專利名稱：光學(xué)元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)，一種元件和一種光學(xué)元件及其制造方法。具體來說，本發(fā)明涉及適合于在圖像傳感器(例如CCD或C-MOS)、液晶裝置等當(dāng)中包括微透鏡組件的結(jié)構(gòu)、元件和光學(xué)元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
通常，需要通過例如消除不要的反射光、散射光等，或者防止光反射或散射，來僅對有效光高效使用，從而增強(qiáng)光學(xué)元件的光學(xué)功能。對于這樣的光學(xué)功能增強(qiáng)，已經(jīng)提出過不同的方法。
常規(guī)采取的方法是通過采用諸如汽相沉積、濺射、或鍍層這類方法在光學(xué)元件的光學(xué)功能表面上形成SiO2、TiO2等薄膜，以防止不要的反射光或散射光進(jìn)入。但形成這樣的薄膜需要較復(fù)雜的處理，并導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低，進(jìn)而造成成本升高。此外，這樣的薄膜具有較大的波長依存度，因此針對除預(yù)定波長以外波長的光防光反射-散射的效果很小。因此，無法針對諸如圖像傳感器這類光學(xué)元件其常用的整個可見光范圍防止不要的反射光或散射光進(jìn)入。
如上所述，當(dāng)使用例如圖像傳感器時，其中一個緊要的問題是，不要的反射光或散射光，尤其是因微透鏡表面和玻璃罩內(nèi)面所形成的散射光或再反射光，成為噪聲的成因。但尚未找到有效方法來解決此問題。
此外，除了不要的反射光或散射光所形成的噪聲以外，對于例如圖像傳感器而言還可能出現(xiàn)下列問題。盡管取決于元件尺寸或像素數(shù)，圖像傳感器中感光部用于光電轉(zhuǎn)換的面積(孔徑)通常限于全部面積的約20％至40％。小孔徑導(dǎo)致圖像傳感器的靈敏度降低。所以，為了補(bǔ)償小孔徑所造成的靈敏度降低，通常在感光部上形成用于光收集的微透鏡。對其容量超過例如兩百萬像素的高清晰度圖像傳感器的需求近來持續(xù)增加。但即便是這樣的高清晰度圖像傳感器中所形成的微透鏡，也因數(shù)值孔徑的減小而造成靈敏度降低。此外，這樣的高清晰度圖像傳感器中，不要的反射光或散射光所形成的諸如耀斑或幻像這樣噪聲有所增加當(dāng)然也是除了靈敏度降低之外的緊要問題。
為了解決諸如數(shù)值孔徑減小和例如耀斑或幻像這種噪聲有所增加這類問題，提出了如下圖像傳感器(參見專利文獻(xiàn)1)。
圖10表示常規(guī)提案的圖像傳感器的示意性結(jié)構(gòu)。如圖10中示意性截面圖所示，圖像傳感器100包括主圖像傳感器80和微透鏡90，其中主圖像傳感器80包括在半導(dǎo)體基底81上依次形成的光電轉(zhuǎn)換元件82、光屏蔽部83、平坦化層84a、濾色片85、平坦化層84b、以及內(nèi)涂層86，而內(nèi)涂層86上形成的微透鏡90則包括樹脂透鏡91和該樹脂透鏡91表面上形成的多孔層92。這里，通過使以透明樹脂涂覆樹脂透鏡91所形成的透明樹脂層經(jīng)過干蝕刻，來形成多孔層92以便其樹脂表面的孔穴和厚度約為光波長的1/4。通過在樹脂透鏡91上形成多孔層92，多孔層92的表觀折射率降低，由此可以對微透鏡90提供防反射-散射效果。因而，可以在某種程度上解決圖像傳感器中諸如耀斑或幻像這種噪聲有所增加這種問題。
2002-261261號日本專利公開公報發(fā)明內(nèi)容但在制造具有圖10中所圖示結(jié)構(gòu)的圖像傳感器的過程中，舉例來說，如上所述通過以透明樹脂涂覆樹脂透鏡91來形成多孔層92即微透鏡90的配置組件，以便形成透明樹脂層，然后對該透明樹脂層進(jìn)行干蝕刻。換句話說，需進(jìn)行兩步處理，即以透明樹脂進(jìn)行涂層和進(jìn)行干蝕刻。所以，產(chǎn)生操作低效率問題，由此成本升高。而且，盡管設(shè)有多孔層92的微透鏡90在某種程度上具有防反射-散射效果，但此效果尚未達(dá)到滿足例如高清晰度圖像傳感器所要求的水平。另外，取決于數(shù)值孔徑的靈敏度也未達(dá)到滿足高清晰度圖像傳感器所要求的水平。
本發(fā)明正是針對上述情況。本發(fā)明其目的在于提供一種適合于在例如圖像傳感器或液晶裝置當(dāng)中包括微透鏡這一組件，并用以解決諸如數(shù)值孔徑減小和例如耀斑或幻像的噪聲有所增加這種常規(guī)問題的結(jié)構(gòu)、元件、以及包括此結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件，及其方便、低成本的制造方法。
本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)，其中包括在基底材料上形成并具有呈預(yù)定形狀的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)；以及在該樹脂圖案(A)的表面上形成，并具有以短于或等于所用光的波長范圍的周期排列的、呈預(yù)定形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)。
本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)的制造方法，其中包括步驟(i)和步驟(ii)
(i)在基底材料上形成樹脂層，并使該樹脂層經(jīng)過曝光-顯影處理，以便形成具有呈預(yù)定形狀的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)；以及(ii)對該樹脂圖案(A)的表面經(jīng)過曝光-顯影處理，并形成具有以短于或等于所用光的波長范圍的周期排列的、呈預(yù)定形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)，其中，步驟(i)和步驟(ii)是順序進(jìn)行的。
本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)復(fù)制鑄模，由上述方法所制造的結(jié)構(gòu)通過電鑄來制造。
本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)的制造方法，其中包括通過使用上述結(jié)構(gòu)復(fù)制鑄模來模制。
本發(fā)明涉及一種元件，其中包括包括基底的元件本體；在元件本體上形成并包括具有呈預(yù)定形狀的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)的部分；以及在包括樹脂圖案(A)的部分的表面上形成，并包括具有以短于或等于所用光的波長范圍的周期排列的、呈預(yù)定形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)的部分。
本發(fā)明涉及一種元件的制造方法，其中包括步驟(I)和步驟(II)(I)在包括基底的元件本體上形成樹脂層，并使該樹脂層經(jīng)過曝光-顯影處理，以形成包括具有呈預(yù)定形狀的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)的部分；以及(II)對包括樹脂圖案(A)的部分的表面經(jīng)過曝光-顯影處理，并形成包括具有以短于或等于所用光的波長范圍的周期排列的、呈預(yù)定形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)的部分，其中步驟(I)和步驟(II)是順序進(jìn)行的。
本發(fā)明涉及一種光學(xué)元件，其中包括包括基底的光學(xué)元件本體；在光學(xué)元件本體上形成，并包括具有以陣列方式周期性排列使得其位置對應(yīng)光學(xué)元件本體的光電轉(zhuǎn)換元件的、呈凸透鏡形狀的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)的透鏡部分；以及在該透鏡部分的表面上形成，并包括具有以陣列方式周期性排列使得其周期短于或等于所用光的波長范圍的、呈預(yù)定形狀的微觀凹凸結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)的反射-散射防止部分。
本發(fā)明涉及一種光學(xué)元件的制造方法，其中包括步驟(1)和步驟(2)(1)在包括基底的光學(xué)元件本體上形成樹脂層，并對該樹脂層經(jīng)過曝光-顯影處理，以形成具有以陣列方式周期性排列使得其位置對應(yīng)所述光學(xué)元件本體的光電轉(zhuǎn)換元件的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)，然后形成透鏡部分使得所述樹脂圖案(A)的結(jié)構(gòu)單元通過熱流成型具有凸透鏡形狀；以及(2)對該透鏡部分的表面經(jīng)過曝光-顯影處理，并形成包括具有以陣列方式周期性排列使得其周期短于或等于所用光的波長范圍的、呈預(yù)定形狀的微觀凹凸結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)的反射-散射防止部分，其中步驟(1)和步驟(2)是順序進(jìn)行的。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、元件和光學(xué)元件可以解決諸如數(shù)值孔徑減小和例如虛光或幻像的噪聲有所增加這種常規(guī)問題，并實(shí)現(xiàn)明顯的靈敏度增強(qiáng)和降噪。所以，適合于在例如圖像傳感器或液晶裝置當(dāng)中包括微透鏡等的組件。而且，按照本發(fā)明的方法，可以方便、低成本、高效地制造這樣出色的結(jié)構(gòu)、元件和光學(xué)元件。


