JP3979439B2 - Manufacturing method of semiconductor optical lens - Google Patents
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Description
本発明は、半導体基材から光学レンズを製造するための方法に関するものである。
The present invention relates to a method for manufacturing an optical lens from a semiconductor substrate.
文献1(日本特許公報2000-263556)は、マイクロ光学レンズ用の型を製造する方法を開示している。この型は、半導体基材を用意し、この半導体基材の上面に絶縁マスクを形成し、この絶縁マスクに一つまたはそれ以上の開口を形成し、この半導体基材を電解溶液に浸し、絶縁マスクで覆われていない部分の基材上面を陽極酸化処理することで、この部分を多孔質領域に改質させることで製造される。その後、多孔質領域を除去することで、凹曲面が基材の上面に残される。この凹曲面に、紫外線硬化型樹脂が充填されて硬化されることで凸レンズを形成する。この先行技術は、多孔質領域を形成することを開示しているものの、この方法は開口部を備えた絶縁マスクを使用しているため多孔質領域が各開口の中心から等方的に発達するものである。従って、その結果得られる凹曲面は実質的に一様の曲率半径を持つものに制限される。この制限により、先行技術の方法は一様でない曲率半径を持つ、即ち、複雑な表面形状を有する光学レンズを製造するのに適していない。 Document 1 (Japanese Patent Publication 2000-263556) discloses a method of manufacturing a mold for a micro optical lens. This mold provides a semiconductor substrate, forms an insulating mask on the upper surface of the semiconductor substrate, forms one or more openings in the insulating mask, immerses the semiconductor substrate in an electrolytic solution, and insulates It is manufactured by anodizing the upper surface of the base material in a portion not covered with a mask, thereby modifying this portion into a porous region. Then, the concave curved surface is left on the upper surface of the base material by removing the porous region. The concave curved surface is filled with an ultraviolet curable resin and cured to form a convex lens. Although this prior art discloses forming a porous region, this method uses an insulating mask with openings so that the porous region develops isotropically from the center of each opening. Is. Accordingly, the resulting concave surface is limited to one having a substantially uniform radius of curvature. Due to this limitation, the prior art methods are not suitable for producing optical lenses with non-uniform curvature radii, i.e. with complex surface shapes.
更に、多孔質領域を除去した時に現れる凹曲面には、多孔質領域と半導体基材との間に比較的に凹凸状の界面が残ることにより、微細な突起が現れることが認められる。この凹凸によりレンズの透過性が損なわれるため、優れた透過性を有するレンズを製造するためには、この凹凸を平滑化することが望まれる。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、各種の表面形状で且つ透過性に優れた半導体光学レンズを製造する方法を提供する。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a method for manufacturing a semiconductor optical lens having various surface shapes and excellent transparency.
本発明に係る方法は、平坦な上面と平坦な下面とを備える半導体基材を使用して、上記半導体基材の下面に陽極を形成し、半導体基材を電解溶液内に収める過程を有する。次に、陽極と電解溶液内の陰電極との間に電流を流して、半導体基材の上面を場所によって異なる深さとなるように陽極酸化させて、この上面内に多孔質層を形成し、その後、多孔質層を半導体基材から除去することで上面に曲面を残す。この製造方法では、上記曲面に残る微細な突起を平滑化するための平滑処理を含む。このため、レンズは滑らかな曲面に仕上げられて透過性が向上される。また、陽極は半導体基材の部分によって変化する所定の電界強度の分布を与えて、所望のレンズ形状を形成するためにパターン設計された陽極パターンを有するため、連続して変化する曲率半径の曲面を容易に形成できる。更に、陽極酸化処理は、電解溶液に完全に露出する半導体基材の上面、即ち、陽極酸化処理を制限する材料でマスクされていない面で進行すること、及び、曲面の形状は基本的に半導体基材の下面の陽極パターンに応じた電界強度分布よって制御されることになるため、精密に制御された輪郭や形状の多孔質層を容易に発達させることができて、精密な表面形状のレンズを形成することが出来る。
The method according to the present invention includes a step of forming an anode on the lower surface of the semiconductor substrate using a semiconductor substrate having a flat upper surface and a flat lower surface, and placing the semiconductor substrate in an electrolytic solution. Next, an electric current is passed between the anode and the negative electrode in the electrolytic solution, and the upper surface of the semiconductor substrate is anodized so as to have different depths depending on the location, and a porous layer is formed in the upper surface. Thereafter, the porous layer is removed from the semiconductor substrate, leaving a curved surface on the upper surface. In this manufacturing method, comprising the smoothing process for smoothing the minute projections remaining on the surface. For this reason, the lens is finished into a smooth curved surface and the transparency is improved. In addition, the anode has a predetermined electric field intensity distribution that varies depending on the portion of the semiconductor substrate, and has an anode pattern that is designed to form a desired lens shape. Can be easily formed. Furthermore, the anodizing process proceeds on the upper surface of the semiconductor substrate that is completely exposed to the electrolytic solution, that is, the surface not masked with the material that restricts the anodizing process, and the shape of the curved surface is basically a semiconductor. Since it is controlled by the electric field intensity distribution according to the anode pattern on the lower surface of the base material, it is possible to easily develop a porous layer with a precisely controlled contour and shape, and a lens with a precise surface shape Can be formed.
