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JP3049323B2 - Manufacturing method of micro lens for infrared focusing - Google Patents

Manufacturing method of micro lens for infrared focusing

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JP3049323B2
JP3049323B2 JP2061276A JP6127690A JP3049323B2 JP 3049323 B2 JP3049323 B2 JP 3049323B2 JP 2061276 A JP2061276 A JP 2061276A JP 6127690 A JP6127690 A JP 6127690A JP 3049323 B2 JP3049323 B2 JP 3049323B2
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lens
substrate
etching
film
infrared
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Terumo Corp
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  • Radiation Pyrometers (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は赤外線集束用微小レンズの製造方法および微
小レンズ付き赤外線センサに関し、例えば人体に対し非
接触状態で体温を測定しうる非接触型体温計に用いて好
適な微小レンズ付き赤外線センサおよびこのセンサに用
いられる赤外線集束用微小レンズの製造方法に関する。
Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method of manufacturing a microlens for infrared focusing and an infrared sensor with a microlens, for example, a non-contact thermometer capable of measuring body temperature in a non-contact state with a human body. The present invention relates to a microlens-equipped infrared sensor suitable for use in the present invention and a method of manufacturing an infrared focusing microlens used in this sensor.

[従来の技術] 例えば病院などで使用される体温計は、患者の体温の
迅速かつ正確な測定が可能で、しかも安価なものが望ま
しい。
[Related Art] For example, a thermometer used in a hospital or the like is preferably capable of quickly and accurately measuring a patient's body temperature and inexpensive.

しかしながら、現在使用されている体温計は、電子体
温計であっても、直示計(センサが被測定物質と同温度
になるのを待ってから測定する)では測温に5分以上を
要し、また実測温度と経過時間から熱平衡時における温
度を測定するいわゆる予測式体温計ですら約1分を必要
としている。このような検温時間は、乳幼児や重症患者
にとって長過ぎる時間である。
However, even if the thermometer currently used is an electronic thermometer, a direct reading meter (which waits for the sensor to reach the same temperature as the substance to be measured and then measures) takes more than 5 minutes to measure the temperature. Even a so-called predictive thermometer that measures the temperature at the time of thermal equilibrium from the measured temperature and the elapsed time requires about one minute. Such a temperature measurement time is too long for infants and critically ill patients.

一方、現状では、体温の検温部位として、一般に腋の
下や舌下が選ばれているが、このような部位はからだ全
体の正確な体温を表示しているとは言えず、より正確な
検温結果を得るためには、脳の温度により近い温度につ
いて検温することが必要であり、そのような検温部位と
しては、風の影響や外気からの影響を受けにくい耳道内
の部位、特に脳の温度に近い視床部位の温度を反映する
鼓膜近傍の部位が最適であることが判明している。
On the other hand, at present, the armpit or sublingual area is generally selected as the body temperature measurement part, but such a part does not indicate the exact body temperature of the whole body, and a more accurate temperature measurement result is obtained. In order to obtain it, it is necessary to measure the temperature at a temperature closer to the temperature of the brain, and such a temperature measuring part is a part in the auditory canal that is not easily affected by wind or the outside air, particularly close to the temperature of the brain It has been found that a site near the eardrum that reflects the temperature of the thalamus site is optimal.

そこで鼓膜から放射される赤外線の放射量を正確に検
出しうるきわめて小型の赤外線センサを用いて、体温を
きわめて短時間(例えば3秒以内)にかつ高精度(例え
ば1/100℃)をもって測定することが可能ないわゆる鼓
膜体温計の開発が要望されてきた。
Therefore, using a very small infrared sensor that can accurately detect the amount of infrared radiation emitted from the eardrum, the body temperature is measured in a very short time (for example, within 3 seconds) and with high accuracy (for example, 1/100 ° C). There has been a demand for the development of a so-called tympanic thermometer capable of doing so.

ところで、非接触型体温計は人体のように外気温度と
ほとんど差のない物体から放射される微量の赤外線を検
出する必要があり、いかに高感度かつ高精度の体温計で
あっても、僅かでも大気に触れると、風や熱対流の影響
を受けて正確な温度測定が不可能になる。
By the way, non-contact type thermometers need to detect a small amount of infrared radiation emitted from an object such as the human body that has almost no difference from the outside air temperature. If touched, accurate temperature measurement becomes impossible due to the effects of wind and thermal convection.

