JP5097256B2 - 曲面の形成方法 - Google Patents
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Description
本実施形態では、半導体レンズの製造方法として、シリコン基板からなる半導体基板10(図1(a)参照)の一部を陽極酸化工程おいて多孔質化することにより形成した多孔質シリコンからなる多孔質部14(図1(d)参照)を除去してシリコンレンズからなる半導体レンズ1(図1(e)参照)を製造する製造方法を例示する。ここにおいて、本実施形態における半導体レンズ1は、平凸型の非球面レンズである。なお、本実施形態では、半導体基板10として導電形がp形のものを用いるようにし、半導体基板10の抵抗率を80Ωcmに設定してあるが、この数値は特に限定するものではない。
Si+2HF+(2−n)h+→SiF2+2H++ne−
SiF2+2HF→SiF4+H2
SiF4+2HF→SiH2F6
すなわち、p形のシリコン基板からなる半導体基板10の陽極酸化では、Fイオンの供給量とホールh+の供給量との兼ね合いで多孔質化あるいは電解研磨が起こることが知られており、Fイオンの供給量の方がホールh+の供給量よりも多い場合には多孔質化が起こり、ホールh+の供給量がFイオンの供給量よりも多い場合には電解研磨が起こる。したがって、本実施形態のように半導体基板10としてp形のシリコン基板を用いている場合には、陽極酸化による多孔質化の速度はホールh+の供給量で決まるから、半導体基板10中を流れる電流の電流密度で多孔質化の速度が決まり、多孔質部14の厚みが決まることになる。本実施形態では、半導体基板10中を図4の矢印で示すような経路で電流が流れるので、半導体基板10の上記他表面側(図4における上面側)では、陽極12の開孔部13の中心線(半導体基板10の厚み方向に沿った中心線)から離れるほど電流密度が徐々に大きくなるような電流密度の面内分布を有することとなり、半導体基板10の上記他表面側に形成される多孔質部14は、陽極12の開孔部13の中心線に近くなるほど徐々に薄くなっている。なお、上述の電流密度の面内分布は、陽極12と陰極25との間に通電しているときに陽極12と半導体基板10との接触パターンなどにより決まる半導体基板10内の電界強度の分布に応じて発生し、電界強度が強いほど電流密度が大きくなり、電界強度が弱いほど電流密度が小さくなる。
本実施形態の半導体レンズ1の製造方法は実施形態1と略同じであって、図11(b)および図12に示すような凹曲面からなる曲面2を有する平凹型の非球面レンズを形成するために、陽極12の平面形状を図11(a)に示すような円形状としている点(つまり、陽極12と半導体基板10との接触パターンを円形状として点)が相違するだけなので、図13を参照しながら簡単に説明する。
本実施形態の半導体レンズ1の製造方法は実施形態1と略同じであって、実施形態1では陽極形成工程において円形状の開孔部13を有する陽極12を形成していたのに対して、陽極形成工程の前に、陽極12と半導体基板10との接触パターンに応じてパターン設計した円形状の絶縁層15(図14参照)を半導体基板10の上記一表面側(図14の下面側)に形成する絶縁層形成工程を有し、陽極形成工程では、図14に示すように半導体基板10の上記一表面側において絶縁層15および半導体基板10の上記一表面の露出部位に接触する導電性層(例えば、Al膜、Al−Si膜など)からなる陽極12を形成している点が相違する。なお、他の工程は実施形態1と同じなので説明を省略する。
本実施形態では、半導体レンズ1の製造方法として、図15(h)の上面側の凸曲面からなる曲面2および下面側の凸曲面からなる曲面3を有する両凸型の非球面レンズを製造する製造方法について図15を参照しながら説明するが、実施形態1と同様の工程については説明を適宜省略する。
本実施形態では、半導体レンズ1の製造方法として、図16(f)に示すような凹曲面からなる曲面2および凸曲面からなる曲面3を有する凹凸型の非球面レンズを製造する製造方法について図16を参照しながら説明するが、実施形態1と同様の工程については説明を適宜省略する。なお、本実施形態では、半導体基板10として実施形態1と同様に導電形がp形のものを用いているが、不純物濃度が1×1016cm−3以下の低不純物濃度であり、抵抗率が1Ωcm以上であるものを用いている。また、後述の各中心線は、実施形態1と同様に、半導体基板10の厚み方向に沿った中心線を意味する。
本実施形態では、半導体レンズ1の製造方法として、図17(e)に示すような凹曲面からなる曲面3および凸曲面からなる曲面2を有する凹凸型の非球面レンズを製造する製造方法について図17を参照しながら説明するが、実施形態1と同様の工程については説明を適宜省略する。なお、本実施形態では、半導体基板10として実施形態1と同様に導電形がp形のものを用いているが、不純物濃度が1×1016cm−3以下の低不純物濃度であり、抵抗率が1Ωcm以上であるものを用いている。また、後述の各中心線は、実施形態1と同様に、半導体基板10の厚み方向に沿った中心線を意味する。
