JP4207522B2

JP4207522B2 - Microlens array and its manufacturing method

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Publication number: JP4207522B2
Application number: JP2002292525A
Authority: JP
Inventors: 敏博中嶋
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2002-10-04
Filing date: 2002-10-04
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2022-10-04
Also published as: JP2004126360A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光ファイバアレイ等の光部品に結合して用いるに好適なマイクロレンズアレイと、このマイクロレンズアレイを製作する方法と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３１に示すものが知られており（例えば、【特許文献１】参照）、図２８〜３０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２８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２９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３０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（光ファイバの直径に相当）とすることができる。
【０００６】
図３１は、図３０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。また、凸レンズ４ａ及び接続孔３ａは、凸レンズ４ａの中心軸と接続孔３ａの中心軸とが一致すると共に凸レンズ４ａの焦点距離が凸レンズ４ａの頂部から接続孔３ａの底面までの距離に一致するように配置されるので、光ファイバ７をその先端が接続孔３ａの底面に接触するように接続孔３ａに挿入することで光ファイバ７の端面の中央位置に凸レンズ４ａの焦点を合わせることは理論的には可能である。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−９０１６２号公報
【０００８】
【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、図２９，３０の工程において例えば凸レンズ４ａの中心軸や焦点距離に適合するように接続孔３ａを形成するのが実際上困難である。そこで、光ファイバ７からの光が凸レンズ４ａで適切にコリメートされるようにするためには、１本の光ファイバを接続孔に挿入するたびに光ファイバに光を通した状態で光ファイバの位置調整を行なう必要があり、時間を要する面倒な作業となるのを免れない。
【０００９】
また、シリコン基板３上に石英ガラス層４を形成した複合基板を加工して光ファイバ接続孔付きマイクロレンズアレイを作成しているため、石英ガラス層４において凸レンズ４ａ〜４ｃを形成した面とは反対側の面に凸レンズを形成したり、斜め研磨を施したりすることができない。換言すれば、両凸レンズ形式のマイクロレンズアレイや反射戻り光抑制用の斜め研磨面を有するマイクロレンズアレイについては、石英ガラス層４の両面を使用する必要があるため、シリコン基板３を用いて光ファイバ接続孔を形成することができず、光ファイバアレイとの結合を達成できない。
【００１０】
この発明の目的は、光ファイバアレイ等の光部品に対して簡単に且つ精度良く結合することができる新規なマイクロレンズアレイとその製法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るマイクロレンズアレイは、
一方の主面に複数のレンズと金属製の複数の嵌合ピンとが形成された透光性の基板と、
前記一方の主面に重なるべき重なり部とこの重なり部に連続して広がり且つ前記一方の主面に重なることのない非重なり部とを有し、前記重なり部には前記複数のレンズに対応する透光窓と前記複数の嵌合ピンにそれぞれ対応する複数の嵌合孔とを付与し、前記非重なり部には複数のガイドピン挿通孔を付与するように形成された金属製の結合板であって、前記重なり部を前記一方の主面に重ねた状態で前記複数の嵌合孔に前記複数の嵌合ピンをそれぞれ嵌合させて前記基板に装着されたものと
を備えたものである。
【００１２】
この発明のマイクロレンズアレイによれば、透光性基板の一方の主面には薄膜プロセスにより複数のレンズ及び金属製の複数の嵌合ピンを簡単に且つ精度良く形成可能である。また、複数の嵌合孔及び複数のガイドピン挿通孔を有する結合板は、薄膜プロセスにより簡単に且つ精度良く形成可能である。このため、嵌合孔に対する嵌合ピンの嵌合精度が良好になると共に、ガイドピン挿通孔に対するガイドピンの嵌合精度が良好となる。従って、光ファイバ等の光部品に設けた複数のガイドピンをこの発明のマイクロレンズアレイの複数のガイドピン挿通孔にそれぞれ嵌合させることで簡単に且つ精度良く結合を達成することができる。
【００１３】
この発明のマイクロレンズアレイにあっては、各嵌合孔及び／又は各ガイドピン挿通孔を結合板の基板側主面に近づくにつれてサイズが増大するように形成してもよい。ここで、サイズとは、直径又は一辺の長さ等をいう。このようにすると、各嵌合孔に対する嵌合ピンの挿入が容易になると共に、各ガイドピン挿通孔に対するガイドピンの挿入が容易になる。このため、各嵌合孔及び／又は各ガイドピン挿通孔は、できるだけ小さく形成することができ、精密な嵌合が可能になる。
【００１４】
この発明に係るマイクロレンズアレイの製法は、
一方の主面に複数のレンズが形成されると共に該一方の主面に金属製の嵌合ピンがメッキ処理により形成された透光性の基板と、前記一方に主面に重なるべき重なり部とこの重なり部に連続して広がり且つ前記一方の主面に重なることのない非重なり部とを有し、前記重なり部には前記複数のレンズに対応する透光窓と前記複数の嵌合ピンにそれぞれ対応する複数の嵌合孔とを付与し、前記非重なり部には複数のガイドピン挿通孔を付与するようにメッキ処理により形成された金属製の結合板とを用意するステップと、
前記結合板の重なり部を前記基板の一方の主面に重ねた状態で前記複数の嵌合孔に前記複数の嵌合ピンをそれぞれ嵌合させて前記基板に前記結合板を装着するステップと
を含むものである。
【００１５】
この発明のマイクロレンズアレイの製法によれば、メッキ処理等を含む薄膜プロセスを用いて簡単に且つ精度良くマイクロレンズアレイを製作することができる。
【００１６】
【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の組立て前の状態を示すもので、このマイクロレンズアレイの組立て後の状態は、図２に示されている。図２は、図１のＸ−Ｘ’線断面に対応する。マイクロレンズアレイＬＡは、石英基板１０と、この基板に装着される金属製の結合板２０とを備えている。
【００１７】
石英基板１０の一方の主面には、凸状のレンズＬ_１〜Ｌ_５が一列状に形成されると共に、嵌合ピン１２，１４がレンズＬ_１〜Ｌ_５を含むレンズ列の一方側及び他方側にそれぞれ形成されている。レンズＬ_１〜Ｌ_５は、レジストからなるレンズパターンをエッチングにより基板１０の一方の主面に転写することにより形成されたものである。嵌合ピン１２，１４は、いずれも基板１０の一方の主面にメッキ下地層を介してメッキされたＮｉ−Ｆｅ合金等の金属からなるものである。メッキ下地層は、図１３に示すＣｕ／Ｃｒ積層５０，５２に相当するが、図１〜５では、図示を省略した。
【００１８】
基板１０は、一例として長方形状のもので、長辺の長さＡは６ｍｍ、短辺の長さＢは１．５ｍｍ、厚さＴは１．２５ｍｍとすることができる。Ｌ_１等の各レンズの直径は０．５ｍｍ、隣り合うレンズ間のピッチ（レンズ中心間の距離）Ｐは０．５ｍｍとすることができる。
【００１９】
