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    • 专利摘要:
    Eine optische Vorrichtung beinhaltet ein Halbleitersubstrat (8, 508, 608) und ein optisches Teil (3, 203, 213, 223, 233, 243, 253a-253c, 254, 755, 756) mit einer Mehrzahl von säulenförmigen Teilen (4), die auf dem Substrat (8, 508, 608) angeordnet sind. Jedes säulenförmige Teil (4) ist in aufrechtstehender Weise angeordnet und sie sind aneinander geheftet, so daß das optische Teil (3, 203, 213, 223, 233, 243, 253a-253c, 254, 755, 756) geschaffen wird. Das optische Teil (3, 203, 213, 223, 233, 243, 253a-253c, 254, 755, 756) ist mit dem Substrat (8, 508, 608) integriert oder einstückig. Dieses optische Teil (3, 203, 213, 223, 233, 243, 253a-253c, 254, 755, 756) hat einen hohen Freiheitsgrad hinsichtlich der Gestaltung oder des Designs.
    公开号:DE102004010907A1
    申请号:DE200410010907
    申请日:2004-03-05
    公开日:2004-09-16
    发明作者:Kazuhiko Kariya Kano；Toshiyuki Kariya Morishita；Yoshitaka Kariya Noda；Junji Kariya Oohara；Yukihiro Kariya Takeuchi
    申请人:Denso Corp；
    IPC主号:G02B6-122
    专利说明:
    [0001] Die vorliegende Erfindung betriffteine optische Vorrichtung, welche eine Mikrolinsen-Anordnung hat,sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Vorrichtung.
    [0002] Eine optische Vorrichtung mit einerMikrolinsen-Anordnung oder einem Mikrolinsen-Feld ("array") ist in der japanischenPatentanmeldungsveröffentlichungNr. H06-194502 offenbart.Diese Vorrichtung wird nach dem Verfahren gemäß den beiliegenden 35A bis 35D hergestellt.
    [0003] Gemäß 35A wird Fotoresist 101 aufein Glassubstrat 105 aufgebracht. Sodann wird das Resist 101 gemäß 35B mit einem bestimmten Schemagemustert. Nachfolgend wird das Resist 101 getempert, sodaß dasResist 101 eine im Querschnitt gesehene Kreissegmentformerhält.Hierbei wird das Resist 101 verflüssigt, wenn es bei einer bestimmtenTemperatur getempert wird, so daß das Resist 101 indie gezeigte Form verformt wird, da in dem Resist 101 eineOberflächenspannungwirkt. Dann wird das Resist 101 auf Raumtemperatur herabgekühlt, sodaß dasResist 101 mit der im Querschnitt kreissektorartigen Formaushärtet.Ruf diese Weise wird das Resist 101 als Konstruktion für eine Mikrolinsen-Anordnungverwendet.
    [0004] Eine weitere optische Vorrichtungmit einer Mikrolinsen-Anordnung wird nach dem folgenden Verfahrenhergestellt. Ein Fotoresist auf einem Glassubstrat mit der Formwie das Resist 101 wird auf dem Substrat 105 gemäß 35D hergestellt. Dann wirddas Resist mit dem Substrat durch ein anisotropes Verfahren, beispielsweisedurch ein hochanisotropes Trockenätzverfahren geätzt, so daß die kreissektorartigeForm des Resists auf das Substrat überschrieben wird. Somit hatdas Glassubstrat diese im Querschnitt kreissektorartige Form undwird als Konstruktion einer Mikrolinsen-Anordnung verwendet.
    [0005] Bei den obigen Verfahren ist jedochdie Krümmungder Linse, d. h. die Krümmungder kreissektorartigen Form oder halbkugelartigen Form des Resists 101 oderdes Glassubstrates 105 nicht korrekt steuerbar. Der Grundhierfürist, daß diekreissektorartige Form durch die Oberflächenspannung des Resists 101 gebildetwird. Somit wird diese Form durch natürliche Konsequenzen gebildet,so daß eine Mikrolinsen-Anordnungmit einer gesteuerten Krümmungdurch die obigen Verfahren nicht herstellbar ist. Insbesondere istes mit den obigen Verfahren schwierig, eine Linse mit einem kleinenKrümmungsradiusherzustellen, also mit einer großen numerischen Apertur (d.h. großeNA). weiterhin ist es mit den obigen Verfahren schwierig, eine Linseherzustellen, welche eine asphärischeForm hat.
    [0006] Angesichts dieses Problems ist esAufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Vorrichtung miteiner Mikrolinsen-Anordnung zu schaffen. Insbesondere soll hierbeidie Mikrolinsen-Anordnung der Vorrichtung einen hohen Auslegungsfreiheitsgradhaben. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einVerfahren zur Herstellung einer derartigen optischen Vorrichtungmit Mikrolinsen-Anordnung zu schaffen.
    [0007] Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindungdie in den Ansprüchen1 bzw. 20 vorgegebenen Merkmale vor, wobei die jeweiligen Unteransprüche vorteilhafteWeiterbildungen zum Inhalt haben.
    [0008] Eine optische Vorrichtung gemäß der Erfindungbeinhaltet ein Halbleitersubstrat und einen optischen Teil, dereine Mehrzahl von säulenförmigen Bauteilenoder Teilen aufweist, die auf dem Substrat angeordnet sind. Jedessäulenförmige Teilist in aufrechtstehender Weise angeordnet und die Teile sind aneinandergeheftet,so daß dasoptische Teil geschaffen wird. Das optische Teil wird mit dem Substratintegriert.
    [0009] Das optische Teil hat eine bestimmteForm und kann wie geplant ausgebildet werden, so daß die Vorrichtungeinen hohen Freiheitsgrad hinsichtlich des Designs oder der Auslegunghat.
    [0010] Das optische Teil beinhaltet bevorzugteine Mikrolinsen-Anordnung oder ein Mikrolinsen-Feld ("array"). Noch bevorzugterweist jedes säulenförmige Teileine Grenze oder Grenzflächeauf und diese Grenzflächeverläuftparallel zu einer Lichtachse des optischen Teils.
    [0011] Bevorzugt beinhaltet das optischeTeil eine mit Verunreinigungen dotierte Schicht und diese mit Verunreinigungendotierte Schicht hat eine Verunreinigungskonzentrationsverteilungin vertikaler Richtung des Substrates. Weiterhin bevorzugt hat die Verunreinigungskonzentrationsverteilungeine Chevron- oder Zickzackform, so daß eine maximale Verunreinigungskonzentrationin einer bestimmten Tiefe liegt, welche von einer Oberfläche desoptischen Teiles aus gemessen wird.
    [0012] Weiterhin wird ein Verfahren zurHerstellung einer optischen Vorrichtung geschaffen. Das Verfahrenbeinhaltet die folgenden Schritte: Ätzen eines Halbleitersubstratesmit einer bestimmten Maske, so daß eine Mehrzahl von Gräben in demSubstrat ausgebildet wird und zwischen den Gräben eine Mehrzahl von Halbleiterwänden ausgebildetwird; und thermisches Oxidieren des Substrates, so daß die Halbleiterwandin eine Halbleiter-Oxidwand um gebildet wird und der Graben mit Halbleiteroxidgefüllt wird.Die Halbleiter-Oxidwand und das Halbleiteroxid in dem Graben bildenein optisches Teil. Das optische Teil ist einstückig mit dem Substrat ausgebildetund läßt Lichtdurch. Das optische Teil, das mit dem obigen Verfahren hergestelltwird, hat eine bestimmte Form und kann wie vorgesehen ausgebildetwerden, so daß diehiermit hergestellte Vorrichtung einen hohen Freiheitsgrad hinsichtlichder Auslegung oder des Designs hat. Bevorzugt hat der Graben eineBreite und die Halbleiterwand hat eine andere Breite und die Breitenvon Graben und Halbleiterwand werden derart bestimmt, daß der Grabenmit dem Halbleiteroxid gefülltwird und gleichzeitig die Halbleiterwand in die Halbleiter-Oxidwandbeim Schritt des thermischen Oxidierens des Substrates umgewandeltwird. Besonders bevorzugt beträgtein Verhältniszwischen der Breite des Grabens und der Breite der Halbleiterwand0,55:0,45.
    [0013] Bevorzugt beinhaltet das Verfahrenweiterhin den Schritt des Ausbildens einer Epitaxialschicht auf demSubstrat. Die Epitaxialschicht beinhaltet eine Verunreinigungskonzentrationsverteilungmit einer Chevron- oder Zickzackform in Filmdickenrichtung. Besondersbevorzugt beinhaltet das optische Teil die Epitaxialschicht so,daß dasoptische Teil ein Licht in Vertikalrichtung kondensiert, welchesenkrecht zum Substrat ist.
    [0014] Weitere Einzelheiten, Aspekte undVorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich besser aus dernachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.
    [0015] Es zeigt.
    [0016] 1 eineperspektivische Darstellung einer optischen Vorrichtung gemäß einerersten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung;
    [0017] 2A eineDraufsicht auf die Vorrichtung und 2B eineQuerschnittsdarstellung durch die Vorrichtung entlang Linie IIB-IIBin 2A bei der erstenAusführungsform;
    [0018] 3 eineDraufsicht zur Erläuterungeines Verfahrens zur Herstellung der Vorrichtung gemäß der erstenAusführungsform;
    [0019] 4 eineQuerschnittsdarstellung durch die Vorrichtung entlang Linie IV-IVin 3;
    [0020] 5 eineDraufsicht zur Erläuterungdes Verfahrens zur Herstellung der Vorrichtung nach der ersten Ausführungsform;
    [0021] 6 eineQuerschnittsdarstellung durch die Vorrichtung entlang Linie VI-VIin 5;
    [0022] 7 eineDraufsicht zur Erläuterungdes Verfahrens zur Herstellung der Vorrichtung nach der ersten Ausführungsform;
    [0023] 8 eineQuerschnittsdarstellung durch die Vorrichtung entlang Linie VIII-VIIIin 7;
    [0024] 9 eineDraufsicht zur Erläuterungdes Verfahrens zur Herstellung der Vorrichtung nach der ersten Ausführungsform;
    [0025] 10 eineQuerschnittsdarstellung durch die Vorrichtung entlang Linie X-Xin 9;
    [0026] 11 eineDraufsicht zur Erläuterungdes Verfahrens zur Herstellung der Vorstellung nach der ersten Ausführungsform;
    [0027] 12 eineQuerschnittsdarstellung durch die Vorrichtung entlang Linie XII-XIIin 2A;
    [0028] 13A und 13B eine Teildraufsicht aufeine T-förmigeVerbindung in der Vorrichtung nach der ersten Ausführungsform;
    [0029] 14A und 14B Draufsichten zur Erläuterungeiner Verformung einer Siliziumoxidwand bei der ersten Ausführungsform;
    [0030] 15A und 15B Draufsichten zur Erläuterungder Verformung der Siliziumoxidwand bei der ersten Ausführungsform;
    [0031] 16A Draufsichtenunterschiedlicher Vorrichtungen gemäß einer zweiten Ausführungsform dervorliegenden Erfindung;
    [0032] 17A und 17B Draufsichten zur Veranschaulichungunterschiedlicher Vorrichtungen nach der zweiten Ausführungsform;
    [0033] 18A und 18B Draufsichten zur Veranschaulichungunterschiedlicher Vorrichtungen nach der zweiten Ausführungsform;
    [0034] 19 eineDraufsicht auf eine optische Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung;
    [0035] 20 eineSchnittdarstellung der Vorrichtung entlang Linie XX-XX in 19;
    [0036] 21A und 21B Querschnittsdarstellungen zurErläuterungendes Aufbaus der Vorrichtung von 1;
    [0037] 22A bis 22C Querschnittsdarstellungen zurErläuterungeines Verfahrens zur Herstellung einer optischen Vorrichtung gemäß einervierten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung;
    [0038] 23 eineDraufsicht auf eine optische Vorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegendenErfindung;
    [0039] 24 eineSchnittdarstellung durch die Vorrichtung entlang Linie XXIV-XXIVin 23;
    [0040] 25 eineDraufsicht zur Erläuterungder Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform;
    [0041] 26A bis 26C Querschnittsdarstellungen zurErläuterungeines Verfahrens zur Herstellung der Vorrichtung gemäß der viertenAusführungsform;
    [0042] 27A und 27B Querschnittsdarstellungen zurErläuterungdes Verfahrens zur Herstellung der Vorrichtung nach der viertenAusführungsform;
    [0043] 28 eineperspektivische Darstellung einer optischen Vorrichtung gemäß einersechsten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung;
    [0044] 29A eineperspektivische Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zurHerstellung der Vorrichtung und 29B einegraphische Darstellung zur Veranschau lichung einer Beziehung zwischenTiefe und Verunreinigungskonzentration in der Vorrichtung gemäß der sechstenAusführungsform;
    [0045] 30 eineperspektivische Ansicht zur Erläuterungdes Verfahrens zur Herstellung der Vorrichtung gemäß der sechstenAusführungsform;
    [0046] 31A eineperspektivische Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zurHerstellung einer anderen Vorrichtung und 31B eine graphische Darstellung zur Veranschaulichungeiner Beziehung zwischen Tiefe und Verunreinigungskonzentrationin der anderen Vorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform;
    [0047] 32 eineperspektivische Darstellung einer optischen Vorrichtung gemäß einersiebten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung,
    [0048] 33 eineperspektivische Darstellung einer anderen optischen Vorrichtunggemäß der siebtenAusführungsform;
    [0049] 34 eineDraufsicht auf eine andere Vorrichtung gemäß der siebten Ausführungsform;und
    [0050] 35A bis 35D Querschnittsdarstellungen zurErläuterungeines Verfahrens zur Herstellung einer optischen Vorrichtung nachdem Stand der Technik.