このような外乱の影響を少なくするためには、赤外線
センサ素子をパッケージに入れて保護する必要があり、
またこのパッケージは、被測温体から放射された赤外線
を効率良く赤外線センサ素子へ導くために、赤外線を集
束するための微小なレンズを備えていることが望まし
い。
In order to reduce the influence of such disturbance, it is necessary to protect the infrared sensor element by putting it in a package.
Further, it is desirable that this package is provided with a minute lens for focusing infrared rays in order to efficiently guide infrared rays emitted from the temperature measuring object to the infrared sensor element.

従来、赤外線集束用の微小なレンズを得るには、シリ
コンのような赤外線を透過しうる無機材料を、1個ずつ
加工し、かつこれを研磨して作製していた。
Conventionally, in order to obtain a minute lens for focusing an infrared ray, an inorganic material that can transmit infrared rays, such as silicon, has been processed one by one and polished.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、このような従来のレンズ作製方法で
は、たとえ自動化しても、レンズの加工と研磨に相当の
時間と労力を必要とするためレンズが高価格になり、し
かもレンズの微小化にも限度があるため、赤外線センサ
の小型化が困難であり、前述のような耳の中で測定する
鼓膜体温計には適さないものであった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in such a conventional method for manufacturing a lens, even if it is automated, a considerable time and effort is required for processing and polishing the lens, so that the lens becomes expensive, In addition, since there is a limit to the miniaturization of the lens, it is difficult to reduce the size of the infrared sensor, which is not suitable for the eardrum thermometer for measuring in the ear as described above.

また、レンズによって集束された赤外線と、赤外線セ
ンサ素子の受光部分との位置合せは、センサ素子および
レンズが微小になるほど困難であり、この位置合せが厳
密に行なわれないと、赤外線センサの特性にばらつきを
生じて歩留りが低下する。
In addition, it is difficult to align the infrared light focused by the lens with the light receiving portion of the infrared sensor element as the sensor element and the lens become minute, and if this alignment is not strictly performed, the characteristics of the infrared sensor may be deteriorated. Variations occur and yield decreases.

本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、き
わめて微小な赤外線集束用レンズを、何等の研磨工程を
必要とすることなしに、同時に大量に製造しうる方法お
よび、レンズと赤外線素子とが正確に位置合せされた特
性の均一な微小レンズ付き赤外線センサを提供すること
を目的とする。
The present invention has been made in view of such a problem, a method for manufacturing a very minute infrared focusing lens without a need for any polishing step, a method capable of simultaneously producing a large amount, and a lens and an infrared element It is an object of the present invention to provide an infrared sensor with microlenses having uniform characteristics and accurately aligned.

[課題を解決するための手段] 上述の目的を達成するために、本発明による赤外線集
束用微小レンズの製造方法では、半導体製造に用いられ
る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、レンズを作製することを特徴としている。このレ
ンズの製造に際しては、まずシリコンまたはゲルマニウ
ムなどの赤外線を透過しうる材料よりなるレンズ基板を
用意し、このレンズ基板上にエッチングマスクをフォト
リソグラフィ技術を用いて作製する。マスクパターンは
凸レンズの場合は円形であり、フレネルレンズの場合は
同心円となる。凸レンズを作製する場合、そのエッチン
グマスクを、レンズ基板のエッチングに用いられるエッ
チング液に対して可溶性を有する下地膜と、この下地膜
上に被着されたフォトレジスト膜との二重膜構造として
形成する。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above-mentioned object, in the method for manufacturing a microlens for infrared focusing according to the present invention, a lens is manufactured by using a photolithography technique and an etching technique used in semiconductor manufacturing. It is characterized by doing. In manufacturing the lens, first, a lens substrate made of a material that can transmit infrared rays, such as silicon or germanium, is prepared, and an etching mask is formed on the lens substrate by using a photolithography technique. The mask pattern is circular for a convex lens and concentric for a Fresnel lens. When producing a convex lens, the etching mask is formed as a double film structure of a base film soluble in an etching solution used for etching a lens substrate and a photoresist film deposited on the base film. I do.

