蚀刻方法、有多个凹部的基板、微透镜基板、透射屏和背面投影仪 【相关申请的交叉引用】
本申请要求2003年12月26日提交的日本专利申请No.2003-435268的优先权，据此，特将其全部内容作为参考合并在此。
【技术领域】
本发明涉及一种蚀刻方法、一种具有多个凹部的基板、一种微透镜基板、一种透射屏和一种背面投影仪。
背景技术
例如，已知一种将图像投影到屏幕上的透射显示装置。在这样的透射显示装置中，液晶面板(液晶光闸)被用于产生图像。该液晶面板被构造为：具有用于控制各个像素的多个薄膜晶体管(TFTs)以及多个像素电极的液晶驱动基板(TFT基板)通过液晶层被接合到用于具有黑底、共用电极以及类似物的液晶面板的对向基板上。
由于在具有这种结构的液晶面板(TFT液晶面板)中，黑底在与用于液晶面板的对向基板的像素对应的部分之外的部分处形成，因此，在液晶面板中入射光被透射的区域受到限制。这样，入射光的透射率减小。为了增大入射光的透射率，已知一种液晶面板，其中，大量微小微透镜设置在与用于液晶面板的对向基板中的像素对应的部分处。通过用于液晶面板的对向基板透射的光被会聚到在黑底上形成的开口处，从而增加光的透射。
作为在基板上形成凹部以形成这样的微透镜的一种方法(在此称为蚀刻方法)，例如，已知一种使用掩模地方法(例如参见日本公开专利申请2000-281383)。迄今为止，对于用于这种掩模的构成材料的选择已经集中在对将要经历蚀刻处理或类似处理的基板的粘结力上。然而，在该方法中，由于用于形成具有多个开口的掩模的膜具有预定的内应力，并且形成的开口可能变形，因此，很难控制基板中的凹部(用于形成微透镜的凹部)的形状和尺寸。此外，由于这一原因，很难提高透射显示装置利用设置有微透镜显示装置的微透镜基板所获得的图像的分辨率。
【发明内容】
因此，本发明的一个目的是提供一种蚀刻方法，该方法能够容易且确定地形成各个具有期望形状和尺寸的凹部，以及提供一种通过该蚀刻方法制造的具有多个凹部的基板。
此外，本发明的另一个目的是提供一种使用具有多个凹部的基板所制造的微透镜基板、设置有所述微透镜基板的透射屏和背面投影仪。
为了实现上述目的，在本发明的一个方面中，本发明涉及一种蚀刻方法。本发明的蚀刻方法包括以下步骤：
准备基板；
在基板上形成第一和第二膜，每层膜具有预定的内应力，从而第一和第二膜的内应力互相抵消或相消减。
在第一和第二膜中形成多个初始孔，以形成掩模；和
通过利用掩模使基板经受蚀刻处理，而在基板上与多个初始孔对应的部位处形成多个凹部。
这使得有可能控制用于形成具有第一和第二膜的掩模的全部膜的内应力，并能够以高的尺寸精度形成各个具有期望形状和尺寸的初始孔。结果，能够容易和确定地控制各个凹部的形状和尺寸。此外，通过以这种方式形成(层叠)第一和第二膜，有可有提高掩模与基板的粘附力。此外，通过调节用于形成具有第一和第二膜的掩模的全部膜的内应力，有可能控制蚀刻过程中的侧向蚀刻率。因此，有可能容易地形成对应球面透镜或非球面透镜的凹部。
在本发明的蚀刻方法中，优选第一和第二膜形成步骤包括以下步骤：
在基板上形成第一膜；和
在第一膜上形成第二膜。
这使得有可能高精度地形成各个具有期望尺寸的初始孔。结果，有可能更确定地控制凹部的形状。
在本发明的蚀刻方法中，优选的是，第二膜形成步骤包括通过相对于第一膜的平均厚度调节第二膜的平均厚度来控制全部第一膜和第二膜的内应力的步骤。
这使得有可能高精度地形成各个具有期望尺寸的初始孔。结果，有可能更确定地控制凹部的形状。
在本发明的蚀刻方法中，优选的是，在第一膜的平均厚度和第二膜的平均厚度分别设定为X(nm)和Y(nm)的情况下，X和Y满足关系式：
0.01≤X/Y≤0.8。
通过满足上述关系式，能够更确定地控制用于形成具有第一和第二膜的掩模的全部膜的内应力，并能够高精度地形成各个具有期望尺寸的初始孔。
在本发明的蚀刻方法中，优选的是，在基板上仅仅形成第一膜时第一膜的内应力在-1,700到-700mPa的范围内。
这使得有可能更确定地控制用于形成具有第一和第二膜的掩模的全部膜的内应力，并能够以更高的尺寸精度形成各个具有期望形状和尺寸的初始孔。
在本发明的蚀刻方法中，优选的是，在基板上仅仅形成第二膜时第二膜的内应力在500到1500mPa的范围内。