圖1是示意本發(fā)明第一實(shí)施例的一例結(jié)構(gòu)的截面圖；圖2是用于示意本發(fā)明第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)其一例制造方法的截面圖；圖3是表示本發(fā)明的一例樹脂圖案(B)的放大示意圖；圖4是表示本發(fā)明的一例樹脂圖案(B)的放大示意圖；圖5是示意本發(fā)明第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)復(fù)制鑄模其一例制造方法的截面圖；圖6是示意本發(fā)明第三實(shí)施例的一例元件的截面圖；圖7是用于示意本發(fā)明第三實(shí)施例的元件其一例制造方法的截面圖；圖8是示意本發(fā)明第四實(shí)施例的一例光學(xué)元件的截面圖；圖9是表示本發(fā)明方法所用的雙光束干涉曝光裝置的示意圖；圖10是示意常規(guī)圖像傳感器其結(jié)構(gòu)的截面圖。
附圖標(biāo)號的說明1 基底材料1a 元件本體2 樹脂層3，3a，4 樹脂圖案(A)5，6 樹脂圖案(B)7，10 結(jié)構(gòu)8 非電解鎳-磷鍍層
9 結(jié)構(gòu)復(fù)制鑄模11 元件12 光學(xué)元件20 光學(xué)元件本體21 基底22 光電轉(zhuǎn)換元件23 光屏蔽部24a，24b 平坦化層25 濾色片26 內(nèi)涂層200 雙光束干涉曝光裝置具體實(shí)施方式
下面參照附圖更為詳細(xì)地說明結(jié)構(gòu)、元件和光學(xué)元件及其制造方法。
(第一實(shí)施例)第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)包括在基底材料上形成并具有呈預(yù)定形狀的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)；以及在該樹脂圖案(A)的表面上形成，并具有按短于或等于所用光的波長范圍的周期配置的、呈預(yù)定形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)。
本實(shí)施例中，所用光的波長范圍與使用此結(jié)構(gòu)的環(huán)境其中光的波長范圍相對應(yīng)。而且，包括制造此結(jié)構(gòu)的環(huán)境其中光的波長范圍。因而，根據(jù)情形，所用的光與例如可見光、紫外光、或紅外光這類不同光相對應(yīng)。
圖1給出對第一實(shí)施例的一例結(jié)構(gòu)進(jìn)行示意的截面圖。圖1所示的結(jié)構(gòu)10中，有一具有呈預(yù)定形狀的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)3形成于基底材料1的表面上，而且有一具有呈預(yù)定形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)5形成于樹脂圖案(A)3的表面上。
圖1所示的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)10可通過下列方法制造。圖2給出用于示意本發(fā)明第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)其一例制造方法的截面圖。
通過自旋涂層方法等以樹脂溶液涂覆基底材料1的表面，并使之干燥以便形成例如圖2(a)所示的樹脂層2。對于基底材料1來說，可使用例如石英玻璃基底材料、Si基底材料、SiC基底材料等。考慮對樹脂層2進(jìn)行后續(xù)的曝光-顯影處理時，適合將為感光樹脂的紫外線光致抗蝕劑等用作樹脂層2所用的樹脂。當(dāng)使用感光樹脂時，便可通過例如隨后說明的雙光束干涉曝光處理很方便地形成具有微觀結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)5。考慮將此結(jié)構(gòu)用于例如圖像傳感器這種光學(xué)元件時，樹脂層2所用的樹脂較好是其光透射率出色的樹脂。形成樹脂層2的過程中，為了增強(qiáng)其涂層適用性能或分散性能，可以將表面活性劑加入至樹脂溶液中，或者可以將兩種或以上溶劑與樹脂溶液混合?？梢哉{(diào)節(jié)樹脂的分子量或分子量分布，或者可以將兩種或以上樹脂彼此混合。
樹脂層2經(jīng)過曝光-顯影處理以便形成圖2(b)所示的具有呈預(yù)定形狀的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)3。
曝光-顯影處理中，可以根據(jù)目標(biāo)的樹脂圖案(A)3的結(jié)構(gòu)單元，適當(dāng)改變曝光處理?xiàng)l件或顯影處理?xiàng)l件以具有預(yù)定形狀。曝光-顯影處理的曝光處理，舉例來說可以是形成具有所需圖案的光致掩模用于曝光的掩模曝光處理，或圖9所示的雙光束干涉曝光裝置所用并適合于形成隨后說明的樹脂圖案(B)5的雙光束干涉曝光處理。形成樹脂圖案(A)3的過程中，較好是采用掩模曝光處理，這是因?yàn)闃渲瑘D案(A)3的結(jié)構(gòu)單元并非如樹脂圖案(B)5的微觀結(jié)構(gòu)單元那樣小，而且可由此形成結(jié)構(gòu)單元其相對不同的形狀。
本實(shí)施例的曝光-顯影處理至少包括曝光處理和顯影處理，并包括用于形成為最終目標(biāo)的三維樹脂圖案(A)或三維樹脂圖案(B)的處理。
考慮將此結(jié)構(gòu)用于例如圖像傳感器這種光學(xué)元件時，較好是如圖1和圖2(b)所示按陣列周期性地配置樹脂圖案(A)3的結(jié)構(gòu)單元。而且，樹脂圖案(A)3的結(jié)構(gòu)單元較好是按短于或等于10μm、或最好是按短于或等于8μm的周期配置，并且較好是按長于或等于1μm、或最好是按長于或等于1.5μm的周期配置。
樹脂圖案(A)3的結(jié)構(gòu)單元的形狀沒有特別限定，可以根據(jù)對此結(jié)構(gòu)希望的用途適當(dāng)確定此形狀。使用例如使得圓形圖案按陣列配置的光致掩模時，樹脂圖案(A)3的結(jié)構(gòu)單元具有圖1和圖2(b)所示的圓柱形狀。圖1和圖2(b)所示的樹脂圖案(A)3的結(jié)構(gòu)單元具有例如高度2μm和直徑4μm的圓柱形狀。
考慮將此結(jié)構(gòu)用于例如圖像傳感器這種光學(xué)元件時，較好是樹脂圖案(A)3的結(jié)構(gòu)單元具有透鏡形狀，具體來說是具有凸透鏡形狀。凸透鏡形狀的結(jié)構(gòu)單元可以通過圖2(b)所示的具有呈圓柱形狀的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)3的熱流成型來形成。
樹脂圖案(A)3的表面經(jīng)過曝光-顯影處理以便形成圖2(c)所示的具有呈預(yù)定形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)5。微觀結(jié)構(gòu)單元按短于或等于所用光的波長范圍的周期配置，當(dāng)考慮將此結(jié)構(gòu)用于例如圖像傳感器這種光學(xué)元件時，較好是按陣列周期性地配置。出于樹脂圖案(A)3提供出色的防反射-散射效果這一考慮，微觀結(jié)構(gòu)單元較好是按陣列周期性地配置的凹凸結(jié)構(gòu)單元。
本實(shí)施例中，防反射-散射效果所包括的不僅僅是針對要防反射或要防散射的所用光完全防止其反射-散射的效果，而且是防止所用光反射-散射的效果。
曝光-顯影處理中，可以根據(jù)目標(biāo)的樹脂圖案(B)5的微觀結(jié)構(gòu)單元，適當(dāng)改變曝光處理?xiàng)l件或顯影處理?xiàng)l件以具有預(yù)定形狀。作為曝光-顯影處理的曝光處理，較好是可采用例如雙光束干涉曝光處理，這是因?yàn)榭捎纱嗽谳^寬范圍面積上同時形成精細(xì)圖案，從而在樹脂圖案(A)3表面上形成具有相當(dāng)小的微觀結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)5時增強(qiáng)可應(yīng)用性。圖9給出對可用于雙光束干涉曝光處理的雙光束干涉曝光裝置的示意。
如圖9所示，雙光束干涉曝光裝置200包括KrF準(zhǔn)分子激光器(波長248nm)101；用于傳播KrF準(zhǔn)分子激光器101所發(fā)出的激光束102的聚光透鏡103；用于將聚光透鏡103所傳播的激光束104轉(zhuǎn)換為平行光束106的準(zhǔn)直透鏡105；用于將平行光束106分為相等幅值的兩路平行光束108和109的半透射反射鏡107；以及用于分別反射兩路平行光束108和109以便生成兩路平行光束111和113的反光鏡110和112。然后，結(jié)合兩路光束(兩路平行光束111和113)并產(chǎn)生干涉條紋。當(dāng)如上所述采用具有248nm波長的KrF準(zhǔn)分子激光器時，所獲得的具有例如0.25μm間距的干涉條紋需要兩路光束之間約60度的張角。
