JP2010169918A - Optical element array and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、平板状の基板の少なくとも一面に複数の光学面を形成してなる光学素子アレイ及びその製造方法に関し、特に基板の表面に反射防止膜を形成した光学素子アレイ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an optical element array in which a plurality of optical surfaces are formed on at least one surface of a flat substrate and a manufacturing method thereof, and more particularly to an optical element array in which an antireflection film is formed on the surface of the substrate and a manufacturing method thereof.
従来、平板状の基板の少なくとも一面に複数の光学面を形成した光学素子アレイが知られている。光学面として例えばレンズ面を形成したものは、光通信機器において光ファイバーアレイに対し光学的に結合するレンズアレイとして用いられる。 Conventionally, an optical element array in which a plurality of optical surfaces are formed on at least one surface of a flat substrate is known. An optical surface having a lens surface, for example, is used as a lens array optically coupled to an optical fiber array in an optical communication device.
光学素子アレイを構成する基板は赤外光透過性を有する半導体材料、例えばシリコンからなり、この基板に対してレジストを塗布してフォトリソグラフィ及び熱処理を行うことにより光学面の形状を形成し、さらにRIE(反応性イオンエッチング)法を施すことによって基板に光学面を形成する。このような製造方法により形成された光学素子アレイとしては、例えば特許文献1に挙げるようなものがある。
The substrate constituting the optical element array is made of a semiconductor material having infrared light transparency, for example, silicon. A resist is applied to the substrate, and the shape of the optical surface is formed by photolithography and heat treatment. An optical surface is formed on the substrate by performing RIE (reactive ion etching). As an optical element array formed by such a manufacturing method, for example, there is one described in
光学素子アレイは、透過する光の反射を抑えるために、光学面に反射防止膜が形成されることがある。この場合、反射防止膜は蒸着やスパッタなどの手法により基板の表面に形成される。このように蒸着やスパッタを行うためには、大掛かりな装置が必要となり、製造コストを上昇させる要因となっていた。また、蒸着やスパッタによりレンズなどの凹または凸状面からなる光学面の表面に成膜を行うと、蒸着やスパッタの方向に対して傾斜した面に対しては膜厚が薄くなって所定の膜厚が得られないという問題があった。 In the optical element array, an antireflection film may be formed on the optical surface in order to suppress reflection of transmitted light. In this case, the antireflection film is formed on the surface of the substrate by a technique such as vapor deposition or sputtering. Thus, in order to perform vapor deposition and sputtering, a large-scale apparatus is required, which has been a factor in increasing manufacturing costs. In addition, when a film is formed on the surface of an optical surface composed of a concave or convex surface such as a lens by vapor deposition or sputtering, the film thickness is reduced on a surface inclined with respect to the direction of vapor deposition or sputtering. There was a problem that the film thickness could not be obtained.
本発明は前記課題を鑑みてなされたものであり、簡易な方法によって光学面の表面に所定膜厚の反射防止膜を確実に形成することのできる光学素子アレイ及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides an optical element array capable of reliably forming an antireflection film having a predetermined thickness on the surface of an optical surface by a simple method and a method for manufacturing the same. Objective.
前記課題を解決するため、本発明に係る光学素子アレイは、平板状の基板の少なくとも一面に複数の光学面が形成されてなる光学素子アレイにおいて、
前記光学面を有する基板は赤外光透過性の素材からなり、前記基板の両面が酸化膜または酸窒化膜に被覆されてなることを特徴として構成されている。
In order to solve the above problems, an optical element array according to the present invention is an optical element array in which a plurality of optical surfaces are formed on at least one surface of a flat substrate.
The substrate having the optical surface is made of an infrared light transmissive material, and both surfaces of the substrate are covered with an oxide film or an oxynitride film.
また、本発明に係る光学素子アレイは、前記光学面を有する基板は半導体材料により形成されることを特徴として構成されている。 In the optical element array according to the present invention, the substrate having the optical surface is formed of a semiconductor material.
さらに、本発明に係る光学素子アレイの製造方法は、平板状の基板の少なくとも一面に複数の光学面が形成された光学素子アレイの製造方法において、
半導体材料からなる基板の少なくとも一面に前記複数の光学面を形成し、該光学面の形成された基板を熱酸化または熱酸窒化処理することにより、前記基板の両面に酸化膜または酸窒化膜を形成することを特徴として構成されている。
Furthermore, the method for manufacturing an optical element array according to the present invention is a method for manufacturing an optical element array in which a plurality of optical surfaces are formed on at least one surface of a flat substrate.
