JPH03217803A - Micro optical element forming method and forming apparatus - Google Patents
Micro optical element forming method and forming apparatusInfo
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
二産業上の利用分野〕
本発明;ま、レーザ・アブレーンヨン法による空間選択
薄膜形成を用いてなる微小光学素子形成方法とその装置
に関するものである。Detailed Description of the Invention [Second Industrial Fields] The present invention relates to a method and apparatus for forming a microscopic optical element using space-selective thin film formation by laser abrasion.
3従来の技術〕
従来の微小光学素子形成方法吉しては、材料ガスを所定
の圧力に保ったCVDセルの内部に基板を配置し、こ゛
の基板表面に対してレーザ光を照射し、レーザ照射によ
る熱エネルギーにより、材料ガスの分解反応を起こし、
基板の照射領域において薄膜を局所的に形成することが
できる手段が用いられている。3. Prior art] A conventional method for forming micro-optical elements is to place a substrate inside a CVD cell in which a material gas is kept at a predetermined pressure, and to irradiate the surface of the substrate with a laser beam. The thermal energy from irradiation causes a decomposition reaction of the material gas,
Means are used that allow thin films to be formed locally in the irradiated area of the substrate.
また、材料ガスとして、Si H4等シラン系ガスとN
o等笑気系ガス及びN2の混合系を用いると、S+ O
N,St 02等誘電体薄膜を得ることがてきる。In addition, as material gases, silane gas such as SiH4 and N
When using a mixed system of laughing gas such as O and N2, S + O
A dielectric thin film of N, St 02, etc. can be obtained.
薄膜の成長速度は照射される基板の表面温度により異な
り、レーザ光の照射によって膜厚の分布が形成される。The growth rate of the thin film varies depending on the surface temperature of the irradiated substrate, and the film thickness distribution is formed by laser light irradiation.
そして、この膜の中心部が球面に適合することから、マ
イクロレンズの作製に利用できることや、膜をBHF
(バッファード・フッ酸)でウエット・エノチングする
と、球面に適合する領域が拡がり、レンズの有効径を広
くとれることを本発明者等は確認している。Since the center of this film conforms to a spherical surface, it can be used to fabricate microlenses, and the film can also be used in BHF.
The present inventors have confirmed that wet enoching with buffered hydrofluoric acid (buffered hydrofluoric acid) expands the area that conforms to the spherical surface, making it possible to widen the effective diameter of the lens.
更に、同様のガス系を用いて、レーザの照射位置をライ
ン状に移動させて膜成長を行い、薄膜導波路の作製も検
討している。Furthermore, we are also considering fabricating a thin film waveguide by growing a film by moving the laser irradiation position in a line using a similar gas system.
本発明者等は、レーザCVD法による誘電体薄膜形成に
関して種々の検討を重ね、この技術によりマイクロレン
ズ,先導波路等の微小光学素子の開発を図っている。The inventors of the present invention have conducted various studies regarding the formation of dielectric thin films by laser CVD, and are attempting to develop microscopic optical elements such as microlenses and waveguides using this technique.
特に、レーザビームは指向性に優れ、レンズ等によって
容易に集光でき、また、エネルギー密度も他のエネルギ
ー源に比べて著しく高い。In particular, a laser beam has excellent directivity, can be easily focused by a lens, etc., and has a significantly higher energy density than other energy sources.
このため、レーザ″をエネルギー源として用いるレーサ
CVD法により、空間選択性の高い薄膜成長をマスクレ
スで行うことができる。Therefore, thin film growth with high spatial selectivity can be performed without a mask by the laser CVD method using a laser as an energy source.
このような方法でマイクロレンズを作製する場合、C
V Dセル内には材料ガスが所定の圧力の下に供給され
ると共jこ、C〜7Dセル内に設置した基板に対して、
垂直にレーザを集光照射している。When manufacturing microlenses using this method, C
While material gas is supplied into the VD cell under a predetermined pressure, the substrate installed in the C to 7D cells is
The laser is focused and irradiated vertically.
このレーザの照射により、基板の温度が上昇すると、Q
エネルギーによって基板表面付近の材料ガスが分解、反
応し、基板表面に膜が成長する。TEMooモードのレ
ーザビームはガウンアン状の強度分布を有しており、こ
のため、照射される基板表面には、照射ビームの中心を
ピークとする対称な温度分布が形成される。When the temperature of the substrate rises due to this laser irradiation, Q
The energy causes the material gas near the substrate surface to decompose and react, and a film grows on the substrate surface. The TEMoo mode laser beam has a Gaunian-like intensity distribution, and therefore, a symmetrical temperature distribution with a peak at the center of the irradiation beam is formed on the surface of the irradiated substrate.
一方、膜の成長速度は供給エネルギーにより、換言すれ
ば、基板表面の温度により異なるため、前述の強度分布
を有するレーザ照射時に、レーザの出力やガス条件を最
適化することによって、曲率分布をもつ膜を空間選択性
よく成長できることを見出した。On the other hand, the growth rate of the film varies depending on the supplied energy, in other words, depending on the temperature of the substrate surface. We found that membranes can be grown with good spatial selectivity.