従って、本発明の製造方法は、精密に計画された形状と優れた透過性を備え持った光学レンズ、特に非球面のレンズを製造することに利用できる。 Therefore, the manufacturing method of the present invention can be used to manufacture an optical lens, particularly an aspherical lens, having a precisely planned shape and excellent transparency.
この製造方法では、多孔質層を除去した後に、半導体基材を適宜のエッチング溶液に浸すことを使用しても良い。これにより、微細な突起が優先的にエッチング除去されて滑らかな曲面をレンズに付与することが出来る。 In this manufacturing method, after removing the porous layer, it may be used to immerse the semiconductor substrate in an appropriate etching solution. As a result, fine protrusions are preferentially etched away, and a smooth curved surface can be imparted to the lens.
これに代えて、熱酸化を利用して曲面の表層部に酸化層を形成することも可能である。この場合、酸化作用が微細な突起で優先的に進行して微細な突起を選択的に酸化することで、酸化層が微細な突起に及び半導体基材側に深く及ぶことがない。このため、酸化層をエッチング除去することで、滑らかな曲面が現れて表面が滑らかなレンズを得ることができる。 Alternatively, it is possible to form an oxide layer on the curved surface layer using thermal oxidation. In this case, the oxidation action proceeds preferentially with the fine protrusions, and the fine protrusions are selectively oxidized, so that the oxide layer does not reach the fine protrusions and the semiconductor substrate side deeply. Therefore, by removing the oxide layer by etching, a lens having a smooth curved surface and a smooth surface can be obtained.
更に、プラズマエッチングやレーザーアブレーション法も同様に利用でき、何れの場合でも、微細な突起が優先的に除去されてレンズの表面を滑らかにしあげることができる。 Furthermore, plasma etching and laser ablation methods can be used in the same manner, and in any case, the fine protrusions can be removed preferentially to smooth the surface of the lens.
上記の平滑化処理によって、表面粗さに起因するレンズの透過率低下を10%以下とすることができる平均二乗面粗さ(RMS)が200nm以下の曲面を形成することができ、十分なレンズの透過性を満足することができる。 The above smoothing treatment can form a curved surface having a mean square surface roughness (RMS) of 200 nm or less that can reduce the transmittance of the lens due to the surface roughness to 10% or less, and a sufficient lens. Can be satisfied.
更に、本発明は、半導体基材と多孔質層との界面に形成される突起を最小化させることで上記の平滑化処理を容易にするための解決策を与える。このため、多孔質層を形成させる間に、半導体基材の上面を陽極酸化処理するためのパラメータを時間と共に変化させて、半導体基材との界面での多孔度を他の部分に比べて小さくすることがなされる。この結果、半導体基材との予定された界面に多孔質層が進む迄は、多孔質層を比較的大きな多孔度で発達させ、界面では多孔度を小さくするように制御することができ、この結果、多孔質層の形成と除去を効率良く行うことが出来ると共に、多孔度を小さくすることによって突起または表面の不規則性を最小とすることができる。 Furthermore, the present invention provides a solution for facilitating the above smoothing process by minimizing the protrusions formed at the interface between the semiconductor substrate and the porous layer. For this reason, while forming the porous layer, the parameter for anodizing the upper surface of the semiconductor substrate is changed with time, and the porosity at the interface with the semiconductor substrate is reduced compared to other parts. To be done. As a result, it is possible to control the porous layer to develop with a relatively large porosity until the porous layer advances to the planned interface with the semiconductor substrate, and to reduce the porosity at the interface. As a result, the porous layer can be efficiently formed and removed, and the irregularity of the protrusions or the surface can be minimized by reducing the porosity.
