JPH11514305A - 集積光学部品用の三次元構造重合体層の製造方法 - Google Patents

集積光学部品用の三次元構造重合体層の製造方法

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Abstract

(57)【要約】 本発明の方法は三次元構造の重合体膜、たとえば、光学ファイバーまたはレーザー光源の端部に置かれるレンズを製造するために使用される。本方法は出発物質として光重合可能なドライラッカーを使用することを基礎とするものである。このドライラッカーが基板に付与されそして画像処理法を使用してサブミクロンの精度で予め計算された、所望のレンズの形状に対応する構造領域内で、予め決定された照射線量、分布および持続時間をもって露光される。光重合されたレンチキュラー構造領域が次に未露光ドライラッカーから作り出される。本方法を使用すると光学ファイバーまたはレーザーにサブミクロン精度のレンズを置くことができる。

Description

【発明の詳細な説明】 集積光学部品用の三次元構造重合体層の製造方法 本発明は、三次元構造に形成された重合体層、特に光学レンズの製造方法に関 する。本発明の方法は、特に、光学ファイバーまたは光学レーザーの出射特性ま たは受光特性が光線の丸い通路に合わされるような用途に使用することができる 。 レンズは、特に、光学レーザーに光学ファイバーを連結するために、集積光学 部品に使用される。 リソグラフィ工程（プロセス）を使用してレーザーとファイバーを連結する１ つの公知方法は、リン化インジウム母材にレーザーを組み込む時にレーザーと一 緒にテーパーカップラーを設けるものである。下記文献参照： A．Kohl，A．Menschig,“Fabrication of Optical Beamwidth Transformers for Guided Waves on InP Using Wedge-Shaped Tapers”，J．Vac．Sci．Technol． B 9(6)（1991）3459． レーザーに直接連続しておりそして円筒状レンズのごとく１つの断面に集光作 用を有する湾曲界面は、例えば、粒子ビーム(corpuscular beam)リソグラフィを 使用するナノリソグラフィにより画定され、そして追加の工程において反応性乾 式エッチングによってドライエッチングされる。下記文献参照： 2.）Unger，V．Boegli，P.Buchmann，R．Germann，“High Resolution Electr on Beam Lithography for Fabricating Visible Semiconductor Lasers with Cu rved Mirrors and Integrated Holograms”，Microelectronic Eng．23,(1994)4 61． ガラス球がミクロ機械加工により調整されそしてフラシュ−エッチングされた ガラスファイバーに接合される。このガラス球は、その光学作用において、回転 対称的に双方向においてある特定の態様で該ガラスファイバーの出射輪郭形状に 適合する。下記文献参照： 3.）R．H．Bellmann, N．F．Borelli，J．Dafin，L.G．Mann，B．H．Raeder, “Precision Glass Nicrolens Array by Photo-Thermal Technique”，SPIE O- E Lasc 88，January 14(1988)． 熱工程でファイバーを溶融しそして丸みをつけることによって、あるいは、レ ーザーアブレーションまたは機械研磨によって、ファイバーの端面に丸い端面輪 郭形状をつくることができる。 端部に適当な曲面を有する別々の構造部品として製造された複数のガラス部材 が光学伝送路内に挿入レンズとして挿入され、これによって所望の結合目的が達 成される。しかしながら、サブミクロンの精度に対応する調整の実施には問題が ある。下記参照： 4.）SMILE lenses produced by CORNINNG, France． 5.）GRIN lenses produced by NIPPON SHEET GLASS，Japan，NSG-Selfog Prod uct Guide，NSG America Inc.，Somerset，N.J．08873． 従来公知の方法で、集積光学部品に屈折レンズとして三次元パターン形成重合 体層を使用することは開示したものはない。下記文献参照： with Lenslet Arrays”，IG-Fachbericht 132 "Vacuum Electronics and Displa ys",（1995）241; 7.）A.Stemmer，H．Zarschizky，F．Mayerhofer，G.Lefranc，H.W.Schneider, P．Galloway，SPIE，vol．1732 Holographics International 92，77; 8.）A.Stemmer，H．