そして、このような曲率分布を有する膜の形状が球面と
して適合しうる部分を有することを確認し、この部分が
集光作用を持つことから、誘電体薄膜のマイクロレンズ
としての利用可能性が着目されている。Then, it was confirmed that the shape of the film with such a curvature distribution has a part that can be adapted as a spherical surface, and since this part has a light-concentrating effect, attention was paid to the possibility of using the dielectric thin film as a microlens. has been done.
レーザCVD法によって、所望の光学性能を有するマイ
クロレンズを安定して作製する際に、次のような技術課
題が存在する。The following technical issues exist when stably manufacturing microlenses having desired optical performance using the laser CVD method.
すなわち、レーザCVD法による場合、膜の形状・膜質
はレーザのエネルギー密度,発振モード,出力安定性,
材料ガスの混合比,全圧等の要因によって変化する。In other words, when using the laser CVD method, the shape and quality of the film depend on the laser energy density, oscillation mode, output stability,
It varies depending on factors such as the mixture ratio of material gases and total pressure.
一般に光学素子において、屈折率は10−3オーダの精
度を求められるので、前記の諸要因に求められる制御・
安定性は著しく高い。しかも、前記の諸要因は互いに絡
み合っており、各々の要因を独立のパラメータとして扱
うことは困難である。Generally, in optical elements, refractive index accuracy is required to be on the order of 10-3.
Stability is extremely high. Furthermore, the aforementioned factors are intertwined with each other, and it is difficult to treat each factor as an independent parameter.
また、レーザCVD法により作製されるマイクロレンズ
は、r方向に屈折率分布を有している。Further, a microlens manufactured by laser CVD has a refractive index distribution in the r direction.
従って、設計,作製の両面で、分布の最適化を図ること
が必要である。Therefore, it is necessary to optimize the distribution in terms of both design and manufacturing.
更に、レンズ形状について、TEMooモートのビーム
集光照射時に得られる膜の球面適合部は、全膜厚の15
%程度に留まる。この膜の球面適合領域を拡大するため
には、例えば、ノ・ノファードフン酸を用いたエッチン
グによる形状補正が二次加工として必要となる。Furthermore, regarding the lens shape, the spherical conforming part of the film obtained during TEMoo mote beam condensing irradiation is 15% of the total film thickness.
It remains at about %. In order to expand the spherical compatible region of this film, shape correction by etching using, for example, no-no-phar-do-hydrochloric acid is required as a secondary process.
本発明は、膜の形状・膜質の制御性を有する新規な空間
選択薄膜形成による微小光学素子形成方法及び形成装置
を提供することを目的とするものである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method and apparatus for forming a micro-optical element by forming a novel spatially selective thin film having controllability of film shape and film quality.
本発明は、前記目的を達成するために、微小光学素子形
成方法として、レーザ光を真空セル内に配置したターゲ
ットに照射することにより、前記ターゲ7}を構成する
分子・原子を蒸発させ、この分子・原子をマスクを介し
て蒸着基板表面に堆積させるレーザ・アブレーションに
よって薄膜を形成し、前言己レーサ光を集光する光学系
を介して照射されるターゲット表面に点源スポットを形
成し、ターゲットの点源スポノトと蒸着基板との間に所
定の大きさの開口を有するマスクを移動可能に配置した
ことを特徴とするものである。In order to achieve the above object, the present invention provides a method for forming a micro optical element by irradiating a laser beam onto a target placed in a vacuum cell to evaporate the molecules/atoms constituting the target 7). A thin film is formed by laser ablation, in which molecules and atoms are deposited on the surface of the evaporation substrate through a mask, and a point source spot is formed on the target surface, which is irradiated through an optical system that focuses the laser light. The method is characterized in that a mask having an opening of a predetermined size is movably disposed between the point source spout and the deposition substrate.
また、特許請求の範囲第1項記載の微小光学素子形成方
法において、ターゲット面に入射するレーザ光の入射角
度を45度に設定し、ターゲ7}と蒸着基板とを平行に
配置し、クーゲ/トの照射中心位置を通るターゲソト面
の法線に対してマスク開口の中心を合致するように、タ
ーゲットと蒸着基板との間にマスクを配置させたことを
特徴とするものである。Further, in the method for forming a micro-optical element according to claim 1, the incident angle of the laser beam incident on the target surface is set to 45 degrees, the target 7} and the vapor deposition substrate are arranged in parallel, and the Kuge/deposition substrate is arranged in parallel. The mask is disposed between the target and the deposition substrate so that the center of the mask opening coincides with the normal line of the target surface passing through the irradiation center position of the target.
