JP2004102164A

JP2004102164A - Microlens array, method for manufacturing microlens array, method for laser processing, and method for x-ray processing

Info

Publication number: JP2004102164A
Application number: JP2002267134A
Authority: JP
Inventors: Enhei Cho; 張　延平
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-09-12
Filing date: 2002-09-12
Publication date: 2004-04-02

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To quickly process a plurality of adjacent positions on the surface of a target to be processed. <P>SOLUTION: A microlens array comprising a substrate and a micro-spherical layer formed on the substrate and constituted of arraying a plurality of micro-spheres whose radius is ≤ 1μm is provided. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半径１μｍ以下の微小球体を含んで構成されるレンズアレイ、半径１μｍ以下の球面の一部と整合する凹部を含んで構成されるレンズアレイ、及びそれらの製造方法、更に、それらのレンズアレイを用いて行う加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザビームをレンズで集光して、サブミクロンオーダーの高アスペクト比の穴を大量に作成するのは困難である。レーザビームでアブレーションされる穴の穴径はサブミクロンになりにくい上、１ショットのビームで１つの穴を開けるため、加工効率が悪い。
【０００３】
加工対象物表面にポリマーの微粒子を配列し、近接場光を照射して、サブミクロンオーダーの穴開けに成功したことが報告されている。（たとえば、非特許文献１参照。）しかし、この方法では、穴開け加工後、配列されたポリマー微粒子は、ばらばらに加工対象物から除去される。すなわち配列状態のポリマー微粒子は、一度の加工でのみ使用される。また、加工対象物表面の材料によっては、微粒子を密接に配列することは難しいと予想される。
【０００４】
また、たとえば１５ｋｅＶ以上の硬Ｘ線は、集光されにくいので、これを用いて、拡大撮像を行うのは難しい。このため、多数のレンズを列にした「複合レンズ」を拡大撮像に利用するという提案がなされている。たとえば、機械的に微細に加工された複合レンズ（たとえば、非特許文献２参照。）や、有機粒子を用いた複合レンズ（たとえば、非特許文献３参照。）が提案されている。
【０００５】
しかし、複合レンズの焦点距離を短くするためには、複合レンズを構成する単レンズの枚数を増やしたり、単レンズの半径を小さくしたりする必要がある。単レンズの枚数を増やすと、レンズによるＸ線の吸収が増大する。一方、半径の小さいレンズの作製は困難である。
【０００６】
また、基盤上に、微小球体からなる微小球体層を形成する方法は公知である。（たとえば特許文献１参照。）それによると、まず、プラスチック又は高分子化合物からなる微小球体を液体に混合し、混合した液体を平板状の基盤に付着させる。次に、基盤を傾斜させた状態で、基盤に付着した液体を蒸発させて、基盤上に微小球体を配列させた微小球体層を形成する。この方法により、微小球体を、基盤上に、均一に配列することができる。
【０００７】
【非特許文献１】Ｈ．Ｍｕｅｎｚｅｒら著、ＬＰＭ２００１論文集、ＳＰＩＥ出版、２００１年
【非特許文献２】Ｂ．Ｌｅｎｇｅｌｅｒら著、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７４巻、ＡＩＰ出版、１９９９年
【非特許文献３】香村芳樹著、放射光　第１２巻第４号、日本放射光学会、１９９９年
【特許文献１】特開平８−１６０２２５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、加工対象物表面の近接した複数の箇所を、短時間で、加工することのできる微小レンズアレイを提供することである。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、その微小レンズアレイの製造方法を提供することである。
【００１０】
更に、本発明の他の目的は、その微小レンズアレイを用いたレーザ加工方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、基板と、該基板上に形成され、半径が１μｍ以下である複数の微小球体が配列されてなる微小球体層とを有する微小レンズアレイが提供される。
【００１２】
また、本発明の他の観点によれば、半径が１μｍ以下の球面の一部と整合する複数の凹部が形成されている面であって、複数の前記凹部は、互いに開口の縁を接して形成されている面を有する凹型微小レンズアレイが提供される。
【００１３】
レーザビームを、これらの微小レンズアレイで集光して、加工対象物表面の近接した多数の箇所を、短時間で、加工することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）は、本発明の第１の実施例による微小レンズアレイの概略図である。透明な基板１の表面上に、半径が１μｍ以下である複数の微小球体２が配列され、固着されている。基板１には、たとえば厚さ０．１２〜０．１７μｍのカバーグラスを用いることができる。また、微小球体２には、たとえば平均粒子径が８０２ｎｍで、誤差の範囲が±６ｎｍの市販のポリスチレン粒子を用いることができる。微小球体２は、たとえば隣り合う微小球体２が相互に接触するように、基板１上に配列されており、たとえば基板１上において、２次元最密構造をとるように配列されている。２次元最密構造とは、平面上において、１つの粒子の周囲に６つの粒子が接触する構造をいう。基板１上に配列された複数の微小球体２により、微小球体層３が形成されている。基板１及び微小球体層３により、微小レンズアレイ４が形成される。
【００１５】
図１（Ａ）に示した第１の実施例による微小レンズアレイ４は、たとえば従来技術の説明の欄に記載した方法により、作製することができる。後に詳述するが、この微小レンズアレイ４を用いて、レーザビームを集光し、レーザ加工を行うことができる。
【００１６】
基板１は、レーザ加工を行う際に使用するレーザビーム、とりわけ可視光領域の光に対する透過率が高い、たとえば、硼硅酸ガラスなどのガラス系材料や、シリカなどの石英系材料で形成される。また、表面に親水処理を施し、強い親水性をもたせた透明材料を用いることもできる。
【００１７】
複数の微小球体２には、レーザ加工を行う際に使用するレーザビーム、たとえばＴｉ：サファイアレーザから出射された、波長８００ｎｍのビームに対する透過率が高く、更に、平均粒子径の標準偏差値が非常に小さい、たとえば、ポリスチレン標準粒子、シリカ標準粒子などを使用することが望ましい。
【００１８】
図１（Ｂ）を参照し、微小レンズアレイ４を用いたレーザ加工方法について説明する。加工対象物は、たとえば表面処理をしたシリコンウエハ５である。シリコンウエハ５は、たとえば微小レンズアレイ４に密着して配置される。
【００１９】
たとえば、Ｔｉ：サファイアレーザ発振器から、波長８００ｎｍ、パルス幅１００ｆｓのパルスレーザビームが、たとえばビーム断面形状を直径８ｍｍの円形に整形されて、微小レンズアレイ４の基板１に入射する。基板１を透過したレーザビームは、微小球体層３に入射し、微小球体２の各々で集光されて、シリコンウエハ５表面の複数の位置に、同時に照射される。図１（Ｂ）には、微小球体２で集光され、シリコンウエハ５に入射するレーザビームの一部を示した。レーザビームの入射した位置のシリコンウエハ５には、アブレーションにより穴が開けられる。穴径は、たとえばサブミクロンである。多数のサブミクロン径の穴が、シリコンウエハ５の表面に形成される。
【００２０】
微小レンズアレイ４を用いたシリコンウエハ５表面のレーザ加工が終了すると、微小レンズアレイ４とシリコンウエハ５とを分離する。微小球体２は、基板１上に固着されており、配列状態を崩さないため、微小レンズアレイ４は、次の加工にもそのまま利用することができる。シリコンウエハ５の表面上に形成された、多数のサブミクロン径の穴は、高アスペクト比の穴とすることができる。多数の高アスペクト比の穴が形成されたシリコンウエハ５は、たとえば、フォトニック結晶に利用することができる。
