EP1152977A1 - Method for producing three-dimensional structures by means of an etching process - Google Patents

Method for producing three-dimensional structures by means of an etching process

Info

Publication number
EP1152977A1
EP1152977A1 EP00907450A EP00907450A EP1152977A1 EP 1152977 A1 EP1152977 A1 EP 1152977A1 EP 00907450 A EP00907450 A EP 00907450A EP 00907450 A EP00907450 A EP 00907450A EP 1152977 A1 EP1152977 A1 EP 1152977A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
etching
function
target
shape
surface shape
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP00907450A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Nils Kummer
Roland Mueller-Fiedler
Klaus Breitschwerdt
Andre Mueller
Frauke Driewer
Andreas Kern
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1152977A1 publication Critical patent/EP1152977A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81CPROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00388Etch mask forming
    • B81C1/00412Mask characterised by its behaviour during the etching process, e.g. soluble masks

Abstract

The invention relates to a method for producing three-dimensional structures, especially microlenses, in a substrate by means of an etching process. First, at least one original form (11) with a known original surface form is located on a part of the substrate (10). The etching process has at least one first etching removal rate a1 and a second etching removal rate a2 which are dependent on the material and at least one of which can be temporally modified. The etching process transforms the original form (11) into a target form (12), the original surface form of the original form (11) and the target surface form of the target form (12) to be obtained being known before the start of the etching process. At least one of the etching rates a2 or a1 is regulated through a modification of at least one etching parameter, this modification being calculated as a function of the etching time before the start of the etching process, in order to obtain the target surface form.

