(57)【要約】【課題】良好な光透過性を持つ光学素子の製造方法及び光学素子を提供する。【解決手段】パターニングしたマスクを用いてシリコン基板をトレンチエッチングし、第１トレンチを隔てて並設されるように複数の柱構造体を形成する第１工程と、熱酸化によって、柱構造体全体をシリコン酸化物で置き換える第２工程と、シリコン酸化物が融着する条件下で、第２工程後、並設された複数の柱構造体を並設方向において加圧する第３工程とを備え、第２工程が終了した時点で、隣り合う柱構造体間に第１トレンチ由来の空隙が残るように、第１工程において第１トレンチ及び柱構造体を形成し、第３工程において、並設方向において加圧することにより隣り合う柱構造体同士を接触させ、複数の柱構造体を融着により一体化させて光を透過させるシリコン酸化物ブロック（マイクロレンズ）とする。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターニングしたマスクを用いてシリコン基板をトレンチエッチングし、第１トレンチを隔てて並設されるように複数の柱構造体を形成する第１工程と、
熱酸化によって、前記柱構造体全体をシリコン酸化物で置き換える第２工程と、
前記シリコン酸化物が融着する条件下で、前記第２工程後、並設された複数の前記柱構造体を並設方向において加圧する第３工程とを備え、
前記第２工程が終了した時点で、隣り合う前記柱構造体間に前記第１トレンチ由来の空隙が残るように、前記第１工程において前記第１トレンチ及び前記柱構造体を形成し、
前記第３工程において、前記並設方向において加圧することにより隣り合う前記柱構造体同士を接触させ、複数の前記柱構造体を融着により一体化させて光を透過させるシリコン酸化物ブロックとすることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項２】
前記第１工程において、前記トレンチエッチングにより、複数の前記柱構造体の前記並設方向における両端部の少なくとも一方の外側に柱状の加圧構造体を形成し、
前記第２工程が終了した時点で、前記加圧構造体は酸化されずに残った未酸化領域を有し、
前記第３工程において、前記シリコン酸化物が融着する条件として熱酸化の条件で前記未酸化領域の少なくとも一部を酸化してシリコン酸化物とすることで、前記加圧構造体によって複数の前記柱構造体を加圧することを特徴とする請求項１に記載の光学素子の製造方法。
【請求項３】
前記第１工程において、前記加圧構造体を、前記柱構造体の端部に対して第２トレンチを隔てて形成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。
【請求項４】
前記第２工程において、前記柱構造体を選択的に熱酸化して前記加圧構造体を熱酸化せず、
前記第３工程において、前記加圧構造体を熱酸化することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記第２工程が終了した時点で、前記加圧構造体がシリコン酸化物で置き換えられた領域と前記未酸化領域を有し、且つ、前記第２トレンチ由来の空隙が残るように、前記第１工程において、前記第２トレンチ及び前記加圧構造体を形成することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の光学素子の製造方法。
【請求項６】
前記第３工程が終了した時点で、前記第２トレンチ由来の空隙が残るように、前記第１工程において、前記第２トレンチ及び前記加圧構造体を形成することを特徴とする請求項３〜５いずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項７】
前記第３工程が終了した時点で、複数の前記空隙が分散して残るように、前記第１工程において、前記第２トレンチ及び前記加圧構造体を形成することを特徴とする請求項６に記載の光学素子の製造方法。
【請求項８】
前記第１工程において、前記加圧構造体を、前記柱構造体と連結するように形成することを特徴とする請求項２〜７いずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項９】
前記第１工程において、前記加圧構造体を、前記柱構造体に対して独立するように形成することを特徴とする請求項２〜７いずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第１工程において、複数の前記柱構造体の少なくとも一方の端部に対し、複数の前記加圧構造体を前記並設方向に形成することを特徴とする請求項２〜９いずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１１】
前記加圧構造体を、前記並設方向において、複数の前記柱構造体の両方の端部に対してそれぞれ形成することを特徴とする請求項２〜１０いずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１２】
前記並設方向において、複数の前記柱構造体の一方の端部に対して前記加圧構造体を形成するとともに、前記トレンチエッチングにより、複数の前記柱構造体の他方の端部と隣り合うように、前記並設方向におけるシリコン幅が前記柱構造体及び前記加圧構造体よりも広く、前記並設方向であって前記加圧構造体とは反対側への前記柱構造体の変形を抑制する柱状の第１膨張抑制構造体を形成することを特徴とする請求項２〜１０いずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１３】
前記第３工程において、前記並設方向であって前記柱構造体とは反対側への前記加圧構造体の変形を抑制することを特徴とする請求項２〜１２いずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１４】
前記第１工程において、前記並設方向であって複数の前記柱構造体の端部との間に前記加圧構造体を挟むように、前記トレンチエッチングにより、前記並設方向におけるシリコン幅が前記加圧構造体よりも広く、前記並設方向であって前記柱構造体とは反対側への前記加圧構造体の変形を抑制する柱状の第２膨張抑制構造体を形成す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。
【請求項１５】
前記シリコン基板として、不純物が高濃度にドープされた基板を用いることを特徴とする請求項１〜１４いずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１６】
前記第１工程において、前記第１トレンチを、前記シリコン酸化物ブロックの光軸に対して平行に延設することを特徴とする請求項１〜１５いずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１７】
前記シリコン酸化物ブロックにおいて、光の入射面及び出射面の形状を規定する最外周部が所定幅の輪郭構造体で連結され、前記第２工程が終了した時点で、前記輪郭構造体全体がシリコン酸化物で置き換えられるように、前記第１工程において、前記柱構造体の形成領域の周辺に外周部トレンチを形成することを特徴とする請求項１６に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１８】
前記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、トレンチ底部の前記保護用酸化膜をエッチングした後にトレンチ底部から反応性イオンエッチングによりトレンチをさらに深くすることにより、少なくとも前記第１トレンチとして、アスペクト比が１以上のトレンチを形成することを特徴とする請求項１〜１７いずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１９】
シリコン基板と、
前記シリコン基板の上面に並設されたシリコン酸化物からなる複数の柱構造体を、融着によって一体化してなるシリコン酸化物ブロックと、を含み、前記シリコン酸化物ブロックに光を透過させる光学素子であって、
前記シリコン酸化物ブロックは、並設方向における前記シリコン基板との境界部分の幅が、当該境界部分に対して上方部分の幅よりも広いことを特徴とする光学素子。
【請求項２０】
シリコン酸化物、又は、シリコン酸化物及びシリコンからなり、並設方向において複数の前記柱構造体の少なくとも一方の端部に隣接するように前記シリコン基板の上面に設けられた柱状の加圧構造体を有し、
前記加圧構造体は、前記柱構造体の端部の一部と融着によって連結されており、前記並設方向において、前記柱構造体と接する部分の幅が個々の前記柱構造体の幅よりも広いことを特徴とする請求項１９に記載の光学素子。
【請求項２１】
前記シリコン基板の平面方向において、前記シリコン酸化物ブロックと前記加圧構造体との連結部分に前記連結部分の上面に開口する空隙部を有することを特徴とする２０に記載の光学素子。
【請求項２２】
前記連結部分において、複数の前記空隙部が分散していることを特徴とする請求項２１に記載の光学素子。
【請求項２３】
前記加圧構造体は、前記並設方向において、複数の前記柱構造体の両方の端部に対してそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項２０〜２２いずれか１項に記載の光学素子。
【請求項２４】
前記並設方向において、前記加圧構造体は、複数の前記柱構造体の一方の端部と隣接するように設けられ、
複数の前記柱構造体の他方の端部に隣接するように、前記並設方向における幅が前記加圧構造体よりも広い柱状の第１膨張抑制構造体が設けられていることを特徴とする請求項２０〜２２いずれか１項に記載の光学素子。
【請求項２５】
シリコン酸化物及びシリコンからなり、前記並設方向において、前記加圧構造体に隣接するように前記シリコン基板の上面に設けられた柱状の第２膨張抑制構造体を有し、
前記第２膨張抑制構造体は、前記並設方向における幅が前記加圧構造体よりも広く、融着によって前記加圧構造体と連結されていることを特徴とする請求項２０〜２４いずれか１項に記載の光学素子。
【請求項２６】
前記シリコン酸化物ブロックは、マイクロレンズ、プリズム、及び光導波路の少なくとも１つとして機能することを特徴とする請求項１９〜２５いずれか１項に記載の光学素子。
【請求項２７】
複数の前記柱構造体は、前記シリコン基板の上面において光軸に対し平行に延設されていることを特徴とする請求項１９〜２６いずれか１項に記載の光学素子。
