JP4164888B2 - 微小レンズ及び微小レンズアレイの製造方法 - Google Patents
微小レンズ及び微小レンズアレイの製造方法 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小レンズ及び微小レンズアレイ並びにそれらの製造方法に関するものであり、特に光記録再生等に用いられる微小レンズに関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、例えば光磁気記録やコンパクトディスクなどに使われている直径数mmのレンズは、ガラスなどの材料を機械的に研磨したり、金型を用いてプレス成形する方法で製造されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
近年、光記録の密度向上等に伴い、更に小さな微小レンズが要求されるようになってきた。
【0004】
しかしながら、前述した従来のレンズの製造方法では、次のような問題が生じていた。すなわち、機械的研磨による製造方法では、レンズの大きさや形状精度更には量産性の点で限界があった。また、プレス成形による製造方法では、レンズとなる材料の種類が制限されてしまい、高屈折率材料を採用することが困難であることから、レンズの開口数を高めることが困難であった。
【0005】
このような事情は、直径数mmのレンズのみならず、複数の直径数mmのレンズが配列された微小レンズアレイについても、同様であった。
【0006】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、直径1mm以下の微小レンズ及び微小レンズアレイを大量に安定して製造することができる製造方法を提供することを目的とする。
【0007】
また、本発明は、直径1mm以下の微小レンズ及び微小レンズアレイ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、本発明の第1の態様による微小レンズの製造方法は、第1の材料からなる基板に少なくとも1つの凹部を形成する段階と、前記少なくとも1つの凹部内に微小レンズを構成すべき第2の材料を埋め込む段階と、前記第2の材料を前記基板から分離する段階と、を備えたものである。
【0009】
この第1の態様では、基板に凹部を形成し、この凹部にレンズ材料(第2の材料)を埋め込み、埋め込んだレンズ材料を基板から分離することによって、微小レンズを製造する。したがって、第1の態様によれば、個々の段階において半導体製造技術を用いることができるようになり、大きさが極めて小さくしかも形状精度の良い微小レンズを安定して製造することができる。また、レンズ材料の選択の自由度が高まるので、レンズ材料として屈折率の高い材料を用いることができ、したがって、高い開口数の微小レンズを製造することができる。さらに、前記凹部を基板に多数形成すれば、微小レンズを大量に安定して得ることができる。
【0010】
本発明の第2の態様による微小レンズの製造方法は、前記第1の態様による製造方法において、前記少なくとも1つの凹部を形成する段階は、基板をエッチングすることにより当該基板上に前記少なくとも1つの凹部を形成する段階を含むものである。
【0011】
この第2の態様は、前記第1の態様の具体例であり、凹部の形成にエッチングを採用した例である。
【0012】
本発明の第3の態様による微小レンズの製造方法は、前記第1の態様による製造方法において、前記少なくとも1つの凹部を形成する段階は、基板上に耐エッチング性を有する膜を形成する段階と、該膜に前記基板の表面を露出させる開口を形成する段階と、前記開口から前記基板を等方的にエッチングする段階と、当該エッチングする段階の後に前記膜を除去する段階と、を含むものである。
【0013】
この第3の態様は、前記第1の態様の具体例であり、凹部の形成に等方的なエッチングを採用したものである。このように、等方的なエッチングを採用すると、極めて真円度の高い半球状の微小レンズを得ることができる。
【0014】
本発明の第4の態様による微小レンズの製造方法は、前記第1乃至第3のいずれかの態様による製造方法において、前記第2の材料を埋め込む段階は、前記第2の材料が前記少なくとも1つの凹部内に埋め込まれるように、前記第2の材料を前記基板上に形成する段階と、前記基板上に形成された前記第2の材料のうち前記凹部以外の部分に形成された第2の材料を除去する段階と、を含むものである。
【0015】
この第4の態様は、前記第1乃至第3の態様の具体例であり、凹部が形成された基板上に形成したレンズ材料(第2の材料)の凹部以外の部分を除去するようにしたものである。
【0016】
本発明の第5の態様による微小レンズの製造方法は、前記第1乃至第4のいずれかの態様による製造方法において、前記少なくとも1つの凹部を形成する段階の後であって、前記第2の材料を埋め込む段階の前に、選択的に溶出可能な第3の材料からなる薄膜を、前記少なくとも1つの凹部の内壁に沿うように前記基板上に形成する段階を備え、前記分離する段階は前記薄膜を選択的に溶出する段階を含むものである。
