DE102007016555A1

DE102007016555A1 - Optische Vorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102007016555A1
Application number: DE102007016555A
Authority: DE
Inventors: Junji Kariya Oohara; Hisaya Kariya Katoh; Toshiyuki Kariya Morishita; Yukihiro Kariya Takeuchi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-04-13
Filing date: 2007-04-05
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2027-04-06
Also published as: US20070251915A1; DE102007016555B4; US7799588B2

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung einer Optikvorrichtung umfasst einen ersten Schritt zum Bilden eines Optikvorrichtung-Bildungskörpers, der mehrere säulenförmige Strukturen (3) umfasst, die in einer Anordnungsrichtung auf einer Substratoberfläche durch einen zwischen jeweils zwei der mehreren säulenförmigen Strukturen (3) angeordneten Graben (8) getrennt angeordnet sind und eine Konturstruktur (9), die mit den mehreren säulenförmigen Strukturen verbunden sind und diese enthalten, einen zweiten Schritt zum Oxidieren des Optikvorrichtung-Formkörpers von einem Zustand, in dem der Optikvorrichtung-Formkörper zu oxidieren beginnt, zu einem Zustand, in dem die säulenförmige Struktur oxidiert ist, und einen dritten Schritt, in dem ein in dem zweiten Schritt nicht oxidierter Restteil der Konturstruktur oxidiert wird, um so einen oxidierten Körper zu bilden. Ferner beinhaltet der dritte Schritt, dass eine Verformung der Konturstruktur bezüglich wenigstens der Anordnungsrichtung der säulenförmigen Strukturen in dem dritten Schritt begrenzt wird.

Description

Die vorliegenden Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung (im Folgenden kurz „Optikvorrichtung") und Verfahren zu deren Herstellung.
In der JP-A-2004-271756 (entsprechend der US 2004/0173862 A1) ist eine Technik zur Integration von Optikvorrichtungen wie etwa eine Mikrolinse oder ein Mikroprisma, hergestellt aus SiO₂ auf einem Si-Substrat beschrieben.
In der JP-A-2004-271756 umfasst ein Si-Substrat 201 Masken 207 sowohl zum Erstellen der äußeren Kontur einer Optikvorrichtung in dem Si-Substrat 201 als auch zum Erstellen von mehreren Gräben 208 zum Auffüllen des Inneren der Optikvorrichtung mit SiO2, wie es in 40A bis 40C gezeigt ist, bereitgestellt, um die optische Vorrichtung herzustellen. Das Substrat 201 mit den darauf angeordneten Masken 207 wird geätzt, um säulenförmige Si-Strukturen 203 zu bilden, die die gleiche äußere Kontur aufweisen wie die der äußeren Kontur der Optikvorrichtung und die mehreren Gräben 208 enthalten.
Ferner werde, wie es in den 40A bis 40C gezeigt ist, die säulenförmigen Si-Strukturen 203 einer thermischen Oxidation unterzogen, um so die Gräben 208 mit SiO₂ zu füllen, das sich durch die thermische Oxidation ausdehnt. Die Beziehung zwischen der Breite der säulenförmigen Si-Struktur 203, die zwischen den angrenzenden Gräben 208 angeordnet ist, und der Breite des Grabens 208 ist so eingestellt, dass der Graben 208 gefüllt ist, wenn die säulenförmige Si-Strukturen 203 thermisch zu der SiO₂-Struktur oxidiert sind.
Jedoch kann der Rand des Substrats 201 durch Ätzen nicht exakt geformt werden. Zum Beispiel wird die Ecke des Grabens 208 in Form einer abgerundeten Ecke ausgebildet, wie es in 41A gezeigt ist. In der zwischen zwei Gräben 208 angeordneten Si-Struktur 203 ist die Position eines Si-Atoms, das sich in dem gleichen Abstand zu beiden Gräben 208 befindet, durch einen Punkt „a" angezeigt, und der Schnittpunkt zwischen einer Si-Struktur, die die Kontur bildet, und der säulenförmigen Si-Struktur 2003 ist durch einen Punkt „b" angezeigt. Wenn Ra der kürzeste Abstand zwischen dem Punkt „a" und dem Graben 208 und Rb der kürzeste Abstand zwischen dem Punkt „b" und dem Graben 208 ist, so gilt die Beziehung: Ra < Rb. Der kürzeste Abstand 208 hängt von dem Punkt in der Si-Struktur 203 ab. Je größer der Abstand des Si-Atoms zu dem Graben 208 ist, desto mehr Zeit wird für die Oxidation benötigt. Somit wird, wenn das Si-Atom bei dem Punkt „a" vollständig oxidiert ist, das Si-Atom bei dem Punkt „b" noch nicht oxidiert, wie es in 41B gezeigt ist. Aus diesem Grund ist es zur Oxidation des Si-Atoms bei dem Punkt „b" erforderlich, dass ein Teil des Grabens 208 als ein Freiraum für die Bewegung von Sauerstoffmolekülen zur Oxidation des Si-Atoms bei dem Punkt „b" zum Zeitpunkt des Beendens der Oxidation des Si-Atoms bei dem Punkt „a" verbleibt. Ferner wird dieser Freiraum niemals vollständig gefüllt, nachdem das Si-Atom bei dem Punkt „a" oxidiert ist, wie es in 41C gezeigt ist. Umgekehrt erstreckt sich der Freiraum in der Anordnungsrichtung der säulenförmigen Si-Strukturen durch die Oxidation des Si-Atoms bei dem Punkt „b". Zum Beispiel bewegt sich das Si-Atom bei dem Punkt „a" zu einem Punkt „a'", und das Si-Atom bei dem Punkt „b" bewegt sich zu einem Punkt „b'". Bei der Verwendung der Optikvorrichtung bewirkt das Vorhandensein des großen Freiraums innerhalb der Vorrichtung, dass das übertragene eingestrahlte Licht in einer ungewünschten Richtung gebrochen wird, in der Licht nicht ausreichend intensiv ausgesendet wird. Demzufolge sind die Lichtübertragungseigenschaften der Optikvorrichtung vermindert.
Angesichts der oben genannten Problem ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine optische Vorrichtung und ein Verfahren zu deren Herstellung bereitzustellen, die eine Ausdehnung des Freiraums in einer Anordnungsrichtung säulenförmiger Strukturen einschränken kann, wenn ein Si-Atom, das sich in der Nähe eines Schnittpunkts zwischen einem Si-Strukturteil, der wenigstens die Kontur der Optikvorrichtung bildet, und der säulenförmigen Struktur angeordnet ist, oxidiert wird.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine optische Vorrichtung und ein Verfahren zu deren Herstellung bereitzustellen, das wirksam Lichtübertragungseigenschaften verbessern kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Optikvorrichtung, die aus Silizium gebildet ist, einen ersten Schritt zum Bilden eines Optikvorrichtung-Formkörpers auf einer Substratoberfläche eines Siliziumsubstrats, der eine Mehrzahl von säulenförmigen Strukturen, die in einer Anordnungsrichtung auf der Substratoberfläche über einen dazwischen vorgesehenen Graben angeordnet sind, und eine Konturstruktur, die damit zusammengefügt ist und die die mehreren säulenförmigen Strukturen enthält, umfasst, einen zweiten Schritt zum Oxidieren des Optikvorrichtung-Formkörpers ausgehend von einem Zustand, in dem der Optikvorrichtung-Formkörper beginnt zu oxidieren, bis zu einem Zustand, in dem die säulenförmige Struktur oxidiert ist, und einem dritten Schritt, in dem ein in dem zweiten Schritt nicht oxidierter Restteil der Konturstruktur nach dem zweiten Schritt oxidiert wird, um so einen Oxidblock zu bilden. Ferner umfasst der dritte Schritt das Bewahren der Konturstruktur vor Verformung bezüglich wenigstens der Anordnungsrichtung der säulenförmigen Strukturen in dem dritten Schritt.
Demzufolge wird in dem ersten Schritt das Siliziumsubstrat geätzt, um den Optikvorrichtung-Formkörper zu bilden, der die säulenförmigen Strukturen und die Konturstruktur enthält. In dem zweiten Schritt wird die Oxidation des Optikvorrichtung-Formkörpers begonnen bzw. eingeleitet, um wenigstens die säulenförmigen Strukturen zu oxidieren. In diesem zweiten Schritt kann die Konturstruktur nicht vollständig oxidiert werden, so dass ein Teil in der Nähe eine Verbindungspunkts der Konturstruktur mit der säulenförmigen Struktur ungeätzt bleibt (als ein nicht oxidierter Rest). In dem dritten Schritt wird der nicht oxidierte Rest oxidiert, während die Ausdehnung der Konturstruktur in der Anordnungsrichtung der Gräben begrenzt wird, die bei der Oxidation des nicht oxidierten Rests auftreten kann. Dadurch kann verhindert werden, dass sich die Gräben in dem dritten Schritt im Vergleich zu denen am Ende des zweiten Schritts ausdehnen.
Zum Beispiel kann die Einschränkung mit Hilfe eines Stoppers ausgeführt werden, und der Stopper kann ein Teil des Siliziumsubstrats sein, das einteilig auf einer Seitenendoberfläche in der Anordnungsrichtung der säulenförmigne Strukturen des Optikvorrichtung-Formkörpers ausgebildet ist. Der Stopper kann in Kontakt mit einer Oberfläche des oxidierten Teils, der keine Einfallsoberfläche und keine Emissionsoberfläche eines einfallenden Lichts des Oxidblocks ist, gebracht werden oder eine konvexe Form oder eine konkave Form bezüglich einer zu der Anordnungsrichtung der säulenförmigen Strukturen senkrechten Richtung haben.
Der Graben muss nicht vollständig gefüllt sein, um einen Leerraum zu hervorzurufen, der am Ende des dritten Schritts verbleibt, und der Leerraum kann in einem Beschichtungsprozess einer Siliziumoxidschicht bzw. eines Siliziumoxidfilms aufgefüllt werden. Alternativ kann der Oxidblock Verunreinigungen aufweisen, die ihm zugefügt werden, um so eine Konzentrationsverteilung in einer zu der Anordnungsrichtung und einer Erstreckungsrichtung der säulenförmigen Struktur senkrechten Richtung zu erhalten. Die Verunreinigungen können zum Beispiel wenigstens entweder Germanium (Ge), Phosphos (P), Zinn (Sn) oder Bor (B) umfassen. Ferner können eine Breite des Grabens und eine Breite der säulenförmigen Struktur in dem ersten Schritt so eingestellt werden, dass der Graben mit dem Siliziumoxid gefüllt ist, wäh rend die Konturstruktur bei einer thermischen Oxidation des dritten Schritts zu Siliziumoxid wird.
In dem Verfahren kann der erste Schritt einen Schritt zum Bilden des Grabens durch reaktives Ionenätzen, einen Schritt zum Bilden eines Oxidfilms zum Schutz auf einer Innenwand des Grabens, einen Schritt zum Ätzen des Oxidfilms zum Schutz auf einem Boden des Grabens und anschließendes weiteres Vertiefen des Grabens von dem Boden durch reaktives Ionenätzen, um so den Graben mit einem Längen-Breiten-Verhältnis von 1 oder mehr zu bilden, umfassen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Optikvorrichtung einen Schritt zum Grabenätzen in einem Siliziumsubstrat unter Verwendung eines gemusterten Maske und zum Ausbilden von einer Mehrzahl von säulenförmigen Strukturen, so dass die säulenförmigen Strukturen in einer Anordnungsrichtung über einem erten Graben angeordnet sidn, einen zweiten Schritt zum Ersetzen der gesamten säulenförmigen Strukturen mit Siliziumoxid durch eine thermische Oxidation, und einen dritten Schritt zum Drücken der Mehrzahl von säulenförmigen Strukturen in der Anordnungsrichtung nach dem zweiten Schritt in einem Zustand, in dem die Siliziumoxide schmelzzusammengefügt sind. Der erste Graben und die säulenförmigen Strukturen werden derart in dem ersten Schritt ausgebildet, dass ein Leerraum von dem ersten Graben zwischen den angrenzenden säulenförmigen Strukturen am Ende des zweiten Schritts verbleibt. Ferner werden in dem dritten Schritt die angrenzenden säulenförmigen Strukturen in Kontakt miteinander gebracht, indem sie in der Anordnungsrichtung gedrückt werden, und die mehreren säulenförmigen Strukturen werden durch Schmelzen zusammengefügt und integriert, um einen Siliziumlichtblock zu bilden, durch den Licht hindurchtritt. Demzufolge ist es möglich, das Siliziumoxid in der Optikvorrichtung gleichmäßig auszubilden, während ein nicht oxidiertes Silizium in der Optikvorrichtung verhindert wird. Als Folge davon können die Lichtübertragungseigenschaften der Optikvorrichtung wirksam verbessert werden.
Zum Beispiel kann in dem ersten Schritt eine säulenförmige Drückstruktur außerhalb von wenigstens einem von zwei Enden in der Anordnungsrichtung der Mehrzahl von säulenförmigen Strukturen durch Grabenätzen gebildet werden. In diesem Fall kann die Drückstruktur ein nicht oxidiertes Restareal am Ende des zweiten Schritts aufweisen. Ferner kann in dem dritten Schritt die mehreren säulenförmigen Strukturen durch die Pressstruktur gedrückt werden, indem wenigstens ein Teil des nicht oxidierten Areals oxidiert wird, um den Siliziumoxidblock in einem thermsichen Oxidationszustand zu bilden, der als Schmelzzustand des Siliziumoxids eingestellt ist. Zum Beispiel kann die Drückstruktur über einen zweiten Graben bezüglich des Endes des säulenförmigen Struktur in dem ersten Schritt gebildet werden. Alternativ können die säulenförmigen Strukturen selektiv und thermisch oxidiert werden, ohne die Drückstruktur thermisch zu oxidieren, und die Drückstruktur kann thermisch oxidiert werden.
Ferner kann die Drückstruktur ein Areal sein, das mit dem Siliziumoxid und dem nicht oxidierten Areal am Ende des zweiten Schritts ersetzt wird, und der zweite Graben und die Drückstruktur können in dem ersten Schritt so gebildet werden, dass ein Leerraum von dem zweiten Graben verbleibt. Alternativ können der zweite Graben und die Drückstruktur derart in dem ersten Schritt ausgebildet sein, dass der Leerraum von dem zweiten Graben am Ende des dritten Schritts verbleibt. Alternativ kann die Drückstruktur so in dem ersten Schritt ausgebildet sein, dass sie mit der säulenförmigen Struktur zusammengefügt ist, oder die Drückstruktur kann in dem ersten Schritt so ausgebildet sein, dass sie von der säulenförmigen Struktur unabhängig ist.
Alternativ kann die Drückstruktur bezüglich eines Endes der Mehrzahl von säulenförmigen Strukturen in der Anordnungsrichtung gebildet werden, und eine erste Ausdehnungseinschränkungsstruktur kann durch Grabenätzen gebildet werden, so dass sie an das weitere Ende der Mehrzahl säulenförmiger Strukturen in der Anordnungsrichtung angrenzt. In diesem Fall besitzt die erste Ausdehnungseinschränkungsstruktur eine Siliziumbreite in der Anordnungsrichtung, die breiter als die der säulenförmigen Struktur und die der Drückstruktur ist, und ist angepasst, um eine Verformung der säulenförmigen Struktur in Richtung einer entgegengesetzten Seite zu der Drückstruktur in der Anordnungsrichtung zu begrenzen. Alternativ kann die zweite Ausdehnungseinschränkungsstruktur durch das Grabenätzen in dem ersten Schritt so gebildet werden, dass die Drückstruktur zwischen der zweiten Ausdehnungsbegrenzungsstruktur und dem Ende der Mehrzahl von säulenförmigen Strukturen in der Anordnungsrichtung angeordnet ist. In diesem Fall hat die zweite Ausdehnungseinschränkungsstruktur eine Siliziumbreite in der Anordnungsrichtung, die breiter als die der Drückstruktur ist, und ist angepasst, um eine Verformung der Drückstruktur in Richtung einer entgegengesetzten Seite der säulenförmigen Struktur in der Anordnungsrichtung zu begrenzen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Optikvorrichtung ein Siliziumsubstrat und einen Siliziumoxidblock, der durch Integration von einer Mehrzahl von säulenförmigen Strukturen durch Verschmelzen gebildet wird. Die säulenförmigen Strukturen sind aus Siliziumoxid hergestellt und in einer Anordnungsrichtung auf einer oberen Oberfläche des Siliziumsubstrats angeordnet, um so ein Hindurchtreten von Licht durch den Siliziumoxidblock zu ermöglichen. Ferner hat der Siliziumoxidblock eine Breite einer Schnittstelle mit dem Siliziumsubstrat in der Anordnungsrichtung, die breiter als die eines oberen Teils des Siliziumoxidblocks bezüglich der Schnittstelle ist. Demzufolge ist es möglich, das Siliziumoxid in der Optikvorrichtung gleichmäßig auszubilden, während ein nicht oxidiertes Silizium in der Optikvorrichtung verhindert wird. Als Folge davon kann die Lichttransmissionseigenschaft der Optikvorrichtung wirksam verbessert werden.
Zum Beispiel kann eine säulenförmige Drückstruktur aus Siliziumoxid oder Siliziumoxid und Silizium gebildet sein, und kann auf der oberen Oberfläche des Siliziumsubstrats so angeordnet sein, dass es an wenigstens ein Ende der Mehrzahl von säulenförmigen Strukturen in der Anordnungsrichtung angrenzt. In diesem Fall wird die Drückstruktur mit einem Teil des Endes der säulenförmigen Struktur durch Schmelzen zusammengefügt und hat eine Breite des Teils in Kontakt mit der säulenförmigen Struktur, die breiter als die der säulenförmigen Struktur in der Anordnungsrichtung ist.
