KR20210021440A - 마이크로 렌즈의 제조 방법 및 플라스마 처리 장치 - Google Patents

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요시나리 하타자키
다카시 신야마
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

마이크로 렌즈의 제조 방법은, 에칭 공정과, 표면 처리 공정을 포함한다. 에칭 공정에서는, 기판 상에 형성된 제1 유기막 상에 렌즈 형상을 갖는 제2 유기막이 형성된 피처리체에 대하여, 제2 유기막을 마스크로 하여, 제1 처리 가스의 플라스마를 사용해서 제1 유기막이 에칭됨으로써, 제1 유기막에 제2 유기막의 렌즈 형상이 전사되어 제1 유기막에 마이크로 렌즈가 형성된다. 표면 처리 공정에서는, 제1 유기막에 형성된 마이크로 렌즈의 표면이 매끄러워지도록 처리된다.

Description

마이크로 렌즈의 제조 방법 및 플라스마 처리 장치
본 개시의 다양한 측면 및 실시 형태는, 마이크로 렌즈의 제조 방법 및 플라스마 처리 장치에 관한 것이다.
근년, C-MOS나 CCD 등의 촬상 소자의 화소수가 증가 경향에 있다. 화소수의 증가에 의해, 촬상 소자에서의 각각의 화소의 사이즈가 작아지고 있어, 개구율의 저하에 수반하는 수광 소자의 감도 부족이 문제가 된다. 이러한 감도 부족의 문제에 대하여, 수광 소자 상에 마이크로 렌즈를 형성함으로써 감도 향상이 도모되고 있다.
그러나, 상술한 바와 같이 화소의 사이즈가 2μm 정도로까지 작아지면, 형성되는 마이크로 렌즈의 개구율의 저하가 현저해져서, 감도 부족 혹은 스미어 등의 화질 저하의 문제가 현재화되어진다.
수광 소자 상에 마이크로 렌즈를 형성하는 기술로서는, 전사 렌즈 방식이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 전사 렌즈 방식에서는, 열 플로우성을 갖는 감광성 레지스트를 포토리소그래피에 의해 패턴화한 후, 열처리함으로써 반구 형상의 렌즈가 형성된다. 그리고, 형성된 반구 형상의 렌즈를 마스크로 하여, 건식 에칭을 행함으로써, 하지의 수지층에 렌즈의 형상이 전사된다.
일본 특허 공개 제2006-190903호 공보
그러나, 건식 에칭에 의해 형성된 마이크로 렌즈에서는, 렌즈의 표면이 거칠다. 그 때문에, 렌즈 표면에서 광이 산란해버려, 마이크로 렌즈의 집광 효율이 낮다.
본 개시의 일 측면은, 마이크로 렌즈의 제조 방법이며, 에칭 공정과, 표면 처리 공정을 포함한다. 에칭 공정에서는, 기판 상에 형성된 제1 유기막 상에 렌즈 형상을 갖는 제2 유기막이 형성된 피처리체에 대하여, 제2 유기막을 마스크로 하여, 제1 처리 가스의 플라스마를 사용해서 제1 유기막이 에칭됨으로써, 제1 유기막에 제2 유기막의 렌즈 형상이 전사되어 제1 유기막에 마이크로 렌즈가 형성된다. 표면 처리 공정에서는, 제1 유기막에 형성된 마이크로 렌즈의 표면이 매끄러워지도록 처리된다.
본 개시의 다양한 측면 및 실시 형태에 따르면, 마이크로 렌즈의 집광 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 형태에서의 플라스마 처리 장치의 일례를 도시하는 개략 단면도이다.
도 2는 피처리 기판의 일례를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 3은 마이크로 렌즈의 일례를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 4는 마이크로 렌즈의 표면 상태의 일례를 도시하는 도면이다.
도 5a는 마이크로 렌즈의 표면의 평활화 과정의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 5b는 마이크로 렌즈의 표면의 평활화 과정의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 5c는 마이크로 렌즈의 표면의 평활화 과정의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 5d는 마이크로 렌즈의 표면의 평활화 과정의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 5e는 마이크로 렌즈의 표면의 평활화 과정의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 사이클수를 바꾸었을 경우의 마이크로 렌즈의 표면 상태의 일례를 도시하는 도면이다.
