JP2007102196A - Method for manufacturing optical element - Google Patents

Method for manufacturing optical element Download PDF

Info

Publication number
JP2007102196A
JP2007102196A JP2006226526A JP2006226526A JP2007102196A JP 2007102196 A JP2007102196 A JP 2007102196A JP 2006226526 A JP2006226526 A JP 2006226526A JP 2006226526 A JP2006226526 A JP 2006226526A JP 2007102196 A JP2007102196 A JP 2007102196A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical element
manufacturing
silicon oxide
element according
gap
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2006226526A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4645557B2 (en
Inventor
Yukihiro Takeuchi
竹内  幸裕
Atsushi Oohara
淳士 大原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2006226526A priority Critical patent/JP4645557B2/en
Publication of JP2007102196A publication Critical patent/JP2007102196A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4645557B2 publication Critical patent/JP4645557B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method for an optical element without leaving a clearance in trenches. <P>SOLUTION: The plurality of trenches are formed on the basis of the recess 2 of a silicon substrate 1 by D-RIE, and a columnar structural body is formed between the trenches. Each columnar structure body is replaced with a silicon oxide 14 by thermal oxidation. Carbon dioxide of the super critical state dissolving silicon oxide therein is flowed into each trench between the silicon oxide layers 14. Thus, each trench is buried by the silicon oxide layer 15 without any clearance. Accordingly, it is possible to manufacture a micro lens 3 having no fear that a diffraction phenomenon is generated and efficiency is reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、光学素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing an optical element.

本出願人は、先の出願においてマイクロレンズなどの光学素子の製造方法を提案した(特許文献1)。この製造方法では、シリコン基板をトレンチエッチングしてトレンチを多数並設し、熱酸化により各トレンチ内をシリコン酸化物で埋めるとともに、各トレンチ間のシリコン層をシリコン酸化物に置き換えることにより、シリコン基板と一体的なマイクロレンズを作る。
特開2004−271756号公報
The present applicant has proposed a method for manufacturing an optical element such as a microlens in the previous application (Patent Document 1). In this manufacturing method, the silicon substrate is etched by trench etching, and a large number of trenches are juxtaposed, and the inside of each trench is filled with silicon oxide by thermal oxidation, and the silicon layer between the trenches is replaced with silicon oxide, thereby forming a silicon substrate. And make an integrated micro lens.
JP 2004-271756 A

ところで、その後の検討により、次のことが分かった。各トレンチは、レジストマスクに基づいてパターニングしたエッチングマスクを用いてシリコン基板をD−RIE(ディープ反応性イオンエッチング)で加工して形成するが、レジストマスク作成、エッチングマスク作成およびトレンチ加工においてそれぞれ発生するばらつきに起因して、トレンチの幅がばらつくため、熱酸化によりトレンチ内部をシリコン酸化物で隙間無く埋めることができないおそれのあることが分かった。
例えば、半導体フォトリソグラフィによりレジストマスクを作成するときは、例えば、2μmの溝幅に対して0.2μm程度のばらつきが発生する。また、エッチングマスクを作成するときは、トレンチに対応した溝の幅が、例えば、0.1〜0.2μmばらつく。さらに、エッチングマスクを用いてトレンチを加工するときに、トレンチの幅が、例えば0.1〜0.2μmばらつく。
このような加工時のばらつきに起因して、トレンチ内部に隙間が残ると、回折現象が発生し、回折光が本来の集光、屈折方向とは異なる方向に進む、また界面で反射が起きるなどして光が散乱されるため、実質の透過効率が低下するおそれがある。
By the way, the following investigation revealed the following. Each trench is formed by processing a silicon substrate with D-RIE (Deep Reactive Ion Etching) using an etching mask patterned based on the resist mask. It was found that because the width of the trench varies due to the variation, the inside of the trench cannot be completely filled with silicon oxide by thermal oxidation.
For example, when a resist mask is formed by semiconductor photolithography, for example, a variation of about 0.2 μm occurs with respect to a groove width of 2 μm. Moreover, when creating an etching mask, the width of the groove corresponding to the trench varies, for example, by 0.1 to 0.2 μm. Furthermore, when the trench is processed using the etching mask, the width of the trench varies, for example, by 0.1 to 0.2 μm.
Due to such processing variations, if a gap remains inside the trench, a diffraction phenomenon occurs, and the diffracted light travels in a direction different from the original focusing and refraction direction, and reflection occurs at the interface. Since light is scattered, the substantial transmission efficiency may be reduced.

なお、sol−gel法に代表される液相を使った方法では、液体の粘度が高いために高アスペクト比のトレンチ内に液体を浸入させることが困難である。また、CVDに代表される気相法では、トレンチの埋め込みは可能であるが、成膜速度を大幅に下げなければならない。さらに、スパッタリングや蒸着に代表される物理成膜法では、トレンチ内の側壁が陰になるため、トレンチを埋め込むことが困難である。
特に、アスペクト比が10を超えるような高アスペクト比のトレンチに対して上記の各方法を適用すると、先にトレンチの開口部分が狭くなってしまい、トレンチ内に隙間が残るという問題がある。図27は、トレンチ内に隙間が残った状態を示す模式図である。シリコン基板30に形成されたトレンチ31の内壁面にシリコン酸化膜32が形成されているが、開口部分がシリコン酸化膜32で狭くなり、トレンチ31内へのシリコン酸化物の供給が困難となり、トレンチ31内に隙間33が残ってしまう。
以上のように、本出願人が先に提案した方法および他の方法では、トレンチ内部に隙間が残るおそれのあることが分かった。
Note that, in a method using a liquid phase typified by the sol-gel method, it is difficult to infiltrate the liquid into the trench having a high aspect ratio because the viscosity of the liquid is high. Further, in the vapor phase method represented by CVD, the trench can be embedded, but the film formation rate must be greatly reduced. Furthermore, in a physical film forming method represented by sputtering or vapor deposition, it is difficult to fill the trench because the side wall in the trench is shaded.
In particular, when each of the above methods is applied to a high aspect ratio trench having an aspect ratio exceeding 10, there is a problem that the opening of the trench is narrowed first and a gap remains in the trench. FIG. 27 is a schematic diagram showing a state in which a gap remains in the trench. A silicon oxide film 32 is formed on the inner wall surface of the trench 31 formed in the silicon substrate 30, but the opening is narrowed by the silicon oxide film 32, making it difficult to supply silicon oxide into the trench 31. A gap 33 remains in 31.
As described above, it has been found that the method previously proposed by the applicant and other methods may leave a gap in the trench.

この発明は、上記の問題を解決するため、トレンチ内部に隙間が残らないようにすることができる光学素子の製造方法を実現することを目的とする。   In order to solve the above problem, an object of the present invention is to realize an optical element manufacturing method capable of preventing a gap from remaining in a trench.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、光が透過する少なくともシリコン酸化物からなるブロック(3)を有する光学素子(20)の製造方法において、シリコン酸化物からなる複数の構造体(14)が、各構造体間に間隙(11)を隔ててシリコン基板(1)の基板面上に並設された状態を作り出す第1工程と、所定の化合物(15)が溶解された超臨界流体を各構造体間の各間隙に流し込み、各間隙が前記所定の化合物より生じた生成物によって埋め込まれた状態にすることにより前記ブロックを形成する第2工程とを有することを特徴としている。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, in the method of manufacturing an optical element (20) having a block (3) made of at least silicon oxide that transmits light, a plurality of structures made of silicon oxide are used. A first step of creating a state in which the body (14) is arranged on the substrate surface of the silicon substrate (1) with a gap (11) between the structures, and the predetermined compound (15) is dissolved A second step of forming the block by pouring a supercritical fluid into each gap between the structures and filling each gap with a product generated from the predetermined compound. Yes.

請求項2に記載の発明では、光が透過する少なくともシリコン酸化物からなるブロック(3)を有する光学素子(20)の製造方法において、シリコン酸化物からなる複数の構造体(14)が、各構造体間に間隙(11)を隔ててシリコン基板(1)の内部において並設された状態を作り出す第1工程と、所定の化合物(15)が溶解された超臨界流体を各構造体間の各間隙に流し込み、各間隙が前記所定の化合物より生じた生成物によって埋め込まれた状態にする第2工程と、前記生成物によって埋め込まれた状態の前記各構造体からなる部分の周辺部を除去することにより前記ブロックを形成する第3工程とを有することを特徴としている。   According to the second aspect of the present invention, in the method of manufacturing an optical element (20) having a block (3) made of at least silicon oxide that transmits light, the plurality of structures (14) made of silicon oxide are each A supercritical fluid in which a predetermined compound (15) is dissolved between each structure and a first step for creating a state in which the gaps (11) are provided between the structures and the silicon substrate (1) is arranged in parallel. Pour into each gap and remove the peripheral part of each structure consisting of the respective structures embedded in the product, and a second step in which each gap is filled with the product generated from the predetermined compound And a third step of forming the block.

請求項3に記載の発明では、請求項2に記載の光学素子の製造方法において、前記第3工程では、前記各構造体からなる部分の周辺部を除去する処理を前記シリコン基板の基板面から行い、除去された領域の下部が前記各構造体と同等の深さになったときに前記処理を停止することを特徴としている。   According to a third aspect of the present invention, in the method of manufacturing an optical element according to the second aspect, in the third step, a process of removing a peripheral portion of the portion made of each structure is performed from the substrate surface of the silicon substrate. And the process is stopped when the lower portion of the removed region reaches the same depth as each of the structures.

請求項4に記載の発明では、請求項2または請求項3に記載の光学素子の製造方法において、前記第3工程は、エッチングにより前記周辺部を除去する工程であることを特徴としている。   According to a fourth aspect of the present invention, in the optical element manufacturing method according to the second or third aspect, the third step is a step of removing the peripheral portion by etching.

請求項5に記載の発明では、請求項4に記載の光学素子の製造方法において、前記エッチングは異方性エッチングであることを特徴としている。   According to a fifth aspect of the present invention, in the optical element manufacturing method according to the fourth aspect, the etching is anisotropic etching.

請求項6に記載の発明では、請求項5に記載の光学素子の製造方法において、前記異方性エッチングは、水酸化カリウム(KOH)水溶液または水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)水溶液を用いた異方性エッチングであることを特徴としている。   According to a sixth aspect of the present invention, in the optical element manufacturing method according to the fifth aspect, the anisotropic etching is performed using a potassium hydroxide (KOH) aqueous solution or a tetramethylammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution. It is characterized by being isotropic etching.

請求項7に記載の発明では、請求項1ないし請求項6のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法において、前記第1工程では、パターニングしたマスクを用いてシリコン基板をエッチングすることにより前記複数の構造体を形成することを特徴としている。   According to a seventh aspect of the present invention, in the optical element manufacturing method according to any one of the first to sixth aspects, in the first step, the silicon substrate is etched using a patterned mask. The plurality of structures are formed.

請求項8に記載の発明では、請求項1ないし請求項7のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法において、前記第1工程では、深くなるにつれて幅が狭くなる間隙が形成されるように、シリコン酸化物からなる複数の構造体が、各構造体間に間隙を隔てて並設された状態を作り出すことを特徴としている。   According to an eighth aspect of the present invention, in the method of manufacturing an optical element according to any one of the first to seventh aspects, in the first step, a gap whose width decreases as the depth increases is formed. In addition, it is characterized in that a plurality of structures made of silicon oxide create a state in which the structures are arranged in parallel with a gap between them.

請求項9に記載の発明では、請求項1ないし請求項7のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法において、前記第1工程では、底部から上部に向かう途中から次第に幅広になり、最上部が最も幅広となる間隙が形成されるように、シリコン酸化物からなる複数の構造体が、各構造体間に間隙を隔てて並設された状態を作り出すことを特徴としている。   According to a ninth aspect of the present invention, in the method of manufacturing an optical element according to any one of the first to seventh aspects, in the first step, the width gradually increases from the middle toward the top from the bottom. The structure is characterized in that a plurality of structures made of silicon oxide are arranged in parallel with each other with a gap so that a gap with the widest upper portion is formed.

請求項10に記載の発明では、請求項1ないし請求項9のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法において、前記第1工程では、前記各構造体を、それぞれ薄肉の板状で、かつ、それぞれ光軸方向に延びる長手方向の側面が前記間隙の壁面となるように形成することを特徴としている。   According to a tenth aspect of the present invention, in the method of manufacturing an optical element according to any one of the first to ninth aspects, in the first step, each of the structures is formed in a thin plate shape, In addition, the longitudinal side surfaces extending in the optical axis direction are formed to be the wall surfaces of the gap.

請求項11に記載の発明では、請求項1ないし請求項10のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法において、前記第1工程では、前記間隙がシリコン酸化物で埋まらないように、シリコンからなる複数の構造体を熱酸化することにより前記シリコン酸化物からなる複数の構造体を形成することを特徴としている。   According to an eleventh aspect of the present invention, in the method of manufacturing an optical element according to any one of the first to tenth aspects, in the first step, silicon is formed so that the gap is not filled with silicon oxide. A plurality of structures made of silicon oxide are formed by thermally oxidizing a plurality of structures made of

請求項12に記載の発明では、請求項11に記載の光学素子の製造方法において、前記第1工程では、熱酸化により前記間隙がシリコン酸化物で埋まらないように、前記シリコンからなる各構造体の幅および各間隙の幅を設定することを特徴としている。   According to a twelfth aspect of the present invention, in the method of manufacturing an optical element according to the eleventh aspect, in the first step, each structural body made of silicon so that the gap is not filled with silicon oxide by thermal oxidation. And the width of each gap are set.

