の厚さは、前述
の通り「所定の厚さ」であるが、この厚さは、形成され
るマイクロレンズの焦点距離に応じて定められる。上記
所定の厚さの一般的な範囲は、5000Å〜100μm
である。
The silicon layer 14 is to be a substantial part of the microlens and is formed to a "predetermined thickness". As a method for forming the silicon layer 14, various methods such as a vapor phase method such as CVD and a coating method for coating powdered silicon are possible.
The structure of the silicon layer 14 may be crystalline or amorphous, but the higher the density, the better. The thickness of the silicon layer 14 is “predetermined thickness” as described above, and this thickness is determined according to the focal length of the microlens to be formed. The general range of the predetermined thickness is 5000 to 100 μm.
It is.

【0020】図1(B)は、形成すべきマイクロレンズ
の大きさに応じた形状部分を除き、シリコン層14およ
び侵入層12を除去した状態、即ち、形成すべきマイク
ロレンズに応じてパターニングを行った状態を示す。こ
のパターニングは、図1(B−1)に示すように、シリ
コン層14のみを除去して行っても良く、同図(B−
2)に示すように、石英ガラス基板10上に残される侵
入層12の大きさを、パターニング後のシリコン層14
の大きさよりも若干大きくしてもよい。パターニングは
前述したように通常のフォトリソグラフィとエッチング
とにより行うことができる。パターニングされたシリコ
ン層14の形状は、円形状が一般的であるが、多角形形
状とすることもできる。
FIG. 1B shows a state in which the silicon layer 14 and the intrusion layer 12 are removed except for a shape portion corresponding to the size of the microlens to be formed, that is, patterning is performed according to the microlens to be formed. This shows the state of the operation. This patterning may be performed by removing only the silicon layer 14 as shown in FIG.
As shown in 2), the size of the interstitial layer 12 left on the quartz glass substrate 10 is
May be slightly larger than the size of. Patterning can be performed by ordinary photolithography and etching as described above. The shape of the patterned silicon layer 14 is generally circular, but may be polygonal.

【0021】図1(C)は、パターニング後、加熱を行
ってシリコン層14を溶融し、その後固化させた状態を
示している。加熱は、炉中加熱、レーザー光やランプ光
による光加熱、電子ビームによる粒子加熱等、種々の方
法で行うことができ、加熱を行うときの状況は、真空あ
るいは雰囲気ガス中等、シリコンの溶融・固化を達成で
きればとくに制限はない。なお、シリコンの融点はおよ
そ摂氏1412度である。
FIG. 1C shows a state in which the silicon layer 14 is melted by heating after patterning and then solidified. Heating can be performed by various methods such as heating in a furnace, light heating by laser light or lamp light, particle heating by an electron beam, and the like. There is no particular limitation as long as solidification can be achieved. The melting point of silicon is approximately 1412 degrees Celsius.

【0022】加熱により溶融したシリコンは液状とな
り、表面張力の作用によりその自由表面が球面に近い形
状となる。パターニングにより残されたシリコン層の大
きさは極めて小さいので、表面張力の作用は自由表面全
体に強く作用し、表面が略一律の曲率を持つからであ
る。
The silicon melted by heating becomes liquid, and its free surface becomes a shape close to a spherical surface due to the action of surface tension. This is because the size of the silicon layer left by patterning is extremely small, so that the action of surface tension acts strongly on the entire free surface, and the surface has a substantially uniform curvature.

【0023】このようにしてシリコンを溶融・固化する
と、侵入層12上にシリコンの微小な山14’ができ
る。この状態では、固化したシリコンは不透明である。
そこで次に酸化処理(半導体製造プロセスで行われてい
る通常のシリコン酸化プロセスや酸素雰囲気中で光加熱
する酸化方法)でシリコンの酸化を行い、透明な酸化
物:SiO2に変換する。この酸化処理により、シリコ
ンの微小な山14’は、透明な酸化物:SiO2による
マイクロレンズ16(図1(D))へ変換される。
When the silicon is melted and solidified in this manner, a minute peak 14 ′ of silicon is formed on the intrusion layer 12. In this state, the solidified silicon is opaque.
Therefore, the silicon is then oxidized by an oxidation treatment (a normal silicon oxidation process performed in a semiconductor manufacturing process or an oxidation method of light heating in an oxygen atmosphere) to convert the silicon into a transparent oxide: SiO 2 . This oxidation process, small mountain 14 of silicon 'is transparent oxide: is converted by SiO 2 on the microlenses 16 (FIG. 1 (D)).