上のパラメータとしては、陽極と陰電極との間に流す電流の電流密度とすることができ、この電流密度は多孔質層が曲面の平坦化に影響を及ぼす厚みとなる多孔質層の形成の最終段階で減少させる。 The above parameter can be the current density of the current that flows between the anode and the negative electrode, and this current density is the thickness of the porous layer that has a thickness that affects the flattening of the curved surface. Decrease in the final stage.
また、電流密度の制御と組み合わせるか或いは単独で、電解溶液の濃度を制御して、多孔質層の最終形成時にこの濃度を上昇させることができる。 Further, the concentration of the electrolytic solution can be controlled alone or in combination with the control of the current density, and this concentration can be increased at the final formation of the porous layer.
上述の利点およびその他の利点は、添付図面を参照して説明する以下の詳細によってより明確になる。 The above and other advantages will become more apparent from the following details described with reference to the accompanying drawings.
図2〜6を参照して、本発明の半導体光学レンズの製造方法に関して、好ましい実施形態に係る平凸レンズの製造方法について説明する。図2〜図4に示すように、レンズLはフランジFが一体となった形状に形成され、このフランジは例えば光学センサ200のような装置にレンズを装着するために使用される。光学センサ200は上記レンズの一般的な利用形態であり、図4及び5に示すように、焦電素子210のようなセンサ要素とこれに関連する回路モジュール220備え、レンズを通して光を受光する。焦電素子210は回路モジュール220に保持され、回路モジュールは複数の端子ピン240を備えたベース230に支持され、レンズLはカバー250に支持される。
With reference to FIGS. 2-6, the manufacturing method of the plano-convex lens which concerns on preferable embodiment is demonstrated regarding the manufacturing method of the semiconductor optical lens of this invention. As shown in FIGS. 2 to 4, the lens L is formed in a shape in which a flange F is integrated, and this flange is used for mounting the lens on a device such as the
レンズは、例えばシリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、炭化珪素(SiC)、ガリウムヒ素(GaAs)、リン化ガリウム(GaP)、インジウムリン(InP)のような半導体材料で形成される。本実施形態では、p型Siの半導体基材10を使用し、半導体基材10を選択的に陽極酸化することで平凸レンズを製造する。陽極酸化は陽極酸化処理装置100を使用し、この装置は、図6に示すように、半導体基材10を電解溶液140内に浸すように構成され、陽電極120と溶液内に浸された陰電極110との間に流す電流を調整する調整器130を備える。陽電極120は半導体基材10の下面に接触されるように配置されて、陰電極110に対抗する半導体基材の上面内で陽極酸化を異なる深さで進行させる。陽電極120及び陰電極110は共に白金やその他の金属で形成される。
The lens is formed of a semiconductor material such as silicon (Si), germanium (Ge), silicon carbide (SiC), gallium arsenide (GaAs), gallium phosphide (GaP), or indium phosphide (InP). In this embodiment, a p-type
