JP2863202B2

JP2863202B2 - マイクロレンズアレイ形成方法及び装置

Info

Publication number: JP2863202B2
Application number: JP19926289A
Authority: JP
Inventors: 淳高浦
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1989-08-02
Filing date: 1989-08-02
Publication date: 1999-03-03
Anticipated expiration: 2014-03-03
Also published as: JPH0363601A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、マイクロレンズ製造方法及び装置に関し、
特に小型で高性能なマイクロレンズアレイの製造方法及
び装置に関するものである。

〔従来の技術〕

近時、LD,LED,CCD等の受発光素子の小型高密度化に対
応し、小型軽量な高性能レンズの需要が拡大している。

このような要求に応え得る小型軽量なマイクロレンズ
の製作方法として、イオン交換法,EB描画法，レーザCVD
法などによる誘電体薄膜技術を利用することが提案され
ている。

その中でもレーザCVD法は、レーザビームの指向性が
優れているため、良好な空間選択性が得られ、特定の領
域にエネルギーを集中させることができるから、ホトリ
ソブラフィ手法において必要とされるマスクプロセスを
不要とし、直接に薄膜の空間選択形成ができる利点を有
している。

また、レーザビームはレンズ等を用いて容易に絞り込
むことができ、ビームスポットをレーザの波長に対応し
たレベルに絞り込むことができる。例えば、CO₂レーザ
を光源とする場合、略10μｍ径のマイクロレンズを得る
ことができる。また、CVDプロセス中に、材料ガスの組
成を適宜変えることにより、膜の厚さ方向に屈折率分布
を与えることも容易である。

更に、レーザCVD法の中でも、熱CVDによるプロセスに
おいては、膜の成長速度は基板の表面温度に依存する。
したがって、ビーム強度分布がガウシアンであるレーザ
照射によって、基板表面上には照射スポットの中心を頂
とする温度分布が形成される。よって、成長膜の表面形
状は曲率を有し、レンズとしての利用が可能である。そ
して、成長膜の表面形状はエッチング処理等を加えるこ
とにより、一層レンズとして好ましい形状とすることが
できる。

このようなレーザCVD法によってマイクロレンズを形
成する技術として、たとえば、特開昭62−260104号が知
られている。この技術において、堆積物の形状を制御し
て所望のレンズ形状、例えばフレネルレンズ，平板レン
ズ，ホログラフィックレンズ等を得るために、基板を照
射するエネルギー分布を所定のプログラムにしたがって
変化させることが示され、この場合、実施例として二つ
のレーザ光を同一光路内に設けて、これらのレーザ光の
移動プログラムを変化させることによるものと記載され
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のような技術的背景の下で、LD等の発光素子にお
いて単体からアレイ化へと集積化が進みつつあり、マト
リックス状デバイスも出現するに至っている。そして、
これらと共に使用されるマイクロレンズもアレイ化の方
向に進みつつある。

しかしながら、レーザCVD法を用いたマイクロレンズ
のアレイ化を効率良く生産するに適した技術は未だ確立
されるに至っていない。

本発明は、レーザCVD法を利用して高品質のマイクロ
レンズアレイを効率良く生産するに適した方法及び装置
を提供するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、前記目的を達成するために、マイクロレン
ズアレイ形成方法として、レーザ光源と、前記レーザ光
源よりの出射ビームを基板に導く光学系と、前記出射ビ
ームの照射によりCVD反応を起こす気体を基板上に導く
ガス供給系と該気体を排気処理する排気処理系とを備え
た反応セルと、該反応セルにはその反応セル内の気体の
雰囲気中に基板を保持する機構と前記出射ビームを導入
する窓を具備してなるマイクロレンズアレイ形成方法に
おいて、前記レーザ光源から出射ビームを光スイッチに
より通過あるいは遮光または変調させ、次いで該出射ビ
ームを強度分布変換系により光軸断面方向にわたり一様
な強度分布に変換させ、前記強度分布変換系よりの出射
ビームの光路を偏向光学系により所定の角度内に偏向さ
せ、前記偏向光学系を通過した偏向ビームを集光レンズ
により前記基板表面に対し垂直に導き集光させることを
特徴とするものである。

