JP3800151B2 - マイクロレンズアレイの製法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光通信等に用いられるマイクロレンズアレイの製法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マイクロレンズアレイとしては、図３０に示すものが知られており（例えば、特開平９−９０１６２号公報参照）、図２７〜２９は、このマイクロレンズアレイの製法を示すものである。
【０００３】
図２７の工程では、厚さ５００μｍのシリコン基板３の一方の主面に厚さ５０μｍの石英ガラス層４を形成した後、石英ガラス層４の上に所望のレンズパターンに従って球面状凸部をなすようにレジスト層５ａ〜５ｃをホトリソグラフィ及び熱処理により形成する。
【０００４】
図２８の工程では、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法によりレジスト層５ａ〜５ｃ及び石英ガラス層４にエッチング処理を施すことにより石英ガラス層４の上面にレジスト層５ａ~５ｃのレンズパターンを転写してレジスト層５ａ〜５ｃにそれぞれ対応する凸レンズ４ａ〜４ｃを形成する。各凸レンズの直径は、６０μｍとすることができる。この後、基板３の他方の主面に接続孔形成用の孔６ａ〜６ｃを有するレジスト層６をホトリソグラフィ処理により形成する。
【０００５】
図２９の工程では、レジスト層６をマスクとするドライエッチング処理によりシリコン基板３に凸レンズ４ａ〜４ｃにそれぞれ対向して接続孔３ａ〜３ｃを形成する。各接続孔において、深さは５００μｍ、直径は１２５μｍとすることができる。
【０００６】
図３０は、図２９のマイクロレンズアレイにおいて、接続孔３ａに光ファイバ７を挿入した状態を示すもので、接続孔３ａの深さが接続孔３ａの直径の２倍以上あるので、光ファイバ７は、接続孔３ａで確実に保持される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術によると、基板３の一方の主面に形成された４ａ等の各凸レンズは、基板３の他方の主面が平坦であるため、平凸レンズを構成する。レンズ作用は、スネルの法則による光の屈折現象に基づくものであり、基板３の一方の主面にのみレンズ球面を設けた平凸レンズ構成では、大きな開口数（ＮＡ）が得られないという問題点がある。
【０００８】
一般に、高ＮＡレンズや低収差レンズを実現するため、数個のレンズを光軸方向に並べて組合せレンズを構成することは知られている（例えば、特開平８−３３４６８９号公報参照）。組合せレンズでは、光学特性が向上する反面、レンズ構成が大型化すること、レンズ同士の光軸調整が容易でないことなどの問題点がある。特に、複数のマイクロレンズをアレイ化したマイクロレンズアレイにあっては、光ファイバアレイ、マイクロレンズアレイ等の他の光部品との結合の際にすべてのレンズについて高精度の光軸調整（調芯）を行なうのは困難であり、使い易い調芯構造が提案されていないのが現状である。
【０００９】
この発明の目的は、大きなＮＡを有し、しかも他の光部品との結合に際して高精度の位置合せ又は位置決めを簡単になしうる新規なマイクロレンズアレイを製作する方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る第１のマイクロレンズアレイの製法は、
互いに対向する一方及び他方の主面を有する透光基板において前記一方の主面にエッチングによりレンズパターンを転写して複数の第１の凸レンズを形成する工程と、
前記一方の主面側で前記複数の第１の凸レンズを含む第１のレンズ配置領域に重ならないように前記一方の主面に位置合せマークを形成する工程と、
前記位置合せマークを利用して前記複数の第１の凸レンズにそれぞれ対向するように前記他方の主面にエッチングによりレンズパターンを転写して複数の第２の凸レンズを形成する工程と、
前記他方の主面側で前記複数の第２の凸レンズを含む第２のレンズ配置領域に重ならないように前記位置合せマークを利用して前記他方の主面に複数のメッキ下地膜を形成する工程と、
前記複数のメッキ下地膜の上に複数の嵌合ピンを選択メッキ処理によりそれぞれ形成する工程と
を含むものである。
【００１２】
第１のマイクロレンズアレイの製法によれば、透光基板の一方の主面に複数の第１の凸レンズを形成すると共に該透光基板の他方の主面に一方の主面の位置合せマークを利用して複数の第１の凸レンズにそれぞれ対向するように複数の第２の凸レンズを形成したので、１組の対向レンズ毎に両側凸レンズが構成され、大きなＮＡが得られる。
【００１３】
第１のマイクロレンズアレイの製法においては、一方の主面の位置合せマークを利用して他方の主面に形成された複数のメッキ下地膜の上に選択メッキ処理により複数の嵌合ピンをそれぞれ形成したので、第１のマイクロレンズアレイを光ファイバアレイ、マイクロアレイ等の他の光部品に結合する際には嵌合ピンを用いる嵌合により簡単にサブミクロンオーダーの精度で位置合せを行うことができる。
【００１５】
この発明に係る第２のマイクロレンズアレイの製法は、
互いに対向する一方及び他方の主面を有する透光基板において前記一方の主面にエッチングによりレンズパターンを転写して複数の第１の凸レンズを形成する工程と、
前記一方の主面側で前記複数の第１の凸レンズを含む第１のレンズ配置領域に重ならないように前記一方の主面に位置合せマークを形成する工程と、
前記位置合せマークを利用して前記複数の第１の凸レンズにそれぞれ対向するように前記他方の主面にエッチングによりレンズパターンを転写して複数の第２の凸レンズを形成する工程と、
前記他方の主面側で前記複数の第２の凸レンズを含む第２のレンズ配置領域に重ならないように前記位置合せマークを利用して前記他方の主面に複数のメッキ下地膜を形成する工程と、
前記複数のメッキ下地膜の上に、各々嵌合孔を有する複数の嵌合孔形成部材を選択メッキ処理によりそれぞれ形成する工程と
を含むものである。
【００１６】
第２のマイクロレンズアレイの製法によれば、第１のマイクロレンズアレイの製法に関して前述したと同様に大きなＮＡが得られる。また、一方の主面の位置合せマークを利用して他方の主面に形成された複数のメッキ下地膜の上には、各々嵌合孔を有する複数の嵌合孔形成部材を選択メッキ処理によりそれぞれ形成したので、第２のマイクロレンズアレイを光ファイバアレイ、マイクロレンズアレイ等の他の光部品に結合する際には嵌合孔形成部材の嵌合孔を用いる嵌合により簡単にサブミクロンオーダーの精度で位置合せを行なうことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の一実施形態に係るマイクロレンズアレイを示すもので、図１のａ−ａ’線、Ｘ−Ｘ’線及びｂ−ｂ’線を接続した線に沿う断面を図１３に示す。ただし、図１において、図１３で符号２４，３０Ａ，３０Ｂを付した構成要素の図示は簡単のため省略した。
【００２３】
マイクロレンズアレイＬＡ１は、一例として正方形状の石英基板からなる透光基板１０の一方の主面にエッチングによりレンズパターンを転写して複数の凸レンズＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３…を形成すると共に基板１０の他方の主面にエッチングによりレンズパターンを転写して複数の凸レンズＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３…にそれぞれ対向するように複数の凸レンズＬ２１，Ｌ２２，Ｌ２３…を形成したものである。基板１０において、一辺の長さＡは３ｍｍ、厚さｔは２００μｍ（又はそれ以下）とすることができる。凸レンズＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３…は、一例として４×４個をマトリクス状に配置することができ、凸レンズＬ２１，Ｌ２２，Ｌ２３…についても同様とすることができる。
【００２４】
基板１０の一方の主面には、凸レンズＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３…を含むレンズ配置領域に重ならないように嵌合ピン１２Ａ，１２Ｂが設けられている。嵌合ピン１２Ａ，１２Ｂは、一例として基板１０の一方の主面において対角線上に設けたが、他の位置に設けてもよく、３個以上設けてもよい。各嵌合ピンは、後述するメッキ処理等により簡単且つ高精度に形成可能である。