本実施形態では、半導体基材10は数Ωcmから数百Ωcmと入った低い抵抗のものが選択される。例えば、0.5mm厚で80Ωcmの平坦な半導体基材10から、図7(A)〜(E)の過程を経てレンズを形成する。半導体基材10は、洗浄後に、下面の全体に導電層20を形成するように処理される(図7(B))。この導電層20は例えばアルミニウムであり、スパッタリングやその他の方法によって半導体基材10上に堆積されて1μmの均一な厚みをなす。次いで、この導電層20にフォトリソグラフィー工程によりレジストパターンを形成した後に、ウェットエッチングにより一部を除去することで、導電層20にレンズの直径に応じた直径2mmの円形開口22が残された一体構造物を形成し、この一体構造物において導電層20が半導体基材10に統合された陽極パターンを持つ陽極を規定する(図7(C))。エッチングとしてはウェットエッチングに限らず、ドライエッチングを用いてもよい。以後、本発明を説明する上で適切と思われる箇所では、導電層に代えて「陽極」なる語句を使用する。その後、陽極20を陽電極120に接触させる形で、半導体基材10を陽極酸化処理装置100の電解溶液140に浸積して、陽極20と陰電極110との間に電流を流すことで、半導体基材10の上面を陽極パターンに応じて選択的に陽極酸化させ、これによって、半導体基材10の上面に多孔質層30を発達させる(図7(D))。電流は、調整器130によって所定の電流密度、例えば、30mA/cm2に調整され、所定の時間、例えば120分継続して流される。その後、多孔質層30及び陽極20をエッチング除去してレンズを得る(図7(E))。
In this embodiment, the
使用される電解溶液は、フッ化水素(HF)とエタノールを適宜の割合で混合した水溶液が使用され。陽極酸化処理において、以下の化学反応が進行する。
Si + 2HF + (2-n) h+ (R) SiF2 + 2H+ + n×e-
SiF2 + 2HF (R) SiF4 + H2
SiF4 + 2HF (R) SiH2F6
ここで、h+ はホールを示し、e−は電子を示す。
Si基材が陽極酸化されると直ぐに、酸化された部分が電解溶液と反応して取り除かれることで、半導体基材10の上面に多孔質層を形成する。従って、陽極酸化処理は、酸化された部分によって遅延されることなく進行することになり、より深い厚みの多孔質層30を発達させることができ、厚みが比較的大きなレンズの製造が可能となる。
The electrolytic solution used is an aqueous solution in which hydrogen fluoride (HF) and ethanol are mixed at an appropriate ratio. In the anodizing process, the following chemical reaction proceeds.
Si + 2HF + (2-n ) h + (R) SiF 2 + 2H + + n × e -
SiF 2 + 2HF (R) SiF 4 + H 2
SiF 4 + 2HF (R) SiH 2 F 6
Here, h + represents a hole, and e − represents an electron.
As soon as the Si substrate is anodized, the oxidized portion reacts with the electrolytic solution and is removed, thereby forming a porous layer on the upper surface of the
図8(A)で模式的に示すように、面内電界強度、即ち、電流密度は、陽極パターンに応じて変化するように分布している。この図において、黒色矢印は半導体基材を流れる正の電流の経路を示し、白色矢印は半導体基材を流れる電子の経路を示している。面内電流密度は、開口22の中心から周辺に行くに従って密になっていることから、得られる多孔質層30の厚みは開口の中心から周辺に行くに向けて次第に大きくなる。従って、この多孔質層30を取り除くことにより、平凸レンズが得られる。必要があれば陽極20も除去する。面内電界強度分布は、主として、陽極パターンによって決定され、副次的には半導体基材10の抵抗値や厚さ、電解溶液140の抵抗値、半導体基材10と陰電極110との距離、及び陰電極の平面構成(基材と平行な面内での陰電極の配置)によって決定される。従って、陽極パターンにこれらのパラメータを適切に組み合わせることで、いろんなレンズ形状を容易にもたらすことが出来る。このような陽極酸化では、半導体基材内に形成される酸化部分によって進行が遅らされることなく、多孔質層を連続的に発達させることができるため、単一の陽極酸化処理によって、厚いレンズを製造することができ、レンズ設計の自由度が向上できる。
As schematically shown in FIG. 8A, the in-plane electric field strength, that is, the current density is distributed so as to change according to the anode pattern. In this figure, black arrows indicate paths of positive currents flowing through the semiconductor substrate, and white arrows indicate paths of electrons flowing through the semiconductor substrate. Since the in-plane current density increases from the center of the
電解溶液140の抵抗値は、フッ化水素(HF)水溶液の濃度及びまたはHFとエタノールとの混合比によって調整できる。陰電極110は、図8(A)に示すように、陽極パターンと一致するパターンに設計されるか、或いは、図8(B)に示すように、対抗する陰電極要素112を、半導体基材10と平行な面内において、陽極パターンの開口22の中心側に向けて少しずらすようにしてもよい。このずらし量は電流密度及び半導体基材10との距離に関連させて調整される。