【請求項２８】
前記シリコン基板は、前記シリコン酸化物ブロックとの連結部として、前記シリコン基板の平面方向において、前記シリコン酸化物ブロックと同形状の部位を有することを特徴とする請求項１９〜２７いずれか１項に記載の光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子の製造方法及び光学素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に示されるように、シリコン基板上にシリコン酸化物からなるマイクロレンズ、プリズム、光導波路等の光学素子（シリコン酸化物ブロック）を作りこむ技術が知られている。
【０００３】
特許文献１に記載の製造方法によれば、先ずパターニングしたマスクを用いてシリコン基板をトレンチエッチングする。これにより、並設する多数のトレンチ（第１トレンチ）が形成され、複数の柱構造体がトレンチを隔てて並設された状態となる。次いで、熱酸化処理を実施する。これにより、柱構造体が酸化されてシリコン酸化物で置き換えられ、置き換えにより膨張した柱構造体がトレンチ内を埋めることにより、所定領域がシリコン基板と一体的なシリコン酸化物ブロックとなる。
【特許文献１】特開２００４−２７１７５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、熱酸化膜はシリコン基板の表面に対して、外側に０．５５、内側に０．４５の比率で成長していくことが経験的に知られている。したがって、トレンチ間の柱構造体全体を酸化させてトレンチを隙間なく埋め、全体としてシリコン酸化物のブロックとするためには、並設方向における柱構造体の間隔を柱構造体の厚さの２．２２倍とする必要がある。
【０００５】
しかしながら、実際の製造時には、エッチングマスク形成時のばらつきやエッチングレートのばらつき等の工程ばらつきにより、柱構造体の間隔が柱構造体の厚さの２．２２倍よりも狭くなったり、広くなったりすることが起こりえる。例えば２．２２倍よりも狭いと、柱構造体全体が酸化される前に、隣り合う柱構造体同士が密着してトレンチ由来の空隙が無くなり、酸化が停止してしまう。したがって、柱構造体の内部に、光に対して不透明なシリコンが残った状態となり、シリコン酸化物の光透過性が低下する。また、２．２２倍よりも広いと、柱構造体全体が酸化された状態で、隣り合う柱構造体間にトレンチ由来の空隙（空気層）が残る。したがって、この空隙により、内部散乱や一定間隔で並んでいる場合には回折光を生じるので、シリコン酸化物の光透過性が低下する。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑み、良好な光透過性を持つ光学素子の製造方法及び光学素子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】
【０００７】
上記目的を達成するために請求項１に記載の光学素子の製造方法は、パターニングしたマスクを用いてシリコン基板をトレンチエッチングし、第１トレンチを隔てて並設されるように複数の柱構造体を形成する第１工程と、熱酸化によって、柱構造体全体をシリコン酸化物で置き換える第２工程と、シリコン酸化物が融着する条件下で、第２工程後、並設された複数の柱構造体を並設方向において加圧する第３工程とを備え、第２工程が終了した時点で、隣り合う柱構造体間に第１トレンチ由来の空隙が残るように、第１工程において第１トレンチ及び柱構造体を形成し、第３工程において、並設方向において加圧することにより隣り合う柱構造体同士を接触させ、複数の柱構造体を融着により一体化させて光を透過させるシリコン酸化物ブロックとすることを特徴とする。
【０００８】
このように本発明によれば、第２工程が終了した時点で、隣り合う柱構造体間に第１トレンチ由来の空隙が意図的に残るように、第１工程において第１トレンチ及び柱構造体を形成するので、第２工程において、柱構造体を完全に酸化して、光に対して不透明なシリコン残りの無い状態とすることができる。そして、第３工程において、シリコン酸化物が融着する条件下で複数の柱構造体を並設方向において加圧するので、隣り合う柱構造体同士を密着させた状態（換言すれば空隙が低減された乃至無い接触状態）で融着により一体化し、シリコン酸化物ブロックとすることができる。このようにして製造されたシリコン酸化物ブロックは、光に対して不透明なシリコン残りがなく、空隙も従来の工程ばらつきによって生じるレベルよりも少なくとも低減された状態（又は空隙の無い状態）であるので、シリコン酸化物ブロックを含む光学素子を良好な光透過性を持つ光学素子とすることができる。
【０００９】
請求項１に記載の発明においては、請求項２に記載のように、第１工程において、トレンチエッチングにより、複数の柱構造体の並設方向における両端部の少なくとも一方の外側（隣り合う柱構造体側と反対側）に柱状の加圧構造体を形成し、第２工程が終了した時点で、加圧構造体は酸化されずに残った未酸化領域を有し、第３工程において、シリコン酸化物が融着する条件として熱酸化の条件で未酸化領域の少なくとも一部を酸化してシリコン酸化物とすることで、加圧構造体によって複数の柱構造体を加圧することが好ましい。
【００１０】
このように、柱構造体と同一のシリコン基板に加圧構造体を形成し、熱酸化によるシリコンからシリコン酸化物への置き換えによる加圧構造体の膨張を利用することで、複数の柱構造体を並設方向において加圧し、一体化されたシリコン酸化物ブロックとすることもできる。すなわち、並設方向における柱構造体の加圧源を、柱構造体と同一のシリコン基板に構成することもできる。なお、第３工程における熱酸化の条件を第２工程における熱酸化の条件と同じとすると、製造工程を簡素化することができる。また、加圧源は、シリコン基板上に構成されたものに限定されるものではなく、例えばプレス部材（外力印加）によって、複数の柱構造体を並設方向において加圧するようにしても良い。
【００１１】
請求項２に記載の発明においては、例えば請求項３に記載のように、第１工程において、加圧構造体を、柱構造体の端部に対して第２トレンチを隔てて形成すると良い。これによれば、第１工程が終了した時点で、端部の柱構造体と加圧構造体が接していないので、第２工程において、柱構造体を効率よく酸化することができる。
【００１２】
請求項２又は請求項３に記載の発明においては、例えば請求項４に記載のように、第２工程において、柱構造体を選択的に熱酸化して加圧構造体を熱酸化せず、第３工程において、加圧構造体を熱酸化しても良い。また、請求項５に記載のように、第２工程が終了した時点で、加圧構造体がシリコン酸化物で置き換えられた領域と未酸化領域を有し、且つ、第２トレンチ由来の空隙が残るように、第１工程において、第２トレンチ及び加圧構造体を形成しても良い。
【００１３】
請求項４に記載の発明によれば、第２工程において選択的に柱構造体を酸化するので、請求項５に記載の発明よりも、加圧構造体の設計自由度を向上することができる。また、請求項５に記載の発明によれば、柱構造体とともに加圧構造体も熱酸化するので、請求項４に記載の発明よりも、製造工程を簡素化することができる。なお、請求項５に記載の発明においては、第３工程において、第２トレンチ由来の空隙を介して酸素が供給されて加圧構造体の未酸化領域が酸化されるので、加圧構造体の膨張によって柱構造体を加圧することができる。
【００１４】
請求項３〜５いずれか１項に記載の発明においては、請求項６に記載のように、第３工程が終了した時点で、第２トレンチ由来の空隙が残るように、第１工程において、第２トレンチ及び加圧構造体を形成しても良い。これによれば、第３工程が終了するまでの間、第２トレンチ由来の空隙を介して加圧構造体に酸素を供給することができるので、酸化される未酸化領域に応じて加圧構造体による加圧力（ストローク量）を向上することが可能である。
【００１５】
請求項６に記載の発明においては、請求項７に記載のように、第３工程が終了した時点で、複数の空隙が分散して残るように、第１工程において、第２トレンチ及び加圧構造体を形成することが好ましい。これによれば、第３工程において、空隙を介して加圧構造体の未酸化領域に効率よく酸素を供給することができるので、並設方向に直交する方向において、柱構造体に対する加圧ムラを低減することができる。
【００１６】
請求項２〜７いずれか１項に記載の発明においては、請求項８に記載のように、第１工程において、加圧構造体を柱構造体と連結するように形成しても良いし、請求項９に記載のように、第１工程において、加圧構造体を、柱構造体に対して独立するように形成しても良い。請求項８に記載の発明によれば、加圧構造体を柱構造体と連結させるので、請求項９に記載の発明よりもエッチング後の洗浄等によって柱状の加圧構造体が折れにくく、強度的に好ましい。
【００１７】
請求項２〜９いずれか１項に記載の発明においては、請求項１０に記載のように、第１工程において、複数の柱構造体の少なくとも一方の端部に対し、複数の加圧構造体を並設方向に形成しても良い。これによれば、並設方向にそって配置された複数の加圧構造体の効果によって、加圧力（ストローク量）を向上することが可能である。
【００１８】
請求項２〜１０いずれか１項に記載の発明においては、請求項１１に記載のように、加圧構造体を、並設方向において、複数の柱構造体の両方の端部に対してそれぞれ形成することが好ましい。これによれば、両端に対して配置された加圧構造体による互いに逆向きの加圧力によって、隣り合う柱構造体同士を効果的に密着させることができる。
【００１９】
また、請求項１２に記載のように、並設方向において、複数の柱構造体の一方の端部に対して加圧構造体を形成するとともに、トレンチエッチングにより、複数の柱構造体の他方の端部と隣り合うように、並設方向におけるシリコン幅が柱構造体及び加圧構造体よりも広く、並設方向であって加圧構造体とは反対側への柱構造体の変形を抑制する柱状の第１膨張抑制構造体を形成しても良い。これによっても、加圧構造体と第１膨張抑制構造体との間で、隣り合う柱構造体同士を効果的に密着させることができる。
【００２０】
請求項２〜１２いずれか１項に記載の発明においては、請求項１３に記載のように、第３工程において、並設方向であって柱構造体とは反対側（以下、並設方向外側と示す）への加圧構造体の変形を抑制することが好ましい。これによれば、酸化による加圧構造体の変形（膨張）方向を制限し、並設方向において柱構造体側（以下、並設方向内側と示す）への加圧力（ストローク量）を向上することができる。
