JP2000066010A

JP2000066010A - 微小レンズ及び微小レンズアレイ並びにこれらの製造方法

Info

Publication number: JP2000066010A
Application number: JP10235574A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Irita; 丈司入田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-08-21
Filing date: 1998-08-21
Publication date: 2000-03-03

Abstract

(57)【要約】【課題】レンズ材料の選択の幅が広く、寸法精度が高
い微小レンズと微小レンズアレイと、これらを製造でき
る製造方法を提供する。【解決手段】微小レンズ１０を製造する工程は３つの
工程から構成される。第１工程ではシリコン基板１７の
一方の面に凹部２３を形成する。第２工程ではこの凹部
２３内に微小レンズ１０を形成する石英ガラス２５を充
填する。第３工程では凹部２３を形成した面と反対側の
他方の面に第２凹部３を形成して、微小レンズ１０を露
出させるとともに、光路溝３３を形成して、微小レンズ
１０を備えた台座３３が製造される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、微小レンズと微小レン
ズアレイ及びこれらの製造方法に関し、さらに詳細に
は、光記録や光通信等において使用される微小レンズと
微小レンズアレイ及びこれらの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光記録、光通信、ディスプレイ等の分野
において、キーとなる微小光学要素としてマイクロレン
ズが注目され、このマイクロレンズを光記録用の固体浸
レンズとして使用したり、これを多数配置してマイクロ
レンズアレイとして使用したりするものがある。

【０００３】このマイクロレンズを多数配置したマイク
ロレンズアレイは、例えば、図１０に示す方法により製
造されることがよく知られている。即ち、同図（ａ）に
示すように、レンズ材料となる石英基板８１上にフォト
レジスト８３を塗布した後に、同図（ｂ）に示すよう
に、マイクロレンズの配置図が描かれたフォトマスク８
５を用いていわゆるフォトリソグラフィーを行ない、レ
ジストをパターニングする。

【０００４】次に、同図（ｃ）に示すように、フォトレ
ジスト８３を加熱溶融してその先端部を円弧状にしてマ
イクロレンズに近似する形状にした後に、同図（ｄ）に
示すように、フォトレジスト８３と露出した石英基板面
をドライエッチングをする。ここで、石英のエツチング
速度はフォトレジスト８３のそれと比較してほぼ同じで
ある。従って、石英基板８１上に石英が上方に突出する
多数の凸部８９が形成される。

【０００５】次に、同図（ｅ）に示すように、先端部に
フォトレジスト８３を有した凸部８９をさらにドライエ
ッチングをすることで、溝８７の深さが深くなるととも
に、先端部に付着したフォトレジスト８３がエッチング
除去されて、先端部が円弧状であって筒状のマイクロレ
ンズ９１が石英基板８１上に複数形成される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、石英基
板上に形成されたマイクロレンズは、エツチング速度の
ほぼ同じなフォトレジストと石英基板から作成され、凸
部の先端に付着したフォトレジストの形状がマイクロレ
ンズの形状に大きな影響を及ぼすことから、フォトレジ
ストの形状精度が低い場合には作製されるマイクロレン
ズの形状精度も低くなる。また、基板材料がレンズ材料
になるため、レンズ材料に適し、且つフォトレジストと
基板材料のエッチング速度等を考慮すると、基板材料の
選択の幅が制限されてしまう、という問題が生じてい
た。

【０００７】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであり、レンズ材料の選択の幅が広く、寸法精度が
高い微小レンズと微小レンズアレイを提供し、且つ、こ
の微小レンズと微小レンズアレイを製造できる製造方法
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明の微小レンズと微小レンズアレイの製造方法
は、第１の材料（例えば、実施形態におけるシリコン基
板１７）からなる基板の一方の面に少なくとも１つの第
１凹部（例えば、実施形態における凹部２３）を形成す
る第１工程と、第１凹部内に微小レンズ（例えば、実施
形態における固体浸レンズ１１,１３）を形成する第２
の材料（例えば、実施形態における石英ガラス２５,チ
タン酸ストロンチウム４１）を充填する第２工程と、第
１凹部を形成した面と反対側の他方の面に第２凹部を形
成して、微小レンズを露出させる第３工程とを有する。
即ち、微小レンズ等の製造方法は、基板に第１凹部を形
成し、この第１凹部に微小レンズを形成する第２の材料
を充填した後に、第１凹部を形成した面と反対側の他方
の面に第２凹部を形成して微小レンズを露出させること
で、基板に微小レンズ又は微小レンズアレイを製造する
ことができる。各製造工程において、半導体集積回路の
製造技術を応用することで、大きさが極めて小さく、且
つ寸法精度の高い微小レンズ又は微小レンズアレイを製
造することができる。

【０００９】第１工程はエッチングにより第１凹部を形
成することが好ましい。エッチングにより、基板に寸法
精度の高い第１凹部を形成することができる。エッチン
グは等方的なエッチングが好ましく、例えば、フッ酸-
硝酸系のエッチング液を例示することができる。