Die obigen und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung gemacht wurde, deutlicher ersichtlich. In den Zeichnungen sind:
1 eine perspektivische Ansicht, die eine Optikvorrichtung (Prisma) gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2A eine Querschnittsansicht entlang der Linie IIA-IIA in 1, und 2B eine Querschnittsansicht entlang der Linie IIB-IIB in 1 oder 2A;
3A und 3B eine Querschnittsansicht bzw. eine Draufsicht, die eine auf einem Siliziumsubstrat angeordnete (geschichtete) Oxidmaske zeigen, wobei 3A eine Querschnittsansicht entlang der Linie IIIA-IIIA in 3B ist;
4A und 4B eine Querschnittsansicht bzw. I eine Draufsicht, die einen Zustand zeigen, nachdem ein Teil der Oxidmaske, die auf dem Siliziumsubstrat gebildet wurde, entfernt ist, wobei 4A eine Querschnittsansicht entlang der Linie IVA-IVA in 4B ist;
5 eine Querschnittsansicht, die einen Zustand zeigt, nachdem das Substrat von 4A geätzt wurde;
6A und 6B Querschnittsansichten, die einen Zustand zeigen, nachdem die Oxidmaske entfernt ist, wobei 6B eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIB-VIB in 6A ist;
7A und 7B Querschnittsansichten, die vollständig oxidierte säulenförmige Strukturen zeigen, wobei 7B eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIIB-VIIB in 7A ist;
8 eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIII-VIII in 7B;
9A und 9B Querschnittsansichten, die einen weiteren Oxidationszustand nach dem Zustand der 7A und 7B zeigen, wobei 9A eine Querschnittsansicht entlang der Linie IXA-IXA in 9B und 9B eine Querschnittsansicht entlang der Linie IXB-IXB in 9A ist;
10A eine schematische Draufsicht, die eine Zylinderlinse, 10B eine Querschnittsansicht entlang der Linie XB-XB in 10A und 10C eine Querschnittsansicht entlang der Linie XC-XC in 10B gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
11A eine Draufsicht, die eine Bikonvexlinse zeigt, 11B eine Draufsicht, die eine Bikonvexlinse zeigt, 11C eine Draufsicht, die eine Meniskuslinse zeigt, und 11D eine Draufsicht, die eine plankonvexe Linse zeigt, jeweils gemäß der zweiten Ausführungsform;
12 eine Draufsicht, die eine Optikvorrichtungsgruppe gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 eine perspektivische Ansicht, die eine Optikvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem eine Schicht einer Oxidmaske zum Bilden der Optikvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform vorliegt;
15 eine perspektivische Ansicht, die eine Zylinderlinse und einen Lichtwellenleiter gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
16A bis 16D Draufsichten, die verschiedene Stopper gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
17 eine Draufsicht, die einen Zustand zeigt, in dem zwei unterschiedliche Stopper gemäß der sechsten Ausführungsform kombiniert sind;
18 eine Draufsicht, die einen Zustand zeigt, in dem zwei dreieckige Stopper gemäß der sechsten Ausführungsform kombiniert sind;
19 eine perspektivische Ansicht, die eine allgemeine Form einer Linse gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
20 eine perspektivische Ansicht einer Optikvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
21 eine schematische Draufsicht, die die Optikvorrichtung gemäß der siebten Ausführungsform zeigt;
22 eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXII-XXII in 21;
23 eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXIII-XXIII in 21;
24 eine schematische Draufsicht, die einen Teil der Optikvorrichtung in einem Grabenätzschritt gemäß der siebten Ausführungsform zeigt;
25 eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXV-XXV in 24;
26A eine schematische Draufsicht, die einen Teil der Optikvorrichtung in einem thermischen Oxidationsschritt gemäß der siebten Ausführungsform zeigt, 26B eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXVIB-XXVIB in 26A, und 26C eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXVIC-XXVIC in 26A;
27A eine schematische Draufsicht, die einen Teil der Optikvorrichtung in einem Drückschritt gemäß der siebten Ausführungsform zeigt, und 27B eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXVIIB-XXVIIB in 27A;
28A eine schematische Draufsicht, die einen Teil der Optikvorrichtung in einem thermischen Oxidationsschritt gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 28B eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXVIIIB-XXVIIIB in 28A;
29 eine Querschnittsansicht, die einen Teil der Optikvorrichtung in einem Drückschritt gemäß der achten Ausführungsform zeigt;
30 eine schematische Draufsicht, die eine Optikvorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
31 eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXXI-XXXI in 30 in einem Drückschritt gemäß einem Herstellungsverfahren der neunten Ausführungsform;
32A eine schematische Draufsicht, die einen Teil einer Optikvorrichtung in einem Grabenätzschritt (erster Schritt) gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, 32B eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXXIIB-XXXXIIB in 32B;
33A eine schematische Draufsicht, die einen Teil einer Optikvorrichtung in einem Drückschritt (dritter Schritt) gemäß der zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 33B eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXXIIIB-XXXIIIB in 33A;
34 eine schematische Draufsicht, die die Optikvorrichtung gemäß der zehnten Ausführungsform zeigt;
35 eine schematische Draufsicht, die eine Optikvorrichtung gemäß einer Modifikation der vorliegenden Erfindung zeigt;
36A bis 36C schematische Draufsichten, die Ausschnitte von Optikvorrichtungen gemäß Modifikationen der vorliegenden Erfindung zeigen;
37A und 37B schematische Draufsichten, die Ausschnitte von Optikvorrichtungen gemäß Modifikationen der vorliegenden Erfindung zeigen;
38 eine schematische Draufsicht, die einen Teil einer Optikvorrichtung gemäß einer Modifikation der vorliegenden Erfindung zeigt;
39A und 39B schematische Draufsichten, die jeweils einen Teil einer Optikvorrichtung in einem Grabenätzschritt und einem Drückschritt gemäß einer Modifikation der vorliegenden Erfindung zeigen;
40A eine Draufsicht, die eine Linse nach dem Ätzen gemäß dem Stand der Technik zeigt; 40B eine Querschnittsansicht entlang der Linie XLB-XLB in 40A, und 40C eine Querschnittsansicht entlang der Linie XLC-XLC in 40B; und
41A bis 41C vergrößerte Diagramme, die den durch H in 40C gezeigten Teil zeigen, und zwar zu Beginn der Oxidation, in einem Zustand, in dem eine säulenförmige Struktur vollständig oxidiert ist, und in einem Zustand, in dem die Oxidation eines nicht oxidierten Restes beendet ist.
(Erste Ausführungsform)
Eine erste Ausführungsform, in der eine Optikvorrichtung gemäß der Erfindung typischerweise für ein Prisma verwendet wird, ist nachfolgend mit Bezug auf die 1 bis 9B beschrieben.
Wie es in 1 gezeigt ist, ist die Optikvorrichtung ein Prisma 2, das auf einem Siliziumsubstrat 1 errichtet ist (auf diesem steht). Das Prisma 2 ist einteilig mit mehreren säulenförmigen Strukturen 3 ausgebildet, die auf der oberen Oberfläche des Siliziumsubstrats angrenzend aneinander angeordnet und aus Siliziumoxid hergestellt sind. Da das Prisma 2 aus Siliziumoxid gebildet ist, wird einfallendes Licht, das aus der horizontalen Richtung, senkrecht zur Aufwärtsrichtung in 1 und einer Anordnungsrichtung der säulenförmigen Strukturen 3 durch eine Eintrittsoberfläche in das Siliziumsubstrat 1 eintritt, durch das Prisma 2 polarisiert. Das polarisierte Licht tritt an einer Emissionsoberfläche, die der Eintrittsoberfläche des Prismas 2 gegenüberliegt, aus dem Prisma 2 aus.
Wie es in 2A gezeigt ist, hat jede säulenförmige Struktur 3 eine bogenförmige untere Oberfläche, und die mehreren säulenförmigen Strukturen 3 sind aufrecht ste hend, nebeneinander angeordnet, um so einen Siliziumoxidblock (Prisma 2) zu bilden, der ohne die Verwendung eines Klebemittels mit einer feinstrukturierten konkavkonvexen Schnittstelle mit dem Siliziumsubstrat 1 verbunden ist. Das heißt, der Siliziumoxidblock (das Prisma 2) steht auf der oberen Oberfläche des Siliziumsubstrats 1, wobei die untere Oberfläche des Siliziumoxidblocks, die als die Schnittstelle zu dem Siliziumsubstrat 1 dient, eine kontinuierliche konkav-konvexe Form aufweist, die allgemein parallel zur Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 ist. Durch diese Struktur kann das Licht durch den Siliziumoxidblock (das Prisma 2) hindurchtreten, der (das) einteilig mit dem Siliziumsubstrat 1 gebildet ist.
Stopper 4 sind einteilig mit sowohl dem Siliziumoxidblock (dem Prisma 2) als auch mit dem Siliziumsubstrat 1 an zwei Endabschnitten des Siliziumoxidblocks (des Prismas 2) verbunden. Der Stopper 4 ist ein Teil des Siliziumsubstrats 1, da in einem thermischen Oxidationsprozess nicht oxidiert bleibt, was unten unter Bezugnahme auf die 6 bis 9B erläutert ist. Der Stopper 4 hat die Form einer quadratischen Säule, die von dem Siliziumsubstrat 1 nach oben in 2A hervorragt.
Die mehreren säulenförmiger Strukturen 3 aus Siliziumoxid sind so angeordnet, dass sie sich parallel zu einer optischen Achse auf der oberen Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 erstrecken, wie es in den 1 und 2B gezeigt ist. Dadurch ist die Erstreckungsrichtung der säulenförmigen Struktur 3 parallel zur Richtung des Lichtdurchtritts, so dass ein Winkel bezüglich der Lichtdurchtrittsrichtung gleich groß wie oder kleiner als der Winkel der Totalreflexion zwischen dem Siliziumoxid und einer Luftschicht ist, wodurch die Abnahme des Transmissionsgrades durch Lichtstreuung oder dergleichen verringert ist. Der Siliziumoxidblock (das Prisma 2), der einteilig mit dem Siliziumsubstrat 1 ausgebildet ist, hat auf seiner Unterseite einen Verbindungsabschnitt 5 (Sockelabschnitt), der aus dem Siliziumsubstrat 1 gebildet ist und die gleiche Form wie der Siliziumoxidblock besitzt. Ferner umfasst das Prisma 2, das einteilig mit dem Siliziumsubstrat 1 gebildet ist, eine umlaufende Rille 6, die sich um das Prisma 2 erstreckt. Das Prisma 2 (der Siliziumoxidblock) weist eine Dicke von mehr als 10 μm, insbesondere etwa 100 μm (Höhe H) in der vertikalen Richtung auf. Die Breite W des Prismas 2 in der Richtung senkrecht zur optischen Achse beträgt beispielsweise 200 μm, die Breite W2 einer kleineren Seitenfläche des Prismas parallel zur optischen Achse beträgt beispielsweise 50 μm, und die Breite W3 einer breiteren Seitenfläche davon beträgt beispielsweise 100 μm (siehe 4B).
Nachfolgend ist ein Verfahren zur Herstellung des Prismas 2 gemäß der ersten Ausführungsform mit Bezug auf die 3A bis 9B beschrieben. 3A ist eine Quer schnittsansicht des Siliziumsubstrats 1 (entsprechend der 2A) vor der Herstellung, und 3B ist eine Draufsicht des Siliziumsubstrats 1. Wie es in den 3A und 3B gezeigt ist, wird eine Oxidmaske 7 gleichmäßig auf dem Siliziumsubstrat 1 gebildet.
Anschließend, wie es in den 4A und 4B gezeigt ist, werden die äußere Form des Prismas 2 und die mehreren Gräben 8 hergestellt, indem Teile der Oxidmaske 7 entfernt werden. 4A ist eine Querschnittsansicht des Siliziumsubstrats 1 (gleiche Schnittebene wie in 3A), und 4B ist eine Draufsicht des Siliziumsubstrats 1 (wie 3A). Obwohl es wünschenswert ist, dass bei der Herstellung des Musters Ecken der Oxidmaske 7 aus zueinander rechtwinkligen Seiten gebildet werden, weisen diese eine allgemein gekrümmte Kontur auf.
Zu diesem Zeitpunkt wird die Dicke des Oxidfilms so eingestellt, dass sie gleich groß wie oder größer als die Summe aus einer Extraktionsbreite und einer Restbreite ist. Die Bildung des thermischen Oxidfilms schreitet normalerweise innerhalb und außerhalb der Siliziumoberfläche in einem Verhältnis von 0,45 : 0,55 fort. Gemäß der ersten Ausführungsform werden die Extraktionsbreite und die Restbreite entsprechend diesem Verhältnis eingestellt. Die Breite des Grabens 8 und die Breite einer Siliziumschicht (der säulenförmigen Struktur 3, die unten beschrieben ist) zwischen den Gräben 8 werden so eingestellt, dass sich die Siliziumschicht zwischen den Gräben 8 (die säulenförmige Struktur 3) zu einem Zeitpunkt, zu dem das Innere des Grabens 8 durch die thermische Oxidation im Wesentlichen mit dem Siliziumoxid gefüllt ist, vollständig zu Siliziumoxid umgewandelt hat. Das heißt, die Breite des Grabens 8 wird so bestimmt, dass ein Freiraum verbleibt, wenn die säulenförmige Struktur 3 vollständig oxidiert ist.
Ferner, wie es in 4B gezeigt ist, werden beim Mustern die Kontur des Prismas 2 (Konsturstruktur 9; weiter unten beschrieben) und der Stopper 4, der weiter unten beschrieben ist, zusätzlich zu der Siliziumschicht zwischen den Gräben (der säulenförmigen Struktur 3) definiert. Es ist zu beachten, dass der oben erwähnte Graben 8 in dem ringförmigen Teil im Innern der Kontur des Prismas 2 aufgenommen ist. Die Stopper 4 werden in der Anordnungsrichtung der Gräben 8 an zwei Endteilen der Kontur des Prismas 2 ausgebildet. Das Verhältnis der Breite W4 des Stoppers 4 senkrecht zur optischen Achse des Prismas 2 zur Breite W des Prismas in der gleichen Richtung beträgt etwa 5%. Mit anderen Worten, wenn die Breite W des Prismas 2 etwa 200 μm beträgt, so beträgt die Breite W4 des Stoppers etwa 10 μm.
Wie es in 5 gezeigt ist, wird das in 4A gezeigte Substrat von Öffnungen der Oxidmaske 7 ausgehend geätzt, um so die mehreren Gräben 8 auf und innerhalb der Kontur des Prismas 2 zu bilden.
Insbesondere werden in einem ersten Schritt (Ätzschritt) mit Hilfe der Maske Gräben in das Siliziumsubstrat 1 geätzt, die so gemustert ist, dass eine Anzahl von Gräben 8 in einem vorbestimmten Intervall nebeneinander angeordnet werden, wobei sie die Kontur des Prismas 2 definieren, das die Stopper 4 enthält. Jeder Graben hat eine bestimmte Breite. Nachfolgend ist ein Rahmenelement, das die Kontur des Prismas 2 bildet, als die Konturstruktur 9 bezeichnet, und ein Element, das sich in die gleiche Richtung parallel zur optischen Achse innerhalb der Konturstruktur 9 erstreckt, ist als die säulenförmige Struktur 3 bezeichnet. Die Breite der Öffnung in der Oxidmaske 7 und der Abstand zwischen den Öffnungen darin werden so eingestellt, dass das Verhältnis der Grabenbreite (nachfolgend als „Extraktion" bezeichnet) zu der Breite des Siliziums, das als eine Wand zwischen den Gräben dient (nachfolgen als „Rest" bezeichnet), 0,55:0,45 beträgt. Zum Beispiel beträgt für die Extraktion von 1,1 μm der Rest 0,9 μm, während für die Extraktion von 2,2 μm der Rest 1,8 μm beträgt.
Ferner wird das gesamte Siliziumsubstrat einer Wärmebehandlung in einer Wasserstoffatmosphäre unterzogen, um die Oberflächenrauhigkeit der Grabenwände zu verringern. Die Ebenheit der Grabenwandoberfläche nach dem Ätzen und einer Seitenwandoberfläche, die die Prismenkontur definiert, ist wichtig, da solche Oberflächen zu einer Lichteintrittsoberfläche oder einer Lichtaustrittsoberfläche werden. Anschließend kann eine thermische Oxidation eine glatte Linsenoberfläche liefern. Diese Technik ist in der JP-A-2002-231945 offenbart.
Wie es in A und B gezeigt ist, wird die Oxidmaske 7 durch Eintauchen in Flusssäurelösung oder dergleichen entfernt. 6A ist eine Querschnittsansicht des Siliziumsubstrats 1 in der gleichen Schnittebene wie in 2A, und 6B ist eine Querschnittsansicht des Siliziumsubstrats 1 in der gleichen Schnittebene wie in 2B.
Im Folgenden ist auf einen thermischen Oxidationsprozess unter Verwendung der 7A, 7B, 8, 9A und 9B Bezug genommen. Der thermische Oxidationsprozess beinhaltet das Füllen der Gräben mit Siliziumoxid mit Hilfe thermischer Oxidation und Ersetzen der Konturstruktur 9 und der säulenförmigen Struktur 3 (der Siliziumschichten zwischen den Gräben 8) aus Silizium durch solche aus Siliziumoxid, um dadurch das Prisma 2 (den Block zur Lichttransmission) einteilig mit dem Siliziumsubstrat 1 zu bilden. Die thermische Oxidation wird bei etwa 1100°C ausgeführt, d.h. bei einer Temperatur, bei der Siliziumoxid gering viskos wird, um dadurch einen Ausheilungseffekt zu erhalten.
Die 7A, 7B und 8 sind Querschnittsansichten der säulenförmigen Strukturen 3, die vollständig durch die thermische Oxidation oxidiert sind. 7A ist eine Querschnittsansicht des Siliziumsubstrats 1 in der gleichen Schnittebene wie in 6a, und 7B ist eine Querschnittsansicht des Siliziumsubstrats 1 in der gleichen Schnittebene wie in 6B. 8 ist eine Querschnittsanasicht entlang der Linie VIII-VIII von 7B.
Zu einem Zeitpunkt, zu dem die säulenförmige Strukturen 3 vollständig oxidiert sind, wie es in 7A gezeigt ist, ist ein Teil der Konturstruktur 9 (in der Nähe des Schnittpunkts mit der säulenförmigen Struktur) nicht oxidiert, wie es in 7B und 8 gezeigt ist. Das nicht oxidierte Silizium in der Nähe des Schnittpunkts zwischen der Konturstruktur 9 und den säulenförmigen Strukturen 3 ist nachfolgend als ein „nicht oxidierte Rest 10" bezeichnet.
Da die Breite des Grabens 8 so eingestellt ist, dass die Innenseite des Grabens 8 nicht vollständig gefüllt ist, sondern ein Freiraum verbleibt, wenn die säulenförmige Strukture 3 vollständig oxidiert ist, erreicht Sauerstoff die nicht oxidierten Reste 10 durch die Gräben 8, selbst wenn die säulenförmigen Strukturen 3 schon vollständig oxidiert sind.
Die 9A und 9B sind Querschnittsansichten weiterer Oxidationszustände nach den in den 7A, 7B und 8 gezeigten Zuständen. 9A ist eine Querschnittsansicht des Siliziumsubstrats 1 in der gleichen Schnittebene wie in 7A, und 7B ist eine Querschnittsansicht des Siliziumsubstrats 1 in der gleichen Schnittebene wie in 7B.
In den 7A bis 9B ist ein Oxidationsvorgangs dargestellt, in dem der nicht oxidierte Rest 10 oxidiert wird, was zu einer Ausdehnungskraft E in der Ebenenrichtung des Siliziumsubstrats 1 (welche die Anordnungsrichtung der säulenförmigen Strukturen 3 enthält) innerhalb der Konturstruktur 9 führt. Jedoch wird die Ausdehnung der säulenförmigen Strukturen 3 in der Anordnungsrichtung, wie es durch R in den 9A und 9B gezeigt ist, durch die Stopper 4, die nicht oxidiert bleiben, begrenzt.
Diese thermische Oxidation wird bei hohen Temperaturen, zum Beispiel bei 1100°C, ausgeführt, so dass das Siliziumoxid gering viskos wird. Das Siliziumoxid, dessen Ausdehnung durch die Stopper 4 begrenzt ist, fließt in den Graben 8, in dem, wie es in den 7A und 7B gezeigt ist, ein gewisser Freiraum zurückbleibt. Zu dem Zeitpunkt, zu dem das Silizium, das sich in der Nähe des Schnittpunkts mit der säulenförmigen Struktur 3 befindet, wie es in den 7A und 7B gezeigt ist, vollständig oxidiert ist, sind die Gräben 8 vollständig gefüllt.
Wie es oben erwähnt ist, kann das Silizium des nicht oxidierten Restes 10 oxidiert werden, da einige Gräben 8 bei der Oxidation der säulenförmigen Strukturen 3 teilweise frei bleiben.
Ferner, wenn das Silizium des nicht oxidierten Rests 10, der sich in der Nähe des Schnittpunkts zwischen der Konturstruktur 9, die die Kontur bildet, und der säulenförmigen Struktur 3 befindet, zu Siliziumoxid umgewandelt wird, so dass sich dessen Volumen vergrößert, kann der Stopper 4 die Ausdehnung der Gräben 8 in der Anordnungsrichtung und die Ausdehnung der Kontur des Prismas 2 in der gleichen Richtung verhindern oder begrenzen.
Ferner, zusätzlich zur Bereitstellung des Stoppers 4 wird das Silizium thermisch bei etwa 1100°C oxidiert, so dass das Siliziumoxid gering viskos wird. Da der Stopper 4 das Ausdehnungsvolumen in der Anordnungsrichtung der Gräben 8 verringert, fließt das flüssige Siliziumoxid in einige verbleibende Gräben 8, um so den nicht oxidierten Rest 10 zu oxidieren. Dies kann den Schritt zum Auffüllen einiger verbleibender Gräben 8 nach der Oxidation des Siliziums des nicht oxidierten Rests 10 überflüssig machen oder die Füllmenge der Gräben reduzieren. In einem Fall, in dem einige Gräben 8 frei bleiben, nachdem die nicht oxidierten Reste 10 vollständig oxidiert sind, kann ein superkritisches Fluid in diese Gräben 8 fließen, um diese aufzufüllen.
