JP2002538972A - エッチングプロセスによって３次元構造体を製造するための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 エッチングプロセスによって基板に３次元構造体、とりわけマイクロレンズを製造するための方法が提案され、まず最初に基板（１０）において部分的に既知のオリジナル表面形状を有する少なくとも１つのオリジナル形状体（１１）が設けられている。エッチングプロセスは少なくとも第１のエッチング除去レートａ _１及び第２のエッチング除去レートａ_２を有し、第１のエッチング除去レートａ _１及び第２のエッチング除去レートａ_２は材料に依存し、これら第１のエッチング除去レートａ_１及び第２のエッチング除去レートａ_２のうち少なくとも一方は時間的に可変的である。このエッチングプロセスによってオリジナル形状体（１１）は目標形状体（１２）に変わり、オリジナル形状体（１１）のオリジナル表面形状及び目標形状体（１２）の実現すべき目標表面形状はエッチングプロセスの前に既知である。目標表面形状に到達するために、エッチングレートａ_１及びａ_２のうちの少なくとも一方が、エッチングプロセスの開始前に少なくともエッチング時間の関数として計算される少なくとも１つのエッチングパラメータの変化を介して調整される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、エッチングプロセスによって３次元構造体を製造するための方法に
関する。

【０００２】 このような方法及びこのような方法の実施に適したエッチング装置は様々に知
られており、例えばシリコンのエッチングのために又はシリコン基板からマイク
ロレンズを製造するために利用される。ここではＤＥ４２４１０４５から公知の
方法を参照する。この方法では、フッ素供給エッチングガスからフッ素ラジカル
を遊離しかつテフロン（登録商標）形成モノマー供給パッシブガスから（ＣＦ_２ ）_ｘラジカルを遊離するために、誘導性高周波励起を利用する誘導結合(inducti vely coupled)プラズマ源が非常に高いエッチングレートを有するシリコンディ ープエッチングに使用される。この場合、プラズマ源は比較的高密度（１０^１０ 〜１０^１１ｃｍ^{- ３}）の低エネルギイオンを有する高密度プラズマを発生し、他 方で、エッチングガス及びパッシブガスがマスキングされたシリコンウェハにト レンチをエッチングするために経験的に決定された時間的な順番で交互に使用さ れる。

【０００３】 さらに、未公開出願ＤＥ１９７３６３７０.９において既にいわゆる「パラメ
ータ・ランピング（parameter-rampings）」を用いてシリコンウェハのエッチン
グの際に材料依存的なエッチング除去レートを時間的に制御し、こうしてこのシ
リコンウェハにエッチングされる構造体のプロファイル偏差を低減することが提
案されている。

【０００４】 しかし、上記の方法は、それ自体は等方性のエッチングプロセスを局所的に異
方性に行うことだけに使用され、従って、例えば所定の深度及び良好なプロファ
イル精度のトレンチをエッチングすることだけに使用される。しかし、これらの
上記の方法は、基板上にある３次元オリジナル形状体を所期の通りに所定の表面
形状を有する３次元目標形状体に変える可能性を提示してはない。

【０００５】 とりわけ、マイクロレンズの製造の場合には、まず最初に光学的な表面が例え
ばフォトレジストのような溶融ポリマーによってこれらの表面電圧に基づいてつ
くられ、次にこの光学的な表面がドライエッチングプロセスによってＩＲ光学系
のための例えばシリコンのような無機物基板材料に転写されるのだが、この場合
次のような問題が生じる。すなわち、溶融ポリマーのこの表面形状をエッチング
プロセスにより基板に転写し、同時に元のポリマーの表面形状を所期の通りに基
板材料においてマイクロレンズの所望の表面形状に変化させる、という問題が生
じる。

【０００６】 ポリマーの溶融の際には、重力を無視して、相応に小さいレンズにおいて及び
縁部角度の自由な調整において、一般に巨視的なレンズにも使用されるような球
面表面が発生する。しかし、比較的大きな直径を有するレンズにおいては、すな
わち数ｍｍの場合には、重力の影響をもはや無視できないので、周知のように溶
融ポリマー材料の非球面的な表面が発生する。これらの非球面的な表面は、円形
状の底面の場合には円柱対称的であり、座標系のｘｚ平面に投影すると円錐関数
（konische Funktion）ｈ_Ｕ（ｘ）

【０００７】

【数４】

【０００８】 、ただしここで曲率半径Ｒ_１、レンズ高さＨ_１及び円錐定数Ｋ_１≠０、によって
記述される。この場合、エッチングプロセスの後でこれらの非球面表面は周知の
エッチングプロセスにおいて基板に転写されて再び見出される。その上しばしば
、オリジナル形状体である溶融ポリマーにおける円錐定数Ｋ_１が、エッチングに
より、すなわち基板にこのオリジナル形状体を型取ることにより、円錐定数Ｋ_２ に変わることになる。

