JPH09318831A

JPH09318831A - 直接描画方法

Info

Publication number: JPH09318831A
Application number: JP13225896A
Authority: JP
Inventors: Hajime Onda; 一恩田; Toshiharu Ishida; 敏治石田; Okihiro Sugihara; 興浩杉原
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1996-05-27
Filing date: 1996-05-27
Publication date: 1997-12-12

Abstract

(57)【要約】【課題】工程を簡略化して光学素子の形成が可能な直
接描画方法を提供する。【解決手段】基板１上にクラッド層２を形成し、さら
にその上にコア層３としてフォトポリマを使用し、これ
にレーザ光５を直接照射することにより、この部分の高
分子材料の重合が進み、屈折率が上昇し、レーザ照射部
分が高屈折率となって光導波路となり、これにオーバク
ラッド層６を形成して光導波路を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は直接描画方法に関
し、特に、光学素子の製造分野で用いられ、集光レーザ
を直接光学素子に照射してパターンを描画するような直
接描画方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は従来の光導波路の製造工程を示す
図である。図８において、たとえば光導波路の作製に
は、図８（ａ）に示すように、基板１の上にクラッド層
２と、光導波路部分になるコア層３と、光感光材である
レジスト４を多層成膜し、レジスト４の上からレーザビ
ーム５を照射してパターニングし、現像すると図８
（ｂ）に示すようにレジスト４がパターンとしてコア層
３上に形成される。そして、図８（ｃ）に示すように、
レジスト４をマスクとして反応性イオンエッチング（Ｒ
ＩＥ）して光導波路部分（コア）を形成する。これに、
図８（ｄ）に示すように、オーバクラッド層６をコア層
３上に形成し、光導波路が完成する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図８に示すように、従
来技術においては、光導波路の形成のために、多数のプ
ロセスを用いる必要がある。また、ＲＩＥは比較的大き
な異方性と選択性を実現することができ、高精度の光学
素子の加工に適しているという利点がある反面、大がか
りな設備を要するため、コスト高になるという欠点があ
った。

【０００４】それゆえに、この発明の主たる目的は、工
程を簡略化して光学素子の形成が可能な直接描画方法を
提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
直接描画方法であって、光学部品の屈折パターンに基づ
きレーザ光源と光学材料とを相対的に移動させ、かつレ
ーザの出力を制御してレーザ光源からのレーザ光を光学
材料に直接描画して光学部品を形成する。

【０００６】請求項２に係る発明では、請求項１のレー
ザ光源をＸテーブルに設置し、光学材料をＹテーブルに
配置する。

【０００７】請求項３に係る発明では、請求項１の光学
材料としてフォトポリマを用いる。請求項４に係る発明
では、請求項３のフォトポリマに光導波路を直接描画す
る。

【０００８】請求項５に係る発明では、請求項３のフォ
トポリマに回折型光学素子を直接描画する。

【０００９】請求項６に係る発明では、請求項３のフォ
トポリマに位相整合のための周期格子を直接描画する。

【００１０】請求項７に係る発明は、レーザ光源と光学
材料とを相対的に移動させ、光学材料として非線形光学
材料を用い、そのパターンエッジをレーザ光源で照射す
ることにより光学部品を直接描画する。

【００１１】請求項８に係る発明では、請求項７のレー
ザ光源をＸテーブルに設置し、光学材料をＹテーブルに
配置する。

【００１２】請求項９に係る発明では、請求項７の非線
形光学材料に対して光導波路を直接描画する。

【００１３】請求項１０に係る発明では、請求項７の非
線形光学材料に対して回折型光学素子を直接描画する。

【００１４】請求項１１に係る発明では、請求項７の非
線形光学材料に対して位相整合のための周期格子を直接
描画する。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１はこの発明が適用されるレー
ザビーム描画装置のブロック図である。図１において、
Ｙ軸テーブル２１は被描画物２２を移動させるものであ
り、Ｘ軸テーブル２３は光学ヘッド３８を移動させる。
Ｘ軸テーブル２３はスライドサーボ装置２４によってサ
ーボ制御される。

【００１６】Ｈｅ−Ｃｄレーザ２５は描画用であって、
発生されたレーザ光は音響光学光変調器（ＡＯＭ）２６
に与えられ、パワーサーボ装置２７によって描画線速度
に応じた光量に制御される。光量制御されたレーザ光は
ＡＯＭ２８によって描画パターンに応じてオン，オフさ
れ、光学ヘッド３８に入射される。光学ヘッド３８には
レンズ２９が設けられ、このレンズ２９によってレーザ
ビーム径が拡大されて２色ミラー３０により集光レンズ
３１に入射され、集光されて被描画物２２が露光され
る。