この場合、レンズ基板のエッチング断面をレンズ形状
にするために、エッチングマスクの下地膜がレンズ基板
のエッチングに伴ってレンズ基板と同時にエッチングさ
れて行くようにし、かつ下地膜のエッチング速度V2がレ
ンズ基板のエッチング速度V1に対してV2>V1の関係を有
するようにする。レンズ基板がシリコンよりなる場合、
エッチングマスクの下地膜の材料としては、窒化シリコ
ン(SiNX)が好適であり、そのエッチング速度V2を、そ
の形成方法および成膜条件等によってコントロールす
る。
In this case, in order to make the etched cross section of the lens substrate into a lens shape, the base film of the etching mask is etched simultaneously with the lens substrate along with the etching of the lens substrate, and the etching speed V 2 of the base film is set to the lens. to have a relationship of V 2> V 1 with respect to the etching rate V 1 of the substrate. When the lens substrate is made of silicon,
Silicon nitride (SiN x ) is suitable as a material for the base film of the etching mask, and the etching rate V 2 is controlled by the formation method and film formation conditions.

また、エッチングによってレンズ基板に凸レンズを形
成するためには、下地膜の膜厚を薄くすることによっ
て、フォトレジスト膜下部へのエッチング液の回り込み
をエッチングパターンの中心に向うほど抑制して、レン
ズ基板の見掛け上のエッチング速度をレンズの中心に向
うにつれて遅くなるようにする。このような条件の下に
レンズ基板をエッチングすることによって、所望とする
レンズをレンズ基板上に形成することができる。
In addition, in order to form a convex lens on the lens substrate by etching, the thickness of the underlying film is reduced, so that the flow of the etchant under the photoresist film is suppressed toward the center of the etching pattern. Is made to decrease as the apparent etching rate becomes closer to the center of the lens. By etching the lens substrate under such conditions, a desired lens can be formed on the lens substrate.

もし、このような配慮がなされず、単にレンズ基板の
エッチング速度よりも速いエッチング速度を有する下地
膜を用いただけでは、レンズ基板のエッチングが直線状
に進行して、所望とする凸レンズ状の断面形状を得るこ
とはできない。
If such considerations are not made and only the base film having an etching rate higher than the etching rate of the lens substrate is used, the etching of the lens substrate proceeds linearly, and the desired convex lens-shaped cross-sectional shape is obtained. Can not get.

このようにして形成された微小レンズを備えたレンズ
基板は、同様にフォトリソグラフィ技術およびエッチン
グ技術を用いて作製された微小な赤外線センサ素子を上
面に備えたシリコン等よりなるレンズ基板上に接合され
る。その場合、レンズ基板側の接合面には、センサ基板
上に設けられた赤外線センサ素子を気密的に収容するた
めの凹部を設けるのがよい。レンズ基板とセンサ基板と
は、アライメント装置を用いて位置合せされた後、例え
ば陽極接合法等を用いて接合される。
The lens substrate provided with the microlenses formed in this way is bonded to a lens substrate made of silicon or the like having a microinfrared sensor element similarly formed using photolithography technology and etching technology on the upper surface. You. In this case, it is preferable to provide a concave portion for hermetically receiving the infrared sensor element provided on the sensor substrate on the joint surface on the lens substrate side. After the lens substrate and the sensor substrate are aligned using an alignment device, they are bonded using, for example, an anodic bonding method.

[作 用] 本発明による赤外線集束用微小レンズの製造方法によ
れば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を
用いてレンズ基板にレンズ部を形成するものであるか
ら、一枚のレンズ基板上に多量の微小なレンズ部を同時
に作製することができ、微小レンズを安価に得ることが
できる。
[Operation] According to the method of manufacturing a microlens for infrared focusing according to the present invention, since a lens portion is formed on a lens substrate using a photolithography technique and an etching technique, a large number of lenses are formed on one lens substrate. A minute lens portion can be manufactured at the same time, and a minute lens can be obtained at low cost.

