パッケージベース及びその成形方法

【課題】半導体発光デバイスの光線を非共用表面に屈折させ、且つ光線が所定の方向へ調整させ、所定の位置へ集光させるものを同時に実現することができるパッケージベース及びその成形方法を提供する。
【解決手段】パッケージベースの成形方法であって、１つの表面を含む半導体基板を提供するステップと、前記半導体基板の表面にエッチング窓口が形成される第一マスク層を形成し、前記エッチング窓口の１つの側壁の方向と半導体基板の結晶格子の方向との間の傾斜角度が０〜４５度或いは４５〜９０度になるようにするステップと、前記第一マスク層と前記エッチング窓口を通して前記半導体基板に対して異方性エッチング（selected anisotropic etching）を実施して前記半導体基板の上に前記エッチング窓口の１つの側壁の方向に沿う傾斜面を形成するステップと、前記傾斜面にマイクロ屈折構造を形成するステップと、を含む。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パッケージベース及びその成形方法に関し、特に発光デバイスに使われるパッケージベースとそのパッケージベースの成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の光電システムにおいて、常に光線の経過の路線を変化させなければならない。例えば、図１に示すように、発光デバイス１１の光線を基板１０の非共用表面に屈折させる。従来の光電システムで、発光デバイス１１の光線を基板１０の非共用表面に屈折させるために、まず４５度に傾斜される反射面１２０を有するガラス部品１２を基板１０の上に封止させる。次に、前記非共用表面に屈折される光線の経過方向を変化させるために、前記反射面１２０の上にマイクロレンズ（Micro Lens）１３を設置する。
【０００３】
上述した部品を有する従来の光電システムを封止させようとすると、高い封止用コストが必要する。即ち、前記発光デバイス１１と、ガラス部品１２と、マイクロレンズ１３と、は、別々に形成する独立的部品（Discrete Element）であり、且つ上述した３つの部品を前記基板１０の上に封止させる場合に各々の部品の間の位置を考慮しなければならないので、上述した光電システムの製造コストが高くなり、量産（Mass Production）の可能性が低くなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の主な目的は、半導体発光デバイスの光線を非共用表面に屈折させ、且つ光線が所定の方向へ調整させ、所定の位置へ集光させるものを同時に実現することができるパッケージベース及びその成形方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために本発明では、１つの表面を含む半導体基板を提供するステップと、前記半導体基板の表面にエッチング窓口が形成される第一マスク層を形成し、前記エッチング窓口の１つの側壁の方向と半導体基板の結晶格子の方向との間の傾斜角度が０〜４５度或いは４５〜９０度になるようにするステップと、前記第一マスク層と前記エッチング窓口を通して前記半導体基板に対して異方性エッチング（selected anisotropic etching）を実施して前記半導体基板の上に前記エッチング窓口の１つの側壁の方向に沿う傾斜面を形成するステップと、前記傾斜面にマイクロ屈折構造を形成するステップと、を含むパッケージベースの成形方法を提供する。
【０００６】
上記課題を解決するために本発明では、半導体基板と、収納部と、マイクロ屈折構造と、を含むパッケージベースを提供する。前記半導体基板は、１つの表面を含む。前記収納部は、複数の傾斜面によって前記半導体の表面に形成されている。前記複数の傾斜面の中で１つの傾斜面と半導体基板の結晶格子の方向との間の傾斜角度が０〜４５度或いは４５〜９０度である。前記マイクロ屈折構造は、前記１つの傾斜面に形成されて、発光デバイスの光線を所定の方向へ調整させ、所定の位置へ集光させる。
【発明の効果】
【０００７】
上述したように、発明のパッケージベースの形成方法で製造するパッケージベースは、モノリシックアイシー（Monolithic）を実現し、半導体発光デバイスの光線を非共用表面に屈折させ、且つ光線が所定の方向へ調整させ、所定の位置へ集光させるものを同時に実現することができる。従って、従来の技術で独立的部品（Discrete Element）により光電システムの製造コストが高くなり、量産（Mass Production）の可能性が低くなる問題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】従来のパッケージベースを示す図である。