(Zweite Ausführungsform)
Eine zweite Ausführungsform ist nachfolgend mit Bezug auf die 10A bis 11D beschrieben. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der oben erwähnten Ausführungsform dahingehend, dass die Optikvorrichtung eine Zylinderlinse 11 ist. Es ist zu beachten, dass Komponenten, die jenen äquivalent sind, die in der ersten Ausführungsform beschrieben sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, so dass auf eine Beschreibung dieser Komponenten hier verzichtet ist.
Die 10A bis 10C stellen eine plankonvexe Zylinderlinse 11 dar, wobei 10A eine Draufsicht, 10B eine Querschnittsansicht entlang der Linie XB-XB in 10A und 10C eine Querschnittsansicht entlang der Linise XC-XC in 10B ist. Wie es in den 10B und 10C gezeigt ist, umfasst diese Zylinderlinse 11 die Stopper 4 an ihren zwei Endteilen. Diese Stopper 4 haben die gleiche Funktion und den gleichen Effekt wie jene gemäß der ersten Ausführungsform, wobei sie die Bildung der Zylinderlinse 11 ermöglichen.
Die Stopper 4 können nicht nur in der Zylinderlinse 11, sondern an beiden Enden der Konturstruktur 9 einer beliebigen Optikvorrichtung vorgesehen sein, so dass eine Optikvorrichtung jedweder Form gebildet werden kann, wie etwa eine Bikonkavlinse 12, wie sie in 11A gezeigt ist, eine Bikonvexlinse, wie sie in 11B gezeigt ist, eine Meniskuslinse 14, wie sie in 11C gezeigt ist, eine Plankonvexlinse 15, wie sie in 11D gezeigt ist. Die 11A bis 11D sind Draufsichten nach der Bildung der Optikvorrichtung, in denen die Stopper 4 in Bereichen gebildet sind, die von einer gestrichelten Linie begrenzt sind.
(Dritte Ausführungsform)
Eine dritte Ausführungsform ist nachstehend mit Bezug auf 12 beschrieben. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von den oben erwähnten Ausführungsformen dahingehend, dass die Optikvorrichtung aus mehreren Optikvorrichtungen gebildet ist. Es ist zu beachten, dass Komponenten, die jenen äquivalent sind, die in den oben erwähnten Ausführungsformen beschrieben sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, so dass auf eine Beschreibung dieser Komponenten hier verzichtet ist.
12 ist eine Draufsicht der Optikvorrichtungsgruppe, die aus einer Mehrzahl von Zylinderlinsen 11 besteht. Die Optikvorrichtungsgruppe umfasst vier Stopper 4, die an ihren Enden ausgebildet sind. Das heißt, die Stopper 4 an beiden Enden begrenzen gemeinsam die Ausdehnung der Optikvorrichtungen in Richtung beider Enden, die eintreten kann, wenn die nicht oxidierten Reste 10 der mehreren Optikvorrichtungen, die zwischen den Stoppern 4 angeordnet sind, oxidiert werden.
Somit können die Stopper 4, wenn die mehreren Optikvorrichtungen benachbart zueinander gebildet sind, an beiden Enden der Optikvorrichtungsgruppe und nicht an beiden Enden jeder einzelnen Optikvorrichtung vorgesehen sein.
Ferner werden die mehreren Optikvorrichtungen gemeinsam gemustert sowie dem Grabenätzen und dem thermischen Oxidationsprozess unterzogen, wodurch diese Komponenten in dem Substrat zeitgleich und gemeinsam hergestellt werden. In diesem Fall können selbst bei einer Anzahl von Linsenarrays oder bei einem komplizierten optischen System, in dem Licht durch eine Mehrzahl von Linsen hindurchtritt, die Optikvorrichtungen in dem Substrat von einer Maske gemeinsam gemustert und gebildet werden. Insbesondere im letzten Fall kann ein Problem der Ausrichtung optischer Achsen einzelner optischer Komponenten, welches ein sehr kompliziertes Problem in einem genauen optischen Systems sein würde, gelöst werden. Die Grabenätzen und der thermische Oxidationsprozess werden unter Verwendung einer Maske zur Bildung von mehreren optischen Komponenten einschließlich wenigstens entweder einer Linse, eines Lichtwellenleiters oder eines Spaltes im weiten Sinne ausgeführt. Dadurch können die Optikvorrichtungen gemeinsam in dem Siliziumsubstrat 1 erzeugt werden, was die Ausrichtung der optischen Achsen überflüssig macht. Mit anderen Worten, wenn die Struktur der Optikvorrichtung eine Mehrzahl von optischen Komponenten umfasst, einschließlich wenigstens entweder der Linse, dem Lichtwellenleiter oder dem Spalt, die aus dem Siliziumsubstrat 1 gebildet sind, wird die Ausrichtung der optischen Achsen nicht benötigt.
(Vierte Ausführungsform)
Eine vierte Ausführungsform ist nachstehend mit Bezug auf 13 und 14 beschrieben. In der vierten Ausführungsform wird eine Wandoberfläche 16 um eine Optikvorrichtung statt des Stoppers 4 verwendet. Es ist zu beachten, dass Komponenten, die jenen äquivalent sind, die in jeder der oben erwähnten Ausführungsformen beschrieben sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, so dass auf eine Beschreibung dieser Komponenten hier verzichtet ist.
13 ist eine perspektivische Ansicht einer Optikvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform. Die Optikvorrichtung ist eine plankonkave Zylinderlinse 11, deren andere Endoberflächen als eine gekrümmte Oberfläche (Emissionsoberfläche) und eine der gekrümmten Oberfläche entgegengesetzte Oberfläche (Eintrittsoberfläche) mit der Wandoberfläche 16 verbunden sind.
Dem in 13 gezeigte Siliziumoxidblock (der Linse) sind Verunreinigungen hinzugefügt, so dass dieser (diese) eine Konzentrationsverteilung der Verunreinigungen in der vertikalen (Aufwärts-Abwärts-Richtung in 13) besitzt. Das heißt, eine Verunreinigungshinzufügeschicht 17 (z.B. eine epitaktische Schicht) wird gebildet. Eine Art von Verunreinigung oder mehrere Arten von Verunreinigungen, einschließlich Ger manium (Ge), Phosphor (P), Zinn (Sn), Bor (B) und dergleichen können hinzugefügt werden.
Eine ausführliche Beschreibung ist nachfolgend gegeben.
Es ist bekannt, dass die Bildung eines thermischen Oxidfilms nach der Dotierung des Siliziumsubstrats 1 mit Germanium (Ge), Phosphor (P) oder Zinn (Sn) als Verunreinigungen den Brechungsindex des Oxidfilms erhöht. Es ist ferner bekannt, dass die thermische Oxidation nach der Dotierung des Substrats mit Bor (B) den Brechnungsindex des Oxidfilms ändert.
Ein epitaktischer Film, dessen Verunreinigungskonzentration von Ge sich kontinuierlich ändert, wird auf dem Siliziumsubstrat durch CVD oder dergleichen gebildet. Die Konzentrationsverteilung in der Dickenrichtung (in der Tiefenrichtung) hat eine Glockenkurve mit dem Maximum bei einer vorbestimmten Tiefe. Dann, wie es in 14 gezeigt ist, werden, ebenso wie bei der ersten Ausführungsform, die Kontur der Optikvorrichtung und mehrere Gräben 8 durch Anwenden einer Maske definiert, und ein DRIE- und ein thermischer Oxidationsprozess werden ausgeführt, um so eine Linsenform zu bilden. Die lange Seite einer Öffnung des Grabens 8 ist parallel zu der Wandoberfläche 16 (in der gleichen Richtung wie die Lichteinfallsrichtung) ausgerichtet.
Auf diese Weise werden die Gräben 8 nach dem Aufwachsen des epitaktischen Films 17, dessen Verunreinigungskonzentration sich in Richtung der Filmdicke ändert, auf dem Substrat 1 gebildet, was die Konzentrationsverteilung der Verunreinigungen in der vertikalen Richtung in dem Block zur Lichttransmission liefert. Die Bildung der Gräben 8 in dem Siliziumsubstrat 1, deren Verunreinigungskonzentration sich in der vertikalen Richtung ändert, liefert die Konzentrationsverteilung der Verunreinigungen in dem Lichttransmissionsblock in der vertikalen Richtung. Somit wird die in 13 gezeigte Struktur gewonnen. Da in diesem Fall eine Brechungsindexverteilung in der Tiefenrichtung (in der Höhenrichtung der Linse) des Substrats ergibt, kann eine Lichtstreuung nicht nur in der Substratebenenrichtung (der horizontalen Richtung) der gekrümmten Form der Linse, sondern auch in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 (in der vertikalen Richtung) auftreten.
Die Konzentrationsverteilung (Änderung der Konzentration) des epitaktischen Films 17 kann diskontinuierlich sein. Auf diese Weise wird der epitaktische Film auf dem Siliziumsubstrat gebildet, der ein schwereres Element als das Silizium, insbesondere Ge, P oder Sn, als Verunreinigung enthält und dessen Verunreingungskonzentration sich kontinuierlich oder diskontinuierlich ändert. Somit wird nach der Bildung des epitaktischen Films (der Siliziumschicht), dessen Verunreinigungskonzentration sich kontinuierlich oder diskontinuierlich in der Tiefenrichtung ändert, die optische Vorrichtung (die Linse) wie gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben gebildet. Alternativ wird der epitaktische Film auf dem Siliziumsubstrat gebildet, der ein leichteres Element als das Silizium, zum Beispiel B, als Verunreinigung enthält und dessen Verunreinigungskonzentration sich kontinuierlich oder diskontinuierlich ändert. Somit wird nach der Bildung des epitaktischen Films (der Siliziumschicht), deren Verunreinigungskonzentration sich kontinuierlich oder diskontinuierlich in der Tiefenrichtung ändert, die Optikvorrichtung wie gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben gebildet.
In der vierten, ebenso wie in der ersten Ausführungsform, möchte sich die Kontur der Optikvorrichtung in Richtung der Wandoberfläche ausdehnen, wenn der nicht oxidierte Restbereich in dem thermischen Oxidationsschritt oxidiert wird. Jedoch begrenzt die Wandoberfläche 16 die Ausdehnung der Optikvorrichtung wie der Stopper 4 gemäß der ersten Ausführungsform, da sich ein Teil der Kontur in der Anordnungsrichtung der Gräben 8 in Kontakt mit der Wandoberfläche 16 befindet.
Auf diese Weise kann die Optikvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform die gleiche Funktion und den gleichen Effekt ausführen wie gemäß der ersten Ausführungsform, wobei der Stopper 4 durch die Wandoberfläche 16 ersetzt ist.
(Fünfte Ausführungsform)
Ein fünfte Ausführungsform ist mit Bezug auf 15 beschrieben. Die fünfte Ausführungsform unterscheidet sich von der vierten Ausführungsform dahingehend, dass zusätzlich zu einer Optikvorrichtung (einer Zylinderlinse 11) ein Lichtwellenleiter 18 einteilig ausgebildet ist. Es ist zu beachten, dass Komponenten, die zu jenen äquivalent sind, die in der ersten Ausführungsform beschrieben sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, so dass auf eine Beschreibung an dieser Stelle verzichtet ist.
15 ist eine perspektivische Ansicht der Zylinderlinse 11 und des Lichtwellenleiters 18 gemäß der fünften Ausführungsform. Die Zylinderlinse 11 hat die gleiche Form wie die in 13 der vierten Ausführungsform gezeigte plankonvexe Zylinderlinse 11, wobei andere Endoberflächen der Zylinderlinse 11 als eine gekrümmte Oberfläche und eine der gekrümmten Oberfläche gegenüberliegende Oberfläche mit den Wandoberflächen 16 verbunden sind. Der Lichtwellenleiter 18 erstreckt sich parallel zu den zwei Wandoberflächen 16 und ist einteilig mit der Linse auf dem Siliziumsubstrat angeordnet.
Schritte zur Herstellung der Zylinderlinse 11 und des Lichtwellenleiters 18 sind nachstehend beschrieben.
In den Bildungsschritten wird, wie gemäß der vierten Ausführungsform, nachdem die epitaktische Schicht 17 durch kontinuierliches oder diskontinuierliches Ändern der Verunreinigungskonzentration gebildet ist, die Zylinderlinse 11 durch den DRIE(Deep Reactive Ion Etching)- und den thermischen Oxidationsprozess erzeugt. Gemäß dieser Ausführungsform wird auch der Lichtwellenleiter 18 zusammen mit der Zylinderlinse 11 gebildet. Der Lichtwellenleiter 18 kann auf die gleiche Weise gebildet werden wie die Zylinderlinse 11. Mit anderen Worten, wenn die Anzahl der Gräben klein ist und in der Längsrichtung ein extrem langes Muster in einer periodischen Grabenstruktur gebildet wird, kann ein länglicher Siliziumoxid (SiO₂)-Block, d.h. der Lichtwellenleiter 18, gebildet werden. Zum Beispiel werden zwei Muster von 1 mm Länge in der Längsrichtung, die nebeneinander angeordnet und aus Siliziumschichten gebildet sind, die eine Restbreite von 1,5 μm aufweisen, wobei einer der Gräben 8 von 1,5 mm Extraktionsbreite zwischen jeweils zwei der Siliziumschichten angeordnet ist, dem DRIE- und dem thermischen Oxidationsprozess unterzogen, um den Lichtwellenleiter 18 mit der Breite von 6 μm und der Länge von 1 mm zu bilden. Das Licht ist aufgrund eines unterschiedlichen Brechungsindex des Lichtwellenleiters 8 in der vertikalen Richtung im Bereich von dessen Mitte, der den höchsten Brechungsindex aufweist, innerhalb des Lichtwellenleiters gefangen. Da ein Bereich um den Lichtwellenleiter 8 in der lateralen Richtung ein nicht Material gefüllter Raum ist, ist das Licht in dem Lichtwellenleiter 18 gefangen. Dieser Lichtwellenleiter 18 kann in jeder Form gebildet werden, je nach dem Muster. Ferner kann der Lichtwellenleiter zeitgleich mit der Zylinderlinse 11 gebildet werden, so dass eine Ausrichtung des Lichtwellenleiters bezüglich der Zylinderlinse 11 nicht erforderlich ist.
(Sechste Ausführungsform)
Eine sechste Ausführungsform ist nachstehend mit Bezug auf die 16A bis 18 beschrieben. Die sechste Ausführungsform unterscheidet sich von jeder der oben genannten Ausführungsformen dahingehend, dass der Stopper 4 eine komplizierte Form aufweist. Es ist zu beachten, dass Komponenten, die zu jenen äquivalent sind, die in der ersten Ausführungsform beschrieben sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, so dass auf eine Beschreibung an dieser Stelle verzichtet ist.
Die 16A bis 16D zeigen jeweils eine Draufsicht der Formen von gegenüber den oben beschrieben Ausführungsformen unterschiedlich ausgebildeten Stoppern 4. Wie es in 16A gezeigt ist, kann die Endoberfläche der Konturstruktur 9 zu einerkonkaven Form geätzt und oxidiert werden, um den konkaven Stopper 4 zu bilden. Demgegenüber, wie es in 16B gezeigt ist, kann die Endoberfläche der Konturstruktur 9 zu einer konvexen Form geätzt und oxidiert werden, um den konvexen Stopper 4 zu bilden.
Ferner kann, wie es in 16C gezeigt ist, die Endoberfläche der Konturstruktur 9 schräg geätzt werden. Diese kann oxidiert werden, um den Stopper 4 in Form eines dreieckigen Stabes zu bilden.
Wie es in 16D gezeigt ist, wird die Endoberfläche der Konturstruktur 9 zu einer Trapezform geätzt. Diese kann oxidiert werden, um den Stopper 4 in Form eines trapezförmigen Stabes zu bilden.
Wie es oben erwähnt ist, kann der Stopper 4 jede andere als die zylindrische Form aufweisen. Für den in 16A gezeigten konkaven Stopper 4 ist der Bereich des nicht oxidierten Restes 10 groß, und somit wird ein Teil des Stoppers 4 in der Nähe der Konturstruktur 9, der dazu neigt, sein Volumen in der Anordnungsrichtung der Gräben 8 stark auszudehnen, dicker ausgelegt.
Der in 16B gezeigte Stopper 4 und der in 16A gezeigte Stopper 4 sind kombiniert, wie es in 17 gezeigt ist, wodurch die Steifigkeit der Stopper beim Anordnen der Optikvorrichtungen nebeneinander erhöht und somit Raum eingespart werden kann.
Wie es in 16C gezeigt ist, werden für den Stopper 4, der die Form eines dreieckigen Stabes bzw. einer dreieckigen Säule aufweist, die dreieckigen Stäbe abwechselnd miteinander kombiniert, wie es in 18 gezeigt ist, wodurch die Steifigkeit der Stopper beim Anordnen der Optikvorrichtungen nebeneinander erhöht und somit Raum eingespart werden kann.
Wie es oben erwähnt ist, kann die Form des Stoppers 4 jede andere Form als die quadratische annehmen, die in der ersten Ausführungsform gezeigt ist, wobei ein Raum zur Erzeugung der Optikvorrichtung, der Grad der Ausdehnung des nicht oxidierten Restes 10, wenn er oxidiert ist, und dergleichen berücksichtigt wird.
(Weitere Ausführungsformen)
Gemäß der oben beschriebenen ersten bis sechsten Ausführungsform ist die Temperatur, bei der die thermische Oxidation ausgeführt wird, auf etwa 1100°C eingestellt. Der Grund, weswegen die Temperatur der thermischen Oxidation auf etwa 1100°C eingestellt ist, ist der, dass ein typischer Oxidationsofen Quarzglas verwendet, das einer Temperatur von 1200°C standhält. Jedoch kann, wenn ein Oxidationsofen verwendet wird, der Temperaturen von 1200°C und mehr standhält, die thermische Oxidation bei hohen Temperaturen ausgeführt werden, bei denen das Siliziumoxid nicht schmelzt.
Gemäß der ersten bis sechsten Ausführungsform, wie sie oben beschrieben sind, verbleibt zu einem Zeitpunkt, zu dem die Oxidation beendet ist, so dass die Optikvorrichtung fertiggestellt ist, der Stopper 4. Jedoch ist es ein Ziel der Bereitstellung des Stoppers 4, die Ausdehnung der Konturstruktur 9 in der Anordnungsrichtung der Gräben 8 zu begrenzen, wenn die nicht oxidierten Reste 11 oxidiert werden. Aus diesem Grund können selbst dann, wenn der Stopper 4 zum Zeitpunkt der Beendigung der Oxidation entfernt wird, die gleiche Funktion und der gleiche Effekt wie in den oben beschriebenen Ausführungsformen realisiert werden. Ferner kann die Breite W4 des Stoppers 4 so bestimmt werden, dass der Stopper 4 zum Zeitpunkt der Beendigung der Oxidation des nicht oxidierten Restes 11 vollständig oxidiert ist. Alternativ kann selbst nach Beendigung der Oxidation des nicht oxidierten Restes 11 die Oxidation fortgesetzt werden, bis der Stopper 4 vollständig oxidiert ist.
Gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ist die Breite W4 des beispielhaften Stoppers 4 auf etwa 10 μm eingestellt. Jedoch wird die Breite W4 in Abhängigkeit von der Breite der Konturstruktur 9 oder der säulenförmigen Struktur 3, die oxidiert werden soll, oder einem Siliziummaterial, das diese Strukturen bildet, geändert. Somit ist der Stopper 4 gemäß der Erfindung nicht auf die Breite W4 der ersten Ausführungsform begrenzt, sondern kann jede sein, die die Ausdehnung der Konturstruktur 9 begrenzt, wenn der nicht oxidierte Rest 11 oxidiert wird. Als Ergebnis von Experimenten, die von den Erfindern der vorliegenden Erfindung ausgeführt wurden, kann die Ausdehnung der Konturstrukur 9 wirksam begrenzt werden, wenn die Breite W4 des Stoppers 4 5% oder mehr der Breite W der Optikvorrichtung beträgt.