【０００９】 従って、溶融ポリマーの形状に基づいて期待されたのとは異なる光学的特性を
有する同様に非球面的なマイクロレンズが基板において生じる。たとえ公知の静
的エッチングプロセスが基板材料及びポリマーに対して異なるエッチング除去レ
ートを有していても、マイクロレンズのこの非球面表面の十分な補正又は回避は
これらの公知の静的エッチングプロセスによってはどうしても不可能である。

【００１０】 これは、通常は、ポリマーオリジナル形状体の非常に大きい円錐定数、エッチ
ングプロセスによるオリジナル形状体の体積変化、又は、例えば不十分な冷却の
際の基板の加熱によるエッチングプロセス中のエッチングパラメータの時間依存
的な変化のせいである。

【００１１】 オリジナル形状体材料のエッチング除去レートに対する基板材料のエッチング
除去レートの比は普通は選択性Ｓと呼ばれる。それゆえ、公知の静的エッチング
プロセスは一定の選択性を有する。

【００１２】 数ｍｍの直径を有するフォトレジストレンズの場合にはまず円錐定数Ｋ_１＜−
１００が生じることがさらに既に周知である。これから、レンズの表面品質に必
要な選択性がＳ＝４である場合には、公知の静的エッチングプロセスによって、
シリコン基板には円錐定数Ｋ_２＜−５を有するマイクロレンズしか作ることがで
きない。とりわけＫ_２＝０の所望の調整は、すなわち球面レンズは不可能である
。

【００１３】 発明の利点 主請求項の特徴部分記載の構成を有する本発明の方法は、従来技術に比べて次
のような利点を有する。すなわち、この本発明の方法は、シリコンのような基板
にとりわけ十分に任意な大きさのとりわけ球面のマイクロレンズのような３次元
構造体を製造することに適している。とりわけ部分的にこの基板の上にはまず最
初に既知のオリジナル表面形状を有する少なくとも１つのオリジナル形状体が存
在する。基板材料に対するエッチング除去レートとオリジナル形状体材料に対す
るエッチング除去レートが厳密に異なり、これらのエッチング除去レートが同時
に時間の関数として装置に関するエッチングパラメータを調整することを介して
意図的に調整され、この結果、エッチングプロセスの選択性が厳密に時間的に変
化することによって、オリジナル表面形状はエッチングプロセスの間に所望の予
め設定された目標表面形状に変わる。これは、有利には、オリジナル形状体がこ
のエッチングプロセスの間に除去されて、このオリジナル形状体の代わりに目標
形状体が基板から掘り出されて構造化されることによって行われる。

【００１４】 この場合、エッチング除去レートの必要な時間的な変化の計算は、テストエッ
チングを介して決定されなければならない幾つかの装置に関する影響を除くけば
、エッチング開始前に専らオリジナル形状体の既知の表面形状及び目標形状体の
表面形状を介して行われる。この結果、所望の目標形状を実現するためのエッチ
ングプロセスの絶え間ないコントロール及び面倒な経験的な試行及びエッチング
時間の関数として目標形状体の既に実現された表面形状を持続的に検出すること
は必要ないのである。

【００１５】 他の本発明の有利な実施形態は従属請求項記載の構成から得られる。

【００１６】 計算を容易にするためには、オリジナル表面形状が少なくとも近似的にエッチ
ングプロセスの開始前にとりわけ明確に既知のオリジナル関数ｈ_Ｕによって記述
されかつ目標表面形状が少なくとも近似的にこのエッチングプロセスの開始前に
とりわけ明確に既知の目標関数ｈ_Ｓによって記述されると非常に有利である。

【００１７】 エッチングプロセス中の時間の関数としての少なくとも１つのエッチングパラ
メータの装置に関する調整は、有利には、周知のやり方で、例えば使用されるエ
ッチングガスのうちの少なくとも１つのエッチングガスのフローの変化、使用さ
れるエッチングガスの濃度及び/又は組成、プラズマエッチングチャンバにおけ
るプロセス圧力、基板に印加される基板電圧、基板温度又はＩＣＰプラズマ装置
のコイル電圧を介して行われる。個々のパラメータの調整にはとりわけコンピュ
ータにより管理及び操作される制御が適している。この場合、とりわけエッチン
グ除去レートが材料にも依存するという有利な特性が利用される。