【0024】この変換過程を通じ、酸化処理前のシリコ
ンの微小な山14’の高さ:d1が、マイクロレンズ1
6の高さ:d2に増大する。d2の大きさは、d1の大き
さの略1.5倍である。
Through this conversion process, the height d 1 of the minute peak 14 ′ of the silicon before the oxidation treatment is determined by the micro lens 1.
6 Height: increased to d 2. The size of d 2 is approximately 1.5 times the size of d 1.

【0025】なお、酸化温度が高いほど酸化速度が速い
ので製造上有利であるが、酸化温度がシリコンの融点に
近くなると、シリコンの軟化による表面形状の変化を生
じてマイクロレンズの性能劣化につながるので、酸化温
度は適正な温度に設定する必要がある。
It is to be noted that the higher the oxidation temperature, the higher the oxidation speed, which is advantageous in manufacturing. However, when the oxidation temperature is close to the melting point of silicon, the surface shape changes due to the softening of the silicon, which leads to deterioration of the performance of the microlens. Therefore, it is necessary to set the oxidation temperature to an appropriate temperature.

【0026】このようにして形成されたマイクロレンズ
16は、図1(E)に示すように正レンズとして光を集
光させる機能を持つ。
The micro lens 16 thus formed has a function of condensing light as a positive lens as shown in FIG.

【0027】ここで侵入層12の機能を説明する。図1
(C)における角:θは「接触角」を示す。接触角は周
知のように、液体と、これに接する固体表面の表面エネ
ルギーの大小関係により定まる。溶融した液体状のシリ
コンの表面エネルギー、即ち表面張力は極めて大きく、
シリコン層14を石英ガラス基板10上に直接形成して
溶融・固化を行うと、形成されるシリコンの微小な山に
おける接触角が大きく、表面の曲率が強いものになる。
それをさらに酸化処理して透明化すると、酸化処理に伴
う微小な山の高さの増大に伴い、形成される「マイクロ
レンズもどき」の表面の曲率半径は極めて小さくなり、
マイクロレンズとして実用に供することができない。
Here, the function of the intrusion layer 12 will be described. FIG.
Angle in (C): θ indicates “contact angle”. As is well known, the contact angle is determined by the magnitude relationship between the surface energy of the liquid and the surface energy of the solid surface in contact with the liquid. The surface energy of molten liquid silicon, that is, the surface tension, is extremely large,
When the silicon layer 14 is formed directly on the quartz glass substrate 10 and is melted and solidified, the contact angle of the formed silicon hills is large and the surface has a strong curvature.
If it is further oxidized to make it transparent, the radius of curvature of the surface of the formed “microlens-like” becomes extremely small with the increase in the height of the minute peaks due to the oxidizing process,
It cannot be used practically as a micro lens.

【0028】侵入層12は、シリコン層14を溶融した
とき「接触角の増大」を抑制し、シリコンの微小な山の
表面の曲率が過大に大きくなるのを防止する。シリコン
層14の溶融・固化により形成される「シリコンの微小
な山」の表面の曲率はパターニングされたシリコン層1
4の大きさおよび厚さ、溶融したシリコンの表面張力に
より決定される。この発明のマイクロレンズ製造方法に
おいて、シリコン層が「所定の厚み」に形成されると
は、酸化処理に伴う曲率の増大を見こして、形成される
べきマイクロレンズに応じて、適切な曲率をもったシリ
コンの微小な山を形成するのに必要な厚さに形成される
という意味である。
The intrusion layer 12 suppresses the "increase of the contact angle" when the silicon layer 14 is melted, and prevents the curvature of the surface of the minute mountain of silicon from becoming excessively large. The curvature of the surface of the “micro silicon ridge” formed by melting and solidifying the silicon layer 14 is the same as that of the patterned silicon layer 1.
4 and determined by the surface tension of the molten silicon. In the microlens manufacturing method of the present invention, the fact that the silicon layer is formed to “predetermined thickness” means that an appropriate curvature is set according to the microlens to be formed in anticipation of an increase in curvature accompanying the oxidation treatment. This means that the silicon is formed to a thickness necessary for forming minute hills of silicon.