An oxide film or an oxynitride film is formed on both surfaces of the substrate by forming the plurality of optical surfaces on at least one surface of a substrate made of a semiconductor material, and subjecting the substrate on which the optical surfaces are formed to thermal oxidation or thermal oxynitridation treatment. It is configured to form.
さらにまた、本発明に係る光学素子アレイの製造方法は、前記基板の酸化膜または酸窒化膜は、屈折率をn、膜厚をd、透過させる光の波長をλとすると、nd=λ/4の関係を満たすように形成されることを特徴として構成されている。 Furthermore, in the method of manufacturing an optical element array according to the present invention, the oxide film or oxynitride film of the substrate has a refractive index of n, a film thickness of d, and a wavelength of transmitted light λ, nd = λ / 4 is formed so as to satisfy the relationship of 4.
本発明に係る光学素子アレイによれば、光学面を有する基板は赤外光透過性を有する素材からなり、基板の両面が酸化膜または酸窒化膜に被覆されてなることにより、酸化または酸窒化により基板の表面に対し容易に反射防止膜を形成し、かつ膜厚を均一とすることができる。 According to the optical element array of the present invention, the substrate having an optical surface is made of a material having infrared light transparency, and both surfaces of the substrate are covered with an oxide film or an oxynitride film, thereby oxidizing or oxynitriding. Thus, the antireflection film can be easily formed on the surface of the substrate and the film thickness can be made uniform.
また、本発明に係る光学素子アレイによれば、光学面を有する基板は半導体材料により形成されることにより、半導体製造プロセスを用いて容易に反射防止膜を形成した光学素子アレイを製造することができる。 Further, according to the optical element array of the present invention, the substrate having the optical surface is formed of a semiconductor material, so that an optical element array in which an antireflection film is easily formed can be manufactured using a semiconductor manufacturing process. it can.
さらに、本発明に係る光学素子アレイの製造方法によれば、半導体材料からなる基板の少なくとも一面に複数の光学面を形成し、光学面の形成された基板を熱酸化または熱酸窒化処理することにより、基板の両面に酸化膜または酸窒化膜を形成することにより、酸化または酸窒化により基板の表面に対し容易に反射防止膜を形成し、かつ膜厚を均一とすることができる。 Furthermore, according to the method for manufacturing an optical element array according to the present invention, a plurality of optical surfaces are formed on at least one surface of a substrate made of a semiconductor material, and the substrate on which the optical surfaces are formed is subjected to thermal oxidation or thermal oxynitridation treatment. Thus, by forming an oxide film or an oxynitride film on both surfaces of the substrate, an antireflection film can be easily formed on the surface of the substrate by oxidation or oxynitridation, and the film thickness can be made uniform.
さらにまた、本発明に係る光学素子アレイの製造方法によれば、基板の酸化膜または酸窒化膜は、屈折率をn、膜厚をd、透過させる光の波長をλとすると、nd=λ/4の関係を満たすように形成されることにより、膜厚の調整により所定波長の光の透過率を大きくすることができる。 Furthermore, according to the method for manufacturing an optical element array according to the present invention, the oxide film or oxynitride film of the substrate has a refractive index of n, a film thickness of d, and a wavelength of transmitted light λ, nd = λ By forming so as to satisfy the relationship of / 4, the transmittance of light of a predetermined wavelength can be increased by adjusting the film thickness.