In jedem der oben genannten Beispiele wird das gleiche Material wie das der Konturstruktur 9 oder der säulenförmigen Struktur 3 verwendet, um den Stopper 4 zu bilden. Es ist jedoch nicht immer erforderlich, dass der Stopper 4 aus dem gleichen Material wie das der Konturstruktur 9 oder der säulenförmigen Struktur 3 gebildet ist. Zum Beispiel ist gemäß der ersten Ausführungsform ein Metallelement, das durch die thermische Oxidation nicht verändert wird, in der Anordnungsrichtung der Gräben 8 zwischen der Seitenendoberfläche der Konturstruktur 9, die den Stopper 4 nicht enthält, und der Wandoberfläche des Siliziumsubstrats 1 (umlaufende Rille 6) angeordnet. In diesem Fall kann bei der Oxidation des nicht oxidierten Restes 11 das durch die Wandoberfläche des Siliziumsubstrats 11 gestützte Metallelement die Ausdehnung der Konturstruktur 9 in der Anordnungsrichtung der Gräben 8 begrenzen, wodurch die gleiche Funktion und der gleiche Effekt wir gemäß der ersten Ausführungsform realisiert wird.
Obwohl in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen die zum Ätzen verwendete Maske eine Oxidmaske ist, ist die Maske nicht hierauf begrenzt. Zum Beispiel kann die Erfindung auch unter Verwendung einer Resistmaske statt der Oxidmaske implementiert sein.
(Siebte Ausführungsform)
Eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nachfolgend mit Bezug auf die 19 bis 27B beschrieben.
Wie es in den 20 bis 23 gezeigt ist, umfasst eine Optikvorrichtung 100 im Wesentlichen ein Siliziumsubstrat 101, eine Mikrolinse 102, die auf der oberen Oberfläche des Siliziumsubstrats 101 angeordnet ist, und eine Drückstruktur 103, die einteilig mit dem Ende der Mikrolinse 102 auf der oberen Oberfläche des Siliziumsubstrats 101 gebildet ist.
Das Siliziumsubstrat 101 weist einen konkaven Abschnitt 104 auf, und die Mikrolinse 102 ist auf der inneren Bodenoberfläche des konkaven Abschnitts 104 angeordnet. In dieser Ausführungsform wird eine plankonvexe Zylinderlinse als die Mikrolinse 102 verwendet. Die Mikrolinse 102 hat eine ebene Oberfläche (Eintrittsoberfläche 102a gemäß der Ausführungsform) und eine konvexe Oberfläche (Austritts- bzw. Emissionsoberfläche 102b gemäß der Ausführungsform).
Die Mikrolinse 102 ist ein Siliziumoxidblock, der aus einer Mehrzahl von säulenförmigen Strukturen 105 besteht, die durch Schmelzen zu einem Teil integriert bzw. zusammengefügt sind, wobei diese Strukturen aus Siliziumoxid gebildet und nebeneinander auf der oberen Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 angeordnet sind, und ist einteilig mit dem Siliziumsubstrat 101 ausgebildet. Genauer: Wie es in den 22 und 23 gezeigt ist, weist jede säulenförmige Struktur 105 eine bogenförmige untere Oberfläche auf, und die mehreren säulenförmigen Strukturen 105 werden nebeneinander erzeugt, um so den Siliziumoxidblock (die Mikrolinse 102) zu bilden. Der Siliziumoxidblock ist mit einer feinstrukturierten konkav-konvexen Grenzfläche des Siliziumsubstrats 101 ohne Verwendung eines Klebemittels verbunden. Das heißt, der Siliziumoxidblock (die Mikrolinse 102) ragt von der oberen Oberfläche des Siliziumsubstrats 101 nach oben in 22 hervor, wobei die untere Oberfläche des Blocks, die als die Schnittstelle zu dem Siliziumsubstrat 101 dient, eine kontinuierliche konkavkonvexe Form aufweist, die sich in horizontaler Richtung fortsetzt. Diese Struktur erlaubt das Hindurchtreten des Lichts durch den Siliziumoxidblock (die Mikrolinse 102). Somit besitzt die Mikrolinse 102 der Optikvorrichtung 100 im Wesentlichen eine optische Funktion. Zusätzlich ist die Mikrolinse 102 ohne eine Klebeschicht mit dem Siliziumsubstrat 101 verbunden, was zu einer ausgezeichneten Wärmeabstrahlungscharakteristik führt.
Die mehreren säulenförmigen Strukturen 105 sind so ausgelegt, dass sie sich auf der oberen Oberfläche des Siliziumsubstrats 101 parallel zur optischen Achse erstrecken, die durch eine lang-kurz gestrichelte Linie in 21 dargestellt ist. Somit ist eine Erstreckungsrichtung der säulenförmigen Strukturen 105 parallel zur Richtung des Lichtdurchtritts, so dass ein Winkel zwischen einer sich erstreckenden Oberfläche und der Richtung des Lichtdurchtritts gleich groß wie oder kleiner als ein kritischer Winkel zwischen dem Siliziumoxid und der Luftschicht sein kann. Dies kann die Abnahme des Transmissionsgrades aufgrund von Streuung oder dergleichen verringern.
Ein Grenzflächenabschnitt zwischen der Mikrolinse 102, die aus einer Mehrzahl von säulenförmigen Strukturen 105 besteht, und dem Siliziumsubstrat 101, wie es in den 22 und 23 gezeigt ist, hat eine Breite in der Nebeneinanderstellungsrichtung (Anordnungsrichtung) der säulenförmigen Struktur 105 (L1 in 22), die größer als die Breite eines oberen Abschnitts der Mikrolinse (L2 in 22) ist. Eine solche Konstruktion wird durch die Wirkung der Drückstruktur 103 in einem Herstellungsprozess geliefert. Eine ausführliche Beschreibung hiervon ist nachstehend gegeben.
Die Drückstruktur 103 ist aus Siliziumoxid oder Siliziumoxid und Silizium gebildet. Die Drückstrukturen 13 werden auf der oberen Oberfläche des Siliziumsubstrats 101 so errichtet, dass sie an beide Enden in der Nebeneinanderstellungsrichtung der säulenförmigen Strukturen 105 der Mikrolinse 102 (in der Richtung senkrecht zur optischen Achse) angrenzen. Die Drückstruktur 103 ist mit einem Teil des Endes der Mikrolinse 102 (der säulenförmigen Struktur 105) durch Schmelzen verbunden. Die Breite des Teils der Drückstruktur 103, der mit der säulenförmigen Struktur 105 verbunden ist, ist größer als die Breite der säulenförmigen Struktur 105 in der Nebeneinanderstellungsrichtung.
In der siebten Ausführungsform ist die Drückstruktur 103 gegenüber des gesamten Endes der Mikrolinse 102 (der säulenförmigen Struktur 105) angeordnet, und ein Freiraumabschnitt 106 befindet sich an einem Verbindungsabschnitt zwischen der Drückstruktur 103 und der Mikrolinse 102. Wie es in den 20, 21 und 23 gezeigt ist, ist der Freiraumabschnitt 106 ein Loch (eine Luftschicht), das zur oberen Oberfläche des Verbindungsabschnitts offen ist. Gemäß der Ausführungsform sind mehrere Freiraumabschnitte 106 entlang der optischen Achse verteilt. Daher hat die Drückstruktur 103 einen Teil, der direkt mit der Mikrolinse 102 verbunden ist (schmelzverbundener Teil) und einen Teil, der mit der Mikrolinse 102 über den Freiraumabschnitt 106 verbunden ist ist (nicht direkt zusammengefügter Teil). Wie es in 22 gezeigt ist, ist die Breite in der Nebeneinanderstellungsrichtung des direkt mit wenigstens der Mikrolinse 102 verbundenen Teils größer als die Breite der separaten säulenförmigen Strukturen 105, und die Drückstruktur 103 befindet sich in Richtung der optischen Richtung in Kontakt mit einem Teil des Endes der Mikrolinse 102.
Die Mikrolinse 102 und die Drückstruktur 103, wie sie oben ausgebildet sind, haben auf ihrer Unterseite einen Sockelabschnitt 107 (Verbindungsabschnitt), der aus dem Siliziumsubstrat 101 gebildet ist und der die gleiche Form wie der Siliziumblock aufweist. Die Mikrolinse 102 und die Drückstruktur 103, die einteilig mit dem Siliziumsubstrat 101 ausgebildet sind, sind in dem konkaven Abslchnitt 104 angeordnet, wobei sie von der Innenseite des konkaven Abschnitts 104 beabstandet ist und die umlaufende Rille 108 zwischen beiden verläuft. Diese kann die Mikrolinse 102 (und die Drückstruktur 103) von dem außerhalb angeordneten Siliziumsubstrat 101 trennen, so dass Verformungen bei der Herstellung vermieden werden. Es ist zu beachten, dass die Mikrolinse 102 der Ausführungsform eine Höhe von ca. 10 μm oder mehr, zum Beispiel 100 μm, aufweist. Ferner hat die Mikrolinse 102 einschließlich der Drückstruktur 103 eine Breite in der Richtung senkrecht zur optischen Achse von ungefährt 500 μm.
Im Folgenden ist ein Verfahren zur Herstellung der Optikvorrichtung 100 gemäß dieser Ausführungsform mit Bezug auf die 24 bis 27 beschrieben. Die 24 und 25 zeigen einen Grabenätzschritt (erster Schritt), wobei 24 eine Draufsicht des Siliziumsubstrats 101 und 25 eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXV- XXV in 24 ist. Die 26A bis 26C zeigen einen Schritt der thermischen Oxidation (zweiter Schritt), wobei 26A eine Draufsicht des Siliziumsubstrats 101, 26B eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXVIB-XXVIB in 26A und 26C eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXVIC-XXVIC in 26A ist. Die 27A und 27B zeigen einen Drückschritt (dritter Schritt), wobei 27A eine Draufsicht des Siliziumsubstrats 101 und 27B eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXVIIB-XXVIB in 27B ist. Zur Deutlichkeit ist in 24 die Maske nicht dargestellt. Ferner, selbst in den 24 bis 27B ist zur Deutlichkeit nur ein Teil der Optikvorrichtung in der Nebeneinanderstellungsrichtung gezeigt. In dieser Ausführungsform kann wenigstens ein Teil eines Grundherstellungsverfahrens das gleiche wie das in der JP-A-2004-271756 vorgeschlagene sein.
Zuerst wird die Mikrolinse 102 einschließlich der Drückstruktur 103 unter Verwendung der Maske 109 aus dem Siliziumsubstrat 101 gebildet. Wie es in den 24 und 25 gezeigt ist, wird das Ätzen von Öffnungen der Maske 109 ausgeführt, um die ersten Gräben 110, die zweiten Gräben 111 und den äußeren Umfangsgraben 112 zu bilden. Das Grabenätzen entspricht dem ersten Schritt. Die ersten Gräben 110 sind dazu geeignet, mehrere säulenförmigen Strukturen 105 zu trennen. Mehrere erste Gräben 110 werden parallel zur optischen Achse gebildet. Die zweiten Gräben 111 sind dazu geeignet, die säulenförmigen Strukturen 105 am Ende von der Drückstruktur 103 in der Nebeneinanderstellungsrichtung der säulenförmigen Strukturen 105 zu trennen, und der äußere Umfangsgraben 112 dient dazu, die Formen der Mikrolinse 102 und der Drückstrukturen 103 zu definieren.
Diese Ausführungsform weist das erste Merkmal auf, wonach die Breite des ersten Grabens 110 und die Breite der säulenförmigen Struktur 105 in der Nebeneinanderstellungsrichtung derart festgelegt sind, dass von den ersten Gräben 110 zwischen den benachbarten säulenförmigen Strukturen 105 stammende bzw. resultierende Freiräume zu einem Zeitpunkt absichtlich verbleiben, zu dem der zweite Schritte, der weiter unten beschrieben ist, abgeschlossen ist (wenn die gesamten säulenförmigen Strukturen 105 durch thermische Oxidation durch das Siliziumoxid ersetzt sind). Die Erfahrung zeigt, dass die Bildung des thermischen Oxidflims innerhalb und außerhalb der Siliziumoberfläche mit einem Verhältnis von 0,45:0,55 voranschreitet. Gemäß dieser Ausführungsform wird die Breite der ersten Gräben 110 auf einen bestimmten Wert eingestellt, und ebenso die Breite der säulenförmigen Strukturen 105, um alle der mehreren säulenförmigen Strukturen 105 wirksam thermisch zu oxidieren (sie durch Siliziumoxid zu ersetzen). Daher werden, wie es in 24 gezeigt ist, wenn T1 die Breite des ersten Grabens 110 und W1 die Breite der säulenförmigen Struktur 105 in der Nebeneinanderstellungsrichtung ist, der erste Graben 110 und die säulenförmige Struktur 105 so ausgelegt, dass die nachfolgende Formel (1) erfüllt ist. T1 > 1,22 × W1 (1)
Durch Einstellen der ersten Gräben 110 und der säulenförmigen Strukturen 105 so, dass die Formel (1) erfüllt ist, können die Freiräume von dem ersten Graben 110 zwischen den benachbarten säulenförmigen Strukturen 105 zum Zeitpunkt der Beendigung des zweiten Schritts absichtlich verbleiben.
In dieser Ausführungsform werden die Breite des zweiten Grabens 111 und die Breite und Anordnung der Drückstruktur 103 in der Nebeneinanderstellung so eingestellt, dass die säulenförmigen Strukturen 105, die über den von den ersten Gräben 110 stammenden Freiräumen angeordnet sind, in dem weiter unten erwähnten dritten Schritt in der Nebeneinanderstellungsrichtung gedrückt werden, wobei die Volumenausdehnung der Drückstrukturen 103 verwendet wird, die durch die Ersetzung des Siliziums durch das Siliziumoxid bei der thermischen Oxidation bewirkt wird. Gemäß der Ausführungsform werden die Drückstrukturen 103 zusammen mit den säulenförmigen Strukturen 105 in dem Schritt der thermischen Oxidation (dem zweiten Schritt) thermisch oxidiert, um so den Herstellunsgprozess zu vereinfachen. Somit werden die Breite des zweiten Grabens 111 und die Breite und Anordnung der Drückstruktur 103 so in der Nebeneinanderstellungsrichtung festgelegt, dass verbleibendes, nicht thermisch oxidiertes Silizium innerhalb der Drückstruktur 103 existiert, wobei ein durch den zweiten Graben 111 entstandener Freiraum zum Zeitpunkt der Beendigung des zweiten Schritts existiert. Insbesondere umfasst die Drückstruktur 103 einen dicken Drückabschnitt 103a mit einer Breite in der Nebeneinanderstellungsrichtung, die größer als die der säulenförmigen Struktur 105 ist. Mehrere Drückabschnitte 103a sind in vorbestimmten Intervallen entlang der Erstreckungsrichtung der säulenförmigen Strukturen 105 (der Richtung der optischen Achse) so angeordnet, dass der von dem zweiten Graben 111 stammende Freiraum zum Zeitpunkt der Beendigung des zweiten Schritts existiert. Insbesondere werden, wie es in 24 gezeigt ist, wenn T2 die Breite in der Nebeneinanderstellungsrichtung des zweiten Grabens 111 zwischen dem Drückabschnitt 103a und der gegenüberliegenden säulenförmigen Struktur 105 und W2 die Breite in der Nebeneinanderstellungsrichtung des Drückabschnitts 103a der Drückstruktur 103 (W2 > W1) ist, die Breiten des zweiten Grabens 11 und der Drückstruktur 103 so eingestellt, dass sie der folgenden Formel (2) genügen. T2 < 0,61 × (W1 + W2) (2)
Durch Substitution W1 = αW2 (0 < α < 1) in die obige Formel, kann die Formel (2) durch die nachstehende Formel (3) dargestellt werden. T2 < 0,61 × W2(1 + α) (3)
Da 0 < α < 1, kann die Formel (3) durch die folgende Formel (4) ersetzt werden. 0,61 × W2 < T2 < 1,22 × W2 (4)
Auf diese Weise werden der zweite Graben 111 und die Drückstruktur 103 so eingestellt, dass die Formel (2) (oder die Formel (3) oder (4)) erfüllt sind, wobei der von dem zweiten Graben 111 stammende Freiraum zum Zeitpunkt der Beendigung des zweiten Schritts existiert. Somit können die säulenförmigen Strukturen 105 in der Nebeneinanderstellungsrichtung durch die Volumenausdehnung der Drückstrukturen 103 in dem dritten Schritt gedrückt werden.
Wenn die benachbarten Strukturen 105 in Drückkontakt miteinander gebracht sind, indem sie durch die Drückstrukturen 103 (Drückabschnitte 103) gedrückt werden, bevor die säulenförmigen Strukturen 105 vollständig oxidiert sind (während des zweiten Schritts), kann Sauerstoff nicht gut den säulenförmigen Strukturen 105 zugeführt werden, wodurch es sein kann, dass ein nicht oxidierter Siliziumbereich in der säulenförmigen Struktur 105 zurückbleibt. Somit werden die Drückstruktur 103 und der zweite Graben 111 so eingestellt, dass der von dem ersten Graben 110 stammende Freiraum zwischen den benachbarten säulenförmigen Strukturen (die benachbarten säulenförmigen Strukturen 105 berühren einander nicht) zum Zeitpunkt der Beendigung des zweiten Schritts verbleibt, unabhängig davon, ob die Drückstruktur 103 am Ende mit der säulenförmigen Struktur 105 in Kontakt gelangt.
Wenn die mehreren Drückabschnitte 103a entlang der Erstreckungsrichtung der säulenförmigen Strukturen 105 (der Richtung der optischen Achse) angeordnet sind, können diese Drückabschnitte 103a die säulenförmigen Strukturen 105 anschließend in einem Drückschritt (dritter Schritt) gleichmäßig entlang der Erstreckungsrichtung wie in dieser Ausführungsform beschrieben drücken. Gemäß der Ausführungsform ist die Drückstruktur 103 so aufgebaut, dass die mehreren Drückabschnitte 103a, die einen halbkreisförmigen Querschnitt in einer Ebene parallel zu dem Siliziumsubstrat 101 aufweisen, über dünne Abschnitten 103b entlang der Erstreckungsrichtung der säulenförmigen Strukturen 105 miteinander verbunden sind, wobei jeder der dünnen Abschnitte 103b in der Nebeneinanderstellungsrichtung dünner als der Drückabschnitt 103a ist, wie es in 24 gezeigt ist. Dieser Aufbau hat eine höhere mechanische Festigkeit als der, der den einzigen Drückabschnitt 103a enthält, wodurch der Bruch der Konstruktion, zum Beispiel durch Reinigen nach dem Ätzprozess weitestgehend verhindert wird. Es ist zu beachten, dass die Breite in der Nebeneinanderstellungsrichtung des dünnen Abschnitts 103b die gleiche wie die der säulenförmigen Struktur 105 ist.