結合板２０は、基板１０の一方の主面に重なるべき重なり部と、この重なり部に連続して広がり且つ基板１０の一方の主面に重なることのない非重なり部とを有し、重なり部にはレンズＬ_１〜Ｌ_５に対応する透光窓２２と、嵌合ピン１２，１４にそれぞれ対応する嵌合孔２４，２６とを付与し、非重なり部にはガイドピン挿通孔２８，３０を付与するようにメッキされたＮｉ−Ｆｅ合金等の金属からなっている。透光窓２２は、レンズＬ_１〜Ｌ_５の通過光の透過を可能にするもので、Ｌ_１等の各レンズ毎に１個設けるようにしてもよい。嵌合孔２４，２６は、いずれも結合板２０の一方の主面から他方の主面に貫通し且つ他方の主面に近づくにつれてサイズ（直径）が増大するように形成されている。ガイドピン挿通孔２８，３０は、いずれも結合板２０の一方の主面から他方の主面に貫通し且つ他方の主面に近づくにつれてサイズ（直径）が増大するように形成されている。
【００２０】
結合板２０は、一例として長方形状のもので、長辺の長さａは１１ｍｍ、短辺の長さｂは３ｍｍ、厚さｔは５０〜１００μｍとすることができる。透光窓２２は、一例として長方形状のもので、長辺の長さｃは３ｍｍ、短辺の長さｄは１ｍｍとすることができる。ガイドピン挿通孔２８，３０は、結合相手となる光部品（例えばファイバアレイ）に設けられたガイドピン３２，３４がそれぞれ挿通（嵌合）されるもので、結合板２０の一方の主面側の小サイズ端の開口サイズは１ｍｍ、結合板２０の他方の主面側の大サイズ端の開口サイズは、１．２ｍｍとすることができる。ガイドピン３２，３４は、いずれもステンレススチール又はセラミックからなる円柱状のもので、直径は１ｍｍとすることができる。
【００２１】
嵌合孔２４，２６は、透光窓２２の対角線上に位置するように形成し、嵌合ピン１２，１４は、嵌合孔２４，２６に対応する位置に形成したが、嵌合孔−嵌合ピンの配置は、透光窓２２の四隅に配置するなど位置や個数を変更してもよい。このことは、ガイドピン挿通孔２８，３０についても同様である。
【００２２】
マイクロレンズアレイＬＡを組立てる際には、図２に示すように基板１０の一方の主面に結合板２０の他方の主面を重ねた状態で嵌合ピン１２，１４を嵌合孔２４，２６にそれぞれ嵌合させて結合板２０を基板１０に結合する。このとき、各嵌合孔には、大サイズ端側から嵌合ピンが挿入されるので、簡単且つスムーズに挿入を行なえる。
【００２３】
基板１０のレンズ形成面には、後述するようにレンズ位置を基準にして薄膜プロセスにより嵌合ピン１２，１４を形成するので、レンズ位置に対する嵌合ピン１２，１４の位置精度（設計位置に対する誤差）は、±０．２μｍ以内とすることができる。このため、嵌合孔２４，２６に対する嵌合ピン１２，１４の嵌合精度は、±０．３μｍ以内とすることができ、ガイドピン挿通孔２８，３０に対するガイドピン３２，３４の嵌合精度は、±０．５μｍ以内とすることができる。
【００２４】
図２には、一例として光ファイバアレイＦＡにマイクロレンズアレイＬＡを結合した状態を示す。光ファイバアレイＦＡは、図２，３に示すように光ファイバホルダ３６の一方の端面から他方の端面に貫通するように並設された保持孔Ｈ_１〜Ｈ_５でそれぞれ光ファイバＦ_１〜Ｆ_５を保持するもので、各光ファイバの端面は、光ファイバホルダ３６の一方の端面と共通の平面をなすように該一方の端面に露呈している。光ファイバホルダ３６の一方の端面から他方の端面に貫通するようにガイドピン挿通孔Ｐ_１，Ｐ_２が保持孔Ｈ_１〜Ｈ_５を含む保持孔群の一方側及び他方側にそれぞれ設けられており、ガイドピン挿通孔Ｐ_１，Ｐ_２には、ガイドピン３２，３４がそれぞれスライド自在に挿通されている。
【００２５】
光ファイバアレイＦＡにマイクロレンズアレイＬＡを結合する際には、光ファイバアレイＦＡの一方の端面に基板１０の他方の主面（レンズ形成面とは反対側の面）を対向させた状態で結合板２０のガイドピン挿通孔２８，３０にそれぞれガイドピン３２，３４を挿通（嵌合）し、アレイＦＡの一方の端面に基板１０の他方の端面を接近又は接触させる。このとき、各ガイドピン挿通孔には、大サイズ端側からガイドピンが挿入されるので、簡単且つスムーズに挿入を行なえる。この後は、マイクロレンズアレイＬＡの光軸方向の位置を調整し、所望のコリメート光が得られた位置でマイクロレンズアレイＬＡを光ファイバアレイＦＡに接着剤で接着・固定することができる。マイクロレンズアレイ単位で調整作業を行なえるので、作業効率が向上する。この発明のマイクロレンズアレイＬＡは、光ファイバアレイに対して±１μｍ以内の位置精度で結合を達成することができる。
【００２６】
光ファイバアレイＦＡにあっては、ガイドピン３２，３４をスライド可能としたが、光ファイバホルダ３６の一方の端面から突出するように固定してあってもよい。結合相手となる光部品としては、光ファイバアレイに限らず、発光素子アレイ、受光素子アレイ等を用いることもできる。マイクロレンズ基板としては、片凸レンズ形式のものに限らず、図４，５に示す形式のものを用いてもよい。
【００２７】
図４に示すマイクロレンズ基板は、石英基板１０の一方の主面に凸状のレンズＬ_１〜Ｌ_５と金属製の嵌合ピン１２，１４とを前述したと同様に形成すると共に、基板１０の他方の主面にレンズＬ_１〜Ｌ_５にそれぞれ対向して凸状のレンズＬ_１１〜Ｌ_１５を形成したものである。レンズＬ_１１〜Ｌ_１５は、レンズＬ_１〜Ｌ_５と同様にレジストからなるレンズパターンをエッチングにより基板１０の他方の主面に転写して形成される。
【００２８】
図５，６に示すマイクロレンズ基板は、石英基板１０の一方の主面に凸状のレンズＬ_１〜Ｌ_５と金属製の嵌合ピン１２，１４とを前述したと同様に形成すると共に、基板１０の他方の主面にレンズＬ_１〜Ｌ_５を含むレンズ列に対向して傾斜面形成部１６を設けたものである。傾斜面形成部１６は、図６に示すように基板１０の他方の主面に対してθ＝５〜１５度（好ましくは８度）の傾きを有する傾斜面を形成するもので、傾斜面の向きは、レンズＬ_１〜Ｌ_５の配列方向に直交する方向を向くように設定されている。
【００２９】
マイクロレンズアレイの使用時においては、レンズＬ_１に関して図６に代表例を示すように光ファイバＦ_１から傾斜面形成部１６を介してレンズＬ_１に光１８が入射し、光１８は、レンズＬ_１によりコリメート（平行光化）される。このとき、傾斜面形成部１６の傾斜面で反射された光１８ｒは、図６に示すように光ファイバＦ_１から逸れ、光ファイバＦ_１に入射しない。すなわち、傾斜面形成部１６を設けたことで光ファイバＦ_１へ戻る反射光やＦ_１の隣りの光ファイバへ入射する反射光を低減することができる。
【００３０】
次に、図７〜１６を参照して図１，２に示したような片凸レンズ形式のマイクロレンズ基板の製法を説明する。
【００３１】
図７の工程では、石英基板１０の一方の主面に位置合せてマーク形成用のパターン４０ｍを有するレジスト層４０をホトリソグラフィ処理により形成する。レジスト層４０の厚さは、数μｍ程度とすることができる。
【００３２】
図８の工程では、レジスト層４０を覆ってスパッタ法によりＣｒ膜を３００ｎｍ程度の厚さに形成する。このとき、Ｃｒ膜の一部が位置合せマーク形成用のパターン４０ｍを介して基板１０の一方の主面に付着する。この後、リフトオフ処理によりレジスト層４０をその上のＣｒ膜と共に除去すると、基板１０の一方の主面には、Ｃｒ膜の付着部分が位置合せマークＭとして残存する。
【００３３】
図９の工程では、位置合せマークＭを使用するホトリソグラフィ処理により所望の５つのレンズに対応したレジスト層Ｒ_１〜Ｒ_５を基板１０の一方の主面に形成する。
【００３４】
図１０の工程では、レジスト層Ｒ_１〜Ｒ_５に加熱リフロー処理を施し、各レジスト層が球面状凸部をなすようにする。
【００３５】
図１１の工程では、レジスト層Ｒ_１〜Ｒ_５及び石英基板１０の一方の主面にドライエッチング処理を施すことにより石英基板１０の一方の主面にレジスト層Ｒ_１〜Ｒ_５のレンズパターンを転写してレジスト層Ｒ_１〜Ｒ_５にそれぞれ対応するレンズＬ_１〜Ｌ_５を形成する。
【００３６】
図１２の工程では、位置合せマークＭを使用するホトリソグラフィ処理により所望の２本の嵌合ピンに対応する孔４４，４６を有するレジスト層４２を基板１０の一方の主面に形成する。このとき、レンズＬ_１〜Ｌ_５及び位置合せマークＭは、レジスト層４２で覆われる。
【００３７】
図１３の工程では、レジスト層４２を覆ってスパッタ法によりＣｕ／Ｃｒ積層（Ｃｒ層にＣｕ層を重ねた積層）４８を形成する。このとき、レジスト層４２の孔４４，４６内の基板表面にはＣｕ／Ｃｒ積層５０，５２が付着する。Ｃｒ層及びＣｕ層の厚さは、それぞれ３０ｎｍ及び３００ｎｍとすることができる。Ｃｒ層は、基板１０に対するＣｕ層の密着性を向上させるためのものである。