Description

Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Strukturen mittels eines ÄtzprozessesProcess for the production of three-dimensional structures by means of an etching process
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Strukturen mittels eines Atzprozesses.The invention relates to a method for producing three-dimensional structures by means of an etching process.
Derartige Verfahren und zu ihrer Durchfuhrung geeignete Atz- anlagen sind vielfach bekannt und werden beispielsweise zur Atzung von Silizium oder zur Herstellung von Mikrolinsen aus einem Siliziumsubstrat benutzt. Dazu sei auf das aus DE 42 41 045 bekannte Verfahren verwiesen, bei dem eine induktive gekoppelte Plasmaquelle zum Siliziumtiefenatzen mit sehr ho- hen Atzraten verwendet wird, die eine induktive Hochfrequenzanregung benutzt, um aus einem fluorliefernden Atzgas Fluorradikale und aus einem teflonbildende Mono ere liefernden Passiviergas (CF2)X - Radikale freizusetzen. Die Plasmaquelle generiert dabei ein hochdichtes Plasma mit einer relativ hohen Dichte von Ionen (1010-101:L cm"3) niedrigerSuch methods and etching systems suitable for carrying them out are widely known and are used, for example, for etching silicon or for producing microlenses from a silicon substrate. For this purpose, reference is made to the method known from DE 42 41 045, in which an inductive coupled plasma source for deep silicon etching with very high etching rates is used, which uses inductive high-frequency excitation in order to generate fluorine radicals from a fluorine-supplying etching gas and from a teflon-forming monomer to produce passivating gas (CF 2 ) X - to release radicals. The plasma source generates a high-density plasma with a relatively high density of ions (10 10 -10 1: L cm "3 ) lower
Energie, wahrend Atz- und Passiviergase zum Atzen von Graben in einem maskierten Siliziumwafer in einer empirisch festgelegten zeitlichen Abfolge alternierend eingesetzt werden.Energy, while etching and passivating gases for etching trenches in a masked silicon wafer are used alternately in an empirically determined time sequence.
Es ist weiter in der unveröffentlichten Anmeldung DE 197 363 70.9 bereits vorgeschlagen worden, mittels eines sogenannten „Parameter-Rampings" eine aterialabhangig Ätzabtragsrate beim Atzen eines Siliziumwafers zeitlich zu beeinflussen, um auf diese Weise Profilabweichungen geatzter Strukturen in dem Siliziumwafer zu reduzieren.Furthermore, it has already been proposed in the unpublished application DE 197 363 70.9 to temporally influence an aterial-dependent etching removal rate when etching a silicon wafer by means of so-called "parameter ramping" in this way to reduce profile deviations of etched structures in the silicon wafer.
Die genannten Verfahren dienen jedoch lediglich dazu, einen an sich isotropen Atzprozeß lokal anisotrop zu machen und somit beispielsweise Graben definierter Tiefe und guter Profiltreue zu atzen. Sie bieten jedoch nicht die Möglichkeit, eine auf einem Substrat befindliche dreidimensionale Urform gezielt in eine dreidimensionale Zielform mit definierter Oberflachenform zu überfuhren.However, the methods mentioned serve only to make an etching process which is isotropic per se locally anisotropic and thus, for example, to etch trenches of defined depth and good profile accuracy. However, they do not offer the possibility of converting a three-dimensional original shape on a substrate into a three-dimensional target shape with a defined surface shape.
Insbesondere bei der Herstellung von Mikrolinsen, wobei zunächst eine optische Oberflache durch aufgeschmolzene Polymere wie beispielsweise einen Photolack aufgrund von deren Oberflachenspannung erzeugt wird, und diese optische Oberflache dann durch einen Trockenatzprozeß in ein anorganisches Substratmaterial wie beispielsweise Silizium für IR- Optiken übertragen wird, besteht die Problematik, diese Oberflachenform des aufgeschmolzenen Polymers beim Atzprozeß in das Substrat zu übertragen und dabei gleichzeitig die Oberflachenform des Ausgangspolymers gezielt zu einer gewünschten Oberflachenform der Mikrolinse in dem Substratmaterial zu verandern.In particular in the production of microlenses, where first an optical surface is created by melted polymers such as a photoresist due to their surface tension, and this optical surface is then transferred to an inorganic substrate material such as silicon for IR optics by a dry etching process Problem of transferring this surface shape of the melted polymer into the substrate during the etching process and at the same time specifically changing the surface shape of the starting polymer to a desired surface shape of the microlens in the substrate material.
Beim Aufschmelzen der Polymere entstehen, unter Vernachlässigung der Gravitationskräfte, bei entsprechend kleinen Linsen und bei freier Einstellung des Randwinkels im allgemeinen sphärische Oberflachen, wie sie auch für makroskopische Linsen verwendet werden. Ist jedoch bei Linsen mit größerem Durchmesser, d.h. bei einigen mm, der Einfluß der Gravitationskräfte nicht mehr vernachlassigbar, entstehen bekanntermaßen aspharische Oberflachen des aufgeschmolzenen Polymermaterials, die bei kreisförmiger Grundflache zylindersymme- trisch sind und bei einer Projektion in die xz-Ebene des Ko- ordinatensystemes durch konische Funktionen hu(x) mitWhen the polymers are melted, neglecting the gravitational forces, with correspondingly small lenses and with free adjustment of the contact angle, spherical surfaces are generally produced, as are also used for macroscopic lenses. However, if the influence of the gravitational forces can no longer be neglected in the case of lenses with a larger diameter, that is to say a few mm, it is known that aspherical surfaces of the melted polymer material are produced which, with a circular base surface, are trical and with a projection into the xz plane of the coordinate system by conical functions hu (x)
mit einem Krümmungsradius Rx, einer Linsenhohe Eλ und einer konischen Konstanten Ki ≠ 0 beschrieben werden können. Nach dem Atzprozeß finden sich diese aspharischen Oberflachen dann bei den bekannten Atzverfahren übertragen im Substrat wieder, wobei es überdies häufig dazu kommt, daß sich die konische Konstante Ki im aufgeschmolzenen Polymer als Urform beim Atzen und damit beim Abformen der Urform in das Substrat, zu einer konischen Konstanten K2 verändert. can be described with a radius of curvature R x , a lens height E λ and a conical constant Ki ≠ 0. After the etching process, these aspheric surfaces are then transferred to the substrate in the known etching processes, and, moreover, it often happens that the conical constant Ki in the melted polymer becomes an original form during etching and thus when the original form is molded into the substrate conical constants K 2 changed.
Somit entsteht eine ebenfalls aspharische Mikrolinse im Substrat mit jedoch unterschiedlichen optischen Eigenschaften, als sie es aufgrund der Form des aufgeschmolzenen Polymers zu erwarten gewesen waren. Eine ausreichende Korrektur oder Vermeidung dieser aspharischen Oberflache der Mikrolinsen ist mit bekannten statischen Atzprozessen vielfach nicht möglich, selbst wenn diese unterschiedliche Atzabtragsraten für das Substratmaterial und das Polymer aufweisen.This results in an aspherical microlens in the substrate with different optical properties than expected due to the shape of the melted polymer. A sufficient correction or avoidance of this aspheric surface of the microlenses is often not possible with known static etching processes, even if they have different etching removal rates for the substrate material and the polymer.
Dies liegt in der Regel an einer sehr hohen konischen Konstanten der Polymer-Urform, einer Volumenanderung der Urform durch den Atzprozeß oder einer zeitabhängigen Variation der Atzparameter wahrend des Atzprozesses durch beispielsweise Erwärmung des Substrates bei magelhafter Kühlung.This is usually due to a very high conical constant of the original polymer form, a change in volume of the original form by the etching process or a time-dependent variation of the etching parameters during the etching process, for example by heating the substrate with magical cooling.
Das Verhältnis der Ätzabtragsrate des Substratmaterials zu der des Urformmaterials bezeichnet man im übrigen als Selek- tivitat S. Bekannte statische Atzprozesse besitzen daher konstante Selektivitäten. Es ist weiterhin bereits bekannt, daß sich im Fall von Photolacklinsen mit einigen mm Durchmesser zunächst konische Konstanten Kx < -100 einstellen. Aus diesen können, bei einer für die Oberflachenqualitat der Linsen forderlichen Selektivität von S = 4, mit bekannten statischen Atzprozessen lediglich Mikrolinsen in einem Siliziumsubstrat erzeugt werden, die eine konische Konstante K2 < -5 aufweisen. Insbesondere ist eine gewünschte Einstellung von K2 = 0 d.h. eine sphärische Linse nicht möglich.The ratio of the rate of etching removal of the substrate material to that of the master molding material is otherwise referred to as selectivity S. Known static etching processes therefore have constant selectivities. It is also already known that, in the case of photoresist lenses with a diameter of a few mm, conical constants K x <-100 initially set. With a selectivity of S = 4 required for the surface quality of the lenses, only known microlenses with a conical constant K 2 <-5 can be produced with known static etching processes in a silicon substrate. In particular, a desired setting of K 2 = 0, ie a spherical lens, is not possible.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Das erfindungsgemaße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat gegenüber dem Stand der Tech- nik den Vorteil, daß es sich zur Herstellung dreidimensionaler Strukturen wie insbesondere sphärischer Mikrolinsen weitgehend beliebiger Große, in einem Substrat wie Silizium eignet, wobei sich insbesondere auf dem Substrat zunächst bereichsweise mindestens eine Urform mit einer bekannten Uroberflächenform befindet. Dadurch, daß sich die Atzabtragsraten für das Substratmaterial und das Urformmaterial definiert unterscheiden und diese gleichzeitig über die Einstellung von apparativen Atzparametern als Funktion der Zeit gezielt eingestellt werden können, so daß sich die Selekti- vitat des Atzprozesses definiert zeitlich ändert, kann dieThe method according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage over the prior art that it is suitable for the production of three-dimensional structures such as, in particular, spherical microlenses of largely any size, in a substrate such as silicon, in particular on the substrate initially in some areas is at least one archetype with a known surface shape. The fact that the etching removal rates for the substrate material and the primary molding material differ in a defined manner and, at the same time, that these can be set specifically as a function of time by setting apparatus etching parameters, so that the selectivity of the etching process changes in a defined time
