JP2007086770A - Process of making semiconductor lens - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a process of making a semiconductor lens that can easily form the semiconductor lens in an arbitrary shape. <P>SOLUTION: The process of making the semiconductor lens composed of a silicon lens by partly removing the semiconductor substrate 10 of a p-type silicon substrate includes an anode forming step of forming a plurality of anodes 12a, 12b, and 12c pattern-designed according to the desired lens shape on one surface side of the semiconductor substrate 10, an anodizing step of arranging a cathode 25 opposite on the other surface side of the semiconductor substrate 10 and controlling currents flowing from a current source 31 to the respective anodes 12a, 12b, and 12c respectively to form a porous part 14 corresponding to the lens shape, and a porous part removing step of removing the porous part 14. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体レンズの製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor lens.

従来から、導電性基板を用いたマイクロレンズ用金型の製造方法およびそのマイクロレンズ用金型を用いたマイクロレンズの製造方法が提案されている（特許文献１参照）。なお、特許文献１には、マイクロレンズとして合成樹脂レンズが例示されている。   Conventionally, a method for manufacturing a microlens mold using a conductive substrate and a method for manufacturing a microlens using the microlens mold have been proposed (see Patent Document 1). In Patent Document 1, a synthetic resin lens is exemplified as a microlens.

上記特許文献１のマイクロレンズ用金型の製造方法では、例えば、導電性基板たる低抵抗のｐ形シリコン基板の一表面上にシリコン窒化膜を堆積させた後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してシリコン窒化膜の所定部位に円形状の開孔部を形成し、その後、シリコン窒化膜をマスク層としてｐ形シリコン基板の上記一表面側の一部を陽極酸化処理にて多孔質化することにより半球状の多孔質シリコン部を形成する。その後、多孔質シリコン部を全体に亘って酸化することにより二酸化シリコン部を形成し、マスク層を除去してから、二酸化シリコン部を除去することによってｐ形シリコン基板の上記一表面に所望の凸レンズの形状に対応する凹部を形成し、続いて、ｐ形シリコン基板の上記一表面側および他表面側それぞれに熱酸化膜を形成している。なお、上述の陽極酸化処理では、陽極酸化用の電解液中でｐ形シリコン基板の上記一表面側に対向配置される陰極と半導体基板の他表面に接する形で配置される陽極板との間に通電することで多孔質シリコン部を形成している。   In the method for manufacturing a microlens mold disclosed in Patent Document 1, for example, a silicon nitride film is deposited on one surface of a low-resistance p-type silicon substrate that is a conductive substrate, and then a photolithography technique and an etching technique are used. Then, a circular opening is formed at a predetermined portion of the silicon nitride film, and then a part of the one surface side of the p-type silicon substrate is made porous by anodizing using the silicon nitride film as a mask layer. Thus, a hemispherical porous silicon portion is formed. Thereafter, the silicon dioxide portion is formed by oxidizing the entire porous silicon portion, the mask layer is removed, and then the silicon dioxide portion is removed to form a desired convex lens on the one surface of the p-type silicon substrate. A recess corresponding to the shape is formed, and then a thermal oxide film is formed on each of the one surface side and the other surface side of the p-type silicon substrate. In the above-described anodizing treatment, the gap between the cathode disposed opposite to the one surface side of the p-type silicon substrate and the anode plate disposed in contact with the other surface of the semiconductor substrate in the electrolytic solution for anodization. The porous silicon part is formed by energizing the current.

ところで、上記特許文献１に開示されたマイクロレンズ用金型の製造方法では、ｐ形シリコン基板として抵抗率が導体の抵抗率に比較的近い低抵抗のものを用いており、陽極酸化処理時にｐ形シリコン基板の多孔質化が等方性エッチングのように等方的に進行するので、上記開孔部の形状を円形状とすることにより、図１４に示すようにｐ形シリコン基板１００の上記一表面に形成される凹部１０１の深さ寸法ａ１と凹部１０１の円形状の開口面の半径ａ２とが略等しくなり、結果的に、マイクロレンズとして球面レンズを製造することができる。なお、上記特許文献１には、マイクロレンズ用金型の製造時に上記開孔部の形状を長方形状とすることにより、結果的に、マイクロレンズとしてシリンドリカルレンズを製造することができることも開示されている。   By the way, in the method for manufacturing a microlens mold disclosed in Patent Document 1, a p-type silicon substrate having a low resistance that is relatively close to the resistivity of a conductor is used. Since the porous silicon substrate progresses isotropically like isotropic etching, the shape of the opening is made circular so that the p-type silicon substrate 100 has the above-mentioned shape as shown in FIG. The depth dimension a1 of the concave portion 101 formed on one surface and the radius a2 of the circular opening surface of the concave portion 101 are substantially equal, and as a result, a spherical lens can be manufactured as a microlens. In addition, Patent Document 1 also discloses that a cylindrical lens can be manufactured as a microlens by making the shape of the opening portion rectangular when manufacturing a microlens mold. Yes.

また、従来から、半絶縁性のＧａＡｓ基板のような高抵抗（例えば、抵抗率が１０８Ωｃｍ程度）の半導体基板の一表面側にメサ形状に応じてパターン設計したマスク層を設けることなく陽極酸化技術を利用してメサ形状を形成する方法として、半導体基板の他表面側にメサ形状に応じて形状を設計した陽極（電極）を接触させ、その後、陽極と電解液中において半導体基板の上記一表面に対向配置した陰極との間に通電して酸化膜を形成する陽極酸化工程を行い、続いて、酸化膜をエッチング除去する酸化膜除去工程を行う方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。 Conventionally, an anode without providing a mask layer having a pattern designed in accordance with the mesa shape on one surface side of a semiconductor substrate having a high resistance (for example, a resistivity of about 10 8 Ωcm) such as a semi-insulating GaAs substrate. As a method for forming a mesa shape using an oxidation technique, an anode (electrode) whose shape is designed in accordance with the mesa shape is brought into contact with the other surface side of the semiconductor substrate, and then the above-mentioned semiconductor substrate in the anode and the electrolytic solution. A method has been proposed in which an anodic oxidation process is performed in which an oxide film is formed by energizing a cathode disposed opposite to one surface, followed by an oxide film removal process in which the oxide film is removed by etching (for example, a patent) Reference 2).

上記特許文献２に記載されたメサ形状の形成方法では、陽極酸化工程において陽極の形状や酸化膜の厚さなどによって半導体基板に流れる電流の電流密度の面内分布が決まるので、メサの側面の勾配が緩く、メサの側面と平坦面とが滑らかに連続したメサ形状を形成することができる。
特開２０００−２６３５５６号公報 特開昭５５−１３９６０号公報 In the mesa shape forming method described in Patent Document 2, the in-plane distribution of the current density of the current flowing through the semiconductor substrate is determined by the shape of the anode and the thickness of the oxide film in the anodizing step. A mesa shape in which the slope is gentle and the side surface and the flat surface of the mesa are smoothly continuous can be formed.
JP 2000-263556 A Japanese Patent Laid-Open No. 55-13960

ところで、上記特許文献１に開示されたマイクロレンズ用金型の製造方法では、凸曲面の曲率半径が一様なマイクロレンズを形成するためのマイクロレンズ用金型しか製造することができず、マイクロレンズとして非球面レンズや凹レンズを形成することはできなかった。また、上記特許文献１に開示されたマイクロレンズ用金型の製造方法では、製造可能なマイクロレンズのレンズ径（＝２×ａ２）がｐ形シリコン基板１００の厚みで制限されてしまい、より大きなレンズ径のマイクロレンズを製造するには、厚みがより大きなｐ形シリコン基板１００を用いる必要があり、コストが高くなってしまう。   By the way, in the method for manufacturing a microlens mold disclosed in Patent Document 1, only a microlens mold for forming a microlens having a uniform curvature radius of a convex curved surface can be manufactured. Aspherical lenses and concave lenses could not be formed as lenses. In addition, in the method for manufacturing a microlens mold disclosed in Patent Document 1, the lens diameter (= 2 × a2) of the microlens that can be manufactured is limited by the thickness of the p-type silicon substrate 100, which is larger. In order to manufacture a microlens having a lens diameter, it is necessary to use a p-type silicon substrate 100 having a larger thickness, which increases costs.

また、上記特許文献１に記載されたｐ形シリコン基板１００への凹部１０１の形成方法を利用することで平凹型の半導体レンズを製造することも考えられるが、半導体レンズとして、凹曲面の曲率半径が一様な平凹型の球面レンズやシリンドリカルレンズしか形成することができず、非球面レンズを形成することはできなかった。また、このような半導体レンズの製造方法では、陽極酸化処理時に発生した気泡がマスク層の開孔部を通して脱離することとなるので、開孔部周辺に気泡が集まり、多孔質化の進行速度にばらつきが生じたり、多孔質化が停止したりして、結果的に所望の曲率半径の凹曲面を形成できないことがあった。   In addition, it is conceivable to manufacture a plano-concave semiconductor lens by using the method of forming the concave portion 101 on the p-type silicon substrate 100 described in Patent Document 1, but the curvature radius of the concave curved surface is used as the semiconductor lens. However, only a plano-concave spherical lens or cylindrical lens can be formed, and an aspherical lens cannot be formed. Also, in such a method for manufacturing a semiconductor lens, bubbles generated during anodizing treatment are desorbed through the openings of the mask layer, so that bubbles gather around the openings and the rate of progress of porous formation As a result, there is a case where a concave curved surface having a desired radius of curvature cannot be formed.

そこで、上記特許文献２に記載の技術を半導体レンズの製造方法に適用することが考えられるが、陽極酸化工程において、形成された酸化膜の厚さの増加に伴って陽極と陰極との間の電位差が上昇し、例えば、半導体基板として厚さが４００μｍで抵抗率が１０８ΩｃｍのＧａＡｓ基板を用いた場合には１ｍＡ／ｃｍ２の定電流で酸化膜を形成した際に酸化膜の厚さが０．６μｍ程度でも上記電位差が４００Ｖもの高い値となってしまうので、一般的にマイクロレンズと呼ばれるレンズ径が数百μｍ以下のレンズで数十μｍの高低差を有する曲面を形成するためには陽極酸化工程と酸化膜除去工程とからなる基本工程を多数回繰り返す必要があり、製造プロセスが複雑になるとともに、所望のレンズ形状の半導体レンズを製造するのが難しかった。 Then, although it is possible to apply the technique of the said patent document 2 to the manufacturing method of a semiconductor lens, in an anodic oxidation process, with the increase in the thickness of the formed oxide film, it is between an anode and a cathode. For example, when a GaAs substrate having a thickness of 400 μm and a resistivity of 10 8 Ωcm is used as the semiconductor substrate, the thickness of the oxide film is increased when the oxide film is formed with a constant current of 1 mA / cm 2. Since the potential difference becomes as high as 400 V even when the thickness is about 0.6 μm, in order to form a curved surface having a height difference of several tens of μm with a lens generally called a microlens having a diameter of several hundred μm or less. The basic process consisting of the anodizing process and the oxide film removing process must be repeated many times, which complicates the manufacturing process and makes it difficult to manufacture a semiconductor lens having a desired lens shape. It was.

