(57)【要約】  概して、第１の態様では、本発明は、物品の表面に第１の材料を堆積させて第１の材料を含む層を形成することを含む方法を特徴とする。物品の表面には複数の突出部が含まれ、第１の材料を含む層が複数のレンズを形成する。各レンズは基板表面での突出部に対応する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品の表面上に第１の材料を堆積させて、前記第１の材料を含む層を形成するステップを含む方法であって、
前記物品の前記表面は複数の突出部を含み、前記第１の材料を含む前記層が複数のレンズを形成し、各レンズが基板表面上の突出部に対応する、方法。
【請求項２】
前記第１の材料を堆積させるステップが、複数の前記第１の材料の層を連続的に堆積させるステップを含み、前記第１の材料の層のうちの１つが前記物品の前記表面上に堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の前記第１の材料の層を堆積させるステップが、前駆体の層を堆積させるステップと、前記前駆体の前記層を試薬に曝露して前記第１の材料の層を供給するステップとを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記試薬が前記前駆体と化学的に反応して前記第１の材料を形成する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記試薬が前記前駆体を酸化させて前記第１の材料を形成する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記前駆体の前記層を堆積させるステップが、前記物品を収容しているチャンバに前記前駆体を含む第１の気体を導入するステップを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記前駆体の前記層を前記試薬に曝露するステップが、前記試薬を含む第２の気体を前記チャンバに導入することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の気体の導入後かつ前記第２の気体の導入前に前記チャンバに第３の気体を導入する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第３の気体が前記前駆体に対して不活性である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第３の気体が、ヘリウム、アルゴン、窒素、ネオン、クリプトン及びキセノンからなる群より選択される少なくとも１種の気体を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記前駆体が、トリス（ｔｅｒｔ−ブトキシ）シラノール、（ＣＨ３）３Ａｌ、ＴｉＣｌ４、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＴａＣｌ３、ＡｌＣｌ３、Ｈｆ−エタオキシド及びＴａ−エタオキシドからなる群より選択される、請求項２に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の材料を含む前記層を形成するステップが、複数の第２の材料の層を、前記第２の材料の層のうちの１層が前記第１の材料の上に堆積されるようにして連続的に堆積させることにより、前記第２の材料を堆積させるステップをさらに含み、前記第２の材料が前記第１の材料とは異なる、請求項２に記載の方法。
【請求項１３】
前記複数の前記第１の材料の層が前記第１の材料の単層である、請求項２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の材料が、原子層堆積を用いて堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の材料が、化学気相成長法を用いて堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記化学気相成長法が、プラズマ化学気相成長法である、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の材料が誘電材料である、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の材料が酸化物である、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記酸化物が、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２及びＴａ２Ｏ５からなる群より選択される、請求項１８に記載の物品。
【請求項２０】
前記第１の材料を含む前記層が、前記第１の材料とは異なる１種以上の別の材料を物品上に堆積させることで形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１の材料を含む前記層が、前記第１の材料を含有するナノラミネート材料から形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の材料と同一の基板材料を含む層内に前記突出部が形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記突出部が、前記第１の材料とは異なる第２の材料から形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１の材料の堆積前に前記物品の表面に前記突出部を形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記物品が基板材料を含み、前記突出部を形成するステップが、前記基板材料をエッチングするステップを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記物品が基板を含み、前記突出部を形成するステップが、第２の材料の層を基板の表面上に堆積させるステップを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記突出部を形成するステップが、ベース層上にレジストの層を形成するステップと、前記レジストの前記層に、前記突出部の配置に対応するパターンを転写するステップとを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記パターンが、リソグラフィ技術を用いて前記レジストに転写される、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記パターンが、フォトリソグラフィを用いて前記レジストに転写される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記パターンが、インプリントリソグラフィを用いて前記レジストに転写される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記突出部は前記物品の表面上に周期的に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項３２】
前記突出部の配置が、少なくとも一方向に約１μｍ以上の周期を有する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記突出部の配置が、少なくとも一方向に約３μｍ以上の周期を有する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記突出部の配置が、少なくとも一方向に約３０μｍ以下の周期を有する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
前記突出部の配置が、少なくとも一方向に約２０μｍ以下の周期を有する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
前記複数のレンズのうちの少なくともいくつかが、約２０μｍ以下の、第１の平面での曲率半径を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３７】
前記複数のレンズのうちの少なくともいくつかが、約１０μｍ以下の、第１の平面での曲率半径を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３８】
前記レンズのうちの少なくとも２つが異なる寸法のものである、請求項１に記載の方法。
【請求項３９】
前記複数のレンズにおける各々のレンズが、前記複数のレンズにおける他のレンズと実質的に同一寸法である、請求項１に記載の方法。
【請求項４０】
前記複数のレンズがレンズアレイを形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項４１】
前記レンズが円柱レンズである、請求項１に記載の方法。
【請求項４２】
前記突出部が、前記物品の平面における第１の方向に沿って延在するうねりである、請求項１に記載の方法。
【請求項４３】
前記突出部が円錐形の突出部である、請求項１に記載の方法。
【請求項４４】
原子層堆積を用いて、物品の表面上に複数のレンズを形成するステップを含む、
方法。
【請求項４５】
第１の材料の複数の単層を連続的に堆積させることにより第１の材料を含む層を形成するステップを含み、前記第１の材料の前記単層のうちの１つが物品の第１の表面上に堆積され、
前記第１の材料を含む前記層が複数のレンズを含む、
方法。
【請求項４６】
第１の材料を含む突出部を複数個含む表面を有する物体と、
前記物体に支持された、前記第１の材料とは異なる第２の材料からなる層と、を備え、
前記第２の材料の前記層が複数のレンズを含み、各々のレンズが前記突出部のうちの１つに対応する、物品。
【請求項４７】
複数の検出器と、
請求項４６に記載の物品と、を備え、
前記物品における各々のレンズが、前記複数の検出器のうちの１つの検出器に対応する、装置。
【請求項４８】
第１の材料を含む突出部を複数個含む表面を有する物体と、
前記物体に支持され、前記複数の突出部の上方に延在する複数の層であって、前記第１の材料とは異なる第２の材料の層を少なくとも１つ含む複数の層と、を備え、
前記複数の層が複数のレンズを形成し、各々のレンズが前記突出部のうちの１つに対応する、
物品。
【請求項４９】
前記突出部が、少なくとも一方向に沿って周期的に配置される、請求項４８に記載の物品。
【請求項５０】
前記周期的に配置された突出部が、少なくとも一方向に沿って約１００μｍ以下の周期を有する、請求項４９に記載の物品。
【請求項５１】
前記周期的に配置された突出部が、少なくとも一方向に沿って約２０μｍ以下の周期を有する、請求項４９に記載の物品。
【請求項５２】
前記周期的に配置された突出部が、少なくとも一方向に沿って約１０μｍ以下の周期を有する、請求項４９に記載の物品。
【請求項５３】
前記周期的に配置された突出部が、少なくとも一方向に沿って約１μｍ以下の周期を有する、請求項４９に記載の物品。
【請求項５４】
前記周期的に配置された突出部が、少なくとも一方向に沿って約２μｍ以上の周期を有する、請求項４９に記載の物品。
【請求項５５】
前記周期的に配置された突出部が、少なくとも一方向に沿って約５μｍ以上の周期を有する、請求項４９に記載の物品。
【請求項５６】
前記突出部が、突出部の一次元アレイを形成する、請求項４８に記載の物品。
【請求項５７】
前記突出部が、突出部の二次元アレイを形成する、請求項４８に記載の物品。
【請求項５８】
前記二次元アレイが、六方最密アレイである、請求項５７に記載の物品。
【請求項５９】
前記突出部のうちの少なくともいくつかが、少なくとも一平面に台形断面のプロファイルを有する、請求項４８に記載の物品。
【請求項６０】
前記突出部のうちの少なくともいくつかが、少なくとも一平面に矩形の断面プロファイルを有する、請求項４８に記載の物品。
【請求項６１】
前記レンズが凸レンズである、請求項４８に記載の物品。
【請求項６２】
前記レンズが約１０ｍｍ以下の焦点距離を有する、請求項４８に記載の物品。
【請求項６３】
前記レンズが約５ｍｍ以下の焦点距離を有する、請求項４８に記載の物品。
【請求項６４】
前記レンズが約１ｍｍ以下の焦点距離を有する、請求項４８に記載の物品。
【請求項６５】
前記レンズが約０．５ｍｍ以下の焦点距離を有する、請求項４８に記載の物品。
【請求項６６】
前記レンズが約０．１ｍｍ以下の焦点距離を有する、請求項４８に記載の物品。
【請求項６７】
前記複数の層が、前記第２の材料の複層を含む、請求項４８に記載の物品。
【請求項６８】
前記複数の層が、第１の材料の１つ以上の層を含む、請求項４８に記載の物品。
【請求項６９】
前記複数の層が、前記第１および第２の材料とは異なる第３の材料の１つ以上の層を含む、請求項４８に記載の物品。
【請求項７０】
前記複数の層の各々が約１，０００ｎｍ以下の厚さを有する、請求項４８に記載の物品。
【請求項７１】
前記複数の層の各々が約５００ｎｍ以下の厚さを有する、請求項４８に記載の物品。
【請求項７２】
前記複数の層の各々が約２５０ｎｍ以下の厚さを有する、請求項４８に記載の物品。
【請求項７３】
前記複数の層の各々が約１００ｎｍ以下の厚さを有する、請求項４８に記載の物品。
【請求項７４】
前記複数の層が、少なくとも１つの前記レンズの軸に沿って前記物品上に入射する光の少なくとも約５０％を反射し、前記光は、約２００ｎｍ〜約２，０００ｎｍの範囲にある波長λτを有する、請求項４８に記載の物品。
【請求項７５】
前記複数の層が、少なくとも１つの前記レンズの軸に沿って前記物品上に入射する光の少なくとも約８０％を反射し、前記光は、約２００ｎｍ〜約２，０００ｎｍの範囲にある波長λτを有する、請求項４８に記載の物品。
