JP3813215B2

JP3813215B2 - Optical component and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP3813215B2
Application number: JP27061195A
Authority: JP
Inventors: 昌輝原
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-09-25
Filing date: 1995-09-25
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2015-09-25
Also published as: JPH0990104A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光学部品およびその製造方法に関し、特に、微小な光学部品、例えばマイクロレンズの製造に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
集光や光による信号のやりとりを行う光集積回路（ＯＩＣ）などにおいて、マイクロレンズは重要な光学部品である。従来、このマイクロレンズのうち例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）に用いられているものは、有機樹脂製のレジストを原料に用い、このレジストを基体上に塗布した後、そのエッチバックやフローを行うことにより製造されていた（例えば、特開平５−４８０５７号公報および特開平６−１４０６１１号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような有機樹脂製のレジストにより製造されたマイクロレンズは、その製造後のプロセス温度を、少なくとも２００℃以下にする必要があった。このため、マイクロレンズ製造後のプロセスの自由度は制限されたものにならざるを得なかった。また、マイクロレンズの材料に有機樹脂製のレジストを用いていることから、エッチング耐性が低いという問題があった。さらに、マイクロレンズの製造工程は複雑であるので、これを簡略化することが望まれていた。
【０００４】
したがって、この発明の目的は、十分な耐熱性およびエッチング耐性を有するマイクロレンズなどの微小な光学部品を簡単な製造工程で製造することができる光学部品の製造方法およびそのような製造方法により製造される十分な耐熱性およびエッチング耐性を有するマイクロレンズなどの微小な光学部品を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明による光学部品の製造方法は、
製造すべき光学部品に対応する形状の開口を有するパターンを基体上に形成し、上記パターンをマスクとして上記基体上にゾル−ゲル反応を利用した液相ＣＶＤ法により二酸化シリコンを選択的に形成した後、上記二酸化シリコンを固化させることにより芯部を形成する工程と、
上記芯部を覆うように窒化シリコンからなる外周部を形成する工程と
を有することを特徴とする。
【０００６】
この発明の第１の発明において、透明な無機材料は、典型的には、二酸化シリコンまたは窒化シリコンである。
【０００７】
この発明の第２の発明による光学部品は、
ゾル−ゲル反応を利用した液相ＣＶＤ法により形成され、その後に固化された第１の透明な無機材料からなる芯部と、
芯部を覆うように設けられた、第１の透明な無機材料の屈折率よりも屈折率が高い第２の透明な無機材料からなる外周部とからなり、
少なくとも一方向の寸法が１０μｍ以下であることを特徴とする。
【０００８】
この発明の第２の発明の一実施形態において、第１の透明な無機材料は二酸化シリコンであり、第２の透明な無機材料は窒化シリコンである。
【０００９】
この発明において、光学部品の少なくとも一方向の寸法は、光学部品の用途に応じて、５μｍ以下であることも、３μｍ以下であることもあり、さらには１μｍ以下であることもある。
【００１０】
この発明の第３の発明による光学部品の製造方法は、
ゾル−ゲル反応を利用した液相ＣＶＤ法により基体上に透明な無機材料を選択的に形成した後、透明な無機材料を固化させるようにしたことを特徴とする。
【００１２】
ここで、このパターンの材料としては、光学部品の製造後にこのパターンだけを選択的に除去することができるものが用いられ、具体的には、例えば、ネガ型レジスト、窒化シリコン、多結晶シリコンなどが用いられる。このうちネガ型レジストは、その形成および除去を簡単に行うことができるので、製造プロセスの簡略化を図る上で有利である。また、例えば、光学部品の材料として二酸化シリコンを用いる場合、このパターンの材料として窒化シリコンまたは多結晶シリコンを用いると、それぞれの材料のエッチング特性の差により、パターンだけを容易に選択的に除去することができる。
【００１４】
この発明の第３の発明において、透明な無機材料は、典型的には、二酸化シリコンまたは窒化シリコンである。
【００１８】
この発明の一実施形態においては、ゾル−ゲル反応を利用した液相ＣＶＤ法により二酸化シリコンを形成し、プラズマＣＶＤ法により窒化シリコンを形成する。
【００１９】
この発明の第４の発明の一実施形態においては、第１の透明な無機材料は二酸化シリコンであり、第２の透明な無機材料は窒化シリコンである。
【００２０】
この発明において、光学部品は、典型的には、マイクロレンズである。このマイクロレンズには、円形レンズのほか、ロッドレンズなどが含まれる。
【００２１】
この発明によれば、光学部品の材料である透明な無機材料として二酸化シリコンや窒化シリコンなどの耐熱性絶縁体を用いることにより、材料だけで考えると光学部品製造後のプロセス温度は１０００℃程度まで許容することができる。また、エッチング耐性も、有機樹脂製のレジストと比較すると、はるかに優れている。
【００２２】
さらに、第１の透明な無機材料からなる芯部を覆うように第１の透明な無機材料の屈折率よりも屈折率が高い第２の透明な無機材料からなる外周部を形成して光学部品を二重構造とすることにより、集光力を高めることができる。