また、上記特許文献２に記載の技術では、陽極酸化工程において利用する陽極を高抵抗の半導体基板の上記他表面に押し当てて接触させているだけなので、半導体基板と陽極との接触抵抗が大きく、半導体基板と陽極との接触がショットキ接触となってしまい、電流密度の面内分布の制御性や再現性に問題があった。   Further, in the technique described in Patent Document 2, since the anode used in the anodizing process is merely pressed against and brought into contact with the other surface of the high-resistance semiconductor substrate, the contact resistance between the semiconductor substrate and the anode is large. The contact between the semiconductor substrate and the anode becomes a Schottky contact, and there is a problem in the controllability and reproducibility of the in-plane distribution of the current density.

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、任意形状の半導体レンズを容易に形成することが可能な半導体レンズの製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above reasons, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor lens capable of easily forming a semiconductor lens having an arbitrary shape.

請求項１の発明は、半導体基板の一部を除去して半導体レンズを製造する半導体レンズの製造方法であって、所望のレンズ形状に応じてパターン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される陰極と陽極との間に通電して半導体基板の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備え、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前記陽極を複数個形成し、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ようにし、各陽極それぞれに流れる電流を制御することで前記レンズ形状に対応する多孔質部を形成することを特徴とする。   The invention of claim 1 is a method of manufacturing a semiconductor lens by removing a part of a semiconductor substrate to form a semiconductor lens, and an anode having a pattern designed according to a desired lens shape is formed on one surface side of the semiconductor substrate. An anodic oxidation step for forming a porous portion serving as a removal site on the other surface side of the semiconductor substrate by passing an electric current between the cathode and the anode disposed opposite to the other surface side of the semiconductor substrate in the electrolytic solution. A porous portion removing step for removing the porous portion, and in the anode forming step, a plurality of the anodes are formed so that the contact between the anode and the semiconductor substrate becomes ohmic contact, and in the anodizing step, A solution that etches and removes oxides of constituent elements of a semiconductor substrate is used as an electrolytic solution, and a porous portion corresponding to the lens shape is formed by controlling a current flowing through each anode. To.

この発明によれば、陽極形成工程では所望のレンズ形状に応じてパターン設計した陽極を半導体基板との接触がオーミック接触となるように複数個形成し、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ようにし、各陽極それぞれに流れる電流を制御することで前記レンズ形状に対応する多孔質部を形成するので、陽極酸化工程にて形成する多孔質部の厚みの面内分布の制御が容易になり、当該多孔質部を多孔質部除去工程にて除去することで所望のレンズ形状の半導体レンズが形成されるから、任意形状の半導体レンズを容易に形成することが可能になる。   According to the present invention, in the anode forming step, a plurality of anodes that are patterned according to the desired lens shape are formed so that the contact with the semiconductor substrate is ohmic contact, and in the anodizing step, the semiconductor substrate is used as the electrolyte. Since the porous portion corresponding to the lens shape is formed by controlling the current flowing through each anode, the porous element formed in the anodic oxidation step is used. It is easy to control the in-plane distribution of the thickness of the part, and a semiconductor lens having a desired lens shape is formed by removing the porous part in the porous part removing step. Can be formed.

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記陽極酸化工程では、前記各陽極に流す電流を前記陽極ごとに独立して制御することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, in the anodizing step, a current flowing through each of the anodes is controlled independently for each of the anodes.

この発明によれば、半導体レンズのレンズ形状の精度を高めることが可能となる。   According to the present invention, it is possible to improve the accuracy of the lens shape of the semiconductor lens.

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記レンズ形状は、少なくとも一面が凸曲面のレンズ形状であり、前記陽極形成工程では、前記複数個の陽極の大きさを異ならせ相対的に大きな陽極が相対的に小さな陽極を囲むようにし、前記陽極酸化工程では、前記複数個の陽極のうち外側の陽極ほど通電時間を長くすることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the lens shape is a lens shape having at least one convex surface, and in the anode forming step, the sizes of the plurality of anodes are made to be different. A large anode surrounds a relatively small anode, and in the anodic oxidation step, the energization time is increased in the outer anode among the plurality of anodes.

この発明によれば、少なくとも一面が凸曲面のレンズ形状の半導体レンズを製造する際の凸曲面の曲率の制御性が向上する。   According to this invention, the controllability of the curvature of the convex curved surface when manufacturing a semiconductor lens having a lens shape with at least one convex curved surface is improved.

請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記レンズ形状は、少なくとも一面が凹曲面のレンズ形状であり、前記陽極形成工程では、前記複数個の陽極の大きさを異ならせ相対的に大きな陽極が相対的に小さな陽極を囲むようにし、前記陽極酸化工程では、前記複数個の陽極のうち内側の陽極ほど通電時間を長くすることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the lens shape is a lens shape having at least one concave surface, and in the anode forming step, the sizes of the plurality of anodes are made different. A large anode surrounds a relatively small anode, and in the anodic oxidation step, the energization time is increased for the inner anode among the plurality of anodes.

この発明によれば、少なくとも一面が凹曲面のレンズ形状の半導体レンズを製造する際の凹曲面の曲率の制御性が向上する。   According to this invention, the controllability of the curvature of the concave curved surface when manufacturing a semiconductor lens having a lens shape with at least one concave curved surface is improved.

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記陽極酸化工程と前記多孔質部除去工程とからなる基本工程を繰り返すことで前記半導体基板を所望のレンズ形状に加工することを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects of the invention, the semiconductor substrate is processed into a desired lens shape by repeating a basic process comprising the anodizing step and the porous portion removing step. It is characterized by.

この発明によれば、基本工程を１回しか行わない場合に比べて、レンズ形状の制御が容易になる。   According to the present invention, the lens shape can be easily controlled as compared with the case where the basic process is performed only once.

請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５の発明において、前記半導体基板としてｐ形シリコン基板を用いることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the first to fifth aspects of the invention, a p-type silicon substrate is used as the semiconductor substrate.

この発明によれば、前記半導体基板としてｎ形シリコン基板を用いる場合に比べて陽極酸化工程にて用いる陽極酸化装置を簡略化することができ、低コスト化を図れる。   According to this invention, compared with the case where an n-type silicon substrate is used as the semiconductor substrate, the anodizing apparatus used in the anodizing process can be simplified, and the cost can be reduced.

請求項１の発明では、任意形状の半導体レンズを容易に形成することが可能になるという効果がある。   According to the first aspect of the invention, it is possible to easily form a semiconductor lens having an arbitrary shape.

（基本例）
本基本例では、後述の各実施形態１〜３にて説明する半導体レンズの製造方法の基本となる製造方法の一例として、ｐ形のシリコン基板からなる半導体基板１０（図２（ａ）参照）の一部を陽極酸化工程に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２（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２（ｅ）参照）を製造する製造方法を例示する。なお、本基本例では、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。ただし、半導体基板１０の抵抗率は、好ましくは０．１〜１０００Ωｃｍ、より好ましくは数Ωｃｍ〜数１００Ωｃｍである。 (Basic example)
In this basic example, a semiconductor substrate 10 made of a p-type silicon substrate (see FIG. 2A) is used as an example of a manufacturing method that is the basis of the manufacturing method of the semiconductor lens described in the first to third embodiments described later. The semiconductor lens 1 made of a silicon lens (FIG. 2E) is removed by removing the porous portion 14 made of porous silicon (see FIG. 2D) formed by making a part of the porous body porous in the anodizing step. The manufacturing method which manufactures reference) is illustrated. In this basic example, the resistivity of the semiconductor substrate 10 is set to 80 Ωcm, but this value is not particularly limited. However, the resistivity of the semiconductor substrate 10 is preferably 0.1 to 1000 Ωcm, more preferably several Ωcm to several hundred Ωcm.

まず、図２（ａ）に示す半導体基板１０を洗浄する洗浄工程、半導体基板１０の一表面（図２（ａ）における下面）にマークを設けるマーキング工程を行ってから、半導体基板１０の上記一表面側に陽極酸化工程で利用する陽極１２（図２（ｃ）および図３（ａ）参照）の基礎となる所定膜厚（例えば、１μｍ）の金属膜（例えば、Ａｌ膜など）からなる導電性層１１を形成する導電性層形成工程を行うことによって、図２（ｂ）に示す構造を得る。ここにおいて、導電性層形成工程では、例えばスパッタ法によって半導体基板１０の上記一表面上に導電性層１１を成膜した後、Ｎ２ガスおよびＨ２ガス雰囲気中で導電性層１１のシンタ（熱処理）を行うことにより半導体基板１０との接触がオーミック接触をなす導電性層１１を形成する。なお、導電性層１１の成膜方法はスパッタ法に限らず、例えば蒸着法などを採用してもよい。また、導電性層１１の材料もＡｌに限定するものではなく、半導体基板１０とオーミック接触が可能な材料であればよく、例えばＡｌを主成分とするＡｌ−Ｓｉなどを採用してもよい。 First, after performing the cleaning process for cleaning the semiconductor substrate 10 shown in FIG. 2A and the marking process for providing a mark on one surface of the semiconductor substrate 10 (the lower surface in FIG. 2A), the above-described one of the semiconductor substrates 10 is performed. Conductivity comprising a metal film (for example, an Al film) having a predetermined film thickness (for example, 1 μm) serving as a basis for the anode 12 (see FIGS. 2C and 3A) used in the anodizing process on the surface side. By performing the conductive layer forming step for forming the conductive layer 11, the structure shown in FIG. 2B is obtained. Here, in the conductive layer formation step, the conductive layer 11 is formed on the one surface of the semiconductor substrate 10 by, for example, sputtering, and then the sintering of the conductive layer 11 in an N 2 gas and H 2 gas atmosphere ( By performing heat treatment, the conductive layer 11 in which the contact with the semiconductor substrate 10 is in ohmic contact is formed. The method for forming the conductive layer 11 is not limited to the sputtering method, and for example, a vapor deposition method may be employed. The material of the conductive layer 11 is not limited to Al, and any material that can make ohmic contact with the semiconductor substrate 10 may be used. For example, Al—Si containing Al as a main component may be employed.