【請求項７６】
前記複数の層が、少なくとも１つの前記レンズの軸に沿って前記物品上に入射する光の少なくとも約９０％を反射し、前記光は、約２００ｎｍ〜約２，０００ｎｍの範囲にある波長λτを有する、請求項４８に記載の物品。
【請求項７７】
前記第１の材料が誘電材料である、請求項４８に記載の物品。
【請求項７８】
前記第１の材料が無機誘電材料である、請求項７７に記載の物品。
【請求項７９】
前記第１の材料が、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＥｒＯ２、Ｓｃ２Ｏ３、およびＴａ２Ｏ５、ＭｇＦ２、ＺｎＳ、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｙＮｘ、ＡｌＮ、ＴｉＮおよびＨｆＮからなる群より選択される、請求項４８に記載の物品。
【請求項８０】
前記第２の材料が誘電材料である、請求項４８に記載の物品。
【請求項８１】
前記第２の材料が無機誘電材料である、請求項８０に記載の物品。
【請求項８２】
前記第２の材料が、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＥｒＯ２、Ｓｃ２Ｏ３、およびＴａ２Ｏ５、ＭｇＦ２、ＺｎＳ、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｙＮｘ、ＡｌＮ、ＴｉＮおよびＨｆＮからなる群より選択される、請求項４８に記載の物品。
【請求項８３】
前記複数の層がナノラミネート材料を含む、請求項４８に記載の物品。
【請求項８４】
前記複数の層が光学フィルタを形成する、請求項４８に記載の物品。
【請求項８５】
前記光学フィルタが赤外線フィルタである、請求項８４に記載の物品。
【請求項８６】
複数の検出器と、
請求項４８に記載の物品と、を備え、
前記物品における各々のレンズが、前記複数の検出器のうちの１つの検出器に対応する、装置。
【請求項８７】
前記検出器が、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）検出器である、請求項８６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、発明の名称「レンズアレイおよびその製造方法」で２００６年１１月１３日に出願された米国特許出願第１１／５９８，４９４号ならびに、発明の名称「レンズアレイおよびその製造方法」で２００６年５月１２日に出願された仮特許出願第６０／８００，０８０号の優先権の利益を主張するものであり、その内容全体を本明細書に援用する。
【０００２】
技術分野
本開示は、レンズアレイおよびレンズアレイの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
背景
複数のレンズを組み合わせるとレンズアレイを形成することができる。特定の実施形態では、共通の基板上に複数のレンズを形成し、これらのレンズからなる一体型のアレイとすることでレンズアレイを作製する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
概要
概して、第１の態様において本発明は、物品の表面上に第１の材料を堆積させて、第１の材料を含む層を形成するステップを含む方法を特徴とする。物品の表面は複数の突出部を含み、第１の材料を含む層が複数のレンズを形成する。各レンズが基板表面上の突出部に対応する。
【０００５】
この方法の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を含み得る。例えば、第１の材料を堆積させるステップが、複数の第１の材料の層を連続的に堆積させるステップを含むものであってもよい。この場合、第１の材料の層のうちの１つが物品の表面上に堆積される。第１の材料の複数の層を堆積させるステップが、前駆体の層を堆積させるステップと、この前駆体の層を試薬に曝露して第１の材料の層を得るステップを含むものであってもよい。試薬は、前駆体と化学的に反応して第１の材料を形成するものであってもよい。例えば、試薬は前駆体を酸化させて第１の材料を形成するものであってもよい。いくつかの実施形態では、前駆体の層を堆積させることが、物品を収容しているチャンバに前駆体を含む第１の気体を導入することを含む。前駆体の層を試薬に曝露することは、試薬を含む第２の気体をチャンバに導入することを含むものであってもよい。このチャンバには、第１の気体の導入後かつ第２の気体の導入前に第３の気体を導入することが可能である。第３の気体は、前駆体に対して不活性なものであってもよい。第３の気体は、ヘリウム、アルゴン、窒素、ネオン、クリプトンおよびキセノンからなる群より選択される少なくとも１種の気体を含むものであってもよい。前駆体については、トリス（ｔｅｒｔ−ブトキシ）シラノールと、（ＣＨ３）３Ａｌ、ＴｉＣｌ４、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＴａＣｌ３、ＡｌＣｌ３、Ｈｆ−エタオキシドおよびＴａ−エタオキシドからなる群より選択可能である。第１の材料を含む層を形成することは、第２の材料の複数の層を、この第２の材料の層のうちの１層が第１の材料の上に堆積されるようにして連続的に堆積させることで、第２の材料を堆積することをさらに含むものであってもよい。この場合、第２の材料は第１の材料とは異なる。特定の実施形態では、第１の材料の複数の層が、第１の材料の単層である。
【０００６】
第１の材料については、原子層堆積を用いて堆積可能である。第１の材料は誘電材料であってもよい。いくつかの実施形態では、第１の材料が酸化物である。例えば、酸化物は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２およびＴａ２Ｏ５からなる群より選択可能である。
【０００７】
第１の材料を含む層は、第１の材料とは異なる１種以上の別の材料を物品上に堆積させることで形成されるものであってもよい。
【０００８】
第１の材料を含む層は、第１の材料を含むナノラミネート材料から形成されるものであってもよい。
【０００９】
いくつかの実施形態では、第１の材料と同一の基板材料を含む層に突出部が形成される。突出部は、第１の材料とは異なる第２の材料から形成されるものであってもよい。
【００１０】
この方法は、第１の材料の堆積前に物品の表面に突出部を形成することを含むものであってもよく、この物品は基板材料を含むものであってもよく、突出部を形成することが、基板材料をエッチングすることを含む。いくつかの実施形態では、物品が基板を含み、突出部を形成することが、第２の材料の層を基板の表面上に堆積させることを含む。突出部を形成することが、ベース層にレジストの層を形成し、このレジストの層に、突出部の配置に対応するパターンを転写することを含むものであってもよい。このパターンは、リソグラフィ技術を用いてレジストに転写可能である。例えば、フォトリソグラフィを用いて、あるいはインプリントリソグラフィを用いてパターンをレジストに転写可能である。
【００１１】
突出部については、物品表面上に周期的に配置可能である。突出部の配置は、少なくとも一方向に約１μｍ以上（例えば約３μｍ以上）の周期を持つものであってもよい。突出部の配置は、少なくとも一方向に約３０μｍ以下（約２０μｍ以下）の周期を持つものであってもよい。複数のレンズのうちの少なくともいくつかは、第１の平面での曲率半径が約１０μｍ以下のものであってもよい。
【００１２】
いくつかの実施形態では、レンズのうちの少なくとも２つが異なる寸法のものである。特定の実施形態では、複数のレンズにおけるレンズの各々が、複数のレンズにおける他のレンズと実質的に同一寸法である。
【００１３】
複数のレンズは、レンズアレイを形成するものであってもよい。これらのレンズは円柱レンズであってもよい。突出部は、物品の平面における第１の方向に沿って延在するうねりであってもよい。
【００１４】
概して、もう１つの態様では、本発明は、原子層堆積を利用して、物品の表面上に複数のレンズを形成することを含む方法を特徴とする。この方法の実施形態は、他の態様の特徴の１つ以上を含み得る。
【００１５】
概して、さらに別の態様では、本発明は、第１の材料の複数の単層を連続的に堆積させることで、第１の材料を含む層を形成することを含み、第１の材料の単層のうちの１つが物品の第１の表面上に堆積される方法を特徴とする。第１の材料を含む層は複数のレンズを含む。この方法の実施形態は、他の態様の特徴の１つ以上を含み得る。
【００１６】
概して、もう１つの態様では、本発明は、第１の材料を含む突出部が表面に複数個ある物体と、この物体に支持された、第１の材料とは異なる第２の材料の層と、を含む物品を特徴とする。第２の材料の層が複数のレンズを含み、各レンズが突出部のうちの１つと対応している。この物品の実施形態は、他の態様の方法を用いて形成可能であり、他の態様に関して説明した特徴のうちの１つ以上を含み得る。
【００１７】
もう１つの態様では、本発明は、複数の検出器と上述した態様の物品とを含む装置を特徴とする。この物品におけるレンズの各々が、複数の検出器の１つの検出器に対応している。
【００１８】
実施形態には、以下の利点のうちの１つ以上を含み得る。
【００１９】
本明細書に開示の方法を使用して、レンズアレイを経済的に作製することが可能である。例えば、従来のプロセスと安価な（例えば商品）材料とを組み合わせで用いて、レンズアレイを大規模に作製することが可能である。
【００２０】
ここに開示した方法によって、レンズアレイのデザインが極めて多様になる。例えば、この方法を用いることで、製造者は、レンズアレイのレンズの寸法、形状およびレイアウトを細かく制御できるようになる。一次元または二次元のアレイを作製可能である。レンズは球面であっても非球面であってもよい。レンズの曲率半径も変えることが可能である。
【００２１】
この方法では、レンズの作製に用いる材料の光学特性を多様化することができる。例えば、複合材料からレンズを作製することが可能であって、この場合は複合材料の異なる構成材料の相対比を選択して複合材料の所望の屈折率を得る。さらに、この方法を用いることで、さまざまな屈折率プロファイルの複合材料を作製できるようになり、例えば、グレーデッドインデックス材料で作製したレンズが得られる。
【００２２】
小さなレンズ素子を有するレンズアレイを作製することもできる。例えば、約５μｍ以下の横方向の寸法を有するレンズのアレイを作製可能である。いくつかの実施形態では、約０．５μｍ以下（例えば約０．１μｍ以下）の横方向の寸法を有するレンズのアレイを作製可能である。
【００２３】
実施形態には丈夫なレンズアレイが含まれる。例えば、使用時にレンズアレイがおかれる可能性のある多くの環境的な危険に耐えられるであろう無機ガラスなどの無機材料だけでレンズアレイを作製することが可能である。無機材料は、水および／または有機溶媒に対して耐性であり得る。無機材料は融解温度が比較的高い（例えば約３００℃以上）ことがあるため、光学性能を大きく損なうことなくレンズアレイを高温に曝露することができる。
【００２４】
実施形態には、レンズアレイを形成している材料を実質的に分解させることなく、電磁スペクトルの紫外線（ＵＶ）域で使用可能なレンズアレイが含まれる。例えば、上述したように、ＵＶ光線への曝露時に多くの有機物質よりも安定した無機ガラスなどの無機材料で全体を構成してレンズアレイを作製することが可能である。
【００２５】
いくつかの実施形態では、レンズアレイが機械的に可撓性である。例えば、ポリマー基板などの可撓性の基板上にレンズアレイを作製することが可能である。
【００２６】
レンズアレイを多くの用途に活用することができる。例えば、特定の用途では、レンズアレイを用いて検出器アレイの集光効率を改善することができる。いくつかの実施形態では、レンズアレイを用いて、検出器素子が小さく集光効率の高い検出器アレイを得る。このような検出器アレイは、高解像度の検出器アレイで使用可能である。
【００２７】
いくつかの用途では、レンズアレイを用いてフラットパネルディスプレイの効率を改善することが可能である。例えば、レンズアレイを用いて、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイなどの放出ディスプレイの抽出効率を改善することができる。また、レンズアレイを用いて、透過型液晶ディスプレイなどの透過ディスプレイの透過効率を改善することも可能である。
【００２８】
さらに、レンズアレイを用いて、投写型ディスプレイの光変調器で所望の照明（強度プロファイルが実質的に均一な平行光線）を得ることもできる。
【００２９】
本発明による１つ以上の実施形態の詳細を以下の説明および添付の図面にて説明する。これらの説明、図面および特許請求の範囲から、他の特徴および利点も明らかになるであろう。
【００３０】
各図を通して同一の要素には同一の参照符号を用いる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
図面の簡単な説明
【図１Ａ】レンズアレイの実施形態の一部を示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示されるレンズアレイに含まれるレンズの断面図である。
【図１Ｃ】４種類のレンズの断面図である。
【図１Ｄ】４種類のレンズの断面図である。
【図１Ｅ】４種類のレンズの断面図である。
【図１Ｆ】４種類のレンズの断面図である。
【図２Ａ】レンズの実施形態の断面図である。
【図２Ｂ】レンズの実施形態の断面図である。
【図３Ａ】レンズアレイの実施形態の一部を示す断面図である。
【図３Ｂ】レンズアレイの実施形態の平面図である。
【図３Ｃ】レンズアレイの実施形態の平面図である。
【図３Ｄ】レンズアレイの実施形態の平面図である。