【００３８】
図１４の工程では、リフトオフ処理によりレジスト層４２をその上のＣｕ／Ｃｒ積層４８と共に除去し、基板１０の一方の主面には、Ｃｕ／Ｃｒ積層５０，５２をメッキ下地層として残す。そして、位置合せマークＭを使用するホトリソグラフィ処理によりＣｕ／Ｃｒ積層５０，５２ををそれぞれ露呈する孔５６，５８を有するレジスト層５４を基板１０の一方の主面に形成する。レジスト層５４の厚さは、５０〜１００μｍ程度とすることができる。
【００３９】
図１５の工程では、レジスト層５４をマスクとするＮｉ−Ｆｅ合金の選択メッキ処理によりＮｉ−Ｆｅ合金からなる嵌合ピン１２，１４をそれぞれレジスト層５４の孔５６，５８の内部でＣｕ／Ｃｒ積層５０，５２の上に形成する。
【００４０】
図１６の工程では、薬液処理等によりレジスト層５４を除去する。この結果、マイクロレンズ基板としては、石英基板１０の一方の主面に凸状のレンズＬ_１〜Ｌ_５が形成されると共に、レンズＬ_１〜Ｌ_５を含むレンズ列の一方側及び他方側にＣｕ／Ｃｒ積層５０，５２にそれぞれ重ねて嵌合ピン１２，１４が形成されたものが得られる。
【００４１】
図７〜１６に関して上記した製法によれば、レンズＬ_１〜Ｌ_５の形成のためのホトリソグラフィ処理及び嵌合ピン１２，１４の形成のためのホトリソグラフィ処理のいずれにおいても位置合せマークＭを基準として縮小投影露光装置を用いて露光処理を行なったので、設計位置に対する誤差が±０．２μｍ以内となる良好な位置精度が得られた。
【００４２】
上記したマイクロレンズ基板の製法において、マイクロレンズ基板としては、レンズＬ_１〜Ｌ_５が一次元配列をなす例を示したが、複数のレンズが二次元配列をなすものも同様にして作成可能である。
【００４３】
次に、１７〜２２を参照して結合板の製法の一例を説明する。
【００４４】
図１７の工程では、例えばガラス、石英又はシリコン等からなる基板６０の一方の主面にメッキ下地層としてＣｕ／Ｃｒ積層６２をスパッタ法により形成する。Ｃｒ層及びＣｕ層の厚さは、それぞれ３０ｎｍ及び３００ｎｍとすることができる。
【００４５】
図１８の工程では、ホトリソグラフィ処理により所望の透光窓パターンに対応するレジスト層Ｒ_１１と、所望の嵌合孔パターンに対応するレジスト層Ｒ_１２，Ｒ_１３と、所望のガイドピン挿通孔パターンにそれぞれ対応するレジスト層Ｒ_１４，Ｒ_１５とをＣｕ／Ｃｒ積層６２の上に形成する。レジスト層Ｒ_１１は、透光窓より若干大きなサイズを有するように形成し、レジスト層Ｒ_１２，Ｒ_１３は、いずれも嵌合孔より若干大きなサイズ（直径）を有するように形成し、レジスト層Ｒ_１４，Ｒ_１５は、いずれもガイドピン挿通孔より若干大きなサイズ（直径）を有するように形成する。レジスト層Ｒ_１１〜Ｒ_１５は、いずれも開口部のサイズが外方に向けて徐々に増大するのを可能にするものである。
【００４６】
次に、図１９の工程では、ホトリソグラフィ処理により基板上面にレジスト層６４，Ｒ_２２〜Ｒ_３０を形成する。レジスト層６４は、所望の結合板の平面パターンに対応した孔６４ａを有するように形成する。レジスト層Ｒ_２２，Ｒ_２４，Ｒ_２６，Ｒ_２８，Ｒ_３０は、孔６４ａ内においてそれぞれレジスト層Ｒ_１１，Ｒ_１２，Ｒ_１３，Ｒ_１４，Ｒ_１５の上に形成する。レジスト層Ｒ_２２は、透光窓に相当するもので、透光窓に相当するサイズを有するように形成する。レジスト層Ｒ_２４，Ｒ_２６は、いずれも嵌合孔に対応するもので、嵌合孔に相当するサイズ（直径）を有するように形成する。レジスト層Ｒ_２８，Ｒ_３０は、いずれもガイドピン挿通孔に対応するもので、ガイドピン挿通孔に相当するサイズ（直径）を有するように形成する。
【００４７】
図２０の工程では、レジスト層６４，Ｒ_１１〜Ｒ_１５，Ｒ_２２〜Ｒ_３０をマスクとするＮｉ−Ｆｅ合金の選択メッキ処理によりＮｉ−Ｆｅ合金層からなる結合板２０を形成する。このとき、結合板２０は、レジスト層Ｒ_２２〜Ｒ_３０のうちの各レジスト層の周囲で上方に進むほど各レジスト層から離れるように（上方に進むに従って開口部のサイズが増大するように）形成される。これは、Ｒ_２２等の各レジスト層の周辺部では、メッキ下地膜としてのＣｕ／Ｃｒ積層６２がＲ_１１等のレジスト層で覆われているため、Ｃｕ／Ｃｒ積層６２の真上に位置する部分に比べてメッキの成長が遅れることによるものである。
【００４８】
図２１の工程では、薬液処理等によりレジスト層６４，Ｒ_１１〜Ｒ_１５，Ｒ_２２〜Ｒ_３０を除去して結合板２０に透光窓２２、嵌合孔２４，２６及びガイドピン挿通孔２８，３０を付与する。
【００４９】
図２２の工程では、エッチング処理によりＣｕ／Ｃｒ積層６２のうちのＣｕ層を除去して基板６０から結合板２０を分離する。Ｃｒ層６２ａが基板６０上に残される。基板６０は、Ｃｒ層６２ａの上にＣｕ層をスパッタ法で形成することにより反復使用することができる。
【００５０】
図２３〜２６は、この発明に係る結合板の製法の他の例を示すもので、図１７〜２２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。
【００５１】
図２３の工程では、所望の透光窓パターンに対応する孔Ｑ_１と、所望の嵌合孔パターンに対応する孔Ｑ_２，Ｑ_３と、所望のガイドピン挿通孔パターンに対応する孔Ｑ_４，Ｑ_５とを有するＣｕ／Ｃｒ積層６２をメッキ下地層として基板６０の一方の主面に形成する。孔Ｑ_１は、透光窓より若干大きなサイズで形成する。孔Ｑ_２，Ｑ_３は、いずれも嵌合孔より若干大きなサイズ（直径）で形成し、孔Ｑ_４，Ｑ_５は、いずれもガイドピン挿通孔より若干大きなサイズ（直径）で形成する。孔Ｑ_１〜Ｑ_５は、いずれも開口部のサイズが外方に向けて徐々に増大するのを可能にするものである。
【００５２】
孔Ｑ_１〜Ｑ_５を有するＣｕ／Ｃｒ積層６２を得るためには、基板６０の一方の主面に孔Ｑ_１〜Ｑ_５にそれぞれ対応するリフトオフ用のレジスト層を形成した後、基板６０の一方の主面に各レジスト層を覆ってＣｕ／Ｃｒ積層６２をスパッタ法で形成し、リフトオフ処理により各レジスト層をその上のＣｕ／Ｃｒ積層と共に除去する。Ｃｕ／Ｃｒ積層６２をスパッタ法で形成する際、Ｃｒ層及びＣｕ層の厚さはそれぞれ１５ｎｍ及び２００ｎｍとすることができる。
【００５３】
次に、図１９に関して前述したと同様にして基板６０の一方の主面にレジスト層６４，Ｒ_２２〜Ｒ_３０を形成する。レジスト層６４は、所望の結合板の平面パターンに対応した孔６４ａを有するように形成する。レジスト層Ｒ_２２，Ｒ_２４，Ｒ_２６，Ｒ_２８，Ｒ_３０は、孔６４ａ内においてそれぞれ孔Ｑ_１，Ｑ_２，Ｑ_３，Ｑ_４，Ｑ_５の中に位置するように形成する。この結果、レジスト層Ｒ_２２〜Ｒ_３０のうちの各レジスト層の周辺部では、基板６０の表面部分が環状に露呈されることになる。
【００５４】
図２４の工程では、レジスト層６４，Ｒ_２２〜Ｒ_３０をマスクとするＮｉ−Ｆｅ合金の選択メッキ処理によりＮｉ−Ｆｅ合金層からなる結合板２０を形成する。このとき、Ｒ_２２等の各レジスト層の周辺部では、メッキ下地膜としてのＣｕ／Ｃｒ積層６２が円環状に欠如しているため、Ｃｕ／Ｃｒ積層６２の真上に位置する部分に比べてメッキの成長が遅れる。このため、結合板２０は、Ｒ_２２等の各レジスト層の周囲で上方に進むほど各レジスト層から離れるように（上方に進むに従って開口部のサイズが増大するように）形成される。
【００５５】
図２５の工程では、薬液処理等によりレジスト層６４，Ｒ_２２〜Ｒ_３０を除去して結合板２０に透光窓２２、嵌合孔２４，２６及びガイドピン挿通孔２８，３０を付与する。
【００５６】
図２６の工程では、Ｃｕ／Ｃｒ積層６２のうちのＣｕ層をエッチングで除去して基板６０から結合板２０を分離する。Ｃｒ層６２ａが基板６０上に残される。
【００５７】
図２７は、この発明に係る結合板の更に他の例を示すもので、図１７〜２６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。
【００５８】
図２７（Ａ）の工程では、基板６０の一方の主面を覆うＣｕ／Ｃｒ積層６２の上にレジスト層６４，Ｒ_２２，Ｒ_２４，Ｒ_２８を形成する。レジスト層６４は、所望の結合板の平面パターンに対応した孔６４ａを有するように形成する。レジスト層Ｒ_２２，Ｒ_２４，Ｒ_２８は、いずれも孔６４ａ内において上部から下部に進むにつれてサイズが増大するように形成する。ここで、層Ｒ_２２，Ｒ_２４，Ｒ_２８のような順テーパー状のレジスト形状を得るためには、ステッパ（縮小投影露光装置）を用いた場合、