導電性層形成工程の後、導電性層１１に円形状の開孔部１３を設けるように導電性層１１をパターニングするパターニング工程を行うことによって、図２（ｃ）に示す構造を得る。ここにおいて、パターニング工程では、フォトリソグラフィ技術を利用して半導体基板１０の上記一表面側に上記開孔部１３に対応する部位が開孔されたレジスト層（図示せず）を形成した後、レジスト層をマスクとして導電性層１１の不要部分を例えばウェットエッチング技術あるいはドライエッチング技術によってエッチング除去して開孔部１３を設けることにより導電性層１１の残りの部分からなる陽極１２を形成し、その後、上記レジスト層を除去する。なお、導電性層１１がＡｌ膜であれば、導電性層１１の不要部分をウェットエッチング技術によりエッチング除去する場合には、例えば燐酸系エッチャントを用いればよく、導電性層１１の不要部分をドライエッチング技術によりエッチング除去する場合には、例えば反応性イオンエッチング装置などを用いればよい。また、本基本例では、上述の導電性層形成工程とパターニング工程とで、所望のレンズ形状に応じてパターン設計した陽極１２を半導体基板１０の上記一表面側に形成する陽極形成工程を構成している。なお、円形状の開孔部１３の半径は、半導体レンズ１のレンズ径の設計値に基づいて適宜設定すればよい。   After the conductive layer forming step, a patterning step for patterning the conductive layer 11 so as to provide a circular opening 13 in the conductive layer 11 is performed, thereby obtaining the structure shown in FIG. Here, in the patterning step, a resist layer (not shown) having a portion corresponding to the opening portion 13 is formed on the one surface side of the semiconductor substrate 10 by using a photolithography technique, and then a resist is formed. Using the layer as a mask, unnecessary portions of the conductive layer 11 are etched away by, for example, wet etching technique or dry etching technique to provide an opening 13 to form the anode 12 composed of the remaining portion of the conductive layer 11, and The resist layer is removed. If the conductive layer 11 is an Al film, when unnecessary portions of the conductive layer 11 are removed by wet etching, for example, a phosphoric acid-based etchant may be used, and the unnecessary portions of the conductive layer 11 are dried. In the case of etching removal by an etching technique, for example, a reactive ion etching apparatus or the like may be used. In this basic example, the conductive layer forming step and the patterning step described above constitute an anode forming step in which the anode 12 having a pattern designed according to the desired lens shape is formed on the one surface side of the semiconductor substrate 10. ing. The radius of the circular opening 13 may be set as appropriate based on the design value of the lens diameter of the semiconductor lens 1.

パターニング工程の後、陽極酸化用の電解液Ｂ（図４参照）中で半導体基板１０の他表面側（図２（ａ）の上面側）に対向配置される陰極２５（図４参照）と陽極１２との間に通電して半導体基板１０の上記他表面側に除去部位となる多孔質部１４を形成する陽極酸化工程（陽極酸化処理）を行うことによって、図２（ｄ）に示す構造を得る。   After the patterning step, the cathode 25 (see FIG. 4) and the anode disposed opposite to the other surface side of the semiconductor substrate 10 (upper surface side in FIG. 2A) in the electrolytic solution B for anodic oxidation (see FIG. 4). 2 (d) by conducting an anodic oxidation step (anodic oxidation treatment) for forming a porous portion 14 as a removal site on the other surface side of the semiconductor substrate 10 by energizing the semiconductor substrate 10. obtain.

ここにおいて、陽極酸化工程では、図４に示す構成の陽極酸化装置Ａを用いる。陽極酸化装置Ａは、半導体基板１０の上記一表面側に形成された陽極１２に接触させる平板状の通電用電極２１を有し陽極１２と通電用電極２１とを接触させた形で半導体基板１０を支持する円板状の支持台２２と、中心線を上下方向として支持台２２の上方に配置される円筒状の筒体２３と、筒体２３の下端部に連続一体に形成された内鍔部２３ａと半導体基板１０の周部との間に介装されるＯリングからなるシール部材２４と、筒体２３の下端部に連続一体に形成された外鍔部２３ｂと支持台２２の周部とを結合する複数の結合部材２６とを備えており、半導体基板１０の上記他表面とシール部材２４と筒体２３とで囲まれる空間に陽極酸化用の電解液Ｂが入れられる。   Here, in the anodizing step, an anodizing apparatus A having the configuration shown in FIG. 4 is used. The anodizing apparatus A has a flat plate-like energizing electrode 21 that is brought into contact with the anode 12 formed on the one surface side of the semiconductor substrate 10, and the semiconductor substrate 10 is in a form in which the anode 12 and the energizing electrode 21 are brought into contact with each other. A disk-shaped support table 22 that supports the cylindrical body, a cylindrical tube body 23 that is disposed above the support table 22 with the center line as the vertical direction, and an inner casing that is integrally formed at the lower end of the tube body 23. A seal member 24 formed of an O-ring interposed between the portion 23 a and the peripheral portion of the semiconductor substrate 10, an outer flange portion 23 b continuously formed integrally with the lower end portion of the cylindrical body 23, and a peripheral portion of the support base 22 And an electrolyte B for anodization is placed in a space surrounded by the other surface of the semiconductor substrate 10, the seal member 24, and the cylindrical body 23.

電解液Ｂとしては、半導体基板１０の構成元素であるＳｉの酸化物であるＳｉＯ２をエッチング除去する溶液、例えば、５５ｗｔ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを略１：１で混合した混合液を用いているが、フッ化水素水溶液の濃度やフッ化水素水溶液とエタノールとの混合比は特に限定するものではない。また、フッ化水素水溶液と混合する液体もエタノールに限らず、メタノール、プロパノール、イソプロパノール（ＩＰＡ）などのアルコールなど、陽極酸化反応で発生した気泡を除去できる液体であれば、特に限定するものではない。また、筒体２３は、電解液Ｂに対して耐性を有する材料、例えば、テフロン（登録商標）などのフッ素系樹脂により形成すればよい。 As the electrolytic solution B, a solution for removing SiO 2 that is an oxide of Si that is a constituent element of the semiconductor substrate 10, for example, a mixed solution in which a 55 wt% hydrogen fluoride aqueous solution and ethanol are mixed in a ratio of approximately 1: 1. However, the concentration of the aqueous hydrogen fluoride solution and the mixing ratio of the aqueous hydrogen fluoride solution and ethanol are not particularly limited. Further, the liquid mixed with the aqueous hydrogen fluoride solution is not limited to ethanol, and is not particularly limited as long as it is a liquid that can remove bubbles generated by the anodizing reaction, such as alcohol such as methanol, propanol, and isopropanol (IPA). . The cylindrical body 23 may be formed of a material having resistance to the electrolytic solution B, for example, a fluorine-based resin such as Teflon (registered trademark).

また、陽極酸化装置Ａは、半導体基板１０の上記他表面に対向配置される白金電極からなる陰極２５と、通電用電極２１を介して陽極１２と陰極２５との間に電圧を印加する電圧源３１と、電圧源３１から通電用電極２１に流れる電流を検出する電流センサ３２と、電流センサ３２の検出電流に基づいて電圧源３１の出力電圧を制御するマイクロコンピュータなどからなる制御部３３とを備えており、制御部３３が、電圧源３１から通電用電極２１へ所定電流密度（例えば、３０ｍＡ／ｃｍ２）の電流が所定時間（例えば、１２０分）だけ流れるように電圧源３１を制御するようになっている。なお、陽極酸化工程の処理条件は特に限定するものではなく、上述の所定電流密度および上記所定時間はそれぞれ適宜設定すればよい。 The anodic oxidation apparatus A is a voltage source that applies a voltage between the anode 12 and the cathode 25 through the energizing electrode 21 and the cathode 25 made of a platinum electrode disposed opposite to the other surface of the semiconductor substrate 10. 31, a current sensor 32 that detects a current flowing from the voltage source 31 to the energization electrode 21, and a control unit 33 that includes a microcomputer that controls the output voltage of the voltage source 31 based on the current detected by the current sensor 32. The control unit 33 controls the voltage source 31 so that a current having a predetermined current density (for example, 30 mA / cm 2 ) flows from the voltage source 31 to the energizing electrode 21 for a predetermined time (for example, 120 minutes). It is like that. The processing conditions for the anodizing step are not particularly limited, and the above-described predetermined current density and the above-mentioned predetermined time may be set as appropriate.

ところで、ｐ形のシリコン基板からなる半導体基板１０の一部を陽極酸化工程において多孔質化する際には、ホールをｈ＋、電子をｅ−とすると、以下の反応が起こっていると考えられる。
Ｓｉ＋２ＨＦ＋（２−ｎ）ｈ＋→ＳｉＦ２＋２Ｈ＋＋ｎｅ−
ＳｉＦ２＋２ＨＦ→ＳｉＦ４＋Ｈ２
ＳｉＦ４＋２ＨＦ→ＳｉＨ２Ｆ６
すなわち、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、本基本例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。本基本例では、半導体基板１０中を図５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５における上面側）では、陽極１２の厚み方向に沿った開孔部１３の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、ｐ形シリコン基板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の上記中心線に近くなるほど徐々に薄くなっている。 By the way, when a part of the semiconductor substrate 10 made of a p-type silicon substrate is made porous in the anodic oxidation step, it is considered that the following reaction occurs when the hole is h + and the electron is e −. .
Si + 2HF + (2-n) h + → SiF 2 + 2H + + ne −
SiF 2 + 2HF → SiF 4 + H 2
SiF 4 + 2HF → SiH 2 F 6
That is, in the anodic oxidation of the semiconductor substrate 10 made of a silicon substrate, it is known that porosity or electropolishing occurs due to the balance between the supply amount of F ions and the supply amount of holes h + , and the supply amount of F ions. When the number of holes is larger than the supply amount of holes, porosification occurs, and when the supply amount of holes h + is larger than the supply amount of F ions, electrolytic polishing occurs. Therefore, when a p-type silicon substrate is used as the semiconductor substrate 10 as in this basic example, the rate of porosity by anodic oxidation is determined by the supply amount of holes h + , and therefore flows in the semiconductor substrate 10. The speed of porous formation is determined by the current density of the current, and the thickness of the porous portion 14 is determined. In this basic example, a current flows through the semiconductor substrate 10 along the path indicated by the arrow in FIG. 5, so that the other surface side (upper surface side in FIG. 5) of the semiconductor substrate 10 is along the thickness direction of the anode 12. The in-plane distribution of the current density is such that the current density gradually increases as the distance from the center line of the opening 13 is increased, and the porous portion 14 formed on the other surface side of the p-type silicon substrate 10 is: The closer to the center line of the aperture 13 of the anode 12, the thinner it becomes.

上述の陽極酸化工程の終了後、多孔質部１４を除去する多孔質部除去工程を行う。ここにおいて、多孔質部１４を除去するエッチング液としてアルカリ系溶液（例えば、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＴＭＡＨなどの水溶液）やＨＦ系溶液を用いれば、多孔質部１４を除去する多孔質部除去工程において、Ａｌ膜やＡｌ−Ｓｉ膜により形成されている陽極１２もエッチング除去することができ、図２（ｅ）および図３（ｂ）に示す構造の半導体レンズ１を得ることができるので、その後、個々の半導体レンズ１に分離するダイシング工程を行えばよい。なお、多孔質部１４を除去する多孔質部除去工程と、陽極１２を除去する陽極除去工程とを別々に行ってもよい。   After the above-described anodic oxidation step is completed, a porous portion removing step for removing the porous portion 14 is performed. Here, if an alkaline solution (for example, an aqueous solution of KOH, NaOH, TMAH, etc.) or an HF solution is used as an etching solution for removing the porous portion 14, in the porous portion removing step for removing the porous portion 14, The anode 12 formed of the Al film or the Al—Si film can also be removed by etching, and the semiconductor lens 1 having the structure shown in FIGS. 2E and 3B can be obtained. A dicing process for separating the semiconductor lens 1 may be performed. Note that the porous portion removing step for removing the porous portion 14 and the anode removing step for removing the anode 12 may be performed separately.