【００１８】 さらに非常に有利には、本発明の方法は、基板上に存在するオリジナル形状体
から出発して、所望の目標形状体が基板から構造化されることを簡単に可能にす
る。

【００１９】 これによって、簡単にかつ有利に、オリジナル形状体としての円形状の底面を
有する非球面レンズをエッチングプロセスの間にシリコン基板から構造化される
球面マイクロレンズに変えることが可能である。このオリジナル形状体は例えば
シリコン基板又はその他の半導体基板上に存在するフォトレジストのような溶融
ポリマーから成り、このオリジナル形状体の表面は円錐関数によって記述され得
る。

【００２０】 従って、本発明の方法によって、マイクロレンズの明らかに比較的良好な光学
的品質が達成され、とりわけ比較的大きなマイクロレンズの場合には開発プロセ
スが明らかに短縮化される。なぜなら、エッチングパラメータを経験に基づいて
変化させることよる包括的なテスト及びエッチングが省かれるからである。

【００２１】 しかし、本発明の方法は、有利には、オリジナル形状体の特別な材料又は組成
にも、実現すべき目標形状体にも束縛されてはおらず、それ自体は公知の適当な
エッチングプロセスを自由に使用することができる。

【００２２】 本発明におけるオリジナル形状体及び目標形状体の可能な表面形状は、有利に
は多様な幾何学的形状を含んでおり、非球面マイクロレンズのように実際にこれ
まで特に重要であった形状だけに限定されない。

【００２３】 本発明の方法は、円形状の底面及び座標系のｚ軸に円柱対称的な表面形状を有
する３次元構造体の製造にとりわけ有利には適している。なぜなら、この場合に
は、基板によって定められる基板平面において全ての箇所で、ただ時間の関数と
して変化する同一のエッチング除去レート又は同一の選択性を有するエッチング
が行われるからである。

【００２４】 原理的には、本発明のエッチング方法によって、少なくとも１つのエッチング
パラメータ又は選択性を基板表面上の位置の関数として及び/又は時間の関数と
して変化させることも可能であり、この結果、例えばオリジナル形状体及び目標
形状体に対するエッチング除去レートは単に時間の関数であるだけではなく、位
置座標ｘ及びｙの関数でもあり得る。本発明の方法のこの発展的実施形態は、エ
ッチングパラメータの調整すべき変化の計算の際にただより大きな計算コストが
必要となるだけであるが、このような発展的実施形態はこれまでは実際的な意義
をもってはいなかった。なぜなら、相応するエッチング装置がまだ無いからであ
る。位置座標及びエッチング時間の関数として変化しうるエッチングパラメータ
としては、例えば基板の温度又は基板電圧が考慮の対象になる。

【００２５】 とりわけ本発明の方法によって、有利には、円形状の底面と曲率半径Ｒ_１、円
錐定数Ｋ_１及び高さＨ_１を有する第１の円錐関数ｈ_Ｕによって記述される表面形
状とを有するオリジナル形状体から出発して、このオリジナル形状体をエッチン
グプロセスの前に計算された少なくとも１つのエッチングパラメータの時間的な
変化を介して基板における目標形状体に変えることが可能である。この目標形状
体の表面形状は曲率半径Ｒ_２、円錐定数Ｋ_２及び高さＨ_２を有する第２の円錐関
数ｈ_Ｓによって記述される。特に重要なケースＫ_２＝０ではこのやり方で有利に
はとりわけ球面目標形状体が得られ、他方でＫ_１≠Ｋ_２のケースでは意図的にオ
リジナル形状体の表面形状を記述する第１の円錐関数を目標形状体の表面形状を
記述する第２の円錐関数に変えることができる。この方法の特に簡単なケースは
、有利には、高さＨ_１及びＨ_２及び/又は曲率半径Ｒ_１及び曲率半径Ｒ_２が等し
いという実際に特に重要なケースにおいて生じる。従って、非常に有利には、本
発明の方法によって、非球面オリジナル形状体から球面目標形状体を製造するこ
とが可能である。

【００２６】 エッチングプロセスの間に、材料の、例えば基板材料のエッチング除去レート
が少なくとも基本的には一定に保持され、他の材料の、例えばオリジナル形状体
のエッチング除去レートだけがエッチングパラメータを介して時間的に変化され
る場合に、さらに本発明の方法は特に簡単に実施される。これは、エッチング前
の計算コストを低減し、その都度調整されるエッチングパラメータの信頼性及び
精確性及びエッチング結果の再現可能性を高める。