（１）フォーカス位置をレジスト内に設定する方法、
（２）レジスト下部にて露光量を小さく設定する方法（ポジレジスト用の方法）、
（３）露光マスクにおいて、マスク部の透過率を徐々に変化させる（レジストの裾にいくに従って透過率を高くする）方法
のうちのいずれかの方法を用いることができる。
【００５９】
図２７（Ｂ）の工程では、レジスト層６４，Ｒ_２２，Ｒ_２４，Ｒ_２８をマスクとするＮｉ−Ｆｅ合金の選択メッキ処理によりＮｉ−Ｆｅ合金層からなる結合板２０を形成する。そして、薬液処理等によりレジスト層６４，Ｒ_２２，Ｒ_２４，Ｒ_２８を除去する。レジスト層Ｒ_１〜Ｒ_４，Ｒ_２１〜Ｒ_２４を除去したため、結合板２０には、透光窓２２、嵌合孔２４及びガイドピン層通孔２８が付与される。透光窓２２、嵌合孔２４及びガイドピン層通孔２８は、いずれも対応するレジスト層が上部から下部に進むにつれてサイズが増大するようになっていたため、結合板２０の上面から下面に進むにつれてサイズが増大するように形成される。この後は、エッチング処理によりＣｕ／Ｃｒ積層６２のうちのＣｕ層を除去し、結合板２０を基板６０から分離する。図２７（Ａ），（Ｂ）では、マイクロレンズ基板の約半分の製法を示したが、残りの半分も同様にして製作できる。
【００６０】
図１７〜２７に関して上記した結合板の製法によれば、透光窓２２、嵌合孔２４，２６及びガイドピン挿通孔２８，３０の位置やサイズを０．５μｍ等のサブミクロンの精度で設定することができる。
【００６１】
図２３〜２６に関して上記した結合板の製法によれば、次の（ａ）及び（ｂ）のような付加的効果が得られる。
【００６２】
（ａ）図１８の工程では、レジスト層Ｒ_１１〜Ｒ_１５の厚さが２μｍ以上であるため、基板上の凹凸が大きい。このため、図１９の工程では、レジスト塗布の平坦性が損なわれやすく、レジスト層６４，Ｒ_２２〜Ｒ_３０の寸法変動を招きやすい。これに対し、図２３の工程では、リフトオフ用のレジスト層を除去すると共にＣｕ／Ｃｒ積層６２の厚さが２００ｎｍ程度と薄いので、基板上の凹凸が小さい。このため、図２３の工程では、レジスト塗布の均一性が向上し、レジスト層６４，Ｒ_２２〜Ｒ_３０の寸法変動が低減される。従って、結合板２０の製造歩留りが向上する。
【００６３】
（ｂ）図２０の工程では、レジスト層Ｒ_２２，Ｒ_２４，Ｒ_２６，Ｒ_２８，Ｒ_３０の下にレジスト層Ｒ_１１，Ｒ_１２，Ｒ_１３，Ｒ_１４，Ｒ_１５がそれぞれ存在する状態でメッキ処理を行なうので、図２１の工程でレジスト除去を行い且つ図２２の工程でＣｕエッチングを行なっても、結合板２０において嵌合孔２４，２６及びガイドピン挿通孔２８，３０内にレジストが残り、汚染を招きやすい。汚染は、図２に示したように結合板２０にガイドピンや嵌合ピンを挿通する際に位置決め精度の低下を招く。これに対し、図２４の工程では、レジスト層Ｒ_２２〜Ｒ_３０の下にレジスト層が存在しない状態でメッキ処理を行なうので、結合板２０に付着して残存するレジスト量が少なくなり、汚染を低減できる。従って、結合板にガイドピンや嵌合ピンを挿通する際の位置決め精度が向上する。
【００６４】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、基板のレンズ形成面には金属製の複数の嵌合ピンを形成すると共に、金属製の結合板には基板の複数のレンズに対応する透光窓と複数の嵌合ピンにそれぞれ対応する複数の嵌合孔と複数のガイドピン挿通孔とを付与し、複数の嵌合ピンと複数の嵌合孔との嵌合により結合板を基板に装着してマイクロレンズアレイを構成したので、光ファイバアレイ等の光部品に設けた複数のガイドピンをマイクロレンズアレイの複数のガイドピン挿通孔にそれぞれ挿通するだけで簡単に且つ精度良く結合を達成できる効果が得られる。また、この発明のマイクロレンズアレイは、メッキ処理等を含む薄膜プロセスにより簡単に且つ精度良く製作できる利点もある。
【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の組立て前の状態を示す斜視図である。
【図２】図１のマイクロレンズアレイを組立てた後光ファイバアレイに結合した状態を示す断面図である。
【図３】図２の光ファイバアレイの端面図である。
【図４】マイクロレンズ基板の他の例を示す断面図である。
【図５】マイクロレンズ基板の更に他の例を示す断面図である。
【図６】図５のマイクロレンズ基板のＹ−Ｙ’線に沿う断面図である。
【図７】この発明に係るマイクロレンズ基板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８】図７の工程に続くスパッタ工程及びリフトオフ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を示す断面図である。
【図１０】図９の工程に続くレジストリフロー工程を示す断面図である。
【図１１】図１０の工程に続くレンズ形成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層形成工程を示す断面図である。
【図１３】図１２の工程に続くスパッタ工程を示す断面図である。
【図１４】図１３の工程に続くリフトオフ工程及びレジスト層形成工程を示す断面図である。
【図１５】図１４の工程に続く選択メッキ工程を示す断面図である。
【図１６】図１５の工程に続くレジスト除去工程を示す断面図である。
【図１７】この発明に係る結合板の製法の一例におけるメッキ下地層形成工程を示す断面図である。
【図１８】図１７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１９】図１８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２０】図１９の工程に続く選択メッキ工程を示す断面図である。
【図２１】図２０の工程に続くレジスト除去工程を示す断面図である。
【図２２】図２１の工程に続く分離工程を示す断面図である。
【図２３】この発明に係る結合板の製法の他の例におけるメッキ下地層形成工程及びレジスト層形成工程を示す断面図である。
【図２４】図２３の工程に続く選択メッキ工程を示す断面図である。
【図２５】図２４の工程に続くレジスト除去工程を示す断面図である。
【図２６】図２５の工程に続く分離工程を示す断面図である。
【図２７】この発明に係る結合板の製法の更に他の例を示す断面図であって、（Ａ）はレジスト層形成工程を、（Ｂ）は選択メッキ工程及びレジスト除去工程をそれぞれ示すものである。
【図２８】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２９】図２８の工程に続くレンズ形成工程及びレジスト層形成工程を示す断面図である。
【図３０】図２９の工程に続く選択エッチング工程を示す断面図である。
【図３１】図３０の光ファイバアレイに光ファイバを装着した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０，６０：石英基板、１２，１４：嵌合ピン、２０：結合板、２２：透光窓、２４，２６：嵌合孔、２８，３０，Ｐ_１，Ｐ_２：ガイドピン挿通孔、３２，３４：ガイドピン、３６：光ファイバホルダ、４０，４２，５４，６４，Ｒ_１〜Ｒ_５，Ｒ_１１〜Ｒ_１５、Ｒ_２２〜Ｒ_３０：レジスト層、４８〜５２，６２：Ｃｕ／Ｃｒ積層、Ｌ_１〜Ｌ_５：レンズ、ＬＡ：マイクロレンズアレイ、Ｈ_１〜Ｈ_５：保持孔、Ｆ_１〜Ｆ_５：光ファイバ、ＦＡ：光ファイバアレイ、Ｍ：位置合せマーク。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a microlens array suitable for use in combination with an optical component such as an optical fiber array, and a method of manufacturing the microlens array.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a microlens array, the one shown in FIG. 31 is known (see, for example, [Patent Document 1]), and FIGS. 28 to 30 show a manufacturing method of this microlens array.