    [0051] Eine optische Vorrichtung 1 miteiner Mikrolinsen-Anordnung oder einem Mikrolinsenfeld (d. h. einerMikrolinse) gemäß einerersten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung ist in den 1 bis 2B gezeigt. Die Vorrichtung 1 umfaßt ein Siliziumsubstrat 8 miteiner Ausnehmung oder einem Hohlraum 2. In dem Hohlraum 2 isteine Mikrolinsen-Anordnung 3 auf der Bodenfläche diesesHohlraums 2 angeordnet. Die Mikrolinsen-Anordnung 3 isteine zylindrische Konvexlinse des flachen Typs (d. h. eine zylindrischePlano-Konvexlinse). Insbesondere beinhaltet die Mikrolinsen-Anordnung 3 eineflache Einlaßoberfläche 3a undeine konvexe Auslaßoberfläche 3b.Die Mikrolinsen-Anordnung 3 ist aufgebaut aus einer Mehrzahlvon säulenförmigen Teilen 4.Jedes säulenförmige Teil 4 istaus Siliziumoxid gefertigt und diese Teile kontaktieren einander.Jedes säulenförmige Teil 4 liegtsenkrecht zu der vorderseitigen Oberfläche des Substrates 8 undist einstückigmit dem Substrat 8 ausgebildet. Ein von einer Lichtquelle 7,beispielsweise einer Laservorrichtung emittiertes Licht läuft durchdie Mikrolinsen-Anordnung. Insbesondere verläuft das Licht durch jedes säulenförmige Teil 4.
    [0052] Wie in 2B gezeigt,hat die Bodenseite jedes säulenförmigen Teils 4 einenbogenartigen Querschnitt. Somit ist die Mikrolinsen-Anordnung 3,d. h. ein Siliziumoxidblock aus einer Mehrzahl von säulenförmigen Teilen 4 aufgebaut,welche aufrecht stehend in Kontakt miteinander angeordnet sind,so daß dieMikrolinsen-Anordnung 3 sich mit dem Substrat 8 ohneeine Klebung verbindet. Weiterhin steht die Mikrolinsen-Anordnung 3 mitdem Substrat 8 an einer Grenzfläche in Verbindung, welche Mikrokonkavitäten undMikrokonvexitätenhat. Genauer gesagt, sowohl die Vorderseitenoberfläche alsauch die Bodenoberflächeder Mikrolinsen-Anordnung 3 haben eine konkave und konvexeForm mit einer Konkav-Konvex-Oberfläche in einer horizontalen RichtungX und einer durchgehenden Oberflächein der anderen horizontalen Richtung Y. Hierbei liegt die eine horizontaleRichtung X parallel zu der flachen Einlaßoberfläche 3a und die anderehorizontale Richtung Y steht senkrecht zur Einlaßoberfläche 3a. Das Lichtdurchläuftdie Mikrolinsen-Anordnung 3, d. h., den Siliziumoxidblock,der einstückigmit dem Substrat 8 ausgebildet ist.
    [0053] Das säulenförmige Teil 4 liegtparallel zu einem Lichtpfad von übertragenemLicht TB in der anderen horizontalen Richtung Y. Hierbei tritt eineinfallendes Licht IB in die Mikrolinsen-Anordnung 3 ein undwird als durchgelassenes oder übertragenes LichtTB ausgegeben. Somit ist eine Erstreckungsrichtung des säulenförmigen Teils 4,d. h. die andere horizontale Richtung Y parallel zu dem Lichtpfaddes übertragenenLichtes TB, so daß einWinkel zwischen dem Lichtpfad und der Erstreckungsrichtung des säulenförmigen Teils 4 kleinerals der Totalreflexionswinkel zwischen Siliziumoxid und Luft wird.Daher wird die Durchlässigkeitfür Lichtverbessert, d. h., es wird verhindert, daß die Durchlässigkeitvon Licht verringert wird. Die Durchlässigkeit für Licht wird aufgrund von Lichtstreuungetc. bewirkt.
    [0054] Die Mikrolinsen-Anordnung 3,welche einstückigmit dem Substrat 8 ausgebildet ist, hat als Basis einenVerbindungsabschnitt 5. Der Verbindungsabschnitt 5 liegtauf der unteren Seite der Mikrolinsen-Anordnung 3 und istaus Silizium gefertigt. Der Verbindungsabschnitt 5 hateine konkav/konvexe Formgebung. In der Konkavität oder dem Hohlraum 2 istein Freiraum 6 zwischen der Mikrolinsen-Anordnung 3 und dem Substrat 8 ausgebildet.Genauer gesagt, der Freiraum 6 ist entlang eines Umfangesder Mikrolinsen-Anordnung 3 angeordnet. Somit ist die Mikrolinsen-Anordnung3 vom Substrat 8 überden Freiraum 6 getrennt, so daß die Mikrolinsen-Anordnung 3 darangehindert wird, sich zu verwölben, wenndie Mikrolinsen-Anordnung 3 gebildet wird, wie nachfolgendnoch beschrieben wird.
    [0055] Die Mikrolinsen-Anordnung 3 hatin einer Vertikalrichtung Z eine Höhe H, welche gleich oder größer als10 μm ist,d. h. eine Dicke H der Mikrolinsen-Anordnung 3 ist gleichoder größer als10 μm. Bevorzugtist die HöheH der Mikrolinsen-Anordnung 3 gleich oder größer als100 μm.Die Mikrolinsen-Anordnung 3 hat eine Breite W in der einenHorizontalrichtung X, welche ungefähr 500 μm beträgt.
    [0056] Bei der Mikrolinsen-Anordnung 3,d. h. bei dem Siliziumoxidblock erfolgt eine Verbindung mit demSubstrat 8 ohne irgendeine Verklebung, so daß die Mikrolinsen-Anordnung 3 einehohe Wärmeabstrahlungseigenschafthat. Beispielsweise kann die optische Vorrichtung 1 verwendetwerden, einen Hochleistungs-Laserstrahl zu kollimieren. Der Laserstrahlwird von der Laservorrichtung 7 abgegeben. Da in diesemFall die Mikrolinsen-Anordnung 3 klein ist, ist es notwendig,die Laservorrichtung 7 an die Mikrolinsen-Anordnung 3 naheheranzubringen. Insbesondere in einem Fall, in dem der Laser einenAufspreizwinkel von 90 Grad hat, beträgt ein Abstand L zwischen derLaservorrichtung 7, d. h. einem Emissionsauslaß des Laserstrahlsund der Mikrolinsen-Anordnung 3 ungefähr 100 μm. Das heißt, der Emissionsauslaß der Laservorrichtung 7 wirdan die Einlaßoberfläche 3a derMikrolinsen-Anordnung 3 innerhalb von ungefähr 100 μm herangebracht.In diesem Fall absorbiert die Mikrolinsen-Anordnung 3 denLaserstrahl, so daß dieTemperatur der Mikrolinsen-Anordnung 3 ansteigen kann.Die Mikrolinsen-Anordnung 3 gemäß der ersten Ausführungsformwird jedoch an einem Temperaturanstieg gehindert oder eingeschränkt. Diesdeshalb, da die Mikrolinsen-Anordnung 3 mit dem Siliziumsubstrat 8 ohneirgendeine Klebverbindung in Verbindung steht. Genauer gesagt, dieMikrolinsen-Anordnung 3, d. h. der Siliziumoxidblock hathohe Wärmeleitfähigkeit,welche viel höher alsdiejenige von Glas ist. Somit wird in der Mikrolinsen-Anordnung 3 erzeugteWärme leichtund rasch auf das Siliziumsubstrat 8 abgeführt.
    [0057] Die optische Vorrichtung 1 mitder Mikrolinsen-Anordnung 3 wird wie folgt hergestellt.Gemäß den 3 und 4 wird auf dem Substrat 8 eineOxidfilmmaske 10 ausgebildet. Sodann wird die Maske 10 gemustert,um eine Mikrolinsenform zu haben. Dann wird das Substrat 8 durcheine Öffnungdes Oxidfilms 10 geätzt,so daß gemäß den 5 und 6 ein Graben 11 gebildet wird(es versteht sich, daß zurHerstellung der Mikrolinsen-Anordnung eine Mehrzahl von Gräben 11 ausgebildetwird; die folgende Beschreibung ist jedoch insoweit zumeist im Singular gehalten).Somit wird beim ersten Prozeßschrittdas Siliziumsubstrat 8 unter Verwendung der Maske 10 geätzt, welchesin einem bestimmten Muster gemustert ist, so daß eine Mehrzahl von Gräben 11 undein äußerer Graben 15 gebildetwerden. Jeder Graben 11 hat die gleiche Breite und siesind im gleichen Abstand zueinander. Auf diese Weise sind die Gräben 11 ingleicher Weise ausgerichtet und parallel zum Lichtpfad ausgerichtet,d. h. in diese andere horizontale Richtung. Hierbei sind die Gräben 11 ineinem Bereich angeordnet, in welchem eine Linse auszubilden ist,wo die Mikrolinsen-Anordnung geschaffen wird. Die Breite des Grabens 11 unddie Breite einer Siliziumwand 16, welche jeweils zwischenden Gräben 11 liegt,werden so eingestellt, daß einVerhältnis zwischenden Breiten der Gräben 11 undder Siliziumwand 16 auf 0,55:0,45 gesetzt ist. Daher werden die Öffnung derMaske 10 und der Abstand zwischen den Öffnungen der Maske 10 vorabso bestimmt, daß sichein Verhältnisvon 0,55:0,45 ergibt. Beispielsweise sei angenommen, daß die Breitedes Grabens 11 1,1 μmbeträgt,dann wird die Breite der Siliziumwand 16 0,9 μm. Wenn angenommenwird, daß dieBreite des Gra bens 11 2,2 μm beträgt, dann wird die Breite derSiliziumwand 16 1,8 μm.