【００２１】
図２（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、本発明の第２の実施例による、凹型微小レンズアレイの製造方法を説明する。凹型微小レンズアレイは、たとえば図１（Ａ）に示した微小レンズアレイ４を利用して製造する。
【００２２】
図２（Ａ）を参照する。まず、微小レンズアレイ４上に、たとえば無電解めっきで、膜を形成する。膜は、たとえば銅やニッケルなどの金属材料により、微小球体層３上の、基板１と反対側の部分に付着される。無電解めっきでなくても、スパッタを行うことで、膜を形成することもできる。
【００２３】
図２（Ｂ）を参照する。次に、形成された膜を、厚さ方向に成長させる。これは、たとえば電解めっきを行うことにより行われる。
【００２４】
膜を所定の厚さに成長させた後、膜から微小レンズアレイ４を除去する。除去は、たとえば、微小球体層３を加熱して、微小球体層３を溶融または焼失させることにより行う。
【００２５】
図３は、以上のようにして作製された凹型微小レンズアレイ１０の断面図である。膜厚は、たとえば１０μｍである。凹型微小レンズアレイ１０の一方の面には、半径が１μｍ以下の微小球体２の球面の一部と整合する複数の凹部１０ａが形成されている。複数の凹部１０ａは、互いに開口の縁を接して形成されている。もう一方の面は、たとえば平面である。
【００２６】
図３に示すような凹型微小レンズアレイ１０は、銅やニッケルなどの金属材料だけでなく、成形しやすい樹脂材料、たとえばポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）やシリコンゴム（ポリジメチルシロキサン、ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ，ＰＤＭＳ）を用いても、製造することができる。以下、樹脂材料で形成される凹型微小レンズアレイ１０の製造方法を記す。
【００２７】
図４（Ａ）を参照する。まず、微小レンズアレイ４の微小球体２の表面のうち、基板１とは反対側の部分を転写し、型１２を作製する。型１２は、たとえばシリコンゴム（ポリジメチルシロキサン、ＰＤＭＳ）で形成される。また、転写は、たとえば、レプリカモールディング（Ｒｅｐｌｉｃａ　Ｍｏｌｄｉｎｇ）により行われる。
【００２８】
図４（Ａ）は、型１２の概略図である。型１２は、微小球体２の球面の一部と整合する複数の凹部１２ａが、互いに開口の縁を接して形成された面を有している。
【００２９】
次に型１２の、複数の凹部１２ａが形成された面に、たとえばニッケル等の金属材料で電気めっきを施すことにより、金型１３を作製する。
【００３０】
図４（Ｂ）は、金型１３の概略図である。金型１３の一方の面には、微小レンズアレイ４の微小球体２の球面に整合する、複数の凸部１３ａが形成されている。
【００３１】
金型１３をもとにして、図３に示す凹型微小レンズアレイ１０を製作することができる。たとえば、金型１３をスタンパーとして利用し、樹脂材料、たとえばポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）等の炭素系ポリマー材料で形成された凹型微小レンズアレイ１０を、大量に作製することができる。
【００３２】
上述の例では、微小レンズアレイ４を用いて、凹型微小レンズアレイ１０を製造したが、半径が１μｍ以下の複数の微小球体を、基板の表面上に、隣り合う微小球体が相互に接触するように配置し、その微小球体上の、基板と反対側の部分に膜を形成することにより、凹型微小レンズアレイ１０を作製することもできる。また、その微小球体上の、基板と反対側の部分を２度転写した金型を用いて、凹型微小レンズアレイ１０を製造することもできる。
【００３３】
図５を参照して、凹型微小レンズアレイ１０を用いたＸ線加工方法について説明する。Ｘ線加工方法に用いる凹型微小レンズアレイ１０の、凹部１０ａは、たとえば、平均粒子径が１０２ｎｍで、誤差の範囲が±３ｎｍである微小球体２の球面に整合する、複数の凹部１０ａが形成されている。また、加工対象物３０は、たとえば、エポキシ系ネガ型レジスト（ＳＵ−８、ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ　Ｃｏ．製）または、旭化成工業（株）製ＡＰＲスタンプ樹脂で形成された基板３０ａ上に、Ｘ線が照射されると液体から固体に硬化する感光性樹脂液３０ｂを、たとえば厚さ５００μｍまで塗布したものである。
【００３４】
たとえば、集光されにくい１５ｋｅＶ以上の硬Ｘ線、たとえば２０ｋｅＶの硬Ｘ線が、凹型微小レンズアレイ１０に入射する。凹型微小レンズアレイ１０に入射した硬Ｘ線は、凹部１０ａの各々で集光されて、感光性樹脂液３０ｂの表面の複数の位置に、同時に照射される。図５には、凹部１０ａで集光され、感光性樹脂液３０ｂに入射する硬Ｘ線の一部を示した。集光されたサブミクロン径の硬Ｘ線ビームは、ビーム断面における強度がガウス分布をもつため、感光性樹脂液３０ｂ表面上に集光され照射されると、照射された位置の感光性樹脂液３０ｂは円錐状に硬化する。したがって、光造形法により、基板３０ａ上に、ナノ円錐アレイを形成することができる。ナノ円錐アレイは、モズ・アイと呼ばれる。なお、図５には、感光性樹脂液３０ｂが硬化することにより形成された円錐構造体の１つを斜線で示した。
【００３５】
凹型微小レンズアレイ１０の焦点距離ｆは、ｆ＝Ａ／（２δ）で求められる。Ａは、凹型微小レンズアレイ１０の凹部１０ａが整合する微小球体２の平均粒子径である。δは、凹型微小レンズアレイ１０の屈折率をｎとしたとき、δ＝１−ｎで定義される。凹型微小レンズアレイ１０が銅で形成されており、硬Ｘ線のエネルギが２０ｋｅＶであるとき、δ＝４×１０^−６となる。したがって、Ａ＝１０２ｎｍであれば、焦点距離ｆは約１２．５ｍｍである。また、硬Ｘ線の透過率は、凹型微小レンズアレイ１０の厚さ（膜厚）をＬ、吸収係数をμとするとき、１−μＬで求められる。凹型微小レンズアレイ１０が、厚さ１０μｍの銅で形成されているとき、２０ｋｅＶの硬Ｘ線の透過率は、約７０％となる。凹型微小レンズアレイ１０は、硬Ｘ線に対する短い焦点距離と、高い透過率とを両立させることができる。
【００３６】
以上、実施例に沿って本発明を説明した。本明細書において、「球体」とは、幾何学上の完全な球である必要はなく、光を集束させる作用を有する微小物体を意味する。
【００３７】
また、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、加工対象物表面の近接した複数の箇所を、短時間で、加工することのできる微小レンズアレイ及びその製造方法を提供することができる。
【００３９】
更に、その微小レンズアレイを用いたレーザ加工方法、Ｘ線加工方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は、第１の実施例による微小レンズアレイの概略図であり、（Ｂ）は、微小レンズアレイで集光され、加工対象物に入射するレーザビームの一部を示す概略図である。
【図２】（Ａ）及び（Ｂ）は、第２の実施例による、凹型微小レンズアレイの製造方法を説明するための概略図である。
【図３】凹型微小レンズアレイの概略的な断面図である。
【図４】（Ａ）は、複数の凹部を有する型の概略図であり、（Ｂ）は、複数の凸部を有する金型の概略図である。
【図５】凹型微小レンズアレイで集光され、加工対象物に入射するＸ線の一部を示す概略図である。
【符号の説明】
１　基板
２　微小球体
３　微小球体層
４　微小レンズアレイ
５　シリコンウエハ
１０　凹型微小レンズアレイ
１０ａ　凹部
１２　型
１２ａ　凹部
１３　金型
１３ａ　凸部
３０　加工対象物
３０ａ　基板
３０ｂ　感光性樹脂液[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a lens array including a microsphere having a radius of 1 μm or less, a lens array including a concave portion matching a part of a spherical surface having a radius of 1 μm or less, a method for manufacturing the same, and a method for manufacturing the same. The present invention relates to a processing method performed using a lens array.
[0002]
[Prior art]