更に、本発明は、微小光学素子形成装置として、レーザ
光源、前記レーヂ光源よりの射出ビームを集光する集光
光学系、前記集光光学系による集光ビームを導くことの
できる導光窓部と内部の残留ガスを排気する排気系と内
部の圧力調整を行いうるリークバルブとターゲットを支
持しうるターゲット支持回転移動機構と蒸着基板を支持
しうる蒸着基板支持機構とを備えた真空セルよりなり、
前記ターゲ7}支持回転移動機構は集光ビームの夕−ゲ
ソト照射面への入射角が45度をなすように配置され、
前記蒸着基板支持機構は蒸着基板をターゲット照射面に
対して平行になるように配置され、且つ蒸着基板とター
ゲットとの間隔を調整できる蒸着基板位置調整機構を備
え、蒸着基板とターゲットとの間に配置されるマスクの
開口中心がターゲット面の入射中心を通るターゲット面
法線上に配置される構成であることを特徴とするもので
ある。Furthermore, the present invention provides a micro optical element forming apparatus that includes a laser light source, a condensing optical system that condenses the beam emitted from the laser light source, and a light guide window that can guide the condensed beam by the condensing optical system. It consists of a vacuum cell equipped with an exhaust system that exhausts residual gas inside, a leak valve that can adjust the internal pressure, a target support rotation movement mechanism that can support the target, and a deposition substrate support mechanism that can support the deposition substrate. ,
The target 7} support rotation movement mechanism is arranged so that the incident angle of the condensed beam on the irradiation surface is 45 degrees,
The evaporation substrate support mechanism is arranged such that the evaporation substrate is parallel to the target irradiation surface, and is equipped with a evaporation substrate position adjustment mechanism that can adjust the distance between the evaporation substrate and the target. The structure is characterized in that the center of the opening of the mask to be placed is placed on the normal line of the target surface passing through the center of incidence of the target surface.
本発明の構成により、レーザ光の照射でターゲットを構
成する分子・原子(以下粒子という)はターゲット面の
点源スポットから円錐状に拡がり蒸着基板に向かう。こ
の場合、ターゲット表面の点源スポットと蒸着基板との
間に配置した所定の大きさの開口を有するマスクの位置
を制御することにより、蒸着基板上の堆債膜の形状を制
御することができ、更に、クーゲ71−と蒸着基板との
配置関係により、対称性の良い堆積薄膜を形成すること
ができると共に、堆積速度を向上することができ、マイ
クロレンズとして好適である。According to the configuration of the present invention, molecules and atoms (hereinafter referred to as particles) constituting the target spread out in a conical shape from a point source spot on the target surface and head toward the deposition substrate. In this case, the shape of the deposited film on the deposition substrate can be controlled by controlling the position of a mask with an opening of a predetermined size placed between the point source spot on the target surface and the deposition substrate. Furthermore, due to the arrangement of the Kuge 71- and the deposition substrate, a deposited thin film with good symmetry can be formed and the deposition rate can be increased, making it suitable for use as a microlens.
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.
第1図には、本発明の微小光学素子形成方法を実施しう
る構成が示されている。FIG. 1 shows a configuration in which the method for forming a micro optical element of the present invention can be carried out.
CO2レーザ,エキンマレーザ等のレーザ光源1からの
レーザービームが、Zn Se レンズ等からなる集光
素子2を介して真空セル3内に配置されたターゲット5
に向かって集光照射される。A laser beam from a laser light source 1 such as a CO2 laser or an exhaust laser is directed to a target 5 placed in a vacuum cell 3 via a condensing element 2 made of a Zn Se lens or the like.
A focused beam of light is irradiated towards the target.
真空セル3内には、ロータリーポンプ,デイフユージョ
ンポンプ等からなる排気系9が接続されると共に、リー
クバルブ10が接続されており、真空セル3内の圧力を
微調整することができる。Inside the vacuum cell 3, an exhaust system 9 consisting of a rotary pump, a diffusion pump, etc. is connected, and a leak valve 10 is also connected, so that the pressure inside the vacuum cell 3 can be finely adjusted.
真空セル3内の圧力は、真空計11によりモニタされ、
真空セル3内にレーザビームを導くための導光窓部4が
形成されている。The pressure inside the vacuum cell 3 is monitored by a vacuum gauge 11,
A light guide window 4 is formed for guiding a laser beam into the vacuum cell 3.
真空セル3内に配置されるターゲット5は、レーザ光源
1からのレーザビームがターゲット5に対して45度の
入射角度で入射するように、夕一ゲ,ト支持回転移動機
構6に支持され、前記ターゲ7}支持回転移動機構6の
回転により、レーザビームとターゲント5の照射面との
成す角が45度を保ちながら、新しいターゲット表面が
レーザビームの照射位置に移動することができる。The target 5 placed in the vacuum cell 3 is supported by a support rotation mechanism 6 such that the laser beam from the laser light source 1 is incident on the target 5 at an incident angle of 45 degrees. By rotating the support rotation movement mechanism 6 for the target 7}, a new target surface can be moved to the laser beam irradiation position while maintaining an angle of 45 degrees between the laser beam and the irradiation surface of the target 5.