【0017】
この第5の態様は、前記第1乃至第4の態様の具体例であり、基板とレンズ材料(レンズ材料)との分離を、両者の間に予め薄膜を介在させ後に当該薄膜を選択的に溶出することにより行う例である。前記薄膜はいわば剥離層となっている。この第5の態様によれば、レンズ材料の基板からの分離を容易に行うことができる。
【0018】
本発明の第6の態様による微小レンズの製造方法は、前記第1乃至第4のいずれかの態様による製造方法において、前記分離する段階は、前記基板を選択的に溶出する段階を含むものである。
【0019】
この第6の態様は、前記第1乃至第4の態様の具体例であり、基板とレンズ材料(レンズ材料)との分離を、基板を選択的に溶出することにより行う例である。この第6の態様によっても、レンズ材料の基板からの分離を容易に行うことができる。
【0020】
なお、この第6の態様のように基板を溶出する場合を除き、前記第1乃至第5の態様では、凹部を有する基板を製造しておけば、当該基板を複数回利用することができるので、製造コストが一層低減する。
【0021】
本発明の第7の態様による微小レンズの製造方法は、第1の材料からなる基板に複数の凹部を形成する段階と、前記複数の凹部を形成する段階の後に、選択的に溶出可能な第3の材料からなる薄膜を、前記複数の凹部の内壁に沿うように前記基板上に形成する段階と、前記凹部以外の領域における一部の領域の前記薄膜を除去して前記基板の表面を部分的に露出させる段階と、前記基板の表面を部分的に露出させる前記段階の後に、微小レンズを構成すべき第2の材料が前記複数の凹部内に埋め込まれるように、前記基板上に前記第2の材料を形成する段階と、前記第2の材料を形成する前記段階の後に、前記薄膜を選択的に溶出する段階と、を備えたものである。
【0022】
この第7の態様によれば、基本的には前述した各態様と同様であり、開口数が高いとともに形状精度の良い微小レンズを安定して大量に製造することができる。そして、この第7の態様では、剥離層として用いられる薄膜の一部を除去した後にレンズ材料を基板上に形成するので、当該薄膜の溶出後には、複数の微小レンズ部分は対向する基板の凹部の内壁から分離されるものの、複数の微小レンズ部分が基板に対して支持されたような構造体を得ることができる。したがって、前記第4の態様のような場合には、剥離層として用いられる薄膜の溶出後には複数の微小レンズが個々にバラバラになってしまうのに対し、前記第7の態様では、薄膜の溶出後にも複数の微小レンズがバラバラにならず、その持ち運びや保管に便利である。なお、前記第7の態様では、微小レンズの使用時には、例えば、前記構造体から個々の微小レンズを例えばその連結部分において切断する等によって分離することができる。
【0023】
本発明の第8の態様による微小レンズの製造方法は、前記第7の態様による製造方法において、前記第2の材料を形成する段階の後であって、前記薄膜を溶出する前記段階の前に、前記第2の材料が、梁部分、前記各凹部内の微小レンズ部分、及び、前記基板の表面に直接接触した支持部分を構成するように、前記第2の材料をパターニングする段階を備え、前記梁部分、前記微小レンズ部分及び前記支持部分は一体に連続し、前記微小レンズ部分と前記梁部分とは前記微小レンズ部分の縁部において一体に連続したものである。
【0024】
この第8の態様は、前記第7の態様の具体例であり、レンズ材料(第2の材料)によって、一体に連続した梁部分、微小レンズ部分が支持部分が形成され、微小レンズ部分と梁部分とは微小レンズ部分の縁部において一体に連続しているので、微小レンズの光学的に有効な部分に損傷を与えるようなおそれなく容易に、前述したような構造体から個々の微小レンズを分離することができる。
【0025】
本発明の第9の態様による微小レンズの製造方法は、前記第1乃至第8のいずれかの態様による製造方法において、前記第1の材料がシリコンであるものである。
【0026】
この第9の態様は、基板材料の例としてシリコンを挙げたものである。もっとも、本発明で用いる基板材料はこれに限定されるものではなく、適宜加工性の良い材料を使用することができる。
【0027】
本発明の第10の態様による微小レンズの製造方法は、前記第1乃至第9のいずれかの態様による製造方法において、前記第2の材料が、ガラス、アモルファスシリコン、ダイヤモンド、樹脂、シリコン、二酸化チタン、ガリウム砒素、アルミニウムガリウム砒素、インジウム燐、ゲルマニウム、カドミウムテルル、インジウム砒素、インジウムアンチモン、硫化鉛、炭化シリコン、ガリウム燐、硫化砒素、チタン酸ストロンチウム、ルチル、硫化亜鉛、ニオブ酸リチウム、酸化ジルコニウム、及び、窒化シリコンのうちのいずれかであるものである。
【0028】
この第10の態様はレンズ材料の例を挙げたものであるが、本発明で用いるレンズ材料はこれらの例に限定されるものではない。
【0029】