It is difficult to focus a laser beam with a lens to form a large number of holes having a high aspect ratio on the order of submicrons. The hole diameter of the hole to be ablated by the laser beam is unlikely to be submicron, and since one hole is formed by one shot beam, the processing efficiency is poor.
[0003]
It has been reported that polymer microparticles are arranged on the surface of a processing object and are irradiated with near-field light to successfully drill submicron-order holes. (For example, see Non-Patent Document 1.) However, in this method, after perforation, the arranged polymer fine particles are separately removed from the object to be processed. That is, the aligned polymer fine particles are used only once. In addition, it is expected that it is difficult to arrange the fine particles closely depending on the material of the surface of the processing object.
[0004]
Further, for example, hard X-rays of 15 keV or more are hardly condensed, and it is difficult to perform enlarged imaging using the hard X-rays. For this reason, it has been proposed to use a “composite lens” in which a large number of lenses are arranged in a row for magnified imaging. For example, a composite lens mechanically finely processed (for example, see Non-Patent Document 2) and a composite lens using organic particles (for example, see Non-Patent Document 3) have been proposed.
[0005]
However, in order to shorten the focal length of the compound lens, it is necessary to increase the number of single lenses constituting the compound lens or to reduce the radius of the single lens. Increasing the number of single lenses increases the absorption of X-rays by the lenses. On the other hand, it is difficult to manufacture a lens having a small radius.
[0006]
In addition, a method for forming a microsphere layer composed of microspheres on a substrate is known. According to this, first, microspheres made of plastic or a polymer compound are mixed with a liquid, and the mixed liquid is attached to a flat base. Next, in a state where the substrate is inclined, the liquid attached to the substrate is evaporated to form a microsphere layer in which microspheres are arranged on the substrate. By this method, the microspheres can be uniformly arranged on the substrate.
[0007]
[Non-Patent Document 1] Muenzer et al., LPM 2001 Transactions, SPIE Publishing, 2001 [Non-Patent Document 2] Lengeler et al., Appl. Phys. Lett. 74, AIP Publishing, 1999 [Non-Patent Document 3] Yoshiki Kamura, Synchrotron Radiation, Vol. 12, No. 4, Japan Society of Synchrotron Radiation, 1999 [Patent Document 1] JP-A-8-160225 [0008]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a microlens array capable of processing a plurality of locations close to the surface of a processing object in a short time.
[0009]
Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing the microlens array.
[0010]
Still another object of the present invention is to provide a laser processing method using the microlens array.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, there is provided a microlens array having a substrate and a microsphere layer formed on the substrate and having a plurality of microspheres having a radius of 1 μm or less arranged.
[0012]
According to another aspect of the present invention, there is provided a surface on which a plurality of concave portions matching a part of a spherical surface having a radius of 1 μm or less are formed. A concave microlens array having a formed surface is provided.
[0013]