The resistance value of the
陽極酸化処理において、調整器130は電流密度を基本的に一定に保持するように作用するが、陽極酸化処理の最終段階では電流密度を減少させることで、多孔質層30の発達速度を減少させることが好ましい。この方法では、陽極酸化の電流密度を下げることで形成される多孔質層の多孔度が小さくなる。これにより多孔質層除去後の曲面表面の凹凸を低減させることが出来て、レンズの表面がより滑らかとなる。このような電流密度の調整は、電流レベルや電圧レベルを検知することで行われる。
In the anodizing process, the
多孔質層30及び陽極20を除去するには、KOH、NaOH、TMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)、或いはHF溶液のようなアルカリ溶液が使用される。
In order to remove the
図10(A)及び(B)は、陽極酸化処理の最終段階で電流密度を減少させる制御を示すもので、電流密度をI1(例えば、30mA/cm2)からI2(例えば、3mA/cm2)まで連続的に徐々に減少させたり、I1からI2へ階段状に減少させる。この結果、陽極酸化の速度が低下して、図1(A)で模式的に示すように、基材との界面部分での多孔度を他の部分に比べて小さくし、これにより、多孔質層30を除去した後に出現する半導体基材の曲面に、微細な突起を残すだけとなる。ここで、図1(A)は、上の陽極酸化処理を説明するために多孔度の変化を誇張して示しているものであり、孔の大きさや分布は実際のものを反映していない。電流密度を減少させて多孔度を小さくすれば、多孔質層の形成速度が低下することを考慮して、多孔質層30を形成する最終段階においてのみ、多孔度を小さくすることが望ましい。多孔質層30のエッチング除去を迅速に行うことと、同時に半導体基材の曲面上に残る突起を最小化することの要求を満足させるために、大きな電流密度I1での陽極酸化の時間T1と、小さな電流密度I2での陽極酸化の時間T2が適切に選択される。例えば、T1とT2をそれぞれ30分、10分とする。
Figure 10 (A) and (B), shows a control for reducing the current density at the final stage of anodizing, the current density I1 (e.g., 30 mA / cm 2) from I2 (e.g., 3mA / cm 2 ) Continuously or gradually in a stepwise manner from I1 to I2. As a result, the anodic oxidation rate is reduced, and as shown schematically in FIG. 1 (A), the porosity at the interface with the base material is made smaller than that in the other parts. Only the fine protrusions are left on the curved surface of the semiconductor substrate that appears after the
電流密度の制御に組み合わせて、或いはこれに代えて、電解溶液の濃度、例えば、HF濃度を制御して、図11(A)(B)に示すように、陽極酸化処理の最終段階でM1からM2へ階段状にまたは連続的に上昇させることも可能である。電界溶液の濃度が高くなると、より小さな孔が形成されて多孔度が小さくなり、半導体基材10の表面により小さな微細突起が残ることになる。この場合も、時間T1、T2を適切に選択して、多孔質層30の形成と除去を容易にすると同時に、多孔質層30と半導体基材10との界面に微細な突起を残すだけとするようにする。
In combination with, or instead of, the control of the current density, the concentration of the electrolytic solution, for example, the HF concentration is controlled, and as shown in FIGS. It is also possible to step up to M2 stepwise or continuously. When the concentration of the electric field solution is increased, smaller pores are formed, the porosity is reduced, and small fine protrusions remain on the surface of the
図1(B)に示すように、半導体基材10上に残る微細な突起12は平均高さが1μmで、数μmの間隔となっている。このような表面凹凸は多孔質層30を除去した後の平滑化処理によって除去される。本実施形態では、多孔質層30が除去された半導体基材10(図1(B)に示す)を、例えば、KOH、NaOH、TMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)、或いはHF系溶液のようなドライエッチング溶液に浸積される。この処理において、半導体基材上の微細な突起12が、図1(C)の破線で示すように、選択的にエッチング除去され、図1(D)に示すように、半導体基材10に滑らかな表面を残す。