雙光束干涉曝光裝置200中，其上形成有樹脂圖案(A)3的基底材料1(圖9中由數(shù)字標(biāo)號114示出)設(shè)置于兩路光束(兩路平行光束111和113)相結(jié)合的位置。然后，使得半導(dǎo)體激光器101發(fā)出激光束102以便對基底材料1(114)曝光。適當(dāng)進(jìn)行顯影處理等，以便在樹脂圖案(A)3表面上形成如圖2(c)所示具有按短于或等于所用光的波長范圍的周期配置的、呈預(yù)定形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)5。
雙光束干涉曝光處理中，舉例來說，能夠使其上形成有樹脂圖案(A)3的基底材料1(114)旋轉(zhuǎn)90度以便該基底材料1(114)分別受到多次(例如兩次)曝光，由此可適當(dāng)改變樹脂圖案(B)5的微觀結(jié)構(gòu)單元的形狀。
圖9所示的雙光束干涉曝光裝置200中，舉例來說，可以在垂直方向(圖9中箭頭所示的上下方向)上使其上形成有樹脂圖案(A)的基底材料1(114)位移。通過在垂直方向上調(diào)節(jié)基底材料1(114)的位置，可以任意設(shè)定作為凹凸結(jié)構(gòu)單元的微觀結(jié)構(gòu)單元的周期(隨后說明的圖3和圖4中的″p″)和凹凸結(jié)構(gòu)單元的凸部高度(隨后說明的圖3和圖4中的″h″)。
除了雙光束干涉曝光處理以外，作為曝光-顯影處理的曝光處理也可以進(jìn)行例如掩模曝光處理。
掩模曝光處理中，舉例來說可以在樹脂圖案(A)3表面上形成所需圖案的光致掩模用于曝光。掩模曝光處理的條件可以適當(dāng)改變使得樹脂圖案(B)5的微觀結(jié)構(gòu)單元具有預(yù)定形狀和所需的周期和高度。在掩模曝光處理之后，適當(dāng)進(jìn)行顯影處理等以便在樹脂圖案(A)3表面上形成圖1和圖2(c)所示具有呈預(yù)定形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)5。
樹脂圖案(B)5的微觀結(jié)構(gòu)單元較好是如上所述的凹凸結(jié)構(gòu)單元。其實(shí)例是圖3的放大示意圖所示的圓錐形狀的結(jié)構(gòu)單元，圖4的放大示意圖所示的六方錐形狀的結(jié)構(gòu)單元等。其它實(shí)例是例如正方錐形狀這種金字塔形狀的結(jié)構(gòu)單元；例如圓柱形狀或棱柱形狀這種柱狀的結(jié)構(gòu)單元；具有圓形翼尖的鐘形結(jié)構(gòu)單元；例如斜截錐形或斜截棱錐形這種截頭錐體形狀的結(jié)構(gòu)單元等。每一結(jié)構(gòu)單元可以不具有圖3和圖4所示的嚴(yán)格幾何形狀。
此外，盡管圖3和圖4表示的是樹脂圖案(B)5的微觀結(jié)構(gòu)單元用的凸出形狀，但本實(shí)施例不局限于凸出形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元。舉例來說，可以在樹脂圖案(A)表面上形成采取錐形、柱形、鐘形、或截頭錐體形的內(nèi)凹形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)。此外，凸出形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元和內(nèi)凹形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元可以共存于一個樹脂圖案(B)中。當(dāng)使用其中凸出形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元和內(nèi)凹形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元共存的樹脂圖案(B)時，凸出部高度和內(nèi)凹部深度之和即為隨后說明的凹凸結(jié)構(gòu)單元的凸部高度(h)。這樣，本實(shí)施例中微觀結(jié)構(gòu)單元的形狀沒有特別限定，只要樹脂圖案(B)具有按短于或等于所用光的波長范圍的周期配置的微觀結(jié)構(gòu)單元，并且充分提供防反射-散射效果即可。
樹脂圖案(B)的微觀結(jié)構(gòu)單元為按陣列周期性地配置的凹凸結(jié)構(gòu)單元時，較好是所用光的波長(λ)和凹凸結(jié)構(gòu)單元的周期(p)、凹凸結(jié)構(gòu)單元的凸部高度(h)之間的關(guān)系滿足下列表達(dá)式(a)和(b)0.1λ＜p＜0.8λ (a)0.5λ＜h＜5λ(b)。
當(dāng)波長(λ)和周期(p)、高度(h)之間的關(guān)系滿足上述表達(dá)式(a)和(b)時，可以針對尤其是可見光的全部波長范圍和所用光的入射角的0至50度范圍將所用光的反射率抑制為小于或等于約1％。此外，更為理想的是波長(λ)和周期(p)、高度(h)之間的關(guān)系滿足下列表達(dá)式(a1)和(b1)0.15λ＜p＜0.75λ(a1)0.6λ＜h＜4λ(b1)。
圖3和圖4所示的樹脂圖案(B)具有的微觀結(jié)構(gòu)單元呈例如周期(p)約為0.25μm、高度(h)約為0.8μm的圓錐形狀(圖3)或六方錐形狀(圖4)。微觀結(jié)構(gòu)單元在采用例如可見光作為所用光的情況下按短于或等于波長范圍(420至680nm)的周期配置。圖1和圖2(c)所示的結(jié)構(gòu)10中，圖3所示的呈圓錐形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元按陣列周期性地配置的樹脂圖案(B)5，形成于其中呈圓柱形狀的結(jié)構(gòu)單元按陣列周期性地配置的樹脂圖案(A)3的表面上。通過在樹脂圖案(A)3的表面上形成具有這樣的微觀結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)5，可以對樹脂圖案(A)3提供出色的防反射-散射效果。
本實(shí)施例中，當(dāng)樹脂圖案(B)具有二維配置的大量微觀結(jié)構(gòu)單元時，其周期指的是最緊密配置方向上的周期。
因而，易于制造其中在基底材料1的面上具有呈預(yù)定形狀的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)3表面上形成具有按短于或等于所用光的波長范圍的周期配置的、呈預(yù)定形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)5這種結(jié)構(gòu)10。
本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)不局限于具有圖1所示配置的結(jié)構(gòu)10。只要包括上文所述的樹脂圖案(A)和樹脂圖案(B)，可以使用任何結(jié)構(gòu)。
本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)適合用作例如下列不同元件的組件例如圖像傳感器(例如CCD或C-MOS)或液晶裝置這類包含微透鏡的光學(xué)元件；以及例如二維光開關(guān)、紅外傳感器、膜傳感器、微型夾鉗、或微型刀具這類微型電機(jī)元件。
本實(shí)施例中光學(xué)元件包括全部部件，例如在光路上配置并具有光學(xué)功能表面的透鏡元件、棱鏡元件和反光鏡元件。
(第二實(shí)施例)第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)復(fù)制鑄模由第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)其制造方法所制造的結(jié)構(gòu)通過電鑄來制造。
圖5給出示意本發(fā)明第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)復(fù)制鑄模其一例制造方法的截面圖。本實(shí)施例的方法中，在基底材料上的樹脂圖案(A)的表面上形成樹脂圖案(B)所用的全部處理和各種條件均與第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)所用的制造方法相同。
通過自旋涂層方法等以樹脂溶液涂覆基底材料1的表面，并使之干燥以便形成圖5(a)所示的樹脂層2。樹脂層2經(jīng)過曝光-顯影處理以便形成圖5(b)所示的樹脂圖案(A)3。圖5(b)所示的樹脂圖案(A)3的結(jié)構(gòu)單元具有圓柱形狀，并且通過對樹脂圖案(A)3的熱流成型，可以形成圖5(c)所示的具有呈凸透鏡形狀的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)3a。