【００１０】また、第１工程は、基板の一方の面上に耐
エッチング性を有する第１の膜（例えば、実施形態にお
けるクロム膜１９）を形成する膜形成工程と、第１の膜
に開口部を形成して基板の一方の面を露出させる基板第
１露出工程と、開口部から基板を等方的にエッチングし
て微小レンズの型枠を形成するレンズ型枠形成工程と、
基板上に形成された第１の膜を除去する膜除去工程とか
ら構成してもよい。基板上に第１の膜を形成し、この第
１の膜の所定に位置に開口部を形成し、この開口部を介
して露出した基板を等方的にエッチングをすることで、
基板に寸法精度の極めて高い半球上の第１凹部を形成す
ることができる。耐エッチング性を有する第１の膜は基
盤の一方の面の他に、他方の面にも形成してもよい。開
口部は基板を露出させるとともに、第１凹部の形状精度
に大きな影響を及ぼすので、第１凹部の形状精度に対応
させて開口部の形状精度を定めることが好ましい。

【００１１】第２工程は、第１凹部内に第２の材料を充
填する充填工程と、基板の一方の面上に付着した第２の
材料を除去する第２材料除去工程とを有することが好ま
しい。第２の材料は少なくとも第１凹部内に密に充填さ
れていればよく、この第２の材料が第１凹部周辺の基板
の一方の面に付着していてもよい。第２材料除去工程で
除去される第２の材料は第１凹部内に充填された第２の
材料を除いた基板の一方の面上に付着したもののみをい
う。

【００１２】また、第３工程は、耐エッチング性を有す
る第２の膜（例えば、実施形態における窒化珪素膜２
７）を基板の両面に形成する第２膜形成工程と、基板を
境にしてこの基板の一方の面に形成された第１凹部に対
向する基板の他方の面の周辺に付着した第２の膜を除去
して開口部を形成し、この開口部を介して基板が露出す
る基板第２露出工程と、この開口部から基板をエッチン
グして第２凹部を形成し、この第２凹部の端部に微小レ
ンズを露出させるレンズ露出工程と、微小レンズが形成
された側の基板の一方の面に付着した第２の膜を除去す
る第２膜除去工程とを有することが好ましい。

【００１３】基板第２露出工程で形成される開口部は基
板を介して第１凹部に対向する位置に設けられており、
この開口部と第２凹部を通過する光が微小レンズに到達
するので、開口部の形状は光が通過できる形状であるこ
とが好ましい。開口部の形状は、例えば、矩形状を例示
することができる。レンズ露出工程で露出する微小レン
ズの範囲は、微小レンズに光が入射する位置よりも外側
であることが好ましい。第２膜除去工程で第２の膜を除
去することで、微小レンズを開口させることができる。
除去される第２の膜は基板の一方の面上に付着したもの
のみならず、微小レンズの端部に付着した第２の膜も含
まれる。第２膜除去工程で第２の膜を除去すると、微小
レンズの端部の面と基板の一方の面が同一面になること
が好ましい。

【００１４】レンズ露出工程において基板をエッチング
して形成された第２凹部は、微小レンズから基板の他方
の面に進むにしたがって開口面積が漸次大きくなること
が好ましい。第２凹部は微小レンズに入射する光の光路
になるので、微小レンズから基板の他方の面に進むにし
たがって開口面積を漸次大きくすることで、光の遮断を
防止することができる。

【００１５】第１工程において、基板第１露出工程とレ
ンズ型枠形成工程との間に、開口部から基板をエッチン
グして有底筒状の第３凹部を形成する第３凹部形成工程
を設けることが好ましい。基板に有底筒状の第３凹部を
形成し、この第３凹部から等方的にエッチングをするこ
とで、円柱上の微小レンズの型枠を形成することができ
る。

【００１６】第２工程において、充填工程の前に第１凹
部の内面に保護膜（例えば、実施形態における窒化珪素
膜４５）を形成する保護膜形成工程と、この保護膜形成
工程により形成された保護膜の内面に光の反射を防止す
る無反射膜（例えば、実施形態における誘電体膜４７）
を形成する無反射膜形成工程とを設けることが好まし
い。保護膜はレンズ露出工程において、レンズ若しくは
無反射膜がエッチングにより除去されないようにするた
めの機能を有する。無反射膜は少なくとも光が微小レン
ズに入射する範囲に形成されていればよい。

【００１７】第１の材料はダイヤモンド型結晶構造をな
す半導体であることが好ましく、例えば、シリコン、ゲ
ルマニウム、ダイヤモンド、スズ等を例示することがで
きる。

【００１８】第１の材料に用いられる基板は＜１００＞
又は＜１１０＞方向を表面・面方位としダイヤモンド型
結晶構造をなす半導体基板上に形成されることが好まし
い。これは、第１の材料に溶液による異方性のエッチン
グをする際に、エッチングの方向を特定することが容易
だからである。

【００１９】第２の材料は、波長が０.３５〜０.７０μ
ｍの少なくとも一部分の波長範囲の光に対する屈折率が
２.０以上であることが好ましい。これは、一般的に、
光学系により形成される集光スポット径φは、φ＝λ／
（ｎ・ｓｉｎθ）となる。（ここで、λは光の波長、ｎ
はレンズの屈折率、θは入射角と規定される。）従っ
て、屈折率の大きな材料を使用して微小レンズを作り固
体浸レンズとして用いれば、集光スポット径をより一層
小さくすることができるからである。

