(57)【要約】【課題】  レンズと光学素子との間の気密性を向上することができるシリコンレンズ及びシリコンレンズの製造方法を提供する。【解決手段】  シリコンレンズ６は、シリコン材料からなるレンズ部６ａを有する。レンズ部６ａの周囲の少なくとも一部には、ＭＥＭＳデバイス２を含むシリコン基板１に接合されるガラス部５が配置される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン材料からなるレンズ部を有し、
前記レンズ部の周囲の少なくとも一部に、光学素子を含む基板に接合されるガラス部が配置されること
を特徴とするシリコンレンズ。
【請求項２】
前記レンズ部の周囲の全部に、前記ガラス部が配置されることを特徴とする請求項１に記載のシリコンレンズ。
【請求項３】
前記光学素子が半導体物理量センサ又は半導体光源であり、
前記半導体物理量センサ又は半導体光源を含む基板と前記ガラス部とが一体となるよう接合されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシリコンレンズ。
【請求項４】
シリコン基板にエッチングを施して複数の凹部を形成するエッチング工程と、
前記エッチング工程により形成された複数の凹部にガラスを埋め込んで、前記シリコン基板に前記ガラスが埋め込まれた一体基板を形成するガラス埋込工程と、
前記ガラス埋込工程により形成された複数の凹部間のシリコン基板をレンズ状に加工するレンズ加工工程と
を含むことを特徴とするシリコンレンズの製造方法。
【請求項５】
前記エッチング工程は、プラズマエッチングによって複数の凹部を形成することを特徴とする請求項４に記載のシリコンレンズの製造方法。
【請求項６】
前記エッチング工程は、アルカリ溶液を用いた異方性エッチングによって複数の凹部を形成することを特徴とする請求項４に記載のシリコンレンズの製造方法。
【請求項７】
前記レンズ加工工程は、複数の凹部間のシリコン基板をエッチングする工程と、前記エッチングされたシリコン基板の一部を陽極酸化によって多孔質シリコンに加工する工程と、前記多孔質シリコンを除去する工程とを含むことを特徴とする請求項４乃至請求項６の何れか一項に記載のシリコンレンズの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンレンズ及びシリコンレンズの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記の特許文献１にはマイクロレンズ付赤外線検出素子が記載されている。このマイクロレンズ付赤外線検出素子は、赤外線感知部が形成された第１の半導体基板に、マイクロレンズが形成された第２の半導体基板を、レンズ部が赤外線感知部に凸状に向き、レンズ部と赤外線感知部の間に空洞が形成されるように接合している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０９−１１３３５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述したレンズ及び光学素子を含むデバイスにおいては、レンズと光学素子との間の空洞の気密性を確保することが要求されることがある。
【０００５】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、レンズと光学素子との間の気密性を向上することができるシリコンレンズ及びシリコンレンズの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様に係るシリコンレンズは、シリコン材料からなるレンズ部を有し、前記レンズ部の周囲の少なくとも一部に、光学素子を含む基板に接合されるガラス部が配置されることを特徴とする。
【０００７】
本発明の第２の態様に係るシリコンレンズは、上記第１の態様のシリコンレンズであって、前記レンズ部の周囲の全部に、前記ガラス部が配置されることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第３の態様に係るシリコンレンズは、上記第１又は第２の態様のシリコンレンズであって、前記光学素子が半導体物理量センサ又は半導体光源であり、前記半導体物理量センサ又は半導体光源を含む基板と前記ガラス部とが一体となるよう接合されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の第４の態様に係るシリコンレンズの製造方法は、シリコン基板にエッチングを施して複数の凹部を形成するエッチング工程と、前記エッチング工程により形成された複数の凹部にガラスを埋め込んで、前記シリコン基板に前記ガラスが埋め込まれた一体基板を形成するガラス埋込工程と、前記ガラス埋込工程により形成された複数の凹部間のシリコン基板をレンズ状に加工するレンズ加工工程とを含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第５の態様に係るシリコンレンズの製造方法は、上記第４の態様のシリコンレンズの製造方法であって、前記エッチング工程は、プラズマエッチングによって複数の凹部を形成することを特徴とする。
【００１１】
本発明の第６の態様に係るシリコンレンズの製造方法は、上記第４の態様のシリコンレンズの製造方法であって、前記エッチング工程は、アルカリ溶液を用いた異方性エッチングによって複数の凹部を形成することを特徴とする。
【００１２】