The laser beam is condensed by these microlens arrays, and a large number of locations close to the surface of the processing object can be processed in a short time.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1A is a schematic diagram of a microlens array according to a first embodiment of the present invention. A plurality of microspheres 2 having a radius of 1 μm or less are arranged and fixed on the surface of a transparent substrate 1. As the substrate 1, for example, a cover glass having a thickness of 0.12 to 0.17 μm can be used. For the microspheres 2, for example, commercially available polystyrene particles having an average particle diameter of 802 nm and an error range of ± 6 nm can be used. The microspheres 2 are arranged on the substrate 1 such that, for example, adjacent microspheres 2 are in contact with each other. For example, the microspheres 2 are arranged on the substrate 1 so as to have a two-dimensional close-packed structure. The two-dimensional close-packed structure refers to a structure in which six particles contact one particle on a plane. A microsphere layer 3 is formed by a plurality of microspheres 2 arranged on the substrate 1. A microlens array 4 is formed by the substrate 1 and the microsphere layer 3.
[0015]
The microlens array 4 according to the first embodiment shown in FIG. 1A can be manufactured, for example, by the method described in the description of the related art. As will be described in detail later, laser processing can be performed by condensing a laser beam using the microlens array 4.
[0016]
The substrate 1 is formed of, for example, a glass-based material such as borosilicate glass or a quartz-based material such as silica, which has a high transmittance to a laser beam used in performing laser processing, particularly light in a visible light region. . Further, a transparent material whose surface is subjected to a hydrophilic treatment so as to have strong hydrophilicity can also be used.
[0017]
The plurality of microspheres 2 have a high transmittance for a laser beam used for laser processing, for example, a beam having a wavelength of 800 nm emitted from a Ti: sapphire laser, and have a very small standard deviation value of the average particle diameter. It is desirable to use, for example, polystyrene standard particles, silica standard particles, and the like.
[0018]
A laser processing method using the micro lens array 4 will be described with reference to FIG. The object to be processed is, for example, a silicon wafer 5 subjected to a surface treatment. The silicon wafer 5 is arranged, for example, in close contact with the microlens array 4.
[0019]
For example, a pulse laser beam having a wavelength of 800 nm and a pulse width of 100 fs is shaped into, for example, a circular shape having a diameter of 8 mm from a Ti: sapphire laser oscillator and is incident on the substrate 1 of the microlens array 4. The laser beam transmitted through the substrate 1 enters the microsphere layer 3, is condensed by each of the microspheres 2, and is simultaneously applied to a plurality of positions on the surface of the silicon wafer 5. FIG. 1B shows a part of the laser beam focused on the microsphere 2 and incident on the silicon wafer 5. A hole is formed in the silicon wafer 5 at the position where the laser beam is incident by ablation. The hole diameter is, for example, submicron. A large number of submicron diameter holes are formed on the surface of the silicon wafer 5.
[0020]
When the laser processing of the surface of the silicon wafer 5 using the micro lens array 4 is completed, the micro lens array 4 and the silicon wafer 5 are separated. Since the microspheres 2 are fixed on the substrate 1 and do not disturb the arrangement state, the microlens array 4 can be used as it is for the next processing. The large number of submicron diameter holes formed on the surface of the silicon wafer 5 can be high aspect ratio holes. The silicon wafer 5 in which a large number of high aspect ratio holes are formed can be used for, for example, a photonic crystal.
[0021]
With reference to FIGS. 2A and 2B, a method for manufacturing a concave microlens array according to a second embodiment of the present invention will be described. The concave microlens array is manufactured using, for example, the microlens array 4 shown in FIG.
[0022]