Ein äußerer Umfangsgraben 112 in der Ausführungsform ist derart ausgebildet, dass der äußerste Umfangsabschnitt, der die Form der Mikrolinse 102 definiert, das heißt der äußerste Teil (die Kontur) des Linsenbildungsbereichs, mit der Siliziumschicht 113 zusammengefügt ist, die eine vorbestimmte Breite aufweist (im Folgenden als „Konturstruktur 113" bezeichnet). Da die Lichteintrittsoberfläche und die Lichtemissionsoberfläche jeweils eine Krümmung besitzen, die durch das Muster der Konturstruktur 113 definiert ist, kann jede Oberflcähe der Mikrolinse 102 durch das Muster gewonnen werden. Es benötigt im Vergleich zur Oxidation der weiteren Teile viel Zeit, den Verbindungsabschnitt der Konturstruktur 113 mit der säulenförmigen Struktur 105 oder der Drückstruktur 103 (ein T-artiger Abschnitt oder ein L-artiger Abschnitt) zu oxidieren. Um die Siliziumreste zu verringern, wird die Breite der Konturstruktur 113 vorzugsweise gleich groß wie oder kleiner als die der säulenförmigen Struktur 105 eingestellt. In dieser Ausführungsform ist die Breite der Konturstruktur 113 ein wenig kleiner als die der säulenförmigen Struktur 105, so dass zum Zeitpunkt der Beendigung des Schritts der thermischen Oxidation (der zweite Schritt) keine nicht oxidierten Reste in dem Verbindungsabschnitt vorhanden sind. Gemäß der Ausführungsform werden jedoch in dem Drückschritt (dritter Schritt), der weiter unten beschrieben ist, die säulenförmigen Strukturen 105 im Zustand der thermischen Oxidation durch die Drückstrukturen 103 in der Nebeneinanderstellungsrichtung gedrückt, und werden durch Schmelzen zu einem Teil integriert bzw. zusammengefügt. Aus diesem Grund kann die Konturstruktur 113 jede Breite haben, die bewirkt, dass die Konturstruktur zu Beginn des dritten Schritts vollständig oxidiert ist. Selbst wenn die Konturstruktur 113 zum Zeitpunkt der Beendigung des zweiten Schritts einen Bereich aus nicht oxidiertem Silizium besitzt, kann durch die Drückstrukturen 103 im dritten Schritt verhindert werden, dass sich der Verbindungsabschnitt zwischen der säulenförmigen Struktur 105 und der Konturstruktur 103 durch die Oxidation des nicht oxidierten Bereichs in der Nebeneinanderstellungsrichtung ausdehnt.
Der äußere Umfangsgraben 112 ist so ausgebildet, dass er eine im Vergleich zur Breite des ersten Grabens 110 und des zweiten Grabens 111 ausreichende Breite besitzt, so dass die Freiräume in dem Graben zum Zeitpunkt der Bildung der Optikvorrichtung 100 verbleiben. Dies kann eine Verformung aufgrund eines Unterschieds der Wärausdehungskoeffizienten zwischen dem Siliziumoxid und dem Silizium vermeiden. Ferner wird durch den „Microloading-Effect" (die Ätzratenabhängigkeit von der Musterdichte) der äußere Umfangsgraben 112 tiefer als der erste Graben 110 und der zweite Graben 111 geätzt. Somit ist in der in 20 gezeigten Optikvorrichtung 100 die Mikrolinse 102 einschließlich der Drückstruktur 102 über den Sockelabschnitt 107 aus Silizium, der die gleiche Form wie das Siliziumstubstrat 101 in der Ebenenrichtung des Substrats hat, mit dem Siliziumsubstrat 101 verbunden, wodurch die Unterdrückung eines optischen Weges beim Lichteintritt und bei der Lichtemission vermieden wird.
Um eine stereoskopische Linsenform zu erhalten, ist es notwendig, in dem Grabenätzschritt (dem ersten Schritt) Gräben mit einem größeren Tiefen-Breiten-Verhältnis zu bilden. Ferner muss gewährleistet sein, das der Graben vertikale Seitenwände aufweist, so dass nach der thermischen Oxidation kein Spielraum zurückbleibt. Demgegenüber wird gemäß der Ausführungsform ein Schutzoxidfilm auf der inneren Oberfläche (z.B. die Seiten- und die Bodenoberfläche) des gebildeten Grabens gebildet, der Oxidfilm auf der Bodenoberfläche durch reaktives Ionenätzen entfernt und der Ätzvorgang anschließend auf das Siliziumsubstrat 101 von der Bodenoberfläche aus angewendet, wobei die Ätztechnik (so genanntes DRIE-Verfahren) verwendet wird, wie es in der JP-A-2000-299310 offenbart ist. Auf diese Weise werden der Bildungsschritt des Schutzoxidfilms und der Ätzschritt des Bodens des Grabens wiederholt. Dadurch kann den Graben gebilden werden, dessen Querschnittsprofil sehr vertikal ist, um ein Tiefen-Breiten-Verhältnis von etwa 60 zu haben. Gemäß der Ausführungsform neigt die säulenförmige Struktur 105 dazu, sich leicht zu verformen, da die Gräben 110 bis 112, die das große Tiefen-Breiten-Verhältnis haben, mittels dem DRIE-Verfahren gebildet werden können, was die integrierte Mikrolinse 102 liefern kann, die durch Drücken im dritten Schritt zusammengefügt wird.
Nach dem Grabenätzschritt (dem ersten Schritt) wird das gesamte Siliziumsubstrat 101 einem Wärmebehandlungsprozess in einer Wasserstoffatmosphäre ausgesetzt, wodurch die Oberflächenrauhigkeit der Seitenwände von jedem der Gräben 110 bis 112 verringert wird. Somit ist die Glattheit der Grabenseitenwand verbessert, so dass die Linsenoberfläche (die Eintrittsoberfläche 102a und die Emissionsoberfläche 102b), die eine glatte Oberfläche aufweisen, durch die thermische Oxidation gewonnen werden kann. Diese Technologie ist in der JP-A-2002-231945 offenbart.
Nach dem Wärmebehandlungsprozess wird die Maske 109 durch Eintauchen in Flusssäure oder dergleichen entfernt. In dem zweiten Schritt wird die thermische Oxidation ausgeführt, bis das Silizium in den gesamten säulenförmigen Strukturen 105 durch das Siliziumoxid ersetzt sind. Der säulenförmige Struktur 105 und der Konturstruktur 113 werden ausreichend Sauerstoff zugeführt, um die gesamten Strukturen über den ersten Graben 110 und den äußeren Umfangsgraben 112 in dem in dem ersten Schritt voreingestellten Zustand zu oxidieren. Wie es in den 26A, 26B und 26C gezeigt ist, wird in dem thermischen Oxidationsschritt (dem zweiten Schritt) in den Strukturen das Silizium vollständig durch das Siliziumoxid ersetzt. Der Teil des ersten Grabens 110 wird durch die Volumenausdehnung der säulenförmigen Struktur 105 und der Konturstruktur 113 (Ersetzung durch das Siliziumoxid) gefüllt, wobei die Form bewahrt wird, die sich in Richtung der optischen Achse in dem voreingestellten Zustand in dem ersten Schritt erstreckt. Das heißt, die benachbarten säulenförmigen Strukturen 105 berühren sich nicht gegenseitig, und der von dem ersten Graben 110 stammende Freiraum verbleibt zwischen den säulenartigen Strukturen 105.
Der dünne Abschnitt 103b der Drückstruktur 103 mit der gleichen Breite wie die säulenförmigen Struktur 105 wird durch die thermische Oxidation vollständig durch das Siliziumoxid ersetzt. Im Gegensatz dazu enthält der Drückabschnitt 103a, der dick ist, einen nicht oxidierten Bereich 114, in dem das Silizium nach Abschluss des zweiten Schritts nicht oxidiert ist, wie es in den 26A und 26B gezeigt ist. Gemäß dieser Ausführungsform befindet sich der Drückabschnitt 103a, dessen Volumen, sich vergrößert hat und der partiell durch das Siliziumoxid ersetzt ist, in Kontakt mit dem in der Richtung der optischen Achse benachbarten Drückabschnitt 103a und der säulenförmigen Struktur 105 am Ende in der Nebeneinanderstellungsrichtung, und zwar derart, dass sich die benachbarten säulenförmigen Strukturen 105 nicht berühren. Der Teil des zweiten Grabens 111 ist durch die Volumenausdehnung der säulenförmigen Struktur 105, der Drückstruktur 103 und der Konturstruktur 113 (Siliziumoxid) gefüllt, wobei mehrere von dem zweiten Graben 111 stammende Freiräume in dem in dem ersten Schritt voreingestellten Zustand in Richtung der optischen Achse verteilt bleiben, wie es in den 26A und 26B gezeigt.
Nach der Beendigung des zweiten Schritts wird in dem dritten Schritt ein Drücken der mehreren säulenförmigen Strukturen 105 in der Nebeneinanderstellungsrichtung aus geführt, während die thermischen Oxidation in dem zweiten Schritt fortgesetzt wird. Gemäß dieser Ausführungsform ist der thermische Oxidationsprozess in den zweiten Schritt und den dritten Schritt unterteilt. In dem dritten Schritt wird der nicht oxidierte Bereich 114 der Drückstruktur 103, der in dem zweiten Schritt nicht oxidiert bleibt, oxidiert. Somit wird, wie es in 27A gezeigt ist, der nicht oxidierte Bereich 114 durch das Siliziumoxid ersetzt, und die Drückstruktur 103 (der Drückabschnitt 103a) wird angepasst, um die mehreren säulenartigen Strukturen 105 (wie es durch den Konturpfeil in den 27A und 27B gezeigt ist) von einem Ende zu dem weiteren Ende durch die Vergrößerung des Volumens (wie es durch den gestrichelten Pfeil in 27A gezeigt ist) zu drücken. Ferner besitzt das Siliziumoxid bei einer bei der thermischen Oxidation herrschenden hohen Temperatur (zum Beispiel 1000°C oder mehr) eine gewisse Fluidität, wodurch die Siliziumoxide, die sich berühren, durch Schmelzen zusammengefügt werden.
Gemäß dieser Ausführungsform wird der Ausdehnungsbetrag (der Hubbetrag) in Richtung der Drückseite in der Nebeneinanderstellungsrichtung, wobei der nicht oxidierte Bereich 114 des Drückabschnitts 103a vollständig oxidiert ist, zuvor in dem ersten Schritt eingestellt, um so eine ausreichend große Druckkraft bereitzustellen, um die mehreren säulenförmigen Strukturen 105 zu verformen und sie so durch Schmelzen zusammenzufügen. Somit werden die mehreren säulenförmigen Strukturen 105, auf die Druck durch die Drückstruktur 103 ausgeführt wird, in der Nebeneinanderstellungsrichtung verformt, wobei der Verbindungsabschnitt mit dem Siliziumsubstrat 101 als Hebel- bzw. Drehpunkt dient. Die benachbarten säulenförmigen Strukturen 105 werden in Drückkontakt miteinander gebracht und durch Schmelzen miteinander zusammengefügt, um den Siliziumoxidblock (die Mikrolinse 102) zu bilden. Es ist zu beachten, dass gemäß der Ausführungsform die Drückstrukturen 103 an beiden Enden in der Nebeneinanderstellungsrichtung der mehreren säulenförmigen Strukturen 105 vorgesehen sind. Durch die Druckkraft von beiden Enden der säulenförmigen Struktur 105 ist der obere Teil oberhalb dem Verbindungsabschnitt der linken säulenförmigen Struktur 105 bezüglich der mittleren säulenförmigen Struktur 105 mit dem Siliziumsubstrat 101 verbunden und bezüglich der Ebene des Siliziumsubstrats 101 von der vertikalen Richtung aus nach links verformt.
Das Siliziumoxid fließt in die von dem zweiten Graben 111 stammenden Freiräume durch die Oxidation des nicht oxidierten Bereichs 114 der Drückstruktur 103. Somit verbleiben die Freiräume als die freien Abschnitte 106, die kleiner sind als jene in dem zweiten Schritt, wobei der nicht oxidierte Bereich 114 vollständig oxidiert ist (nach Beendigung des dritten Schritts). Auf diese Weise kann, wenn die freien Ab schnitte 106 um die Drückabschnitte 103a zurückbleiben, die nach der Beendigung des dritten Schritts die Druckkraft bewirken, der nicht oxidierte Bereich 114 sicher mit Sauerstoff versorgt werden, wodurch eine ausreigende Druckkraft (Hubbetrag der Drückstruktur 103) erzeugt wird, um die säulenförmigen Strukturen 105 in dem dritten Schritt zu verbinden.
Nach jedem oben beschriebenen Schritt wird in einem Abschnitt ein Vereinzelungsschnitt ausgeführt, in dem ein Teil des äußeren Umfangsgrabens 112 angeordnet ist, wie es in den 20 bis 23 gezeigt ist. Dadurch kann der äußere Umfangsgraben 112 ebenso wie die Umfangsrille 108 bewahren, um die Optikvorrichtung zu bilden, die die Mikrolinse 102 enthält, wie es in den 20 bis 23 gezeigt ist.
Somit werden gemäß diesem Verfahren zur Herstellung der Optikvorrichtung 100 entsprechend der Ausführungsform die ersten Gräben 110 und die säulenförmigen Strukturen 105 in dem ersten Schritt derart ausgebildet, dass die von den ersten Gräben 110 stammenden Freiräume zum Zeitpunkt der Beendigung des zweiten Schrittes absichtlich zwischen den benachbarten säulenförmigen Strukturen 105 zurückbleiben. Dadurch können die säulenförmigen Strukturen 105 in dem dritten Schritt vollständig oxidiert werden (dies kann den Zustand ohne Siliziumreste erzeugen, die für Licht undurchlässig sind). In dem dritten Schritt werden die mehreren säulenförmigen Strukturen 105 während der thermischen Oxidation in der Nebeneinanderstellungsrichtung gedrückt, so dass die benachbarten säulenförmigen Strukturen 105 in Druckkontakt miteinander und durch Schmelzung zusammengefügt werden, wodurch die Bildung des Siliziumoxidblocks (der Mikrolinse 102) ermöglicht wird. Die hergestellte Mikrolinse 102 weist keinen Siliziumrest auf, der für Licht undurchlässig ist, während das Ausmaß an Freistellen zumindest verringert ist (oder die Freistellen beseitigt sind) im Vergleich zu dem Maß an Freistellen, die durch Veränderungen in dem herkömmlichen Prozess hervorgerufen werden. Demzufolge kann die Optikvorrichtung 100 einschließlich der Mikrolinse 102 eine Optikvorrichtung mit guter optischer Transparenz sein.
Ferner ist gemäß dieser Ausführungsform die Drückstruktur 103 auf demselben Siliziumsubstrat 101 wie die säulenförmige Struktur 105 ausgebildet, und die Ausdehnung der Drückstruktur 103 durch Oxidation wird als eine Druckkraft verwendet, was bewirkt, dass die mehreren säulenförmigen Strukturen 105 in Drückkontakt miteinander gebracht werden, wodurch die integrierten Mikrolinsen 102 gebildet werden. Auf diese Weise kann die Drückquelle der säulenförmigen Struktur 105 in der Nebeneinanderstellungsrichtung auf demgleichen Siliziumsubstrat 101 wie die säulenförmige Struktur 103 gebildet werden. Ferner wird in dem dritten Schritt die Drückstruktur 103 unter den gleichen Bedingungen wie die in dem zweiten Schritt thermisch oxidiert, wodurch der Herstellungsprozess vereinfacht wird.
Ferner werden in dieser Ausführungsform die zweiten Gräben 111 und die Drückstrukturen 103 in dem ersten Schritt derart erzeugt, dass die von den zweiten Gräben 111 stammenden Freiräume (die freien Abschnitte 106) zu dem Zeitpunkt der Beendigung des dritten Schritts zurückbleiben. Daher kann in dem dritten Schritt Sauerstoff sicher dem nicht oxidierten Bereich 114 zugeführt werden, und zwar in einer Menge, die eine ausreichende Druckkraft bewirkt, um die säulenförmigen Strukturen 105 zu zusammenzufügen. Die Zufuhr von mehr Sauerstoff zu dem nicht oxidierten Bereich 114 kann die Druckkraft verbessern. Doch selbst wenn kein freier Abschnitt 106 zum Zeitpunkt der Beendigung des dritten Schritts zurückbleibt (selbst wenn die von dem zweiten Graben 111 stammenden Freiräume vollständig mit dem Siliziumoxid gefüllt sind), kann eine Mikrolinse 102 mit im Wesentlichen dem gleichen Transmissionsgrad wie der der Mikrolinse 102 der Ausführungsform unter der folgenden Bedingung gebildet werden. Die von den zweiten Gräben stammenden Freiräume 111 können wenigstens zum Zeitpunkt der Beendigung des zweiten Schritts zurückbleiben, und ferner muss Sauerstoff nur über die Freiräume zu dem nicht oxidierten Bereich 114 in einer Menge zugeführt werden, die eine ausreichende Druckkraft erzeugt, um die säulenförmigen Strukturen 105 zu verbinden.
Ferner werden gemäß dieser Ausführungsform die zweiten Gräben 111 und die Drückstruktuen 103 in dem ersten Schritt derart ausgebildet, dass mehrere von dem zweiten Gräben 111 stammende Freiräumen (freie Abschnitte 106) zum Zeitpunkt der Beendigung des dritten Schritts verteilt bleiben. Somit können, da in dem dritten Schritt der Sauerstoff über die Freiräume wirksam dem nicht oxidierten Bereich 114 der Drückstruktur 103 zugeführt werden können, Veränderungen beim Drücken der säulenförmigen Strukturen 105 in der Richtung senkrecht zu der Nebeneinanderstellungsrichtung verringert werden. Dies kann weiter den optischen Transmissionsgrad der Mikrolinse 102 verbessern.
Obwohl gemäß der Ausführungsform die beispielhaften Drückstrukturen 103 an beiden Enden der säulenförmigen Strukturen 105 angeordnet sind, kann die Drückstruktur 103 auch nur an einem Ende der säulenförmigen Strukturen 105 in der Nebeneinanderstellungsrichtung angeordnet sein, so dass in dem dritten Schritt die Druckkraft auf die säulenförmigen Strukturen 105 ausgeübt wird, um so die Strukturen zu verbinden. Es ist zu beachten, dass, wenn die Drückstruktur auf nur einer Seite an geordnet ist, die Druckkraft in der Drückrichtung nach außen entweichen kann. Die Bereitstellung der Drückstrukturen 103 an beiden Enden wie es in der vorliegenden Ausführungsform gezeigt ist, erzeugt Druckkräfte, die zur selben Zeit entgegengesetzt sind, so dass eine Drückstruktur 103 das Entweichen der Druckkraft von der weiteren Drückstruktur 103 begrenzen kann. Daher kann die Mehrzahl der säulenförmigen Strukturen 105 effizienter gedrückt werden, um den Transmissionsgrad des Mikrolinse 102 weiter zu verbessern.
In dieser Ausführungsform bildet das DRIE-Verfahren die Gräben mit dem großen Tiefen-Breiten-Verhältnis wie der erste Graben 110. In diesem Fall neigen die gedrückten säulenförmigen Strukturen 105 dazu, sich in der Nebeneinanderstellungsrichtung zu verformen, da die Steifigkeit der säulenförmigen Struktur 105 gering ist, so dass die benachbarten säulenförmigen Strukturen 105 im dritten Schritt in Drückkontakt miteinander gebracht werden können, um so die Freiräume in der Mikrolinse 102 weiter zu verringern und zu beseitigen. Dadurch kann der Transmissionsgrad der Mikrolinse 102 verbessert werden.
Obwohl ein Silizium-Einkristall als das Siliziumsubstrat 101 verwendet wird, kann ein mit einer hohen Konzentration (zum Beispiel 10¹⁸ cm^–3 oder mehr) an Verunreinigungen dotiertes Substrat als das Siliziumsubstrat 101 verwendet. Ein solches Siliziumsubstrat 101, das mit den Verunreinigungen (zum Beispiel Bor oder Phosphor) in hoher Konzentration dotiert ist, hat einen niedrigen Glasübergangspunkt in dem Siliziumoxidzustand im Vergleich zu dem des Siliziumsubstrats 101, das keine Verunreinigungen oder nur in geringer Konzentration aufweist. Somit können die Siliziumoxide, die anders als durch Druck miteinander in Kontakt gebracht werden, in dem dritten Schritt dazu neigen, durch Schmelzen miteinander zusammengefügt zu werden.