また赤外線集束用レンズを赤外線センサ基板に取付け
る場合、レンズとセンサとの位置合せは、センサおよび
レンズが微小になるほど困難なため、従来は均一な特性
を有する微小レンズ付き赤外線センサが得られにくい悩
みがあったが、本発明の方法によって、一枚のレンズ基
板上に多数の微小レンズを作製するようにした場合、同
様にフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用
いて、レンズ基板上のレンズ部に対応した位置に作製し
た多数の赤外線センサ素子を備えたセンサ基板に対し、
アライメント装置によって正確な位置合せが可能になる
から、両基板を接合した後、この接合体を所定寸法に切
断すれば、多量に特性の均一な赤外線センサチップを同
時に得ることができる。
In addition, when mounting an infrared focusing lens on an infrared sensor substrate, it is difficult to align the lens and the sensor as the sensor and the lens become smaller, so that it is difficult to obtain an infrared sensor with a minute lens having uniform characteristics in the past. However, when a large number of microlenses are produced on a single lens substrate by the method of the present invention, the lens portion on the lens substrate is similarly adapted using photolithography technology and etching technology. For the sensor substrate with many infrared sensor elements manufactured at the
Since accurate alignment can be performed by the alignment device, if the bonded body is cut into a predetermined size after bonding both substrates, an infrared sensor chip having a large amount of uniform characteristics can be obtained at the same time.

さらにレンズ基板とセンサ基板との位置合せおよび接
合作業を真空中で行なうことにより、受光部が真空中に
収容された赤外線センサを得ることができるから、赤外
線センサの感度の向上と、測温精度の向上とを図ること
ができる。
Furthermore, by performing the alignment and bonding work between the lens substrate and the sensor substrate in a vacuum, an infrared sensor whose light receiving portion is accommodated in a vacuum can be obtained, thereby improving the sensitivity of the infrared sensor and improving the temperature measurement accuracy. Can be improved.

[実 施 例] 以下、図面を参照して本発明の実施例について詳細に
説明する。
[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図および第2図は、本発明の製造方法によって多
数の微小レンズを形成されたレンズ基板の一部分を示す
平面図および縦断面図である。凸レンズ形状の断面を有
するレンズ部20を上面側に備えたレンズ基板1の平坦な
裏面1bには、この裏面1bに接合される後述するセンサ基
板11の赤外線センサ素子10を収容するための凹部21が形
成されている。
FIG. 1 and FIG. 2 are a plan view and a longitudinal sectional view showing a part of a lens substrate on which a large number of microlenses are formed by the manufacturing method of the present invention. On the flat back surface 1b of the lens substrate 1 provided with a lens portion 20 having a convex lens-shaped cross section on the upper surface side, a concave portion 21 for accommodating an infrared sensor element 10 of a sensor substrate 11, which will be described later, joined to the back surface 1b. Are formed.

レンズ部20は、例えばその直径Dが1.44mm、高さHが
0.6mm程度のきわめて微小なものであるから、レンズ部2
0の作製に際しては、近似的に薄肉レンズの計算法を用
いている。
The lens portion 20 has, for example, a diameter D of 1.44 mm and a height H of
Since it is extremely small, about 0.6 mm, the lens section 2
In manufacturing 0, a calculation method of a thin lens is approximately used.

一般に、片面が球面であるレンズの焦点距離fは、球
面の曲率半径をr、レンズの屈折率をnとするとき、f
=r/(n−1)であらわされる。レンズ材料がシリコン
の場合、n=3.4であるから、焦点距離f=0.3mmとする
ためには、曲率半径r=0.72mmのレンズとする必要があ
る。このレンズ部20で集束される赤外線の焦点位置は、
曲率半径rとともに凹部21の深さにより変えることがで
きる。曲率半径r=0.72mmのレンズの場合には、凹部21
の深さを約0.1mmとすることで、レンズ上面からの距離
約0.6mmの位置に焦点を結ばせることができる。
In general, the focal length f of a lens having a spherical surface on one side is represented by f when the radius of curvature of the spherical surface is r and the refractive index of the lens is n.
= R / (n-1). When the lens material is silicon, since n = 3.4, it is necessary to use a lens having a radius of curvature r = 0.72 mm in order to set the focal length f = 0.3 mm. The focal position of the infrared light focused by the lens unit 20 is
It can be changed by the depth of the recess 21 together with the radius of curvature r. In the case of a lens having a radius of curvature r = 0.72 mm, the concave portion 21
By making the depth of about 0.1 mm, it is possible to focus on a position at a distance of about 0.6 mm from the lens upper surface.

