(57)【要約】【課題】  チップ間の特性差を低減した面発光素子アレイ及びその製造方法を提供する。【解決手段】  基板上にアレイ化された複数の面発光素子を形成すること、各面発光素子の出射口の上方にマイクロレンズを形成すること、を含む面発光素子アレイの製造方法である。各面発光素子に対して所定量の光透過性を有する硬化樹脂の前駆体の溶液を滴下して、前駆体を硬化させた後に所定の光学特性を計測し、光学特性が所与の設定範囲外の面発光素子に対して、光学特性が設定範囲内となるように前駆体の溶液を追加滴下し、その後、追加滴下された前駆体を硬化させることによりマイクロレンズを形成する。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にアレイ化された複数の面発光素子を形成すること、
前記各面発光素子の出射口の上方にマイクロレンズを形成すること、
を含み、
前記各面発光素子に対して所定量の光透過性を有する硬化樹脂の前駆体の溶液を滴下して、当該前駆体を硬化させた後に所定の光学特性を計測し、
前記光学特性が所与の設定範囲外の面発光素子に対して、前記光学特性が当該設定範囲内となるように前記前駆体の溶液を追加滴下し、
その後、前記追加滴下された前駆体を硬化させることにより前記マイクロレンズを形成する、面発光素子アレイの製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記光学特性は、出射光の出力光量であって、
前記出力光量が他に比して大きい前記面発光素子に対して前記前駆体の溶液を追加滴下することにより、当該面発光素子の出力光量を減少させるように前記マイクロレンズを形成する、面発光素子アレイの製造方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記光学特性は、出射光の放射角であって、
前記放射角が他に比して大きい前記面発光素子に対して前記前駆体の溶液を追加滴下することにより、当該面発光素子の放射角が小さくなるように前記マイクロレンズを形成する、面発光素子アレイの製造方法。
【請求項４】
請求項１において、
前記光学特性は、出射光の発振波長であって、
前記発振波長が他に比して異なる前記面発光素子に対して前記前駆体の溶液を追加滴下することにより、当該面発光素子の発振波長が他の面発光素子の前記発振波長と等しくなるように前記マイクロレンズを形成する、面発光素子アレイの製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記前駆体の溶液の単位滴下量を変更可能なインクジェットヘッドを用いて前記面発光レーザーに対して当該前駆体の溶液を追加滴下する場合において、前記光学特性の計測結果に応じて前記インクジェットヘッドの単位滴下量を変更することを含む、面発光素子アレイの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記面発光素子の電極にプローブを接触させて当該面発光素子を動作させ、出射口の上方に放射された出射光について前記光学特性を計測する、面発光素子アレイの製造方法。
【請求項７】
基板上にアレイ化された複数の面発光素子を形成すること、
前記各面発光素子の出射口の上方にマイクロレンズを形成すること、
を含み、
前記各面発光素子の光学特性に応じた所定量の光透過性を有する硬化樹脂の前駆体の溶液を滴下して、当該前駆体を硬化させることにより前記マイクロレンズを形成する、面発光素子アレイの製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法により形成された、面発光素子アレイ。
【請求項９】
光学素子が搭載されるステージと、
前記ステージに搭載された前記光学素子に対して所定の単位量ごとに光透過性を有する硬化樹脂の前駆体の溶液を滴下可能な溶液滴下部と、
前記光学素子に対して所定の電流及び電圧の少なくとも一方を印加可能なプローブと、
前記光学素子の光学特性を計測するための計測部と、
前記前駆体を変性させて硬化させるための樹脂硬化部と、
を含む、マイクロレンズの製造装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記光学素子は、面発光素子であって、
前記計測部は、前記面発光素子の光学特性として、出射光の印加電流対光出力特性、放射角特性、及び発振波長特性の少なくとも一つを計測する、マイクロレンズの製造装置。
【請求項１１】
請求項９または１０において、
前記溶液滴下部は、前記前駆体の溶液を滴下するノズルを複数有する、マイクロレンズの製造装置。
【請求項１２】
請求項９〜１１のいずれかにおいて、
複数の前記光学素子がアレイ化された光学素子アレイの当該各光学素子に対してマイクロレンズを形成する場合において、
前記計測部により計測された前記各光学素子の光学特性に応じて前記溶液滴下部に異なる量の前記前駆体の溶液を滴下させる滴下量制御部を含む、マイクロレンズ製造装置。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記滴下量制御部は、前記光学特性が所与の設定範囲外の前記光学素子に対して、前記光学特性が当該設定範囲内となるように前記溶液滴下部に前記前駆体の溶液を追加滴下させる、マイクロレンズ製造装置。
【請求項１４】
請求項９〜１３のいずれかにおいて、