    [0058] Nachfolgend wird das Substrat 8 inWasserstoffatmosphäregetempert, so daß dieOberflächenrauhigkeiteiner Seitenwand des Grabens 11 oder die Außenseitedes Grabens 15 gering wird. Die Oberflächenrauhigkeit, d. h. die Ebenheitder Seitenwand des Grabens 11 bzw. 15, und hierinsbesondere die Ebenheit der Seitenwand am äußersten Umfang in dem Bereich,wo die Linse auszubilden ist (d. h. die Seitenwand des äußeren Grabens 15)ist sehr wichtig, da die Seitenwand am äußersten Umfang die Einlaß- oderAuslaßoberfläche 3a bzw.3b wird. Von daher werden nach Ausbilden der Gräben 11 und 15 mit dem Ätzverfahrendie Seitenwändeder Gräben 11 und 15 durchTempern in der Wasserstoffatmosphäre geglättet. Somit hat die Mikrolinsen-Anordnung 3 eineglatte Oberfläche,und zwar insbesondere eine glatte Einlaß- oder Auslaßoberfläche 3a bzw.3b. Diese Glättungstechnikist in der ungeprüftenjapanischen Patentanmeldungsveröffentlichung 2002-231945beschrieben.
    [0059] Nachfolgend wird gemäß den 7 und 8 das Substrat 8 in Flußsäure getaucht,so daß die Oxidfilmmaske 10 entferntwird. Danach wird gemäß den 9 und 10 der Graben 11 mit Siliziumoxidunter Verwendung eines thermischen Oxidationsverfahrens als zweitemProzeß nachder Ausbildung der Gräben 11 und 15 gefüllt. Zudiesem Zeitpunkt wird die Siliziumwand 16, welche zwischenden Gräben 11 liegt,in Siliziumoxid umgewandelt und der äußere Graben 15 wirdmit dem Siliziumoxid bedeckt. Hierbei wird das Substrat 8 thermischbei einem thermischen Oxidationsprozeß oxidiert. Das Siliziumoxidwird in dem Graben 11 gebildet, so daß sich der Graben 11 mitdem Siliziumoxid füllt.Weiterhin wird die Siliziumwand 16 oxidiert, so daß die Siliziumwand 16 ineine Siliziumoxid wand 16a umgewandelt wird. Somit wird dieMikrolinsen-Anordnung 3 als Lichtdurchlässigkeitsblock (d. h. der Siliziumoxidblock)einstöckigmit dem Substrat 8 ausgebildet.
    [0060] Bei diesem Vorgang wird die Dickedes Siliziumoxids, welches in dem thermischen Oxidationsprozeß ausgebildetwird, gleich oder größer alseine Gesamtdicke der Breiten des Grabens 11 und der Siliziumwand 16 gesetzt.Allgemein gesagt, die thermische Oxidation schreitet in Richtungder Innenseite der Siliziumwand 16 fort, so daß die Siliziumwand 16 indie Siliziumoxidwand 16a umgewandelt wird und die thermischeOxidation bildet das Siliziumoxid auf der Oberfläche der Siliziumwand 16,so daß dasSiliziumoxid in Richtung der Außenseiteder Siliziumwand 16 gebildet wird. Hierbei ist ein Verhältnis einer Verarbeitungsgeschwindigkeitder Umwandlung in Richtung der Innenseite der Siliziumwand 16 und eineVerarbeitungsgeschwindigkeit der Ausbildung des Siliziumoxids inRichtung der Außenseiteder Siliziumwand 16 allgemein 0,45:0,55. In dieser Ausführungsformist das Verhältniszwischen den Breiten des Grabens 11 und der Siliziumwand 16 gleichauf das Verhältnisder Verarbeitungsgeschwindigkeiten (d. h. 0,45:0,55) gesetzt, sodaß dasSiliziumoxid im Graben 11 gebildet wird und gleichzeitigdie Siliziumwand 16 vollständig in die Siliziumoxidwand 16a umgewandeltwird. Von daher wird der Graben 11 vollständig mitdem Siliziumoxid gefülltund gleichzeitig wird die Siliziumwand 16 vollständig indie Siliziumoxidwand 16a umgewandelt. Somit wird der Bereich, derals Linse auszubilden ist, der Siliziumoxidblock, so daß die Mikrolinsen-Anordnung 3 vollständig ist.
    [0061] Nachdem die Maske 10 eineMehrzahl von aufeinanderfolgenden Gräben 11 definiert,welche auf dem Substrat 8 angeordnet sind, um den Bereich, inwelchem die Linse auszuformen ist und der die aufeinanderfolgendenGräben 11 hat,vorzubereiten, wird der Graben 11 unter Verwendung des Ätzverfahrensgebildet. Sodann wird der Bereich, in welchem die Linse auszubildenist, thermisch oxidiert, so daß derGraben 11 mit dem Siliziumoxid gefüllt wird und gleichzeitig dieSiliziumwand 16 zwischen den Gräben 11 in die Siliziumoxidwand 16a umgeformtwird. Somit wird der Bereich, in welchem die Linse auszubilden ist,der Siliziumoxidblock, so daß dieMikrolinsen-Anordnung 3 vollständig ist.
    [0062] Es ist bevorzugt, daß ein Antireflektionsfilm aufdas Substrat 8 nach dem thermischen Oxidationsprozeß aufgebrachtwird. Der Antireflektionsfilm verbessert die Lichtdurchlässigkeitder optischen Vorrichtung 1.
    [0063] Weiterhin ist eine umfangsseitigeSiliziumwand 12 am äußerstenUmfang des Bereiches, in welchem die Linse auszubilden ist, angeordnet.Der äußerste Umfang,d. h. die umfangsseitige Siliziumwand 12 definiert die äußere Form(d. h. das äußere Aussehen)der Mikrolinsen-Anordnung 3. Genauer gesagt, die Grenzlinieder umfangsseitigen Siliziumwand 12 in dem Bereich, indem die Linse auszubilden ist, definiert den Außenumfang der Mikrolinsen-Anordnung 3.Die umfangsseitige Siliziumwand 12 mit einer bestimmtenBreite ist mit dem Bereich, in dem die Linse auszubilden ist, verbundenund umgibt diesen. Von daher umgibt der äußere Graben 15 den Bereich,in dem die Linse auszubilden ist, d. h. die umfangsseitige Siliziumwand 12.
    [0064] Die Form der umfangsseitigen Siliziumwand 12,d. h. die äußere Formder umfangsseitigen Siliziumwand 12 definiert eine Krümmung derEinlaß- oderAuslaßoberfläche 3a oder 3b derMikrolinsen-Anordnung 3. Solange die Maske 10 soerstellt wird, daß sieeine gewisse Musterung hat, kann daher die Form der umfangsseitigenSiliziumwand 12 so gesteuert werden, daß sie jegliche Form hat, d.h. jegliche gekrümmteOberflächeoder jegliche flache Oberfläche.
    [0065] Weiterhin wird die Breite W2 derumfangsseitigen Siliziumwand 12 gleich oder kleiner alsdie Breite W1 der Siliziumwand 16 gesetzt. Der Grund für dieseAnordnung wird wie folgt erläutert:gemäß den 13A und 13B sind die Siliziumwand 16 unddie äußere Siliziumwand 12 ineiner T-Form verbunden. Hierbei wird die Oxidationsgeschwindigkeitder äußeren Siliziumwand 12 ander T-förmigenVerbindung im Vergleich mit dem anderen Abschnitt in dem Bereich,in dem die Linse auszubilden ist, verzögert. Daher kann in einem Fall,in dem die Breite W2 der äußeren Siliziumwand 12 größer alsdie Breite W1 der Siliziumwand 16 gesetzt wird, ein nichtoxidierter Bereich 14 in der T-förmigen Verbindung der äußerenr Siliziumwand 12 gebildetwerden, wie in 13A gezeigt.In einem Fall, in dem die Breite W2 der äußeren Siliziumwand 12 gleichoder kleiner als die Breite W1 der Siliziumwand 16 gesetztwird, wird daher der nicht oxidierte Bereich 14 an einerAusbildung in der äußeren Siliziumwand 12 gehindert,wie in 13B gezeigt.
    [0066] Wie in den 5 und 6 gezeigt,hat der äußere Graben 15,der an der Außenseitedes Bereichs, in dem die Linse auszubilden ist, d. h. der äußere Umfangdes Bereichs, in dem die Linse auszubilden ist, eine hohe Breite,welche ausreichend größer alsdie Breite des Grabens 11 ist. Daher hat gemäß 10 der äußere Graben 15, deram äußeren Umfangdes Bereichs, in dem die Linse auszubilden ist, einen ausreichendenAbstand, nachdem das Siliziumoxid auf der Oberfläche des äußeren Grabens 15 während desthermischen Oxidationsprozesses gebildet worden ist. Somit entstehenkeine Verwerfungen im äußeren Graben 15.Wenn die Breite des äußeren Grabens 15 nichtausreichend ist, kann der Siliziumoxidblock sich verwerfen oder Rissebekommen, nachdem die thermische Oxidation erfolgt ist, da der äußerste Umfangdes Siliziumoxidblockes gegen das Substrat 8 drückt.
    [0067] Weiterhin ist der äußere Graben 15 imVergleich zum Graben 11 in dem Bereich, in dem die Linseauszubilden ist, tief geätztaufgrund des Mikro-Ladeeffektes beim Grabenätzvorgang. Genauer gesagt,die Tiefe des äußeren Grabens 15 isthöher als diejenigedes Grabens 11. Diese Ausbildung der Gräben 11 und 15 istwesentlich zur Bereitstellung eines freien Lichtpfades im Fall desEintritts oder der Abgabe von Licht. Insbesondere beinhaltet dieMikrolinsen-Anordnung 3, welche einstöckig mit dem Siliziumsubstrat 8 ausgebildetist, den Verbindungsabschnitt 5, der unter der Mikrolinsen-Anordnung 3 liegt,so daß derLichtpfad L1 beim Eintritt oder der Abgabe von Licht in oder ausder Mikrolinsen-Anordnung 3 nicht behindert wird, wie in 12 gezeigt. Hierbei wirddas Licht von der Lichtquelle 7 emittiert, so daß das Lichtin Richtung der Mikrolinsen-Anordnung 3 gelangt. Der Aufspreizwinkeldes Lichtes beträgtungefähr90° undder Abstand zwischen der Lichtquelle 7 und der Mikrolinsen-Anordnung 3 beträgt 100 μm. Die Höhe der Mikrolinsen-Anordnung 3 beträgt ebenfalls100 μm.Wenn daher die Tiefe des äußeren Grabens 15 geringist und die Vorrichtung kein Verbindungsabschnitt 5 hat,kann das Licht von dem Substrat 8 zurückgehalten werden. Genauergesagt, der Lichtpfad L1 wird von dem Substrat 8 behindert.
    [0068] Wenn die Gräben 11 und 15 beimGrabenätzvorganggebildet werden, ist es notwendig, daß jeder Graben 11 und 15 einhohes Längen-oder Streckungsverhältnishat. Das Streckungsverhältnis wirdals ein Verhältniszwischen der Tiefe und der Breite der Gräben 11 und 15 definiert.Wenn die Gräben 11 und 15 einhohes Streckungsverhältnisha ben, erhältdie Mikrolinsen-Anordnung 3 eine stereoskopische Form.