【００２３】
また、流動性を有する透明な無機材料を基体上に選択的に形成するだけで、その無機材料自身が有する表面張力により、光学部品に必要な球面や円筒面が自然に（自発的に）形成されるため、これらの球面や円筒面を形成するための工程が不要となり、その分だけ製造工程が簡略化される。また、光学部品に対応する形状の開口を有するパターンをリソグラフィー技術を利用して形成し、これをマスクとして用いて基体上に無機材料を選択的に形成することにより、リソグラフィーの解像度によって決まる限界寸法程度まで光学部品の寸法を縮小することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２５】
図１は、この発明の第１の実施形態によるマイクロレンズの製造方法を示す断面図である。
【００２６】
この第１の実施形態によるマイクロレンズの製造方法においては、図１Ａに示すように、まず、シリコン（Ｓｉ）基板１上に、マイクロレンズの型となる中空の半球またはドーム形状の開口２ａが二次元アレイ状に複数配置されたレジストパターン２をフォトリソグラフィー法により形成する。このレジストパターン２の平面形状を図２に示す。この場合、このレジストパターン２は、ネガ型レジストにより形成される。このレジストパターン２は、具体的には、Ｓｉ基板１上にネガ型レジストを塗布し、このネガ型レジストを、製造すべきマイクロレンズの反転パターン形状に露光した後、このネガ型レジストの現像を行って未露光の部分を除去することにより形成することができる。ここで、ネガ型レジストは、露光された部分だけが縮合し、この部分が現像後に残され、このとき現像による除去部の側面は逆テーパー状の湾曲面となることにより、上述のように中空の半球またはドーム形状の開口２ａが形成される。
【００２７】
次に、真空乾燥やプラズマ照射を行うことにより、レジストパターン２を硬化させる。
【００２８】
次に、図１Ｂに示すように、ゾル−ゲル反応を利用した液相ＣＶＤ法により二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜３の成長を行う。このＳｉＯ₂膜３は、成長温度を例えば０℃程度に設定して成長を行うことにより、高い流動性を示すものが得られ、その表面張力により、レジストパターン２の開口２ａの内部においてＳｉ基板１上に半球またはドーム形状に成長する。なお、図示は省略するが、このＳｉＯ₂膜３は、レジストパターン２上にも薄く成長する。
【００２９】
次に、酸素プラズマを用いたアッシング処理によりレジストパターン２を除去する。このとき、レジストパターン２上に薄く成長したＳｉＯ₂膜（図示せず）は、リフトオフにより除去される。次に、低温で熱処理を行うことにより、ＳｉＯ₂膜３中に含まれるＯＨ基を除去し、このＳｉＯ₂膜３を固化させる。この熱処理は、具体的には、例えば４００℃で１５分程度行う。これによって、図１Ｃに示すように、ＳｉＯ₂からなるマイクロレンズ４が二次元アレイ状に形成される。このときの平面形状を図３に示す。
【００３０】
以上のように、この第１の実施形態によれば、耐熱性絶縁体であるＳｉＯ₂をマイクロレンズ４の材料として用いているので、マイクロレンズ４の製造後のプロセス温度は１０００℃程度まで許容することができ、有機樹脂製のレジストなどと比較してはるかに高い耐熱性を得ることができる。また、優れたエッチング耐性を得ることもできる。このため、マイクロレンズ４の製造後のプロセスの自由度が高い。さらに、レジストパターン２をマスクとして液相ＣＶＤ法によりＳｉＯ₂膜３の成長を行うだけでマイクロレンズ４に必要な球面が自発的に形成されるので、この球面を形成するための工程が不要であり、このため製造工程の簡略化を図ることができる。また、レジストパターン２の開口２ａの直径はフォトリソグラフィーの解像度によって決まる限界寸法程度まで縮小することができるので、直径が１μｍ以下の極めて微小なマイクロレンズ４を製造することもできる。
【００３１】
この第１の実施形態によるマイクロレンズの製造方法は、例えば、ＣＣＤにおける各画素の受光セル上に設けられるマイクロレンズ（オンチップマイクロレンズ）の製造に用いて好適なものである。
【００３２】
図４は、この発明の第２の実施形態によるマイクロレンズの製造方法を示す断面図である。
【００３３】
この第２の実施形態によるマイクロレンズの製造方法においては、図４Ａに示すように、まず、Ｓｉ基板１上に、第１の実施形態と同様にして、マイクロレンズの型となるレジストパターン２を形成する。ただし、この場合、このレジストパターン２は、製造すべきマイクロレンズの高さに比べて十分に薄く形成する。この後、真空乾燥やプラズマ照射を行うことにより、このレジストパターン２を硬化させる。
【００３４】
次に、図４Ｂに示すように、第１の実施形態と同様にして、液相ＣＶＤ法によりＳｉＯ₂膜３の成長を行う。第１の実施形態におけると同様に、このＳｉＯ₂膜３は、成長温度を例えば０℃程度に設定して成長を行うことにより、高い流動性を示すものが得られ、その表面張力により、レジストパターン２の開口２ａの内部におけるＳｉ基板１上に自発的に半球またはドーム形状に成長する。
【００３５】
次に、第１の実施形態と同様にして、酸素プラズマを用いたアッシング処理により、レジストパターン２を、その上に成長した薄いＳｉＯ₂膜（図示せず）とともに除去する。次に、低温で熱処理を行うことにより、ＳｉＯ₂膜３中に含まれるＯＨ基を除去し、このＳｉＯ₂膜３を固化させる。この熱処理は、具体的には、例えば４００℃で１５分程度行う。これによって、図４Ｃに示すように、ＳｉＯ₂からなるマイクロレンズ４が二次元アレイ状に形成される。
【００３６】
この第２の実施形態によっても、第１の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００３７】
図５は、この発明の第３の実施形態によるマイクロロッドレンズの製造方法を示す断面図である。
【００３８】
