JP4239439B2 - 光学装置およびその製造方法ならびに光伝送装置 - Google Patents

光学装置およびその製造方法ならびに光伝送装置 Download PDF

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Description

【０００１】
本発明は、光学装置およびその製造方法ならびに光伝送装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
近年、電子デバイスの実装方法の一つとして、ＦＳＡ(Fluidic Self-Assembly)法を用いた実装方法が開発された。このＦＳＡ法は、１０〜数百ミクロンの大きさおよび所定の形状を有する電子デバイス（以下、「機能デバイス」という）を液体中に分散させ、この機能デバイスとほぼ同じ大きさおよび形状の穴あるいは嵌合部を含む基体表面にこの液体を流し込み、この機能デバイスを当該穴あるいは嵌合部に嵌めこむことにより、機能デバイスを基体に実装する技術である。ＦＳＡ法については、たとえば、インフォメーションディスプレイ誌（S.Drobac.ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＤＩＳＰＬＡＹ ＶＯＬ．１１（１９９９）１２〜１６頁）、米国特許第５，５４５，２９１号明細書、米国特許第５，７８３，８５６号明細書、米国特許第５，８２４，１８６号明細書、および米国特許第５，９０４，５４５号明細書等に開示されている。
【０００３】
次に、ＦＳＡ法を用いた半導体装置の実装工程の一例について簡単に説明する。
【０００４】
（１）まず、単結晶シリコンからなり、数百〜数百万個の電子デバイスを含むウエハを、エッチングによって数千〜数百万個の機能ブロックに分割する。分割により得られる機能ブロックは所定の３次元形状を有し、各々が所定の機能を有する。また、電子デバイスは、たとえばトランジスタのように単純な構造のものであっても、あるいはＩＣのように複雑な構造を有するであってもよい。
【０００５】
（２）前述した機能ブロックとは別に、これらの機能ブロックを嵌め込む基体を形成する。この基体には、打刻やエッチング、あるいはレーザ等を用いて、機能ブロックを嵌め込むための穴を形成する。この穴は、機能ブロックの大きさおよび形状に一致するように形成される。
【０００６】
（３）次に、前述の工程により形成した機能ブロックを液体中に分散させ、この分散液を（２）の工程で形成した基体の表面に流す。この工程により、機能ブロックは基体表面を通過しながら、基体に設けられた穴に落ちて自己整合的に嵌まる。穴に嵌まらなかった機能ブロックは、分散液中から回収され、クリーニングされた後、同じくクリーニングされた液体中に再度分散させられ、別の新たな基体表面に流される。以上の工程が繰り返される間、機能ブロックと分散液は再利用され続ける。
【０００７】
（４）基体に形成された穴に嵌合した機能ブロックは、一般的なメタライズ法等で電気配線され、最終的な電気回路の一部として機能する。以上の工程により、機能ブロックが半導体装置に実装される。
【０００８】
このＦＳＡ法によれば、大量の機能ブロックを一度に基体に実装することができるため、ディスプレイなどの装置の低価格化を図ることができ、かつ生産スピードを向上させることができる。また、あらかじめ検査により駆動可能な良品のみを機能ブロックとして用いて実装を行なうことができるため、装置の信頼性を高めることができる。
【０００９】
また、機能ブロックを嵌合するための基体は、ガラス、プラスチック、シリコン等の様々な材料を用いることができ、基体に用いる材料の選択の自由度が高い。同様に、機能ブロックに用いる材料も、シリコン、ゲルマニウム−シリコン、ガリウム−砒素、インジウム−リン等、機能ブロックに必要な機能に合わせて選択することができる。このように、ＦＳＡ法は電子デバイスの実装方法の一つとして、優れた作用および効果が期待されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このＦＳＡ法を用いて製造された機能ブロックを含む装置を、たとえば光学装置に応用することにより、信頼性が高く、かつ低価格の半導体装置の開発が求められている。本発明の目的は、機能ブロックを含む装置およびその製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の光学装置は、基体の凹部内に、発光素子または受光素子からなる光学素子を有する機能ブロックが嵌め込まれ、前記光学素子上に樹脂材料からなる凸レンズ形状のレンズ形状部が形成され、前記レンズ形状部を構成する樹脂材料と同一の樹脂材料からなり、前記基体の前記凹部が形成された側の表面において前記機能ブロックと前記基体とを平面視したときの境界領域の少なくとも一部を覆うことにより前記機能ブロックを前記基体に固定する固定部が形成され、前記機能ブロック上に前記光学素子に電力を供給するための電極層が形成されたことを特徴とする。
本発明の光学装置は、基体の凹部内に、発光素子または受光素子からなる光学素子を有する機能ブロックが嵌め込まれ、前記光学素子上に樹脂材料からなる凸レンズ形状のレンズ形状部が形成され、前記レンズ形状部を構成する樹脂材料と同一の樹脂材料からなり、前記基体の前記凹部が形成された側の表面において前記機能ブロックと前記基体との境界領域全面を覆う保護層が形成され、前記機能ブロック上に前記光学素子に電力を供給するための電極層が形成されたことを特徴とする。
本発明の光学装置は、基体の凹部内に、発光素子または受光素子からなる光学素子を有する機能ブロックが嵌め込まれ、前記光学素子上に樹脂材料からなる凸レンズ形状のレンズ形状部が形成され、前記レンズ形状部を含み、前記レンズ形状部を構成する樹脂材料と同一の樹脂材料からなり、前記基体の前記凹部が形成された側の表面において前記機能ブロックと前記基体との境界領域全面を覆う保護層、および前記レンズ形状部を含む保護層が形成され、前記機能ブロック上に前記光学素子に電力を供給するための電極層が形成され、前記境界領域全面を覆う保護層、および前記レンズ形状部を含む保護層が開口されてなるコンタクトホールが前記電極層上に形成されたことを特徴とする。
本発明の光学装置の製造方法は、基体の凹部内に、発光素子または受光素子からなる光学素子を有する機能ブロックを嵌め込む工程と、前記光学素子上、および前記機能ブロックと前記基体との境界領域上に、後でレンズ形状部および固定部となる樹脂または樹脂の前駆体からなる液状物を塗布する工程と、前記液状物を硬化させることにより前記レンズ形状部と前記固定部を形成する工程と、前記機能ブロック上の所定の領域に電極層を形成する工程と、を有することを特徴とする。
本発明の光学装置の製造方法は、基体の凹部内に、発光素子または受光素子からなる光学素子を有し、表面が後で用いる液状物に対して親和性を有する材料で形成された機能ブロックを嵌め込む工程と、前記機能ブロック上の前記光学素子上の一部を除く所定の領域に電極層を形成する工程と、前記電極層上に、後で用いる液状物に対して撥液性を有する撥液膜を形成する工程と、前記光学素子を含む前記機能ブロック上に、後でレンズ形状部および保護層となる樹脂または樹脂の前駆体からなる液状体を塗布する工程と、前記液状物を硬化させることにより前記レンズ形状部と前記保護層を形成する工程と、を有することを特徴とする。
また、前記撥液膜を形成する工程において、化学吸着を利用して前記電極層上に選択的に前記撥液膜を形成することができる。
また、前記液状物を塗布する工程において、ディスペンサノズルの先端に前記液状物の液滴を作った後、前記液滴を前記光学素子上に接触させ、前記ディスペンサノズルを離すことによって前記液滴を前記光学素子上に移すことができる。
あるいは、前記液状物を塗布する工程において、インクジェットヘッドを用いて前記液状物を前記光学素子上に射出することができる。