前記溶液滴下部は、インクジェットヘッドであって、前記前駆体の溶液を吐出して前記光学素子に対して溶液を滴下する、マイクロレンズ製造装置。
【請求項１５】
ステージ部に搭載された複数の光学素子がアレイ化された光学素子アレイの各光学素子に対して溶液滴下部に所定量の光透過性を有する硬化樹脂の前駆体の溶液を滴下させること、
前記前駆体を樹脂硬化部に硬化させた後、前記各光学素子の光学特性を計測部に計測させること、
前記計測部の計測結果に基づいて、前記光学特性の値が所定の設定範囲内であるか判定すること、
前記光学特性が前記設定範囲外であると判定された前記光学素子に対して、前記溶液滴下部に前記前駆体の溶液を追加滴下させること、
前記追加滴下された前駆体を前記樹脂硬化部に硬化させること、
を含む、マイクロレンズの製造装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロレンズを有する面発光素子アレイ及びその製造方法、ならびに該マイクロレンズ製造装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光素子である垂直共振器型面発光レーザー（以下、ＶＣＳＥＬと略す。）は、二次元集積化が可能で並列光通信用の光源として期待されている。また、ＶＣＳＥＬは、作製後にウェハレベルで検査できるというメリットがある。また、ＶＣＳＥＬをアレイ化した場合、その特性向上を図るべくＶＣＳＥＬと同様にアレイ化が可能なマイクロレンズが組み合わされて用いられることもある。
【０００３】
ところが、ＶＣＳＥＬを用いて並列光通信を実現するためには、プロセス要因などによって生じるウェハ面内での素子特性の均一性が特に重要となってくる。例えば、ＶＣＳＥＬの１チップで見ると９０％の歩留まりが確保できる状態であっても、これをアレイ化した場合、４チャンネルでは６６％、８チャンネルでは４３％、１６チャンネルでは１９％程度の歩留まりしか期待できなくなる。このため、ＶＣＳＥＬをアレイ化した場合における歩留まりを向上させる技術が望まれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、チップ間の特性差を低減した面発光素子アレイ及びその製造方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、上記製造方法に適用することができるマイクロレンズ製造装置及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）本発明は、基板上にアレイ化された複数の面発光素子を形成すること、前記各面発光素子の出射口の上方にマイクロレンズを形成すること、を含み、前記各面発光素子に対して所定量の光透過性を有する硬化樹脂の前駆体の溶液を滴下して、当該前駆体を硬化させた後に所定の光学特性を計測し、前記光学特性が所与の設定範囲外の面発光素子に対して、前記光学特性が当該設定範囲内となるように前記前駆体の溶液を追加滴下し、その後、前記追加滴下された前駆体を硬化させることにより前記マイクロレンズを形成する面発光素子アレイの製造方法に関するものである。
【０００６】
本発明によれば、所定量の硬化樹脂の前駆体溶液を滴下してから硬化させたマイクロレンズを形成した素子アレイの各素子の光学特性を計測し、光学特性が設定範囲外になる素子に対して前駆体溶液を追加滴下することで、各面発光素子の光学特性を均一化することができる。すなわち、本発明によれば、基板上にアレイ化された面発光素子の光学特性について、不均一性がある場合でも事後的に解消して所与の設定範囲内に収めることができる。
【０００７】
（２）本発明の製造方法において、前記光学特性は、出射光の出力光量であって、前記出力光量が他に比して大きい前記面発光素子に対して前記前駆体の溶液を追加滴下することにより、当該面発光素子の出力光量を減少させるように前記マイクロレンズを形成してもよい。このようにすれば、各素子の出力が安定した面発光素子アレイを歩留まり良く得ることができる。
【０００８】
（３）本発明の製造方法において、前記光学特性は、出射光の放射角であって、前記放射角が他に比して大きい前記面発光素子に対して前記前駆体の溶液を追加滴下することにより、当該面発光素子の放射角が小さくなるように前記マイクロレンズを形成してもよい。このようにすれば、各素子の放射角が安定した面発光素子アレイを歩留まり良く得ることができる。
【０００９】
（４）本発明の製造方法において、前記光学特性は、出射光の発振波長であって、
前記発振波長が他に比して異なる前記面発光素子に対して前記前駆体の溶液を追加滴下することにより、当該面発光素子の発振波長が他の面発光素子の前記発振波長と等しくなるように前記マイクロレンズを形成してもよい。このようにすれば、各素子の発振波長が安定した面発光素子アレイを歩留まり良く得ることができる。
【００１０】
（５）本発明の製造方法において、前記前駆体溶液の単位滴下量を変更可能なインクジェットヘッドを用いて前記面発光素子に対して当該前駆体溶液を追加滴下する場合において、前記光学特性の計測結果に応じて前記インクジェットヘッドの単位滴下量を変更することができる。このようにすれば、前駆体溶液の追加滴下を大量に行う必要がある場合や微量の前駆体溶液を追加滴下して光学特性を微調整する必要がある場合に、フレキシブルに単位滴下量を変更して少ない工程数でマイクロレンズの形成を完了させることができる。
