JP2004354668A

JP2004354668A - マイクロレンズの製造方法

Info

Publication number: JP2004354668A
Application number: JP2003151965A
Authority: JP
Inventors: Norio Hasegawa; 典夫長谷川; Hiroyuki Ujiie; 裕幸氏家
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】高精度な金型等を用いることなく、低コストで高精度のマイクロレンズの形成を可能とする。
【解決手段】濃淡を有するグレーレベルマスク１を用いて露光し、光強度分布に基づいてパターニングすることにより、立体的な３次元構造を有するマイクロレンズ２を形成する。例えば感光性樹脂層に対してグレーレベルマスク１を用いた露光を行い、これを現像することで立体的な３次元構造を有するマイクロレンズ２を形成する。感光性樹脂層には、例えば感光性ポリイミド材料を用いる。
【効果】高精度な金型等を用いることなく、低コストで高精度のマイクロレンズの形成が可能である。また、複数のマイクレンズを一括して配列形成することができ、マイクロレンズアレイを高精度に形成することが可能である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば光導波路の集光レンズ等として使用されるマイクロレンズの製造方法に関するものであり、グレーレベルマスクを用いた新規な製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、光通信ネットワークにおいて、半導体レーザアレイからの出射光を光ファイバアレイにカップリングする際には、出射光を光ファイバに集光する必要があり、集光レンズとしてマイクロレンズが使用されている。マイクロレンズは、直径が数十μｍ〜１ｍｍ程度のレンズであり、通常は、ガラス基板上に配列させた平板マイクロレンズアレイの形態で用いられる。
【０００３】
従来のレンズの成形技術としては、ガラスやプラスチック等の光学材料を金型に流し込んで成形するインジェクション成形や、高圧で成形するコンプレッション成形等が主流であり、前記マイクロレンズの成形にも、これらの技術を用いることが多い。（例えば、特許文献１参照）
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１４９５２８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら従来の技術では、超小型レンズやアレイ状のレンズを作製する場合、高精度な金型等が必要となり、製造コストを増加させる原因となる。また、これらの技術では、複数のレンズが配列されるレンズアレイを高精度に形成することは困難である。
【０００６】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、高精度な金型等を用いることなく、低コストで高精度のマイクロレンズの形成が可能なマイクロレンズの製造方法を提供することを目的とする。さらに本発明は、複数のマイクレンズを一括して配列形成することができ、いわゆるマイクロレンズアレイを高精度に形成することが可能なマイクロレンズの製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明に係るマイクロレンズの製造方法は、濃淡を有するグレーレベルマスクを用いて露光し、光強度分布に基づいてパターニングすることにより、立体的な３次元構造を有するマイクロレンズを形成することを特徴とする。
【０００８】
グレーレベルマスクは、濃淡を有するマスクであり、露光した際にこの濃淡により露光光強度に分布を持たせることができ、立体的な３次元パターニングが行われる。したがって、例えば中心から周辺に向かって次第に濃淡が変化するようなグラデーションを持たせれば、これに応じて露光光強度が変化し、レンズ形状のパターニングを行うことできる。
【０００９】
本発明の製造方法によれば、高精度な金型等は不要であり、マイクロレンズアレイもフォトリソグラフィー技術により一括形成される。また、材質の選択の自由度も大きい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用したマイクロレンズの製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
本発明のマイクロレンズの製造方法では、図１（ａ）に示すようなグレーレベルパターン１ａを有するグレーレベルマスク１を３Ｄフォトマスクとして用いて露光を行い、図１（ｂ）に示すような球面形状のマイクロレンズ２を基板３上に形成する。
【００１２】
グレーレベルマスク１は、ＨＥＢＳ（ＨｉｇｈＥｎｅｒｇｙＢｅａｍＳｅｎｓｉｔｉｖｅ）ガラスプレートを用いて形成することができる。ＨＥＢＳガラスプレートは、表面層を特殊処理したオールガラスのフォトマスクブランクであり、これを露光することにより容易にグレーレベルマスク１とすることができる。ＨＥＢＳガラスプレートの露光には、通常の電子ビーム（またはレーザビーム）描画装置を用い、ＨＥＢＳガラスプレートに電子ビーム（またはレーザビーム）を直接照射して描画することでグレーレベルマスク１を形成する。電子ビームやレーザビームの照射によってＨＥＢＳガラスプレートは暗黒色に変化するが、その濃度はビームの照射量に比例することから、容易に暗黒色に濃淡を有するグレーレベルマスク１を形成することが可能である。
【００１３】