【００２１】
請求項１３に記載の発明においては、請求項１４に記載のように、第１工程において、並設方向であって複数の柱構造体の端部との間に加圧構造体を挟むように、トレンチエッチングにより、並設方向におけるシリコン幅が加圧構造体よりも広く、並設方向外側への加圧構造体の変形を抑制する柱状の第２膨張抑制構造体を形成することが好ましい。このように、柱構造体と同一のシリコン基板に、加圧構造体よりも剛性が高い膨張抑制構造体を形成することで、並設方向外側への加圧構造体の膨張を抑制することもできる。すなわち、並設方向における加圧構造体の膨張抑制部材を、柱構造体と同一のシリコン基板に構成することもできる。なお、膨張抑制部材としては、シリコン基板上に構成されたものに限定されるものではない。
【００２２】
請求項１〜１４いずれか１項に記載の発明においては、請求項１５に記載のように、シリコン基板として、不純物が高濃度（例えば１０１８ｃｍ−３以上）にドープされた基板を用いても良い。このように、不純物（例えばボロンやリン）が高濃度にドープされたシリコン基板は、シリコン酸化物となった状態でのガラス転移点が、不純物が導入されない又は不純物が低濃度シリコン基板よりも低くなる。したがって、第３工程において接触したシリコン酸化物同士を融着しやすくすることができる。
【００２３】
請求項１〜１５いずれか１項に記載の発明においては、請求項１６に記載のように、第１工程において、第１トレンチをシリコン酸化物ブロックの光軸に対して平行に延設することが好ましい。これによれば、シリコン酸化物ブロックの光軸に対して例えば垂直となるように第１トレンチを延設する場合よりも、光の散乱等によって透過率が低下するのを抑制することができる。
【００２４】
請求項１６に記載の発明においては、請求項１７に記載のように、シリコン酸化物ブロックにおいて、光の入射面及び出射面の形状を規定する最外周部が所定幅の輪郭構造体で連結され、第２工程が終了した時点で、輪郭構造体全体がシリコン酸化物で置き換えられるように、第１工程において、柱構造体の形成領域の周囲に外周部トレンチを形成すると良い。これによれば、光の入射面及び出射面として任意形状の面を得ることができる。
【００２５】
請求項１〜１７いずれか１項に記載の発明においては、請求項１８に記載のように、第１の工程における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、トレンチ底部の前記保護用酸化膜をエッチングした後にトレンチ底部から反応性イオンエッチングによりトレンチをさらに深くすることにより、少なくとも前記第１トレンチとして、アスペクト比が１以上のトレンチを形成する工程であることが好ましい。これにより、アスペクト比の高いトレンチ（少なくとも第１トレンチ）を形成することができる。また、柱構造体が変形しやすくなるので、一体化しやすくすることができる。
【００２６】
次に、請求項１９〜２８に記載の発明は、上述した製造方法を用いて形成される光学素子に関するものである。請求項１９に記載の光学素子は、シリコン基板と、シリコン基板の上面に並設されたシリコン酸化物からなる複数の柱構造体を、融着によって一体化してなるシリコン酸化物ブロックと、を含み、シリコン酸化物ブロックに光を透過させるものであって、シリコン酸化物ブロックは、並設方向におけるシリコン基板との境界部分の幅が、当該境界部分に対して上方部分の幅よりも広いことを特徴とする。
【００２７】
このように構成される光学素子は、請求項１に記載の製造方法を用いることで形成されるものである。第２工程が終了した時点で、隣り合う柱構造体間に第１トレンチ由来の空隙が残った状態の複数の柱構造体を、第３工程において並設方向に加圧すると、並設方向におけるシリコン基板との境界部分の幅が、当該境界部分に対して上方部分の幅よりも広くなる態様で、融着により複数の柱構造体が一体化されてシリコン酸化物ブロックが形成される。このように本発明の光学素子は、請求項１に記載の製造方法を用いて形成されているので、光を透過するシリコン酸化物ブロックに、光に対して不透明なシリコン残りがなく、空隙も低減乃至無いので、良好な光透過性を有している。
【００２８】
請求項１９に記載の発明においては、請求項２０に記載のように、シリコン酸化物、又は、シリコン酸化物及びシリコンからなり、並設方向において複数の柱構造体の少なくとも一方の端部に隣接するようにシリコン基板の上面に設けられた柱状の加圧構造体を有し、加圧構造体は、柱構造体の端部の一部と融着によって連結されており、並設方向において、柱構造体と接する部分の幅が個々の柱構造体の幅よりも広い構成とすることが好ましい。このように構成される光学素子は、請求項５に記載の製造方法を用いることで形成されるものである。
【００２９】
請求項２０に記載の発明においては、請求項２１に記載のように、シリコン基板の平面方向において、シリコン酸化物ブロックと加圧構造体との連結部分に連結部分の上面に開口する空隙部を有する構成とすると良い。このように構成される光学素子は、請求項６に記載の製造方法を用いることで形成されるものであり、より良好な光透過性を有している。
【００３０】
請求項２１に記載の発明においては、請求項２２に記載のように、連結部分において、複数の空隙部が分散した構成とすると良い。このように構成される光学素子は、請求項７に記載の製造方法を用いることで形成されるものであり、より良好な光透過性を有している。
【００３１】
請求項２０〜２２いずれか１項に記載の発明においては、請求項２３に記載のように、加圧構造体が、並設方向において、複数の柱構造体の両方の端部に対してそれぞれ設けられた構成としても良い。このように構成される光学素子は、請求項１１に記載の製造方法を用いることで形成されるものであり、より良好な光透過性を有している。
【００３２】
また、請求項２０〜２２いずれか１項に記載の発明においては、請求項２４に記載のように、並設方向において、複数の柱構造体の一方の端部と隣接するように加圧構造体が設けられ、他方の端部に隣接するように、並設方向における幅が加圧構造体よりも広い柱状の第１膨張抑制構造体が設けられた構成としても良い。このように構成される光学素子は、請求項１２に記載の製造方法を用いることで形成されるものであり、より良好な光透過性を有している。
【００３３】
請求項２０〜２４のいずれか１項に記載の発明においては、請求項２５に記載のように、シリコン酸化物及びシリコンからなり、並設方向において、加圧構造体に隣接するようにシリコン基板の上面に設けられた柱状の第２膨張抑制構造体を有し、第２膨張抑制構造体は、並設方向の幅が加圧構造体よりも広く、融着によって加圧構造体と連結された構成とすることが好ましい。このように構成される光学素子は、請求項１４に記載の製造方法を用いることで形成されるものであり、より良好な光透過性を有している。
【００３４】
請求項１９〜２５のいずれか１項に記載の発明においては、例えば請求項２６に記載のように、シリコン酸化物ブロックとして、マイクロレンズ、プリズム、及び光導波路の少なくとも１つとして機能する構成を採用することができる。
【００３５】
請求項１９〜２６のいずれか１項に記載の発明においては、請求項２７に記載のように、複数の柱構造体が、シリコン基板の上面において光軸に対し平行に延設された構成とすることが好ましい。本発明の作用効果は、請求項１６に記載の発明の作用効果と同様であるの、その記載を省略する。
【００３６】
請求項１９〜２７のいずれか１項に記載の発明においては、請求項２８に記載のように、シリコン基板が、シリコン酸化物ブロックとの連結部として、シリコン基板の平面方向において、シリコン酸化物ブロックと同形状の部位を有する構成としても良い。これによれば、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態に示す光学素子及びその製造方法は、基本部分は本出願人による特開２００４−２７１７５６号公報と同じであるので、特に特徴部分について詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る光学素子の斜視図である。図２は、光学素子の上面視平面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図であり、図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【００３８】
図１〜図４に示すように、光学素子１００は、要部として、シリコン基板１と、シリコン基板１の上面に配置されたマイクロレンズ２と、シリコン基板１の上面であってマイクロレンズの端部に一体的に構成された加圧構造体３とを含んでいる。
【００３９】
シリコン基板１は凹部４を有し、凹部４の内部底面にマイクロレンズ２が配置されている。本実施形態においては、マイクロレンズ２として、平凸型のシリンドリカルレンズを採用しており、マイクロレンズ２が平坦面（本実施形態においては入射面２ａ）と凸面（本実施形態においては出射面２ｂ）を有している。
【００４０】
マイクロレンズ２は、シリコン基板１の上面に並設されたシリコン酸化物からなる複数の柱構造体５を、融着によって一体化してなるシリコン酸化物ブロックであり、シリコン基板１と一体的に形成されている。詳しくは、図３及び図４に示すように、各柱構造体５はその下面が円弧面となっており、複数の柱構造体５が隣接した状態で立設されることにより構成されるシリコン酸化物ブロック（マイクロレンズ２）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。すなわち、シリコン基板１の上面からシリコン酸化物ブロック（マイクロレンズ２）がシリコン基板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、シリコン酸化物ブロック（マイクロレンズ２）に光を透過させる構造となっている。したがって、光学素子１００のうち、マイクロレンズ２が実質的に光学的な機能を果たす。また、マイクロレンズ２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、放熱特性に優れている。
【００４１】