本発明の光学装置の製造方法は、基体の凹部内に、発光素子または受光素子からなる光学素子を有する機能ブロックを嵌め込む工程と、前記機能ブロック上の所定の領域に電極層を形成する工程と、後で形成するレンズ形状部の形状が反転した形状である凹部と、後で形成するコンタクトホールの形状が反転した形状である凸部と、を有するスタンパを用い、前記スタンパの前記凹部が前記光学素子上に位置するように前記スタンパと前記基体とをアライメントする工程と、後でレンズ形状部および保護層となる樹脂または樹脂の前駆体からなる液状物を前記スタンパと前記基体との間に導入する工程と、前記スタンパと前記基体とを前記液状物を介して密着させる工程と、前記液状物を硬化させることにより前記境界領域全面を覆う保護層と、前記レンズ形状部を含む保護層と、前記境界領域全面を覆う保護層および前記レンズ形状部を含む保護層が開口されてなる前記コンタクトホールとを形成する工程と、を有することを特徴とする。
本発明の光伝送装置は、発光素子からなる光学素子を有する機能ブロックを備えた上記本発明の光学装置からなる発光部と、受光素子からなる光学素子を有する機能ブロックを備えた上記本発明の光学装置からなる受光部と、を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明にかかる機能ブロックを含む装置は、基体に設けられた凹部に機能ブロックが配置された装置において、前記機能ブロックは、少なくとも一部に機能素子を含み、前記機能ブロック上の所定の領域に、機能的形状部が形成されている。
ここで、機能素子とは、電子デバイスとして機能し得る素子をいう。また、機能的形状部とは、所定の機能を発揮するために必須の形状を有する部材をいう。
【００１３】
この構成によれば、前記機能ブロック上の所定の領域に、機能的形状部が形成されていることにより、所定の機能を発揮することができる。以上の点については、本発明の実施の形態の欄で詳述する。
【００１４】
前記機能ブロックを含む装置の好ましい態様としては、（１）〜（４）を例示できる。
【００１５】
（１）前記機能ブロックは半導体デバイスを含むことができる。
【００１６】
（２）前記機能素子として光学素子を用いることができる。
【００１７】
この場合、前記機能的形状部は前記光学素子上に形成され、かつレンズ形状部を含むことができる。ここで、前記光学素子は、受光素子および発光素子の少なくとも一方であることが望ましい。この構成によれば、前記光学素子の機能を高めることができる。詳しくは、本発明の実施の形態の欄で詳述する。
【００１８】
（３）前記機能ブロック上の所定の領域に電極を形成することができる。
【００１９】
（４）さらに、前記機能ブロック上に保護層を形成することができる。
【００２０】
この場合、前記保護層を、前記基体表面において前記機能ブロックと前記基体との境界領域の少なくとも一部を覆うように形成することができる。
【００２１】
さらに、この場合、前記保護層にコンタクトホールを形成することができる。
【００２２】
（第２の装置）
また、本発明にかかる機能ブロックを含む装置は、基体に設けられた凹部に機能ブロックが配置された装置において、
前記基体表面において前記機能ブロックと前記基体との境界領域の少なくとも一部に、前記機能ブロックの固定手段が設けられている。
【００２３】
この構成によれば、前記機能ブロックを固定するために最低限必要な箇所に固定手段を設けることができるため、前記機能ブロック上に部材を設ける場合には設計の自由度を大きくすることができる。
【００２４】
この場合、前記固定手段が機能的形状部である。また、この場合、前記機能ブロックは半導体デバイスを含むことができる。
【００２５】
（第１の製造方法）
本発明の機能ブロックを含む装置の製造方法は、基体に凹部を設け、少なくとも一部に機能素子を含む機能ブロックを該凹部に自己整合的に嵌め込む工程を含む製造方法であって、以下の工程（ａ）および工程（ｂ）を含む。
【００２６】
（ａ）前記機能ブロック上の所定の領域に液状物を塗布する工程、および
（ｂ）前記液状物を硬化させて機能的形状部を形成する工程。
【００２７】
この製造方法によれば、前記液状物を前記機能デバイスに供給してやり、前記液状物を硬化することのみで、前記機能的形状部をセルフアラインで形成することができる。その結果、位置ずれすることなく、かつきわめて簡単な工程で前記機能的形状部を形成することができる。
【００２８】
（第２の製造方法）
本発明の機能ブロックを含む装置の製造方法は、基体に凹部を設け、少なくとも一部に機能素子を含む機能ブロックを該凹部に自己整合的に嵌め込む工程を含む製造方法であって、以下の工程（ａ）および工程（ｂ）を含む。
【００２９】
（ａ）前記機能ブロック上の所定の領域に液状物を塗布する工程、および
（ｂ）機能的形状部の反転形状部を有するスタンパを用いて該機能的形状部を形成する工程であって、
機能的形状部を形成する領域上に前記反転形状部が位置するように、前記機能ブロックと前記スタンパとを位置合わせした状態で、前記液状物を硬化させて、前記機能的形状部を形成する工程。
【００３０】
この製造方法によれば、位置ずれの少ない前記機能的形状部を簡便に形成することができる。
【００３１】
また、前記工程（ｂ）において、さらに、前記スタンパがコンタクトホールの反転形状部を有するものであり、該スタンパを用いて、前記機能的形状部を形成するとともに、前記電極上にコンタクトホールを形成することができる。この製造方法によれば、前記スタンパを利用して一体的に前記機能的形状部と前記コンタクトホールを形成することができるため、たとえばフォトリソグラフィ法を用いて前記機能的形状部と前記コンタクトホールを形成する場合と比較して簡単に前記機能的形状部等を形成することができ、製造に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００３２】
前述した第１および第２の製造方法の好ましい態様としては、（１）〜（６）を例示できる。
【００３３】
（１）前記機能ブロックは半導体デバイスを含むことができる。
【００３４】
（２）前記機能素子として光学素子を用いることができる。
【００３５】
この場合、前記機能的形状部を前記光学素子上に形成する工程であって、
前記機能的形状部がレンズ形状部を含むように形成する工程を用いることができる。
【００３６】
（３）さらに、以下の工程（ｃ）を含むことができる。
【００３７】
（ｃ）前記機能ブロック上の所定の領域に、前記機能ブロックを駆動させるための電極を形成する工程。
【００３８】
（４）さらに、以下の工程（ｄ）を含むことができる。
【００３９】
（ｄ）前記機能ブロック上に、さらに保護層を形成する工程。
【００４０】
この場合、前記工程（ｄ）において、前記保護層を、前記機能ブロックと前記基体との境界領域の少なくとも一部を覆うように形成することができる。
【００４１】
（５）前記液状物は、樹脂または樹脂の前駆体を含む液状物であることが望ましい。
【００４２】
（６）前記工程（ａ）において、前記機能ブロック上の所定の領域に液状物を塗布する方法として、たとえば、ディスペンサノズルの先端に前記液状物の液滴を作り、該液滴を前記機能ブロックの所定の領域に接触させ、該液状物を該所定の領域に配置する方法を用いることができる。あるいは、インクヘッドジェットを用いて前記液状物を前記機能ブロックの所定の領域に射出し、該液状物を該所定の領域に配置する方法を用いることができる。
【００４３】
（第３の製造方法）
前述した第１の製造方法においては、さらに、以下の工程（ｅ）を含むことができる。
【００４４】
（ｅ）前記液状物を塗布する前に、前記機能的形状部を形成するための領域以外の領域に、前記液状物をはじく性質を有する撥液膜を形成する工程。
【００４５】