    [0069] Weiterhin ist es notwendig, daß die Gräben 11 und 15 keinesich verjüngendeForm, eine sich umgekehrt verjüngendeForm oder eine gebogene Form (d. h. eine Faßform) haben. Dies deshalb,als eine Fehlstelle, d. h. ein Defekt nach dem thermischen Oxidationsprozeß erzeugtwerden kann, wenn die Gräben 11 und 15 einederartige Form haben. Infolgedessen ist es wichtig, eine aufrechteForm (senkrechte Form) der Seitenwände der Gräben 11 und 15 sicherzustellen.Eine sich verjüngendeForm der Gräben 11 und 15 bedeutethierbei, daß dieBreite der Gräben 11 und 15 ineinem Öffnungsbereich hiervongrößer alsam Boden der Gräben 11 und 15 inBeziehung zu dem Querschnittsprofil der Gräben 11 und 15 ist.Eine umgekehrt geneigte Form der Gräben 11 und 15 bedeutet,daß dieBreite der Gräben 11 und 15 ineiner Öffnunghiervon geringer als am Boden der Gräben 11 und 15 inBeziehung auf das Querschnittsprofil der Gräben 11 und 15 ist.Eine Bogenform bedeutet, daß dieBreite der Gräben 11 und 15 ineiner Mitte hiervon größer alsan einer Öffnunghiervon oder am Boden der Gräben 11 und 15 inBeziehung auf das Querschnittsprofil der Gräben 11 und 15 ist.
    [0070] Aufgrund der obigen Anforderung werden dieGräben 11 und 15 unterVerwendung eines Verfahrens gebildet, wie es in der japanischenPatentanmeldungsveröffentlichungNr. 2000-299310 beschrieben ist. Genauer gesagt, zuerst wird einPassivierungsoxidfilm an der inneren Oberfläche (d. h. der Seitenwand undder Bodenfläche)eines Anfangsgrabens gebildet. Dieser Passivierungsoxidfilm an der Bodenoberfläche desAnfangsgrabens wird unter Verwendung eines Ionenätzverfahrens entfernt. Nachfolgendwird die Bodenflächedes Anfangsgrabens geätzt,so daß dasSiliziumsubstrat 8 angeätzt wird.Dann wird der Passivierungs oxidfilm erneut ausgebildet und die Bodenfläche desGrabens wird wiederholt geätzt.Somit werden die Gräben 11 und 15 mitdem Längenverhältnis vonungefähr 60 und aufrechtenSeitenwändengebildet.
    [0071] Somit wird zunächst der Anfangsgraben unterVerwendung des reaktiven Ionenätzverfahrens gebildetund dann wird der Passivierungsoxidfilm auf der Innenseite des Ausgangsgrabensgebildet. Weiterhin wird der Passivierungsoxidfilm auf der Bodenfläche desAnfangsgrabens geätztund dann wird die Bodenflächedes Grabens, d. h. das Siliziumsubstrat 8 weitergeätzt, umeine tiefere Eindringung zu haben. Somit werden die Gräben 11 und 15 mitdem hohen Längen-oder Streckungsverhältnisvervollständigt.
    [0072] Nachdem die Mikrolinsen-Anordnung 3 als Lichtdurchlässigkeitsblockeinstückigmit dem Substrat 8 gebildet worden sind, wie in den 9 und 10 gezeigt, wird das Substrat 8 entlangeiner Linie B gemäß 11 geschnitten. Hierbeiverläuftdie Linie B durch den äußeren Graben 15.Das Schneiden erfolgt mit einem Trennscheiben-Schneidverfahren. Somit ist die optischeVorrichtung 1 mit der Mikrolinsen-Anordnung 3 miteiner zylindrischen Linse vervollständigt.
    [0073] Wenn das Verhältnis zwischen den Breiten desGrabens 11 und der Siliziumwand 16 bei 0,55:0,45liegt, was ein theoretisches Verhältnis ist, hat die zylindrischeLinse keinen Freiraum, d. h. keinen Defekt in der Linse, so daß die zylindrischeLinse vollständigaus Siliziumoxid gebildet ist. Somit ist die zylindrische Linsenicht verformt. Wenn jedoch die Maske 10 auf dem Substrat 8 ausgebildetwird oder wenn der Graben 11 unter Verwenden des Grabenätzverfahrensgebildet wird, könnendie Maske 10 oder der Graben 11 Dimensionsschwankungen haben,so daß dasVerhältniszwischen den Breiten des Grabens 11 und der Siliziumwand 16 unterschiedlichzu dem theoretischen Wert, d. h. unterschiedlich zu 0,55:0,45 wird.
    [0074] Wenn die Breite des Grabens 11 relativgrößer alsdas theoretische Verhältniswird, wird der Graben 11 nicht vollständig mit dem Siliziumoxid gefüllt, sodaß eineFehlerstelle erzeugt wird. Wenn diese Fehlerstelle jedoch ausreichendklein im Verhältniszur Wellenlängedes Lichtes ist, das durch die Mikrolinsen-Anordnung läuft, undwenn der Lichtpfad parallel zur Längsrichtung der Fehlerstelleist, beeinflußteine innere Homogenitätder zylindrischen Linse, welche durch die Fehlerstelle verursachtwird, die Leistung der zylindrischen Linse nicht wesentlich. Allgemeingesagt, die Fehlerstelle oder die Grenze zwischen der Fehlerstelleund dem Siliziumoxid wirkt als eine Linse zur Streuung des Lichtesoder zur Ablenkung des Lichtes, so daß eine Inhomogenität in der zylindrischenLinse entsteht.
    [0075] Wenn die Breite der Siliziumwand 16 relativ größer alsdas theoretische Verhältniswird, wird die Siliziumwand 16 zwischen den Gräben 11 vollständig inSiliziumoxid umgewandelt und der Graben 11 wird mit demSiliziumoxid überfüllt. Dadie Breite der Siliziumwand 16 größer wird, dehnt sich somitdie zylindrische Linse volumenmäßig aus.Genauer gesagt, die zylindrische Linse dehnt sich horizontaler Richtungaus und kann verformt werden. In dieser Ausführungsform ist die Mikrolinsen-Anordnung 3 von dem äußeren Graben 15 umgeben,so daß diesich ausdehnende zylindrische Linse nicht gegen die Seitenwand desSubstrates 8 um die zylindrische Linse herum gepreßt wird.Von daher wird eine sich ausdehnende zylindrische Linse nicht verformt.
    [0076] Die optische Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsformläßt sichwie folgt im Detail beschreiben. Die zylindrische Linse, d. h. dieMikrolinsen-Anordnung 3 kann mit einer vorbestimmten Formgebildet werden, welche durch die Maske 10 mit der bestimmtenMusterung vorgegeben ist. Die zylindrische Linse hat in vertikalerRichtung Z senkrecht zum Substrat 8 Homogenität. Hierbeidefiniert die Maskenmusterung die Form der Mikrolinsen-Anordnung 3,wenn die Gräben 11 und 15 beimGrabenätzvorganggebildet werden. Somit kann eine Mikrolinsen-Anordnung 3 miteiner vorab geplanten bestimmten Form gebildet werden. Somit wirddas Maskenmuster geändert,so daß dieGräben 11 und 15 in unterschiedlicherForm oder unterschiedlicher Formgebung gebildet werden. Somit hatdie optische Vorrichtung 1 hinsichtlich ihrer Ausgestaltunngeinen hohen Freiheitsgrad.
    [0077] Die Maskenmusterung hat ein bestimmtes Musterin Form einer Linien/Freiraum-Musterung mit einem bestimmten Verhältnis zwischeneiner Linie und einem Freiraum, welche periodisch und fortlaufendbeieinander liegen. Genauer gesagt, eine Linie entspricht der Siliziumwand 16 undein Freiraum entspricht einem Graben 11. Das Verhältnis zwischen derBreite einer Linie und der Breite eines Freiraums liegt bei 0.45:0.55.Der Grabenätzvorgangwird unter Verwendung der Maske 10 mit dem Verhältnis von 0,45:0,55durchgeführt.Bei diesem Grabenätzvorganghat der Graben 11 das große Streckungsverhältnis. Danachwird das gesamte Substrat 8 thermisch oxidiert, so daß das Siliziumoxidim Graben 11 gebildet wird und die Siliziumwand 16 indie Siliziumoxidwand 16a umgewandelt wird. Somit wird derBereich, in dem die Linse auszubilden ist und der auf dem Substrat 8 liegt,in den Siliziumoxidblock umgewandelt (d. h. den Lichttransmissionsblock),so daß dieMikrolinsen-Anordnung 3 gebildet ist.
    [0078] Die Maske 10 hat somit dieMusterung des Linien- und Abstandstyps. Der Grund, warum die Maske 10 dieMusterung des Linien- und Abstandstyps hat, wird nachfolgend erläutert. Allgemein,ein Verhältniseiner Ausbildungs- oder Bearbeitungsgeschwindigkeit bei der Umwandlungin Richtung Innenseite der Siliziumwand 16 und eine Bearbeitungsgeschwindigkeitder Ausbildung des Siliziumoxides in Richtung der Außenseiteder Siliziumwand 16 beträgt 0.45:0.55. In dieser Ausführungsformwird das Verhältniszwischen den Breiten der Gräben 11 undder Siliziumwände 16 gleichdem Verhältnisder Be- oder Verarbeitungsgeschwindigkeiten gesetzt, so daß das Siliziumoxidim Graben 11 ausgebildet wird und gleichzeitig die Siliziumwand 16 vollständig indie Siliziumoxidwand 16a umgewandelt wird. von daher wirdder Graben 11 vollständigmit dem Siliziumoxid gefülltund gleichzeitig wird die Siliziumwand 16 vollständig indie Siliziumoxidwand 16a umgewandelt. Somit wird der Bereich,in dem die Linse auszubilden ist, der Siliziumoxidblock, so daß die Mikrolinsen-Anordnung 3 vollständig ist.Unter Verwendung dieses Verfahrens kann jeder Bereich in dem Siliziumsubstrat 8 indas Siliziumoxid bis zur Tiefe des Grabens 11 geändert werden.Die Maske 10 mit der Musterung aus Linien und Abständen istauf dem Substrat 8 so angeordnet, daß eine Linsenform von obendes Substrates 8 her betrachtet gebildet wird, so daß der Siliziumoxidblockmit der Linsenform durch das obige Herstellungsverfahren erhaltenwird. Diese Linse ist die zylindrische Linse, welche in VertikalrichtungZ senkrecht zum Substrat 8 homogen ist.
    [0079] Wenn die Siliziumoxidschicht aufdem Substrat 8 abgeschieden wird, d. h. genauer gesagt,auf dem Bereich, in dem die Linse auszubilden ist, und der durchdie Maskenmusterung definiert ist, um die zylindrische Linse unterVerwendung einer chemischen Dampfabscheidung (CVD) zu bilden, istdie Dicke der zylindrischen Linse auf gleich oder kleiner als 10 μm begrenzt.Dies deshalb, als die Siliziumoxidschicht durch Abscheidung gebildetwird.
    [0080] Andererseits schafft das obige Verfahrenmit dem Grabenätzverfahrenmit hohem Steckungsverhältnisdie zylindrische Linse gleich oder größer als 100 μm. Somitist die Mikrolinsen-Anordnung 3 als zylindrische Linseanwendbar und hat eine dreidimensionale Linse (d. h. eine stereoskopischeLinse).