実施例
直径が100mmで、厚さが0.5mm、抵抗値が80Ωcmのp型Si基材10に1μm厚のアルミニウム導電層20をスパッタリングで形成した。導電層20を420℃で20分間焼結した後に、フォトリソグラフィにより直径2mmの複数の窓を有するレジストパターンでマスクした。次いで、導体層20のマスクされていない部分をウェットエッチングにて除去して、図9に示すように、導電層即ち陽極20に直径2mmの複数の開口22を形成した。レジストパターンを除去した後、半導体基材を、フッ化水素(HF)の50%水溶液とエタノールとの混合比が1:1の電解溶液を含む図5の陽極酸化処理装置に収めた。この半導体基材10の陽極酸化処理を30mA/cm2の電流密度で3時間行った。この結果形成された多孔質層30は導電層20に対応する部分の厚さが0.3mmで、半導体基材に平行な面内で開口20の中央に向けて次第に厚さが減少する。多孔質層30及び導電層20は、その後、10%のKOH溶液でエッチング除去を15分間行って、複数の平凸レンズを形成した。次いで、半導体基材10をHF系溶液に1時間浸積して、半導体基材10の表面に残る微細な突起12を選択的にエッチング除去した。この後、半導体基材10を複数のレンズに切り出した。多孔質層30を除去するエッチング速度は、半導体基材10上の微細な突起を除去するエッチング速度の10倍以上であった。このようにして得られたレンズの厚さは0.195mmで平均二乗表面粗さ(RMS)は50nmであった。
As shown in FIG. 1B, the
Example An
図12は平均二乗表面粗さ(RMS)と、波長が5μmの赤外線の透過率(%)との関係を示す。5μm〜10μmの波長は人間から放射される赤外線波長帯域であり、赤外線センサを人体検出に使用することを考慮して、5μmについての透過率を検証した。図12のグラフで、黒点は計測された表面粗さと透過率を示し、曲線は以下の数式で表される理論的な関係を示す。 FIG. 12 shows the relationship between the mean square surface roughness (RMS) and the transmittance (%) of infrared rays having a wavelength of 5 μm. The wavelength of 5 μm to 10 μm is an infrared wavelength band radiated from a human, and the transmittance for 5 μm was verified in consideration of using an infrared sensor for human body detection. In the graph of FIG. 12, black dots indicate the measured surface roughness and transmittance, and the curve indicates a theoretical relationship represented by the following formula.
ここで、σは表面粗さを示す。このグラフから、計測された透過率は、理論的な関係と同様に、表面粗さが増大するに従って、低下している。実際の使用上、表面凹凸での散乱による赤外線透過率の低下は10%以内に収めることが望ましく、この観点から、レンズには42%以上の透過率が必要となり、レンズの平均二乗面粗さを200nm以下とする。上の実施例において製造されたレンズの平均二乗表面粗さ(RMS)は50nmであり、この要求を十分に満たしており、平均二乗表面粗さ(RMS)は200nm以下となるように上の方法で製造されたレンズは実際の使用に十分である。 Here, σ indicates the surface roughness. From this graph, the measured transmittance decreases as the surface roughness increases, as in the theoretical relationship. In actual use, it is desirable that the decrease in infrared transmittance due to scattering on the surface unevenness is within 10%. From this viewpoint, the lens needs to have a transmittance of 42% or more, and the mean square surface roughness of the lens. Is 200 nm or less. The average square surface roughness (RMS) of the lens manufactured in the above example is 50 nm, which satisfies this requirement sufficiently, and the above method is performed so that the mean square surface roughness (RMS) is 200 nm or less. The lens manufactured in is sufficient for practical use.
