JPH05164904A

JPH05164904A - マイクロレンズアレイの製造方法

Info

Publication number: JPH05164904A
Application number: JP33716691A
Authority: JP
Inventors: Koji Okamura; 浩司岡村; Makoto Tsukamoto; 誠塚本
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-12-19
Filing date: 1991-12-19
Publication date: 1993-06-29

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明はマイクロレンズアレイの製造方法に関
し、レンズの品質ばらつきを小さくすること及び製造の
容易化を目的とする。【構成】透明基板１２上にこれよりも低融点のレンズ母
層２６を形成するステップと、レンズ母層２６をエッチ
ングにより部分的に除去してレンズ要素３０を形成する
ステップと、レンズ要素３０を加熱して溶融させるステ
ップと、これを冷却するステップとから構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、微小な凸レンズを一般
的には複数備えてなるマイクロレンズアレイの製造方法
に関する。

【０００２】尚、一般には複数のレンズを備えたものを
レンズアレイと称しているが、本発明方法は単一のレン
ズを備えた物の製造にも適用可能であるから、本願明細
書においては、単一のレンズを備えた物もレンズアレイ
の範疇に入るものとする。

【０００３】光通信システム等における光回路の多チャ
ンネル化、高機能化に対応して、複数の微小なレンズを
備えてなるマイクロレンズアレイが使用されるようにな
ってきた。この種のマイクロレンズアレイは、例えば、
複数の光半導体素子（半導体レーザ等の発光素子或いは
フォトダイオード等の受光素子）を配列してなる光半導
体アレイと、複数の光ファイバを配列してなる光ファイ
バアレイとを光学的に結合するに際して使用され、レン
ズ間のばらつきが小さく製造が容易なマイクロレンズア
レイが要望されている。

【０００４】

【従来の技術】従来、図４に示すように、例えばイオン
拡散法を用いて、多成分ガラスからなる基板２上の複数
箇所を高屈折率化して、複数のレンズ（凸レンズ）４を
形成するようにしたマイクロレンズアレイの製造方法が
知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マイク
ロレンズアレイの従来の製造方法による場合、レンズの
品質（例えば焦点距離）のばらつきが大きくなるという
問題があった。また、イオン拡散装置等の大規模な製造
装置が必要とされ、製造が容易でないという問題もあっ
た。

【０００６】本発明はこのような事情に鑑みて創作され
たもので、レンズの品質ばらつきが小さく製造が容易な
マイクロレンズアレイの製造方法の提供を目的としてい
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のマイクロレンズ
アレイの製造方法は、透明基板上に該透明基板の融点よ
りも低い融点を有するレンズ母層を形成する第１のステ
ップと、該レンズ母層のレンズとなるべき部分を除き該
レンズ母層をエッチングにより除去してレンズ要素を形
成する第２のステップと、該レンズ要素を上記レンズ母
層の融点よりも高く且つ上記透明基板の融点よりも低い
温度に加熱して、上記レンズ要素を溶融させる第３のス
テップと、上記透明基板及び溶融した上記レンズ要素を
冷却する第４のステップとを含む。

【０００８】

【作用】第１のステップでは、透明基板上にこれよりも
低融点なレンズ母層が形成される。このレンズ母層は、
第２のステップで、レンズとなるべき部分を除いてエッ
チングにより除去されて、一般的には複数のレンズ要素
が透明基板上に形成される。これらレンズ要素は互いに
接触しておらず、透明基板上に点在しているものであ
る。レンズ要素は単一であってもよい。

【０００９】第３のステップでレンズ要素を加熱して溶
融させると、その表面張力によって、溶融したレンズ要
素の表面は滑らかな凸面となる。これを第４のステップ
で冷却すると、その形状が確定して基板上に凸レンズが
得られる。

【００１０】尚、本発明方法において、透明基板よりも
低融点なレンズ母層を形成しているのは、第３のステッ
プでレンズ要素のみを溶融させて、透明基板が変形する
ことを防止するためである。

【００１１】

【実施例】以下本発明の実施例を説明する。図１は本発
明を実施するにあたりレンズ母層の形成に使用すること
ができるガラススート堆積装置の構成図である。６は原
料ガス並びに燃焼用の酸素及び水素が供給されるバーナ
であり、このバーナ６は、Ｘ軸駆動装置８によって図中
の左右方向に等速度（例えば１００mm／秒）で往復走査
される。