請求項13に記載の発明では、請求項1ないし請求項12のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法において、前記生成物は、前記所定の化合物が化学変化することにより生成されることを特徴としている。   According to a thirteenth aspect of the present invention, in the method of manufacturing an optical element according to any one of the first to twelfth aspects, the product is generated by a chemical change of the predetermined compound. It is characterized by.

請求項14に記載の発明では、請求項13に記載の光学素子の製造方法において、前記生成物は、前記所定の化合物が分解することにより生成されることを特徴としている。   According to a fourteenth aspect of the present invention, in the optical element manufacturing method according to the thirteenth aspect, the product is generated by decomposing the predetermined compound.

請求項15に記載の発明では、請求項1ないし請求項14のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法において、前記化合物は、有機化合物であることを特徴としている。   According to a fifteenth aspect of the present invention, in the method of manufacturing an optical element according to any one of the first to fourteenth aspects, the compound is an organic compound.

請求項16に記載の発明では、請求項1ないし請求項15のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法において、前記生成物は、シリコン酸化物であることを特徴としている。   According to a sixteenth aspect of the present invention, in the optical element manufacturing method according to any one of the first to fifteenth aspects, the product is silicon oxide.

請求項17に記載の発明では、請求項1ないし請求項15のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法において、前記生成物は、シリコン酸化物により形成された物と同等の屈折率を有する物を形成可能な生成物であることを特徴としている。   According to a seventeenth aspect of the present invention, in the method for manufacturing an optical element according to any one of the first to fifteenth aspects, the product has a refractive index equivalent to that formed by silicon oxide. It is characterized by being a product that can form a product.

請求項18に記載の発明では、請求項15に記載の光学素子の製造方法において、前記化合物は、TMOS(テトラメトキシシラン)であることを特徴としている。   According to an eighteenth aspect of the present invention, in the optical element manufacturing method according to the fifteenth aspect, the compound is TMOS (tetramethoxysilane).

請求項19に記載の発明では、請求項17に記載の光学素子の製造方法において、前記生成物は、フッ化カルシウムであることを特徴としている。   According to a nineteenth aspect of the present invention, in the optical element manufacturing method according to the seventeenth aspect, the product is calcium fluoride.

請求項20に記載の発明では、請求項17に記載の光学素子の製造方法において、前記生成物は、フッ化マグネシウムであることを特徴としている。   According to a twentieth aspect of the present invention, in the optical element manufacturing method according to the seventeenth aspect, the product is magnesium fluoride.

請求項21に記載の発明では、請求項17に記載の光学素子の製造方法において、前記生成物は、アルミナであることを特徴としている。   According to a twenty-first aspect of the present invention, in the optical element manufacturing method according to the seventeenth aspect, the product is alumina.

請求項22に記載の発明では、請求項1ないし請求項21のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法において、前記基板面の面方位が(110)であることを特徴としている。   According to a twenty-second aspect of the present invention, in the method for manufacturing an optical element according to any one of the first to twenty-first aspects, the surface orientation of the substrate surface is (110).

請求項23に記載の発明では、請求項1ないし請求項22のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法において、前記第1工程では、前記シリコン基板を反応性イオンエッチングすることによりトレンチ状の前記各間隙を形成し、各構造体間に前記間隙が隔てられたシリコン酸化物からなる複数の構造体を形成することを特徴としている。   According to a twenty-third aspect of the present invention, in the optical element manufacturing method according to any one of the first to twenty-second aspects, in the first step, the silicon substrate is subjected to reactive ion etching to form a trench shape. Each of the gaps is formed, and a plurality of structures made of silicon oxide with the gaps separated between the structures are formed.

請求項24に記載の発明では、請求項1ないし請求項23のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法において、前記超臨界流体の主成分が二酸化炭素であることを特徴としている。   According to a twenty-fourth aspect of the present invention, in the optical element manufacturing method according to any one of the first to twenty-third aspects, the main component of the supercritical fluid is carbon dioxide.

請求項25に記載の発明では、請求項1ないし請求項24のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法において、前記ブロックがマイクロレンズであることを特徴としている。   According to a twenty-fifth aspect of the present invention, in the optical element manufacturing method according to any one of the first to twenty-fourth aspects, the block is a microlens.

請求項26に記載の発明では、請求項1ないし請求項24のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法において、前記ブロックが光導波路であることを特徴としている。   According to a twenty-sixth aspect of the present invention, in the optical element manufacturing method according to any one of the first to twenty-fourth aspects, the block is an optical waveguide.

請求項27に記載の発明では、請求項1ないし請求項24のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法において、前記ブロックがプリズムであることを特徴としている。   According to a twenty-seventh aspect of the present invention, in the optical element manufacturing method according to any one of the first to twenty-fourth aspects, the block is a prism.

請求項28に記載の発明では、請求項1ないし請求項24のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法において、前記ブロックとして、マイクロレンズ、光導波路およびプリズムのうちの1つを複数同時に製造することを特徴としている。   The invention according to claim 28 is the method of manufacturing an optical element according to any one of claims 1 to 24, wherein a plurality of microlenses, optical waveguides and prisms are simultaneously used as the block. It is characterized by manufacturing.

請求項29に記載の発明では、請求項1ないし請求項24のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法において、前記ブロックとして、マイクロレンズ、光導波路およびプリズムのうち少なくとも2つを同時に製造することを特徴としている。   According to a twenty-ninth aspect of the present invention, in the optical element manufacturing method according to any one of the first to twenty-fourth aspects, at least two of a microlens, an optical waveguide, and a prism are simultaneously manufactured as the block. It is characterized by doing.

請求項30に記載の発明では、請求項1ないし請求項24のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法において、前記ブロックとして、マイクロレンズ、光導波路およびプリズムのうち少なくとも2つをそれぞれ複数ずつ同時に製造することを特徴としている。   According to a thirty-third aspect of the present invention, in the optical element manufacturing method according to any one of the first to twenty-fourth aspects, the block includes a plurality of at least two of a microlens, an optical waveguide, and a prism. It is characterized by manufacturing at the same time.

なお、上記括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。   In addition, the code | symbol in the said parenthesis shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

(請求項1に係る発明の効果)
超臨界流体は、気体の性質(拡散性)と、液体の性質(溶解性)とを有し、かつ、その密度を連続して大幅に変化できる特長を持っている。
したがって、所定の化合物が溶解された超臨界流体を、シリコン基板の基板面上に並設されたシリコン酸化物からなる各構造体間の各間隙に流し込むと、気体の性質を持つ超臨界流体は狭い間隙にも入り込み、各間隙内を上記所定の化合物より生じた生成物で成膜することにより、各間隙がその生成物によって隙間なく埋め込まれた状態のブロックを形成することができる。
つまり、隙間による回折現象が発生して効率が低下するおそれのない光学素子を製造することができる。
また、超臨界流体は、CVDに代表される気相法に比べて密度が高いため、成膜材料(所定の化合物)を高濃度に溶かし込めるので、大量の成膜材料を短時間で各間隙内に供給することができる。
従って、気相法よりも短い時間で各間隙を上記の生成物で埋め込むことができる。
(Effect of the invention according to claim 1)
A supercritical fluid has a gas property (diffusibility) and a liquid property (solubility), and has the feature that its density can be changed drastically continuously.
Therefore, when a supercritical fluid in which a predetermined compound is dissolved is poured into each gap between structures made of silicon oxide arranged in parallel on the substrate surface of a silicon substrate, the supercritical fluid having a gas property is By entering the narrow gap and forming a film with a product generated from the predetermined compound in each gap, it is possible to form a block in which each gap is filled with the product without any gap.
In other words, it is possible to manufacture an optical element in which a diffraction phenomenon due to a gap occurs and there is no possibility that the efficiency is lowered.
In addition, since supercritical fluid has a higher density than the vapor phase method typified by CVD, a film-forming material (predetermined compound) can be dissolved at a high concentration. Can be supplied within.
Therefore, each gap can be filled with the above product in a shorter time than the vapor phase method.

(請求項2に係る発明の効果)
超臨界流体は、気体の性質(拡散性)と、液体の性質(溶解性)とを有し、かつ、その密度を連続して大幅に変化できる特長を持っている。
したがって、所定の化合物が溶解された超臨界流体を、シリコン基板の内部において並設されたシリコン酸化物からなる各構造体間の各間隙に流し込むと、気体の性質を持つ超臨界流体は狭い間隙にも入り込み、各間隙内を上記所定の化合物より生じた生成物で成膜することにより、各間隙をその生成物によって隙間なく埋めることができる。そして、各構造体からなる部分の周辺部を除去することにより、各間隙が上記生成物によって隙間なく埋め込まれた状態のブロックを形成することができる。
つまり、隙間による回折現象が発生して効率が低下するおそれのない光学素子を製造することができる。
また、超臨界流体は、CVDに代表される気相法に比べて密度が高いため、成膜材料(所定の化合物)を高濃度に溶かし込めるので、大量の成膜材料を短時間で各間隙内に供給することができる。
従って、気相法よりも短い時間で各間隙を上記の生成物で埋め込むことができる。
(Effect of the invention according to claim 2)
A supercritical fluid has a gas property (diffusibility) and a liquid property (solubility), and has the feature that its density can be changed drastically continuously.
Therefore, when a supercritical fluid in which a predetermined compound is dissolved is poured into the gaps between the structures made of silicon oxide arranged in parallel inside the silicon substrate, the supercritical fluid having a gas property becomes a narrow gap. The gaps can be filled with the product without any gaps by forming the film with the product generated from the predetermined compound. Then, by removing the peripheral portion of the portion made of each structure, it is possible to form a block in which each gap is filled with the product without any gap.
In other words, it is possible to manufacture an optical element in which a diffraction phenomenon due to a gap occurs and there is no possibility that the efficiency is lowered.
In addition, since supercritical fluid has a higher density than the vapor phase method typified by CVD, a film-forming material (predetermined compound) can be dissolved at a high concentration. Can be supplied within.
Therefore, each gap can be filled with the above product in a shorter time than the vapor phase method.

また、各間隙は、請求項23に記載するように、シリコン基板を反応性イオンエッチングすることによりトレンチ状に形成することができる。例えば、エッチング性ガスのプラズマによりシリコン基板をエッチングするエッチングステップと、堆積性ガスのプラズマによりトレンチ内部に側壁保護膜を形成する保護膜形成ステップとを切り替えながら交互に繰り返すことによって高アスペクト比のトレンチを形成することができる。
CVDによってシリコン酸化物層を堆積する手法では、堆積であるがために、レンズ層の厚さは10μm程度が限界であるが、高アスペクト比のトレンチエッチング法により100μm以上の厚さのレンズ層を形成でき、レンズとして実用的な、より立体的なレンズ、例えばシリンドリカルレンズを形成することができる。
Further, as described in claim 23, each gap can be formed in a trench shape by reactive ion etching of the silicon substrate. For example, a high aspect ratio trench can be obtained by alternately repeating an etching step for etching a silicon substrate with an etching gas plasma and a protective film forming step for forming a sidewall protective film inside the trench with a deposition gas plasma. Can be formed.
In the method of depositing a silicon oxide layer by CVD, the thickness of the lens layer is limited to about 10 μm because of deposition, but a lens layer having a thickness of 100 μm or more is formed by a high aspect ratio trench etching method. A three-dimensional lens that can be formed and is practical as a lens, such as a cylindrical lens, can be formed.

(請求項3ないし請求項7に係る発明の効果)
請求項3に係る発明によれば、第3工程において、各構造体からなる部分の周辺部を除去する処理をシリコン基板の基板面から行い、除去された領域の下部が各構造体と同等の深さになったときに上記処理を停止することにより、各構造体の深さと同等の高さを有するブロックをシリコン基板の基板面上に形成することができる。
特に、請求項4に係る発明によれば、各構造体からなる部分の周辺部をエッチングにより除去することができる。
特に、請求項5に係る発明によれば、各構造体からなる部分の周辺部を異方性エッチングにより除去することができる。つまり、等方性エッチングでは、横方向にも加工が進むため、ブロック以外の周辺部の形状を設計通りに加工できないが、異方性エッチングを使うことで、基板垂直方向にのみエッチングが進むため、ブロックの外周面を正確に目標の形状にすることができる。
例えば、異方性エッチングは、請求項6に記載するように、水酸化カリウム(KOH)水溶液または水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)水溶液を用いれば、安価かつ容易に異方性エッチングを行うことができる。
また、請求項7に記載するように、パターニングしたマスクを用いてシリコン基板をエッチングすることにより複数の構造体を形成する手法を用いれば、マスクパターンを変えることにより、各構造体の形状や配置を変えることができるため、形状に関する設計自由度の高い光学素子を実現することができる。例えば、NAの大きいレンズや非球面のレンズ形状を得ることができる。
(Effects of inventions according to claims 3 to 7)
According to the invention of claim 3, in the third step, the process of removing the peripheral portion of the portion made of each structure is performed from the substrate surface of the silicon substrate, and the lower portion of the removed region is equivalent to each structure. By stopping the processing when the depth is reached, a block having a height equivalent to the depth of each structure can be formed on the substrate surface of the silicon substrate.
In particular, according to the fourth aspect of the present invention, the peripheral portion of the portion made of each structure can be removed by etching.
In particular, according to the fifth aspect of the present invention, the peripheral portion of the portion made of each structure can be removed by anisotropic etching. In other words, in isotropic etching, processing proceeds in the lateral direction, so the shape of the peripheral part other than the block cannot be processed as designed, but by using anisotropic etching, etching proceeds only in the vertical direction of the substrate. The outer peripheral surface of the block can be accurately set to a target shape.
For example, as described in claim 6, anisotropic etching can be performed inexpensively and easily by using an aqueous potassium hydroxide (KOH) solution or an aqueous tetramethylammonium hydroxide (TMAH) solution. it can.
In addition, as described in claim 7, if a method of forming a plurality of structures by etching a silicon substrate using a patterned mask is used, the shape and arrangement of each structure can be changed by changing the mask pattern. Therefore, it is possible to realize an optical element having a high degree of design freedom regarding the shape. For example, a lens having a large NA or an aspherical lens shape can be obtained.