本発明の第11の態様による微小レンズは、前記第1乃至第10のいずれかの態様による製造方法によって製造されたものである。
【0030】
この第11の態様による微小レンズは、前記第1乃至第10の態様によって製造されたものであるので、開口数が高いとともに、形状精度が良く、しかも安価となる。
【0031】
本発明の第12の態様による微小レンズアレイの製造方法は、第1の材料からなる基板に複数の凹部を形成する段階と、前記複数の凹部内に微小レンズアレイを構成すべき第2の材料を埋め込む段階と、前記第2の材料を前記基板から分離する段階と、を備えたものである。
【0032】
この第12の態様によれば、前記第1の態様の場合と同様に、開口数が高いとともに形状精度の良い微小レンズを有する微小レンズアレイを安定して製造することができ、前記凹部を複数の微小レンズアレイの分だけ形成すれば、微小レンズアレイを大量に安定して得ることができる。
【0033】
本発明の第13の態様による微小レンズアレイの製造方法は、前記第12の態様による製造方法において、前記複数の凹部を形成する段階は、基板をエッチングすることにより当該基板上に前記複数の凹部を形成する段階を含むものである。
【0034】
この第13の態様は、前記第12の態様の具体例であり、凹部の形成にエッチングを採用した例である。
【0035】
本発明の第14の態様による微小レンズアレイの製造方法は、前記第12の態様による製造方法において、前記複数の凹部を形成する段階は、前記基板上に耐エッチング性を有する膜を形成する段階と、該膜に前記基板の表面を露出させる開口を形成する段階と、前記開口から前記基板を等方的にエッチングする段階と、当該エッチングする段階の後に前記膜を除去する段階と、を含むものである。
【0036】
この第14の態様は、前記第12の態様の具体例であり、凹部の形成に等方的なエッチングを採用したものである。このように、等方的なエッチングを採用すると、極めて真円度の高い半球状の微小レンズを有する微小レンズアレイを得ることができる。
【0037】
本発明の第15の態様による微小レンズアレイの製造方法は、前記第12乃至第14のいずれかの態様による製造方法において、前記複数の凹部を形成する段階の後であって、前記第2の材料を埋め込む段階の前に、選択的に溶出可能な第3の材料からなる薄膜を、前記複数の凹部の内壁に沿うように前記基板上に形成する段階を備え、前記分離する段階は前記薄膜を選択的に溶出する段階を含むものである。
【0038】
この第15の態様は、前記第12乃至第14の態様の具体例であり、基板とレンズ材料(レンズアレイ材料)との分離を、両者の間に予め薄膜を介在させ後に当該薄膜を選択的に溶出することにより行う例である。前記薄膜はいわば剥離層となっている。この第15の態様によれば、レンズ材料の基板からの分離を容易に行うことができる。
【0039】
本発明の第16の態様による微小レンズアレイの製造方法は、前記第12乃至第14のいずれかの態様による製造方法において、前記分離する段階は、前記基板を選択的に溶出する段階を含むものである。
【0040】
この第16の態様は、前記第12乃至第14の態様の具体例であり、基板とレンズ材料(レンズアレイ材料)との分離を、基板を選択的に溶出することにより行う例である。この第16の態様によっても、レンズ材料の基板からの分離を容易に行うことができる。
【0041】
なお、この第16の態様のように基板を溶出する場合を除き、前記第12乃至第15の態様では、凹部を有する基板を製造しておけば、当該基板を複数回利用することができるので、製造コストが一層低減する。
【0042】
本発明の第17の態様による微小レンズアレイの製造方法は、前記第12乃至第16のいずれかの態様による製造方法において、前記第1の材料がシリコン又はガリウム砒素であるものである。
【0043】
この第17の態様は、基板材料の例としてシリコン及びガリウム砒素を挙げたものである。もっとも、本発明で用いる基板材料はこれに限定されるものではなく、適宜加工性の良い材料を使用することができる。
【0044】
本発明の第18の態様による微小レンズアレイの製造方法は、前記第12乃至第17のいずれかの態様による製造方法において、前記第2の材料が、ガラス、アモルファスシリコン、ダイヤモンド、樹脂、シリコン、二酸化チタン、ガリウム砒素、アルミニウムガリウム砒素、インジウム燐、ゲルマニウム、カドミウムテルル、インジウム砒素、インジウムアンチモン、硫化鉛、炭化シリコン、ガリウム燐、硫化砒素、チタン酸ストロンチウム、ルチル、硫化亜鉛、ニオブ酸リチウム、酸化ジルコニウム、及び、窒化シリコンのうちのいずれかであるものである。
【0045】
この第18の態様はレンズアレイ材料の例を挙げたものであるが、本発明で用いるレンズアレイ材料はこれらの例に限定されるものではない。
【0046】
本発明の第19の態様による微小レンズアレイは、前記第12乃至第18のいずれかの態様による製造方法によって製造されたものである。
【0047】