また、本発明は、マイクロレンズアレイ形成装置とし
て、レーザ光源と、前記レーザ光源よりの出射ビームを
基板に導く光学系と、前記出射ビームの照射によりCVD
反応を起こす気体を基板上に導くガス供給系と該気体を
排気処理する排気処理系とを備えた反応セルと、該反応
セルにはその反応セル内の気体の雰囲気中に基板を保持
する機構と前記出射ビームを導入する窓を具備してなる
マイクロレンズアレイ形成装置において、前記レーザ光
源から出射ビームを反応セルの導入窓に至る光路内に、
前記出射ビームを通過あるいは遮光または変調させる光
スイッチと、前記光スイッチを通過した出射ビームの光
軸断面方向の強度分布を一様な分布に変換する強度分布
変換系と、前記強度分布変換系よりの出射ビームの光路
を所定の角度内に偏向させる偏向光学系と、前記偏向光
学系を通過した偏向ビームを前記基板表面に対し垂直に
導き集光する集光レンズとを備えたことを特徴とするも
のである。

〔作用〕

本発明の構成により、レーザ光源よりの出射ビーム
は、CVD反応セル内の基板上の所定領域に対して一定の
ビーム走査速度で各スポットに均一なエネルギー照射を
与え、各スポット内のエネルギー分布を適宜制御するこ
とができ、マイクロレンズアレイを効率良く生産するこ
とができる。

〔実施例〕以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図には、本発明の構成が適用されるマイクロレン
ズ形成装置の基本的構成を示しており、１はレーザ光
源、２は光スイッチであり、光スイッチ２の動作は後述
の偏向光学系の動作に対応する。前記光スイッチ２を通
過したビームは折り返しミラー３を経て強度分布変換系
４に至る。折り返しミラー３の配置，構成，枚数等は装
置の形状等により変更可能である。強度分布変換系４は
ガウシアン状の強度分布を有する入射ビームのフラット
な一様な強度分布に変換することができる。

前記強度分布変換系４を経た射出ビームは、偏向光学
系５に至り、前記偏向光学系５からの偏向ビーム群は集
合レンズ系６に至る。この際、集光レンズ系６の光学的
配置は前記偏向光学系５からの偏向ビームの偏向中心に
対して、テレセントリックな配置であることが好まし
い。

この集光レンズ系６からの偏向ビーム群はすべて平行
になり、窓部７を通過したのち、CVD反応セル８内の基
板９表面上に同一角度で入射することになる。

CVD反応セル８内には、基板９が基板保持機構10によ
り、入射ビームに対して垂直に保持されており、基板保
持機構10は三軸方向への移動機構を備えている。

CVD反応セル８には、一端に設けられたガス供給系11
により予め材料ガスが導入され、CVD反応後、材料ガス
はCVD反応セル８の他端に設けられたガス排気処理系12
により排気処理される。

基板９がCVD反応セル８内の基板保持機構10の所定位
置に取付けられた後、CVD反応セル８を密閉し、排気を
行い、次いでCVD反応セル８内にガス供給系11から材料
ガスを供給しながら、ガス排気処理系12を運転して、CV
D反応セル８は所定のCVD反応条件下に維持される。

次に、本発明の具体的構成を第２図により説明する。
第１図に示された構成と同一の構成は同じ符号で示して
いる。

前述したように、所定のCVD反応条件下に維持されたC
VD反応セル８内の基板９表面にマイクロレンズを形成す
るため、光スイッチ２としてAO変調器を用い、また、強
度分布変換系４として、少なくとも正のパワーをもつ第
一群と、負のパワーをもつ第二群とからなるアフォーカ
ル光学系であって、球面収差利用による光束密度分布変
換の光学系を用いる。また、偏向光学系５としては、ガ
ルバノメータ駆動系5aで作動されるガルバノメータ5Aを
用い、集光レンズ系６として、arc−sinレンズ系6Aを用
いている。

尚、装置内の各々の光学素子のアライメント作業を効
率よく行うために、ガイド用He−Neレーザ光源13,ミラ
ー14,ZnSe板からなるハーフミラー15を設け、光スイッ
チ2,ガルバノメータ駆動系5aとの間に同期回路16を設け
ている。前記ガイド用He−Neレーザ光源13の代わりに、
他のレーザを用いても差支えない。レーザ光源13からの
光はミラー14,ZnSe板からなるハーフミラー15を介して
レーザ光源１と同一光路に導かれる。

この実施例の場合、ガルバノメータ5Aに対するarc−s
inレンズ6Aの配置は、前述したようにテレセントリック
であり、ガルバノメータ5Aを正弦振動させると、arc−s
inレンズ6Aによって、該レンズ系6Aからの偏向ビーム群
は基板９の表面上においてビーム走査速度を一定とする
ことができる。よって、arc−sinレンズ6Aよりの射出偏
向ビーム群は、基板９の表面上の所定領域のみを一定の
ビーム走査速度で照射することができ、AO変調器等の光
スイッチ２の変調制御を簡略化することができる。