また、複数の柱構造体５は、図２に示すように、それぞれシリコン基板１の上面において光軸（図２中の一点鎖線）に対し平行に延設されている。これにより、柱構造体５の延設方向が光の通過する方向と平行になり、延設面と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臨界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。
【００４２】
また、複数の柱構造体５からなるマイクロレンズ２は、図３及び図４に示すように、柱構造体５の並設方向において、シリコン基板１との境界部分の幅（図３に示すＬ１）が、当該境界部分に対して上方部分の幅（図３に示すＬ２）よりも広くなっている。このような構造は、製造過程において加圧構造体３の効果によってもたらされるものであり、その詳細については後述する。
【００４３】
加圧構造体３は、シリコン酸化物、又は、シリコン酸化物及びシリコンからなり、柱構造体５の並設方向（光軸に対して垂直な方向）において、マイクロレンズ２の両端部に隣接するように、シリコン基板１の上面に立設されている。そして、加圧構造体３は、マイクロレンズ２（柱構造体５）の端部の一部と融着によって連結されており、並設方向において、柱構造体５と接する部分の幅が、柱構造体５の幅よりも広くなっている。
【００４４】
本実施形態においては、加圧構造体３がマイクロレンズ２（柱構造体５）の端部全体と対向するように設けられ、加圧構造体３とマイクロレンズ２との連結部分に空隙部６が設けられている。この空隙部６は、図１，図２，及び図４に示すように、連結部分の上面に開口する孔（空気層）であり、本実施形態においては、複数の空隙部６が光軸に沿って分散されている。したがって、加圧構造体３は、マイクロレンズ２に対して、直接的に接する部分（融着部分）と空隙部６を介して接している部分（直接的に接しない部分）とを有している。そして、並設方向において、図３に示すように、少なくともマイクロレンズ２に対して直接的に接する部分の幅が、個々の柱構造体５の幅よりも広くなっており、光軸方向において、マイクロレンズ２の端部の一部と接している。
【００４５】
このように構成されるマイクロレンズ２と加圧構造体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からなる台座部７（特許請求の範囲に記載の連結部に相当）を有している。また、シリコン基板１と一体的に形成されたマイクロレンズ２及び加圧構造体３は、凹部４の内部側面とは離間しており、その周囲に周囲溝８が在る状態で凹部４の内部に配置されている。これにより、マイクロレンズ２（及び加圧構造体３）とその外方のシリコン基板１を完全に分離することができ、製造時の座屈を回避することができる。なお、本実施形態に係るマイクロレンズ２は、高さが１０μｍ以上、具体的には１００μｍ程度である。また、加圧構造体３を含めた光軸に直交する方向の幅は５００μｍ程度である。
【００４６】
次に、図５〜図７を用いて、本実施形態に係る光学素子１００の製造方法を説明する。図５は、トレンチエッチング工程（第１工程）を示す図であり、（ａ）はシリコン基板１の平面図、（ｂ）は（ａ）のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。図６は、熱酸化工程（第２工程）を示す図であり、（ａ）はシリコン基板１の平面図、（ｂ）は（ａ）のＶＩｂ−ＶＩｂ線に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）のＶＩｃ−ＶＩｃ線に沿う断面図である。図７は、加圧工程（第３工程）を示す図であり、（ａ）はシリコン基板１の平面図、（ｂ）は（ａ）のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。図５（ａ）においては、便宜上、マスクを省略して図示している。また、図５〜図７においては、便宜上、並設方向において一部のみを図示している。なお、上述したように、基本的な製造方法は本出願人による特開２００４−２７１７５６号公報と同じであるので、詳細については参照されたい。
【００４７】
先ず、シリコン基板１上にマスク９を用いて加圧構造体３を含むマイクロレンズ２のパターニングを行い、図５（ａ），（ｂ）に示すように、マスク９の開口部からエッチングを行って、第１トレンチ１０，第２トレンチ１１，及び外周部トレンチ１２を形成する。このトレンチエッチングが特許請求の範囲に記載の第１工程に相当する。なお、第１トレンチ１０は、複数の柱構造体５を隔てるものであり、複数の第１トレンチ１０は、同一方向であって光軸に対し平行に形成される。第２トレンチ１１は、柱構造体５の並設方向において、端部の柱構造体５と加圧構造体３とを隔てるもの、外周部トレンチ１２は、マイクロレンズ２及び加圧構造体３の形状を規定するためのものである。
【００４８】
ここで、本実施形態においては、後述する第２工程が終了した（熱酸化によって柱構造体５全体がシリコン酸化物に置き換えられた）時点で、第１トレンチ１０由来の空隙が隣り合う柱構造体５間に意図的に残るように、並設方向における第１トレンチ１０の幅と柱構造体５の幅を設定する点を第１の特徴点とする。熱酸化膜は、シリコン表面の内側と外側に０．４５：０．５５の割合で進行することが経験的に知られている。本実施形態においては、複数の柱構造体５全体を効率よく熱酸化する（シリコン酸化物に置き換える）ために、複数の第１トレンチ１０の幅を一定幅とし、複数の柱構造体５の幅を一定幅とする。したがって、図５（ａ）に示すように、並設方向において、第１トレンチ１０の幅をＴ１、柱構造体５の幅をＷ１とすると、数式１に示す関係を満たすように、第１トレンチ１０と柱構造体５を設定している。
【００４９】
（数１）Ｔ１＞１．２２×Ｗ１
数式１を満たすように設定することで、第２工程が終了した時点で、隣り合う柱構造体５間に第１トレンチ１０由来の空隙を意図的に残すことができる。
【００５０】
また、本実施形態においては、熱酸化時のシリコンからシリコン酸化物への置き換えによる加圧構造体３の体積膨張を利用し、後述する第３工程において、第１トレンチ１０由来の空隙を隔てて配置された柱構造体５を並設方向に加圧するように、並設方向における第２トレンチ１１の幅と加圧構造体３の配置及び幅を設定する点を第２の特徴点とする。本実施形態においては、製造工程を簡素化するために、柱構造体５とともに加圧構造体３も第２工程で熱酸化する。したがって、第２工程が終了した時点で、加圧構造体３の内部に熱酸化なれずに残ったシリコンが存在するとともに第２トレンチ１１由来の空隙が存在するように、並設方向における第２トレンチ１１の幅と加圧構造体３の配置及び幅を設定している。詳しくは、加圧構造体３が、並設方向において柱構造体５の幅よりも幅の広い厚肉の加圧部３ａを有し、第２工程が終了した時点で第２トレンチ１１由来の空隙が存在するように、複数の加圧部３ａを柱構造体５の延設方向（光軸方向）に沿って所定間隔で設けている。より詳しくは、図５（ａ）に示すように、並設方向において、加圧部３ａと柱構造体５との対向間における第２トレンチ１１の幅をＴ２、加圧構造体３の加圧部３ａの幅をＷ２（Ｗ２＞Ｗ１）とすると、数式２に示す関係を満たすように、第２トレンチ１１と加圧構造体３の幅を設定している。
【００５１】
（数２）Ｔ２＜０．６１×（Ｗ１＋Ｗ２）
なお、Ｗ１＝αＷ２（０＜α＜１）と置き換えると、数式２は、数式３と示すことができる。
【００５２】
（数３）Ｔ２＜０．６１×Ｗ２×（１＋α）
ここで、０＜α＜１であるから、数式３は数式４と置き換えることができる。
【００５３】
（数４）０．６１×Ｗ２＜Ｔ２＜１．２２×Ｗ２
このように、数式２（又は、数式３又は数式４）を満たし、且つ、第２工程が終了した時点で、第２トレンチ１１由来の空隙が存在するように、第２トレンチ１１と加圧構造体３を設定することで、第３工程において、加圧構造体３の体積膨張により、柱構造体５を並設方向に加圧することができる。
【００５４】
なお、柱構造体５が完全に酸化される前（第２工程の途中）に、加圧構造体３（加圧部３ａ）による加圧を受けて隣り合う柱構造体５同士が密着すると、柱構造体５に酸素が供給されにくくなり、柱構造体５にシリコンの未酸化領域が残ってしまうことも考えられる。したがって、第２工程が終了した時点で、加圧構造体３は端部の柱構造体５に接しても接しなくとも良いが、隣り合う柱構造体５間に第１トレンチ１０由来の空隙が残るように（隣り合う柱構造体５同士が接触していないように）、加圧構造体３と第２トレンチ１１を設定する。
【００５５】
また、本実施形態に示すように、柱構造体５の延設方向（光軸方向）に沿って複数の加圧部３ａを設けると、第３工程において、複数の加圧部３ａにより、延設方向にわたって柱構造体５をほぼ均等に加圧することができる。なお、本実施形態においては、図５（ａ）に示すように、加圧構造体３を、平面半円状の複数の加圧加圧部３ａを並設方向において加圧部３ａよりも薄肉の薄肉部３ｂにて柱構造体５の延設方向に沿うように連結した構造としている。したがって、加圧部３ａが単独で存在する構成よりも力学的な強度が増しており、これにより例えばエッチング後の洗浄における折損を低減乃至防ぐことができる。なお、並設方向において、薄肉部３ｂの幅を柱構造体５と同じとしている。
【００５６】
また、本実施形態においては、マイクロレンズ２の形状を規定する最外周部、即ち、レンズ形成領域の最外周（輪郭線）が、所定幅のシリコン層１３（以下輪郭構造体１３と示す）で連結されるように、外周部トレンチ１２を形成する。この輪郭構造体１３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ることとなるので、パターンによって任意の面を得ることができる。なお、輪郭構造体１３の柱構造体５や加圧構造体３との連結部分（Ｔ字部分やＬ字部分）は、酸化時間が他の部分よりもかかるので、シリコン残りを低減するために、輪郭構造体１３の幅を、柱構造体５の幅と同じか、それよりも細く設定することが好ましい。本実施形態においては、第２工程終了時点で、連結部分にシリコン残りが生じないように、輪郭構造体１３の幅を柱構造体５の幅よりも若干細くしている。しかしながら、本実施形態においては、後述する第３工程において、熱酸化条件下で加圧構造体３によって柱構造体５を並設方向に加圧し、融着により一体化させる。したがって、第３工程において、輪郭構造体１３が完全に酸化される幅であれば採用が可能である。第２工程が終了した時点で、輪郭構造体１３がシリコンの未酸化領域を有していても、第３工程において、この未酸化領域の酸化により柱構造体５と輪郭構造体１３の連結体が並設方向に膨張するのを、加圧構造体３によって抑制することができる。