    [0081] Allgemein gesagt ist der linearethermische Ausdehnungskoeffizient von Silizium unterschiedlich zudemjenigen von Siliziumoxid. Beispielsweise beträgt dieser Koeffizient für Silizium2,6 × 10–6/°C bei 20°C und derKoeffizient von Siliziumoxid (d. h. aufgeschmolzenen Silika) beträgt 0,4 bisungefähr0,5 × 10–6/°C bei 20°C. DieseWerte werden in der "ScienceChronology" beschrieben,herausgegeben von der National Astronomical Observatory of Japan.Infolgedessen kann die Siliziumwand 16 aufgrund der unterschiedlichenKoeffizienten zusammengedrückt undgekrümmtwerden, wie in den 14A und 14B gezeigt. Hierbei seiangenommen, daß einPaar von Gräben11 im Substrat 8 ausgebildet ist, so daß die Siliziumwand 16 inPlattenform auf dem Substrat 8 ausgebildet ist. Das Substrat 8 wirdthermisch oxidiert, so daß dieSiliziumwand 16 in die Siliziumoxidwand 16a umgewandeltwird. Wenn zu diesem Zeitpunkt das Substrat 8 auf Raumtemperaturheruntergekühltwird, unterliegt die Siliziumoxidwand 16a in Plattenformeiner Druckkraft von beiden Enden her, so daß die Siliziumoxidwand 16a sichverwerfen kann. Es sei angenommen, daß eine Mehrzahl von Gräben 11 aufdem Substrat 8 ausgebildet ist, so daß eine Mehrzahl von Siliziumwänden 16 indem Substrat 8 gebildet ist, wie in den 15A und 15B gezeigt.Hierbei verläuftjede Siliziumwand 16 parallel zu der benachbarten. Sodannwird das Substrat 8 thermisch oxidiert, so daß die Siliziumwand 16 indie Siliziumoxidwand 16a umgewandelt wird. Wenn nun dasSubstrat 8 wieder auf Raumtemperatur herun tergekühlt wirdunterliegt die Siliziumoxidwand 16a in Plattenform einerDruckkraft von beiden Enden her, so daß sich die Siliziumoxidwand 16a verwerfen kann.Somit kann keine zylindrische Linse mit bestimmter Form erhaltenwerden.
    [0082] In der ersten Ausführungsformist der Bereich, in dem die Linse auszubilden ist von dem äußeren Graben 15 umgeben.Wenn das Substrat 8 auf Raumtemperatur abgekühlt wird,unterliegt die zylindrische Linse keinen Druckkräften von der Oberfläche desSubstrates 8 her. Somit verwirft sich die Siliziumoxidwand 16a inPlattenform nicht.
    [0083] Weiterhin umgibt die äußere Siliziumwand 12 denUmfang des Bereichs, in dem die Linse auszubilden ist. Jede Siliziumoxidwand 16a istmit der anderen durch die äußere Siliziumoxidwand 12a verbunden.Somit verwerfen sich die Siliziumoxidwände 16a nicht oderkippen um.
    [0084] Die Erstreckungsrichtung der Gräben 11 ist parallelzum Lichtpfad des durchgelassenen Lichtes TB. Genauer gesagt, eineMehrzahl von Gräben 11 verläuft parallelzueinander und parallel zum Lichtpfad des durchgelassenen LichtesTB. Wie in 2 gezeigt,hat die Mikrolinsen-Anordnung 3 eineGrenze 4a, die parallel zu einer Lichtachse A der Mikrolinsen-Anordnung 3 liegt.Die Grenze 4a ist zwischen der Siliziumoxidwand 16a unddem Siliziumoxid gebildet, welches im Graben 11 ausgebildetist. Eine Verringerung der Durchlässigkeit für Licht in der zylindrischenLinse ist daher verringert. Die Durchlässigkeit würde durch Reflexionen oderStreuungen des Lichtes, reflektiert oder gestreut durch die Grenze 4a, verringertwerden.
    [0085] Die Mikrolinsen-Anordnung 3 derVorrichtung 1 hat einen hohen Freiheitsgrad hinsichtlichihrer Auslegung.
    [0086] Obgleich jeder Graben 11 diegleiche Breite hat und jede Siliziumwand 16 die gleicheBreite hat, kann jeder Graben 11 eine unterschiedlicheBreite und/oder jede Siliziumwand 16 eine unterschiedliche Breitehaben.
    [0087] Verschiedene optische Vorrichtungen 200, 210, 220, 230, 240 und 250 gemäß einerzweiten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung sind in den 16A bis 18B gezeigt.In 16A hat die Vorrichtung 200 eineMikrolinsen-Anordnung 203 mit einer zylindrischen bikonvexenLinse. Die Vorrichtung 210 hat eine Mikrolinsen-Anordnung 213 miteiner zylindrischen bikonkaven Linse. Die Vorrichtung 220 hateine Mikrolinsen-Anordnung 223 mit einer zylindrischenplankonkaven Linse (d. h. eine zylindrische Konkavlinse mit flacherSeite). Die Vorrichtung 230 hat eine Mikrolinsen-Anordnung 233 miteiner zylindrischen Meniskuslinse. Die Vorrichtung kann auch andereMikrolinsen-Anordnungen mit beliebiger Form haben. Insbesonderekann die Vorrichtung eine Mikrolinsen-Anordnung mit einer hohennumerischen Apertur (hoher NA) haben.
    [0088] Weiterhin hat die Vorrichtung 240 eineMehrzahl von Mikrolinsen-Anordnungen 243, welche zylindrischplankonvexe Linsen haben, wie in 18A gezeigt.Jede Mikrolinsen-Anordnung 243 ist parallel angeordnet.Weiterhin hat die Vorrichtung 250 eine Mehrzahl von Mikrolinsen-Anordnungen 253a bis 253c.Jede Mikrolinsen-Anordnung 253a bis 253c liegtauf der gleichen Lichtachse A. Genauer gesagt, jede Mikrolinsen-Anordnung 253a bis 253c hatdie gleiche Lichtachse A. Weiterhin kann die Vorrichtung 250 einenSchlitz 254 etc. beinhalten. Der Schlitz 254 kannzusammen mit der Mikrolinsen-Anordnung 253a bis 253c ausgebildetwerden.
    [0089] Somit ist eine Mehrzahl von Mikrolinsen-Anordnungenoder einfach nur Linsen oder eine Mikrolinsen-Anordnung mit einemSchlitz zusammen in einem Musterungs-, Grabenätzungs- und thermischen Oxidationsvorganggebildet, so daß dieseTeile in dem Substrat 8 ausgebildet sind. In diesem Fallkann eine Mehrzahl von Mikrolinsen-Anordnungen und/oder eine komplizierteoptische Vorrichtung mit einer Mehrzahl von Linsen zum Durchlassenvon Licht in dem Substrat 8 unter einer fotolithographischenMaske zur gleichen Zeit gebildet werden. Genauer gesagt, im Falleiner komplizierten Vorrichtung wird eine Mehrzahl von Linsen gleichzeitigausgebildet, so daß dieLichtachse einer jeden Mikrolinse ohne nachträgliche Positionieren jederLinse in Fluchtung liegt. Hierbei ist das Positionieren eines vonschwierigen Problemen bei einer komplizierten optischen Vorrichtungmit einer Mehrzahl von Mikrolinsen.
    [0090] Genauer gesagt, in einem Fall, indem eine photolithographische Maske eine Mehrzahl von optischenTeilen einschließlichwenigstens einer Art von Linse, Schlitz oder Lichtleiter in eineroptischen Vorrichtung schafft und diese Teile auf einem Siliziumsubstratzur gleichen Zeit durch Grabenätzungs-und thermische Oxidationsprozesse gebildet werden, liegt die Lichtachsein der Vorrichtung ohne Positionierungsvorgänge in Fluchtung.
    [0091] Eine optische Vorrichtung 300 gemäß einer drittenAusführungsformder vorliegenden Erfindung ist in den 19 und 20 gezeigt. Die Vorrichtung 300 beinhalteteine Linse 321, welche auf dem Siliziumsubstrat 8 angeordnetist. Die Linse 321 ist ein unterschiedliches Teil, welcheszum Substrat unterschiedlich ist und unabhängig vom Substrat 8 ausgebildet wird.Die Linse 321 und eine Mehrzahl von Mikrolinsen-Anordnungen 3 sindoptisch verbunden. Die Mikrolinsen-Anordnung 3 ist einezylindrische Linse, so daß einfallendesLicht IB nur in horizontaler Richtung X und Y kollimiert und/oderkondensiert wird. Die Linse 321 ist eine weitere zylindrischeLinse, so daß einfallendesLicht IB in vertikaler Richtung Z kollimiert und/oder kondensiertwird. Somit kann die Vorrichtung 300 das Licht nicht nurin horizontaler Richtung X und Y, sondern auch in vertikaler RichtungZ kollimieren und/oder kondensieren.
    [0092] Das Siliziumsubstrat 8 weisteine Öffnung 322 zurAnbringung der Linse 321 auf. Die Öffnung 322 wird unterVerwendung eines Ätzverfahrensgebildet und die Linse 321 wird in die Öffnung 322 eingeführt, sodaß dieLinse 321 in dem Substrat aufgenommen ist. Die Vorrichtung 300 kanndas von einer Mehrzahl von Lichtquellen 7, beispielsweiseeiner Halbleiterlaservorrichtung abgestrahlte Licht kollimieren.Allgemein gesagt, das von der Laservorrichtung abgestrahlte Lichthat horizontale und vertikale Aufweitungswinkel. Der horizontaleAufweitungswinkel ist stark unterschiedlich zum vertikalen Aufweitungswinkel.Somit muß dieVorrichtung 300 zwei zylindrische Linsen haben, welcheden horizontalen und vertikalen Aufweitungswinkeln entsprechen unddas Licht in horizontaler oder vertikaler Richtung kollimieren.Die Vorrichtung 300 hat die Mikrolinsen-Anordnungen 3 zurKollimierung oder Kondensierung des Lichts in horizontaler RichtungX und Y und die Linse 321 zum Kollimieren oder Kondensierendes Lichtes in vertikaler Richtung Z, wobei das Licht eine Tendenzhat, sich in horizontaler und/oder vertikaler Richtung auszuweiten.
    [0093] Obgleich die Linse 321 einezylindrische Linse ist, kann die Linse 321 auch eine Stablinsesein.
    [0094] Eine optische Vorrichtung gemäß einervierten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung beinhaltet die Mikrolinsen-Anordnungen 3 alsZylinderlinsen mit einer großenHöhe H.
    [0095] Die Vorrichtung 1 von 1 hat eine Höhe H derMikrolinsen-Anordnung 3. Diese Höhe H wird geschaffen durchden Graben 11, der das Streckungsverhältnis von ungefähr 60 beidem Grabenätzprozeß hat. Esist jedoch schwierig, den Graben 11 mit dem großen Streckungsverhältnis größer als 60 zu erhalten.Andererseits wird die Siliziumwand 16 thermisch proportionalzur Quadratwurzel einer thermischen Oxidationszeit (d. h. Bearbeitungszeit)oxidiert. Genauer gesagt, die Dicke der Siliziumoxidwand 16a,welche in dem Oxidationsprozeß oxidiert wurde,ist proportional zur Quadratwurzel der Bearbeitungszeit. Wenn dieDicke der Silizumoxidwand 16a höher wird, wird die Bearbeitungszeitlänger.Wie in den 21A und 21B gezeigt, ist in einemFall, in dem die Dicke der Siliziumoxidwand 16a beispielsweiseauf 2 μmgesetzt ist, um die Bearbeitungszeit in einem praktikablen Bereichzu bringen, die Breite des Grabens 11 auf 2,2 μm gesetztund die Breite der Siliziumwand 16 wird auf 1,8 μm gesetzt.Dieser Aufbau schafft, daß derGraben 11 mit dem Siliziumoxid gefüllt wird und die Siliziumwand 16 vollständig indie Siliziumoxidwand 16a umgewandelt wird. In einem Fall,in dem der Graben 11 die Breite von 2,2 μm und einStreckungsverhältnisvon 60 hat, beträgtdie Tiefe des Grabens 11 ungefähr 132 μm. Somit hat die Mikrolinsen-Anordnungeine HöheH von 132 μm.