Diese Ausführungsform zeigt ein Beispiel, in dem die Erstreckungsrichtung der säulenförmigen Strukturen 105 (die Erstreckungsrichtung der ersten Gräben 110) parallel zur optischen Achse der Mikrolinse 102 ist. Diese Anordnung kann eine Verringerung des Transmissionsgrades durch Lichtstreuung oder dergleichen im Vergleich zu dem Fall, in dem die säulenförmige Struktur 105 (der erste Graben) vorgesehen ist, um sich zum Beispiel so zu erstrecken, dass er senkrecht zur optischen Achse der Mikrolinse 102 ist, verringern. Jedoch kann die säulenförmige Struktur 105 (der erste Graben) auch so vorgesehen sein, dass er sich senkrecht zur optischen Achse der Mikrolinse 102 erstreckt. In diesem Fall tritt das Licht der Mikrolinse 102 über die Drückstruktur 103 in die Mikrolinse 102 ein und wird dann über die Drückstruktur 102 von der Mikrolinse 102 emittiert. Wenn eine solche Anordnung verwendet wird, ist es wünschenswert, dass zum Zeitpunkt der Beendigung des dritten Schritts der nicht oxidierte Bereich 114 vollständig oxidiert ist und die Drückstruktur 103 nur aus dem Siliziumoxid gebildlet ist, um den Transmissionsgrad zu erhöhen. Insbesondere können zum Zeitpunkt der Beendigung des dritten Schritts die durch die zweiten Gräben 111 entstandenen Freiräume durch die Ausdehnung des nicht oxidierten Bereichs 114 durch die Oxidation gefüllt werden, und die freien Abschnitte 106 sind vorzugsweise so klein wie möglich (insbesondere in einem Zustand, in dem keine Freiräume 106 vorhanden sind).
(Achte Ausführungsform)
Nachfolgend ist eine achte Ausführungsform mit Bezug auf die 28A, 28B und 29 beschrieben. Die 28A und 28B zeigen einen thermischen Oxidationsschritt (zweiter Schritt) in einem Verfahren zur Herstellung der Optikvorrichtung 100 gemäß der achten Ausführungsform, wobei 28A eine Draufsicht und 28B eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXVIII-XXVIII von 28A ist. 29 ist eine Querschnittsansicht, die einen Drückschritt (dritter Schritt) in dem Herstellungsverfahren der Optikvorrichtung 100 zeigt. In den 28A, 28B und 29 sind der Übersichtlichkeit wegen nur Teile in der Nebeneinanderstellungsrichtung dargestellt, wie in den in der siebten Ausführungsform gezeigten 24 bis 27B.
Die Optikvorrichtung 100 gemäß der achten Ausführungsform sowie das Verfahren zu deren Herstellung stimmen im Wesentlichen mit derjenigen bzw. demjenigen der siebten Ausführungsform überein. Nachfolgend ist auf eine ausführliche Beschreibung der gemeinsamen Teile verzichtet, es sind im Wesentlichen nur unterschiedliche Teile davon beschrieben. Es ist zu beachten, dass Komponenten dieser Ausführungsform, die die gleichen Funktionen wie jene der siebten Ausführungsform haben, mit den gleichen Bezugszeichen versehen ist.
In dem Beispiel der oben beschriebenen siebten Ausführungsform sind die Drückstrukturen 103 auf dem Siliziumsubstrat 101 angeordnet, das die säulenförmigen Strukturen 105 umfasst, so dass die säulenförmigen Strukturen 105 durch die Ausdehnung der Drückstrukturen 103 durch die thermische Oxidation in der Nebeneinanderstellungsrichtung verformt und durch Schmelzen verbunden bzw. zusammengefügt werden, um so die Mikrolinse 102 zu bilden. Im Gegensatz dazu wird gemäß dieser Ausführungsform eine externe Kraft von außerhalb des Siliziumsubstrats 101 ausgeübt, um zu bewirken, dass die säulenförmigen Strukturen 105 in der Nebeneinanderstellungsrichtung verformt und durch Schmelzen zusammengefügt werden, um so die Mikrolinse 102 zu bilden.
Das Herstellungsverfahren der achten Ausführungsform ist bis zu dem zweiten Schritt das gleiche wie das der siebten Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass die Drückstruktur 103 nicht vorgesehen ist. Somit sind zum Zeitpunkt der Beendigung des zweiten Schritts durch die thermische Oxidation gemäß dieser Ausführungsform die mehreren säulenförmigen Strukturen 105 über durch die ersten Gräben 110 entsandene Freiräume nebeneinander angeordnet, und die säulenförmigen Strukturen 105 an Enden in der Nebeneinanderstellungsrichtung sind zwischen den von den ersten Gräben 110 stammenden Freiräumen und dem äußeren Umfangsgraben 112 angeordnet, wie es in den 28A und 28B gezeigt ist.
Nach dem zweitein Schritt werden die mehreren säulenförmigen Strukturen 105 von einem Ende in der Nebeneinanderstellungsrichtung zum Beispiel durch ein (nicht gezeigtes) Drückelement in einem Zustand gedrückt (wie es durch den Konturpfeil in 29 gezeigt ist), in dem die Siliziumoxide durch Schmelzen zusammengefügt werden, wie es in 29 gezeigt ist. Somit werden die mehreren säulenförmigen Strukturen 105 in der Nebeneinanderstellungsrichtung verformt, während der Verbindungsabschnitt mit dem Siliziumsubstrat 101 als ein Gelenkpunkt dient. Die benachbarten säulenförmigen Strukturen 105 werden in Drückkontakt miteinander gebracht und durch Schmelzen zusammengefügt, um den Siliziumoxidblock (die Mikrolinse 102) zu bilden. Auf diese Weise kann die Optikvorrichtung 100, die die Mikrolinse 102 enthält, welche enie (nicht gezeigte) Struktur aufweist, ohne die in den 20 bis 23 gezeigte Drückstruktur 103 (und die freien Abschnitte 106) gebildet werden.
Somit kann in dem Verfahren zur Herstellung der Optikvorrichtung 100 gemäß dieser Ausführungsform die Optikvorrichtung 100, die die Mikrolinse 102 enthält, als eine Optikvorrichtung mit einem hohen Transmissionsgrad dienen, ebenso wie das Herstellungsverfahren gemäß der siebten Ausführungsform.
Ferner wird die in der siebten Ausführungsform beschriebene Drückstruktur 103 nicht benötigt, was zu einer einfachen Struktur führt. Da die externe Kraft auf die Optikvorrichtung wirkt, kann die Druckkraft leicht eingestellt werden.
In dem Drückschritt (dritter Schritt) kann das Drücken in einem Zustand ausgeführt werden, in dem die Siliziumoxide durch Schmelzen zusammengefügt werden. Dieser Zustand ist nicht auf den Zustand begrenzt, in dem das Siliziumsubstrat 101 thermisch oxidiert wird, wie in der siebten Ausführungsform.
Ebenso wie die in der siebten Ausführungsform gezeigte Optikvorrichtung 100 besitzt die Optikvorrichtung 100, die unter Verwendung des Herstellungsverfahrens gemäß dieser Ausführungsform gebildet ist, keine Siliziumreste, die lichtundurchlässig sind, während das Ausmaß an Freiräumen zumindest reduziert ist (oder die Freiräume sind vollständig beseitigt) im Vergleich zu dem Ausmaß an Freiräumen, die durch Veränderungen in dem herkömmlichen Prozess bewirkt sind.
Da die Optikvorrichtung 100 die Drückstruktur 103 der siebten Ausführungsform nicht enthält, kann die Optikvorrichtung 100, selbst wenn die säulenförmige Struktur 105 (die ersten Gräben) so ausgelegt sind, dass sie sich zum Beispiel senkrecht zur optischen Achse der Mikrolinse 102 erstrecken, den Transmissionsgrad im Vergleich zu dem der in der siebten Ausführungsform gezeigten Struktur verbessern.
Die Anwendung der äußeren Kraft kann nur an einem Ende der mehreren säulenförmigen Strukturen 105 in der Nebeneinanderstellungsrichtung erfolgen, oder kann an beiden Enden davon zeitgleich erfolgen. Vorzugsweise werden die umgekehrten äußeren Kräfte zur gleichen Zeit ausgeübt, wodurch die mehreren säulenförmigen Strukturen 105 wirksamer gedrückt werden, so dass der Lichttransmissionsgrad der Mikrolinse 102 weiter verbessert werden kann.
(Neunte Ausführungsform)
Nachfolgend ist eine neunte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 30 und 31 beschrieben. 30 ist eine Draufsicht, die eine schematische Struktur der Optikvorrichtung 100 gemäß der neunten Ausführungsform zeigt. 31 ist ein Diagramm, das den Drückschritt (dritter Schritt) in einem Verfahren zur Herstellung der Optikvorrichtung 100 gemäß der neunten Ausführungsform zeigt.
Die Optikvorrichtung 100 sowie das Verfahren zu ihrer Herstellung gemäß der neunten Ausführungsform entsprechen im Wesentlichen jenen der siebten Ausführungsform. Nachfolgend ist auf eine detaillierte Beschreibung der gemeinsamen Teile verzichtet, es werden hauptsächlich die unterschiedlichen Teile beschrieben. Es ist zu beachten, dass Komponenten dieser Ausführungsform, die die gleichen Funktionen wie jene der siebten Ausführungsform haben, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
Gemäß der siebten Ausführungsform sind die Drückstrukturen 103 jeweils an beiden Enden der mehreren säulenförmigen Strukturen 105 in der Nebeneinanderstellungsrichtung angeordnet, was die Rückstelldruckkräfte in dem dritten Schritt erzeugt, wo durch die säulenförmigen Strukturen 105 wirksam gedrückt werden. Im Gegensatz hierzu ist gemäß der neunten Ausführungsform die Drückstruktur 103 an einem Ende der mehreren säulenförmigen Strukturen 105 in der Nebeneinanderstellungsrichtung angeordnet, und eine erste säulenförmige Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 115 ist an dem weiteren Ende zur Begrenzung der Verformung der säulenförmigen Struktur 105 in Richtung der der Drückstruktur 103 entgegengesetzten Richtung in der Nebeneinanderstellungsrichtung im dritten Schritt vorgesehen.
Das Herstellungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform umfasst die gleichen Schritte wie der erste bis dritte Schritt in der siebten Ausführungsform, mit Ausnahme eines Maskenmusters beim Grabenätzen im ersten Schritt. Die erste Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 115, die in dem ersten und dem zweiten Schritt nicht gezeigt ist, wird im ersten Schritt auf der säulenförmigen Struktur 105 an dem der Drückstruktur 103 in der Nebeneinanderstellungsrichtung entgegengesetzten Ende über den dazwischen angeordneten ersten Graben 110 gebildet. Ferner wird die erste Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 115 so eingestellt, dass sie eine Breite in der Nebeneinanderstellungsrichtung besitzt, die größer als die Breiten von wenigstens der säulenförmigen Struktur 105 und der Drückstruktur 103 (Drückabschnitt 103a) hat. Ferner wird die erste Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 115 so eingestellt, dass sie eine Steifigkeit aufweist, die selbst dann kaum verformt werden kann, wenn die säulenförmige Struktur 105 im dritten Schritt gedrückt wird, um sie zu verformen. Zum Beispiel ist die Breite der ersten Ausdehnung-Begrenungsstruktur 115 fünf oder mehr Mal größer als die der säulenförmigen Struktur 105. Die erste Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 115 kann eine von den säulenförmigen Strukturen 105 unabhängige Struktur sein, ist jedoch mit den säulenförmigen Strukturen 105 durch die Konturstruktur 113 gemäß der Ausführungsform verbunden. Nach Beendigung des zweiten Schritts durch die thermische Oxidation besitzt der erste Graben 110 zwischen der säulenförmigen Struktur 105 und der ersten Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 115 einen Teil, der durch die Ausdehnung der säulenförmigen Struktur 105, der Konturstruktur 114 und der erste Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 115 (durch Ersetzen mit dem Siliziumoxid) gefüllt ist, während die Form aufrecht erhalten wird, die sich in Richtung der optischen Achse in dem zuvor im ersten Schritt eingestellten Zustand erstreckt.
Wie es in 31 gezeigt ist, werden im dritten Schritt die mehreren säulenförmigen Strukturen 105, die durch die Drückstruktur 103 (wie es durch den Konturpfeil in 31 gezeigt ist) gedrückt werden, in Richtung der Seite der ersten Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 115 in der Nebeneinanderstellungsrichtung gedrückt, wobei der Verbindungsteil mit dem Siliziumsubstrat 101 als ein Gelenkpunkt dient. Zu diesem Zeitpunkt wird die Verformung der säulenförmigen Struktur 105 durch die erste Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 115 aufgefangen, die eine hohe Steifigkeit besitzt. Das heißt, die erste Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 115 begrenzt die Verformung der säulenförmigen Struktur 105 zur Außenseite der ersten Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 115 hin (wie es durch die gepunktete Konturlinie in 11 gezeigt ist). Demzufolge werden die mehreren säulenförmigen Strukturen 105 wirksam gedrückt und durch Schmelzen zusammengefügt, um so die Mikrolinse 102 zu bilden. Die erste Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 115 hat eine Oberfläche, die aus dem Siliziumoxid gebildet ist, und den nicht oxidierte Siliziumbereich, der darin vorgesehen ist zum Zeitpunkt der Beendigung des dritten Schritts.
Auf diese Weise können in dem Verfahren zur Herstellung der Optikvorrichtung 100 gemäß dieser Ausführungsform die benachbarten säulenförmigen Strukturen 105 wirksam in Drückkontakt miteinander zwischen der Drückstruktur 103 und der ersten Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 115 gebracht werden, auf dieselbe Weise wie in dem Herstellungsverfahren der siebten Ausführungsform. Daher kann die Optikvorrichtung 100, die die Mikrolinse 102 enthält, eine Optikvorrichtung mit einem höheren Transmissionsgrad sein.
Daher besitzt die Optikvorrichtung 100, die unter Verwendung des Herstellungsverfahrens gemäß dieser Ausführungsform gebildet ist, wie es in 30 gezeigt ist, keinen Siliziumrest, der lichtundurchlässig ist, während das Ausmaß an Freiräumen im Vergleich zu dem Ausmaß an Freiräumen, die durch Veränderungen in dem herkömmlichen Prozess bewirkt werden, zumindest verringert ist (oder alle Freistellen sind beseitigt), ebenso wie in der siebten Ausführungsform. Die Mikrolinse 102 wie sie in 30 gezeigt ist, ist so konfiguriert, dass, wie es in 31 gezeigt ist, jede der mehreren säulenförmigen Strukturen 105 einen Teil über dem Verbindungsabschnitt mit dem Siliziumsubstrat 101 aufweist, das durch die Druckkraft von einem Ende in Richtung der Seite der ersten Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 115 bezüglich der vertikalen Richtung in der Ebenenrichtung des Siliziumsubstrats 101 verformt wird. Selbst in der Struktur, auf die die Druckkraft von nur einer Seite ausgeübt wird, ist die Breite einer Schnittstelle mit dem Siliziumsubstrat 101 breiter als die des oberen Teils der Struktur bezüglich der Schnittstelle in der Nebeneinanderstellungsrichtung der säulenförmigen Strukturen 105, wie es in der siebten Ausführungsform erwähnt ist.
In der Herstellungsverfahen der Ausführungsform werden die säulenförmigen Strukturen 105 zwischen der Drückstruktur 103 und der ersten Ausdehnung- Begrenzungsstruktur 115 in der Nebeneinanderstellungsrichtung gedrückt. Daher hat die Konturstruktur 113 einen nicht oxidierten Bereich (zum Beispiel einen T-förmigen Verbindungsabschnitt) zum Zeitpunkt der Beendigung des zweiten Schritts. In dem dritten Schritt kann selbst dann, wenn der nicht oxidierte Bereich oxidiert ist, der Verbindungsabschnitt zwischen den säulenförmigen Strukturen 105 und der Konturstruktur 113 durch Ausdehnen in der Nebeneinanderstellungsrichtung zwischen der Drückstruktur 103 und der ersten Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 115 begrenzt werden.
(Zehnte Ausführungsform)
Im Folgenden ist eine zehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 32A bis 34 erläutert. Die 32A und 32B zeigen einen Grabenätzschritt (erster Schritt) in dem Herstellungsverfahren der Optikvorrichtung 100 gemäß der zehnten Ausführungsform, wobei 32A eine Draufsicht und 32B eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXXIIB-XXXIIB von 32A ist. Die 33A und 33B zeigen einen Drückschritt (dritter Schritt) in dem Herstellungsverfahren der Optikvorrichtung 100, wobei 33A eine Draufsicht und 33B eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXXIIIB-XXXIIIB von 33A ist. 34 ist eine Draufsicht, die eine schematische Struktur der Optikvorrichtung 100 gemäß der zehnten Ausführungsform zeigt. In 33A ist due Maske 109 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
Die Optikvorrichtung 100 gemäß der zehnten Ausführungsform sowie das Verfahren zu deren Herstellung entsprechen im Wesentlichen denen der siebten Ausführungsform. Daher ist nachfolgend auf eine ausführliche Beschreibung der gemeinsamen Elemente verzichten, es sind im Wesentlichen nur die unterschiedlichen Elemente beschrieben. Es ist zu beachten, dass Komponenten dieser Ausführungsform, die die gleichen Funktionen haben wie jene der siebten Ausführungsform haben, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Die siebte Ausführungsform zeigt das Beispiel, in dem die Drückstrukturen 103 benachbart zu den Enden der mehreren säulenförmigen Strukturen 105 in der Nebeneinanderstellungsrichtung angeordnet sind, und jede der Drückstrukturen 103 ist durch den zweiten Graben 111 und den äußeren Umfangsgraben 112 definiert. Das heißt, das Beispiel der siebten Ausführungsform ist gezeigt, in der im dritten Schritt in der Ausdehnung des nicht oxidierten Bereichs 114 der Drückstruktur 103 durch Säure eine Druckkraft durch die Ausdehnung des nicht oxidierten Bereichs nachaußen bezüglich der Drückstruktur 103 (in Richtung der der säulenförmigen Struktur 105 gegenüberliegenden Seite) in der Nebeneinanderstellungsrichtung für die Transmission (in einem freien Zustand) kein Ziel hat, wie die säulenförmigen Struktur 105. Im Gegensatz dazu ist gemäß der zehnten Ausführungsform eine zweite säulenförmige Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 zum Begrenzen der Verformung (Ausdehnung) in Richtung der entgegengesetzten Seite der säulenförmigen Struktur 105 der Drückstruktur 103, auf der entgegengesetzten Seite der säulenförmigen Struktur 105 in der Nebeneinanderstellungsrichtung, vorgesehen.
Wie es in den 32A und 32B gezeigt ist, entspricht das Herstellungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform dem ersten bis dritten Schritt der siebten Ausführungsform, mit der Ausnahme der Maske 109, die im ersten Schritt dem Grabenätzprozess ausgesetzt ist. Gemäß dieser Ausführungsform wird, wie es in 32A gezeigt ist, die Drückstruktur 103 so im ersten Schritt konfiguriert, dass die mehreren Drückabschnitte 103a mit kreisförmiger Ebene entlang der Erstreckungsrichtung der säulenförmigen Strukturen 105 mit Hilfe dünner Abschnitte 103b verbunden sind, von denen jeder dünner als der Drückabschnitt 103a ist. Somit ist die Breite W2 des Drückabschnitts 103a in der Nebeneinanderstellungsrichtung ein Durchmesser eines Kreises. Die säulenförmige zweite Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116, die auf der oberen Oberfläche des Siliziumsubstrats 101 errichtet ist, ist auf der zu der säulenförmigen Struktur 105 in der Nebeneinanderstellungsrichtung bezüglich der Drückstruktur 103 entgegengesetzten Seite ausgebildet, mit einem dritten Graben 117 dazwischen.