第3図(A)〜(L)は、本発明による微小凸レンズ
付き赤外線センサの製造工程を示し、まず、第3図
(A)に示すような、平滑かつ平坦な表面1aおよび裏面
1bを備えたシリコンウエーハよりなるレンズ基板1を用
意する。
3 (A) to 3 (L) show a manufacturing process of an infrared sensor with a micro convex lens according to the present invention. First, as shown in FIG. 3 (A), a smooth and flat front surface 1a and a back surface are shown.
A lens substrate 1 made of a silicon wafer having 1b is prepared.

次に第3図(B)に示すように、レンズ基板1の表面
1a上に表面保護膜2を塗布形成するとともに、裏面1bに
はフォトレジスト膜3を塗布形成し、このフォトレジス
ト膜3に対して、赤外線センサ素子を収容するための前
記凹部21のパターンを、通常のフォトリソグラフィ技術
を用いて形成する。
Next, as shown in FIG. 3 (B), the surface of the lens substrate 1
A surface protective film 2 is applied and formed on 1a, and a photoresist film 3 is applied and formed on the back surface 1b. The pattern of the concave portion 21 for accommodating the infrared sensor element is formed on the photoresist film 3. It is formed using a normal photolithography technique.

次にフォトレジスト膜3をマスクとして、レンズ基板
1の裏面1bに対するエッチングを行なって、第3図
(C)に示すように、裏面1bに凹部21を形成した後、第
3図(D)に示すように、表面保護膜2およびフォトレ
ジスト膜3を面1a、1bからそれぞれ除去する。続いてプ
ラズマCVD法を用い、第3図(E)に示すように、レン
ズ基板1の表面1a上に下地膜としての窒化シリコン膜5
を0.2μmの厚さに形成する。
Next, using the photoresist film 3 as a mask, the back surface 1b of the lens substrate 1 is etched to form a concave portion 21 on the back surface 1b as shown in FIG. 3 (C). As shown, the surface protection film 2 and the photoresist film 3 are removed from the surfaces 1a and 1b, respectively. Subsequently, as shown in FIG. 3 (E), a silicon nitride film 5 as a base film is formed on the surface 1a of the lens substrate 1 by using a plasma CVD method.
Is formed to a thickness of 0.2 μm.

レンズ基板1を下地膜5とともにエッチングするのに
用いるエッチング液としては、エッチング後のレンズ基
板1の表面が平滑面をなすような組成のものが好まし
い。レンズ基板1がシリコンよりなる場合、代表的な等
方性エッチング液は、硝酸:フッ酸:酢酸=7:2:1また
は7:1.2:1.8という組成を有するものを用いるとよい。
これらのエッチング液は、シリコンを約30〜70μm/分の
速度でエッチングする。またエッチングマスクを下地膜
を窒化シリコンとした場合、プラズマCVD法により成膜
した窒化シリコン膜の上記エッチング液によるエッチン
グ速度は約150〜250μm/分であるが、成膜後、温度800
℃で30分間のアニール処理を施した場合、エッチング速
度は60〜90μm/分とりなり、レンズ基板1を凸レンズ形
状にエッチングするのに好適なエッチング速度となる。
An etchant used for etching the lens substrate 1 together with the base film 5 is preferably of a composition such that the surface of the etched lens substrate 1 forms a smooth surface. When the lens substrate 1 is made of silicon, a typical isotropic etching solution having a composition of nitric acid: hydrofluoric acid: acetic acid = 7: 2: 1 or 7: 1.2: 1.8 may be used.
These etchants etch silicon at a rate of about 30-70 μm / min. When the underlying film is silicon nitride as an etching mask, the etching rate of the silicon nitride film formed by the plasma CVD method with the above-mentioned etching solution is about 150 to 250 μm / min.
When annealing treatment is performed at 30 ° C. for 30 minutes, the etching rate is 60 to 90 μm / min, which is a suitable etching rate for etching the lens substrate 1 into a convex lens shape.