この場合、前記第１の製造方法に含まれる前記工程（ｂ）は、前記撥液膜によってはじかれる液状物を、前記機能的形状部を形成するための領域に配置させる工程であることが望ましい。この工程については、詳しくは、本発明の実施の形態の欄で詳述する。
【００４６】
また、この場合、前記撥液膜は、前記電極に吸着する化合物からなる単分子膜であることが望ましい。
【００４７】
さらに、この場合、前記電極は金を含む材料から形成されることが望ましく、前記単分子膜は、一方の末端に前記液状物をはじく性質を有する原子団を含むチオールからなることが望ましい。
【００４８】
（第４の製造方法）
本発明の機能ブロックを含む装置の製造方法は、基体に凹部を設け、少なくとも一部に機能素子を含む機能ブロックを該凹部に自己整合的に嵌め込む工程を含む製造方法であって、以下の工程（ａ）および工程（ｂ）を含む。
【００４９】
（ａ）前記基体表面において前記機能ブロックと前記基体との境界領域の少なくとも一部に液状物を塗布する工程、および
（ｂ）前記液状物を硬化させて、前記機能ブロックの固定手段を形成する工程。
【００５０】
この構成によれば、前記機能ブロックを固定するために最低限必要な箇所に固定手段を設けることができるため、材料の無駄が少なくすることができる。
【００５１】
この場合、前記固定手段が機能的形状部であることが望ましい。また、前記機能ブロックは半導体デバイスを含むことができる。
【００５２】
本発明の光伝送装置は、発光素子を含む前記機能ブロックが配置された上記本発明の機能ブロックを含む装置と、受光素子を含む前記機能ブロックが配置された上記本発明の機能ブロックを含む装置とが、前記発光素子と前記受光素子とが互いに対向するように積層されてなることを特徴とするものである。
【００５３】
また、本発明の光伝送装置は、発光素子を含む前記機能ブロックが配置された上記本発明の機能ブロックを含む装置からなる発光部と、受光素子を含む前記機能ブロックが配置された上記本発明の機能ブロックを含む装置からなる受光部とを有することを特徴とするものである。
【００５４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００５５】
［第１の実施の形態］
（デバイスの構造）
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる機能ブロック１２を含む装置１００を模式的に示す断面図である。図２は、図１に示す装置１００の平面図である。図１は、図２のＡ−Ａ線における断面を示している。
【００５６】
装置１００は、基体１０と、基体１０の凹部１１に設けられた機能ブロック１２とを含む。
【００５７】
基体１０は、シリコン、ガラス、プラスチック等の材料からなる。基体１０の材質は、機能素子および機能ブロック１２の種類や、装置１００の用途に応じて適宜選択される。
【００５８】
機能ブロック１２は、背景技術の欄で前述したＦＳＡ法によって、基体１０の凹部１１に嵌め込まれて形成される。機能ブロック１２は、半導体デバイスを含むことができる。なお、図１においては、機能ブロック１２が四角錐台状である例を示したが、機能ブロック１２の形状はこれに限定されるわけではなく、用途および機能に応じて種々の形状をとることができる。
【００５９】
機能ブロック１２の表面には、機能素子として光学素子１４が形成されている。光学素子１４はたとえば、ＶＣＳＥＬ（vertical cavity surface emitting laser;面発光型半導体レーザ）、ＬＥＤ（light emitting diode;発光ダイオード）、ＥＬ素子（electroluminescent device）等の発光素子、あるいはフォトコンダクタ(photoconductor)や、ＰＤ(photo diode)等の受光素子である。
【００６０】
光学素子１４の上には、機能的形状部であるレンズ形状部２０が形成されている。レンズ形状部２０は透明であり、かつ凸レンズ形状を有する。すなわち、レンズ形状部２０の上面は凸レンズ面を構成する。
【００６１】
光学素子１４が発光素子の場合、レンズ状形状部２０は光学素子１４から出射する光を屈折させる機能を有する。一方、光学素子１４が受光素子の場合、レンズ状形状部２０は光を屈折させ光学素子１４の所定の領域へ集光させる機能を有する。
【００６２】
レンズ形状部２０の材質は、特に限定されるものではないが、たとえば、ポリイミド系樹脂、紫外線硬化型アクリル系樹脂、紫外線硬化型エポキシ系樹脂などの高分子化合物から形成されることが望ましく、ポリイミド系樹脂から形成されているのがより望ましい。
【００６３】
機能ブロック１２の上には、電極層２５が形成されている。電極層２５は上部電極であり、コンタクト（図示せず）によって光学素子１４と電気的に接続され、さらに、電極層２５が外部電極（図示せず）と接続されることにより、光学素子１４に電力が供給される。なお、図２においては電極層２５の図示を、図１および図２においては下部電極の図示をそれぞれ省略する。
【００６４】
また、固定部２２は、基体１０の表面において機能ブロック１２と基体１０との境界領域の少なくとも一部を覆うように形成されている。固定部２２も機能的形状部として機能する。すなわち、固定部２２は、基体１０の凹部１１に嵌め込まれた機能ブロック１２を固定する手段として機能を有する。
【００６５】
なお、本実施の形態では、機能素子が光学素子１４である場合を示したが、機能素子は光学素子に限定されるわけではなく、たとえば、トランジスタ等を用いることができる。また、機能的形状部も、レンズ形状部２０や固定部２２に限定されるわけではなく、たとえば、平面導波路やスペーサ等であってもよい。
【００６６】
（デバイスの動作）
以下に、機能ブロック１２を含む装置１００の動作を説明する。
【００６７】
光学素子１４が発光素子の場合、光学素子１４が駆動することにより生じた光が、光学素子１４の上面の所定の領域から出射する。レンズ状形状部２０は、出射面において、この出射光を屈折させ、その放射角を狭めることができる。また、光学素子１４の上面に形成される光の出射口の径を大きくした場合であっても、レンズ状形状部２０を用いることにより、出射光の放射角を狭めることができる。
【００６８】
一方、光学素子１４が受光素子の場合、レンズ状形状部２０に入射した光は屈折して光学素子１４の所定の領域へ集光する。この集光した光が光学素子１４によって電気信号へと変換される。
【００６９】
（デバイスの製造プロセス）
次に、図１に示す装置１００の製造プロセスについて説明する。図３および図４は、装置１００の製造工程の一例を示す図である。
【００７０】
（１）光学素子１４を含む機能ブロック１２の形成、ならびに機能ブロック１２の凹部１１への嵌め込みは、背景技術の欄で説明したＦＳＡ法を用いて行なう。この工程により、光学素子１４を含む機能ブロック１２が凹部１１に嵌め込まれた基体１０が得られる。
【００７１】
（２）次に、機能ブロック１２上面において、光学素子１４上、ならびに機能ブロック１２と基体１０との境界領域に液状物を塗布する。液状物を塗布する方法として、ディスペンサノズル２７により液状物を供給する方法について、図３（ａ），図３（ｂ）を参照しながら説明する。図３（ａ），図３（ｂ）は、ノズル２７により液状物２４を光学素子１４上に供給する方法を経時的に表した模式図である。
【００７２】
レーザ出射部の構成材質となる樹脂またはその樹脂の前駆体の液状物２４をノズル２７に注入する。ノズル２７の先端にこの液状物２４の液滴を作った後、図３（ａ）に示すように、この液滴を機能ブロック１２上に接触させる。そして、図３（ｂ）に示すように、光学素子１４上でノズル２７を離し、光学素子１４上に液状物２４を移す。ノズル２７を用い同様の方法にて、機能ブロック１２と基体１０との境界領域にも液状物２４を形成する。
【００７３】
