KR19990077120A - 3차원 에칭 방법 - Google Patents

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Abstract

단일 반응성 이온 에칭 작업을 사용하여 기판 위에 3차원 구조물을 형성시키는 방법에 따라, 마스크가 일련의 반복 처리를 수행하기 전에 기판 위에 형성되며, 여기서 마스크 에칭과 기판 에칭을 포함하는 각각의 연속적인 반복 처리에 의해 마스크 영역이 감소하고 기판의 추가의 영역이 노출된다.

Description

3차원 에칭 방법
본 발명은 반응성 이온 에칭법(Reactive-Ion Etching)을 사용하여 기판 위의 3차원 구조물을 제조하는 방법에 관한 것이다. 당해 방법은 반응성 이온 플라즈마를 사용하여 에칭할 수 있는 반도체, 유리, 폴리이미드 또는 기타 물질에 적용할 수 있다.
3차원 반도체 구조물은 광학 제한[예를 들면, 가시광선/적외선 렌즈, 이미터(emitter) 또는 검출기 속에서]과 전자기 제한(예: 마이크로파 유도기, 검출기 또는 공급원)을 필요로 한다.
다수의 기술은 마이크로렌즈와 같은 광학 제한 구조물의 제조용으로 공지되어 있다. 예를 들면, 허틀리(Hutley) 등의 문헌에는 가열하면 용융되어 표면장력에 의하여 작은 렌즈의 형태로 연신되는 감광성 내식막(photoresist)의 작은 디스크의 형성이 교시되어 있다[참조: Physics World, July 1991 pp27-32].
리아우(Liau) 등의 문헌에는 사진 석판술 및 브롬-메탄올 에칭법을 반복하여 적용함으로써 계단식 구조물이 형성됨을 교시하고 있다. 이러한 구조물 내로의 질량 이동으로 렌즈 형태를 형성하는 공정은 이후에 다시 가열하여 용융시킴으로써 수행된다[참조: Appl. Phys. Lett. 55(2)10 July 1989; The Lincoln Laboratory Journal, Volume 3, Number 3, 1990].
마이크로렌즈 배열(array)을 형성하기 위한 기타 방법은 문헌에 기재되어 있다[참조: "Micro-optics has macro potential" Laser Focus World June, 1991]. 반응성 이온 에칭을 포함하는 방법은 통상적으로 감광성 내식막과 에칭 작업의 반복 적용을 포함한다. 이것은 제조공정이 곤란해지도록 한다.
본 발명에 따라, 기판 위의 3차원 표면 프로파일의 제조방법 또는 변형방법은 기판의 일부 영역이 마스크에 의해 보호되고 일부 영역은 노출되도록 기판 위에 내식막의 마스크를 형성시키는 단계(i) 및 당해 기판을 다수 회 반복 처리하는 단계(ii)를 포함하는데, 여기서 각각의 반복 처리는 하나 이상의 내식막 에칭과 하나 이상의 기판 에칭을 포함하는데, 내식막 에칭은 마스크의 형태를 변형시킴으로써 기판의 영역을 노출시키는 적합한 내식막 에칭제(echant)를 사용하여 수행하고, 기판 에칭은 마스크가 기판을 보호하고 노출된 기판의 영역으로부터 물질을 제거하는 적합한 기판 에칭제를 사용하여 수행한다.
바람직한 양태에서 광학 집신기(optical concentrator)가 기판 위에 형성된다.
바람직한 양태에서 기판은 반도체 물질을 포함한다.
바람직한 양태에서 기판은 InSb를 포함한다.
추가의 바람직한 양태에서 기판 에칭제는 CH4/H2플라즈마를 포함한다.
추가의 바람직한 양태에서 내식막 에칭제는 산소 플라즈마를 포함한다.
추가의 바람직한 양태에서 윈스톤 콘(Winston con)이 InSb 헤테로구조 물질 에 형성된다.
본 발명은 이제 다음 도면을 참고로하여 기술하는데, 도 1a 내지 1e는 본 발명의 방법을 사용하는 방법의 다양한 단계에서의 기판과 마스크를 나타내고, 도 2a 및 2b는 본 발명의 방법에 의하여 이들 형성의 두 단계 동안 마이크로렌즈 배열의 주사 전자 현미경 영상을 나타낸다.
도 1a에 있어서, 사진석판술적 마스킹 내식막(1)의 돔(dome) 또는 버튼(button)을 반도체 기판(2)에 적용한다. 이것은 예를 들면, 그레이스케일 석판인쇄술(greyscale lithography)[참조: 영국 특허원 제9310013.9호] 또는 내식막 재유동법에 의하여 형성될 수 있다.