【００２７】 計算において最初は考慮されないが、エッチングプロセス中に生じるエッチン
グ装置に起因するエッチング除去レート及び選択性における偏差を顧慮するため
に、有利にはまず最初に付加的にテストエッチングが行われる。上記のエッチン
グ除去レート及び選択性における偏差は、計算に取り入れられた目標形状体の所
望の表面形状からの実際に実現された表面形状の偏差をもたらしてしまう。この
テストエッチングにおいては、まず最初に（関数ｈ_Ｕにより記述される）オリジ
ナル形状体の表面形状及び（関数ｈ_Ｓにより記述される）目標形状体の所望の表
面形状を考慮に入れた計算から得られるエッチングパラメータの時間的な変化が
使用される。このテストエッチングの後で、しばしば目標形状体の所望の表面形
状から僅かに偏差している表面形状が生じる。この僅かに偏差している表面形状
は関数ｈ_{Ｓ，Ｔｅｓｔ}によって記述される。この偏差を少なくとも１次において
補償するために、有利には、後続の全エッチングプロセスにおいてオリジナル形
状体を目標形状体に変えるためのエッチングパラメータの変化の先の計算が、新
たに定義された関数 ｈ_{Ｓ，ｎｅｕ}＝２ｈ_Ｓ−ｈ_{Ｓ，Ｔｅｓｔ} によって行われる。この新たに定義された関数は先に使用された関数ｈ_Ｓの代わ
りとなる。

【００２８】 図面 本発明を図面及び次の記述に基づいて詳しく説明する。図１はエッチングプロ
セス前の基板材料におけるオリジナル形状体の原理的な概略図を示し、図２はエ
ッチングプロセス後の基板材料から成る目標形状体の原理的な概略図を示し、図
３は位置ｘ[μｍ]の関数としてレジストエッチング時間Ｔ_１（ｘ）[ｍｉｎ]を示
し、図４はエッチング時間ｔ[ｍｉｍ]の関数としてレジストエッチング除去レー
トａ_１（ｔ）[μｍ/ｍｉｎ]を示し、図５はエッチング時間ｔ[ｍｉｎ]の関数と
して選択性Ｓ（ｔ）を示す。

【００２９】 実施例 図１はシリコンウェハから成る基板１０を示す。この基板１０の上には部分的
に溶融フォトレジストがオリジナル形状体１１として存在する。この基板１０の
表面は座標軸ｘ及びｙにより定義される平面内にある。オリジナル形状体１１は
ｚ軸に対して対称的な楕円体又は円形状の底面を有する円錐断面曲線の形状を有
する。このオリジナル形状体１１の表面はオリジナル関数ｈ_Ｕによって記述され
る。座標系のｘｚ平面へのこのオリジナル形状体１１の投影は円錐関数

【００３０】

【数５】

【００３１】 によって与えられる。だたしここでＨ_１は高さ、Ｒ_１は曲率半径及びＫ_１は円錐
定数を示し、この円錐定数Ｋ_１はこの場合０ではなく、例えば０と−２００との
間にある。この場合、値ｈ_Ｕ（ｘ）はこの投影において図１におけるｘの関数と
して基板１０からオリジナル形状体１１の表面までのそれぞれの距離を示す。ｘ
軸の原点は、他の全てのここで説明されるケースの場合と同様に、オリジナル形
状体１１乃至は目標形状体１２の円形状の底面の中心点にある。

【００３２】 図２は、図１から、例えば、誘導結合プラズマ源が使用されるＤＥ４２４１０
４５から公知のエッチング方法を用いて、オリジナル形状体１１が目標形状体１
２に変化される様子を示す。この目標形状体１２は基板１１から構造化される。
目標形状体１２の表面形状は目標関数ｈ_Ｓによって記述される。座標系のｘｚ平
面へのこの目標形状体１２の投影は円錐関数

【００３３】

【数６】

【００３４】 によって与えられる。だたしここでＨ_２は高さ、Ｒ_２は曲率半径及びＫ_２は円錐
定数を示す。この場合、値ｈ_Ｓ（ｘ）は、この投影において図２におけるｘの関
数として基板底面から目標形状体の表面までの距離を示す。

【００３５】 この実施例では、円錐定数はＫ_２＝０によって与えられており、すなわち目標
形状体１２は球面表面形状を有し、それゆえ例えばマイクロレンズの製造の際に
非球面オリジナル形状体１１が球面目標形状体１２に変わる。曲率半径に対して
はＲ_１≠Ｒ_２が成り立つ。しかし、ここで次のことを強調しておく。すなわち、
本発明の方法は、これまでは実際的な意義をほとんど有していなかったはるかに
一般的なオリジナル関数及び目標関数によっても実施できるのである。