基板３としては、ガラス、石英、プラスチック、シリコン等の材質からなる平面基板を用い、これに前記グレーレベルマスク１をフォトマスクとして利用し、露光を行ってパターニングする。パターニング後、前記基板３をこのパターニングに応じてエッチング等により削り込む処理を行ったり、逆に何らかの成膜を行うことで、図１（ｂ）に示すような表面が球形のマイクロレンズ２を形成することができる。
【００１４】
また、基板３に対して直接削り込む処理等を行うのではなく、基板３上に感光性樹脂層を形成し、これに対してパターニングする等の処理を行うことにより、立体的な３次元構造を有するパターン（マイクロレンズ２）を形成することも可能である。
【００１５】
図２は、感光性樹脂を用いたマイクロレンズの形成プロセスを示すものである。本プロセスにおいては、先ず、図２（ａ）に示すように、平面状の基板３の上に感光性樹脂層４を形成する。基板３には、ガラス、石英、プラスチック、シリコン等を用いることができる。感光性樹脂層４は、感光性を有する樹脂材料であれば任意のものを使用することができるが、パターニング後、マイクロレンズとして機能するので、光学的に透明で、光通信波長領域において低損失な材料であることが好ましい。このような感光性樹脂材料としては、例えば感光性ポリイミド材料等を挙げることができる。
【００１６】
感光性樹脂層４の形成の後、図２（ｂ）に示すように、グレーレベルマスク１を用いて感光性樹脂層４の露光を行う。ここで、グレーレベルマスク１には、グレーレベルパターン１ａが形成されているが、このグレーレベルパターン１ａにおける光強度分布は図３（ａ）に示すようなものである。すなわち、中心部分で暗黒色が濃く、透過する光の強度が弱くなっている。そして、周辺に向かって次第に暗黒色が薄くなり、透過する光の強度が強くなっている。
【００１７】
感光性樹脂層４では、このグレーレベルパターン１ａの光強度分布に応じた露光が行われる。すなわち、グレーレベルパターン１ａの中心部分で弱い露光が、周辺部分で強い露光が行われる。ここで、感光性樹脂層４がポジ型の感光性樹脂材料からなる場合、中心部分で現像液に対する溶解性が抑制され、周辺部分は現像液に対して溶解し易くなっている。したがって、パターニング形状は図３（ａ）に示す光強度分布に対応して図３（ｂ）に示すようなものとなり、これを現像することで、図２（ｂ）に示すように、球面形状のマイクロレンズ２群が形成される。
【００１８】
以上により形成されるマイクロレンズは、例えばアレイ状に配置することにより、光導波路の集光レンズとして使用することが可能である。図４は、マイクロレンズを光通信用の光導波路の集光レンズとして使用した場合の構成を示すものである。光導波路１１は、複数本の光ファイバ１２を配列してなるものであり、ここにレーザダイオード等からの出射光を集光して伝達する。そして、レーザダイオード等からの出射光を集光して各光ファイバ１２に導入する部分に、各光ファイバ１２に対応してマイクロレンズ２が配列されたマイクロレンズアレイ基板１３を配置する。このように光導波路１１の前面にマイクロレンズアレイ基板１３を配置することで、光結合効率を大幅に向上することができる。
【００１９】
なお、本発明により製造されるマイクロレンズは、光導波路の集光レンズの他、スキャナやコピー機等のアレイレンズとしても使用可能である。さらに、レンズ単体としても、光ピックアップのレンズ等、その用途は多種多様であり、様々な用途に対応可能である。
【００２０】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明のマイクロレンズの製造方法によれば、高精度な金型等を用いることなく、低コストで高精度のマイクロレンズの形成が可能である。また、複数のマイクレンズを一括して配列形成することができ、マイクロレンズアレイを高精度に形成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）はグレーレベルマスクを示す斜視図であり、（ｂ）はマイクロレンズの形状を示す斜視図である。
【図２】感光性樹脂層を用いてマイクロレンズを作製するプロセスを示す概略断面図であり、（ａ）は感光性樹脂層形成工程、（ｂ）はグレーレベルマスクを用いた露光工程、（ｃ）は現像工程をそれぞれ示す。
【図３】（ａ）はグレーレベルパターンを透過する光の強度分布を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示す光強度分布に対応して現像されるパターン形状を示す図である。
【図４】マイクロレンズを光導波路の集光レンズに使用した例を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１グレーレベルマスク
１ａグレーレベルパターン
２マイクロレンズ
３基板
４感光性樹脂層

Claims

濃淡を有するグレーレベルマスクを用いて露光し、光強度分布に基づいてパターニングすることにより、立体的な３次元構造を有するマイクロレンズを形成することを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
平面状の基板に対して前記露光を行い、前記基板を露光に応じて削り込む処理を行うことで立体的な３次元構造を有するマイクロレンズを形成することを特徴とする請求項１記載のマイクロレンズの製造方法。
感光性樹脂層に対して前記露光を行い、これを現像することで立体的な３次元構造を有するマイクロレンズを形成することを特徴とする請求項１記載のマイクロレンズの製造方法。
前記感光性樹脂層は、感光性ポリイミド材料からなることを特徴とする請求項３記載のマイクロレンズの製造方法。