Uroberflächenform wahrend des Atzprozesses in eine gewünschte und vorgegebene Zieloberflachenform überfuhrt werden. Dies geschieht vorteilhaft dadurch, daß die Urform wahrend des Atzprozesses abgetragen und an ihrer Stelle eine Ziel- form aus dem Substrat herausstrukturiert wird.Surface shape during the etching process can be converted into a desired and predetermined target surface shape. This is advantageously done by removing the original shape during the etching process and structuring a target shape out of the substrate in its place.
Die Berechnung der erforderlichen zeitlichen Veränderung der Atzabtragsraten erfolgt dabei vor Beginn der Atzung, abgesehen von einigen apparativen Einflüssen, die über Testatzun- gen bestimmt werden müssen, ausschließlich über die bekannte Oberflachenform der Urform und die der Zielform, so daß eine standige Kontrolle des Atzprozesses und aufwendige empirische Versuche zum Erreichen einer gewünschten Zielform und eine fortwahrende Bestimmung der bereits erreichten Oberflachenform der Zielform als Funktion der Atzzeit nicht erforderlich sind.The calculation of the required change in the etching removal rates over time is carried out before the beginning of the etching, with the exception of some apparatus influences which are conditions must be determined exclusively via the known surface shape of the original shape and that of the target shape, so that constant control of the etching process and extensive empirical tests to achieve a desired target shape and continuous determination of the surface shape of the target shape already achieved as a function of the etching time are not necessary .
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteranspruchen genannten Maßnahmen.Further advantageous developments of the invention result from the measures mentioned in the subclaims.
Zur Erleichterung der Berechnung ist es sehr vorteilhaft, wenn die Uroberflächenform zumindest naherungsweise durch eine vor Beginn des Atzprozesses insbesondere explizit be- kannte Urfunktion hυ und die Zieloberflachenform zumindest naherungsweise durch eine vor Beginn des Atzprozesses insbesondere explizit bekannte Zielfunktion hs beschrieben werden kann.In order to facilitate the calculation, it is very advantageous if the surface shape can be described at least approximately by an original function h υ which is known in particular before the beginning of the etching process and the target surface shape can be described at least approximately by an objective function h s which is particularly explicitly known before the beginning of the etching process.
Die apparative Einstellung mindestens eines Atzparameters als Funktion der Zeit wahrend des Atzprozesses erfolgt vorteilhaft und in bekannter Weise beispielsweise über die Veränderung des Flusses mindestens eines der verwendeten Atzgase, die Konzentration und/oder Zusammensetzung des verwende- ten Atzgases, den Prozeßdruck in der Piasmaatzkammer, die am Substrat anliegende Substratspannung, die Substrattemperatur oder die Spulenspannung einer ICP-Plasmaanlage . Zur Einstellung der einzelnen Parameter eignet sich insbesondere eine computerkontrollierte und -bediente Steuerung. Dabei nutzt man insbesondere die vorteilhafte Eigenschaft, daß die Atzabtragsraten auch materialabhangig sind.The apparatus setting of at least one etching parameter as a function of time during the etching process takes place advantageously and in a known manner, for example by changing the flow of at least one of the etching gases used, the concentration and / or composition of the etching gas used, the process pressure in the piasmaatz chamber, the substrate voltage applied to the substrate, the substrate temperature or the coil voltage of an ICP plasma system. A computer-controlled and operated control is particularly suitable for setting the individual parameters. The advantageous property is used in particular that the etching removal rates are also material-dependent.
Sehr vorteilhaft ist weiter, daß es das erfindungsgemaße Verfahren in einfacher Weise erlaubt, eine gewünschte Ziel- form, ausgehend von einem auf dem Substrat befindlichen Urform, aus diesem herauszustrukturieren.It is also very advantageous that the method according to the invention allows a desired target to be achieved in a simple manner. shape, starting from an original shape on the substrate, to be structured out of it.
Damit ist es einfach und vorteilhaft möglich, eine asphari- sehe Linse mit kreisförmiger Grundflache als Urform, die beispielsweise aus einem aufgeschmolzenen Polymer wie einem Photolack besteht, das sich auf einem Siliziumsubstrat oder einem sonstigen Halbleitersubstrat befindet, und deren Oberflache durch eine konische Funktion beschrieben werden kann, in eine wahrend des Atzprozesses aus dem Siliziumsubstrat herausstrukturierte sphärische Mikrolinse zu überfuhren.It is thus possible in a simple and advantageous manner to use an aspherical lens with a circular base surface as the primary form, which consists, for example, of a melted polymer such as a photoresist, which is located on a silicon substrate or another semiconductor substrate, and the surface of which is described by a conical function can be converted into a spherical microlens structured out of the silicon substrate during the etching process.
Mit Hilfe des erfindungsgemaßen Verfahrens wird somit eine deutlich bessere optische Qualität von Mikrolinsen erreicht und insbesondere bei größeren Mikrolinsen der Entwicklungsprozeß deutlich verkürzt, da umfangreiche Tests und Atzungen unter empirischer Variation der Atzparameter entfallen.With the aid of the method according to the invention, a significantly better optical quality of microlenses is thus achieved, and the development process is significantly shortened, particularly in the case of larger microlenses, since extensive tests and etching with empirical variation of the etching parameters are omitted.
Das erfindungsgemaße Verfahren ist jedoch vorteilhaft weder an spezielle Materialien oder Zusammensetzungen der Urform noch der zu erreichenden Zielform gebunden, sofern dafür geeignete, an sich bekannte Atzprozesse zur Verfugung stehen.However, the method according to the invention is advantageously not bound to special materials or compositions of the original shape or the target shape to be achieved, provided suitable etching processes known per se are available for this purpose.
Auch die möglichen Oberflachenformen der Urform und der Zielform für das erfindungsgemaße Verfahren umfassen vorteilhaft vielfaltige geometrische Gebilde und sind nicht nur auf Formen beschrankt, die, wie aspharische Mikrolinsen, für die Praxis bislang von besonderer Bedeutung sind.The possible surface shapes of the original shape and the target shape for the method according to the invention advantageously include diverse geometric structures and are not only limited to shapes which, like aspherical microlenses, have so far been of particular importance in practice.
Das erfindungsgemaße Verfahren eignet sich besonders vorteilhaft zur Herstellung dreidimensionaler Strukturen mit kreisförmiger Grundflache und einer zur z-Achse des Koordinatensystems zylindersymmetrischen Oberflachenform, da in diesem Fall in der durch das Substrat definierten Substra- tebene an allen Stellen die Atzung mit gleichen Atzabtragsraten oder einer gleichen Selektivität erfolgt, die sich lediglich als Funktion der Zeit ändert.The method according to the invention is particularly advantageously suitable for producing three-dimensional structures with a circular base area and a surface shape which is cylindrical symmetry with the z-axis of the coordinate system, since in this case the substrate defined by the substrate At all levels, the etching takes place at the same etching removal rates or with the same selectivity, which only changes as a function of time.
Prinzipiell ist es mit dem erfindungsgemaßen Atzverfahren jedoch auch möglich, mindestens einen der Atzparameter oder die Selektivität als Funktion des Ortes auf der Substratoberflache und/oder als Funktion der Zeit zu verandern, so daß beispielsweise die Atzabtragsraten für Urform und Ziel- form nicht nur eine Funktion der Zeit sondern auch der Ortskoordinaten x und y sein können. Diese Weiterfuhrung des er- findungsgemaßen Verfahrens, die lediglich einen höheren Rechenaufwand bei der Berechnung der einzustellenden Änderungen der Atzparameter erfordert, ist bislang jedoch nicht von praktischer Bedeutung, da entsprechende Atzanlagen noch fehlen. Als Funktion der Ortskoordinaten und der Atzzeit variierbare Atzparameter kommen beispielsweise die Temperatur des Substrates oder die Substratspannung in Frage.In principle, however, it is also possible with the etching method according to the invention to change at least one of the etching parameters or the selectivity as a function of the location on the substrate surface and / or as a function of time, so that, for example, the etching removal rates for the original form and target form are not just a function the time but also the location coordinates x and y. However, this continuation of the method according to the invention, which only requires a higher computing effort when calculating the changes to the etching parameters to be set, has not been of practical importance since corresponding etching systems are still lacking. The temperature of the substrate or the substrate voltage, for example, come into question as a function of the location coordinates and the etching time.