【図４Ａ】レンズアレイでの実施形態の製造工程を示す。
【図４Ｂ】レンズアレイでの実施形態の製造工程を示す。
【図４Ｃ】レンズアレイでの実施形態の製造工程を示す。
【図４Ｄ】レンズアレイでの実施形態の製造工程を示す。
【図４Ｅ】レンズアレイでの実施形態の製造工程を示す。
【図４Ｆ】レンズアレイでの実施形態の製造工程を示す。
【図４Ｇ】レンズアレイでの実施形態の製造工程を示す。
【図４Ｈ】レンズアレイでの実施形態の製造工程を示す。
【図４Ｉ】レンズアレイでの実施形態の製造工程を示す。
【図５】原子層堆積システムの実施形態の概略図である。
【図５】原子層堆積システムの実施形態の概略図である。
【図６】原子層堆積を用いてナノラミネートを形成するためのステップを示すフローチャートである。
【図７Ａ】センサアレイの実施形態の断面図である。
【図７Ｂ】フラットパネルディスプレイの実施形態の断面図である。
【図８】照明システムの実施形態の概略図である。
【図９Ａ】シード層の走査型電子顕微鏡写真である。
【図９Ｂ】シード層に対応するレンズアレイの走査型電子顕微鏡写真である。
【図１０Ａ】レンズアレイの走査型電子顕微鏡写真である。
【図１０Ｂ】レンズアレイの走査型電子顕微鏡写真である。
【図１１】図１０Ａおよび図１０Ｂに示すレンズアレイの透過スペクトルを示すプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
詳細な説明
図１Ａおよび図１Ｂならびに図２Ａを参照すると、レンズアレイ１００は、レンズ層１１１の表面に形成された多数のレンズ１１０ａ〜１１０ｈを含む。レンズアレイ１００はまた、基板１０１を含み、これがレンズ層１１１を支持している。また、基板１０１は、多数の突出部１１２ａ〜１１２ｈも支持する。突出部１１２ａ〜１１２ｈはそれぞれ、レンズアレイ１００のレンズ１１０ａ〜１１０ｈに対応している。後述するように、特定の実施形態では、材料を突出部１１２ａ〜１１２ｈの上に堆積させてレンズ層１１１を形成することで、レンズ１１０ａ〜１１０ｈとしている。レンズ１１０ａ〜１１０ｈは、突出部１１２ａ〜１１２ｈに対応する層１１１の表面の突出部である。このため、レンズ１１０ａ〜１１０ｈの寸法および形状は、突出部１１２ａ〜１１２ｈの寸法および形状ならびに突出部１１２ａ〜１１２ｈ上に堆積される材料の量と関連していると考えられる。したがって、突出部上に堆積させる材料の量を変え、さまざまな寸法の突出部を形成することで、さまざまな寸法と形状のレンズを作製することが可能である。
【００３３】
図１Ａおよび図１Ｂには、レンズアレイ１００の説明において参照されるデカルト座標系も示されている。図１Ａおよび図１Ｂは、レンズアレイ１００の一部をｘ−ｚ面での断面で示したものである。レンズアレイ１００のｙ−ｚ面での断面は、ｘ−ｚ面での断面と実質的に同じである。
【００３４】
図１Ａのレンズアレイ１００にはレンズが８つしか示されていないが、一般に、レンズアレイのレンズ数はこれよりも少なくても多くてもよい。いくつかの実施形態では、レンズアレイに数十または数百のレンズが含まれる。特定の実施形態では、レンズアレイに数十万から数百万のレンズが含まれる。レンズの数とアレイでのその配置については、概して、レンズアレイの用途に応じて決定される。レンズアレイでのレンズの配置とレンズアレイの用途については後述する。
【００３５】
一般に、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸に沿ったレンズアレイ１００の寸法を必要に応じて変えることができる。ｚ軸に沿って、レンズアレイ１００は厚さｔａを有する。いくつかの実施形態では、ｔａを比較的短くすることができ、例えば、ｔａを約１ｍｍ以下（例えば、約０．５ｍｍ以下、約０．４ｍｍ以下、約０．３ｍｍ以下、約０．２ｍｍ以下、約０．１ｍｍ以下）にすることができる。
【００３６】
特定の実施形態では、レンズアレイ１００は、ｚ方向よりもｘ方向および／またはｙ方向のほうが実質的に遠くまで延在している。例えば、レンズアレイ１００は、ｘ方向および／またはｙ方向に約１ｃｍまたはそれより長く（例えば、約２ｃｍ以上、約３ｃｍ以上、約５ｃｍ以上、約１０ｃｍ以上）延在することが可能であるのに対し、ｔａは約１ｍｍ以下である。
【００３７】
各レンズ１１０ａ〜１１０ｈは、ｚ軸に平行に伝搬する波長λの入射光をウエスト（waist）に収束させる。ここで、λを動作（operational）波長レンズアレイ１００と呼ぶ。一般に、λはレンズアレイ１００に想定される特定の用途に応じて可変である。いくつかの実施形態では、λは電磁スペクトルの可視域（例えば、約４００ｎｍから約７００ｎｍの範囲）にある。特定の実施形態では、λは電磁スペクトルのＩＲ域（例えば、約７００ｎｍから約２，０００ｎｍの範囲）にある。いくつかの実施形態では、λは電磁スペクトルのＵＶ域（例えば、約１００ｎｍから約４００ｎｍの範囲）にある。
【００３８】
いくつかの実施形態では、レンズアレイ１００は、複数波長の光をウエストに収束可能である。いくつかの実施形態では、レンズアレイ１００は、λを含む一定帯域の波長をウエストに収束可能である。いくつかの実施形態では、レンズアレイ１００は、電磁スペクトルの可視域の一部またはすべての光をウエストに収束可能である。
【００３９】
特に図１Ｂを参照すると、各レンズは、第１および第２の横方向寸法ｌｘおよびｌｙで規定されるが、ここではｌｘのみを図１Ｂに示してある。ｌｙはレンズ１１０ｄのｙ方向に沿った横方向寸法である。一般に、ｌｘはｌｙと同一であっても異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、ｌｘおよび／またはｌｙは約１００μｍ以下（例えば、約８０μｍ以下、約７０μｍ以下、約６０μｍ以下、約５０μｍ以下、約４０μｍ以下、約３０μｍ以下、約２０μｍ以下、約１０μｍ以下、約５μｍ以下、約３μｍ以下、約２μｍ以下、約１μｍ以下、約０．５μｍ以下、約０．３μｍ以下、約０．２μｍ以下）である。
【００４０】
各レンズは、隣接するレンズ間の基部１１５からレンズの頂点１１６までのｚ軸に沿ったレンズ寸法である垂直寸法ｌｚも有する。頂点１１６ではレンズ軸２１０がレンズ１１０ｄと交差する。レンズ軸１１８はｚ軸に平行である。特定の実施形態では、ｌｚは約５０μｍ以下（例えば、約４０μｍ以下、約３０μｍ以下、約２０μｍ以下、約１０μｍ以下、約５μｍ以下、約３μｍ以下、約２μｍ以下、約１μｍ以下、約０．５μｍ以下、約０．３μｍ以下、約０．２μｍ以下）である。
【００４１】
各レンズは、レンズ表面上の各点について、その点での接触円の半径を示す曲率半径ｒ１でも規定される。レンズ１１０ｄが球面レンズである実施形態では、ｒ１はレンズの表面全体で実質的に一定である。あるいは、レンズ１１０ｄが非球面の場合は、ｒ１はレンズ表面に亘って変化する。いくつかの実施形態では、レンズ１１０ｄが回転対称の非球面レンズであり、この場合はレンズ１１０ｄはレンズ軸１１８に対して連続的に回転対称であるが、β次第で変動する。いくつかの実施形態では、ｒ１は約１００μｍ以下（例えば、約８０μｍ以下、約７０μｍ以下、約６０μｍ以下、約５０μｍ以下、約４０μｍ以下、約３０μｍ以下、約２０μｍ以下、約１０μｍ以下、約８μｍ以下、約５μｍ以下、約４μｍ以下、約３μｍ以下、約２μｍ以下、約１μｍ以下、約０．５μｍ以下、約０．３μｍ以下、約０．２μｍ以下）である。
【００４２】
各レンズはさらに、ｚ軸に沿って測定した基板１０１の表面から頂点１１６までの層１１１の寸法を示す厚さｈｚでも規定される。特定の実施形態では、ｈｚは約５００ｎｍ（例えば、約１μｍ以上、約２μｍ以上、約５μｍ以上、約１０μｍ以上）から約１００μｍ（例えば、約８０μｍ以下、約５０μｍ以下、約３０μｍ以下）の範囲にある。
【００４３】
レンズ１１０ａ〜１１０ｈは、ｘ方向とｙ方向の両方に周期的に離隔されている。図１Ａの隣接するレンズ１１０ｆおよび１１０ｇについてレンズのｘ方向での空間周期Ｐ１１０ｘを示す。レンズアレイ１００には、ｙ方向に対応する周期Ｐ１１０ｙもある。一般に、Ｐ１１０ｘはＰ１１０ｙと同一であっても異なっていてもよい。Ｐ１１０ｘは一般に、ｌｘと同一であるかこれを上回り、Ｐ１１０ｙは一般にｌｙ同一であるかこれを上回る。いくつかの実施形態では、Ｐ１１０ｘおよび／またはＰ１１０ｙは約１００ｎｍから約１００μｍの範囲にある。例えば、Ｐ１１０ｘおよび／またはＰ１１０ｙは、約２００ｎｍ以上（例えば、約５００ｎｍ以上、約８００ｎｍ以上、約１μｍ以上、約２μｍ以上、約５μｍ以上、約１０μｍ以上、約２０μｍ以上）であってもよい。Ｐ１１０ｘおよび／またはＰ１１０ｙは約８０μｍ以下（例えば、約６０μｍ以下、約５０μｍ以下、約４０μｍ以下、約３０μｍ以下）であってもよい。
【００４４】
一般に、基板１０１は、レンズ層１１１に対して十分な機械的支持が得られるだけの厚さである。ここで、基板厚とは、ｘ軸に沿った基板寸法のことである。いくつかの実施形態では、基板１０１は厚さが約１ｍｍ以下（例えば、約８００μｍ以下、約５００μｍ以下、約３００μｍ以下）である。いくつかの実施形態では、基板１０１は厚さが約１００μｍまたは約３００μｍの範囲にある。
【００４５】
概して、突出部１１２ａ〜１１２ｈの寸法および形状は、レンズ１１０ａ〜１１０ｈの所望の寸法および形状に応じて可変である。突出部１１２ａ〜１１２ｈの寸法および形状とレンズ１１０ａ〜１１０ｈの寸法および形状との関係については後述する。
【００４６】
突出部１１２ａ〜１１２ｈは、断面形状が台形である。特に図１Ｂを参照すると、台形は、高さｔｚ、底幅ｔｘ，ｍａｘ、頂部幅ｔｘ，ｍｉｎおよび底角α１およびα２によって規定される。また、台形は、ｔｚの半分の位置で測定したｘ軸に沿った台形寸法である幅ｔｘでも規定される。
【００４７】
高さｔｚは、ｚ軸に沿って測定した基板１０１の表面から突出部の頂部までの突出部１１２ｄの寸法である。特定の実施形態では、ｔｚは約１００ｎｍから約１００μｍの範囲にある。例えば、ｔｚは約５００ｎｍ以上（例えば、約１μｍ以上、約２μｍ以上、約５μｍ以上、約１０μｍ以上）であってもよく、ｔｚは約８０μｍ以下（例えば、約５０μｍ以下、約２０μｍ以下）であってもよい。
【００４８】
底幅ｔｘ，ｍａｘは、基板１０１の表面でのｘ方向に沿った突出部１１２ｄの寸法である。特定の実施形態では、ｔｘ，ｍａｘは約２０μｍ以下（例えば、約１５μｍ以下、約１０μｍ以下、約８μｍ以下、約５μｍ以下、約４μｍ以下、約３μｍ以下、約２μｍ以下、約１μｍ以下、約８００ｎｍ以下、約５００ｎｍ以下）である。
【００４９】
頂部幅ｔｘ，ｍｉｎは、突出部の頂部でのｘ方向に沿った突出部１１２ｄの寸法である。一般に、ｔｘ，ｍｉｎはｔｘ，ｍａｘよりも短い。特定の実施形態では、ｔｘ，ｍｉｎは約２０μｍ以下（例えば、約１５μｍ以下、約１０μｍ以下、約８μｍ以下、約５μｍ以下、約４μｍ以下、約３μｍ以下、約２μｍ以下、約１μｍ以下、約８００ｎｍ以下、約５００ｎｍ以下）である。
【００５０】
底角α１およびα２は、突出部１１２ｄの対向する側壁１１４および１１３が基板１０１の表面に対してなす角度である。概して、α１はα２と同一であっても異なっていてもよい。α１および／またはα２は、約１０°以上（例えばｍ約２０°以上、約３０°以上、約４０°以上、約５０°以上、約６０°以上、約７０°以上、約８０°以上）であってもよい。α１およびα２は９０未満である。
【００５１】
ｔｘは概して、ｔｘ，ｍａｘよりも短いがｔｘ，ｍｉｎよりは長い。いくつかの実施形態では、ｔｘは約２０μｍ以下（例えば、約１５μｍ以下、約１０μｍ以下、約８μｍ以下、約５μｍ以下、約４μｍ以下、約３μｍ以下、約２μｍ以下、約１μｍ以下、約８００ｎｍ以下、約５００ｎｍ以下）である。
【００５２】
突出部１１２ａ〜１１２ｈは、レンズ１１０ａ〜１１０ｈの間隔と実質的に同一の周期で周期的に離隔している。
【００５３】
上述したように、特定の実施形態では、レンズ１１０ａ〜１１０ｈは、突出部１１２ａ〜１１２ｈ上に材料を堆積させることによって形成され、この材料がレンズ層１１１を形成する。突出部は、堆積された材料の層の表面に凹凸を形成する。この凹凸がレンズ１１０ａ〜１１０ｈを画定する。このような実施形態では、突出部の寸法および形状がレンズの寸法および形状に影響する。したがって、突出部の寸法と形状を変えることで、レンズの寸法と形状を変えることができる。
【００５４】
例えば、底角α１およびα２に応じてレンズ１１０ｄの曲率半径を変えることが可能である。図１Ｃおよび図１Ｄを参照すると、例えば、突出部１１２αおよび１１２βが同じ高さであり、頂部幅も同じである。しかしながら、突出部１１２αの底角ααは突出部１１２βの底角αβよりも小さい。結果として、突出部１１２αの上方に形成されるレンズ１１０αでは、突出部１１２βの上に形成されるレンズ１１０βの曲率半径ｒβよりも短い曲率半径ｒαとなる。
【００５５】
また、レンズの曲率半径を突出部の頂部幅で決めることもできる。例えば、図１Ｅも参照すると、突出部１１２γは突出部１１２αおよび１１２βと同じ高さであり、底角αγがαβと同じである。しかしながら、突出部１１２γの頂部幅ｔγはｔβよりも短い。結果として、突出部１１２γに対応するレンズ１１０γの曲率半径ｒγがｒβよりも短くなる。
【００５６】
また、非球面レンズが得られるよう突出部の形状を選択することも可能である。例えば、図１Ｆも参照すると、突出部１１２δは突出部１１２γと同じ高さである。さらに、突出部１１２δの底角αδはαγに等しい。しかしながら、突出部１１２δの頂部幅は突出部１１２γの頂部幅よりも短い。結果として、突出部１１２δの上方に形成されるレンズ１１０δの曲率半径は、レンズの一部から突出部１１２δの頂点までがどのくらい近接しているかによって変わってくる。特に、突出部１１２δの頂点に近いレンズ１１０δの一部は、曲率半径ｒδ１が、これよりも突出部の頂点から離れた位置にあるレンズ１１０δの曲率半径ｒδ２よりも短い。曲率半径ｒδ２が長くなればなるほど、突出部１１２δの頂部が平らになる。