도 7a는 퇴적 공정 및 트리밍 공정의 사이클수가 1인 경우의 마이크로 렌즈의 표면의 평활화 과정의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 7b는 퇴적 공정 및 트리밍 공정의 사이클수가 1인 경우의 마이크로 렌즈의 표면의 평활화 과정의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 마이크로 렌즈의 제조 수순의 일례를 나타내는 흐름도이다.
이하에, 개시되는 마이크로 렌즈의 제조 방법 및 플라스마 처리 장치의 실시 형태에 대해서, 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 실시 형태에 의해, 개시되는 마이크로 렌즈의 제조 방법 및 플라스마 처리 장치가 한정되는 것은 아니다.
[플라스마 처리 장치(10)의 구성]
도 1은, 본 개시의 일 실시 형태에서의 플라스마 처리 장치(10)의 일례를 도시하는 도면이다. 플라스마 처리 장치(10)는, 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄 등에 의해 형성된다. 플라스마 처리 장치(10)는, 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같이, 내부에 대략 원통 형상의 처리 공간을 구획 형성하는 챔버(21)를 갖는다. 챔버(21)는, 보안 접지되어 있다. 본 실시 형태에서의 플라스마 처리 장치(10)는, 예를 들어 용량 결합형 평행 평판 플라스마 처리 장치로서 구성되어 있다. 챔버(21) 내에는, 세라믹스 등으로 형성된 절연 부재(22)를 통해서 지지대(23)가 배치된다. 지지대(23) 상에는 예를 들어 알루미늄 등으로 형성되고, 하부 전극으로서 기능하는 서셉터(24)가 마련되어 있다.
서셉터(24)의 대략 중앙 상부에는, 피처리체의 일례인 피처리 기판(W)을 정전기력으로 흡착 보유 지지하는 정전 척(25)이 마련되어 있다. 정전 척(25)은, 도전막 등으로 형성된 전극(26)을 한 쌍의 절연층 사이에 끼운 구조를 갖는다. 전극(26)에는 직류 전원(27)이 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 정전 척(25)에는, 피처리 기판(W)을 가열하기 위한 도시하지 않은 히터가 마련되어 있어도 된다. 정전 척(25)은, 적재대의 일례이다.
서셉터(24)의 상부에는, 예를 들어 단결정 실리콘 등에 의해 구성된 포커스 링(25a)이 정전 척(25)을 둘러싸도록 배치되어 있다. 포커스 링(25a)에 의해, 피처리 기판(W)의 에지 부근에서의 플라스마 처리의 균일성이 향상된다. 지지대(23) 및 서셉터(24)의 주위에는, 지지대(23) 및 서셉터(24)를 둘러싸도록, 내벽 부재(28)가 마련되어 있다. 내벽 부재(28)는, 예를 들어 석영 등에 의해 대략 원통 형상으로 형성되어 있다.
지지대(23)의 내부에는, 예를 들어 지지대(23)의 둘레 방향을 따라 냉매실(29)이 형성되어 있다. 냉매실(29)에는, 외부에 마련된 도시하지 않은 칠러 유닛으로부터 배관(30a) 및 배관(30b)을 통해서, 소정 온도로 제어된 냉매가 순환 공급된다. 냉매실(29) 내를 냉매가 순환함으로써, 냉매와의 열교환에 의해 정전 척(25) 상의 피처리 기판(W)을 소정의 온도로 제어할 수 있다. 또한, 정전 척(25)의 상면과, 정전 척(25) 상에 적재된 피처리 기판(W)의 이면의 사이에는, 도시하지 않은 가스 공급 기구로부터 공급된 전열 가스가, 배관(31)을 통해서 공급된다. 전열 가스는, 예를 들어 헬륨 가스이다.
하부 전극으로서 기능하는 서셉터(24)의 상방에는, 챔버(21) 내의 처리 공간을 사이에 두고 서셉터(24)와 대향하도록 상부 전극(40)이 마련되어 있다. 상부 전극(40)과 서셉터(24)의 사이의 공간이며, 챔버(21)에 둘러싸인 공간이, 플라스마가 생성되는 처리 공간이다. 상부 전극(40)은, 전극 본체부로서 기능하는 천장판(42)과, 천장판(42)을 지지하는 천장판 지지부(41)를 갖는다.