FIG. 2A is referred to. First, a film is formed on the microlens array 4 by, for example, electroless plating. The film is attached to a portion of the microsphere layer 3 opposite to the substrate 1 by using a metal material such as copper or nickel. Even if it is not electroless plating, a film can also be formed by performing sputtering.
[0023]
FIG. 2B is referred to. Next, the formed film is grown in the thickness direction. This is performed, for example, by performing electrolytic plating.
[0024]
After growing the film to a predetermined thickness, the microlens array 4 is removed from the film. The removal is performed, for example, by heating the microsphere layer 3 to melt or burn off the microsphere layer 3.
[0025]
FIG. 3 is a cross-sectional view of the concave microlens array 10 manufactured as described above. The film thickness is, for example, 10 μm. On one surface of the concave microlens array 10, there are formed a plurality of concave portions 10a that match a part of the spherical surface of the microsphere 2 having a radius of 1 μm or less. The plurality of recesses 10a are formed so that the edges of the openings are in contact with each other. The other surface is, for example, a plane.
[0026]
The concave microlens array 10 as shown in FIG. 3 is made of not only a metal material such as copper and nickel, but also a resin material which can be easily molded, for example, polymethyl methacrylate (PMMA) or silicon rubber (polydimethylsiloxane, polydimethylsiloxane, PDMS). Can also be used. Hereinafter, a method for manufacturing the concave minute lens array 10 formed of a resin material will be described.
[0027]
FIG. 4A is referred to. First, a part of the surface of the microsphere 2 of the microlens array 4 opposite to the substrate 1 is transferred to form a mold 12. The mold 12 is formed of, for example, silicon rubber (polydimethylsiloxane, PDMS). The transfer is performed by, for example, replica molding.
[0028]
FIG. 4A is a schematic diagram of the mold 12. The mold 12 has a surface in which a plurality of concave portions 12a that are aligned with a part of the spherical surface of the microsphere 2 are formed so that the edges of the opening are in contact with each other.
[0029]
Next, the mold 13 is manufactured by electroplating a surface of the mold 12 on which the plurality of concave portions 12a are formed with a metal material such as nickel.
[0030]
FIG. 4B is a schematic view of the mold 13. On one surface of the mold 13, a plurality of convex portions 13 a are formed to match the spherical surfaces of the microspheres 2 of the microlens array 4.
[0031]
The concave microlens array 10 shown in FIG. 3 can be manufactured based on the mold 13. For example, using the mold 13 as a stamper, a large number of concave microlens arrays 10 formed of a resin material, for example, a carbon-based polymer material such as polymethyl methacrylate (PMMA) can be produced.
[0032]
In the above-described example, the concave microlens array 10 was manufactured using the microlens array 4. However, a plurality of microspheres having a radius of 1 μm or less are formed on the surface of the substrate such that adjacent microspheres contact each other. , And forming a film on a portion of the microsphere opposite to the substrate, the concave microlens array 10 can also be manufactured. Alternatively, the concave microlens array 10 can be manufactured using a mold on which the portion of the microsphere opposite to the substrate is transferred twice.
[0033]
An X-ray processing method using the concave microlens array 10 will be described with reference to FIG. The concave portion 10a of the concave microlens array 10 used in the X-ray processing method is formed with a plurality of concave portions 10a that match the spherical surface of the microsphere 2 having an average particle diameter of 102 nm and an error range of ± 3 nm, for example. ing. Further, the processing target 30 is irradiated with X-rays on a substrate 30a formed of, for example, an epoxy negative resist (SU-8, manufactured by MicroChem Co.) or an APR stamp resin manufactured by Asahi Kasei Corporation. Then, a photosensitive resin liquid 30b which hardens from a liquid to a solid is applied to a thickness of, for example, 500 μm.