【００２０】また、第２の材料は、ガラス、チタン酸ス
トロンチウム、ダイヤモンド、シリコンカーバイド、ガ
リウム燐、硫化砒素、ニオブ酸リチウム、酸化ジルコニ
ウム、窒化シリコンのいずれかであることが好ましい。
これらの材料をレンズ材料として用い、固体浸レンズと
して使用することで、集光スポット径をより一層小さく
することができる。

【００２１】本発明の製造方法により製造される微小レ
ンズは、半球状であり一方に平面部を有し他方に球面部
を有することが好ましい。球面部の外側から光を入射さ
せることで、平面部近傍に集光された集光スポットを形
成することができる。また、この微小レンズを複数有し
て、微小レンズアレイを形成してもよい。微小レンズア
レイは隣接する微小レンズとの間に所定の間隙を有して
配設したものを例示することができる。

【００２２】本発明の製造方法により製造される微小レ
ンズは、筒状であり、その一方に平面部を有し他方に球
面部を有することが好ましい。球面部の外側から光を入
射させることで、平面部近傍に集光されたより明るい集
光スポットを形成することができる。また、この微小レ
ンズを複数有して、微小レンズアレイを形成してもよ
い。微小レンズアレイは隣接する微小レンズとの間に所
定の間隙を有して配設したものを例示することができ
る。

【００２３】本発明の製造方法により製造される微小レ
ンズは、その少なくとも球面部の表面に無反射膜を形成
することが好ましい。無反射膜を球面部の表面に形成す
ることで、球面部に入射する光量を増加させて照射体に
照射される集光スポットの明るさを向上させることがで
きる。また、無反射膜上に保護膜を積層することが好ま
しい。保護膜を設けることで、無反射膜がエッチングに
より除去されることを防止できる。

【００２４】無反射膜又はこれと保護膜を有した微小レ
ンズを複数有することで、微小レンズアレイを形成して
もよい。微小レンズアレイは隣接する微小レンズとの間
に所定の間隙を有して配設したものを例示することがで
きる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を図１から図９に基づいて説明する。本実施の形態は
光情報記録、再生の際に使用される固体浸レンズと、デ
ィスプレイ装置や光交換器等に使用されるマイクロレン
ズアレイ及びこれらの製造方法の態様を示す。

【００２６】

【第１の実施の形態】本発明の第１の実施の形態を図１
から図５に基づいて説明する。最初に、本発明の微小レ
ンズと微小レンズアレイの製造方法を説明する前に、製
造方法により製造される微小レンズを備えた台座を説明
する。図１は台座を示し、同図（ａ）は正面図を示し、
同図（ｂ）は平面図を示す。同図（ａ）,（ｂ）に示す
ように、台座１はシリコン製で直方体状である。同図
（ａ）に示すように、台座１の中央部には台座の上部か
ら底部に進むにしたがって開口面積が漸次大きくなるテ
ーパ状の第２凹部３が形成されている。この第２凹部３
は、その上部に方形状の天板部５と、この天板部５の周
縁から下方に延出する側壁部７とを有している。天板部
５の中央部には円弧状の孔（第１凹部）９が形成され、
この孔９に半球状の微小レンズ１０が設けられている。
微小レンズ１０の下部の球面部１０ａはその先端が露出
し、第２凹部３内に突出している。

【００２７】図２は微小レンズ１０を固体浸レンズとし
て使用する場合の固体浸レンズを示し、同図（ａ）は正
面図を示し、同図（ｂ）は平面図を示す。同図（ａ）,
（ｂ）に示すように、固体浸レンズ１１は石英ガラス製
であって半球状であり、その下面は球面状の球面部１１
ａと、その上部に平らな平面を有する平面部１１ｂとを
有している。固体浸レンズ１１の下方から入射する光は
球面部１１ａを経由して平面部１１ｂの中心０の近傍に
集光され、平面部１１ｂの上方近傍に配置される光記録
媒体（図示せず）上に極めて小さい集光スポットを形成
する。尚、本実施の形態では、平面部１１ｂを上方に向
く方向に配置したが、平面部１１ｂを下方に向く方向に
配置してもよい。

【００２８】また、図３は他の微小レンズを固体浸レン
ズとして使用する場合の固体浸レンズを示し、同図
（ａ）は正面図を示し、同図（ｂ）は平面図を示す。同
図（ａ）,（ｂ）に示すように、この固体浸レンズ１３
は石英ガラス製であって円柱状であり、その上部は円柱
状をなす筒状本体１３ａを有し、この筒状本体１３ａの
下部には下方に突出する半球状の球面部１３ｂを有して
いる。筒状本体１３ａの上面は平面部１３ｃを形成して
いる。

【００２９】次に、本発明の微小レンズの製造方法を図
４,図５を使用して説明する。図４において、左側の図
はシリコン基板１７の縦断面図を示し、右側の図はシリ
コン基板１７の平面図を示し、また、図５において、左
側の図はシリコン基板１７の縦断面図を示し、中央の図
はシリコン基板１７の平面図を示し、右側の図はシリコ
ン基板１７の裏面図を示す。微小レンズの製造方法は、
シリコン基板１７の一方の面に凹部を形成する第１工程
と、この凹部内に微小レンズを形成する石英を充填する
第２工程と、凹部を形成したシリコン基板１７の面と反
対側の他方の面に凹部を形成して、微小レンズを露出さ
せる第３工程とから構成されている。