【００３６】 オリジナル形状体１１及び目標形状体１２に対する典型的な設計仕様は、約１
〜１０ｍｍの底面の直径、０.１ｍｍ〜５ｍｍの高さ及び０〜−２００の円錐定
数である。円錐関数は円錐断面曲線（楕円、放物線、双曲線）を記述するので、
正の円錐定数も考えられる。全体として目標関数ｈ_Ｓはこれらの設定のもとに比
較的簡単な形式

【００３７】

【数７】

【００３８】 をとる。さらにエッチング方法は基板材料（シリコン）に対してエッチング除去
レートａ_２を有し、オリジナル形状体（ポリマー又はフォトレジスト）において
はエッチング除去レートａ_１を有する。これら２つのエッチングレートは装置に
関するエッチングパラメータを介して時間的に変化可能である。この実施例では
、エッチングガスフロー又はエッチングガス濃度の時間的な変化を介してフォト
レジストにおけるエッチング除去レートａ_１が時間の関数として定義されて変化
され、他方でエッチング除去レートａ_２は少なくとも基本的に一定に保持される
。

【００３９】 時間的及び位置的に一定のエッチング除去レートａ_１及びａ_２及び次式

【００４０】

【数８】

【００４１】 を介して定義される選択性Ｓを有する静的エッチングプロセスでは、式（２）の
円錐定数Ｋ_２は、選択性Ｓ及び式（１）の所定の円錐定数Ｋ_１に依存して、この
簡単なケースでは

【００４２】

【数９】

【００４３】 により変化する。

【００４４】 フォトレジストにおけるエッチング除去レートの時間的変化ａ_１（ｔ）と、エ
ッチングの際に位置ｘにおいて基板に到達するまでにどのくらいの時間が必要で
あるかを示すエッチング時間Ｔ_１（ｔ）とを有する本発明の動的エッチングプロ
セスでは、式（１）によって次式が成り立つ：

【００４５】

【数１０】

【００４６】 相応にシリコン基板において式（３）及びとりわけＫ_２＝０を使用することに
よって次式が成り立つ：

【００４７】

【数１１】

【００４８】 この場合、Ｔによって全エッチング時間が示されている。さらに式

【００４９】

【数１２】

【００５０】 、ただしここでＡ（ｔ）はフォトレジストにおいて到達される全エッチング深度
であり、ＳＡ（ｔ）は時間ｔの後でシリコン基板において到達される全エッチン
グ深度である、によって次式が成り立つ：

【００５１】

【数１３】

【００５２】 連鎖律を使用するとｘに関する微分によって次の微分方程式が得られる：

【００５３】

【数１４】

【００５４】 これから、フォトレジスト（オリジナル形状体１１）からシリコン基板（目標
形状体１２）への変わり目の位置、すなわちその都度残っているオリジナル形状
体１１の縁部における位置依存的な選択性が、次のように決定される：

【００５５】

【数１５】

【００５６】 関数Ｓ＝Ｓ（ａ_１）は、式（１４）において特定の使用されるエッチング装置
において既知であるか、又は、エッチングパラメータの変化における時間の関数
として記述されるやり方で装置パラメータの変化によって所期のとおりに調整さ
れうる。

【００５７】 従って、エッチングプロセス経過中に時間的に変化する、フォトレジストから
シリコン基板への変わり目のその都度の位置ｘにおけるエッチング除去レートａ _１ （ｔ）は、（１４）を使って逆関数を形成することによって次式として得られ
る：

【００５８】

【数１６】

【００５９】 従って、式（１２）と組み合わせるとまずＴ_１’(ｘ)が算定される。

【００６０】 次いで、この関数は、積分することによって、それぞれの位置ｘの関数として
基板に到達するまでにフォトレジストにおいて必要とされるエッチング時間Ｔ_１ （ｘ）を与える。

【００６１】 これからまた逆関数を形成することによって、時間に依存する関数Ｔ_１ ^{- １}（
ｔ）が得られる。

【００６２】 最後に、これによって、フォトレジストにおける時間に依存する所望のエッチ
ング除去レートが

【００６３】

【数１７】

【００６４】 によって得られる。このエッチング除去レートから即座に時間に依存する選択性
Ｓも算定される。

【００６５】 従って、２つの関数ｈ_Ｕ（ｘ）及びｈ_Ｓ（ｘ）を設定することによって、オリ
ジナル形状体１１の表面形状から出発して、目標形状体１２の予め設定された表
面形状に到達するために必要な、少なくとも１つのエッチングパラメータの時間
依存的な変化が時間の関数として設定される。