【００５７】
レンズの形状は、突出部の上に堆積される材料の量、材料のタイプ、材料を堆積させるのに用いる方法ならびに、材料を堆積させる条件によっても可変である。材料のタイプと堆積方法については後述する。
【００５８】
ここで再度図１Ｂを参照すると、突出部１１２ｄは断面形状が完全な台形のものとして示されている。しかしながら、概して、例えば突出部の製造に用いるプロセスの精度に限度があるなどの理由から突出部の断面形状が完全な台形から若干ずれることがある。それにもかかわらず、このようなずれを含む突出部も断面形状が台形であるとみなす。
【００５９】
さらに、レンズアレイ１００の突出部は断面形状が台形であるが、概して、突出部の形状は可変である。例えば、いくつかの実施形態では、突出部は断面形状が矩形であってもよいし、断面形状が三角形であってもよい。いくつかの実施形態では、突出部は回転対称であり得る。例えば、突出部は形状が円錐形または円柱形であってもよい。いくつかの実施形態では、突出部は形状が角錐形（三角錐または四角錐など）である。特定の実施形態では、突出部は形状が矩形である。突出部の形状はエッチングプロセスによって制御可能である。例えば、反応性イオンエッチング条件を変化させることで、台形断面の突出部の底角を変えることができる。
【００６０】
レンズによる収束を図２Ａに示す。同図にはレンズ１１０ｄが示されている。レンズ１１０ｄにλで入射する光線２１２はレンズ表面で屈折し、表面で基板１０１から出るときにも屈折する。結果として、光線２１２はレンズ１１０ｄの焦点面２０１でウエスト２２０に収束する。レンズアレイ１００が複数の波長で動作する実施形態では、焦点領域を画定する異なる平面の対応するウエストに異なる波長を収束させることができる。
【００６１】
ウエスト２２０での収束光の直径は、焦点面２０１内のレンズ軸２１０を中心とする円形部の直径であり、λでの光線強度の９０％がこの円形部を通過する。ウエスト２２０は、直径が約１０λ以下（例えば、約８λ以下、約５λ以下、約４λ以下、約３λ以下、約２λ以下）であってもよい。いくつかの実施形態では、ウエスト２２０は約５μｍ以下（例えば、約４μｍ以下、約３μｍ以下、約２μｍ以下、約１μｍ以下、約８００ｎｍ以下、約５００ｎｍ以下）であってもよい。
【００６２】
焦点面２０１は、レンズ１１６の頂点から距離ｆ１１０すなわち、レンズ１１０ｄがレンズ軸２１０と交差する部分に位置する。概して、ｆ１１０はレンズの曲率半径とレンズアレイ１００の作製に用いる材料の屈折率によって変化する。いくつかの実施形態では、ｆ１１０は基板１０１の厚さにｈｚを足したものより短いため、他の光学成分をそこに位置決めするのに焦点面を利用できる。ｆ１１０は、約５０μｍ以上（例えば、約１００μｍ以上、約２００μｍ以上、約３００μｍ以上、約４００μｍ以上、約５００μｍ以上、約１μｍ以上、約２μｍ以上）のものであってもよい。あるいは、いくつかの実施形態では、ｆ１１０は約４０μｍ以下（例えば、約３０μｍ以下、約２０μｍ以下、約１０μｍ以下、約５μｍ以下、約１μｍ以下）であってもよい。（一般に、小さなレンズは超短焦点レンズを有する）。概して、ｆ１１０は約１０ｍｍ未満（例えば、約８ｍｍ以下、約５ｍｍ以下、約３ｍｍ以下）であってもよい。
【００６３】
ここで、レンズアレイ１００の組成に目を向けると、レンズ層１１１および突出部１１２ａ〜１１２ｈは、材料の光学特性、レンズアレイ１００の作製に用いるプロセスと材料との相性、レンズアレイ１００の作製に用いる他の材料と特定の材料との相性など、さまざまな要因に基づいて選択される材料で作られる。概して、レンズ層１１１および突出部１１２ａ〜１１２ｈは、無機および／または有機の光学的に透過性の材料をはじめとする光学的に透過性の材料で作製される。無機材料の例として、無機ガラスなどの無機誘電材料が挙げられる。光学的に透過性の有機材料の例として、光学的に透過性のポリマーが挙げられる。本明細書で使用する場合、光学的に透過性の材料とは、厚さ１ｍｍの層で、λで法線方向から入射する放射線の約５０％またはそれよりも多く（例えば、約８０％以上、約９０％以上、約９５％以上）を透過する材料のことである。
【００６４】
いくつかの実施形態では、レンズ層１１１および／または突出部１１２ａ〜１１２ｈは、誘電酸化物（例えば金属酸化物）、フッ化物（例えば金属フッ化物）、硫化物および／または窒化物（例えば金属窒化物）など、１種以上の誘電材料を含む。酸化物の例としては、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＥｒＯ２、Ｓｃ２Ｏ３およびＴａ２Ｏ５が挙げられる。フッ化物の例としては、ＭｇＦ２が挙げられる。他の例としては、ＺｎＳ、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｙＮｘ、ＡｌＮ、ＴｉＮおよびＨｆＮが挙げられる。
【００６５】
いくつかの実施形態では、突出部１１２ａ〜１１２ｈが有機物質で作られるのに対し、レンズ層１１１は無機材料で作られる。例えば、特定の実施形態では、突出部１１２ａ〜１１２ｈはポリマーレジスト（例えば、フォトレジストまたはナノインプリントリソグラフィ用のレジスト）で作られるのに対し、レンズ層１１１は無機ガラス（例えばＳｉＯ２ガラス）で作られる。
【００６６】
レンズ層１１１および／または突出部１１２ａ〜１１２ｈの組成については、λで特定の屈折率になるように選択可能である。いくつかの実施形態では、λでのレンズ層１１１の屈折率は突出部１１２ａ〜１１２ｈの屈折率とは異なる。突出部とレンズ層とで屈折率を変えることで、レンズアレイの収束機能に寄与する入射光を屈折させることができる。あるいは、特定の実施形態では、λでのレンズ層１１１の屈折率が突出部１１２ａ〜１１２ｈの屈折率と同じである。突出部とレンズ層とで屈折率を揃えると、レンズ層と突出部との界面で光の屈折と光の反射が減る（例えば、なくなる）という利点が得られる。
【００６７】
いくつかの実施形態では、レンズ層１１１および／または突出部１１２ａ〜１１２ｈを、６３２ｎｍで屈折率約２．３５であるＴｉＯ２または６３２ｎｍで屈折率２．１５であるＴａ２Ｏ５などの屈折率が比較的高い材料で作製する。あるいは、屈折率が比較的低い材料でレンズ層１１１および／または突出部１１２ａ〜１１２ｈを作製することも可能である。屈折率が低い材料の例として、６３２ｎｍで屈折率１．４５であるＳｉＯ２および６３２ｎｍで屈折率１．６５であるＡｌ２Ｏ３が挙げられる。
【００６８】
いくつかの実施形態では、レンズ層１１１および／または突出部１１２ａ〜１１２ｈの組成はλで吸収率が比較的低いため、レンズ層１１１および／または突出部１１２ａ〜１１２ｈもλで吸収率が比較的低い。例えば、レンズアレイ１００は、λで軸１０１に沿って伝搬する放射線の約５％以下（例えば、約３％以下、約２％以下、約１％以下、約０．５％以下、約０．２％以下、約０．１％以下）を吸収することができる。
【００６９】
レンズ層１１１および／または突出部１１２ａ〜１１２ｈは、結晶質、半結晶質および／または非晶質の部分を含み得る。一般に、非晶質材料は光学的等方性であり、一部またはほとんどが結晶性の部分よりも光の透過性が高いことがある。一例として、いくつかの実施形態では、レンズ層１１１および突出部１１２ａ〜１１２ｈの両方が、非晶質の誘電材料（例えば非晶質ＴｉＯ２またはＳｉＯ２）といった非晶質材料で作製される。あるいは、特定の実施形態では、突出部１１２ａ〜１１２ｈは、結晶質または半結晶質の材料（結晶性または半結晶性Ｓｉなど）で作製されるのに対し、レンズ層１１１は非晶質材料（例えばＴｉＯ２またはＳｉＯ２といった非晶質誘電材料）で形成される。
【００７０】
レンズ層１１１および／または突出部１１２ａ〜１１２ｈは、単一の材料で作製されるものであってもよいし、複数の異なる材料で作製されるものであってもよい。いくつかの実施形態では、レンズ層１１１および突出部１１２ａ〜１１２ｈの一方もしくは両方を、少なくとも２種類の材料の層から形成される組成物であって、これらの材料のうちの少なくとも１種の層が極めて薄い（例えば単層厚１から約１０）ナノラミネート材料で作製する。光学的には、ナノラミネート材料は屈折率が局所的に均質であり、その屈折率は構成材料に左右される。各構成材料の量を変えることで、ナノラミネートの屈折率を変えることができる。ナノラミネート部分の例として、ＳｉＯ２単層およびＴｉＯ２単層、ＳｉＯ２単層およびＴａ２Ｏ５単層またはＡｌ２Ｏ３単層およびＴｉＯ２単層から構成される部分が挙げられる。
【００７１】
図２Ｂを参照すると、２以上の材料から形成されるレンズ層を有するレンズアレイの一例が示されている。この例では、レンズ層１１１は、８つのサブレイヤ２２０、２２２、２２４、２２６、２２８、２３０、２３２および２３４を含む。各サブレイヤは、サブレイヤ２２４の場合についてｔ２２４で示すような、頂点１１６と交差するｚ方向に平行な軸に沿って測定した厚さｔｚを有する。より一般的には、レンズ層に含まれるサブレイヤの数を必要に応じて変えることができる。いくつかの実施形態では、レンズ層に９以上のサブレイヤ（例えば、サブレイヤ約１０以上、サブレイヤ約２０以上、サブレイヤ約３０以上、サブレイヤ約４０以上、サブレイヤ約５０以上、サブレイヤ約６０以上、サブレイヤ約７０以上、サブレイヤ約８０以上、サブレイヤ約９０以上、サブレイヤ約１００以上）を含むことが可能である。
【００７２】
概して、各サブレイヤの厚さｔｚおよび組成は必要に応じて変更可能である。いくつかの実施形態では、レンズ層１１１の各サブレイヤの厚さｔｚは約５ｎｍ以上（例えば約１０ｎｍ以上、約２０ｎｍ以上、約３０ｎｍ以上、約５０ｎｍ以上、約７０ｎｍ以上、約１００ｎｍ以上、約１５０ｎｍ以上、約２００ｎｍ以上、約３００ｎｍ以上）である。
【００７３】
いくつかの実施形態では、レンズ層１１１における各サブレイヤの厚さおよび組成が、レンズアレイ１００の所望のスペクトル特性に左右される。例えば、レンズ層１１１が光を収束させる以外に光学フィルタとして機能するようにサブレイヤの厚さおよび組成を選択することが可能である。多層フィルムで作られた光学フィルタについては、例えば、”Thin Film Optical Filters,” 3rd Edition, by H.Angus Macloed, Taylor & Francis,Inc. (2001)に記載されている。概して、光学フィルタは、対象となる波長での屈折率が比較的高い層と低い層を交互に組み合わせて形成される。この場合、各サブレイヤの厚さが対象となる波長未満である。隣接するサブレイヤ間の屈折率の差Δηを必要に応じて変えることができる。各隣接するサブレイヤ対間のΔηは、同一であっても異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、Δηは約０．０１以上（例えば約０．０２以上、約０．０３以上、約０．０４以上、約０．０５以上、約０．０６以上、約０．０７以上、約０．０８以上、約０．０９以上、約０．１以上、約０．１２以上、約０．１５以上、約０．２以上、約０．３以上、約０．４以上、約０．５以上）である。
【００７４】
概して、各サブレイヤの光学的厚さは他のサブレイヤと同一であっても異なっていてもよい。光学的厚さとは、サブレイヤの厚さｔｚと、サブレイヤを形成する材料の対象となる波長での屈折率との積である。例えば、レンズ層１１１が狭帯域の波長（例えば約１０ｎｍ）を反射するように設計された実施形態では、各層の垂直の光学的厚さは０．２５λ０になり得る。ここで、λ０は反射帯域の中心波長である。あるいは、レンズ層１１１が広帯域の波長（例えば、約１００ｎｍ以上、約１５０ｎｍ以上、約２００ｎｍ以上）を反射するように設計されている場合、サブレイヤの光学的厚さを変えることができる。例えば、所望の反射帯域内で、異なる波長λｉについてレンズ層１１１の異なる群のサブレイヤの光学的厚さを０．２５λｉにすることができる。いくつかの実施形態では、各サブレイヤの光学的厚さを約２０ｎｍから約１，０００ｎｍの範囲にすることができる。例えば、各サブレイヤの光学的厚さは、約５０ｎｍ以上（例えば、約１００ｎｍ以上、約１５０ｎｍ以上、約２００ｎｍ以上、約２５０ｎｍ以上、約３００ｎｍ以上）であってもよい。実施形態では、サブレイヤの光学的厚さは、約８００ｎｍ以下（例えば、約６００ｎｍ以下、約５００ｎｍ以下）であってもよい。
【００７５】
概して、レンズ層における各サブレイヤの厚さｔｚを実質的に均一にすることができる。例えば、特定の層の厚さを、層の部分ごとに約５％以下（例えば、約３％以下、約２％以下、約１％以下、約０．５％以下、約０．１％以下）だけ変えることが可能である。いくつかの実施形態では、レンズ層における各サブレイヤの厚さを、層の部分ごとに約２０ｎｍ以下（例えば、約１５ｎｍ以下、約１２ｎｍ以下、約１０ｎｍ以下、約８ｎｍ以下、約５ｎｍ以下）だけ変えることが可能である。
【００７６】
いくつかの実施形態では、各サブレイヤの厚さは約０．２５λ／ｎであり、λはフィルタで反射される波長、ｎはサブレイヤの屈折率である。当然ながら、特定のサブレイヤの厚さは、サブレイヤの作製に用いる材料の屈折率によって変わってくる。
【００７７】
レンズ層１１１の光の透過特性は、レンズ層のサブレイヤ数、各サブレイヤの光学的厚さ、異なるサブレイヤの相対的な光学的厚さ、各サブレイヤの屈折率をはじめとする多数の設計パラメータによって変更可能なものである。いくつかの実施形態では、ｚ方向に対する入射角のコア内でレンズ層に衝突する帯域の波長（伝送帯域と呼ぶ）の光を、伝送帯域外の波長よりも実質的に多く透過するようレンズ層を設計することができる。例えば、レンズ層は、伝送帯域外の波長よりも伝送帯域内の波長で約１０倍以上（例えば、約２０倍以上、約３０倍以上、約４０倍以上、約５０倍以上、約７５倍以上、約１００倍以上）量の光を透過することができる。
