(57)【要約】【課題】簡易な方法によって光学面の表面に所定膜厚の反射防止膜を確実に形成することのできる光学素子アレイ及びその製造方法を提供する。【解決手段】半導体材料からなる基板２の少なくとも一面に複数の光学面３を形成し、光学面３の形成された基板２を熱酸化または熱酸窒化処理することにより、基板２の両面に酸化膜または酸窒化膜４を形成する。また、基板２の酸化膜または酸窒化膜４は、屈折率をｎ、膜厚をｄ、透過させる光の波長をλとすると、ｎｄ＝λ／４の関係を満たすように形成される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の基板の少なくとも一面に複数の光学面が形成されてなる光学素子アレイにおいて、
前記光学面を有する基板は赤外光透過性の素材からなり、前記基板の両面が酸化膜または酸窒化膜に被覆されてなることを特徴とする光学素子アレイ。
【請求項２】
前記光学面を有する基板は半導体材料により形成されることを特徴とする請求項１記載の光学素子アレイ。
【請求項３】
平板状の基板の少なくとも一面に複数の光学面が形成された光学素子アレイの製造方法において、
半導体材料からなる基板の少なくとも一面に前記複数の光学面を形成し、該光学面の形成された基板を熱酸化または熱酸窒化処理することにより、前記基板の両面に酸化膜または酸窒化膜を形成することを特徴とする光学素子アレイの製造方法。
【請求項４】
前記基板の酸化膜または酸窒化膜は、屈折率をｎ、膜厚をｄ、透過させる光の波長をλとすると、ｎｄ＝λ／４の関係を満たすように形成されることを特徴とする請求項３記載の光学素子アレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平板状の基板の少なくとも一面に複数の光学面を形成してなる光学素子アレイ及びその製造方法に関し、特に基板の表面に反射防止膜を形成した光学素子アレイ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、平板状の基板の少なくとも一面に複数の光学面を形成した光学素子アレイが知られている。光学面として例えばレンズ面を形成したものは、光通信機器において光ファイバーアレイに対し光学的に結合するレンズアレイとして用いられる。
【０００３】
光学素子アレイを構成する基板は赤外光透過性を有する半導体材料、例えばシリコンからなり、この基板に対してレジストを塗布してフォトリソグラフィ及び熱処理を行うことにより光学面の形状を形成し、さらにＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法を施すことによって基板に光学面を形成する。このような製造方法により形成された光学素子アレイとしては、例えば特許文献１に挙げるようなものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２９３３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光学素子アレイは、透過する光の反射を抑えるために、光学面に反射防止膜が形成されることがある。この場合、反射防止膜は蒸着やスパッタなどの手法により基板の表面に形成される。このように蒸着やスパッタを行うためには、大掛かりな装置が必要となり、製造コストを上昇させる要因となっていた。また、蒸着やスパッタによりレンズなどの凹または凸状面からなる光学面の表面に成膜を行うと、蒸着やスパッタの方向に対して傾斜した面に対しては膜厚が薄くなって所定の膜厚が得られないという問題があった。
【０００６】
本発明は前記課題を鑑みてなされたものであり、簡易な方法によって光学面の表面に所定膜厚の反射防止膜を確実に形成することのできる光学素子アレイ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明に係る光学素子アレイは、平板状の基板の少なくとも一面に複数の光学面が形成されてなる光学素子アレイにおいて、
前記光学面を有する基板は赤外光透過性の素材からなり、前記基板の両面が酸化膜または酸窒化膜に被覆されてなることを特徴として構成されている。
【０００８】
また、本発明に係る光学素子アレイは、前記光学面を有する基板は半導体材料により形成されることを特徴として構成されている。
【０００９】
さらに、本発明に係る光学素子アレイの製造方法は、平板状の基板の少なくとも一面に複数の光学面が形成された光学素子アレイの製造方法において、