【図２ａ】本発明の第一実施形態に係るパッケージベースを示す斜視図である。
【図２ｂ】図２ａのパッケージベースのＤ―Ｄ'線に沿う断面図である。
【図２ｃ】図２ａのパッケージベースのＥ―Ｅ'線に沿う断面図である。
【図３ａ】本発明のパッケージベースの形成方法を示す工程図である。
【図３ｂ】本発明のパッケージベースの形成方法を示す工程図である。
【図３ｃ】本発明のパッケージベースの形成方法を示す工程図である。
【図３ｄ】本発明のパッケージベースの形成方法を示す工程図である。
【図３ｅ】本発明のパッケージベースの形成方法を示す工程図である。
【図３ｆ】本発明のパッケージベースの形成方法を示す工程図である。
【図３ｇ】本発明のパッケージベースの形成方法を示す工程図である。
【図３ｈ】本発明のパッケージベースの形成方法を示す工程図である。
【図３ｉ】本発明のパッケージベースの形成方法を示す工程図である。
【図３ｊ】本発明のパッケージベースの形成方法を示す工程図である。
【図４】本発明のパッケージベースに使われるマイクロ屈折構造の一実施形態を示す図である。
【図５】本発明のパッケージベースに使われるマイクロ屈折構造の他の一実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図２ａは、本発明の第一実施形態に係るパッケージベースを示す斜視図であり、図２ｂは、図２ａのパッケージベースでＤ―Ｄ'線に沿う断面図であり、図２ｃは、図２ａのパッケージベースでＥ―Ｅ'線に沿う断面図である。図２のパッケージベース２は、光学記憶装置のピックアップレンズ、発光ダイオード、レーザダイオードなどの半導体発光デバイス２００に使われる。
【００１０】
図２ａに示すように、本実施形態のパッケージベース２は、半導体基板２０と、収納部２１と、マイクロ屈折構造２２と、を含む。前記半導体基板２０は、ダイヤモンドクリスタル構造を有し、且つ１つの表面２０１を含むシリコン基板である。本実施形態の半導体基板２０の表面２０１は、｛１００｝の同価の結晶格子を有する表面である。前記収納部２１は、Ｄ―Ｄ'線の両側に形成される複数の傾斜面２１１と、Ｅ―Ｅ'線の両側に形成される複数の傾斜面２１１によって形成される凹形収納部である。Ｄ―Ｄ'線の両側に形成される複数の傾斜面２１１と、半導体基板２０の｛１００｝の同価の結晶格子の方向と、の間に所定の傾斜角度が形成される。前記所定の傾斜角度は、０〜４５度或いは４５〜９０度である。本実施形態で、好ましくは２２度の傾斜角度を選んで使う。
【００１１】
図２ｂに示す傾斜面２１１は、｛１００｝の同価の結晶格子を有する前記半導体基板２０の表面２０１に形成されている。図２ｂにおいて、前記傾斜面２１１と、｛１００｝の同価の結晶格子を有する表面２０１と、の間の傾斜角度は４５度である。図２ｃに示す傾斜面２１１は、｛１００｝の同価の結晶格子を有する前記半導体基板２０の表面２０１に形成されている。図２ｂにおいて、前記傾斜面２１１と、｛１００｝の同価の結晶格子を有する表面２０１と、の間の傾斜角度は４５度である。他の実施形態で、実の需要に従って４５度でないほかの傾斜角度を選んでもよい。
【００１２】
前記マイクロ屈折構造２２は、Ｄ―Ｄ'線の両側に形成される複数の傾斜面２１１の中の１つの傾斜面２１１に形成されている。前記半導体発光デバイス２００の光線が所定の傾斜面２１１に形成されているマイクロ屈折構造２２に照射されると、マイクロ屈折構造２２により非共用表面に屈折されるだけでなく、光線が所定の方向へ調整され、所定の位置へ集光される。即ち、本実施形態のパッケージベース２により、モノリシックアイシー（Monolithic）を実現し、且つ半導体発光デバイス２００の光線を非共用表面に屈折させ、且つ光線が所定の方向へ調整させ、所定の位置へ集光させるものを同時に実現することができる。
【００１３】
図３ａ〜図３ｊは、本発明のパッケージベースの形成方法を示す工程図である。本発明のパッケージベースの形成方法は、半導体の形成工程に使われる。説明を簡単にするために、図２に示される一部の符号を参照しながら本発明のパッケージベースの形成方法を説明する。以下、図面の順に従って本発明のパッケージベースの形成方法を説明する。
【００１４】
まず、図３ａに示すように、｛１００｝の同価の結晶格子を有する半導体基板２０を提供する。次に、図３ｂに示すように、前記半導体基板２０の表面２０１の上に、窒化ケイ素から構成されるマスク層２０１１を形成する。次に、図３ｃに示すように、前記マスク層２０１１の上にフォトレジスト２０１２を形成する。次に、図３ｄに示すように、所定のデザインが形成される露光用マスク（図に示さない）を介して前記フォトレジスト２０１２の上に所定のデザイン２００１を形成する。次に、図３ｅに示すように、前記デザイン２００１を通して反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching、ＲＩＥ）で前記マスク層２０１１をエッチングして、エッチング窓口２０１３を形成する。
【００１５】
次に、図３ｆに示すように、残るフォトレジスト２０１を除去して、残ったマスク層２０１１を露出させる。次に、残るマスク層２０１１を介して異方性エッチング（selected anisotropic etching）方法で半導体基板２０をエッチングして前記半導体基板２０の上に複数の傾斜面２１２から構成される収納部２１を形成する。前記異方性エッチングを実施する場合、前記半導体基板２０を異方性エッチング液に入れてエッチングを実施する。前記異方性エッチング液は、水酸化カリウム、水、イソプロピルアルコール（isopropyl alcohol）を所定の比率に混合して形成することができる。異方性エッチング液の各組成物の比率は、エッチングスピードにより調節する。前記半導体基板２０を異方性エッチング液に入れてエッチングを実施する場合、前記異方性エッチング液を６０〜９５摂氏度に加熱する。前記異方性エッチング液を過熱する場合に生じる気泡が傾斜面に付着されて傾斜面の平面度が悪くなることを防ぐために、前記半導体基板２０をエッチングする場合異方性エッチング液を連続に撹拌するものがよい。
【００１６】
次に、図３ｇに示すように、残るマスク層２０１１を除去し後、複数の傾斜面の中の１つの傾斜面２１２に対して電子束編入工程（Ebeam writer）を実施する。電子束編入工程を実施する前に選択した所定の傾斜面２１２が電子束の方向に垂直するように固定しなければならない。即ち、図３ｇにおいて、選択した所定の傾斜面２１２と電子束の方向が垂直するように半導体基板２０を傾斜に固定する。次に、図３ｈに示すように、複数の傾斜面の中で、光学反射面になる１つの傾斜面２１２の（説明を簡単にするために図３ｇで選択される傾斜面を選択して説明する）上にマスク層２０１４を形成する。次に、図３ｉに示すように、電子束編入工程を使って前記マスク層２０１４の上に複数のエッチング窓口２０１５を形成する。次に、図３ｊに示すように、前記複数のエッチング窓口２０１５を通して反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching、ＲＩＥ）で前記傾斜面２１２の上に複数の凹部構造２２１を有するマイクロ屈折構造２２を形成する。最後、残るマスク層２０１１を除去すると、図２ａ〜図２ｃに示すようなパッケージベース２が形成される。
【００１７】
上述した本発明のパッケージベースの形成方法において、｛１００｝の同価の結晶格子を有する半導体基板２０を使い、Ｄ―Ｄ'線の両側に形成される複数の傾斜面２１１と半導体基板２０の｛１００｝の同価の結晶格子の方向との間に所定の傾斜角度が４５度になることを避け、結晶状態が安定である｛１１１｝の同価の結晶格子を有する半導体基板２０が多く生じて傾斜面２１２（光学反射面）の表面度が悪くことを防ぐ。即ち、本実施形態で、Ｄ―Ｄ'線の両側に形成される複数の傾斜面２１１と半導体基板２０の｛１００｝の同価の結晶格子の方向との間に傾斜角度を０〜４５度或いは４５〜９０度にして、光学反射面になる傾斜面２１２の表面度が悪くことを防ぐ。Ｄ―Ｄ'線の両側に形成される複数の傾斜面２１１と半導体基板２０の｛１００｝の同価の結晶格子の方向との間に傾斜角度が０度或いは９０度に接近すればするほど、光学反射面になる傾斜面２１２の表面度がますますよくなり、前記傾斜面２１２と４５どの傾斜面の誤差がますます大きくなる。Ｄ―Ｄ'線の両側に形成される複数の傾斜面２１１と半導体基板２０の｛１００｝の同価の結晶格子の方向との間に傾斜角度が４５度に接近すればするほど、光学反射面になる傾斜面２１２の表面度がますます悪くなり、前記傾斜面２１２と４５どの傾斜面の誤差がますます小さくなる。実験をした結果、前記半導体基板２０の表面２０１と光学反射面になる前記傾斜面２１２との間の角度が４５＋／−１度である場合、Ｄ―Ｄ'線の両側に形成される複数の傾斜面２１１と半導体基板２０の｛１００｝の同価の結晶格子の方向との間に傾斜角度を２２〜４５度或いは４５〜６８度にすることがよい。本実施形態で、｛１００｝の同価の結晶格子を有する半導体基板２０を使いたが、他の実施形態で｛１１０｝の同価の結晶格子を有する半導体基板を使ってもよい。この場合、異方性エッチング（selected anisotropic etching）方法により形成される複数の傾斜面は、｛１１０｝の同価の結晶格子を有する半導体基板の上に形成される。
【００１８】
図４は、本発明のパッケージベースに使われるマイクロ屈折構造の一実施形態を示す図である。図４に示すように、本実施形態のマイクロ屈折部２２は、円形に形成されている。円形に形成される前記マイクロ屈折部２２は、複数の複数の凹部構造２２１を含む。前記半導体発光デバイス２００の光線２０００が円形に形成されるマイクロ屈折構造２２の傾斜面２１１に照射されると、半導体発光デバイス２００の光線２０００がマイクロ屈折構造２２により非共用表面に屈折されるだけでなく、光線が所定の方向へ調整され、所定の位置へ集光される。
【００１９】
図５は、本発明のパッケージベースに使われるマイクロ屈折構造の他の一実施形態を示す図である。図５に示すように、本実施形態のマイクロ屈折部２２は、楕円形に形成されている。マイクロ屈折部を有する本発明のパッケージベースは、半導体発光デバイスの光線を大角度に屈折させるので、主に乱視画像誤差である光学離軸画像誤差が生じる。前記光学離軸画像誤差が生じるものは、子午軸方向の屈折力（Refraction Power）と水平軸方向の屈折力が異なるためである。本実施形態において、楕円形のマイクロ屈折部３２を使って２ディメンションに不同な屈折力を提供するので、傾斜角度が４５度である傾斜面３１１（光学反射面）の屈折によって生じる光学離軸画像誤差を避けることができる。
【００２０】
上述した実施形態において、前記マイクロ屈折部２２、３２は、従来の反射式凹面鏡と同じな作用を起こす。前記反射式凹面鏡の彎曲半径或いは非球面パラメーターにより、光学焦点の大きさ、画像誤差、公差の容認度が決められる。設計する時の凹面鏡のパラメーターと光線の波長により、凹面鏡の同位相位置を定義することができる。隣接する同位相位置の間には、１つの波長と同じな距離が形成されてる。前記同位相位置の整数部分を除去すると、反射式凹面鏡と完全に同じなマイクロ屈折部２２、３２を得ることができる。図４と図５に示す複数の凹部構造２２１、３２１において、隣接する２つの凹部構造の間の距離が同じである。隣接する２つの凹部構造の間の各距離は、発光デバイスの波長と形成される光学画像のパラメーターが変わることに従って変動する。
【００２１】
図４には、マイクロ屈折部２２が円形に形成され、図５には、マイクロ屈折部３２が楕円形に形成されているが、他の実施形態で、マイクロ屈折構造をラスター形などのような形状に形成して、光線を分離する分光部品に使うことができる。上述した実施形態で、複数の傾斜面の中の１つの傾斜面２１２に対して電子束編入工程（Ebeam writer）と反応性イオンエッチングを実施して複数の凹部構造を形成したが、他の実施形態で他の実施形態を使ってもよい。例えば、プラスチック重合膜（plastic polymeric film）の上にマイクロ屈折構造を形成した後、前記プラスチック重合膜を傾斜面に貼って所定のマイクロ屈折構造を形成するか、直接に光線を所定の方向へ調整させるか所定の位置へ集光させることができるマイクロ屈折部品を使うことができる。
【００２２】
上述したように、本発明のパッケージベースの形成方法に製造されるパッケージベースは、モノリシックアイシー（Monolithic）を実現し、半導体発光デバイスの光線を非共用表面に屈折させ、且つ光線が所定の方向へ調整させ、所定の位置へ集光させるものを同時に実現することができる。従って、従来の技術で独立的部品（Discrete Element）により光電システムの製造コストが高くなり、量産（Mass Production）の可能性が低くなる問題を解決することができる。
【符号の説明】
【００２３】
１０基板
１１発光デバイス
１２ガラス部品
１３マイクロレンズ
１２０反射面
２パッケージベース
２０半導体基板
２１収納部
２２マイクロ屈折構造
２０１表面
２１１傾斜面
２００半導体発光デバイス
２０１１、２０１４マスク層
２０１２フォトレジスト
２００１露光用マスク
２０１３、２０１５エッチング窓口
２２１凹部構造
２０００光線
３２マイクロ屈折構造
３１１傾斜面