Insbesondere ist es mit dem erfindungsgemaßen Verfahren vorteilhaft möglich, ausgehend von einer Urform mit kreisförmiger Grundflache und einer Oberflachenform, die von einer ersten konischen Funktion hυ mit Krümmungsradius Rx, konischer Konstante Ki und Hohe Hi beschrieben wird, diese über eine vor dem Atzprozeß berechnete zeitliche Variation mindestens eines Atzparameters in eine Zielform in einem Substrat zu überfuhren, die deren Oberflachenform von einer zweiten konischen Funktion hs mit Krümmungsradius R2, konischer Konstante K2 und Hohe H2 beschrieben wird. Im besonders rele- vanten Fall K2 = 0 erhalt man auf diese Weise vorteilhaft insbesondere eine sphärische Zielform, wahrend man in dem Fall Ki ≠ K2 gezielt die erste konische Funktion, die die Oberflachenform der Urform beschreibt, in die zweite konische Funktion, die die Oberflachenform der Zielform be- schreibt, überfuhren kann. Ein besonders einfacher Fall dieser Vorgehensweise ergibt sich vorteilhaft in dem für die Praxis besonders wichtigen Fall, daß die Hohen Hx und H2 und/oder die Krümmungsradien Rτ und R2 gleich sind. Somit erlaubt es das erfindungsgemaße Verfahren sehr vorteilhaft, aus aspharischen Urformen eine sphärische Zielform herzustellen.In particular, with the method according to the invention, it is advantageously possible, starting from an original shape with a circular base surface and a surface shape, which is described by a first conical function h υ with radius of curvature R x , conical constant Ki and Hohe Hi, using a one calculated before the etching process to convert temporal variation of at least one etching parameter into a target shape in a substrate, the surface shape of which is described by a second conical function h s with radius of curvature R 2 , conical constant K 2 and height H 2 . In the particularly relevant case K 2 = 0, a spherical target shape is advantageously obtained in this way, while in the case Ki ≠ K 2 the first conical function, which describes the surface shape of the original form, is deliberately converted into the second conical function, the the surface shape of the target shape writes, can convict. A particularly simple case of this procedure results advantageously in the case which is particularly important for practice in that the heights H x and H 2 and / or the radii of curvature R τ and R 2 are the same. The method according to the invention thus very advantageously allows a spherical target shape to be produced from aspherical archetypes.
Besonders einfach verlauft das erfindungsgemaße Verfahren weiterhin, wenn wahrend des Atzprozesses die Ätzabtragsrate eines Materials, wie beispielsweise des Substratmaterials, zumindest im wesentlichen konstant gehalten und nur die Ätzabtragsrate des anderen Materials, beispielsweise des Urformmaterials, über die Atzparameter zeitlich verändert wird. Dies vermindert den Berechnungsaufwand vor dem Atzen, erhöht die Zuverlässigkeit und Präzision der jeweils eingestellten Atzparameter und die Reproduzierbarkeit des Atzergebnisses .The method according to the invention is particularly simple if the etching removal rate of one material, such as the substrate material, is kept at least substantially constant during the etching process and only the etching removal rate of the other material, for example the master molding material, is changed over time via the etching parameters. This reduces the calculation effort before etching, increases the reliability and precision of the etching parameters set and the reproducibility of the etching result.
Um wahrend des Atzprozesses auftretende, in der Berechnung zunächst nicht berücksichtigte atzanlagenbedingte Abweichungen in den Atzabtragsraten und der Selektivität berücksichtigen zu können, die zu einer Abweichung der tatsachlich erreichten Oberflachenform von der gewünschten, und in die Be- rechnung einbezogenen Oberflachenform der Zielform fuhren, kann vorteilhaft zunächst zusatzlich eine Testatzung vorgenommen werden, wobei zunächst die sich aus der Berechnung unter Berücksichtigung der Oberflachenform der Urform (beschrieben durch die Funktion hu) und der gewünschten Ober- flachenform der Zielform (beschrieben durch die Funktion hs) ergebende zeitliche Änderung der Atzparameter verwendet wird. Danach stellt sich vielfach zunächst eine, von der gewünschten Oberflachenform der Zielform geringfügig abweichende Oberflachenform ein, die durch eine Funktion hs Test beschrieben wird. Um diese Abweichung zumindest in erster Ordnung ausgleichen zu können, wird danach vorteilhaft in allen weiteren Atzprozessen eine vorausgehende Berechnung der Veränderung der Atzparameter zur Überführung der Urform in die Zielform mit einer neu definierten Funktion h nS,neu = 2'hnS - hS,Teκt vorgenommen, die an die Stelle der vorher verwendeten Funktion hs tritt.In order to be able to take account of deviations in the etching removal rates and selectivity that occur during the etching process and are not initially taken into account in the calculation, which lead to a deviation of the actual surface shape achieved from the desired surface shape of the target shape, which is included in the calculation First of all, a test statute is made, whereby the temporal change in the etching parameters resulting from the calculation taking into account the surface shape of the original shape (described by the function h u ) and the desired surface shape of the target shape (described by the function h s ) is used first becomes. Thereafter, a surface shape which differs slightly from the desired surface shape of the target shape is often established, which is determined by a function h s test is described. In order to be able to compensate for this deviation at least in the first order, a previous calculation of the change in the etching parameters for converting the original form into the target form with a newly defined function h n S, new = 2'h n S - hS is then advantageous in all further etching processes , Teκt made, which takes the place of the previously used function h s .
Zeichnungendrawings
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung naher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Prinzipskizze einer Urform auf einem Substratmaterial vor dem Atzprozeß, Figur 2 eine Prinzipskizze einer Zielform aus einem Substratmaterial nach dem Atzprozeß, Figur 3 eine Darstellung der Lackatzzeit Tι(x) [min] als Funktion des Ortes x [μm] , Figur 4 eine Darstellung der Lackatzabtragsrate ax(t) [μm/min] als Funktion der Atzzeit t [min] und Figur 5 eine Darstellung der Selektivität S(t) als Funktion der Atzzeit t [min] .The invention is explained in more detail with reference to the drawing and the description below. FIG. 1 shows a schematic diagram of an original shape on a substrate material before the etching process, FIG. 2 shows a schematic diagram of a target shape made of a substrate material after the etching process, FIG. 3 shows the coating time Tι (x) [min] as a function of the location x [μm], 4 shows a representation of the paint removal rate a x (t) [μm / min] as a function of the etching time t [min] and FIG. 5 shows a representation of the selectivity S (t) as a function of the etching time t [min].
Ausführungsbeispieleembodiments
Figur 1 zeigt ein Substrat 10 aus einem Siliziumwafer, auf dem sich bereichsweise ein aufgeschmolzener Photolack als Urform 11 befindet. Die Oberflache des Substrates 10 liegt innerhalb der durch die Koordinatenachsen x und y definierten Ebene. Die Urform 11 hat die Form eines zur z-Achse sym- metrischen Ellipsoids oder eines Kegelschnittes mit kreisförmiger Grundflache. Die Oberflache der Urform 11 wird durch eine Urfunktion h0 beschrieben, deren Projektion in die xz-Ebene des Koordinatensystemes gegeben ist durch die konische Funktion wobei Ηi eine Hohe, Ri einen Krümmungsradius und Ki eine ko¬ nische Konstante bezeichnet, die hier ungleich 0 ist und insbesondere zwischen 0 und -200 liegt. Die Große hu(x) be- zeichnet dabei in der Projektion den jeweiligen Abstand der Oberflache der Urform 11 von dem Substrat 10 als Funktion von x gemäß Figur 1. Der Ursprung der x-Achse befindet sich, wie auch in allen übrigen erläuterten Fallen, im Mittelpunkt der kreisförmigen Grundflache der Urform 11 bzw. der Ziel- form 12.FIG. 1 shows a substrate 10 made of a silicon wafer, on which a melted photoresist as the primary mold 11 is located in regions. The surface of the substrate 10 lies within the plane defined by the coordinate axes x and y. The original shape 11 has the shape of an ellipsoid symmetrical to the z-axis or a conic section with a circular base area. The surface of the original form 11 is described by an original function h 0 , the projection of which into the xz plane of the coordinate system is given by the conical function where Ηi is a height, Ri is a radius of curvature and Ki is a ko ¬ African constant, which is not equal to 0 here and is in particular between 0 and -200. In the projection, the size h u (x) denotes the respective distance between the surface of the original form 11 and the substrate 10 as a function of x according to FIG. 1. The origin of the x axis is located, as in all the other cases explained , in the center of the circular base surface of the original shape 11 or the target shape 12.
Figur 2 zeigt, wie ausgehend von Figur 1, mittels eines beispielsweise aus DE 42 41 045 bekannte Atzverfahrens, bei dem eine induktive gekoppelte Plasmaquelle verwendet wird, die Urform 11 in eine Zielform 12 überfuhrt wird, die aus demFIG. 2 shows, as in FIG. 1, by means of an etching process known from DE 42 41 045, for example, in which an inductive coupled plasma source is used, the original mold 11 is converted into a target mold 12, which consists of the