(請求項8および請求項9に係る発明の効果)
各構造体間の間隙は、請求項8に係る発明のように、深くなるにつれて幅が狭くなるように形成することができる。また、請求項9に係る発明のように、底部から上部に向かう途中から次第に幅広になり、最上部が最も幅広となるように形成することができる。
つまり、間隙の上部を幅広に形成することにより、超臨界流体に溶解された化合物より生じた生成物によって各間隙を埋め込む処理を行う際に、間隙に成膜された生成物によって間隙の上部が狭くなってしまうおそれがないため、間隙内部に埋め残しが発生するおそれがない。
(Effects of Inventions of Claims 8 and 9)
As in the invention according to claim 8, the gap between the structures can be formed so that the width becomes narrower as the depth increases. Further, as in the invention according to claim 9, it can be formed so that it gradually becomes wider from the middle toward the upper part from the bottom part, and the uppermost part becomes the widest part.
That is, by forming the upper part of the gap wide, when performing the process of embedding each gap with the product generated from the compound dissolved in the supercritical fluid, the upper part of the gap is formed by the product formed in the gap. Since there is no possibility of becoming narrow, there is no possibility that unfilled portions will occur inside the gap.

(請求項10に係る発明の効果)
第1工程では、各構造体を、それぞれ薄肉の板状で、かつ、それぞれ光軸方向に延びる長手方向の側面が間隙の壁面となるように形成するため、光の通過する方向とのなす角が構造体と空気層との間の全反射角以内にすることができ、光の散乱などによる光の透過が低下するのを抑制することができる。
(Effect of the invention according to claim 10)
In the first step, each structure is formed in a thin plate shape and the side surfaces in the longitudinal direction extending in the optical axis direction are the wall surfaces of the gaps. Can be within the total reflection angle between the structure and the air layer, and it is possible to suppress a decrease in light transmission due to light scattering or the like.

(請求項11に係る発明の効果)
第1工程では、間隙がシリコン酸化物で埋まらないように、シリコンからなる複数の構造体を熱酸化することによりシリコン酸化物からなる複数の構造体を形成するため、各構造体間に残った間隙に超臨界流体を流し込むことにより、各間隙が少なくとも所定の化合物より生じた生成物を有する物質によって隙間なく埋め込まれた状態のブロックを形成することができる。
(Effect of the invention according to claim 11)
In the first step, a plurality of structures made of silicon oxide are formed by thermally oxidizing a plurality of structures made of silicon so that the gaps are not filled with silicon oxide. By flowing a supercritical fluid into the gaps, it is possible to form blocks in which the gaps are filled without gaps by a substance having a product generated from at least a predetermined compound.

(請求項12に係る発明の効果)
第1工程では、熱酸化により間隙がシリコン酸化物で埋まらないように、シリコンからなる各構造体の幅および各間隙の幅を設定するため、間隙がシリコン酸化物で中途半端に埋まることにより、間隙内に開口部の狭い部分や閉塞部などが形成され、超臨界流体が間隙内に十分流入できなかったり、流入不能となってしまうおそれがない。
(Effect of the invention according to claim 12)
In the first step, in order to set the width of each structure made of silicon and the width of each gap so that the gap is not filled with silicon oxide due to thermal oxidation, the gap is filled halfway with silicon oxide, A narrow opening or a closed portion is formed in the gap, and there is no possibility that the supercritical fluid cannot sufficiently flow into the gap or cannot flow into the gap.

(請求項13に係る発明の効果)
超臨界流体に溶かし込んだ化合物を化学変化により超臨界流体に対して溶解しにくい物質とし、前記間隙内に成膜可能にすることができる。
(Effect of the invention according to claim 13)
The compound dissolved in the supercritical fluid can be made a substance that is difficult to dissolve in the supercritical fluid due to a chemical change, and can be formed into a film in the gap.

(請求項14に係る発明の効果)
化学変化では複数の物質が反応しあって別の物質となる場合と、分解によって別の物質となる場合があるが、分解を用いればひとつの物質でも成膜可能となる。この場合、超臨界流体に溶かし込む化合物の数を減らすことができる。化合物の分解は、加熱等により容易に可能である。
(Effect of the invention according to claim 14)
In a chemical change, a plurality of substances react to become another substance, and there are cases where the substance becomes another substance by decomposition. However, if decomposition is used, even one substance can be formed into a film. In this case, the number of compounds dissolved in the supercritical fluid can be reduced. The decomposition of the compound can be easily performed by heating or the like.

(請求項15に係る発明の効果)
超臨界流体に溶かし込む化合物に有機化合物を用いれば、溶解性に優れ、また加熱により分解されやすいので、平易な成膜が可能となる。
(Effect of the invention according to claim 15)
If an organic compound is used as the compound to be dissolved in the supercritical fluid, it is excellent in solubility and can be easily decomposed by heating, so that a simple film formation is possible.

(請求項16および請求項17に係る発明の効果)
シリコン酸化物が溶解された超臨界流体を各構造体間の間隙に流し込むことにより、各間隙がシリコン酸化物で隙間なく埋め込まれたブロックを形成することができる。
したがって、全体がシリコン酸化物で形成されたブロックを得ることができるため、シリコン酸化物と同等の屈折率を有する光学素子を実現することができる。
また、請求項17に係る発明のように、シリコン酸化物により形成された物と同等の屈折率を有する物を形成可能な化合物を超臨界流体に溶解することにより、その化合物より生じた生成物によって各間隙を隙間なく埋め込むこともできる。
(Effects of the inventions according to claims 16 and 17)
By flowing a supercritical fluid in which silicon oxide is dissolved into the gaps between the structures, a block in which the gaps are filled with silicon oxide without gaps can be formed.
Therefore, since a block formed entirely of silicon oxide can be obtained, an optical element having a refractive index equivalent to that of silicon oxide can be realized.
Further, as in the invention according to claim 17, by dissolving a compound capable of forming an object having a refractive index equivalent to that formed by silicon oxide in a supercritical fluid, a product generated from the compound Thus, the gaps can be embedded without gaps.

(請求項18に係る発明の効果)
TMOS(テトラメトキシシラン)であれば、超臨界流体への溶解性に優れ、また分解温度も低いことから、平易な成膜を実現できる。
(Effect of the Invention of Claim 18)
TMOS (tetramethoxysilane) is excellent in solubility in a supercritical fluid and has a low decomposition temperature, so that a simple film formation can be realized.

(請求項19に係る発明の効果)
シリコン酸化物の屈折率1.45に対し、フッ化カルシウムの屈折率は1.43であり、ほぼ同等の屈折率を得ることができる。
(Effect of the Invention of Claim 19)
The refractive index of calcium fluoride is 1.43 compared to the refractive index of silicon oxide 1.45, and an almost equivalent refractive index can be obtained.

(請求項20に係る発明の効果)
シリコン酸化物の屈折率1.45に対し、フッ化マグネシウムの屈折率は1.38であり、ほぼ同等の屈折率を得ることができる。
(Effect of the invention according to claim 20)
The refractive index of magnesium fluoride is 1.38 compared to the refractive index of silicon oxide 1.45, and an almost equivalent refractive index can be obtained.

(請求項21に係る発明の効果)
シリコン酸化物の屈折率1.45に対し、アルミナの屈折率は1.58〜1.60であり、ほぼ同等の屈折率を得ることができる。
(Effect of the invention according to claim 21)
The refractive index of alumina is 1.58 to 1.60 compared to the refractive index of silicon oxide 1.45, and an almost equivalent refractive index can be obtained.

(請求項22に係る発明の効果)
基板面の面方位が(110)であるため、その異方性によって、各間隙の壁面(各構造体の側面)を垂直にエッチングされたものにできる。
(Effect of the Invention of Claim 22)
Since the plane orientation of the substrate surface is (110), the wall surface of each gap (side surface of each structure) can be etched vertically by the anisotropy.

(請求項24に係る発明の効果)
二酸化炭素は、例えば水と比較して臨界温度および臨界圧力が低く、臨界状態になり易く、制御し易い性質を有することから、主成分が二酸化炭素の超臨界流体を用いる。
(Effect of the Invention of Claim 24)
Carbon dioxide has a lower critical temperature and critical pressure than water, for example, and tends to be in a critical state and easily controlled, so a supercritical fluid whose main component is carbon dioxide is used.

(請求項25ないし請求項30に係る発明の効果)
請求項1ないし請求項24のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法を用いれば、各構造体間に隙間が残らず、回折現象により効率が低下することのないマイクロレンズ、または、光導波路、または、プリズムを製造することができる。また、それらのうちの1つを複数同時に製造することができ、それらのうち少なくとも2つを、あるいは、それら少なくとも2つをそれぞれ複数ずつ同時に製造することができる。これらのように、複数の光学素子を同時に形成する場合は、各光学素子の各ブロックの光軸が一致するようにシリコン基板に作り込むことにより、素子形成後の光軸合わせが不要となる。
(Effect of the invention according to claims 25 to 30)
If the method for manufacturing an optical element according to any one of claims 1 to 24 is used, no gap remains between the structures, and a microlens or an optical Waveguides or prisms can be manufactured. Moreover, one of them can be manufactured at the same time, and at least two of them can be manufactured at the same time, or at least two of them can be manufactured at the same time. As described above, when a plurality of optical elements are formed simultaneously, the optical axes after the elements are formed become unnecessary by forming them on the silicon substrate so that the optical axes of the blocks of the optical elements coincide.

<第1実施形態>
この発明の実施形態に係る光学素子の製造方法について図を参照して説明する。この実施形態では、光学素子としてマイクロレンズを備えた光学素子を代表にして説明する。図1は、この実施形態に係る光学素子の製造方法により製造された光学素子の斜視図である。図2は図1に示す光学素子の説明図であり、(a)は図1に示す光学素子の平面図、図2(b)は図1のA−A矢視断面図を示す。
<First Embodiment>
A method for manufacturing an optical element according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, an optical element having a microlens as an optical element will be described as a representative. FIG. 1 is a perspective view of an optical element manufactured by the optical element manufacturing method according to this embodiment. 2A and 2B are explanatory diagrams of the optical element shown in FIG. 1, wherein FIG. 2A is a plan view of the optical element shown in FIG. 1, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.

[光学素子の主要構造]
この実施形態の光学素子20は、シリコン基板1に形成された凹部2の内部底面にマイクロレンズ3を配置して構成されている。図2に示すように、この実施形態では、マイクロレンズ3は、平坦な入射面3aと、凸面よりなる出射面3bとを有する平凸型のシリンドリカルレンズである。また、シリコン基板1の基板面の面方位は(110)である。
シリコン基板1の凹部2の内部底面から、シリコン酸化物(SiO)よりなる薄肉で板状の複数の柱構造体4が隣接した状態で立設されており、各柱構造体4の間は、シリコン酸化物による埋め込み層15によって隙間なく埋め込まれている。柱構造体4および埋め込み層15は、シリコン基板1と一体的に形成されている。つまり、複数の柱構造体4および複数の埋め込み層15からなるシリコン酸化物ブロックによりマイクロレンズ3が構成されている。
図2に示すように、各柱構造体4および埋め込み層15の各下面は、それぞれ下面が下方に膨らんだ円弧面となっている。シリコン酸化物ブロック(マイクロレンズ3)は、シリコン基板1と接着剤を介さずに、微小な凹凸形状の境界面で接続されている。つまり、シリコン酸化物ブロック(マイクロレンズ3)が、シリコン基板1の凹部2の内部底面から、シリコン基板1との境界面である下面が水平方向に連続する凹凸形状を有する状態で立設され、このシリコン基板1と一体的に形成したシリコン酸化物ブロック(マイクロレンズ3)に光を透過させる構造となっている。
[Main structure of optical element]
The optical element 20 of this embodiment is configured by arranging the microlens 3 on the inner bottom surface of the recess 2 formed in the silicon substrate 1. As shown in FIG. 2, in this embodiment, the microlens 3 is a plano-convex cylindrical lens having a flat incident surface 3a and an output surface 3b made of a convex surface. The plane orientation of the substrate surface of the silicon substrate 1 is (110).
A plurality of thin and plate-like columnar structures 4 made of silicon oxide (SiO 2 ) are erected from the inner bottom surface of the recess 2 of the silicon substrate 1, and the space between each columnar structure 4 is The silicon oxide layer 15 is embedded without gaps. The column structure 4 and the buried layer 15 are formed integrally with the silicon substrate 1. That is, the microlens 3 is configured by a silicon oxide block including a plurality of columnar structures 4 and a plurality of buried layers 15.
As shown in FIG. 2, the lower surfaces of the columnar structures 4 and the buried layers 15 are arc surfaces whose lower surfaces bulge downward. The silicon oxide block (microlens 3) is connected to the silicon substrate 1 at the boundary surface of a minute uneven shape without using an adhesive. That is, the silicon oxide block (microlens 3) is erected in a state in which the bottom surface, which is the boundary surface with the silicon substrate 1, has an uneven shape that continues in the horizontal direction from the inner bottom surface of the recess 2 of the silicon substrate 1, Light is transmitted through a silicon oxide block (microlens 3) formed integrally with the silicon substrate 1.