半導体材料からなる基板の少なくとも一面に前記複数の光学面を形成し、該光学面の形成された基板を熱酸化または熱酸窒化処理することにより、前記基板の両面に酸化膜または酸窒化膜を形成することを特徴として構成されている。
【００１０】
さらにまた、本発明に係る光学素子アレイの製造方法は、前記基板の酸化膜または酸窒化膜は、屈折率をｎ、膜厚をｄ、透過させる光の波長をλとすると、ｎｄ＝λ／４の関係を満たすように形成されることを特徴として構成されている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る光学素子アレイによれば、光学面を有する基板は赤外光透過性を有する素材からなり、基板の両面が酸化膜または酸窒化膜に被覆されてなることにより、酸化または酸窒化により基板の表面に対し容易に反射防止膜を形成し、かつ膜厚を均一とすることができる。
【００１２】
また、本発明に係る光学素子アレイによれば、光学面を有する基板は半導体材料により形成されることにより、半導体製造プロセスを用いて容易に反射防止膜を形成した光学素子アレイを製造することができる。
【００１３】
さらに、本発明に係る光学素子アレイの製造方法によれば、半導体材料からなる基板の少なくとも一面に複数の光学面を形成し、光学面の形成された基板を熱酸化または熱酸窒化処理することにより、基板の両面に酸化膜または酸窒化膜を形成することにより、酸化または酸窒化により基板の表面に対し容易に反射防止膜を形成し、かつ膜厚を均一とすることができる。
【００１４】
さらにまた、本発明に係る光学素子アレイの製造方法によれば、基板の酸化膜または酸窒化膜は、屈折率をｎ、膜厚をｄ、透過させる光の波長をλとすると、ｎｄ＝λ／４の関係を満たすように形成されることにより、膜厚の調整により所定波長の光の透過率を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態における光学素子アレイの断面図である。
【図２】反射防止膜の屈折率に対する１５５０ｎｍの波長の光の透過率の関係を表したグラフである。
【図３】光の波長に対する反射防止膜の透過率特性のグラフである。
【図４】光学素子アレイの製造工程を表した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態について図面に沿って詳細に説明する。図１には、本実施形態における光学素子アレイの断面図を示している。この図に示すように、本実施形態の光学素子アレイ１は、平板状の基板２の一方の表面に複数の光学面３が形成されてなるものである。
【００１７】
基板２に形成される光学面３は、いずれも球面からなる凸状のレンズ面であり、本実施形態の光学素子アレイ１は、このレンズ面が複数配列されたレンズアレイとして構成されている。レンズアレイは、例えば光通信機器内において、複数の光ファイバーが配列されてなる光ファイバーアレイに光学的に結合するように用いられる。
【００１８】
光学面３を有する基板２は、赤外光を透過する赤外光透過性を有する材料からなり、具体的には半導体材料であるシリコン（Si）により形成されている。基板２の材料としてはその他の半導体材料であってもよく、例えばゲルマニウムなどを採用することもできる。また、本実施形態の光学素子アレイ１を透過される光は、１５５０ｎｍの波長を有するものとする。
【００１９】
光学面３を含む基板２の表面には、反射防止膜４が形成されている。反射防止膜４は、酸窒化シリコン（SiO. x. N. y.）により構成されており、基板２の両面にわたって形成されている。この反射防止膜４は、光学面３に入射する光が反射することを防止することができる。
【００２０】
基板２を構成するシリコンの屈折率は約３．４８であり、一方で反射防止膜４を構成する酸窒化シリコンは、窒素の含有割合によって屈折率が変化する。窒素が含まれていない場合、すなわち酸化シリコン（SiO2）では、屈折率は約１．４７となり、窒素の含有割合が大きくなるほど屈折率が大きくなる。
【００２１】
図２には、基板２にシリコン（屈折率約３．４８）を用いた場合の反射防止膜４の屈折率に対する１５５０ｎｍの波長の光の透過率の関係を表したグラフを示している。この図に示すように、反射防止膜４が酸化シリコンの場合の屈折率である約１．４７であると、光の透過率は約９０％となる。それよりも窒素の含有割合が大きくなり屈折率が大きくなると、光の透過率は大きくなって、屈折率が約１．８４のときに光の透過率はほぼ１００％となる。屈折率がそれ以上大きくなると、光の透過率は小さくなっていく。したがって、基板２にシリコン（屈折率約３．４８）を用いたとき、反射防止膜４の屈折率は約１．８４が最適値となる。これは、反射防止膜４の屈折率ｎが、基板の屈折率の１／２乗を満たす場合に、光の透過率が最大となるためである。