【００５７】
また、外周部トレンチ１２は、第１トレンチ１０及び第２トレンチ１１のトレンチ幅に比べて十分広く、光学素子１００が形成された時点でトレンチ内に空隙が残るように形成される。したがって、シリコン酸化物とシリコンとの線膨張係数差による座屈を回避することができる。また、外周部トレンチ１２は、マイクロローディング効果によって第１トレンチ１０及び第２トレンチ１１よりも深くエッチングされる。したがって、光学素子１００において、マイクロレンズ２（及び加圧構造体３）が、シリコン基板１の平面方向において同形状のシリコンからなる台座部７を介して連結することとなり、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。
【００５８】
なお、立体的なレンズ形状を得るためには、第１工程において、よりアスペクト比（深さ／幅）の高いトレンチを形成する必要がある。また、熱酸化後に隙間が残らないように、トレンチの断面プロファイルの垂直性を確保する必要がある。これに対し、本実施形態においては、特開２０００−２９９３１０号公報のエッチング技術（所謂ＤＲＩＥ法）を利用して、形成したトレンチの内面（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ようにしている。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を形成することができる。このように、本実施形態においては、ＤＲＩＥ法によって、アスペクト比の高いトレンチ１０〜１２を形成するので柱構造体５が変形しやすく、第３工程において加圧により一体化されたマイクロレンズ２を得ることができる。
【００５９】
第１工程終了後、シリコン基板１全体を水素雰囲気中でアニール処理し、各トレンチ１０〜１２の側壁の表面粗さを小さくする。このように、トレンチ側壁表面の平坦性を向上すると、熱酸化を行うことで平滑な表面を持つレンズ面（入射面２ａ及び出射面２ｂ）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。
【００６０】
アニール処理後、マスク９をフッ酸溶液への浸漬等により除去する。そして、柱構造体５全体がシリコンからシリコン酸化物に置き換わるまで熱酸化を実施する第２工程を実施する。第１工程で予め設定された条件により、柱構造体５及び輪郭構造体１３は、全体が酸化するのに十分な酸素が第１トレンチ１０や外周部トレンチ１２を介して供給され、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、完全にシリコン酸化物に置き換えられる。また、第１トレンチ１０は、柱構造体５及び輪郭構造体１３の体積膨張（シリコン酸化物への置換）によってその一部がそれぞれ埋められるものの、第１工程で予め設定された条件により、光軸方向に延びる形状を留めている。すなわち、隣り合う柱構造体５同士が接触しておらず、柱構造体５間には第１トレンチ１０由来の空隙が残っている。
【００６１】
加圧構造体３のうち、柱構造体５と同じ幅を有する薄肉部３ｂは、熱酸化によって完全にシリコン酸化物に置き換えられる。これに対し、加圧部３ａは厚肉であるため、第２工程が終了した時点では、図６（ａ），（ｂ）に示すように、内部にシリコンが酸化されずに残った未酸化領域１４を有している。なお、本実施形態においては、一部がシリコン酸化物に置き換えられ、体積膨張した加圧部３ａは、光軸方向において隣り合う加圧部３ａと接し、並設方向において端部の柱構造体５と、隣り合う柱構造体５同士が接しない程度に接している。また、第２トレンチ１１は、柱構造体５、加圧構造体３、及び輪郭構造体１３の体積膨張（シリコン酸化物）によってその一部が埋められるものの、第１工程で予め設定された条件により、図６（ａ），（ｃ）に示すように、第２トレンチ１１由来の複数の空隙が光軸方向に沿って分散して残っている。
【００６２】
第２工程終了後、引き続き第２工程の熱酸化条件を継続しつつ、複数の柱構造体５を並設方向において加圧する第３工程を実施する。このように本実施形態においては、熱酸化工程が第２工程と第３工程に分けている。この第３工程においては、第２工程において酸化されずに残った加圧構造体３の未酸化領域１４を酸化する。これにより、図７（ａ）に示すように未酸化領域１４がシリコン酸化物に置き換わり、体積膨張（図７（ａ）中の破線矢印）によって、加圧構造体３（加圧部３ａ）が、複数の柱構造体５を一方の端部から他方の端部に向けて加圧（図７（ａ），（ｂ）中の白抜き矢印）する。また、熱酸化時の高温（例えば１０００℃以上）により、シリコン酸化物は流動性を有するので、密着したシリコン酸化物同士は融着により一体化される。
【００６３】
本実施形態においては、加圧部３ａの未酸化領域１４が完全に酸化された状態で、並設方向加圧側への膨張量（ストローク量）が、複数の柱構造体５を変形されて融着により一体化させるのに十分な加圧力となるように、第１工程において予め設定されている。したがって、加圧構造体３による加圧を受けた複数の柱構造体５は、シリコン基板１との連結部を支点として並設方向に変形する。そして、隣り合う柱構造体５同士が密着し、融着により一体化されてシリコン酸化物ブロック（マイクロレンズ２）となる。なお、本実施形態においては、並設方向において、複数の柱構造体５の両端に加圧構造体３を設けているので、両端からの加圧力によって、並設方向における中心付近の柱構造体５に対し、左側の柱構造体５は、シリコン基板１との連結部より上方の部分がシリコン基板１の平面に対して垂直方向よりも右側に変形し、右側の柱構造体５は、シリコン基板１との連結部より上方の部分がシリコン基板１の平面に対して垂直方向よりも左側に変形し、図３，４に示した構造となる。
【００６４】
なお、第２トレンチ１１由来の空隙は、加圧構造体３の未酸化領域１４の酸化によってシリコン酸化物が流入するので、第２工程よりも小さくなるものの、未酸化領域１４が完全に酸化された状態（第３工程が終了した状態）で空隙部６として残っている。このように、加圧力を生じる加圧部３ａの周辺に、第３工程が完了した状態で空隙部６が残るようにすると、第３工程において、未酸化領域１４に対し、柱構造体５を一体化させるのに十分な加圧力（加圧構造体３のストローク量）を生じさせる酸素を確実に供給することができる。
【００６５】
以上の各工程後、レンズ周囲の外周部トレンチ１２と一部重なる位置でダイシングカットする。これにより、外周部トレンチ１２が周囲溝８として残り、図１〜４に示したマイクロレンズ２を備える光学素子１００を形成することができる。
【００６６】
このように本実施形態に係る光学素子１００の製造方法によれば、第２工程が終了した時点で、隣り合う柱構造体５間に第１トレンチ１０由来の空隙が意図的に残るように、第１工程において第１トレンチ１０及び柱構造体５を形成するので、第２工程において、柱構造体５を完全に酸化できる（光に対して不透明なシリコン残りの無い状態とすることができる）。そして、第３工程において、熱酸化条件下で複数の柱構造体５を並設方向に加圧するので、隣り合う柱構造体５同士を密着させ、融着により一体化させてシリコン酸化物ブロック（マイクロレンズ２）とすることができる。このようにして製造されたマイクロレンズ２は、光に対して不透明なシリコン残りがなく、空隙も従来の工程ばらつきによって生じるレベルよりも少なくとも低減された状態（又は空隙の無い状態）であるので、マイクロレンズ２を含む光学素子１００を良好な光透過性を持つ光学素子とすることができる。
【００６７】
また、本実施形態においては、柱構造体５と同一のシリコン基板１に加圧構造体３を形成し、酸化による加圧構造体３の膨張を加圧力として利用することで、複数の柱構造体５を密着させ、一体化されたマイクロレンズ２としている。このように、並設方向における柱構造体５の加圧源を、柱構造体５と同一のシリコン基板１に構成することもできる。また、第３工程において、加圧構造体３を第２工程と同一条件で熱酸化するので、製造工程を簡素化することができる。
【００６８】
また、本実施形態においては、第３工程が終了した時点で、第２トレンチ１１由来の空隙（空隙部６）が残るように、第１工程において、第２トレンチ１１及び加圧構造体３を形成する。したがって、第３工程において、未酸化領域１４に対し、柱構造体５を一体化させるのに十分な加圧力を生じさせる酸素を確実に供給することができる。また、未酸化領域１４に対してより多くの酸素を供給して加圧力を向上することもできる。しかしながら、第３工程が完了した状態で空隙部６が残らなくとも（第２トレンチ１１由来の空隙がシリコン酸化物によって完全に埋められても）、少なくとも第２工程が終了した時点で第２トレンチ１１由来の空隙が残っており、この空隙を介して、柱構造体５を一体化させるのに十分な加圧力を生じさせる酸素を未酸化領域１４に供給できれば、本実施形態に示すマイクロレンズ２とほぼ同等の光透過性を有するマイクロレンズ２を形成することができる。
【００６９】
また、本実施形態においては、第３工程が終了した時点で、第２トレンチ１１由来の空隙（空隙部６）が複数分散して残るように、第１工程において、第２トレンチ１１及び加圧構造体３を形成する。したがって、第３工程において、空隙を介して加圧構造体３の未酸化領域１４に効率よく酸素を供給することができるので、並設方向に直交する方向において、柱構造体５に対する加圧ムラを低減することができる。これにより、マイクロレンズ２の光透過性をより向上することができる。
【００７０】
なお、本実施形態においては、両端部の柱構造体５に対して加圧構造体３を設ける例を示したが、並設方向において、複数の柱構造体５の一方の端部に対してのみ加圧構造体３を設けることによっても、第３工程において柱構造体５に加圧力を与え、一体化させることが可能である。しかしながら、片側配置の場合には、加圧力が加圧方向の外部へ逃げてしまうのに対し、本実施形態に示したように両端部に対して加圧構造体３を設けると、同時に逆向きの加圧力が生じるので、一方の加圧構造体３が他方の加圧構造体３からの加圧力の逃げを抑制することができる。したがって、複数の柱構造体５をより効率よく加圧することができ、マイクロレンズ２の光透過性をより向上することができる。
【００７１】