[0003]
In the process of FIG. 28, after forming a quartz glass layer 4 having a thickness of 50 μm on one main surface of a silicon substrate 3 having a thickness of 500 μm, a spherical convex portion is formed on the quartz glass layer 4 according to a desired lens pattern. Thus, the resist layers 5a to 5c are formed by photolithography and heat treatment.
[0004]
29, the resist layers 5a to 5c and the quartz glass layer 4 are etched by RIE (reactive ion etching) to transfer the lens patterns of the resist layers 5a to 5c onto the upper surface of the quartz glass layer 4. The convex lenses 4a to 4c corresponding to the resist layers 5a to 5c, respectively, are formed. The diameter of each convex lens can be 60 μm. Thereafter, a resist layer 6 having holes 6a to 6c for forming connection holes on the other main surface of the substrate 3 is formed by photolithography.
[0005]
In the process of FIG. 30, connection holes 3 a to 3 c are formed in the silicon substrate 3 so as to face the convex lenses 4 a to 4 c by dry etching using the resist layer 6 as a mask. In each connection hole, the depth can be 500 μm and the diameter can be 125 μm (corresponding to the diameter of the optical fiber).
[0006]
FIG. 31 shows a state in which the optical fiber 7 is inserted into the connection hole 3a in the microlens array of FIG. 30, and the depth of the connection hole 3a is more than twice the diameter of the connection hole 3a. Is securely held in the connection hole 3a. Further, the convex lens 4a and the connection hole 3a are such that the central axis of the convex lens 4a coincides with the central axis of the connection hole 3a, and the focal length of the convex lens 4a coincides with the distance from the top of the convex lens 4a to the bottom surface of the connection hole 3a. Therefore, it is theoretically possible to focus the convex lens 4a at the center position of the end surface of the optical fiber 7 by inserting the optical fiber 7 into the connection hole 3a so that the tip of the optical fiber 7 is in contact with the bottom surface of the connection hole 3a. Is possible.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-9-90162
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
According to the prior art described above, it is practically difficult to form the connection hole 3a so as to conform to, for example, the central axis and focal length of the convex lens 4a in the steps of FIGS. Therefore, in order for the light from the optical fiber 7 to be appropriately collimated by the convex lens 4a, the position of the optical fiber is kept in a state where light is passed through the optical fiber every time one optical fiber is inserted into the connection hole. It is necessary to make adjustments, and it is inevitable that it is a time-consuming and troublesome work.
[0009]
In addition, since the microlens array with the optical fiber connection hole is formed by processing the composite substrate in which the quartz glass layer 4 is formed on the silicon substrate 3, the surface on which the convex lenses 4a to 4c are formed in the quartz glass layer 4. Convex lenses cannot be formed on the opposite surface, and slant polishing cannot be performed. In other words, for the microlens array of the biconvex lens type and the microlens array having the oblique polished surface for suppressing the reflected return light, it is necessary to use both surfaces of the quartz glass layer 4, so The fiber connection hole cannot be formed, and the coupling with the optical fiber array cannot be achieved.
[0010]
An object of the present invention is to provide a novel microlens array that can be easily and accurately coupled to an optical component such as an optical fiber array and a method for manufacturing the same.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The microlens array according to the present invention is:
A translucent substrate in which a plurality of lenses and a plurality of metal fitting pins are formed on one main surface;
An overlapping portion that should overlap with the one principal surface and a non-overlapping portion that extends continuously over the overlapping portion and does not overlap with the one principal surface, and the overlapping portion corresponds to the plurality of lenses. A metal coupling plate formed to provide a light transmitting window and a plurality of fitting holes respectively corresponding to the plurality of fitting pins, and to provide a plurality of guide pin insertion holes in the non-overlapping portion. The plurality of fitting pins are respectively fitted to the plurality of fitting holes in a state in which the overlapping portion is overlapped with the one main surface, and mounted on the substrate.
It is equipped with.
[0012]
According to the microlens array of the present invention, a plurality of lenses and a plurality of metal fitting pins can be easily and accurately formed on one main surface of the translucent substrate by a thin film process. Moreover, the coupling plate having a plurality of fitting holes and a plurality of guide pin insertion holes can be easily and accurately formed by a thin film process. For this reason, the fitting accuracy of the fitting pin with respect to the fitting hole becomes good, and the fitting accuracy of the guide pin with respect to the guide pin insertion hole becomes good. Accordingly, the plurality of guide pins provided in the optical component such as an optical fiber are respectively fitted into the plurality of guide pin insertion holes of the microlens array of the present invention, so that the coupling can be achieved easily and accurately.
[0013]
In the microlens array of the present invention, each fitting hole and / or each guide pin insertion hole may be formed to increase in size as it approaches the substrate side main surface of the coupling plate. Here, the size refers to the diameter or the length of one side. If it does in this way, while inserting the fitting pin with respect to each fitting hole becomes easy, insertion of the guide pin with respect to each guide pin insertion hole becomes easy. For this reason, each fitting hole and / or each guide pin insertion hole can be formed as small as possible, and precise fitting becomes possible.
[0014]
The manufacturing method of the microlens array according to this invention is
A translucent substrate in which a plurality of lenses are formed on one main surface and a metal fitting pin is formed on the one main surface by plating, and an overlapping portion to overlap the main surface on the one surface A non-overlapping portion that continuously extends over the overlapping portion and does not overlap the one main surface, and the overlapping portion includes a light transmitting window corresponding to the plurality of lenses and the plurality of fitting pins. Providing a plurality of corresponding fitting holes, and preparing a metal coupling plate formed by plating so as to provide a plurality of guide pin insertion holes in the non-overlapping portion;
Attaching the coupling plate to the substrate by fitting the plurality of fitting pins into the plurality of fitting holes in a state where the overlapping portion of the coupling plate is superimposed on one main surface of the substrate;
Is included.
[0015]
According to the method for manufacturing a microlens array of the present invention, a microlens array can be easily and accurately manufactured using a thin film process including plating.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a state before the assembly of the microlens array according to one embodiment of the present invention, and the state after the assembly of the microlens array is shown in FIG. FIG. 2 corresponds to a cross section taken along line XX ′ of FIG. The microlens array LA includes a quartz substrate 10 and a metal coupling plate 20 attached to the substrate.
[0017]
A convex lens L is formed on one main surface of the quartz substrate 10. ₁ ~ L ₅ Are formed in a line, and the fitting pins 12 and 14 are connected to the lens L. ₁ ~ L ₅ Are formed on one side and the other side of a lens array including Lens L ₁ ~ L ₅ Is formed by transferring a lens pattern made of resist onto one main surface of the substrate 10 by etching. Each of the fitting pins 12 and 14 is made of a metal such as a Ni—Fe alloy plated on one main surface of the substrate 10 through a plating base layer. The plating underlayer corresponds to the Cu / Cr laminates 50 and 52 shown in FIG. 13, but is not shown in FIGS.
[0018]
The substrate 10 has a rectangular shape as an example, and the long side length A can be 6 mm, the short side length B can be 1.5 mm, and the thickness T can be 1.25 mm. L ₁ The diameter of each lens can be 0.5 mm, and the pitch (distance between lens centers) P between adjacent lenses can be 0.5 mm.
[0019]
The coupling plate 20 has an overlapping portion that should overlap one main surface of the substrate 10 and a non-overlapping portion that continuously extends over the overlapping portion and does not overlap one main surface of the substrate 10. The lens L ₁ ~ L ₅ Are plated so as to provide guide pin insertion holes 28 and 30 in the non-overlapping portion. It consists of metals, such as a Ni-Fe alloy. The transparent window 22 is a lens L ₁ ~ L ₅ Allows the transmitted light to pass through, L ₁ One lens may be provided for each lens. Each of the fitting holes 24 and 26 is formed so as to penetrate from one main surface of the coupling plate 20 to the other main surface and to increase in size (diameter) as it approaches the other main surface. Each of the guide pin insertion holes 28 and 30 is formed so as to penetrate from one main surface of the coupling plate 20 to the other main surface and to increase in size (diameter) as it approaches the other main surface.
[0020]
The coupling plate 20 has a rectangular shape as an example, and the long side length a can be 11 mm, the short side length b can be 3 mm, and the thickness t can be 50 to 100 μm. The translucent window 22 is rectangular, for example, and the long side length c can be 3 mm, and the short side length d can be 1 mm. The guide pin insertion holes 28 and 30 are respectively inserted (fitted) with guide pins 32 and 34 provided in an optical component (for example, a fiber array) that is a coupling partner. The opening size at the small size end can be 1 mm, and the opening size at the large size end on the other main surface side of the coupling plate 20 can be 1.2 mm. Each of the guide pins 32 and 34 has a cylindrical shape made of stainless steel or ceramic and can have a diameter of 1 mm.
