第 4 章 ：オプトジェネティクスへの応用
4.5 微細電極・マイクロレンズ集積方法
81
82
図4-7 リフロープロセスを用いたマイクロレンズ作製方法[42]
図4-8 グレイマスクを用いたマイクロレンズ作製方法[43]
83
図4-9 基板加工によるマイクロレンズ作製方法[44]
図4-10 本研究で用いる集光原理
集積要素である微細電極とマイクロレンズの集積方法検討結果について示す。集光 機構にはガラス基板を加工し作製するマイクロレンズを採用した。ガラス基板加工に おいてはフッ化水素酸 (半導体用フッ化水素酸 50%、ダイキン工業)を用いる。微細 電極材料には薬剤耐性の高さ・抵抗値の低さを理由にAuを用いる。
作製工程の概要は、まず、フッ化水素酸での影響を考慮し、マイクロレンズとなる 半球形状からチップ上に作製する手法を試みた。硫酸（EL 硫酸（96%）、関東化学）
と過酸化水素水（EL 過酸化水素水、関東化学）を 3:1の体積比で混合し 90 °Cに加 熱した硫酸過水を用い、5 min洗浄した50 mm×50 mm×0.7 mmのパイレックスガラ ス基板上に、Cr薄膜を2500 Åの膜厚でスパッタ成膜する。S1805を回転数4000 rpm、
時間30 secでスピンコートし、80 °C、5 min Soft bakeする。123.6 mJ/cm2の露光量で 露光する。2.38 wt%の水酸化テトラメチルアンモニウム（TMAH）現像液（NMD-3、
東京応化工業）に50から60 sec浸して現像する。Crエッチング液（クロムエッチン
SU-8(高屈折率) ガラス基板(低屈折率)
84
グ液 TK、林純薬工業）に30から60 sec浸し薄膜上に10 mのホールパターンを形 成する。その後、フッ化水素酸（半導体用フッ化水素酸 50%、ダイキン工業）に浸し、
時間3 minでエッチングする。表面を、90 °Cの硫酸過水を用いて5 min洗浄する。
次に、パターニングに使用したCr薄膜をCrエッチング液を用いて除去する。洗浄し たガラス基板に対しCr薄膜を目標膜厚50 nm、Au薄膜を1 mスパッタリングによ り成膜する。成膜したAu薄膜上にOligomeric Adhesion Promoter（OAP、東京応化工 業）を、回転速度 4000 rpm、回転時間 30 sec でスピンコートし、S1805 を回転速度 4000 rpm、時間30 secでスピンコートする。80 °C、5 min Soft bakeする。露光量41.2
mJ/cm2で露光し、TMAH 現像液を用いて現像する。ヨウ素ヨウ化カリウム溶液を用
いてAuをエッチングし、Crエッチング液を用いてCrをエッチングする。表面を、
硫酸過水を用いて洗浄する。
以上の作製工程で加工したマイクロレンズの画像を図 4-11(a)に示す。半球形状中 心に電極作製に利用するAu薄膜が残存している。電極作製の際、半球形状内にフォ トリソグラフィで使用するレジスト（S1805、ローム・アンド・ハース電子材料）が 他の領域より大きい厚みで堆積し、電極をパターニングする際と同等の露光量では、
くぼみに溜まったレジストを現像しきれず半球形状内のAu薄膜をエッチングしきれ なかったと考えられる。
以上の作製工程では、マイクロレンズ内にAu薄膜が残存し、レンズ機能が失われ る結果となった。そこで、電極の後にマイクロレンズを作製する方法を検討した。作 製工程の概要は、まず、洗浄したガラス基板にAu薄膜をスパッタリングにより成膜 する。次に、Au薄膜をフォトリソグラフィとエッチングにより配線形状に加工する。
次に、Cr 薄膜を配線上にスパッタリングにより成膜し、フォトリソグラフィとエッ チングによりCr薄膜上に10 mのホールパターンを作製する。フッ化水素酸による 等方エッチングによる基板加工により半球形状を作製する。123.6 mJ/cm2の露光量で 全面を感光し、TMAH現像液を用いて現像を1 min行う。パターニングに利用したCr 薄膜をエッチングにより除去する。Cr薄膜、および、Au薄膜の膜厚は、エッチング 時の保護層、および、電極層となるため、一般的な膜厚である100 nmから1 m程度 で機能に問題はなかった。工程変更を行った結果、電極間に作製された半球形状を図 4-11の(b)に示す。マイクロレンズとなる半球形状内に金属の残存は見られず、本手法 は微細電極・マイクロレンズ集積方法として妥当であるといえる。
85
(a)マイクロレンズ→電極(Au残存) (b)電極→マイクロレンズ(良好)
図4-11 異なる手順で作製したマイクロレンズの画像