この第３の実施形態によるマイクロロッドレンズの製造方法においては、図５Ａに示すように、まず、Ｓｉ基板１上に、マイクロロッドレンズの型となる半円またはドーム状の断面形状を有するストライプ状の開口２ｂが互いに平行に配置されたレジストパターン２をフォトリソグラフィー法により形成する。このレジストパターン２の平面形状を図６に示す。このレジストパターン２は、第１の実施形態と同様な方法で形成する。
【００３９】
次に、真空乾燥やプラズマ照射を行うことにより、レジストパターン２を硬化させる。
【００４０】
次に、図５Ｂに示すように、第１の実施形態と同様にして、液相ＣＶＤ法によりＳｉＯ₂膜３の成長を行う。第１の実施形態におけると同様に、このＳｉＯ₂膜３は、成長温度を例えば０℃程度に設定して成長を行うことにより、高い流動性を示すものが得られ、その表面張力により、レジストパターン２の開口２ｂの内部においてＳｉ基板１上に自発的に半球またはドーム状の断面形状を有するロッド状に成長する。
【００４１】
次に、第１の実施形態と同様にして、酸素プラズマを用いたアッシング処理によりレジストパターン２を除去する。このとき、レジストパターン２上に薄く成長したＳｉＯ₂膜（図示せず）は、リフトオフにより除去される。次に、低温で熱処理を行うことにより、ＳｉＯ₂膜３中に含まれるＯＨ基を除去し、このＳｉＯ₂膜３を固化させる。この熱処理は、具体的には、例えば４００℃で１５分程度行う。これによって、図５Ｃに示すように、ＳｉＯ₂からなるマイクロロッドレンズ５が形成される。このときの平面形状を図７に示す。
【００４２】
以上のように、この第３の実施形態によれば、ＳｉＯ₂からなるマイクロロッドレンズ５を製造することができ、しかも第１の実施形態と同様な種々の利点を得ることができる。
【００４３】
図８は、この発明の第４の実施形態によるマイクロロッドレンズの製造方法を示す断面図である。
【００４４】
この第４の実施形態によるマイクロロッドレンズの製造方法においては、図８Ａに示すように、まず、Ｓｉ基板１上に、第３の実施形態と同様にして、マイクロロッドレンズの型となる半円またはドーム状の断面形状を有するストライプ状の開口２ｂが互いに平行に配置されたレジストパターン２をフォトリソグラフィー法により形成する。このレジストパターン２の平面形状は図６に示すものと同様である。
【００４５】
次に、真空乾燥やプラズマ照射を行うことにより、レジストパターン２を硬化させる。
【００４６】
次に、レジストパターン２をマスクとしてＳｉ基板１を等方性エッチングによりエッチングして半球またはドーム状の断面形状を有するストライプ状の穴１ａを形成する。
【００４７】
次に、図５Ｂに示すように、第１の実施形態と同様にして、液相ＣＶＤ法によりＳｉＯ₂膜３の成長を行う。第１の実施形態におけると同様に、このＳｉＯ₂膜３は、成長温度を例えば０℃程度に設定して成長を行うことにより、高い流動性を示すものが得られ、その表面張力により、レジストパターン２の開口２ａの内部においてＳｉ基板１上に自発的に半球またはドーム状の断面形状を有するロッド状に成長する。
【００４８】
次に、第１の実施形態と同様にして、酸素プラズマを用いたアッシング処理によりレジストパターン２を除去する。このとき、レジストパターン２上に薄く成長したＳｉＯ₂膜（図示せず）は、リフトオフにより除去される。次に、低温で熱処理を行うことにより、ＳｉＯ₂膜３中に含まれるＯＨ基を除去し、このＳｉＯ₂膜３を固化させる。この熱処理は、具体的には、例えば４００℃で１５分程度行う。これによって、図８Ｃに示すように、ＳｉＯ₂からなるマイクロロッドレンズ５が形成される。
【００４９】
この第４の実施形態によれば、円形断面のマイクロロッドレンズ５を製造することができるほか、第３の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【００５０】
図９は、この発明の第５の実施形態によるマイクロレンズの製造方法を示す断面図である。この第５の実施形態によるマイクロレンズは、芯部と外周部とからなる二重構造を有するものである。
【００５１】
この第５の実施形態によるマイクロレンズの製造方法においては、図９Ａに示すように、まず、Ｓｉ基板１上に、第１の実施形態と同様にして、マイクロレンズの型となる中空の半球またはドーム形状の開口２ａが二次元アレイ状に複数配置されたレジストパターン２をフォトリソグラフィー法により形成する。このレジストパターン２の平面形状は、図２に示すものと同様である。
【００５２】
次に、真空乾燥やプラズマ照射を行うことにより、レジストパターン２を硬化させる。
【００５３】
次に、図９Ｂに示すように、第１の実施形態と同様にして、液相ＣＶＤ法によりＳｉＯ₂膜３の成長を行う。第１の実施形態におけると同様に、このＳｉＯ₂膜３は、成長温度を例えば０℃程度に設定して成長を行うことにより、高い流動性を示すものが得られ、その表面張力により、レジストパターン２の開口２ａの内部においてＳｉ基板１上に半球またはドーム形状に成長する。
【００５４】
次に、第１の実施形態と同様にして、酸素プラズマを用いたアッシング処理によりレジストパターン２を除去する。このとき、レジストパターン２上に薄く成長したＳｉＯ₂膜（図示せず）は、リフトオフにより除去される。次に、低温で熱処理を行うことにより、ＳｉＯ₂膜３中に含まれるＯＨ基を除去し、このＳｉＯ₂膜３を固化させる。この熱処理は、具体的には、例えば４００℃で１５分程度行う。これによって、図９Ｃに示すように、マイクロレンズ形状の固化したＳｉＯ₂膜３が二次元アレイ状に形成される。このときの平面形状は、図３に示すものと同様である。
【００５５】
次に、図９Ｄに示すように、例えばプラズマＣＶＤ法により窒化シリコン（ＳｉＮ_x）膜６の成長を行う。このとき、このＳｉＮ_x膜６は、ＳｉＯ₂膜３上にこれを覆うように均一な厚さで成長する。
【００５６】
これによって、ＳｉＯ₂膜３からなる芯部と、この芯部を覆うように設けられたこのＳｉＯ₂膜３よりも屈折率が高いＳｉＮ_x膜６からなる外周部とからなる二重構造のマイクロレンズ４が製造される。
【００５７】