このように、ノズルにより液状物を機能ブロック１２上に供給する方法によれば、液状物の粘度、ノズル径およびノズル先端の液滴量などを調整したり、ノズル先端の表面処理などにより、レンズ形状部２０の厚さを容易に制御することができる。また、ノズルによる液状物の供給方法は、液状物の粘度による影響を受けにくいため、使用可能な液状物の範囲が広い。さらに、必要なところのみ液状物を確実に供給することができるため、無駄がなく、余計なところに液状物が付着することもない。
【００７４】
樹脂の液状物としては、たとえば、紫外線硬化型アクリル系樹脂、紫外線硬化型エポキシ系樹脂などを挙げることができる。前駆体の液状物としては、ポリイミド前駆体の液状物、紫外線硬化型アクリル系樹脂および紫外線硬化型エポキシ系樹脂のモノマーを含む液状物などを挙げることができる。
【００７５】
紫外線硬化型樹脂は、紫外線照射のみで硬化することができるため、素子への熱によるダメージや、熱硬化させた場合に生じる半導体層と樹脂との熱膨張差によるレーザ出射部の剥離などの心配がない。
【００７６】
紫外線硬化型樹脂は、プレポリマー、オリゴマーおよびモノマーのうち少なくとも１種と光重合開始剤を含んだものからなる。
【００７７】
紫外線硬化型アクリル系樹脂の具体例としては、プレポリマーまたはオリゴマーとしては、たとえば、エポキシアクリレート類、ウレタンアクリレート類、ポリエステルアクリレート類、ポリエーテルアクリレート類、スピロアセタール系アクリレート類等のアクリレート類、エポキシメタクリレート類、ウレタンメタクリレート類、ポリエステルメタクリレート類、ポリエーテルメタクリレート類等のメタクリレート類等が利用できる。
【００７８】
モノマーとしては、たとえば、２−エチルヘキシルアクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、Ｎ−ビニル−２−ピロリドン、カルビトールアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、イソボルニルアクリレート、ジシクロペンテニルアクリレート、１，３−ブタンジオールアクリレート等の単官能性モノマー、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート、１，６−ヘキサンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ペンタエリスリトールジアクリレート等の二官能性モノマー、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート等の多官能性モノマーが挙げられる。
【００７９】
光重合開始剤としては、たとえば、２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノンなどのアセトフェノン類、α−ヒドロキシイソブチルフェノン、ｐ−イソプロピル−α−ヒドロキシイソブチルフェノンなどのブチルフェノン類、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルジクロロアセトフェノン、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルトリクロロアセトフェノン、α，α−ジクロロ−４−フェノキシアセトフェノンなどのハロゲン化アセトフェノン類、ベンゾフェノン、Ｎ，Ｎ−テトラエチル−４，４−ジアミノベンゾフェノンなどのベンゾフェノン類、ベンジル、ベンジルジメチルケタールなどのベンジル類、ベンゾイン、ベンゾインアルキルエーテルなどのベンゾイン類、１−フェニル−１，２−プロパンジオン−２−（ｏ−エトキシカルボニル）オキシムなどのオキシム類、２−メチルチオキサントン、２−クロロチオキサントンなどのキサントン類、ベンゾインエーテル、イソブチルベンゾインエーテルなどのベンゾインエーテル類、ミヒラーケトン類のラジカル発生化合物を挙げることができる。紫外線硬化型アクリル系樹脂を硬化した後の樹脂は、透明度が高いという利点を有しており、レンズに適している。
【００８０】
ポリイミド前駆体としては、ポリアミック酸、ポリアミック酸の長鎖アルキルエステルなどを挙げることができる。ポリイミド前駆体を熱硬化させて得られたポリイミド系樹脂は可視光領域において、８０％以上の透過率を有し、屈折率が１．７〜１．９と高いため、大きなレンズ効果が得られる。
【００８１】
（３）つづいて、機能ブロック１２上の液状物２４を硬化させて、光学素子１４上にレンズ形状部２０を形成するとともに、機能ブロック１２と基体１０との境界領域に固定部２２を形成する。液状物２４が前述の紫外線硬化型樹脂の場合には、紫外線を照射することにより、硬化させることができる。
【００８２】
また、液状物として、ポリイミド前駆体の液状物を用いた場合には、ポリイミド前駆体の液状物を加熱キュア処理してイミド化反応を起こしポリイミド系樹脂を生成させることにより、硬化させることができる。キュア温度は、前駆体の種類によって異なるが、機能ブロック１２を構成する光学素子１４等への熱によるダメージ、基体１０とポリイミド系樹脂との熱膨張差、および電極層２５のアロイングの防止などの観点から、１５０℃程度が適当である。
【００８３】
前述した（２）において、液状物を機能ブロック１２上に供給する方法として、ディスペンサノズル２７による供給方法を例示したが、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、インクジェットヘッド２８を用いて、液状物２４を機能ブロック１２上に射出して供給する方法なども適用することができる。インクジェットヘッド２８を用いた方法は、短時間で液状物を機能ブロック１２上に供給することができ、生産性が高いという利点がある。液状物をインクジェットにより塗布する際、液状物の液粘度は、重要な要素であるが、希釈溶剤を液状物に添加することにより、適当な液粘度に調整することもできる。
【００８４】
紫外線硬化型樹脂の液状物に適用可能な希釈溶剤としては、特に限定されるものではないが、たとえば、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、メトキシメチルプロピオネート、メトキシエチルプロピオネート、エチルセロソルブ、エチルセロソルブアセテート、エチルラクテート、エチルピルビネート、メチルアミルケトン、シクロヘキサノン、キシレン、トルエン、ブチルアセテートなどを挙げることができ、単独で、または、２種以上を混合して使用することができる。
【００８５】
ポリイミドの前駆体の液状物に適用可能な希釈溶剤としては、たとえば、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを挙げることができる。
【００８６】
（４）さらに、機能ブロック１２上の所定の領域に、一般的なメタライズ法等を用いて、機能ブロック１２を駆動させるための電極層２５を形成する。なお、本実施の形態においては、レンズ形状部２０を形成した後に電極層２５を形成する例を示したが、レンズ形状部２０を形成する前に電極層２５を形成することもできる。以上の工程により、図１に示す機能ブロック１２を含む装置１００が得られる。
【００８７】
以上説明したように、本実施の形態の機能ブロック１２を含む装置１００では、機能ブロック１２が機能素子として光学素子１４を含み、かつ機能ブロック１２上の所定の領域に、機能的形状部であるレンズ形状部２０が形成されている。光学素子１４が受光素子の場合、レンズ形状部２０は入射する光を集光することができる。また、光学素子１４が発光素子の場合、レンズ形状部２０は光学素子１４から出射する光の放射角を狭めることができる。このように、機能ブロック１２を含む装置１００において、機能的形状部であるレンズ形状部２０が光学素子１４上に設けられていることにより、機能素子である光学素子１４の機能を高めることができる。
【００８８】
