[發明專利]制造半導體光學透鏡的方法和由其制造的半導體光學透鏡

無效

• 申請號: 200680031177.1
• 申請日: 2006-08-24
• 公開（公告）號: CN101248373A
• 公開（公告）日: 2008-08-20
• 發明（設計）人: 本多由明;西川尚之;上津智宏
• 申請（專利權）人: 松下電工株式會社
• 主分類號: G02B1/02
• 分類號: G02B1/02;G02B3/00;H01L21/3063;B29D11/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司
• 代理人: 蔡勝有;劉繼富

技術領域

本發明涉及由半導體基板體制造光學透鏡的方法以及由該方法制造的半導體光學透鏡。

背景技術

日本專利公報No.2000-263556公開了一種制造用于微光學透鏡的模制物的方法。該模制物通過如下步驟制造：制備半導體基板，在該基板的頂表面上提供介電掩模，在掩模中形成一個或更多個開口，將基板放入電解質溶液中，和使頂表面中沒有被掩模覆蓋的部分陽極化以將該部分轉變為多孔區。之后，移除該多孔區以在基板的頂表面中留下圓凸面。將可紫外固化的樹脂放置在該凸面中并在其中固化以獲得凸透鏡。雖然現有技術公開了多孔區的形成，但是該方法依賴于具有開口的掩模，使得多孔區從各個開口的中心各向同性地擴展。因此，所得的圓凸面限于基本具有均勻的曲率半徑。由于這種局限性，該方法不能適于制造具有非均勻曲率半徑或復雜表面外形的光學透鏡。

此外，發現由于多孔區留下相對不規則的與半導體基板的界面，因此通過移除多孔區而暴露的圓凸面因細微突起而受損。這種不規則性會降低透鏡的透射率，在制造良好透射率的透鏡時希望消除這些不規則性。

發明內容

考慮到上述問題，已完成本發明以提供一種制造具有各種表面外形和良好透射率的光學透鏡的改進方法。

根據本發明的方法利用具有彼此相反的平坦頂表面和平坦底表面的半導體基板，并且包括在該底表面上形成陽極以及將半導體基板放入電解質溶液中的步驟。在這些步驟之后，在所述溶液中的所述陽極和陰極之間流過電流以將基板的頂表面轉變為在不同部分具有不同深度，在頂表面中留下所產生的多孔層，并從基板中移除所述多孔層以在頂表面上留下彎曲表面。該方法的特征在于包括使保留在所述彎曲表面上的細微突起平滑的平滑處理步驟。因此，透鏡被拋光成具有平滑的彎曲表面以改善透射率。另外，由于可以配置陽極以產生隨基板的各部分而變化的預定電場強度分布，因此容易在所得的彎曲表面獲得連續變化的曲率半徑。此外，由于陽極化是從完全暴露于電解質溶液的基板頂表面(即沒有被限制陽極化的材料所覆蓋或掩蔽)進行的，以及主要通過由在基板底表面上的陽極圖案所賦予的電場強度分布來控制所述彎曲表面的表面外形，因此容易開發具有精確受控的輪廓或外形的多孔層并因而使所得的透鏡具有相應精確的表面外形。因此，可以最佳地利用該方法來制造光學透鏡，特別是具有精確受控的表面外形和良好透射率的非球面透鏡。

該方法可取決于在移除多孔層之后將半導體基板浸入適當的蝕刻溶液的蝕刻技術。結果，可以優先蝕刻掉細微突起以賦予透鏡平滑的彎曲表面。

或者，該方法可以利用熱氧化以在彎曲表面的頂部形成氧化層。而且在這種情況下，氧化優先在細微突起中進行以選擇性氧化所述細微突起，使得氧化層延伸到所述細微突起，但是氧化不進行深入到半導體基板中。因此，蝕刻掉所述氧化層可以暴露出所述彎曲表面上的平滑表面，以產生具有平滑表面的透鏡。

此外，同樣可以利用等離子體蝕刻或激光燒蝕方法，在這些方法的任意一種中，可以優先移除所述細微突起從而為透鏡提供平滑拋光。

上述平滑處理可以確保產生具有200nm以下的均方根(RMS)表面粗糙度的彎曲表面，這能夠使由于表面不規則性所導致的透射率降低減少至10％以下，并因此滿足透鏡的良好透射率。

而且，本發明提供通過使在半導體基板和多孔層之間界面處形成的突起最小化而促進上述平滑過程的良好溶液。為此，在形成多孔層時，使基板頂表面的陽極化參數隨時間而變化，以使與基板的界面處的多孔層的孔隙度低于其它部分處的多孔層的孔隙度。結果，可以進行控制以逐漸形成具有較大孔隙度的多孔層，直到多孔層到達與基板的期望的界面處，并且在該界面處具有較小的孔隙度，由此能夠有效地形成并移除多孔層，但使突起或表面不規則性隨較小的孔隙度而最小化。

所述參數可以是流過陽極和陰極的電流的電流密度，并且控制所述電流密度以在多孔層逐漸形成至影響表面平滑度的厚度的最后階段中降低。

作為替代方案或者與電流密度的控制相結合，可以控制電解質溶液以在形成多孔層的最后階段中增大電解質溶液的濃度。

根據以下結合附圖的詳細說明，本發明的這些和其它有利的特征將變得更加顯而易見。

附圖說明

圖1是根據本發明的一個優選實施方案制造的平凸透鏡的透視圖；

圖2是上述透鏡的截面圖；

圖3A是示出使用上述透鏡的裝置的截面圖；

圖3B是上述裝置的頂視圖；

圖4是上述裝置的分解透視圖；

圖5是用于實施本發明方法的陽極化設備的截面圖；

圖6A～6E是示出形成透鏡的步驟的截面圖；