【００３０】最初に、第１工程を説明する。第１工程
は、図４（ａ）に示すように、＜１００＞方向を表面・
面方位とするシリコン基板（基板）１７の上面にクロム
膜（第１の膜）１９を蒸着し（膜形成工程）、フォトリ
ソグラフィーとエッチング法によりこのクロム膜１９の
中央部に円形の開口部２１を形成し、この開口部２１を
介してシリコン基板１７の表面を露出させる（基板第１
露出工程）。

【００３１】次に、同図（ｂ）に示すように、フッ酸-
硝酸系のエッチング液にクロム膜１９が蒸着したシリコ
ン基板１７を浸す。フッ酸-硝酸系のエッチング液は開
口部２１を経由して露出したシリコン基板１７に接触
し、このシリコン基板１７の上面を等方的にエッチング
して半球状の凹部（第１凹部）２３を形成する（レンズ
型枠形成工程）。このとき、クロム膜１９は耐エッチン
グ性を有するのでエッチングされない。従って、凹部２
３の上部には凹部２３の中心側に突出するクロム膜２３
が環状に張り出す。ここで、クロム膜１９に形成された
開口部２１を真円に極めて近くし、且つフッ酸-硝酸系
のエッチング液の組成と温度を適宜に調整することで、
凹部２３の形状精度を極めて高い精度（真球度０.２μ
ｍ）にすることができる。尚、レンズ型枠形成工程の
際、クロム膜１９をシリコン基板１７の底面に形成して
おいてもよい。次に、同図（ｃ）に示すように、シリコ
ン基板１７の上部に蒸着したクロム膜１９を除去する
（膜除去工程）。即ち、第１工程は、膜形成工程と基板
第１露出工程とレンズ型枠形成工程と膜除去工程とから
構成されている。

【００３２】次に、第２工程を説明する。第２工程は、
同図（ｄ）に示すように、シリコン基板１７上にレンズ
材料になる石英ガラス２５を供給し、この石英ガラス２
５が凹部２３に充填されるまでキャスティングにより付
着させる（充填工程）。或いは、コーニング社の７０５
９-Ｇｌａｓｓ等をスパッタリング法によりシリコン基
板１７に成膜し凹部２３に充填してもよい。次に、同図
（ｅ）に示すように、ポリッシング等により、シリコン
基板１７上に付着した石英ガラス２５を除去して、シリ
コン基板１７の上面と凹部２３内に充填された石英ガラ
ス２５の上面を同一面にして、シリコン基板１７の上面
を平坦にする（第２材料除去工程）。即ち、第２工程
は、充填工程と第２材料除去工程とから構成されてい
る。

【００３３】次に、第３工程を説明する。第３工程は、
同図（ｆ）に示すように、シリコン基板１７の上下両面
に、減圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ法）により窒化珪
素膜（第２の膜）２７を成膜する（第２膜形成工程）。
尚、この窒化珪素膜２７はスパッタリング法により成膜
してもよい。次に、凹部２３の下方であってシリコン基
板１７の下方の面に成膜された窒化珪素膜２７をフォト
リソグラフィーとＲＩＥ（反応性イオンエッチング）に
より除去して、矩形状の開口部２９を形成し、シリコン
基板１７を露出させる（基板第２露出工程）。

【００３４】次に、同図（ｇ）に示すように、シリコン
基板１７を、水酸化カリウム(ＫＯＨ)水溶液中に浸し
て、異方性ウェットエッチングを行なう。即ち、水酸化
カリウム水溶液が開口部２９から露出したシリコン基板
１７の下面に接触した後に、シリコン基板１７の下面か
らのなす角度θ（５４.７°）を有するエッチングファ
セット面３１を形成しながら上方へと異方性エッチング
を進行させる。ここで、石英はシリコンに比べてエッチ
ング速度が極めて遅いので、シリコン基板１７はエッチ
ングされても石英は殆どエッチングされない。このた
め、シリコン基板１７はエッチングされるが微小レンズ
１０はエッチングされないので、微小レンズ１０の球面
部１０ａの先端部が露出する（レンズ露出工程）。そし
て、球面部１０ａの先端部が露出したときに、シリコン
基板１７を水酸化カリウム水溶液から取り出し純水で洗
浄することによりエッチングは終了し、エッチングファ
セット面３１の内側の空間は、微小レンズ１０の球面部
１０ａの先端部からシリコン基板１７の下方の面に進む
にしたがって開口面積が漸次大きくなる光路溝３３が形
成される。尚、ウェットエッチングを行なう際に、水酸
化カリウム水溶液を使用するが、この代わりにテトラ・
メチル・アンモニウム・ハイドロイドオキサイド（ＴＭ
ＡＨ）やエチレン・ジアミン・ピロカテコール（ＥＤ
Ｐ）溶液を使用してもよい。