【００１１】
（６）本発明の製造方法において、前記面発光素子の電極にプローブを接触させて当該面発光素子を動作させ、出射口の上方に放射された出射光について前記光学特性を計測してもよい。
【００１２】
（７）本発明は、基板上にアレイ化された複数の面発光素子を形成すること、前記各面発光素子の出射口の上方にマイクロレンズを形成すること、を含み、前記各面発光素子の光学特性に応じた所定量の光透過性を有する硬化樹脂の前駆体の溶液を滴下して、当該前駆体を硬化させることにより前記マイクロレンズを形成する面発光素子アレイの製造方法に関するものである。
【００１３】
本発明によれば、面発光素子のそれぞれの光学特性に応じて硬化樹脂の前駆体溶液の滴下量が決定されて、各面発光素子の出射口の上方にマイクロレンズが形成される。すなわち、チップ間の特性差を調整しながらマイクロレンズを形成することができるため、特性バラツキの少ない面発光素子アレイを得ることができる。
【００１４】
（８）本発明は、上記いずれかの製造方法により形成された面発光素子アレイに関するものである。本発明によれば、光学特性のばらつきが少ない面発光素子アレイが実現される。
【００１５】
（９）本発明は、光学素子が搭載されるステージと、前記ステージに搭載された前記光学素子に対して所定の単位量ごとに光透過性を有する硬化樹脂の前駆体の溶液を滴下可能な溶液滴下部と、前記光学素子に対して所定の電流及び電圧の少なくとも一方を印加可能なプローブと、前記光学素子の光学特性を計測するための計測部と、前記前駆体を変性させて硬化させるための樹脂硬化部と、を含むマイクロレンズの製造装置に関するものである。本発明によれば、計測部により光学素子の特性をモニタリングしながら、硬化樹脂の前駆体の溶液の滴下を行い、前駆体を硬化させることにより光学素子に所望の特性を持たせるためのマイクロレンズを形成することができる。
【００１６】
（１０）本発明の製造装置において、前記光学素子は、面発光素子であって、前記計測部は、前記面発光素子の光学特性として、出射光の印加電流対光出力特性、放射角特性、及び発振波長特性の少なくとも一つを計測することができる。
【００１７】
（１１）本発明の製造装置において、前記溶液滴下部は、前記前駆体の溶液を滴下するノズルを複数有していてもよい。このようにすれば、基板上にアレイ化された光学素子にノズルの数の分だけ同時に前駆体溶液を滴下することができるため、マイクロレンズ形成工程の高スループット化を図ることができる。
【００１８】
（１２）本発明の製造装置では、複数の前記光学素子がアレイ化された光学素子アレイの当該各光学素子に対してマイクロレンズを形成する場合において、前記計測部により計測された前記各光学素子の光学特性に応じて前記溶液滴下部に異なる量の前記前駆体の溶液を滴下させる滴下量制御部を含んでいてもよい。このようにすれば、各素子の特性ごとにマイクロレンズを形成するための前駆体溶液の滴下量を適宜調整して光学特性のばらつきを少なくすることができる。
【００１９】
（１３）本発明の製造装置において、前記滴下量制御部は、前記光学特性が所与の設定範囲外の前記光学素子に対して、前記光学特性が当該設定範囲内となるように前記溶液滴下部に前記前駆体の溶液を追加滴下させることができる。このようにすれば、所望の設定特性から外れた素子のみに対して追加滴下を行うことで素子間の特性差を容易に調整することができる。
【００２０】
（１４）本発明の製造装置において、前記溶液滴下部は、インクジェットヘッドであって、前記前駆体の溶液を吐出して前記光学素子に対して溶液を滴下することができる。
【００２１】
（１５）本発明は、ステージ部に搭載された複数の光学素子がアレイ化された光学素子アレイの各光学素子に対して溶液滴下部に所定量の光透過性を有する硬化樹脂の前駆体溶液を滴下させること、前記前駆体溶液を樹脂硬化部に硬化させた後、前記各光学素子の光学特性を計測部に計測させること、前記計測部の計測結果に基づいて、前記光学特性の値が所定の設定範囲内であるか判定すること、前記光学特性が前記設定範囲外であると判定された前記光学素子に対して、前記溶液滴下部に前記前駆体溶液を追加滴下させること、前記追加滴下された前駆体溶液を前記樹脂硬化部に硬化させること、を含むマイクロレンズの製造装置の制御方法に関するものである。本発明によれば、基板上にアレイ化された光学素子の特性について、不均一性がある場合でも事後的に解消して所与の設定範囲内に収めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
１．面発光レーザーアレイ及びその製造方法
図１は、本発明の実施の形態に係る面発光レーザーアレイ（面発光素子アレイの一例）を模式的に示す断面図である。図２は、本発明の実施の形態に係る面発光レーザーアレイを模式的に示す外観図である。
【００２４】
本実施の形態の面発光レーザーアレイは、図２の外観図に示すように、ウェハ１５０に平面的に配列された複数の垂直共振器型の面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）１００を含んで構成される。
【００２５】