樹脂圖案(A)3a的表面經(jīng)過曝光-顯影處理以便形成圖5(d)所示的具有呈預(yù)定形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)5來生成結(jié)構(gòu)7。微觀結(jié)構(gòu)單元按短于或等于所用光的波長范圍的周期配置。出于樹脂圖案(A)3a提供出色的防反射-散射效果這一考慮，微觀結(jié)構(gòu)單元較好是如圖5(d)所示按陣列周期性地配置的凹凸結(jié)構(gòu)單元。
用例如鈀激活具有呈凸透鏡形狀的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)3a其表面。此后，如圖5(e)所示，將結(jié)構(gòu)7浸入電解鎳-磷鍍液以便在樹脂圖案(B)5的表面上形成厚度約為8至12nm的非電解鎳-磷鍍層8來提供導(dǎo)電性。然后，用非電解鎳-磷鍍層8作為陰極，以鉑片作為陽極，在電流密度約為0.5至5A/dm2的條件下在鎳氨基磺酸酯電鍍液中進(jìn)行電鍍直至電鍍部的厚度達(dá)到約1至3mm為止。此后，在基液中移出結(jié)構(gòu)7以便生成圖5(f)所示的結(jié)構(gòu)復(fù)制鑄模9即電鑄鑄模。
第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)可以通過用結(jié)構(gòu)復(fù)制鑄模進(jìn)行模制來制造。用于模制的方法沒有特別限定。可以視情形相應(yīng)地采用例如注模法、壓模法、納壓印法等。
因而，通過使用結(jié)構(gòu)復(fù)制鑄模9，便能夠很容易制造其中在基底材料1的面上具有呈預(yù)定形狀的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)3a其表面上形成具有按短于或等于所用光的波長范圍的周期配置的、呈預(yù)定形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)5這種結(jié)構(gòu)7。
本實(shí)施例方法制造的結(jié)構(gòu)復(fù)制鑄模，不局限于具有圖5(f)所示配置的結(jié)構(gòu)復(fù)制鑄模9。只要在制造中采用上述方法，便可以使用任何的結(jié)構(gòu)復(fù)制鑄模。
本實(shí)施例方法制造的結(jié)構(gòu)適合用作例如下列不同元件的組件例如圖像傳感器(例如CCD或C-MOS)或液晶裝置這類包含微透鏡的光學(xué)元件；以及例如二維光開關(guān)、紅外傳感器、膜傳感器、微型夾鉗、或微型刀具這類微型電機(jī)元件。
本實(shí)施例中光學(xué)元件包括全部部件，例如在光路上配置并具有光學(xué)功能表面的透鏡元件、棱鏡元件和反光鏡元件。
(第三實(shí)施例)第三實(shí)施例的元件包括包括基底的元件本體；在元件本體上形成并包括具有呈預(yù)定形狀的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)的部分；以及在包括樹脂圖案(A)的部分其表面上形成，并包括具有按短于或等于所用光的波長范圍的周期配置的、呈預(yù)定形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)的部分。
本實(shí)施例中，所用光的波長范圍與使用此元件的環(huán)境其中光的波長范圍相對應(yīng)。而且所包括的是制造此元件的環(huán)境其中光的波長范圍。因而，根據(jù)情形，所用的光與例如可見光、紫外光、或紅外光這類不同光相對應(yīng)。
圖6給出對本發(fā)明第三實(shí)施例的一例元件進(jìn)行示意的截面圖。圖6所示的元件11中，有一包括具有呈預(yù)定形狀的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)3a的部分形成于包括基底的元件本體1a上，而且有一包括具有呈預(yù)定形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)5的部分形成于包括樹脂圖案(A)3a的部分其表面上。
圖6所示的第三實(shí)施例的元件11可通過下列方法制造。圖7給出用于示意本發(fā)明第三實(shí)施例的元件其一例制造方法的截面圖。
通過自旋涂層方法等以樹脂溶液涂覆包括基底的元件本體1a，并使之干燥以便形成圖7(a)所示的樹脂層2。對于基底來說，可使用例如石英玻璃基底材料、Si基底材料、SiC基底材料等。元件本體1a隨元件的種類而有所不同，因此不能想當(dāng)然地確定。但當(dāng)此元件是例如圖像傳感器時，所用的是例如將光電轉(zhuǎn)換元件、光屏蔽部、濾色片等依次層疊于基底上的元件本體?？紤]對樹脂層2進(jìn)行后續(xù)的曝光-顯影處理時，適合將為感光樹脂的紫外線光致抗蝕劑等用作形成樹脂層2所用的樹脂。而使用感光樹脂時，便可以通過例如隨后說明的雙光束干涉曝光處理很方便地形成包括具有微觀結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)5的部分。此外，考慮將此結(jié)構(gòu)用于例如圖像傳感器這種光學(xué)元件時，樹脂層2所用的樹脂較好是其光透射率出色的樹脂。形成樹脂層2的過程中，為了增強(qiáng)其涂層適用性能或分散性能，可以將表面活性劑加入至樹脂溶液中，或者可以將兩種或以上溶劑與樹脂溶液混合?？梢哉{(diào)節(jié)樹脂的分子量或分子量分布，或者可以將兩種或以上樹脂彼此混合。
樹脂層2經(jīng)過曝光-顯影處理以便形成圖7(b)所示的包括具有呈預(yù)定形狀的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)3的部分。
曝光-顯影處理中，可以根據(jù)目標(biāo)的樹脂圖案(A)3的結(jié)構(gòu)單元，適當(dāng)改變曝光處理?xiàng)l件或顯影處理?xiàng)l件以具有預(yù)定形狀。曝光顯影處理的曝光處理，舉例來說可以是形成具有所需圖案的光致掩模用于曝光的掩模曝光處理，或圖9所示的雙光束干涉曝光裝置所用并適合于形成隨后說明的樹脂圖案(B)5的雙光束干涉曝光處理。形成樹脂圖案(A)3的過程中，較好是采用掩模曝光處理，這是因?yàn)闃渲瑘D案(A)3的結(jié)構(gòu)單元并非如樹脂圖案(B)5的微觀結(jié)構(gòu)單元那樣小，而且可由此形成結(jié)構(gòu)單元其相對不同的形狀。
本實(shí)施例的曝光-顯影處理至少包括曝光處理和顯影處理，并包括用于形成為最終目標(biāo)的包括三維樹脂圖案(A)在內(nèi)的部分或包括三維樹脂圖案(B)在內(nèi)的部分的處理。
考慮將此元件用于例如圖像傳感器這種光學(xué)元件時，較好是如圖6和圖7(b)所示按陣列周期性地配置樹脂圖案(A)3的結(jié)構(gòu)單元。而且，樹脂圖案(A)3的結(jié)構(gòu)單元較好是按短于或等于10μm、或最好是按短于或等于8μm的周期配置，并且較好是按長于或等于1μm、或最好是按長于或等于1.5μm的周期配置。
樹脂圖案(A)3的結(jié)構(gòu)單元的形狀沒有特別限定，可以根據(jù)對此元件希望的用途適當(dāng)確定此形狀。使用例如使得圓環(huán)形圖案按陣列配置的光致掩模時，樹脂圖案(A)3的結(jié)構(gòu)單元具有圖7(b)所示的圓柱形狀。
考慮將此元件用于例如圖像傳感器這種光學(xué)元件時，較好是樹脂圖案(A)3的結(jié)構(gòu)單元具有透鏡形狀，具體來說是具有凸透鏡形狀。如圖7(c)所示，包括具有呈凸透鏡形狀的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)3a的部分可以通過圖7(b)所示的具有呈圓柱形狀的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)3的熱流成型來形成。
樹脂圖案(A)3a的表面經(jīng)過曝光-顯影處理以便形成圖7(d)所示的包括具有呈預(yù)定形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)5的部分。微觀結(jié)構(gòu)單元按短于或等于所用光的波長范圍的周期配置，當(dāng)考慮將此元件用于例如圖像傳感器這種光學(xué)元件時，較好是按陣列周期性地配置。出于包括樹脂圖案(A)3a在內(nèi)的部分提供出色的防反射-散射效果這一考慮，微觀結(jié)構(gòu)單元較好是按陣列周期性地配置的凹凸結(jié)構(gòu)單元。
本實(shí)施例中，防反射-散射效果所包括的不僅僅是針對要防反射或要防散射的所用光完全防止其反射-散射的效果，而且是防止所用光反射-散射的效果。
曝光-顯影處理中，可以根據(jù)目標(biāo)的樹脂圖案(B)5的微觀結(jié)構(gòu)單元，適當(dāng)改變曝光處理?xiàng)l件或顯影處理?xiàng)l件以具有預(yù)定形狀。作為曝光-顯影處理的曝光處理，較好是可采用例如雙光束干涉曝光處理，這是因?yàn)榭捎纱嗽谳^寬范圍面積上同時形成精細(xì)圖案，從而在包括樹脂圖案(A)3a在內(nèi)的部分其表面上形成包括具有相當(dāng)小的微觀結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)5的部分時增強(qiáng)可應(yīng)用性。如同第一實(shí)施例情形，可使用例如圖9所示的雙光束干涉曝光裝置用于雙光束干涉曝光處理。