以上のように、この第５の実施形態によれば、ともに耐熱性絶縁体であるＳｉＯ₂およびＳｉＮ_xをマイクロレンズ４の材料として用いていることにより、第１の実施形態と同様な種々の利点を得ることができるほか、マイクロレンズ４の外周部が芯部のＳｉＯ₂膜３よりも屈折率が高いＳｉＮ_x膜６からなるので、高い集光力を得ることができる。また、このマイクロレンズ４は、ＳｉＯ₂膜３およびＳｉＮ_x膜６が薄くても集光力があるため、構造の平坦化の点でも有利である。
【００５８】
図１０は、この発明の第６の実施形態によるマイクロロッドレンズの製造方法を示す断面図である。この第６の実施形態によるマイクロロッドレンズは、芯部と外周部とからなる二重構造を有するものである。
【００５９】
この第６の実施形態によるマイクロロッドレンズの製造方法においては、図１０Ａに示すように、まず、Ｓｉ基板１上に、第１の実施形態と同様にして、マイクロロッドレンズの型となる半円またはドーム状の断面形状を有する開口２ｂが互いに平行に配置されたレジストパターン２をフォトリソグラフィー法により形成する。このレジストパターン２の平面形状は、図６に示すと同様である。
【００６０】
次に、真空乾燥やプラズマ照射を行うことにより、レジストパターン２を硬化させる。
【００６１】
次に、図１０Ｂに示すように、第１の実施形態と同様にして液相ＣＶＤ法によりＳｉＯ₂膜３の成長を行う。第１の実施形態におけると同様に、このＳｉＯ₂膜３は、成長温度を例えば０℃程度に設定して成長を行うことにより、高い流動性を示すものが得られ、その表面張力により、レジストパターン２の開口２ｂの内部においてＳｉ基板１上に半円またはドーム状の断面形状のロッド状に成長する。
【００６２】
次に、第１の実施形態と同様にして、酸素プラズマを用いたアッシング処理によりレジストパターン２を除去する。このとき、レジストパターン２上に薄く成長したＳｉＯ₂膜（図示せず）は、リフトオフにより除去される。次に、低温で熱処理を行うことにより、ＳｉＯ₂膜３中に含まれるＯＨ基を除去し、このＳｉＯ₂膜３を固化させる。この熱処理は、具体的には、例えば４００℃で１５分程度行う。これによって、図１０Ｃに示すように、マイクロロッドレンズ形状の固化したＳｉＯ₂膜３が互いに平行に形成される。このときの平面形状は、図７に示すと同様である。
【００６３】
次に、図１０Ｄに示すように、第５の実施形態と同様にして、例えばプラズマＣＶＤ法によりＳｉＮ_x膜６の成長を行う。このとき、このＳｉＮ_x膜６は、ＳｉＯ₂膜３上にこれを覆うように均一な厚さで成長する。
【００６４】
これによって、ＳｉＯ₂膜３からなる芯部と、この芯部を覆うように設けられたこのＳｉＯ₂膜３よりも屈折率が高いＳｉＮ_x膜６からなる外周部とからなる二重構造のマイクロロッドレンズ５が製造される。
【００６５】
以上のように、この第６の実施形態によれば、ともに耐熱性絶縁体であるＳｉＯ₂およびＳｉＮ_xをマイクロロッドレンズ５の材料として用いていることにより、第１の実施形態と同様な種々の利点を得ることができるほか、マイクロロッドレンズ５の外周部が芯部のＳｉＯ₂膜３よりも屈折率が高いＳｉＮ_x膜６からなるので、高い集光力を得ることができる。また、このマイクロロッドレンズ５は、ＳｉＯ₂膜３およびＳｉＮ_x膜６が薄くても集光力があるため、構造の平坦化の点でも有利である。
【００６６】
以上、この発明の実施形態につき具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものでなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【００６７】
例えば、上述の第１〜第６の実施形態においては、酸素プラズマを用いたアッシング処理によりレジストパターン２を除去しているが、このレジストパターン２の除去は、例えばアセトンを用いた超音波洗浄により行ってもよい。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、光学部品の材料として透明な無機材料を用いていることにより、十分な耐熱性およびエッチング耐性を有するマイクロレンズなどの微小な光学部品を簡単な製造工程で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態によるマイクロレンズの製造方法を説明するための断面図である。
【図２】この発明の第１の実施形態によるマイクロレンズの製造方法において用いるレジストパターンの平面形状を示す平面図である。
【図３】この発明の第１の実施形態によるマイクロレンズの製造方法により製造されたマイクロレンズの平面形状を示す平面図である。
【図４】この発明の第２の実施形態によるマイクロレンズの製造方法を説明するための断面図である。
【図５】この発明の第３の実施形態によるマイクロロッドレンズの製造方法を説明するための断面図である。
【図６】この発明の第３の実施形態によるマイクロロッドレンズの製造方法において用いるレジストパターンの平面形状を示す平面図である。
【図７】この発明の第３の実施形態によるマイクロロッドレンズの製造方法により製造されたマイクロロッドレンズの平面形状を示す平面図である。
【図８】この発明の第４の実施形態によるマイクロロッドレンズの製造方法を説明するための断面図である。
【図９】この発明の第５の実施形態によるマイクロレンズの製造方法を説明するための断面図である。
【図１０】この発明の第６の実施形態によるマイクロロッドレンズの製造方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１Ｓｉ基板
２レジストパターン
２ａ、２ｂ開口
３ＳｉＯ₂膜
４マイクロレンズ
５マイクロロッドレンズ
６ＳｉＮ_x膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical component and a manufacturing method thereof, and is particularly suitable for application to the manufacture of a minute optical component such as a microlens.