また、レンズ表面を平滑するためには、図13(A)から図13(E)に示すように、別の方法として、半導体基材の表面を熱酸化した後に、これによって形成される酸化層をエッチング除去することができる。最初に、図13(A)に示すように、多孔質層30を半導体基材10の表層部に形成して、多孔質層30と残りの半導体基材10との間に、前述したように、陽極20の開口22即ち陽極パターンに応じた、曲面の界面を与える。次いで、多孔質層30をエッチング除去して、半導体基材10の上面に微細な突起12が残った図13(B)の構造を得る。次いで、半導体基材10を酸化炉を用いて加熱することにより、図13(C)に示すように、半導体基材の上面に酸化膜14を発達させる。この場合、酸化炉に水蒸気を導入しながら、1000℃で200分処理することで、約0.4μmの酸化膜が形成される。熱酸化においては、図13(D)に示すように、基板表面における法線方向に沿って均一にSiがSiO2となる酸化が進むもので、突起がその他の部分に比べて優先的に酸化されて、表面の凹凸を無くして平滑化が達成される。従って、熱酸化を制御して全ての突起12を含みその他の部分を含まない酸化層14を形成することができる。その後、酸化層14をエッチング除去して、図13(E)に示すように、半導体基材に平滑な表面を与える。
In order to smooth the lens surface, as shown in FIGS. 13A to 13E, as another method, the surface of the semiconductor substrate is thermally oxidized, and then an oxide layer is formed. Can be removed by etching. First, as shown in FIG. 13A, the
更に、本発明では、半導体基材10の上面から微細な突起を除去するために、プラズマエッチングを使用することも可能である。この場合、多孔質層30を除去した半導体基材10をプラズマストリームに暴露させて、半導体基材上に残る微細な突起12を選択的に且つ優先的に除去する。アルゴンガスを使用する場合は、スパッタエッチングが行なわれ、CF4ガスやCF4とO2との混合ガスを使用する場合は、反応性イオンエッチングが行われる。
Furthermore, in the present invention, plasma etching can be used to remove fine protrusions from the upper surface of the
更に、上記の平滑化処理は、レーザーアブレーションによっても行うことが可能であり、この場合、レーザー光を半導体基材の表面に照射することにより微細な突起を選択的及び優先的に除去する。 Furthermore, the above smoothing treatment can also be performed by laser ablation. In this case, fine projections are selectively and preferentially removed by irradiating the surface of the semiconductor substrate with laser light.
尚、電流密度や電解溶液の濃度を変化させる上記の陽極酸化処理は好ましいものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、これらのパラメータを制御しない陽極酸化処理も同様に利用できるものである。 The above-described anodizing treatment that changes the current density and the concentration of the electrolytic solution is preferable, but the present invention is not limited to this, and anodizing treatment that does not control these parameters can be used as well. Is.
更に、本発明はシリコン基材を使用することに限定されるべきものではなく、下記の表に示すように、他の半導体材料を特定の電解溶液に組み合わせて使用できるものである。 Furthermore, the present invention should not be limited to the use of a silicon substrate, but other semiconductor materials can be used in combination with a specific electrolytic solution, as shown in the table below.
上の表では、半導体材料と電解液との組み合わせに利用できるマスクの材料を記している。 In the table above, mask materials that can be used in combination with a semiconductor material and an electrolytic solution are shown.
10 半導体基材
12 突起
14 酸化層
20 陽極
30 多孔質層
110 陰電極
140 電解溶液
DESCRIPTION OF
Claims (9)
互いに対向する平坦な上面と平坦な下面とを備える半導体基材を用意し、
上記半導体基材の下面に陽極を形成し、
上記の半導体基材を電解溶液内に収め、
上記陽極と上記電解溶液内の陰電極との間に電流を流して、上記上面での陽極酸化処理を場所によって異なる深さとなる迄に進めることで、上記上面内に多孔質層を形成し、
上記半導体基材から上記の多孔質層を除去して上記の上面に曲面を残し、
上記の陽極は、上記半導体基材の上面及び下面に沿った部所毎に変化する所定の電界強度の分布を形成するように構成され、これにより上記の電界強度の分布に応じて深さが異なる上記の多孔質層を与えるものであり、
上記陽極は所望のレンズ形状を形成するためにパターン設計された陽極パターンを有し、
上記方法は、更に、上記曲面に残る微細の突起を平滑化する平滑化工程を有することを特徴とする半導体光学レンズの製造方法。 A semiconductor optical lens manufacturing method for manufacturing a semiconductor optical lens by removing a part of a semiconductor substrate,
Prepare a semiconductor substrate having a flat upper surface and a flat lower surface facing each other,
Forming an anode on the lower surface of the semiconductor substrate;
The above semiconductor substrate is placed in an electrolytic solution,
A current is passed between the anode and the negative electrode in the electrolytic solution, and the anodization treatment on the upper surface is advanced to a different depth depending on the location, thereby forming a porous layer in the upper surface,
Removing the porous layer from the semiconductor substrate, leaving a curved surface on the upper surface,
The anode is configured to form a predetermined electric field strength distribution that varies from place to place along the upper surface and the lower surface of the semiconductor substrate, whereby the depth varies depending on the electric field strength distribution. Giving different porous layers described above,
The anode has an anode pattern that is designed to form a desired lens shape,
The method further includes a smoothing step of smoothing fine protrusions remaining on the curved surface.
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