雙光束干涉曝光裝置200中，其上形成有包括樹脂圖案(A)3a在內(nèi)的部分的元件本體1a(圖9中由數(shù)字標(biāo)號114示出)設(shè)置于兩路光束(兩路平行光束111和113)相結(jié)合的位置。然后，使得半導(dǎo)體激光器101發(fā)出激光束102以便對元件本體1a(114)曝光。適當(dāng)進(jìn)行顯影處理等，以便在包括樹脂圖案(A)3a在內(nèi)的部分其表面上形成如圖7(d)所示包括具有按短于或等于所用光的波長范圍的周期配置的、呈預(yù)定形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)5的部分。
雙光束干涉曝光處理中，舉例來說，能夠使其上形成有包括樹脂圖案(A)3a在內(nèi)的部分的元件本體1a(114)旋轉(zhuǎn)90度以便該元件本體1a(114)分別受到多次(例如兩次)曝光，由此可適當(dāng)改變樹脂圖案(B)5的微觀結(jié)構(gòu)單元的形狀。
圖9所示的雙光束干涉曝光裝置200中，舉例來說，可以在垂直方向(圖9中箭頭所示的上下方向)上使其上形成有包括樹脂圖案(A)3a在內(nèi)的部分的元件本體1a(114)位移。通過在垂直方向上調(diào)節(jié)元件本體1a(114)的位置，可以任意設(shè)定作為凹凸結(jié)構(gòu)單元的微觀結(jié)構(gòu)單元的周期(上文所述的圖3和圖4中的″p″)和凹凸結(jié)構(gòu)單元的凸部高度(上文所述的圖3和圖4中的″h″)。
除了雙光束干涉曝光處理以外，作為曝光-顯影處理的曝光處理也可以進(jìn)行例如掩模曝光處理。
掩模曝光處理中，舉例來說可以在包括樹脂圖案(A)3a在內(nèi)的部分其表面上形成所需圖案的光致掩模用于曝光。掩模曝光處理的條件可以適當(dāng)改變使得樹脂圖案(B)5的微觀結(jié)構(gòu)單元具有預(yù)定形狀和所需的周期和高度。在掩模曝光處理之后，適當(dāng)進(jìn)行顯影處理等以便在包括樹脂圖案(A)3a在內(nèi)的部分其表面上形成圖6和圖7(d)所示包括具有呈預(yù)定形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)5的部分。
與第一實(shí)施例中樹脂圖案(B)的微觀結(jié)構(gòu)單元同樣，作為樹脂圖案(B)的微觀結(jié)構(gòu)單元，例示了圓錐形狀的結(jié)構(gòu)單元、六方錐形狀的結(jié)構(gòu)單元、例如正方錐形狀這種金字塔形狀的結(jié)構(gòu)單元、例如圓柱形狀或棱柱形狀這種柱狀的結(jié)構(gòu)單元、具有圓形翼尖的鐘形結(jié)構(gòu)單元、例如斜截錐形或斜截棱錐形這種截頭錐體形狀的結(jié)構(gòu)單元等。每一結(jié)構(gòu)單元可以不具有嚴(yán)格的幾何形狀。
本實(shí)施例中，與第一實(shí)施例的樹脂圖案(B)的微觀結(jié)構(gòu)單元同樣，在包括樹脂圖案(A)在內(nèi)的部分其表面上形成的不僅可以是包括具有呈凸出形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)的部分，而且可以是包括具有呈采取錐形、柱形、鐘形、或截頭錐體形的內(nèi)凹形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)的部分。此外，凸出形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元和內(nèi)凹形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元可以共存于一個樹脂圖案(B)中。當(dāng)使用其中凸出形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元和內(nèi)凹形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元共存的樹脂圖案(B)時，凸出部高度和內(nèi)凹部深度之和即為隨后說明的凹凸結(jié)構(gòu)單元的凸部高度(h)。這樣，本實(shí)施例中微觀結(jié)構(gòu)單元的形狀沒有特別限定，只要樹脂圖案(B)具有按短于或等于所用光的波長范圍的周期配置的微觀結(jié)構(gòu)單元，并且充分提供防反射-散射效果即可。
樹脂圖案(B)的微觀結(jié)構(gòu)單元為按陣列周期性地配置的凹凸結(jié)構(gòu)單元時，較好是所用光的波長(λ)和凹凸結(jié)構(gòu)單元的周期(p)、凹凸結(jié)構(gòu)單元的凸部高度(h)之間的關(guān)系滿足下列表達(dá)式(a)和(b)0.1λ＜p＜0.8λ (a)0.5λ＜h＜5λ (b)。
當(dāng)波長(λ)和周期(p)、高度(h)之間的關(guān)系滿足上述表達(dá)式(a)和(b)時，可以針對尤其是可見光的全部波長范圍和所用光的入射角的0至50度范圍將所用光的反射率抑制為小于或等于約1％。此外，更為理想的是波長(λ)和周期(p)、高度(h)之間的關(guān)系滿足下列表達(dá)式(a1)和(b1)0.15λ＜p＜0.75λ (a1)0.6λ＜h＜4λ (b1)。
圖6和圖7(d)所示的樹脂圖案(A)3a的結(jié)構(gòu)單元為例如其底部為直徑約3.5μm的平整圓面、而頂部為曲率半徑約7μm的球面這種平凸透鏡形狀的結(jié)構(gòu)單元。樹脂圖案(B)5的微觀結(jié)構(gòu)單元為如圖3所示其周期約為0.25μm(短于或等于可見光420至680nm波長范圍的周期)、而高度約為0.8μm的圓錐形狀，并朝向元件本體1a基底表面的垂直方向這種凹凸結(jié)構(gòu)單元。圖6和圖7(d)所示的元件11中，包括其中圖3所示呈圓錐形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元按陣列周期性地配置這種樹脂圖案(B)5的部分，形成于包括其中呈平凸透鏡形狀的結(jié)構(gòu)單元按陣列周期性地配置這種樹脂圖案(A)3a的部分其表面上。通過在包括樹脂圖案(A)3a在內(nèi)的部分其表面上形成包括具有這樣的微觀結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)5的部分，可以對包括樹脂圖案(A)3a在內(nèi)的部分提供出色的防反射-散射效果。
本實(shí)施例中，當(dāng)樹脂圖案(B)具有二維配置的大量微觀結(jié)構(gòu)單元時，其周期指的是最緊密配置方向上的周期。
因而，通過使用結(jié)構(gòu)復(fù)制鑄模9，易于制造其中在元件本體1a上包括具有呈預(yù)定形狀的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)3a的部分其表面上，形成包括具有按短于或等于所用光的波長范圍的周期配置的、呈預(yù)定形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)5的部分這種元件11。
本實(shí)施例的元件不局限于具有圖6所示配置的元件11。只要包括上述元件本體、包括樹脂圖案(A)在內(nèi)的部分和包括樹脂圖案(B)在內(nèi)的部分，可以使用任何元件。
本實(shí)施例的元件適合用作例如圖像傳感器(例如CCD或C-MOS)或液晶裝置這類包含微透鏡的光學(xué)元件。作為替代，舉例來說本實(shí)施例的元件適合用作諸如二維光開關(guān)、紅外傳感器、膜傳感器、微型夾鉗、或微型刀具這類微型電機(jī)元件。
本實(shí)施例中光學(xué)元件包括全部部件，例如在光路上配置并具有光學(xué)功能表面的透鏡元件、棱鏡元件和反光鏡元件。
(第四實(shí)施例)第四實(shí)施例的光學(xué)元件包括包括基底的光學(xué)元件本體；在光學(xué)元件本體上形成，并包括具有按陣列使得其位置對應(yīng)光學(xué)元件本體的光電轉(zhuǎn)換元件這樣的周期性配置的、呈凸透鏡形狀的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)的透鏡部分；以及在該透鏡部分的表面上形成，并包括具有按陣列使得其周期短于或等于所用光的波長范圍這樣的周期性配置的、呈預(yù)定形狀的微觀凹凸結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)的反射-散射防止部分。
本實(shí)施例中，所用光的波長范圍與使用此光學(xué)元件的環(huán)境其中光的波長范圍相對應(yīng)。具體來說，所用光的波長范圍是進(jìn)入到透鏡部分上的例如為可見光的透射光(入射光)的波長范圍。而且，所包括的是制造此光學(xué)元件的環(huán)境其中例如為紫外線的光的波長范圍。