【００１２】１０はその上に透明基板１２が載置される
ステージであり、このステージ１０は、Ｙ軸駆動装置１
４によって紙面の表面側から裏面側に向かう方向或いは
これとは逆の方向に等速度（例えば１mm／秒）で往復動
作する。透明基板１２はその上にレンズ母層を形成する
ためのものであり、この実施例では、石英ガラス平板か
らなる基板が使用される。

【００１３】１６は燃焼制御装置であり、酸素及び水素
を所定の混合比で混合して所定の流量でバーナ６に供給
する。１８は使用される原料ガスの種類に応じて複数設
けられた原料ガス供給装置であり、これら原料ガス供給
装置１８は、ガスフローメータ２０からそれぞれ送り込
まれる酸素等のキャリアガスの流量に応じて原料ガスを
送り出す。

【００１４】図示された例では、原料ガス供給装置１８
には原料ガスが液相で充填されているが、気相の原料ガ
スを用いて、その流量を直接ガスフローメータで調整す
るようにしてもよい。２２は混合された原料ガスの総流
量を制御するためのガスフローメータである。

【００１５】この実施例では、各原料ガス供給装置１８
には、それぞれ、レンズ母層の主成分となるＳｉＯ₂を
得るためのＳｉＣｌ₄と、Ｐ₂Ｏ₅を得るためのＰＯＣ
ｌ₃と、Ｂ₂Ｏ₃を得るためのＢＢｒ₃とが充填されて
いる。ドーパントとしてのＰ ₂Ｏ₅及びＢ₂Ｏ₃はレン
ズ母層の融点及び屈折率を調整するためのものである。

【００１６】バーナ６から吹き出された原料ガスは、燃
焼に伴う火炎加水分解によりＳｉＯ ₂等の酸化物とな
り、この酸化物は白色粉末状の酸化物ガラススート２４
として透明基板１２上に堆積される。

【００１７】バーナ６の走査及びステージ１０の移動に
よって、透明基板１２上には均一の厚みで酸化物ガラス
スート２４が堆積される。透明基板１２上に堆積した酸
化物ガラススート２４は、例えば電気炉内において加熱
することによってガラス化することができる。

【００１８】図２は本実施例におけるマイクロレンズア
レイの製造プロセスの説明図である。まず、図１の装置
を用いて透明基板１２上に酸化物ガラススート２４を堆
積させ、この酸化物ガラススートを加熱してガラス化す
ることによって、図２（Ａ）に示すように、均一厚みの
レンズ母層２６を得る。酸化物ガラススートの組成は、
その融点が透明基板１２の融点よりも十分低くなるよう
に原料ガスの組成等によって調整されている。透明基板
１２の厚みは例えば約０．８mm、レンズ母層２６の厚み
は約５０μｍである。

【００１９】次いで、図２（Ｂ）に示すように、レンズ
母層２６のレンズ要素として残すべき部分の上にフォト
レジスト２８を形成する。フォトレジスト２８は、例え
ば図３に示すようなマスクパターンを用いて通常の方法
により形成することができる。

【００２０】図３（Ａ）に示したマスクパターンは、マ
スクフィルム３０に複数の正方形のパターン３０Ａを等
間隔で一列に配列したものである。パターン３０Ａの一
辺の長さ及びピッチはそれぞれ例えば４００μｍ，５０
０μｍであり、パターン３０Ａの個数は例えば５０であ
る。

【００２１】図３（Ｂ）に示したマスクパターンは、マ
スクフィルム３０に複数の円形のパターン３０Ｂを等間
隔で一列に形成したものである。また、図３（Ｃ）に示
したマスクパターンは、マスクフィルム３０に複数の正
方形のパターン３０Ｃを等間隔で二次元的に形成したも
のである。

【００２２】レンズ母層２６上にフォトレジスト２８を
形成したならば、フッ酸及び硫酸の混合液をエッチング
剤としてレンズ母層２６についてエッチングを行い、図
２（Ｃ）に示すように、レンズ母層の不要部分を除去し
てレンズ要素３０を形成する。ここで、各レンズ要素３
０の側面が湾曲しているのは、オーバーエッチングによ
る。

【００２３】その後、フォトレジスト２８を除去して、
透明基板１２を加熱炉内で約１３００℃に加熱する。こ
の温度では透明基板１２は殆ど変形しないが、各レンズ
要素３０は溶融し、図２（Ｄ）に３０′で示すように、
表面張力によって滑らかな凸面を有するようになる。

【００２４】そして、透明基板１２及び溶融したレンズ
要素３０′を徐冷することによって、レンズ要素３０′
の形状は確定する。以下、この形状が確定したレンズ要
素をレンズ３０′と称する。