Substrat 10 herausstrukturiert ist. Die Oberflachenform der Zielform 12 wird durch eine Zielfunktion hs beschrieben, deren Projektion in die xz-Ebene des Koordinatensystemes gegeben ist durch die konische FunktionSubstrate 10 is structured out. The surface shape of the target shape 12 is described by a target function h s , the projection of which into the xz plane of the coordinate system is given by the conical function
wobei H2 eine Hohe, R2 einen Krümmungsradius und K2 eine konische Konstante bezeichnet. Unter der Große hs(x) ist in diesem Fall in der Projektion wieder der Abstand der Oberflache der Zielform von der Substratgrundflache als Funktion von x gemäß Figur 2 zu verstehen. where H 2 denotes a height, R 2 denotes a radius of curvature and K 2 denotes a conical constant. In this case, the size h s (x) in the projection is again to be understood as the distance of the surface of the target shape from the substrate base area as a function of x according to FIG. 2.
In diesem Ausfuhrungsbeispiel ist die konische Konstante durch K2 = 0 gegeben, das heißt, die Zielform 12 hat eine sphärische Oberflachenform, so daß, beispielsweise bei der Herstellung von Mikrolinsen, eine aspharische Urform 11 in eine sphärische Zielform 12 überfuhrt wird. Für die Krum- mungsradien gilt Ri ≠ R2. Es sei jedoch betont, daß das er- findungsgemaße Verfahren auch mit wesentlich allgemeineren Urfunktionen und Zielfunktionen durchgeführt werden kann, die jedoch bislang wenig praktische Bedeutung haben.In this exemplary embodiment, the conical constant is given by K 2 = 0, that is, the target shape 12 has a spherical surface shape, so that, for example in the production of microlenses, an aspherical master shape 11 is converted into a spherical target shape 12. For the Krum radii applies Ri ≠ R 2 . However, it should be emphasized that the method according to the invention can also be carried out with much more general original functions and target functions, which, however, have hitherto had little practical significance.
Typische Dimensionen für die Urform 11 und die Zielform 12 sind ein Durchmesser der Grundflache von ca. 1 bis 10 mm, eine Hohe von 0,1 mm bis 5 mm und eine konische Konstante von 0 bis -200. Da die konischen Funktionen Kegelschnitte (Ellipsen, Parabeln, Hyperbeln) beschreiben, sind jedoch auch positive konische Konstanten denkbar. Insgesamt nimmt die Zielfunktion hs unter diesen Vorgaben nun die einfachere Form b 'si'(VxΛ)/ = H"22 - R"22 + VR~? an. Weiterhin hat das Atzverfahren für das Substratmaterial (Silizium) eine Ätzabtragsrate a2 und im Urformmaterial (Polymer oder Photolack) eine Ätzabtragsrate al r die beide über apparative Atzparameter zeitlich veränderbar sind. In diesem Ausfuhrungsbeispiel wird über eine zeitliche Veränderung des Atzgasflusses oder der Atzgaskonzentration die Ätzabtragsrate ai im Photolack definiert als Funktion der Zeit verändert, wahrend die Ätzabtragsrate a2 zumindest im wesentlichen konstant gehalten wird.Typical dimensions for the original shape 11 and the target shape 12 are a diameter of the base area of approx. 1 to 10 mm, a height of 0.1 mm to 5 mm and a conical constant from 0 to -200. Since the conical functions describe conic sections (ellipses, parabolas, hyperbolas), positive conical constants are also conceivable. Overall, the target function h s now takes the simpler form b ' s i' (Vx Λ ) / = H " 22 - R" 22 + VR ~ ? on. Furthermore, the etching process for the substrate material (silicon) has an etching removal rate a 2 and in the master molding material (polymer or photoresist) an etching removal rate a lr, both of which can be changed over time by apparatus etching parameters. In this exemplary embodiment, a change in the etching gas flow or the etching gas concentration changes the etching removal rate ai defined in the photoresist as a function of time, while the etching removal rate a 2 is kept at least substantially constant.
Bei statischen Atzprozessen mit zeitlich und ortlich konstanten Atzabtragsraten ai und a2 und einer Selektivität S, die definiert ist überIn static etching processes with temporally and locally constant etching removal rates ai and a 2 and a selectivity S which is defined via
S(t) = a2 «) = a = s (4) α,( a, ändert sich die konische Konstante K2 aus Formel (1) in Ab- hangigkeit von der Selektivität S und einer vorgegebenen konischen Konstanten Ki aus Formel (2) in diesem einfachen Fall gemäß tf2 = - — l (5) S (t) = a 2 «) = a = s (4) α, (a, the conical constant K 2 from formula (1) changes depending on the selectivity S and a given conical constant Ki from formula ( 2) in this simple case according to tf 2 = - - l (5)
Bei dem erfindungsgemaßen dynamischen Atzprozeß mit zeitlicher Veränderung der Ätzabtragsrate aι(t) im Photolack und einer Atzzeit Tι(x), die angibt, welche Zeit beim Atzen an einem Ort x bis zum Erreichen des Substrates erforderlich ist, gilt mit Formel (1) : ?1WIn the dynamic etching process according to the invention with a change in the etching removal rate aι (t) in the photoresist and an etching time Tι (x), which indicates the time required for etching at a location x to reach the substrate, the following applies with formula (1): ? 1W
J a (t)dt = hυ (x) = H, - *.- IR ,2-(l +^)x2 J a (t) dt = h υ (x) = H, - * .- IR, 2 - (l + ^) x 2
: β ): β)
\ + K,\ + K,
Entsprechend gilt im Siliziumsubstrat unter Verwendung vonThe same applies accordingly in the silicon substrate using
Formel (3) und insbesondere K2 =0:Formula (3) and in particular K 2 = 0:
, (t)S(t)dt = hs (x) = H2 - R2 + VR? -x2 ( 7 ) , (t) S (t) dt = h s (x) = H 2 - R 2 + VR? -x 2 (7)
Dabei wird mit T die gesamte Atzzeit bezeichnet. Weiter gilt mit den FestlegungenT is the total etching time. The same applies with the stipulations
und and
7 SA(t) = Ja, (t)S(t)dt {9)7 SA (t) = Yes, (t) S (t) dt {9)
1 wobei A(t) die gesamte erreichte Atztiefe im Photolack und SA(t) die gesamte erreichte Atztiefe im Siliziumsubstrat nach der Zeit t ist: hυ(x) = A(T1(x)) (10) und hs (x) = SA(T] (x)) (11)1 where A (t) is the total etching depth achieved in the photoresist and SA (t) is the total etching depth achieved in the silicon substrate after the time t: h υ (x) = A (T 1 (x)) (10) and h s ( x) = SA (T ] (x)) (11)
Durch Differenzieren nach x unter Verwendung der Kettenregel ergeben sich dann folgende Differentialgleichungen:Differentiating by x using the chain rule then results in the following differential equations:
T;()α,(7, (X)) (12) T;(x)a] (T (x))S(al (T] (x))) = hs (x) = : i 3 )T; () α, (7, (X)) (12) T; (x) a ] (T (x)) S (a l (T ] (x))) = h s (x) =: i 3)
V^V ^
Daraus bestimmt sich die ortsabhangige Selektivität am Ort des Übergangs von Photolack (Urform 11) zu Siliziumsubstrat (Zielform 12) d.h. am Rand der jeweils verbliebenen Urform (11) dann zu:This determines the location-dependent selectivity at the point of transition from photoresist (primary form 11) to silicon substrate (target form 12), i.e. then at the edge of the remaining original form (11):
κ2 — xκ 2 - x
Die Funktion S = S(aι) ist gemäß Formel (14) für die spezielle verwendete Atzanlage bekannt oder kann durch Variation der Anlagenparameter in beschriebener Weise als Funktion der Zeit bei Änderung der Atzparameter gezielt eingestellt werden.The function S = S (aι) is known according to formula (14) for the particular etching system used or can be set as a function of time when the etching parameters change by varying the system parameters in the manner described.
Somit ergibt sich die Ätzabtragsrate ajtt) am jeweiligen, sich zeitlich im Laufe des Atzprozesses ändernden Ort x des Übergangs von Photolack zu Siliziumsubstrat mit Hilfe von (14) durch Bilden der Umkehrfunktion zu:The etching removal rate ajtt) at the respective location x of the transition from photoresist to silicon substrate, which changes over time in the course of the etching process, is obtained by using (14) by forming the inverse function:
In Verbindung mit Formel (12) errechnet sich damit zunächst Tx λ (x) .In connection with formula (12), T x λ (x) is initially calculated.
Diese Funktion liefert durch Integration dann die benotigte Atzzeit im Photolack Tι(x) bis zum Erreichen des Substrates als Funktion des jeweiligen Ortes x.By integration, this function then provides the required etching time in the photoresist Tι (x) until the substrate is reached as a function of the respective location x.
Aus dieser wiederum ergibt sich durch Bilden der Umkehrfunktion die nur noch von der Zeit abhangige Funktion Tι_1(t).From this, in turn, the function Tι _1 (t), which is only dependent on time, is obtained by forming the inverse function.
Schließlich hat man damit die gewünschte, nur noch zeitab- hangige Ätzabtragsrate im Photolack mit: α 1 (/) = α1 (rI (τ;-, (0)) < 16> aus der sich sofort auch die zeitabhängige Selektivität S errechnet .After all, you have the desired, only time-dependent etching removal rate in the photoresist with: α 1 ( / ) = α 1 ( r I ( τ; - , ( 0) ) < 16 > from which the time-dependent selectivity S is immediately calculated.
Somit ist durch Vorgabe der beiden Funktionen hu(x) und hs(X) die, ausgehend von der Oberflachenform der Urform 11, zum Erreichen einer vorgegebenen Oberflachenform der Zielform 12 erforderliche zeitabhängige Veränderung mindestens eines Atzparameters als Funktion der Zeit vorgegeben.Thus, by specifying the two functions hu (x) and h s (X), the time-dependent change of at least one etching parameter required to achieve a predefined surface form of the target form 12, as a function of time, is predefined, starting from the surface form of the original form 11.
An diese Berechnung, die mit Hilfe eines Computerprogrammes erfolgt, schließt sich somit eine an sich bekannte, zeitabhängige Variation eines Atzparameters, wie beispielsweise der Atzgaskonzentration oder des Atzgasflusses, an, die zu der erforderlichen zeitabhängigen Veränderung der Selektivität oder mindestens einer der beiden Atzabtragsraten ai oder a2 fuhrt. Im erläuterten Beispiel wurde lediglich die Ätzabtragsrate aλ verändert.This calculation, which is carried out with the aid of a computer program, is then followed by a known, time-dependent variation of an etching parameter, such as, for example, the etching gas concentration or the etching gas flow, which results in the required time-dependent change in selectivity or at least one of the two etching removal rates ai or a 2 leads. In the example explained, only the etching removal rate a λ was changed.