【0029】なお、溶融したシリコンの表面張力はシリ
コンの温度により変化し、温度を高くすれば表面張力は
小さくなる。このことを利用して、シリコンの溶融温度
を管理することによりマイクロレンズ表面の曲率を調整
できる。
The surface tension of the molten silicon changes depending on the temperature of the silicon, and the higher the temperature, the lower the surface tension. By utilizing this fact, the curvature of the microlens surface can be adjusted by controlling the melting temperature of silicon.

【0030】溶融したシリコンの温度を十分に高くし
て、シリコンの表面張力を十分に低くすれば、シリコン
層を石英ガラス基板上に直接形成し、溶融・固化と酸化
処理でマイクロレンズを形成することが可能であるよう
にも思われるが、このようなことが可能であるほどに溶
融したシリコンの温度を高くすると、基板である石英ガ
ラスが溶融してしまう。従って、侵入層12は是非とも
必要である。
If the temperature of the melted silicon is sufficiently raised and the surface tension of the silicon is sufficiently lowered, the silicon layer is formed directly on the quartz glass substrate, and the microlenses are formed by melting / solidification and oxidation. It seems that this is possible, but if the temperature of the molten silicon is raised to such an extent that it is possible, the quartz glass as the substrate will be melted. Therefore, the intrusion layer 12 is absolutely necessary.

【0031】以上、請求項1記載のマイクロレンズ製造
方法を説明した。この方法におけるパターニングの工程
で、マイクロレンズアレイに応じたパターニングを行え
ば上記と同様にしてマイクロレンズアレイを形成できる
ことは明らかであろう。
The method for manufacturing a microlens according to claim 1 has been described. It is apparent that a microlens array can be formed in the same manner as described above by performing patterning according to the microlens array in the patterning step in this method.

【0032】請求項5記載の製造方法のように、マイク
ロレンズもしくはマイクロレンズアレイの表面に保護層
を形成する場合、保護層の材料としてはSiO2,Si3
4,SiON等のシリコン化合物が好ましく、その形
成方法はCVD等の気相法が好ましい。
When a protective layer is formed on the surface of a microlens or a microlens array as in the manufacturing method of the fifth aspect, the material of the protective layer is SiO 2 , Si 3.
Silicon compounds such as N 4 and SiON are preferable, and a gas phase method such as CVD is preferable as the formation method.

【0033】[0033]

【実施例】以下具体的な実施例を2例挙げる。EXAMPLES Two specific examples will be given below.

【0034】実施例1 図1における透明な石英ガラス基板10として厚さ52
5μmの合成石英ガラス板を用いた。この石英ガラス基
板の表面に侵入層12として、N原子の侵入層を形成し
た。即ち、SiO4を流量:20sccm(摂氏0度,
1気圧換算時の毎分の流量)で、N2Oを流量:100
0sccmで流し、成膜温度:摂氏750度、成膜圧
力:2.0Torrの条件で、熱分解のCVD法により
SiO2膜として侵入層12を膜厚5000Åに形成し
た。このSiO2の膜には、原料ガスであるN2Oの分解
により生じたN原子が侵入して窒素侵入層を形成する。
Example 1 The transparent quartz glass substrate 10 shown in FIG.
A 5 μm synthetic quartz glass plate was used. An intrusion layer of N atoms was formed as an intrusion layer 12 on the surface of the quartz glass substrate. That is, the flow rate of SiO 4 is 20 sccm (0 degree Celsius,
The flow rate of N 2 O is 100
At a flow rate of 0 sccm, a penetration temperature of 750 ° C. and a deposition pressure of 2.0 Torr were used to form the penetration layer 12 as a SiO 2 film to a thickness of 5000 ° by a thermal decomposition CVD method. N atoms generated by the decomposition of the source gas N 2 O enter the SiO 2 film to form a nitrogen intrusion layer.