また、機能ブロック１２と基体１０とを固定するための固定部２２を、レンズ形状部２０と同一工程で形成することができるため、工程数を少なくすることができる。
【００８９】
［第２の実施の形態］
（デバイスの構造）
図５は、本発明の第２の実施の形態にかかる機能ブロック１２を含む装置２００を模式的に示す断面図である。
【００９０】
本実施の形態の機能ブロック１２を含む装置２００は、機能ブロック１２の表面において基体１０と機能ブロック１２との境界領域全面を覆うように保護層１８が形成されている点、ならびに光学素子１４の表面は液状樹脂に対して親和性を有する一方、電極層１２５の表面は液状樹脂をはじく性質を有するように処理されており、その結果、図５に示すように、光学素子１４上に設けられた電極層１２５の開口部に、セルフアラインでレンズ状の樹脂（レンズ形状部１２０）が形成されている点で、第１の実施の形態にかかる装置１００と異なる。この他の部分については第１の実施の形態にかかる装置１００と近似する構造を有する。近似する構造を有する部分については詳細な説明は省略する。なお、機能ブロック１２を含む装置２００において、第１の実施の形態にかかる装置１００と同一の構成要素については、同一番号を付すものとする。
【００９１】
レンズ形状部１２０は、第１の実施の形態にかかるレンズ形状部２０と同様の作用および効果を有する。すなわち、レンズ形状部１２０が機能的形状部であり、光学素子１４が機能素子である。したがって、光学素子１４が受光素子の場合には、レンズ形状部１２０は光を屈折させて光学素子１４の所定の領域へ集光させる機能を有し、光学素子１４が発光素子の場合にはレンズ形状部１２０は出射する光を屈折させ、放射角を小さくする機能を有する。
【００９２】
（デバイスの動作）
第２の形態にかかる機能ブロックを含む装置２００の動作は、第１の実施の形態にかかる装置１００の動作と同様である。よって、その説明を省略する。
【００９３】
（デバイスの製造プロセス）
次に、図５に示す機能ブロック１２を含む装置２００の製造プロセスについて説明する。図６および図７は、装置２００の製造工程の一例を示す図である。
【００９４】
（１）まず、第１の実施の形態にかかる装置１００と同様に、背景技術の欄で説明したＦＳＡ法を用いて、光学素子１４を含む機能ブロック１２が凹部１１に嵌め込まれた基体１０を形成する。
【００９５】
ここで、機能ブロック１２の表面を、液状物（後述する）に対して親和性を有する材質から形成する。すなわち、機能ブロック１２の表面を、前記液状物をはじかない材質から形成する。これにより、後述する工程において、機能ブロック１２上に前記液状物を移す際に、機能ブロック１２上で前記液状物が安定して存在することができる。
【００９６】
（２）つづいて、図６に示すように、機能ブロック１２上に電極層１２５を形成する。この電極層１２５は、機能ブロック１２を駆動させるための電力を供給するために設けられる。図５に示す装置２００においては、電極層１２５の一部が光学素子１４上に設置されている。
【００９７】
（３）次に、電極層１２５上に撥液膜１１０を形成する。撥液膜１１０は、後述する液状物をはじく性質を有している。
【００９８】
ここで、電極層１２５を構成する金属層の表面が金層１１５である場合には、撥液膜１１０としては、たとえば、以下のようにして得られた単分子膜からなる。
【００９９】
機能基を末端に有するチオールを１〜１０ｍＭのエタノール水溶液に溶解させる。その溶液に電極層１２５を浸漬すると、電極層１２５上にのみ、機能基を末端に有するチオールの単分子膜（以下「チオール単分子膜」という）が形成される。
【０１００】
ここで、機能基を末端に有するチオールとしては、たとえば、ＣＦ3（ＣＦ2）n（ＣＨ2）mＳＨ（ｍは、５〜６０の整数、ｎは、１〜２０の整数を示す）で表されるフッ素系の機能基を末端に有するチオールなどを挙げることができる。
【０１０１】
以下に、図６および図７を参照して、電極層１２５上に、チオール単分子膜１１６が形成される理由を説明する。
【０１０２】
図７は、チオール単分子膜１１６を形成した直後の光学素子１４および電極層１２５の表面の一部分を模式的に示した拡大図であり、図６に示す領域Ａ１００部分の拡大図である。
【０１０３】
チオールは、チオールのメルカプト基の硫黄原子と金原子とが共有結合的に化学結合することにより、金に化学吸着する性質を有する。この性質のため、金層１１５からなる電極層１２５を、機能基１１４を有するチオールを含む溶液に浸漬すると、図７に示すように、機能基１１４を末端に有するチオール１１２は、メルカプト基１１３を電極層１２５に向けた配向をとって電極層１２５の表面上に化学吸着される。一方、光学素子１４を含む機能ブロック１２の表面には、機能基１１４を末端に有するチオール１１２は化学吸着しない。また、末端に存在している機能基１１４は、チオール単分子膜１１６の表面に現れる。その結果、電極層１２５上に、チオール単分子膜１１６を形成することができる。
【０１０４】
このチオール単分子膜１１６は、以下のような理由で、撥液膜１１０として作用する。
【０１０５】
このチオール単分子膜１１６の表面には、図７に示すように、後述する液状物をはじく性質が付与された機能基１１４が現れている。このため、チオール単分子膜１１６は、後述する液状物をはじく性質を有し、撥液膜１１０として作用することができる。
【０１０６】
このように化学吸着を利用して撥液膜１１０を形成する利点は、電極層１２５上に、選択的に、かつ、簡便に撥液膜１１０を形成することができる点にある。
【０１０７】
上記実施の形態において、撥液膜１１０は、機能基１１４を有するチオールからなる単分子膜について述べたが、この化合物に限らず、電極層１２５に吸着し、かつ、上記の液状物をはじく性質を有する単分子膜であれば、本発明の撥液膜１１０として適用することができる。また、撥液膜１１０は、単分子膜に限られるものではなく、液状物をはじく性質を有する膜であれば、特に限定されない。また、撥液膜１１０は、必要に応じて、適宜、剥離することができる。
【０１０８】
また、上記の製造プロセスでは、電極層１２５を構成する金属層の表面が金層１１５である場合について述べたが、撥液膜１１１と密着するものであれば、特に限定されるものではない。
【０１０９】
（４）つづいて、光学素子１４を含む機能ブロック１２上に液状物（図示せず）を供給する。液状物を供給する方法は、第１の実施の形態にかかる装置１００の製造工程で用いた場合と同様に、ディスペンサノズルによる方法、またはインクジェットによる方法を用いることができる。あるいは、スピンコート法、ディッピング法、スプレーコート法、ロールコート法、バーコート法などを利用することができる。
【０１１０】
光学素子１４を含む機能ブロック１２は、その表面が液状物をはじかない材質からなる。そのため、光学素子１４を含む機能ブロック１２上に液状物を供給した場合、露出した機能ブロック１２上に移された液状物が安定して存在することができる。また、電極層１２５上にはみだした液状物は、電極層１２５上に形成された撥液膜１１０によりはじかれる。はじかれた液状物は、機能ブロック１２の露出面上の液状物に吸収される。その結果、液状物は、機能ブロック１２の露出面上に残る。残った液状物は、表面張力により、マイクロレンズの原形となるレンズ形状部１２０および保護層１８の形状を形作る。
【０１１１】
（５）さらに、機能ブロック１２上の液状物を硬化させることにより、光学素子１４上にレンズ形状部１２０を形成するとともに、機能ブロック１２と基体１０との境界領域を全面的に覆う保護層１８を形成する。以上の工程により、図５に示す装置２００が得られる。
【０１１２】
本実施の形態の機能ブロックを含む装置２００は、第１の実施の形態にかかる装置１００と同様の作用および効果を有する。
【０１１３】