[0021]
The fitting holes 24 and 26 are formed so as to be located on the diagonal line of the transparent window 22, and the fitting pins 12 and 14 are formed at positions corresponding to the fitting holes 24 and 26. The positions and the number of the fitting pins may be changed by arranging them at the four corners of the transparent window 22. The same applies to the guide pin insertion holes 28 and 30.
[0022]
When the microlens array LA is assembled, the fitting pins 12 and 14 are fitted into the fitting holes 24 and 26 in a state where the other main surface of the coupling plate 20 is superimposed on one main surface of the substrate 10 as shown in FIG. And the coupling plate 20 is coupled to the substrate 10. At this time, since the fitting pin is inserted into each fitting hole from the large size end side, the insertion can be performed easily and smoothly.
[0023]
Since the fitting pins 12 and 14 are formed on the lens forming surface of the substrate 10 by a thin film process based on the lens position as will be described later, the positional accuracy of the fitting pins 12 and 14 with respect to the lens position (error with respect to the design position). ) Can be within ± 0.2 μm. Therefore, the fitting accuracy of the fitting pins 12 and 14 with respect to the fitting holes 24 and 26 can be within ± 0.3 μm, and the fitting accuracy of the guide pins 32 and 34 with respect to the guide pin insertion holes 28 and 30. Can be within ± 0.5 μm.
[0024]
FIG. 2 shows a state in which the microlens array LA is coupled to the optical fiber array FA as an example. As shown in FIGS. 2 and 3, the optical fiber array FA has holding holes H arranged in parallel so as to penetrate from one end face of the optical fiber holder 36 to the other end face. ₁ ~ H ₅ In each optical fiber F ₁ ~ F ₅ The end face of each optical fiber is exposed on the one end face so as to form a common plane with one end face of the optical fiber holder 36. Guide pin insertion hole P so as to penetrate from one end face of optical fiber holder 36 to the other end face. ₁ , P ₂ Holding hole H ₁ ~ H ₅ Are provided on one side and the other side of the holding hole group including the guide pin insertion hole P. ₁ , P ₂ The guide pins 32 and 34 are slidably inserted through the guide pins 32 and 34, respectively.
[0025]
When the microlens array LA is coupled to the optical fiber array FA, the microlens array LA is coupled with the other main surface (the surface opposite to the lens formation surface) of the substrate 10 facing one end surface of the optical fiber array FA. The guide pins 32 and 34 are inserted (fitted) into the guide pin insertion holes 28 and 30 of the plate 20, respectively, and the other end surface of the substrate 10 is brought close to or in contact with one end surface of the array FA. At this time, since the guide pin is inserted into each guide pin insertion hole from the large size end side, the insertion can be performed easily and smoothly. Thereafter, the position of the microlens array LA in the optical axis direction is adjusted, and the microlens array LA can be bonded and fixed to the optical fiber array FA with an adhesive at a position where desired collimated light is obtained. Since the adjustment work can be performed in units of microlens arrays, work efficiency is improved. The microlens array LA of the present invention can achieve coupling with positional accuracy within ± 1 μm with respect to the optical fiber array.
[0026]
In the optical fiber array FA, the guide pins 32 and 34 are slidable, but may be fixed so as to protrude from one end face of the optical fiber holder 36. The optical component to be coupled is not limited to an optical fiber array, and a light emitting element array, a light receiving element array, or the like can also be used. The microlens substrate is not limited to a single-convex lens type, but may be a type shown in FIGS.
[0027]
The microlens substrate shown in FIG. 4 has a convex lens L on one main surface of the quartz substrate 10. ₁ ~ L ₅ And the metal fitting pins 12 and 14 are formed in the same manner as described above, and the lens L is formed on the other main surface of the substrate 10. ₁ ~ L ₅ Convex lens L facing each ₁₁ ~ L ₁₅ Is formed. Lens L ₁₁ ~ L ₁₅ The lens L ₁ ~ L ₅ Similarly to the above, a lens pattern made of a resist is transferred to the other main surface of the substrate 10 by etching.
[0028]
The microlens substrate shown in FIGS. 5 and 6 has a convex lens L on one main surface of the quartz substrate 10. ₁ ~ L ₅ And the metal fitting pins 12 and 14 are formed in the same manner as described above, and the lens L is formed on the other main surface of the substrate 10. ₁ ~ L ₅ The inclined surface forming portion 16 is provided so as to face the lens array including. The inclined surface forming part 16 forms an inclined surface having an inclination of θ = 5 to 15 degrees (preferably 8 degrees) with respect to the other main surface of the substrate 10 as shown in FIG. Direction is lens L ₁ ~ L ₅ It is set so as to face the direction orthogonal to the arrangement direction.
[0029]
When using a microlens array, the lens L ₁ With respect to the optical fiber F as shown in FIG. ₁ To the lens L through the inclined surface forming part 16 ₁ The light 18 is incident on the lens L. ₁ Is collimated (collimated). At this time, the light 18r reflected by the inclined surface of the inclined surface forming portion 16 is reflected by the optical fiber F as shown in FIG. ₁ Fiber optic F ₁ It does not enter. That is, the optical fiber F is provided by providing the inclined surface forming portion 16. ₁ Reflected light and F ₁ The reflected light incident on the adjacent optical fiber can be reduced.
[0030]
Next, a method of manufacturing a microlens substrate in the form of a single convex lens as shown in FIGS. 1 and 2 will be described with reference to FIGS.
[0031]
In the process of FIG. 7, a resist layer 40 having a mark forming pattern 40m aligned with one main surface of the quartz substrate 10 is formed by photolithography. The thickness of the resist layer 40 can be about several μm.
[0032]
In the process of FIG. 8, a Cr film is formed to a thickness of about 300 nm by sputtering to cover the resist layer 40. At this time, a part of the Cr film adheres to one main surface of the substrate 10 through the alignment mark forming pattern 40m. Thereafter, when the resist layer 40 is removed together with the Cr film thereon by a lift-off process, an adhesion portion of the Cr film remains as an alignment mark M on one main surface of the substrate 10.
[0033]
In the process of FIG. 9, a resist layer R corresponding to five desired lenses is obtained by photolithography using the alignment mark M. ₁ ~ R ₅ Is formed on one main surface of the substrate 10.
[0034]
In the process of FIG. 10, the resist layer R ₁ ~ R ₅ A heat reflow treatment is applied to each resist layer so that each resist layer forms a spherical convex portion.
[0035]
In the process of FIG. 11, the resist layer R ₁ ~ R ₅ And by applying a dry etching process to one main surface of the quartz substrate 10, the resist layer R is formed on one main surface of the quartz substrate 10. ₁ ~ R ₅ Transfer the lens pattern of the resist layer R ₁ ~ R ₅ L corresponding to each ₁ ~ L ₅ Form.
[0036]
In the step of FIG. 12, a resist layer 42 having holes 44 and 46 corresponding to two desired fitting pins is formed on one main surface of the substrate 10 by photolithography using the alignment mark M. At this time, the lens L ₁ ~ L ₅ The alignment mark M is covered with a resist layer 42.
[0037]
In the step of FIG. 13, a Cu / Cr laminate (a laminate in which a Cu layer is stacked on a Cr layer) 48 is formed by sputtering to cover the resist layer 42. At this time, Cu / Cr laminates 50 and 52 adhere to the substrate surfaces in the holes 44 and 46 of the resist layer 42. The thicknesses of the Cr layer and the Cu layer can be 30 nm and 300 nm, respectively. The Cr layer is for improving the adhesion of the Cu layer to the substrate 10.
[0038]
In the process of FIG. 14, the resist layer 42 is removed together with the Cu / Cr laminate 48 thereon by lift-off processing, and the Cu / Cr laminates 50 and 52 are left as plating base layers on one main surface of the substrate 10. Then, a resist layer 54 having holes 56 and 58 for exposing the Cu / Cr stacks 50 and 52, respectively, is formed on one main surface of the substrate 10 by photolithography using the alignment mark M. The thickness of the resist layer 54 can be about 50 to 100 μm.
[0039]
In the process of FIG. 15, the fitting pins 12 and 14 made of Ni—Fe alloy are placed in the holes 56 and 58 of the resist layer 54 by Cu / Cr, respectively, by selective plating of Ni—Fe alloy using the resist layer 54 as a mask. Formed on the stacked layers 50 and 52.
[0040]
In the process of FIG. 16, the resist layer 54 is removed by chemical treatment or the like. As a result, as a microlens substrate, a convex lens L is formed on one main surface of the quartz substrate 10. ₁ ~ L ₅ And the lens L ₁ ~ L ₅ In which the fitting pins 12 and 14 are formed so as to overlap the Cu / Cr laminates 50 and 52, respectively, on one side and the other side of the lens array.