【００６６】 従って、コンピュータプログラムによって行われるこの計算に続いて、例えば
エッチングガス濃度又はエッチングガスフローのようなエッチングパラメータの
、それ自体は周知の時間依存的な変化が行われる。エッチングパラメータのこの
時間依存的な変化は、選択性又は２つのエッチング除去レートａ_１及びａ_２のう
ちの少なくとも一方の必要な時間依存的な変化をもたらす。ここで説明された実
施例ではａ_１だけが変化した。

【００６７】 この計算から決定される装置に関するエッチングパラメータの時間的な変化は
、有利には、同様にコンピュータ制御を介して行われる。このコンピュータ制御
は、予め計算された値をその都度エッチングプロセスの間の適切な時点に調整す
る。従って、今や、一度計算されたパラメータセットによって、オリジナル形状
体及び目標形状体の同一の幾何学的形状体の全ての後続のエッチングが実施でき
る。

【００６８】 要約しよう。ここで説明した実施例における可能な方法経過は短縮すれば次の
ようなステップから構成される： １．まず最初にＫ_１，Ｒ_１，Ｈ_１（オリジナル形状体１１）ならびにＫ_２，Ｒ_２ ，Ｈ_２（目標形状体１２）を予め設定する。ただしここで特にＫ_２＝０が成り立
つ。

【００６９】 ２．さらに、まずエッチング除去レートａ_１の関数として既に装置及びプロセス
固有の特性に基づいて得られる関数Ｓ（ｔ）をエッチング時間の関数として外面
的に一定に保持されたエッチングパラメータにおいて実験的に決定し、さらに、
この装置固有の関数を処理の容易化のために例えば比較的高次の多項式によって
近似する。

【００７０】 ３．これらの予めの設定によって、既に次のエッチングプロセスの際に必要なあ
らゆる選択性が（区間として、しかし（１４）からの時間の関数としてではなく
）即座に分かる。とりわけ、これは、この選択性の最大値及び最小値に対して当
てはまる。それゆえ、後続の計算に対する境界条件乃至は極値がすでに存在する
。

【００７１】 ４．式（４）及び（５）乃至は（１１）及び（１２）によって関数ａ_１（Ｔ_１（
ｘ））を計算し、可能なエッチング除去レートのスペクトルａ_１（Ｔ_１（ｘ））
を得る。

【００７２】 ５．次いで、式（１２）からＴ_１’(ｘ)を算定する。

【００７３】 ６．最後に、オリジナル形状体１１の縁部におけるエッチング時間、すなわち基
板１０への変わり目の位置におけるエッチング時間が０である、という境界条件
で関数Ｔ_１’(ｘ)をとりわけ数値的に積分し、これによりＴ_１(ｘ)を得る。

【００７４】 ７．今や関数ａ_１（Ｔ_１（ｘ））及び関数Ｔ_１（ｘ）が分かったので、ｔの関数
として与えられる関数Ｔ_１ ^{- １}（ｘ）を例えば数値的に形成し、最後にこれを式
（１６）に代入する。この結果、もとめる結果としてａ_１（ｔ）を得る。

【００７５】 図３は、フォトレジストから成るオリジナル形状体１１及びシリコン基板１０
においてシリコンから成る目標形状体１２に対する説明のために、μｍ単位の位
置ｘの関数として分単位のレジストエッチング時間Ｔ_１（ｘ）の計算から得られ
た線図を示している。図４は、エッチング時間ｔ[ｍｉｎ]の関数として計算され
たμｍ/ｍｉｎ単位のレジストエッチング除去レートａ_１（ｔ）の所属の線図を
示している。最後に、図５は、エッチング時間ｔ[ｍｉｎ]の関数として選択性Ｓ
（ｔ）の所属の線図を示している。図４及び図５の２つの関数は直線ではないこ
とを指摘しておく。

【００７６】 第２の実施例では第１の実施例において記述された方法がいくらか修正されて
実施される。

【００７７】 まず最初に、上述の方法をテストエッチングの際に第１の実施例において記述
されたように実施する。次に、計算に使用される所望の式（７）の関数

【００７８】

【数１８】

【００７９】 から偏差している目標形状体１２の表面形状が生じる場合には、これは、エッチ
ングプロセスの間に発生し計算において最初に考慮されなかったエッチング装置
に起因するエッチング除去レート及び選択性における偏差によって惹起された可
能性がある。これらの偏差は円錐定数Ｋ_２≠０をもたらす。この場合には、実験
的に目標形状体１２の発生した表面形状をもとめ、さらに、本来計算に基づいて
期待される関数