本発明の第７の態様に係るシリコンレンズの製造方法は、上記第４乃至第６の態様の何れかのシリコンレンズの製造方法であって、前記レンズ加工工程は、複数の凹部間のシリコン基板をエッチングする工程と、前記エッチングされたシリコン基板の一部を陽極酸化によって多孔質シリコンに加工する工程と、前記多孔質シリコンを除去する工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、レンズ部の周囲の少なくとも一部にガラス部が配置されているので、レンズと光学素子との間の気密性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態として示す光デバイスの構成を示す一部断面図である。
【図２】本発明の実施形態として示すシリコンレンズの製造方法において使用するシリコン基板を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態として示すシリコンレンズの製造方法においてエッチング工程後のシリコン基板を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態として示すシリコンレンズの製造方法においてガラス埋込工程後のシリコン基板を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態として示すシリコンレンズの製造方法において研磨工程後のシリコン基板とガラスが一体形成された基板の断面図である。
【図６】本発明の実施形態として示すシリコンレンズの製造方法においてシリコン基板をエッチングした後の状態を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態として示すシリコンレンズの製造方法においてシリコン基板の下面に電極を形成した状態を示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態として示すシリコンレンズの製造方法において陽極酸化を行う様子を示す断面図である。
【図９】本発明の実施形態として示すシリコンレンズの製造方法において多孔質シリコンを除去してシリコンレンズに相当する単結晶シリコンを残した状態を示す断面図である。
【図１０】他のシリコンレンズを示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
本発明の実施形態として示す光デバイスは、例えば図１に示すように構成される。この光デバイスは、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)デバイス２が形成されたシリコン基板１を有している。シリコン基板１は、微細加工が施されることによってＭＥＭＳデバイス２が形成されている。ＭＥＭＳデバイス２は、光学素子である。ＭＥＭＳデバイス２としては、例えば半導体物理量センサとしての光検知センサ、又は、半導体光源としての光出力素子である。
【００１７】
シリコン基板１及びＭＥＭＳデバイス２は、例えばセラミック基板３上に形成されている。セラミック基板３には、電極等の電気回路が形成され、ＭＥＭＳデバイス２と電気的に接続されている。セラミック基板３には、集積回路としてのＩＣ４が接続されている。このＩＣ４は、ＭＥＭＳデバイス２とセラミック基板３上の電気回路を介して電気的に接続されている。例えばＭＥＭＳデバイス２が光検知センサである場合、ＩＣ４は、ＭＥＭＳデバイス２により検知された光信号を検出する。例えばＭＥＭＳデバイス２が光出力素子である場合、ＩＣ４は、ＭＥＭＳデバイス２による光出力動作を制御する。
【００１８】
ＭＥＭＳデバイス２の上方には、空洞１０を介してシリコンレンズ６が配設されている。シリコンレンズ６は、シリコン材料からなるレンズ部６ａを有する。このレンズ部６ａは、透過する光を拡散又は収束するような形状を有している。シリコンレンズ６は、全体として、板状に形成され、ＭＥＭＳデバイス２側の面がレンズ部６ａとされている。シリコンレンズ６は、レンズ部６ａの周囲の少なくとも一部に、ガラス部５が配置されている。この光デバイスにおいて、空洞１０は、真空に封止される。
【００１９】
ガラス部５は、光学素子としてのＭＥＭＳデバイス２を含むシリコン基板１に接続されている。ガラス部５は、任意の接合方法によってシリコン基板１と接続されている。望ましくは、ガラス部５とシリコン基板１とは、陽極接合によって接合されていることが望ましい。陽極接合によってシリコン基板１とガラス部５とを接合することによって、シリコン基板１とガラス部５との間の密着性を高めて、空洞１０の気密性を高めることができる。シリコンレンズ６とガラス部５とは、後述するような製造方法によって製造されることにより、密着性が高く一体形成されている。
【００２０】
また、この光デバイスは、ＩＣ４、シリコン基板１、ガラス部５の周囲を覆うように樹脂からなる樹脂パッケージ７を有する。
【００２１】
このような光デバイスは、ガラス部５及び樹脂パッケージ７によって、シリコンレンズ６とＭＥＭＳデバイス２及びシリコン基板１との間の空洞１０の気密性を高くすることが望まれる。これに対し、光デバイスは、ガラス部５とシリコンレンズ６とを密着性が高く一体形成しているので、ガラス部５とシリコンレンズ６から空気が侵入することが抑制されている。したがって、この光デバイスによれば、ガラス部５とＭＥＭＳデバイス２との間の気密性を向上することができる。
【００２２】
なお、図示しないが、シリコン基板１上には、空洞１０を真空に保持するためのゲッターを備えていてもよい。
【００２３】
また、光デバイスは、レンズ部６ａの周囲の全部にガラス部５配置されていてもよい。これにより、光デバイスは、ガラス部５とＭＥＭＳデバイス２との間の気密性を更に向上して、空洞１０を真空に保持することができる。
【００２４】
つぎに、上述した光デバイスにおけるシリコンレンズ６の製造方法について説明する。
【００２５】