这使得有可能更容易地抵销或减掉第一膜的内应力，并能够以高的尺寸精度形成各个具有期望尺寸的初始孔。
在本发明的蚀刻方法中，优选的是，全部第一和第二膜的内应力在-400至400mPa的范围内。
这使得有可能高精度地形成各个具有期望尺寸的凹部，结果有可能更确定地控制凹部的形状。此外，通过使用用于形成具有第一和第二膜的掩模的膜，有可能提高掩模与基板的粘附力。
在本发明的蚀刻方法中，优选的是，在掩模形成步骤中形成的掩模的平均厚度在5至500nm的范围内。
通过将掩模的平均厚度限制在上述范围内，可容易地形成初始孔，同时保持对蚀刻过程的抵抗力。结果，有可能更容易地控制初始孔的尺寸。
在本发明的蚀刻方法中，优选的是，第一膜的内应力是压应力，第二层的内应力是张应力。
这使得有可能以更高的精度形成各个具有期望尺寸的初始孔。结果，有可能更确定地控制各个凹部的形状。
在本发明的蚀刻方法中，优选的是，第一膜主要由CrO构成。
在第二膜主要由Cr构成的情况下，有可能提高第一膜与第二膜的粘附力。此外，能够提高第一膜与基板的粘附力(特别是，在基板由玻璃构成的情况下)。
在本发明的蚀刻方法中，优选的是，第二膜主要由Cr构成。
这使得更容易地抵消或减去第一膜的内应力。此外，有可能更容易地形成初始孔和提高特别是在基板经受蚀刻过程时对蚀刻过程的抵抗力。
在本发明的蚀刻方法中，优选的是，所述蚀刻方法还包括以下步骤：
在第一和第二膜形成步骤之前或之后形成第三膜，其中，在初始孔形成步骤中多个初始孔形成在第一、第二和第三膜中。
例如，在第三膜形成在第一和第二膜(即，如上所述的用于形成掩模的膜)上的情况下，能够保护第一和第二膜的表面，并提高全部第一和第二膜对蚀刻过程的抵抗力。另一方面，在第三膜形成在基板(即，在基板和用于形成掩模的膜(第一和第二膜)之间)上的情况下，当基板和用于形成掩模的膜(第一和第二膜)之间的粘附力相对较小时，通过提供第三膜能够提高用于形成掩模的膜和基板之间的粘附力。
在本发明的蚀刻方法中，优选的是，所述蚀刻包括湿蚀刻。
湿蚀刻可以用比干蚀刻更简单的设备来进行。此外，湿蚀刻可一次应用于许多基板。
在本发明的蚀刻方法中，优选的是，在凹部形成步骤中当基板经受湿蚀刻时所用的蚀刻剂主要由双氟化氢铵构成。
由于4wt％或更小的双氟化氢铵溶液(包含4wt％，即重量4％或更小的双氟化氢铵)无毒，因此，能够防止在工作中对人体和环境的影响。
在本发明的蚀刻方法中，优选的是，在凹部形成步骤中形成的凹部的直径在10到500μm的范围内。
通过将凹部的直径限制在如上所述的范围内，能够更好地对基板应用本发明的蚀刻方法。
在本发明的蚀刻方法中，优选的是，所述凹部用于制造微透镜。
在这样形成的凹部用于制造微透镜的情况下，能够更好地对基板应用本发明的蚀刻方法。
在本发明的其它方面中，本发明涉及一种具有多个凹部的基板。所述具有多个凹部的基板是用如上所述的蚀刻方法制造的。
由于使用本发明的蚀刻方法制造的具有多个凹部的基板中的每个凹部具有期望的形状和尺寸，因此能够提高使用本发明的具有多个凹部的基板所制造的微透镜基板的可靠性。
在本发明的另一个方面中，本发明涉及使用上述具有多个凹部的基板制造的微透镜基板。
这使得能够提供具有优良可靠性的微透镜基板。
在本发明的另一个方面中，本发明涉及包括如上所述的微透镜基板的透射屏。
这使得有可能提供具有优良可靠性的透射屏。
优选的是，本发明的透射屏还包括具有菲涅耳透镜的菲涅耳透镜部分，所述菲涅耳透镜部分具有发光面，所述菲涅耳透镜形成在所述发光面中，其中，透镜基板被布置在菲涅耳透镜部分的发光面一侧。
这样能够提供具有优良可靠性的透射屏。
在本发明的另一个方面中，本发明涉及一种背面投影仪。本发明的背面投影仪包括如上所述的透射屏。
这使得能够提供一种具有优良可靠性的背面投影仪。
优选的是，本发明的背面投影仪还包括：
投影光学装置；和
导光镜。
这使得能够提供一种具有优良可靠性的背面投影仪。
【附图说明】
通过结合相关附图对本发明的优选实施例所进行的以下详细的描述，本发明的前述及其他目的、特征和优点将变得更清晰。
图1是纵向剖面示意图，示出了应用本发明的蚀刻方法形成用于形成微透镜的凹部的制造过程；
图2是使用具有凹部的基板制造的微透镜基板的纵向剖面示意图；
图3是根据本发明的设置有图2所示微透镜基板的透射屏的纵向剖面示意图；