【００２５】
図１に示したマイクロレンズアレイＬＡ１によれば、１組の対向レンズ毎に両側凸レンズが構成されるので、図２７〜３０に示したような平凸レンズ型のマイクロレンズアレイに比べて大きなＮＡが得られる。また、マイクロレンズアレイＬＡ１を光ファイバアレイ、マイクロレンズアレイ等の他の光部品に結合する際には、嵌合ピン１２Ａ，１２Ｂによる嵌合により簡単にサブミクロンオーダーの精度で位置合せ（調芯）を行なうことができる。
【００２６】
図２〜１３は、図１のマイクロレンズアレイの製法の一例を示すもので、図１と同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２７】
図２の工程では、石英基板からなる透光基板１０が接着等により固定された固定基板２０を用意する。そして、基板１０の上面には、所望のレンズパターンに従ってレジスト層Ｓ１〜Ｓ４をホトリソグラフィ及び熱処理により形成する。各レジスト層は、球面状凸部をなすように形成する。
【００２８】
図３の工程では、ＲＩＥ法によりレジスト層Ｓ１〜Ｓ４及び基板１０にエッチング処理を施すことにより基板１０の上面にレジスト層Ｓ１〜Ｓ４のレンズパターンを転写してレジスト層Ｓ１〜Ｓ４にそれぞれ対応する凸レンズＬ２１〜Ｌ２４を形成する。
【００２９】
図４の工程では、基板１０の上面に凸レンズＬ２１〜Ｌ２４を覆ってレジスト層２２を塗布する。そして、レジスト層２２には、凸レンズＬ２１〜Ｌ２４を含むレンズ配置領域に重ならないように位置合せマーク形成用の孔２２ａを露光・現像処理により形成する。
【００３０】
図５の工程では、基板１０の上面にレジスト層２２を覆ってスパッタ法によりＣｒ又はＮｉ−Ｆｅ合金等の金属を被着して金属膜２４Ａを形成する。金属膜２４Ａは、レジスト層２２の孔２２ａを介して基板１０の上面に付着する。
【００３１】
図６の工程では、リフトオフ処理によりレジスト層２２及びその上の金属膜２４Ａを除去する。この結果、基板１０の上面に付着した金属膜２４Ａの部分２４が位置合せマークとして残存する。
【００３２】
図７の工程では、固定基板２０から基板１０を剥離した後、位置合せマーク２４が下になるように基板１０を裏返して基板１０の上面を固定基板２６に接着等により固定する。固定基板２６としては、基板２０を用いてもよく、あるいは他の基板を用いてもよい。
【００３３】
図８の工程では、図２，３に関して前述したと同様にしてレンズ形成処理を実行することにより基板１０の上面（元の下面）に凸レンズＬ１１〜Ｌ１４を形成する。このとき、位置合せマーク２４を利用してホトリソグラフィ処理を行なうことにより凸レンズＬ２１〜Ｌ２４にそれぞれ対向するように４個のレジスト層（図２のＳ４〜Ｓ１に対応）を形成し、これらのレジスト層に対応して凸レンズＬ１１〜Ｌ１４を形成する。
【００３４】
図９の工程では、所望の２つのメッキ下地膜にそれぞれ対応する孔２８Ａ，２８Ｂを有するレジスト層２８を基板１０の上面にホトリソグラフィ処理により形成する。このときのホトリソグラフィ処理でも位置合せマーク２４を利用して孔２８Ａ，２８Ｂの位置を正確に決定することができる。基板１０の上面には、レジスト層２８を覆ってスパッタ法によりＮｉ−Ｆｅ合金からなる金属膜３０を形成する。金属膜３０は、レジスト層２８の孔２８Ａ，２８Ｂを介して基板１０の上面に付着する。
【００３５】
図１０の工程では、リフトオフ処理によりレジスト層２８及びその上の金属膜３０を除去する。この結果、基板１０の上面に付着した金属膜３０の部分３０Ａ，３０Ｂがメッキ下地膜として残存する。
【００３６】
図１１の工程では、所望の２つの嵌合ピンにそれぞれ対応する孔３２ａ，３２ｂを有するレジスト層３２Ａ，３２Ｂをそれぞれメッキ下地膜３０Ａ，３０Ｂの上にホトリソグラフィ処理により形成する。そして、レジスト層３２Ａ，３２ＢをマスクとしてＮｉ−Ｆｅ合金の選択メッキ処理を行なうことによりＮｉ−Ｆｅ合金からなる嵌合ピン１２Ａ，１２Ｂを形成する。各嵌合ピンは、一例として長さを１２０μｍ、直径を１２５μｍとすることができる。
【００３７】
図１２の工程では、レジスト層３２Ａ，３２Ｂを薬液処理等により除去する。この後、図１３の工程では、基板１０を固定基板２６から分離してマイクロレンズアレイＬＡ１を得る。マイクロレンズアレイＬＡ１において、基板１０の一方の主面には、凸レンズＬ１１〜Ｌ１４が形成されると共にメッキ下地膜３０Ａ，３０をそれぞれ介して嵌合ピン１２Ａ，１２Ｂが形成され、基板１０の他方の主面には、凸レンズＬ１１〜Ｌ１４にそれぞれ対向して凸レンズＬ２１〜Ｌ２４が形成されると共に位置合せマーク２４が形成されている。
【００３８】
上記したマイクロレンズアレイの製法によれば、凸レンズＬ１１〜Ｌ１４，Ｌ２１〜Ｌ２４及び嵌合ピン１２Ａ，１２Ｂをサブミクロンオーダーの精度で歩留りよく製作可能である。
【００３９】
上記した実施形態では、基板１０の一方の主面には嵌合ピン１２Ａ，１２Ｂを設け、マイクロレンズアレイＬＡ１を雄側マイクロレンズアレイとして使用する例を示したが、基板１０の一方の主面には嵌合ピン１２Ａ，１２Ｂを嵌合するための嵌合孔を有する嵌合孔形成部材を設け、マイクロレンズアレイＬＡ１を雌側マイクロレンズアレイとして使用することもできる。図１４，１５は、嵌合孔形成部材作成法の一例を示すものである。
【００４０】
図１４の工程では、図１０の工程に続いて、メッキ下地膜３０Ａ，３０Ｂの上にそれぞれレジスト層Ａ１，Ｂ１をホトリソグラフィ処理により形成する。レジスト層Ａ１，Ｂ１は、いずれも所望の嵌合孔より若干大きなサイズを有するように嵌合孔パターンに対応して例えば円形状に形成する。レジスト層Ａ１，Ｂ１は、嵌合孔の開口部に外方に向けて広がる形状を付与するためのものである。
【００４１】
次に、レジスト層Ａ１，Ｂ１の上には、レジスト層Ａ２，Ｂ２を、メッキ下地膜３０Ａ，３０Ｂの上にはレジスト層Ａ３，Ｂ３をホトリソグラフィ処理によりそれぞれ形成する。レジスト層Ａ２，Ｂ２は、それぞれ所望の嵌合孔に対応してレジスト層Ａ１，Ｂ１より小さい直径を有するように円柱状に形成し、レジスト層Ａ３，Ｂ３は、それぞれレジスト層Ａ１，Ｂ１から所定距離だけ隔ててレジスト層Ａ１，Ｂ１を取囲むように例えば円環状に形成する。レジスト層Ａ３，Ｂ３は、円環状に限らず、多角枠状等であってもよい。
【００４２】
この後、レジスト層Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３をマスクとしてＮｉ−Ｆｅ合金の選択メッキ処理を行なうことよりＮｉ−Ｆｅ合金からなる嵌合孔形成部材３４Ａ，３４Ｂを形成する。この場合、メッキ下地膜３０Ａは、レジスト層Ａ２の周囲においてレジスト層Ａ１により被覆されており、このレジスト被覆部分ではメッキの成長が遅れる。このため、部材３４Ａを構成するメッキ層は、レジスト層Ａ２の上方に進むほどレジストＡ２から離れるように形成され、部材３４Ａには、図１５に示すように内部から外方に進むにつれてサイズが増大するように嵌合孔３４ａが形成される。このことは、部材３４Ｂに形成される嵌合孔３４ｂについても同様である。
【００４３】
図１５の工程では、薬液処理等によりレジスト層Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３を除去する。この結果、嵌合孔３４ａ，３４ｂをそれぞれ有する嵌合孔形成部材３４Ａ，３４Ｂがそれぞれメッキ下地膜３０Ａ，３０Ｂを介して基板１０の一方の主面に設けられたことになる。この後は、図１３について前述したように基板１０を固定基板２６から分離する。
【００４４】
図１６（Ａ），（Ｂ）は、嵌合孔形成部材作成法の他の例を示すものである。この例では、簡単のため、１つの嵌合孔形成部材３８Ａの作成法を述べるが、図２６に示す嵌合孔形成部材３８Ｂも同様にして作成可能である。なお、図２６では、簡単のため、３６Ａ等のメッキ下地膜の図示を省略した。
【００４５】
図１６（Ａ）の工程では、図９，１０に関して前述したレジストパターン形成処理、スパッタ処理及びリフトオフ処理により円形状の孔３６ａを有するメッキ下地膜３６Ａを基板１０の一方の主面に形成する。孔３６ａは、所望の嵌合孔より若干大きな直径を有するように円形状に形成する。
【００４６】