本発明の実施形態について図面に沿って詳細に説明する。図1には、本実施形態における光学素子アレイの断面図を示している。この図に示すように、本実施形態の光学素子アレイ1は、平板状の基板2の一方の表面に複数の光学面3が形成されてなるものである。
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a cross-sectional view of the optical element array in the present embodiment. As shown in this figure, the
基板2に形成される光学面3は、いずれも球面からなる凸状のレンズ面であり、本実施形態の光学素子アレイ1は、このレンズ面が複数配列されたレンズアレイとして構成されている。レンズアレイは、例えば光通信機器内において、複数の光ファイバーが配列されてなる光ファイバーアレイに光学的に結合するように用いられる。
The
光学面3を有する基板2は、赤外光を透過する赤外光透過性を有する材料からなり、具体的には半導体材料であるシリコン(Si)により形成されている。基板2の材料としてはその他の半導体材料であってもよく、例えばゲルマニウムなどを採用することもできる。また、本実施形態の光学素子アレイ1を透過される光は、1550nmの波長を有するものとする。
The
光学面3を含む基板2の表面には、反射防止膜4が形成されている。反射防止膜4は、酸窒化シリコン(SiO. x. N. y.)により構成されており、基板2の両面にわたって形成されている。この反射防止膜4は、光学面3に入射する光が反射することを防止することができる。
An
基板2を構成するシリコンの屈折率は約3.48であり、一方で反射防止膜4を構成する酸窒化シリコンは、窒素の含有割合によって屈折率が変化する。窒素が含まれていない場合、すなわち酸化シリコン(SiO2)では、屈折率は約1.47となり、窒素の含有割合が大きくなるほど屈折率が大きくなる。
The refractive index of silicon constituting the
図2には、基板2にシリコン(屈折率約3.48)を用いた場合の反射防止膜4の屈折率に対する1550nmの波長の光の透過率の関係を表したグラフを示している。この図に示すように、反射防止膜4が酸化シリコンの場合の屈折率である約1.47であると、光の透過率は約90%となる。それよりも窒素の含有割合が大きくなり屈折率が大きくなると、光の透過率は大きくなって、屈折率が約1.84のときに光の透過率はほぼ100%となる。屈折率がそれ以上大きくなると、光の透過率は小さくなっていく。したがって、基板2にシリコン(屈折率約3.48)を用いたとき、反射防止膜4の屈折率は約1.84が最適値となる。これは、反射防止膜4の屈折率nが、基板の屈折率の1/2乗を満たす場合に、光の透過率が最大となるためである。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the refractive index of the
図3には、光の波長に対する反射防止膜4の透過率特性のグラフを示している。この図には、反射防止膜4の屈折率が異なる複数の場合について示している。反射防止膜4は、前述のように1550nmの光を透過させることを前提としており、屈折率をn、膜厚をd、透過させる光の波長をλとすると、nd=λ/4の関係を満たすように形成されている。これにより、図3に示すように光の波長が1550nmのときに、透過率が最も高くなるようにされている。また、いずれの波長においても、屈折率が約1.84のときに光の透過率が最も大きい。ここで、波長が1000〜2000nmの光は、赤外光(赤外線)である。
FIG. 3 shows a graph of the transmittance characteristics of the
次に、本実施形態における光学素子アレイ1の製造工程について説明する。図4には、光学素子アレイ1の製造工程を表した断面図を示している。図4(a)に示すように、まずシリコンからなる板状の基板2を用意し、その一面にレジスト10をスピンコーターや吹きつけによって塗布する。また、レジスト10を基板2に塗布したら、基板2とレジスト10の間の接着力を大きくするため、プリベークを行っておく。
Next, the manufacturing process of the
続いて、図4(b)に示すように、円形が二次元状に配列されたパターンを有するフォトマスク11を、基板2のレジスト10が塗布された面と対向するように配置し、露光を行う。そして、露光した基板2を現像液に浸し、余分な部分のレジストを除去することで、図4(c)に示すように、円柱状のレジスト10が二次元状に配列されたパターンが、基板2の一面に形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 4B, a
次に、レジスト10を加熱してリフローさせ、図4(d)に示すようにレジスト10の形状を球面形状に変化させる。レジスト10を球面形状としたら、反応性イオンエッチングによりレジスト10を除去すると共に、レジスト10の形状を基板2の表面に転写し、図4(e)に示すように基板2の表面に複数の光学面3を形成する。
Next, the resist 10 is heated and reflowed to change the shape of the resist 10 to a spherical shape as shown in FIG. If the resist 10 has a spherical shape, the resist 10 is removed by reactive ion etching, and the shape of the resist 10 is transferred to the surface of the
基板2に光学面3を形成したら、基板2を加熱炉に収容し、酸素及び窒素の雰囲気中において1000〜1200℃に加熱する。これによって、光学面3を含む基板2の全面が熱酸窒化され、図4(f)に示すように酸窒化膜からなる反射防止膜4が形成される。ここで、加熱炉内における酸素と窒素の割合は、前述したように形成される反射防止膜4の屈折率が約1.84となるように設定する。次に、図4(g)に示すように、所望の大きさに基板2を切断すると、基板2の光学面3が形成された面とその対向面の両面に反射防止膜4が形成された図1に示す光学素子アレイ1を形成することができる。
After the
このように、光学面3が形成された基板2を熱酸窒化し、基板2の両面に酸窒化膜を形成することで、光学面3における膜厚が均一な反射防止膜4を容易に形成することができる。また、基板2の両面に反射防止膜4を形成することにより、反射防止膜4が光学面3側の面にのみ形成された場合に発生する膜応力による基板2の反りを抑制することができる。
Thus, the
ここでは、反射防止膜4の1550nmにおける透過率が最適値となるように、屈折率が1.84となるように酸窒化膜を形成したが、透過率の要求水準がそれほど高くない場合には、反射防止膜4を単に酸化膜として、より簡易に形成するようにしてもよい。