图4是根据本发明的背面投影仪的结构示意图。
【具体实施方式】
现在，将要参考附图详细说明根据本发明的蚀刻方法、具有多个凹部的基板、微透镜基板、设置有根据本发明优选实施例的微透镜基板的透射屏和背面投影仪。
以下将说明根据本发明的蚀刻方法。
图1是纵向剖面示意图，示出了应用本发明的蚀刻方法形成用于形成微透镜的凹部的制造过程。图2是使用具有凹部的基板制造的微透镜基板的纵向剖面示意图。关于这一点，下文将说明本发明的蚀刻方法用于制造带有用于形成微透镜的多个凹部的基板的情况。
首先，在制造具有凹部的基板2中，准备基板5。优选的是，具有均匀厚度并且没有弯曲和瑕疵的基板被用作基板5。此外，优选的是，具有通过清洗或类似处理被清洁的表面的基板被用作基板5。
对基板5的构成材料并没有特别限制。例如，无碱玻璃、钠钙玻璃、结晶玻璃(crystalline glass)、石英玻璃、铅玻璃、钾玻璃、硼硅酸盐玻璃等等都可以。在利用具有凹部的基板2制造微透镜的情况下，优选无碱玻璃、钠钙玻璃和结晶玻璃(例如，新陶瓷(neoceram)等等)作为基板5的构成材料。通过利用无碱玻璃、钠钙玻璃或结晶玻璃，很容易加工用于基板5的材料，并且能够获得具有希望的光学性能的带凹部的基板2。并且，由于无碱玻璃或结晶玻璃较便宜，因此从制造成本的角度看它们是有利的。尽管基板5的厚度根据诸如构成基板5的材料和其折射系数等各种条件而有所变化，但一般优选其厚度在0.3至20mm的范围内，更优选在2至8mm的范围内。通过将厚度限制在这一范围内，能够获得具有要求的光学性能并带有用于微透镜的凹部的紧凑基板2。
(膜形成步骤)
(1)如图1A所示，通过层叠第一膜61和第二膜62在准备好的基板5的表面上形成用于形成掩模的模。为了更具体地说明用于形成掩模的膜的形成步骤，膜形成步骤包括第一膜形成步骤和第二膜形成步骤，在第一膜形成步骤中第一膜61形成在基板5的表面上，在第二膜形成步骤中，第二膜62形成在第一膜61的表面上。此外，在膜形成步骤中，背面保护膜69形成在基板5的背面(即，与形成掩模6的面相对的表面侧)。不用说，用于形成掩模的膜和背面保护膜69可同时形成。
第一和第二膜61和62中的每一个具有预定的内应力，以便第一和第二膜的内应力互相抵消或相减，并且第一膜61邻接第二膜62。此外，在本实施例中，如图1A所示，第一膜61与第二膜62相比形成于基板5一侧。用于形成掩模的膜是通过以预定图案在用于形成掩模的膜中形成多个初始孔63(即，通过形成多个初始孔63的图案)而在随后将要说明的掩模形成步骤中变为掩模6的膜。
同时，已知一种在基板上形成用于形成微透镜的多个凹部的方法，其中，在基板上提供其上形成有多个初始孔的掩模，并利用在掩模中形成的多个初始孔使基板经受蚀刻过程。然而，在传统方法中，很难适当地控制所形成的凹部的形状和尺寸。本发明的发明者认为，由于设置在用于形成掩模的膜上以形成凹部的通孔(初始孔)的形状和尺寸不能被适当地控制，因而不能恰当地控制形成在基板上的凹部的形状和尺寸。
本发明的发明者坚持不懈地进行了考察并发现：通过控制用于形成掩模的全部膜的内应力可以高精度地形成各个具有期望形状和尺寸的初始孔。为了控制用于形成掩模的全部膜的内应力，用于形成掩模的膜至少由第一和第二膜构成，每层膜具有预定的内应力以便第一和第二膜的内应力互相抵消或相减，并且第一和第二膜互相邻接。此外，发明者发现，通过高精度地形成各个具有期望形状和尺寸的初始孔，能够容易和确定地控制凹部的形状和尺寸。并且，发明者发现，通过使用用于形成具有第一和第二膜的掩模的膜可提高掩模与基板的粘附力。此外，发明者发现，通过调节用于形成掩模的全部膜的内应力，能够控制在蚀刻过程中的侧向蚀刻率，结果，能够容易地形成对应球面透镜或非球面透镜的的凹部。
在本实施例中，将描述第一膜61的内应力是压应力而第二膜62的内应力是张应力的情况。关于这方面，压应力和张应力作用从而互相抵消或相减。
优选的是，在基板5上仅仅形成第一膜61时第一膜61的内应力(压应力)在-1,700到-700mPa的范围内，更优选在-1,500到-900mPa的范围内。这使得有可能更确定地控制用于形成具有第一和第二膜61和62的掩模的全部膜的内应力，并能够以较高尺寸精度形成各个具有期望形状和尺寸的初始孔63。