また、本実施の形態の装置２００の製造方法によれば、前記液状物を機能デバイス１２に供給してやり、前記液状物を硬化することのみで、マイクロレンズとして機能するレンズ形状部１２０をセルフアラインで形成することができる。その結果、光軸合わせが不要で光軸ずれのないレンズ形状部１２０をきわめて簡単な工程で形成することができる。くわえて、レンズ形状部１２０の形成と同時にコンタクトホール１６をセルフアラインで形成することができるため、工程数を少なくすることができる。
【０１１４】
さらに、レンズ形状部１２０を形成する際に、電極層１２５に撥液膜１１０を形成してから液状物を供給することにより、レンズ形状部１２０の大きさおよび形状を容易に制御することができる。
【０１１５】
［第３の実施の形態］
（デバイスの構造）
図８は、本発明の第３の実施の形態にかかる機能ブロック１２を含む装置３００を模式的に示す断面図である。
【０１１６】
本実施の形態の機能ブロック１２を含む装置３００は、保護層１１８が基体１０と機能ブロック１２との境界領域全面を覆うように形成されている点で、第２の実施の形態にかかる装置２００と近似する構造を有する。このため、近似する構造を有する部分については詳細な説明を省略する。一方、本実施の形態にかかる装置３００には、コンタクトホール１６が設けられている点で、第１および第２の実施の形態にかかる装置１００，２００と異なる。なお、装置３００において、第１および第２の実施の形態にかかる装置１００，２００とほぼ同一の構成要素については、同一番号を付すものとする。
【０１１７】
装置３００には、レンズ形状部２２０を含む保護層１１９が設けられている。レンズ形状部２２０は、第１の実施の形態にかかるレンズ形状部２０と同様の作用および効果を有する。すなわち、レンズ形状部２２０は機能的形状部であり、光学素子１４が機能素子である。したがって、光学素子１４が受光素子の場合には、レンズ形状部２２０は光を屈折させて光学素子１４の所定の領域へ集光させる機能を有し、光学素子１４が発光素子の場合にはレンズ形状部２２０は出射する光を屈折させ、放射角を小さくする機能を有する。
【０１１８】
また、コンタクトホール１６は、電極層２２５上に形成され、電極層２２５と外部電極（図示せず）とを接続するコンタクトの一部を構成する。
【０１１９】
（デバイスの動作）
第３の形態にかかる機能ブロック１２を含む装置３００の動作は、第１の実施の形態にかかる装置１００の動作と同様である。よって、その説明を省略する。
【０１２０】
（デバイスの製造プロセス）
次に、図８に示す装置３００の製造プロセスについて説明する。図９〜図１１は、装置３００の製造工程の一例を示す図である。
【０１２１】
（１）まず、第１の実施の形態にかかる装置１００と同様に、背景技術の欄で説明したＦＳＡ法を用いて、光学素子１４を含む機能ブロック１２が凹部１１に嵌め込まれた基体１０を形成する。
【０１２２】
（２）つづいて、図９に示すように、機能ブロック１２上に電極層２２５を形成する。ここまでの工程は、第２の実施の形態にかかる装置２００とほぼ同様である。
【０１２３】
（３）次に、機能ブロック１２上にレンズ形状部２２０および保護層１１８，１１９を形成するプロセスについて説明する。図１０および図１１は、保護層１１８，１１９の製造工程を示す断面図である。
【０１２４】
まず、図１０に示すスタンパ２９を形成する。スタンパ２９は紫外線に対して透明な材質から形成される。また、スタンパ２９は鋳型面２９ａを有する。鋳型面２９ａは凹部２３と凸部２６とを含み、最終的に製造される装置３００のレンズ形状部２２０とコンタクトホール１６の形状の反転形状を有する。すなわち、凹部２３は最終的に製造されるレンズ形状部２２０の反転形状部となり、凸部２６は最終的に製造されるコンタクトホール１６の反転形状部となる。
【０１２５】
鋳型面２９ａには表面処理を施すことが望ましい。この表面処理は、後述する保護層１１８，１１９とスタンパ２９との密着性が、その保護層１１８，１１９と機能ブロック１２との密着性よりも低くなるようにするもの、すなわち、後述する保護層１１８，１１９とスタンパ２９との剥離をする工程において、その剥離を容易にするために行なう。この表面処理としては、たとえばＣＦ4ガスプラズマによるフッ素処理などを挙げることができる。このようにして、スタンパ２９を作製する。
【０１２６】
また、スタンパ２９は、まず母型を形成し、この母型の形状を反転転写させて作製される。この母型は、最終的に製造される装置３００のレンズ形状部２２０とコンタクトホール１６の形状を有する。あるいは、スタンパ２９を基体から直接作製してもよい。すなわち、ウエットエッチング法を用いて、基体に凹部２３および凸部２６を形成することにより、スタンパ２９を作製することもできる。この場合、スタンパ２９を形成するための基体の材質としては、樹脂の他に、金属、半導体基板（たとえばシリコン）、石英、ガラスなどを用いることができる。
【０１２７】
（４）次に、このスタンパ２９の凹部２３が光学素子１４上に位置するように、スタンパ２９と基体１０とをアライメントをする。アライメント方法としては、たとえば、以下の方法を挙げることができる。
１）スタンパ２９と基体１０とを別々に位置決めし、機械的精度で張り合わせる方法。
２）スタンパ２９が透明な場合において、機能ブロック１２が形成されている側の基体１０の表面に、アライメントの際の照準となるアライメントマークを付して、そのアライメントマークを利用してアライメントを行う方法。
３）スタンパ２９が透明でない場合には、基体１０上にスタンパ２９が設置される際に基体１０においてスタンパ２９と重なる面と垂直方向に、スタンパ２９を貫通する孔を設け、その孔を介して、上述のアライメントマークを利用してアライメントを行う方法。
【０１２８】
（５）スタンパ２９と基体１０とをアライメントした後、樹脂の液状物１１８ａをスタンパ２９と基体１０との間に導入し、図１０に示すように、基体１０の面上に載せる。また、樹脂の液状物５０を基体１０の面上に載せた後、スタンパ２９と基体１０とをアライメントしてもよい。
【０１２９】
樹脂の液状物１１８ａとしては、エネルギーを付与することにより硬化するものが好ましい。樹脂が液状物であることで、スタンパ２９の凹部２３へ樹脂を充填することが容易となる。樹脂の液状物１１８ａとしては、たとえば、第１の実施の形態の欄で例示したように、紫外線硬化型のアクリル系樹脂、紫外線硬化型のエポキシ系樹脂あるいは熱硬化型のポリイミド系樹脂の前駆体などを挙げることができる。特に、紫外線硬化型の樹脂は、紫外線照射のみで硬化することができるので、手軽に使用することができる。また、紫外線硬化型の樹脂の硬化の際には熱処理を加えないので、スタンパ２９と、光学素子１４を含む機能ブロック１２との間の熱膨張差に起因するトラブルを心配する必要がない。
【０１３０】
樹脂の液状物１１８ａの基体１０上への導入方法は、特に限定されるものではなく、たとえば、第２の実施の形態の欄で例示した方法、スピンコート法、ディッピング法、スプレーコート法、ロールコート法、バーコート法などを利用することができる。
【０１３１】
（６）次いで、スタンパ２９と基体１０とを、樹脂を介して密着させる。このように、スタンパ２９と基体１０とを密着させることにより、樹脂の液状物１１８ａは、図１１に示すように、所定領域まで塗り拡げられ、スタンパ２９と基体１０との間に樹脂の液状物１１８ａからなる層が形成される。なお、必要に応じて、スタンパ２９と基体１０とを貼り合わせる際に、スタンパ２９および基体１０の少なくともいずれか一方を介して加圧してもよい。また、液状物１１８ａの内部に気泡が混入することを防ぐため、１０Ｐａ程度の真空下で、スタンパ２９と基体１０とを密着させてもよい。
【０１３２】
（７）続いて、樹脂の液状物１１８ａを硬化する。硬化方法は、樹脂の液状物１１８ａの種類に応じて適宜の方法が選択され、第１の実施の形態の欄で説明した方法を用いることができる。紫外線硬化型の樹脂を用いた場合には、紫外線をスタンパ２９側から樹脂の液状物１１８ａに照射することにより、硬化することができる。