【0035】この侵入層12上にSiH4を原料とする
熱分解CVD法により多結晶シリコン膜としてシリコン
層14を形成した。SiH4の流量は200sccm、
成膜温度は摂氏630度、成膜圧力は0.09Tor
r、膜厚は2.5μmである。X線回折測定の結果、多
結晶シリコン膜は(110)面の単一の配向膜で、粒径
は略500Åであった。
A silicon layer 14 was formed on the intrusion layer 12 as a polycrystalline silicon film by a thermal decomposition CVD method using SiH 4 as a raw material. The flow rate of SiH 4 is 200 sccm,
The deposition temperature is 630 degrees Celsius and the deposition pressure is 0.09 Torr
r, the film thickness is 2.5 μm. As a result of X-ray diffraction measurement, the polycrystalline silicon film was a single (110) oriented film having a grain size of about 500 °.

【0036】基板上に、侵入層12とシリコン層14を
「直径220μmの円形状」に残すように、フォトリソ
グラフィとエッチングとによるパターニングを行った
後、電気炉中にて加熱を行い、シリコン膜14を溶融・
固化してシリコンの微小な山14’を形成した。
After patterning by photolithography and etching on the substrate so that the intrusion layer 12 and the silicon layer 14 remain in a “circular shape having a diameter of 220 μm”, the silicon film is heated in an electric furnace. Melt 14
It solidified to form minute silicon peaks 14 '.

【0037】加熱は大気圧の窒素雰囲気で、昇温速度
は、室温から摂氏1200度まで100度C/min、
摂氏1200度から摂氏1415度まで0.5度C/m
inである。溶融状態に保持した時間は2分間で、冷却
は炉内で自然冷却した。この結果、形成されたシリコン
の微小な山は、直径が200μm、頂部の高さは3.2
μmであった。
The heating is carried out in a nitrogen atmosphere at atmospheric pressure, and the temperature is raised at a rate of 100 ° C./min from room temperature to 1200 ° C.
0.5 degrees C / m from 1200 degrees Celsius to 1415 degrees Celsius
in. The time kept in the molten state was 2 minutes, and cooling was naturally cooled in the furnace. As a result, the formed fine hills of silicon have a diameter of 200 μm and a height of the top of 3.2 μm.
μm.

【0038】次いで、水蒸気で飽和した酸素雰囲気中に
て酸化温度:摂氏1000度で酸化処理を行ったとこ
ろ、透明なSiO2により形成されたマイクロレンズ
は、直径が205μm、頂部の高さが5.0μmで、表
面は実質的に球面形状であり、略2mmの焦点距離を有
していた。
Next, when an oxidation treatment was performed at an oxidation temperature of 1000 degrees Celsius in an oxygen atmosphere saturated with water vapor, the microlens formed of transparent SiO 2 had a diameter of 205 μm and a height of 5 μm. At 0.0 μm, the surface was substantially spherical and had a focal length of approximately 2 mm.

【0039】実施例2 透明な石英ガラス基板として、溶融石英から研磨により
形成した厚さ1.0mmの石英ガラス板を用いた。この
石英ガラス基板の表面側に、CH4をソースガスとする
イオン注入法でC原子の注入(Cイオンの加速電圧:1
50KV,注入量:1×1015/cm)を行ってCイオ
ン注入層として侵入層を形成した。
Example 2 As a transparent quartz glass substrate, a quartz glass plate having a thickness of 1.0 mm formed by polishing from fused quartz was used. C atoms are implanted into the surface of the quartz glass substrate by ion implantation using CH 4 as a source gas (acceleration voltage of C ions: 1).
50 KV, implantation amount: 1 × 10 15 / cm) to form an invasion layer as a C ion implantation layer.