また、本実施形態においては、ＤＲＩＥ法により、第１トレンチ１０としてアスペクト比の高いトレンチを形成する。したがって、柱構造体５の剛性が低いので、第３工程において、加圧された柱構造体５が並設方向に変形しやすく、隣り合う柱構造体５間が密着してマイクロレンズ２内の空隙をより低減乃至無くすことができる。これにより、マイクロレンズ２の光透過性をより向上することができる。
【００７２】
なお、シリコン基板１として単結晶シリコンを採用したが、シリコン基板１として、不純物が高濃度（例えば１０１８ｃｍ−３以上）にドープされた基板を用いても良い。このように、不純物（例えばボロンやリン）が高濃度にドープされたシリコン基板１は、シリコン酸化物となった状態でのガラス転移点が、不純物が導入されない又は不純物が低濃度にドープされたシリコン基板１よりも低くなる。したがって、第３工程において、加圧を受けて接触したシリコン酸化物同士を融着しやすくすることができる。
【００７３】
また、本実施形態においては、マイクロレンズ２の光軸に対して、柱構造体５の延設方向（第１トレンチ１０の延設方向）を平行とする例を示した。このように構成すると、マイクロレンズ２の光軸に対して例えば垂直となるように柱構造体５（第１トレンチ）を延設する場合よりも、光の散乱等によって透過率が低下するのを抑制することができる。しかしながら、マイクロレンズ２の光軸に対して例えば垂直となるように柱構造体５（第１トレンチ）を延設した構成としても良い。この場合、加圧構造体３を介してマイクロレンズ２に光が入射し、マイクロレンズ２から加圧構造体部２を介して出射する。したがって、このような構成を採用する場合には、透過率を向上するために、第３工程が終了した時点で、未酸化領域１４が完全に酸化され、加圧構造体３がシリコン酸化物のみからなることが好ましい。さらに好ましくは、第３工程が終了した時点で、第２トレンチ１１由来の空隙が未酸化領域１４の酸化による膨張によって埋められ、空隙部６をできる限り小さい状態（より好ましくは空隙部６の無い状態）とすると良い。
【００７４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を、図８及び図９に基づいて説明する。図８は、第２実施形態に係る光学素子１００の製造方法において、第２工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。図９は、光学素子１００の製造方法において、第３工程を示す断面図である。なお、図８及び図９においては、第１実施形態に示した図５〜図７同様に、便宜上、並設方向において一部のみを図示している。
【００７５】
第２実施形態に係る光学素子１００及びその製造方法は、第１実施形態に示した光学素子１００及びその製造方法と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。また、本実施形態において、第１実施形態と同様の機能を有する要素については、同一の符号を付与するものとする。
【００７６】
第１実施形態においては、柱構造体５を設けたシリコン基板１に加圧構造体３を設けることにより、熱酸化による加圧構造体３の膨張によって、柱構造体５を並設方向に変形させ、融着により一体化させてマイクロレンズ２とする例を示した。これに対し、本実施形態においては、シリコン基板１外からの外力を印加することにより、柱構造体５を並設方向に変形させ、融着により一体化させてマイクロレンズ２とする点を特徴とする。
【００７７】
加圧構造体３を設けない点を除いては、第１実施形態に示した製造方法と第２工程が完了するまで同じである。したがって、熱酸化による第２工程が完了した時点で、本実施形態においては、図８（ａ），（ｂ）に示すように、複数の柱構造体５が、第１トレンチ１０由来の空隙を隔てて並設されており、並設方向において端部の柱構造体５は、第１トレンチ１０由来の空隙と外周部トレンチ１２とに挟まれている。
【００７８】
そして、第２工程終了後、シリコン酸化物が融着する条件下で、図９に示すように、例えばプレス部材（図示略）によって、複数の柱構造体５を端部から並設方向に押圧（図９に示す白抜き矢印）する。これにより、複数の柱構造体５は、シリコン基板１との連結部を支点として並設方向に変形する。そして、隣り合う柱構造体５同士が密着し、融着により一体化されてシリコン酸化物ブロック（マイクロレンズ２）となる。このようにして、マイクロレンズ２を備えた光学素子１００（図示略、図１〜図４において、加圧構造体３（及び空隙部６）の無い構造）を形成することができる。
【００７９】
このように、本実施形態に係る光学素子１００の製造方法によれば、第１実施形態に示す製造方法同様、マイクロレンズ２を含む光学素子１００を良好な光透過性を持つ光学素子とすることができる。
【００８０】
また、加圧構造体３が不要であるので、設計が容易となり、外力を印加するので、加圧力を調整しやすい。
【００８１】
また、第３工程においては、シリコン酸化物が融着する条件下で加圧すれば良い。したがって、第１実施形態に示すようにシリコン基板１が熱酸化する条件に限定されない。
【００８２】
また、本実施形態に係る製造方法を用いて形成された光学素子１００は、第１実施形態に示す光学素子１００同様、光に対して不透明なシリコン残りがなく、空隙も従来の工程ばらつきによって生じるレベルよりも少なくとも低減された状態（又は空隙の無い状態）である。
【００８３】
また、光学素子１００は加圧構造体３を有さないので、マイクロレンズ２の光軸に対して例えば垂直となるように柱構造体５（第１トレンチ）を延設した構成としても、第１実施形態に示す構造よりも、光透過率を向上することができる。
【００８４】
なお、外力の印加は、並設方向における複数の柱構造体５の一方の端部に対してのみ実施しても良いし、両方の端部に対して同時に実施しても良い。好ましくは、同時に逆向きの外力を印加すると、複数の柱構造体５をより効率よく加圧することができるので、マイクロレンズ２の光透過性をより向上することができる。
【００８５】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を、図１０及び図１１に基づいて説明する。図１０は、第３実施形態に係る光学素子１００の概略構成を示す上面視平面図である。図１１は、第３実施形態に係る光学素子１００の製造方法において、第３工程を示す図（図１０のＸＩ−ＸＩ線に沿う断面図）である。
【００８６】
第３実施形態に係る光学素子１００及びその製造方法は、第１実施形態に示した光学素子１００及びその製造方法と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。また、本実施形態において、第１実施形態と同様の機能を有する要素については、同一の符号を付与するものとする。
【００８７】
第１実施形態においては、並設方向において、複数の柱構造体５の両端部にそれぞれ加圧構造体３を設け、第３工程において逆向きの加圧力を生じさせることにより、柱構造体５を効率よく加圧する例を示した。これに対し、本実施形態においては、並設方向において、複数の柱構造体５の一方の端部に対して加圧構造体３を設け、他方の端部に対して、第３工程において並設方向であって加圧構造体３とは反対側への柱構造体５の変形を抑制するように、柱状の第１膨張抑制構造体１５を設ける点を特徴とする。
【００８８】
製造方法については、第１工程においてトレンチエッチングする際のマスクパターンが異なる点を除いては、第１実施形態に示した第１〜第３工程と同じである。第１工程及び第２工程においては図示を省略するが、第１膨張抑制構造体１５は、第１工程において、加圧構造体３とは並設方向であって反対側の端部の柱構造体５に対し、第１トレンチ１０を隔てて形成される。また、並設方向の幅は、少なくとも柱構造体５及び加圧構造体３（加圧部３ａ）よりも広く、第３工程において、加圧された柱構造体５の変形を受けてもほとんど変形しない程度の剛性を有するように設定される。好ましくは、柱構造体５の幅に対して５倍以上の幅を有するものとすれば良い。第１膨張抑制構造体１５は、柱構造体５とは独立した構成としても良いが、本実施形態においては、輪郭構造体１３によって、柱構造体５と連結した構造としている。また、熱酸化による第２工程が終了した時点で、柱構造体５と第１膨張抑制構造体１５との間の第１トレンチ１０は、柱構造体５、輪郭構造体１３、及び第１膨張抑制構造体１５の膨張（シリコン酸化物への置換）によってその一部が埋められるものの、第１工程で予め設定された条件により、光軸方向に延びる形状を留めている。
【００８９】
そして、図１１に示すように、第３工程において、加圧構造体３による加圧（図１１に示す実線白抜き矢印）を受けた複数の柱構造体５は、シリコン基板１との連結部を支点として、並設方向であって第１膨張抑制構造体１５側に変形する。このとき、柱構造体５の変形は、高剛性の第１膨張抑制構造体１５によって受け止められる。すなわち、第１膨張抑制構造体１５は、第１膨張抑制構造体１５よりも外側への柱構造体５の変形を抑制（図１１に示す破線白抜き矢印）する。したがって、複数の柱構造体５が効率よく加圧され、融着により一体化されてマイクロレンズ２となる。なお、第１膨張抑制構造体１５は、第３工程が終了した時点で、表面がシリコン酸化物となるものの、その内部にシリコンの未酸化領域を有している。
【００９０】
このように、本実施形態に係る光学素子１００の製造方法によれば、第１実施形態に示す製造方法同様、加圧構造体３と第１膨張抑制構造体１５との間で、隣り合う柱構造体５同士を効果的に密着させることができる。したがって、マイクロレンズ２を含む光学素子１００を、より良好な光透過性を持つ光学素子とすることができる。
【００９１】
したがって、図１０に示すように、本実施形態に係る製造方法を用いて形成された光学素子１００は、第１実施形態に示す光学素子１００同様、光に対して不透明なシリコン残りがなく、空隙も従来の工程ばらつきによって生じるレベルよりも少なくとも低減された状態（又は空隙の無い状態）とされている。なお、図１０に示すマイクロレンズ２は、図１１に示すように、一方の端部側からの加圧力によって、複数の柱構造体５が、シリコン基板１との連結部より上方の部分がシリコン基板１の平面に対して垂直方向よりも第１膨張抑制構造体１５側に変形した構造となっている。このように片側からのみ加圧してなる構造においても、第１実施形態で示したように、柱構造体５の並設方向において、シリコン基板１との境界部分の幅が、当該境界部分に対して上方部分の幅よりも広くなっている。
【００９２】