【０１３３】
以上の工程によって、基体１０上に、スタンパ２９の鋳型面２９ａに対応した形状が転写され、保護層１１８、ならびにレンズ形状部２２０を含む保護層１１９が形成される。すなわち、図８に示すように、スタンパ２９の凹部２３に対応する部分にレンズ形状部２２０が形成され、凸部２６に対応する部分にコンタクトホール１６が形成される。
【０１３４】
（８）つづいて、スタンパ２９を保護層１１８，１１９および基体１０から剥離する。この際、スタンパ２９の鋳型面２９ａには、前述の工程により、スタンパ２９が保護層１１８，１１９から離れ易くするための表面処理が施されていると、スタンパ２９を保護層１１８，１１９および基体１０から容易に剥離することができる。
【０１３５】
スタンパ２９を剥離した後、コンタクトホール１６の底部に樹脂が残存する場合がある。樹脂が残存してしまうと、コンタクトホール１６の底部に金属層を設け、この金属層と電極層２２５とをコンタクトホール１６を介して電気的な接触を取りたい場合に、電極層２２５とその金属層との電気的な接触が十分に図れなくなる。また、コンタクトホール１６の底部に樹脂が残存した状態で、たとえば、電極層２２５に直接にワイヤボンディングを行うと、ワイヤと電極層２２５とを接続できなくなる問題が生じる場合がある。また、ワイヤを電極層２２５に接続できたとしても、ワイヤと電極層２２５との電気的な接触が十分に図れなくなるなどの問題が生じる。そのため、コンタクトホール１６の底部に樹脂が残存した場合には、その残存した樹脂を除去するために、たとえば、以下に示す２つの工程のうち、いずれかの工程を行うことが望ましい。
【０１３６】
第１に、アッシング、すなわち、樹脂を気相中で除去する方法を用いてコンタクトホール１６の底部に残存した樹脂を除去する。アッシングの具体例としては、オゾンアッシング、プラズマアッシングなどを挙げることができる。オゾンアッシングは、高濃度のオゾンの雰囲気下で、オゾンとレジストを化学反応させて、樹脂を除去する方法である。プラズマアッシングは、反応性ガス、たとえば、酸素ガスのプラズマを発生させて、そのプラズマを利用して樹脂を除去する方法である。このようなアッシングによる方法によれば、全てのコンタクトホール１６について残存した樹脂を除去することができるので、処理時間を要しないという利点がある。
【０１３７】
第２に、コンタクトホール１６の底部をエキシマレーザでアブレーションする。すなわち、細かく絞ったエキシマレーザビームをコンタクトホール１６の底部に照準を合わせて照射し、コンタクトホール１６の底部の樹脂を焼き飛ばす。エキシマレーザによれば、確実にコンタクトホール１６の底部のみ処理を行うことができるので、レンズ形状部２２０の破損を心配する必要がないという利点がある。
【０１３８】
以上の工程により、図１に示すように、本実施の形態にかかる装置３００が得られる。
【０１３９】
本実施の形態にかかる装置３００は、第１の実施の形態にかかる装置３００とほぼ同様の作用および効果を有する。さらに、上述した製造方法は、スタンパ２９を利用して一体的にレンズ形状部２２０とコンタクトホール１６を形成することができるため、たとえばフォトリソグラフィ法を用いてレンズ形状部２２０とコンタクトホール１６を形成する場合と比較して、簡単であり、製造に要する時間を大幅に短縮することができる。また、スタンパ２９は、一度作成すれば、再度繰り返して使用することができるため、製造コストを削減することができ、経済的である。
【０１４０】
上記実施の形態において、スタンパ２９は、紫外線に対して透明であるものであったが、これに限定されず、紫外線に対して透明でない材質、たとえば金属からなってもよい。スタンパ２９が金属からなる場合には、電鋳を用いてスタンパ２９を製造することができる。電鋳を用いたスタンパ２９の製造は、スタンパ２９を簡便に製造することができるという利点を有する。
【０１４１】
スタンパ２９が金属や半導体のように紫外線を透過することが困難な材質からなる場合には、樹脂の液状物は、紫外線硬化型の樹脂を適用することはできないが、熱硬化性の樹脂、たとえば、上述した熱硬化型のポリイミド系樹脂の前駆体を使用すれば、上記実施の形態と同様の作用効果を得られる。
【０１４２】
また、上記の実施の形態における装置の駆動方法は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。また、上記の実施の形態では、１の機能ブロックに１の光学素子（機能素子）を含む装置を示しているが、１の機能ブロックに機能素子が複数個あっても本発明の形態は損なわれない。
【０１４３】
以下、本発明の光伝送装置の２つの実施形態について説明する。
図１２は、本発明の光伝送装置の第１実施形態である積層ＩＣチップ間の光インターコネクション装置の概略構成図であり、ここでは、ＣＰＵやＤＲＡＭ等のＩＣチップ（ＬＳＩ）１００１ａ〜１００１ｃを三層積層している。この実施形態では、図示する最下層のＩＣチップ１ｃの発光素子１００２ａの光を中層及び最上層のＩＣチップ１００１ｂ、１００１ａの受光素子１００３ａで受光し、最上層のＩＣチップ１００１ａの発光素子１００２ｂの光を中層及び最下層のＩＣチップ１００１ｂ、１００１ｃの受光素子３ｂで受光するように構成されている。そのため、一方の発光素子１００２ａは他方の発光素子１００２ｂと発光波長が異なり、また一方の受光素子１００３ｂは他方の受光素子１００３ｂと感受する受光波長帯域が異なる。なお、この実施形態では、各ＩＣチップ１００１ａ〜１００１ｃの基板（基体）１００４ａ〜１００４ｃ及び機能ブロック１００７ａ〜１００８ｂをＳｉで作製した。そのため、各発光素子の光として１．０μｍ以上、好ましくは１．１μｍ以上の波長を選んでいる。Ｓｉは１．０μｍの波長に対して約１００ｃｍ-1と吸収係数が大きく、相応の損失がある。一方、波長が１．１μｍ以上では、吸収係数は１０ｃｍ-1以下と小さい。そこで、本実施形態では、各発光素子の光の波長を１．０μｍ以上、好ましくは１．１μｍ以上とした。この波長の光ならば、Ｓｉを容易に透過することができるため、対向する受発光素子間の光信号の伝達が良好にできる。勿論、後述する接着層１０２１も、この波長帯域の光に対して透明である。
【０１４４】
前記各ＩＣチップ１００１ａ〜１００１ｃの各基板１００４ａ〜１００４ｃのうち、前記各発光素子１００２ａ、１００２ｂ及び受光素子１００３ａ、１００３ｂを実装すべき部位には、凹部１００５ｂ（１００５ａ）、１００６ａ（１００６ｂ）が形成されている。各凹部１００５ｂ、１００６ａは、上方形面より下方形面が小さく、且つ側面が台形状の凹部である。これらの凹部１００５ｂ、１００６ａは、Ｓｉを異方性エッチングすることによって、特に側面の傾きなど、極めて精度よく、形成することができる。なお、少なくとも同じ基板１００４ａ上の発光素子用凹部１００５ｂと受光素子用凹部１００６ａとは、大きさ等の形態が異なる。また、本実施形態では、図１２に示すように、その他の凹部、例えば中層のＩＣチップ１００１ｂの基板１００４ｂの受光素子用凹部１００６ａ、１００６ｂ同士も、最下層のＩＣチップ１００１ｃの基板１００４ｃの受光素子用凹部１００６ｂと発光素子用凹部１００５ａとも大きさ等の形態が異なっている。つまり、例えば１００６ａや１００６ｂのように、同じ符号を付している凹部同士は大きさ等の形態が同じであるが、符号の異なる凹部同士は、互いに大きさ等の形態が異なる。換言すれば、同じ機能の素子が必要な部位の凹部は形態が同じであるが、異なる機能の素子用の凹部は形態が異なるのである。
【０１４５】