Zarschizky，E．Knapek，G．Lefranc，H．Scherer-Winner , “Design and Fabrication of Multilevel Diffractive Optical Elements(DOEs )and Holographic Optical Elements(HOEs)”，Microelectronic Engineering, Vol．21，no．1-4,（1993）471-474; 9.）C.Dix，P.F．Mckee，A.R．Thurlow，J.R.Towers，D.C．Wood，N.J.Dawes, J.T．Whitney，“Electron-Beam Fabrication and Focused Ion-Beam Inspecti onof Submicron Structured Diffractive Optical Elements”，J．Vac．Sci. Technol．B 12(6),(1994)3708-37011; “Phase holograms in polymethylmethacrylate”，J．Vac．Sci．Technol．B 1 0(6),(1992)2516． さらに、その有用な用途はまだわかっていないが、ガス放電工程で電子感応性 重合体を製造する試みもなされている。下記文献参照： 11.）O.Joubert，T．Weidmann，A．Joshi，R．Cirelli，S．Stein，J.T.C.Lee， S．Vaidya,“Plasma polymerized All-Dry Resist Process for 0.25μm Photol ithography”，J．Vac．Technol．B 12(6)(1994)，3909． モスクワのテクノセンターにおいて、粒子ビームと光学的リソグラフィのため のドライレジストとして１つの物質が合成された。この物質は公知の電子レジス トＰＭＭＡ（ポリメタクリレート）の感度と同様な感度で働く。このレジストは リソグラフィのために適切な分解能を有しており、真空下で蒸着されそして同じ く真空下で乾式現像される。したがって、もはや湿式工程が必要ではなくなる。 このレジストは、それ故、環境問題の点で非常にクリーンである。 12.）S.V．Babin．A.J.Holopkin，M.N．Lyakhov，K.A．Valiev，L.V．Velikov， E.N．Zhikharev，Microcircuit Engineering 23(1994)303． 13.）V.P.Karchkov，T.N.Martynova，V.S．Damlovich: Thin Solid Films 4(19 83)3696． 粒子ビーム誘導蒸着を使用すると、気相から吸着されたモノマーを局部的にポ リマーに変換することが可能である。この方法は三次元重合体構造物を製造する 場合に現像をまったく必要としない。 14.）H.W.P.Koops，R.Weiel，D.P.Kern，T.H.Baum，“High Resolution Electro n Beam Induced Deposition”，Proc.31,Int．Symp．on Electron，Ion and Pho ton Beams, J．Vac．Technol．B 6(1)（1988）477。 本発明の方法は、重合可能なドライレジストの使用およびドライレジスト領域 の選択的露光に基礎を置き、好ましくは上記粒子ビーム誘導蒸着法を含めるもの である。 ドライレジストとして使用するために適当な物質は、特に、フォトン(photon) または粒子ビーム(corpuscular beam)によって重合可能なオクタビニルシルセス キオキサンである。 本発明によれば、重合可能なドライレジストが光学構造体の端面に付与されそ して所望の光学レンズの形状に対応する１つの領域に照射される。照射されるべ き領域は好ましくは画像処理法を使用して画定される。この方法によれば、レン ズのために予め計算された構造領域はサブミクロンの精度で画定される。この領 域が制御された照射工程を受ける。照射工程のために必要な照射パラメータすな わち空間と時間の関数として照射線量を割り当てるために必要なパラメータは所 望のレンズの形状に基づいて決定される。このあと、照射工程がコンピューター 制御方法により自動的に実施される。 照射によって重合されたレンズ形状構造領域はこのあと未露光ドライレジスト から作り出される。 この工程を実施するためには多くの可能な方法がある： １．露光により重合されたレンズ形状構造領域を物理的現像たとえば高真空下で の加熱によってドライレジストから作り出す。 ２．露光により重合されたレンズ形状構造領域を空気による加熱のごとき物理的 現像によってドライレジストから作り出す。 ３．露光により重合されたレンズ形状構造領域をガス放電中での処理のごとき乾 式化学現像によってドライレジストから作り出す。 ４．