圖8給出對本發(fā)明第四實(shí)施例的一例光學(xué)元件進(jìn)行示意的截面圖。圖8所示的光學(xué)元件12中如下配置光學(xué)元件本體20。具體來說，基底21上按陣列形成有多個光電轉(zhuǎn)換元件22，并在相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件22兩者之間設(shè)置光屏蔽部23。基底21上形成一平坦化層24a以覆蓋光電轉(zhuǎn)換元件22和光屏蔽部23。平坦化層24a上按陣列形成有多個濾色片25使得其位置對應(yīng)光電轉(zhuǎn)換元件22。有一平坦化層24b形成于平坦化層24a上以覆蓋濾色片25。有一內(nèi)涂層26形成于平坦化層24b上。這樣，光學(xué)元件本體20包括基底21、光電轉(zhuǎn)換元件22、光屏蔽部23、平坦化層24a、濾色片25、平坦化層24b、以及內(nèi)涂層26。
光學(xué)元件本體上形成的是包括具有按陣列使得其位置對應(yīng)光學(xué)元件本體的光電轉(zhuǎn)換元件這樣的周期性配置的、呈凸透鏡形狀的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)4的透鏡部分。該透鏡部分其表面上形成的是包括具有按陣列使得其周期短于或等于所用光的波長范圍這樣的周期性配置的、呈預(yù)定形狀的微觀凹凸結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)6的反射-散射防止部分。
為了制造圖8所示的第四實(shí)施例的光學(xué)元件12，通過光學(xué)元件本體20的公知制造方法在諸如半導(dǎo)體基底(例如Si基底或SiC基底)這種基底21上依次形成光電轉(zhuǎn)換元件22、光屏蔽部23、平坦化層24a、濾色片25、平坦化層24b、以及內(nèi)涂層26。有一樹脂層形成于光學(xué)元件本體20上，該樹脂層經(jīng)過曝光-顯影處理，并形成具有例如呈圓柱形狀的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)使得其結(jié)構(gòu)單元按陣列周期性地配置于與光學(xué)元件本體20的光電轉(zhuǎn)換元件22相對應(yīng)的位置。然后，通過例如具有呈圓柱形狀的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)的熱流成型來形成包括具有呈凸透鏡形狀的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)4的透鏡部分。除了結(jié)構(gòu)單元按陣列周期性地配置使得其位置對應(yīng)光學(xué)元件本體20的光電轉(zhuǎn)換元件22以外，第四實(shí)施例的光學(xué)元件12的樹脂圖案(A)4可以按與第三實(shí)施例類似的方式生成。
具體來說，通過自旋涂層方法等以樹脂溶液涂覆光學(xué)元件本體20，并使之干燥以形成樹脂層。作為樹脂層用的樹脂，適合使用為感光樹脂的紫外線光致抗蝕劑等。使用感光樹脂時，便可很容易通過采用例如隨后說明的雙光束干涉曝光處理形成包括具有微觀凹凸結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)6的反射-散射防止部分。較好是樹脂層用的樹脂其光透射率出色。形成樹脂層的過程中，可以將表面活性劑加入至樹脂溶液中，或者可以將兩種或以上溶劑與樹脂溶液混合，可以調(diào)節(jié)樹脂的分子量或分子量分布，或者可以將兩種或以上樹脂彼此混合。
樹脂層經(jīng)過曝光-顯影處理以便形成具有呈預(yù)定形狀的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)。
曝光-顯影處理中，可以根據(jù)目標(biāo)的樹脂圖案(A)的結(jié)構(gòu)單元，適當(dāng)改變曝光處理?xiàng)l件或顯影處理?xiàng)l件以具有預(yù)定形狀。曝光-顯影處理所用的曝光處理，舉例來說可以是形成具有所需圖案的光致掩模用于曝光的掩模曝光處理，或圖9所示的雙光束干涉曝光裝置所用并適合于形成隨后說明的樹脂圖案(B)6的雙光束干涉曝光處理。形成樹脂圖案(A)的過程中，較好是采用掩模曝光處理，這是因?yàn)闃渲瑘D案(A)的結(jié)構(gòu)單元并非如樹脂圖案(B)6的微觀凹凸結(jié)構(gòu)單元那樣小，而且可由此形成結(jié)構(gòu)單元其相對不同的形狀。
本實(shí)施例的曝光-顯影處理至少包括曝光處理和顯影處理，并包括用于形成為最終目標(biāo)的包括三維樹脂圖案(A)在內(nèi)的透鏡部分或包括三維樹脂圖案(B)的反射-散射防止部分的處理。
考慮對所獲得的光學(xué)元件所希望的用途時，樹脂圖案(A)的結(jié)構(gòu)單元較好是按短于或等于10μm、或最好是按短于或等于8μm的周期配置，并且較好是按長于或等于1μm、或最好是按長于或等于1.5μm的周期配置。
通過具有呈圓柱形狀的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)的熱流成型，來形成包括具有例如呈凸透鏡形狀的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)4的透鏡部分。透鏡部分中呈凸透鏡形狀的結(jié)構(gòu)單元按陣列周期性地配置使得其位置對應(yīng)光電轉(zhuǎn)換元件，由此在圖像傳感器中作為例如微透鏡起作用。
透鏡部分的表面經(jīng)過曝光-顯影處理以便形成包括具有按陣列使得其周期短于或等于所用光的波長范圍這樣的周期性配置的、呈預(yù)定形狀的微觀凹凸結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)6的反射-散射防止部分。這樣的包括具有特定的微觀凹凸結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)6的反射-散射防止部分可以對包括樹脂圖案(A)4在內(nèi)的透鏡部分提供出色的防反射-散射效果。
本實(shí)施例中，防反射-散射效果所包括的不僅僅是針對要防反射或要防散射的所用光完全防止其反射-散射的效果，而且是防止所用光反射-散射的效果。
曝光-顯影處理中，可以根據(jù)目標(biāo)的樹脂圖案(B)6的微觀凹凸結(jié)構(gòu)單元，適當(dāng)改變曝光處理?xiàng)l件或顯影處理?xiàng)l件以具有預(yù)定形狀。作為曝光-顯影處理的曝光處理，較好是可采用例如雙光束干涉曝光處理，這是因?yàn)榭捎纱嗽谳^寬范圍面積上同時形成精細(xì)圖案，從而在包括樹脂圖案(A)4在內(nèi)的透鏡部分其表面上形成包括具有相當(dāng)小的微觀凹凸結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)6的反射-散射防止部分時增強(qiáng)可應(yīng)用性。如同第一和第三實(shí)施例情形，可使用例如圖9所示的雙光束干涉曝光裝置用于雙光束干涉曝光處理。
雙光束干涉曝光裝置200中，其上形成有透鏡部分的光學(xué)元件本體(圖9中由基底114示出)設(shè)置于兩路光束(兩路平行光束111和113)相結(jié)合的位置。然后，使得半導(dǎo)體激光器101發(fā)出激光束102以便對光學(xué)元件本體(基底114)曝光。適當(dāng)進(jìn)行顯影處理等，以便在透鏡部分的表面上形成反射-散射防止部分。
雙光束干涉曝光處理中，舉例來說，能夠使其上形成有透鏡部分的光學(xué)元件本體(基底114)旋轉(zhuǎn)90度以便該光學(xué)元件本體分別受到多次(例如兩次)曝光，由此可適當(dāng)改變樹脂圖案(B)的凹凸的微觀結(jié)構(gòu)單元的形狀。
圖9所示的雙光束干涉曝光裝置200中，舉例來說，可以在垂直方向(圖9中箭頭所示的上下方向)上使其上形成有透鏡部分的光學(xué)元件本體(基底114)位移。通過在垂直方向上調(diào)節(jié)光學(xué)元件本體(基底114)的位置，可以任意設(shè)定微觀凹凸結(jié)構(gòu)單元的周期(上文所述的圖3和圖4中的“p”)和微觀凹凸結(jié)構(gòu)單元的凸部高度(上文所述的圖3和圖4中的“h”)。
除了雙光束干涉曝光處理以外，作為曝光-顯影處理的曝光處理也可以進(jìn)行例如掩模曝光處理。
掩模曝光處理中，舉例來說可以在透鏡部分的表面上形成所需圖案的光致掩模用于曝光。掩模曝光處理的條件可以適當(dāng)改變使得樹脂圖案(B)的微觀凹凸結(jié)構(gòu)單元具有預(yù)定形狀和所需的周期和高度。在掩模曝光處理之后，適當(dāng)進(jìn)行顯影處理等以便在透鏡部分的表面上形成包括具有呈預(yù)定形狀的微觀凹凸結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)的反射-散射防止部分。
與第一和第三實(shí)施例中樹脂圖案(B)的微觀結(jié)構(gòu)單元同樣，作為樹脂圖案(B)的微觀凹凸結(jié)構(gòu)單元，例示了圓錐形狀的結(jié)構(gòu)單元、六方錐形狀的結(jié)構(gòu)單元、例如正方錐形狀這種金字塔形狀的結(jié)構(gòu)單元、例如圓柱形狀或棱柱形狀這種柱狀的結(jié)構(gòu)單元、具有圓形翼尖的鐘形結(jié)構(gòu)單元、例如斜截錐形或斜截棱錐形這種截頭錐體形狀的結(jié)構(gòu)單元等。每一結(jié)構(gòu)單元可以不具有嚴(yán)格的幾何形狀。