[0041]
According to the manufacturing method described above with reference to FIGS. ₁ ~ L ₅ In both the photolithography process for forming the alignment pin and the photolithography process for forming the fitting pins 12 and 14, the exposure process was performed using the reduced projection exposure apparatus with the alignment mark M as a reference. Good positional accuracy was obtained in which the error with respect to was within ± 0.2 μm.
[0042]
In the manufacturing method of the microlens substrate described above, the lens L is used as the microlens substrate. ₁ ~ L ₅ Although an example in which a one-dimensional array is formed is shown, a lens in which a plurality of lenses form a two-dimensional array can be created in the same manner.
[0043]
Next, an example of the manufacturing method of the coupling plate will be described with reference to 17 to 22.
[0044]
In the process of FIG. 17, for example, a Cu / Cr laminate 62 is formed as a plating underlayer on one main surface of a substrate 60 made of glass, quartz, silicon, or the like by a sputtering method. The thicknesses of the Cr layer and the Cu layer can be 30 nm and 300 nm, respectively.
[0045]
In the process of FIG. 18, a resist layer R corresponding to a desired light transmission window pattern is obtained by photolithography. ₁₁ And a resist layer R corresponding to a desired fitting hole pattern ₁₂ , R ₁₃ And a resist layer R corresponding to each desired guide pin insertion hole pattern ₁₄ , R ₁₅ Are formed on the Cu / Cr laminate 62. Resist layer R ₁₁ Is formed to have a size slightly larger than that of the transparent window, and the resist layer R ₁₂ , R ₁₃ Are formed to have a slightly larger size (diameter) than the fitting hole, and the resist layer R ₁₄ , R ₁₅ Are formed so as to have a slightly larger size (diameter) than the guide pin insertion hole. Resist layer R ₁₁ ~ R ₁₅ Both allow the size of the opening to gradually increase outward.
[0046]
Next, in the step of FIG. 19, the resist layer 64, R is formed on the upper surface of the substrate by photolithography. ₂₂ ~ R ₃₀ Form. The resist layer 64 is formed so as to have a hole 64a corresponding to a desired plane pattern of the coupling plate. Resist layer R ₂₂ , R ₂₄ , R ₂₆ , R ₂₈ , R ₃₀ Respectively, in the hole 64a. ₁₁ , R ₁₂ , R ₁₃ , R ₁₄ , R ₁₅ Form on top. Resist layer R ₂₂ Is equivalent to a translucent window and is formed to have a size corresponding to the translucent window. Resist layer R ₂₄ , R ₂₆ Each corresponds to a fitting hole, and is formed to have a size (diameter) corresponding to the fitting hole. Resist layer R ₂₈ , R ₃₀ Each corresponds to a guide pin insertion hole, and is formed to have a size (diameter) corresponding to the guide pin insertion hole.
[0047]
In the process of FIG. 20, the resist layers 64, R ₁₁ ~ R ₁₅ , R ₂₂ ~ R ₃₀ A bonding plate 20 made of a Ni—Fe alloy layer is formed by selective plating of a Ni—Fe alloy using as a mask. At this time, the coupling plate 20 is formed of the resist layer R. ₂₂ ~ R ₃₀ The resist layer is formed so as to move away from each resist layer as it goes upward around each resist layer (so that the size of the opening increases as it goes upward). This is R ₂₂ In the periphery of each resist layer, the Cu / Cr laminate 62 as the plating underlayer is R ₁₁ This is because the growth of the plating is delayed as compared with the portion located directly above the Cu / Cr laminate 62.
[0048]
In the process of FIG. 21, the resist layer 64, R is processed by chemical treatment or the like. ₁₁ ~ R ₁₅ , R ₂₂ ~ R ₃₀ Are removed, and a light transmitting window 22, fitting holes 24 and 26, and guide pin insertion holes 28 and 30 are provided on the coupling plate 20.
[0049]
In the process of FIG. 22, the Cu layer in the Cu / Cr stack 62 is removed by etching, and the bonding plate 20 is separated from the substrate 60. The Cr layer 62a is left on the substrate 60. The substrate 60 can be used repeatedly by forming a Cu layer on the Cr layer 62a by sputtering.
[0050]
23 to 26 show another example of the manufacturing method of the coupling plate according to the present invention, and the same parts as those in FIGS.
[0051]
In the process of FIG. 23, the hole Q corresponding to the desired light-transmitting window pattern. ₁ And the hole Q corresponding to the desired fitting hole pattern ₂ , Q ₃ And the hole Q corresponding to the desired guide pin insertion hole pattern ₄ , Q ₅ A Cu / Cr laminate 62 having the following structure is formed on one main surface of the substrate 60 as a plating underlayer. Hole Q ₁ Is formed in a size slightly larger than the transparent window. Hole Q ₂ , Q ₃ Are formed in a size (diameter) slightly larger than the fitting hole. ₄ , Q ₅ Are formed in a slightly larger size (diameter) than the guide pin insertion hole. Hole Q ₁ ~ Q ₅ Both allow the size of the opening to gradually increase outward.
[0052]
Hole Q ₁ ~ Q ₅ In order to obtain a Cu / Cr laminate 62 having a hole Q on one main surface of the substrate 60 ₁ ~ Q ₅ After forming a lift-off resist layer corresponding to each of the above, a Cu / Cr stack 62 is formed by sputtering on one main surface of the substrate 60 so as to cover each resist layer, and each resist layer is formed thereon by a lift-off process. Remove with Cu / Cr stack. When forming the Cu / Cr laminate 62 by sputtering, the thicknesses of the Cr layer and the Cu layer can be 15 nm and 200 nm, respectively.
[0053]
Next, in the same way as described above with reference to FIG. ₂₂ ~ R ₃₀ Form. The resist layer 64 is formed so as to have a hole 64a corresponding to a desired plane pattern of the coupling plate. Resist layer R ₂₂ , R ₂₄ , R ₂₆ , R ₂₈ , R ₃₀ Are the holes Q in the holes 64a, respectively. ₁ , Q ₂ , Q ₃ , Q ₄ , Q ₅ It forms so that it may be located in. As a result, the resist layer R ₂₂ ~ R ₃₀ In the peripheral portion of each of the resist layers, the surface portion of the substrate 60 is exposed in an annular shape.
[0054]
24, the resist layers 64, R ₂₂ ~ R ₃₀ A bonding plate 20 made of a Ni—Fe alloy layer is formed by selective plating of a Ni—Fe alloy using as a mask. At this time, R ₂₂ In the peripheral part of each resist layer, the Cu / Cr laminate 62 as the plating base film is lacking in an annular shape, so that the growth of plating is delayed as compared with the portion located directly above the Cu / Cr laminate 62. . For this reason, the coupling plate 20 is R ₂₂ Each of the resist layers is formed so as to move away from each resist layer as it goes upward (the size of the opening increases as it goes upward).
[0055]
In the process of FIG. 25, the resist layer 64, R is processed by chemical treatment or the like. ₂₂ ~ R ₃₀ Are removed, and a light transmitting window 22, fitting holes 24 and 26, and guide pin insertion holes 28 and 30 are provided on the coupling plate 20.
[0056]
In the process of FIG. 26, the Cu layer in the Cu / Cr stack 62 is removed by etching to separate the coupling plate 20 from the substrate 60. The Cr layer 62a is left on the substrate 60.
[0057]
FIG. 27 shows still another example of a coupling plate according to the present invention, and the same parts as those in FIGS.
[0058]
In the step of FIG. 27A, a resist layer 64, R is formed on the Cu / Cr laminate 62 covering one main surface of the substrate 60. ₂₂ , R ₂₄ , R ₂₈ Form. The resist layer 64 is formed so as to have a hole 64a corresponding to a desired plane pattern of the coupling plate. Resist layer R ₂₂ , R ₂₄ , R ₂₈ Each is formed so that the size increases in the hole 64a from the top to the bottom. Where layer R ₂₂ , R ₂₄ , R ₂₈ When using a stepper (reduced projection exposure apparatus) to obtain a forward tapered resist shape like
(1) A method of setting the focus position in the resist,
(2) A method of setting a small exposure amount at the bottom of the resist (a method for positive resist),
(3) Method of gradually changing the transmittance of the mask portion in the exposure mask (increasing the transmittance as it goes to the bottom of the resist)
Any of the methods can be used.