本発明の方法の好ましい一つの実施態様では、露光に先立って、出発物質と して使用される重合可能なドライレジストが光学レンズのために設けられた三次 元の光学的作用面に付与される。この方法はその光学的出力面が光線の丸い通路 に適合されるべき光学ファイバーまたはレーザー光源を使用して仕事を行う場合 に特に有利である。 本発明の方法によれば球面または非球面の小型化された屈折レンズを製造する ことが可能になる。種々の空間方向で種々の輪郭形状（プロフィール）を選択す ることによって、ファイバーまたはレーザーの特別なビーム特性を適切に補正す ることができ、そして出射特性または受光特性を回転対称輪郭形状またはあらか じめ画定された輪郭形状に対して調整することができる。同様な方法で、プリズ ムやビームスプリッターも直接的に製造することができる。これら部品は乾式化 学現像によってレジストから作り出すことができる。 この技術は、また、光学検知器、フラットＴＶカメラまたはダイオードアレイ の感度を向上させるために必要に応じて、アレイパターンにおいて複数のピクセ ルの平行光学集束（フォーカシング）のための表面上にレンズアレイを製造する ためにも利用することができる。この方法はさらに複雑な部分曲面を有する非球 面の製造のためにも適切である。これに関連して、所望の要素を必要な適用位置 にサブミクロンの精度をもって中心合せすることもできる。 最も簡単な技術工程において、ドライレジストの技術は、光学作用を有する三 次元構造を形成する材料でフアイバーまたはレーザーの小さい端面をコートする ために使用される。これにより、他の方法ではアクセスできない表面を高い精度 レベルで予備加工することができ、正確に位置ぎめされた位置に所望の最終製品 を製造することが可能となる。リソグラフィ工程のための走査電子顕微鏡を使用 すれば、画像処理の方法を適用しファイバーまたはレーザー上にサブミクロンの 精度をもってパターンを配置しそしてそれを既存のファイバーまたはレーザーの 三次元表面に適合させることができる。ドライレジストは露光のあと熱現像され るから、製造工程で湿式化学溶剤の必要はない。したがって、本発明の製造方法 は高精度の乾式方法を実現するものであり、この方法は実質的な出費なしで自動 化可能である。 以上のことは、粒子ビーム中で重合する吸着分子および露光中に気相から表面 上に付着する吸着分子からレンズを作り出す場合にも同様に適用される。ビーム 誘導蒸着の場合には、現像はもはや必要ではなくなり、蒸着工程の後で、製品が 得られる。適切なに材料を選択すれば、この技術を使用して、高屈折材料あるい は屈折率が適切な範囲にある材料をレンズとしてあるいは反射防止層シーケンス として使用することもできる。 材料選択工程は前駆物質分子ビームを変えることによって実施される。 この工程は自動化可能でありそして露光制御工程に組み込むことができる。し たがって、他の方法では多くの複雑な工程を必要とするような所望の屈折輪郭形 状および構造の作成が可能である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＲＵ，ＵＳ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １．ドライレジスト技術および粒子ビーム誘導蒸着を使用して、集積光学部品に 使用するための三次元構造重合体層を製造する方法において、 露光により重合可能なドライレジストを基板に付与し、 該ドライレジストを、画像処理の方法を使用してサブミクロンの精度で予め 計算されそして所望の光学構造の形状を示す構造領域における空間と時間の関数 として予め定められた照射線量割合で露光し、そして 露光により重合された構造領域を乾式工程によって未露光ドライレジストか ら作り出すことを特徴とする方法。 ２．フォトンまたは粒子ビームによって重合可能なオクタビニルシルセスキオキ サンが、ドライレジストとして、好ましく使用される請求項１に記載の方法。 ３．露光により重合された構造領域が物理的現像、たとえば高真空下における加 熱によって該ドライレジストから作り出される請求項１に記載の方法。 ４．露光により重合された構造領域が空気による加熱のごとき物理的現像によっ て該ドライレジストから作り出される請求項１に記載の方法。 ５．露光により重合された構造領域がガス放電中での処理のごとき乾式化学現像 によって該ドライレジストから作り出される請求項１に記載の方法。 ６．母材として使用される重合可能なドライレジストが、露光前に光学構造体の 光学的端面に付与される請求項１に記載の方法。 ７．金属を含有するまたは含有しない有機重合体であって、粒子ビームによって 直接に重合および蒸着ができる有機重合体を、母材材料として、露光の間に、光 学構造体の光学的端面に付与し、そして、この際、照射線量を制御することによ って重合された構造領域を作り出す請求項１に記載の方法。
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