また、本実施形態に係る製造方法によれば、加圧構造体３と第１膨張抑制構造体１５との間で並設方向において柱構造体５加圧する。したがって、第２工程が終了した時点で、輪郭構造体１３がシリコンの未酸化領域（例えばＴ字状の連結部分）を有しており、第３工程において、この未酸化領域を酸化しても、加圧構造体３と第１膨張抑制構造体１５との間で、柱構造体５と輪郭構造体１３の連結体が並設方向に膨張するのを抑制することができる。
【００９３】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態を、図１２〜図１４に基づいて説明する。図１２は、第４実施形態に係る光学素子１００の製造方法において、第１工程を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面図である。図１３は、光学素子１００の製造方法において、第３工程を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿う断面図である。図１４は、第４実施形態に係る光学素子１００の概略構成を示す上面視平面図である。なお、図１３（ａ）においては、便宜上、マスク９を省略して図示している。
【００９４】
第４実施形態に係る光学素子１００及びその製造方法は、第１実施形態に示した光学素子１００及びその製造方法と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。また、本実施形態において、第１実施形態と同様の機能を有する要素については、同一の符号を付与するものとする。
【００９５】
第１実施形態においては、並設方向において、複数の柱構造体５の端部に隣接して加圧構造体３を設け、加圧構造体３が、第２トレンチ１１と外周部トレンチ１２とにより規定される例を示した。すなわち、第３工程において、加圧構造体３の未酸化領域１４が酸によって膨張した際、並設方向であって加圧構造体３よりも外側（柱構造体５と反対側）への膨張による加圧力は、柱構造体５のように伝達されるべき対象がない（フリーな状態である）例を示した。これに対し、本実施形態においては、並設方向であって柱構造体５とは反対側に、加圧構造体３の柱構造体部５とは反対側への変形（膨張）を抑制するように、柱状の第２膨張抑制構造体１６を設ける点を特徴とする。
【００９６】
製造方法については、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、第１工程においてトレンチエッチングする際のマスク９のパターンが異なる点を除いては、第１実施形態に示した第１〜第３工程と同じである。本実施形態においては、図１２（ａ）に示すように、第１工程において、加圧構造体３を、平面円状の複数の加圧部３ａを加圧部３ａよりも薄肉の薄肉部３ｂにて柱構造体５の延設方向に沿うように連結した構造とする。したがって、並設方向における加圧部３ａの幅Ｗ２は円の直径である。また、加圧構造体３に対して、第３トレンチ１７を隔てて並設方向における柱構造体５とは反対側に、シリコン基板１の上面に立設する柱状の第２膨張抑制構造体１６を形成する。
【００９７】
この第２膨張抑制構造体１６は、並設方向の幅が、少なくとも加圧構造体３（加圧部３ａ）よりも広く、熱酸化による加圧構造体３の膨張を受けてもほとんど変形しない程度の剛性を有するように設定される。好ましくは、柱構造体５の幅に対して５倍以上の幅を有するものとすれば良い。第２膨張抑制構造体１６は、柱構造体５や加圧構造体３とは独立した構成としても良いが、本実施形態においては、輪郭構造体１３によって、柱構造体５及び加圧構造体３と連結した構造としている。したがって、第３トレンチ１７は、加圧構造体３、輪郭構造体１３、及び第２膨張抑制構造体１６によって囲まれている。
【００９８】
第２工程（図示略）が終了した時点で、加圧構造体３（加圧部３ａ）は第２膨張抑制構造体１６に接しても良いし、接しなくとも良い。第２工程が終了した時点で加圧構造体３（加圧部３ａ）と第２膨張抑制構造体１６が接する場合には、第２膨張抑制構造体１６側への加圧構造体３（加圧部３ａ）の膨張（変形）が第２膨張抑制構造体１６によって抑制され、その分第２膨張抑制構造体１６側とは反対側である柱構造体５側への膨張量が大きくなる。したがって、この膨張量を見込んで、第２工程が終了した時点で、隣り合う柱構造体５間に第１トレンチ１０由来の空隙が残るように（隣り合う柱構造体５同士が接触していないように）、第３トレンチ１７を設定する。また、第２工程が終了した時点で加圧構造体３（加圧部３ａ）と第２膨張抑制構造体１６が接しない場合には、第３工程において、加圧構造体３（加圧部３ａ）と第２膨張抑制構造体１６が接するように、第３トレンチ１７を設定する。すなわち、第２工程が終了した時点で、隣り合う柱構造体５間に第１トレンチ１０由来の空隙が残り（隣り合う柱構造体５同士が接せず）、少なくとも第３工程において、加圧構造体３（加圧部３ａ）と第２膨張抑制構造体１６が接するように、第３トレンチ１７を設定すれば良い。また、好ましくは第２工程が完了した時点で第３トレンチ１７由来の空隙部１８が残るように、より好ましくは複数の空隙部１８が分散して残るように、並設方向における幅Ｔ３を設定すると良い。このように設定すると、第２工程が終了した時点で、第２トレンチ１１由来の空隙部６と合わせて加圧部３ａの周囲に複数の空隙部６，１８が残ることとなり、加圧部３ａの未酸化領域１４に効率よく酸素を供給することができる。本実施形態においては、並設方向における第３トレンチ１７の幅Ｔ３を、第２トレンチ１１と同じにしている。したがって、第２工程が終了した時点で、加圧構造体３の加圧部３ａが第２膨張抑制構造体１６に僅かに接しており、両者の間には、第３トレンチ１７由来の空隙部１８が複数分散した状態で存在している。
【００９９】
そして、第２工程終了時点で、酸化されずに残った加圧構造体３の加圧部３ａの未酸化領域１４を、第３工程において熱酸化する。これにより、図１３（ａ），（ｂ）に示すように、加圧構造体３の加圧部３ａの未酸化領域１４が酸化され、図１３（ａ）に示すように膨張する。このとき、本実施形態においては、第２膨張抑制構造体１６側への加圧部３ａの膨張（図１３（ａ）に示す破線矢印）が高剛性の第２膨張抑制構造体１６によって抑制（図１３（ａ），（ｂ）に示す一点鎖線白抜き矢印）される。そして、その分、第２膨張抑制構造体１６側とは反対側である柱構造体５側への膨張量、すなわち、柱構造体５への加圧力（図１３（ａ），（ｂ）に示す実線白抜き矢印）が大きくなる。したがって、第２膨張抑制構造体１６以外の構成が第１実施形態に示した構成（図２参照）と同じでありながら、加圧力がより大きいので、複数の柱構造体５が効率よく加圧され、融着により一体化されてマイクロレンズ２となる。なお、第２膨張抑制構造体１６は、第３工程が終了した時点で、表面がシリコン酸化物となるものの、図１３（ａ）に示すようにその内部にシリコンの未酸化領域１９（図１３（ａ）に示す破線で囲んだ領域）を有している。
【０１００】
このように、本実施形態に係る光学素子１００の製造方法によれば、第１実施形態に示す製造方法同様、隣り合う柱構造体５同士を効果的に密着させることができる。したがって、マイクロレンズ２を含む光学素子１００を、良好な光透過性を持つ光学素子とすることができる。特に本実施形態においては、図１４に示すように、並設方向において、柱構造体５の両端に対して、加圧構造体３と第２膨張抑制構造体１６をそれぞれ設けている。したがって、第３工程において、第２膨張抑制構造体１６の効果によってそれぞれ向上された逆向きの加圧力によって、隣り合う柱構造体５同士を効果的に密着させることができる。したがって、マイクロレンズ２を含む光学素子１００を、より良好な光透過性を持つ光学素子とすることができる。
【０１０１】
したがって、図１４に示すように、本実施形態に係る製造方法を用いて形成された光学素子１００は、第１実施形態に示す光学素子１００同様、光に対して不透明なシリコン残りがなく、第１実施形態に示す光学素子１００よりも、空隙が少なくとも低減された状態（又は無い空隙の無い状態）とされている。
【０１０２】
なお、本実施形態においては、図１４に示すように、並設方向において、柱構造体５の両端に対して第２膨張抑制構造体１６をそれぞれ設ける例を示した。しかしながら、図１５に示すように、柱構造体５の一方の端部に対してのみ第２膨張抑制構造体１６を設けても良い。図１５は、変形例を示す平面図である。
【０１０３】
また、本実施形態においては、加圧構造体３の並設方向であって柱構造体５とは反対側への膨張を抑制する部材を、第２膨張抑制構造体１６として、柱構造体５と同一のシリコン基板１に構成する例を示した。しかしながら、第２実施形態に示したように、第３工程において、加圧構造体３にシリコン基板１外からの外力を印加することにより、加圧構造体３の並設方向であって柱構造体５とは反対側への膨張を抑制するようにしても良い。これによっても、第３工程において、加圧構造体３による加圧力を向上することができる。
【０１０４】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【０１０５】
上述した各実施形態においては、光を透過するシリコン酸化物ブロックとして、マイクロレンズ２を形成する例を示した。しかしながら、上述した製造方法は光学機能を有する素子であれば採用が可能である。また、上述した製造方法を用いて形成されたシリコン酸化物ブロックであれば、本実施形態に示したマイクロレンズ２同様の効果を有する。マイクロレンズ２以外にも、例えばプリズムや光導波路を形成することもできる。また、同一の光学機能を有する複数のシリコン酸化物ブロックを、１つの光学素子１００として同一のシリコン基板１上に構成しても良いし、異なる光学機能を有するシリコン酸化物ブロックを１つの光学素子１００として同一のシリコン基板１上に構成しても良い。また、マイクロレンズ２としても、平凸型のシリンドリカルレンズに限定されるものではない。
【０１０６】
また、本実施形態においては、加圧構造体３の例をとして、平面半円状又は平面円形状の複数の加圧部３ａを、加圧部３ａよりも薄肉の薄肉部３ｂにて、柱構造体５の延設方向に沿うように連結してなる例を示した。しかしながら、加圧構造体３の態様は上記例に限定されるものではない。第２工程が終了した時点で、並設方向において隣り合う柱構造体５間に第１トレンチ１０由来の空隙があり、第３工程において、加圧構造体３が酸化されて、その膨張により柱構造体５を並設方向に加圧できる態様であれば採用することができる。