【００２５】最後に、レンズ３０′が形成された透明基
板１２を樹脂中に埋め込み、透明基板１２のレンズ３
０′が形成されている側の面とは反対側の面を研磨した
後、樹脂を取り去り、図２（Ｅ）に示すように、例えば
約０．２mmにまで薄くなった透明基板１２′を得る。
尚、研磨によらず、エッチングによって透明基板を薄く
してもよい。

【００２６】このように透明基板を薄くしているのは、
レンズ３０′を用いて光ファイバと光半導体素子とを光
結合するに際して、光ファイバと光半導体素子の位置関
係の制限を少なくするためである。

【００２７】本実施例によると、図１に示した装置を用
いて組成が極めて均一なレンズ母層２６を形成している
ので、各レンズ要素３０の組成についてもばらつきが極
めて小さくなり、従って、各レンズ要素を溶融したとき
に均一な表面張力を生じさせて、レンズ３０′の形状の
ばらつきを小さくすることができる。

【００２８】また、フォトレジスト２８の寸法精度は良
好であるから、一定形状のレンズを得ることができると
ともに、イオン拡散法による従来方法による場合と比較
してレンズピッチを小さく且つ正確に設定することがで
きる。

【００２９】さらに、図３で説明したように、選択する
マスクパターンに応じてレンズの所望の配列パターンを
容易に得ることができる。本実施例によりマイクロレン
ズアレイを製造したところ、そのレンズを用いて半導体
レーザから開口角２０°で放射された光を良好にコリメ
ートすることができた。このときのレンズと半導体レー
ザの出射端面の間隔は約０．１mmであった。

【００３０】尚、本実施例においては、透明基板上に形
成した酸化物ガラススートを一旦加熱してガラス化した
後にレンズ要素を得るようにしているが、これはフォト
レジストとレンズ母層の密着性を良好にするためであ
る。従って、適当なフォトレジストを用いて、酸化物ガ
ラススートをレンズ母層として直接レンズ要素を形成す
るようにしてもよい。

【００３１】本発明を実施する場合、レンズ母層の形成
にゾルゲル法を採用することもできる。即ち、透明基板
上に変性アルキルシリケート溶液を塗布し、これを加熱
することによって均一厚みのレンズ母層を得ることがで
きる。変性アルキルシリケート溶液としては、有限会社
テー・エス・ビー開発センター製の無機コーティング材
料ＥＴＳＢ−６０００，ＥＴＳＢ−７０００或いはグラ
スモドキ（登録商標）、Ｘ−５００ＰＡをメタノール等
のアルコール系溶媒に溶解させたものを使用することが
できる。

【００３２】このように本発明を実施する場合には、イ
オン拡散装置等の大規模な製造装置が不要であり、簡単
なプロセスでマイクロレンズアレイを製造することがで
きる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
レンズの品質ばらつきが小さく製造が容易なマイクロレ
ンズアレイの製造方法の提供が可能になるという効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するに際してレンズ母層の形成に
使用することができるガラススート堆積装置の構成図で
ある。

【図２】本発明の実施例を示すマイクロレンズアレイの
製造プロセスの説明図である。

【図３】本発明の実施例において使用することができる
マスクパターンの例を示す図である。

【図４】従来技術の説明図である。

【符号の説明】

１２透明基板２６レンズ母層３０レンズ要素３０′ 溶融したレンズ要素又はレンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板(12)上に該透明基板の融点より
も低い融点を有するレンズ母層(26)を形成する第１のス
テップと、該レンズ母層のレンズとなるべき部分を除き該レンズ母
層をエッチングにより除去してレンズ要素(30)を形成す
る第２のステップと、該レンズ要素を上記レンズ母層の融点よりも高く且つ上
記透明基板の融点よりも低い温度に加熱して、上記レン
ズ要素(30)を溶融させる第３のステップと、上記透明基板(12)及び溶融した上記レンズ要素 (30′)
を冷却する第４のステップとを含むことを特徴とするマ
イクロレンズアレイの製造方法。
【請求項２】上記第１のステップは、原料ガス及び燃
料ガスが供給されるバーナ(6) の炎を上記透明基板(12)
に対して走査して火炎加水分解により酸化物ガラススー
トを上記基板(12)上に堆積させるステップを含むことを
特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズアレイの製
造方法。
【請求項３】上記透明基板(12)をエッチング又は研磨
により上記レンズ要素が形成されていない側から薄くす
る第５のステップが付加的に備えられていることを特徴
とする請求項１又は２に記載のマイクロレンズアレイの
製造方法。