先ず、図２に示すように、シリコン基板１００を用意する。このシリコン基板１００は、単結晶シリコンであることが望ましい。
【００２６】
次に、図３に示すように、シリコン基板１００にエッチングを施して複数の凹部１０１を形成するエッチング工程を行う。このエッチング工程は、プラズマエッチングによって複数の凹部１０１を形成してもよい。また、エッチング工程は、アルカリ溶液を用いた異方性エッチングによって複数の凹部１０１を形成してもよい。なお、プラズマエッチングによって凹部１０１を形成することによって、当該凹部１０１の表面粗さが、異方性エッチングよりも高い。したがって、プラズマエッチング後に、後述のガラス埋込工程を行うことによって、異方性エッチング後にガラス埋込工程を行った場合よりも、シリコン基板１００とガラスとが溶着する度合いが高い。このことから、プラズマエッチング後にガラス埋込工程を行った方が、上述のシリコンレンズ６とガラス部５とがより密着性が高く一体化されて、空洞１０の気密性を向上できる。
【００２７】
次に、図４に示すように、エッチング工程により形成された複数の凹部１０１にガラスを埋め込むガラス埋込工程を行う。このガラス埋込工程は、シリコン基板１００上から圧力を与えつつ、シリコン基板１００の凹部１０１上からガラスを埋め込む。これによって、凹部１０１内にガラス１１０ｂを埋め込むと共に、シリコン基板１００上にガラス１１０ａが形成される。つまり、シリコン基板１０１にガラス１１０ａ，１１０ｂが埋め込まれた一体基板を形成できる。また、シリコン基板１００上から圧力を与えることによって、ガラスと凹部１０１の壁部との溶着性を高めることができる。
【００２８】
次に、シリコン基板１００をレンズ状に加工するレンズ加工工程を行う。先ず、シリコン基板１００の上面及び下面の両面を研磨する研磨工程を行う。この研磨工程は、図５に示すように、シリコン基板１００の上面のガラス１１０ａを除去し、更に、シリコン基板１００の上面１００ａ及び下面１００ｂと凹部１０１に埋め込まれたガラス１１０ｂとが露呈するまで研磨を行う。
【００２９】
次に、図５のシリコン基板１００とガラス１１０ｂとの一体基板の一方面から、エッチング工程を行う。このエッチング工程は、ガラス埋込工程により形成された複数の凹部１０１間のシリコン基板１００をエッチングする。これにより、ガラス１１０ｂ間には、図６に示すような所定の厚さにエッチングされたシリコン基板１００ｄが形成される。
【００３０】
次に、図７に示すように、シリコン基板１００ｄの下面１００ｂに、電極１２０を形成する。この電極１２０は、電圧印加時にシリコン基板１００ｄ中に所定の電界分布が形成されるような位置に形成される。なお、図７は、図６のシリコン基板１００ｄ及びガラス１１０ｂのうち、任意のシリコン基板１００ｄと、当該シリコン基板１００ｄの両端に一体形成されたガラス１１０ｂを切り出したものを示している。
【００３１】
次に、図８に示すように、シリコン基板１００ｄの上面を陽極酸化する。このとき、シリコン基板１００ｄの上面をＨＦ系溶液１３３に浸し、当該ＨＦ系溶液１３３中の電極１３２を電極１２０に接続する。この状態で、電源１３１によって、電極１２０と電極１３２間に所定の電圧を与える。これにより、単結晶シリコンとしてのシリコン基板１００ｄ内には所定の電界分布が形成され、シリコン基板１００の上面の所定領域のみが多孔質シリコン１００ｇとなる。多孔質シリコン１００ｇ以外の領域が単結晶シリコン１００ｆとして残る。この単結晶シリコン１００ｆの上面形状は、レンズ部６ａの表面形状となる。
【００３２】
次に、図９に示すように、多孔質シリコン１００ｇを除去する。これにより、シリコンレンズ６に相当する単結晶シリコン１００ｆを残す。
【００３３】
以上のように、このシリコンレンズ６の製造方法によれば、シリコン基板１００に対するエッチング工程の後に、ガラスを埋め込むことによって、シリコンとガラスとを一体形成できる。したがって、このシリコンレンズ６の製造方法によれば、ガラス部５との密着度を高めることができ、空洞１０の気密性を高めて真空を保持することができる。
【００３４】
また、このシリコンレンズ６の製造方法によれば、プラズマエッチング後にガラスを埋め込むことによって、更にシリコンレンズ６とガラス部５との密着度を高めることができ、空洞１０の気密性を高めることができる。
【００３５】
なお、このシリコンレンズ６の製造方法においては、アルカリ溶液を用いた異方性エッチングであっても、ガラス部５とシリコンレンズ６との密着性が高いシリコン基板１を、比較的簡単に製造することができる。  
更に、上述したシリコンレンズ６の製造方法は、ガラス部５が、シリコンレンズ６の周囲の全部に配置されている構成であっても、適用可能である。この場合、例えば図１０に示すように、円盤状のシリコン基板１００ｆに、円環状のガラス１１０ｂを配置するように製造する。このために、図３に示したエッチング工程は、円環状にエッチングを施して凹部１０１を形成し、ガラス埋込工程では、円環状の凹部１０１にガラスを埋め込むことになる。このようなシリコンレンズ６の製造方法であっても、シリコンレンズ６とガラス部５との密着度を高めることができ、空洞１０の気密性を高めることができる。
【００３６】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００３７】
１  シリコン基板
２  ＭＥＭＳデバイス（光学素子）
５  ガラス部
６  シリコンレンズ
６ａ  レンズ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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