천장판 지지부(41)는, 절연 부재(45)를 통하여, 챔버(21)의 상부에 지지되어 있다. 천장판 지지부(41)는, 예를 들어 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄 등의, 열전도성이 비교적 높은 도전성 재료에 의해 대략 원판 형상으로 형성되어 있다. 또한, 천장판 지지부(41)는, 처리 공간에서 생성된 플라스마에 의해 가열된 천장판(42)을 냉각하는 냉각판으로서도 기능한다. 천장판 지지부(41)에는, 처리 가스를 도입하는 가스 도입구(46)와, 가스 도입구(46)로부터 도입된 처리 가스를 확산시키는 확산실(43)과, 확산실(43) 내에 확산된 처리 가스를 하방으로 통류시키는 유로인 복수의 유통구(43a)가 형성되어 있다.
천장판(42)은, 예를 들어 석영 등의 규소 원자를 함유하는 물질에 의해 대략 원판 형상으로 형성된다. 천장판(42)에는, 천장판(42)을 천장판(42)의 두께 방향으로 관통하는 복수의 가스 토출구(42a)가 형성되어 있다. 각각의 가스 토출구(42a)는, 천장판 지지부(41)의 유통구(43a)의 어느 것과 연통하도록 배치되어 있다. 이에 의해, 확산실(43) 내에 공급된 처리 가스는, 유통구(43a) 및 가스 토출구(42a)를 통해서 챔버(21) 내에 샤워 형상으로 확산되어 공급된다.
천장판 지지부(41)의 가스 도입구(46)에는, 배관(47)을 통해서 복수의 밸브(50a 내지 50c)가 접속되어 있다. 밸브(50a)에는, 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(49a)를 거쳐서, 가스 공급원(48a)이 접속되어 있다. 밸브(50a)가 개방 상태, 즉 오픈 상태로 제어되었을 경우, 가스 공급원(48a)으로부터 공급된 처리 가스는, MFC(49a)에 의해 유량이 제어되어, 배관(47)을 통해서 챔버(21) 내에 공급된다. 가스 공급원(48a)은, 탄소 원자 및 불소 원자를 함유하는 가스를 챔버(21) 내에 공급한다. 본 실시 형태에서, 가스 공급원(48a)은, 예를 들어 CF4 가스를 챔버(21) 내에 공급한다. 가스 공급원(48a)으로부터 챔버(21) 내에 공급되는 가스는, 제1 처리 가스의 일례이다. 가스 공급원(48a 내지 48c)은, 가스 공급부의 일례이다.
또한, 밸브(50b)에는, MFC(49b)를 거쳐서, 가스 공급원(48b)이 접속되어 있다. 밸브(50b)가 개방 상태로 제어되었을 경우, 가스 공급원(48b)으로부터 공급된 가스는, MFC(49b)에 의해 유량이 제어되어, 배관(47)을 통해서 챔버(21) 내에 공급된다. 가스 공급원(48b)은, 탄소 원자 및 불소 원자를 함유하는 가스를 챔버(21) 내에 공급한다. 본 실시 형태에서, 가스 공급원(48b)은, 예를 들어 C4F8 가스를 챔버(21) 내에 공급한다. 또한, 가스 공급원(48b)은, C4F6 가스, C4F8 가스, CHF3 가스, CH2F2 가스, CH3F 가스 및 CH4 가스 중에서 선택된 하나 이상의 가스를 챔버(21) 내에 공급해도 된다. 가스 공급원(48a)으로부터 공급된 가스와, 가스 공급원(48b)으로부터 공급된 가스는, 상부 전극(40)의 확산실(43) 내에서 혼합되어, 챔버(21) 내에 공급된다. 가스 공급원(48a)으로부터 공급된 가스와, 가스 공급원(48b)으로부터 공급된 가스가 혼합된 가스는, 제2 처리 가스의 일례이다.