【００３５】次に、同図（ｈ）に示すように、微小レン
ズ１０の平面部１０ｂに付着した窒化珪素膜２７をＲＩ
Ｅによるエッチング又はポリッシングにより除去する
（第２膜除去工程）。従って、微小レンズ１０の平面部
１０ｂが露出することで、光路を確保することができる
とともに、シリコンの台座１を備えた微小レンズ１０が
完成する。即ち、第３工程は、第２膜形成工程と基板第
２露出工程とレンズ露出工程と第２膜除去工程とから構
成されている。

【００３６】本実施の形態では、シリコン基板１７に凹
部２３を１つ形成したが、複数の凹部２３を互いに所定
の離間寸法を有した位置に形成することで、シリコンの
台座１に複数の微小レンズ１０を備えた微小レンズアレ
イを製造することができる。尚、微小レンズアレイの製
造方法は、前述した微小レンズ１０の製造方法に準じる
ので、その説明は省略する。

【００３７】また、微小レンズ１０は石英ガラス２５か
ら形成したが、石英ガラス２５の屈折率ｎは波長が０.
３５〜０.７０μｍの光に対してｎ＝１.５程度である。
この微小レンズ１０を固体浸レンズとして動作させた場
合、集光スポット径φは、前述した通り、φ＝λ／（ｎ
・ｓｉｎθ）となる。従って、表１に示す屈折率ｎの高
い材料を用いて微小レンズを作製し、固体浸レンズとし
て作動させるならば、ガラスを材料とする場合より、さ
らに小さい集光スポットを得ることができる。

【００３８】

【表１】レンズ材料屈折率（波長６５０ｎｍ近傍の光に対する） ──────────────────────────────────── チタン酸ストロンチウム（SrTiO3）２.４シリコンカーバイド（SiC）２.６ダイヤモンド２.４１ルチル２.６ガリウム燐３.３硫化亜鉛２.３７硫化砒素２.５ニオブ酸レチウム２.２８酸化ジルコニウム２.２窒化シリコン２.０１

【００３９】

【第２の実施の形態】次に、第２の実施の形態を図６と
図７を使用して説明する。第２の実施の形態は作製され
るレンズは先端部に球面部１３ｂを有する筒状の固体浸
レンズ１３である。第２の実施の形態では、第１の実施
の形態との相違点を主に説明し、同一態様部分について
は、同一符号を付してその説明を簡略する。ここで、図
６において、左側の図はシリコン基板１７の縦断面図を
示し、右側の図はシリコン基板１７の平面図を示し、図
７において、左側の図はシリコン基板１７の縦断面図を
示し、中央の図はシリコン基板１７の平面図を示し、右
側の図はシリコン基板１７の裏面図を示す。

【００４０】図６（ａ）に示すように、シリコン基板１
７に蒸着されたクロム膜１９に形成された開口部２１を
介して露出したシリコン基板１７の上面に、低温ドライ
エッチング法により垂直下方にエッチングして有底筒状
の凹部（第３凹部）３７を形成する。次に、同図（ｂ）
に示すように、フッ酸-硝酸系のエッチング液にクロム
膜１９が蒸着したシリコン基板１７を浸す。フッ酸-硝
酸系のエッチング液が開口部２１を経由して露出したシ
リコン基板１７に接触し、このシリコン基板１７をその
上面より等方的にエッチングして、先端部に球面部１３
ｂを有する筒状の凹部３９を形成する（レンズ型枠形成
工程）。尚、レンズ型枠形成工程の際、クロム膜１９を
シリコン基板１７の裏面に形成してもよい。

【００４１】次に、同図（ｃ）に示すように、クロム膜
１９を除去した後に、同図（ｄ）に示すように、金属ア
ルコキシドの加水分解を利用したソル-ゲル法により、
レンズ材料になるチタン酸ストロンチウム（SrTiO3）４
１が凹部３９に充填されるまで、チタン酸ストロンチウ
ム（SrTiO3）４１を凹部３９に付着させる（充填工
程）。凹部３９にチタン酸ストロンチウム４１を充填す
る方法は、ソル-ゲル法に限らず、スパッタリング法に
よる成膜を使用してもよい。レンズ材料にチタン酸スト
ロンチウム４１を使用することで、その屈折率がガラス
に比べて大きいので、ガラス製の固体浸レンズとして用
いた場合と比較して、集光スポット径をより一層小さく
することができる。

【００４２】次に、図７（ｅ）に示す第２工程の第２材
料除去工程、同図（ｆ）から同図（ｈ）に示す第３工程
の第２膜形成工程,基板第２露出工程,レンズ露出工程,
第２膜除去工程を経て、先端部に球面部１３ａを有する
筒状の固体浸レンズ１３を備えた台座１が作製される。

【００４３】

【第３の実施の形態】次に、第３の実施の形態を図８と
図９を使用して説明する。第３の実施の形態は作製され
るレンズが先端部に球面部１３ａを有する筒状の固体浸
レンズ１３であって、この固体浸レンズ１３の表面に無
反射膜を形成したものである。第３の実施の形態では、
第２の実施の形態との相違点を主に説明し、同一態様部
分については、同一符号を付してその説明を簡略する。
ここで、図８において、左側の図はシリコン基板１７の
縦断面図を示し、右側の図はシリコン基板１７の平面図
を示し、図９において、左側の図はシリコン基板１７の
縦断面図を示し、中央の図はシリコン基板１７の平面図
を示し、右側の図はシリコン基板１７の底面図を示す。