[0059]
In the step of FIG. 27B, the resist layer 64, R ₂₂ , R ₂₄ , R ₂₈ A bonding plate 20 made of a Ni—Fe alloy layer is formed by selective plating of a Ni—Fe alloy using as a mask. Then, the resist layer 64, R is obtained by chemical treatment or the like. ₂₂ , R ₂₄ , R ₂₈ Remove. Resist layer R ₁ ~ R ₄ , R ₂₁ ~ R ₂₄ Therefore, the coupling plate 20 is provided with a light transmitting window 22, a fitting hole 24, and a guide pin layer through hole 28. The translucent window 22, the fitting hole 24, and the guide pin layer through-hole 28 all increase in size as the corresponding resist layer progresses from the upper part to the lower part, and thus proceeds from the upper surface to the lower surface of the coupling plate 20. As the size increases, it is formed. Thereafter, the Cu layer in the Cu / Cr stack 62 is removed by an etching process, and the bonding plate 20 is separated from the substrate 60. Although FIGS. 27A and 27B show a manufacturing method of about half of the microlens substrate, the other half can be manufactured in the same manner.
[0060]
17 to 27, the position and size of the transparent window 22, the fitting holes 24 and 26, and the guide pin insertion holes 28 and 30 are set with submicron accuracy such as 0.5 μm. can do.
[0061]
According to the manufacturing method of the coupling plate described above with reference to FIGS. 23 to 26, the following additional effects (a) and (b) can be obtained.
[0062]
(A) In the process of FIG. ₁₁ ~ R ₁₅ Since the thickness of the substrate is 2 μm or more, the unevenness on the substrate is large. For this reason, in the process of FIG. 19, the flatness of the resist coating is easily impaired, and the resist layers 64, R ₂₂ ~ R ₃₀ Dimensional fluctuations are likely to occur. On the other hand, in the process of FIG. 23, since the resist layer for lift-off is removed and the thickness of the Cu / Cr laminate 62 is as thin as about 200 nm, the unevenness on the substrate is small. Therefore, in the step of FIG. 23, the uniformity of resist coating is improved, and the resist layers 64, R ₂₂ ~ R ₃₀ Dimensional fluctuations are reduced. Therefore, the manufacturing yield of the coupling plate 20 is improved.
[0063]
(B) In the step of FIG. ₂₂ , R ₂₄ , R ₂₆ , R ₂₈ , R ₃₀ Underneath the resist layer R ₁₁ , R ₁₂ , R ₁₃ , R ₁₄ , R ₁₅ Therefore, even if the resist is removed in the step of FIG. 21 and Cu etching is performed in the step of FIG. 22, the fitting holes 24 and 26 and the guide pin insertion holes 28 are formed in the coupling plate 20. , 30 remains in the resist, which is likely to cause contamination. Contamination causes a decrease in positioning accuracy when a guide pin or a fitting pin is inserted into the coupling plate 20 as shown in FIG. On the other hand, in the process of FIG. ₂₂ ~ R ₃₀ Since the plating process is performed in a state where there is no resist layer underneath, the amount of resist remaining attached to the bonding plate 20 is reduced, and contamination can be reduced. Therefore, the positioning accuracy when inserting the guide pin and the fitting pin into the coupling plate is improved.
[0064]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a plurality of metal fitting pins are formed on the lens forming surface of the substrate, and a light transmitting window corresponding to the plurality of lenses of the substrate is formed on the metal coupling plate. A plurality of fitting holes and a plurality of guide pin insertion holes respectively corresponding to the plurality of fitting pins are provided, and the coupling plate is attached to the substrate by fitting the plurality of fitting pins and the plurality of fitting holes. Since the lens array is configured, it is possible to achieve a simple and accurate coupling simply by inserting a plurality of guide pins provided in an optical component such as an optical fiber array into a plurality of guide pin insertion holes of the micro lens array. It is done. In addition, the microlens array of the present invention has an advantage that it can be easily and accurately manufactured by a thin film process including plating.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a state before assembly of a microlens array according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing a state in which the microlens array of FIG. 1 is assembled and then coupled to the optical fiber array.
3 is an end view of the optical fiber array of FIG. 2. FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing another example of a microlens substrate.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing still another example of a microlens substrate.
6 is a cross-sectional view taken along line YY ′ of the microlens substrate of FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a resist layer forming step in the method of manufacturing a microlens substrate according to the present invention.
8 is a cross-sectional view showing a sputtering step and a lift-off step following the step of FIG.
9 is a cross-sectional view showing a resist layer forming step that follows the step of FIG. 8. FIG.
10 is a cross-sectional view showing a registry flow step following the step of FIG. 9. FIG.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a lens formation step that follows the step of FIG. 10;
12 is a cross-sectional view showing a resist layer forming step that follows the step of FIG. 11. FIG.
13 is a cross-sectional view showing a sputtering step that follows the step of FIG. 12. FIG.
14 is a cross-sectional view showing a lift-off process and a resist layer forming process following the process of FIG.
15 is a cross-sectional view showing a selective plating step that follows the step of FIG. 14;
16 is a cross-sectional view showing a resist removal step that follows the step of FIG. 15. FIG.
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a plating underlayer forming step in an example of a method for manufacturing a coupling plate according to the present invention.
18 is a cross-sectional view showing a resist layer forming step that follows the step of FIG.
19 is a cross-sectional view showing a resist layer forming step that follows the step of FIG. 18. FIG.
20 is a cross-sectional view showing a selective plating step following the step of FIG.
FIG. 21 is a cross-sectional view showing a resist removing step that follows the step of FIG. 20;
22 is a cross-sectional view showing a separation step that follows the step of FIG. 21. FIG.
FIG. 23 is a cross-sectional view showing a plating underlayer forming step and a resist layer forming step in another example of a method for manufacturing a coupling plate according to the present invention.
24 is a cross-sectional view showing a selective plating step following the step of FIG. 23. FIG.
FIG. 25 is a cross-sectional view showing a resist removing step that follows the step of FIG. 24;
26 is a cross-sectional view showing a separation step that follows the step of FIG. 25. FIG.
FIGS. 27A and 27B are cross-sectional views showing still another example of a method for manufacturing a bonding plate according to the present invention, wherein FIG. 27A shows a resist layer forming step and FIG. 27B shows a selective plating step and a resist removing step, respectively. It is.
FIG. 28 is a cross-sectional view showing a resist layer forming step in a conventional method for manufacturing a microlens array.
29 is a cross-sectional view showing a lens formation step and a resist layer formation step subsequent to the step of FIG. 28. FIG.
30 is a cross-sectional view showing a selective etching step following the step of FIG. 29. FIG.
31 is a cross-sectional view showing a state where an optical fiber is attached to the optical fiber array of FIG. 30. FIG.
[Explanation of symbols]
10, 60: quartz substrate, 12, 14: fitting pin, 20: coupling plate, 22: translucent window, 24, 26: fitting hole, 28, 30, P ₁ , P ₂ : Guide pin insertion hole, 32, 34: Guide pin, 36: Optical fiber holder, 40, 42, 54, 64, R ₁ ~ R ₅ , R ₁₁ ~ R ₁₅ , R ₂₂ ~ R ₃₀ : Resist layer, 48 to 52, 62: Cu / Cr laminate, L ₁ ~ L ₅ : Lens, LA: Micro lens array, H ₁ ~ H ₅ : Holding hole, F ₁ ~ F ₅ : Optical fiber, FA: optical fiber array, M: alignment mark.

Claims

A plurality of lenses are formed on one main surface, and a plurality of metal fitting pins are formed on the one main surface by a thin film process by plating using the lens as a reference for alignment. A substrate,
An overlapping portion that should overlap with the one principal surface and a non-overlapping portion that extends continuously over the overlapping portion and does not overlap with the one principal surface, and the overlapping portion corresponds to the plurality of lenses. Formed by a thin film process by plating so as to provide a translucent window and a plurality of fitting holes respectively corresponding to the plurality of fitting pins, and to provide a plurality of guide pin insertion holes in the non-overlapping portion A metal coupling plate mounted on the substrate by fitting the plurality of fitting pins into the plurality of fitting holes in a state where the overlapping portion is overlapped with the one main surface; Microlens array with

2. The microlens array according to claim 1, wherein each of the plurality of fitting holes is formed to increase in size as it approaches the main surface of the coupling plate on the substrate side.

3. The microlens array according to claim 1, wherein each of the plurality of guide pin insertion holes is formed to increase in size as it approaches the main surface of the coupling plate on the substrate side.

A translucent substrate in which a plurality of lenses are formed on one main surface and a metal fitting pin is formed on the one main surface by a thin film process by plating using the lens as a reference for alignment; An overlapping portion that should overlap with the one principal surface and a non-overlapping portion that extends continuously over the overlapping portion and does not overlap with the one principal surface, and the overlapping portion corresponds to the plurality of lenses. Forming a transparent window and a plurality of fitting holes corresponding to the plurality of fitting pins, respectively, and forming a plurality of guide pin insertion holes in the non-overlapping portion by a thin film process by plating. A prepared metal coupling plate;
Attaching the coupling plate to the substrate by fitting the plurality of fitting pins into the plurality of fitting holes in a state where the overlapping portion of the coupling plate is overlapped on one main surface of the substrate. Including micro lens array manufacturing method.