    [0096] In einem Fall, in dem die Mikrolinsen-Anordnung 3 einegrößere Höhe H, alsogrößer als132 μm hat,wird die Breite des Grabens 11 größer, so daß die Tiefe des Grabens 11 mitdem Streckungsverhältnisvon 60 größer wird,wie in den 22a bis 22c gezeigt. Wenn beispielsweisedie Breite des Grabens 11 auf 3,2 μm gesetzt wird, wird die Tiefedes Grabens 11 zu 192 μm.Wenn jedoch die Breite der Siliziumwand 16 auf 1,8 μm gesetztwird, wird die Dicke der Oxidation 2,0 μm und der Graben 11 wirdnicht vollständigmit dem Siliziumoxid gefüllt,so daß der Graben 11 einenFreiraum 406 aufweist. Der Freiraum 406 hat eineBreite von 1,0 μm.
    [0097] Daher wird gemäß 22C die Vorrichtung 400 gemäß der viertenAusführungsformso hergestellt, daß diethermische Oxidation durchgeführt wird,nachdem der Graben 11 im Substrat 8 unter Verwendung einestiefen reaktiven Ionenätzverfahrens(d. h. eines tiefen RIE-Verfahrens) ausgebildet worden ist und dannwird ein zusätzlicherOxidfilm abgeschieden, um den Freiraum 406 unter Verwendungeines CVD-Verfahrens mit dem Siliziumoxidfilm zu füllen. Beidiesem Abscheidungsprozeß für den Oxidfilmwird der Freiraum 406 mit dem Oxidfilm gefüllt. Hierbeiwird die Vorrichtung 1 gemäß den 21A und 21B sogebildet, daß diethermische Oxidation durchgeführtwird, nachdem der Graben 11 im Substrat 8 unterVerwendung eines tiefen reaktiven Ionenätzverfahrens (d. h. eines tiefenRIE-Verfahrens) gebildet worden ist. Der Graben 11 wirdsomit tief, so daß derSiliziumoxidblock eine große Höhe H hat.Insbesondere beinhaltet nun die Vorrichtung 400 eine Mikrolinsen-Anordnung 3 mitder großenHöhe H.In der Vorrichtung 400 ist jedes säulenförmige Teil 4 als einesder optischen Teile mit den anderen in Verbindung- und aufrechtstehendangeordnet. Das säulenförmige Teil 4 istaufgebaut aus der Siliziumoxidwand 16a und dem Siliziumoxidfilm, derim Graben 11 und im Freiraum 406 ausgebildet ist.Die Siliziumoxidwand 16a wird im thermischen Oxidationsprozeß und demSiliziumoxidfilm-Abscheidungs prozeß gebildet. Der Siliziumoxidfilmim Graben 11 und im Freiraum 406 wird auch indem thermischen Oxidationsprozeß unddem Siliziumoxidfilm-Abscheidungsprozeß gebildet.
    [0098] Eine optische Vorrichtung 500 gemäß einer fünften Ausführungsformder vorliegenden Erfindung ist in den 23 bis 25 gezeigt. Die Vorrichtung 500 beinhaltetdie Mikrolinsen-Anordnung 3, welche mit einem elektrostatischenStellglied oder Betätigungsteil 531 integriertist, so daß dieMikrolinsen-Anordnung 3 als Scanner arbeitet. Genauergesagt,wie in 25 gezeigt, trittLicht, das von einer Lichtquelle (nicht gezeigt) abgestrahlt wird,in die Mikrolinsen-Anordnung 3 derart ein, daß das Lichtaußerhalb derLichtachse A der Mikrolinsen-Anordnung 3 austritt,d.h. der Pfad des Lichtes ist außerhalb der Lichtachse A. Vondaher läuftdas Licht durch die Mikrolinsen-Anordnung 3 zur LichtachseA schräg. Wennsomit Licht in die Mikrolinsen-Anordnung 3 entfernt vonder Lichtachse A eintritt, verläuftdas Licht durch die Mikrolinsen-Anordnung 3 schräg.
    [0099] Unter Verwendung des obigen Phänomens wirddie Mikrolinsen-Anordnung 3 in einer Richtung senkrechtzur Lichtachse A hin- und herbewegt oder oszilliert, so daß das durchdie Mikrolinsen-Anordnung 3 laufende Licht bezüglich derAmplitude der Mikrolinsen-Anordnung 3 schwingt. Somit wirddas Licht in einem bestimmten Bereich eines Übertragungswinkels oszilliert(d.h. es tastet ab). Somit schafft die Vorrichtung 500 einenoptischen Scanner, d.h. einen optischen Scanner, der mit dem Substrat 8 integriertist.
    [0100] Die Vorrichtung 500 beinhaltetsomit das Stellglied 531 zum Oszillieren der Mikrolinsen-Anordnung 3 inhori zontaler Richtung (d.h. in die Oszillationsrichtung X). DasStellglied 531 ist mit der Mikrolinsen-Anordnung 3 indem Substrat 8 integriert und um die Mikrolinsen-Anordnung3 herum angeordnet. Die Mikrolinsen-Anordnung 3 bewegtsich in horizontaler Richtung X, so daß die Lichtachse A der Mikrolinsen-Anordnung 3 verschobenwird. Das Licht tritt dann aus der Mikrolinsen-Anordnung 3 inverschiedenen Richtungen aus, d.h. das durchgelassene Licht TB oszilliertoder scannt in einer bestimmten Richtung.
    [0101] Wie in 24 gezeigt,ist das Substrat ein SOI (d.h. Silizium-auf-Isolator)-Substrat 508.Das SOI-Substrat 508 beinhaltetein Siliziumsubstrat 533, einen eingebetteten Oxidfilm 534 undeine Siliziumdünnschicht 535 alsAktivierungsschicht. Die Mikrolinsen-Anordnung 3 ist inder Dünnfilmschicht 535 gebildetund liegt in einem mittigen Abschnitt. Das Stellglied 531 beinhaltetein Paar von beweglichen Elektroden 536a und 536b,ein Paar von Auslegern 537a und 537b und ein Paarvon festen Elektroden 538a und 538b. Die Mikrolinsen-Anordnung 3 istmit den Auslegern 537a und 537b verbunden undwird von diesen getragen, so daß dieMikrolinsen-Anordnung 3 in horizontaler Richtung X beweglichist. Die beweglichen Elektroden 536a und 536b sindmit der Mikrolinsen-Anordnung 3 integriert und liegen jeweils denfesten Elektroden 538a und 538b gegenüber. Wenneine bestimmte elektrische Wechselspannung zwischen die beweglicheElektrode 536a und die feste Elektrode 538a undeine umgekehrte elektrische Wechselspannung zwischen die beweglicheElektrode 536b und die feste Elektrode 538b angelegtwird, oszilliert die Mikrolinsen-Anordnung 3 in OszillationsrichtungX.
    [0102] Die Vorrichtung 500 wirdwie folgt hergestellt. Wie in 26A gezeigt,wird zunächstdas SOI-Substrat 508 vorbereitet. Eine photolithographischeMaske 539 wird auf der Dünnfilmschicht 535 ausgebildet. DieMaske 539 hat eine bestimmte Musterung zur Bereitstellungder beweglichen Elektroden 536a und 536b und derAusleger 537a und 537b, welche über denFreiraum 6 um die Mikrolinsen-Anordnung 3 herumangeordnet sind und zur Bereitstellung der festen Elektroden 538a und 538b,welche den beweglichen Elektroden 536a und 536b gegenüberliegen. Sodannwird die Dünnfilmschicht 535 unterVerwendung eines tiefen RIE-Verfahrens geätzt, so daß die Gräben 11 und 15 gebildetwerden, wie in 26B gezeigt.Zu diesem Zeitpunkt beträgtdie Breite des Freiraums 6 beispielsweise 100μm, die Breitedes Grabens 11 1,5μm,die Dicke der Dünnfilmschicht 150μm und dieHöhe Hder Mikrolinsen-Anordnung 3 100μm.Wenn die Dünnfilmschicht 535 sogeätzt wird,daß dieTiefe des Grabens 11 100μmerreicht, kann die Tiefe des Freiraums 6 tiefer als 150μm reichen,da es einen Mikro-Ladeeffekt im Ätzprozeß gibt.Der eingebettete Oxidfilm 534 hindert jedoch an einer Ätzung, sodaß dieTiefe des Freiraumes auf 150μmdefiniert ist.
    [0103] Dann wird gemäß 26C das Substrat 508 thermischoxidiert, so daß dieMikrolinsen-Anordnung 3 gebildet wird. Zu diesem Zeitpunktist der Bereich des Substrates 508, der unterschiedlichzu der Mikrolinsen-Anordnung 3 ist, ebenfalls einer Oxidationunterworfen. Insbesondere wird die Oberfläche dieses anderen Abschnittsebenfalls oxidiert. Die Dicke dieses anderen Teils ist jedoch ausreichenddicker als diejenige der Siliziumwand 16, so daß nicht dergesamte andere Teil zu Siliziumoxid wird. Somit wird die Mikrolinsen-Anordnung 3 unddas Stellglied 531 gebildet.
    [0104] Gemäß 27A wird eine andere Maske 539 aufeiner Rückseitedes SOI-Substrates 508 ausgebildet. Die Rückseitedes Silizium-Substrates 533 wird unter Verwendung einesNaßätzverfahrensgeätzt.Danach wird ein Photore sist 540 auf die Dünnfilmschicht 535 aufgebrachtund ausgebacken, um zu härten.
    [0105] Gemäß 27B wird der freiliegende eingebetteteOxidfilm 534 von der Rückseitedes SOI-Substrates 508 unter Verwendung des Trockeätzverfahrensangeätzt.Selbst wenn zu diesem Zeitpunkt ein Ätzgas zur Vorderseite des SOI-Substrates 508 von einemTeil strömt,wo der Oxidfilm 534 entfernt wurde, sind die Linse unddas Stellglied 531 mit dem Resist 540 bedeckt,so daß sievon dem Ätzgasnicht angegriffen werden.
    [0106] Dann wird die Maske 539 entfernt,und das Resist 540 wird unter Verwendung eines Sauerstoffveraschungsverfahrensentfernt. Somit ist die Vorrichtung 500 vollständig.
    [0107] Eine optische Vorrichtung 600 gemäß einer sechstenAusführungsformder vorliegenden Erfindung ist in 28 gezeigt.Die Vorrichtung 600 beinhaltet die Mikrolinsen-Anordnung 3 miteiner mit Verunreinigungen dotierten Schicht 651. Die mitVerunreinigungen dotierte Schicht 651 ist eine Epitaxialschicht 651,in der eine Verunreinigungskonzentration eine gewisse Konzentrationsverteilungin vertikaler Richtung (d.h. in Filmdickenrichtung) hat. Hierbei istdie Verunreinigung beispielsweise Germanium (Ge) , Phosphor (P), Zinn (Sn) oder Bor (B) . wenn ein schweres Dotiermittel, wie beispielsweiseGe, P oder Sn in ein Substrat 608 eindotiert wird und dann dasdotierte Substrat 608 thermisch oxidiert wird, hat dasdotierte Siliziumoxid einen hohen Brechungsindex, der höher alsder von nicht dotiertem Siliziumoxid ist. Hierbei ist das schwereDotiermittel schwerer als Silizium. Wenn ein leichtes Dotiermittel,beispielsweise wie B in das Substrat 608 eindotiert wirdund dann das dotierte Substrat 608 thermisch oxidiert wird,hat das dotierte Siliziumoxid einen niedrigen Brechungsindex, derniedriger als der von nichtdotiertem Siliziumoxid ist. Hierbei istdas leichte Dotiermittel leichter als Silizium.