図１の断面図に示すように、本実施の形態の面発光レーザーアレイを構成する面発光レーザー１００は、ｎ型の基板１０の裏面側に共通電極としてｎ型電極４２を有し、基板１０の主面側には活性層を含む半導体層２０が配置されている。半導体層２０の上には、ｐ型電極４４が形成されている。半導体層２０は、ｐｉｎダイオード構造を有し、真性半導体層を活性層としてその上下を半導体多層膜からなるミラー層で狭持することにより垂直共振器を構成する。また、半導体層２０は、垂直共振器での発振モードを制御するための柱状部２２を含んで構成される。柱状部２２は、必要に応じて絶縁層３０で埋め込まれる。また、半導体層２０には、電流狭窄構造を含んでいてもよい。
【００２６】
また、面発光レーザー１００には、半導体層２０上部の出射面上にマイクロレンズ５０が設けられている。面発光レーザー１００は、半導体層２０で発生したレーザー光の光学特性がマイクロレンズ５０で調整されて出射光Ｐｏｕｔを素子外部に出射する。すなわち、本実施の形態の面発光レーザーアレイは、複数の面発光レーザー１００のそれぞれが、マイクロレンズ５０によりチップ間の特性差が低減されるように形成されており歩留まりが高い。以下に、本実施の形態の面発光レーザーアレイの製造工程の一例を図３〜図７を参照しながら説明する。
【００２７】
まず、図３に示すように、基板１０に複数の面発光レーザー１００をアレイ状に形成する。半導体層２０は、例えば、ＭＢＥ法やＭＯＣＶＤ法などのエピタキシャル成長法により形成することができる。柱状部２２は、フォトリソグラフィー技術を用いてパターニングを行って形成することができる。ｎ型電極４２及びｐ型電極４４は、例えば、真空蒸着法により基板１０や半導体層２０とオーミック接触するように形成される。
【００２８】
次に、図４に示すように、面発光レーザー１００の出射口上に光透過性を有する硬化樹脂材料の前駆体５０´の溶液を滴下していく。マイクロレンズ５０は素子のパッシベーションとしての機能をも兼用することができるため、他の面発光レーザー１００についても同様に前駆体５０´の溶液を滴下して、基板１０上の全ての素子に形成する。硬化樹脂材料としては、熱硬化型、紫外線硬化型、電子線硬化型など各種の材料を用いることができる。本実施の形態では、その一例として紫外線硬化型の樹脂材料を用いた場合について説明する。また、前駆体５０´の溶液は、例えば、インクジェットヘッドやディスペンサなどを用いて滴下することができる。本実施の形態では、インクジェットヘッド２１０を用いている。インクジェットヘッド２１０は、前駆体５０´の溶液の単位滴下量を変更可能であることが好ましい。後述する工程で説明するように面発光レーザー１００に対して前駆体５０´の溶液を追加滴下する必要がある場合に、光学特性の計測結果に応じてインクジェットヘッド２１０からの溶液の単位滴下量を変更することができれば、前駆体５０´の溶液の追加滴下を大量に行う必要がある場合や微量の前駆体溶液を追加滴下して光学特性を微調整する必要がある場合に、フレキシブルに単位滴下量を変更して少ない工程数でマイクロレンズ５０の形成を早期に完了させることができる。
【００２９】
次に、図５に示すように、面発光レーザー１００のそれぞれの出射口に形成された前駆体５０´に対して紫外線照射装置２２０を用いて紫外線２２２を照射し、樹脂材料を硬化させる。これにより基板１０上の全ての面発光レーザー１００にマイクロレンズ５０が形成される。
【００３０】
次に、図６に示すように、光学特性の計測器２３０を用いて面発光レーザー１００の出射光Ｐｏｕｔについての光学特性を計測する。光学特性は、面発光レーザー１００のｐ型電極４４にプローブ２４０を接触させて面発光レーザー１００を動作させ、出射口４６の上方に放射された出射光Ｐｏｕｔについて計測される。この計測は、マイクロレンズ５０が形成された全ての面発光レーザー１００に対して行われる。計測の結果、出射光Ｐｏｕｔが所望の範囲から外れている場合には、範囲外の特性を有する面発光レーザー１００に対して、図７に示すように、前駆体５０´の溶液を追加滴下して光学特性が範囲内に収まるように調整をする。具体的には、樹脂の形状及び屈折率、熱伝導率、透過率によってＶＣＳＥＬの光出力や放射角特性、発振波長が変化させることができるため、樹脂の形状、及び材料を適切に選ぶことでＶＣＳＥＬの諸特性を目的とする範囲に制御することが可能である。
【００３１】
従って、本実施の形態の手法によれば、光学特性が所望の範囲外になる素子に対して前駆体５０´の溶液を追加滴下して出射光の光学特性を調整することで、各面発光レーザー１００の光学特性を均一化することができる。すなわち、基板１０上にアレイ化された面発光レーザー１００の光学特性について、不均一性がある場合でも事後的に解消して所定の範囲内に収めることができ、光学特性の安定した面発光レーザーアレイを歩留まり良く得ることができる。また、本実施の形態の製造方法では、図６、図７に示す工程を繰返し行うことにより、さらに素子間の光学特性の均一性を向上させることができる。
【００３２】
上述した光学特性の調整は、以下に示す態様で行うことができる。
【００３３】
まず、本実施の形態の製造方法において、光学特性は、出射光Ｐｏｕｔの出力光量とすることができる。この場合、マイクロレンズ５０は、出力光量が他に比して大きい面発光レーザー１００に対して前駆体５０´の溶液を追加滴下する。すると、前駆体５０´の溶液が追加滴下された分だけマイクロレンズ５０の厚みが増すことにより、結果として面発光レーザー１００の出力光量を減少させて各素子の出力光量を均一化することができる。