前記ターゲット5のレーザ照射面に対して、所定の間隔
を置いて平行に、蒸着基板7が蒸着基板支持機構12に
配置されており、且つ、ターゲット5のレーザ照射面と
蒸着基板7の蒸着面との間に、マスク8が配置されてい
る。前記マスク8の開口の大きさは蒸着基板7における
蒸着領域に応じて決められる。また、ターゲット5と蒸
着基板7との間の間隔も調整可能である。A vapor deposition substrate 7 is placed on the vapor deposition substrate support mechanism 12 parallel to the laser irradiation surface of the target 5 at a predetermined interval, and the laser irradiation surface of the target 5 and the vapor deposition surface of the vapor deposition substrate 7 are A mask 8 is placed between them. The size of the opening of the mask 8 is determined depending on the evaporation area on the evaporation substrate 7. Further, the distance between the target 5 and the deposition substrate 7 can also be adjusted.
上記のような本発明の構成において、レーザ光源1より
発振されたレーザビームは、集光素子2により導光窓部
4を介して、真空セル3内のタ−ゲット5を45度の入
射角度で照射する。In the configuration of the present invention as described above, the laser beam emitted from the laser light source 1 is directed by the condensing element 2 through the light guide window 4 to the target 5 in the vacuum cell 3 at an incident angle of 45 degrees. Irradiate with.
レーザビームの照射により、ターゲット5の構成分子・
原子はアブレイトされ、真空セル3内の真空雰囲気中に
飛散する。レーザビームの照射により、ターゲット5の
表面が次第に削られて飛散方向を変化するが、ターゲッ
ト支持回転移動機構6の回転によって、常に新しいター
ゲット5の表面がレーザビームにより照射されるので、
ターゲット5の構成分子・原子の飛散方向は一定に保た
れる。By irradiating the laser beam, the constituent molecules and
The atoms are ablated and scattered into the vacuum atmosphere inside the vacuum cell 3. By irradiating the laser beam, the surface of the target 5 is gradually scraped and the scattering direction changes, but due to the rotation of the target support rotation movement mechanism 6, a new surface of the target 5 is always irradiated with the laser beam.
The scattering direction of the constituent molecules/atoms of the target 5 is kept constant.
ターゲット5の表面からの構成分子・原子の飛散方向の
分布は、コサイン則に従うことから、ターゲット5に対
して45度の入射角度でレーザビームを照射することに
より、ターゲット5表面の垂直方向への構成分子・原子
の飛散量が最大となる(第4図参照)。Since the distribution of the scattering direction of the constituent molecules/atoms from the surface of the target 5 follows the cosine law, by irradiating the target 5 with a laser beam at an incident angle of 45 degrees, the distribution in the direction perpendicular to the surface of the target 5 can be The amount of scattered constituent molecules/atoms becomes maximum (see Figure 4).
従って、マスク8の位置は、ターゲット5の対する照射
位置Aを通り、ターゲット5の表面に対する法線上に設
置する。この配置により、ターゲット5に対して平行に
位置する蒸着基板7の蒸着面への構成分子・原子の堆積
効果が最大となる。Therefore, the mask 8 is placed on the normal line to the surface of the target 5, passing through the irradiation position A of the target 5. This arrangement maximizes the effect of depositing constituent molecules and atoms onto the vapor deposition surface of the vapor deposition substrate 7 located parallel to the target 5.
また、マスク8の開口の大きさに対して、夕一ゲット5
の照射位置Aである構成分子・原子の発生源の大きさを
充分小さくし、局所化させることにより、蒸着基仮7に
おける堆積の大きさ、形状の制御をマスク8により行う
ことができる。更に、蒸着基板7とターゲット5との間
の間隔を調整することによっても、蒸着基板7における
堆積の大きさ、形状の制御を行うことができる。Also, for the size of the opening of the mask 8, the Yuichi get 5
By sufficiently reducing the size of the source of constituent molecules/atoms, which is the irradiation position A, and localizing the source, the size and shape of the deposition on the vapor deposition base 7 can be controlled using the mask 8. Furthermore, by adjusting the distance between the deposition substrate 7 and the target 5, the size and shape of the deposition on the deposition substrate 7 can be controlled.
ターゲソト5から飛散する構成分子・原子は、蒸着基板
7に到達する過程において、真空セル3内の残留ガスと
衝突し、この場合の衝突の確率は残留ガスが少ない程低
い。よって、衝突の確率は、真空セル3内の圧力をリー
クバルブ10の制御により調整することにより、変更す
ることができる。The constituent molecules and atoms scattered from the target material 5 collide with the residual gas in the vacuum cell 3 in the process of reaching the deposition substrate 7, and the probability of collision in this case is lower as the residual gas is smaller. Therefore, the probability of collision can be changed by adjusting the pressure within the vacuum cell 3 by controlling the leak valve 10.
