(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光造形ユニットのための小型可動構造（１０）の製造方法であって，
担体（３２，３４，３６）に供給された該担体と別の材料（３０）から光造形ユニット（１２）を形成する工程（工程５８）と，
前記光造形ユニット（１２）を動かすためのマイクロメカニカル構造（１４，１６，１８，２２，２９，２８）を前記担体から形成する工程（工程６０）とを含み，
前記マイクロメカニカル構造を形成する前に前記光造形ユニットがエンボス加工により形成される，光造形ユニットのための小型可動構造の製造方法。
【請求項２】
前記光造形ユニットのための前記材料を前記担体上に積層する工程（工程５６）を更に含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記光造形ユニットのための前記材料が前記担体上にスピンコーティングにより供給される請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記マイクロメカニカル構造が前記光造形ユニットの下に形成される請求項１〜３いずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記マイクロメカニカル構造の形成が，該構造を上方から形成することを含む請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記マイクロメカニカル構造の形成が，光透過チャネルを設けるために前記担体の底部から前記光造形ユニットの方向へ開口を形成する工程（工程６２）を含む請求項１〜５いずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記開口の形成において前記光造形ユニット（１２）をエッチストップとして使用する請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記光造形ユニットから前記光透過チャネルを介して光を反射或いは受光するために，光学部品（２４）が前記マイクロメカニカル構造の底側に取り付けられる（工程６６）請求項６又は７記載の方法。
【請求項９】
前記光透過チャネルがキャビティである請求項６〜８いずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記光透過チャネルが導波管である請求項６〜８いずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
前記光造形ユニットの前記材料がポリマーである請求項１〜１０いずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
前記担体がシリコンから成る請求項１〜１１いずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
前記光造形ユニットがレンズである請求項１〜１２いずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学部品の製造に関し，好ましくは光造形ユニットを有する可動マイクロメカニカル装置を具備した光学部品の製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学部品，好ましくはマイクロメカニカルな位置決め装置から成る部品の製造においてこのような構成のレンズを使用することは，例えば米国特許第５７３４４９０号及び米国特許第５９２３４８０号を参照すると公知である。
【０００３】
米国特許第５７３４４９０号にはレンズ及びマイクロメカニクス(micromechanics)の製造方法も記載されている。ここでは，マイクロメカニカル構造は側部からレンズに接続したアームを具備する。はじめにレンズが形成され，次に機械構造が形成される。これはアームがレンズ側に伸張することにより可能となる。ここでは，レンズはアームと同じ透明材料から形成される。
【０００４】
米国特許第５９２３４８０号では，レンズ及び構造の製造方法が例示されている。ここでは，レンズを保持するアーム形のマイクロメカニカル構造の部品の形成が，残りのマイクロメカニカル構造の形成後にレンズの形成と共に行われる。また，ここではアーム及びレンズは同じ材料から形成される。さらに，この文献では円筒形のレンズ構成を変化させることは困難である。レンズの下に光透過チャネルを設けるため，レンズ及びアームとなる材料が基板上に配置される際に，光透過チャネルが形成されることも必要である。
【０００５】
米国特許第６０７４８８８号及び米国特許第５０９７３５４号には，光学システムに使用するレンズが記載されているが，該レンズは小型の部品として配置されておらず，マイクロメカニクスも備えていない。
【０００６】
米国特許第６０５４３３５号にはレンズを含み得る部品の可動レーザが記載されている。しかし，レンズはおそらく構造の他の部品を形成した後に該構造に配置される。
【発明の開示】
【０００７】
本発明は，マイクロメカニカル上への光造形ユニット製造を従来技術と比較して簡略化することが可能な光造形ユニットの可動構造の製造方法を提供することにより問題を解決することを目的としている。
【０００８】