以上説明した本基本例の半導体レンズ１の製造方法によれば、陽極形成工程にて形成する陽極１２と半導体基板１０との接触パターンにより陽極酸化工程において半導体基板１０に流れる電流の電流密度の面内分布が決まるので、陽極酸化工程にて形成する多孔質部１４の厚みの面内分布を制御することができて厚みが連続的に変化した多孔質部１４を形成することが可能であり、しかも、陽極形成工程では、陽極１２と半導体基板１０との接触がオーミック接触となるように陽極１２を形成し、陽極酸化工程では、電解液Ｂとして、半導体基板１０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ので、所望の厚さ分布の多孔質部１４を陽極酸化工程で容易に形成することができ、当該多孔質部１４を多孔質部除去工程にて除去することで所望のレンズ形状の半導体レンズ１が形成されるから、任意形状の半導体レンズ１を容易に形成することが可能になる。   According to the manufacturing method of the semiconductor lens 1 of the present basic example described above, the current density surface of the current flowing in the semiconductor substrate 10 in the anodic oxidation process due to the contact pattern between the anode 12 formed in the anode forming process and the semiconductor substrate 10. Since the internal distribution is determined, it is possible to control the in-plane distribution of the thickness of the porous portion 14 formed in the anodizing step, and it is possible to form the porous portion 14 having a continuously changing thickness, Moreover, in the anode forming step, the anode 12 is formed so that the contact between the anode 12 and the semiconductor substrate 10 is ohmic contact, and in the anodic oxidation step, an oxide of a constituent element of the semiconductor substrate 10 is etched as the electrolytic solution B. Since the solution to be removed is used, the porous part 14 having a desired thickness distribution can be easily formed in the anodizing process, and the porous part 14 is removed in the porous part removing process. Since the semiconductor lens 1 having a desired lens shape is formed by the, it is possible to easily form the semiconductor lens 1 of arbitrary shape.

ここにおいて、本基本例における陽極形成工程では、半導体基板１０の上記一表面側に陽極１２の基礎となる導電性層１１を形成した後、導電性層１１に円形状の開孔部１３を設けるように導電性層１１をパターニングすることで陽極１２を形成しているので、陽極酸化工程において半導体基板１０の上記他表面側では半導体基板１０に流れる電流の電流密度が、陽極１２（導電性層１１）の開孔部１３の上記中心線に近づくほど小さくなる面内分布となるから、半導体基板１０の上記他表面側では陽極１２の開孔部１３の上記中心線に近づくほど多孔質部１４の厚みが薄くなり、半導体レンズ１として平凸型の球面レンズや非球面レンズを形成することができる。なお、このようにして形成された半導体レンズ１の光軸は上述の開孔部１３の上記中心線と一致する。   Here, in the anode forming step in this basic example, after forming the conductive layer 11 serving as the basis of the anode 12 on the one surface side of the semiconductor substrate 10, the circular opening 13 is provided in the conductive layer 11. Since the anode 12 is formed by patterning the conductive layer 11 as described above, the current density of the current flowing through the semiconductor substrate 10 on the other surface side of the semiconductor substrate 10 in the anodic oxidation step is the anode 12 (conductive layer). 11), the in-plane distribution becomes smaller as it approaches the center line of the aperture 13, so that the porous portion 14 becomes closer to the center line of the aperture 13 of the anode 12 on the other surface side of the semiconductor substrate 10. Thus, a plano-convex spherical lens or aspherical lens can be formed as the semiconductor lens 1. Note that the optical axis of the semiconductor lens 1 formed in this manner coincides with the center line of the aperture 13 described above.

ところで、上述の半導体レンズ１の製造方法においては、陽極酸化工程において半導体基板１０に流れる電流の電流密度の面内分布によってレンズ形状（本基本例では、平凸型の非球面レンズにおける非球面の曲率半径やレンズ径）が決まるので、半導体基板１０の抵抗率や厚み、陽極酸化工程にて用いる電解液Ｂの電気抵抗値や、半導体基板１０と陰極２５との間の距離、陰極２５の平面形状（半導体基板１０に対向配置した状態において半導体基板１０に平行な面内での形状）、陽極１２における円形状の開孔部１３の内径などを適宜設定することにより、レンズ形状を制御することができる。ここにおいて、電解液Ｂの電気抵抗値は、例えば、フッ化水素水溶液の濃度や、フッ化水素水溶液とエタノールとの混合比などを変えることにより調整することができるので、陽極１２の形状の他に、陽極１２の形状以外の条件（例えば、電解液Ｂの電気抵抗値）を適宜設定することによって、半導体レンズ１の形状をより制御しやすくなる。   By the way, in the manufacturing method of the semiconductor lens 1 described above, the lens shape (in this basic example, the aspherical surface of the planoconvex aspherical lens is determined by the in-plane distribution of the current density of the current flowing through the semiconductor substrate 10 in the anodizing step. Since the curvature radius and lens diameter are determined, the resistivity and thickness of the semiconductor substrate 10, the electrical resistance value of the electrolyte B used in the anodizing step, the distance between the semiconductor substrate 10 and the cathode 25, the plane of the cathode 25 The lens shape is controlled by appropriately setting the shape (the shape in a plane parallel to the semiconductor substrate 10 in a state of being opposed to the semiconductor substrate 10), the inner diameter of the circular aperture 13 in the anode 12, and the like. Can do. Here, the electric resistance value of the electrolytic solution B can be adjusted by, for example, changing the concentration of the aqueous hydrogen fluoride solution or the mixing ratio of the aqueous hydrogen fluoride solution and ethanol. Further, by appropriately setting conditions other than the shape of the anode 12 (for example, the electric resistance value of the electrolytic solution B), the shape of the semiconductor lens 1 can be more easily controlled.

また、上述の陽極酸化工程では、制御部３３において電流センサ３２による検出電流の電流密度が所定電流密度となるように電圧源３１の出力電圧を制御し、通電開始から所定時間が経過すると直ちに通電を終了するようにしているが、通電終了前に電流密度を連続的ないし段階的に減少させることで半導体基板１０の多孔質化の速度および多孔度を低下させれば、多孔質部１４を除去した後の半導体レンズ１の表面をより滑らかな表面とすることが可能となる。   Further, in the above-described anodizing step, the control unit 33 controls the output voltage of the voltage source 31 so that the current density of the current detected by the current sensor 32 becomes a predetermined current density. However, if the current density is decreased continuously or stepwise before the end of energization to reduce the porosity and the porosity of the semiconductor substrate 10, the porous portion 14 is removed. It becomes possible to make the surface of the semiconductor lens 1 after that smoother.

また、上述の製造方法により製造する半導体レンズ１では、図６および図７に示すように、レンズ部１ａとレンズ部１ａを全周に亘って囲むフランジ部１ｂとを連続一体に形成することが可能となり、例えば、図６および図７に示す構成の赤外線センサのパッケージ５０への取り付けが容易になる。以下、図６および図７に示す構成の赤外線センサについて簡単に説明する。   Further, in the semiconductor lens 1 manufactured by the above-described manufacturing method, as shown in FIGS. 6 and 7, the lens portion 1a and the flange portion 1b surrounding the lens portion 1a over the entire circumference can be formed continuously and integrally. For example, the infrared sensor having the configuration shown in FIGS. 6 and 7 can be easily attached to the package 50. Hereinafter, the infrared sensor configured as shown in FIGS. 6 and 7 will be briefly described.

ここで、図６および図７に示す赤外線センサは、熱型赤外線検出素子（例えば、焦電素子、サーモパイルなど）からなる赤外線検出素子６１および赤外線検出素子６１の出力を信号処理する信号処理回路が設けられた回路ブロック６０と、回路ブロック６０を収納するキャンパッケージからなるパッケージ５０とを備えている。   Here, the infrared sensor shown in FIGS. 6 and 7 includes an infrared detection element 61 composed of a thermal infrared detection element (for example, pyroelectric element, thermopile, etc.) and a signal processing circuit that performs signal processing on the output of the infrared detection element 61. The provided circuit block 60 and a package 50 made of a can package for storing the circuit block 60 are provided.

パッケージ５０は、回路ブロック６０が絶縁材料からなるスペーサ７１を介して実装される円板状のステム５１と、回路ブロック６０を覆うようにステム５１に固着される金属製のキャップ５２とを備え、回路ブロック６０の適宜部位と電気的に接続される複数本（ここでは、３本）の端子ピン５５がステム５１を貫通する形で設けられている。また、キャップ５２は、後面が開放された有底円筒状の形状に形成されており、後面がステム５１により閉塞されている。また、キャップ５２において赤外線検出素子６１の前方に位置する前壁には、矩形状（本実施形態では、正方形状）の透光窓５３が形成されており、赤外線検出素子６１の受光面へ赤外線を集光する光学部材として、上述の半導体レンズ１が透光窓５３を覆うようにキャップ５２の内側から配設されている。   The package 50 includes a disk-shaped stem 51 on which the circuit block 60 is mounted via a spacer 71 made of an insulating material, and a metal cap 52 fixed to the stem 51 so as to cover the circuit block 60. A plurality (three in this case) of terminal pins 55 that are electrically connected to appropriate portions of the circuit block 60 are provided so as to penetrate the stem 51. The cap 52 is formed in a bottomed cylindrical shape with the rear surface open, and the rear surface is closed by the stem 51. In addition, a rectangular (in this embodiment, a square shape) translucent window 53 is formed on the front wall of the cap 52 positioned in front of the infrared detection element 61, and infrared rays are transmitted to the light receiving surface of the infrared detection element 61. As an optical member for condensing light, the above-described semiconductor lens 1 is disposed from the inside of the cap 52 so as to cover the transparent window 53.

ステム５１は、上述の各端子ピン５５それぞれが挿通される複数の端子用孔５１ｂが厚み方向に貫設されており、各端子ピン５５が端子用孔５１ｂに挿通された形で封止部５４により封着されている。   In the stem 51, a plurality of terminal holes 51b through which the terminal pins 55 are inserted are penetrated in the thickness direction, and the sealing portions 54 are formed so that the terminal pins 55 are inserted into the terminal holes 51b. It is sealed by.

上述のキャップ５２およびステム５１は鋼板により形成されており、ステム５１の周部に形成されたフランジ部５１ｃに対して、キャップ５２の後端縁から外方に延設された外鍔部５２ｃを溶接により封着してある。   The cap 52 and the stem 51 described above are formed of a steel plate, and an outer flange portion 52c extending outward from the rear edge of the cap 52 with respect to the flange portion 51c formed on the peripheral portion of the stem 51 is provided. Sealed by welding.

回路ブロック６０は、上述の信号処理回路の構成要素であるＩＣ６３および電子部品６４が互いに異なる面に実装されたプリント配線板（例えば、コンポジット銅張積層板など）からなる第１の回路基板６２と、第１の回路基板６２における電子部品６４の実装面側に積層された樹脂層６５と、ガラスエポキシなどからなる絶縁性基材の表面に金属材料（例えば、銅など）からなる金属層（以下、シールド層と称す）が形成され樹脂層６５に積層されたシールド板６６と、赤外線検出素子６１が実装されるとともにシールド板６６に積層されたプリント配線板（例えば、コンポジット銅張積層板）からなる第２の回路基板６７とで構成されている。   The circuit block 60 includes a first circuit board 62 made of a printed wiring board (for example, a composite copper-clad laminate) on which ICs 63 and electronic components 64 that are components of the signal processing circuit are mounted on different surfaces. A resin layer 65 laminated on the mounting surface side of the electronic component 64 in the first circuit board 62, and a metal layer (hereinafter, copper or the like) made of a metal material (for example, copper) on the surface of an insulating base made of glass epoxy or the like. A shield layer 66 formed on the resin layer 65 and a printed wiring board (for example, a composite copper-clad laminate) on which the infrared detection element 61 is mounted and laminated on the shield plate 66. And a second circuit board 67.