[0002]
[Prior art]
A microlens is an important optical component in an optical integrated circuit (OIC) that performs signal exchange by light collection or light. Conventionally, among these microlenses, for example, those used in charge coupled devices (CCDs), an organic resin resist is used as a raw material, and this resist is applied on a substrate, and then etched back or flowed. (For example, JP-A-5-48057 and JP-A-6-140611).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the microlens manufactured using the organic resin resist as described above needs to have a process temperature of at least 200 ° C. or lower after the manufacture. For this reason, the degree of freedom of the process after manufacturing the microlens has to be limited. Moreover, since the resist made from organic resin is used for the material of a micro lens, there existed a problem that etching resistance was low. Furthermore, since the manufacturing process of the microlens is complicated, it has been desired to simplify it.
[0004]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical component manufacturing method capable of manufacturing a micro optical component such as a microlens having sufficient heat resistance and etching resistance by a simple manufacturing process, and the manufacturing method. Another object of the present invention is to provide a minute optical component such as a microlens having sufficient heat resistance and etching resistance.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, method of manufacturing an optical component according to this inventions are
A pattern having an opening having a shape corresponding to the optical component to be manufactured was formed on the substrate, and silicon dioxide was selectively formed on the substrate by a liquid phase CVD method using a sol-gel reaction using the pattern as a mask. Thereafter, a step of forming a core by solidifying the silicon dioxide,
Forming an outer peripheral portion made of silicon nitride so as to cover the core portion;
It is characterized by having .
[0006]
In the first invention of the present invention, the transparent inorganic material is typically silicon dioxide or silicon nitride.
[0007]
An optical component according to a second invention of the present invention is
A core made of a first transparent inorganic material formed by a liquid phase CVD method using a sol-gel reaction and then solidified;
The outer peripheral part made of a second transparent inorganic material having a refractive index higher than the refractive index of the first transparent inorganic material provided to cover the core part,
The dimension in at least one direction is 10 μm or less.
[0008]
In one embodiment of the second invention of the present invention, the first transparent inorganic material is silicon dioxide, and the second transparent inorganic material is silicon nitride.
[0009]
Oite this inventions, at least one direction dimensions of the optical components, depending on the application of the optical components, it is 5μm or less, sometimes is 3μm or less, sometimes more is 1μm or less.
[0010]
The method for manufacturing an optical component according to the third aspect of the present invention comprises:
A transparent inorganic material is selectively formed on a substrate by a liquid phase CVD method using a sol-gel reaction, and then the transparent inorganic material is solidified.
[0012]
Here, as the material of this pattern, a material that can selectively remove only this pattern after the manufacture of the optical component is used. Specifically, for example, negative resist, silicon nitride, polycrystalline silicon, etc. Is used. Among these, the negative resist can be easily formed and removed, which is advantageous in simplifying the manufacturing process. Further, for example, when silicon dioxide is used as the material of the optical component, if silicon nitride or polycrystalline silicon is used as the material of this pattern, only the pattern is easily and selectively removed due to the difference in the etching characteristics of each material. be able to.
[0014]
In the third invention of the present invention, the transparent inorganic material is typically silicon dioxide or silicon nitride.
[0018]
In one embodiment of the inventions, the sol - silicon dioxide is formed by liquid phase CVD method using gel reaction to form a silicon nitride by a plasma CVD method.
[0019]
In one embodiment of the fourth invention of the present invention, the first transparent inorganic material is silicon dioxide, and the second transparent inorganic material is silicon nitride.
[0020]
In the present invention, the optical component is typically a microlens. This microlens includes a rod lens in addition to a circular lens.
[0021]
According to the present invention, by using a heat-resistant insulator such as silicon dioxide or silicon nitride as a transparent inorganic material that is a material of an optical component, the process temperature after manufacturing the optical component is up to about 1000 ° C. Can be tolerated. In addition, the etching resistance is far superior as compared with a resist made of an organic resin.
[0022]
Furthermore, an optical component is formed by forming an outer peripheral portion made of a second transparent inorganic material having a refractive index higher than that of the first transparent inorganic material so as to cover the core portion made of the first transparent inorganic material. The light collecting power can be increased by using a double structure.