次に、孔３６ａ内の基板表面にはレジスト層Ｃ１を、メッキ下地膜３４Ａ上にはレジスト層Ｃ２をホトリソグラフィ処理によりそれぞれ形成する。レジスト層Ｃ１は、所望の嵌合孔に対応して孔３６ａより小さい直径を有する円柱状に形成し、レジスト層Ｃ２は、レジスト層Ｃ１から所定距離だけ隔ててレジスト層Ｃ１を取囲むように例えば円環状に形成する。レジスト層Ｃ２は、円環状に限らず、多角枠状等であってもよい。
【００４７】
この後、レジスト層Ｃ１，Ｃ２をマスクとしてＮｉ−Ｆｅ合金の選択メッキ処理を行なうことによりＮｉ−Ｆｅ合金からなる嵌合孔形成部材３８Ａを形成する。この場合、メッキ下地膜３６Ａは、レジスト層Ｃ１の周囲において欠如しており、この欠如部分ではメッキの成長が遅れる。このため、部材３８Ａを構成するメッキ層は、レジスト層Ｃ１の上方に進むほどレジスト層Ｃ１から離れるように形成され、部材３８Ａには、図１６（Ｂ）に示すように内部から外方に進むにつれてサイズが増大するように嵌合孔３８ａが形成される。
【００４８】
図１４〜１６に関して上記した嵌合孔形成部材作成法によれば、３４Ａ，３４Ｂ，３８Ａ等の嵌合孔形成部材をサブミクロンオーダーの精度で歩留り製作可能である。また、各嵌合孔は、内部から外方に進むにつれてサイズが増大するように形成されるので、嵌合ピンとの嵌合が容易となる。
【００４９】
上記した実施形態では、嵌合ピン１２Ａ，１２Ｂとして円柱状のものを例示したが、多角柱（例えば四角柱、六角柱等）状のものを形成することもできる。このようにした場合は、嵌合孔も嵌合ピンに対応して多角形状とすればよい。また、基板１０の形状は、正方形状に限らず、円形状、多角形状等であってもよい。なお、嵌合ピン又は嵌合孔形成部材は、凸レンズＬ２１〜Ｌ２４を形成した主面に設けてもよい。
【００５０】
図１７は、この発明に係る組合せマイクロレンズアレイの一例を示すものである。マイクロレンズアレイＬＡ１は、図１に関して前述したと同様のものであり、同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５１】
マイクロレンズアレイＬＡ２は、一例として正方形状の石英基板からなる透光基板４０の一方の主面に図２，３に関して前述したと同様にエッチングによりレンズパターンを転写して複数の凸レンズＬ４１，Ｌ４２，Ｌ４３…を形成したものであり、基板４０の他方の主面は、平坦面となっている。基板４０の一方の主面には、図１４〜１６に関して前述したと同様にして嵌合孔形成部材４２Ａ，４２Ｂが設けられている。図１７において、部材４２Ａ，４２Ｂの下のメッキ下地膜の図示は省略した。
【００５２】
基板１０の一方の主面を基板４０の一方の主面に対向させると共に嵌合ピン１２Ａ，１２Ｂを部材４２Ａ，４２Ｂの嵌合孔にそれぞれ嵌合させることによりマイクロレンズアレイＬＡ１，ＬＡ２が相互に結合される。基板１０，４０の一辺の長さは、いずれも３ｍｍ程度とし、基板１０，４０の厚さは、いずれも２００μｍ程度とし、凸レンズ間（例えばＬ１１−Ｌ４１間）の距離は、５０μｍとし、組合せマイクロレンズアレイの厚さＴは、５００μｍ程度とすることができる。
【００５３】
図１８は、図１７の組合せマイクロレンズアレイにおける１組の対向レンズのシミュレーション結果を示すものである。レンズＬａは、凸レンズＬ１１，Ｌ２１により構成される両側凸レンズ、レンズＬｂは、凸レンズＬ４１により構成される平凸レンズである。
【００５４】
レンズＬａ，Ｌｂは、直線Ｚ−Ｚ’に光軸を一致させた状態で配置されており、レンズＬａ−Ｌｂ間の間隔Ｄは、５０μｍとした。レンズＬａにおいて、厚さＴ１は、０．２ｍｍ、曲面Ｓ１，Ｓ２の曲率半径はいずれも０．６ｍｍとした。また、レンズＬｂにおいて、厚さＴ２は、０．２ｍｍ、曲面Ｓ３の曲率半径は０．６ｍｍとした。このような条件の下において、ＮＡ＝０．６が得られた。
【００５５】
なお、図１７に示した組合せマイクロレンズアレイにおいては、基板４０側に嵌合ピン１２Ａ，１２Ｂを設けると共に基板１０側に嵌合孔形成部材４２Ａ，４２Ｂを設けて嵌合を達成してもよい。
【００５６】
図１９〜２５は、この発明の他の実施形態に係るマイクロレンズアレイの製法を示すものである。この製法は、マイクロレンズアレイにおいて、複数の光ファイバをそれぞれ嵌合するための複数の嵌合孔を有する嵌合孔形成部材をレンズ形成面に形成するものである。
【００５７】
図１９の工程では、図２，３に関して前述したと同様にして固定基板５２に固定された石英基板からなる透光基板５０の一方の主面に凸レンズＬ５１〜Ｌ５４を形成した後、基板５０の一方の主面にレジスト層５４，Ｒ１１〜Ｒ１４をホトリソグラフィ処理により形成する。レジスト層５４は、凸レンズＬ５１〜Ｌ５４を含むレンズ配置領域を露呈する孔５４ａを有するように形成し、レジスト層Ｒ１１〜Ｒ１４は、レジスト層５４の孔５４ａ内において凸レンズＬ５１〜Ｌ５４の中央部をそれぞれ覆うように円形状に形成する。
【００５８】
図２０の工程では、スパッタ法により基板５０上にレジスト層５４，Ｒ１１〜Ｒ１４を覆ってＮｉ−Ｆｅ合金からなる金属膜５６Ａを形成する。金属膜５６Ａは、レジスト層５４とレジスト層Ｒ１１〜Ｒ１４との間において基板５０の上面に付着する。
【００５９】
図２１の工程では、リフトオフ処理によりレジスト層５４，Ｒ１１〜Ｒ１４及びその上の金属膜５６Ａを除去する。この結果、基板５０の上面に付着した金属膜５６Ａの部分５６が図２２に実線で示すような平面パターンでメッキ下地膜として残存する。図２１は、図２２のＹ−Ｙ’線に沿う断面に対応する。メッキ下地膜５６は、レジスト層Ｒ１１〜Ｒ１４にそれぞれ対応した孔Ｋ１〜Ｋ４を有する。これらの孔Ｋ１〜Ｋ４は、それぞれ凸レンズＬ５１〜Ｌ５４の中央部を露呈する。
【００６０】
図２３の工程では、凸レンズＬ５１〜Ｌ５４の露呈部をそれぞれ覆うようにレジスト層Ｒ２１〜Ｒ２４をホトリソグラフィ処理により形成する。レジスト層Ｒ２１〜Ｒ２４は、いずれも所望の光ファイバ嵌合孔より若干大きなサイズを有するように光ファイバ嵌合孔パターンに対応して例えば円形状に形成する。レジスト層Ｒ２１〜Ｒ２４は、光ファイバ嵌合孔の開口部に外方に向けて広がる形状を付与するためのものである。レジスト層Ｒ２１〜Ｒ２４の周縁部は、それぞれ孔Ｋ１〜Ｋ４の周辺部においてメッキ下地膜５６と重なるように配置する。
【００６１】
次に、レジスト層Ｒ２１〜Ｒ２４の上にはレジスト層Ｒ３１〜Ｒ３４を、基板５０の上面にはレジスト層５８をホトリソグラフィ処理によりそれぞれ形成する。レジスト層５８は、図１９に示したレジスト層５４の孔５４ａに対応した孔５８ａを有するように形成し、レジスト層Ｒ３１〜Ｒ３４は、レジスト層５８の孔５８ａ内においてそれぞれ所望の光ファイバ嵌合孔に対応してレジスト層Ｒ２１〜Ｒ２４より小さい直径を有する円柱状に形成する。レジスト層５８は、孔５８ａの周辺部においてメッキ下地膜５６を重なるように配置する。
【００６２】
この後、レジスト層Ｒ２１〜Ｒ２４，Ｒ３１〜Ｒ３４，５８をマスクとしてＮｉ−Ｆｅ合金の選択メッキ処理を行なうことによりＮｉ−Ｆｅ合金からなる嵌合孔形成部材６０を形成する。この場合、メッキ下地膜５６は、レジスト層Ｒ３１〜Ｒ３４の周囲においてレジスト層Ｒ２１〜Ｒ２４によりそれぞれ被覆されており、これらのレジスト部分ではメッキの成長が遅れる。このため、部材６０を構成するメッキ層は、レジスト層Ｒ３１の上方に進むにつれてレジスト層Ｒ３１から離れるように形成され、部材６０には、図２４に示すように内部から外方に進むにつれてサイズ（直径）が増大するように光ファイバ嵌合孔Ｍ１が形成される。このことは、部材６０に形成される光ファイバ嵌合孔Ｍ２〜Ｍ４についても同様である。
【００６３】
図２４の工程では、薬液処理等によりレジスト層Ｒ２１〜Ｒ２４，Ｒ３１〜Ｒ３４，５８を除去する。この結果、光ファイバ嵌合孔Ｍ１〜Ｍ４を有する嵌合孔形成部材６０がメッキ下地膜５６を介して基板５０の一方の主面に設けられたことになる。図２２には、メッキ下地膜５６に関して嵌合孔形成部材６０の平面パターンを破線で示す。図２４は、図２２のＹ−Ｙ’線に沿う断面に対応する。
【００６４】
図２４の工程の後は、図２５の工程において基板５０を固定基板５２から分離してマイクロレンズアレイＬＡ１２を得る。マイクロレンズアレイＬＡ１２において、基板５０の一方の主面には、凸レンズＬ５１〜Ｌ５４が形成されると共にメッキ下地膜５６を介して嵌合孔形成部材６０が形成されている。嵌合孔形成部材６０の光ファイバ嵌合孔Ｍ１〜Ｍ４には、図２６に示すように光ファイバＦ１〜Ｆ４をそれぞれ嵌合させることができる。このような嵌合状態において、各光ファイバは、対応する凸レンズに対して正確に位置決めされる。例えば、光ファイバＦ１は、凸レンズＬ５１に対して正確に位置決めされる。