【００１７】Ｈｅ−Ｎｅレーザ３２はフォーカス制御の
ために設けられており、このＨｅ−Ｎｅレーザ３２から
のレーザ光が光学ヘッド３８に入射され、ビームスプリ
ッタ３３によって光軸が曲げられ、λ／４板３４を介し
て２色ミラー３０から集光レンズ３１に入射される。被
描画物２２で反射されたＨｅ−Ｎｅレーザ３２はビーム
スプリッタ３３を通過してフォトダイオード３５に入射
される。このレーザ光はフォトダイオード３５で検出さ
れてフォーカスサーボ装置３６に入力され、フォーカス
サーボ装置３６の出力によって集光レンズ３１を保持す
るアクチュエータ３７が制御されてフォーカス制御が行
なわれる。

【００１８】図２は図１に示したレーザビーム装置で光
導波路を形成する工程を示す図である。

【００１９】光導波路は、周囲の物質より屈折率の高い
部分が形成されれば、その部分に光が閉じ込められて光
導波路になる。図２に示した例では、基板１上にクラッ
ド層２を形成し、さらにその上にコア層３としてフォト
ポリマを使用し、これにレーザ光５を照射すると、この
部分の高分子材料の重合が進み、屈折率が上昇する。し
たがって、レーザ照射部分が高屈折率となって光導波路
となり、これに図２（ｂ）に示すようにオーバクラッド
層６を形成すれば光導波路が完成され、図８に示した従
来例に比べて大幅にプロセスを簡略化できる。

【００２０】上述の方法は、光導波路のみでなく、一般
的なホログラムの作成にも有効であり、光利用率の良い
位相型ホログラムが作成できる。特に、コンピュータホ
ログラム技術を用いた回折型光学素子の形成に有効であ
る。

【００２１】図３はコンピュータホログラム手法で描か
れた回折型光学素子の代表であるフレネルゾーンプレー
トを示す図である。図３において、中心からｎ番目の像
の半径ｒ_nはｒ_n＝√ｎλｆ＋ｎ²λ²／４ｆ：焦点距離，λ：使用波長この部分を上述のごとく、フォトポリマのレーザ描画に
より屈折率分布を形成すれば、位相型のフレネルゾーン
プレートを形成できる。このゾーンプレートは通常の凸
レンズの作用をなし、平板状に多数個形成できることか
ら、マイクロレンズアレイなどに応用できる。

【００２２】図４は光導波路型光変調器を示す図であ
る。図４に示した光変調器は、電極１１に変調器駆動信
号１２を印加することにより、出力光を変調またはオ
ン，オフできる。このように電圧などで光学特性が変化
する材料を非線形光学材料と呼ばれるが、有機色素系の
材料がこれに相当する。

【００２３】図５は図４に示した光導波路型光変調器を
この発明によって形成する工程を示す図であり、図６は
露光量と屈折率との関係を示す図である。

【００２４】非線形光学材料の１つとして、非線形光学
色素をポリマなどに添加し、電場配向を行なって２次非
線形性を生じさせる。この薄膜に３次元導波路をパター
ン化する有効なものがフォトブリーチ法であり、光照射
による光化学反応により、導波路として使用する以外の
部分の色素を分解して膜の屈折率を低下させ、色素の残
った部分を導波路とする方法がある。この方法は真空プ
ロセスや加熱プロセスを必要としないため、低コストで
耐熱性の低いポリマ材料に対して有効である。フォトブ
リーチ法はフォトマスクを介しての紫外線露光が行なわ
れる。

【００２５】これに対して、この発明におけるレーザ直
接描画法では、図５に示す非線形光学薄膜３に対して図
１に示したレーザ描画装置によりレーザ光を照射して描
画することにより、図５（ｂ）に示すような導波路を形
成することができる。すなわち、導波路とすべき領域１
３の境界部分をレーザ光５で描画することにより、導波
路を形成する。この方法は製作時間がかかるが、フォト
マスクを必要とせず、１〜２μｍ程度の分解能を比較的
安価で容易に実現できる。また、図６に示すように、露
光量を大小に制御することにより、同一基板中において
異なる屈折率の分布を形成することもできる。