[0023]
Also, by selectively forming a transparent inorganic material with fluidity on the substrate, the spherical and cylindrical surfaces required for optical components are naturally (spontaneously) formed by the surface tension of the inorganic material itself. Therefore, a process for forming these spherical surfaces and cylindrical surfaces becomes unnecessary, and the manufacturing process is simplified accordingly. Also, a critical dimension determined by the resolution of lithography is obtained by forming a pattern having an opening corresponding to an optical component using a lithography technique and selectively forming an inorganic material on a substrate using this pattern as a mask. The dimensions of the optical component can be reduced to an extent.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0025]
FIG. 1 is a sectional view showing a method for manufacturing a microlens according to the first embodiment of the present invention.
[0026]
In the microlens manufacturing method according to the first embodiment, as shown in FIG. 1A, first, two hollow hemispherical or dome-shaped openings 2a serving as a microlens mold are formed on a silicon (Si) substrate 1. A plurality of resist patterns 2 arranged in a two-dimensional array are formed by photolithography. The planar shape of the resist pattern 2 is shown in FIG. In this case, the resist pattern 2 is formed of a negative resist. Specifically, the resist pattern 2 is obtained by applying a negative resist on the Si substrate 1 and exposing the negative resist to the inverted pattern shape of the microlens to be manufactured, and then developing the negative resist. And can be formed by removing unexposed portions. Here, in the negative resist, only the exposed portion condenses, and this portion remains after development. At this time, the side surface of the removed portion by development becomes a reverse-tapered curved surface. A hemispherical or dome-shaped opening 2a is formed.
[0027]
Next, the resist pattern 2 is cured by vacuum drying or plasma irradiation.
[0028]
Next, as shown in FIG. 1B, a silicon dioxide (SiO ₂ ) film 3 is grown by a liquid phase CVD method using a sol-gel reaction. The SiO ₂ film 3 is grown at a growth temperature set to about 0 ° C., for example, to obtain a film having high fluidity. Due to its surface tension, the Si substrate is formed inside the opening 2 a of the resist pattern 2. Grows into a hemisphere or dome shape on top. Although illustration is omitted, the SiO ₂ film 3 also grows thinly on the resist pattern 2.
[0029]
Next, the resist pattern 2 is removed by an ashing process using oxygen plasma. At this time, the SiO ₂ film (not shown) thinly grown on the resist pattern 2 is removed by lift-off. Next, by performing heat treatment at a low temperature, OH groups contained in the SiO ₂ film 3 are removed, and the SiO ₂ film 3 is solidified. Specifically, this heat treatment is performed at 400 ° C. for about 15 minutes, for example. Thereby, as shown in FIG. 1C, the microlenses 4 made of SiO ₂ are formed in a two-dimensional array. The planar shape at this time is shown in FIG.
[0030]
As described above, according to the first embodiment, since SiO ₂ that is a heat-resistant insulator is used as the material of the microlens 4, the process temperature after the manufacture of the microlens 4 is allowed up to about 1000 ° C. Therefore, much higher heat resistance can be obtained as compared with a resist made of an organic resin. Also, excellent etching resistance can be obtained. For this reason, the freedom degree of the process after manufacture of the microlens 4 is high. Further, since the spherical surface necessary for the microlens 4 is spontaneously formed only by growing the SiO ₂ film 3 by the liquid phase CVD method using the resist pattern 2 as a mask, a process for forming this spherical surface is unnecessary. For this reason, the manufacturing process can be simplified. Further, since the diameter of the opening 2a of the resist pattern 2 can be reduced to a critical dimension determined by the resolution of photolithography, an extremely small microlens 4 having a diameter of 1 μm or less can be manufactured.
[0031]
The microlens manufacturing method according to the first embodiment is suitable for use in manufacturing a microlens (on-chip microlens) provided on a light receiving cell of each pixel in a CCD, for example.
[0032]
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a microlens manufacturing method according to the second embodiment of the present invention.
[0033]
In the microlens manufacturing method according to the second embodiment, as shown in FIG. 4A, first, a resist pattern 2 serving as a microlens mold is formed on a Si substrate 1 in the same manner as in the first embodiment. Form. However, in this case, the resist pattern 2 is formed sufficiently thin compared to the height of the microlens to be manufactured. Thereafter, the resist pattern 2 is cured by vacuum drying or plasma irradiation.
[0034]
Next, as shown in FIG. 4B, similarly to the first embodiment, the SiO ₂ film 3 is grown by the liquid phase CVD method. As in the first embodiment, this SiO ₂ film 3 is grown with the growth temperature set to about 0 ° C., for example, to obtain a film having high fluidity. The pattern 2 spontaneously grows in a hemisphere or dome shape on the Si substrate 1 inside the opening 2a.
[0035]
Next, in the same manner as in the first embodiment, the resist pattern 2 is removed together with a thin SiO ₂ film (not shown) grown thereon by an ashing process using oxygen plasma. Next, by performing heat treatment at a low temperature, OH groups contained in the SiO ₂ film 3 are removed, and the SiO ₂ film 3 is solidified. Specifically, this heat treatment is performed at 400 ° C. for about 15 minutes, for example. As a result, as shown in FIG. 4C, the microlenses 4 made of SiO ₂ are formed in a two-dimensional array.
[0036]
According to the second embodiment, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained.
[0037]
FIG. 5 is a sectional view showing a method for manufacturing a microrod lens according to a third embodiment of the present invention.