또한, 밸브(50c)에는, MFC(49c)를 거쳐서, 가스 공급원(48c)이 접속되어 있다. 밸브(50c)가 개방 상태로 제어되었을 경우, 가스 공급원(48c)으로부터 공급된 가스는, MFC(49c)에 의해 유량이 제어되어, 배관(47)을 통해서 챔버(21) 내에 공급된다. 가스 공급원(48c)은, 산소 원자를 함유하는 가스를 챔버(21) 내에 공급한다. 본 실시 형태에서, 가스 공급원(48c)은, 예를 들어 O2 가스를 챔버(21) 내에 공급한다. 또한, 가스 공급원(48c)은, O2 가스 및 CO2 가스의 적어도 어느 것을 포함하는 가스를 챔버(21) 내에 공급해도 된다. 가스 공급원(48c)으로부터 챔버(21) 내에 공급되는 가스는, 제3 처리 가스의 일례이다.
MFC(49a 내지 49c) 각각에 의한 가스의 유량의 조정, 및 밸브(50a 내지 50c) 각각의 개폐는, 후술하는 제어 장치(11)에 의해 제어된다.
하부 전극으로서 기능하는 서셉터(24)에는, 정합기(33)를 거쳐서 고주파 전원(34)이 전기적으로 접속되어 있다. 고주파 전원(34)은, 27MHz 내지 100MHz의 주파수의 고주파 전력, 예를 들어 40MHz의 고주파 전력을, 정합기(33)를 거쳐서 서셉터(24)에 공급한다. 고주파 전력이 서셉터(24)에 공급됨으로써, 처리 공간 내에 처리 가스의 플라스마가 생성되고, 플라스마 중의 이온 등의 활성종이 정전 척(25) 상의 피처리 기판(W)에 인입되어, 피처리 기판(W)이 에칭된다. 고주파 전원(34)으로부터 공급되는 고주파 전력은, 후술하는 제어 장치(11)에 의해 제어된다. 고주파 전원(34)은, 플라스마 생성부의 일례이다.
챔버(21)의 저부에는 배기구(61)가 마련되어 있고, 배기구(61)에는 배기관(62)을 통해서 배기 장치(63)가 접속되어 있다. 배기 장치(63)는, 예를 들어 DP(Dry Pump)나 TMP(Turbo Molecular Pump) 등의 진공 펌프를 갖고 있으며, 챔버(21) 내를 원하는 진공도까지 감압할 수 있다. 배기 장치(63)는, 후술하는 제어 장치(11)에 의해 제어된다.
챔버(21)의 측벽에는, 피처리 기판(W)의 반입 및 반출을 행하기 위한 개구(64)가 마련되어 있다. 개구(64)는, 게이트 밸브(G)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 또한, 챔버(21)의 내벽에는, 벽면을 따라서 데포지션 실드(66)가 착탈 가능하게 마련되어 있다. 또한, 내벽 부재(28)의 외주면에는, 내벽 부재(28)의 외주면을 따라 데포지션 실드(67)가 착탈 가능하게 마련되어 있다. 데포지션 실드(66 및 67)는, 챔버(21)의 내벽 및 내벽 부재(28)에 반응 부생성물, 소위 데포지션이 부착되는 것을 방지한다. 또한, 정전 척(25) 상에 적재된 피처리 기판(W)과 대략 동일한 높이의 데포지션 실드(66)의 위치에는, 도전성 부재에 의해 구성되고, 그라운드에 접속된 GND 블록(69)이 마련되어 있다. GND 블록(69)에 의해, 챔버(21) 내의 이상 방전이 방지된다.
상기한 플라스마 처리 장치(10)는, 제어 장치(11)에 의해, 그 동작이 통괄적으로 제어된다. 제어 장치(11)는, 예를 들어 메모리, 프로세서 및 입출력 인터페이스를 갖는다. 메모리는, 예를 들어 ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory) 또는 HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Drive) 등이다. 프로세서는, 예를 들어 CPU(Central Processing Unit)나 DSP(Digital Signal Processor) 등이다.