此外，优选的是，在基板5上仅仅形成第二膜62时第二膜62的内应力(张应力)在500到1500mPa的范围内，更优选在700到1300mPa的范围内。这使得有可能更容易地抵销或减掉第一膜61的内应力，并能够以较高尺寸精度形成各个具有期望尺寸的初始孔63。
此外，优选的是，全部第一和第二膜61和62的内应力在-400至400mPa的范围内，更优选在在-250到250mPa的范围内。这使得有可能以较高精度形成各个具有期望尺寸的凹部63，结果，有可能更确定地控制凹部630的形状。此外，通过使用用于形成具有第一和第二膜61和62的掩模的膜，有可能提高掩模6与基板5的粘附力。
关于这方面，在本说明书中提到的“内应力”是指在平玻璃基板上形成具有10cm直径的基板的情况下在室温时基板的内应力。此外，具有负值的内应力表示“压应力”，具有正值的内应力表示“张应力”。
并不特别限制构成第一膜61的材料。例如，CrO、TiO、Ta3O5、NiO、TiWO等均可。优选第一膜主要由其中的CrO构成。在第一膜61以这种方式主要由CrO构成的情况下，有可能更容易地控制用于形成掩模的全部膜的内应力。此外，能够容易地形成初始孔63，并提高在基板经受蚀刻过程时用于形成掩模的膜对蚀刻过程的抵抗力。此外，在第二膜62主要由Cr构成的情况下，有可能提高第一膜61与第二膜62的粘附力。此外，能够提高第一膜61与基板5的粘附力(特别是，在基板由玻璃构成的情况下)。
并不特别限制构成第二膜62的材料。例如，Cr、Ti、Ta、Ni、TiW等均可。优选第二膜62主要由其中的Cr构成。这使得有可能更容易地抵消或减小第一膜61的内应力。此外，能够容易地形成初始孔63，并提高特别在基板经受蚀刻过程时对蚀刻过程的抵抗力。
优选通过相对于第一膜61的平均厚度调节第二膜62的平均厚度来控制用于形成掩模的全部膜的内应力。
优选用于形成掩模的膜的平均厚度在5至500nm的范围内，更优选在50至150nm的范围内。这使得能够以较高精度形成各个具有期望尺寸的初始孔63。结果，能够更确定地控制凹部3的形状。
此外，优选的是，在第一膜的平均厚度和第二膜的平均厚度分别设定为X(nm)和Y(nm)的情况下，X和Y满足关系式：0.01≤X/Y≤0.8，更优选满足关系式0.1≤X/Y≤0.5。通过满足该关系式，能够更确定地控制用于形成具有第一和第二膜61和62的掩模的全部膜的内应力，并以较高精度形成各个具有期望尺寸的初始孔63。如果X/Y是在上述给定的下限以下，由于第二膜62的内应力大于第一膜61的内应力，因此第二膜62的内应力被保留。因此，侧向蚀刻量(在侧向方向的蚀刻)大于深度方向的蚀刻量，或者不可能获得具有平滑轮廓(清晰和平滑的形状)的各个凹部3。另一方面，如果X/Y大于上述给出的上限，由于第一膜61的内应力大于第二膜62的内应力，因此第一膜61的内应力被保留。因此，深度方向的蚀刻量大于侧向蚀刻量(在侧向方向的蚀刻)，或者不可能获得具有平滑轮廓(清晰和平滑的形状)的各个凹部3。
优选用于形成掩模的膜(即掩模6)的平均厚度在5至500nm的范围内，更优选在50至150nm的范围内。通过将掩模的平均厚度限制在上述范围内，很容易形成初始孔，并能够更容易地控制初始孔63的尺寸。另外，当形成掩模6时，能够保持对于蚀刻过程的抵抗力。
形成第一和第二膜61和62的方法并没有特别的限制。例如，蒸发方法、溅射方法、CVD方法、诸如离子镀方法之类的干镀方法、诸如电解电镀之类的湿镀方法以及无电镀敷方法都可以。形成第一膜61的方法可以不同于形成第二膜62的方法，形成第一膜61的条件可以不同于形成第二膜62的条件。
设置背面保护膜69以在随后的过程中保护基板5的背面。基板5背面的腐蚀、劣化等通过背面保护膜69被适当地防止。背面保护膜69不一定由与形成掩模的膜相同的材料构成，也可以由与形成掩模的膜相同的材料构成。在背面保护膜69由与形成掩模的膜相同的材料构成的情况下，它可以在形成用于掩模的膜的同时设置。另外，由于背面保护膜69的内应力可以相对较小，因此能够控制(防止)基板5等的变形，并以较高的精度形成各个具有期望形状和尺寸的凹部3。