【００２２】
図３には、光の波長に対する反射防止膜４の透過率特性のグラフを示している。この図には、反射防止膜４の屈折率が異なる複数の場合について示している。反射防止膜４は、前述のように１５５０ｎｍの光を透過させることを前提としており、屈折率をｎ、膜厚をｄ、透過させる光の波長をλとすると、ｎｄ＝λ／４の関係を満たすように形成されている。これにより、図３に示すように光の波長が１５５０ｎｍのときに、透過率が最も高くなるようにされている。また、いずれの波長においても、屈折率が約１．８４のときに光の透過率が最も大きい。ここで、波長が１０００〜２０００ｎｍの光は、赤外光（赤外線）である。
【００２３】
次に、本実施形態における光学素子アレイ１の製造工程について説明する。図４には、光学素子アレイ１の製造工程を表した断面図を示している。図４（ａ）に示すように、まずシリコンからなる板状の基板２を用意し、その一面にレジスト１０をスピンコーターや吹きつけによって塗布する。また、レジスト１０を基板２に塗布したら、基板２とレジスト１０の間の接着力を大きくするため、プリベークを行っておく。
【００２４】
続いて、図４（ｂ）に示すように、円形が二次元状に配列されたパターンを有するフォトマスク１１を、基板２のレジスト１０が塗布された面と対向するように配置し、露光を行う。そして、露光した基板２を現像液に浸し、余分な部分のレジストを除去することで、図４（ｃ）に示すように、円柱状のレジスト１０が二次元状に配列されたパターンが、基板２の一面に形成される。
【００２５】
次に、レジスト１０を加熱してリフローさせ、図４（ｄ）に示すようにレジスト１０の形状を球面形状に変化させる。レジスト１０を球面形状としたら、反応性イオンエッチングによりレジスト１０を除去すると共に、レジスト１０の形状を基板２の表面に転写し、図４（ｅ）に示すように基板２の表面に複数の光学面３を形成する。
【００２６】
基板２に光学面３を形成したら、基板２を加熱炉に収容し、酸素及び窒素の雰囲気中において１０００〜１２００℃に加熱する。これによって、光学面３を含む基板２の全面が熱酸窒化され、図４（ｆ）に示すように酸窒化膜からなる反射防止膜４が形成される。ここで、加熱炉内における酸素と窒素の割合は、前述したように形成される反射防止膜４の屈折率が約１．８４となるように設定する。次に、図４（ｇ）に示すように、所望の大きさに基板２を切断すると、基板２の光学面３が形成された面とその対向面の両面に反射防止膜４が形成された図１に示す光学素子アレイ１を形成することができる。
【００２７】
このように、光学面３が形成された基板２を熱酸窒化し、基板２の両面に酸窒化膜を形成することで、光学面３における膜厚が均一な反射防止膜４を容易に形成することができる。また、基板２の両面に反射防止膜４を形成することにより、反射防止膜４が光学面３側の面にのみ形成された場合に発生する膜応力による基板２の反りを抑制することができる。
【００２８】
ここでは、反射防止膜４の１５５０ｎｍにおける透過率が最適値となるように、屈折率が１．８４となるように酸窒化膜を形成したが、透過率の要求水準がそれほど高くない場合には、反射防止膜４を単に酸化膜として、より簡易に形成するようにしてもよい。
【００２９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の適用は本実施形態には限られず、その技術的思想の範囲内において様々に適用されうるものである。例えば、本実施形態では光学面３を凸レンズとして構成したが、光学面３は凹レンズやフレネルレンズ、あるいは回折格子など他の光学機能面であってもよい。また、本実施形態では光学面３は基板２の一面側にのみ形成されているが、両面に形成されていてもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１    光学素子アレイ
２    基板
３    光学面
４    反射防止膜
１０    レジスト
１１    フォトマスク
【図１】
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【図２】
2010169918.tif 000004
【図３】
2010169918.tif 000005
【図４】
2010169918.tif 000006