【００７８】
伝送帯域内の波長を「通過波長」と呼ぶのに対し、反射される波長を「遮断波長」と呼ぶ。伝送帯域の幅は比較的広く（例えば約２００ｎｍから約３００ｎｍ以上）てもよいし、狭く（例えば約５ｎｍから約４０ｎｍ以下）てもよい。特定の実施形態では、伝送帯域の幅は約４０ｎｍから約２００ｎｍである。特定の実施形態では、レンズ層は、伝送帯域外の実質的にすべてのＵＶ（例えば約２００ｎｍから約３８０ｎｍ）、可視（例えば約３８０ｎｍから約７８０ｎｍ）および／またはＩＲ（例えば約７８０ｎｍから約２，０００ｎｍ）波長（例えば約２００ｎｍから約２，０００ｎｍのすべての伝送帯域外）を遮断（例えば反射する）することができる。いくつかの実施形態では、レンズ層は、頂点１１６を通るレンズ軸に沿って物品に入射する少なくとも波長λτの少なくとも約５０％（例えば、約６０％以上、約８０％以上、約９０％以上、約９５％以上、約９８％以上、約９９％以上）の光を反射することができ、ここで、λτは約２００ｎｍから約２，０００ｎｍの範囲にある。例えば、λτは、約２００ｎｍ、約３００ｎｍ、約４００ｎｍ、約５００ｎｍ、約６００ｎｍ、約７００ｎｍ、約８００ｎｍ、約９００ｎｍ、約１，０００ｎｍ、約１，１００ｎｍ、約１，２００ｎｍ、約１，３００ｎｍ、約１，４００ｎｍ、約１，５００ｎｍ、約１，６００ｎｍ、約１，７００ｎｍ、約１，９００ｎｍ、または約２，０００ｎｍであってもよい。実施形態では、レンズ層は、例えば幅５０ｎｍ以上（例えば、約１００ｎｍ以上、約２００ｎｍ以上、約３００ｎｍ以上、約４００ｎｍ以上、約５００ｎｍ以上）の波長帯域Δλτといった、約２００ｎｍから約２，０００ｎｍの範囲の複数波長について、少なくとも約５０％（例えば、約６０％以上、約８０％以上、約９０％以上、約９５％以上、約９８％以上、約９９％以上）を反射することができる。
【００７９】
伝送帯域と遮断波長との間でレンズ層のスペクトル特性が遷移する波長はバンド端と呼ばれる。バンド端の位置は、ｚ軸に平行に伝搬する光に対するレンズ層の透過率が伝送帯域内での最大透過率の５０％になる波長に対応する。概して、バンド端の位置は、レンズ層のサブレイヤの厚さに基づいて選択可能である。いくつかの実施形態では、レンズ層は、ＵＶ光が可視光に遷移するスペクトル領域にバンド端を持ち得る。例えば、レンズ層は、約３５０ｎｍ以上（例えば、約３６０ｎｍ以上、約３７０ｎｍ以上、約３８０ｎｍ以上、約３９０ｎｍ以上、約４００ｎｍ以上、約４１０ｎｍ以上、約４２０ｎｍ以上）の位置にバンド端を有し得る。特定の実施形態では、レンズ層は、可視光がＩＲ光に遷移するスペクトル領域にバンド端を有し得る。例えば、レンズ層は、約６５０ｎｍ以上（例えば、約６６０ｎｍ以上、約６７０ｎｍ以上、約６８０ｎｍ以上、約６９０ｎｍ以上、約７００ｎｍ以上、約７１０ｎｍ以上、約７２０ｎｍ以上、約７３０ｎｍ以上、約７４０ｎｍ以上、約７５０ｎｍ以上、約７６０ｎｍ以上、約７７０ｎｍ以上、約７８０ｎｍ以上、約７９０ｎｍ以上、約８００ｎｍ以上）の位置にバンド端を有し得る。いくつかの実施形態では、レンズ層１１１の透過率が、通過波長の一部またはすべてで高くなり得る。例えば、通過波長での透過率を約８０％以上（例えば、約９０％以上、約９５％以上、約９８％以上、約９９％以上）であるようにすることができる。
【００８０】
概して、通過波長での透過率は、レンズ層の作製に用いられる材料の吸収および均一性と、サブレイヤの厚さの均一性および精度とに左右される。例えば、通過波長での吸収率が比較的高い材料は、レンズ層に衝突する光を吸収して透過率を抑えることができる。入射光を散乱させることで、レンズ層における不均質さ（例えば不純物および／または結晶ドメイン）が透過率を落とすことがある。サブレイヤの厚さに相違があると、通過波長での入射光のコヒーレントな反射につながって、その透過率が落ちることがある。また、レンズ層と大気との界面における反射率の損失を抑えることで透過率をさらに高めることができる。
【００８１】
遮断波長全体またはその一部での透過率は、約５％以下（例えば、約４％以下、約３％以下、約２％以下、約１％以下）といった具合に比較的低いことがある。これらの波長でのレンズ層の反射率および／または吸収を高めると、遮断波長での透過率を抑えることができる。レンズ層のサブレイヤの数を増やし、および／または低屈折率層と高屈折率層との屈折率差を大きくすると、遮断波長の反射率を高めることができる。
【００８２】
概して、基板１０１は、レンズアレイ１０１を機械的に支持する。特定の実施形態では、基板１０１は、波長λの光に対して透明であり、波長λで法線方向から入射する光を実質的にすべて（例えば、約９０％以上、約９５％以上、約９７％以上、約９９％以上、約９９．５％以上）透過する。
【００８３】
概して、基板１０１は、他の層を支持可能なレンズアレイ１００に用いる製造プロセスと相性のよいどのような材料からでも作製可能である。特定の実施形態では、基板１０１は、ＢＫ７（Abrisa Corporationから入手可能）、ホウケイ酸ガラス（例えばCorningから入手可能なパイレックス（登録商標））、アルミノケイ酸ガラス（例えばCorningから入手可能なＣ１７３７）または石英／溶融石英などのガラスから作製される。いくつかの実施形態では、結晶材料または結晶性（または半結晶性）半導体（例えば、Ｓｉ、ＩｎｐまたはＧａＡｓ）から基板１０１を作製することができる。また、ポリマー（例えばプラスチック）といった無機材料から基板１０１を作製することもできる。ポリマーの例として、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレートが挙げられる。
【００８４】
いくつかの実施形態では、基板１０１は突出部１１２ａ〜１１２ｈと同一の材料で作製される。例えば、基板材料片の表面にエッチングまたはエンボスで突出部１１２ａ〜１１２ｈを形成し、これによってモノリシック基板／突出部構造を得ることができる。
【００８５】
特定の実施形態では、基板１０１がレンズ層１１１と同一の材料で形成される。例えば、基板１０１およびレンズ層１１１の両方を同一の無機ガラスから作製することができる。
【００８６】
いくつかの実施形態では、基板１０１、突出部１１２ａ〜１１２ｈおよびレンズ層１１１をすべて同一の材料で作製する。
【００８７】
いくつかの実施形態では、装置に対してレンズ層および突出部の機械的な支持以外の別の機能を持たせる基板上にレンズアレイを作製する。例えば、後述するように、いくつかの実施形態では、検出器および／またはエミッタの対応するアレイを含む基板上にレンズアレイを作製することができる。
【００８８】
概して、レンズアレイは、レンズアレイ１００で示したものに加えて別の構成要素を含み得る。例えば、いくつかの実施形態では、レンズアレイは、レンズアレイ１００で示したものに加えて別の層を含み得る。図３Ａを参照すると、例えば、レンズアレイ３００は、基板３０１およびレンズ層３１１に加えてエッチング停止層３３０および反射防止膜３５０を含む。
【００８９】
エッチング停止層３３０は、突出部３１２ａ〜３１２ｈを形成する材料のエッチングに用いられるエッチングプロセス（下記参照）に対する耐性のある材料で形成される。エッチング停止層３３０をなす材料は、基板３０１およびレンズ層３１１をなす材料とも相性のよいものでなければならない。エッチング停止層３３０を形成可能な材料の例として、ＨｆＯ２、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＳｉＮｘまたは金属（例えば、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ）が挙げられる。
【００９０】
エッチング停止層３３０の厚さは、必要に応じて可変である。概して、エッチング停止層３３０は、基板１０１の有意なエッチングを防止できるだけの厚さであるが、レンズアレイ１００の光学性能に悪影響がおよぶほどは厚くならないようにする。いくつかの実施形態では、エッチング停止層３３０は約５００ｎｍ以下（例えば、約２５０ｎｍ以下、約１００ｎｍ以下、約７５ｎｍ以下、約５０ｎｍ以下、約４０ｎｍ以下、約３０ｎｍ以下、約２０ｎｍ以下）である。
【００９１】
反射防止膜３５０は、表面３０２を介してレンズアレイ３００から出る波長λの光の反射率を抑えることができる。反射防止膜３５０は、概して、１つまたは屈折率の異なるそれよりも多い数の層を含む。一例として、４つの高屈折率層と低屈折率層を交互に組み合わせて反射防止膜３５０を形成可能である。高屈折率層はＴｉＯ２またはＴａ２Ｏ５で形成可能であり、低屈折率層はＳｉＯ２またはＭｇＦ２で形成可能である。反射防止膜は、広帯域反射防止膜であっても狭帯域反射防止膜であってもよい。
【００９２】
いくつかの実施形態では、レンズアレイ３００は、波長λでレンズ３１０ａ〜３１０ｈに法線方向で入射する光の反射率が約５％以下（例えば、約３％以下、約２％以下、約１％以下、約０．５％以下、約０．２％以下）である。さらに、レンズアレイ３００の透過率を波長λの光に対して高めることができる。例えば、光学的リターダは、ｚ軸に平行に伝搬して波長λでこれに衝突する光の約９５％以上の量（例えば、約９８％以上、約９９％以上、約９９．５％以上）を透過することができる。
【００９３】
いくつかの実施形態では、反射防止コーティングなどのコーティングをレンズアレイ表面上に堆積させて、界面からの反射を抑えることができる。さらに、レンズアレイ３００は、基板のレンズアレイとは反対側の表面を被覆した反射防止膜３５０を含むが、概して、レンズアレイは反射防止膜に加えてまたはこれの代わりに他のタイプの膜を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、レンズアレイは、基板のレンズアレイとは反対側の表面上に配置された光学フィルタ（例えば吸収性または反射性光学フィルタ）を含み得る。特定の実施形態では、レンズアレイは、基板のレンズアレイとは反対側の表面上に配置された偏光子（例えば吸収性または反射性偏光子）を含み得る。
【００９４】
図３Ｂを参照すると、レンズアレイ３００のレンズは、ｘ方向およびｙ方向に沿って周期的に配置される。ｘ軸およびｙ軸に沿ったレンズの空間周期をそれぞれ、上述したレンズアレイ１００のＰ１１０ｘおよびＰ１１０ｙに対応させてＰ３１０ｘおよびＰ３１０ｙとする。
【００９５】
図３Ｂに示されるように、Ｐ３１０ｘはＰ３１０ｙと同一であり、レンズは正方形の格子上に配置される。しかしながら、より一般的には、実施形態では、Ｐ３１０ｘはＰ３１０ｙとは異なるものであってもよい。言い換えれば、矩形の格子上にレンズ３１０を配置することができる。
【００９６】
他の配置も可能である。例えば、図３Ｃを参照すると、いくつかの実施形態では、レンズアレイ３６０に、六角形（六方）のパターンで配置されたレンズ３６１を含み得る。
【００９７】
いくつかの実施形態では、レンズアレイの異なる部分を異なるパターンで配置することができる。例えば、レンズアレイの一部を部分を六角形のパターンで配置しつつ、他の部分を正方形または矩形のパターンに配置することができる。
【００９８】
概して、レンズアレイのレンズには、下にある突出部のパターン（例えば突出部またはうねり）が反映されることになるため、まずは対応する突出部の配置を形成して、所望のレンズパターンを形成することができる。概して、レンズを一方向または二方向に沿って周期的または準周期的（不整合な空間周波数（incommensurate special frequency）で２つまたは３つ以上の周期配置として数学的に表現可能な配置）に配置してもよいし、ランダムなパターンで配置してもよい。例えば、アレイを準周期的またはランダムなパターンで配置して、レンズ寸法および／またはレンズ周期に近い（on the order of）波長の光の回折を減らすことが可能である。
【００９９】
さらに、図３Ｂおよび図３Ｃに示すアレイは円形のレンズを有するが、概して、他のレンズ形状（例えば正方形または矩形）も可能である。例えば、特定の方向（例えばｘ方向またはｙ方向）にレンズを細長くすることが可能である。
【０１００】
さらに、図３Ｂおよび図３Ｃに示すアレイは二次元アレイであるが、特定の実施形態は、一次元レンズアレイを含む。例えば、図３Ｄを参照すると、レンズアレイ３７０はレンズ３７１の一次元アレイを含む。レンズはｘ軸に沿って周期的に配置されるが、レンズアレイ３７０の長さの端から端までｙ方向に延在する。
【０１０１】
レンズのアレイはまた、異なる寸法と形状のレンズを含み得る。例えば、レンズアレイは、円形および非円形（例えば楕円形）のレンズを含み得る。これに代えて、あるいはこれに加えて、レンズアレイは曲率半径の異なるレンズを含むものであってもよい。いくつかの実施形態では、レンズアレイは、横方向寸法の異なるレンズを含む。例えば、レンズアレイは、ｌｘが異なるおよび／またはｌｙが異なるレンズを含むものであってもよい。レンズアレイのレンズは、焦点面が異なるおよび／またはウエスト寸法が異なるものであってもよい。
【０１０２】
概して、レンズアレイは必要に応じて作製可能なものである。作製プロセス例の異なる段階を図４Ａ〜図４Ｉに示す。最初に、図４Ａに示すような基板４４０を用意する。基板４４０の表面４４１を研磨および／または清浄（例えば、基板を１種以上の溶媒、酸に曝露するおよび／または基板を焼成する）することが可能である。
【０１０３】