上記下地膜としての窒化シリコン膜5に対しては、82
0℃の温度で約30分間アニール処理を施した後、この窒
化シリコン膜5の表面に、フォトレジスト膜6を塗布形
成するとともに、レンズ基板1の裏面1bには表面保護膜
7を塗布形成する。そしてフォトレジスト膜6に対し、
フォトリソグラフィ技術を用いて円形のレンズパターン
を第3図(F)に示すように形成する。続いてフォトレ
ジスト膜6をマスクとして、窒化シリコン膜5に対する
エッチングを行ない、第3図(G)に示すように、窒化
シリコン膜5に、フォトレジスト膜6の円形パターンと
一致した円形パターンを形成し、この下地膜としての窒
化シリコン膜5と、その上に被着されたフォトレジスト
膜6との二重膜よりなるエッチングマスタ8を形成す
る。
For the silicon nitride film 5 as the underlayer, 82
After annealing at a temperature of 0 ° C. for about 30 minutes, a photoresist film 6 is applied on the surface of the silicon nitride film 5 and a surface protective film 7 is applied on the back surface 1 b of the lens substrate 1. . Then, for the photoresist film 6,
Using a photolithography technique, a circular lens pattern is formed as shown in FIG. Subsequently, using the photoresist film 6 as a mask, the silicon nitride film 5 is etched to form a circular pattern corresponding to the circular pattern of the photoresist film 6 on the silicon nitride film 5 as shown in FIG. Then, an etching master 8 composed of a double film of the silicon nitride film 5 as the base film and the photoresist film 6 deposited thereon is formed.

次にこのエッチングマスタ8を用い、硝酸:フッ酸:
酢酸=7:2:1の組成を有するエッチング液により、レン
ズ基板1に対するエッチングを行なう。このレンズ基板
1のエッチングに伴って、レンズ基板1のエッチング速
度よりも速いエッチング速度を有する窒化シリコン膜5
が第3図(H)に示すように、その周辺から中心に向っ
てエッチングされて行き、これに伴って、レンズ基板1
の上面も、窒化シリコン膜5の下部に凸レンズ形状の突
部20′が成長するようにエッチングされて行き、レンズ
基板1に対するエッチングがほぼ終了した時点で第3図
(I)に示す状態となり、最終的には第3図(J)に示
すように、シリコンよりなるレンズ基板1上にほぼ理想
的な凸レンズ形状のレンズ部20が形成された。そして、
レンズ基板1の裏面1bから表面保護膜7を除去すると
(フォトレジスト膜6は窒化シリコン膜5のエッチング
に伴ってリフトオフされる)、第3図(K)に示すよう
なレンズ部20および凹部21を形成したレンズ基板1を得
ることができた。
Next, using this etching master 8, nitric acid: hydrofluoric acid:
The lens substrate 1 is etched with an etchant having a composition of acetic acid = 7: 2: 1. As the lens substrate 1 is etched, the silicon nitride film 5 having an etching rate higher than the etching rate of the lens substrate 1
Is etched from the periphery to the center as shown in FIG. 3 (H).
Is etched so that a convex lens-shaped protrusion 20 'grows below the silicon nitride film 5, and when the etching on the lens substrate 1 is almost completed, the state shown in FIG. Finally, as shown in FIG. 3 (J), a lens portion 20 having a substantially ideal convex lens shape was formed on the lens substrate 1 made of silicon. And
When the surface protective film 7 is removed from the back surface 1b of the lens substrate 1 (the photoresist film 6 is lifted off with the etching of the silicon nitride film 5), the lens portion 20 and the concave portion 21 as shown in FIG. The lens substrate 1 on which was formed was obtained.