[0038]
In the method of manufacturing a microrod lens according to the third embodiment, as shown in FIG. 5A, first, a stripe shape having a semicircular or dome-shaped cross-sectional shape serving as a microrod lens mold is formed on a Si substrate 1. A resist pattern 2 in which the openings 2b are arranged in parallel to each other is formed by photolithography. The planar shape of the resist pattern 2 is shown in FIG. The resist pattern 2 is formed by the same method as in the first embodiment.
[0039]
Next, the resist pattern 2 is cured by vacuum drying or plasma irradiation.
[0040]
Next, as shown in FIG. 5B, similarly to the first embodiment, the SiO ₂ film 3 is grown by the liquid phase CVD method. As in the first embodiment, this SiO ₂ film 3 is grown with the growth temperature set to about 0 ° C., for example, to obtain a film having high fluidity. In the opening 2b of the pattern 2, it grows spontaneously on the Si substrate 1 in the shape of a rod having a hemispherical or dome-like cross-sectional shape.
[0041]
Next, similarly to the first embodiment, the resist pattern 2 is removed by an ashing process using oxygen plasma. At this time, the SiO ₂ film (not shown) thinly grown on the resist pattern 2 is removed by lift-off. Next, by performing heat treatment at a low temperature, OH groups contained in the SiO ₂ film 3 are removed, and the SiO ₂ film 3 is solidified. Specifically, this heat treatment is performed at 400 ° C. for about 15 minutes, for example. Thereby, as shown in FIG. 5C, the microrod lens 5 made of SiO ₂ is formed. The planar shape at this time is shown in FIG.
[0042]
As described above, according to the third embodiment, the microrod lens 5 made of SiO ₂ can be manufactured, and various advantages similar to those of the first embodiment can be obtained.
[0043]
FIG. 8 is a sectional view showing a method for manufacturing a microrod lens according to a fourth embodiment of the present invention.
[0044]
In the microrod lens manufacturing method according to the fourth embodiment, as shown in FIG. 8A, first, on the Si substrate 1, as in the third embodiment, a semicircle serving as a microrod lens mold is formed. Alternatively, a resist pattern 2 in which stripe-shaped openings 2b having a dome-like cross-sectional shape are arranged in parallel to each other is formed by a photolithography method. The planar shape of the resist pattern 2 is the same as that shown in FIG.
[0045]
Next, the resist pattern 2 is cured by vacuum drying or plasma irradiation.
[0046]
Next, the Si substrate 1 is etched by isotropic etching using the resist pattern 2 as a mask to form stripe-shaped holes 1a having a hemispherical or dome-like cross-sectional shape.
[0047]
Next, as shown in FIG. 5B, similarly to the first embodiment, the SiO ₂ film 3 is grown by the liquid phase CVD method. As in the first embodiment, this SiO ₂ film 3 is grown with the growth temperature set to about 0 ° C., for example, to obtain a film having high fluidity. In the opening 2a of the pattern 2, it grows spontaneously on the Si substrate 1 in the shape of a rod having a hemispherical or dome-like cross-sectional shape.
[0048]
Next, similarly to the first embodiment, the resist pattern 2 is removed by an ashing process using oxygen plasma. At this time, the SiO ₂ film (not shown) thinly grown on the resist pattern 2 is removed by lift-off. Next, by performing heat treatment at a low temperature, OH groups contained in the SiO ₂ film 3 are removed, and the SiO ₂ film 3 is solidified. Specifically, this heat treatment is performed at 400 ° C. for about 15 minutes, for example. Thereby, as shown in FIG. 8C, the microrod lens 5 made of SiO ₂ is formed.
[0049]
According to the fourth embodiment, the microrod lens 5 having a circular cross section can be manufactured, and the same advantages as those of the third embodiment can be obtained.
[0050]
FIG. 9 is a sectional view showing a method for manufacturing a microlens according to the fifth embodiment of the present invention. The microlens according to the fifth embodiment has a double structure including a core part and an outer peripheral part.
[0051]
In the microlens manufacturing method according to the fifth embodiment, as shown in FIG. 9A, first, on the Si substrate 1, a hollow hemisphere or a microlens mold or the like as in the first embodiment is used. A resist pattern 2 in which a plurality of dome-shaped openings 2a are arranged in a two-dimensional array is formed by photolithography. The planar shape of the resist pattern 2 is the same as that shown in FIG.
[0052]
Next, the resist pattern 2 is cured by vacuum drying or plasma irradiation.
[0053]
Next, as shown in FIG. 9B, similarly to the first embodiment, the SiO ₂ film 3 is grown by the liquid phase CVD method. As in the first embodiment, this SiO ₂ film 3 is grown with the growth temperature set to about 0 ° C., for example, to obtain a film having high fluidity. The pattern 2 grows in a hemisphere or dome shape on the Si substrate 1 inside the opening 2a.
[0054]
Next, similarly to the first embodiment, the resist pattern 2 is removed by an ashing process using oxygen plasma. At this time, the SiO ₂ film (not shown) thinly grown on the resist pattern 2 is removed by lift-off. Next, by performing heat treatment at a low temperature, OH groups contained in the SiO ₂ film 3 are removed, and the SiO ₂ film 3 is solidified. Specifically, this heat treatment is performed at 400 ° C. for about 15 minutes, for example. As a result, as shown in FIG. 9C, the solidified SiO ₂ film 3 having a microlens shape is formed in a two-dimensional array. The planar shape at this time is the same as that shown in FIG.