また、シリコン酸化物からなる複数の柱構造体4は、図2に示すように、シリコン基板1の凹部2の内部底面において光軸に対し平行に延設されている。これにより、柱構造体4の延設方向が光の通過する方向と平行になり、光の通過する方向とのなす角がシリコン酸化物と空気層との間の全反射角以内にすることができ、光の散乱等による光の透過が低下するのを抑制することができる。シリコン基板1と一体的に形成したシリコン酸化物ブロックであるマイクロレンズ3は、その下に当該シリコン酸化物ブロックと同形状のシリコン基板1からなる連結部(台座部)5を有している。また、凹部2の内部においてシリコン基板1と一体的に形成したマイクロレンズ3(シリコン酸化物ブロック)は、その周囲に空隙6が在る状態で配置されている。これにより、シリコン酸化物ブロックと、その外方のシリコン基板とを完全に分離することができ、製造時に座屈を回避することができる(詳細は後述する)。この実施形態では、図2に示すように、マイクロレンズ3(シリコン酸化物ブロック)は、上下方向の厚さ(高さH)が10μm以上、具体的には100μm程度である。また、マイクロレンズ3の水平方向の幅Wは500μm程度である。   Further, as shown in FIG. 2, the plurality of pillar structures 4 made of silicon oxide are extended in parallel to the optical axis on the inner bottom surface of the recess 2 of the silicon substrate 1. Thereby, the extending direction of the column structure 4 is parallel to the direction in which the light passes, and the angle formed with the direction in which the light passes is within the total reflection angle between the silicon oxide and the air layer. It is possible to suppress a decrease in light transmission due to light scattering or the like. The microlens 3 which is a silicon oxide block formed integrally with the silicon substrate 1 has a connecting portion (pedestal portion) 5 made of the silicon substrate 1 having the same shape as that of the silicon oxide block. In addition, the microlens 3 (silicon oxide block) formed integrally with the silicon substrate 1 inside the recess 2 is arranged with a gap 6 around it. As a result, the silicon oxide block and the outer silicon substrate can be completely separated, and buckling can be avoided during manufacturing (details will be described later). In this embodiment, as shown in FIG. 2, the microlens 3 (silicon oxide block) has a vertical thickness (height H) of 10 μm or more, specifically about 100 μm. Further, the horizontal width W of the microlens 3 is about 500 μm.

また、このマイクロレンズ3は、シリコン基板1と接着層を介さずに接続する構造をとるため、放熱特性に優れる。例えば、高出力レーザ7のコリメート用に用いる場合を想定すると、マイクロレンズ3のサイズが小さいため、当該光学素子20の縦断面図である図10に示すように、レーザの広がり角を90°とした場合、高出力レーザ7の発光端とレンズ3の距離L(図2参照)として100μm程度とする。つまり、高出力レーザ7の発光端にレンズの出射面3bを100μm程度まで近づけて設置することになる。この場合、レーザ光の熱を吸収してマイクロレンズ自体の温度が上がる懸念があるが、本マイクロレンズ3の場合、ガラスに比べて熱伝導性が著しく高いシリコン基板1に接続しているため、シリコン基板1側に熱が逃げるので、マイクロレンズの温度が上がり難いというメリットがある。   In addition, since the microlens 3 is connected to the silicon substrate 1 without using an adhesive layer, the microlens 3 has excellent heat dissipation characteristics. For example, assuming a case where the high-power laser 7 is used for collimation, since the size of the microlens 3 is small, the spread angle of the laser is 90 ° as shown in FIG. 10 which is a longitudinal sectional view of the optical element 20. In this case, the distance L between the light emitting end of the high-power laser 7 and the lens 3 (see FIG. 2) is about 100 μm. That is, the exit surface 3b of the lens is placed close to the light emitting end of the high output laser 7 to about 100 μm. In this case, there is a concern that the temperature of the microlens itself is increased by absorbing the heat of the laser light. However, in the case of the present microlens 3, since it is connected to the silicon substrate 1 that has significantly higher thermal conductivity than glass, Since heat escapes to the silicon substrate 1 side, there is an advantage that the temperature of the microlens is difficult to rise.

[光学素子の製造方法]
次に、上記構造の光学素子20の製造方法を説明する。
図3は、シリコン基板の基板面に酸化膜マスクが配置された状態を示す平面図であり、図4は、図3のA−A矢視断面図である。図5は、図3の状態からトレンチが形成された状態を示す平面図であり、図6は、図5のA−A矢視断面図である。図7は、図6の状態から酸化膜マスクが除去された状態を示す断面図である。図8は、図7の状態から熱酸化を行った状態を示す断面図である。図9は、トレンチがシリコン酸化物で埋め込まれた状態を示す断面図である。
[Method for Manufacturing Optical Element]
Next, a method for manufacturing the optical element 20 having the above structure will be described.
FIG. 3 is a plan view showing a state in which an oxide film mask is disposed on the substrate surface of the silicon substrate, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 5 is a plan view showing a state in which a trench is formed from the state of FIG. 3, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state in which the oxide film mask has been removed from the state of FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view showing a state where thermal oxidation is performed from the state of FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state in which the trench is filled with silicon oxide.

(トレンチの形成)
まず、図3,4に示すように、シリコン基板1の基板面上に酸化膜マスク10を用いてマイクロレンズ形状のパターニングを行う。酸化膜マスク10には、次のエッチング工程において形成されるトレンチの形状に対応した開口部10aが複数形成されている。
そして、図5,6に示すように、酸化膜マスク10の各開口部10aからエッチングを行い、トレンチ11を形成する。つまり、パターニングした酸化膜マスク10を用いてシリコン基板1を基板面からトレンチエッチングして一定の幅のトレンチ11を一定の間隔で多数並設する。例えば、エッチングの手法として反応性イオンエッチングを用いる。そして、エッチング性ガスのプラズマによりシリコン基板1をエッチングするエッチングステップと、堆積性ガスのプラズマによりトレンチ内部に側壁保護膜を形成する保護膜形成ステップとを切り替えながら交互に繰り返すことによって高アスペクト比(例えば、アスペクト比60)のトレンチを形成する。
(Trench formation)
First, as shown in FIGS. 3 and 4, microlens patterning is performed on the substrate surface of the silicon substrate 1 using an oxide film mask 10. The oxide film mask 10 has a plurality of openings 10a corresponding to the shape of the trench formed in the next etching step.
Then, as shown in FIGS. 5 and 6, the trench 11 is formed by etching from each opening 10 a of the oxide film mask 10. That is, the silicon substrate 1 is trench-etched from the substrate surface using the patterned oxide film mask 10, and a large number of trenches 11 having a certain width are arranged in parallel at a certain interval. For example, reactive ion etching is used as an etching technique. Then, an etching step for etching the silicon substrate 1 with an etching gas plasma and a protective film formation step for forming a sidewall protection film inside the trench with a deposition gas plasma are alternately repeated while switching, and a high aspect ratio ( For example, a trench having an aspect ratio of 60) is formed.

図5,6に示すトレンチエッチングを行う際に、規定されたトレンチ幅(以下、抜き幅と呼ぶ)に対して、より深いトレンチ11を形成して立体的なレンズ形状を得るためには、高アスペクト比(深さ/幅)のトレンチを形成する必要がある。
そこで、特開2000−299310号公報のエッチング技術を利用して、形成したトレンチ11の内面(側面と底面)に保護酸化膜を形成し、底面の酸化膜を反応性イオンエッチングにて除去し、この底面から引き続きシリコン基板1のエッチングを行うというように保護酸化膜の形成工程とトレンチ底部のエッチング工程を繰り返し行う。これにより、アスペクト比「60」程度まで断面プロファイルが極めて垂直なトレンチが得られる。このように、トレンチエッチングは、反応性イオンエッチングにてトレンチ11を形成し、このトレンチ内壁に保護用酸化膜を形成し、さらに、トレンチ底部の保護用酸化膜をエッチングした後にトレンチ11の底部から反応性イオンエッチングによりトレンチを更に深くすることにより、アスペクト比の高いトレンチを形成することができる。
When performing trench etching shown in FIGS. 5 and 6, in order to obtain a three-dimensional lens shape by forming a deeper trench 11 with respect to a prescribed trench width (hereinafter referred to as a "extracted width"), It is necessary to form an aspect ratio (depth / width) trench.
Therefore, using the etching technique of JP 2000-299310 A, a protective oxide film is formed on the inner surface (side surface and bottom surface) of the formed trench 11, and the oxide film on the bottom surface is removed by reactive ion etching, The protective oxide film forming step and the trench bottom etching step are repeated such that the silicon substrate 1 is continuously etched from the bottom surface. As a result, a trench having a very vertical cross-sectional profile up to an aspect ratio of about “60” can be obtained. Thus, in the trench etching, the trench 11 is formed by reactive ion etching, a protective oxide film is formed on the inner wall of the trench, and further, the protective oxide film at the bottom of the trench is etched, and then from the bottom of the trench 11. By deepening the trench by reactive ion etching, a trench with a high aspect ratio can be formed.

図14(a),(b)は、トレンチの変更例を示す説明図である。図14(a)に示すように、深くなるにつれて幅が狭くなる順テーパ形状のトレンチ11を形成してもよいし、図14(b)に示すように、底部から上部に向かう途中までは同じ幅で形成され、その途中から次第に幅が広くなる幅広部11aを有し、最上部が最も幅広となるトレンチ11を形成してもよい。例えば、保護用酸化膜を厚く残すように制御することにより、テーパ形状の部分を作ることができる。
なお、図5,6においてはトレンチエッチングより一定の幅のトレンチ11を一定の間隔で多数並設したが、これに限ることなく、例えば、幅が一定でないトレンチを並設したり、トレンチを一定でない間隔で多数並設してもよい。
FIGS. 14A and 14B are explanatory views showing a modification example of the trench. As shown in FIG. 14A, a forward taper-shaped trench 11 whose width becomes narrower as it becomes deeper may be formed, and as shown in FIG. 14B, it is the same from the bottom to the middle. A trench 11 having a wide portion 11a which is formed with a width and gradually becomes wider from the middle thereof may be formed. For example, a tapered portion can be formed by controlling the protective oxide film to remain thick.
5 and 6, a large number of trenches 11 having a constant width are arranged in parallel at regular intervals by trench etching. However, the present invention is not limited to this. For example, trenches having a non-constant width are arranged in parallel or the trenches are fixed. A large number may be arranged in parallel with each other.

また、マイクロレンズ形成領域において複数のトレンチ(多数並設するトレンチ)11は、同一方向に、かつ、光軸に対し平行に延設する。抜き幅と、トレンチ間の壁となるシリコン層13の幅(以下、残し幅と呼ぶ)との比率は、次の熱酸化工程において各シリコン層13が酸化シリコンに置き換えられた際に、各シリコン層間に間隙が残るように、かつ、間隙の上部が開口している状態となるように設定する。つまり、トレンチは、後の超臨界流体を流し込むときに、超臨界流体が流入不可能な隙間が形成されないように設定する。   In the microlens formation region, a plurality of trenches (a large number of trenches) 11 extend in the same direction and parallel to the optical axis. The ratio between the blank width and the width of the silicon layer 13 that serves as a wall between the trenches (hereinafter referred to as the remaining width) is determined when each silicon layer 13 is replaced with silicon oxide in the next thermal oxidation step. It is set so that a gap remains between the layers and the upper portion of the gap is open. That is, the trench is set so that a gap through which the supercritical fluid cannot flow is not formed when the subsequent supercritical fluid is poured.

図5,6において、光透過用ブロックの形状を規定する最外周部、つまり、レンズ形成領域の最外周(輪郭線)は、所定幅のシリコン層12で連結されるように光透過用ブロックの形成領域の周囲にトレンチ9を形成する。つまり、残し領域(12)で囲む。この輪郭線(12)のパターンによって光の入射面、出射面の曲率が規定され、パターン設計次第で任意の曲面が得られる(任意の面が得られる)。
また、輪郭線(12)となる残し領域の幅は、トレンチ11間の残し幅と同じか、それよりも細く設定する。つまり、連結したシリコン層12の幅は、トレンチ11間のシリコン層の幅以下にする。これは、以下の理由による。
5 and 6, the outermost peripheral part that defines the shape of the light transmitting block, that is, the outermost peripheral part (contour line) of the lens formation region is connected to the silicon layer 12 having a predetermined width. A trench 9 is formed around the formation region. That is, it is surrounded by a remaining area (12). The curvature of the light incident surface and the light exit surface is defined by the pattern of the contour line (12), and an arbitrary curved surface is obtained (an arbitrary surface is obtained) depending on the pattern design.
In addition, the width of the remaining region that becomes the outline (12) is set to be the same as or narrower than the remaining width between the trenches 11. That is, the width of the connected silicon layers 12 is set to be equal to or smaller than the width of the silicon layer between the trenches 11. This is due to the following reason.