図４Ｂを参照すると、基板４４０の表面４４１上にエッチング停止層４３０が堆積される。エッチング停止層４３０をなす材料については、スパッタリング（例えば無線周波数スパッタリング）、蒸着（例えば電子ビーム蒸着、イオンアシスト蒸着（ＩＡＤ）電子ビーム蒸着）またはプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）などの化学気相成長法（ＣＶＤ）をはじめとする多種多様な技法のうちの１つを用いて、あるいは酸化によって、形成可能である。一例として、ＩＡＤ電子ビーム蒸着によって基板４４０上にＨｆＯ２の層を堆積させることができる。
【０１０４】
図４Ｃを参照すると、エッチング停止層４３０の表面４３１上に中間層４１０が堆積される。中間層４１０のエッチングによって突出部とするため、中間層４１０は突出部に用いる材料で作られる。中間層４１０をなす材料については、スパッタリング（例えば無線周波数スパッタリング）、蒸着（例えば電子ビーム蒸着）または化学気相成長法（ＣＶＤ）（例えばプラズマＣＶＤ）をはじめとする多種多様な技法のうちの１つを用いて堆積させることが可能である。一例として、スパッタリング（例えば無線周波数スパッタリング）、ＣＶＤ（例えばプラズマＣＶＤ）または電子ビーム蒸着（例えばＩＡＤ電子ビーム蒸着）によってエッチング停止層４３０上にＳｉＯ２の層を堆積させることができる。中間層４１０の厚さは、突出部の所望の厚さに応じて選択される。
【０１０５】
特定の実施形態では、リソグラフィ技法で中間層４１０を加工して突出部を得る。例えば、電子ビームリソグラフィまたはフォトリソグラフィを用いて（例えばフォトマスクを用いるまたはホログラム技術を用いる）中間層４１０から突出部を形成することができる。いくつかの実施形態では、ナノインプリントリソグラフィを用いて突出部を形成する。図４Ｄを参照すると、ナノインプリントリソグラフィは、中間層４１０の表面４１１上にレジストの層４２０を形成することを含む。レジストには、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）またはポリスチレン（ＰＳ）を用いることができる。図４Ｅを参照すると、金型を利用してレジスト層４２０にパターンを刻印する。パターン付きのレジスト層４２０は、薄肉部４２１と厚肉部４２２とを含む。次に、パターン付きのレジスト層４２０をエッチング（例えば酸素反応性イオンエッチング（ＲＩＥ））して薄肉部４２１を除去し、図４Ｆに示すように中間層４１０の表面４１１の部分４２４を露出させる。厚肉部４２２もエッチングされるが、完全には除去されない。したがって、レジストの部分４２３はエッチング後も表面４１１上に残る。
【０１０６】
図４Ｇを参照すると、続いて中間層４１０の露出部分をエッチングし、中間層４１０にギャップ４１２を形成する。中間層４１０のエッチング処理されていない部分が突出部４１３となる。中間層４１０のエッチングについては、例えば、反応性イオンエッチング、イオンビームエッチング、スパッタリングエッチング、化学イオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ）またはウェットエッチングを用いて実施することが可能である。エッチング法に対して耐性のある材料で作られたエッチング停止層４３０まで中間層４１０の露出部分をエッチダウンする。このため、エッチングによって形成されるギャップ４１２の深さは、突出部４１３の厚さと同じである。エッチングギャップ４１２の後、図４Ｈに示されるように残ったレジスト４２３を突出部４１３から除去する。レジストを除去するには、溶媒（例えばアセトンまたはアルコールといった有機溶媒）中で物品をすすぐか、Ｏ２プラズマアッシング、Ｏ２ＲＩＥまたはオゾンクリーニングを利用してもよい。
【０１０７】
図４Ｉを参照すると、残ったレジストを除去した後、物品上に材料を堆積させてレンズ層４０１を形成する。堆積された材料が突出部の形に十分になじんで、レンズ層の表面に対応するレンズが得られさえすれば、スパッタリング、電子ビーム蒸着、ＣＶＤ（例えば高密度ＣＶＤまたはプラズマＣＶＤ）または原子層堆積（ＡＬＤ）をはじめとする多種多様な方法で突出部上に材料を堆積させることが可能である。
【０１０８】
最後に、基板４４０の表面４２５上に反射防止膜４５０を堆積させる。反射防止膜をなす材料については、スパッタリング、電子ビーム蒸着またはＡＬＤなどによって物品上に堆積させることが可能である。
【０１０９】
以上、図４Ａ〜図４Ｉを参照して突出部を形成するための特定のステップについて説明したが、他のステップを用いることも可能である。いくつかの実施形態では、例えば、レジストでマスクした層ではなくレジスト材料の層に直接、突出部を形成する。特定の実施形態では、基板表面（例えばプラスチック基板の表面）上に突出部を直接エンボス加工する。
【０１１０】
上述したように、いくつかの実施形態では、レンズ層４０１および反射防止膜４５０をなす材料を、原子層堆積（ＡＬＤ）で生成する。図５を参照すると、ＡＬＤシステム５００を利用し、ナノラミネート多層フィルムなどの均質の材料または複合材料を用いて、（基板４４０と突出部４１３とから構成される）中間体物品５０１上に材料を堆積させる。理論に拘泥されることなく、ＡＬＤでの堆積は単層ごとに行われるためフィルムの組成と厚さが実質的に制御され、ＡＬＤでの堆積を利用することで、システム５００に対する表面の向きとは関係なく物品５０１の露出面上に実質的に一定の堆積比で材料を堆積可能であると考えられる。
【０１１１】
単層の堆積時、前駆体の蒸気をチャンバに導入し、部分１１２、エッチング停止層の表面１３１あるいは、これらの表面に隣接する先に堆積させた単層の露出面上に吸着させる。続いて、吸着された前駆体と化学的に反応する反応剤をチャンバに導入して、所望の材料の単層を形成する。表面上での化学反応の自己制限的な性質がゆえに、堆積される層の大面積での均一性と膜厚とを厳密に制御することが可能である。さらに、各露出面に対する前駆体の非方向性の吸着がゆえに、チャンバ５１０に対する表面の向きとは関係なく露出面上に材料が均一に堆積される。したがって、ナノラミネートフィルムの層は、実質的に中間体物品３０１の突出部の形状に沿うことになる。
【０１１２】
ＡＬＤシステム５００には、マニホールド５３０を介してソース５５０、５６０、５７０、５８０および５９０に接続された反応チャンバ５１０を含む。ソース５５０、５６０、５７０、５８０および５９０はそれぞれ、供給ライン５５１、５６１、５７１、５８１および５９１を介してマニホールド５３０に接続されている。バルブ５５２、５６２、５７２、５８２および５９２はそれぞれ、ソース５５０、５６０、５７０、５８０および５９０からの気体の流れを調節する。ソース５５０は第１の前駆体、ソース５８０は第２の前駆体を収容しているのに対し、ソース５６０は第１の試薬、ソース５９０は第２の試薬を収容している。ソース５７０はキャリアガスを収容しているが、このキャリアガスは堆積プロセスの間チャンバ５１０を介して一定速度で流れ、前駆体と試薬を物品５０１に送るとともに、反応副生物を基板から運び去る。前駆体と試薬は、マニホールド５３０内のキャリアガスと混合状態でチャンバ５１０に導入される。チャンバ５１０からは出口ポート５４５を介して気体が排出される。ポンプ５４０がチャンバ５１０から出口ポート５４５を介して気体を排出する。ポンプ５４０はチューブ５４６を介して出口ポート５４５に接続されている。
【０１１３】
ＡＬＤシステム５００は、チャンバ５１０の温度を制御する温度コントローラ５９５を含む。堆積時、温度コントローラ５９５は物品５０１の温度を室温よりも上昇させる。概して、この温度は、前駆体と試薬とのすみやかな反応を容易にするが基板を破損することのない程度に高くなければならない。いくつかの実施形態では、物品５０１の温度は約５００℃以下（例えば、約４００℃以下、約３００℃以下、約２００℃以下、約１５０℃以下、約１２５℃以下、約１００℃以下）であってもよい。
【０１１４】
概して、物品５０１の場所によって温度がそれほど異ならないようにしておく必要がある。温度が大きくばらつくと、基板の場所によって前駆体と試薬との反応率にばらつきが生じる可能性があり、結果として堆積層の厚さおよび／または形態がばらつく可能性がある。いくつかの実施形態では、堆積表面の異なる部分間の温度は約４０℃以下（例えば、約３０℃以下、約２０℃以下、約１０℃以下、約５℃以下）ほど可変である。
【０１１５】
堆積プロセスのパラメータについては、電子コントローラ５９９で制御して同期させる。電子コントローラ５９９は、温度コントローラ５９５、ポンプ５４０、バルブ５５２、５６２、５７２、５８２および５９２と通信可能な状態にある。電子コントローラ５９９はまた、ユーザインタフェースを含み、このユーザインタフェースからオペレータが堆積プロセスのパラメータを設定し、堆積プロセスを監視し、あるいはシステム５００と交信することができる。
【０１１６】
図６も参照し、ＡＬＤプロセスが開始（６１０）されると、システム５００でソース５７０からのキャリアガスと第１の前駆体とを混合し、ソース５５０からチャンバ５１０に第１の前駆体を導入する（６２０）。物品５０１の露出面上に第１の前駆体の単層を吸着させ、チャンバにキャリアガスを連続的に流して残った前駆体をチャンバ５１０からパージする（６３０）。次に、システムでソース５６０からマニホールド５３０経由でチャンバ５１０に第１の試薬を導入する（６４０）。第１の試薬は、第１の前駆体の単層と反応し、第１の材料の単層が形成される。第１の前駆体の場合と同様に、キャリアガス流によって残った試薬をチャンバからパージする（６５０）。第１の材料の層が所望の厚さになるまでステップ６２０〜６６０を繰り返す（６６０）。
【０１１７】
材料の単層でレンズ層を形成する実施形態では、第１の材料の層が所望の厚さに達した時点でプロセスを終了する（６７０）。しかしながら、ナノラミネートフィルムの場合は、システムで第２の前駆体をマニホールド５３０経由でチャンバ５１０に導入する（６８０）。第１の材料の堆積層の露出面上に第２の前駆体の単層を吸着させ、残った前駆体をキャリアガスによってチャンバからパージする（６９０）。次に、システムでソース５８０からマニホールド５３０経由でチャンバ５１０に第２の試薬を導入する。第２の試薬は、第２の前駆体の単層と反応し、第２の材料の単層が形成される（７００）。チャンバにキャリアガスを流して残った試薬をパージする（７１０）。第２の材料の層が所望の厚さになるまでステップ７８０〜７１０を繰り返す（７２０）。
【０１１８】
ステップ７２０〜７３０を繰り返し、第１および第２の材料の別の層を堆積させる。所望の数の層が形成されたら（例えばレンズが所望の形状になる）、プロセスを終了（７４０）して被塗物をチャンバ５１０から取り出す。
【０１１９】
上述したプロセスおよび装置については、２種類の異なる材料を含むナノラミネート材料または均質の材料の層を形成する場合について説明してきたが、より一般的には、このプロセスを利用して、３種類以上の材料を含むナノラミネートを堆積させることが可能である。いくつかの実施形態では、このプロセスを利用して、屈折率が段階的に異なる層を堆積させることができる。
【０１２０】
上述したプロセスの各サイクルでは試薬よりも前に前駆体をチャンバに導入しているが、他の例では、前駆体よりも前に試薬を導入することが可能である。前駆体と試薬を導入する順序は、露出面に対するそれらの相互作用に基づいて選択可能である。例えば、前駆体と表面との間の結合エネルギが試薬と表面との間の結合エネルギよりも大きい場合、試薬よりも前に前駆体を導入することができる。あるいは、試薬の結合エネルギのほうが大きければ、前駆体よりも前に試薬を導入することができる。
【０１２１】
各単層の厚さは、概して、多数の要因に左右される。例えば、各単層の厚さは堆積対象となる材料のタイプに左右されることがある。大きめの分子から構成される材料では、小さめの分子から構成される材料よりも単層が厚くなる場合がある。
【０１２２】
物品の温度が単層の厚さに影響することもある。例えば、前駆体によっては、温度が高くなると堆積サイクルで表面への前駆体上の吸着が減り、低めの基板温度で形成されるであろうよりも単層の厚さが薄くなる可能性がある。
【０１２３】
前駆体のタイプと試薬のタイプならびに、前駆体および試薬の投入量が単層の厚さに影響することもある。いくつかの実施形態では、特定の前駆体とともに材料の単層を堆積させることができるが、異なる試薬を用いると、それぞれの組み合わせごとに単層の厚さが異なる。同様に、異なる前駆体で作られる材料の単層を用いると、前駆体によって単層の厚さが変わる可能性がある。
【０１２４】
単層の厚さに影響し得る他の要因の例として、パージ時間、被覆面での前駆体の滞留時間、リアクタの圧力、リアクタの物理形状、堆積された材料の上に生成される副生物によって生じる可能性のある作用が挙げられる。副生物が膜厚に影響する例として、堆積された材料が副生物によって食刻されてしまう場合が挙げられる。例えば、ＴｉＣｌ４前駆体と水を試薬として用いてＴｉＯ２を堆積させる場合、ＨＣｌが副生物になる。ＨＣｌは排出される前に堆積されたＴｉＯ２を食刻する可能性がある。食刻が生じると堆積された単層の厚さが薄くなり、基板の特定の部分が他の部分よりも長時間にわたってＨＣｌに曝露される（例えば、基板の排気管に近い部分が基板の排気管に遠い部分よりも長時間にわたって副生物に曝露される）と、基板全体でみた単層の厚さにばらつきが生じることがある。
【０１２５】
概して、単層の厚さは約０．１ｎｍから約５ｎｍである。例えば、１つ以上の堆積された単層の厚さを約０．２ｎｍまたはそれよりも厚く（例えば、約０．３ｎｍ以上、約０．５ｎｍ以上）することができる。いくつかの実施形態では、１つ以上の堆積された単層の厚さを約３ｎｍ以下（例えば、約２ｎｍ、約１ｎｍ以下、約０．８ｎｍ以下、約０．５ｎｍ以下）にしてもよい。
【０１２６】