次に、本発明の光伝送装置を波長多重型光インターコネクション装置に適用した第２実施形態を示す。波長多重型光インターコネクション装置は、例えば図１３のように構成される。この例は、例えば特開平１１−２８９３１７号公報に記載されるものと同等であり、波長の異なる複数の発光素子１００２が実装されている発光素子アレイ１１１１と、光導波路となる光ファイバ１１１０と、前記発光素子１００２の夫々の波長の光を抽出するフィルタ素子１１２２が実装されているフィルタアレイ１１１２と、このフィルタアレイ１１１２で抽出された各波長の光を受光する受光素子１００３が実装されている受光素子アレイ１１１３とで構成される。なお、図では、理解を容易にするために、各構成要素を分離しているが、実質的に各構成要素は、光学的に直接接合されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態にかかる機能ブロックを含む装置を模式的に示す断面図である。
【図２】 図１に示す装置の平面図である。
【図３】 図３（ａ），図３（ｂ）ともに、ノズルを用いて液状物を柱状部の上面に供給する方法を経時的に表した模式図である。
【図４】 図４（ａ），図４（ｂ）ともに、インクジェットヘッドを用いて液状物を柱状部の上面に供給する方法を経時的に表した模式図である。
【図５】 本発明の第２の実施の形態にかかる機能ブロックを含む装置を模式的に示す断面図である。
【図６】 図５に示す装置の製造工程の一例を示す断面図である。
【図７】 図６に示す領域Ａ１００の拡大図である。
【図８】 本発明の第３の実施の形態にかかる機能ブロックを含む装置を模式的に示す断面図である。
【図９】 図８に示す装置の製造工程の一例を示す断面図である。
【図１０】 図８に示す装置の製造工程の一例を示す断面図である。
【図１１】 図８に示す装置の製造工程の一例を示す断面図である。
【図１２】 本発明の光伝送装置の第１実施形態を示す概略構成図である。
【図１３】 本発明の光伝送装置の第２実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１０ 基体
１１ 凹部
１２ 機能ブロック
１４ 光学素子
１６ コンタクトホール
１８，１１８，１１９ 保護層
２０，１２０，２２０ レンズ形状部
２２ 固定部
２３ 凹部
２４ 液状物
２５，１２５，２２５ 電極層
２６ 凸部
２７ ノズル
２８ インクジェットヘッド
２９ スタンパ
１００，２００，３００ 装置
１１０ 撥液膜
１１２ 機能基を末端に有するチオール
１１３ メルカプト基
１１４ 機能基
１１５ 金層
１１６ チオール単分子膜
１１８ａ 液状物

Claims (10)

  1. 基体の凹部内に、発光素子または受光素子からなる光学素子を有する機能ブロックが嵌め込まれ、
    前記光学素子上に樹脂材料からなる凸レンズ形状のレンズ形状部が形成され、
    前記レンズ形状部を構成する樹脂材料と同一の樹脂材料からなり、前記基体の前記凹部が形成された側の表面において前記機能ブロックと前記基体とを平面視したときの境界領域の少なくとも一部を覆うことにより前記機能ブロックを前記基体に固定する固定部が形成され、
    前記機能ブロック上に前記光学素子に電力を供給するための電極層が形成されたことを特徴とする光学装置。
  2. 基体の凹部内に、発光素子または受光素子からなる光学素子を有する機能ブロックが嵌め込まれ、
    前記光学素子上に樹脂材料からなる凸レンズ形状のレンズ形状部が形成され、
    前記レンズ形状部を構成する樹脂材料と同一の樹脂材料からなり、前記基体の前記凹部が形成された側の表面において前記機能ブロックと前記基体との境界領域全面を覆う保護層が形成され、
    前記機能ブロック上に前記光学素子に電力を供給するための電極層が形成されたことを特徴とする光学装置。
  3. 基体の凹部内に、発光素子または受光素子からなる光学素子を有する機能ブロックが嵌め込まれ、
    前記光学素子上に樹脂材料からなる凸レンズ形状のレンズ形状部が形成され、
    前記レンズ形状部を含み、前記レンズ形状部を構成する樹脂材料と同一の樹脂材料からなり、前記基体の前記凹部が形成された側の表面において前記機能ブロックと前記基体との境界領域全面を覆う保護層、および前記レンズ形状部を含む保護層が形成され、
    前記機能ブロック上に前記光学素子に電力を供給するための電極層が形成され、
    前記境界領域全面を覆う保護層、および前記レンズ形状部を含む保護層が開口されてなるコンタクトホールが前記電極層上に形成されたことを特徴とする光学装置。
  4. 請求項１に記載の光学装置を製造する方法であって、
    基体の凹部内に、発光素子または受光素子からなる光学素子を有する機能ブロックを嵌め込む工程と、
    前記光学素子上、および前記機能ブロックと前記基体との境界領域上に、後でレンズ形状部および固定部となる樹脂または樹脂の前駆体からなる液状物を塗布する工程と、
    前記液状物を硬化させることにより前記レンズ形状部と前記固定部を形成する工程と、
    前記機能ブロック上の所定の領域に電極層を形成する工程と、を有することを特徴とする光学装置の製造方法。
  5. 請求項２に記載の光学装置を製造する方法であって、
    基体の凹部内に、発光素子または受光素子からなる光学素子を有し、表面が後で用いる液状物に対して親和性を有する材料で形成された機能ブロックを嵌め込む工程と、
    前記機能ブロック上の前記光学素子上の一部を除く所定の領域に電極層を形成する工程と、
    前記電極層上に、後で用いる液状物に対して撥液性を有する撥液膜を形成する工程と、前記光学素子を含む前記機能ブロック上に、後でレンズ形状部および保護層となる樹脂または樹脂の前駆体からなる液状体を塗布する工程と、
    前記液状物を硬化させることにより前記レンズ形状部と前記保護層を形成する工程と、を有することを特徴とする光学装置の製造方法。
  6. 前記撥液膜を形成する工程において、化学吸着を利用して前記電極層上に選択的に前記撥液膜を形成することを特徴とする請求項５に記載の光学装置の製造方法。
  7. 前記液状物を塗布する工程において、ディスペンサノズルの先端に前記液状物の液滴を作った後、前記液滴を前記光学素子上に接触させ、前記ディスペンサノズルを離すことによって前記液滴を前記光学素子上に移すことを特徴とする請求項４ないし６のいずれか一項に記載の光学装置の製造方法。
  8. 前記液状物を塗布する工程において、インクジェットヘッドを用いて前記液状物を前記光学素子上に射出することを特徴とする請求項４ないし６のいずれか一項に記載の光学装置の製造方法。
  9. 請求項３に記載の光学装置を製造する方法であって、
    基体の凹部内に、発光素子または受光素子からなる光学素子を有する機能ブロックを嵌め込む工程と、
    前記機能ブロック上の所定の領域に電極層を形成する工程と、
    後で形成するレンズ形状部の形状が反転した形状である凹部と、後で形成するコンタクトホールの形状が反転した形状である凸部と、を有するスタンパを用い、前記スタンパの前記凹部が前記光学素子上に位置するように前記スタンパと前記基体とをアライメントする工程と、
    後でレンズ形状部および保護層となる樹脂または樹脂の前駆体からなる液状物を前記スタンパと前記基体との間に導入する工程と、
    前記スタンパと前記基体とを前記液状物を介して密着させる工程と、
    前記液状物を硬化させることにより前記境界領域全面を覆う保護層と、前記レンズ形状部を含む保護層と、前記境界領域全面を覆う保護層および前記レンズ形状部を含む保護層が開口されてなる前記コンタクトホールとを形成する工程と、
    を有することを特徴とする光学装置の製造方法。
  10. 発光素子からなる光学素子を有する機能ブロックを備えた請求項１ないし３のいずれか一項に記載の光学装置からなる発光部と、受光素子からなる光学素子を有する機能ブロックを備えた請求項１ないし３のいずれか一項に記載の光学装置からなる受光部と、を有することを特徴とする光伝送装置。
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