Die aus der Berechnung bestimmte zeitliche Variation der ap- partiven Atzparameter erfolgt vorzugsweise ebenfalls über eine Computersteuerung, die die im voraus berechneten Werte jeweils zum richtigen Zeitpunkt wahrend des Atzprozesses einstellt. Somit können mit einem einmal berechneten Parame- tersatz nunmehr alle weiteren Atzungen gleicher geometrischer Form von Urform und Zielform durchgeführt werden.The temporal variation of the appended etching parameters determined from the calculation preferably also takes place via a computer control, which sets the values calculated in advance at the right time during the etching process. Thus, once a parameter set has been calculated, all further etchings of the same geometric shape of the original shape and the target shape can now be carried out.
Zusammenfassend besteht in Kurzform ein möglicher Verfahrensablauf im erläuterten Beispiel somit aus folgenden Schritten:In summary, a possible procedure in the example explained thus consists of the following steps:
1. Man gibt zunächst Kl r Rx, Hx (Urform 11) sowie K2, R2 und H2 (Zielform 12) vor, wobei hier speziell gilt: K2 = 0. 2. Man bestimmt weiterhin zunächst die sich als Funktion der Ätzabtragsrate ax schon aufgrund anlagen- und prozeßspezifischer Eigenschaften ergebende Funktion S (t) als Funktion der Atzzeit bei äußerlich konstant gehaltenen Atzparametern experimentell und nähert diese geratespezifische Funktion zur leichtern Handhabung beispielsweise durch ein Polynom höherer Ordnung an.1. First of all, K lr R x , H x (archetype 11) as well as K 2 , R 2 and H 2 (target form 12) are specified, with the following particularly valid: K 2 = 0. 2. Furthermore, the function S (t) resulting as a function of the etching removal rate a x based on system and process-specific properties is determined experimentally as a function of the etching time with externally constant etching parameters and this device-specific function is approached for easier handling, for example by a polynomial Order.
3. Mit diesen Vorgaben sind bereits alle beim nachfolgen- den Atzprozeß benotigen Selektivitäten (als Intervall, nicht jedoch als Funktion der Zeit aus (14)) sofort bekannt. Insbesondere gilt dies auch für deren Maximum und Minimum, so daß die Randbedingungen bzw. Extrema für die folgenden Berechnung bereits vorliegen.3. With these specifications, all the selectivities required in the subsequent etching process (as an interval, but not as a function of time from (14)) are immediately known. In particular, this also applies to their maximum and minimum, so that the boundary conditions or extremes already exist for the following calculation.
4. Nun berechnet man mit Formel (4) und (5) bzw. (11) und (12) die Funktion aχ(T (x)) und erhalt das Spektrum der möglichen Atzabtragsraten aχ(Tχ(x)).4. Now use formula (4) and (5) or (11) and (12) to calculate the function aχ (T (x)) and obtain the spectrum of the possible etching removal rates aχ (Tχ (x)).
5. Danach bestimmt man TχΛ(X) aus Formel (12).5. Then one determines Tχ Λ (X) from formula (12).
6. Schließlich integriert man, insbesondere numerisch, die Funktion TχΛ(_) mit der Randbedingung, daß die Atzzeit am Rande der Urform 11 d.h. am Ort des Übergangs zum Substrat 10 null ist und erhalt somit Tx (x) .6. Finally, one integrates, in particular numerically, the function Tχ Λ (_) with the boundary condition that the etching time at the edge of the original form 11, ie at the location of the transition to the substrate 10, is zero and thus obtains Tx (x).
7. Da nun die Funktion aχ(Tχ(x)) und die Funktion Tχ(x) bekannt sind, bildet man die dann als Funktion von t gegebene Funktion Tχ_1 (x) , beispielsweise numerisch, und setzt sie schließlich in Formel (16) ein, so daß man als gesuchtes Ergebnis aχ(t) erhalt.7. Since the function aχ (Tχ (x)) and the function Tχ (x) are now known, the function Tχ _1 (x) then given as a function of t is formed, for example numerically, and finally set in formula (16 ) so that the result you get is a t (t).
Die Figur 3 zeigt zur Erläuterung für eine Urform 11 aus einem Photolack und eine Zielform aus Silizum in einem Silizi- umsubstrat 10 eine sich aus der Berechnung ergebende Darstellung der Lackatzzeit Tχ(x) in Minuten als Funktion des Ortes x in μm. Figur 4 zeigt eine zugehörige Darstellung der als Funktion der Atzzeit t [min] berechneten Lackatzabtrags- rate aχ(t) in μm/min. Figur 5 zeigt schließlich die zugehörige Darstellung der Selektivität S(t) als Funktion der Atzzeit t [min] . Es sei darauf hingewiesen, daß beide Fuktionen in Figur 4 und 5 keine Geraden sind.FIG. 3 shows an explanation for an original form 11 made of a photoresist and a target form made of silicon in a silicon umsubstrat 10 a result of the calculation of the coating time Tχ (x) in minutes as a function of the location x in μm. FIG. 4 shows an associated representation of the paint removal rate aχ (t) calculated as a function of the etching time t [min] in μm / min. FIG. 5 finally shows the associated representation of the selectivity S (t) as a function of the etching time t [min]. It should be noted that both functions in Figures 4 and 5 are not straight lines.
In einem zweiten Ausfuhrungsbeispiel wird das im ersten Ausfuhrungsbeispiel beschriebene Verfahren etwas modifiziert ausgeführt.In a second exemplary embodiment, the method described in the first exemplary embodiment is carried out somewhat modified.
Zunächst fuhrt man das beschriebene Verfahren bei einer Testatzung wie im ersten Ausfuhrungsbeispiel beschrieben durch. Falls sich danach eine Oberflachenform der Zielform (12) einstellt, die von der gewünschten und in die Berechnung einbezogenen Funktion hs (x) = H2 - R2 + τjR2 2-x2 (7) aus Formel (7) abweicht, was durch wahrend des Atzprozesses auftretende, in der Berechnung zunächst nicht berücksichtigte atzanlagenbedingte Abweichungen in den Atzabtragsraten und der Selektivität verursacht sein kann, die zu einer konischen Konstante K2 ≠ 0 fuhren, bestimmt man experimentell die entstandene Oberflachenform der Zielform 12 und beschreibt sie funktional unter der Bezeichnung hS Test mit den experimentell nach der Testatzung bestimmten Konstanten K3 und R3 gemäßFirst of all, the described method is carried out in a test statute as described in the first exemplary embodiment. If there is a surface shape of the target shape (12) that deviates from the desired function h s (x) = H 2 - R 2 + τjR 2 2 -x 2 (7) from formula (7), What can be caused by deviations in the etching removal rates and selectivity that occur during the etching process and are not initially taken into account in the calculation, which lead to a conical constant K 2 ≠ 0, is experimentally determined and the function of the surface shape of the target shape 12 is described the designation h S test with the constants K 3 and R 3 determined experimentally according to the test statute
hS eΛX) = Hi [ I T anstelle der eigentlich aufgrund der Berechnung zu erwartenden Funktion h S eΛ X ) = H i [IT instead of the function to be expected based on the calculation
Zum Ausgleich dieser sich nach der Testatzung ergebenden, zunächst geringfügig fehlerhaften Oberflachenform wird dann in einer Näherung in erster Ordnung mit Formel (17) und (7) eine neue Funktion hS, eΛx) = 2hs(X) -hs 7esl(x (18) definiert, die an die Stelle der vorher verwendeten Funktion hs(x) tritt.To compensate for this, after the test statute, initially slightly defective surface shape, a new function h S, e Λx) = 2h s ( X ) -h s 7esl (is then approximated in a first order using formulas (17) and (7). x (18) defines, which replaces the previously used function h s (x).
Mit dieser Funktion zur Beschreibung der Oberflachenform der Zielform 12 wird dann zusammen mit der ursprunglichen Funktion hu(x) zur Beschreibung der Oberflachenform der Urform 11 die Berechnung gemäß dem ersten Ausfuhrungsbeispiel er- neut durchgeführt, deren Ergebnis dann endgültig in Form einer definierten zeitlichen Veränderung von aχ(t) über entsprechende Atzparameter bei den weiteren Atzungen verwendet wird. Dadurch lassen sich die genannten atzanlagenbedingten Abweichungen kompensieren und man erhalt bei diesen weiteren Atzungen eine Oberflachenform der Zielform 11, die der gewünschten, durch die Funktion hs(x) beschriebenen Oberflachenform zumindest sehr nahe kommt.With this function for describing the surface shape of the target shape 12, together with the original function hu (x) for describing the surface shape of the original shape 11, the calculation according to the first exemplary embodiment is then carried out again, the result of which is then finally in the form of a defined temporal change of aχ (t) is used for the further etchings via corresponding etching parameters. As a result, the above-mentioned deviations caused by the etching system can be compensated for, and with these further etchings a surface shape of the target shape 11 is obtained which at least comes very close to the desired surface shape described by the function h s (x).