堆積された単層の平均厚については、あらかじめ定められた数の単層を基板上に堆積させ、材料の層として判断すればよい。続いて、堆積された層の厚さを測定（例えば、偏光解析法、電子顕微鏡検査または他の何らかの方法による）する。このようにすれば、測定された層厚を堆積サイクル数で除して堆積された単層の平均厚を求めることができる。堆積された単層の平均厚が単層の理論厚と対応することもある。単層の理論厚とは、単層をなす分子の特性寸法のことであり、材料のかさ密度と分子の分子量から計算で求めることができる。例えば、ＳｉＯ２の単層の厚さの推定値は約０．３７ｎｍである。厚さは、１立方センチメートルあたりの密度２．０グラムで非晶質ＳｉＯ２の式単位の立方根として推定される。
【０１２７】
いくつかの実施形態では、堆積された単層の平均厚を単層の理論厚に対する割合と対応させることができる（例えば、単層の理論厚の約０．２、単層の理論厚の約０．３、単層の理論厚の約０．４、単層の理論厚の約０．５、単層の理論厚の約０．６、単層の理論厚の約０．７、単層の理論厚の約０．８、単層の理論厚の約０．９）。あるいは、堆積された単層の平均厚を２以上の単層の理論厚から単層の理論厚の約３０倍までと対応させることも可能である（例えば、単層の理論厚に対して約２倍以上、単層の理論厚に対して約３倍以上、単層の理論厚に対して約５倍以上、単層の理論厚に対して約８倍以上、単層の理論厚に対して約１０倍以上、単層の理論厚に対して約２０倍以上）。
【０１２８】
堆積プロセスでは、チャンバ５１０内の圧力を実質的に一定圧に維持してもよいし、変化させてもよい。チャンバを流れるキャリアガスの流量を制御すると、概して、圧力が制御される。概して、圧力は、化学吸着種を有する表面を前駆体が飽和させ、前駆体によって残った表面種と試薬が完全に反応し、前駆体の次のサイクルのために反応部位から離れることができるような十分な高さでなければならない。チャンバの圧力が低すぎる（前駆体および／または試薬の投入量が少なすぎる場合などに起こり得る）および／またはポンプ速度が高すぎると、表面が前駆体で飽和しないことがあり、反応が自己制限的ではなくなることがある。これが生じると、堆積された層の厚さが不均一になる可能性がある。さらに、チャンバの圧力は、前駆体と試薬との反応によって生じる反応生成物の取り出しに支障があるほどは高くなりすぎないようにしなければならない。次に投入すべき前駆体をチャンバに導入すると残った副生物が表面の飽和に干渉することがある。いくつかの実施形態では、チャンバの圧力を約０．０１Ｔｏｒｒから約１００Ｔｏｒｒ（例えば、約１Ｔｏｒｒのように、約０．１Ｔｏｒｒから約２０Ｔｏｒｒ、約０．５Ｔｏｒｒから１０Ｔｏｒｒ）に維持する。
【０１２９】
概して、各サイクルでの前駆体および／または試薬の導入量については、チャンバの寸法、基板の露出面の面積および／またはチャンバの圧力に応じて選択できる。各サイクルでの前駆体および／または試薬の導入量を経験的に求めることもできる。
【０１３０】
バルブ５５２、５６２、５８２、および５９２の開閉タイミングによって、各サイクルでの前駆体および／または試薬の導入量を制御することが可能である。前駆体または試薬の導入量は、各サイクルで各バルブが開いている時間に対応する。十分な前駆体を導入して基板表面の適切な単層カバレッジを得られるだけの時間、バルブを開いておく必要がある。同様に、各サイクルにおける試薬の導入量についても、露出面上に堆積された実質的にすべての前駆体と反応できるだけの十分な量にしておかなければならない。必要以上の前駆体および／または試薬を導入すると、サイクルタイムが長くなるおよび／または前駆体および／または試薬が無駄になる可能性がある。いくつかの実施形態では、前駆体の投入量が、サイクルごとに約０．１秒から約５秒間、適切なバルブを開くことに対応する（例えば、約０．２秒以上、約０．３秒以上、約０．４秒以上、約０．５秒以上、約０．６秒以上、約０．８秒以上、約１秒以上）。同様に、試薬の投入量が、サイクルごとに約０．１秒から約５秒間、適切なバルブを開くことに対応していてもよい（例えば、約０．２秒以上、約０．３秒以上、約０．４秒以上、約０．５秒以上、約０．６秒以上、約０．８秒以上、約１秒以上）。
【０１３１】
前駆体の投入と試薬の投入との間の時間がパージに対応する。各パージ時間は、残った前駆体または試薬をチャンバから除去できるだけの長さでなければならないが、これよりも長くなると何の利点もないのにサイクル時間を長くすることになりかねない。各サイクルでの個々のパージ時間については、同一であっても異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、パージ時間が約０．１秒以上（例えば、約０．２秒以上、約０．３秒以上、約０．４秒以上、約０．５秒以上、約０．６秒以上、約０．８秒以上、約１秒以上、約１．５秒以上、約２秒以上）であり、概して、パージ時間は約１０秒以下（例えば、約８秒以下、約５秒以下、約４秒以下、約３秒以下）である。
【０１３２】
前駆体を順に投入する時間がサイクル時間に相当する。サイクル時間は、異なる材料の単層を堆積させるサイクルごとに同一であってもよいし、異なっていてもよい。さらに、サイクル時間は、異なる前駆体および／または異なる試薬を用いる場合の、同一の材料の単層を堆積させるサイクルごとに同一であっても異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、サイクル時間は、約２０秒以下（例えば、約１５秒以下、約１２秒以下、約１０秒以下、約８秒以下、約７秒以下、約６秒以下、約５秒以下、約４秒以下、約３秒以下）であってもよい。サイクル時間を短くすれば堆積プロセスの時間を短縮することができる。
【０１３３】
前駆体は、概して、ＡＬＤプロセスと適合するように、なおかつ試薬との反応時に所望の堆積材料が得られるように選択される。また、前駆体と材料とは、これを堆積させる材料と（例えば、基板材料または前に堆積された層をなす材料と）適合するものでなければならない。前駆体の例として、ＴｉＣｌ４、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＴａＣｌ３、ＨｆＣｌ４、ＩｎＣｌ３およびＡｌＣｌ３といった塩化物（例えば金属塩化物）が挙げられる。いくつかの実施形態では、有機化合物を前駆体として用いることができる（例えば、Ｔｉ−エタオキシド、Ｔａ−エタオキシド、Ｎｂ−エタオキシド）。有機化合物前駆体のもう１つの例に（ＣＨ３）３Ａｌがある。
【０１３４】
試薬も、概して、ＡＬＤプロセスと適合するように選択され、前駆体および材料の化学に基づいて選択される。例えば、材料が酸化物であれば、試薬を酸化剤にすることができる。好適な酸化剤の例として、水、過酸化水素、酸素、オゾン、（ＣＨ３）３Ａｌおよびさまざまなアルコール類（例えば、エチルアルコール、ＣＨ３ＯＨ）が挙げられる。例えば水は、前駆体ＴｉＣｌ４を酸化させてＴｉＯ２を得る、ＡｌＣｌ３を酸化させてＡｌ２Ｏ３を得る、Ｔａ−エタオキシドを酸化させてＴａ２Ｏ５を得る、Ｎｂ−エタオキシドを酸化させてＮｂ２Ｏ５を得る、ＨｆＣｌ４を酸化させてＨｆＯ２を得る、ＺｒＣｌ４を酸化させてＺｒＯ２を得る、ＩｎＣｌ３を酸化させてＩｎ２Ｏ３を得る上での好適な試薬である。いずれの場合も、副生物としてＨＣｌが生成される。いくつかの実施形態では、（ＣＨ３）３Ａｌを用いてシラノールを酸化させ、ＳｉＯ２を得ることができる。
【０１３５】
多種多様な用途にレンズアレイを用いることが可能である。例えば、図７Ａを参照すると、レンズアレイ８１０が検出器アレイ８００の一部をなしている。レンズアレイ８１０はレンズ８１１を含み、その各々が検出器素子８２１に対応する。検出器素子８２１は各々、対応するレンズの焦点面またはその付近に配置された感光性素子８２２を含み、ｚ軸に平行に伝搬してレンズ素子に入射する光８０１を、各レンズ８１１で、レンズ素子８１１に対応する検出器素子の感光性素子８２２に収束させる。
【０１３６】
いくつかの実施形態では、検出器素子８２１は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）または電荷結合装置（ＣＣＤ）の検出器素子である。
【０１３７】
図７Ａには検出器素子を８つしか示していないが、概して、検出器アレイの検出器素子の数については変更可能である。さらに、検出器アレイを断面で図示し、一方向にのみ配列された素子を示してあるが、検出器アレイ８００が二次元アレイであってもよい。検出器アレイの実施形態としては、約１０６個以上の数（例えば、約２×１０６個以上、約３×１０６個以上、約４×１０６個以上、約５×１０６個以上、約６×１０６個以上、約７×１０６個以上、約８×１０６個以上）の検出器素子を含み得る。
【０１３８】
検出器アレイの実施形態には、図７Ａに示したもの以外に別の構成要素を含み得る。例えば、いくつかの実施形態では、検出器アレイ８００には、各検出器素子に対応するカラーフィルタを含み得る。例えば、検出器アレイ８００には、それぞれの検出器素子に対して、赤、緑または青の光だけを送る、赤、緑、青のカラーフィルタのアレイを含み得る。もう１つの例では、検出器アレイ８００には、シアン、マゼンタ、イエローのカラーフィルタのアレイを含み得る。
【０１３９】
感光性素子８２２上に光を収束させるのにレンズアレイを使用することで、検出器アレイの集光効率を改善することができる。集光効率とは、λでレンズ８１１に入射し、感光性素子８２２に入射する光の強度のパーセンテージである。
【０１４０】
いくつかの実施形態では、検出器アレイ８００の集光効率が、λで約５０％以上（例えば、約６０％以上、約７０％以上、約８０％以上、約９０％以上、約９５％以上）か、それを上回る。
【０１４１】
レンズアレイを用いていない検出器アレイと比較して、集光効率が高い検出器アレイのほうが一般には感度が高い（例えば信号対雑音比が高い）。
【０１４２】
検出器アレイ８００などの検出器アレイを多種多様な用途に利用することができる。いくつかの実施形態では、携帯電話用のデジタルカメラなどのデジタルカメラに検出器アレイを利用する。また、例えば分光光度計などの計測ツールに検出器アレイを利用することもできる。いくつかの実施形態では、遠隔通信システムに検出器アレイを利用する。例えば、光ファイバ通信システム用の検出モジュールに検出器アレイを利用することができる。
【０１４３】
図７Ｂを参照すると、いくつかの実施形態では、フラットパネルディスプレイ８５０などの放出（emissive）装置にレンズアレイ８６０を利用する。レンズアレイ８６０に加えて、フラットパネルディスプレイ８５０は、放出ピクセル８７１のアレイ８７０を含む。各放出ピクセル８６１は、動作時に所望の波長の光を放出する放出素子８６２を含む。
【０１４４】
レンズアレイ８６０の各レンズ８６１が、それぞれのピクセル８７１に対応する。動作時、対応するピクセルから放出される光８５１が、レンズアレイ８６０の対応するレンズ８６１によって平行化され、ディスプレイ８００を出てｚ軸に平行に伝搬する。このようにして、レンズアレイ８６０は、レンズアレイを含まない同様のディスプレイと比較して、ディスプレイ８５０によって放出される光に対して一層高い方向性をもたらす。
【０１４５】
検出器アレイ８００とフラットパネルディスプレイ８５０のどちらでも、それぞれのレンズアレイ８１０および８６０を装置の製造時に検出器／ピクセルアレイと一体化することが可能である。
【０１４６】
用途によっては、光源からの放射線の均質化にレンズアレイを利用することができる。例えば、図８を参照すると、光学系９００で２つのレンズアレイ９１０および９２０を用いて、光源９４０から標的９３０に向かう放射線を均質化する。ソース９４０から（例えば等方的に）放出される光は、反射体９５０によって第１のレンズアレイ９１０に送られる。このレンズアレイが近軸放射線を第２のレンズアレイ９２０に収束させる。第２のレンズアレイ９２０は、放射線を均質に分散（例えば、放射線が標的９３０上のそれぞれの位置で実質的に一定の強度を有するようにする）させて標的９３０に送る。
【０１４７】
いくつかの実施形態では、均質な平行光線を標的に送るための照明システムにレンズアレイを利用することができる。例えば、投写型ディスプレイ（例えば、背面投写型ディスプレイまたは前面投写型ディスプレイ）にレンズアレイを利用して、光変調器（例えば、ポリ−シリコンＬＣライトバルブまたはデジタルマイクロミラーデバイス）に平行照明（collimated illustration）を与えることが可能である。いくつかの実施形態では、第１のレンズアレイを利用して投写型ディスプレイの投影光学系の入口開口部にソースからの光を収束させ、第２のレンズアレイで収束光を平行化した上で光変調器を照射させる。
【０１４８】
レンズアレイのさらに他の用途に、放射線を光ファイバに結合させるおよび／または光ファイバから出る光を平行化するための遠隔通信システムの構成要素としての用途が挙げられる。
【実施例】
【０１４９】
実施例１：ＡＬＤが均質に堆積されたレンズアレイ
厚さ０．５ｍｍの溶融石英基板を用いてレンズアレイを作製した。この基板の直径は１００ｍｍであった。この基板は、Ohara Corporation（Branchburg, NJ）から入手したものである。まず、以下のようにして基板の表面に円錐形の形状を有する突出部のアレイを形成した。電子ビーム堆積によって溶融石英基板上に厚さ１６０ｎｍのＣｒ層を堆積させた。厚さ約５００ｎｍのAZ1809フォトレジスト（Clariant Corporation, Fair Lawn, NJから入手）の層を、スピンコーターでＣｒ層の表面上に堆積させた。レジスト層を８０℃で約１分間焼成した後、Photronics, Inc.（Brookfield,CT）製のフォトマスクを用いてマスクアライナ（AB-M,Inc., San Jose, CAから入手）でパターン付き（patterned）放射線に曝露した。フォトマスクは、ドットの直径２μｍ、ピッチ１０μｍの周期的なドットパターンを有する明視野フォトマスクであった。露出したレジストを現像機に浸漬し、パターン付きのレジスト層を形成することで、AZ300現像機（Brewer Science, Inc., Rolla, MOから入手）で露出したレジスト層を現像した。次に、Cyantek Corporation（Fremont, CA）から入手したCR-7を用いてパターン付きのレジスト層で基板表面をエッチング処理した。