本實(shí)施例中，與第一和第三實(shí)施例的樹脂圖案(B)的微觀結(jié)構(gòu)單元同樣，在透鏡部分的表面上形成的不僅可以是包括具有呈凸出形狀的微觀凹凸結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)的反射-散射防止部分，而且可以是包括具有呈采取錐形、柱形、鐘形、或截頭錐體形的內(nèi)凹形狀的微觀凹凸結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)的反射-散射防止部分。凸出形狀的微觀凹凸結(jié)構(gòu)單元和內(nèi)凹形狀的微觀凹凸結(jié)構(gòu)單元可以共存于一個樹脂圖案(B)中。當(dāng)使用其中凸出形狀的微觀凹凸結(jié)構(gòu)單元和內(nèi)凹形狀的微觀凹凸結(jié)構(gòu)單元共存的樹脂圖案(B)時，凸出部高度和內(nèi)凹部深度之和即為隨后說明的微觀凹凸結(jié)構(gòu)單元的凸部高度(h)。這樣，本實(shí)施例中微觀凹凸結(jié)構(gòu)單元的形狀沒有特別限定，只要樹脂圖案(B)具有按短于或等于所用光的波長范圍的周期配置的微觀凹凸結(jié)構(gòu)單元，并且充分提供防反射-散射效果即可。
對于樹脂圖案(B)，較好是所用光的波長(λ)和微觀凹凸結(jié)構(gòu)單元的周期(p)、微觀凹凸結(jié)構(gòu)單元的凸部高度(h)之間的關(guān)系滿足下列表達(dá)式(a)和(b)0.1λ＜p＜0.8λ (a)0.5λ＜h＜5λ(b)。
當(dāng)波長(λ)和周期(p)、高度(h)之間的關(guān)系滿足上述表達(dá)式(a)和(b)時，可以針對尤其是可見光的全部波長范圍和所用光的入射角的0至50度范圍將所用光的反射率抑制為小于或等于約1％。此外，更為理想的是波長(λ)和周期(p)、高度(h)之間的關(guān)系滿足下列表達(dá)式(a1)和(b1)0.15λ＜p＜0.75λ (a1)0.6λ＜h＜4λ (b1)。
本實(shí)施例中，當(dāng)樹脂圖案(B)具有二維配置的大量微觀凹凸結(jié)構(gòu)單元時，其周期指的是最緊密配置方向上的周期。
圖8所示的樹脂圖案(A)4的結(jié)構(gòu)單元為例如其底部為直徑約3.5μm的平整圓面、而頂部為曲率半徑約7μm的球面這種平凸透鏡形狀的結(jié)構(gòu)單元。樹脂圖案(B)6的微觀凹凸結(jié)構(gòu)單元為圖3所示其周期約為0.25μm(短于或等于可見光420至680nm波長范圍的周期)、而高度約為0.8μm的圓錐形狀，并朝向基底21表面的垂直方向這種結(jié)構(gòu)單元。圖8所示的光學(xué)元件12中，包括其中圖3所示呈圓錐形狀的微觀凹凸結(jié)構(gòu)單元按陣列周期性地配置這種樹脂圖案(B)6的反射-散射防止部分，形成于包括其中呈平凸透鏡形狀的結(jié)構(gòu)單元按陣列周期性地配置這種樹脂圖案(A)4的透鏡部分其表面上。通過在包括樹脂圖案(A)4在內(nèi)的透鏡部分其表面上形成包括具有這樣的微觀凹凸結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)6的反射-散射防止部分，可以對包括樹脂圖案(A)4在內(nèi)的透鏡部分提供出色的防反射-散射效果。
其中包括已經(jīng)具有這樣出色的防反射-散射效果的樹脂圖案(A)4的透鏡部分，作為微透鏡極其高效，不僅能夠通過增加入射光量來增強(qiáng)光學(xué)元件的靈敏度，而且可以防止諸如入射光造成的虛光或幻像這類噪聲有所增加。也可以降低光學(xué)元件12表面(透鏡部分表面)和玻璃罩內(nèi)面的散射光或再反射光引起的噪聲。因而，具有配備這樣的反射-散射防止部分的透鏡部分的光學(xué)元件12，在高靈敏度方面和針對不要的反射光或散射光引起的諸如虛光或幻像這類噪聲進(jìn)行降噪方面，完全滿足例如高清晰度圖像傳感器所要求的水平。
這樣，易于制造其中在包括基底21的光學(xué)元件本體20上包括具有呈凸透鏡形狀的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)4的透鏡部分其表面上，形成包括具有按短于或等于所用光的波長范圍的周期配置的、呈預(yù)定形狀的微觀凹凸結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)6的反射-散射防止部分這種光學(xué)元件12。
本實(shí)施例的光學(xué)元件不局限于具有圖8所示配置的光學(xué)元件12。只要包括上述光學(xué)元件本體、透鏡部分和反射-散射防止部分，可以使用任何光學(xué)元件。
本實(shí)施例的光學(xué)元件適合用作例如圖像傳感器(例如CCD或C-MOS)或液晶裝置這類包含微透鏡的光學(xué)元件。
本實(shí)施例中光學(xué)元件包括全部部件，例如在光路上配置并具有光學(xué)功能表面的透鏡元件、棱鏡元件和反光鏡元件。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、元件、和光學(xué)元件適合用于要求出色的光學(xué)功能、具體來說要求諸如高靈敏度和低噪聲這類光學(xué)功能的器件領(lǐng)域。而且，用本發(fā)明方法可以明顯增強(qiáng)這樣出色的結(jié)構(gòu)、元件、和光學(xué)元件的生產(chǎn)效率。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括在基底材料上形成并具有呈預(yù)定形狀的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)；以及在所述樹脂圖案(A)的表面上形成，并具有以短于或等于所用光的波長范圍的周期排列的、呈預(yù)定形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)。
2.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述樹脂圖案(A)的結(jié)構(gòu)單元以陣列方式周期性地排列。
3.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述樹脂圖案(A)的結(jié)構(gòu)單元以短于或等于10μm的周期排列。
4.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述樹脂圖案(A)的結(jié)構(gòu)單元具有凸透鏡形狀。
5.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述樹脂圖案(B)的微觀結(jié)構(gòu)單元是以陣列方式周期性地排列的凹凸結(jié)構(gòu)單元。
6.如權(quán)利要求5所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所用光的波長(λ)、所述凹凸結(jié)構(gòu)單元的周期(p)和所述凹凸結(jié)構(gòu)單元的凸部的高度(h)之間的關(guān)系滿足表達(dá)式(a)和(b)0.1λ＜p＜0.8λ(a)0.5λ＜h＜5λ (b)。
7.一種結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括步驟(i)和步驟(ii)(i)在基底材料上形成樹脂層，并對該樹脂層經(jīng)過曝光-顯影處理，以便形成具有呈預(yù)定形狀的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)；以及(ii)對該樹脂圖案(A)的表面經(jīng)過曝光-顯影處理，并形成具有以短于或等于所用光的波長范圍的周期排列的、呈預(yù)定形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)，其中，步驟(i)和步驟(ii)是順序進(jìn)行的。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在步驟(i)中，所述樹脂圖案(A)形成得使其結(jié)構(gòu)單元以陣列方式周期性地排列。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在步驟(i)中，所述樹脂圖案(A)形成得使其結(jié)構(gòu)單元具有凸透鏡形狀。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述樹脂圖案(A)形成得使其結(jié)構(gòu)單元通過熱流成型具有凸透鏡形狀。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在步驟(i)中，所述樹脂層由感光樹脂所形成。
12.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在步驟(ii)中，所述樹脂圖案(B)形成得使其微觀結(jié)構(gòu)單元為以陣列方式周期性地排列的凹凸結(jié)構(gòu)單元。
13.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在步驟(ii)中，所述曝光-顯影處理的曝光處理為雙光束干涉曝光處理。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述雙光束干涉曝光處理是用于將其上形成有所述樹脂圖案(A)的所述基底材料旋轉(zhuǎn)90度以使所述基底材料受到兩次曝光的處理。