ここにおいて、第２の回路基板６７には、赤外線検出素子６１のセンシングエレメントと第２の回路基板６７とを熱絶縁するための熱絶縁用孔６７ａが厚み方向に貫設されている。なお、回路ブロック６０は、第１の回路基板６２、樹脂層６５、シールド板６６、第２の回路基板６７それぞれに、上述の端子ピン５５が挿通されるスルーホール６２ｂ，６５ｂ，６６ｂ，６７ｂが厚み方向に貫設されており、赤外線検出素子６１と信号処理回路とが端子ピン５５とを介して電気的に接続されている。なお、上述の赤外線センサの３本の端子ピン５５は、１本が給電用の端子ピン５５（５５ａ）、他の１本が信号出力用の端子ピン５５（５５ｂ）、残りの１本がグランド用の端子ピン５５（５５ｃ）であり、シールド板６６におけるシールド層はグランド用の端子ピン５５ｃと電気的に接続されている。ここで、端子ピン５５ａ，５５ｂを封着する封止部５４，５４（５４ａ，５４ｂ）は、絶縁性を有する封着用のガラスにより形成されており、端子ピン５５ｃを封着する封止部５４（５４ｃ）は、金属材料により形成されている。要するに、端子ピン５５ａ，５５ｂはステム５１と電気的に絶縁されているのに対し、グランド用の端子ピン５５ｃはステム５１と同電位となっている。   Here, in the second circuit board 67, a thermal insulation hole 67a for thermally insulating the sensing element of the infrared detection element 61 and the second circuit board 67 is provided in the thickness direction. The circuit block 60 has through holes 62b, 65b, 66b, 67b through which the terminal pins 55 are inserted into the first circuit board 62, the resin layer 65, the shield plate 66, and the second circuit board 67, respectively. The infrared detection element 61 and the signal processing circuit are electrically connected via the terminal pin 55 so as to penetrate in the thickness direction. Of the three terminal pins 55 of the above-described infrared sensor, one is a power supply terminal pin 55 (55a), the other is a signal output terminal pin 55 (55b), and the other is a ground. Terminal pin 55 (55c), and the shield layer of the shield plate 66 is electrically connected to the ground terminal pin 55c. Here, the sealing portions 54 and 54 (54a and 54b) for sealing the terminal pins 55a and 55b are formed of insulating sealing glass, and the sealing portion 54 for sealing the terminal pins 55c. (54c) is formed of a metal material. In short, the terminal pins 55 a and 55 b are electrically insulated from the stem 51, whereas the ground terminal pin 55 c has the same potential as the stem 51.

また、半導体レンズ１は、レンズ部１ａが、平凸型の非球面レンズの形状に形成されており、レンズ部１ａ以外の部位であるベース部１ｂの外周形状が矩形状に形成されている。また、半導体レンズ１は、透光窓５３の内側に位置するレンズ部１ａ以外の部位であるベース部１ｂを通して赤外線検出素子６１の受光面へ入射しようとする赤外線を阻止する赤外線阻止部１ｄが設けられている。ここで、赤外線阻止部１ｄは、金属材料（例えば、Ａｌ，Ａｌ−Ｓｉなど）からなる赤外線反射膜により構成してあるが、当該赤外線反射膜の材料は、ＡｌやＡｌ−Ｓｉなどに限らず、薄膜形成時に光沢があり凹凸を小さくできる材料であればよく、特に、赤外線の反射率が０．９よりも高いＡｕ、Ａｇ、Ａｌなどの金属材料や、これらの金属材料を主成分とする材料を採用することが好ましい。また、赤外線阻止部１ｄを構成する赤外線反射膜としては、誘電体膜や、誘電体多層膜を採用してもよい。なお、赤外線阻止部１ｄは、赤外線を反射する赤外線反射膜に限らず、赤外線を散乱させる機能を有する膜により構成してもよい。また、上述の陽極１２を赤外線阻止部１ｄとして残すようにしてもよい。   In the semiconductor lens 1, the lens portion 1a is formed in the shape of a plano-convex aspheric lens, and the outer peripheral shape of the base portion 1b, which is a portion other than the lens portion 1a, is formed in a rectangular shape. In addition, the semiconductor lens 1 is provided with an infrared blocking unit 1 d that blocks infrared rays that are to enter the light receiving surface of the infrared detecting element 61 through the base unit 1 b that is a part other than the lens unit 1 a located inside the light transmitting window 53. It has been. Here, the infrared blocking portion 1d is configured by an infrared reflective film made of a metal material (for example, Al, Al-Si, etc.), but the material of the infrared reflective film is not limited to Al, Al-Si, or the like. Any material can be used as long as it is glossy and capable of reducing unevenness when forming a thin film, and in particular, a metal material such as Au, Ag, Al or the like having an infrared reflectance higher than 0.9, or a metal material thereof. It is preferable to adopt a material. In addition, as the infrared reflecting film constituting the infrared blocking unit 1d, a dielectric film or a dielectric multilayer film may be employed. The infrared blocking unit 1d is not limited to the infrared reflecting film that reflects infrared rays, but may be configured by a film having a function of scattering infrared rays. Moreover, you may make it leave the above-mentioned anode 12 as the infrared rays prevention part 1d.

上述の半導体レンズ１を用いた赤外線センサでは、キャップ５２の透光窓５３内にレンズ部１ａを配置した状態でフランジ部１ｂをキャップ５２の前壁の後面における透光窓５３の周部と固着することができるので、シリコン基板やゲルマニウム基板を研磨することにより形成された従来の赤外線用のレンズに比べて、パッケージ５０へ容易に取り付けることが可能となる。   In the infrared sensor using the semiconductor lens 1 described above, the flange portion 1 b is fixed to the peripheral portion of the light transmitting window 53 on the rear surface of the front wall of the cap 52 with the lens portion 1 a disposed in the light transmitting window 53 of the cap 52. Therefore, it can be easily attached to the package 50 as compared with a conventional infrared lens formed by polishing a silicon substrate or a germanium substrate.

また、上述の半導体レンズ１を用いた赤外線センサでは、レンズ部１ａ以外の部位であるベース部１ｂを通して赤外線検出素子６１へ入射しようとする赤外線を赤外線阻止部１ｄにより阻止することが可能となり、レンズ部１ａの形状などにより決まる検知エリア以外からの不要な赤外線の赤外線検出素子６１への入射を防止することができ、赤外線検出素子６１の感度を高めることが可能となる。また、上述の赤外線センサでは、半導体レンズ１とキャップ５２とを接合する接合材料として導電性材料（例えば、半田など）を用い、半導体レンズ１とキャップ５２と電気的に接続することで電磁シールドを行うことができ、赤外線検出素子６１への電磁ノイズの影響を防止できる。   Further, in the infrared sensor using the semiconductor lens 1 described above, it is possible to block the infrared rays that are about to enter the infrared detecting element 61 through the base portion 1b, which is a portion other than the lens portion 1a, by the infrared blocking portion 1d. It is possible to prevent unnecessary infrared rays from entering the infrared detection element 61 from outside the detection area determined by the shape of the portion 1a and the like, and to increase the sensitivity of the infrared detection element 61. In the above infrared sensor, a conductive material (for example, solder) is used as a bonding material for bonding the semiconductor lens 1 and the cap 52, and an electromagnetic shield is provided by electrically connecting the semiconductor lens 1 and the cap 52. This can be performed, and the influence of electromagnetic noise on the infrared detection element 61 can be prevented.

ところで、上述の赤外線センサでは、キャップ５２の透光窓５３を矩形状に開口してあるが、キャップ５２の透光窓５３を円形状に開口しておき、半導体レンズ１をレンズ部１ａのみにより構成して透光窓５３へ落とし込んでキャップ５２と半導体レンズ１とを接着することも考えられる。しかしながら、このような構成を採用する場合には、透光窓５３へ半導体レンズ１を落とし込む際に半導体レンズ１の光軸に直交する平面がキャップ５２の前壁に対して傾いてしまい、半導体レンズ１と赤外線検出素子６１との平行度が出なくなり、半導体レンズ１の集光点が赤外線検出素子６１からずれてしまう可能性がある。   By the way, in the above-mentioned infrared sensor, the transparent window 53 of the cap 52 is opened in a rectangular shape. However, the transparent window 53 of the cap 52 is opened in a circular shape, and the semiconductor lens 1 is formed only by the lens portion 1a. It is also conceivable that the cap 52 and the semiconductor lens 1 are bonded to each other by dropping into the transparent window 53. However, when such a configuration is adopted, when the semiconductor lens 1 is dropped into the transparent window 53, the plane perpendicular to the optical axis of the semiconductor lens 1 is inclined with respect to the front wall of the cap 52, and the semiconductor lens 1 and the infrared detection element 61 are not parallel to each other, and the condensing point of the semiconductor lens 1 may be displaced from the infrared detection element 61.

これに対して、図６および図７に示した構成の赤外線センサでは、上述のようにキャップ５２において半導体レンズ１のベース部１ｂを落とし込む透光窓５３の開口形状を、各辺がベース部１ｂの各辺よりも短く且つレンズ部１ａのレンズ径よりも大きな正方形状としてあり、半導体レンズ１のベース部１ｂの周部において他の部位よりも薄肉に形成された鍔部１ｃをキャップ５２の前壁の後面に当接させた形でベース部１ｂの周部を上記接合材料からなる接合部５８を介してキャップ５２に固着してある。したがって、半導体レンズ１と赤外線検出素子６１との平行度を高めることができ、半導体レンズ１の集光点が赤外線検出素子６１からずれるのを防止することができる。   On the other hand, in the infrared sensor having the configuration shown in FIGS. 6 and 7, as described above, the opening shape of the translucent window 53 into which the base portion 1b of the semiconductor lens 1 is dropped in the cap 52 has a base portion 1b on each side. The flange portion 1c is shorter than each side of the lens portion 1a and larger than the lens diameter of the lens portion 1a, and is formed thinner in the periphery of the base portion 1b of the semiconductor lens 1 than other portions. The peripheral portion of the base portion 1b is fixed to the cap 52 through a joint portion 58 made of the above-mentioned joining material in a form in contact with the rear surface of the wall. Therefore, the parallelism between the semiconductor lens 1 and the infrared detection element 61 can be increased, and the condensing point of the semiconductor lens 1 can be prevented from deviating from the infrared detection element 61.