이후에, 기판은 내식막(1)을 보호하는 기판 에칭제를 사용하여 에칭시켜 물질이 기판(2) 위의 영역(3)으로부터 제거되도록 한다.
도 1c에 있어서, 이후에, 내식막(1)에 의해 피복된 영역을 적합한 내식막 에칭제를 사용하여 감소시킴으로써 기판(2)의 추가의 영역(4)을 노출시킨다.
이후에, 기판 에칭제를 사용하여 기판을 추가로 에칭하면, 영역(3) 및 (4)로부터 물질이 제거되어 도 1d에 나타낸 바와 같이 계단식 구조를 생성한다.
단일 반응성 이온 에칭 작업에서, 내식막(1)과 기판(2)를 반복하여 에칭하면, 도 1e에 나타낸 다층 계단식 구조가 생성된다.
정밀한 3차원 구조물은 각각의 에칭 단계의 속도와 시간을 조절함으로써 형성될 수 있다. 프로파일의 최종 분해능은 주어진 구조물의 높이에 대한 교호의 기판과 내식막 에칭 단계의 수에 좌우된다.
당해 기술은 또한 기타 기술에 의하여 형성된 구조물을 변형시키는데 사용될 수도 있다.
도 2a 및 2b에 있어서, 여기에 나타낸 마이크로렌즈는 표면 기술 시스템(STS) 반응성 이온 에칭 기계, 모델 340PC를 사용하여 제조하며 에칭 조건은 다음과 같다.
내식막 에칭 조건: 가스: 유동 속도가 80 표준 cm3/min(sccm)인 O2
챔버 압력: 60mTorr
RF 전력: 60W
기판 에칭 조건: 가스: 90sccm의 CH4및 유동 속도 10sccm의 H2
챔버 압력: 90mTorr
RF 전력: 50W
기판(InSb)을 12×10-6m의 AZ4562 내식막으로 피복하고 그레이스케일 기술과 이온 빔 밀링(Ion beam milling)을 사용하여 직선 면이 있는 콘으로 가공한다(당해 방법의 이 부분에 영향을 미치는 다른 방법은 당해 기술분야의 숙련가들에게 명백할 것이다). 이후에, 샘플을 상기의 내식막 에칭 조건을 사용하여 5분 동안 내식막 에칭시킨다. 상기의 기판 에칭 조건을 사용하여 InSb 에칭을 5분 동안 수행한 다음 내식막 에칭을 추가로 5분 동안 수행한다. 5분 동안의 InSb 에칭과 2분 동안의 내식막 에칭을 4회 반복하여 도 2a에 나타낸 구조를 수득한다.
추가의 7단계로 수득한 구조를 도 2b에 나타내었다.
일부 조건하에서, 발열성의 반응성 이온 에칭 방법은 내식막을 재유동시킨다. 이것은 공정에 대하여 추가의 유연성을 제공하며, 그레이스케일 석판인쇄술 또는, 예를 들면, 가열판 또는 가열 오븐을 사용하는 외계(ex-situ)의 내식막 재유동에 대한 필요성을 배제시킨다.

Claims (7)

  1. 기판의 일부 영역이 마스크에 의해 보호되고 일부 영역은 노출되도록 기판 위에 내식막의 마스크를 형성시키는 단계(i) 및
    당해 기판을 다수 회 반복 처리(여기서, 각각의 반복 처리는 하나 이상의 내식막 에칭과 하나 이상의 기판 에칭을 포함하며, 내식막 에칭은 마스크의 형태를 변형시켜 기판의 영역을 노출시키는 적합한 내식막 에칭제를 사용하여 수행하고, 기판 에칭은 마스크가 기판을 보호하고 노출된 기판의 영역으로부터 물질을 제거하는 적합한 기판 에칭제를 사용하여 수행한다)하는 단계(ii)를 포함하는, 기판 위의 3차원 표면 프로파일의 제조방법 또는 변형방법.
  2. 제1항에 있어서, 광학 집신기(optical concentrator)가 기판에 형성되는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기판이 반도체 물질을 포함하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 기판이 InSb를 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 기판 에칭제가 CH4/H2플라즈마를 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 내식막 에칭제가 산소 플라즈마를 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 윈스톤 콘 이미터(Winston cone emitter)가 InSb 헤테로구조 물질 속에 형성되는 방법.
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