[0034]
For example, hard X-rays of 15 keV or more that are hardly condensed, for example, hard X-rays of 20 keV enter the concave microlens array 10. The hard X-rays incident on the concave microlens array 10 are condensed at each of the concave portions 10a and are simultaneously irradiated on a plurality of positions on the surface of the photosensitive resin liquid 30b. FIG. 5 shows a part of the hard X-rays that are condensed by the concave portion 10a and enter the photosensitive resin liquid 30b. Since the focused hard X-ray beam having a submicron diameter has a Gaussian distribution in the beam cross section, when the focused hard X-ray beam is focused and irradiated on the surface of the photosensitive resin liquid 30b, the photosensitive resin liquid at the irradiated position is irradiated. 30b hardens conically. Therefore, a nano-cone array can be formed on the substrate 30a by stereolithography. The nano-cone array is called a mos-eye. In FIG. 5, one of the conical structures formed by curing the photosensitive resin liquid 30b is indicated by oblique lines.
[0035]
The focal length f of the concave minute lens array 10 is obtained by f = A / (2δ). A is the average particle diameter of the microsphere 2 with which the concave portion 10a of the concave microlens array 10 matches. δ is defined as δ = 1−n, where n is the refractive index of the concave microlens array 10. When the concave microlens array 10 is formed of copper and the energy of the hard X-ray is 20 keV, δ = 4 × 10 ⁻⁶ . Therefore, if A = 102 nm, the focal length f is about 12.5 mm. Further, the transmittance of hard X-rays is determined by 1-μL, where L is the thickness (film thickness) of the concave microlens array 10 and μ is the absorption coefficient. When the concave microlens array 10 is formed of 10 μm thick copper, the transmittance of 20 keV hard X-rays is about 70%. The concave microlens array 10 can achieve both a short focal length for hard X-rays and high transmittance.
[0036]
The present invention has been described with reference to the embodiments. In the present specification, the “sphere” does not need to be a perfect geometric sphere but means a minute object having an action of focusing light.
[0037]
Further, the present invention is not limited to these examples. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a microlens array capable of processing a plurality of locations close to the surface of a processing object in a short time and a method of manufacturing the same.
[0039]
Further, a laser processing method and an X-ray processing method using the microlens array can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a schematic view of a microlens array according to a first embodiment, and FIG. 1B shows a part of a laser beam condensed by the microlens array and incident on an object to be processed. It is a schematic diagram.
FIGS. 2A and 2B are schematic diagrams for explaining a method of manufacturing a concave microlens array according to a second embodiment.
FIG. 3 is a schematic sectional view of a concave microlens array.
4A is a schematic diagram of a mold having a plurality of concave portions, and FIG. 4B is a schematic diagram of a mold having a plurality of convex portions.
FIG. 5 is a schematic view showing a part of X-rays condensed by a concave microlens array and incident on an object to be processed.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 substrate 2 microsphere 3 microsphere layer 4 microlens array 5 silicon wafer 10 concave microlens array 10a concave portion 12 mold 12a concave portion 13 mold 13a convex portion 30 object 30a substrate 30b photosensitive resin liquid