ところで、上記特許文献２に記載された技術のように陽極酸化工程において除去部位である酸化膜を形成する技術を利用した場合、数十μｍの高低差を有する曲面を形成するためには陽極酸化工程と酸化膜除去工程とを数十回繰り返す必要があり、所望のレンズ形状を得ることが難しい。これに対して、本基本例の半導体レンズ１の製造方法では、数百μｍの高低差を有する曲面を１回の陽極酸化工程と１回の多孔質部除去工程とで形成することができるので、一般的にマイクロレンズと呼ばれるレンズ径が数百μｍ以下のレンズに限らず、レンズ径が数ｍｍ程度のレンズでも１回の陽極酸化工程と１回の多孔質部除去工程とを形成することができる。   By the way, when a technique for forming an oxide film as a removal site in the anodizing process as in the technique described in Patent Document 2 is used, anodization is used to form a curved surface having a height difference of several tens of μm. It is necessary to repeat the process and the oxide film removing process several tens of times, and it is difficult to obtain a desired lens shape. On the other hand, in the manufacturing method of the semiconductor lens 1 of this basic example, a curved surface having a height difference of several hundred μm can be formed by one anodic oxidation process and one porous part removing process. In addition to a lens having a lens diameter of several hundred μm or less, which is generally called a microlens, a single anodizing step and a single porous portion removing step are formed even for a lens having a lens diameter of about several millimeters. Can do.

なお、上述の製造方法では、陽極形成工程において円形状の開孔部１３が設けられた陽極１２を形成しているが、開孔部１３の形状を円形状ではなくて長方形状の形状とすれば、半導体レンズ１として、シリンドリカルレンズを形成することも可能である。また、陽極１２を円形状の平面形状とすれば、半導体レンズ１として、平凹型の非球面レンズを形成することも可能である。   In the manufacturing method described above, the anode 12 provided with the circular opening 13 is formed in the anode forming step. However, the shape of the opening 13 is not a circular shape but a rectangular shape. For example, a cylindrical lens can be formed as the semiconductor lens 1. If the anode 12 has a circular planar shape, a plano-concave aspherical lens can be formed as the semiconductor lens 1.

（実施形態１）
本実施形態の半導体レンズの製造方法は基本例と略同じであって、所望のレンズ形状に応じてパターン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において、図１（ａ）に示すようにｐ形のシリコン基板からなる半導体基板１０の一表面側（図１（ｂ）における下面側）に、シリコンレンズからなる半導体レンズ１の形成予定領域ごとに複数個（図示例では、３個であるが、個数は特に限定するものではない）の陽極１２ａ，１２ｂ，１２ｃを形成している点が相違する。ここで、図１（ａ）は陽極形成工程後の下面図を示しており、陽極１２ａ，１２ｂ，１２ｃと半導体基板１０の上記一表面の露出部位とを識別しやすいように陽極１２ａ，１２ｂ，１２ｃにハッチングを施してある。また、本実施形態の半導体レンズの製造方法は、陽極酸化工程において、図１（ｂ）に示すように電圧源３１から各陽極１２ａ，１２ｂ，１２ｃそれぞれに流れる電流を制御することで上記レンズ形状に対応する多孔質部１４を形成するようにしている点で基本例と相違している。なお、他の工程は基本例と同じなので説明を省略する。 (Embodiment 1)
The manufacturing method of the semiconductor lens of the present embodiment is substantially the same as the basic example. In the anode forming step of forming an anode with a pattern designed according to a desired lens shape on one surface side of the semiconductor substrate, FIG. As shown in FIG. 1, a plurality (for example, in the illustrated example) of the semiconductor lens 1 made of a silicon lens are formed on one surface side (the lower surface side in FIG. 1B) of the semiconductor substrate 10 made of a p-type silicon substrate. The number of anodes 12a, 12b, and 12c is three, but the number is not particularly limited. Here, FIG. 1A shows a bottom view after the anode forming step, and the anodes 12a, 12b, 12c, 12a, 12b, 12c, and the exposed portion of the one surface of the semiconductor substrate 10 can be easily distinguished. 12c is hatched. In addition, in the method of manufacturing a semiconductor lens according to the present embodiment, in the anodizing step, the current flowing from the voltage source 31 to each of the anodes 12a, 12b, and 12c is controlled as shown in FIG. This is different from the basic example in that the porous portion 14 corresponding to is formed. The other steps are the same as in the basic example, so the description is omitted.

ここにおいて、本実施形態では、上記レンズ形状を一面が凸曲面のレンズ形状としており、陽極形成工程では、複数個の陽極１２ａ，１２ｂ，１２ｃを大きさの異なる環状の形状としてそれぞれの中心が一致して並ぶようにパターン設計してある。ここで、本実施形態では、複数個の陽極１２ａ，１２ｂ，１２ｃのうち一番外側に配置される陽極１２ａの外周形状を矩形状とするとともに内周形状を円形状とし、残りの陽極１２ｂ，１２ｃの平面形状を互いに内径の異なる円環状の形状としてある。なお、各陽極１２ａ，１２ｂ，１２ｃの平面形状は所望のレンズ形状に応じて適宜設定すればよい。すなわち、陽極形成工程では、複数個の陽極の大きさが異なり相対的に大きな陽極が相対的に小さな陽極を囲むように複数個の陽極を形成するようにすればよく、陽極の形状を必ずしも環状とする必要もないし、必ずしも各陽極の中心が一致して並ぶにようにする必要もない。   Here, in the present embodiment, the lens shape is a lens shape having a convex curved surface. In the anode forming step, the plurality of anodes 12a, 12b, and 12c are formed in annular shapes having different sizes, and each center has a single center. The pattern is designed to line up. Here, in this embodiment, the outer peripheral shape of the anode 12a arranged on the outermost side among the plurality of anodes 12a, 12b, 12c is a rectangular shape, the inner peripheral shape is a circular shape, and the remaining anodes 12b, The planar shape of 12c is an annular shape having different inner diameters. In addition, what is necessary is just to set the planar shape of each anode 12a, 12b, 12c suitably according to a desired lens shape. That is, in the anode forming step, the plurality of anodes may be formed such that the sizes of the plurality of anodes are different and a relatively large anode surrounds a relatively small anode. It is not always necessary that the centers of the anodes are aligned with each other.

また、陽極酸化工程は、半導体基板１０の上記他表面側に陰極２５を対向配置する点は基本例と同じであるが、複数個の陽極１２ａ，１２ｂ，１２ｃに対して１個の電圧源３１を共通接続して陽極酸化を行うことで多孔質部１４を形成するようにしている点が相違する。ここにおいて、複数個の陽極１２ａ，１２ｂ，１２ｃのポテンシャルは同じとなるが、各陽極１２ａ，１２ｂ，１２ｃは形状が異なるので、各電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃそれぞれに流れる電流は異なる。   The anodic oxidation step is the same as the basic example in that the cathode 25 is disposed opposite to the other surface side of the semiconductor substrate 10, but one voltage source 31 is provided for a plurality of anodes 12a, 12b, and 12c. The difference is that the porous portion 14 is formed by anodizing with the common connection. Here, although the potentials of the plurality of anodes 12a, 12b, and 12c are the same, the currents flowing through the electrodes 12a, 12b, and 12c are different because the anodes 12a, 12b, and 12c have different shapes.

しかして、本実施形態の製造方法では、陽極形成工程において、所望のレンズ形状に応じてそれぞれパターン設計した複数個の陽極１２ａ，１２ｂ，１２ｃを形成し、陽極酸化工程において、各陽極１２ａ，１２ｂ，１２ｃそれぞれに流れる電流を制御することで所望のレンズ形状に対応する多孔質部１４を形成するので、複数個の電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃのパターン（半導体基板１０との接触パターン）に依存して半導体基板１０中を流れる電流の電流密度の面内分布が決まることとなるから、陽極酸化工程にて形成する多孔質部１４の厚みの面内分布の制御が容易になり、当該多孔質部１４を多孔質部除去工程にて除去することで所望のレンズ形状の半導体レンズが形成されるから、任意形状の半導体レンズを容易に形成することが可能になる。   Thus, in the manufacturing method of the present embodiment, a plurality of anodes 12a, 12b, and 12c each having a pattern designed according to a desired lens shape are formed in the anode forming step, and each of the anodes 12a and 12b is formed in the anodizing step. , 12c is controlled to form the porous portion 14 corresponding to the desired lens shape, and therefore depends on the pattern of the plurality of electrodes 12a, 12b, 12c (contact pattern with the semiconductor substrate 10). Since the in-plane distribution of the current density of the current flowing through the semiconductor substrate 10 is determined, the in-plane distribution of the thickness of the porous portion 14 formed in the anodic oxidation process can be easily controlled. Since the semiconductor lens having a desired lens shape is formed by removing 14 in the porous portion removing step, it is possible to easily form a semiconductor lens having an arbitrary shape. It becomes ability.

ところで、上述の基本例にて説明した製造方法では、陽極酸化工程において、半導体レンズ１の形成領域の中心部に流れる電流の電流密度よりも半導体レンズ１の形成領域の周部に流れる電流の電流密度の方が大きくなるので、結果的に平凸型の半導体レンズ１を形成することができるが、１個の陽極１２のパターンに依存して半導体基板１０中を流れる電流の電流密度の面内分布が決まるので、レンズ形状のより一層の高精度化が難しく、凸曲面の曲率の制御も難しい。   By the way, in the manufacturing method described in the above basic example, in the anodic oxidation process, the current of the current flowing in the peripheral portion of the formation region of the semiconductor lens 1 is larger than the current density of the current flowing in the central portion of the formation region of the semiconductor lens 1. Since the density becomes larger, the plano-convex semiconductor lens 1 can be formed as a result. However, the current density of the current flowing in the semiconductor substrate 10 depends on the pattern of one anode 12. Since the distribution is determined, it is difficult to further increase the accuracy of the lens shape, and it is also difficult to control the curvature of the convex curved surface.

これに対して、本実施形態の製造方法では、上述の各陽極１２ａ，１２ｂ，１２ｃそれぞれに流れる電流を制御することで所望のレンズ形状に対応する多孔質部１４を形成するので、基本例に比べて、レンズ形状のより一層の高精度化が可能になるとともに、凸曲面の曲率の制御が容易になる。   On the other hand, in the manufacturing method of the present embodiment, the porous portion 14 corresponding to the desired lens shape is formed by controlling the current flowing through each of the above-described anodes 12a, 12b, 12c. In comparison, the lens shape can be further improved in accuracy and the curvature of the convex curved surface can be easily controlled.

（実施形態２）
本実施形態の半導体レンズの製造方法は実施形態１と略同じであって、実施形態１では複数個の陽極１２ａ，１２ｂ，１２ｃに対して１個の電圧源３１を共通接続して陽極酸化を行うのに対して、図８に示すように、各陽極１２ａ，１２ｂ，１２ｃごとに各別の電圧源３１ａ，３１ｂ，３１ｃを接続し、各陽極１２ａ，１２ｂ，１２ｃに流す電流を陽極１２ａ，１２ｂ，１２ｃごとに独立して制御することで上記レンズ形状に対応する多孔質部１４を形成するようにしている点が相違する。ここにおいて、各電圧源３１ａ，３１ｂ，３１ｃと各陽極１２ａ，１２ｂ，１２ｃとの間には、基本例にて説明した電流センサ３２（図４参照）がそれぞれ設けられており、基本例にて説明した制御部３３（図４参照）により各電圧源３１ａ，３１ｂ，３１ｃを制御するようにしている。なお、他の工程は基本例と同じなので説明を省略する。 (Embodiment 2)
The manufacturing method of the semiconductor lens of this embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. In the first embodiment, one voltage source 31 is commonly connected to a plurality of anodes 12a, 12b, 12c to perform anodization. On the other hand, as shown in FIG. 8, each of the anodes 12a, 12b, and 12c is connected to a separate voltage source 31a, 31b, and 31c, and the current flowing through each of the anodes 12a, 12b, and 12c The difference is that the porous portion 14 corresponding to the lens shape is formed by controlling each of 12b and 12c independently. Here, the current sensors 32 (see FIG. 4) described in the basic example are provided between the voltage sources 31a, 31b, 31c and the anodes 12a, 12b, 12c, respectively. Each of the voltage sources 31a, 31b, and 31c is controlled by the control unit 33 (see FIG. 4) described. The other steps are the same as in the basic example, so the description is omitted.