15.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在步驟(ii)中，所述曝光-顯影處理的曝光處理為掩模曝光處理。
16.一種結(jié)構(gòu)復(fù)制鑄模，其特征在于，由如權(quán)利要求7所述的方法所制造的結(jié)構(gòu)通過電鑄來制造。
17.一種結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括通過使用如權(quán)利要求16所述的結(jié)構(gòu)復(fù)制鑄模來模制。
18.一種元件，其特征在于，包括包括基底的元件本體；在所述元件本體上形成并包括具有呈預(yù)定形狀的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)的部分；以及在包括所述樹脂圖案(A)的部分的表面上形成，并包括具有以短于或等于所用光的波長范圍的周期排列的、呈預(yù)定形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)的部分。
19.如權(quán)利要求18所述的元件，其特征在于，所述樹脂圖案(A)的結(jié)構(gòu)單元以陣列方式周期性地排列。
20.如權(quán)利要求18所述的元件，其特征在于，所述樹脂圖案(A)的結(jié)構(gòu)單元具有凸透鏡形狀。
21.如權(quán)利要求18所述的元件，其特征在于，所述樹脂圖案(B)的微觀結(jié)構(gòu)單元是以陣列方式周期性地排列的凹凸結(jié)構(gòu)單元。
22.如權(quán)利要求21所述的元件，其特征在于，所用光的波長(λ)、所述凹凸結(jié)構(gòu)單元的周期(p)和所述凹凸結(jié)構(gòu)單元的凸部的高度(h)之間的關(guān)系滿足表達(dá)式(a)和(b)0.1λ＜p＜0.8λ (a)0.5λ＜h＜5λ(b)。
23.一種元件的制造方法，其特征在于，包括步驟(I)和步驟(II)(I)在包括基底的元件本體上形成樹脂層，并對該樹脂層進(jìn)行曝光-顯影處理，以形成包括具有呈預(yù)定形狀的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)的部分；以及(II)對包括樹脂圖案(A)的部分的表面進(jìn)行曝光-顯影處理，并形成包括具有以短于或等于所用光的波長范圍的周期排列的、呈預(yù)定形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)的部分，其中步驟(I)和步驟(II)是順序進(jìn)行的。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，在步驟(I)中，所述樹脂圖案(A)形成得使其結(jié)構(gòu)單元以陣列方式周期性地排列。
25.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，在步驟(I)中，所述樹脂圖案(A)形成得使其結(jié)構(gòu)單元具有凸透鏡形狀。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所述樹脂圖案(A)形成得使其結(jié)構(gòu)單元通過熱流成型具有凸透鏡形狀。
27.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，在步驟(I)中，所述樹脂層由感光樹脂形成。
28.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，在步驟(II)中，所述樹脂圖案(B)形成得使其微觀結(jié)構(gòu)單元為以陣列方式周期性地排列的凹凸結(jié)構(gòu)單元。
29.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，在步驟(II)中，所述曝光-顯影處理的曝光處理為雙光束干涉曝光處理。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述雙光束干涉曝光處理是用于將其上形成有包括樹脂圖案(A)的部分的元件本體旋轉(zhuǎn)90度以該元件本體受到兩次曝光的處理。
31.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，在步驟(II)中，曝光-顯影處理的曝光處理為掩模曝光處理。
32.一種光學(xué)元件，其特征在于，包括包括基底的光學(xué)元件本體；在所述光學(xué)元件本體上形成，并包括具有以陣列方式周期性排列使得其位置對應(yīng)所述光學(xué)元件本體的光電轉(zhuǎn)換元件的、呈凸透鏡形狀的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)的透鏡部分；以及在所述透鏡部分的表面上形成，并包括具有以陣列方式周期性排列使得其周期短于或等于所用光的波長范圍的、呈預(yù)定形狀的微觀凹凸結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)的反射-散射防止部分。
33.如權(quán)利要求32所述的光學(xué)元件，其特征在于，所用光的波長(λ)、所述微觀凹凸結(jié)構(gòu)單元的周期(p)和所述微觀凹凸結(jié)構(gòu)單元的凸部的高度(h)之間的關(guān)系滿足表達(dá)式(a)和(b)0.1λ＜p＜0.8λ (a)0.5λ＜h＜5λ(b)。
34.一種光學(xué)元件的制造方法，其特征在于，包括步驟(1)和步驟(2)(1)在包括基底的光學(xué)元件本體上形成樹脂層，并對該樹脂層進(jìn)行曝光-顯影處理，以形成具有以陣列方式周期性排列使得其位置對應(yīng)所述光學(xué)元件本體的光電轉(zhuǎn)換元件的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)，然后形成透鏡部分使得所述樹脂圖案(A)的結(jié)構(gòu)單元通過熱流成型具有凸透鏡形狀；以及(2)對所述透鏡部分的表面進(jìn)行曝光-顯影處理，并形成包括具有以陣列方式周期性排列使得其周期短于或等于所用光的波長范圍的、呈預(yù)定形狀的微觀凹凸結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)的反射-散射防止部分，其中步驟(1)和步驟(2)具有順序進(jìn)行的。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，在步驟(1)中，所述樹脂層由感光樹脂形成。
36.如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，在步驟(2)中，曝光-顯影處理的曝光處理為雙光束干涉曝光處理。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，所述雙光束干涉曝光處理是用于將其上形成有透鏡部分的光學(xué)元件本體旋轉(zhuǎn)90度以使該光學(xué)元件本體受到兩次曝光的處理。
38.如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，在步驟(2)中，曝光-顯影處理的曝光處理為掩模曝光處理。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種抑制數(shù)值孔徑減小和噪聲增加的結(jié)構(gòu)、元件和光學(xué)元件及其方便、低成本、高效的制造方法。本發(fā)明涉及的結(jié)構(gòu)其中包括在基底材料(1)上形成并具有呈預(yù)定形狀的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)(3)；以及在樹脂圖案(A)(3)的表面上形成，并具有按短于或等于所用光的波長范圍的周期配置的、呈預(yù)定形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)(5)。所涉及的此結(jié)構(gòu)的制造方法，其中包含下列步驟(i)在基底材料(1)上形成樹脂層(2)，并使該樹脂層(2)經(jīng)過曝光－顯影處理，以便形成具有呈預(yù)定形狀的結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(A)(3)；以及(ii)使該樹脂圖案(A)(3)的表面經(jīng)過曝光－顯影處理，以便形成具有按短于或等于所用光的波長范圍的周期配置的、呈預(yù)定形狀的微觀結(jié)構(gòu)單元的樹脂圖案(B)(5)，其中步驟(i)和(ii)具有順序進(jìn)行的。
文檔編號G02B3/00GK1950724SQ20058001487
公開日2007年4月18日 申請日期2005年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月12日
發(fā)明者田中康弘, 梅谷誠, 山口博史, 吉川智延, 林克彥 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社