Es ist offensichtlich, daß die erläuterten Ausfuhrungsbei- spiele weder auf die jeweiligen Substrat- und Urformmateria- lien noch auf die speziellen Oberflachenformen von Urform 11 und Zielform 12 beschrankt sind, sondern in einfacher Weise verallgemeinert werden können. It is obvious that the exemplary embodiments explained are neither restricted to the respective substrate and primary shape materials nor to the special surface shapes of primary shape 11 and target shape 12, but can be generalized in a simple manner.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Strukturen, insbesondere von Mikrolinsen, in einem Substrat (10) mittels eines Atzprozesses, wobei sich zunächst auf dem Substrat (10) bereichsweise mindestens eine Urform (11) mit einer bekannten Uroberflächenform befindet, wobei der Atzprozeß mindestens eine erste Ätzabtragsrate a: und eine zweite Ätzabtragsrate a2 aufweist, von denen mindestens eine minde- stens zeitlich veränderbar ist, und wobei durch den Atzprozeß die Urform (11) in eine Zielform (12) mit vorgegebener, von der Uroberflächenform verschiedener Zieloberflachenform überfuhrt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erreichen der Zieloberflachenform wahrend des Atzprozesses zumindest eine der Atzraten a2 oder ax über eine vor Beginn des Atzprozesses mindestens als Funktion der Atzzeit aus der Uroberflächenform und der Zieloberflachenform berechnete Änderung mindestens eines Atzparameters eingestellt wird.1. A method for producing three-dimensional structures, in particular microlenses, in a substrate (10) by means of an etching process, with at least one original shape (11) with a known surface shape being located in regions on the substrate (10), the etching process being at least one first etching removal rate a : and a second etching removal rate a 2 , at least one of which can be changed at least over time, and wherein the etching process converts the original shape (11) into a target shape (12) with a predetermined target surface shape that differs from the surface shape, characterized in that, in order to achieve the target surface shape during the etching process, at least one of the etching rates a 2 or a x is set via a change of at least one etching parameter calculated from the surface shape and the target surface shape at least as a function of the etching time before the beginning of the etching process.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Uroberflächenform zumindest naherungsweise durch eine vor Beginn des Atzprozesses bekannte Urfunktion υ und die Zieloberflachenform zumindest naherungsweise durch eine vor Beginn des Atzprozesses bekannte Zielfunktion hs beschrieben wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the surface shape is at least approximately described by an original function known before the beginning of the etching process υ and the target surface shape is at least approximately described by a target function h s known before the beginning of the etching process.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Atzabtragsraten a2 und a2 über eine apparative Einstel- lung von Atzparametern als Funktion der Zeit eingestellt werden und insbesondere materialabhangig sind.3. The method according to claim 1, characterized in that the etching removal rates a 2 and a 2 via an apparatus setting etching parameters can be set as a function of time and are in particular material-dependent.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zielform (12) aus dem Substrat (10) herausstrukturiert wird.4. The method according to claim 1, characterized in that the target shape (12) from the substrate (10) is structured.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Atzprozeß für das Urformmaterial die Ätzabtragsrate ax und für das Substratmaterial die Ätzabtragsrate a2 hat.5. The method according to claim 1, characterized in that the etching process for the primary molding material has the etching removal rate ax and for the substrate material has the etching removal rate a 2 .
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Atzparameter der Fluß eines oder mehrerer der verwendeten Atzgase, die Konzentration und/oder Zusammensetzung des verwendeten Atzgases, der Prozeßdruck, die am Substrat anliegende Substratspannung, die Substrattemperatur und die Spulenspannung sind.6. The method according to claim 3, characterized in that the etching parameters are the flow of one or more of the etching gases used, the concentration and / or composition of the etching gas used, the process pressure, the substrate voltage applied to the substrate, the substrate temperature and the coil voltage.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzabtragsrate des Substratmaterials a2 zumindest im wesentlichen konstant gehalten und nur die Ätzabtragsrate a1 der Urform über die Atzparameter zeitlich verändert wird.7. The method according to claim 1, characterized in that the etching removal rate of the substrate material a 2 is kept at least substantially constant and only the etching removal rate a 1 of the original form is changed over time via the etching parameters.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Urform (11) und/oder die Zielform (12) eine zumindest naherungsweise kreisförmige Grundflache haben.8. The method according to claim 1, characterized in that the original shape (11) and / or the target shape (12) have an at least approximately circular base area.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Urform (11) und/oder die Zielform (12) zylindersymme- trisch zur z-Achse des Koordinatensystems sind.9. The method according to claim 8, characterized in that the master form (11) and / or the target form (12) are cylinder-symmetrical to the z-axis of the coordinate system.
10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Uroberflächenform durch eine zylindersymmetrische Urfunktion hu beschrieben wird, deren Projektion in die xz-Ebene des Koordinatensystemes zumindest naherungsweise durch eine konische Funktion10. The method according to claim 1 or 3, characterized in that the surface shape is described by a cylinder-symmetrical original function hu, the projection of which in the xz plane of the coordinate system at least approximately by a conical function
mit einer konischen Konstanten Kx, einem Krümmungsradius Rx und einer Hohe Hx beschrieben wird, und daß die Zieloberfla- chenform durch eine zylindersymmetrische Zielfunktion hs beschreiben wird, deren Projektion in die xz-Ebene des Koordinatensystemes zumindest naherungsweise durch eine konische Funktion is described with a conical constant K x , a radius of curvature Rx and a height H x , and that the target surface shape is described by a cylindrically symmetrical target function h s , its projection into the xz plane of the coordinate system at least approximately by a conical function
R2 - ^R2 2 -(l + K2 )x2 hs (x) H2 - l + K2 mit einer konischen Konstanten K2, einem Krümmungsradius R2 und einer Hohe H2 beschrieben wird.R 2 - ^ R 2 2 - (l + K 2 ) x 2 h s (x) H 2 - l + K 2 with a conical constant K 2 , a radius of curvature R 2 and a height H 2 is described.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohen Hx und H2 und/oder die Krümmungsradien Rx und R2 gleich sind und/oder daß die konische Konstante K2 gleich 0 ist.11. The method according to claim 10, characterized in that the heights Hx and H 2 and / or the radii of curvature R x and R 2 are the same and / or that the conical constant K 2 is 0.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohen Hx und H2 und/oder die Krümmungsradien Rx und R2 gleich sind und die konische Konstante K2 ungleich der konischen Konstanten Kx ist.12. The method according to claim 10, characterized in that the heights Hx and H 2 and / or the radii of curvature Rx and R 2 are the same and the conical constant K 2 is not equal to the conical constant Kx.
13. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden An- Spruche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Korrektur atzanla- genbedingter Abweichungen mit der zunächst als Funktion der Zeit errechneten Änderung mindestens einer Ätzabtragsrate eine Testatzung vorgenommen wird, nach der sich eine, die Oberflachenform der Zielform (12) beschreibende Funktion hs, TeSt einstellt, und daß danach eine neue Zielfunktion hs, neu vorgegeben wird durch mit der zusammen mit der Urfunktion hu die Berechnung der zeitlichen Veränderung mindestens eines Atzparameters zum Erreichen der Zieloberflachenform der Zielform (12) für wei- tere Atzungen erneut durchgeführt wird.13. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that a test statute is carried out for correcting deviations caused by the etching system with the change, calculated initially as a function of time, of at least one etching removal rate, according to which the surface shape of the target shape (12 ) descriptive function h s, T e St , and that afterwards a new target function h s , is newly specified by with which, together with the original function h u, the calculation of the change over time of at least one etching parameter for achieving the target surface shape of the target shape (12) is carried out again for further etching.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich nach der Testatzung eine Oberflachenform der Zielform (12) einstellt, deren Projektion in die xz-Ebene des Koordi- natensystems gegeben wird durch14. The method according to claim 13, characterized in that after the test statute a surface shape of the target shape (12) is set, the projection of which is given in the xz plane of the coordinate system by
15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Urform (11) aus einem Polymer, insbesondere einem Mas- kenmaterial oder einem Photolack besteht.15. The method according to claim 1, characterized in that the master mold (11) consists of a polymer, in particular a mask material or a photoresist.
16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substratmaterial aus einem Halbleiter, insbesondere Silizium, besteht oder diesen enthalt.16. The method according to claim 1, characterized in that the substrate material consists of a semiconductor, in particular silicon, or contains this.
17. Verwendung des Verfahrens nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche zur Herstellung von Mikrolinsen. 17. Use of the method according to at least one of the preceding claims for the production of microlenses.
EP00907450A 1999-01-28 2000-01-26 Method for producing three-dimensional structures by means of an etching process Withdrawn EP1152977A1 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19904307A DE19904307C2 (en) 1999-01-28 1999-01-28 Process for the production of three-dimensional structures by means of an etching process
DE19904307 1999-01-28
PCT/DE2000/000212 WO2000044667A1 (en) 1999-01-28 2000-01-26 Method for producing three-dimensional structures by means of an etching process