除了第一和第二膜61和62之外，用于形成掩模的膜还具有第三膜。换句话说，膜形成步骤可以具有形成除了第一和第二膜61和62之外的第三膜的步骤。在这种情况下，用于形成掩模的膜变为第一、第二和第三膜61、62和63层叠在一起的膜。这样的第三膜可以设置在第二膜62上或设置在第一膜61和基板5之间(即，形成第三膜的步骤在形成第一和第二膜61和62的步骤之前或之后进行)。在第三膜形成在第二膜62上的情况下，第三膜可主要由金构成，在这种情况下，能够保护第二膜62的表面，并提高用于形成掩模的全部膜对蚀刻过程的抵抗力。另一方面，在第三膜形成在基板5(即，在基板5和第一膜61之间)上的情况下，当基板5和第一膜61之间的粘附力相对较小时，通过提供第三膜能够提高用于形成掩模的膜和基板5之间的粘附力。关于这方面，在提供第三膜的情况下，优选第三膜相对较薄。更具体而言，优选第三膜的厚度为200nm或以下。
(掩模形成步骤)
(2)接着，如图1B所示，在蚀刻过程中(后面将描述)将用作掩模开口的多个初始孔63以预定的图案形成在用于形成掩模的膜上，以形成掩模6(初始孔形成过程)。多个初始孔63以包括m列和n排的矩阵的形式排列。数字m和n分别是2或2以上的整数。
多个初始孔63可以以任何其它的方法形成，例如，它们可以通过物理方法或激光束照射方法形成。这使得能够例如以高的生产率制造具有多个凹部的基板。特别是，凹部可以相对容易地在相对较大尺寸的基板上形成。
至于形成初始孔63的物理方法，例如，喷丸、喷砂等喷射处理、蚀刻、冲压、点打印、钻孔、摩擦等均可以。在由喷射工艺形成初始孔63的情况下，即使是对于相对大面积(即，形成凹部3的区域的面积)的基板5，也能够以高效率在短时间内形成初始孔63。
此外，在由激光束辐射手段形成初始孔63的情况下，并不特别限定所使用的激光束的种类。例如，红宝石激光器、半导体激光器、YAG(钇铝石榴石)激光器、毫微微秒激光器、玻璃激光器、YVO4激光器、Ne-He(氦氖)激光器、氩激光器、二氧化碳激光器、受激准分子激光器等等都可以。此外，可以采用例如SHG(第二谐波生成)、THG(第三谐波生成)、FHG(第四谐波生成)等如上所述的各种激光的波形用于激光束照射。在用激光束辐射手段形成初始孔63的情况下，能够容易且精确地控制初始孔63的大小，相邻的初始孔63之间的距离，等等。
优选的是，初始孔63均匀地形成在掩模6的整个表面上。此外，优选初始孔63的平均直径在0.5μm至20μm的范围内，更优选在1至10μm的范围内。通过将初始孔63的平均直径限制在上述范围内，能够适当地对基板5应用本发明的蚀刻方法。
(凹部形成步骤)
(3)在掩模6如上所述形成之后，如图1C和1D所示，通过利用掩模6对基板5实施蚀刻过程，在基板5上形成大量凹部3(凹部形成步骤)。并不特别限定蚀刻方法，湿法蚀刻、干法蚀刻等都可以。在以下的说明中，将以湿法蚀刻工艺作为典型例子进行描述。
通过对被掩模6(其中形成有初始孔63)覆盖的基板5实施湿法蚀刻过程，如图1C和1D所示，从没有掩模的部位(即从初始孔63)开始腐蚀基板5，借此在基板5上形成大量凹部3。如上所述，在本实施例中，由于初始孔63以较高精度在掩模6上形成，因此能够更确定地形成各个具有期望形状和尺寸的大量凹部3。
用于蚀刻过程的蚀刻剂并没有特别限制。例如，可采用含有氢氟酸的蚀刻剂(氢氟酸基蚀刻剂)。优选的是，主要由双氟化氢铵构成的蚀刻剂被用作包含氢氟酸的蚀刻剂。由于4wt％或更小的双氟化氢铵溶液无毒，因此，能够更确定地防止在工作中对人体和环境的影响。
可对覆盖有掩模6的基板5涂敷如上所述的蚀刻剂以便基板5经受蚀刻过程。至于向基板5涂敷蚀刻剂的方法，例如，可采用将基板5浸泡在蚀刻剂中的方法、将蚀刻剂喷在基板5上的方法等类似方法。优选的是，当基板5经受蚀刻过程时蚀刻剂的温度在10至80摄氏度的范围内，更优选在20至30摄氏度的范围内。通过将蚀刻剂的温度限制在如上所述的范围内，能够适当地蚀刻基板5的表面。
此外，优选的是，基板5与蚀刻剂接触的时间，即，蚀刻时间在1至10小时的范围内，更优选在2至5小时的范围内。湿蚀刻过程允许用比干蚀刻更简单的设备来进行处理，并允许一次处理许多基板。因此，可提高具有凹部的基板的生产率，能够以较低的成本提供具有用于制造微透镜基板的凹部的基板2。在湿蚀刻之后，具有掩膜6的基板5被用纯水清洁(清洗)，然后使用氮气进行干燥(除去纯水)。
(掩模却除步骤)