【００３４】
また、本実施の形態の製造方法において、光学特性は、出射光Ｐｏｕｔの放射角（放射パターン；Far Field Pattern）とすることができる。この場合、マイクロレンズ５０は、放射角が他に比して大きい面発光レーザー１００に対して前駆体５０´の溶液を追加滴下する。すると、面発光レーザー１００の放射角が小さくなって各素子の放射角を均一化することができる。
【００３５】
また、本実施の形態の製造方法において、光学特性は、レーザー光の発振波長（発振モード）とすることができる。この場合、マイクロレンズは、発振波長が他に比して異なる面発光レーザーに対して前駆体溶液を追加滴下することにより、当該面発光レーザーの発振波長が他の面発光レーザーの発振波長と等しくなるように形成することができる。
【００３６】
なお、本実施の形態の製造方法では、光学特性として上述したものから任意の１つまたは２つ以上の特性を計測して、その計測結果に応じてマイクロレンズ５０を形成することができる。
【００３７】
なお、図３〜７中記述の実施例では光出射口４６上だけにマイクロレンズ５０が形成されているが、マイクロレンズ５０と出力光Ｐｏｕｔの光軸が一致さえしていれば、光出射口４６を超えて電極４４上にマイクロレンズ５０が形成されても構わない。
【００３８】
なお従来においては、上述したチップ間の光学特性のばらつきを抑えるために、ウェハ面内ばらつきを生むプロセスの改善によって特性の均一化が図られてきた。ＶＣＳＥＬにおいては、半導体多層膜を積層するエピタキシャル成長の均一性や共振器のメサ径、あるいは電極開口径の均一化等が面内の特性均一化には重要となってくる。もちろんこうしたプロセス要因によるばらつきの排除は重要であり効果的であるには他ならない。
【００３９】
ただし、こうしたプロセスの安定化には、より精度の高い装置が必要となり、巨額の設備投資を必要とする。ＶＣＳＥＬの共振器径１つをとってみても、コーターのレジスト膜厚の均一性、アライナーの照度の均一性、レジスト現像のためのデベロッパーの均一性、ドライエッチャーのエッチングレートの均一性などいくつかの装置の安定性によってウェハ面内の均一性が成し得る。これらの全ての装置を精度の高いものにするには、巨額の設備投資を必要とし、また、各々の装置における条件出し等の労力も必要となり、デバイスの大幅なコストアップは免れない。
【００４０】
これに対して、本発明の面発光レーザーアレイの製造方法であれば、各面発光レーザーそのものの特性を素子形成後に改善化することができるため、高価な製造設備を用意する必要がなくなり、また歩留まりなど生産性の点においても有用性が高い。
【実施例１】
【００４１】
本実施例では、本発明の面発光レーザーアレイの製造方法を適用すべくマイクロレンズを出射口上に有するＶＣＳＥＬを形成し、その放射角特性とシミュレーションによる計算結果とについて比較検討を行った。表１にその比較結果を示す。なお、放射角は、ＶＣＳＥＬの駆動電流を５ｍＡとして、光強度１／ｅ２における出射光の全角について測定した。シミュレーションでは同様の条件における幾何光学的実光線追跡により放射角を計算した。また、表１中の１ｄｏｔは約３ｐｌである。
【００４２】
【表１】
2005209716.tif 000002
【００４３】
上記の表１によれば、滴下した前駆体溶液の滴下数を３ｄｏｔ，５ｄｏｔ，７ｄｏｔと増すごとに放射角が狭くなっていくことが確認され、シミュレーションによる計算結果と同様の傾向を示すことが確認された。すなわち、本実施の形態の手法を用いることで所望の放射角特性で均一化された面発光レーザーアレイを得ることができる。
【００４４】
２．マイクロレンズ製造装置及びその制御方法
図８は、本実施の形態の面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）アレイの製造方法に好適なマイクロレンズ製造装置の一例を示す外観斜視図である。また、図９に、本実施形態のマイクロレンズ製造装置の機能ブロック図の例を示す。なお、本実施形態のマイクロレンズ製造装置は、図８，図９の構成要素（各部）を全て含む必要はなく、その一部を省略した構成としてもよい。
【００４５】
本実施の形態のマイクロレンズ製造装置は、ＶＣＳＥＬアレイが形成されたウェハに対してプローブ機能を持つインクジェット装置であり、インクジェットヘッド（溶液滴下部の一例）２１０と、ＵＶ照射部（樹脂硬化部の一例）２２０と、光出力・波長計測部２３０ａ及びＦＦＰ計測部２３０ｂからなる計測部２３０とを含んで構成される。
【００４６】
インクジェット装置では、目的とする位置に目的とする量だけ機能性樹脂を形成できる。これは従来、半導体プロセスの中で使われてきたウェハ単位によるバッチ処理技術とは大きく異なる点である。そのためインクジェット装置を用いれば、ウェハ内１つ１つの素子において、目的とする特性仕様になるように機能性樹脂の量や材質を変化させて作りこむことができるというメリットがある。このインクジェット装置の特徴はウェハプロ−バのような測定装置と大きく似ている点がある。装置内のプローバ部がウェハ内の素子１つ１つにアクセスするのは、インクジェット装置におけるインクジェットヘッドが１つ１つの素子部にアクセスし目的とする箇所に機能性材料を形成するのと同様である。
【００４７】