【0040】この侵入層上に実施例1と同様の方法でシ
リコン層を形成し、マイクロレンズアレイを構成するマ
イクロレンズの大きさおよび配列に応じたパターニング
を行ったのち、実施例1におけると同様の溶融・固化、
酸化処理により、図2(B)に示すように、石英ガラス
基板100上にマイクロレンズM1,M2,...M
i,..Mj...が規則正しく配列したマイクロレン
ズアレイを得た。
A silicon layer is formed on this intrusion layer in the same manner as in the first embodiment, and patterning is performed according to the size and arrangement of the microlenses constituting the microlens array. Melting and solidification of
By the oxidation treatment, as shown in FIG. 2B, microlenses M1, M2,. . . M
i,. . Mj. . . Obtained a microlens array regularly arranged.

【0041】このようにマイクロレンズアレイMiを形
成された石英ガラス基板100の裏面側に、図2(A)
に示すように液晶シャッターアレイを形成した。図2
(A)において、符号100AはCイオンの注入により
形成された侵入層を示す。
As shown in FIG. 2A, on the back side of the quartz glass substrate 100 on which the microlens array Mi is formed.
A liquid crystal shutter array was formed as shown in FIG. FIG.
In (A), reference numeral 100A indicates an intrusion layer formed by implantation of C ions.

【0042】石英ガラス基板100の裏面には、表面側
の各マイクロレンズMiに1:1に対応して画素電極9
06iとこれを駆動する薄膜トランジスタ905iが形
成され、これら画素電極と薄膜トランジスタが形成され
た基板面と共通電極908との間に液晶907が封入さ
れている。各マイクロレンズと画素電極が同一基板に
1:1に対応して形成されているので、各シャッターに
効率良く光を結合させることができる。
On the back surface of the quartz glass substrate 100, the pixel electrodes 9 corresponding to the respective micro lenses Mi on the front side in a 1: 1 ratio.
06i and a thin film transistor 905i for driving the same are formed, and a liquid crystal 907 is sealed between the common electrode 908 and the pixel electrode and the substrate surface on which the thin film transistor is formed. Since each microlens and pixel electrode are formed on the same substrate in a one-to-one correspondence, light can be efficiently coupled to each shutter.

【0043】なお、画素電極や薄膜トランジスタを形成
する際には、熱処理に伴いマイクロレンズも加熱される
が、上記熱処理の温度は600〜700度程度であり、
マイクロレンズを構成するシリコン酸化物を軟化ないし
溶融することがないので、マイクロレンズは上記熱処理
の影響を受けない。
When forming a pixel electrode and a thin film transistor, the microlens is also heated with the heat treatment, but the temperature of the heat treatment is about 600 to 700 degrees.
Since the silicon oxide constituting the microlens is not softened or melted, the microlens is not affected by the heat treatment.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上のように、この発明によれば新規な
マイクロレンズ・マイクロレンズアレイの製造方法を提
供できる。この発明の方法で製造されるマイクロレンズ
・マイクロレンズアレイは上記の如き構成となっている
から、基板である石英ガラス基板に、トランジスタ等の
電子素子とともに形成できる。
As described above, according to the present invention, a novel method of manufacturing a microlens / microlens array can be provided. Since the microlens / microlens array manufactured by the method of the present invention is configured as described above, it can be formed on a quartz glass substrate as a substrate together with electronic elements such as transistors.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明のマイクロレンズ製造方法を説明する
ための図である。
FIG. 1 is a view for explaining a microlens manufacturing method of the present invention.