しかして、本実施形態の半導体レンズの製造方法では、陽極酸化工程において、各陽極１２ａ，１２ｂ，１２ｃに流す電流を陽極１２ａ，１２ｂ，１２ｃごとに独立して制御するので、実施形態１に比べて、半導体レンズのレンズ形状の精度を高めることが可能となる。   Thus, in the semiconductor lens manufacturing method of the present embodiment, in the anodic oxidation process, the current flowing through each of the anodes 12a, 12b, and 12c is controlled independently for each of the anodes 12a, 12b, and 12c. Thus, the accuracy of the lens shape of the semiconductor lens can be increased.

（実施形態３）
本実施形態の半導体レンズの製造方法は実施形態２と略同じであって、図９に示すように、各電圧源３１ａ，３１ｂ，３１ｃと各陽極１２ａ，１２ｂ，１２ｃとの間に、スイッチＳＷａ，ＳＷｂ，ＳＷｃを挿入してあり、基本例にて説明した制御部３３において電圧源３１ａ，３１ｂ，３１ｃの制御だけでなくスイッチＳＷａ，ＳＷｂ，ＳＷｃのオンオフ制御を行うようにしている点が相違する。なお、他の工程は実施形態２および基本例と同じなので説明を省略する。 (Embodiment 3)
The manufacturing method of the semiconductor lens of this embodiment is substantially the same as that of the second embodiment. As shown in FIG. 9, the switch SWa is provided between each voltage source 31a, 31b, 31c and each anode 12a, 12b, 12c. , SWb, SWc are inserted, and the control unit 33 described in the basic example performs not only control of the voltage sources 31a, 31b, 31c but also on / off control of the switches SWa, SWb, SWc. To do. Since other steps are the same as those in the second embodiment and the basic example, the description thereof is omitted.

本実施形態における陽極酸化工程では、複数個の陽極１２ａ，１２ｂ，１２ｃのうち外側の陽極ほど通電時間を長くしている。具体的には、陽極酸化工程において、制御部３３は、図１０に示すように、通電開始時には全てのスイッチＳＷａ，ＳＷｂ，ＳＷｃをオンとして複数個の陽極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ全てに電流が流れるようにし、第１の所定時間の経過後に一番内側の陽極１２ｃに接続されたスイッチＳＷｃをオフすることで一番内側の陽極１２ｃよりも外側の陽極１２ａ，１２ｂのみに電流が流れるようにし、その後、第２の所定時間の経過後に内側から２番目の陽極１２ｂに接続されたスイッチＳＷｂをオフすることで内側から２番目の陽極１２ｂよりも外側の陽極１２ａのみに電流が流れるようにし、その後、第３の所定時間の経過後にスイッチＳＷａをオフすることで陽極酸化を終了するようにしている。つまり、制御部３３により、時間経過に伴って複数個の陽極１２ａ，１２ｂ，１２ｃの組への通電パターンを切り換えており、陽極１２ａ，１２ｂ，１２ｃそれぞれの通電時間を制御している。なお、第１〜第３の所定時間は、所望のレンズ形状および複数個の陽極１２ａ，１２ｂ，１２ｃの形状などに基づいて適宜設定すればよい。   In the anodizing step in the present embodiment, the energization time is lengthened toward the outer anode of the plurality of anodes 12a, 12b, 12c. Specifically, in the anodic oxidation process, as shown in FIG. 10, the control unit 33 turns on all the switches SWa, SWb, SWc and starts current flow through all of the plurality of anodes 12a, 12b, 12c as shown in FIG. And by turning off the switch SWc connected to the innermost anode 12c after the elapse of the first predetermined time, the current flows only to the outer anodes 12a and 12b than the innermost anode 12c. Thereafter, after the second predetermined time has elapsed, the switch SWb connected to the second anode 12b from the inside is turned off so that the current flows only to the anode 12a outside the second anode 12b from the inside. The anodic oxidation is terminated by turning off the switch SWa after the third predetermined time has elapsed. That is, the control unit 33 switches the energization pattern to the set of the plurality of anodes 12a, 12b, and 12c as time elapses, and controls the energization time of each of the anodes 12a, 12b, and 12c. The first to third predetermined times may be set as appropriate based on the desired lens shape and the shapes of the plurality of anodes 12a, 12b, 12c.

ここにおいて、陽極酸化工程では、時間経過とともに多孔質化が進み多孔質部１４の厚みの面内分布が図１１（ａ）の状態から図１１（ｂ）の状態へ変化し、さらに図１１（ｃ）の状態へ変化する。ここで、図１１（ａ）には上記第１の所定時間が経過した時の多孔質部１４を示してあり、図１１（ｂ）には上記第２の所定時間が経過した時の多孔質部１４を示してあり、図１１（ｃ）には上記第３の所定時間が経過した時の多孔質部１４を示してある。すなわち、本実施形態における陽極酸化工程では、図１１（ａ）〜（ｃ）から分かるように時間経過とともに複数個の陽極１２ａ，１２ｂ，１２ｃの中心付近に電流が流れにくくなって多孔質化が進行しにくくなるので、半導体レンズの形成予定領域の中央部における多孔質部１４の厚みを薄くすることができるとともに、凸曲面の曲率を変化させることが可能となる。また、所望のレンズ形状によっては、例えば図１２に示すように、スイッチＳＷａをまずオンし、その後、スイッチＳＷａがオンの状態でスイッチＳＷｂをオンし、更にその後、スイッチＳＷａ，ＳＷｂがオンの状態でスイッチＳＷｃをオンしてから、スイッチＳＷａ，ＳＷｂ，ＳＷｃをオフするようにしてもよい。   Here, in the anodic oxidation step, the porous structure progresses with time, and the in-plane distribution of the thickness of the porous portion 14 changes from the state shown in FIG. 11A to the state shown in FIG. It changes to the state of c). Here, FIG. 11A shows the porous portion 14 when the first predetermined time has elapsed, and FIG. 11B shows the porous portion 14 when the second predetermined time has elapsed. The part 14 is shown, and FIG. 11C shows the porous part 14 when the third predetermined time has elapsed. That is, in the anodic oxidation process in the present embodiment, as can be seen from FIGS. 11A to 11C, the current becomes difficult to flow around the centers of the plurality of anodes 12a, 12b, and 12c with time, and the porous structure is formed. Since it does not progress easily, the thickness of the porous portion 14 in the central portion of the region where the semiconductor lens is to be formed can be reduced, and the curvature of the convex curved surface can be changed. Further, depending on the desired lens shape, for example, as shown in FIG. 12, the switch SWa is first turned on, and then the switch SWb is turned on while the switch SWa is on, and then the switches SWa and SWb are turned on. After the switch SWc is turned on, the switches SWa, SWb, and SWc may be turned off.

しかして、本実施形態の製造方法によれば、半導体レンズを製造する際の凸曲面の曲率の制御性が向上する。なお、本実施形態では、一面に凸曲面を有するレンズ形状を形成するために、陽極形成工程において、外側の陽極ほど通電時間を長くしているが、所望のレンズ形状が、少なくとも一面が凹曲面のレンズ形状である場合には、複数個の陽極のうち、内側の陽極ほど通電時間を長くすればよく、少なくとも一面が凹曲面のレンズ形状の半導体レンズを製造する際の凹曲面の曲率の制御性が向上する。   Therefore, according to the manufacturing method of the present embodiment, the controllability of the curvature of the convex curved surface when manufacturing the semiconductor lens is improved. In the present embodiment, in order to form a lens shape having a convex curved surface on one side, the energization time is increased for the outer anode in the anode forming step, but the desired lens shape has at least one concave curved surface. Of the plurality of anodes, it is sufficient to increase the energization time for the inner anode, and control of the curvature of the concave curved surface when manufacturing a semiconductor lens having a concave curved surface on at least one surface. Improves.

（実施形態４）
本実施形態の半導体レンズの製造方法は実施形態１と略同じであって、陽極形成工程において半導体基板１０の一表面側に２個の陽極１２ａ，１２ｂを形成している点、陽極酸化工程と多孔質部除去工程とからなる基本工程を２回繰り返すようにしている点、１回目の基本工程と２回目の基本工程とで陽極１２ａ，１２ｂの組への通電パターンを異ならせている点などが相違する。なお、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。 (Embodiment 4)
The manufacturing method of the semiconductor lens of this embodiment is substantially the same as that of Embodiment 1, and the two anodes 12a and 12b are formed on one surface side of the semiconductor substrate 10 in the anode forming process, The basic process consisting of the porous part removing process is repeated twice, and the energization pattern to the set of anodes 12a and 12b is different between the first basic process and the second basic process. Is different. Note that description of steps similar to those of the first embodiment is omitted as appropriate.

すなわち、本実施形態の半導体レンズの製造方法では、半導体基板１０の上記一表面側に陽極１２ａ，１２ｂを形成する陽極形成工程を行った後、１回目の基本工程における陽極酸化工程を行うことで多孔質部１４を形成することにより、図１３（ａ）に示す構造を得る。その後、１回目の基本工程における多孔質部除去工程を行うことで多孔質部１４をエッチング除去することにより、図１３（ｂ）に示す構造を得る。なお、１回目の基本工程における陽極酸化工程では、各陽極１２ａ，１２ｂに電流が流れるように電圧源３１（図１（ｂ）参照）から電流Ｉを流すようにしている。   That is, in the method of manufacturing a semiconductor lens according to the present embodiment, the anode forming step for forming the anodes 12a and 12b on the one surface side of the semiconductor substrate 10 is performed, and then the anodic oxidation step in the first basic step is performed. By forming the porous portion 14, the structure shown in FIG. 13A is obtained. Then, the porous part removal process in the first basic process is performed to remove the porous part 14 by etching, thereby obtaining the structure shown in FIG. In the first anodic oxidation process in the basic process, the current I is supplied from the voltage source 31 (see FIG. 1B) so that the current flows through the anodes 12a and 12b.