Claims

基板と、
該基板上に形成され、半径が１μｍ以下である複数の微小球体が配列されてなる微小球体層と
を有する微小レンズアレイ。Board and
A microsphere layer formed on the substrate and having a plurality of microspheres having a radius of 1 μm or less arranged thereon.

前記微小球体層の隣り合う前記微小球体は、相互に接触して配列されている請求項１に記載の微小レンズアレイ。The microlens array according to claim 1, wherein the microspheres adjacent to the microsphere layer are arranged in contact with each other.

前記微小球体は、ポリスチレンまたはシリカで形成されている請求項１または２に記載の微小レンズアレイ。The microlens array according to claim 1, wherein the microsphere is made of polystyrene or silica.

前記基板は、硼硅酸ガラスまたはシリカで形成されている請求項１〜３のいずれかに記載の微小レンズアレイ。The microlens array according to claim 1, wherein the substrate is formed of borosilicate glass or silica.

半径が１μｍ以下の球面の一部と整合する複数の凹部が形成されている面であって、複数の前記凹部は、互いに開口の縁を接して形成されている面を有する凹型微小レンズアレイ。A concave microlens array having a surface on which a plurality of recesses matching a part of a spherical surface having a radius of 1 μm or less are formed, wherein the plurality of recesses are formed by contacting edges of openings with each other.

銅、ニッケル、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、シリコンゴム（ポリジメチルシロキサン、ＰＤＭＳ）からなる群より選ばれた材料で形成される請求項５に記載の凹型ナノレンズアレイ。The concave nanolens array according to claim 5, wherein the concave nanolens array is formed of a material selected from the group consisting of copper, nickel, polymethyl methacrylate (PMMA), and silicon rubber (polydimethylsiloxane, PDMS).