【００２６】図７はこの発明によって形成される擬似位
相整合素子を示す図である。レーザの波長変換を行なう
場合、入射波と出射波の位相を整合させるために、その
光路中に図７に示すような周期格子１５を設ける方法が
ある。このときの周期格子１５は光の位相変化を発生さ
せる非線形性変化があればよい。したがって、前述の非
線形光学材料の光照射による方法により、これを実現で
きる。

【００２７】なお、図１に示した実施例では、Ｘテーブ
ル２３によって光学ヘッド３８を移動させ、Ｙテーブル
２１によって被描画物２２を移動させるようにしたが、
これに限ることなく、光学ヘッド３８をＸＹ方向に固定
し、Ｘテーブル２３とＹテーブル２２によって被描画物
２２をＸＹ方向に移動させてもよい。また、図３に示し
たフレネルゾーンプレートを作製するために、被描画物
２２を回転テーブルに載せて回転させるようにしてもよ
い。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、複雑
な光学素子作製プロセスを簡略化することができ、特に
高価なドライエッチングなどの設備を不要にすることが
できる。特に、ＸＹテーブルと集光レンズにより集光さ
れたレーザビームよりなる簡易なレーザ描画装置を利用
することにより、複雑な形状のパターン描画も可能とな
る。しかも、密着露光に比べて非接触のために、弱い材
料にも利用でき、露光量の変化で同一基板中に複数の異
なる屈折率分布を実現することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明が適用されるレーザビーム描画装置の
ブロック図である。

【図２】図１に示したレーザビーム描画装置で光導波路
を形成する工程を示す図である。

【図３】この発明によって形成される回折型光学素子の
一例のフレネルゾーンプレートを示す図である。

【図４】この発明によって形成される光導波路型光変調
器の原理を示す図である。

【図５】この発明によって形成される光導波路型光変調
器の形成工程を示す図である。

【図６】露光量と屈折率との関係を示す図である。

【図７】この発明によって形成される擬似位相整合素子
を示す図である。

【図８】従来の光導波路の作業工程を示す図である。

【符号の説明】

１基板２クラッド層３コア層５レーザ光６オーバクラッド８フレネルゾーンプレート２１Ｙテーブル２３Ｘテーブル２４スライドサーボ装置２５Ｈｅ−Ｃｄレーザ２６，２８ＡＯＭ２７パワーサーボ装置２９レンズ３０２色ミラー３１集光レンズ３２Ｈｅ−Ｎｅレーザ３３ビームスプリッタ３４ λ／４板３５フォトダイオード３６フォーカスサーボ装置３８光学ヘッド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学部品の屈折パターンのデータに基づ
きレーザ光源と光学材料とを相対的に移動させ、かつレ
ーザの出力を制御して前記レーザ光源からのレーザ光を
前記光学材料に直接描画して光学部品を形成することを
特徴とする、直接描画方法。
【請求項２】前記レーザ光源をＸテーブルに設置し、
前記光学材料をＹテーブルに配置することを特徴とす
る、請求項１の直接描画方法。
【請求項３】前記光学材料としてフォトポリマを用い
ることを特徴とする、請求項１の直接描画方法。
【請求項４】前記フォトポリマに光導波路を直接描画
することを特徴とする、請求項３の直接描画方法。
【請求項５】前記フォトポリマに回折型光学素子を直
接描画することを特徴とする、請求項３の直接描画方
法。
【請求項６】前記フォトポリマに位相整合のための周
期格子を直接描画することを特徴とする、請求項３の直
接描画方法。
【請求項７】レーザ光源と光学材料とを相対的に移動
させ、前記光学材料として非線形光学材料を用い、その
パターンエッジを前記レーザ光源で照射することによ
り、光学部品を直接描画することを特徴とする、直接描
画方法。
【請求項８】前記レーザ光源をＸテーブルに設置し、
前記光学材料をＹテーブルに配置することを特徴とす
る、請求項７の直接描画方法。
【請求項９】前記非線形光学材料に対して光導波路を
直接描画することを特徴とする、請求項７の直接描画方
法。
【請求項１０】前記非線形光学材料に対して回折型光
学素子を直接描画することを特徴とする、請求項７の直
接描画方法。
【請求項１１】前記非線形光学材料に対して、位相整
合のための周期格子を直接描画することを特徴とする、
請求項７の直接描画方法。