図11(a),(b)は、シリコン層12,13の接続部分の拡大説明図である。図11(a)に示すように、レンズ形成領域の残し(14)と輪郭線(12)は、ほぼT字型に連結されるが、このT字部分の酸化膜の進行速度は他の部分よりも遅くなる。そのため、輪郭線(12)の残し幅W2がトレンチ11間の残し幅W1より大きいと、この部分に未酸化箇所8が出る可能性がある。それゆえ、図11(b)に示すように、輪郭線(12)となる残し領域の幅W2は、トレンチ11間の残し幅W1と同じか、それよりも細く設定する。これにより、シリコン層12,14が酸化されない領域を少なくすることができる。   FIGS. 11A and 11B are enlarged explanatory views of the connection portions of the silicon layers 12 and 13. As shown in FIG. 11 (a), the remaining lens forming region (14) and the contour line (12) are connected in a substantially T shape. Will be slower. Therefore, if the remaining width W2 of the contour line (12) is larger than the remaining width W1 between the trenches 11, there is a possibility that an unoxidized portion 8 appears in this portion. Therefore, as shown in FIG. 11B, the width W2 of the remaining region that becomes the contour line (12) is set to be the same as or narrower than the remaining width W1 between the trenches 11. Thereby, the area | region where the silicon layers 12 and 14 are not oxidized can be decreased.

また、図5,6において、レンズ形成領域の外側(光透過用ブロックの形成領域の周囲)に形成したトレンチ9は、光透過用ブロック内のトレンチ幅に比べて十分広い幅である。そして、光透過用ブロックの形成領域の周囲に形成するトレンチ9は、図8に示すごとく、熱酸化を行った後においてトレンチ内に空隙が残るようにする。これにより座屈を回避することができる。また、エッチング領域(トレンチ9)は、トレンチエッチング工程におけるマイクロローディング効果によってレンズ内部のトレンチ11よりも深くエッチングされる。この形状は光の入射、出射に際して光の経路を妨げないという点で重要である。つまり、シリコン基板1と一体的に形成したシリコン酸化物ブロック(3)は、その下に当該シリコン酸化物ブロック(3)と同形状のシリコン基板からなる連結部5を有していると、図10にL1で示す光の入射・出射の際に光の経路を妨げることを回避することができる。   5 and 6, the trench 9 formed outside the lens formation region (around the light transmission block formation region) is sufficiently wider than the trench width in the light transmission block. And as shown in FIG. 8, the trench 9 formed around the formation region of the light transmission block is left to have a void in the trench after thermal oxidation. Thereby, buckling can be avoided. Further, the etching region (trench 9) is etched deeper than the trench 11 inside the lens due to the microloading effect in the trench etching process. This shape is important in that it does not obstruct the light path when light enters and exits. That is, when the silicon oxide block (3) formed integrally with the silicon substrate 1 has a connecting portion 5 made of a silicon substrate having the same shape as the silicon oxide block (3) below, It is possible to avoid obstructing the light path when the light indicated by L1 in FIG.

ところで、通常、シリコンとシリコン酸化物(SiO)とでは熱による線膨張率に相違がある(20℃においてSi:2.6×10-6/℃、溶融石英:0.4〜0.55×10-6/℃、出典:理科年表)。したがって、熱応力による変形を説明するための平面図である図12に示すように、単純にトレンチエッチングにより板状のシリコンを残した後、熱酸化すると、冷却時に収縮量が違うことにより、板状のシリコン酸化物(SiO)に両側から応力がかかって座屈してしまう。このため、熱応力による変形を説明するための平面図である図13(a)に示すように、一方向に多数のトレンチ11を並べても上記の理由により、図13(b)に示すように熱酸化後、個々のシリコン酸化物層(SiO層)が座屈し、設計通りのレンズ形状が形成できない懸念が有る。 By the way, normally, silicon and silicon oxide (SiO 2 ) are different in thermal linear expansion coefficient (Si: 2.6 × 10 −6 / ° C. at 20 ° C., fused quartz: 0.4 to 0.55). × 10 -6 / ° C, Source: Science Chronology). Therefore, as shown in FIG. 12, which is a plan view for explaining deformation due to thermal stress, if the plate-like silicon is simply left by trench etching and then thermally oxidized, the amount of shrinkage differs during cooling, so that The silicon oxide (SiO 2 ) is buckled by stress from both sides. Therefore, as shown in FIG. 13A, which is a plan view for explaining deformation due to thermal stress, even if a large number of trenches 11 are arranged in one direction, as shown in FIG. After thermal oxidation, individual silicon oxide layers (SiO 2 layers) buckle, and there is a concern that the lens shape as designed cannot be formed.

そこで、この実施形態では、マイクロレンズを形成するため次の3つのことを行っている。
第1の工夫として、マイクロレンズを形成する領域の周囲をトレンチ(抜き領域)9で囲んでいる。つまり、光透過用ブロックの形成領域の周囲にトレンチ9を形成している。第2の工夫として、マイクロレンズの外周部分を輪郭線となる残し領域(12)で囲んでいる。第3の工夫として、トレンチ11の延設方向を光の透過する方向に平行にしている。即ち、多数並設するトレンチ11を光軸に対し平行に延設している。
Therefore, in this embodiment, the following three things are performed to form the microlens.
As a first contrivance, the region around the microlens is surrounded by a trench (extracted region) 9. That is, the trench 9 is formed around the formation region of the light transmission block. As a second contrivance, the outer peripheral portion of the microlens is surrounded by a remaining region (12) serving as a contour line. As a third idea, the extending direction of the trench 11 is made parallel to the light transmitting direction. That is, a large number of trenches 11 are arranged in parallel to the optical axis.

第1の工夫により、熱酸化後の降温時にレンズパターンが周囲のシリコンから押されることがなくなり、板状のシリコン酸化物(SiO)が座屈することがなくなる。また、第2の工夫により、マイクロレンズ領域の最外周部分を輪郭となる残し領域(12)で囲むことによって個々の板状のシリコン酸化物層(SiO層)が力学的に連結され、座屈したり倒れたりするのを防止できる。また、輪郭線となる残し領域(12)のパターニングによってレンズ面を規定できるので、パターン設計次第によって任意曲率のレンズ面を得ることができる。また、第3の工夫により、個々の板状のシリコン酸化物層(SiO層)が相互に隣接する界面を光の透過方向に対して平行にすることができるため、この部分での光の反射、散乱等によるレンズとしての透過率(光の透過)の低下を最小限に抑えることができる。
なお、上述のトレンチの形成工程が、本出願の請求項1または請求項2に記載の第1工程に対応する。
With the first device, the lens pattern is not pushed from the surrounding silicon when the temperature is lowered after thermal oxidation, and the plate-like silicon oxide (SiO 2 ) is not buckled. Further, by the second device, the outermost peripheral portion of the microlens region is surrounded by a remaining region (12) which is a contour, whereby the individual plate-like silicon oxide layers (SiO 2 layers) are mechanically connected, and the seat It can prevent bending and falling. Further, since the lens surface can be defined by patterning the remaining region (12) that becomes the contour line, a lens surface having an arbitrary curvature can be obtained depending on the pattern design. Further, the third device makes it possible to make the interfaces adjacent to each other in the form of individual plate-like silicon oxide layers (SiO 2 layers) parallel to the light transmission direction. It is possible to minimize a decrease in transmittance (light transmission) as a lens due to reflection, scattering, and the like.
The above-described trench forming process corresponds to the first process described in claim 1 or claim 2 of the present application.

(アニール処理)
次に、基板全体を水素雰囲気中でアニール処理してトレンチ側壁での表面粗さを小さくする。このエッチング後のトレンチ側壁表面、特にレンズ形成領域の最外周部を規定する側壁表面の平坦性は、この面が光の入射あるいは出射する面となるため重要であり、この後、熱酸化を行うことで平滑な表面を持つレンズ面を得ることができる。この技術に関しては特開2002−231945号公報に開示されている。
(Annealing treatment)
Next, the entire substrate is annealed in a hydrogen atmosphere to reduce the surface roughness on the trench sidewalls. The flatness of the trench sidewall surface after this etching, particularly the sidewall surface that defines the outermost peripheral portion of the lens formation region is important because this surface becomes a surface on which light enters or exits, and thermal oxidation is performed thereafter. Thus, a lens surface having a smooth surface can be obtained. This technique is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-231945.

(酸化膜マスクの除去)
次に、図7に示すように、酸化膜マスク10をフッ酸溶液への浸漬等により除去する。
(Removal of oxide mask)
Next, as shown in FIG. 7, the oxide film mask 10 is removed by immersion in a hydrofluoric acid solution or the like.

(熱酸化)
次に、図8に示すように、各シリコン層13を熱酸化することにより、シリコン酸化物層14に置換える。この熱酸化は、各シリコン層間がシリコン酸化物で埋まらず、幅の狭くなったトレンチ11が残るように行う。また、トレンチ11の上部に開口部が残るように行う。つまり、次の工程において超臨界流体がトレンチ11に流入できるようにしておく。
(Thermal oxidation)
Next, as shown in FIG. 8, each silicon layer 13 is thermally oxidized to replace the silicon oxide layer 14. This thermal oxidation is performed so that each silicon layer is not filled with silicon oxide and a narrow trench 11 remains. Further, the opening is left above the trench 11. That is, the supercritical fluid is allowed to flow into the trench 11 in the next step.

(トレンチの埋め込み)
次に、シリコン酸化物を生成する化合物が溶解された超臨界流体を各トレンチ11に流し込み、各トレンチ11の内壁面で上記化合物が分解を含む化学変化することでシリコン酸化物を上記内壁面に成膜し、各トレンチ11をシリコン酸化物で埋め込む。図9に示すように、シリコン酸化物層14間のトレンチ11には、超臨界流体により埋め込まれたシリコン酸化物からなる埋め込み層15が形成されている。この実施形態では、臨界温度および臨界圧力が低いために臨界状態になり易く、制御し易いという理由から、主成分が二酸化炭素の超臨界流体を用いる。
超臨界流体は、気体の性質(拡散性)と、液体の性質(溶解性)とを有し、かつ、その密度を連続して大幅に変化できる特長を持っている。したがって、気体の性質を持つ超臨界流体は狭い間隙にも入り込み、各トレンチ11をシリコン酸化物で隙間なく埋め込むことができる。また、トレンチ11の内部に凹凸があったり、上部開口部が狭くなっているような場合であっても、超臨界流体は、トレンチの隅々まで行き渡るため、トレンチ11をシリコン酸化物で隙間なく埋め込むことができる。
これにより、シリコン基板1と一体的なマイクロレンズ(光透過用ブロック)3が形成される。
なお、図14(a),(b)に示したように、トレンチの上部を幅広に形成しておけば、トレンチ11に成膜されたシリコン酸化物によってトレンチ11の上部が狭くなってしまうおそれがないため、トレンチ11の内部に埋め残しが発生するおそれがない。
そして、最後に、マイクロレンズ周囲を所定の寸法でダイシングカットする。これにより、図1に示すように、シリンドリカルレンズが得られる。上述のトレンチの埋め込み工程が、本出願の請求項1または請求項2に記載の第2工程に対応する。
なお、透過率向上のために、必要に応じて基板全体に反射防止膜をコーティングしてもよい。
(Trench filling)
Next, a supercritical fluid in which a compound that forms silicon oxide is dissolved is poured into each trench 11, and the above-described compound undergoes chemical change including decomposition on the inner wall surface of each trench 11, so that silicon oxide is introduced into the inner wall surface. A film is formed and each trench 11 is filled with silicon oxide. As shown in FIG. 9, a buried layer 15 made of silicon oxide buried with a supercritical fluid is formed in the trench 11 between the silicon oxide layers 14. In this embodiment, a supercritical fluid whose main component is carbon dioxide is used because the critical temperature and the critical pressure are low, so that a critical state is easily obtained and control is easy.
A supercritical fluid has a gas property (diffusibility) and a liquid property (solubility), and has the feature that its density can be changed drastically continuously. Therefore, a supercritical fluid having a gas property can enter a narrow gap, and each trench 11 can be filled with silicon oxide without any gap. Even if the trench 11 has irregularities or the upper opening is narrow, the supercritical fluid reaches every corner of the trench. Can be embedded.
Thereby, the microlens (light transmission block) 3 integral with the silicon substrate 1 is formed.
As shown in FIGS. 14A and 14B, if the upper portion of the trench is formed wide, the upper portion of the trench 11 may be narrowed by silicon oxide formed in the trench 11. Therefore, there is no possibility that unfilled portions are generated inside the trench 11.
Finally, dicing cutting is performed around the microlens with a predetermined dimension. Thereby, as shown in FIG. 1, a cylindrical lens is obtained. The trench filling step described above corresponds to the second step according to claim 1 or claim 2 of the present application.
In order to improve the transmittance, an antireflection film may be coated on the entire substrate as necessary.