飛敗する構成分子・原子と真空セル3内の残留ガスとの
衝突の確率を制御することによって、蒸着基板7上に到
達できる構成分子・原子の粒子数が変化し、蒸着基板7
上の堆積物の形状.大きさが変化する。By controlling the probability of collision between the constituent molecules/atoms that fly away and the residual gas in the vacuum cell 3, the number of constituent molecules/atoms that can reach the vapor deposition substrate 7 changes, and the number of constituent molecules/atoms that can reach the vapor deposition substrate 7 changes.
Shape of the deposit above. The size changes.
実験によれば、真空セル3の真空度が高いときは、真空
セル3内の残留ガスは少なく、第3図に示すような平坦
な形状の膜が堆積され、逆に、真空セル3の真空度が低
いときは、構成分子・原子と真空セル内の残留ガスとの
衝突回数が増加し、第2図に示すような鐘状の形状の膜
が堆積される。According to experiments, when the degree of vacuum in the vacuum cell 3 is high, there is little residual gas in the vacuum cell 3, and a flat film as shown in FIG. 3 is deposited; When the temperature is low, the number of collisions between the constituent molecules/atoms and the residual gas in the vacuum cell increases, and a bell-shaped film as shown in FIG. 2 is deposited.
膜の堆債過程において、真空セル3の内部圧を適宜変化
させることにより、膜の形状は堆積方向に随時制御され
ることができる。During the film deposition process, the shape of the film can be controlled at any time in the deposition direction by appropriately changing the internal pressure of the vacuum cell 3.
以上の各方法により、所望の膜形状を得ることができる
。A desired film shape can be obtained by each of the above methods.
第1図に示した本発明の微小光学素子形成装置ヲ用イて
、マイクロレンズを試作する場合にツイて説明する。The case where a microlens is manufactured as a prototype using the micro optical element forming apparatus of the present invention shown in FIG. 1 will be explained.
ターゲット5として、厚さ1mmの石英ターゲットを用
い、該石英ターゲットをメタノール超音波洗浄後、N2
乾燥させ、ターゲット支持回転移動機構6に設置した。A quartz target with a thickness of 1 mm was used as the target 5, and after the quartz target was ultrasonically cleaned with methanol, N2
It was dried and installed in the target support rotation movement mechanism 6.
レーザ光源1として、CO2 レーザを用い、CO。レ
ーザの射出ビームはZn Se レンズ(f=2[)0
+++m)を通し、Zn Se導光窓部4を介して前記
石英ターゲット5に集光照射される。Zn Seレンズ
2とZn Se導光窓部4との間隔は、2n Se レ
ンズ2のデフォーカス機構を用いて、10Q’+nmの
間隔を置くように調整される。As the laser light source 1, a CO2 laser is used. The laser emission beam is transmitted through a Zn Se lens (f=2[)0
+++m), and the quartz target 5 is condensed and irradiated via the Zn Se light guide window 4. The distance between the Zn Se lens 2 and the Zn Se light guide window 4 is adjusted using the defocusing mechanism of the 2n Se lens 2 so that the distance is 10Q'+nm.
ターゲット支持回転移動機構6は、ビーム入射方向に対
して石英ターゲット5が45度で対向するように配置さ
れると共に、回転機能を備え、常に新しい石英ターゲッ
ト5の表面にビームを入射させることができる。The target support rotation movement mechanism 6 is arranged so that the quartz target 5 faces at 45 degrees with respect to the beam incidence direction, and has a rotation function so that the beam can always be incident on a new surface of the quartz target 5. .
蒸着基阪7としては、厚さ380μ山の石英板を用い、
前記石英ターゲット5と平行に10mmの間隔を設けて
配・置され、石英ターゲット5と石英蒸着基板7との間
に、厚さ25μm,關口260μ和Φの銅ハタから成る
マスク8を配置した。この場合、マスクは、石英蒸着基
板7から500μmの位置に配置される。A quartz plate with a thickness of 380 μm was used as the vapor deposition base 7.
A mask 8 made of a copper wire with a thickness of 25 μm and a diameter of 260 μm was placed between the quartz target 5 and the quartz evaporation substrate 7, parallel to the quartz target 5 and spaced apart from each other by 10 mm. In this case, the mask is placed at a position 500 μm from the quartz deposition substrate 7.
真空セル3には、排気系としてロータリーポンプ9.圧
力調整用リークバルブlOを備え、真空計11を具備し
ている。The vacuum cell 3 is equipped with a rotary pump 9 as an exhaust system. It is equipped with a leak valve lO for pressure adjustment and a vacuum gauge 11.
この状態において、真空セル3内の圧力をロータリーポ
ンプ9により、6 X 1 0−3Torrまて排気し
、圧力調整用リークハルブ10により、3×1 0−2
Torrの圧力に保った。In this state, the pressure inside the vacuum cell 3 is evacuated to 6 x 10-3 Torr by the rotary pump 9, and the pressure inside the vacuum cell 3 is evacuated to 6 x 10-3 Torr by the pressure adjustment leak valve 10.