【００４４】図８（ａ）から（ｃ）の製造工程により形
成された筒状の凹部３９を有する側のシリコン基板１７
上には、図８（ｄ）に示すように、化学気相成長法（Ｃ
ＶＤ法）又はスパッタリング法により窒化珪素膜４５が
成膜された後に、固体浸レンズ１３に入射する光の反射
を防止するための無反射コート膜となる誘電体膜（MgF
2）４７をこの窒化珪素膜４５上に蒸着により成膜す
る。窒化珪素膜４５は、第３工程のレンズ露出工程で光
路溝３３となる第２凹部３を形成する際にエッチングに
より誘電体膜４７がエッチングされないようにする保護
膜としての機能を有する。次に、レンズ材料になるチタ
ン酸ストロンチウム（SrTiO3）４１が凹部３９に充填さ
れるまで、チタン酸ストロンチウム４１を誘電体膜４７
の内側に付着させる（充填工程）。

【００４５】次に、図９（ｅ）に示す第２工程の第２材
料除去工程、同図（ｆ）から同図（ｈ）に示す第３工程
の第２膜形成工程,基板第２露出工程,レンズ露出工程,
第２膜除去工程を経て、先端部に球面部１３ｂを有する
筒状の固体浸レンズ１３の表面に無反射コート膜となる
誘電体膜４７を形成することができる。従って、固体浸
レンズ１３に入射する光の反射を防止して、集光スポッ
トに収束される光束の照度を増加させることができる。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第１の材料からなる基板の一方の面に少なくとも１つの
第１凹部を形成する第１工程と、第１凹部内に微小レン
ズを形成する第２の材料を充填する第２工程と、第１凹
部を形成した面と反対側の他方の面に第２凹部を形成し
て、微小レンズを露出させる第３工程とを有すること
で、基板に大きさが極めて小さく、且つ寸法精度の高い
微小レンズ又は微小レンズアレイを製造することができ
る。

【００４７】また、エッチングにより第１凹部を形成す
る場合には、基板に寸法精度の高い第１凹部を形成する
ことができる。

【００４８】また、第１工程は、基板の一方の面上に耐
エッチング性を有する第１の膜を形成する膜形成工程
と、第１の膜に開口部を形成して基板の一方の面を露出
させる基板第１露出工程と、開口部から基板を等方的に
エッチングして微小レンズの型枠を形成するレンズ型枠
形成工程と、基板上に形成された第１の膜を除去する膜
除去工程とから構成する場合には、基板上に第１の膜を
形成し、この第１の膜の所定に位置に開口部を形成し、
この開口部を介して露出した基板を等方的にエッチング
をすることで、基板に寸法精度の極めて高い半球上の第
１凹部を形成することができる。

【００４９】さらに、第２工程は、第１凹部内に第２の
材料を充填する充填工程と、基板の一方の面上に付着し
た第２の材料を除去する第２材料除去工程とを有する場
合には、第１凹部の形状を有した微小レンズを形成する
ことができる。

【００５０】また、第３工程は、耐エッチング性を有す
る第２の膜を基板の両面に形成する第２膜形成工程と、
基板を境にしてこの基板の一方の面に形成された第１凹
部に対向する基板の他方の面の周辺に付着した第２の膜
を除去して開口部を形成し、この開口部を介して基板が
露出する基板第２露出工程と、この開口部から基板をエ
ッチングして第２凹部を形成し、この第２凹部の端部に
微小レンズを露出させるレンズ露出工程と、微小レンズ
が形成された側の基板の一方の面に付着した第２の膜を
除去する第２膜除去工程とを有する場合には、微小レン
ズの両端を開口させた基板付きの微小レンズを製造でき
る。

【００５１】また、第２凹部は、微小レンズから基板の
他方の面に進むにしたがって開口面積を漸次大きくする
場合には、第２凹部は微小レンズに入射する光の光路に
なるので、光の遮断を防止できる。

【００５２】さらに、第１工程において、基板第１露出
工程とレンズ型枠形成工程との間に、開口部から基板を
エッチングして有底筒状の第３凹部を形成する第３凹部
形成工程を設ける場合には、基盤に有底筒状の第３凹部
を形成し、この第３凹部から等方的にエッチングをする
ことで、円筒状の微小レンズの型枠を形成することがで
きる。

【００５３】また、第２工程において、充填工程の前に
第１凹部の内面に保護膜を形成する保護膜形成工程と、
この保護膜形成工程により形成された保護膜の内面に光
の反射を防止する無反射膜を形成する無反射膜形成工程
とを設ける場合には、レンズ露出工程において、保護膜
により無反射膜のエッチングを防止できる。

【００５４】また、第１の材料をダイヤモンド型結晶構
造をなす半導体にする場合には、半導体集積回路の製造
技術を利用することができ、大きさが小さく、寸法精度
の極めて高い微小レンズ等を製造することができる。