메모리에는, 플라스마 처리 장치(10)에 있어서 각종 처리를 실현하기 위한 처리 조건의 데이터 등을 포함하는 레시피나, 제어 프로그램(소프트웨어)이 저장되어 있다. 프로세서는, 제어 프로그램을 메모리로부터 판독해서 실행하고, 메모리에 저장된 레시피 등에 기초하여, 입출력 인터페이스를 통해서 플라스마 처리 장치(10)의 각 부를 제어한다. 이에 의해, 플라스마 처리 장치(10)에 의해 피처리 기판(W)에 대한 에칭 등의 처리가 행하여진다. 또한, 처리 조건의 데이터 등을 포함하는 레시피나 제어 프로그램은, 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체 등에 저장된 상태의 것을 이용하거나, 혹은, 다른 장치로부터, 예를 들어 통신 회선을 통해서 전송된 것을 이용하거나 하는 것도 가능하다. 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체란, 예를 들어 하드 디스크, CD(Compact Disc), DVD(Digital Versatile Disc), 플렉시블 디스크, 반도체 메모리 등이다.
[피처리 기판(W)의 구조]
도 2는, 피처리 기판(W)의 일례를 모식적으로 도시하는 단면도이다. 피처리 기판(W)은, 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이, 컬러 필터(101) 상에 투명 유기막(102)이 적층되고, 투명 유기막(102) 상에 렌즈 형상으로 성형된 렌즈 마스크(103)가 적층된다. 투명 유기막(102)의 재료로서는, 예를 들어 아크릴계 수지를 사용할 수 있다. 아크릴계 수지로서는, 예를 들어 열경화성 아크릴 수지 및 불소 함유 아크릴 수지 등을 들 수 있다. 컬러 필터(101)는, 기판의 일례이며, 투명 유기막(102)은, 제1 유기막의 일례이다.
렌즈 마스크(103)는, 예를 들어 투명 유기막(102) 상에 적층된 감광성 수지층이, 컬러 필터(101)의 하층에 배치된 도시하지 않은 광전 변환 소자의 형상에 대응하는 형상으로 패터닝되어, 열처리된다. 이에 의해, 렌즈 마스크(103)는, 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이, 렌즈 형상으로 성형된다. 렌즈 마스크(103)의 재료로서는, 예를 들어 페놀 수지 등의 알칼리 가용성 및 열 플로우성을 갖는 감광성 수지를 사용할 수 있다. 렌즈 마스크(103)는, 제2 유기막의 일례이다.
렌즈 마스크(103)를 마스크로 해서, 피처리 기판(W)에 대하여 건식 에칭이 행해짐으로써, 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이, 렌즈 마스크(103)의 하층의 투명 유기막(102)에 렌즈 마스크(103)의 형상이 전사되어, 마이크로 렌즈(104)가 형성된다. 도 3은, 마이크로 렌즈(104)의 일례를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
렌즈 마스크(103)를 마스크로 해서 피처리 기판(W)에 대하여 행하여지는 건식 에칭의 주된 처리 조건은, 예를 들어 이하와 같다.
에칭 가스: CF4=250sccm
챔버(21) 내의 압력: 40mT
고주파 전력: 1500W
처리 시간: 500초
여기서, 건식 에칭에 의해 형성된 마이크로 렌즈(104)에서는, 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈(104)의 표면이 거칠다. 마이크로 렌즈(104)의 표면이 거칠면, 마이크로 렌즈(104)에 입사된 광이 마이크로 렌즈(104)의 표면에서 산란해버리기 때문에, 마이크로 렌즈(104)의 집광 효율이 낮다. 마이크로 렌즈(104)의 집광 효율을 높이기 위해서는, 마이크로 렌즈(104)의 표면이 매끄러운 것이 바람직하다.
또한, 에칭 레이트가 너무 높으면, 투명 유기막(102)이 지나치게 깎여버려, 마이크로 렌즈(104)가 작아져버린다. 마이크로 렌즈(104)가 작아지면, 마이크로 렌즈(104)간의 갭(Gap)(도 3 참조)이 커져, 집광 면적이 작아진다. 그 때문에, 마이크로 렌즈(104)의 집광 효율이 낮아져버린다. 마이크로 렌즈(104)의 집광 효율을 높이기 위해서는, 마이크로 렌즈(104)간의 갭을 가능한 한 작게 하는 것이 바람직하다.
또한, 건식 에칭에 의해 형성된 마이크로 렌즈(104)에는, 표면에 반응 부생성물, 소위 데포지션이 부착되는 경우가 있다. 표면에 부착된 데포지션은, 마이크로 렌즈(104)를 사용한 반도체의 제조 공정에서 불량의 원인이 되는 경우가 있다. 그 때문에, 마이크로 렌즈(104)의 표면의 데포지션을 제거하는 것이 바람직하다.