【００６５】
図１９〜２５に関して上記した例では、基板５０の一方の主面にのみ複数の凸レンズＬ５１〜Ｌ５４を形成した平凸レンズ型マイクロレンズアレイＬＡ１２において嵌合孔形成部材６０を設けたが、図２〜８に関して前述したと同様にして基板５０の一方の主面には複数の凸レンズＬ５１〜Ｌ５４を形成すると共に基板５０の他方の主面には複数の凸レンズＬ５１〜Ｌ５４にそれぞれ対応して複数の凸レンズＬ６１〜Ｌ６４を形成した両側凸レンズ型マイクロレンズアレイにおいて嵌合孔形成部材６０を設けてもよい。なお、嵌合孔形成部材６０に相当する嵌合孔形成部材は、図１６に関して前述した選択メッキ処理によって形成することも可能である。
【００６６】
図１９〜２５に関して上記した製法によれば、マイクロレンズアレイにおいて、複数の光ファイバ嵌合孔を有する嵌合孔形成部材６０をサブミクロンオーダーの精度で製作可能である。また、各光ファイバ嵌合孔は、内部から外方に進むにつれてサイズが増大するように形成されるので、光ファイバとの嵌合が容易である。
【００６７】
図２６は、この発明に係る組合せマイクロレンズアレイの他の例を示すものである。マイクロレンズアレイＬＡ１１は、図１〜１３に関して前述したマイクロレンズアレイＬＡ１と殆ど同様のもので、同様の部分には同様の符号を付してある。マイクロレンズアレイＬＡ１と異なる点は、嵌合ピン１２Ａ，１２Ｂの代りに嵌合孔形成部材３８Ａ，３８Ｂを図１６に関して前述したようにして設けたことである。なお、嵌合孔形成部材３８Ａ，３８Ｂの代りに、図１４，１５に関して前述した嵌合孔形成部材３４Ａ，３４Ｂを用いてもよい。
【００６８】
マイクロレンズアレイＬＡ１２は、図１９〜２５に関して前述したと同様のマイクロレンズアレイにおいて、凸レンズＬ５１〜Ｌ５４を設けた一方の主面とは反対側の他方の主面に、凸レンズＬ５１〜Ｌ５４を含むレンズ配置領域に重ならないように嵌合ピン６２Ａ，６２Ｂを設けたものに相当し、マイクロレンズアレイＬＡ１１と同様にマトリクス状に配置された多数の凸レンズを有する。嵌合ピン６２Ａ，６２Ｂは、図９〜１３に関して前述した嵌合ピン１２Ａ，１２Ｂと同様にして製作可能である。図２６において、嵌合ピン６２Ａ，６２Ｂの下のメッキ下地膜の図示は省略した。
【００６９】
基板５０の他方の主面を基板１０の一方の主面に対向させると共に嵌合ピン６２Ａ，６２Ｂを部材３８Ａ，３８Ｂの嵌合孔にそれぞれ嵌合させることによりマイクロレンズアレイＬＡ１１，ＬＡ１２が相互に結合される。このような結合作業の前又は後に、嵌合孔形成部材６０の光ファイバ嵌合孔Ｍ１〜Ｍ４に光ファイバＦ１〜Ｆ４をそれぞれ嵌合させることができる。
【００７０】
なお、図２６に示した組合せマイクロレンズアレイにおいては、基板１０側に嵌合ピン６２Ａ，６２Ｂを設けると共に基板５０側に嵌合孔形成部材３８Ａ，３８Ｂを設けて嵌合を達成してもよい。
【００７１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、透光基板の両主面にエッチングによりレンズパターンを転写して複数の両側凸レンズを構成する際に、一方の主面に形成した位置合せマークを利用して他方の主面での凸レンズ位置を決定するようにしたので、大きなＮＡを有するマイクロレンズアレイを実現できる効果が得られる。
【００７３】
その上、透光基板の一方及び他方の主面に互いに対向するように複数の凸レンズを形成したマイクロレンズアレイにおいて、一方の主面の位置合せマークを利用して他方の主面に形成された複数のメッキ下地膜の上には、複数の嵌合ピン又は複数の嵌合孔形成部材を選択メッキ処理によりそれぞれ形成したので、光ファイバアレイ、マイクロレンズアレイ等の他の光部品との結合の際に簡単にサブミクロンオーダーの精度で位置合せを行なえる効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一実施形態に係るマイクロレンズアレイを示す斜視図である。
【図２】 図１のマイクロレンズアレイの製法におけるレジスト層形成工程を示す断面図である。
【図３】 図２の工程に続くレンズ形成工程を示す断面図である。
【図４】 図３の工程に続くレジスト層形成工程を示す断面図である。
【図５】 図４の工程に続く金属膜形成工程を示す断面図である。
【図６】 図５の工程に続くリフトオフ工程を示す断面図である。
【図７】 図６の工程に続く基板剥離・固定工程を示す断面図である。
【図８】 図７の工程に続くレンズ形成工程を示す断面図である。
【図９】 図８の工程に続くレジスト層形成工程及び金属膜形成工程示す断面図である。
【図１０】 図９の工程に続くリフトオフ工程を示す断面図である。
【図１１】 図１０の工程に続く選択メッキ工程を示す断面図である。
【図１２】 図１１の工程に続くレジスト除去工程を示す断面図である。
【図１３】 図１２の工程に続く分離工程を示す断面図である。
【図１４】 嵌合孔形成部材作成法におけるレジスト層形成工程及び選択メッキ工程を示す断面図である。
【図１５】 図１４の工程に続くレジスト除去工程を示す断面図である。
【図１６】 嵌合孔形成部材作成法の他の例を示す断面図である。
【図１７】 この発明に係る組合せマイクロレンズアレイの一例を示す断面図である。
【図１８】 図１７の組合せマイクロレンズアレイにおける１組の対向レンズのシミュレーション結果を示す光路図である。
【図１９】 この発明の他の実施形態に係るマイクロレンズアレイの製法におけるレジスト層形成工程を示す断面図である。
【図２０】 図１９の工程に続く金属膜形成工程を示す断面図である。
【図２１】 図２０の工程に続くリフトオフ工程を示す断面図である。
【図２２】 図２１の工程で形成されるメッキ下地膜の平面パターンを示す平面図である。
【図２３】 図２１の工程に続くレジスト層形成工程及び選択メッキ工程を示す断面図である。
【図２４】 図２３の工程に続くレジスト除去工程を示す断面図である。
【図２５】 図２４の工程に続く分離工程を示す断面図である。
【図２６】 この発明に係る組合せマイクロレンズアレイの他の例を示す断面図である。
【図２７】 従来のマイクロレンズアレイの製法におけるレジスト層形成工程を示す断面図である。
【図２８】 図２７の工程に続くレンズ材エッチング工程及びレジスト層形成工程を示す断面図である。
【図２９】 図２８の工程に続く基板エッチング工程を示す断面図である。
【図３０】 図２９のマイクロレンズアレイに光ファイバを接続した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０，４０，５０：透光基板、１２Ａ，１２Ｂ，６２Ａ，６２Ｂ：嵌合ピン、２０，２６，５２：固定基板、２２，２８，３２Ａ，３２Ｂ，５４，５８，Ｓ１〜Ｓ４，Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３，Ｃ１，Ｃ２，Ｒ１１〜Ｒ１４，Ｒ２１〜Ｒ２４，Ｒ３１〜Ｒ３４：レジスト層、２４Ａ，３０，５６Ａ：金属膜、２４：位置合せマーク、３０Ａ，３０Ｂ，３６Ａ，５６：メッキ下地膜、３４Ａ，３４Ｂ，３８Ａ，３８Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ，６０：嵌合孔形成部材、Ｌ１１〜Ｌ１４，Ｌ２１〜Ｌ２４，Ｌ４１〜Ｌ４４，Ｌ５１〜Ｌ５４，Ｌ６１〜Ｌ６４：凸レンズ、Ｆ１〜Ｆ４：光ファイバ、ＬＡ１，ＬＡ２，ＬＡ１１，ＬＡ１２：マイクロレンズアレイ。
【発明の属する技術分野】
この発明は、光通信等に用いられるマイクロレンズアレイの製法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マイクロレンズアレイとしては、図３０に示すものが知られており（例えば、特開平９−９０１６２号公報参照）、図２７〜２９は、このマイクロレンズアレイの製法を示すものである。
【０００３】
図２７の工程では、厚さ５００μｍのシリコン基板３の一方の主面に厚さ５０μｍの石英ガラス層４を形成した後、石英ガラス層４の上に所望のレンズパターンに従って球面状凸部をなすようにレジスト層５ａ〜５ｃをホトリソグラフィ及び熱処理により形成する。
【０００４】