[第1実施形態の効果]
以上のように、上記第1実施形態の光学素子の製造方法によれば、シリコン酸化物を生成する化合物が溶解された超臨界状態の二酸化炭素を、シリコン基板1の基板面上に並設されたシリコン酸化物層14間の各トレンチ11に流し込み、各トレンチ11をシリコン酸化物で成膜することにより、各トレンチ11がシリコン酸化物によって隙間なく埋め込まれた状態のマイクロレンズ3を形成することができる。
したがって、残存する隙間による回折現象、散乱現象が発生して効率が低下するおそれのないマイクロレンズ3を製造することができる。
また、超臨界流体は、CVDに代表される気相法に比べて密度が高いため、シリコン酸化物を高濃度に溶かし込めるので、大量の酸化シリコンを短時間で各トレンチ内に供給することができる。
従って、気相法よりも短い時間で各トレンチを酸化シリコンで埋め込むことができる。
[Effect of the first embodiment]
As described above, according to the method of manufacturing the optical element of the first embodiment, supercritical carbon dioxide in which a compound that generates silicon oxide is dissolved is arranged on the substrate surface of the silicon substrate 1 in parallel. The microlenses 3 are formed in such a manner that the trenches 11 are filled with silicon oxide without gaps by flowing into the trenches 11 between the silicon oxide layers 14 and forming the trenches 11 with silicon oxide. Can do.
Therefore, it is possible to manufacture the microlens 3 that does not cause a decrease in efficiency due to a diffraction phenomenon or a scattering phenomenon due to the remaining gap.
In addition, since the supercritical fluid has a higher density than the vapor phase method represented by CVD, silicon oxide can be dissolved at a high concentration, so that a large amount of silicon oxide can be supplied into each trench in a short time. it can.
Therefore, each trench can be filled with silicon oxide in a shorter time than the vapor phase method.

<第2実施形態>
次に、第2実施形態について図15ないし図18を参照して説明する。この実施形態は、各トレンチの埋め込み後にマイクロレンズ形成領域周辺を除去することを特徴とする。
図15は、トレンチが形成されたシリコン基板の縦断面図であり、図16は、図15に示すシリコン基板が熱酸化された状態を示す縦断面図である。図17は、図16に示すシリコン基板の各トレンチがシリコン酸化物により埋め込まれた状態を示す縦断面図であり、図18は、図17に示すシリコン酸化物ブロックの周辺が除去された状態を示す縦断面図である。なお、前述の第1実施形態と同じ構成および工程については説明を省略し、同じ構成については同じ符号を用いる。
Second Embodiment
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. This embodiment is characterized in that the periphery of the microlens formation region is removed after each trench is buried.
FIG. 15 is a longitudinal sectional view of a silicon substrate in which a trench is formed, and FIG. 16 is a longitudinal sectional view showing a state where the silicon substrate shown in FIG. 15 is thermally oxidized. 17 is a longitudinal sectional view showing a state in which each trench of the silicon substrate shown in FIG. 16 is buried with silicon oxide, and FIG. 18 shows a state in which the periphery of the silicon oxide block shown in FIG. 17 is removed. It is a longitudinal cross-sectional view shown. In addition, description is abbreviate | omitted about the same structure and process as above-mentioned 1st Embodiment, and the same code | symbol is used about the same structure.

図15に示すように、酸化膜マスクが除去されたシリコン基板1には、図6に示した凹部2が形成されていない点で第1実施形態と異なる。第1実施形態と同様の熱処理を行うことにより、図16に示すように、各シリコン層13をシリコン酸化物層14に置換える。次に、第1実施形態と同様にシリコン酸化物を生成する化合物が溶解された超臨界状態の二酸化炭素を各トレンチ11に流し込み、各トレンチ11をシリコン酸化物で隙間なく埋め込む。   As shown in FIG. 15, the silicon substrate 1 from which the oxide film mask has been removed differs from the first embodiment in that the recess 2 shown in FIG. 6 is not formed. By performing the same heat treatment as in the first embodiment, each silicon layer 13 is replaced with a silicon oxide layer 14 as shown in FIG. Next, as in the first embodiment, carbon dioxide in a supercritical state in which a compound that generates silicon oxide is dissolved is poured into each trench 11, and each trench 11 is filled with silicon oxide without any gap.

次に、シリコン酸化物ブロックの上面をエッチングマスクで遮蔽し、マイクロレンズ形成領域周辺をエッチングする。エッチングにより除去された領域の下部が、シリコン酸化物ブロックと同等の深さになったときにエッチングを停止する。これにより、図18に示すように、シリコン基板1の基板面上にマイクロレンズ3が形成される。
この実施形態では、水酸化カリウム(KOH)水溶液または水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)水溶液を用いて異方性エッチングを行う。また、シリコン基板1の面方位は(110)であるため、上記の水溶液を用いることにより、基板面に対して垂直にエッチングすることができるので、シリコン酸化物ブロック(マイクロレンズ)の外周面を正確に目標の形状に制御することができ、かつ、欠陥を形成しないようにすることができる。
なお、上述のマイクロレンズ形成領域周辺を除去する工程が、本願の請求項2に記載の第3工程に対応する。
Next, the upper surface of the silicon oxide block is shielded with an etching mask, and the periphery of the microlens formation region is etched. The etching is stopped when the lower portion of the region removed by the etching becomes the same depth as the silicon oxide block. Thereby, as shown in FIG. 18, the microlens 3 is formed on the substrate surface of the silicon substrate 1.
In this embodiment, anisotropic etching is performed using a potassium hydroxide (KOH) aqueous solution or a tetramethylammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution. In addition, since the surface orientation of the silicon substrate 1 is (110), it is possible to etch perpendicularly to the substrate surface by using the above aqueous solution, so that the outer peripheral surface of the silicon oxide block (microlens) is It is possible to accurately control the target shape and prevent defects from being formed.
In addition, the process of removing the periphery of the above-mentioned microlens formation area | region respond | corresponds to the 3rd process of Claim 2 of this application.

[第2実施形態の効果]
以上のように、第2実施形態の光学素子の製造方法によっても、シリコン酸化物を生成する化合物が溶解された超臨界状態の二酸化炭素を、シリコン基板1の基板面上に並設されたシリコン酸化物層14間の各トレンチ11に流し込み、各トレンチ11をシリコン酸化物で成膜することにより、各トレンチ11がシリコン酸化物によって隙間なく埋め込まれた状態のマイクロレンズ3を形成することができる。
したがって、残存する隙間による回折現象、散乱現象が発生して効率が低下するおそれのないマイクロレンズ3を製造することができる。
また、超臨界流体は、CVDに代表される気相法に比べて密度が高いため、シリコン酸化物を生成する化合物を高濃度に溶かし込めるので、大量の酸化シリコンを短時間で各トレンチ内に供給することができる。
従って、気相法よりも短い時間で各トレンチを酸化シリコンで埋め込むことができる。
[Effects of Second Embodiment]
As described above, even when the optical element manufacturing method according to the second embodiment is used, silicon in which supercritical carbon dioxide in which a compound that generates silicon oxide is dissolved is arranged on the substrate surface of the silicon substrate 1 in parallel. By flowing into each trench 11 between the oxide layers 14 and forming each trench 11 with silicon oxide, the microlens 3 in a state where each trench 11 is filled with silicon oxide without gaps can be formed. .
Therefore, it is possible to manufacture the microlens 3 that does not cause a decrease in efficiency due to a diffraction phenomenon or a scattering phenomenon due to the remaining gap.
In addition, since supercritical fluid has a higher density than the vapor phase method typified by CVD, a compound that generates silicon oxide is dissolved at a high concentration, so that a large amount of silicon oxide can be placed in each trench in a short time. Can be supplied.
Therefore, each trench can be filled with silicon oxide in a shorter time than the vapor phase method.

<第3実施形態>
次に、この発明の第3実施形態について図19ないし図21を参照して説明する。
図19(a)〜(c)および図20(a),(b)は光学素子の変更例を示す平面図である。図21(a),(b)は複数の光学素子が形成された状態の平面図である。
図19(a)においては、前述の第1および第2実施形態において製造した平凸型のシリンドリカルレンズを図示しているが、輪郭線の設計次第で、図19(b)のごとく両凸レンズ、図19(c)のごとく両凹レンズ、図20(a)のごとく平凹レンズ、図20(b)のごとくメニスカスレンズ等、任意形状のレンズを形成可能である。また、高NAのレンズも形成可能である。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIGS. 19A to 19C and FIGS. 20A and 20B are plan views showing modified examples of optical elements. FIGS. 21A and 21B are plan views showing a state in which a plurality of optical elements are formed.
In FIG. 19A, the plano-convex cylindrical lens manufactured in the first and second embodiments described above is illustrated. However, depending on the design of the contour line, a biconvex lens as shown in FIG. A lens having an arbitrary shape such as a biconcave lens as shown in FIG. 19C, a plano-concave lens as shown in FIG. 20A, and a meniscus lens as shown in FIG. 20B can be formed. A high NA lens can also be formed.

さらに、複数のパターンを用意しておけば一括して作り込めるため、例えば、図21(a)に示すようにレンズアレイや、図21(b)に示すように、同一の光軸上に並んだ複数種類のレンズ群を形成できる。また、図21(b)に示すように、レンズのみならず、スリット等も同時に作り込むことができる。さらに、図示しないがプリズムも同時に作り込むこともできる。   Furthermore, since a plurality of patterns can be prepared in a lump, for example, a lens array as shown in FIG. 21A or a line on the same optical axis as shown in FIG. Multiple types of lens groups can be formed. Further, as shown in FIG. 21B, not only lenses but also slits can be formed at the same time. Further, although not shown, a prism can be formed at the same time.

このように、複数のレンズ(レンズアレイ)、あるいは、レンズ、プリズム、スリットを一緒にパターニングし、トレンチエッチング、熱酸化工程、超臨界流体によるトレンチの埋め込み工程を経ることで一括してこれら部品を基板に作り込むことができる。この場合、多数のレンズアレイであろうと、光が複数のレンズを通る複雑な光学系であろうと、1枚のマスクから一括して基板にパターニングして形成することができ、特に、後者の場合については、微小な光学系において非常に厄介な問題となる個々の光学部品の光軸合わせという問題を解消することができる。広義には、マスクとして、レンズ、光導波路、プリズムおよびスリットのうちの少なくとも1つを含む複数の光学部品を形成するためのものを用いて、トレンチエッチング、熱酸化工程、超臨界流体によるトレンチの埋め込み工程を経ることにより一括してシリコン基板に作り込むようにすると、光軸の位置合わせは不要となる。つまり、光学素子の構造として、シリコン基板に、レンズと光導波路とスリットのうちの少なくとも一つを含む複数の光学部品を作り込むと、光軸の位置合わせは不要となる。   In this way, a plurality of lenses (lens array) or lenses, prisms, and slits are patterned together, and these parts are collectively processed through trench etching, thermal oxidation process, and trench filling process using supercritical fluid. Can be built into the substrate. In this case, whether it is a large number of lens arrays or a complicated optical system in which light passes through a plurality of lenses, it can be formed by patterning on a substrate from a single mask, especially in the latter case. With respect to the above, the problem of optical axis alignment of individual optical components, which is a very troublesome problem in a minute optical system, can be solved. In a broad sense, a mask is used to form a plurality of optical components including at least one of a lens, an optical waveguide, a prism, and a slit. If the silicon substrate is fabricated in a lump through the embedding process, the alignment of the optical axis becomes unnecessary. In other words, when a plurality of optical components including at least one of a lens, an optical waveguide, and a slit are formed in the silicon substrate as the structure of the optical element, the alignment of the optical axis is not necessary.

<第4実施形態>
次に、この発明の第4実施形態を、第1の実施の形態との相違点を中心に説明する。
図22は、この実施形態における光学素子の平面図であり、図23は、図22のA−A矢視断面図である。
この実施形態においては、シリコン基板1には当該シリコン基板1とは別体構造のシリンドリカルレンズ21が嵌め込まれ、このシリンドリカルレンズ21とシリンドリカルレンズ20とを光学的に結合している。シリンドリカルレンズ20は、入射光に対して水平方向のみコリメートあるいは集光する機能をもつが、これに別体のシリンドリカルレンズ21を組み合わせている。これにより、垂直方向のコリメートあるいは集光が可能になる。
<Fourth embodiment>
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described focusing on differences from the first embodiment.
FIG. 22 is a plan view of the optical element in this embodiment, and FIG. 23 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
In this embodiment, a cylindrical lens 21 having a separate structure from the silicon substrate 1 is fitted into the silicon substrate 1, and the cylindrical lens 21 and the cylindrical lens 20 are optically coupled. The cylindrical lens 20 has a function of collimating or condensing only incident light with respect to the horizontal direction, and a separate cylindrical lens 21 is combined with this. This allows collimation or light collection in the vertical direction.

別体となるシリンドリカルレンズ21は、あらかじめシリコン基板1側に組み込み用の穴22をエッチング等であけておいて、そこに嵌め込むことでセットする。この光学系により例えば半導体レーザ23のコリメートが可能になる。通常、半導体レーザ23は水平方向と垂直方向とではビームの広がり角度が大きく異なるため、コリメートするにはそれぞれの方向に対応した2個のシリンドリカルレンズを組み合わせる必要がある。その場合、このような構成を用いることになる。つまり、シリコン基板1にシリンドリカルレンズ20を作り込むとともにシリコン基板1に穴22を形成し、この穴22にシリンドリカルレンズ21を嵌め込み、一対のシリンドリカルレンズ20,21により横方向、縦方向に広がる光束を個別に集光する構成とすることができる(上下方向においても集光することが可能となる)。
なお、シリコン基板1に嵌め込むレンズとしてシリンドリカルレンズの例を示したが、円柱状レンズなどを用いてもよい。
The cylindrical lens 21, which is a separate body, is set by fitting a hole 22 for mounting on the silicon substrate 1 side in advance by etching or the like. This optical system makes it possible to collimate the semiconductor laser 23, for example. Usually, the semiconductor laser 23 differs greatly in the beam divergence angle between the horizontal direction and the vertical direction. Therefore, in order to collimate, it is necessary to combine two cylindrical lenses corresponding to the respective directions. In that case, such a configuration is used. That is, the cylindrical lens 20 is formed in the silicon substrate 1 and the hole 22 is formed in the silicon substrate 1. The cylindrical lens 21 is fitted into the hole 22, and the light beam spreading in the horizontal and vertical directions by the pair of cylindrical lenses 20 and 21. It can be set as the structure which condenses separately (it becomes possible to condense also in the up-down direction).
In addition, although the example of the cylindrical lens was shown as a lens fitted in the silicon substrate 1, a cylindrical lens etc. may be used.