Here, the oxynitride film is formed so that the refractive index is 1.84 so that the transmittance of the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の適用は本実施形態には限られず、その技術的思想の範囲内において様々に適用されうるものである。例えば、本実施形態では光学面3を凸レンズとして構成したが、光学面3は凹レンズやフレネルレンズ、あるいは回折格子など他の光学機能面であってもよい。また、本実施形態では光学面3は基板2の一面側にのみ形成されているが、両面に形成されていてもよい。
Although the embodiment of the present invention has been described above, the application of the present invention is not limited to this embodiment, and can be applied in various ways within the scope of its technical idea. For example, although the
1 光学素子アレイ
2 基板
3 光学面
4 反射防止膜
10 レジスト
11 フォトマスク
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記光学面を有する基板は赤外光透過性の素材からなり、前記基板の両面が酸化膜または酸窒化膜に被覆されてなることを特徴とする光学素子アレイ。 In an optical element array in which a plurality of optical surfaces are formed on at least one surface of a flat substrate,
An optical element array, wherein the substrate having the optical surface is made of an infrared light transmissive material, and both surfaces of the substrate are covered with an oxide film or an oxynitride film.
半導体材料からなる基板の少なくとも一面に前記複数の光学面を形成し、該光学面の形成された基板を熱酸化または熱酸窒化処理することにより、前記基板の両面に酸化膜または酸窒化膜を形成することを特徴とする光学素子アレイの製造方法。 In the method of manufacturing an optical element array in which a plurality of optical surfaces are formed on at least one surface of a flat substrate,
An oxide film or an oxynitride film is formed on both surfaces of the substrate by forming the plurality of optical surfaces on at least one surface of a substrate made of a semiconductor material, and subjecting the substrate on which the optical surfaces are formed to thermal oxidation or thermal oxynitridation treatment. A method of manufacturing an optical element array, comprising: forming an optical element array.
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
JP2014081522A (en) * | 2012-10-17 | 2014-05-08 | Fujifilm Corp | Optical member provided with anti-reflection film and manufacturing method of the same |
JP2017004004A (en) * | 2012-03-26 | 2017-01-05 | 旭硝子株式会社 | Transmission type diffraction element |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH046503A (en) * | 1990-04-24 | 1992-01-10 | Mitsubishi Electric Corp | Optical interference |
JPH0815501A (en) * | 1994-06-29 | 1996-01-19 | Mitsubishi Electric Corp | Reflection preventing film for infrared region |
JP2006259711A (en) * | 2005-02-18 | 2006-09-28 | Canon Inc | Optical transparent member and optical system using the same |
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2009
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH046503A (en) * | 1990-04-24 | 1992-01-10 | Mitsubishi Electric Corp | Optical interference |
JPH0815501A (en) * | 1994-06-29 | 1996-01-19 | Mitsubishi Electric Corp | Reflection preventing film for infrared region |
JP2006259711A (en) * | 2005-02-18 | 2006-09-28 | Canon Inc | Optical transparent member and optical system using the same |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017004004A (en) * | 2012-03-26 | 2017-01-05 | 旭硝子株式会社 | Transmission type diffraction element |
JP2014081522A (en) * | 2012-10-17 | 2014-05-08 | Fujifilm Corp | Optical member provided with anti-reflection film and manufacturing method of the same |
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