【００８０】

【数１９】

【００８１】 ではなく、この発生した表面形状を機能的に記号ｈ_{Ｓ，Ｔｅｓｔ}としてテストエ
ッチングの後で実験的にもとめられた定数Ｋ_３及びＲ_３によって

【００８２】

【数２０】

【００８３】 に従って記述する。

【００８４】 テストエッチングの後で生じた僅かにエラーのあるこの表面形状を補償するた
めに、１次の近似において式（１７）及び（７）によって新たな関数 ｈ_{Ｓ，ｎｅｕ}（ｘ）＝２ｈ_Ｓ（ｘ）−ｈ_{Ｓ，Ｔｅｓｔ}（ｘ） （
１８） を定義し、この新たな関数を先に使用された関数ｈ_Ｓ（ｘ）の代わりとする。

【００８５】 次いで、目標形状体１２の表面形状を記述するためのこの関数によって、オリ
ジナル形状体１１の表面形状を記述するための最初の関数ｈ_Ｕ（ｘ）とともに、
第１の実施例に従って計算が改めて実施される。この計算の結果が最終的にａ_１ （ｔ）の所定の時間的変化の形式で相応のエッチングパラメータを介して後続の
エッチングの際に使用される。これによって、上記のエッチング装置に起因する
偏差は補償され、これらの後続のエッチングの際に関数ｈ_Ｓ（ｘ）により記述さ
れる所望の表面形状に少なくとも非常に近い目標形状体１２の表面形状が得られ
る。

【００８６】 ここで説明された実施例が、それぞれの基板材料及びオリジナル形状体材料に
もオリジナル形状体１１及び目標形状体１２の特定の表面形状にも限定されず、
簡単に一般化できることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 エッチングプロセス前の基板材料におけるオリジナル形状体の原理的な概略図
を示す。

【図２】 エッチングプロセス後の基板材料から成る目標形状体の原理的な概略図を示す
。

【図３】 位置ｘ[μｍ]の関数としてレジストエッチング時間Ｔ_１（ｘ）[ｍｉｎ]を示す
。

【図４】 エッチング時間ｔ[ｍｉｎ]の関数としてレジストエッチング除去レートａ_１（
ｔ）[μｍ/ｍｉｎ]を示す。

【図５】 エッチング時間ｔ[ｍｉｎ]の関数として選択性Ｓ（ｔ）を示す。

【符号の説明】

１０ 基板 １１ オリジナル形状体 １２ 目標形状体

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１３年４月１８日（２００１．４．１８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正の内容】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クラウス ブライトシュヴェアト ドイツ連邦共和国 フィルダーシュタット ヴィルヘルム−ハウフ−シュトラーセ 15 (72)発明者 アンドレ ミュラー ドイツ連邦共和国 ゲアリンゲン ロルシ ャー ヴェーク １ (72)発明者 フラウケ ドリーヴェル ドイツ連邦共和国 エットリンゲン シュ ヴェスター−バプティスタ−シュトラーセ ３ (72)発明者 アンドレアス ケルン ドイツ連邦共和国 ヴァインガルテン ド ッゲンリートシュトラーセ 34 【要約の続き】 れる。