図２８の工程では、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法によりレジスト層５ａ〜５ｃ及び石英ガラス層４にエッチング処理を施すことにより石英ガラス層４の上面にレジスト層５ａ~５ｃのレンズパターンを転写してレジスト層５ａ〜５ｃにそれぞれ対応する凸レンズ４ａ〜４ｃを形成する。各凸レンズの直径は、６０μｍとすることができる。この後、基板３の他方の主面に接続孔形成用の孔６ａ〜６ｃを有するレジスト層６をホトリソグラフィ処理により形成する。
【０００５】
図２９の工程では、レジスト層６をマスクとするドライエッチング処理によりシリコン基板３に凸レンズ４ａ〜４ｃにそれぞれ対向して接続孔３ａ〜３ｃを形成する。各接続孔において、深さは５００μｍ、直径は１２５μｍとすることができる。
【０００６】
図３０は、図２９のマイクロレンズアレイにおいて、接続孔３ａに光ファイバ７を挿入した状態を示すもので、接続孔３ａの深さが接続孔３ａの直径の２倍以上あるので、光ファイバ７は、接続孔３ａで確実に保持される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術によると、基板３の一方の主面に形成された４ａ等の各凸レンズは、基板３の他方の主面が平坦であるため、平凸レンズを構成する。レンズ作用は、スネルの法則による光の屈折現象に基づくものであり、基板３の一方の主面にのみレンズ球面を設けた平凸レンズ構成では、大きな開口数（ＮＡ）が得られないという問題点がある。
【０００８】
一般に、高ＮＡレンズや低収差レンズを実現するため、数個のレンズを光軸方向に並べて組合せレンズを構成することは知られている（例えば、特開平８−３３４６８９号公報参照）。組合せレンズでは、光学特性が向上する反面、レンズ構成が大型化すること、レンズ同士の光軸調整が容易でないことなどの問題点がある。特に、複数のマイクロレンズをアレイ化したマイクロレンズアレイにあっては、光ファイバアレイ、マイクロレンズアレイ等の他の光部品との結合の際にすべてのレンズについて高精度の光軸調整（調芯）を行なうのは困難であり、使い易い調芯構造が提案されていないのが現状である。
【０００９】
この発明の目的は、大きなＮＡを有し、しかも他の光部品との結合に際して高精度の位置合せ又は位置決めを簡単になしうる新規なマイクロレンズアレイを製作する方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る第１のマイクロレンズアレイの製法は、
互いに対向する一方及び他方の主面を有する透光基板において前記一方の主面にエッチングによりレンズパターンを転写して複数の第１の凸レンズを形成する工程と、
前記一方の主面側で前記複数の第１の凸レンズを含む第１のレンズ配置領域に重ならないように前記一方の主面に位置合せマークを形成する工程と、
前記位置合せマークを利用して前記複数の第１の凸レンズにそれぞれ対向するように前記他方の主面にエッチングによりレンズパターンを転写して複数の第２の凸レンズを形成する工程と、
前記他方の主面側で前記複数の第２の凸レンズを含む第２のレンズ配置領域に重ならないように前記位置合せマークを利用して前記他方の主面に複数のメッキ下地膜を形成する工程と、
前記複数のメッキ下地膜の上に複数の嵌合ピンを選択メッキ処理によりそれぞれ形成する工程と
を含むものである。
【００１２】
第１のマイクロレンズアレイの製法によれば、透光基板の一方の主面に複数の第１の凸レンズを形成すると共に該透光基板の他方の主面に一方の主面の位置合せマークを利用して複数の第１の凸レンズにそれぞれ対向するように複数の第２の凸レンズを形成したので、１組の対向レンズ毎に両側凸レンズが構成され、大きなＮＡが得られる。
【００１３】
第１のマイクロレンズアレイの製法においては、一方の主面の位置合せマークを利用して他方の主面に形成された複数のメッキ下地膜の上に選択メッキ処理により複数の嵌合ピンをそれぞれ形成したので、第１のマイクロレンズアレイを光ファイバアレイ、マイクロアレイ等の他の光部品に結合する際には嵌合ピンを用いる嵌合により簡単にサブミクロンオーダーの精度で位置合せを行うことができる。
【００１５】
この発明に係る第２のマイクロレンズアレイの製法は、
互いに対向する一方及び他方の主面を有する透光基板において前記一方の主面にエッチングによりレンズパターンを転写して複数の第１の凸レンズを形成する工程と、
前記一方の主面側で前記複数の第１の凸レンズを含む第１のレンズ配置領域に重ならないように前記一方の主面に位置合せマークを形成する工程と、
前記位置合せマークを利用して前記複数の第１の凸レンズにそれぞれ対向するように前記他方の主面にエッチングによりレンズパターンを転写して複数の第２の凸レンズを形成する工程と、
前記他方の主面側で前記複数の第２の凸レンズを含む第２のレンズ配置領域に重ならないように前記位置合せマークを利用して前記他方の主面に複数のメッキ下地膜を形成する工程と、
前記複数のメッキ下地膜の上に、各々嵌合孔を有する複数の嵌合孔形成部材を選択メッキ処理によりそれぞれ形成する工程と
を含むものである。
【００１６】
第２のマイクロレンズアレイの製法によれば、第１のマイクロレンズアレイの製法に関して前述したと同様に大きなＮＡが得られる。また、一方の主面の位置合せマークを利用して他方の主面に形成された複数のメッキ下地膜の上には、各々嵌合孔を有する複数の嵌合孔形成部材を選択メッキ処理によりそれぞれ形成したので、第２のマイクロレンズアレイを光ファイバアレイ、マイクロレンズアレイ等の他の光部品に結合する際には嵌合孔形成部材の嵌合孔を用いる嵌合により簡単にサブミクロンオーダーの精度で位置合せを行なうことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の一実施形態に係るマイクロレンズアレイを示すもので、図１のａ−ａ’線、Ｘ−Ｘ’線及びｂ−ｂ’線を接続した線に沿う断面を図１３に示す。ただし、図１において、図１３で符号２４，３０Ａ，３０Ｂを付した構成要素の図示は簡単のため省略した。
【００２３】
マイクロレンズアレイＬＡ１は、一例として正方形状の石英基板からなる透光基板１０の一方の主面にエッチングによりレンズパターンを転写して複数の凸レンズＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３…を形成すると共に基板１０の他方の主面にエッチングによりレンズパターンを転写して複数の凸レンズＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３…にそれぞれ対向するように複数の凸レンズＬ２１，Ｌ２２，Ｌ２３…を形成したものである。基板１０において、一辺の長さＡは３ｍｍ、厚さｔは２００μｍ（又はそれ以下）とすることができる。凸レンズＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３…は、一例として４×４個をマトリクス状に配置することができ、凸レンズＬ２１，Ｌ２２，Ｌ２３…についても同様とすることができる。
【００２４】
基板１０の一方の主面には、凸レンズＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３…を含むレンズ配置領域に重ならないように嵌合ピン１２Ａ，１２Ｂが設けられている。嵌合ピン１２Ａ，１２Ｂは、一例として基板１０の一方の主面において対角線上に設けたが、他の位置に設けてもよく、３個以上設けてもよい。各嵌合ピンは、後述するメッキ処理等により簡単且つ高精度に形成可能である。
【００２５】
図１に示したマイクロレンズアレイＬＡ１によれば、１組の対向レンズ毎に両側凸レンズが構成されるので、図２７〜３０に示したような平凸レンズ型のマイクロレンズアレイに比べて大きなＮＡが得られる。また、マイクロレンズアレイＬＡ１を光ファイバアレイ、マイクロレンズアレイ等の他の光部品に結合する際には、嵌合ピン１２Ａ，１２Ｂによる嵌合により簡単にサブミクロンオーダーの精度で位置合せ（調芯）を行なうことができる。
【００２６】
図２〜１３は、図１のマイクロレンズアレイの製法の一例を示すもので、図１と同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２７】
図２の工程では、石英基板からなる透光基板１０が接着等により固定された固定基板２０を用意する。そして、基板１０の上面には、所望のレンズパターンに従ってレジスト層Ｓ１〜Ｓ４をホトリソグラフィ及び熱処理により形成する。各レジスト層は、球面状凸部をなすように形成する。