本実施の形態のマイクロレンズ製造装置は、マイクロレンズを構成する樹脂の形成をインクジェット装置を用いて行うことで、ウェハ内の１つ１つの素子に対して、所望の特性を持つＶＣＳＥＬに合わせこんで作製することできる。この際ウェハプローバ一体型のインクジェット装置を用いることで、素子の特性を液滴を滴下するたびにモニターしながら、適切に硬化樹脂の材料、及び滴下量、ドット数（滴下数）を変化させることで目的とする特性範囲にアクティブに合わせこむことが可能である。この方法を用いて、まず考えられるのがウェハ内の素子間のばらつきを持つＶＣＳＥＬなどの各種の光学素子の諸特性を均一化させることである。例えば、ＶＣＳＥＬをアレイで用いる場合、全てのＶＣＳＥＬの諸特性をそろえることは従来のウェハバッチ処理では非常にコストも労力も要する。インクジェット装置を用いて、１つ１つの素子に機能性硬化樹脂をその材料、滴下量、及びドット数を最適化して特性をモニタリングしながらアクティブに形成することで、素子構造に差異は出るものの、特性においてはアレイ内で特性が均一化したＶＣＳＥＬアレイを得ることができる。
【００４８】
なお、本発明の実施の形態として好適なマイクロレンズ製造装置としては、インクジェット装置に限られず、溶液を滴下（あるいは吐出）できる機能を有していればよく、例えばディスペンサ装置などであってもよい。
【００４９】
以下に、本実施の形態のマイクロレンズ装置を構成する各部について説明する。
【００５０】
インクジェットヘッド２１０は、溶液ボックスが設けられており、マイクロレンズとなる硬化性樹脂材料の前駆体溶液が溶液ボックスからインクジェットヘッドに供給されてウェハ１５０に滴下（あるいは吐出）される。インクジェットヘッドとしては例えば、ピエゾヘッドを用いることができ、ノズルの数は例えば、１８０穴とすることができる。このようにインクジェットヘッドが複数のノズルを有していれば、被レンズ形成体にノズルの数の分だけ同時に硬化樹脂の前駆体溶液を滴下することができるため、マイクロレンズ形成工程の高スループット化を図ることができる。なお、インクジェットヘッドには複数のノズルが設けられているが、制御用コンピュータ２６６側に設けられた滴下量制御部２０３によって特定の１ノズルあるいは特定の複数のノズルだけから前駆体溶液を滴下させることも可能とすることができる。
【００５１】
ＵＶ照射部２２０は、ＶＣＳＥＬアレイが形成されたウェハに滴下（あるいは吐出）された硬化性樹脂材料の前駆体溶液に紫外線を照射することにより前駆体を変性させて硬化させるものである。なお、硬化性樹脂材料として電子線硬化型の材料を用いる場合には、ＵＶ照射部２２０の代わりに電子線照射部を設けてもよい。また、硬化性樹脂材料として熱硬化型の材料を用いる場合には、ＵＶ照射部２２０の代わりに、例えば遠赤外線照射部、ホットプレートまたは加熱炉などを設けてもよい。
【００５２】
計測部２３０は、ＶＣＳＥＬから出射されるレーザー光の光学特性を計測するためのユニットであり、内部にフォトダイオードと各種の計測部材が搭載されている。計測２３０部では、光学特性としてＶＣＳＥＬの電流−光出力特性、電流−電圧特性、発振スペクトル特性（発振波長特性）、放射パターン特性（放射角特性）が計測できる。本実施の形態の製造装置では、各種の光学特性に対応して、計測部２３０として光出力・波長計測部２３０ａとＦＦＰ計測部２３０ｂが設けられている。また、計測部２３０においては、光出力・波長計測部２３０ａおよびＦＦＰ計測部２３０ｂのそれぞれに、図８には図示しない素子駆動用電流・電圧源２３０ｃと、プローブ２３０ｄ（アノード電極用プローブ、カソード電極用プローブ及びタッチセンサーを含む）とが設けられている。素子が両面電極構造の場合、カソード電極側のコンタクトはステージより取れるようにもなっていてもよい。本実施の形態の製造装置では、プローブ２３０ｄを計測部２３０（２３０ａ，２３０ｂ）と別にせずに光出力・波長計測部２３０ａおよびＦＦＰ計測部２３０ｂのそれぞれにプローブ２３０ｄを設けている。これにより、プローブと、計測部２３０（２３０ａ，２３０ｂ）における受光部との位置関係を固定的にすることができ、光学特性を計測する時の各部とＶＣＳＥＬとの位置あわせが容易となる。
【００５３】
また、本実施の形態の製造装置は、ＶＣＳＥＬアレイが形成されたウェハを搭載するステージ２７０を含む。ステージ２７０は、レール２７２の上をインクジェットヘッド２１０及び計測部２３０に垂直な方向に動くようになっており、またウェハ１５０のアライメントを合わせられるように水平回転方向にも動くようになっている。
【００５４】
また、本実施の形態の製造装置は、アライメントカメラ２５０を含む。アライメントカメラ２５０は、計測部２３０やインクジェットヘッド２１０の位置合わせのための情報を取得し、制御用コンピュータ２６６と連動してステージ２７０上のウェハ１５０位置と、計測部２３０およびインクジェットヘッド２１０との位置との関係を調整するために用いられる。
【００５５】
入力部２６４は、製造装置のオペレータが各種の設定データや操作データを入力するためのものであり、その機能は、図８に示すようなキーボード、操作ボタン、あるいは操作レバーなどのハードウェアにより実現できる。
【００５６】