【００５５】さらに、第１の材料をシリコン、ゲルマニ
ウム、ダイヤモンド、スズのいずれかを使用する場合に
は、大きさが小さく、寸法精度の極めて高い微小レンズ
等を製造することができる。

【００５６】また、第１の材料に形成される第１の材料
に用いられる基板は、＜１００＞又は＜１１０＞方向を
表面・面方位としダイヤモンド型結晶構造をなす半導体
上に形成される場合には、第１の材料に異方性のエッチ
ングをする際に、エッチングの方向を特定することが容
易に行なえる。

【００５７】また、第２の材料は、波長が０.３５〜０.
７０μｍの少なくとも一部分の波長範囲の光に対する屈
折率が２.０以上である場合には、微小レンズを固体浸
レンズとして用いたときに集光スポットの大きさをより
小さくすることができる。

【００５８】さらに、第２の材料は、ガラス、チタン酸
ストロンチウム、ダイヤモンド、シリコンカーバイド、
ガリウム燐、硫化砒素、ニオブ酸リチウム、酸化ジルコ
ニウム、窒化シリコンのいずれかである場合には、微小
レンズを固体浸レンズとして用いたときに集光スポット
の大きさをより小さくすることができる。

【００５９】また、本発明の製造方法により製造される
微小レンズは、半球状であり一方に平面部を有し他方に
球面部を有する場合には、球面部の外側から光を入射さ
せて、平面部近傍に径の小さい集光スポットを形成する
ことができる。

【００６０】また、本発明の製造方法により製造される
半球状の微小レンズを複数有する場合には、微小レンズ
アレイを形成することができる。

【００６１】さらに、本発明の製造方法により製造され
る微小レンズは、筒状であり、その一方に平面部を有し
他方に球面部を有する場合には、球面部の外側から光を
入射させて、平面部近傍により明るい集光スポットを形
成することができる。

【００６２】また、本発明の製造方法により製造される
筒状の微小レンズを複数有する場合には、微小レンズア
レイを形成することができる。

【００６３】また、本発明の製造方法により製造される
微小レンズは、その少なくとも球面部の表面に無反射膜
を形成する場合には、球面部に入射する光量を増加させ
て照射体に照射される集光スポットの明るさを向上させ
ることができる。

【００６４】さらに、無反射膜上に保護膜を積層する場
合には、無反射膜がエッチングにより除去されることを
防止できる。

【００６５】また、無反射膜又はこれと保護膜を有した
微小レンズを複数有する場合には、微小レンズアレイを
形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の実施の形態の微小レンズの
製造方法により製造される微小レンズ付の台座を示し、
同図（ａ）は台座の正面図を示し、同図（ｂ）は台座の
平面図を示す。

【図２】本発明に係る第１の実施の形態の微小レンズの
製造方法により製造される半球状の固体浸レンズを示
し、同図（ａ）は固体浸レンズの正面図を示し、同図
（ｂ）は固体浸レンズの平面図を示す。

【図３】本発明に係る第１の実施の形態の微小レンズの
製造方法により製造される筒状の固体浸レンズを示し、
同図（ａ）は固体浸レンズの正面図を示し、同図（ｂ）
は固体浸レンズの平面図を示す。