    [0108] Die Vorrichtung 600 wirdwie folgt hergestellt. Zunächstwird beispielsweise die Epitaxialschicht 651 mit einerunterschiedlichen Verunreinigungskonzentration in vertikaler Richtungauf dem Siliziumsubstrat 608 unter Verwendung eines CVD-Verfahrens oderdergleichen ausgebildet. Hierbei beinhaltet die Epitaxialschicht 651 dieVerunreinigung Ge und die Verunreinigungskonzentration in der Epitaxialschicht 651 ändert sichkontinuierlich in Tiefenrichtung, wie in 29B gezeigt. Die Verunreinigungskonzentration hateine maximale Konzentration bei einer bestimmten Tiefe, so daß die Konzentrationeine Chevron- oder Zackenform hat, wie in 29B gezeigt. Die Epitaxialschicht 651 wirdauf dem Substrat 608 so abgelegt, daß die vorbestimmte Verunreinigungskonzentrationsverteilunggemäß 29B erhalten wird. Dannwird gemäß 30 die Maske 10 aufdem Substrat 608 ausgebildet, so daß die Mikrolinsen-Anordnung 3 durchtiefes RIE und thermisches Oxidieren gebildet wird. Die Epitaxialschicht 651 wirdauf dem Substrat 608 ausgebildet und dann wird der Graben 11 sogebildet, daß derSiliziumoxidblock die Verunreinigungskonzentrationsverteilung invertikaler Richtung, d. h. in Tiefenrichtung hat. Somit hat die Vorrichtung 600 denAufbau von 28. Da indiesem Fall die Verunreinigungskonzentration des Substrates 608 inTiefenrichtung, d. h. in Vertikalrichtung Z der Mikrolinsen-Anordnung 3 dieChevron-Form hat, kondensiert die Mikrolinsen-Anordnung 3 das Lichtin der Vertikalrichtung Z ohne zusätzliche Linsen. Weiterhin kondensiertdie Mikrolinsen-Anordnung 3 das Licht in horizontaler Richtung,da die Linse eine zylindrische plankonvexe Linse ist.
    [0109] Obgleich die Verunreinigungskonzentrationsverteilungim Substrat 608 kontinuierlich ist, kann diese Verunreinigungskonzentrationsverteilungdiskontinuierlich sein. Beispielsweise kann die Verunreinigungskonzentrationsverteilungim Substrat 608 eine stufenförmige Chevron-Form haben, wiein den 31A und 31B gezeigt.
    [0110] Obgleich die mit Verunreinigungendotierte Schicht 651 die Epitaxialschicht ist mit einerunterschiedlichen Verunreinigungskonzentrationsverteilung in vertikalerRichtung Z, kann die mit Verunreinigungen dotierte Schicht 651 unterVerwendung eines Ionenimplantationsverfahrens oder eines thermischenDiffusionsverfahrens gebildet werden. Beispielsweise wird eine Verunreinigungvon der Oberflächedes Substrates 608 her unter Verwendung des Ionenimplantationsverfahrensoder des thermischen Diffusionsverfahrens eindotiert. Sodann wirddas Substrat 608 getempert. Jedoch kann das Substrat 608 aucheine mit Verunreinigungen dotierte Schicht 651 ohne demTempervorgang haben, nachdem die Verunreinigung eindotiert wordenist.
    [0111] Eine optische Vorrichtung 700 gemäß einer siebtenAusführungsformder vorliegenden Erfindung ist in 32 gezeigt.Die Vorrichtung 700 beinhaltet die Mikrolinsen-Anordnung 3,die auf dem dotierten Substrat 608 aufgebaut ist, welchesdie Verunreinigungskonzentrationsverteilung hat. Die Vorrichtung beinhaltetweiterhin einen Lichtleiter 755. Der Lichtleiter 755 kannauf gleiche Weise ausgebildet werden, wie die Mikrolinsen-Anordnung 3.Genauer gesagt, eine Mehrzahl von sich abwechselnden Gräben istin dem Substrat 608 ausgebildet. Die Anzahl der Gräben istgeringer als bei der Mikrolinsen-Anordnung 3 und die Länge desGrabens oder der Gräben isterheblich längerin Längsrichtungdes Grabens, so daß derSiliziumoxidblock mit einer Linienform gebildet wird. Auf dieseWeise wird der Lichtleiter 755 ausgebildet.
    [0112] Beispielsweise beträgt die Breitedes Grabens 1,5 μmund die Breite der Siliziumwand 1,5 μm. Die Länge der Siliziumwand beträgt 1 mm.Der Graben wird von einem Paar von Siliziumwänden angeschlossen, welcheparallel zueinander sind. Sodann wird das Substrat 608 thermischoxidiert, so daß der Lichtleiter 755 mitder Breite von 6 μmund der Länge von1 mm vervollständigtwird. In dem Lichtleiter 755 wird das Licht um die Mittelachsedes Lichtleiters 755 herum eingefangen. Dies deshalb, als die Mittedes Lichtleiters 755 den maximalen Brechungsindex hat, dadie Verunreinigungskonzentrationsverteilung die maximale Konzentrationin der Mitte des Lichtleiters 755 in vertikaler RichtungZ hat. In horizontaler Richtung hat der Lichtleiter 755 eineGrenze zwischen sich und der Atmosphäre, so daß das Licht in dem Lichtleiter 755 gefangenist.
    [0113] Obgleich der Lichtleiter 755 imgezeigten Beispiel Rechteckform hat, kann der Lichtleiter 755 aucheine hiervon abweichende unterschiedliche Form haben. Weiterhinkann der Lichtleiter 755 zusammen mit der Mikrolinsen-Anordnung 3 gebildet werden,so daß dieLichtachse des Lichtleiters 755 in Fluchtung mit derjenigender Mikrolinsen-Anordnung 3 ohne Positioniermaßnahmenist.
    [0114] Eine weitere Vorrichtung 701 gemäß 33 weist eine Mehrzahl vonMikrolinsen-Anordnungen 3 auf, eine Linse 321 zurKondensierung des Lichtes in vertikaler Richtung und einen weiterenLichtleiter. Der Lichtleiter liegt jeweils jeder Mikrolinsen-Anordnung 3 gegenüber. DerLichtleiter ist mit einer Mehrzahl von Lichtleiterteilen 762 aufgebaut.Jedes Lichtleiterteil 762 weist in Richtung jeweils einerMikrolinsen-Anordnung 3. Jedes Lichtleiterteil 762 istoptisch mit den anderen verbunden, so daß die Lichtleiterteile 762 ineinen Lichtleiterteil fokussiert werden. Genauer gesagt, ein Endedes fokussierten Lichtleiterteiles ist mit einer Mehrzahl von Lichtleiterteilenverbunden und das andere Ende des fokussierten Lichtleiters weistin Richtung einer optischen Faser 763. Die Linse 321 unddie optischer Faser 763 sind auf dem Substrat 608 angeordnet.In diesem Fall müssendie Mikrolinsen-Anordnungen 3 und die Lichtleiter 762 nichtgegeneinander positioniert werden, so daß die Anordnungen 3 inFluchtung mit dem Lichtleiter ohne Positionierungsvorgänge ist.Weiterhin ist es einfach, die Linse 321 und die optischeFaser 763 zu positionieren, da die Linse 321 unddie optische Faser 763 durch einen Eingriff oder eine Einbindungan oder in das Substrat 608 in Fluchtung sind. Weiterhin hatdie Vorrichtung 701 einfachen Aufbau, so daß der Koeffizientder Lichtkopplung zwischen den Teilen an einer Verringerung beschränkt ist.Weiterhin kann die Vorrichtung 701 in großen Mengenhergestellt werden, so daß dieHerstellungskosten verringert sind.
    [0115] Eine optische Vorrichtung gemäß der Erfindungbeinhaltet insoweit zusamenfassend ein Halbleitersubstrat und einoptisches Teil mit einer Mehrzahl von säulenförmigen Teilen, die auf demSubstrat angeordnet sind. Jedes säulenförmige Teil ist in aufrechtstehenderWeise angeordnet und sie sind aneinander geheftet, so daß das optischeTeil geschaffen wird. Das optische Teil ist mit dem Substrat integriert odereinstöckig.Dieses optische Teil hat einen hohen Freiheitsgrad hinsichtlichder Gestaltung oder des Designs.
    [0116] Die Beschreibung der Erfindung erfolgteanhand von exemplarischen Ausführungsformen;es versteht sich, daß eineVielzahl von Modifikationen und Abwandlungen möglich ist, welche im Rahmen derErfindung liegen, wie es durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalentedefiniert ist.
    权利要求:
    Claims (36)
    [1] Eine optische Vorrichtung mit: einem Halbleitersubstrat(8, 508, 608); und einem optischenTeil (3, 203, 213, 223, 233, 243, 253a–253c, 254, 755, 756)mit einer Mehrzahl von säulenförmigen Teilen(4) welche auf dem Substrat (8, 508, 608)angeordnet sind, wobei jedes säulenförmige Teil (4) inaufrechtstehender weise und miteinander verbunden angeordnet ist,so daß dasoptische Teil (3, 203, 213, 223, 233, 243, 253a–253c, 254, 755, 756)geschaffen wird und wobei das optische Teil (3, 203, 213, 223, 233, 243, 253a-253c, 254, 755, 756)mit dem Substrat (8, 508, 608) einstöckig ist.
    [2] Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß dasHalbleitersubstrat (8, 508, 608) ausSilizium ist und das optische Teil (3, 203, 213, 223, 233, 243, 253a-253c, 254, 755, 756)aus Siliziumoxid ist.
    [3] Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,daß dasoptische Teil (3, 203, 213, 223, 233, 243, 253a–253c, 254, 755, 756)einen unteren Teil aufweist, der mit dem Substrat (8, 508, 608) inVerbindung steht, wobei der untere Teil Konkavitäten und Konvexitäten hat,welche periodisch in horizontaler Richtung (X) parallel zum Substrat(8, 508, 608) aneinandergereiht sind.
    [4] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,daß dasoptische Teil (3, 203, 213, 223, 233, 243, 253a–253c, 254, 755, 756) eineMikrolinsen-Anordnung (3, 203, 213, 223, 233, 243, 253a–253c)aufweist.
    [5] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,daß dasoptische Teil (3, 203, 213, 223, 233, 243, 253a–253c, 254, 755, 756) einenLichtleiter (755, 756) aufweist.
    [6] Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,daß dasoptische Teil (3, 203, 213, 223, 233, 243, 253a-253c, 254, 755, 756)weiterhin einen Schlitz (254) und einen Lichtleiter (755, 756) beinhaltet.
    [7] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,daß jedessäulenförmige Teil(4) eine Grenze (4a) zu einem benachbarten säulenförmigen Teilhat und wobei die Grenzfläche(4a) parallel zu einer Lichtachse (A) des optischen Teils (3, 203, 213, 223, 233, 243, 253a–253c, 254, 755, 756)ist.