この第19の態様による微小レンズアレイは、前記第12乃至第18の態様によって製造されたものであるので、開口数が高いとともに形状精度の良い微小レンズを持つことができ、しかも安価となる。
【0048】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による微小レンズ及び微小レンズアレイ並びにそれらの製造方法について、図面を参照して説明する。
【0049】
(第1の実施の形態)
まず、本発明の第1の実施の形態による微小レンズの製造方法について、図1及び図2を参照して説明する。
【0050】
図1は本実施の形態による微小レンズの製造方法の工程を示す概略図、図2は図1に示す工程に引き続く工程を示す概略図である。図1及び図2において、左側は概略断面図を示し、右側は概略上面図を示し、左右に並んだ図は同一工程を示している。
【0051】
第1の材料としてのシリコン(Si)からなる基板1を用いる。まず、Si基板1上に、後述するSi基板1の等方的なエッチングに対して耐エッチング性を有する膜としてのクロム(Cr)膜2を蒸着により形成する。次に、フォトリソグラフィーとエッチング法とにより、Cr膜2に円形の開口2aを形成し、この開口2aからSi基板1の表面を露出させる(図1(a)(b))。
【0052】
次に、フッ酸−硝酸系のエッチング液により、開口2aからSi基板1を等方的にエッチングし、Si基板1上に半球状の凹部1aを形成する(図1(c)(d))。この時、Cr膜2の開口2aの円形パターンが真円に極めて近く、フッ酸−硝酸系のエッチング液の組成と温度を適当にコントロールしておけば、エッチングによる凹部1aを極めて精度の高い半球状(真球度0.2μm程度)とすることができる。勿論、凹部1aの内壁は、球面であり曲面である。
【0053】
その後、Cr膜2を除去する(図1(e)(f))。
【0054】
本実施の形態では、以上の工程が、図1(e)(f)に示す凹部1aが形成された基板1を用意する段階を構成している。なお、本実施の形態では、一旦、図1(e)(f)に示す基板1を作成してしまえば、微小レンズの製造に際して何回も利用することができる。
【0055】
その後、選択的に溶出可能な第3の材料としての燐酸珪素ガラス(Phospo Silicate Glass:PSG)3を、減圧化学気相成長法(LPCVD法)により、図1(c)(d)に示す状態の基板1の上面全面に1μm程度以下に薄く成膜する(図1(g)(h))。すなわち、PSG薄膜3を、凹部1aの内壁に沿うように基板1上に全面に形成する。
【0056】
次に、第2の材料(レンズ材料)としての例えばコーニング社の7059−Glassなどの光学ガラス4を、スパッタリング法により、基板1の凹部1aが埋め込まれるように、図1(g)(h)に示す状態の基板1上の全面に成膜する(図2(a)(b))。
【0057】
その後、基板1上に形成された光学ガラス4のうち凹部1a以外の部分に形成された光学ガラス4を、RIE(反応性イオンエッチング)等の方法により除去する(図2(c)(d))。なお、Si基板1の凹部1aの部分とそれ以外の部分の光学ガラス4の膜厚が異なる場合は、ポリッシングにより凹部1a以外の部分のガラス4を取り除くか、ポリッシングにより平坦化した後にRIEエッチングを行う。
【0058】
最後に、図2(c)(d)に示す状態の基板をフッ酸溶液中に浸してPSG薄膜3を選択的に溶出する(図2(e)(f))。なお、PSGはフッ酸溶液に素速く溶解する。これにより、半球状のガラス4はSi基板1から分離され、当該半球状のガラス4からなる微小レンズ5が完成する。
【0059】
この製造方法では、Cr膜2の円形の開口2aの大きさと基板1をエッチングする際のエッチング時間とにより、半球状の凹部1aの大きさ(したがって、微小レンズ5の大きさ)を任意に決めることができ、例えば、直径1mm程度から直径数μm程度までの微小レンズ5を製造することが可能である。
【0060】
なお、図1に示す例では、基板1に凹部1aを一つだけ形成しているが、凹部1aを縦横に列状に形成し、一度に大量の微小レンズ5を作製することも、勿論可能である。
【0061】
本実施の形態によれば、前述したようにして微小レンズ5を製造しており、個々の段階において半導体製造技術が用いられており、大きさが極めて小さくしかも形状精度の良い微小レンズ5を安定して製造することができる。また、レンズ材料(前記光学ガラス4に相当する材料)の選択の自由度が高まるので、レンズ材料として屈折率の高い材料を用いることができ、したがって、高い開口数の微小レンズ5を製造することができる。さらに、前記凹部1aを基板1に多数形成すれば、微小レンズ5を大量に安定して得ることができる。
【0062】
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態による微小レンズの製造方法について、図3を参照して説明する。
【0063】