【図４】本発明に係る第１の実施の形態の微小レンズの
製造方法を示す。

【図５】本発明に係る第１の実施の形態の微小レンズの
製造方法を示す。

【図６】本発明に係る第２の実施の形態の微小レンズの
製造方法を示す。

【図７】本発明に係る第２の実施の形態の微小レンズの
製造方法を示す。

【図８】本発明に係る第３の実施の形態の微小レンズの
製造方法を示す。

【図９】本発明に係る第３の実施の形態の微小レンズの
製造方法を示す。

【図１０】従来技術における微小レンズアレイの製造方
法を示す。

【符号の説明】

３第２凹部１０微小レンズ１１,１３固体浸レンズ（微小レンズ）１０ａ,１１ａ,１３ｂ球面部１０ｂ,１１ｂ,１３ｃ平面部１７シリコン基板（第１の材料,基板）１９クロム膜（第１の膜）２１,２９開口部２３凹部（第１凹部,型枠）２５石英ガラス（第２の材料）２７,４５窒化珪素膜（第２の膜,保護膜）３３光路溝３７凹部（第３凹部）４１チタン酸ストロンチウム（第２の材料）４７誘電体膜（無反射膜）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の材料からなる基板の一方の面に少
なくとも１つの第１凹部を形成する第１工程と、前記第１凹部内に微小レンズを形成する第２の材料を充
填する第２工程と、前記第１凹部を形成した面と反対側の他方の面に第２凹
部を形成して、前記微小レンズを露出させる第３工程と
を有することを特徴とする微小レンズと微小レンズアレ
イの製造方法。
【請求項２】前記第１工程はエッチングにより前記第
１凹部を形成することを特徴とする請求項１記載の微小
レンズと微小レンズアレイの製造方法。
【請求項３】前記第１工程は、前記基板の一方の面上
に耐エッチング性を有する第１の膜を形成する膜形成工
程と、前記第１の膜に開口部を形成して前記基板の一方
の面を露出させる基板第１露出工程と、前記開口部から
前記基板を等方的にエッチングして前記微小レンズの型
枠を形成するレンズ型枠形成工程と、前記基板上に形成
された前記第１の膜を除去する膜除去工程とから構成さ
れていることを特徴とする請求項１記載の微小レンズと
微小レンズアレイの製造方法。
【請求項４】前記第２工程は、前記第１凹部内に前記
第２の材料を充填する充填工程と、前記基板の一方の面
上に付着した前記第２の材料を除去する第２材料除去工
程とを有することを特徴とする請求項１から３のいずれ
かに記載の微小レンズと微小レンズアレイの製造方法。
【請求項５】前記第３工程は、耐エッチング性を有す
る第２の膜を前記基板の両面に形成する第２膜形成工程
と、前記基板を境にしてこの基板の一方の面に形成され
た前記第１凹部に対向する前記基板の他方の面の周辺に
付着した前記第２の膜を除去して開口部を形成し、この
開口部を介して前記基板が露出する基板第２露出工程
と、この開口部から前記基板をエッチングして第２凹部
を形成し、この第２凹部の端部に前記微小レンズを露出
させるレンズ露出工程と、前記微小レンズが形成された
側の前記基板の一方の面に付着した前記第２の膜を除去
する第２膜除去工程とを有することを特徴とする請求項
１から４のいずれかに記載の微小レンズと微小レンズア
レイの製造方法。
【請求項６】前記レンズ露出工程において前記基板を
エッチングして形成された前記第２凹部は、前記微小レ
ンズから前記基板の他方の面に進むにしたがって開口面
積が漸次大きくなることを特徴とする請求項５記載の微
小レンズと微小レンズアレイの製造方法。
【請求項７】前記第１工程において、前記基板第１露
出工程と前記レンズ型枠形成工程との間に、前記開口部
から前記基板をエッチングして有底筒状の第３凹部を形
成する第３凹部形成工程を有することを特徴とする請求
項３記載の微小レンズと微小レンズアレイの製造方法。
【請求項８】前記第２工程において、前記充填工程の
前に前記第１凹部の内面に保護膜を形成する保護膜形成
工程と、この保護膜形成工程により形成された前記保護
膜の内面に光の反射を防止する無反射膜を形成する無反
射膜形成工程とを設けることを特徴とする請求項７記載
の微小レンズと微小レンズアレイの製造方法。
【請求項９】前記第１の材料は、ダイヤモンド型結晶
構造をなす半導体であることを特徴とする請求項１から
８のいずれかに記載の微小レンズと微小レンズアレイの
製造方法。
【請求項１０】前記第１の材料はシリコン、ゲルマニ
ウム、ダイヤモンド、スズのいずれかであることを特徴
とする請求項１から８のいずれかに記載の微小レンズと
微小レンズアレイの製造方法。
【請求項１１】前記第１の材料は＜１００＞又は＜１
１０＞方向を表面・面方位とする基板を用いて請求項９
又は１０記載の前記半導体上に形成されることを特徴と
する請求項９と１０記載の微小レンズと微小レンズアレ
イの製造方法。
【請求項１２】前記第２の材料は、波長が０.３５〜
０.７０μｍの少なくとも一部分の波長範囲の光に対す
る屈折率が２.０以上であることを特徴とする請求項１
から１１のいずれかに記載の微小レンズと微小レンズア
レイの製造方法。
【請求項１３】前記第２の材料は、ガラス、チタン酸
ストロンチウム、ダイヤモンド、シリコンカーバイド、
ガリウム燐、硫化砒素、ニオブ酸リチウム、酸化ジルコ
ニウム、窒化シリコンのいずれかであることを特徴とす
る請求項１から１１のいずれかに記載の微小レンズと微
小レンズアレイの製造方法。
【請求項１４】前記請求項１から６記載の製造方法に
より製造される微小レンズは、半球状であり一方に平面
部を有し他方に球面部を有することを特徴とする微小レ
ンズ。
【請求項１５】前記請求項１から６記載の製造方法に
より製造される前記微小レンズアレイは、請求項１４記
載の前記微小レンズを複数有したものであることを特徴
とする微小レンズアレイ。
【請求項１６】前記請求項７記載の製造方法により製
造される前記微小レンズは筒状であり、その一方に平面
部を有し他方に球面部を有することを特徴とする微小レ
ンズ。
【請求項１７】前記請求項７記載の製造方法により製
造される前記微小レンズアレイは、請求項１６記載の前
記微小レンズを複数有したものであることを特徴とする
微小レンズアレイ。
【請求項１８】前記請求項８記載の製造方法により製
造される前記微小レンズは、請求項１６記載の前記微小
レンズの少なくとも前記球面部の表面に前記無反射膜が
形成されることを特徴とする微小レンズ。
【請求項１９】前記無反射膜上に前記保護膜を積層す
ることを特徴とする請求項１８記載の微小レンズ。
【請求項２０】前記請求項８記載の製造方法により製
造される前記微小レンズアレイは、請求項１８又は１９
記載の前記微小レンズを複数有したものであることを特
徴とする微小レンズアレイ。