<第5実施形態>
次に、この発明の第5実施形態を、第1の実施の形態との相違点を中心に説明する。図24は、この実施形態における光学素子の斜視図である。
この実施形態においてはレンズ3と共に光導波路55を形成している。光導波路55は、レンズ3と同じ方法で形成できる。つまり、周期的なトレンチ構造において、トレンチ本数が少なく、かつ長手方向に極端に長いパターンを形成すれば、ライン状のシリコン酸化物ブロック、つまり光導波路55を形成できる。
例えば、トレンチを挟んだシリコン層が2つ、長手方向に並ぶパターンに対し、D−RIE、熱酸化工程、超臨界流体によるトレンチの埋め込み工程を実施することによって光導波路55を形成できる。光導波路55内では、上下方向には屈折率の差があり、最も屈折率が高い中央付近に光は閉じ込められる。横方向には光導波路55の周囲はオープンスペースであるため、光導波路55内に光は閉じ込められる。この光導波路55はパターン次第で任意形状に形成できる。また、レンズ3と同時に形成できるためレンズ3とのカップリングに際しての位置合わせは不要である。
<Fifth Embodiment>
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described focusing on differences from the first embodiment. FIG. 24 is a perspective view of the optical element in this embodiment.
In this embodiment, an optical waveguide 55 is formed together with the lens 3. The optical waveguide 55 can be formed by the same method as the lens 3. That is, in a periodic trench structure, a line-shaped silicon oxide block, that is, an optical waveguide 55 can be formed by forming a pattern with a small number of trenches and an extremely long length in the longitudinal direction.
For example, the optical waveguide 55 can be formed by performing D-RIE, a thermal oxidation process, and a trench filling process using a supercritical fluid on a pattern in which two silicon layers sandwiching the trench are arranged in the longitudinal direction. In the optical waveguide 55, there is a difference in refractive index in the vertical direction, and light is confined near the center where the refractive index is the highest. In the lateral direction, since the periphery of the optical waveguide 55 is an open space, the light is confined in the optical waveguide 55. The optical waveguide 55 can be formed in an arbitrary shape depending on the pattern. Further, since it can be formed at the same time as the lens 3, alignment at the time of coupling with the lens 3 is unnecessary.

また、光導波路は、パターン次第で1本から複数本に、またその逆も可能であるため、複数のレンズアレイに分配して入射させるような光学系が一括形成できる。具体例を図25の斜視図に示すとともに、図26にはその平面図を示す。
図25,26において、複数の水平方向用シリンドリカルレンズ60が形成されるとともに、この各水平方向用シリンドリカルレンズ60に対し垂直方向用シリンドリカルレンズ61が対向するように配置されている。さらに、各水平方向用シリンドリカルレンズ60に対し光導波路62がそれぞれ光学的に結合され、さらに各光導波路62は一本に集合している。この集合した光導波路62の端面には光ファイバ63の端面が対向して設けられている。垂直方向用シリンドリカルレンズ61および光ファイバ63は基板50に嵌め込まれている。この場合、水平方向用シリンドリカルレンズ60と光導波路62については位置合わせが不要となり、また、垂直方向用シリンドリカルレンズ61と光ファイバ63も基板50への嵌め込みにて位置合わせが容易となる。さらに、単純な構造のため光結合効率低下が少ない。また、量産性に優れ、低コスト化することが可能である。
このように、シリコン基板と一体的に形成したシリコン酸化物ブロックは、光導波路であったり、マイクロレンズと光導波路であってもよい。
In addition, since the optical waveguide can be changed from one to plural and vice versa depending on the pattern, it is possible to collectively form an optical system in which the light is distributed and incident on a plurality of lens arrays. A specific example is shown in the perspective view of FIG. 25, and FIG.
25 and 26, a plurality of horizontal-direction cylindrical lenses 60 are formed, and a vertical-direction cylindrical lens 61 is disposed to face each of the horizontal-direction cylindrical lenses 60. Furthermore, optical waveguides 62 are optically coupled to the horizontal cylindrical lenses 60, and the optical waveguides 62 are assembled into one. The end face of the optical fiber 63 is provided opposite to the end face of the assembled optical waveguide 62. The vertical-direction cylindrical lens 61 and the optical fiber 63 are fitted into the substrate 50. In this case, the horizontal cylindrical lens 60 and the optical waveguide 62 need not be aligned, and the vertical cylindrical lens 61 and the optical fiber 63 can be easily aligned by being fitted into the substrate 50. Furthermore, since the structure is simple, there is little decrease in optical coupling efficiency. Further, it is excellent in mass productivity and can be reduced in cost.
Thus, the silicon oxide block formed integrally with the silicon substrate may be an optical waveguide, or a microlens and an optical waveguide.

[その他の実施形態]
シリコン酸化物により形成された物と同等の屈折率を有する物を形成可能な生成物を生じる化合物を超臨界流体に溶解することにより、その化合物より生じた生成物によって各間隙を隙間なく埋め込むこともできる。例えば、上記の生成物として、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウムおよびアルミナの屈折率は、それぞれ1.43、1.38、1.58〜1.60であり、シリコン酸化物の1.2〜8と略等しい。これらの物質で埋め込んでもシリコン酸化物で埋め込んだ場合に近い効果が得られ、回折の効果が抑制され、また界面での反射が抑えられ散乱が低減し、実質の透過効率を大きく下げることがない。
また、超臨界流体に溶かし込む化合物には、有機化合物が適する。これは超臨界流体への溶解が容易で、また100〜300℃程度の低温で分解されるためである。低温での成膜が可能になれば、温度上昇・降下の時間が短くなり、効率的な成膜が可能になり、装置的にも平易なもので可能になる。シリコン酸化物を形成する具体的な化合物としてTMOS(テトラメトキシシラン)などが挙げられる。
[Other Embodiments]
By dissolving in a supercritical fluid a compound that produces a product capable of forming an object having a refractive index equivalent to that formed by silicon oxide, each gap is filled without gaps by the product produced from the compound. You can also. For example, as the above products, the refractive indexes of calcium fluoride, magnesium fluoride, and alumina are 1.43, 1.38, and 1.58 to 1.60, respectively, and are approximately equal to 1.2 to 8 of silicon oxide. Even if it is embedded with these materials, the effect similar to that when embedded with silicon oxide is obtained, the effect of diffraction is suppressed, the reflection at the interface is suppressed, the scattering is reduced, and the substantial transmission efficiency is not greatly reduced. .
An organic compound is suitable for the compound dissolved in the supercritical fluid. This is because it is easily dissolved in a supercritical fluid and is decomposed at a low temperature of about 100 to 300 ° C. If film formation at a low temperature becomes possible, the temperature rise / drop time is shortened, efficient film formation becomes possible, and the apparatus can be made simple. A specific compound for forming silicon oxide includes TMOS (tetramethoxysilane) and the like.

第1実施形態に係る光学素子の製造方法により製造された光学素子の斜視図である。It is a perspective view of the optical element manufactured by the manufacturing method of the optical element which concerns on 1st Embodiment. 図1に示す光学素子の説明図であり、(a)は図1に示す光学素子の平面図、図2(b)は図1のA−A矢視断面図である。2A and 2B are explanatory views of the optical element shown in FIG. 1, wherein FIG. 2A is a plan view of the optical element shown in FIG. 1, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. シリコン基板の基板面に酸化膜マスクが配置された状態を示す平面図である。It is a top view which shows the state by which the oxide film mask is arrange | positioned at the board | substrate surface of a silicon substrate. 図3のA−A矢視断面図である。It is AA arrow sectional drawing of FIG. 図3の状態からトレンチが形成された状態を示す平面図である。It is a top view which shows the state in which the trench was formed from the state of FIG. 図5のA−A矢視断面図である。It is AA arrow sectional drawing of FIG. 図6の状態から酸化膜マスクが除去された状態を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state where an oxide film mask has been removed from the state of FIG. 6. 図7の状態から熱酸化を行った状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which thermally oxidized from the state of FIG. トレンチがシリコン酸化物で埋め込まれた状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state by which the trench was embedded with the silicon oxide. 光学素子20の縦断面図である。2 is a longitudinal sectional view of an optical element 20. FIG. (a),(b)は、シリコン層12,13の接続部分の拡大説明図である。(A), (b) is an expansion explanatory drawing of the connection part of the silicon layers 12 and 13. FIG. 熱応力による変形を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the deformation | transformation by a thermal stress. (a),(b)は、熱応力による変形を説明するための平面図である。(A), (b) is a top view for demonstrating the deformation | transformation by a thermal stress. (a),(b)は、トレンチの変更例を示す説明図である。(A), (b) is explanatory drawing which shows the example of a change of a trench. 第2実施形態においてトレンチが形成されたシリコン基板の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the silicon substrate in which the trench was formed in 2nd Embodiment. 図15に示すシリコン基板が熱酸化された状態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the state by which the silicon substrate shown in FIG. 15 was thermally oxidized. 図16に示すシリコン基板の各トレンチがシリコン酸化物により埋め込まれた状態を示す縦断面図である。FIG. 17 is a longitudinal sectional view showing a state in which each trench of the silicon substrate shown in FIG. 16 is buried with silicon oxide. 図17に示すシリコン酸化物ブロックの周辺が除去された状態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the state from which the periphery of the silicon oxide block shown in FIG. 17 was removed. (a)〜(c)は、第3実施形態における光学素子の変更例を示す平面図である。(A)-(c) is a top view which shows the example of a change of the optical element in 3rd Embodiment. (a),(b)は光学素子の変更例を示す平面図である。(A), (b) is a top view which shows the example of a change of an optical element. (a),(b)は複数の光学素子が形成された状態の平面図である。(A), (b) is a top view in the state where a plurality of optical elements were formed. 第4実施形態における光学素子の平面図である。It is a top view of the optical element in 4th Embodiment. 図22のA−A矢視断面図である。It is AA arrow sectional drawing of FIG. 第5実施形態における光学素子の斜視図である。It is a perspective view of the optical element in 5th Embodiment. 第5実施形態における光学素子の斜視図である。It is a perspective view of the optical element in 5th Embodiment. 第5実施形態における光学素子の平面図である。It is a top view of the optical element in 5th Embodiment. トレンチ内に隙間が残った状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state in which the clearance gap remained in the trench.

符号の説明Explanation of symbols

1・・シリコン基板、2・・凹部、3・・マイクロレンズ(ブロック)、
4・・柱構造体(構造体)、5・・連結部、6・・空隙、7・・高出力レーザ、
10・・酸化膜マスク、10a・・開口部、11・・トレンチ(間隙)、
12・・シリコン層、13・・シリコン層、14・・シリコン酸化物層、
15・・埋め込み層、55・・光導波路。
1 .... Silicon substrate, 2 .... Recess, 3 .... Micro lens (block),
4 .. Column structure (structure) 5 .. Connection part 6 .. Air gap 7.
10 .. Oxide film mask, 10a ... Opening, 11. Trench (gap),
12 ... Silicon layer, 13 ... Silicon layer, 14 ... Silicon oxide layer,
15 .. buried layer, 55 .. optical waveguide.