The pressure was maintained at Torr.
以上の条件を設定して、レーザビームのパワー1 5
wで10分の間、石英ターゲット5を照射した。With the above conditions set, the laser beam power 1 5
The quartz target 5 was irradiated with W for 10 minutes.
この場合、石英蒸着基板7の表面には、第2図に示す、
膜厚分布を有するレンズ状の堆積物が得られた。第2図
における点線は曲率半径3. 6 m+nをもった球面
であり、全膜厚の35%がレンズとして適合している。In this case, on the surface of the quartz vapor-deposited substrate 7, as shown in FIG.
A lenticular deposit with a film thickness distribution was obtained. The dotted line in Figure 2 has a radius of curvature of 3. It is a spherical surface with 6 m+n, and 35% of the total film thickness is suitable as a lens.
得られたマイクロレンズの形状は、厚さ7.9μm,半
値全幅350μmであった。The shape of the obtained microlens was 7.9 μm in thickness and 350 μm in full width at half maximum.
石英ターゲット5と石英蒸着基板7との間隔を接近させ
ると、堆積速度が速くなり、曲率のきついレンズ状の堆
積物が得られる。When the distance between the quartz target 5 and the quartz deposition substrate 7 is made closer, the deposition rate increases and a lens-shaped deposit with a sharp curvature is obtained.
そして、ターゲットは、回転機能を備えたターゲット支
持回転移動機構に支持されているため、常に新しいター
ゲット面がレーザ照射されることにより、ターゲット面
のアブレーションによる該面の荒れに起因する粒子の飛
牧分布状熊の変動を防止することができ、膜の堆積状態
が安定している。Since the target is supported by a target support rotation movement mechanism equipped with a rotation function, a new target surface is constantly irradiated with the laser, which causes particles to fly away due to roughness of the target surface due to ablation. Changes in the distribution pattern can be prevented, and the state of film deposition is stable.
本発明によるマイクロレンズは、曲率分布の制御を容易
になし得ることができる。また、ターゲットの飛敗する
粒子によって堆債して形成される蒸着基板上の膜は、タ
ーゲント材料の屈折率と同一であり、よって、ターゲッ
ト材料の選択によりマイクロレンズの屈折率を決定する
ことができ、CVDプロセスにおける材料ガスの混合比
1 レーザエネルギーの制御等による場合に1ヒベて、
安定した屈折率を得ることができる。The microlens according to the present invention allows easy control of curvature distribution. In addition, the film formed on the evaporation substrate by particles deposited on the target by flying particles has the same refractive index as the target material, and therefore, the refractive index of the microlens can be determined by selecting the target material. The mixing ratio of the material gas in the CVD process is 1. If the laser energy is controlled, etc.
A stable refractive index can be obtained.
また、第1図に示した本発明の微小光学素子形成装置を
用いて、先導波路を試作する場合について説明する。Furthermore, a case will be described in which a pilot waveguide is manufactured as a prototype using the micro-optical element forming apparatus of the present invention shown in FIG.
この場合、ターゲット材料として、サファイアを用い、
マスクは、幅250μmのスリット状マスクを使用し、
該マスクを前記と同様の380μmの石英蒸着基板7に
略密着するように配置した。In this case, sapphire is used as the target material,
A slit-shaped mask with a width of 250 μm was used as the mask.
The mask was placed so as to be in substantially close contact with the same 380 μm quartz vapor deposited substrate 7 as described above.
石英ターゲット5と石英蒸着基板7との間の間隔は、前
証の場合と同様、10mmに設定すると共に、真空セル
3内の圧力は、4 X 1 0−’Torrに保 っ
ブこ。The distance between the quartz target 5 and the quartz deposition substrate 7 was set to 10 mm as in the previous case, and the pressure inside the vacuum cell 3 was maintained at 4 × 10-' Torr.
Buko.
このような条件のもとで、レーザビームのバワ−15w
で10分の間、石英ターゲット5を照射したことにより
、第3図に示す形状の先導波略が得られた。この先導波
路の形状は、幅260μm,高さ8.9X10−2μm
であった。Under these conditions, the power of the laser beam is -15w.
By irradiating the quartz target 5 for 10 minutes, a leading waveform having the shape shown in FIG. 3 was obtained. The shape of this leading wavepath is 260 μm in width and 8.9×10−2 μm in height.
Met.
この場合、石英蒸着基板マとサファイアから成るターゲ
ット5との線膨張率の差によって、特に厚膜化した際、
クラックが発生することもあり得る。In this case, due to the difference in linear expansion coefficient between the quartz vapor-deposited substrate and the target 5 made of sapphire, especially when the film is thickened,
Cracks may also occur.
しかし、蒸着基板として、石英(石英の線膨張率は5.
5 x 1 0−’/t)の代わりに、パイレックス
(パイレックスの線膨張率は3.25X10−6/℃)
を選定することにより、ターゲットの材料であるサファ
イア(サファイアの線膨張率は7,7×1 0−6/℃
)に対する線膨張率の差を少なくすることができるので
、前記のようなクラックの発生を回避することができる
。However, as a deposition substrate, quartz (the coefficient of linear expansion of quartz is 5.