【００２８】
図３の工程では、ＲＩＥ法によりレジスト層Ｓ１〜Ｓ４及び基板１０にエッチング処理を施すことにより基板１０の上面にレジスト層Ｓ１〜Ｓ４のレンズパターンを転写してレジスト層Ｓ１〜Ｓ４にそれぞれ対応する凸レンズＬ２１〜Ｌ２４を形成する。
【００２９】
図４の工程では、基板１０の上面に凸レンズＬ２１〜Ｌ２４を覆ってレジスト層２２を塗布する。そして、レジスト層２２には、凸レンズＬ２１〜Ｌ２４を含むレンズ配置領域に重ならないように位置合せマーク形成用の孔２２ａを露光・現像処理により形成する。
【００３０】
図５の工程では、基板１０の上面にレジスト層２２を覆ってスパッタ法によりＣｒ又はＮｉ−Ｆｅ合金等の金属を被着して金属膜２４Ａを形成する。金属膜２４Ａは、レジスト層２２の孔２２ａを介して基板１０の上面に付着する。
【００３１】
図６の工程では、リフトオフ処理によりレジスト層２２及びその上の金属膜２４Ａを除去する。この結果、基板１０の上面に付着した金属膜２４Ａの部分２４が位置合せマークとして残存する。
【００３２】
図７の工程では、固定基板２０から基板１０を剥離した後、位置合せマーク２４が下になるように基板１０を裏返して基板１０の上面を固定基板２６に接着等により固定する。固定基板２６としては、基板２０を用いてもよく、あるいは他の基板を用いてもよい。
【００３３】
図８の工程では、図２，３に関して前述したと同様にしてレンズ形成処理を実行することにより基板１０の上面（元の下面）に凸レンズＬ１１〜Ｌ１４を形成する。このとき、位置合せマーク２４を利用してホトリソグラフィ処理を行なうことにより凸レンズＬ２１〜Ｌ２４にそれぞれ対向するように４個のレジスト層（図２のＳ４〜Ｓ１に対応）を形成し、これらのレジスト層に対応して凸レンズＬ１１〜Ｌ１４を形成する。
【００３４】
図９の工程では、所望の２つのメッキ下地膜にそれぞれ対応する孔２８Ａ，２８Ｂを有するレジスト層２８を基板１０の上面にホトリソグラフィ処理により形成する。このときのホトリソグラフィ処理でも位置合せマーク２４を利用して孔２８Ａ，２８Ｂの位置を正確に決定することができる。基板１０の上面には、レジスト層２８を覆ってスパッタ法によりＮｉ−Ｆｅ合金からなる金属膜３０を形成する。金属膜３０は、レジスト層２８の孔２８Ａ，２８Ｂを介して基板１０の上面に付着する。
【００３５】
図１０の工程では、リフトオフ処理によりレジスト層２８及びその上の金属膜３０を除去する。この結果、基板１０の上面に付着した金属膜３０の部分３０Ａ，３０Ｂがメッキ下地膜として残存する。
【００３６】
図１１の工程では、所望の２つの嵌合ピンにそれぞれ対応する孔３２ａ，３２ｂを有するレジスト層３２Ａ，３２Ｂをそれぞれメッキ下地膜３０Ａ，３０Ｂの上にホトリソグラフィ処理により形成する。そして、レジスト層３２Ａ，３２ＢをマスクとしてＮｉ−Ｆｅ合金の選択メッキ処理を行なうことによりＮｉ−Ｆｅ合金からなる嵌合ピン１２Ａ，１２Ｂを形成する。各嵌合ピンは、一例として長さを１２０μｍ、直径を１２５μｍとすることができる。
【００３７】
図１２の工程では、レジスト層３２Ａ，３２Ｂを薬液処理等により除去する。この後、図１３の工程では、基板１０を固定基板２６から分離してマイクロレンズアレイＬＡ１を得る。マイクロレンズアレイＬＡ１において、基板１０の一方の主面には、凸レンズＬ１１〜Ｌ１４が形成されると共にメッキ下地膜３０Ａ，３０をそれぞれ介して嵌合ピン１２Ａ，１２Ｂが形成され、基板１０の他方の主面には、凸レンズＬ１１〜Ｌ１４にそれぞれ対向して凸レンズＬ２１〜Ｌ２４が形成されると共に位置合せマーク２４が形成されている。
【００３８】
上記したマイクロレンズアレイの製法によれば、凸レンズＬ１１〜Ｌ１４，Ｌ２１〜Ｌ２４及び嵌合ピン１２Ａ，１２Ｂをサブミクロンオーダーの精度で歩留りよく製作可能である。
【００３９】
上記した実施形態では、基板１０の一方の主面には嵌合ピン１２Ａ，１２Ｂを設け、マイクロレンズアレイＬＡ１を雄側マイクロレンズアレイとして使用する例を示したが、基板１０の一方の主面には嵌合ピン１２Ａ，１２Ｂを嵌合するための嵌合孔を有する嵌合孔形成部材を設け、マイクロレンズアレイＬＡ１を雌側マイクロレンズアレイとして使用することもできる。図１４，１５は、嵌合孔形成部材作成法の一例を示すものである。
【００４０】
図１４の工程では、図１０の工程に続いて、メッキ下地膜３０Ａ，３０Ｂの上にそれぞれレジスト層Ａ１，Ｂ１をホトリソグラフィ処理により形成する。レジスト層Ａ１，Ｂ１は、いずれも所望の嵌合孔より若干大きなサイズを有するように嵌合孔パターンに対応して例えば円形状に形成する。レジスト層Ａ１，Ｂ１は、嵌合孔の開口部に外方に向けて広がる形状を付与するためのものである。
【００４１】
次に、レジスト層Ａ１，Ｂ１の上には、レジスト層Ａ２，Ｂ２を、メッキ下地膜３０Ａ，３０Ｂの上にはレジスト層Ａ３，Ｂ３をホトリソグラフィ処理によりそれぞれ形成する。レジスト層Ａ２，Ｂ２は、それぞれ所望の嵌合孔に対応してレジスト層Ａ１，Ｂ１より小さい直径を有するように円柱状に形成し、レジスト層Ａ３，Ｂ３は、それぞれレジスト層Ａ１，Ｂ１から所定距離だけ隔ててレジスト層Ａ１，Ｂ１を取囲むように例えば円環状に形成する。レジスト層Ａ３，Ｂ３は、円環状に限らず、多角枠状等であってもよい。
【００４２】
この後、レジスト層Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３をマスクとしてＮｉ−Ｆｅ合金の選択メッキ処理を行なうことよりＮｉ−Ｆｅ合金からなる嵌合孔形成部材３４Ａ，３４Ｂを形成する。この場合、メッキ下地膜３０Ａは、レジスト層Ａ２の周囲においてレジスト層Ａ１により被覆されており、このレジスト被覆部分ではメッキの成長が遅れる。このため、部材３４Ａを構成するメッキ層は、レジスト層Ａ２の上方に進むほどレジストＡ２から離れるように形成され、部材３４Ａには、図１５に示すように内部から外方に進むにつれてサイズが増大するように嵌合孔３４ａが形成される。このことは、部材３４Ｂに形成される嵌合孔３４ｂについても同様である。
【００４３】
図１５の工程では、薬液処理等によりレジスト層Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３を除去する。この結果、嵌合孔３４ａ，３４ｂをそれぞれ有する嵌合孔形成部材３４Ａ，３４Ｂがそれぞれメッキ下地膜３０Ａ，３０Ｂを介して基板１０の一方の主面に設けられたことになる。この後は、図１３について前述したように基板１０を固定基板２６から分離する。
【００４４】
図１６（Ａ），（Ｂ）は、嵌合孔形成部材作成法の他の例を示すものである。この例では、簡単のため、１つの嵌合孔形成部材３８Ａの作成法を述べるが、図２６に示す嵌合孔形成部材３８Ｂも同様にして作成可能である。なお、図２６では、簡単のため、３６Ａ等のメッキ下地膜の図示を省略した。
【００４５】
図１６（Ａ）の工程では、図９，１０に関して前述したレジストパターン形成処理、スパッタ処理及びリフトオフ処理により円形状の孔３６ａを有するメッキ下地膜３６Ａを基板１０の一方の主面に形成する。孔３６ａは、所望の嵌合孔より若干大きな直径を有するように円形状に形成する。
【００４６】
次に、孔３６ａ内の基板表面にはレジスト層Ｃ１を、メッキ下地膜３４Ａ上にはレジスト層Ｃ２をホトリソグラフィ処理によりそれぞれ形成する。レジスト層Ｃ１は、所望の嵌合孔に対応して孔３６ａより小さい直径を有する円柱状に形成し、レジスト層Ｃ２は、レジスト層Ｃ１から所定距離だけ隔ててレジスト層Ｃ１を取囲むように例えば円環状に形成する。レジスト層Ｃ２は、円環状に限らず、多角枠状等であってもよい。
【００４７】
この後、レジスト層Ｃ１，Ｃ２をマスクとしてＮｉ−Ｆｅ合金の選択メッキ処理を行なうことによりＮｉ−Ｆｅ合金からなる嵌合孔形成部材３８Ａを形成する。この場合、メッキ下地膜３６Ａは、レジスト層Ｃ１の周囲において欠如しており、この欠如部分ではメッキの成長が遅れる。このため、部材３８Ａを構成するメッキ層は、レジスト層Ｃ１の上方に進むほどレジスト層Ｃ１から離れるように形成され、部材３８Ａには、図１６（Ｂ）に示すように内部から外方に進むにつれてサイズが増大するように嵌合孔３８ａが形成される。
【００４８】
図１４〜１６に関して上記した嵌合孔形成部材作成法によれば、３４Ａ，３４Ｂ，３８Ａ等の嵌合孔形成部材をサブミクロンオーダーの精度で歩留り製作可能である。また、各嵌合孔は、内部から外方に進むにつれてサイズが増大するように形成されるので、嵌合ピンとの嵌合が容易となる。