【０１５０】
エッチング処理後のＣｒ層は、直径が３００ｎｍから約１．５μｍの間でばらついたＣｒドットからなるものであった。続いて、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を利用して、Ｃｒドットをエッチマスクとして用いて溶融石英をエッチングした。溶融石英については、深さ約５μｍまでエッチングした。最後に、CR-7でＣｒマスクを取り除いた。
【０１５１】
エッチング後、基板表面は、正方形のパターンに配置された円錐形の突出部の二次元アレイからなるものであった。アレイの走査型電子顕微鏡写真を図９Ａに示す。図９Ａは、シードアレイの一部を倍率３，６４０倍で拡大した斜視図を示す。このアレイは、縦横とも約１０ミクロンの周期であった。円錐形の突出部の基部幅は約２．５ミクロン、頂部幅は約１．５ミクロンであった。突出部は高さ約５ミクロンであった。
【０１５２】
原子層堆積を使用して、以下のようにして基板表面の上方にＳｉＯ２のフィルムを生成した。フィルムを堆積させるために、Planar Systems, Inc.（Beaverton, OR）から入手したP400A  ＡＬＤ反応チャンバにエッチング処理した基板を入れた。堆積前に、ＡＬＤチャンバ内で約３時間、基板を３００℃まで加熱した。チャンバの圧力を約０．７５Ｔｏｒｒに維持したまま窒素ガスを約２ＳＬＭで流してチャンバをフラッシュした。ＳｉＯ２前駆体にはシラノール（トリス（ｔｅｒｔ−ブトキシ）シラノール）を利用し、約１１０℃まで予加熱した。この前駆体は、Sigma-Aldrich（St. Louis, MO）から入手した純度９９．９９９％グレードのものであった。使用した試薬は水であり、これを約１３℃に保った。ＡＬＤチャンバに１秒間水を導入してＳｉＯ２単層を堆積させた後、２秒間の窒素パージを行った。次にシラノールを１秒間導入した。その後、チャンバを窒素で３秒間パージした上で、次の回の試薬に移った。ＳｉＯ２層が厚さ約４．８μｍになるまで、このプロセスを繰り返した。
【０１５３】
図９Ｂを参照して、得られた構造について走査型電子顕微鏡法を利用して研究した。図９Ｂは、レンズアレイの一部を倍率３，７３０倍で拡大した斜視図を示す。このマイクロレンズアレイは、直径約１０ミクロン、基部から頂点までの高さ約５ミクロンのほぼ球面のレンズから構成される。
【０１５４】
実施例２：多層ＡＬＤが堆積されたレンズアレイ
実施例１で説明したようにして、円錐形の突出部の二次元アレイを形成した。シード層上への原子層堆積を利用して、以下のようにして基板表面上に多層フィルムを生成した。
【０１５５】
高屈折率の材料にはＴｉＯ２、低屈折率の材料にはＳｉＯ２を用いた。高屈折率の材料の前駆体には、Sigma-Aldrich（St. Louis, MO）から入手した純度９９．９９９％グレードのＴｉ−エタオキシドを用いた。Ｔｉ−エタオキシドを約１５０℃まで予加熱した。低屈折率の材料の前駆体には、同じくSigma-Aldrich（St. Louis, MO）から入手した純度９９．９９９％グレードのシラノール（トリス（ｔｅｒｔ−ブトキシ）シラノール）を用いた。シラノール（トリス（ｔｅｒｔ−ブトキシ）シラノール）を約１２０℃まで予加熱した。どちらの材料についても、試薬には脱イオン水を使用し、これをAllied Water Technologies（Danbury, CF）から入手した純水器で供給し、約１３℃に保った。
【０１５６】
多層フィルムを堆積させるために、Planar Systems, Inc.（Beaverton, OR）から入手したP400A  ＡＬＤ反応チャンバにエッチング処理した基板を入れた。チャンバから空気をパージした。チャンバの圧力を約１Ｔｏｒｒに維持したままチャンバに窒素を流した。チャンバの温度については１７０℃に設定し、基板が熱的に平衡するよう約７時間放置した。熱的な平衡に達したら、以下のようにして基板上にＴｉＯ２とＳｉＯ２の層を交互に堆積させた。
【０１５７】
給水器へのバルブを１秒間開いて初回の水蒸気をチャンバに導入した。給水器へのバルブを閉じた後、窒素を２秒間流してチャンバをパージした。次に、Ｔｉ−エタオキシドへのバルブを１秒間開き、Ｔｉ−エタオキシドをチャンバに導入した。このチャンバを、再度窒素流で２秒間パージした上で、次に投入する水蒸気を導入した。パージとパージとの間に、水蒸気とＴｉ−エタオキシドとを交互に投入し、基板の露出面上にＴｉＯ２の層を形成した。このサイクルを数時間繰り返した。厳密な数は表Ｉに示すように所望の層の厚さによって決まる。
【０１５８】
同様のプロセスを用いて、ＳｉＯ２層を形成した。給水器へのバルブを１秒間開いて初回の水蒸気をチャンバに導入した。給水器へのバルブを閉じた後、窒素を２秒間流してチャンバをパージした。次に、シラノールへのバルブを１秒間開き、ＳｉＯ２試薬をチャンバに導入した。このチャンバを、再度窒素流で３秒間パージした上で、次に投入する水蒸気を導入した。パージとパージとの間に、水蒸気とシラノールとを交互に投入し、露出面上にＳｉＯ２の層を形成した。このサイクルを数時間繰り返した。厳密な数は表Ｉに示すように所望の層の厚さによって決まる。
【０１５９】
【表１】
2009537032.tif 000003
【０１６０】
図１０Ａおよび図１０Ｂを参照して、得られた構造について走査型電子顕微鏡法を利用して研究した。図１０Ａは、レンズアレイの一部を倍率約６，５００倍で拡大した斜視図を示す。図１０Ｂは、倍率約１４，０００倍で拡大したレンズの断面図を示す。このマイクロレンズアレイは、直径約１０ミクロン、基部から頂点までの高さ約５ミクロンのほぼ球面で六方最密構造のレンズからなっていた。
【０１６１】
図１１を参照すると、Perkin-Elmer（Wellesley, MA）から入手したLambda 14 UV/V isスペクトロメータを用いて、光学フィルタの性能について調査した。レンズアレイから約１０ｍｍと約１００ｍｍの位置に検出器を配置して、０°での入射でレンズアレイの透過スペクトルを測定した。０°では、通過帯域が約３８０ｎｍから約６５０ｎｍにあった。レンズアレイから約１００ｍｍの位置にある検出器を用いて得られた測定値によると、これらの波長での透過率は約１７％から２０％であった。このレンズアレイは、波長約６７０ｎｍから約１，１００ｎｍの光を実質的に遮断した。
【０１６２】
他の実施形態は以下の特許請求の範囲にある。
【図１Ａ】
2009537032.tif 000004
【図１Ｂ】
2009537032.tif 000005
【図１Ｃ】
2009537032.tif 000006
【図１Ｄ】
2009537032.tif 000007
【図１Ｅ】
2009537032.tif 000008
【図１Ｆ】
2009537032.tif 000009
【図２】
2009537032.tif 000010
【図２Ｂ】
2009537032.tif 000011
【図３Ａ】
2009537032.tif 000012
【図３Ｂ】
2009537032.tif 000013
【図３Ｃ】
2009537032.tif 000014
【図３Ｄ】
2009537032.tif 000015
【図４Ａ】
2009537032.tif 000016
【図４Ｂ】
2009537032.tif 000017
【図４Ｃ】
2009537032.tif 000018
【図４Ｄ】
2009537032.tif 000019
【図４Ｅ】
2009537032.tif 000020
【図４Ｆ】
2009537032.tif 000021
【図４Ｇ】
2009537032.tif 000022
【図４Ｈ】
2009537032.tif 000023
【図４Ｉ】
2009537032.tif 000024
【図５】
2009537032.tif 000025
【図６】
2009537032.tif 000026
【図７Ａ】
2009537032.tif 000027
【図７Ｂ】
2009537032.tif 000028
【図８】
2009537032.tif 000029
【図９Ａ】
2009537032.tif 000030
【図９Ｂ】
2009537032.tif 000031
【図１０Ａ】
2009537032.tif 000032
【図１０Ｂ】
2009537032.tif 000033
【図１１】
2009537032.tif 000034
【手続補正書】
【提出日】平成21年1月14日(2009.1.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子層堆積を用いて物品の表面上に第１の材料を堆積させて、前記第１の材料を含む層を形成するステップを含む方法であって、
前記物品の前記表面は複数の突出部を含み、前記第１の材料を含む前記層が複数のレンズを形成し、各レンズが基板表面上の突出部に対応する、方法。
【請求項２】
前記第１の材料を堆積させるステップが、複数の前記第１の材料の層を連続的に堆積させるステップを含み、前記第１の材料の層のうちの１つが前記物品の前記表面上に堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の前記第１の材料の層を堆積させるステップが、前駆体の層を堆積させるステップと、前記前駆体の前記層を試薬に曝露して前記第１の材料の層を供給するステップとを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の材料を含む前記層を形成するステップが、複数の第２の材料の層を、前記第２の材料の層のうちの１層が前記第１の材料の上に堆積されるようにして連続的に堆積させることにより、前記第２の材料を堆積させるステップをさらに含み、前記第２の材料が前記第１の材料とは異なる、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の前記第１の材料の層が前記第１の材料の単層である、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の材料が誘電材料である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の材料が酸化物である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の材料を含む前記層が、前記第１の材料とは異なる１種以上の別の材料を物品上に堆積させることで形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の材料を含む前記層が、前記第１の材料を含有するナノラミネート材料から形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の材料と同一の基板材料を含む層内に前記突出部が形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記突出部が、前記第１の材料とは異なる第２の材料から形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の材料の堆積前に前記物品の表面に前記突出部を形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記物品が基板材料を含み、前記突出部を形成するステップが、前記基板材料をエッチングするステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記複数のレンズがレンズアレイを形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記突出部が円錐形の突出部である、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
原子層堆積を用いて、物品の表面上に複数のレンズを形成するステップを含む、
方法。
【請求項１７】
第１の材料を含む突出部を複数個含む表面を有する物体と、
前記物体に支持され、前記複数の突出部の上方に延在する複数の層であって、前記第１の材料とは異なる第２の材料の層を少なくとも１つ含む複数の層と、を備え、
前記複数の層が複数のレンズを形成し、各々のレンズが前記突出部のうちの１つに対応する、
物品。
【請求項１８】
前記突出部のうちの少なくともいくつかが、少なくとも一平面に台形断面のプロファイルを有する、請求項１７に記載の物品。
【請求項１９】
前記複数の層が、少なくとも１つの前記レンズの軸に沿って前記物品上に入射する光の少なくとも約５０％を反射し、前記光は、約２００ｎｍ〜約２，０００ｎｍの範囲にある波長λτを有する、請求項１７に記載の物品。
【請求項２０】
前記第１の材料が無機誘電材料である、請求項１７に記載の物品。
【請求項２１】
前記第２の材料が無機誘電材料である、請求項１７に記載の物品。
【請求項２２】
前記複数の層が光学フィルタを形成する、請求項１７に記載の物品。
【請求項２３】
前記光学フィルタが赤外線フィルタである、請求項２２に記載の物品。
【請求項２４】
複数の検出器と、
請求項４８に記載の物品と、を備え、
前記物品における各々のレンズが、前記複数の検出器のうちの１つの検出器に対応する、装置。
【請求項２５】
前記検出器が、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）検出器である、請求項２４に記載の装置。
【国際調査報告】
2009537032.tif 000035