5 x 10-'/t) instead of Pyrex (the coefficient of linear expansion of Pyrex is 3.25
By selecting the target material, sapphire (the coefficient of linear expansion of sapphire is 7.7×10-6/℃
), it is possible to reduce the difference in coefficient of linear expansion with respect to ), thereby making it possible to avoid the occurrence of cracks as described above.
この場合、蒸着基板部分と先導波路部分との屈折率の差
も、パイレックスの屈折率が1.474であり、サファ
イアの屈折率が1.769であるために充分である。尚
、石英の屈折率は1. 4 5 8である。前記の各屈
折率は波長589.3nmに対する屈折率を示す。In this case, the difference in refractive index between the vapor deposition substrate portion and the leading waveguide portion is also sufficient since the refractive index of Pyrex is 1.474 and the refractive index of sapphire is 1.769. Note that the refractive index of quartz is 1. 4 5 8. Each of the above refractive indices indicates a refractive index for a wavelength of 589.3 nm.
本発明による先導波路は、レーザC V D法により製
作した光導波路に比べて、屈折率の安定性により優れて
いる。The guide waveguide according to the present invention has better stability of refractive index than an optical waveguide manufactured by the laser CVD method.
また、レーザCVD法では、基板へのレーザ照射位置を
ライン状に移動させ、導波路状に膜を堆積させるため、
レーザの出力変動によって、各々のレーザ照射′領域で
の膜質が不均一になってしまい、レーザ照射位置の移動
速度が遅く、作製に長時間を必要としたが、本発明の場
合、スリットを形成したマスク形状を用いることにより
、均一な膜をスリットの長さ方向に渡って同時に堆積す
ることができ、作製効率を上げることができる。In addition, in the laser CVD method, the laser irradiation position on the substrate is moved in a line shape and the film is deposited in the shape of a waveguide.
Due to fluctuations in laser output, the film quality in each laser irradiation area became non-uniform, and the moving speed of the laser irradiation position was slow, requiring a long time to fabricate. However, in the case of the present invention, the slit can be formed. By using such a mask shape, a uniform film can be simultaneously deposited along the length of the slit, and manufacturing efficiency can be increased.
蒸着基板として、石英,パイレックスについて述べたが
、石英,パイレックスと同様の性質を有する材料を用い
ることは当然である。Although quartz and Pyrex have been described as vapor deposition substrates, it is natural to use materials having similar properties to quartz and Pyrex.
本発明の構成により、ターゲット上にレーザビームが集
中照射され、点源からなる粒子発生源からの粒子はマス
クの位置を変更することで、マスクの開口を経て円錐状
のエリアに飛散して蒸着基板上に堆積する膜の形状を制
御することができ、また、真空セル内の真空度を変化さ
せることにより、残留ガス濃度を制御し、蒸着基板上に
堆積する膜の形状を制御することができ、さらに、夕一
ゲットと蒸着基板との関係により、粒子発生源からの粒
子の密度分布をコサイン則によって飛散させ、マスク形
状に対して対称性の良い膜形状を得ると共に、堆積速度
を向上させることができ、前記対称性は堆積される薄膜
をレンズとして使用する際に好適なものである。According to the configuration of the present invention, a laser beam is concentratedly irradiated onto the target, and by changing the position of the mask, the particles from the particle source consisting of a point source are scattered in a conical area through the opening of the mask and deposited. The shape of the film deposited on the substrate can be controlled, and by changing the degree of vacuum in the vacuum cell, the residual gas concentration can be controlled, and the shape of the film deposited on the deposition substrate can be controlled. Furthermore, due to the relationship between the Yuichi get and the deposition substrate, the density distribution of particles from the particle source is scattered according to the cosine law, obtaining a film shape with good symmetry with respect to the mask shape and improving the deposition rate. This symmetry is suitable when the deposited thin film is used as a lens.
そして、本発明の装置により、マイクロレンズや先導波
路を効率良く製作することができる。Furthermore, by using the apparatus of the present invention, microlenses and guiding waveguides can be manufactured efficiently.
第1図は本発明の構成を示す概略断面図、第2図は本発
明の構成により作製されたマイクロレンズの断面図、
第3図は本発門の構成により作製された光導波路の断面
図、
第4図はレーサビームにより照射されるターゲ7}とタ
ーゲットからの飛散粒子の関係を示す説明図である。
1・・・レーザ光源、2・・・集光素子、3・・・真空
セノベ4・・導光窓部、5−ターゲット、6・・・ター
ゲット支持回転移動機構、7・・・蒸着基板、訃・・マ
スク、9・・・ロータリーポンプ、10・・・圧力調整
用リークハルブ、11・・・真空計、12・・・蒸着基
板支持機構。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of a microlens manufactured using the configuration of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view of an optical waveguide manufactured using the configuration of the present invention. , FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the target 7} irradiated with the laser beam and the particles scattered from the target. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Laser light source, 2... Condensing element, 3... Vacuum cellobe 4... Light guiding window part, 5-Target, 6... Target support rotation movement mechanism, 7... Evaporation substrate, Death: Mask, 9: Rotary pump, 10: Leak hull for pressure adjustment, 11: Vacuum gauge, 12: Vapor deposition substrate support mechanism.