【００４９】
上記した実施形態では、嵌合ピン１２Ａ，１２Ｂとして円柱状のものを例示したが、多角柱（例えば四角柱、六角柱等）状のものを形成することもできる。このようにした場合は、嵌合孔も嵌合ピンに対応して多角形状とすればよい。また、基板１０の形状は、正方形状に限らず、円形状、多角形状等であってもよい。なお、嵌合ピン又は嵌合孔形成部材は、凸レンズＬ２１〜Ｌ２４を形成した主面に設けてもよい。
【００５０】
図１７は、この発明に係る組合せマイクロレンズアレイの一例を示すものである。マイクロレンズアレイＬＡ１は、図１に関して前述したと同様のものであり、同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５１】
マイクロレンズアレイＬＡ２は、一例として正方形状の石英基板からなる透光基板４０の一方の主面に図２，３に関して前述したと同様にエッチングによりレンズパターンを転写して複数の凸レンズＬ４１，Ｌ４２，Ｌ４３…を形成したものであり、基板４０の他方の主面は、平坦面となっている。基板４０の一方の主面には、図１４〜１６に関して前述したと同様にして嵌合孔形成部材４２Ａ，４２Ｂが設けられている。図１７において、部材４２Ａ，４２Ｂの下のメッキ下地膜の図示は省略した。
【００５２】
基板１０の一方の主面を基板４０の一方の主面に対向させると共に嵌合ピン１２Ａ，１２Ｂを部材４２Ａ，４２Ｂの嵌合孔にそれぞれ嵌合させることによりマイクロレンズアレイＬＡ１，ＬＡ２が相互に結合される。基板１０，４０の一辺の長さは、いずれも３ｍｍ程度とし、基板１０，４０の厚さは、いずれも２００μｍ程度とし、凸レンズ間（例えばＬ１１−Ｌ４１間）の距離は、５０μｍとし、組合せマイクロレンズアレイの厚さＴは、５００μｍ程度とすることができる。
【００５３】
図１８は、図１７の組合せマイクロレンズアレイにおける１組の対向レンズのシミュレーション結果を示すものである。レンズＬａは、凸レンズＬ１１，Ｌ２１により構成される両側凸レンズ、レンズＬｂは、凸レンズＬ４１により構成される平凸レンズである。
【００５４】
レンズＬａ，Ｌｂは、直線Ｚ−Ｚ’に光軸を一致させた状態で配置されており、レンズＬａ−Ｌｂ間の間隔Ｄは、５０μｍとした。レンズＬａにおいて、厚さＴ１は、０．２ｍｍ、曲面Ｓ１，Ｓ２の曲率半径はいずれも０．６ｍｍとした。また、レンズＬｂにおいて、厚さＴ２は、０．２ｍｍ、曲面Ｓ３の曲率半径は０．６ｍｍとした。このような条件の下において、ＮＡ＝０．６が得られた。
【００５５】
なお、図１７に示した組合せマイクロレンズアレイにおいては、基板４０側に嵌合ピン１２Ａ，１２Ｂを設けると共に基板１０側に嵌合孔形成部材４２Ａ，４２Ｂを設けて嵌合を達成してもよい。
【００５６】
図１９〜２５は、この発明の他の実施形態に係るマイクロレンズアレイの製法を示すものである。この製法は、マイクロレンズアレイにおいて、複数の光ファイバをそれぞれ嵌合するための複数の嵌合孔を有する嵌合孔形成部材をレンズ形成面に形成するものである。
【００５７】
図１９の工程では、図２，３に関して前述したと同様にして固定基板５２に固定された石英基板からなる透光基板５０の一方の主面に凸レンズＬ５１〜Ｌ５４を形成した後、基板５０の一方の主面にレジスト層５４，Ｒ１１〜Ｒ１４をホトリソグラフィ処理により形成する。レジスト層５４は、凸レンズＬ５１〜Ｌ５４を含むレンズ配置領域を露呈する孔５４ａを有するように形成し、レジスト層Ｒ１１〜Ｒ１４は、レジスト層５４の孔５４ａ内において凸レンズＬ５１〜Ｌ５４の中央部をそれぞれ覆うように円形状に形成する。
【００５８】
図２０の工程では、スパッタ法により基板５０上にレジスト層５４，Ｒ１１〜Ｒ１４を覆ってＮｉ−Ｆｅ合金からなる金属膜５６Ａを形成する。金属膜５６Ａは、レジスト層５４とレジスト層Ｒ１１〜Ｒ１４との間において基板５０の上面に付着する。
【００５９】
図２１の工程では、リフトオフ処理によりレジスト層５４，Ｒ１１〜Ｒ１４及びその上の金属膜５６Ａを除去する。この結果、基板５０の上面に付着した金属膜５６Ａの部分５６が図２２に実線で示すような平面パターンでメッキ下地膜として残存する。図２１は、図２２のＹ−Ｙ’線に沿う断面に対応する。メッキ下地膜５６は、レジスト層Ｒ１１〜Ｒ１４にそれぞれ対応した孔Ｋ１〜Ｋ４を有する。これらの孔Ｋ１〜Ｋ４は、それぞれ凸レンズＬ５１〜Ｌ５４の中央部を露呈する。
【００６０】
図２３の工程では、凸レンズＬ５１〜Ｌ５４の露呈部をそれぞれ覆うようにレジスト層Ｒ２１〜Ｒ２４をホトリソグラフィ処理により形成する。レジスト層Ｒ２１〜Ｒ２４は、いずれも所望の光ファイバ嵌合孔より若干大きなサイズを有するように光ファイバ嵌合孔パターンに対応して例えば円形状に形成する。レジスト層Ｒ２１〜Ｒ２４は、光ファイバ嵌合孔の開口部に外方に向けて広がる形状を付与するためのものである。レジスト層Ｒ２１〜Ｒ２４の周縁部は、それぞれ孔Ｋ１〜Ｋ４の周辺部においてメッキ下地膜５６と重なるように配置する。
【００６１】
次に、レジスト層Ｒ２１〜Ｒ２４の上にはレジスト層Ｒ３１〜Ｒ３４を、基板５０の上面にはレジスト層５８をホトリソグラフィ処理によりそれぞれ形成する。レジスト層５８は、図１９に示したレジスト層５４の孔５４ａに対応した孔５８ａを有するように形成し、レジスト層Ｒ３１〜Ｒ３４は、レジスト層５８の孔５８ａ内においてそれぞれ所望の光ファイバ嵌合孔に対応してレジスト層Ｒ２１〜Ｒ２４より小さい直径を有する円柱状に形成する。レジスト層５８は、孔５８ａの周辺部においてメッキ下地膜５６を重なるように配置する。
【００６２】
この後、レジスト層Ｒ２１〜Ｒ２４，Ｒ３１〜Ｒ３４，５８をマスクとしてＮｉ−Ｆｅ合金の選択メッキ処理を行なうことによりＮｉ−Ｆｅ合金からなる嵌合孔形成部材６０を形成する。この場合、メッキ下地膜５６は、レジスト層Ｒ３１〜Ｒ３４の周囲においてレジスト層Ｒ２１〜Ｒ２４によりそれぞれ被覆されており、これらのレジスト部分ではメッキの成長が遅れる。このため、部材６０を構成するメッキ層は、レジスト層Ｒ３１の上方に進むにつれてレジスト層Ｒ３１から離れるように形成され、部材６０には、図２４に示すように内部から外方に進むにつれてサイズ（直径）が増大するように光ファイバ嵌合孔Ｍ１が形成される。このことは、部材６０に形成される光ファイバ嵌合孔Ｍ２〜Ｍ４についても同様である。
【００６３】
図２４の工程では、薬液処理等によりレジスト層Ｒ２１〜Ｒ２４，Ｒ３１〜Ｒ３４，５８を除去する。この結果、光ファイバ嵌合孔Ｍ１〜Ｍ４を有する嵌合孔形成部材６０がメッキ下地膜５６を介して基板５０の一方の主面に設けられたことになる。図２２には、メッキ下地膜５６に関して嵌合孔形成部材６０の平面パターンを破線で示す。図２４は、図２２のＹ−Ｙ’線に沿う断面に対応する。
【００６４】
図２４の工程の後は、図２５の工程において基板５０を固定基板５２から分離してマイクロレンズアレイＬＡ１２を得る。マイクロレンズアレイＬＡ１２において、基板５０の一方の主面には、凸レンズＬ５１〜Ｌ５４が形成されると共にメッキ下地膜５６を介して嵌合孔形成部材６０が形成されている。嵌合孔形成部材６０の光ファイバ嵌合孔Ｍ１〜Ｍ４には、図２６に示すように光ファイバＦ１〜Ｆ４をそれぞれ嵌合させることができる。このような嵌合状態において、各光ファイバは、対応する凸レンズに対して正確に位置決めされる。例えば、光ファイバＦ１は、凸レンズＬ５１に対して正確に位置決めされる。
【００６５】
図１９〜２５に関して上記した例では、基板５０の一方の主面にのみ複数の凸レンズＬ５１〜Ｌ５４を形成した平凸レンズ型マイクロレンズアレイＬＡ１２において嵌合孔形成部材６０を設けたが、図２〜８に関して前述したと同様にして基板５０の一方の主面には複数の凸レンズＬ５１〜Ｌ５４を形成すると共に基板５０の他方の主面には複数の凸レンズＬ５１〜Ｌ５４にそれぞれ対応して複数の凸レンズＬ６１〜Ｌ６４を形成した両側凸レンズ型マイクロレンズアレイにおいて嵌合孔形成部材６０を設けてもよい。なお、嵌合孔形成部材６０に相当する嵌合孔形成部材は、図１６に関して前述した選択メッキ処理によって形成することも可能である。
【００６６】
図１９〜２５に関して上記した製法によれば、マイクロレンズアレイにおいて、複数の光ファイバ嵌合孔を有する嵌合孔形成部材６０をサブミクロンオーダーの精度で製作可能である。また、各光ファイバ嵌合孔は、内部から外方に進むにつれてサイズが増大するように形成されるので、光ファイバとの嵌合が容易である。