(4)接下来，如图1E所示，掩模6被从基板5上去除(掩模去除过程)。此时，背面保护模69随掩模6的去除一起从基板5上去除。掩模6的去除能通过浸泡(湿蚀刻)于诸如氢氟酸和硝酸溶液等分离液体、碱性溶液来进行、或通过使用CF气体、含氯气体等气体的干蚀刻方法来进行。
作为上述处理的结果，如图1E所示，获得在基板5上具有大量凹部3的具有凹部的基板2。按照上述方法制造的具有凹部的基板2具有大量凹部3，各个凹部3具有大致相同的形状和尺寸。结果，利用具有凹部的基板2制造的微透镜基板具有高的可靠性。
当从具有凹部的基板2的顶部看时，各个凹部3的直径优选在10到500μm的范围内，更优选在30至200μm的范围内。通过将每个凹部3的直径限制在如上所述的范围内，能够更适当地对基板5应用本发明的蚀刻方法。此外，优选凹部3以相对密度形成在基板5上。更具体而言，当从具有凹部的基板2的顶部看时，优选在可用面积中被全部凹部3占据的面积相对于整个可用面积的比是90％或更多，更优选所述比例在96％或以上。
利用这样获得的具有凹部的基板2，可制造微透镜基板。例如，通过在具有凹部的所获基板2的凹部3中填充具有预定折射率的材料(特别是，折射率高于基板5的折射率)(例如，树脂(粘着)或类似物)能够制造具有作为凸透镜的多个微透镜4的微透镜基板1，如图2所示。
关于这方面，具有凹部的基板2可被直接用作微透镜基板1。在这种情况下，微透镜构造为凹透镜。此外，可在不从微透镜基板1上除去具有凹部的基板2的条件下使用微透镜基板1，或者可以从微透镜基板1上除去具有凹部的基板2。这样获得的微透镜基板1可用作例如透射屏、背面投影仪、透射显示装置的液晶光阀的构成部件。
接着，将描述具有如上所述的微透镜基板1的透射屏10。
图3是根据本发明的设置有图2所示的微透镜基板的透射屏的纵向剖面示意图。如图3所示，透射屏10设置有菲涅耳透镜部分2和如上所述的微透镜基板1。菲涅耳透镜部分2布置在用于透射屏的屏幕部件1的光入射面一侧(即，位于用于图像的光的入射侧)，已透射菲涅耳透镜部分2的光进入具有直射光控制部分1A的透镜基板中。
菲涅耳透镜部分2设置有菲涅耳透镜21，其中多个棱镜以大致同心的方式形成在菲涅耳透镜部分2的光发射面上。菲涅耳透镜部分2偏转用于从投影透镜(未示出)投影图像的光，并将与微透镜基板1的主表面的垂直方向平行的平行光La输出到微透镜基板1的光入射面一侧。
在如上所述构造的透射屏10中，从投影透镜发出的光由菲涅耳透镜部分2偏转而形成平行光La。然后，平行光La进入微透镜基板1而由微透镜基板1的每个微透镜4会聚，且会聚光被漫射，由此透射屏10的观测者(观看者)观察(观看)形成平面图像的光。
接下来，将说明使用如上所述的透射屏的背面投影仪。
图4是根据本发明的背面投影仪的结构示意图。如图4所示，背面投影仪300具有这样的结构，其中，投影光学装置310、导光镜320和透射屏10布置在壳体340内。由于背面投影仪300使用了如上所述的透射屏10作为其透射屏10，因此形成了具有高显示质量的极佳的背面投影仪。
需要注意的是，如上所述，尽管参考如附图所示的优选实施例描述了本发明的蚀刻方法、具有多个凹部的基板、微透镜基板、配备有微透镜基板的透射屏和背面投影仪，但本发明并不局限于这些实施例。例如，本发明的蚀刻方法可根据需要包括用于任意目的的任何步骤(过程)。
此外，在如上所述实施例中，描述了用于形成掩模的膜包括两层膜，即，第一膜61和第二膜62的情况，但本发明并不局限于此。例如，用于形成掩模的膜包括除第一膜61和第二膜62以外的一层或更多层膜(在例子中有第三膜)。
并且，在如上所述实施例中，描述了第一膜61设置在基板5和第二膜62之间的情况，但在本发明中，第二膜62可设置在基板5和第一膜61之间。特别是，在第二膜62设置在基板5和第一膜61之间的情况下，即，例如，由Cr构成的膜(Cr膜)形成在基板5上，由CrO构成的膜(CrO膜)形成在Cr膜上，由于Cr膜被CrO膜所覆盖，因此能够有效地防止Cr等氧化。
在如上所述的该实施例中，已经描述了在基板5的表面上形成背面保护膜69之后使基板5经受蚀刻过程的情况，但在本发明中，不一定要在基板5的表面上形成这样的背面保护膜69。此外，在如上所述的该实施例中，描述了本发明的蚀刻方法应用于形成用于形成微透镜的凹部的情况，但本发明并不限于此。例如，本发明的蚀刻方法可用于利用光刻形成音叉式晶体振荡器，其中，利用Cr-Au膜作为掩模，并利用氢氟酸基蚀刻剂作为蚀刻剂来形成晶体。