この目的は，担体に供給された該担体と別のレンズ材料からレンズを形成する工程と，前記光造形ユニットを動かすためのマイクロメカニカル構造を前記担体から形成する工程とを含み，それにより，マイクロメカニカル構造を形成する前に光造形ユニットがエンボス加工により形成される，光造形ユニットの小型可動構造を製造する方法により達成される。
【０００９】
本発明の製造方法によると，達成し難いマイクロメカニクスと光造形ユニットとの互換性の要求が簡略化される。本発明の方法によると，光造形ユニットの高価な処理工程となり得る後の組立ても回避される。
【００１０】
本発明の一実施形態による光造形ユニットはエンボス加工により製造されるので，これらは構造の費用を低下させる大量生産を用いることが可能である。
【００１１】
従って，本発明についての一般的な考えは，光造形ユニットの可動構造の製造において，光造形ユニットが最初に基板上に形成され，その後でのみマイクロメカニクスが形成される事実に基づいている。
【００１２】
本発明を添付図面を参照して以下に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は，レンズ状の可動光形成ユニット，好ましくは，可動レンズに接続した光学部品からの光を偏向できるようレンズを動かす，対応するマイクロメカニカル構造を有するレンズの製造に関する。
【００１４】
図１は，本発明により製造した回路１０を斜視図で概略的に示す。レーザ状の光学部品，光学検波器又は光ファイバ（図示せず）がウェーハ２６に設けられ，該ウェーハ２６上には長方形の中板１４と２枚の対向した側板２２とを具備したマイクロメカニカルな装置が設けられる。レンズ１２は，中板に設けられる。中板は，２枚の側板２２の対応する歯１６の間のキャビティと嵌合する歯１８を具備する。各側板２２は，マイクロメカニカルな装置を制御するために使用する端子２０を有する。中板１４は，２つの弾性アーム２８を経由して２つの対向する支点２９によって懸架され，支点とアームも，マイクロメカニカル構造の部品を形成する。長方形の中板の２つの対向する側部に歯１８が配置されると共に，弾性アーム２８が，中板１４の残りの２つの対向する側部に配置される。この図ではアームは直線構造を有する。
【００１５】
図２は，マイクロメカニカル構造の好ましい実施形態の平面図を示す。図１との相違点は，中板１４を動かす際に弾性を単純化するために，中板１４の各側部が折り畳まれたジクザグ構造を有するアーム２８を具備することにある。当該方法では，各アームは対応する支点を有する。したがって，図２の構造は４つの支点２９を有する。
【００１６】
図３は，図１又は図２の装置の断面図を概略的に示す。ここでは半導体レーザ２４を具備したウェーハ２６を示す。マイクロメカニカルな装置は，２つの側板２２及び中板１４と共にレーザ上に配置される。レーザから光が送られてレンズ１２により集束されることを可能にするために，レンズ１２はキャビティ又はレンズとレーザとの間の光透過チャネルを備えた中板１４に配置される。この工程において，中板は，端子２０に加えた電圧と，図１及び図２に示すアームの弾性により水平方向に動くよう形成可能である。このように，レンズはレーザ光線が異なる方向へ偏向又は走査されることを確実にすることができる。このことは，中板１４がどのように移動するかにより，右方向又は左方向のどちらでも実行可能である。したがって，本発明の部品は，以下に説明する数例のように様々な方法で使用可能である。
【００１７】
装置の好適な製造方法を，マイクロメカニクス及びレンズの製造における様々な基板及び層の断面図を示す図４〜図１３を参照して説明する。
【００１８】
最初に，厚さ約３〜５μｍのレンズ材料３０の層が担体又は基板に適用される。担体は，厚さ１０μｍの第１シリコン層３２を備える。第１シリコン層３２の下には厚さ１〜２μｍのシリカの層３４がある。シリカ３４の下には厚さ５００μｍの第２シリコン層３６がある。第２シリコン層の下には後部酸化層３８がある。好ましいレンズ材料３０は好適にはポリマー状であり，好適な実施形態ではＣＹＴＯＰである。ＣＹＴＯＰの代替例はパリレンである。レンズ材料の好適な適用方法はスピンコーティングであるが，勿論，例えば化学析出又はスプレーコーティングのような他の方法も可能である。レンズ材料３０を有する担体を図４に示す。
【００１９】
その後，好ましくはエンボス加工を施したレンズ材料３０中でレンズが形成される。エンボス加工において，レンズ材料は約８０〜１１０℃に加熱され，レンズはスタンプを使用してエンボス加工される。レンズは例えば回析構造を有するが，純粋な凸又は凹レンズのような他のタイプのレンズ構造も可能である。
【００２０】
その後，レンズ材料，例えばＡＺ−４５６２上にフォトレジストが適用される。フォトレジストはフォトリトグラフィーにより印刷される，すなわち照射される。フォトレジストの現像後，マスクの形のレジストは残存する領域にのみ，すなわちレンズ自体より上に残る。その後，余分なレンズ材料を除去するためにＯ２−プラズマを使用してレンズ材料のエッチングを行う。エッチング後，マスクはたとえばアセトンを使用して除去される。完成したレンズ１２は担体に残り，それは図５に示される。したがって，ここに記載したことは通常のフォトリトグラフィーである。
【００２１】