[실험 결과]
도 4는, 마이크로 렌즈(104)의 표면 상태의 일례를 도시하는 도면이다. 샘플 1은, 건식 에칭에 의해 형성된 마이크로 렌즈(104)이며, 후처리가 행하여지기 전의 마이크로 렌즈(104)이다.
샘플 2는, 건식 에칭에 의해 형성된 마이크로 렌즈(104)에 대하여, 후처리로서 트리밍 공정이 실행된 것이다. 트리밍 공정은, 산소 원자를 함유하는 가스의 플라스마에 의해, 유기막으로 형성된 마이크로 렌즈(104)의 표면을 깎는 공정이다. 샘플 2에서의 트리밍 공정의 주된 처리 조건은, 예를 들어 이하와 같다.
사용 가스: O2 가스=1200sccm
챔버(21) 내의 압력: 800mT
고주파 전력: 100W
처리 시간: 100초
샘플 3은, 건식 에칭에 의해 형성된 마이크로 렌즈(104)에 대하여, 후처리로서 퇴적 공정이 실행된 것이다. 퇴적 공정은, 탄소 원자 및 불소 원자를 함유하는 가스의 플라스마에 의해, 마이크로 렌즈(104)의 표면에 CF계의 데포지션을 퇴적시키는 공정이다. 샘플 3에서의 퇴적 공정의 주된 처리 조건은, 예를 들어 이하와 같다.
사용 가스: C4F8/CF4=5/50sccm
챔버(21) 내의 압력: 80mT
고주파 전력: 600W
처리 시간: 60초
샘플 4는, 건식 에칭에 의해 형성된 마이크로 렌즈(104)에 대하여, 후처리로서 퇴적 공정과 트리밍 공정이 교대로 2회씩 실행된 것이다. 샘플 4에서의 퇴적 공정 및 트리밍 공정에서는, 처리 시간 이외의 처리 조건은, 샘플 2 또는 3과 마찬가지이다. 샘플 4에서는, 10초간의 퇴적 공정과 15초간의 트리밍 공정이 교대로 2회씩 행하여졌다.
도 4에 도시된 실험 결과를 참조하면, 후처리가 행하여지지 않은 샘플 1에서는, 마이크로 렌즈(104)의 표면이 거칠다. 또한, 후처리가 행하여지지 않은 샘플 1에서는, 마이크로 렌즈(104)간의 갭(도 4의 화살표로 나타내진 간격)은, 334.2nm였다. 또한, 샘플 1에서는, 막 박리는 보이지 않았다.
또한, 후처리로서 트리밍 공정만이 행하여진 샘플 2에서는, 마이크로 렌즈(104)의 표면이 매끄럽게 되어 있어, 표면이 매끄럽게 되어 있음으로 인한 집광 효율의 향상이 기대된다. 한편, 샘플 2에서는, 마이크로 렌즈(104)의 표면이 지나치게 깎여, 마이크로 렌즈(104)간의 갭이 516.nm로 대폭 확대되어 있다. 그 때문에, 마이크로 렌즈(104)의 집광 면적이 감소하였다. 따라서, 마이크로 렌즈(104) 전체의 집광 효율로서는, 샘플 2는, 샘플 1과 비교하여, 그다지 향상되지 않을 것으로 생각된다.
또한, 후처리로서 퇴적 공정만이 행하여진 샘플 3에서는, 마이크로 렌즈(104)의 표면이 매끄럽게 되어 있어, 표면이 매끄럽게 되어 있음으로 인한 집광 효율의 향상이 기대된다. 한편, 샘플 3에서는, 마이크로 렌즈(104)의 표면에 퇴적된 데포지션의 막이 박리되기 쉬웠다. 그 때문에, 마이크로 렌즈(104)를 사용한 반도체의 제조 공정에 있어서, 마이크로 렌즈(104)의 표면으로부터 박리된 막이 불량의 원인이 될 우려가 있다. 또한, 샘플 3에서는, 마이크로 렌즈(104)의 표면에 퇴적된 데포지션에 의해, 마이크로 렌즈(104)간의 갭이 320.7nm로 감소하였다.