図3は、本実施の形態による微小レンズの製造方法の工程を示す概略図である。図3において、左側は概略断面図を示し、右側は概略上面図を示し、左右に並んだ図は同一工程を示している。図3において、図1及び図2中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【0064】
本実施の形態では、まず、前記第1の実施の形態に関して前述した図1(a)〜図1(f)に示す工程と同一の工程を経て、図3(a)(b)に示す状態(図1(e)(f)に示す状態と同じ)となる。
【0065】
次に、前記PSG薄膜3を形成することなく、第2の材料(レンズ材料)としての例えばコーニング社の7059−Glassなどの光学ガラス4を、スパッタリング法により、基板1の凹部1aが埋め込まれるように、図3(a)(b)に示す状態の基板1上の全面に成膜する(図3(c)(d))。
【0066】
その後、基板1上に形成された光学ガラス4のうち凹部1a以外の部分に形成された光学ガラス4を、RIE(反応性イオンエッチング)等の方法により除去する(図3(e)(f))。なお、Si基板1の凹部1aの部分とそれ以外の部分の光学ガラス4の膜厚が異なる場合は、ポリッシングにより凹部1a以外の部分のガラス4を取り除くか、ポリッシングにより平坦化した後にRIEエッチングを行う。
【0067】
最後に、図3(e)(f)に示す状態の基板を水酸化カリウム(KOH)水溶液に浸してSi基板1を選択的に溶出する(図3(g)(h))。なお、シリコンは前記ガラス4に比べて水酸化カリウム水溶液にはるかに急速に溶解する。これにより、半球状のガラス4はSi基板1から分離され、当該半球状のガラス4からなる微小レンズ5が完成する。
【0068】
本実施の形態によっても、前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる。
【0069】
(第3の実施の形態)
次に、本発明の第3の実施の形態による微小レンズの製造方法について、図4及び図5を参照して説明する。
【0070】
図4は本実施の形態による微小レンズの製造方法の工程を示す概略図、図5は図4に示す工程に引き続く工程を示す概略図である。図4(a)(c)及び図5(a)(c)は概略断面図、図4(b)(d)及び図5(b)(d)は概略上面図を示している。図4(a)と図4(b)、図4(c)と図4(d)、図5(a)と図5(b)、図5(c)と図5(d)は、それぞれ同一工程を示している。なお、図5(a)は図5(b)中のX1−X1’線に沿った断面を示し、図5(c)は図5(d)中のX2−X2’線に沿った断面を示している。図4及び図5において、図1及び図2中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【0071】
本実施の形態では、まず、前記第1の実施の形態に関して前述した図1(a)〜図1(h)に示す工程と同様の工程を経て、図1(g)(h)に示す状態と同様の状態となる。ただし、本実施の形態では、開口2aを多数列状に形成し、Si基板1上に凹部1aを多数列状に形成する。
【0072】
次に、この状態の基板1に対して、フォトリソグラフィーとエッチング法を用いて基板1上に成膜したPSG薄膜2をパターニングし、基板1の周辺部分(例えば、基板1の領域を各々が複数の開口2aを含む複数のブロックに分けて考えたとき、当該各ブロックの周辺部分でもよい)のみSi基板1の表面を露出させる(図4(a)(b))。すなわち、凹部1a以外の領域における一部の領域のPSG薄膜2を除去して基板1の表面を露出させる。
【0073】
次に、第2の材料(レンズ材料)としてのチタン酸ストロンチウム(以下、SrTiO3)14を、スパッタリング法を用いて、基板1の凹部1aが埋め込まれるように、図4(a)(b)に示す状態の基板1上の全面に堆積する(図4(c)(d))。図4(c)(d)に示すように、堆積したSrTiO3膜14は、図4(a)(b)でSi基板1の表面が露出した部分のみSiと接触している。
【0074】
次に、SrTiO3膜14を、フォトリソグラフィーとRIE等のエッチングにより、図5(a)(b)に示すようにパターニングする。すなわち、SrTiO3膜14が、梁部分14a、各凹部1a内の微小レンズ部分14b、及び、基板1の表面に直接に接触した支持部分14cを構成するように、SrTiO3膜14をパターニングする。各部分14a,14b,14cは一体に連続して繋がっている。特に、凹部1aの部分に埋め込まれた半球状のSrTiO3(微小レンズ部分14a)と、同じSrTiO3の矩形の梁部分14bとは、微小レンズ部分14aの縁部において一体に連続して繋がっている。
【0075】
その後、図5(a)(b)に示す状態の基板をフッ酸溶液中に浸してPSG薄膜3を選択的に溶出する(図5(c)(d))。なお、PSGはフッ酸溶液に素速く溶解する。この状態の図5(c)(d)に示す構造体では、複数の微小レンズ部分14bは対向する基板1の凹部1aの内壁から分離されるものの、複数の微小レンズ部分14bが基板1に対して支持されたような構造体となっている。したがって、前記第1及び第2の実施の形態では、PSG薄膜3の溶出後には複数の微小レンズ5が個々にバラバラになってしまうのに対し、本実施の形態では、PSG薄膜3の溶出後にも複数の微小レンズ(微小レンズ部分14b)がバラバラにならず、その持ち運びや保管に便利である。