本実施形態では、半導体レンズ1の製造方法として、図18(f)の下面側の凹曲面からなる曲面2および上面側の凹曲面からなる曲面3を有する両凹型の非球面レンズを製造する製造方法について図18を参照しながら説明するが、実施形態1と同様の工程については説明を適宜省略する。なお、本実施形態では、半導体基板10として実施形態1と同様に導電形がp形のものを用いているが、不純物濃度が1×1016cm−3以下の低不純物濃度であり、抵抗率が1Ωcm以上であるものを用いている。また、後述の各中心線は、実施形態1と同様に、半導体基板10の厚み方向に沿った中心線を意味する。
2 曲面
3 曲面
10 半導体基板
11 導電性層
12 陽極(第1の陽極)
13 開孔部
14 多孔質部(第1の多孔質部)
15 絶縁層
17 陽極(第2の陽極)
18 多孔質部(第2の多孔質部)
19 絶縁膜
19a 開孔部
Claims (10)
- 半導体基板の一部を除去して曲面を形成する曲面の形成方法であって、所望の曲面形状に応じて半導体基板との接触パターンを設計した陽極を半導体基板の一表面側に形成する陽極形成工程と、電解液中で半導体基板の他表面側に対向配置した陰極と陽極との間に通電して半導体基板の前記他表面側に除去部位となる多孔質部を形成する陽極酸化工程と、多孔質部を除去する多孔質部除去工程とを有し、陽極形成工程では、陽極と半導体基板との接触がオーミック接触となるように陽極を形成し、陽極酸化工程では、電解液として、半導体基板の構成元素の酸化物をエッチング除去する溶液を用いることを特徴とする曲面の形成方法。
- 前記陽極形成工程では、前記半導体基板の前記一表面側に前記陽極の基礎となる導電性層を形成した後、導電性層に円形状の開孔部を設けるように導電性層をパターニングすることで前記陽極を形成することを特徴とする請求項1記載の曲面の形成方法。
- 前記陽極形成工程では、前記陽極として、前記半導体基板との前記接触パターンが円形状に設計された導電性層を前記半導体基板の前記一表面側に形成することを特徴とする請求項1記載の曲面の形成方法。
- 前記陽極形成工程の前に、前記接触パターンに応じてパターン設計した絶縁層を前記半導体基板の前記一表面側に形成する絶縁層形成工程を有し、前記陽極形成工程では、前記陽極として、前記半導体基板の前記一表面側において絶縁層および前記一表面に接触する導電性層を形成することを特徴とする請求項1記載の曲面の形成方法。
- 前記絶縁層形成工程では、前記半導体基板の前記一表面側に前記絶縁層の基礎となる絶縁膜を形成した後、絶縁膜を円形状にパターニングすることで前記絶縁層を形成することを特徴とする請求項4記載の曲面の形成方法。
- 前記絶縁層は、シリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜からなることを特徴とする請求項4または請求項5記載の曲面の形成方法。
- 前記多孔質部除去工程が前記多孔質部である第1の多孔質部を除去する第1の多孔質部除去工程であり、第1の多孔質部除去工程の後に、別の所望の曲面形状に応じて前記半導体基板との接触パターンを設計した第2の陽極を前記半導体基板の前記他表面側に形成する第2の陽極形成工程と、第2の電解液中で前記半導体基板の前記一表面側に対向配置した第2の陰極と第2の陽極との間に通電して前記半導体基板の前記一表面側に除去部位となる第2の多孔質部を形成する第2の陽極酸化工程と、第2の多孔質部を除去する第2の多孔質部除去工程とを有し、第2の陽極形成工程では、第2の陽極と前記半導体基板との接触がオーミック接触となるように第2の陽極を形成し、第2の陽極酸化工程では、第2の電解液として、前記半導体基板の構成元素の酸化物をエッチング除去する溶液を用いることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の曲面の形成方法。
- 前記第2の陽極形成工程の前に、前記第2の陽極と前記半導体基板との前記接触パターンに応じてパターン設計した絶縁膜を前記半導体基板の前記他表面側に形成し、前記第2の陽極形成工程では、前記第2の陽極として、前記半導体基板の前記他表面側において絶縁膜および前記他表面に接触する導電性層を形成することを特徴とする請求項7記載の曲面の形成方法。
- 前記半導体基板としてシリコン基板を用い、前記溶液としてフッ酸系溶液を用いることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の曲面の形成方法。
- 前記半導体基板として導電形がp形のものを用いることを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載の曲面の形成方法。
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