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1152977A1 true EP1152977A1 (en) 2001-11-14

Family

ID=7896277

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP00907450A Withdrawn EP1152977A1 (en) 1999-01-28 2000-01-26 Method for producing three-dimensional structures by means of an etching process

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6663784B1 (en)
EP (1) EP1152977A1 (en)
JP (1) JP4653316B2 (en)
KR (1) KR100702822B1 (en)
DE (1) DE19904307C2 (en)
WO (1) WO2000044667A1 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002122707A (en) * 2000-10-13 2002-04-26 Canon Inc Aspheric microstructure and method for manufacturing the same
DE10135872A1 (en) * 2001-07-24 2003-02-27 Osram Opto Semiconductors Gmbh Method of making a lens
DE10142008A1 (en) * 2001-08-28 2003-03-27 Osram Opto Semiconductors Gmbh Selective etching of gallium phosphide based semiconductor layer with structured photo-lacquer coating
DE10262376B3 (en) * 2002-02-27 2015-10-01 Osram Opto Semiconductors Gmbh A method of manufacturing a semiconductor laser device and semiconductor laser device
DE10208463B4 (en) * 2002-02-27 2012-04-05 Osram Opto Semiconductors Gmbh Semiconductor laser device and method for its manufacture
JP5272433B2 (en) * 2008-02-15 2013-08-28 富士通セミコンダクター株式会社 Method and apparatus for calculating shift amount of image pickup device, image pickup device, and device incorporating image pickup device
US8727579B2 (en) 2009-06-17 2014-05-20 Lg Chem Ltd. Light extraction member and organic light emitting diode including the same
EP2769257B1 (en) * 2011-10-20 2018-12-12 SI-Ware Systems Integrated monolithic optical bench containing a doubly-curved optical element and method of its fabrication

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1218956A (en) * 1986-01-28 1987-03-10 Thomas Abraham Process for plasma etching polysilicon to produce rounded profile islands
US5316640A (en) * 1991-06-19 1994-05-31 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Fabricating method of micro lens
JPH05173003A (en) * 1991-06-21 1993-07-13 Mitsui Petrochem Ind Ltd Optical device and production thereof
JPH06161421A (en) * 1992-11-18 1994-06-07 Hitachi Ltd Character generating device
DE4241045C1 (en) * 1992-12-05 1994-05-26 Bosch Gmbh Robert Process for anisotropic etching of silicon
US5286338A (en) * 1993-03-01 1994-02-15 At&T Bell Laboratories Methods for making microlens arrays
JP2795126B2 (en) * 1993-04-16 1998-09-10 株式会社デンソー Curved surface processing method and device
JP3957771B2 (en) * 1993-12-14 2007-08-15 リコー光学株式会社 Optical device manufacturing method
JP3666905B2 (en) * 1994-08-01 2005-06-29 リコー光学株式会社 Optical device and manufacturing method thereof
US5733820A (en) * 1995-04-27 1998-03-31 Sharp Kabushiki Kaisha Dry etching method
JP3869036B2 (en) * 1995-09-11 2007-01-17 リコー光学株式会社 Structure having fine surface shape and manufacturing method thereof
GB9600469D0 (en) 1996-01-10 1996-03-13 Secr Defence Three dimensional etching process
DE19736370C2 (en) * 1997-08-21 2001-12-06 Bosch Gmbh Robert Process for anisotropic etching of silicon

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO0044667A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
KR100702822B1 (en) 2007-04-06
DE19904307A1 (en) 2000-08-10
WO2000044667A1 (en) 2000-08-03
JP4653316B2 (en) 2011-03-16
KR20020018648A (en) 2002-03-08
DE19904307C2 (en) 2001-09-20
US6663784B1 (en) 2003-12-16
JP2002538972A (en) 2002-11-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69736969T2 (en) Method of treating the surface of semiconductive substrates
EP1720676B1 (en) Method and device used to produce a set of control data for producing products by free-form sintering and/or melting, in addition to a device for the production thereof
EP0943155A1 (en) Method for anisotropic etching of silicon
WO1997004319A1 (en) Method of producing acceleration sensors
WO2013113518A1 (en) Hydrophilizing plasma coating method
EP1152977A1 (en) Method for producing three-dimensional structures by means of an etching process
WO2016116367A1 (en) Method and coating system for coating cavity walls
EP1110237B1 (en) Device and method for the high-frequency etching of a substrate using a plasma etching installation and device and method for igniting a plasma and for pulsing the plasma output or adjusting the same upwards
EP0664891B1 (en) Process and device for producing optical lenses or the like
DE4108404C2 (en) Process for controlling the ion beam processing of solid surfaces
DE19713637C2 (en) Particle manipulation
EP0728298B1 (en) Method of producing at least one recess in a surface of a substrate as bed for a diaphragm by dry etching
DE112018000150T5 (en) COMPENSATED POSITION-SPECIFIC MACHINING DEVICE AND METHOD
DE19815529C1 (en) Method and device for producing curved spring band sections
EP0563605B1 (en) Method for the production of microstructures
DE19814760A1 (en) Ion beam machining process for surface leveling, shaping or shape correction of mechanical, micromechanical, electronic and high quality optical components
DE10339992A1 (en) A technique for increasing the accuracy of critical dimensions of a gate electrode by utilizing anti-reflective coating properties
DE19545721A1 (en) Process for the production and adjustment of microlenses on fiber and laser ends
DE19904305A1 (en) Convex structure formation involves changing etching removal rate of base material as function of etching time depending on base material
AT511241B1 (en) METHOD FOR PRODUCING THREE-DIMENSIONAL STRUCTURES
EP3526812B1 (en) Method for anisotropic deep reactive-ion etching with a fluorine gas mixture
DE102016223917B4 (en) Interferometer component and method for producing an interferometer component
DE102022208269A1 (en) Device for changing a shape of a surface of an object
EP3591090A1 (en) Method and device for sputter deposition coating of an object of arbitrary geometry
EP1412967A1 (en) Method for the production of a lens

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20010828

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE

RBV Designated contracting states (corrected)

Designated state(s): CH DE FR GB LI NL

17Q First examination report despatched

Effective date: 20080909

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20140801