    [8] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiterhin gekennzeichnetdurch einen Verbindungsabschnitt (5) zwischen dem Substrat(8, 508, 608) und dem optischen Teil(3, 203, 213, 223, 233, 243, 253a–253c, 254, 755, 756)wobei der Verbindungsabschnitt (5) einen oberen Teil beinhaltetund wobei der obere Teil eine Konkavität und Konvexität hat, welcheperiodisch in horizontaler Richtung (X) parallel zu dem Substrat(8, 508, 608) aneinandergereiht sind,wobei die Konkavitätund Konvexitätdes Verbindungsteils (5) mit der Konkavität und Konvexität des optischenTeils (3, 203, 213, 223, 233, 243, 253a-253c, 254, 755, 756)in Verbindung steht und wobei der Verbindungsabschnitt (5)einen unteren Teil beinhaltet, der in Verbindung mit dem Substrat(8, 508, 608) ist.
    [9] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,daß dasSubstrat (8, 508, 608) eine Konkavität (2)beinhaltet und wobei das optische Teil (3, 203, 213, 223, 233, 243, 253a–253c, 254, 755, 756)in der Konkavität(2) mit einem Freiraum (6) angeordnet ist.
    [10] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,daß dasoptische Teil (3, 203, 213, 223, 233, 243, 253a–253c, 254, 755, 756) eineDicke (H) in vertikaler Richtung (Z) hat, welche senkrecht zu demSubstrat (8, 508, 608) ist und wobeidiese Dicke (H) gleich oder größer als10 μm ist.
    [11] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,daß dassäulenförmige Teil(4) zwei Teile beinhaltet, wobei ein Teil des säulenförmigen Teils(4) durch Abscheidung und der andere durch thermische Oxidationgebildet ist.
    [12] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,daß dasoptische Teil (3, 755, 756) eine mitVerunreinigungen dotierte Schicht (651) aufweist, wobeidie mit Verunreinigungen dotierte Schicht (651) eine Verunreinigungskonzentrationsverteilungin vertikaler Richtung (Z) des Substrates (608) hat.
    [13] Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,daß dieVerunreinigungskonzentrationsverteilung eine Chevron-Form derarthat, daß einemaximale Verunreinigungskonzentration in einer bestimmten Tiefeliegt, welche von einer Oberfläche desoptischen Teils (3, 755, 756) aus gemessenist.
    [14] Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet,daß diemit Verunreinigungen dotierte Schicht (56) eine Verunreinigungaus Germanium oder Phosphor oder Zinn oder Bor enthält.
    [15] Vorrichtung nach Anspruch 3, weiterhin gekennzeichnetdurch eine Linse (321) auf dem Substrat (8, 608),wobei die Linse (321) ein separates Teil und unterschiedlichzu dem Substrat (8, 608) ist und wobei die Linse(321) optisch mit der Mikrolinsen-Anordnung (3)verbunden ist.
    [16] Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,daß dieMikrolinsen-Anordnung (3) ein Licht in horizontaler Richtung(X) kondensiert oder kollimiert, welche parallel zum Substrat (8, 608)ist und wobei die Linse (321) Licht in einer vertikalen Richtung(Z) kondensiert oder kollimiert, welche senkrecht zum Substrat (8, 608)ist.
    [17] Vorrichtung nach Anspruch 3, weiterhin gekennzeichnetdurch: ein Stellglied (531), das auf dem Substrat (508)angeordnet ist, wobei die Mikrolinsen-Anordnung eine Lichtachse(A) hat und wobei das Stellglied (531) die Mikrolinsen-Anordnung(3) in einer horizontalen Richtung (X) oszilliert, so daß die Mikrolinsen-Anordnung(3) Licht in horizontaler Richtung (X) abtastet, welchesenkrecht zur Lichtachse (A) ist.
    [18] Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,daß dieMikrolinsen-Anordnung (3) eine Plankonvexlinse (3)ist, so daß indie Mikrolinsen-Anordnung (3) eintretendes Licht in seinem Lichtpfadaus der Lichtachse (A) der Mikrolinsen-Anordnung (3) verschobenwird, so daß dasLicht in einer unterschiedlichen Richtung ausgegeben wird.
    [19] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,daß dieMikrolinsenanordnung (3, 203, 213, 223, 233, 243, 253a bis 253c) einePlankonvexlinse (3, 243, 253c), eineplankonkave Linse (223), eine bikonvexe Linse (203, 253a)eine bikonkave Linse (213, 253b) und eine Miniskuslinse (213)ist.
    [20] Ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Vorrichtung,mit den folgenden Schritten: Ätzen eines Halbleitersubstrates(8, 508, 608) mit einer bestimmten Maske(10, 539), so daß eine Mehrzahl von Gräben (11, 15)in dem Substrat (8, 508, 608) und eineMehrzahl von Halbleiterwänden(12, 16) zwischen den Gräben (11, 15)gebildet wird; und thermisches Oxidieren des Substrates (8, 508, 608), sodaß dieHalbleiterwand (12, 16) in eine Halbleiteroxidwand(12a, 16a) umgewandelt wird und der Graben (11, 15)mit Halbleiteroxid gefülltwird, wobei die Halbleiteroxidwand (12a, 16a)und das Halbleiteroxid im Graben (11, 15) einoptisches Teil (3, 203, 213, 223, 233, 243, 253a–253c, 254, 755, 756) schaffenund wobei das optische Teil (3, 203, 213, 223, 233, 243, 253a–253c, 254, 755, 756)einstöckigmit dem Substrat (8, 508, 608) ausgebildetwird und Licht durchläßt.
    [21] Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,daß dasHalbleitersubstrat (8, 508, 608) ausSilizium und die Halbleiterwand (12, 16) aus Siliziumsind und wobei das optische Teil (3, 203, 213, 223, 233, 243, 253a–253c, 254, 755, 756)aus Siliziumoxid ist, wobei die Halbleiteroxidwand (12a, 16a)und das Halbleiteroxid im Graben (11) beim Schritt desthermischen Oxidierens des Substrates (8, 508, 608)zusammengeheftet werden.
    [22] Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet,daß derGraben (11) eine Breite hat und die Halbleiterwand (12, 16)eine andere Breite hat und wobei die Breiten von Graben (11) undHalbleiterwand (12, 16) derart bestimmt sind, daß der Graben(11) mit dem Halb leiteroxid gefüllt wird und gleichzeitig dieHalbleiterwand (12, 16) in die Halbleiteroxidwand(12a, 16a) beim Schritt des thermischen Oxidierensdes Substrates (8, 508, 608) umgewandeltwird.
    [23] Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,daß einVerhältniszwischen der Breite des Grabens (11) und der Breite derHalbleiterwand (12, 16) 0,55:0.45 beträgt.
    [24] Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23 dadurch gekennzeichnet,daß eineMehrzahl von Gräben(11, 15) und Halbleiterwänden (12, 16)einen Bereich, in welchem ein optisches Teil auszubilden ist, bilden,wobei der Graben (11, 15) weiterhin einen äußeren Graben(15) und die Halbleiterwand (12, 16) weiterhineine äußere Halbleiterwand(12) umfassen, und wobei der Bereich, in dem das optischeTeil auszubilden ist, mit dem äußeren Graben(15) umgeben wird, so daß die äußere Halbleiterwand (12)am äußerstenUmfang des Bereiches liegt, in dem das optische Teil auszubildenist.
    [25] Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet,daß derBereich, in dem das optische Teil auszubilden ist, eine Mehrzahlvon Gräben(11, 15) und Halbleiterwänden (12, 16)aufweist, welche jeweils parallel zueinander und abwechselnd soangeordnet sind, daß dasoptische Teil (3, 203, 213, 223, 233, 243, 253a–253c, 254, 755, 756)eine plankonvexe Linse (3, 243, 253c),eine plankonkave Linse (223), eine bikonvexe Linse (203, 253a),eine bikonkave Linse (213, 253b) und/oder eineMiniskuslinse 233 wird.
    [26] Verfahren nach Anspruch 24 oder 25 dadurch gekennzeichnet,daß die äußere Halbleiterwand(12) eine Breite (W2) gleich oder kleiner als diejenige (W1)der Halbleiterwand (16) hat, die zwischen Gräben (11)liegt.
    [27] Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet,daß der äußere Graben(15) eine ausreichende Breite derart hat, daß der äußere Graben (15)einen Freiraum (6) hat, nachdem das Halbleiteroxid an einerSeitenwand des äußeren Grabens(15) beim Schritt des thermischen Oxidierens des Substrates(8, 508, 608) gebildet wird.
    [28] Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 27, dadurch gekennzeichnet,daß jederGraben (11) parallel zu einer optischen Achse (A) des optischen Teils(3, 203, 213, 223, 233, 243, 253a–253c, 254, 755, 756)ist.
    [29] Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 28, dadurch gekennzeichnet,daß derSchritt des Ätzensdes Substrates (8, 508, 608) die folgenden Schritteaufweist: Ätzendes Substrates (8, 508, 608) unter Verwendungeines reaktiven Ionenätzverfahrens,so daß ein Anfangsgrabengebildet wird; Ausbilden eines Passivierungsoxidfilms ein einerInnenwand des Anfangsgrabens; Ätzen des Passivierungsoxidfilms,der am Boden des Anfangsgrabens angeordnet ist; und Ätzen desBodens des Anfangsgrabens unter Verwendung des reaktiven Ionenätzverfahrens,so daß einEndgraben (11, 15) mit einem hohen Streckungsverhältnis gebildetwird.
    [30] Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 29, dadurch gekennzeichnet,daß dasoptische Teil (3, 203, 213, 223, 233, 243, 253a-253c, 254, 755, 756)wenigstens entweder eine Linse (3, 203, 213, 223, 233, 243, 253a bis 253c),einen Lichtleiter (755, 756) oder einen Schlitz(254) aufweist, so daß das optischeTeil (3, 203, 213, 223, 233, 243, 253a–253c, 254, 755, 756)einstöckigmit dem Substrat (8, 508, 608) ausgebildetist.
    [31] Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 30, dadurch gekennzeichnet,daß derSchritt des thermischen Oxidierens des Substrates (8) weiterhin denfolgenden Schritt aufweist: Abscheiden eines Halbleiteroxidfilmsin einem Freiraum im Graben (11) in dem Fall, in dem derGraben (11) den Freiraum hat, nachdem das Halbleiteroxidan einer Seitenwand des Grabens (11) beim Schritt des thermischen Oxidierensdes Substrates (8) gebildet wurde.
    [32] Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 31, weiterhin gekennzeichnetdurch: Ausbilden einer Epitaxialschicht (651) auf dem Substrat(608), wobei die Epitaxialschicht (651) eine Verunreinigungskonzentrationsverteilungin einer Chevron-Form in Filmdickenrichtung (Z) hat.
    [33] Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet,daß dasoptische Teil (3, 755, 756) die Epitaxialschicht(651) aufweist, so daß dasoptische Teil (3, 755, 756) ein Lichtin vertikaler Richtung (Z) senkrecht zum Substrat (608)kondensiert.
    [34] Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 31, gekennzeichnetdurch den weiteren Schritt des Implantierens einer Verunreinigungin das Substrat (608), so daß eine mit einer Verunreinigungdotierte Schicht (651) gebildet wird, wobei die mit derVerunreinigung dotierte Schicht (651) eine Verunreinigungskonzentrationsverteilungmit einer Chevron-Form in Filmdickenrichtung (Z) hat.
    [35] Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 31, weiterhin gekennzeichnetdurch den Schritt des Temperns des Substrates (608) ineiner Dotiermittelatmosphäre,so daß eineverunreinigungsdotierte Schicht (651) gebildet wird, wobeidie verunreinigungsdotierte Schicht (651) eine Verunreinigungskonzentrationsverteilungmit Chevron-Form in Filmdickenrichtung (Z) hat.
    [36] Verfahren nach Anspruch 27, wobei die Epitaxialschicht(651) als Verunreinigung Germanium, Phosphor, Zinn oderBor beinhaltet.
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    2010-06-24| 8110| Request for examination paragraph 44|
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