記憶部２８０は、各種の設定データ（例えば、滴下制御用データ、計測制御用データ、規格値データなど）を記憶するほかに、制御部２００などの各種処理機能を実現するためのワーク領域となるもので、その機能はＲＡＭ、光ディスク（ＣＤ、ＤＶＤ）、光磁気ディスク（ＭＯ）、磁気ディスク、ハードディスク、磁気テープ、或いはメモリ（ＲＯＭ）などのハードウェアにより実現できる。制御部２００は、この記憶部２８０に格納されるプログラム（データ）に基づいて本実施形態マイクロレンズ製造装置を作動させるための種々の処理を行う。すなわち記憶部２８０には、本実施形態の各部としてコンピュータを機能させるための制御プログラム（各部の処理をコンピュータに実行させるためのプログラム）も記憶される。
【００５７】
表示部１９０は、マイクロレンズ製造装置の設定状態あるいは作動状態（制御状態）などを画像出力するものであり、その機能は、ＣＲＴ、ＬＣＤ、あるいはタッチパネル型ディスプレイなどのハードウェアにより実現できる。
【００５８】
制御部２００（プロセッサ）は、入力部２６４からの入力データや記憶部２８０に格納された制御プログラムなどに基づいて各種の制御処理を行う。また制御部２００は記憶部２８０をワーク領域として各種処理を行う。この制御部２００の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ、ＤＳＰ等）やＡＳＩＣ（ゲートアレイ等）などのハードウェアや、プログラム（制御プログラム）により実現できる。なお、図８に示す制御用コンピュータ２６６は、制御部２００と記憶部２８０とを含んで構成されている。
【００５９】
制御部２００は、溶液滴下制御部２０１、計測制御部２０５、判定部２０９を含む。
【００６０】
溶液滴下制御部２０１は、滴下位置制御部２０２、滴下量制御部２０３を含み、主としてインクジェットヘッド２１０における硬化樹脂の前駆体溶液の滴下（吐出）制御を行う。
【００６１】
滴下位置制御部２０２は、レール２７２におけるステージ２７０の位置と、レール２７４におけるインクジェットヘッド部２１０の位置との組合せによりウェハ１５０上の各素子に対して前駆体溶液の滴下位置を算出し、算出結果に基づく所定位置にインクジェットヘッド部２１０を移動させる制御処理を行う。また、滴下位置制御部２０２は、ウェハ１５０の各ＶＣＳＥＬに対して前駆体溶液の滴下を開始する際のインクジェットヘッド部２１０の位置や滴下を終了する際のインクジェットヘッド部２１０の位置を算出して、開始位置から終了位置の間でインクジェットヘッド部２１０を移動させるための制御処理を行う。
【００６２】
滴下量制御部２０５は、インクジェットヘッド２１０の各ノズルから滴下（吐出）すべき前駆体の溶液の量（単位滴下量）を算出し、インクジェットヘッド２１０に計測部２３０において計測された光学素子の光学特性に応じた量の前駆体の溶液を各光学素子に滴下させる制御処理を行うものである。このようにすれば、各素子の特性ごとにマイクロレンズを形成するための前駆体の溶液の滴下量を適宜調整して光学特性のばらつきを少なくすることができる。また、硬化樹脂の前駆体溶液の滴下量については、滴下量制御部２０５において、インクジェットヘッド２１０での滴下ノズル数を変更する制御処理を行うことによって実現してもよい。
【００６３】
また、滴下量制御部２０６では、判定部２０９において光学特性が予め定められた設定範囲外（規格値外）であると判断された光学素子に対して、前記光学特性が設定範囲内（規格値内）となるようにインクジェットヘッド２１０に前駆体の溶液を追加滴下させる制御処理を行うようにしてもよい。このようにすれば、所望の設定特性から外れた素子のみに対して追加滴下を行うことで素子間の特性差を容易に調整することができる。
【００６４】
計測制御部２０５は、計測部２３０全体の位置を制御する処理、ＶＣＳＥＬに対するプローブ２３０ｄの位置を制御する処理、素子駆動用電流・電圧源２３０ｃによる素子の駆動を制御する処理（ＶＣＳＥＬへの駆動電流を制御する処理）などを行って、計測部２３０による素子の光学特性の計測制御を行うものである。
【００６５】
判定部２０９は、計測部２３０での素子の光学特性の計測結果に基づいて記憶部２８０に予め設定記憶された規格値データと光学特性値とを比較して光学特性値が所定の範囲（規格値）内に収まっているか否かを判定し、その判定結果に基づいてインクジェットヘッド２１０により硬化樹脂の前駆体溶液を素子に追加滴下する必要があるか否かを判断するものである。
【００６６】
以下に、本実施の形態のマイクロレンズ製造装置についての制御方法の一例について、図１０および図１１のフローチャート図を参照しながら説明する。
【００６７】
本実施の形態のマイクロレンズ製造装置を作動させる際には、まず素子にマイクロレンズを製造するための初期設定を行う。このとき素子の光学特性の規格値（設定範囲）や装置のオペレーション条件を定めておく。そして、ステージ２７０にＶＣＳＥＬアレイが形成されたウェハ１５０が供給されると、マイクロレンズ製造装置では、アライメントカメラ２５０を用いてウェハ１５０のステージ２７０上での位置を特定して位置決めを行い（ステップＳ１）、滴下位置制御部２０２において硬化樹脂の前駆体溶液の滴下開始位置を決定し（ステップＳ２）、決定した滴下開始位置にインクジェットヘッド２１０を移動させる（ステップＳ３）。
【００６８】