Claims (3)
射することにより、前記ターゲットを構成する分子・原
子を蒸発させ、この分子・原子をマスクを介して蒸着基
板表面に堆積させるレーザ・アブレーションによって薄
膜を形成し、前記レーザ光を集光する光学系を介して照
射されるターゲット表面に点源スポットを形成し、ター
ゲットの点源スポットと蒸着基板との間に所定の大きさ
の開口を有するマスクを移動可能に配置したことを特徴
とする微小光学素子形成方法。(1) By laser ablation, molecules and atoms constituting the target are evaporated by irradiating a target placed in a vacuum cell with laser light, and these molecules and atoms are deposited on the surface of the deposition substrate via a mask. A thin film is formed, a point source spot is formed on the target surface irradiated through an optical system that focuses the laser beam, and an aperture of a predetermined size is provided between the point source spot of the target and the deposition substrate. A method for forming a micro optical element, characterized in that a mask is movably arranged.
5度に設定し、ターゲットと蒸着基板とを平行に配置し
、ターゲットの照射中心位置を通るターゲット面の法線
に対してマスク開口の中心を合致するように、ターゲッ
トと蒸着基板との間にマスクを配置させたことを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載の微小光学素子形成方法
。(2) Set the incident angle of the laser beam incident on the target surface to 4
5 degrees, and place the target and the deposition substrate parallel to each other so that the center of the mask opening matches the normal to the target surface passing through the irradiation center position of the target. The method for forming a micro optical element according to claim 1, characterized in that a mask is arranged.
集光する集光光学系、前記集光光学系による集光ビーム
を導くことのできる導光窓部と内部の残留ガスを排気す
る排気系と内部の圧力調整を行いうるリークバルブとタ
ーゲットを支持しうるターゲット支持回転移動機構と蒸
着基板を支持しうる蒸着基板支持機構とを備えた真空セ
ルよりなり、前記ターゲット支持回転移動機構は集光ビ
ームのターゲット照射面への入射角が45度をなすよう
に配置され、前記蒸着基板支持機構は蒸着基板をターゲ
ット照射面に対して平行になるように配置され、且つ蒸
着基板とターゲットとの間隔を調整できる蒸着基板位置
調整機構を備え、蒸着基板とターゲットとの間に配置さ
れるマスクの開口中心がターゲット面の入射中心を通る
ターゲット面法線上に配置される構成であることを特徴
とする微小光学素子形成装置。(3) A laser light source, a condensing optical system that condenses the emitted beam from the laser light source, a light guide window that can guide the condensed beam from the condensing optical system, and an exhaust system that exhausts residual gas inside. A vacuum cell includes a leak valve capable of adjusting internal pressure, a target support rotation movement mechanism capable of supporting a target, and a vapor deposition substrate support mechanism capable of supporting a vapor deposition substrate, and the target support rotation movement mechanism is configured to focus light. The beam is arranged so that the angle of incidence on the target irradiation surface is 45 degrees, and the evaporation substrate support mechanism is arranged so that the evaporation substrate is parallel to the target irradiation surface, and the distance between the evaporation substrate and the target is The method is characterized in that it is equipped with a deposition substrate position adjustment mechanism that can adjust the position of the deposition substrate, and is configured such that the aperture center of a mask placed between the deposition substrate and the target is placed on the normal line of the target surface passing through the center of incidence of the target surface. Micro optical element forming device.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1242790A JP3016806B2 (en) | 1990-01-24 | 1990-01-24 | Method and apparatus for forming micro optical element |
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| JPH03217803A true JPH03217803A (en) | 1991-09-25 |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006134664A (en) * | 2004-11-04 | 2006-05-25 | National Institute For Materials Science | Apparatus for local coating of high quantum efficiency material on cathode tip of photocathode type electron beam source |
| WO2006017510A3 (en) * | 2004-08-02 | 2006-10-12 | J P Sercel Associates Inc | System and method for laser machining |
| JP2009527644A (en) * | 2006-02-23 | 2009-07-30 | ピコデオン・リミテッド・オサケユキテュア | Coating method |
| JP2011256379A (en) * | 2011-05-16 | 2011-12-22 | Technical Research & Development Institute Ministry Of Defence | Device manufacturing method |
-
1990
- 1990-01-24 JP JP1242790A patent/JP3016806B2/en not_active Expired - Fee Related
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| WO2006017510A3 (en) * | 2004-08-02 | 2006-10-12 | J P Sercel Associates Inc | System and method for laser machining |
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