次にこのレンズ基板1と、平坦な表面11a上のこのレ
ンズ基板1上のレンズ部20に対応する位置に多数の赤外
線センサ素子10を備えたシリコンウエーハよりなるセン
サ基板11とを、アライメント装置が設けられた真空装置
内に入れ、この真空装置内が1×10-5torr程度の真空度
に達した時点でアライメント装置のマニピュレータを操
作し、レンズ基板1とセンサ基板11との位置合せを行な
う。この位置合せが完了した時点で両基板1、11を面1
b、11aが接するように互に重ね合せ、陽極接合法を用い
て、第3図(L)に示すように両基板1、11を接合す
る。
Next, an alignment device is used to align the lens substrate 1 with a sensor substrate 11 made of a silicon wafer having a large number of infrared sensor elements 10 at positions corresponding to the lens portions 20 on the lens substrate 1 on the flat surface 11a. When the vacuum device reaches a degree of vacuum of about 1 × 10 −5 torr, the manipulator of the alignment device is operated to align the lens substrate 1 with the sensor substrate 11. . When this alignment is completed, both substrates 1 and 11 are
The substrates 1 and 11 are joined together using an anodic bonding method as shown in FIG. 3 (L).

陽極接合法は、一般にガラスとシリコン等とを接合す
る技術であって、ガラスとシリコンの平滑面同士を重ね
合せ、300〜400℃に加熱した状態でガラス側に500V程度
の負の電圧を印加すると、ガラス内のアルカリイオンが
移動して、界面の近傍に空間電荷層が形成される。この
ため、ガラスとシリコンとの間に大きな静電引力が生
じ、界面において化学結合に至るという方法である。
The anodic bonding method is a technique for bonding glass and silicon, etc., in which the smooth surfaces of glass and silicon are overlapped, and a negative voltage of about 500 V is applied to the glass side while being heated to 300 to 400 ° C. Then, alkali ions in the glass move to form a space charge layer near the interface. For this reason, a large electrostatic attraction is generated between glass and silicon, and a chemical bond is formed at the interface.

本実施例では、低融点ガラス膜を被着したシリコン基
板と他のシリコン基板とを重ね合せ、ガラス膜の被着さ
れていないシリコン基板側に正の電圧を印加し、室温に
おいて接合を行なう室温接合方法を採用するとともに、
この陽極接合作業を真空中で行なっている。
In this embodiment, a silicon substrate on which a low-melting-point glass film is adhered and another silicon substrate are overlapped, a positive voltage is applied to the silicon substrate on which the glass film is not adhered, and bonding is performed at room temperature. While adopting the joining method,
This anodic bonding is performed in a vacuum.

上述のような陽極接合法によって接合されたレンズ基
板1とセンサ基板11との接合体を、ダイシングソーを用
いて、第3図(L)に示す線Lの位置で切断して、第4
図に示すような、個々の微小レンズ付き赤外線チップ25
を得ることができた。
The joined body of the lens substrate 1 and the sensor substrate 11 joined by the anodic bonding method as described above is cut at a position of a line L shown in FIG.
Infrared chip 25 with individual microlenses as shown
Could be obtained.