次に、溶液滴下制御部２０１は、インクジェットヘッド２１０に、ウェハ１５０上のすべての素子に対して硬化樹脂の前駆体溶液を滴下（吐出）させる（ステップＳ４）次に、制御部２００は、ステージ２７０を移動させてウェハ１５０をＵＶ照射部２２０へ移動させ（ステップＳ５）、ＵＶ照射部２２０においてウェハ１５０に紫外線を照射して前駆体を硬化させてすべての素子にマイクロレンズを形成する（ステップＳ６）。
【００６９】
次に、計測制御部２０５が、マイクロレンズが形成されたウェハ１５０を搭載したステージ２７０を計測部２３０での計測位置に移動させる（ステップＳ７）。続いて、計測制御部２０５は、ウェハ１５０上の素子にプローブ２３０ｄを降下させて素子を駆動し（ステップＳ８）、計測部２３０においてすべての素子についての光学特性を開始する（ステップＳ９）。計測の結果、判定部２０９において全ての素子の光学特性があらかじめ設定しておいた規格値（設定範囲）内であると判定されると（ステップＳ１０でＹ）、マイクロレンズの形成を終了する。
【００７０】
しかし、ウェハ１５０内の一部の素子において判定部２０９の判定の結果、規格値を外れるものがあると判定された場合には（ステップＳ１０でＮ）、規格外の素子に対してマイクロレンズを再度形成して光学特性を調整する処理を行う（ａへ）。
【００７１】
光学特性の調整では、まず判定部２０９で規格外であると判定された素子を特定し、滴下位置制御部２０２において追加滴下を行う位置を決定し（ステップＳ１１）、インクジェットヘッド２１０を滴下開始位置に移動させる（ステップＳ１２）。そして、溶液滴下制御部２０１は、インクジェットヘッド２１０に規格外の素子のみに対して硬化樹脂の前駆体溶液を滴下させる（ステップＳ１３）。
【００７２】
その後、制御部２００は、ウェハ１５０を搭載したステージ２７０をＵＶ照射部２２０側へ移動させて（ステップＳ１４）、ウェハ１５０に紫外線を照射して前駆体を硬化させて光学特性が規格外であった素子に再度マイクロレンズを形成する（ステップＳ１５）。
【００７３】
次に、計測制御部２０５が、マイクロレンズが形成されたウェハ１５０を搭載したステージ２７０を計測部２３０での計測位置に移動させる（ステップＳ６）。続いて、計測制御部２０５は、ウェハ１５０上の追加滴下を行った素子にプローブ２３０ｄを降下させて当該素子を駆動し（ステップＳ１７）、計測部２３０において追加滴下を行った素子のみについての光学特性を開始する（ステップＳ１８）。計測の結果、判定部２０９において追加滴下を行った素子の光学特性があらかじめ設定しておいた規格値（設定範囲）内であると判定されると（ステップＳ１９でＹ）、図１０のフローチャートに戻って（ｂへ）、マイクロレンズの形成を終了する。追加滴下を行ったにもかかわらず、素子の光学特性が規格外と判定された場合には（ステップＳ１９でＮ）、再度ステップＳ１１以降の光学特性の調整工程を繰り返し行って特性を所定範囲内に収めてゆくことができる。
【００７４】
以上、本発明に好適な実施の形態について述べたが、本発明は上記において説明したものに限られず、発明の要旨の範囲内で種々の変形態様により実施をすることが可能である。
【００７５】
例えば、本発明は、上述した面発光レーザーアレイに限られず、面発光型の発光ダイオードアレイにも適用することができる。また例えば、マイクロレンズの製造装置は、面発光レーザーに対してマイクロレンズを形成する場合に限られず、発光ダイオードやフォトダイオードなどの各種光学素子に対してマイクロレンズを形成する場合にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本実施の形態の面発光レーザーアレイを模式的に示す断面図。
【図２】本実施の形態の面発光レーザーアレイを模式的に示す外観図。
【図３】本実施の形態の面発光レーザーアレイの一製造工程を示す断面図。
【図４】本実施の形態の面発光レーザーアレイの一製造工程を示す断面図。
【図５】本実施の形態の面発光レーザーアレイの一製造工程を示す断面図。
【図６】本実施の形態の面発光レーザーアレイの一製造工程を示す断面図。
【図７】本実施の形態の面発光レーザーアレイの一製造工程を示す断面図。
【図８】本実施の形態のマイクロレンズの製造装置を模式的に示す外観図。
【図９】本実施の形態のマイクロレンズの製造装置のブロック図。
【図１０】本実施の形態のマイクロレンズの製造装置の制御手法を示すフローチャート図。
【図１１】本実施の形態のマイクロレンズの製造装置の制御手法を示すフローチャート図。
【符号の説明】
【００７７】
１０  基板、２０  半導体層、２２  柱状部、３０  絶縁層、４２  ｎ型電極、４４  ｐ型電極、４６  出射口、５０  マイクロレンズ、１００  面発光レーザー
【図１】
2005209716.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005209716.tif 000005
【図４】
2005209716.tif 000006
【図５】
2005209716.tif 000007
【図６】
2005209716.tif 000008
【図７】
2005209716.tif 000009
【図８】
2005209716.tif 000010
【図９】
2005209716.tif 000011
【図１０】
2005209716.tif 000012
【図１１】
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