【図2】実施例2を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining a second embodiment;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 透明な石英ガラス基板 12 C原子またはN原子による侵入層 14 シリコン層 14’ シリコンによる微小な山 16 マイクロレンズ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Transparent quartz glass substrate 12 Penetration layer by C atom or N atom 14 Silicon layer 14 'Micro-peak made of silicon 16 Micro lens

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】透明な石英ガラス基板上にマイクロレンズ
を形成する方法であって、 石英ガラス基板表面側にN原子もしくはC原子の侵入層
を形成し、この侵入層上にシリコン層を所定の厚さに形
成し、 形成すべきマイクロレンズの大きさに応じた形状部分を
除いて、上記シリコン層もしくは上記シリコン層および
上記侵入層を除去したのち、 石英ガラス基板の溶融温度より低い所定の温度で、上記
シリコン層を溶融・固化することにより滑らかな凸面を
持ったシリコンの微小な山を形成し、 次いで、酸化処理を行って、上記微小な山を構成するシ
リコンを透明な酸化物に変換することを特徴とするマイ
クロレンズの製造方法。
1. A method for forming a microlens on a transparent quartz glass substrate, comprising: forming an intrusion layer of N atoms or C atoms on the surface of the quartz glass substrate; After removing the silicon layer or the silicon layer and the intrusion layer except for a portion corresponding to the size of the microlens to be formed, a predetermined temperature lower than the melting temperature of the quartz glass substrate Then, the silicon layer is melted and solidified to form minute peaks of silicon having a smooth convex surface, and then oxidation treatment is performed to convert the silicon constituting the minute peaks into a transparent oxide. A method of manufacturing a microlens.
【請求項2】透明な石英ガラス基板上にマイクロレンズ
アレイを形成する方法であって、 石英ガラス基板表面上にN原子もしくはC原子の侵入層
を形成し、この侵入層上にシリコン層を所定の厚さに形
成し、 マイクロレンズアレイとして形成すべきマイクロレンズ
の大きさおよび配置に応じた形状配列部分を除いて、上
記シリコン層もしくは上記シリコン層および上記侵入層
を除去したのち、 石英ガラス基板の溶融温度より低い所定の温度で、上記
シリコン層を溶融・固化することにより、滑らかな凸面
を持ったシリコンの微小な山のアレイ配列を形成し、 次いで、酸化処理を行って、上記各微小な山を構成する
シリコンを透明な酸化物に変換することを特徴とするマ
イクロレンズアレイの製造方法。
2. A method for forming a microlens array on a transparent quartz glass substrate, comprising forming an N or C intrusion layer on the surface of the quartz glass substrate, and forming a silicon layer on the intrusion layer. After removing the silicon layer or the silicon layer and the interstitial layer except for a shape arrangement portion corresponding to the size and arrangement of the microlens to be formed as a microlens array, a quartz glass substrate is formed. The silicon layer is melted and solidified at a predetermined temperature lower than the melting temperature of the silicon to form an array arrangement of minute peaks of silicon having a smooth convex surface. A method for manufacturing a microlens array, comprising converting silicon constituting a peak into a transparent oxide.
【請求項3】請求項1または2記載の製造方法におい
て、 N原子の侵入層が、SiH4とN2Oを原料とする熱分解
のCVD法によりSiO2を成膜することにより形成さ
れることを特徴とする、マイクロレンズもしくはマイク
ロレンズアレイの製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the N-atom penetration layer is formed by depositing SiO 2 by a thermal decomposition CVD method using SiH 4 and N 2 O as raw materials. A method for manufacturing a microlens or a microlens array.
【請求項4】請求項1または2記載の製造方法におい
て、 C原子の侵入層が、CH4をソースガスとするイオン注
入法による、石英ガラス基板へのイオン注入により形成
されることを特徴とする、マイクロレンズもしくはマイ
クロレンズアレイの製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein the C-atom penetration layer is formed by ion implantation into a quartz glass substrate by an ion implantation method using CH 4 as a source gas. To manufacture a microlens or a microlens array.
【請求項5】請求項1または2または3または4記載の
製造方法において、 シリコン層もしくはシリコンの微小な山または酸化物の
表面に保護層を形成することを特徴とするマイクロレン
ズもしくはマイクロレンズアレイの製造方法。
5. The microlens or microlens array according to claim 1, wherein a protective layer is formed on the surface of the silicon layer or the minute hills of silicon or the oxide. Manufacturing method.
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