【０１０７】
例えば図１６（ａ）に示す平面波状（又は平面Ｓ字状）の加圧構造体３、図１６（ｂ）に示す平面円弧状の加圧構造体３、図１６（ｃ）に示す平面円弧状部と複数連ねてなる加圧構造体３を採用することもできる。図１６（ａ）〜（ｃ）に示す加圧構造体３においては、加圧構造体３の幅を適宜設定することで、第３工程において、柱構造体５を加圧することができる。例えば、図１６（ｂ）に示す構成においては、第２工程が終了した時点で、少なくとも輪郭構造体１３との連結部分（Ｔ字部）に未酸化領域が存在すれば、第３工程において、当該未酸化領域の酸化により、柱構造体５を加圧することができる。図１６（ａ）〜（ｃ）は変形例を示す平面図であり、それぞれ第１工程が終了した時点を示している。なお、第１トレンチ１０，第２トレンチ１１，及び第３トレンチ１７は、各図に示すとおりである。図１６（ａ）〜（ｃ）においては、輪郭構造体１３によって、加圧構造体３が柱構造体５及び第２膨張抑制構造体１６と連結している例を示した。しかしながら、第２膨張抑制構造体１６のない構成としても良いし、加圧構造体３が、柱構造体５及び第２膨張抑制構造体１６の少なくとも一方と連結されない構成としても良い。また、輪郭構造体１３のない構成としても良い。
【０１０８】
例えば第１工程が終了した時点で、加圧構造体３が独立した構造としても良い。加圧構造体３が独立した構造としては、例えば図１７（ａ）に示す平面円形状の加圧構造体３や、図１７（ａ）に示す環状の加圧構造体３を採用することができる。図１７（ａ），（ｂ）も変形例を示す平面図であり、それぞれ第１工程が終了した時点を示している。なお、図１７（ａ），（ｂ）におては、それぞれ複数（３つ）の加圧構造体３を、並設方向における端部の柱構造体５、輪郭構造体１３、及び第２膨張抑制構造体１６によって囲まれたトレンチ２０内に、互いに離間して構成している。そして、トレンチ２０内に、第２トレンチ１１としての部分と第３トレンチ１７としての部分を有している。図１７（ａ），（ｂ）においては、輪郭構造体１３によって、柱構造体５が第２膨張抑制構造体１６と連結している例を示した。しかしながら、柱構造体５が第２膨張抑制構造体１６と連結されない構成としても良いし、輪郭構造体１３のない構成としても良い。また、第２膨張抑制構造体１６のない構成としても良い。
【０１０９】
また、図１８に示すように、第１工程が終了した時点で、加圧構造体３が柱構造体５に連結された構成としても良い。なお、図１８においては、柱構造体５、第２膨張抑制構造体１６、輪郭構造体１３によって構成される領域内に、複数（４つ）の加圧構造体３が、柱構造体５の延設方向に対して垂直に延設されている。そして、加圧構造体３が柱構造体５だけでなく、第２膨張抑制構造体１６にも連結されている。そして、柱構造体５、第２膨張抑制構造体１６、輪郭構造体１３によって構成される領域内において、加圧構造体３によって、トレンチ２１が複数（５つ）に区画されている。このような構造においても、加圧構造体３及びトレンチ２１を適宜設定することで、第２工程が終了した時点で、並設方向において隣り合う柱構造体５間に第１トレンチ１０由来の空隙があり、第３工程において、加圧構造体３が酸化され（すなわち第２工程終了時点でトレンチ２１由来の空隙が存在し）て、その膨張により柱構造体５を並設方向に加圧することができる。図１８も変形例を示す平面図であり、それぞれ第１工程が終了した時点を示している。図１８においては、輪郭構造体１３によって、柱構造体５が第２膨張抑制構造体１６と連結している例を示した。しかしながら、柱構造体５が第２膨張抑制構造体１６と連結されない構成としても良いし、輪郭構造体１３のない構成としても良い。また、第２膨張抑制構造体１６のない構成としても良い。
【０１１０】
また、本実施形態においては、並設方向における複数の柱構造体５の一方の端部に対し、１つの加圧構造体３を設ける例を示した。しかしながら、柱構造体５の一方の端部に対し、複数の加圧構造体３を並設方向に連続して設けても良い。一例として、図１９（ａ）においては、第４実施形態に示した構成に対し、加圧構造体３を２列配置としている。そして、図１９（ｂ）に示すように、第３工程において、並設方向にそって配置された複数の加圧構造体３の効果によって、加圧力（ストローク量）を向上するようにしている。図１９も変形例を示し、（ａ）は第１工程を示す平面図、（ｂ）は第３工程を示す平面図である。なお、図１９（ａ），（ｂ）に示す構成においては、加圧構造体３及び各トレンチ１１，１７，２１（トレンチ２１は加圧構造体３間のトレンチ）を適宜設定することで、第２工程が終了した時点で、並設方向において隣り合う柱構造体５間に第１トレンチ１０由来の空隙があり、第３工程において、各加圧構造体３が酸化され、その膨張により柱構造体５を並設方向に加圧することができる。具体的には、第３工程において、並設方向外側（第２膨張抑制構造体１６側）の加圧構造体３の外側（柱構造体５の反対側）への膨張が第２膨張抑制構造体１６によって抑制され、柱構造体５側への加圧力が向上される。そして、この加圧力の一部によって、並設方向内側（柱構造体５側）の加圧構造体３の外側（柱構造体５の反対側）への膨張が抑制され、柱構造体５側への加圧力が向上される。すなわち、並設方向内側の加圧構造体３の加圧力に、並設方向外側の加圧構造体３の加圧力の一部が重畳されて、柱構造体５の加圧力となる。したがって、隣り合う柱構造体５同士を効率よく密着させることができる。図１９（ａ），（ｂ）においては、輪郭構造体１３によって、加圧構造体３が柱構造体５及び第２膨張抑制構造体１６と連結している例を示した。しかしながら、第２膨張抑制構造体１６のない構成としても良いし、加圧構造体３が、柱構造体５及び第２膨張抑制構造体１６の少なくとも一方と連結されない構成としても良い。また、輪郭構造体１３のない構成としても良い。
【０１１１】
また、本実施形態においては、第２工程において、加圧構造体３を柱構造体５とともに熱酸化する例を示した。しかしながら、第２工程において、柱構造体５を選択的に熱酸化して加圧構造体３を熱酸化せず、第３工程において、加圧構造体３を熱酸化することで、柱構造体５を加圧するようにしても良い。これによれば、加圧構造体３の設計自由度を向上することができる。
【０１１２】
また、本実施形態においては、第１膨張抑制構造体１５及び第２膨張抑制構造体１６によって、圧構造体３や柱構造体５の変形を抑制する例を示した。しかしながら、シリコン基板１の凹部４の側壁を膨張抑制部として適用することもできる。
【０１１３】
また、本実施形態においては、第１膨張抑制構造体１５及び第２膨張抑制構造体１６を、加圧構造体３や柱構造体５と同一の材料（シリコン）を用いて形成する例を示した。しかしながら、第１膨張抑制構造体１５及び第２膨張抑制構造体１６は、剛性が高く、加圧構造体３や柱構造体５の変形を抑制することのできる材料であれば、加圧構造体３や柱構造体５とは異なる材料を用いて形成することもできる。例えば、シリコン基板１の凹部４壁面に金属部材を固定したものを第１膨張抑制構造体１５や第２膨張抑制構造体１６とすることもできる。
【０１１４】
また、本実施形態においては、エッチングを行う際に使用するマスク９を、酸化膜マスクとしたが、使用するマスク９はこれに限定されない。例えば、酸化膜マスクの代わりにレジストマスクを用いても実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】第１実施形態に係る光学素子の斜視図である。
【図２】光学素子の上面視平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】トレンチエッチング工程（第１工程）を示す図であり、（ａ）はシリコン基板の平面図、（ｂ）は（ａ）のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【図６】熱酸化工程（第２工程）を示す図であり、（ａ）はシリコン基板の平面図、（ｂ）は（ａ）のＶＩｂ−ＶＩｂ線に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）のＶＩｃ−ＶＩｃ線に沿う断面図である。
【図７】加圧工程（第３工程）を示す図であり、（ａ）はシリコン基板の平面図、（ｂ）は（ａ）のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。
【図８】第２実施形態に係る光学素子の製造方法において、第２工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図９】光学素子の製造方法において-、第３工程を示す断面図である。
【図１０】第３実施形態に係る光学素子の概略構成を示す上面視平面図である。
【図１１】第３実施形態に係る光学素子の製造方法において、第３工程を示す図（図１０のＸＩ−ＸＩ線に沿う断面図）である。
【図１２】第４実施形態に係る光学素子の製造方法において、第１工程を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面図である。
【図１３】光学素子の製造方法において、第３工程を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図１４】第４実施形態に係る光学素子の概略構成を示す上面視平面図である。
【図１５】変形例を示す平面図である。
【図１６】（ａ）〜（ｃ）は、いずれも変形例を示す平面図である。
【図１７】（ａ），（ｂ）は、ともに変形例を示す平面図である。
【図１８】変形例を示す平面図である。
【図１９】変形例を示し、（ａ）は第１工程を示す平面図、（ｂ）は第３工程を示す平面図である。
【符号の説明】
【０１１６】
１・・・シリコン基板
２・・・マイクロレンズ（シリコン酸化物ブロック）
３・・・加圧構造体
３ａ・・・加圧部
５・・・柱構造体
６・・・空隙部
８・・・周囲溝
１０・・・第１トレンチ
１１・・・第２トレンチ
１３・・・輪郭構造体
１４・・・未酸化領域
１００・・・光学素子
【図１】
2008111865.tif 000003
【図２】
2008111865.tif 000004
【図３】
2008111865.tif 000005
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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