此外，在如上所述的实施例中，描述了本发明的透射屏设置有本发明的微透镜基板和菲涅耳透镜的情况，但本发明的透射屏不一定要设置菲涅耳透镜。例如，本发明的透射屏实际上可以仅仅由本发明的微透镜构成。
此外，在如上所述的本实施例中，描述了本发明的微透镜基板作为构成透射屏或背面投影仪的部件(组件)的情况，但本发明的微透镜基板的应用并不限于透射屏和背面投影仪，而是可以用于任何用途。例如，本发明的微透镜基板可以应用于透射显示装置的液晶光阀的构成材料。
例子
(例1)
按下述方式制造具有凹部的基板。
首先，准备具有1.2m×0.7m的矩形和5mm的厚度的钠钙玻璃基板。将钠钙玻璃基板(下文中简称为基板)浸泡在清洗液(10％的氢氟酸水溶液(包含小量甘油)，加热到30摄氏度)中以便被清洗，其表面被清洁。
由CrO构成的第一膜、Cr构成的第二膜和Au构成的第三膜构造的用于形成掩模的膜形成在经过该方式进行了清洁处理的基板的表面上。
以下面所述的离子镀方法形成第一膜。首先，基板被放置在离子镀设备的处理室中，接着在预热处理室的同时将处理室的内部卸压(减压)到3×10-3Pa。
随后，用于清洁的氩气被引入到处理室中以进行5分钟清洁处理。通过对基板施加350V的直流电压进行所述清洁处理。接着，氧气被引入到处理室中以使处理室内部增压至53Pa，这种状态被保持30分钟，与此同时对基板施加400V的直流电压。在这样的条件下，Cr被用作靶子，电离电压和电离电流分别被设定为30V和140A，以将它们作用于离子镀设备中的细丝并持续5分钟。结果，由CrO构成的第一膜在基板上形成。
接着，使用离子镀设备以下述方式在形成了第一膜的基板上形成由Cr构成的第二膜。首先，处理室的内部被卸压(减压)到3×10-3Pa，与此同时预热处理室。随后，氩气被引入到处理室中以使处理室内部增压至53Pa，在对基板施加400V的直流电压的同时保持这种状态。在这样的条件下，Cr被用作靶子，电离电压和电离电流分别被设定为30V和140A，以将它们作用于离子镀设备中的细丝并持续15分钟。结果，由Cr构成的第二膜形成在第一膜上。
接着，使用离子镀设备以下述方式在形成了第一膜和第二膜的基板上形成由Au构成的第三膜。首先，处理室的内部压力保持在53Pa，对基板施加400V的直流电压并持续30分钟。在这样的条件下，Au被用作靶子，电离电压和电离电流分别被设定为30V和140A，以将它们作用于离子镀设备中的细丝并持续20分钟。结果，由Cu构成的第三膜形成在第二膜上。
如上所述，用于形成包括第一、第二和第三膜的掩模的膜形成在基板上。所形成的用于形成掩模的膜的平均厚度为65nm。此外，第一膜的平均厚度与第二膜的平均厚度的比(第一膜/第二膜)为0.3。此外，用于形成掩模的全部膜的内应力为-100mPa。关于这方面，分别对应第一膜和第二膜的各个具有10cm直径的膜在如上所述的条件下分别形成在平玻璃基板上。这样，第一膜的内应力为-1200mPa，而第二膜的内应力为1000mPa。
接着，对用于形成掩模的膜进行激光加工，从而在用于形成掩模的膜的中心部分的113cm×65cm的区域中形成大量初始孔。结果，形成了掩模。关于这方面，使用YAG激光器在能量密度为1mW、光束直径为3μm并且照射时间为60×10-9秒的条件下进行激光加工。这样，在如上所述的掩模的整个区域上形成初始孔。初始孔的平均直径为5μm。这样形成的初始孔具有最小的形状和尺寸变化。
接着，对钠钙玻璃基板进行湿蚀刻过程，从而在钠钙玻璃基板上形成大量的凹部。形成的每个凹部大致具有互相相同的曲率半径(35μm)。关于这方面，包含4wt％双氟化氢铵和8wt％过氧化氢的水溶液作为蚀刻剂被用于湿蚀刻，基板浸泡时间为5小时。
接着，利用硝酸铈(III)铵(cerium(III)nitrate ammonium)和过氧化酸的混合物对基板进行蚀刻处理以除去掩模和背面保护膜。接着，用纯水清洁和用氮气干燥(除去纯水)。这样，就获得了具有凹部的晶片状基板，其中在钠钙玻璃基板上形成大量凹部。
(例2)
除了第二膜在形成第一膜之前形成以外，以与如上所述的第一例子类似的方式制造第二例子的具有凹部的基板，即，以这样的方式形成掩模，其中如上所述的第一例子中的第二膜形成在基板上，然后如上所述的第一例子中的第一膜形成在第二膜上。