【0076】
微小レンズ14bの使用時には、図5(c)(d)に示す構造体から、個々の微小レンズ14bを分離する。
【0077】
次に、図5(c)(d)に示す構造体から、個々の微小レンズ14bを分離する方法の一例について、図6を参照して説明する。図6は、この方法の各段階を示す概略断面図である。
【0078】
まず、図5(c)(d)に示す構造体の両面に、紫外線硬化型等の粘着テープ21,22を張り付ける(図6(a))。
【0079】
図6(a)に示す状態の構造体をダイシング装置にセットし、図6(a)中の点線に沿ってダイシングにより切断し、基板1周辺部分を切り落とす。これにより、微小レンズ14bを含むSrTiO3膜14はSi基板1から分離される(図6(b))。
【0080】
次に、微小レンズ14bを含むSrTiO3層14の梁部分14aの微小レンズ14bとの連結部分をダイシングにより切断し(すなわち、図6(c)中の点線に沿って切断し)、1つ1つの微小レンズ4bが分離できる(図6(d))。
【0081】
本実施の形態によれば、前述した第1の実施の形態と同様の利点が得られる他、前述したように持ち運びや保管に便利である。
【0082】
(第4の実施の形態)
次に、本実施の形態の第4の実施の形態による微小レンズアレイの製造方法について、図7及び図8を参照して説明する。
【0083】
図7は本実施の形態による微小レンズアレイの製造方法の工程を示す概略図、図8は図7に示す工程に引き続く工程を示す概略図である。図7(a)(c)及び図8は概略断面図、図7(b)(d)は概略上面図を示している。図7(a)と図7(b)、図7(c)と図7(d)は、それぞれ同一工程を示している。図7及び図8において、図1及び図2中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【0084】
本実施の形態では、まず、前記第1の実施の形態に関して前述した図1(a)〜図1(h)に示す工程と同様の工程を経て、図1(g)(h)に示す状態と同様の図7(a)(b)に示す状態となる。ただし、本実施の形態では、開口2aを多数列状に形成し、Si基板1上に凹部1aを多数列状に形成する。
【0085】
次に、第2の材料(レンズアレイ材料)としての例えばコーニング社の7059−Glassなどの光学ガラス4を、スパッタリング法により、基板1の凹部1aが埋め込まれるように、かつ所望の厚さとなるように、図7(a)(b)に示す状態の基板1上の全面に成膜する。その後、微小レンズアレイの所望の外形形状に合わせて、光学ガラス4をRIE等の方法によりパターニングする(図7(c)(d))。
【0086】
最後に、図7(c)(d)に示す状態の基板をフッ酸溶液中に浸してPSG薄膜3を選択的に溶出する(図8)。なお、PSGはフッ酸溶液に素速く溶解する。これにより、半球状部分を複数含むガラス4はSi基板1から分離され、当該半球状部分を複数含むガラス4からなる微小レンズアレイ25が完成する。
【0087】
本実施の形態によれば、前述した第1の実施の形態と同様に、開口数が高いとともに形状精度の良い微小レンズを有する微小レンズアレイ25を安定して製造することができ、前記凹部1aを複数の微小レンズアレイの分だけ形成すれば、微小レンズアレイを大量に安定して得ることができる。
【0088】
(第5の実施の形態)
次に、本実施の形態の第5の実施の形態による微小レンズアレイの製造方法について、図9を参照して説明する。
【0089】
図9は本実施の形態による微小レンズアレイの製造方法の工程を示す概略断面図である。図8において、図1及び図2中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【0090】
本実施の形態では、まず、前記第1の実施の形態に関して前述した図1(a)〜図1(f)に示す工程と同様の工程を経て、図1(e)(f)に示す状態と同様の図9(a)に示す状態となる。ただし、本実施の形態では、開口2aを多数列状に形成し、Si基板1上に凹部1aを多数列状に形成する。
【0091】
次に、前記PSG薄膜3を形成することなく、第2の材料(レンズアレイ材料)としての例えばコーニング社の7059−Glassなどの光学ガラス4を、スパッタリング法により、基板1の凹部1aが埋め込まれるように、かつ所望の厚さとなるように、図9(a)に示す状態の基板1上の全面に成膜する。その後、微小レンズアレイの所望の外形形状に合わせて、光学ガラス4をRIE等の方法によりパターニングする(図9(b))。
【0092】