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エッチングプロセスによって基板（１０）に３次元構造体、
   とりわけマイクロレンズを製造するための方法であって、 まず最初に部分的に前記基板（１０）において既知のオリジナル表面形状を有
   する少なくとも１つのオリジナル形状体（１１）が設けられており、前記エッチ
   ングプロセスは少なくとも第１のエッチング除去レートａ_１及び第２のエッチン
   グ除去レートａ_２を有し、該第１のエッチング除去レートａ_１及び第２のエッチ
   ング除去レートａ_２のうち少なくとも一方は少なくとも時間的に可変的であり、
   前記エッチングプロセスによって前記オリジナル形状体（１１）は前記オリジナ
   ル表面形状とは異なる予め設定された目標表面形状を有する目標形状体（１２）
   に変わる、エッチングプロセスによって基板（１０）に３次元構造体、とりわけ
   マイクロレンズを製造するための方法において、 前記目標表面形状を実現するために、前記エッチングプロセスの間に、前記エ
   ッチングレートａ_１及びａ_２のうちの少なくとも一方は、前記エッチングプロセ
   スの開始前に少なくともエッチング時間の関数として前記オリジナル表面形状と
   前記目標表面形状とから計算された少なくとも１つのエッチングパラメータの変
   化を介して調整されることを特徴とする、エッチングプロセスによって基板（１
   ０）に３次元構造体、とりわけマイクロレンズを製造するための方法。
2. 【請求項２】 オリジナル表面形状は少なくとも近似的にエッチングプロセ
   スの開始前に既知のオリジナル関数ｈ_Ｕによって記述され、目標表面形状は少な
   くとも近似的に前記エッチングプロセスの開始前に既知の目標関数ｈ_Ｓによって
   記述されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 エッチング除去レートａ_１及びａ_２は、エッチングパラメー
   タの装置に関する調整を介して時間の関数として調整され、とりわけ材料に依存
   することを特徴とする、請求項１記載の方法。
4. 【請求項４】 目標形状体（１２）は基板（１０）から構造化されることを
   特徴とする、請求項１記載の方法。
5. 【請求項５】 エッチングプロセスは、オリジナル形状体材料に対してはエ
   ッチング除去レートａ_１を有し、基板材料に対してはエッチング除去レートａ_２ を有することを特徴とする、請求項１記載の方法。
6. 【請求項６】 エッチングパラメータは、１つ又は複数の使用されるエッチ
   ングガスのフロー、前記使用されるエッチングガスの濃度及び/又は組成、プロ
   セス圧力、基板に印加される基板電圧、基板温度及びコイル電圧であることを特
   徴とする、請求項３記載の方法。
7. 【請求項７】 基板材料のエッチング除去レートａ_２は少なくとも基本的に
   一定に保持され、オリジナル形状体のエッチング除去レートａ_１だけがエッチン
   グパラメータを介して時間的に変化されることを特徴とする、請求項１記載の方
   法。
8. 【請求項８】 オリジナル形状体（１１）及び/又は目標形状体（１２）は
   少なくとも近似的に円形状の底面を有することを特徴とする、請求項１記載の方
   法。
9. 【請求項９】 オリジナル形状体（１１）及び/又は目標形状体（１２）は
   座標系のｚ軸に対して円柱対称的（cylindrically symmetric）であることを特
   徴とする、請求項８記載の方法。
10. 【請求項１０】 オリジナル表面形状は円柱対称的なオリジナル関数ｈ_Ｕに
    よって記述され、座標系のｘｚ平面への前記オリジナル表面形状の投影は少なく
    とも近似的に円錐関数（konische Funktion） 【数１】 、ただしここで円錐定数Ｋ_１、曲率半径Ｒ_１及び高さＨ_１、によって記述され、 目標表面形状は円柱対称的な目標関数ｈ_Ｓによって記述され、座標系のｘｚ平
    面への前記目標表面形状の投影は少なくとも近似的に円錐関数 【数２】 、ただしここで円錐定数Ｋ_２、曲率半径Ｒ_２及び高さＨ_２、によって記述される
    ことを特徴とする、請求項１〜３のうちの１項記載の方法。
11. 【請求項１１】 高さＨ_１及びＨ_２及び/又は曲率半径Ｒ_１及びＲ_２は等し
    いこと及び/又は円錐定数Ｋ_２は０に等しいことを特徴とする、請求項１０記載
    の方法。
12. 【請求項１２】 高さＨ_１及びＨ_２及び/又は曲率半径Ｒ_１及びＲ_２は等し
    いこと及び/又は円錐定数Ｋ_２は円錐定数Ｋ_１に等しくないことを特徴とする、
    請求項１０記載の方法。
13. 【請求項１３】 エッチング装置に起因する偏差の補正のために、まず最初
    に時間の関数として計算された少なくとも１つのエッチング除去レートの変化に
    よってテストエッチングが行われ、 該テストエッチングの後で、目標形状体（１２）の表面形状を記述する関数ｈ _{Ｓ，Ｔｅｓｔ} が形成され、 その後で、新たな目標関数ｈ_{Ｓ，ｎｅｕ}が ｈ_{Ｓ，ｎｅｕ}＝２ｈ_Ｓ−ｈ_{Ｓ，Ｔｅｓｔ} によって設定され、 オリジナル関数ｈ_Ｕとともに前記新たな目標関数ｈ_{Ｓ，Ｔｅｓｔ}によって、少
    なくとも１つのエッチングパラメータの時間的な変化の計算が、後続のエッチン
    グのための前記目標形状体（１２）の目標表面形状に到達するために改めて実施
    されることを特徴とする、請求項１〜１３のうちの少なくとも１項記載の方法。
14. 【請求項１４】 テストエッチングの後で目標形状体（１２）の表面形状が
    調整され、座標系のｘｚ平面への前記表面形状の投影は 【数３】 によって与えられることを特徴とする、請求項１３記載の方法。
15. 【請求項１５】 オリジナル形状体（１１）は、ポリマー、とりわけマスク
    材料又はフォトレジストから成ることを特徴とする、請求項１記載の方法。
16. 【請求項１６】 基板材料は、半導体、とりわけシリコンから成るか又はこ
    れを含有することを特徴とする、請求項１記載の方法。
17. 【請求項１７】 マイクロレンズの製造のための請求項１〜１６のうちの少
    なくとも１項記載の方法の使用。