Claims (30)

光が透過する少なくともシリコン酸化物からなるブロックを有する光学素子の製造方法において、
シリコン酸化物からなる複数の構造体が、各構造体間に間隙を隔ててシリコン基板の基板面上に並設された状態を作り出す第1工程と、
所定の化合物が溶解された超臨界流体を各構造体間の各間隙に流し込み、各間隙が前記所定の化合物より生じた生成物によって埋め込まれた状態にすることにより前記ブロックを形成する第2工程とを有することを特徴とする光学素子の製造方法。
In the method of manufacturing an optical element having a block made of at least silicon oxide that transmits light,
A first step of creating a state in which a plurality of structures made of silicon oxide are arranged side by side on a substrate surface of a silicon substrate with a gap between the structures;
A second step of forming the block by pouring a supercritical fluid in which a predetermined compound is dissolved into each gap between the structures, and filling each gap with a product generated from the predetermined compound. The manufacturing method of the optical element characterized by having these.
光が透過する少なくともシリコン酸化物からなるブロックを有する光学素子の製造方法において、
シリコン酸化物からなる複数の構造体が、各構造体間に間隙を隔ててシリコン基板の内部において並設された状態を作り出す第1工程と、
所定の化合物が溶解された超臨界流体を各構造体間の各間隙に流し込み、各間隙が前記所定の化合物より生じた生成物によって埋め込まれた状態にする第2工程と、
前記生成物によって埋め込まれた状態の前記各構造体からなる部分の周辺部を除去することにより前記ブロックを形成する第3工程とを有することを特徴とする光学素子の製造方法。
In the method of manufacturing an optical element having a block made of at least silicon oxide that transmits light,
A first step of creating a state in which a plurality of structures made of silicon oxide are juxtaposed inside a silicon substrate with a gap between each structure;
A second step in which a supercritical fluid in which a predetermined compound is dissolved is poured into each gap between the structures, and each gap is filled with a product generated from the predetermined compound;
And a third step of forming the block by removing a peripheral portion of the portion of each structure embedded in the product.
前記第3工程では、前記各構造体からなる部分の周辺部を除去する処理を前記シリコン基板の基板面から行い、除去された領域の下部が前記各構造体と同等の深さになったときに前記処理を停止することを特徴とする請求項2に記載の光学素子の製造方法。   In the third step, the process of removing the peripheral portion of the portion made of each structure is performed from the substrate surface of the silicon substrate, and the lower portion of the removed region has the same depth as each structure. The method according to claim 2, wherein the process is stopped. 前記第3工程は、エッチングにより前記周辺部を除去する工程であることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の光学素子の製造方法。   The method of manufacturing an optical element according to claim 2, wherein the third step is a step of removing the peripheral portion by etching. 前記エッチングは異方性エッチングであることを特徴とする請求項4に記載の光学素子の製造方法。   The method for manufacturing an optical element according to claim 4, wherein the etching is anisotropic etching. 前記異方性エッチングは、水酸化カリウム(KOH)水溶液または水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)水溶液を用いた異方性エッチングであることを特徴とする請求項5に記載の光学素子の製造方法。   6. The method of manufacturing an optical element according to claim 5, wherein the anisotropic etching is anisotropic etching using a potassium hydroxide (KOH) aqueous solution or a tetramethylammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution. 前記第1工程では、パターニングしたマスクを用いてシリコン基板をエッチングすることにより前記複数の構造体を形成することを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法。   The optical element according to any one of claims 1 to 6, wherein in the first step, the plurality of structures are formed by etching a silicon substrate using a patterned mask. Production method. 前記第1工程では、深くなるにつれて幅が狭くなる間隙が形成されるように、シリコン酸化物からなる複数の構造体が、各構造体間に間隙を隔てて並設された状態を作り出すことを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法。   In the first step, a structure in which a plurality of structures made of silicon oxide are arranged in parallel with a gap between each structure is formed so that a gap whose width becomes narrower as the depth increases. The method for manufacturing an optical element according to claim 1, wherein the optical element is manufactured. 前記第1工程では、底部から上部に向かう途中から次第に幅広になり、最上部が最も幅広となる間隙が形成されるように、シリコン酸化物からなる複数の構造体が、各構造体間に間隙を隔てて並設された状態を作り出すことを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法。   In the first step, a plurality of structures made of silicon oxide are formed between the structures so as to form a gap that gradually becomes wider from the bottom toward the top and that the top becomes the widest. 8. The method for manufacturing an optical element according to claim 1, wherein a state of being arranged side by side is created. 9. 前記第1工程では、前記各構造体を、それぞれ薄肉の板状で、かつ、それぞれ光軸方向に延びる長手方向の側面が前記間隙の壁面となるように形成することを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法。   In the first step, each of the structures is formed in a thin plate shape so that a side surface in a longitudinal direction extending in the optical axis direction becomes a wall surface of the gap. The manufacturing method of the optical element as described in any one of thru | or 9. 前記第1工程では、前記間隙がシリコン酸化物で埋まらないように、シリコンからなる複数の構造体を熱酸化することにより前記シリコン酸化物からなる複数の構造体を形成することを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法。   In the first step, the plurality of structures made of silicon oxide are formed by thermally oxidizing the plurality of structures made of silicon so that the gap is not filled with silicon oxide. The method for manufacturing an optical element according to any one of claims 1 to 10. 前記第1工程では、熱酸化により前記間隙がシリコン酸化物で埋まらないように、前記シリコンからなる各構造体の幅および各間隙の幅を設定することを特徴とする請求項11に記載の光学素子の製造方法。   12. The optical system according to claim 11, wherein, in the first step, the width of each structural body made of silicon and the width of each gap are set so that the gap is not filled with silicon oxide by thermal oxidation. Device manufacturing method. 前記生成物は、前記所定の化合物が化学変化することにより生成されることを特徴とする請求項1ないし請求項12のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法。   The method of manufacturing an optical element according to claim 1, wherein the product is generated by chemically changing the predetermined compound. 前記生成物は、前記所定の化合物が分解することにより生成されることを特徴とする請求項13に記載の光学素子の製造方法。   The method of manufacturing an optical element according to claim 13, wherein the product is generated by decomposing the predetermined compound. 前記化合物は、有機化合物であることを特徴とする請求項1ないし請求項14のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法。   The method of manufacturing an optical element according to claim 1, wherein the compound is an organic compound. 前記生成物は、シリコン酸化物であることを特徴とする請求項1ないし請求項15のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法。   The method for manufacturing an optical element according to claim 1, wherein the product is silicon oxide. 前記生成物は、シリコン酸化物により形成された物と同等の屈折率を有する物を形成可能な生成物であることを特徴とする請求項1ないし請求項15のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法。   16. The optical device according to claim 1, wherein the product is a product capable of forming a product having a refractive index equivalent to that formed by silicon oxide. Device manufacturing method. 前記化合物は、TMOS(テトラメトキシシラン)であることを特徴とする請求項15に記載の光学素子の製造方法。   16. The method of manufacturing an optical element according to claim 15, wherein the compound is TMOS (tetramethoxysilane). 前記生成物は、フッ化カルシウムであることを特徴とする請求項17に記載の光学素子の製造方法。   The method of manufacturing an optical element according to claim 17, wherein the product is calcium fluoride. 前記生成物は、フッ化マグネシウムであることを特徴とする請求項17に記載の光学素子の製造方法。   The method of manufacturing an optical element according to claim 17, wherein the product is magnesium fluoride. 前記生成物は、アルミナであることを特徴とする請求項17に記載の光学素子の製造方法。   The method of manufacturing an optical element according to claim 17, wherein the product is alumina. 前記基板面の面方位が(110)であることを特徴とする請求項1ないし請求項21のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法。   The method of manufacturing an optical element according to any one of claims 1 to 21, wherein a surface orientation of the substrate surface is (110). 前記第1工程では、前記シリコン基板を反応性イオンエッチングすることによりトレンチ状の前記各間隙を形成し、各構造体間に前記間隙が隔てられたシリコン酸化物からなる複数の構造体を形成することを特徴とする請求項1ないし請求項22のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法。   In the first step, each of the trench-like gaps is formed by reactive ion etching of the silicon substrate, and a plurality of structures made of silicon oxide with the gaps separated from each other are formed. The method for manufacturing an optical element according to any one of claims 1 to 22, wherein the method is provided. 前記超臨界流体の主成分が二酸化炭素であることを特徴とする請求項1ないし請求項23のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法。   The method of manufacturing an optical element according to any one of claims 1 to 23, wherein a main component of the supercritical fluid is carbon dioxide. 前記ブロックがマイクロレンズであることを特徴とする請求項1ないし請求項24のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法。   The method of manufacturing an optical element according to any one of claims 1 to 24, wherein the block is a microlens. 前記ブロックが光導波路であることを特徴とする請求項1ないし請求項24のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法。   The method for manufacturing an optical element according to any one of claims 1 to 24, wherein the block is an optical waveguide. 前記ブロックがプリズムであることを特徴とする請求項1ないし請求項24のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法。   The method of manufacturing an optical element according to any one of claims 1 to 24, wherein the block is a prism. 前記ブロックとして、マイクロレンズ、光導波路およびプリズムのうちの1つを複数同時に製造することを特徴とする請求項1ないし請求項24のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法。   25. The method of manufacturing an optical element according to claim 1, wherein a plurality of microlenses, optical waveguides, and prisms are simultaneously manufactured as the block. 前記ブロックとして、マイクロレンズ、光導波路およびプリズムのうち少なくとも2つを同時に製造することを特徴とする請求項1ないし請求項24のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法。   25. The method of manufacturing an optical element according to claim 1, wherein at least two of a microlens, an optical waveguide, and a prism are manufactured simultaneously as the block. 前記ブロックとして、マイクロレンズ、光導波路およびプリズムのうち少なくとも2つをそれぞれ複数ずつ同時に製造することを特徴とする請求項1ないし請求項24のいずれか1つに記載の光学素子の製造方法。   The method for manufacturing an optical element according to any one of claims 1 to 24, wherein a plurality of at least two of a microlens, an optical waveguide, and a prism are simultaneously manufactured as the block.
JP2006226526A 2005-09-09 2006-08-23 Optical element manufacturing method Expired - Fee Related JP4645557B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006226526A JP4645557B2 (en) 2005-09-09 2006-08-23 Optical element manufacturing method

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005261578 2005-09-09
JP2006226526A JP4645557B2 (en) 2005-09-09 2006-08-23 Optical element manufacturing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007102196A true JP2007102196A (en) 2007-04-19
JP4645557B2 JP4645557B2 (en) 2011-03-09

Family

ID=38029142

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006226526A Expired - Fee Related JP4645557B2 (en) 2005-09-09 2006-08-23 Optical element manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4645557B2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007080932A (en) * 2005-09-12 2007-03-29 Denso Corp Method of manufacturing laser apparatus
JP2009092776A (en) * 2007-10-04 2009-04-30 Denso Corp Optical element and method of manufacturing the same
JP2015075550A (en) * 2013-10-07 2015-04-20 リコー光学株式会社 Method of forming fine pattern and method of forming optical element
JP2019219561A (en) * 2018-06-21 2019-12-26 東京エレクトロン株式会社 Method for manufacturing microlens and plasma processor

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1017330A (en) * 1996-06-28 1998-01-20 Olympus Optical Co Ltd Production of glass
JP2003305697A (en) * 2002-04-12 2003-10-28 Sony Corp Method for manufacturing hollow structure
JP2004218062A (en) * 2002-05-22 2004-08-05 Hitachi Maxell Ltd Molded product, and method and device for injection molding
JP2004271756A (en) * 2003-03-06 2004-09-30 Denso Corp Optical element and its manufacturing method
JP2005148666A (en) * 2003-11-20 2005-06-09 Hitachi Maxell Ltd Optical component
JP2005191382A (en) * 2003-12-26 2005-07-14 Toshiba Corp Manufacturing method of complex member and base material for forming complex member

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1017330A (en) * 1996-06-28 1998-01-20 Olympus Optical Co Ltd Production of glass
JP2003305697A (en) * 2002-04-12 2003-10-28 Sony Corp Method for manufacturing hollow structure
JP2004218062A (en) * 2002-05-22 2004-08-05 Hitachi Maxell Ltd Molded product, and method and device for injection molding
JP2004271756A (en) * 2003-03-06 2004-09-30 Denso Corp Optical element and its manufacturing method
JP2005148666A (en) * 2003-11-20 2005-06-09 Hitachi Maxell Ltd Optical component
JP2005191382A (en) * 2003-12-26 2005-07-14 Toshiba Corp Manufacturing method of complex member and base material for forming complex member

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007080932A (en) * 2005-09-12 2007-03-29 Denso Corp Method of manufacturing laser apparatus
JP4534919B2 (en) * 2005-09-12 2010-09-01 株式会社デンソー Laser device manufacturing method
JP2009092776A (en) * 2007-10-04 2009-04-30 Denso Corp Optical element and method of manufacturing the same
JP2015075550A (en) * 2013-10-07 2015-04-20 リコー光学株式会社 Method of forming fine pattern and method of forming optical element
JP2019219561A (en) * 2018-06-21 2019-12-26 東京エレクトロン株式会社 Method for manufacturing microlens and plasma processor
US11454744B2 (en) 2018-06-21 2022-09-27 Tokyo Electron Limited Method for producing microlens and plasma processing apparatus
JP7292014B2 (en) 2018-06-21 2023-06-16 東京エレクトロン株式会社 MICRO LENS MANUFACTURING METHOD AND PLASMA PROCESSING APPARATUS

Also Published As

Publication number Publication date
JP4645557B2 (en) 2011-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4161745B2 (en) Optical element and manufacturing method thereof
KR101842758B1 (en) Photonic device structure and method of manufacture
JP2007071805A (en) Manufacturing method of dynamic quantity sensor
CA2510996A1 (en) Waveguiding structures with embedded microchannels and method for fabrication thereof
CN109642985A (en) Mode converter and its manufacturing method
JP2009086238A (en) Planar lightwave circuit, manufacturing method thereof, and optical waveguide device
JP4645557B2 (en) Optical element manufacturing method
US7174072B2 (en) Optical device having optical waveguide and method for manufacturing the same
US20160246003A1 (en) Layer Having a Non-linear Taper and Method of Fabrication
JP2007003969A (en) Optical element
Barber et al. Integrated hollow waveguides with arch-shaped cores
US7799588B2 (en) Method of manufacturing the optical device by a stopper to form an oxide block
US7010207B2 (en) Optical waveguide device, and method for fabricating the optical waveguide device
US7601551B2 (en) Method for manufacturing optical device
CN107247314A (en) The preparation method of the silica lenticule integrated with fiber waveguide
JP4674565B2 (en) Optical element manufacturing method
JP4621920B2 (en) Two-dimensional photonic crystal manufacturing method
JP4967973B2 (en) Optical element
JP2005275300A (en) Method for manufacturing optical waveguide device and the same
JP2004061711A (en) Device manufacturing method and optical waveguide device
JP2006146127A (en) Manufacturing method of optical waveguide
JP4111110B2 (en) Manufacturing method of optical waveguide
JP2006343516A (en) Optical waveguide and method of forming the same
JP2011169974A (en) Te-tm mode converter
JP2002222963A (en) Optical integrated circuit board

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080922

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20101109

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20101122

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131217

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131217

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees