CN100392436C - 棱镜制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种棱镜制造方法，首先在一半导体晶圆上利用半导体制程形成母模结构，接着利用一电铸程序，将此母模上的图案进行翻铸，来形成一金属模具，并通过此金属模具，以现有的方式形成棱镜结构。

Description

棱镜制造方法

技术领域

本发明是有关于一种棱镜制作方法，且特别是有关于一种利用半导体制程制作棱镜的方法。

背景技术

棱镜结构常被用于光学对象中，其主要作用是用以改变光线的行进路线或对光线加以分光。传统的棱镜结构制作方式，可以精密机械直接加工完成一棱镜结构，或是先在棱镜结构的模具上以精密机械加工出周期性的倾斜表面，接着即可以热压或射出成型方式大量复制出棱镜结构。

然而上述直接加工形成棱镜结构的方式，并不利于大量生产，且无法形成奈米级的棱镜结构。而通过模具以热压或射出成型的方式虽利于量产，但是若要形成奈米级的棱镜结构，其模具的形成需依赖电子束直写机(electron beam writer)、离子束直写机(ion beam writer)或放电加工等昂贵的设备。当模具的面积很大时，这些形成方式不仅耗时而且成本极高。

另一方面，由于现今各种电子设备使用越来越多的光学组件，一旦电子设备成为一种快速变化的流行产品时，反复形成射出成型用模具，将对产品成本和交货期构成挑战，所以寻求低成本且可快速开发模具的替代方案已是厂商不得不面对的问题。

发明内容

本发明的主要目的就是在提供一种制造棱镜结构的方法。

本发明的另一目的是在提供一种利用半导体制程形成棱镜结构的方法。

本发明的再一目的是在提供一种形成棱镜模具的方法。

本发明的又一目的是在提供一种形成光学组件模具的方法。

根据上述的目的，本发明提供一种棱镜制造方法，主要是在一半导体晶圆上利用半导体制程形成母模结构，接着利用一电铸程序，将此母模上的图案进行翻铸，来形成一金属模具，如此即可通过此金属模具，以现有的热压或射出成型方式形成棱镜结构。

根据本发明的一目的，利用一湿蚀刻制程来蚀刻一硅晶圆，以在表面上形成高低且大小不同的金字塔型沟槽，接着在这些沟槽的表面上形成一导电层后，以电铸技术将蚀刻好的图形进行翻铸，形成金属模具，并通过此金属模具，以热压或射出成型方式形成棱镜结构。

根据本发明的另一目的，在一硅晶圆上形成图案化的氧化层后，利用一湿蚀刻制程来蚀刻此硅晶圆，以在表面上形沟槽，接着在这些沟槽的表面上形成一导电层后，以电铸技术将蚀刻好的图形进行翻铸，形成金属模具，并通过此金属模具，以热压或射出成型方式形成棱镜结构。

附图说明

图1A至图1C所示为根据本发明第一实施例形成一具有不同大小金字塔结构模具的示意图。

图2A至图2F所示为根据本发明第二实施例形成条状结构模具的示意图。

图3A至图3E所示为根据本发明第三实施例形成具有相同大小金字塔结构模具的示意图。

附图标记说明：

100、200、300晶圆

102、206、306模具

104、204、304母模

201、301二氧化硅层

202、302光阻层

308金字塔型结构

具体实施方式

本发明在一晶片上利用一半导体制程程序形成所需的棱镜结构，再利用一翻模程序形成与此棱镜结构对应的模具，接着即可利用此模具进行对应棱镜的量产。由于本发明的模具制程并不涉及任何机械加工或光束雕刻制程，因此可降低生产模具成本。而且利用半导体制程可形成奈米级的棱镜结构。以下将以三个实施例说明本发明的应用，但本发明的应用并不仅限于下述的实施例。此外，本发明也可搭配各种半导体制程，来形成所要求的棱镜结构。

参阅图1A至图1C所示为根据本发明第一实施例形成一具有不同大小金字塔结构模具的示意图。首先，如图1A所述，提供一适当阻值的硅晶圆100，此晶圆100可以是N+型或是P+型的半导体晶圆，以本发明的较佳实施例，是使用米勒指数为<100>的硅晶圆100，以形成如图1B所示本发明金属模具的母模(molding)104。

其中，图1B所示母模104的制作方法，是先将硅晶圆100表面的氧化物去除后，利用含有KOH的溶液来进行硅晶圆100的非等向性蚀刻，由于此种蚀刻溶液对<100>面硅的蚀刻率比<111>面还快，因此蚀刻后会形成金字塔型沟槽。因为本实施例在蚀刻之前，并未在硅晶圆100的表面上形成任何的图案，因此蚀刻后会在硅晶圆100的表面上形成高低且大小不同的金字塔型沟槽。值得注意的是，在其它实施例中也可使用如TMAH或EDP等非等向性蚀刻液。当母模104完成后，可利用模铸方式复制母模104上的图案来制作一模具102。为使基板母模104得以导电以进行电铸，因此会利用溅镀或蒸镀的方式，将一导电层形成于母模104上，其中，此导电层可以是任何导电性良好的金属物质，最后再将母模104浸入电解槽中，以现有的电铸技术将蚀刻好的图形进行翻铸，并进行脱模，以形成如图1C所示的金属模具102。接着即可利用此金属模具102以现有的热压或射出成型方式大量复制出棱镜结构。

参阅图2A至图2D所示为根据本发明第二实施例形成条状结构模具的示意图。首先，如图2A所述，提供一适当阻值的硅晶圆200，此晶圆200可以是N+型或是P+型的半导体晶圆，本发明的较佳实施例，是使用米勒指数为<100>的硅晶圆200。再以热氧化法，或其它现有的制程，在晶圆200上形成一氧化层，以本发明的实施例为一二氧化硅层201。

接着，如图2B所示，利用旋转涂布，或其它现有的方式，在二氧化硅层201上形成一光阻层，并对此光阻层进行曝光以及显影制程，来形成图案化光阻层202。

接着，如图2C所示，以此图案画光阻层202为蚀刻罩幕，对二氧化硅层201进行蚀刻，其蚀刻方式可使用湿蚀刻或干蚀刻法，以本实施例而言，是使用氟化胺和氢氟酸溶液对二氧化硅层201进行蚀刻进行湿蚀刻，来将光阻层202上的图案转移至二氧化硅层201。在蚀刻完成之后，以现有的方法来移除光阻层201，而形成如图2C所示的晶圆剖视图。

接着，如图2D所示，以此图案化二氧化硅层201为蚀刻罩幕，对晶圆200进行湿蚀刻，就本实施例而言，是使用含有KOH的溶液来进行硅晶圆200的非等向性蚀刻，以在硅晶圆200的表面上形成V形沟槽。而在其它实施例中也可使用如TMAH或EDP等非等向性蚀刻液。最后移除二氧化硅层201。而形成如图2E所示的母模204。

当母模204完成后，即可利用如上所述的方法，先在母模204上利用溅镀或蒸镀的方式形成一导电层以进行电铸，最后再将母模204浸入电解槽中，以现有的电铸技术将蚀刻好的图形进行翻铸，并进行脱模，以形成如图2F所示的金属模具206。接着即可利用此金属模具206以现有的热压或射出成型方式大量复制出棱镜结构。值得注意的是，利用本实施例模具206所制程的棱镜结构，其棱镜结构间的间隙与大小和图2C中，图案化后的二氧化硅层201的宽度W有关。换句话说，可利用微影制程程序来调变二氧化硅层201的宽度W，来间接改变棱镜结构的间隙与大小。

参阅图3A至图3E所示为根据本发明第三实施例形成具相同大小金字塔结构模具的示意图。首先，如图3A所述，提供一适当阻值的硅晶圆300，以本发明的较佳实施例，是使用米勒指数为<100>的硅晶圆300。接着以热氧化法，或其它现有的制程，在晶圆300上形成一氧化层，以本发明的实施例为一二氧化硅层301。接着，利用旋转涂布，或其它现有的方式，在二氧化硅层301上形成一光阻层，并对此光阻层进行曝光以及显影制程，来形成图案化光阻层302。

接着，如图3B所示，以此图案画光阻层302为蚀刻罩幕，对二氧化硅层301进行蚀刻，其蚀刻方式可使用湿蚀刻或干蚀刻法，以本实施例而言，是使用氟化胺和氢氟酸溶液对二氧化硅层301进行蚀刻进行湿蚀刻，来将光阻层202上的图案转移至二氧化硅层301。在蚀刻完成之后，以现有的方法来移除光阻层301。本实施例是用以形成具相同大小金字塔结构模具，因此，图案化二氧化硅层301会在晶圆表面上切割出具等面积的格子图案，如图3C所示为图3B的上视图。

接着，如图3D所示，以此图案化二氧化硅层301为蚀刻罩幕，对晶圆300进行湿蚀刻，以本实施例而言，是使用含有KOH的溶液来进行硅晶圆300的非等向性蚀刻，以在硅晶圆300的表面上形成金字塔型沟槽。而在其它实施例中也可使用如TMAH或EDP等非等向性蚀刻液。最后移除二氧化硅层301，形成母模304。当母模304完成后，即可利用如上所述的方法，先于母模304上利用溅镀或蒸镀的方式形成一导电层后，再以现有的电铸技术将母模304的图形进行翻铸，来形成金属模具306。

请参考图3E所示为此金属模具306的上视图。由于，本实施例的蚀刻罩幕，即图案化二氧化硅层301，是为具有等面积的格子图案，蚀刻完成后，会在晶片的表面形成具相同大小金字塔型沟槽。因此，在翻铸成金属模具306之后，金属模具306表面上将具有多个矩阵状排列的金字塔结构308。接着即可利用此金属模具306以现有的热压或射出成型方式大量复制出棱镜结构。相似的，利用本实施例模具306所制程的棱镜结构，其棱镜结构间的间隙与大小和图3B以及图3C中，图案化后的二氧化硅层301的宽度W有关。换句话说，可利用微影制程程序来调变二氧化硅层301的宽度W，来间接改变棱镜结构的间隙与大小。

值得注意的是，上述的方法，仅为多种实施例中的一部分，本发明也可搭配其它种的半导体制程方法，来在半导体晶圆上形成不同结构的母模。

综上所述，本发明的棱镜制造方法，主要是在一半导体晶圆上利用半导体制程形成母模结构，接着利用一电铸程序，将此母模上的图案进行翻铸，来形成一金属模具，如此即可通过此金属模具，以现有的热压或射出成型方式大量复制出棱镜结构。因为，本发明的模具形成方法并不涉及任何的机械加工，而是以半导体制成的技术来加以完成，因此其制程尺寸的限制与半导体制程技术有关。因此，根据本发明的方法所形成的棱镜结构可达奈米等级。

虽然本发明已以一较佳实施例公开如上，但并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，应当可以作各种的改动与修饰，因此本发明的权利要求保护范围应当以权利要求书所界定的为准。

Claims (11)

1.一种棱镜制造方法，所述的方法至少包括：

使用半导体制程程序在一晶圆上形成一母模结构；

对该母模结构执行一电铸程序以获得一对应该母模结构的一金属铸具；以及

使用该金属铸具制造棱镜。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用所述的金属铸具制造棱镜的步骤是指使用热压成型的方法或射出成型的方法。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在对所述的母模结构执行一电铸程序步骤之前，还包括形成一金属薄膜于该母模结构上。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，形成一金属薄膜的方法是使用蒸镀制程或溅镀制程。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的晶圆为一米勒指数为<100>的晶圆。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的半导体制程程序至少包括对该晶圆进行湿蚀刻。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的湿蚀刻是以KOH溶液、EDP溶液或TMAH溶液进行。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的半导体制程程序至少包括图案化该晶圆表面，以及对该晶圆进行湿蚀刻。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，图案化所述的晶圆表面包括形成一氧化层于该晶圆表面上以及图案化该氧化层。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的氧化层为二氧化硅层。

11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的湿蚀刻是以KOH溶液、EDP溶液或TMAH溶液进行。

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