レンズの完成後，この製造方法は端子の金属溶射を継続する。たとえば析出又はスパッタリング処理により，金属が金／クロム又は，代替的にアルミニウムの形でウェーハ全体に適用される。金属端子はその後，フォトリトグラフィー工程，すなわち，残存するエリアにマスクを置く（ポジ・レジスト）ことにより形成される。その後，余分な金属は適切な金属エッチングを使用してエッチングされる。図６は，酸化層３４及び３８だけでなく２つのシリコン層３２及び３６を有する担体上のレンズ１２と共に，このような方法で設けられる端子２０を示す。
【００２２】
その後，開口が，フォトリトグラフィー及びエッチングを使用して後部の酸化層３８の外側にマスクを設け，中間にある酸化物にエッチングすることにより，担体の後部を介して形成される。マスクはエッチング後に除去される。エッチング後の構造を図７に示す。
【００２３】
その後，図１及び／又は図２に示すフィンガー構造と弾性脚部の形でメカニカルパターンを形成する。このようにマイクロメカニカル構造が形成されるが，中板は取り除かない。従って，この工程の後では中板はまだ移動しない。これは，材料が除去されない部分２０，１２上の担体の頂部にレジスト４０を適用することにより実行される。その後，メカニカルパターンが得られる箇所にレジストが置かれる。これは図８に示されている。
【００２４】
このようなマスクを形成後，被覆されないシリコン材料はプラズマエッチングを使用してエッチングされる。図９から明らかなように，酸化層３４より上のシリコン層３２の大部分はエッチングされる。このように，図１及び／又は図２に示す構造は，中板１４及び該中板１４を側板２２と連結させる弾性アーム２８により得られた。その後，レジストは周知の方法で取り除かれる。
【００２５】
その後，一時的な保護層が構造の上部に載置される。最初にレジスト層４２が，その後，シリコン層４４。好ましい実施形態では，これはレンズ及びマイクロメカニクス上にシリコン層４４及びレジスト層４２を含むウェーハを「接着する」ことにより行われる。この工程により，レンズ１２及び端子２０がレジスト層４２を用いて固定される。この後，内部酸化層３４の下で，キャビティを形成するために下方からエッチングが行われる。このエッチングでは酸化層３４の下部はマスクとして機能する。その後，レーザ光線の通路の形成を可能にするため，たとえば，レンズの真下の領域を除いた底面にレジスト，例えば４３ｍａＰ−２１５ｓが，エチルアセテートと共に，噴霧により適用される。
【００２６】
このレジスト層を有する構造が，図１０に示される。その後，はじめに酸化エッチングにより，酸化層３４を介して，レンズ１２までのキャビティが形成され，その後，中板１４を介してシリコンエッチングを行う。エッチングは，通常，構造全体を酸化エッチングに浸漬する方法で実行される。このエッチング後，レジスト層４３が取り除かれる。この結果を図１１に示す。これにより，レンズまでのマイクロメカニカル構造を介して光透過チャネルが形成され，後から設けた光学部品により使用される。レンズは，ここではエッチストップ(etch stop)として機能し，これにより余分な停止層が不要となる。
【００２７】
その後，最下部の酸化層３８が除去され，組み込まれた酸化層３４の被覆されていない部分が除去されるように下から酸化エッチングを行う。その結果を図１２に示す。
【００２８】
最後に，構造をアセトンに浸漬することによりレジスト層２２は除去される。それから，最上のシリコン層４４は，持ち上げられるウェーハの形で設けられる。その結果は図１３に示され，レンズを有する最終的なマイクロメカニカル構造を示す。
【００２９】
構造は水洗いされ，イソプロパノールアルコール(Isopropanole alcohol;IPA)に浸漬されて乾燥される。図３を参照すると，その後，得られた構造は必要な装置のタイプに依存してレーザ２４，光学検波器又は光ファイバを具備した基板２６である光学部品に載置されて構造が結合される。
【００３０】
頂部に重合膜が加工される(spin)シリコンウェーハ５０又は担体とレンズ材料に面するニッケル金型５４とを間に配置した２枚の熱板５０ａと５０ｂを概略的に示す図１４を参照して，エンボス加工方法をより詳細に説明する。この担体は図４に示す担体に対応する。ニッケル金型５４は，結果としてできたレンズが有するレンズ構成に対応するキャビティを備えた板として形成される。はじめにニッケル金型５４が，２つの熱板５０ａと５０ｂとの間に挿入され，その後，レンズ材料３０を有するシリコンウェーハ５２が，２つの熱板５０ａと５０ｂとの間に，金型５４に対向して直接的に挿入される方法で，エンボス加工方法が実行される。その後，２枚の熱板５０ａ及び５０ｂに対して圧力が加えられ，その結果，レンズ材料３０を有するウェーハ５２が金型５４に対して押圧される。熱板５０ａ及び５０ｂの温度が増加し，その結果，レンズ材料の軟化が始まり，金型５４に適応する，すなわち金型５４のキャビティに押圧される。その後，ポリマー材料３０を有するシリコンウェーハ５２が金型５４から除去可能なように，温度が低下し，圧力が低下する。このように，レンズ材料は図１５に示す金型の反転曲率を受容する。
【００３１】
最終的な装置がレーザにより生成されたレーザ光線が走査されるレーザ光源であってもよく，光学式検出器が，用途に全て依存したレーザにより生成されたレーザ光線を伝達するレーザ光線又は光ファイバを受ける。