[発明の効果] 以上の説明から明らかなように、本発明による赤外線
集束用微小レンズの製造方法によれば、フォトリソグラ
フィ技術およびエッチング技術を用いて、レンズ基板上
に大量の微小なレンズを同時に作製できるから、微小レ
ンズの価格を大幅に低減することができる。また、レン
ズ基板上のレンズの位置に対応させて多数のセンサ素子
を形成したセンサ基板とを、アライメント装置を用いて
位置合せを行なうことにより、個々の赤外線センサの受
光部に赤外線を正確に入射させることができ、特性の均
一な赤外線センサチップを得ることができる。また、レ
ンズ基板とセンサ基板との位置合せおよび両基板の接合
を真空中で行なうことで、赤外線受光部を真空室内に収
容することができ、より高感度で高精度な赤外線センサ
を得ることができるから、本発明による微小レンズ付き
赤外線センサは冒頭に述べた鼓膜体温計に用いて好適な
ものであることが理解されるであろう。
[Effects of the Invention] As is clear from the above description, according to the method for manufacturing a microlens for infrared focusing according to the present invention, a large number of microlenses are simultaneously formed on a lens substrate by using photolithography technology and etching technology. Since it can be manufactured, the price of the microlens can be significantly reduced. In addition, by using an alignment device to align the sensor substrate on which a large number of sensor elements are formed in correspondence with the positions of the lenses on the lens substrate, infrared rays can be accurately incident on the light receiving portions of the individual infrared sensors. And an infrared sensor chip having uniform characteristics can be obtained. In addition, by aligning the lens substrate and the sensor substrate and joining the two substrates in a vacuum, the infrared light receiving section can be housed in a vacuum chamber, and a more sensitive and accurate infrared sensor can be obtained. It will be understood that the infrared sensor with microlenses according to the present invention is suitable for use in the eardrum thermometer described above.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の微小レンズの製造方法によりレンズ部
を形成されたレンズ基板の一部分を示す平面図、第2図
は第1図の線II−IIIに沿った縦断面図、第3図(A)
〜(L)は微小レンズの製造方法における順次の工程を
示す概略的断面図、第4図は本発明による微小レンズ付
き赤外線センサの縦断面図である。 1……レンズ基板、5……窒化シリコン膜 8……エッチングマスク 10……赤外線センサ素子 11……センサ基板、20……レンズ部 21……凹部
FIG. 1 is a plan view showing a part of a lens substrate on which a lens portion is formed by a method of manufacturing a microlens of the present invention, FIG. 2 is a longitudinal sectional view taken along line II-III in FIG. 1, and FIG. (A)
(L) to (L) are schematic cross-sectional views showing sequential steps in a method of manufacturing a microlens, and FIG. 4 is a longitudinal cross-sectional view of an infrared sensor with microlenses according to the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Lens substrate, 5 ... Silicon nitride film 8 ... Etching mask 10 ... Infrared sensor element 11 ... Sensor substrate, 20 ... Lens part 21 ... Recess

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−265842(JP,A) 特開 昭61−240201(JP,A) 特開 昭62−261025(JP,A) 特開 昭64−47923(JP,A) 特開 昭61−23926(JP,A) 特開 昭62−291257(JP,A) 実開 昭60−119155(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 3/00 Continuation of the front page (56) References JP-A-63-265842 (JP, A) JP-A-61-240201 (JP, A) JP-A-62-261025 (JP, A) JP-A-64-47923 (JP) , A) JP-A-61-23926 (JP, A) JP-A-62-291257 (JP, A) JP-A-60-119155 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB Name) G02B 3/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】所定のパターンを有するマスク膜を基板上
に形成し、このマスク膜をエッチングマスクとして前記
基板に対するエッチングを行い、この場合、前記マスク
膜として、前記基板のエッチングに用いられるエッチン
グ液に対して可溶性を有しかつ前記基板のエッチング速
度よりも速いエッチング速度を有する材料よりなる下地
膜と、この下地膜上に被着されたフォトレジスト膜より
なる二重膜を用いるとともに、前記基板と前記下地膜を
前記エッチング液により同時にエッチングするときに、
前記エッチング液の前記フォトレジスト膜下部への回り
込みが前記所定のパターンの中心に向かうほど抑制され
るように、前記下地膜の厚さを選定し、前記基板上にレ
ンズ部を形成することを特徴とする赤外線集束用微小レ
ンズの製造方法。
A mask film having a predetermined pattern is formed on a substrate, and the substrate is etched using the mask film as an etching mask. In this case, an etching solution used for etching the substrate is used as the mask film. A base film made of a material that is soluble in and has an etching rate higher than the etching rate of the substrate, and a double film made of a photoresist film deposited on the base film, And when simultaneously etching the base film with the etching solution,
The thickness of the base film is selected and a lens portion is formed on the substrate so that the etching solution is prevented from flowing to the lower part of the photoresist film toward the center of the predetermined pattern. A method for manufacturing a microlens for infrared focusing.
【請求項2】前記マスク膜のパターンを円形としたこと
を特徴とする請求項1の方法。
2. The method according to claim 1, wherein the pattern of the mask film is circular.
【請求項3】前記マスク膜のパターンを同心円としたこ
とを特徴とする請求項1の方法。
3. The method according to claim 1, wherein the pattern of the mask film is a concentric circle.
【請求項4】前記基板材料としてシリコンを用い、前記
下地膜材料として窒化シリコンを用いることを特徴とす
る請求項1の方法。
4. The method according to claim 1, wherein silicon is used as said substrate material and silicon nitride is used as said base film material.
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