Die Breite der zweiten Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 in der Nebeneinanderstellungsrichtung ist größer als die von wenigstens der Drückstruktur 103 (Drückabschnitt 103a). Die zweite Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 ist so eingestellt, dass sie eine Steifigkeit aufweist, die ein Verformen der Struktur 116 weitestgehend verhindert, selbst wenn die Drückstruktur 103 durch die thermische Oxidation ausgedehnt wird. Die Breite der zweiten Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 ist zum Beispiel fünf oder mehr Mal größer als die der säulenförmigen Struktur 105. Ferner kann die zweite Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 unabhängig von der säulenförmigen Struktur 105 und der Drückstruktur 103 sein. Gemäß dieser Ausführungsform ist die zweite Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 mit den säulenförmigen Strukturen 105 und der Drückstruktur 103 durch die Konturstruktur 113 verbunden. Somit ist der dritte Graben 117 durch die Drückstruktur 103, die Konturstruktur 113 und die zweite Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 eingeschlossen.
Zum Zeitpunkt der Beendigung des zweiten Schritts (nicht gezeigt) kann es sein, dass sich der Drückstruktur 103 (Drückabschnitt 103a) in Kontakt mit der zweiten Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 befindet. Wenn die Drückstruktur 103 (der Drückabschnitt 103a) und die zweite Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 zum Zeitpunkt der Beendigung des zweiten Schritts in Kontakt miteinander gebracht sind, ist die Ausdehnung (Verformung) der Drückstruktur 103 (des Drückabschnitts 103a) in Richtung der zweiten Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 durch den zweiten Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 begrenzt, wodurch ein Ausdehnungsbetrag der Drückstruktur in Richtung der Seite der säulenförmigen Struktur 105, die eine entgegengesetzte Seite der zweiten Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 ist, größer wird. Somit wird, berücksichtigt man diesen Ausdehnungsbetrag, der dritte Graben 117 so eingestellt, dass ein von dem ersten Graben 110 zwischen den benachbarten Strukturen 105 stammender Freiraum zum Zeitpunkt der Beendigung des zweiten Schritts verbleibt (so dass die benachbarten säulenförmigen Strukturen 105 nicht in Kontakt miteinader gebracht sind). Der dritte Graben 117 ist so eingestellt, dass die Drückstruktur 103 (der Drückabschnitt 103a) und die zweite Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 im dritten Schritt in Kontakt miteinander sidn, wenn die Drückstruktur 103 (der Drückabschnitt 103a) zum Zeitpunkt der Beendigung des zweiten Schritts nicht in Kontakt miteinander gebracht sind. Mit anderen Worten, der dritte Graben 117 kann so eingestellt sein, dass die von dem ersten Graben 110 stammenden Freiräume zwischen den benachbarten säulenförmigen Strukturen 105 zum Zeitpunkt der Beendigung des zweiten Schritts zurückbleiben (während die benachbarten säulenförmigen Strukturen 105 nicht in Kontakt miteinander sind), und dass die Drückstruktur 103 (der Drückabschnitt 103a) und die zweite Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 in wenigstens dem dritten Schritt in Kontakt miteinander gebracht sind. Die Breite T3 in der Nebeneinanderstellungsrichtung kann vorzugsweise so eingestellt sein, dass ein von dem dritten Graben 117 stammender Freiraum 118 zum Zeitpunkt der Beendigung des zweiten Schritts verbleibt, vorzugsweise so, dass mehrere Freiräume 118 verteilt und aufrecht erhalten werden. Bei einer solchen Einstellung zurückbleiben die mehreren Freiräume 106, 118 um die Drückabschnitte 103a, zusätzlich zu den von den zweiten Gräben 111 stammenden Freiräumen 106. Somit kann der Sauerstoff wirksam dem nicht oxidierten Bereich 114 des Drückabschnitts 103a zum Zeitpunkt der Beendigung des zweiten Schritts zugeführt werden. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Breite T3 des dritten Grabens 117 in der Nebeneinanderstellungsrichtung auf den gleichen Wert wie der des zweiten Grabens 111 eingestellt. Daher wird zum Zeitpunkt der Beendigung des zweiten Schritts der Drückabschnitt 103a der Drückstruktur 103 in einen geringen Kontakt mit der zweiten Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 gebracht, so dass zwischen beiden die von dem dritten Graben 117 stammenden freien Abschnitte 118 verteilt vorhanden sind.
Der nicht oxidierte Bereich 114 des Drückabschnitts 103a der Drückstruktur 103, der zum Zeitpunkt der Beendigung des zweiten Schrittes nicht oxidiert bleibt, wird im dritten Schritt thermisch oxidiert. Dadurch kann der nicht oxidierte Bereich 114 des Drückabschnitts 103 der Drückstruktur 103 oxidiert werden, wie es in den 33A und 33B gezeigt ist, und sich ausdehnen, wie es in 33A gezeigt ist. Zu diesem Zeitpunkt wird gemäß dieser Ausführungsform die Ausdehnung des Drückabschnitts 103a in Richtung der Seite der zweiten Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 (wie es durch einen gepunkteten Pfeil in 33A gezeigt ist) durch die zweiten Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 hoher Steifigkeit begrenzt, wie es durch den Konturpfeil Pfeil einer abwechselnd lang und kurz gestrichelten Linie der 33A und 33B gezeigt ist). Somit wird ein Ausdehnungsbetrag des Drückabschnitts in Richtung der der Seite der säulenförmigen Strukturen 105, welches die zu der zweiten Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 entgegengesetzte Seite ist, das heißt die Druckkraft auf die säulenförmige Struktur 105 (wie es durch den Konturpfeil einer durchgezogenen Linie in den 33A und 33B gezeigt ist) groß. Die Struktur mit Ausnahme der zweiten Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 kann die gleiche wie die des siebten Ausführungsform (siehe 21) sein, während die Druckkraft größer ist. Somit werden die mehreren säulenförmigen Strukturen 105 wirksam gedrückt und durch Schmelzen zusamengefügt, um die Mikrolinse 102 zu bilden. Die Oberfläche der zweiten Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 ist zum Zeitpunkt der Beendigung des dritten Schritts aus Siliziumoxid gebildet, während sie den nicht oxidierten Bereich 119 enthält, wie es in 33A gezeigt ist (in 33A gezeigter Bereich, der von einer gestrichelten Linie umgeben ist).
Somit können in dem Herstellungsverfahren der Optikvorrichtung 100 gemäß dieser Ausführungsform die benachbarten säulenförmigen Strukturen 105 wirksam in Druckontakt miteinander gebracht werden, in gleicher Weise wie in dem in der siebten Ausführungsform gezeigten Herstellungsverfahren. Somit kann die Optikvorrichtung 100, die die Mikrolinse 102 enthält, eine Optikvorrichtung mit hohem Transmissionsgrad sein. Insbesondere sind gemäß dieser Ausführungsform die Drückstruktur 103 und die zweite Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 an beiden Enden der säulenförmigen Strukturen 105 in der Nebeneinanderstellungsrichtung angeordnet, wie es in 34 gezeigt ist. Somit können die umgekehrten Druckkräfte, verbessert durch den Effekt der zweiten Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 effektiv bewirken, dass die benachbarten säulenförmigen Strukturen 105 in Drückkontakt miteinander ge bracht werden. Daher kann die Optikvorrichtung 100, die die Mikrolinse 102 enthält, eine Optikvorrichutung mit höherem Transmissionsgrad sein.
Somit besitzt die Optikvorrichtung 100, die unter Verwendung des Herstellungsverfahrens dieser Ausführungsform gebildet ist, wie es in 34 gezeigt ist, keine Siliziumreste, die lichtundurchlässig sind, ebenso wie die Optikvorrichtung 100 gemäß der siebten Ausführungsform, während das Ausmaß an Freiräumen zumindest reduziert ist (oder Freiräume beseitigt sind) im Vergleich zu der Optikvorrichtung 100 gemäß der siebten Ausführungsform.
Die zweiten Ausdehnung-Begrenzungsstrukturen 116 sind gemäß dieser Ausführungsform an beiden Enden der säulenförmigen Strukturen 105 in der Nebeneinanderstellungsrichtung angeordnet, wie es in 34 gezeigt ist. Jedoch kann die zweite Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 nur an einem Ende der säulenförmigen Strukturen 105 in der Nebeneinanderstellungsrichtung angeordnet sein, wie es in 35 gezeigt ist. 35 ist eine Draufsicht, die ein modifiziertes Beispiel zeigt.
Ferner ist gemäß dieser Ausführungsform ein Element zur Begrenzung der Ausdehnung der Drückstruktur 103 in Richtung der zu der säulenförmigen Struktur 105 in der Nebeneinanderstellungsrichtung entgegengesetzten Seite so ausgebildet wie die zweite Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 auf demselben Siliziumsubstrat 101 als die säulenförmig Struktur 105. Jedoch kann, wie es in der achten Ausführungsform gezeigt ist, eine Anwendung der von außerhalb des Siliziumsubstrats 101 auf die Drückstruktur 103 wirkenden äußeren Kraft in dem dritten Schritt die Ausdehnung der Drückstruktur 103 in Richtung der der säulenförmigen Struktur 105 in der Nebeneinanderstellungsrichtung entgegengesetzten Seite begrenzen. Dies ermöglicht es auch, die Druckkraft durch die Drückstruktur 103 im dritten Schritt zu verbessern.
Die oben beschriebene siebte bis zehnte Ausführungsform zeigt die Beispiele, in denen die Mikrolinse 102 als der optisch-transparente Siliziumoxidblock gebildet wird. Die oben genannten Herstellungsverfahren können jedoch auf jedes Element mit einer optischen Funktion angewendet werden. Ferner hat jeder Silizumoxidblock, der unter Verwendung der oben genannten Herstellungsverfahren hergestellt wird, den gleichen Effekt wie der der Mikrolinse 102, die in dieser Ausführungsform gezeigt ist. Zum Beispiel kann ein Prisma oder ein Lichtwellenleiter zusätzlich zu der Mikrolinse 102 ausgebildet sein. Mehrere Siliziumoxidblöcken, die die gleiche optische Funktion haben, kann auf demselben Siliziumsubstrat 101 als eine Optikvorrichtung 100 angeordnet sein. Alternativ können Siliziumoxidblöcke mit unterschiedlichen optischen Funktionen auf demgleichen Siliziumsubstrat 101 als eine Optikvorrichtung 100 angeordnet sein. Die Mikrolinse 102 ist nicht auf eine plan-konvexe Zylinderlinse beschränkt.
Gemäß der zehnten Ausführungsform umfasst das Beispiel der Drückstruktur 103 die mehreren von Drückabschnitte 103a, wobei eine halbkreisförmige oder kreisförmige Ebene durch die dünnen Abschnitte 103b verbunden ist, von denen jeder dünner als der Drückabschnitt 103a ist, entlang der Erstreckungsrichtung der säulenförmigen Strukturen 105. Die Ausführungsform der Drückstruktur 103 ist nicht auf das oben erwähnte Beispiel begrenzt. Zum Zeitpunkt der Beendigung des zweiten Schrittes existieren die von den ersten Gräben 110 stammenden Freiräume zwischen den benachbarten säulenförmigen Strukturen 105 in der Nebeneinanderstellungsrichtung. Jede Ausführungsform, in der die Drückstruktur 103 im dritten Schritt oxidiert wird und deren Ausdehnung die säulenförmigen Struktur 105 in der Nebeneinanderstellungsrichtung drückt, kann verwendet werden.
Eine Drückstruktur 103 mit einer gewellten Ebene (oder einer S-förmigen Ebene) wie sie in 36A gezeigt ist, eine Drückstruktur 103 mit einr bogenförmigen Ebene, wie sie in 36B gezeigt ist, und eine Drückstruktur 103, die eine Reihe von mehreren Abschnitten mit einer bogenförmigen Ebene umfasst, wie sie in 36C gezeigt ist, kann verwendet werden. Die Breiten der Drückstrukturen 103, die in den 36A bis 36C gezeigt sind, können in geeigneter Weise eingestellt werden, um die säulenförmigen Strukturen 105 im dritten Schritt zu drücken. Zum Beispiel können in der in 36B gezeigten Struktur, wenn ein nicht oxidierter Bereich in einem Verbindungsabschnitt (T-artigen Abschnitt) mit wenigstens der Konturstruktur 113 zum Zeitpunkt der Beendigung des zweiten Schritts existiert, die säulenförmigen Strukturen 105 durch die Oxidation des oxidierten Bereichs in dem dritten Schritt gedrückt werden. Die 36A bis 36C sind Draufsichten, die die modifizierten Beispiele zeigen, von denen jede den Zustand zum Zeitpunkt der Beendigung des ersten Schritts darstellt. Der erste Graben 110, der zweite Graben 111 und der dritte Graben 117 sidn in den jeweiligen Zeichnungen dargestellt. Die 36A bis 36C zeigen die Beispiele, in denen die Drückstruktur 103 mit der säulenförmigen Struktur 105 und der zweiten Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 durch die Konturstruktur 113 verbunden sind. Jedoch kann die Struktur ohne die zweite Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 verwendet werden, oder die Drückstruktur 103 ist nicht mit wenigstens entweder der säulenförmigen Struktur 105 oder der zweiten Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 begrenzt. Alternativ kann die Struktur ohne die Konturstruktur 113 verwendet werden.
Die Drückstruktur 103 kann unabhängig strukturiert sein, zum Beispiel zum Zeitpunkt der Beendigung des ersten Schrittes. Zum Beispiel kann eine Drückstruktur 103 mit einer kreisförmigen Ebene wie sie in 37A gezeigt ist oder/und eine ringförmige Drückstruktur 103 wie sie in 37B gezeigt ist als die Drückstruktur 103 mit der unabhängigen Struktur verwendet werden. Die 37A und 37B sind Draufsichten, die die modifizierten Beispiele zeigen, von denen jedes den Zustand zum Zeitpunkt der Beendigung des ersten Schritts zeigt. In den 37A und 37B sind mehrere (drei) Drückstrukturen 103 angeordnet und von einander innerhalb des Grabens 120 beabstandet, der von der säulenförmigen Struktur 105 am Ende in der Nebeneinanderstellungsrichtung, der Konturstruktur 113 und der zweiten Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 eingeschlossen ist. Und ein Teil, der als ein zweiter Graben 111 dient, und ein Teil, der als ein dritter Graben 117 dient, sind in dem Graben 120 enthalten. 37A und 37B zeigen Beispiele, in denen die säulenförmigen Strukturen 105 mit der zweiten Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 durch die Konturstruktur 113 verbunden sind. Jedoch muss die säulenförmige Struktur 105 nicht mit der zweiten Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 verbunden sein. Alternativ kann die Struktur ohne die Konturstruktur 113 verwendet werden. Ferner kamm die Struktur ohne die zweite Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 verwendet werden.
Wie es in 38 gezeigt ist kann die Drückstruktur 103 mit der säulenförmigen Struktur 105 zum Zeitpunkt der Beendigung des ersten Schrittes verbunden sein. In 38 sind mehrere (z.B. vier) Drückstrukturen 103 so angeordnet, dass sie sich senkrecht zu der Erstreckungsrichtung der säulenförmigen Struktur 105 erstrecken, wobei ein Bereich von der säulenförmigen Struktur 105, der zweiten Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 und der Konturstruktur 113 gebildet ist. Und die Drückstrukturen 103 sind nicht nur mit der säulenförmigen Struktur 105 verbunden, sondern auch mit der zweiten Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116. Die Drückstrukturen 103 teilen den Graben 121 in eine Mehrzahl (fünf) von Abschnitten innerhalb des von der säulenförmigen Struktur 105, der zweiten Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 und der Konturstruktur 113 gebildeten Bereichs. Mit dieser Anordnung bewirkt die geeignete Einstellung der Drückstrukturen 103 und des Grabens 121 von dem ersten Graben 110 zwischen den benachbarten Strukturen 105 in der Nebeneinanderstellungsrichtung zum Zeitpunkt der Beendigung des zweiten Schritts stammende Freiräume. Somit werden die Drückstrukturen 103 in dem dritten Schritt oxidiert (das heißt, die von dem Graben 121 stammenden Freiräume existieren zum Zeitpunkt der Beendigung des zweiten Schritts), wodurch die Ausdehnung der Drückstrukturen die säulenförmigen Strukturen 105 in der Nebeneinanderstellungsrichtung drücken kann. 38 ist eine Draufsicht, die ein modifiziertes Beispiel zeigt, das den Zustand zum Zeit punkt der Beendigung des ersten Schritts zeigt. 38 zeigt das Beispiel, in dem die säulenförmige Struktur 105 mit dem zweiten Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 durch die Konturstruktur 113 verbunden ist. Jedoch kann die Struktur verwendet werden, in der die säulenförmige Struktur 105 nicht mit der zweiten Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 verbunden ist, oder die Struktur ohne die Konturstruktur 113 kann verwendet werden. Alternativ kann die Struktur mit der zweiten Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 verwendet werden.
Diese Ausführungsform zeigt das Beispiel, in dem eine Drückstruktur 103 an einem Ende der Mehrzahl von säulenförmigen Strukturen 105 in der Nebeneinanderstellungsrichtung angeordnet ist. Jedoch können die mehreren Drückstrukturen 103 aufeinanderfolgend in der Nebeneinanderstellungsrichtung an einem Ende der säulenförmigen Strukturen 105 angeordnet sein. Als ein Beispiel, wie es in 39A gezeigt ist, sind die Drückstrukturen 103 in zwei Linien in der in der zehten Ausführungsform gezeigten Struktur angeordnet. Wie es in 39B gezeigt ist, wird die Druckkraft (der Hubbetrag) durch den Effekt der mehreren Drückstrukturen 103, die im dritten Schritt in der Nebeneinanderstellungsrichtung angeordnet sind, verbessert. Die 39A und 39B zeigen das modifizierte Beispiel, wobei 39A eine Draufsicht ist, die den ersten Schritt (Grabenätzschritt) zeigt, und 39B eine Draufsicht ist, die den dritten Schritt (Drückschritt) zeigt. In der in den 39A und 39B gezeigten Anordnung bewirkt die geeignete Einstellung der Drückstrukturen 103 und der Gräben 111, 117, 121 (in der der Graben 121 ein zwischen den Drückstrukturen 103 angeordneter Graben ist) von dem ersten Graben 110 zwischen den benachbarten säulenförmigen Strukturen 105 in der Nebeneinanderstellungsrichtung zum Zeitpunkt der Beendigung des zweiten Schritts (Schritt der thermischen Oxidation) stammende Freiräume. Somit werden die Drückstrukturen 103 in dem dritten Schritt oxidiert, wodurch die Ausdehnung der Drückstrukturen die säulenförmigen Strukturen 105 in der Nebeneinanderstellungsrichtung drücken können. Insbesondere ist die Ausdehnung der Drückstruktur 103 auf der Außenseite in der Nebeneinanderstellungsrichtung (auf der Seite der zweiten Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116), nach außen (in Richtung der gegenüberliegenden Seite der säulenförmigen Strukturen 105) der Drückstruktur 103 durch die zweite Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 begrenzt, wodurch die Druckkraft auf die Seite der säulenförmigen Struktur 105 verbessert ist. Ein Teil dieser Druckkraft begrenzt die Ausdehnung der Drückstruktur 103 auf der Innenseite in der Nebeneinanderstellungsrichtung (auf der Seite der säulenförmigen Struktur 105) nach außen (in Richtung der entgegengesetzten Seite der säulenförmigen Struktur 105), was die Druckkraft auf die Seite der säulenförmigen Struktur 105 verbessert. Das heißt, ein Teil der Druckkraft der Drückstruktur 103 auf der Außenseite in der Nebeneinanderstellungsrichtung wird der Druckkraft der Drückstruktur 103 auf der Innenseite in der Nebeneinanderstellungsrichtung überlagert, um so die Druckkraft der säulenförmigen Strukturen 105 zu erzeugen. Dadurch können die benachbarten säulenförmigen Strukturen 105 wirksam miteinander in Kontakt gebracht werden. Die 39A und 39B zeigen Beispiele, in denen die Drückstrukturen 103 mit den säulenförmigen Strukturen 105 und der zweiten Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 durch die Konturstruktur 113 verbunden sind. Jedoch kann die Struktur ohne die zweite Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 verwendet werden, oder die Struktur kann verwendet werden, in der die Drückstrukturen 103 nicht mit wenigstens entweder den säulenförmigen Strukturen 105 oder der zweiten Ausdehnung-Begrenzungsstruaktur 116 verbunden sind. Alternativ kann die Struktur ohne die Konturstruktur 113 verwendet werden.