最後に、図9(b)に示す状態の基板を水酸化カリウム(KOH)水溶液に浸してSi基板1を選択的に溶出する(図9(c))。なお、シリコンは前記ガラス4に比べて水酸化カリウム水溶液にはるかに急速に溶解する。これにより、半球状部分を複数含むガラス4はSi基板1から分離され、当該半球状部分を複数含むガラス4からなる微小レンズアレイ25が完成する。
【0093】
本実施の形態によれば、前述した第1の実施の形態と同様に、開口数が高いとともに形状精度の良い微小レンズを有する微小レンズアレイ25を安定して製造することができ、前記凹部1aを複数の微小レンズアレイの分だけ形成すれば、微小レンズアレイを大量に安定して得ることができる。
【0094】
以上、本実施の形態の各実施の形態について説明したが、本実施の形態はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【0095】
例えば、前述した実施の形態では、微小レンズ及び微小レンズアレイを形成する材料として、ガラス及びアモルファスシリコンを取り上げたが、これに限定されるものでなく、例えば、ダイヤモンド、樹脂、シリコン、二酸化チタン、ガリウム砒素、アルミニウムガリウム砒素、インジウム燐、ゲルマニウム、カドミウムテルル、インジウム砒素、インジウムアンチモン、硫化鉛、炭化シリコン、ガリウム燐、硫化砒素、チタン酸ストロンチウム、ルチル、硫化亜鉛、ニオブ酸リチウム、酸化ジルコニウム、及び、窒化シリコンのいずれかであってもよく、目的に応じ多様な材料を選択することができる。
【0096】
また、前述した実施の形態では、凹部1aを形成した基板1の材料としてシリコンを用いたが、これも加工性の良いものであれば、他の材料でも全くかまわない。
【0097】
さらに、前述した実施の形態では、基板と微小レンズ等とを分離のために最後に溶出される薄膜膜3の材料として、PSGが用いられていたが、これも選択的に溶出可能なものであれば、他の材料であっても全くかまわない。
【0098】
以上のようにして形成された微小レンズ及び微小レンズアレイは、光記録再生装置に組み込まれることにより、高密度記録再生を可能にする。特に、直径1mm以下の微小レンズを固体浸レンズ(Solid Immersion Lens)及びそれに付随する対物レンズに用いることが有効である。
【0099】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、直径1mm以下の微小レンズ及び微小レンズアレイを大量に安定して製造することができる。
【0100】
また、本発明によれば、直径1mm以下の微小レンズ及び微小レンズアレイを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態による微小レンズの製造方法の工程を示す概略図である。
【図2】図1に示す工程に引き続く工程を示す概略図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態による微小レンズの製造方法の工程を示す概略図である。
【図4】本発明の第3の実施の形態による微小レンズの製造方法の工程を示す概略図である。
【図5】図4に示す工程に引き続く工程を示す概略図である。
【図6】図5中の構造体から個々の微小レンズを分離する方法の各段階を示す概略断面図である。
【図7】本発明の第4の実施の形態による微小レンズアレイの製造方法の工程を示す概略図である。
【図8】図7に示す工程に引き続く工程を示す概略断面図である。
【図9】本発明の第5の実施の形態による微小レンズアレイの製造方法の工程を示す概略断面図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板
2 クロム膜
3 燐酸珪素ガラス
4 光学ガラス
5 微小レンズ
14 アモルファスシリコン
14a 梁部分
14b 微小レンズ部分(微小レンズ)
14c 支持部分
25 微小レンズアレイ
21,22 紫外線硬化型粘着テープ
Claims (15)
- 第1の材料からなる基板に少なくとも1つの凹部を形成する段階と、
前記少なくとも1つの凹部内に微小レンズを構成すべき第2の材料を埋め込む段階と、
前記第2の材料を前記基板から分離する段階と、
前記少なくとも1つの凹部を形成する段階の後であって、前記第2の材料を埋め込む段階の前に、選択的に溶出可能な第3の材料からなる薄膜を、前記少なくとも1つの凹部の内壁に沿うように前記基板上に形成する段階と、
を備え、
前記分離する段階は前記薄膜を選択的に溶出する段階を含むことを特徴とする微小レンズの製造方法。 - 第1の材料からなる基板に少なくとも1つの凹部を形成する段階と、
前記少なくとも1つの凹部内に微小レンズを構成すべき第2の材料を埋め込む段階と、
前記第2の材料を前記基板から分離する段階と、
を備え、
前記分離する段階は、前記基板を選択的に溶出する段階を含むことを特徴とする微小レンズの製造方法。 - 前記少なくとも1つの凹部を形成する段階は、基板をエッチングすることにより当該基板上に前記少なくとも1つの凹部を形成する段階を含むことを特徴とする請求項1又は2記載の微小レンズの製造方法。