(比较例1)
除了由Cr构成的膜形成在基板上作为掩模以外，以与如上所述的第一例子类似的方式制造具有凹部的基板。在这种情况下，由Cr构成的掩模以下述方式形成。
首先，已经以类似例1的方式清洁的基板被放置在离子镀设备的处理室中，接着，在对处理室预热的同时将处理室内部卸压(减压)到3×10-3Pa。
随后，用于清洁的氩气被引入到处理室中以进行5分钟清洁处理。通过对基板施加350V的直流电压进行所述清洁处理。接着，氩气被引入到处理室中以使处理室内部增压至53Pa，这种状态被保持30至60分钟，与此同时对基板施加400V的直流电压。在这样的条件下，Cr被用作靶子，电离电压和电离电流分别被设定为30V和140A，以将它们施加到离子镀设备中的细丝并持续40分钟。结果，由Cr构成的用于形成掩模的单层膜在基板上形成。这样形成的用于掩模的膜的平均厚度为75nm。此外，用于形成掩模的膜的内应力为1000mPa。
接着，在类似于如上所述的用于形成掩模的例1的条件下在用于形成掩模的膜上形成多个初始孔。关于这方面，这样形成的初始孔在尺寸和形状上具有较大的变化。
(比较例2)
除了由CrO构成的膜形成在基板上作为掩模以外，以与如上所述的第一例子类似的方式制造具有凹部的基板。在这种情况下，由CrO构成的掩模以下述方式形成。
首先，已经以类似例1的方式清洁的基板被放置在离子镀设备的处理室中，接着，在对处理室预热的同时将处理室内部卸压(减压)到3×10-3Pa。
随后，用于清洁的氩气被引入到处理室中以进行5分钟清洁处理。通过对基板施加350V的直流电压进行所述清洁处理。接着，氧气被引入到处理室中以使处理室内部增压至53Pa，这种状态被保持30至60分钟，与此同时对基板施加400V的直流电压。在这样的条件下，Cr被用作靶子，电离电压和电离电流分别被设定为30V和140A，以将它们施加到离子镀设备中的细丝并持续40分钟。结果，由Cr构成的用于形成掩模的单层膜在基板上形成。这样形成的用于形成掩模的膜的平均厚度为60nm。此外，用于形成掩模的膜的内应力为-1200mPa。
接着，在类似于如上所述的例1的条件下，在用于形成掩模的膜上形成多个初始孔以用于形成掩模。关于这方面，这样形成的初始孔在尺寸和形状上具有较大的变化。
(比较例3)
除了掩模以下述方式形成以外，以与如上所述的第一例子类似的方式制造具有凹部的基板。
首先，在已经以类似例1的方式清洁的基板上涂敷抗蚀剂介质，从而形成对应本发明的用于形成掩模的膜的单层抗蚀剂膜。随后，通过感光和显影形成大量初始孔，从而形成掩模。关于这方面，这样形成的初始孔在尺寸和形状上具有较大的变化。此外，抗蚀剂膜的平均厚度为800nm，抗蚀剂膜的内应力为800mPa.
(比较例4)
除了掩模以下述方式形成以外，以与如上所述的第一例子类似的方式制造具有凹部的基板。
首先，将已经以类似例1的方式清洁的基板放置在CVD炉中，CVD炉内的温度和压力分别设定为600摄氏度和80Pa。接着，SiH4气体以300mL/min的流速供应到CVD炉中，以通过CVD方法形成多晶硅膜，作为用于形成掩模和背面保护膜的单层膜。
随后，通过光致抗蚀剂在所形成的用于形成掩模的膜上形成具有用于微透镜的图案的抗蚀剂，接着，通过CF气体对具有用于形成掩模的膜的基板进行干蚀刻。随后，除去抗蚀剂，获得掩模，其中，在用于形成掩模的膜中形成多个初始孔。关于这方面，这样形成的初始孔在尺寸和形状上具有较大的变化。此外，用于形成掩模的膜的平均厚度为75nm，用于形成掩模的膜的内应力为-700mPa.
(评价)
在例1和例2中的每一个例子中获得的具有凹部的基板中的各个凹部的形状基本上是具有较高精度的半球形结构。另外，凹部的形状的变化较小。另一方面，在每个比较例中的具有凹部的基板中，形状精度较差，并且凹部的形状变化较大。
此外，在例1和例2中的每一个例子中获得的具有凹部的基板中的各个凹部的尺寸彼此一致。另一方面，在每个比较例中的具有凹部的基板中，凹部的尺寸的变化较大。第三比较例和第四比较例相比，比较例4中的掩模与基板的粘附性比比较例3中的掩模好。因此，在比较例4中的凹部的尺寸变化与比较例3相比较好。然而，与例1和例2中的凹部的尺寸变化相比，所述的凹部尺寸变化大于例1或例2。