【００３２】
本発明による装置は多くの用途を有する。それは，ＤＮＡ又はセル分析において蛍光を検出する際に，有用であり得るレーザ光線を走査するために使用可能である。本発明は携帯式検眼鏡で網膜を検査する際にも使用可能である。利用の他分野は，光交換における一以上のこのような装置を有する。
【００３３】
最後に製造方法の流れ図を示す図１６を参照して製造方法を概略的に記載する。
【００３４】
はじめに，ポリマー状のレンズ材料が，担体又は基板上にスピンコーティングされる（工程５６）。その後，レンズがレンズ材料内でエンボス加工され，余分なレンズ材料が除去される（工程５８）。その後，構造の上部，すなわちレンズが配置された側から，マイクロメカニカル構造が基板又は担体に形成される（工程６０）。その後，構造又は基板を介して下側から，すなわちレンズまで光透過チャネルを形成する（工程６２）。光透過チャネルが完成すると，移動できるよう中板が外される（工程６４）。最後に，レンズ及びマイクロメカニカル構造は光学部品上に載置され，結合される（工程６６）。
【００３５】
マイクロメカニカル構造を提供するいくつかの代替的な方法が，前述の方法以外に可能であることが明らかである。スピンコーティング以外にもレンズ材料を適用するためのいくつかの代替的な方法がある。マイクロメカニカル構造の形成された後に，例えば，金属端子を設置可能である。光透過チャネルは，代替的に，プラズマエッチングの代わりにウェットエッチングによっても形成可能である。
【００３６】
レンズ材料及びマイクロメカニカル構造は，採用される光学部品を使用する波長エリアにより，適切に選択可能である。使用したレンズ材料は，ポリマーであることが好ましい。
【００３７】
マイクロメカニカル構造を介した左右の位置との間の一次元レンズの移動を上記に記載している。中板の反対側に更なる歯及びキャビティを設けることにより，レンズが二次元で移動可能なマイクロメカニカル構造を提供することもできる。
【００３８】
エンボス加工方法も多様であり得る。金型は，たとえばニッケル金型である必要はなく，他の金属も使用可能である。金型及び基板が熱板の間に挿入される順序は，多様であり得る。それらはまた同時に挿入可能である。
【００３９】
材料内で光造形ユニットを形成する本発明の製造方法により，他の材料のマイクロメカニカル構造を形成する前に，単純な方法で下方にあるマイクロメカニカル構造を有する光造形ユニットを形成することは可能であり，マイクロメカニクスの成形と光造形ユニットの成形との間のあらゆる困難な互換性を必要としない。費用のかかる光造形ユニットの個々の装置の後からの取付けも避けられる。
【００４０】
構造の光学的性質及び堅牢性／信頼性を考慮して光造形ユニット及びマイクロメカニクスに様々な材料を使用することにより，これらを最高の性能のために最適化することができる。
【００４１】
適切な光造形ユニットのための材料は，好ましくはポリマー及び，非常に経済的な技術であるエンボス加工により光造形ユニットの多量生産を可能にするＣＹＴＯＰである。
【００４２】
光造形ユニットは，好ましい実施形態ではレンズである。しかし，格子，回析光学部品，フレネルレンズ，位相ホログラム又はキノフォームのような他のタイプのユニットも可能である。
【００４３】
記載された実施形態では，光透過チャネルは光が自由に通過するキャビティとして設けられている。しかし，変形例として導波路の形で提供可能である。
【００４４】
マイクロメカニカル構造は，低価格であるため好ましくはシリコンから形成される。しかし，その他の材料も勿論考慮され得る。
【００４５】
本発明は以下の請求項によりのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
図１は第１のタイプのマイクロメカニカル構造の光学部品の斜視図を概略的に示す。
図２は第２のタイプのマイクロメカニカル構造の平面図を示す。
図３は完成した部品の断面図を概略的に示す。
図４〜１３は本発明の部品の製造における様々な製造工程での断面図を示す。
図１４はレンズのエンボス加工を概略的に示す。
図１５は基板上のエンボス加工されたレンズを示す。
図１６は本発明の方法における様々な製造工程の流れ図を示す。
【図１】
0004463108.tif 000002
【図２】
0004463108.tif 000003
【図３】
0004463108.tif 000004
【図４】
0004463108.tif 000005
【図５】
0004463108.tif 000006
【図６】
0004463108.tif 000007
【図７】
0004463108.tif 000008
【図８】
0004463108.tif 000009
【図９】
0004463108.tif 000010
【図１０】
0004463108.tif 000011
【図１１】
0004463108.tif 000012
【図１２】
0004463108.tif 000013
【図１３】
0004463108.tif 000014
【図１４】
0004463108.tif 000015
【図１５】
0004463108.tif 000016
【図１６】
0004463108.tif 000017