- 前記少なくとも1つの凹部を形成する段階は、基板上に耐エッチング性を有する膜を形成する段階と、該膜に前記基板の表面を露出させる開口を形成する段階と、前記開口から前記基板を等方的にエッチングする段階と、当該エッチングする段階の後に前記膜を除去する段階と、を含むことを特徴とする請求項1又は2記載の微小レンズの製造方法。
- 前記第2の材料を埋め込む段階は、前記第2の材料が前記少なくとも1つの凹部内に埋め込まれるように、前記第2の材料を前記基板上に形成する段階と、前記基板上に形成された前記第2の材料のうち前記凹部以外の部分に形成された第2の材料を除去する段階と、を含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の微小レンズの製造方法。
- 第1の材料からなる基板に複数の凹部を形成する段階と、
前記複数の凹部を形成する段階の後に、選択的に溶出可能な第3の材料からなる薄膜を、前記複数の凹部の内壁に沿うように前記基板上に形成する段階と、
前記凹部以外の領域における一部の領域の前記薄膜を除去して前記基板の表面を部分的に露出させる段階と、
前記基板の表面を部分的に露出させる前記段階の後に、微小レンズを構成すべき第2の材料が前記複数の凹部内に埋め込まれるように、前記基板上に前記第2の材料を形成する段階と、
前記第2の材料を形成する前記段階の後に、前記薄膜を選択的に溶出する段階と、
を備えたことを特徴とする微小レンズの製造方法。 - 前記第2の材料を形成する段階の後であって、前記薄膜を溶出する前記段階の前に、前記第2の材料が、梁部分、前記各凹部内の微小レンズ部分、及び、前記基板の表面に直接接触した支持部分を構成するように、前記第2の材料をパターニングする段階を備え、
前記梁部分、前記微小レンズ部分及び前記支持部分は一体に連続し、前記微小レンズ部分と前記梁部分とは前記微小レンズ部分の縁部において一体に連続したことを特徴とする請求項6記載の微小レンズの製造方法。 - 前記第1の材料がシリコンであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の微小レンズの製造方法。
- 前記第2の材料が、ガラス、アモルファスシリコン、ダイヤモンド、樹脂、シリコン、二酸化チタン、ガリウム砒素、アルミニウムガリウム砒素、インジウム燐、ゲルマニウム、カドミウムテルル、インジウム砒素、インジウムアンチモン、硫化鉛、炭化シリコン、ガリウム燐、硫化砒素、チタン酸ストロンチウム、ルチル、硫化亜鉛、ニオブ酸リチウム、酸化ジルコニウム、及び、窒化シリコンのうちのいずれかであることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の微小レンズの製造方法。
- 第1の材料からなる基板に複数の凹部を形成する段階と、
前記複数の凹部内に微小レンズアレイを構成すべき第2の材料を埋め込む段階と、
前記第2の材料を前記基板から分離する段階と、
前記複数の凹部を形成する段階の後であって、前記第2の材料を埋め込む段階の前に、選択的に溶出可能な第3の材料からなる薄膜を、前記複数の凹部の内壁に沿うように前記基板上に形成する段階と、
を備え、
前記分離する段階は前記薄膜を選択的に溶出する段階を含むことを特徴とする微小レンズアレイの製造方法。 - 第1の材料からなる基板に複数の凹部を形成する段階と、
前記複数の凹部内に微小レンズアレイを構成すべき第2の材料を埋め込む段階と、
前記第2の材料を前記基板から分離する段階と、
を備え、
前記分離する段階は、前記基板を選択的に溶出する段階を含むことを特徴とする微小レンズアレイの製造方法。 - 前記複数の凹部を形成する段階は、基板をエッチングすることにより当該基板上に前記複数の凹部を形成する段階を含むことを特徴とする請求項10又は11記載の微小レンズアレイの製造方法。
- 前記複数の凹部を形成する段階は、基板上に耐エッチング性を有する膜を形成する段階と、該膜に前記基板の表面を露出させる開口を形成する段階と、前記開口から前記基板を等方的にエッチングする段階と、当該エッチングする段階の後に前記膜を除去する段階と、を含むことを特徴とする請求項10又は11記載の微小レンズアレイの製造方法。
- 前記第1の材料がシリコン又はガリウム砒素であることを特徴とする請求項10乃至13のいずれかに記載の微小レンズアレイの製造方法。
- 前記第2の材料が、ガラス、アモルファスシリコン、ダイヤモンド、樹脂、シリコン、二酸化チタン、ガリウム砒素、アルミニウムガリウム砒素、インジウム燐、ゲルマニウム、カドミウムテルル、インジウム砒素、インジウムアンチモン、硫化鉛、炭化シリコン、ガリウム燐、硫化砒素、チタン酸ストロンチウム、ルチル、硫化亜鉛、ニオブ酸リチウム、酸化ジルコニウム、及び、窒化シリコンのうちのいずれかであることを特徴とする請求項10乃至14のいずれかに記載の微小レンズアレイの製造方法。
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