[0055]
Next, as shown in FIG. 9D, a silicon nitride (SiN _x ) film 6 is grown by, eg, plasma CVD. At this time, the SiN _x film 6 is grown on the SiO ₂ film 3 with a uniform thickness so as to cover it.
[0056]
Thus, a core portion made of SiO ₂ film 3, the micro of the core portion than the SiO ₂ film 3 provided so as to cover comprising a peripheral portion whose refractive index consists of high the SiN _x film 6 double structure The lens 4 is manufactured.
[0057]
As described above, according to the fifth embodiment, since both the heat-resistant insulators SiO ₂ and SiN _x are used as the material of the microlens 4, various similar to the first embodiment. In addition to the advantages, the outer peripheral portion of the microlens 4 is made of the SiN _x film 6 having a higher refractive index than that of the core SiO ₂ film 3, so that a high light collecting power can be obtained. Further, since the microlens 4 has a light condensing power even if the SiO ₂ film 3 and the SiN _x film 6 are thin, it is advantageous in terms of flattening the structure.
[0058]
FIG. 10 is a sectional view showing a method for manufacturing a microrod lens according to a sixth embodiment of the present invention. The microrod lens according to the sixth embodiment has a double structure including a core portion and an outer peripheral portion.
[0059]
In the method of manufacturing a microrod lens according to the sixth embodiment, as shown in FIG. 10A, first, a semicircle serving as a microrod lens mold is formed on a Si substrate 1 in the same manner as in the first embodiment. Alternatively, a resist pattern 2 in which openings 2b having a dome-like cross-sectional shape are arranged in parallel to each other is formed by a photolithography method. The planar shape of the resist pattern 2 is the same as shown in FIG.
[0060]
Next, the resist pattern 2 is cured by vacuum drying or plasma irradiation.
[0061]
Next, as shown in FIG. 10B, similarly to the first embodiment, the SiO ₂ film 3 is grown by the liquid phase CVD method. As in the first embodiment, this SiO ₂ film 3 is grown with the growth temperature set to about 0 ° C., for example, to obtain a film having high fluidity. In the opening 2b of the pattern 2, it grows on the Si substrate 1 in the shape of a rod having a semicircular or dome-shaped cross section.
[0062]
Next, similarly to the first embodiment, the resist pattern 2 is removed by an ashing process using oxygen plasma. At this time, the SiO ₂ film (not shown) thinly grown on the resist pattern 2 is removed by lift-off. Next, by performing heat treatment at a low temperature, OH groups contained in the SiO ₂ film 3 are removed, and the SiO ₂ film 3 is solidified. Specifically, this heat treatment is performed at 400 ° C. for about 15 minutes, for example. As a result, as shown in FIG. 10C, solidified SiO ₂ films 3 in the form of microrod lenses are formed in parallel to each other. The planar shape at this time is the same as shown in FIG.
[0063]
Next, as shown in FIG. 10D, similarly to the fifth embodiment, the SiN _x film 6 is grown by, for example, a plasma CVD method. At this time, the SiN _x film 6 is grown on the SiO ₂ film 3 with a uniform thickness so as to cover it.
[0064]
Thus, a core portion made of SiO ₂ film 3, the micro of the core portion than the SiO ₂ film 3 provided so as to cover comprising a peripheral portion whose refractive index consists of high the SiN _x film 6 double structure The rod lens 5 is manufactured.
[0065]
As described above, according to the sixth embodiment, both the heat-resistant insulators SiO ₂ and SiN _x are used as the material of the microrod lens 5, so that various similar to the first embodiment. In addition, since the outer peripheral portion of the microrod lens 5 is made of the SiN _x film 6 having a higher refractive index than that of the SiO ₂ film 3 at the core, a high light collecting power can be obtained. The microrod lens 5 is advantageous in terms of flattening the structure because it has a light condensing power even if the SiO ₂ film 3 and the SiN _x film 6 are thin.
[0066]
Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible.
[0067]
For example, in the first to sixth embodiments described above, the resist pattern 2 is removed by ashing using oxygen plasma. The removal of the resist pattern 2 is performed by, for example, ultrasonic cleaning using acetone. You may go.
[0068]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since a transparent inorganic material is used as the material of the optical component, a micro optical component such as a microlens having sufficient heat resistance and etching resistance can be easily manufactured. Can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a microlens manufacturing method according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing a planar shape of a resist pattern used in the microlens manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view showing a planar shape of a microlens manufactured by the microlens manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a microlens manufacturing method according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing method of a microrod lens according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a plan view showing a planar shape of a resist pattern used in a method for manufacturing a microrod lens according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a plan view showing a planar shape of a microrod lens manufactured by a method of manufacturing a microrod lens according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing method of a microrod lens according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining a microlens manufacturing method according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing method of a microrod lens according to a sixth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Si substrate 2 resist pattern 2a, 2b opening 3 SiO ₂ film 4 microlens 5 micro rod lens 6 SiN _x film

Claims

A pattern having an opening having a shape corresponding to the optical component to be manufactured was formed on the substrate, and silicon dioxide was selectively formed on the substrate by the liquid phase CVD method using a sol-gel reaction with the pattern as a mask. Then, the step of forming the core by solidifying the silicon dioxide,
Forming an outer peripheral portion made of silicon nitride so as to cover the core portion;
A method of manufacturing an optical component, comprising:

2. The method of manufacturing an optical component according to claim 1, wherein the silicon nitride is formed by a plasma CVD method.

2. The method of manufacturing an optical component according to claim 1, wherein the optical component is a microlens.