続いて、２回目の基本工程における陽極酸化工程を行うことで多孔質部１４を形成することにより、図１３（ｃ）に示す構造を得る。その後、２回目の基本工程における多孔質部除去工程を行うことで多孔質部１４をエッチング除去することにより、図１３（ｄ）に示す構造の半導体レンズ１を得る。なお、２回目の基本工程における陽極酸化工程では、外側の陽極１２ａのみに電流が流れるように電圧源３１（図１（ｂ）参照）から電流Ｉを流すようにしている。なお、本実施形態では、陽極１２ａ，１２ｂを基本例にて説明した赤外線阻止部１ｄ（図６（ｂ）参照）として残すようにしているが、陽極１２ａ，１２ｂを除去してもよいし、陽極１２ａ，１２ｂを除去した後で赤外線阻止部１ｄを形成するようにしてもよい。   Then, the structure shown in FIG.13 (c) is obtained by forming the porous part 14 by performing the anodic oxidation process in the 2nd basic process. Thereafter, the porous portion 14 is etched away by performing the porous portion removing step in the second basic step, thereby obtaining the semiconductor lens 1 having the structure shown in FIG. In the second anodic oxidation step, the current I is supplied from the voltage source 31 (see FIG. 1B) so that the current flows only through the outer anode 12a. In this embodiment, the anodes 12a and 12b are left as the infrared blocking portion 1d described in the basic example (see FIG. 6B), but the anodes 12a and 12b may be removed. The infrared blocking portion 1d may be formed after removing the anodes 12a and 12b.

本実施形態では、陽極酸化工程と多孔質部除去工程とからなる基本工程を繰り返すことで半導体基板１０を所望のレンズ形状に加工するので、基本工程を１回しか行わない場合に比べて、レンズ形状の制御が容易になり、半導体レンズ１の曲率半径や焦点距離などの制御が容易になる。なお、基本工程を繰り返す回数は２回に限定するものではないが、レンズ形状の再現性や製造コストなどの観点からは少ない回数の方が望ましい。また、他の実施形態において基本工程を複数回繰り返すようにしてもよい。   In this embodiment, the semiconductor substrate 10 is processed into a desired lens shape by repeating the basic process including the anodizing process and the porous part removing process, so that the lens is compared with the case where the basic process is performed only once. The shape can be easily controlled, and the curvature radius and focal length of the semiconductor lens 1 can be easily controlled. Note that the number of times the basic process is repeated is not limited to two, but a smaller number is desirable from the viewpoint of reproducibility of the lens shape and manufacturing cost. In other embodiments, the basic process may be repeated a plurality of times.

ところで、上記各実施形態では、半導体基板１０としてｐ形のシリコン基板を採用しているが、半導体基板１０の材料はＳｉに限らず、Ｇｅ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰなどの陽極酸化処理による多孔質化が可能な他の材料でもよく、導電形もｐ形に限らず、ｎ形でもよい。ただし、半導体基板１０の導電形をｐ形とした場合には、陽極酸化工程にて半導体基板１０に光を照射することなく多孔質部を形成することができるので、半導体基板１０の導電形をｎ形とした場合に比べて陽極酸化工程にて用いる陽極酸化装置を簡略化することができ、低コスト化を図れる。   By the way, in each said embodiment, although the p-type silicon substrate is employ | adopted as the semiconductor substrate 10, the material of the semiconductor substrate 10 is not restricted to Si, By anodic oxidation process, such as Ge, SiC, GaAs, GaP, InP Other materials that can be made porous may be used, and the conductivity type is not limited to p-type, but may be n-type. However, when the conductivity type of the semiconductor substrate 10 is p-type, the porous portion can be formed without irradiating the semiconductor substrate 10 with light in the anodic oxidation process. Compared with the n-type, the anodizing apparatus used in the anodizing step can be simplified, and the cost can be reduced.

陽極酸化工程において用いる電解液Ｂであって半導体基板１０の構成元素の酸化物を除去する電解液としては、例えば、下記表１のような電解液を用いればよい。   For example, an electrolytic solution as shown in Table 1 below may be used as the electrolytic solution B used in the anodizing step to remove oxides of constituent elements of the semiconductor substrate 10.

Figure 2007086770
Figure 2007086770

また、上記各実施形態では、半導体レンズ１として、平凸型のレンズを製造する方法について説明したが、陽極１２ａ，１２ｂ，１２ｃのパターンや数を適宜設定することにより、シリンドリカルレンズや平凹型のレンズを製造することも可能である。ここにおいて、少なくとも一面が凹曲面のレンズ形状を形成する場合には、陽極形成工程では、複数個の陽極のうち内側の陽極ほど通電時間を長くするようにすればよい。また、多孔質部１４を除去した後で、半導体基板１０の上記他表面側に多孔質部（第１の多孔質部）１４を形成するまでの工程を採用して半導体基板１０の上記一表面側に所望のレンズ形状に応じた厚み分布を有する第２の多孔質部を形成してから除去するようにすれば、両凸レンズ、両凹レンズ、凹凸レンズなどを形成することができる。   In each of the above embodiments, a method of manufacturing a plano-convex lens as the semiconductor lens 1 has been described. However, by appropriately setting the pattern and number of the anodes 12a, 12b, and 12c, a cylindrical lens or a plano-concave lens can be used. It is also possible to manufacture lenses. Here, in the case of forming a lens shape having at least one concave curved surface, in the anode forming step, the energization time may be increased for the inner anode among the plurality of anodes. Further, the one surface of the semiconductor substrate 10 is adopted by adopting a process from the removal of the porous portion 14 to the formation of the porous portion (first porous portion) 14 on the other surface side of the semiconductor substrate 10. If the second porous portion having a thickness distribution corresponding to the desired lens shape is formed on the side and then removed, a biconvex lens, a biconcave lens, an uneven lens, or the like can be formed.

また、上記各実施形態では、半導体レンズとして、平凸レンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、凹凸レンズ、シリンドリカルレンズなどの単レンズについて説明したが、本発明の技術思想によれば、単レンズに限らず、隣り合う単レンズが互いに重なりあった所謂マルチレンズや、上述の単レンズをアレー状に設けた所謂アレーレンズや上述の複数種類の単レンズを複合させたレンズも形成することが可能となる。   In each of the above embodiments, as a semiconductor lens, a single lens such as a plano-convex lens, a biconvex lens, a biconcave lens, a concavo-convex lens, and a cylindrical lens has been described, but according to the technical idea of the present invention, It is also possible to form a so-called multi-lens in which adjacent single lenses overlap each other, a so-called array lens in which the above-described single lenses are arranged in an array, or a lens in which a plurality of types of single lenses are combined.

実施形態１における半導体レンズの製造方法の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of the semiconductor lens manufacturing method according to the first embodiment. 基本例における半導体レンズの製造方法を説明するための主要工程断面図である。It is principal process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor lens in a basic example. 同上の製造方法で用いる陽極酸化装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the anodizing apparatus used with the manufacturing method same as the above. 同上の製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of a manufacturing method same as the above. 同上の製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of a manufacturing method same as the above. 同上における半導体レンズを備えた赤外線センサを示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略断面図である。The infrared sensor provided with the semiconductor lens in the same as above is shown, (a) is a schematic plan view, and (b) is a schematic sectional view. 同上の赤外線センサの概略分解斜視図である。It is a schematic exploded perspective view of an infrared sensor same as the above. 実施形態２における半導体レンズの製造方法の説明図である。6 is an explanatory diagram of a method for manufacturing a semiconductor lens in Embodiment 2. FIG. 実施形態３における半導体レンズの製造方法の説明図である。10 is an explanatory diagram of a method for manufacturing a semiconductor lens in Embodiment 3. FIG. 同上における陽極酸化工程の説明図である。It is explanatory drawing of the anodizing process in the same as the above. 同上における陽極酸化工程の説明図である。It is explanatory drawing of the anodizing process in the same as the above. 同上における陽極酸化工程の説明図である。It is explanatory drawing of the anodizing process in the same as the above. 実施形態４における半導体レンズの製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of the semiconductor lens in Embodiment 4. 従来のマイクロレンズ用金型の製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of the conventional metal mold | die for microlenses.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 半導体基板
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 陽極
１４ 多孔質部
２５ 陰極
３１ 電圧源 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Semiconductor substrate 12a, 12b, 12c Anode 14 Porous part 25 Cathode 31 Voltage source

Claims (6)

半導体基板の一部を除去して半導体レンズを製造する半導体レンズの製造方法であって、所望のレンズ形状に応じてパターン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される陰極と陽極との間に通電して半導体基板の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備え、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前記陽極を複数個形成し、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ようにし、各陽極それぞれに流れる電流を制御することで前記レンズ形状に対応する多孔質部を形成することを特徴とする半導体レンズの製造方法。   A semiconductor lens manufacturing method for manufacturing a semiconductor lens by removing a part of a semiconductor substrate, an anode forming step for forming an anode with a pattern design according to a desired lens shape on one surface side of the semiconductor substrate, and electrolysis An anodic oxidation step of forming a porous portion to be a removal site on the other surface side of the semiconductor substrate by energizing between the cathode and the anode opposed to the other surface side of the semiconductor substrate in the liquid; A plurality of anodes are formed such that contact between the anode and the semiconductor substrate is ohmic contact in the anode forming step, and in the anodic oxidation step, an electrolyte is used as an electrolyte. A semiconductor lens characterized in that a porous portion corresponding to the lens shape is formed by using a solution for removing oxides of constituent elements by etching and controlling the current flowing through each anode. Manufacturing method. 前記陽極酸化工程では、前記各陽極に流す電流を前記陽極ごとに独立して制御することを特徴とする請求項１記載の半導体レンズの製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor lens according to claim 1, wherein in the anodizing step, a current flowing through each anode is controlled independently for each anode. 前記レンズ形状は、少なくとも一面が凸曲面のレンズ形状であり、前記陽極形成工程では、前記複数個の陽極の大きさを異ならせ相対的に大きな陽極が相対的に小さな陽極を囲むようにし、前記陽極酸化工程では、前記複数個の陽極のうち外側の陽極ほど通電時間を長くすることを特徴とする請求項１記載の半導体レンズの製造方法。   The lens shape is a lens shape having at least one convex curved surface, and in the anode forming step, the sizes of the plurality of anodes are varied so that a relatively large anode surrounds a relatively small anode, 2. The method of manufacturing a semiconductor lens according to claim 1, wherein in the anodizing step, the energization time is increased for the outer anode among the plurality of anodes. 前記レンズ形状は、少なくとも一面が凹曲面のレンズ形状であり、前記陽極形成工程では、前記複数個の陽極の大きさを異ならせ相対的に大きな陽極が相対的に小さな陽極を囲むようにし、前記陽極酸化工程では、前記複数個の陽極のうち内側の陽極ほど通電時間を長くすることを特徴とする請求項１記載の半導体レンズの製造方法。   The lens shape is a lens shape in which at least one surface is a concave curved surface, and in the anode forming step, the size of the plurality of anodes is varied so that a relatively large anode surrounds a relatively small anode, 2. The method of manufacturing a semiconductor lens according to claim 1, wherein in the anodizing step, the energization time is increased for an inner anode of the plurality of anodes. 前記陽極酸化工程と前記多孔質部除去工程とからなる基本工程を繰り返すことで前記半導体基板を所望のレンズ形状に加工することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の半導体レンズの製造方法。   5. The semiconductor substrate according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is processed into a desired lens shape by repeating a basic process including the anodizing process and the porous part removing process. Of manufacturing a semiconductor lens. 前記半導体基板としてｐ形のシリコン基板を用いることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の半導体レンズの製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor lens according to claim 1, wherein a p-type silicon substrate is used as the semiconductor substrate.
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