３２１凹部構造

【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッケージベースの成形方法において、
１つの表面を含む半導体基板を提供するステップと、
前記半導体基板の表面にエッチング窓口が形成される第一マスク層を形成し、前記エッチング窓口の１つの側壁の方向と半導体基板の結晶格子の方向との間の傾斜角度が０〜４５度或いは４５〜９０度になるようにするステップと、
前記第一マスク層と前記エッチング窓口を通して前記半導体基板に対して異方性エッチング（selected anisotropic etching）を実施して前記半導体基板の上に前記エッチング窓口の１つの側壁の方向に沿う傾斜面を形成するステップと、
前記傾斜面にマイクロ屈折構造を形成するステップと、を含むことを特徴とするパッケージベースの成形方法。
【請求項２】
前記半導体基板の表面は、｛１００｝の同価の結晶格子を有する表面であり、前記エッチング窓口の１つの側壁の方向と結晶格子の方向との間に一定の傾斜角度が形成され、前記エッチング窓口の１つの側壁の方向に沿って前記半導体基板に対して異方性エッチング（selected anisotropic etching）を実施して、半導体基板の上に｛１００｝の同価の結晶格子を有する傾斜面を形成するか、或いは
前記半導体基板の表面は、｛１１０｝の同価の結晶格子を有する表面であり、前記エッチング窓口の１つの側壁の方向と結晶格子の方向との間に一定の傾斜角度が形成され、前記エッチング窓口の１つの側壁の方向に沿って前記半導体基板に対して異方性エッチング（selected anisotropic etching）を実施して、半導体基板の上に｛１００｝の同価の結晶格子を有する傾斜面を形成することを特徴とする請求項１の記載のパッケージベースの成形方法。
【請求項３】
前記半導体基板は、ダイヤモンドクリスタル構造を有するシリコン基板であることを特徴とする請求項１の記載のパッケージベースの成形方法。
【請求項４】
前記半導体基板の表面と光学反射面になる傾斜面との間の角度が４５＋／−１度である場合、その傾斜面と半導体基板の｛１００｝の同価の結晶格子の方向との間に傾斜角度を２２〜４５度或いは４５〜６８度にすることを特徴とする請求項１の記載のパッケージベースの成形方法。
【請求項５】
異方性エッチングを実施する場合、前記半導体基板を水酸化カリウム、水、イソプロピルアルコール（isopropyl alcohol）が所定の比率に混合して形成される異方性エッチング液に入れてエッチングを実施し、
異方性エッチングを実施する時に前記異方性エッチング液を６０〜９５摂氏度に加熱し、前異方性エッチング液を過熱する時に生じる気泡が傾斜面に付着されて傾斜面の平面度が悪くなることを防ぐために、異方性エッチング液を連続に撹拌することを特徴とする請求項１の記載のパッケージベースの成形方法。
【請求項６】
傾斜面にマイクロ屈折構造を形成する前記ステップは、異方性エッチングにより複数の凹部構造を形成したが、プラスチック重合膜（plastic polymeric film）の上にマイクロ屈折構造を形成した後、前記プラスチック重合膜を傾斜面に貼って所定のマイクロ屈折構造を形成することができることを特徴とする請求項１の記載のパッケージベースの成形方法。
【請求項７】
１つの表面を含む半導体基板と、
複数の傾斜面によって前記半導体の表面に形成され、１つの傾斜面と半導体基板の結晶格子の方向との間の傾斜角度が０〜４５度或いは４５〜９０度である収納部と、
前記１つの傾斜面に形成されて、発光デバイスの光線を所定の方向へ調整させ、所定の位置へ集光させるマイクロ屈折構造と、を含むことを特徴とすることを特徴とする請求項１の記載のパッケージベース。
【請求項８】
前記半導体基板の表面は、｛１００｝の同価の結晶格子を有する表面であり、前記収納部を構成する複数の傾斜面は、｛１１０｝の同価の結晶格子を有する面であるか、或いは
前記半導体基板の表面は、｛１１０｝の同価の結晶格子を有する表面であり、前記収納部を構成する複数の傾斜面は、｛１００｝の同価の結晶格子を有する面であることを特徴とする請求項７の記載のパッケージベース。
【請求項９】
前記複数の傾斜面と前記半導体基板の表面との間の傾斜角度が４５度であることを特徴とする請求項７の記載のパッケージベース。
【請求項１０】
前記マイクロ屈折構造の外形が円形或いは楕円形であり、複数の凹部構造或いは１つのラスター構造を含むことを特徴とする請求項７の記載のパッケージベース。

【図１】