半径が１μｍ以下の複数の微小球体を、基板の表面上に、隣り合う該微小球体が相互に接触するように配置する工程と、
前記微小球体の表面のうち、前記基板とは反対側の部分に密着する膜を形成する工程と、
該膜から前記微小球体を除去する工程と
を有する凹型微小レンズアレイの製造方法。Arranging a plurality of microspheres having a radius of 1 μm or less on the surface of the substrate such that adjacent microspheres are in contact with each other;
Forming a film in close contact with a portion of the surface of the microsphere opposite to the substrate;
Removing the microspheres from the film.

前記膜は金属材料で形成され、前記膜を形成する工程が、前記微小球体の表面に、無電解めっきもしくはスパッタリングで前記膜を付着する工程、及び付着された該膜の厚みを、電解めっきにより増大させる工程を含む請求項７に記載の凹型微小レンズアレイの製造方法。The film is formed of a metal material, and the step of forming the film includes the step of attaching the film by electroless plating or sputtering to the surface of the microsphere, and the thickness of the attached film by electrolytic plating. The method for manufacturing a concave microlens array according to claim 7, further comprising a step of increasing the size.

前記微小球体を除去する工程が、前記微小球体を加熱して、該微小球体を溶融または焼失させる工程を含む請求項７または８に記載の凹型微小レンズアレイの製造方法。9. The method of manufacturing a concave microlens array according to claim 7, wherein the step of removing the microspheres includes a step of heating the microspheres to melt or burn the microspheres.

半径が１μｍ以下の複数の微小球体を、基板の表面上に、隣り合う該微小球体が相互に接触するように配置する工程と、
前記微小球体の表面のうち、前記基板とは反対側の部分を転写し、前記微小球体の球面の一部に整合する、複数の凹部を有する第１の型を作製する工程と、
前記第１の型の前記複数の凹部が形成された部分を転写し、前記微小球体の球面の一部に整合する複数の凸部を有する第２の型であって、金属材料で形成される第２の型を作製する工程と、
前記第２の型の前記複数の凸部が形成された部分を、樹脂材料に転写する工程と
を有する凹型微小レンズアレイの製造方法。Arranging a plurality of microspheres having a radius of 1 μm or less on the surface of the substrate such that adjacent microspheres are in contact with each other;
Transferring a portion of the surface of the microsphere opposite to the substrate and aligning the portion of the spherical surface of the microsphere with a first mold having a plurality of concave portions;
A second mold having a plurality of protrusions that transfer a portion of the first mold where the plurality of recesses are formed and have a plurality of protrusions that match a part of the spherical surface of the microsphere, and are formed of a metal material; Producing a second mold;
Transferring the portion of the second mold, on which the plurality of protrusions are formed, to a resin material.

基板と、該基板上に形成され、半径が１μｍ以下である複数の微小球体が配列されてなる微小球体層とを有する微小レンズアレイを準備する工程と、
レーザビームを前記微小レンズアレイの微小球体の各々で集光して、加工対象物表面の複数の位置に同時に入射させ、該加工対象物の表面を加工する工程と
を有するレーザ加工方法。Preparing a microlens array having a substrate and a microsphere layer formed on the substrate and having a plurality of microspheres having a radius of 1 μm or less arranged thereon;
Condensing the laser beam on each of the microspheres of the microlens array, simultaneously irradiating the laser beam on a plurality of positions on the surface of the processing object, and processing the surface of the processing object.

半径が１μｍ以下の球面の一部と整合する複数の凹部が形成されている面であって、複数の前記凹部は、互いに開口の縁を接して形成されている面を有する凹型微小レンズアレイを準備する工程と、
Ｘ線を、前記凹型微小レンズアレイの前記凹部の各々で集光して、加工対象物表面の複数の位置に同時に入射させ、該加工対象物の表面を加工する工程と
を有するＸ線加工方法。A concave microlens array having a plurality of concave portions that are aligned with a part of a spherical surface having a radius of 1 μm or less, wherein the plurality of concave portions have surfaces formed by contacting edges of openings with each other. The process of preparing,
Condensing X-rays at each of the concave portions of the concave microlens array, simultaneously projecting the X-rays at a plurality of positions on the surface of the object to be processed, and processing the surface of the object to be processed. .