【００６７】
図２６は、この発明に係る組合せマイクロレンズアレイの他の例を示すものである。マイクロレンズアレイＬＡ１１は、図１〜１３に関して前述したマイクロレンズアレイＬＡ１と殆ど同様のもので、同様の部分には同様の符号を付してある。マイクロレンズアレイＬＡ１と異なる点は、嵌合ピン１２Ａ，１２Ｂの代りに嵌合孔形成部材３８Ａ，３８Ｂを図１６に関して前述したようにして設けたことである。なお、嵌合孔形成部材３８Ａ，３８Ｂの代りに、図１４，１５に関して前述した嵌合孔形成部材３４Ａ，３４Ｂを用いてもよい。
【００６８】
マイクロレンズアレイＬＡ１２は、図１９〜２５に関して前述したと同様のマイクロレンズアレイにおいて、凸レンズＬ５１〜Ｌ５４を設けた一方の主面とは反対側の他方の主面に、凸レンズＬ５１〜Ｌ５４を含むレンズ配置領域に重ならないように嵌合ピン６２Ａ，６２Ｂを設けたものに相当し、マイクロレンズアレイＬＡ１１と同様にマトリクス状に配置された多数の凸レンズを有する。嵌合ピン６２Ａ，６２Ｂは、図９〜１３に関して前述した嵌合ピン１２Ａ，１２Ｂと同様にして製作可能である。図２６において、嵌合ピン６２Ａ，６２Ｂの下のメッキ下地膜の図示は省略した。
【００６９】
基板５０の他方の主面を基板１０の一方の主面に対向させると共に嵌合ピン６２Ａ，６２Ｂを部材３８Ａ，３８Ｂの嵌合孔にそれぞれ嵌合させることによりマイクロレンズアレイＬＡ１１，ＬＡ１２が相互に結合される。このような結合作業の前又は後に、嵌合孔形成部材６０の光ファイバ嵌合孔Ｍ１〜Ｍ４に光ファイバＦ１〜Ｆ４をそれぞれ嵌合させることができる。
【００７０】
なお、図２６に示した組合せマイクロレンズアレイにおいては、基板１０側に嵌合ピン６２Ａ，６２Ｂを設けると共に基板５０側に嵌合孔形成部材３８Ａ，３８Ｂを設けて嵌合を達成してもよい。
【００７１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、透光基板の両主面にエッチングによりレンズパターンを転写して複数の両側凸レンズを構成する際に、一方の主面に形成した位置合せマークを利用して他方の主面での凸レンズ位置を決定するようにしたので、大きなＮＡを有するマイクロレンズアレイを実現できる効果が得られる。
【００７３】
その上、透光基板の一方及び他方の主面に互いに対向するように複数の凸レンズを形成したマイクロレンズアレイにおいて、一方の主面の位置合せマークを利用して他方の主面に形成された複数のメッキ下地膜の上には、複数の嵌合ピン又は複数の嵌合孔形成部材を選択メッキ処理によりそれぞれ形成したので、光ファイバアレイ、マイクロレンズアレイ等の他の光部品との結合の際に簡単にサブミクロンオーダーの精度で位置合せを行なえる効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一実施形態に係るマイクロレンズアレイを示す斜視図である。
【図２】 図１のマイクロレンズアレイの製法におけるレジスト層形成工程を示す断面図である。
【図３】 図２の工程に続くレンズ形成工程を示す断面図である。
【図４】 図３の工程に続くレジスト層形成工程を示す断面図である。
【図５】 図４の工程に続く金属膜形成工程を示す断面図である。
【図６】 図５の工程に続くリフトオフ工程を示す断面図である。
【図７】 図６の工程に続く基板剥離・固定工程を示す断面図である。
【図８】 図７の工程に続くレンズ形成工程を示す断面図である。
【図９】 図８の工程に続くレジスト層形成工程及び金属膜形成工程示す断面図である。
【図１０】 図９の工程に続くリフトオフ工程を示す断面図である。
【図１１】 図１０の工程に続く選択メッキ工程を示す断面図である。
【図１２】 図１１の工程に続くレジスト除去工程を示す断面図である。
【図１３】 図１２の工程に続く分離工程を示す断面図である。
【図１４】 嵌合孔形成部材作成法におけるレジスト層形成工程及び選択メッキ工程を示す断面図である。
【図１５】 図１４の工程に続くレジスト除去工程を示す断面図である。
【図１６】 嵌合孔形成部材作成法の他の例を示す断面図である。
【図１７】 この発明に係る組合せマイクロレンズアレイの一例を示す断面図である。
【図１８】 図１７の組合せマイクロレンズアレイにおける１組の対向レンズのシミュレーション結果を示す光路図である。
【図１９】 この発明の他の実施形態に係るマイクロレンズアレイの製法におけるレジスト層形成工程を示す断面図である。
【図２０】 図１９の工程に続く金属膜形成工程を示す断面図である。
【図２１】 図２０の工程に続くリフトオフ工程を示す断面図である。
【図２２】 図２１の工程で形成されるメッキ下地膜の平面パターンを示す平面図である。
【図２３】 図２１の工程に続くレジスト層形成工程及び選択メッキ工程を示す断面図である。
【図２４】 図２３の工程に続くレジスト除去工程を示す断面図である。
【図２５】 図２４の工程に続く分離工程を示す断面図である。
【図２６】 この発明に係る組合せマイクロレンズアレイの他の例を示す断面図である。
【図２７】 従来のマイクロレンズアレイの製法におけるレジスト層形成工程を示す断面図である。
【図２８】 図２７の工程に続くレンズ材エッチング工程及びレジスト層形成工程を示す断面図である。
【図２９】 図２８の工程に続く基板エッチング工程を示す断面図である。
【図３０】 図２９のマイクロレンズアレイに光ファイバを接続した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０，４０，５０：透光基板、１２Ａ，１２Ｂ，６２Ａ，６２Ｂ：嵌合ピン、２０，２６，５２：固定基板、２２，２８，３２Ａ，３２Ｂ，５４，５８，Ｓ１〜Ｓ４，Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３，Ｃ１，Ｃ２，Ｒ１１〜Ｒ１４，Ｒ２１〜Ｒ２４，Ｒ３１〜Ｒ３４：レジスト層、２４Ａ，３０，５６Ａ：金属膜、２４：位置合せマーク、３０Ａ，３０Ｂ，３６Ａ，５６：メッキ下地膜、３４Ａ，３４Ｂ，３８Ａ，３８Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ，６０：嵌合孔形成部材、Ｌ１１〜Ｌ１４，Ｌ２１〜Ｌ２４，Ｌ４１〜Ｌ４４，Ｌ５１〜Ｌ５４，Ｌ６１〜Ｌ６４：凸レンズ、Ｆ１〜Ｆ４：光ファイバ、ＬＡ１，ＬＡ２，ＬＡ１１，ＬＡ１２：マイクロレンズアレイ。
Claims (2)
- 互いに対向する一方及び他方の主面を有する透光基板において前記一方の主面にエッチングによりレンズパターンを転写して複数の第１の凸レンズを形成する工程と、
前記一方の主面側で前記複数の第１の凸レンズを含む第１のレンズ配置領域に重ならないように前記一方の主面に位置合せマークを形成する工程と、
前記位置合せマークを利用して前記複数の第１の凸レンズにそれぞれ対向するように前記他方の主面にエッチングによりレンズパターンを転写して複数の第２の凸レンズを形成する工程と、
前記他方の主面側で前記複数の第２の凸レンズを含む第２のレンズ配置領域に重ならないように前記位置合せマークを利用して前記他方の主面に複数のメッキ下地膜を形成する工程と、
前記複数のメッキ下地膜の上に複数の嵌合ピンを選択メッキ処理によりそれぞれ形成する工程と
を含むマイクロレンズアレイの製法。 - 互いに対向する一方及び他方の主面を有する透光基板において前記一方の主面にエッチングによりレンズパターンを転写して複数の第１の凸レンズを形成する工程と、
前記一方の主面側で前記複数の第１の凸レンズを含む第１のレンズ配置領域に重ならないように前記一方の主面に位置合せマークを形成する工程と、
前記位置合せマークを利用して前記複数の第１の凸レンズにそれぞれ対向するように前記他方の主面にエッチングによりレンズパターンを転写して複数の第２の凸レンズを形成する工程と、
前記他方の主面側で前記複数の第２の凸レンズを含む第２のレンズ配置領域に重ならないように前記位置合せマークを利用して前記他方の主面に複数のメッキ下地膜を形成する工程と、
前記複数のメッキ下地膜の上に、各々嵌合孔を有する複数の嵌合孔形成部材を選択メッキ処理によりそれぞれ形成する工程と
を含むマイクロレンズアレイの製法。
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