本発明のマイクロレンズアレイ形成装置においては、
ガウシアン強度分布のビームを均一な強度分布に変換し
たビーム、ガルバノメータ5Aとarc−sinレンズ6Aとの関
連により、基板９上のビーム照射領域の制御効率が向上
し、そのためレンズ形成用の所定の領域のスポット列は
その各々の照射スポットに均一なパワーを与えることが
できる。更に、各々の照射スポット内の強度分布を制御
することができる。

また、マイクロレンズの形状の再現性は、基板９上に
与えられる温度分布に依存するため、スポット列の各々
の照射スポットに与えられるパワーの均一性が向上する
と、マイクロレンズアレイの歩留りを上げることができ
る。

また、各々の照射スポット内の強度分布を最適にする
手段を備えた本発明の構成では、各々の要素レンズを任
意の形状に制御することができる。

第３図には、マイクロレンズアレイを形成するための
本発明の他の実施例を示している。第２図の実施例の構
成と同一部分については同一符号を付している。

レーザ光源としてCO₂レーザ光源1Aを用い、前記実施
例のガルバノメータ偏向光学系5A及びその駆動系5aの代
わりに、ポリゴンミラー5Bを配置している。そして、ar
c−sinレンズ6Aのかわりにｆθレンズ6Bを用いている。

このポリゴンミラー5Bとｆθレンズ6Bの構成によっ
て、基板９の表面の所定領域を一定のビーム走査速度で
照射することができる。

〔効果〕

本発明の構成において、レーザCVD法を利用するマイ
クロレンズ形成装置に前述の光学系を配置したことによ
り、基板に対して平行性の良いレーザービームを効率良
く偏向照射でき、したがって各照射スポットに対して均
一にエネルギーを供給することができ、形状の均一なマ
イクロレンズを効率良く形成することができる効果を有
し、また、各照射スポット内の強度分布を任意に調整で
き、スポット照射領域の温度分布を制御できるから、所
望の曲率を有する球面あるいは非球面の要素レンズを形
成できる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のマイクロレンズアレイ形成装置の実施
例を示す概略図、第２図は本発明のマイクロレンズアレイ形成装置の他の
実施例を示す概略図、第３図は本発明のマイクロレンズアレイ形成装置の更に
他の実施例を示す概略図、 1,1A……レーザ光源、２……光スイッチ、４……強度分
布変換系、5,5A,5B……偏向光学系、6,6A,6B……集光レ
ンズ系、７……窓部、８……CVD反応セル、９……基
板。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光源と、前記レーザ光源よりの出射
ビームを基板に導く光学系と、前記出射ビームの照射に
よりCVD反応を起こす気体を基板上に導くガス供給系と
該気体を排気処理する排気処理系とを備えた反応セル
と、該反応セルにはその反応セル内の気体の雰囲気中に
基板を保持する機構と前記出射ビームを導入する窓を具
備してなるマイクロレンズアレイ形成方法において、前
記レーザ光源から出射ビームを光スイッチにより通過あ
るいは遮光または変調させ、次いで該出射ビームを強度
分布変換系により光軸断面方向にわたり一様な強度分布
に変換させ、前記強度分布変換系よりの出射ビームの光
路を偏向光学系により所定の角度内に偏向させ、前記偏
向光学系を通過した偏向ビームを集光レンズにより前記
基板表面に対し垂直に導き集光させることを特徴とする
マイクロレンズアレイ形成方法。
【請求項２】レーザ光源と、前記レーザ光源よりの出射
ビームを基板に導く光学系と、前記出射ビームの照射に
よりCVD反応を起こす気体を基板上に導くガス供給系と
該気体を排気処理する排気処理系とを備えた反応セル
と、該反応セルにはその反応セル内の気体の雰囲気中に
基板を保持する機構と前記出射ビームを導入する窓を具
備してなるマイクロレンズアレイ形成装置において、前
記レーザ光源から出射ビームを反応セルの導入窓に至る
光路内に、前記出射ビームを通過あるいは遮光または変
調させる光スイッチと、前記光スイッチを通過した出射
ビームの光軸断面方向の強度分布を一様な分布に変換す
る強度分布変換系と、前記強度分布変換系よりの出射ビ
ームの光路を所定の角度内に偏向させる偏向光学系と、
前記偏向光学系を通過した偏向ビームを前記基板表面に
対し垂直に導き集光する集光レンズとを備えたことを特
徴とするマイクロレンズアレイ形成装置。