Diese Ausführungsform zeigt das Beispiel, in dem die Drückstrukturen 103 zusammen mit der säulenförmigen Struktur 105 in dem zweiten Schritt thermisch oxidiert werden. Jedoch können alternativ die säulenförmigen Strukturen 105 selektiv und thermisch oxidiert werden, ohne die thermische Oxidation der Drückstrukturen 103 im zweiten Schritt, und dann können die Drückstrukturen 103 im dritten Schritt thermisch oxidiert werden, wodurch die säulenförmigen Strukturen 105 gedrückt werden. Dies kann die Flexibilität im Design der Drückstruktur 103 verbessern.
Diese Ausführungsform zeigt das Beispiel, in dem die Verformung der Drückstruktur 103 und der säulenförmigen Struktur 105 durch die erste Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 115 begrenzt sein kann. Jedoch kann auch eine Seitenwand des konkaven Abschnitts 104 des Siliziumsubstrats 101 als ein Ausdehnung-Begrenzungsstruktur verwendet werden.
Gemäß dieser Ausführungsform werden die erste Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 115 und die zweite Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 unter Verwendung des gleichen Materials (Silizium) wie das der Drückstruktur 103 und der säulenförmigen Struktur 105 gebildet. Jedoch können die erste Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 115 und die zureite Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 unter Verwendung unterschiedlicher Meterialien gebildet werden, so lange das Material eine hohe Steifigkeit besitzt und die Verformung der Drückstruktur 103 und der säulenförmigen Struktur 105 begrenzen kann. Zum Beispiel wird ein Metallelement an der Seitenwand des konkaven Abschnitts des Siliziumsubstrats 101 befestigt, welches den ersten Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 115 oder den zweiten Ausdehnung-Begrenzungsstruktur 116 bilden kann.
Obwohl in der Ausführungsform die Maske 109, die zum Ätzen verwendet wird, eine Oxidmaske ist, ist die Maske 109 nicht hierauf begrenzt. Zum Beipeilkann die Erfindung unter Verwendung einer Resistmaske statt der Oxidmaske implementiert sein.
Obgleich die vorliegende Erfindung bezüglich der bevorzugten Ausführungsformen offenbart worden ist, um ein besseres Verständnis von diesen zu ermöglichen, sollte wahrgenommen werden, dass die Erfindung auf verschiedene Weisen verwirklicht werden kann, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. Deshalb sollte die Erfindung derart verstanden werden, dass sie alle möglichen Ausführungsformen und Ausgestaltungen zu den gezeigten Ausführungsformen beinhaltet, die realisiert werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Optikvorrichtung, die aus Siliziumoxid hergestellt ist und durch die Licht hindurchtreten kann, wobei das Verfahren umfasst: – einen ersten Schritt zum Bilden auf einer Substratoberfläche eines Siliziumsubstrats (1) eines Optikvorrichtung-Formkörpers, der eine Mehrzahl von säulenförmigen Strukturen (3), die in einer Anordnungsrichtung auf der Substratoberfläche mit einem Graben (8) dazwischen angeordnet ist, und eine Konturstruktur (9), die mit der Mehrzahl von säulenförmigen Strukturen (3) verbunden und darin enthalten ist, umfasst; – einen zweiten Schritt zum Oxidieren des Optikvorrichtung-Formkörpers von einem Zustand, in dem der Optikvorrichtung-Formkörper zu oxidieren beginnt, bis zu einem Zustand, in dem die säulenförmige Struktur oxidiert ist; und – einen dritten Schritt, in dem ein in dem zweiten Schritt nicht oxidierter Restteil der Konturstruktur nach dem zweiten Schritt oxidiert wird, um so einen Oxidblock zu bilden; – wobei der dritte Schritt eine Verformung der Konturstruktur bezüglich wenigstens der Anordnungsrichtung der säulenförmigen Strukturen in dem dritten Schritt begrenzt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzung durch einen Stopper (4) ausgeführt wird, und der Stopper ein Teil des Siliziumsubstrats ist, einteilig geformt auf einer Seitenendoberfläche in der Anordnungsrichtung der säulenförmigen Strukturen des Optikvorrichtung-Formkörpers.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopper mit einer anderen Oberfläche des oxidierten Teils als einer Eintrittsoberfläche und einer Emissionsoberfläche eines einfallenden Lichts des Oxidblocks in Kontakt gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Stopper eine konvexe Form oder eine konkave Form bezüglich einer Richtung senkrecht zu der Anordnungsrichtung der säulenförmigen Strukturen aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopper die Verformung der Konturstruktur bezüglich der Anordnungsrich tung der säulenförmigen Strukturen aufgrund der Oxidation des nicht oxidierten Restteils der Konturstruktur in dem dritten Schritt begrenzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht von einer Endoberfläche des Oxidblocks, auf einer zu der Anordnungsrichtung senkrechten Seite eintritt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Graben zu einem Zeitpunkt der Beendigung des zweiten Schrittes verbleibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Siliziumoxid, dessen Ausdehnung in der Anordnungsrichtung der säulenförmigen Strukturen durch den Stopper begrenzt wird, in dem dritten Schritt in den Graben fließt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Graben nicht vollständig gefüllt wird, um zu bewirken, dass ein Leerraum zum Zeitpunkt der Beendigung des dritten Schritts verbleibt, wobei das Verfahren ferner das Füllen des Leerraums durch einen Beschichtungsprozess mit einem Siliziumoxidfilm umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Endoberfläche des Oxidblocks auf einer Seite des Siliziumsubstrats eine kontinuierliche konkav-konvexe Form in einer Erstreckungsrichtung des Siliziumsubstrats hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Endoberfläche des Oxidblocks auf einer Seite des Siliziumsubstrats eine kontinuierliche konkav-konvexe Form in einer Richtung senkrecht zu einer optischen Achse hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren der säulenförmigen Strukturen so vorgesehen sind, dass sie sich parallel zu einer optischen Achse auf einer oberen Oberfläche des Siliziumsubstrats erstrecken.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Endoberfläche des Oxidblocks mit einem Verbindungsabschnitt (5) des Si liziumsubstrats verbunden ist, das eine dem Oxidblock entsprechende Form besitzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Oxidblock in einem konkaven Abschnitt gebildet ist, der in dem Siliziumsubstrat ausgebildet ist, und Endoberfläche des Oxidblocks auf einer Lichteinfallsseite und einer Lichtemissionsseite in den und aus dem Oxidblock von einer Wandoberfläche (16) des konkaven Abschnitts des Siliziumsubstrats beabstandet sind.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine andere Endoberfläche des Oxidblocks als die Endoberflächen des Oxidblocks auf der Lichteinfallsseite und der Lichtemissionsseite in die und aus der Optikvorrichtung in Kontakt mit der Wandoberfläche des konvexen Abschnitts in Kontakt ist, so dass die Verformung der Konturstruktur durch die Wandoberfläche begrenzt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Oxidblock eine Dicke von 10 mm oder mehr in einer Richtung senkrecht zu der Anordnungsrichtung und einer Erstreckungsrichtung der säulenförmigen Struktur hat, wenn der dritte Schritt abgeschlossen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Oxidblock Verunreinigungen mit einer Konzentrationsverteilung in einer Richtung senkrecht zu der Anordnungsrichtung und einer Erstreckungsrichtung der säulenförmigen Struktur aufweist.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Verunreinigungen wenigstens entweder Germanium (Ge), Phosphor (P), Zinn (Sn) oder Bor (B) enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der Oxidblöcke, die wenigstens eine Linse, einen Lichtwellenleiter und einen Spalt enthalten, in dem Siliziumsubstrat gebildet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breite des Grabens und eine Breite der säulenförmigen Struktur so einge stellt sind, dass der Graben mit dem Siliziumoxid gefüllt ist, während die Konturstruktur in einer thermischen Oxidation das Siliziumoxid wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Gräben, die in dem ersten Schritt nebeneinander angeordnet werden, parallel zu der optischen Achse erstrecken.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schritt das Bilden des Grabens durch reaktives Ionenätzen, Bilden eines Oxidfilms zum Schutz auf einer inneren Wand des Grabens, das Ätzen des Oxidfilms zum Schutz auf einem Boden des Grabens und ferner das Vertiefen des Grabens von dem Boden aus durch das reaktive Ionenätzen umfasst, wodurch der Graben mit einem Tiefen-Breiten-Verhältnis von eins oder mehr gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Bilden des Grabens in dem Siliziumsubstrat, in dem sich eine Verunreinigungskonzentration in einer vorbestimmten Richtung senkrecht zu der Anordnungsrichtung und einer Erstreckungsrichtung der säulenförmigen Struktur ändert, bewirkt, dass die in dem Oxidblock enthaltenen Verunreinigungskonzentrationen die Verunreinigungskonzentrationen in der vorbestimmten Richtung des Oxidblocks aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidation in dem dritten Schritt bei einer Temperatur ausgeführt wird, die dazu geeignet ist, das Siliziumoxid wärmezubehandeln, und es den gegenüberliegenden säulenförmigen Strukturen mit dem dazwischen angeordneten Graben erlaubt, miteinander durch Schmelzen verbunden zu werden.
Verfahren zur Herstellung einer Optikvorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: – einen ersten Schritt zum Ausführen einer Grabenätzung in einem Siliziumsubstrat (101) unter Verwendung einer gemusterten Maske (109) und Bilden von mehreren säulenförmigen Strukturen (105), so dass die säulenförmigen Strukturen in einer Anordnungsrichtung über einen ersten Graben (110) angeordnet sind; – einen zweiten Schritt zum Ersetzen der gesamten säulenförmigen Strukturen durch Siliziumoxid durch thermische Oxidation; und – einen dritten Schritt zum Drücken der mehreren säulenförmigen Strukturen in der Anordnungsrichtung in einem Zustand, in dem die Siliziumoxide durch Schmelzen zusammengefügt sind; – wobei der erste Graben und die säulenförmigen Strukturen derart in dem ersten Schritt gebildet werden, dass ein von dem ersten Graben stammender Leerraum zwischen den benachbarten säulenförmigen Strukturen zum Zeitpunkt der Beendigung des zweiten Schritts verbleibt; und – wobei in dem dritten Schritt die benachbarten Strukturen in Kontakt miteinander gebracht werden, indem sie in der Anordnungsrichtung gedrückt werden, und wobei die mehreren säulenförmigen Strukturen durch Schmelzen miteinander zusammengefügt und integriert werden, um einen Siliziumoxidblock zu bilden, durch den Licht hindurchtritt.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass: – in dem ersten Schritt eine säulenförmige Drückstruktur (103) außerhalb von wenigstens zwei Enden in der Anordnungsrichtung der mehreren säulenförmigen Strukturen durch das Grabenätzen; – die Drückstruktur einen zum Zeitpunkt der Beendigung des zweiten Schritts nicht oxidierten Restbereich umfasst; und – in dem dritten Schritt die mehreren säulenförmigen Strukturen durch die Drückstruktur gedrückt werden, indem wenigstens ein Teil des nicht oxidierten Bereichs oxidiert wird, um in einem Zustand der thermischen Oxidation, die als ein Zustand des Schmelzens des Siliziumoxids eingestellt ist, den Siliziumoxidblock zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Drückstruktur über einen zweiten Graben (111) bezüglich dem Ende der säulenförmigen Struktur in dem ersten Schritt gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Schritt die säulenförmigen Strukturen selektiv und thermisch oxidiert werden, ohne die Drückstruktur thermisch zu oxidieren, und dadurch dass in dem dritten Schritt die Drückstruktur thermisch oxidiert wird.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch dass die Struktur einen Bereich einnimmt, der durch das Siliziumoxid und den nicht oxidierten Bereich zu dem Zeitpunkt der Beendigung des zweiten Schritts ersetzt wird, und dadurch, dass der zweie Graben und die Drückstruktur derart in dem ersten Schritt gebildet werden, dass ein von dem zweiten Graben stammender Leerraum verbleibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bi 29, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Graben und die Drückstruktur derart in dem ersten Schritt gebildet werden, dass der von dem zweiten Graben stammende Leerraum zum Zeitpunkt der Beendigung des dritten Schritts bleibt.
Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Graben und die Drückstruktur derart in dem ersten Schritt gebildet werden, dass die mehreren Leerräume verbleiben und zum Zeitpunkt der Beendigung des dritten Schritts verteilt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Drückstruktur in dem ersten Schritt gebildet ist, und zwar derart, dass sie mit der säulenförmigen Struktur verbunden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Drückstruktur derart in dem ersten Schritt gebildet wird, dass sie von den säulenförmigen Strukturen unabhängig ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Drückstrukturen in der Anordnungsrichtung bezüglich wenigstens einem Ende der mehreren säulenförmigen Strukturen in dem ersten Schritt gebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Drückstrukturen jeweils bezüglich den zwei Enden der mehreren säulenartigen Strukturen in der Anordnungsrichtung gebildet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass: – die Drückstruktur bezüglich einem Ende der mehreren säulenförmigen Strukturen in der Anordnungsrichtung gebildet ist und eine erste Ausdehnung-Begrenzungsstruktur (115) durch das Grabenätzen so gebildet wird, dass sie zu dem weiteren Ende der mehreren säulenförmigen Strukturen in der Anordnungsrichtung benachbart ist; und – Die erste Ausdehnung-Begrenzungsstruktur eine Siliziumbreite in der Anordnungsrichtung aufweist, die breiter als die der säulenförmigen Struktur und die der Drückstruktur ist, und dazu geeignet ist, um eine Verformung der säulenförmigen Struktur in Richtung einer zu der Drückstruktur in der Anordnungsrichtung entgegengesetzten Seite zu begrenzen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung der Drückstruktur in Richtung einer zu der säulenförmigen Struktur in der Anordnungsrichtung entgegengesetzten Seite in dem dritten Schritt begrenzt ist.
Verfahren nach Anspruch 3?, dadurch gekennzeichnet, dass: – eine zweite Ausdehnung-Begrenzungsstruktur (116) durch das Grabenätzen in dem ersten Schritt gebildet wird, um die Drückstruktur (103) zwischen der zweiten Ausdehnung-Begrenzungsstruktur und dem Ende der Mehrzahl von säulenförmigen Strukturen in der Anordnungsrichtung; und – eine zweite Ausdehnung-Begrenzungsstruktur eine Siliziumbreite in der Anordnungsrichtung aufweist, die breiter als die Drückstruktur ist, und dazu geeignet ist, eine Verformung der Drückstruktur in Richtung einer zu der säulenförmigen Struktur in der Anordnungsrichtung entgegengesetzten Seite zu begrenzen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass ein Substrat, das mit Verunreinigungen in hoher Konzentration dotiert ist, als das Siliziumsubstrat verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Graben in dem ersten Schritt so ausgelegt wird, dass er sich parallel zu der optischen Achse des Siliziumoxidblocks erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass ein äußerer Umfangsgraben um Bildungsbereiche der säulenförmigen Strukturen in dem ersten Schritt derart gebildet wird, dass ein äußerster Umfangsabschnitt in dem Siliziumoxidblock zum Definieren von Formen einer Lichteinfallsoberfläche und einer Lichtemissionsoberfläche mit einer Konturstruktur mit einer vorbestimmten Breite verbunden ist, und dass die gesamte Konturstruktur zum Zeitpunkt der Beendigung des zweiten Schritts durch Siliziumoxid ersetzt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass das Grabenätzen ein Bilden des Grabens durch reaktives Ionenätzen, ein Bilden eines Oxidfilms zum Schutz auf einer inneren Wand des Grabens, ein Ätzen des Oxidfilms zum Schutz auf einem Boden des Grabens und anschließend ein weiteres Vertiefen des Grabens von dem Boden des Grabens durch reaktives Ionenätzen umfasst, wodurch der Graben mit einem Tiefen-Breiten-Verhältnis von eins oder mehr wenigstens als der erste Graben gebildet wird.
Optikvorrichtung mit: – einem Siliziumsubstrat (101); und – einem Siliziumoxidblock, der durch Integrierung von mehreren säulenförmigen Strukturen (105) durch Schmelzen gebildet ist, die aus Siliziumoxid gebildet und in einer Anordnungsrichtung auf einer oberen Oberfläche des Siliziumsubstrats angeordnet sind, so dass Licht durch den Siliziumoxidblock hindurchtreten kann; – wobei der Siliziumoxidblock eine Breite einer Schnittstelle zu dem Siliziumsubstrat in der Anordnungsrichtung hat, die breiter als die eines oberen Teils des Siliziumoxidblocks bezüglich der Schnittstelle ist.
Optikvorrichtung nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine säulenförmige Drückstruktur (103), die aus Siliziumoxid oder Siliziumoxid und Silizium hergestellt und auf der oberen Oberfläche des Siliziumsubstrats in der Anordnungsrichtung benachbart zu wenigstens einem Ende der mehreren säulenförmigen Strukturen angeordnet ist, umfasst, wobei die Drückstruktur mit einem Teil des Endes der säulenförmigen Struktur durch Schmelzen verbunden ist und eine Breite eines Teils aufweist, das sich in Kontakt mit der säulenförmigen Struktur befindet, die in der Anordnungsrichtung größer als die säulenförmige Struktur ist.
Optikvorrichtung nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass der Siliziumoxidblock und die Drückstruktur mit Hilfe eines Verbindungsabschnitts verbunden sind, der einen Leerraum aufweist, der zu einer oberen Seite des Verbindungsabschnitts in einer Ebenenrichtung des Siliziumsubstrats geöffnet ist.
Optikvorrichtung nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Leerräume in dem Verbindungsabschnitt angeordnet sind.
Optikvorrichtung nach einem der Ansprüche 44 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass die Drückstrukturen jeweils an zwei Enden der mehreren säulenförmigen Strukturen in der Anordnungsrichtung vorgesehen sind.
Optikvorrichtung nach einem der Ansprüche 44 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass die Drückstruktur benachbart zu einem Ende der mehreren säulenförmigen Strukturen in der Anordnungsrichtung ist, wobei die Optikvorrichtung ferner eine erste Ausdehnung-Begrenzungsstruktur (115) umfasst, die benachbart zu dem weiteren Ende der mehreren säulenförmigen Strukturen angeordnet ist, wobei die erste Ausdehnung-Begrenzungsstruktur eine Breite in der Anordnungsrichtung besitzt, die größer als die der Drückstruktur ist.
Optikvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 44 bis 48, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine zweite Ausdehnung-Begrenzungsstruktur (116) aus Siliziumoxid und Silizium umfasst, die auf der oberen Oberfläche des Siliziumsubstrats so angeordnet ist, das sie zu der Drückstruktur in der Anordnungsrichtung benachbart ist, wobei die zweite Ausdehnung-Begrenzungsstruktur eine Breite in der Anordnungsrichtung hat, die breiter als die der Drückstruktur ist, und mit der Drückstruktur durch Schmelzen verbunden ist.
Optikvorrichtung nach einem der Ansprüche 43 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass der Siliziumoxidblock als wenigstens entweder eine Mikrolinse, ein Prisma oder ein Lichtwellenleiter dient.
Optikvorrichtung nach einem der Ansprüche 43 bis 50, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren säulenförmigen Strukturen derart ausgelegt sind, dass sie sich parallel zu der optischen Achse auf der oberen Oberfläche des Siliziumsubstrats erstrecken.
Optikvorrichtung nach einem der Ansprüche 43 bis 51, dadurch gekennzeichnet, dass das Siliziumsubstrat einen Teil aufweist, der einer Form des Siliziumoxidblocks in einer Ebenenrichtung des Siliziumsubstrats entspricht, und zwar als ein Verbindungsabschnitt mit dem Siliziumoxidblock.