또한, 샘플 3에서는, 마이크로 렌즈(104)의 표면에 CF계의 데포지션이 부착됨으로써 표면이 매끄러워지지만, CF계의 데포지션의 굴절률과 마이크로 렌즈(104)의 굴절률이 상이하다. 그 때문에, CF계의 데포지션을 마이크로 렌즈(104)의 표면에 퇴적시키는 것만으로는, 마이크로 렌즈(104)에 입사되는 광이 표면에 퇴적된 데포지션에 방해되기 때문에, 마이크로 렌즈(104)의 집광 효율은 그다지 향상되지 않을 것으로 생각된다.
이에 반해, 샘플 4에서는, 마이크로 렌즈(104)의 표면이 매끄럽게 되어 있고, 마이크로 렌즈(104)간의 갭의 확대도 357.6nm로 억제되어 있다. 또한, 샘플 4에서는, 마지막으로 트리밍 공정이 행해짐으로써, 마이크로 렌즈(104)의 표면에 적층된 데포지션이 제거된다. 그 때문에, 샘플 4에서는, 마이크로 렌즈(104)에의 광의 입사가 데포지션에 의해 방해되지 않는다. 따라서, 샘플 4에서는, 샘플 1 내지 3에 비해, 마이크로 렌즈(104)의 집광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 샘플 4에서는, 마이크로 렌즈(104)의 표면에 적층된 데포지션이, 마지막으로 행하여지는 트리밍 공정에 의해 제거되기 때문에, 마이크로 렌즈(104)의 표면으로부터의 막의 박리가 거의 없다. 그 때문에, 마이크로 렌즈(104)를 사용한 반도체의 품질 저하를 회피할 수 있다.
[평활화의 과정]
도 5a 내지 도 5e는, 마이크로 렌즈(104)의 표면의 평활화의 과정의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 건식 에칭에 의해 형성된 마이크로 렌즈(104)의 표면 부근의 단면을 확대하면, 예를 들어 도 5a에 도시된 바와 같이, 복수의 볼록부(104a)와 복수의 오목부(104b)가 형성되어 있다.
건식 에칭에 의해 형성된 마이크로 렌즈(104)에 대하여, 퇴적 공정이 실행되면, 예를 들어 도 5b에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈(104)의 표면에 데포지션(105)이 퇴적된다. 이때, 예를 들어 점선의 원으로 나타낸 바와 같이, 볼록부(104a)보다도, 오목부(104b)에 보다 더 많은 데포지션(105)이 퇴적된다.
그리고, 표면에 데포지션(105)이 퇴적된 마이크로 렌즈(104)에 대하여 트리밍 공정이 실행되면, 데포지션(105)이 비교적 얇은 볼록부(104a) 부근에서는, 데포지션(105)이 비교적 두꺼운 오목부(104b) 부근보다도, 데포지션(105)이 빨리 제거된다. 이에 의해, 예를 들어 도 5c에 도시된 바와 같이, 볼록부(104a) 부근이, 오목부(104b) 부근보다도 많이 깎여지게 되어, 볼록부(104a)와 오목부(104b)의 높이의 차가 작아진다.
그리고, 추가로, 퇴적 공정이 실행되면, 예를 들어 도 5d에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈(104)의 표면에 데포지션(105)이 퇴적된다. 이때도, 예를 들어 점선의 원으로 나타낸 바와 같이, 볼록부(104a)보다도 오목부(104b)에 보다 더 많은 데포지션(105)이 퇴적된다.
그리고, 표면에 데포지션(105)이 퇴적된 마이크로 렌즈(104)에 대하여 트리밍 공정이 실행되면, 예를 들어 도 5e에 도시된 바와 같이, 데포지션(105)이 비교적 얇은 볼록부(104a) 부근이, 데포지션(105)이 비교적 두꺼운 오목부(104b) 부근보다도 많이 깎여진다. 이와 같이, 퇴적 공정과, 트리밍 공정이 반복됨으로써, 볼록부(104a)와 오목부(104b)의 사이의 높이 차가 작아져, 마이크로 렌즈(104)의 표면이 평활화된다.
또한, 퇴적 공정과 트리밍 공정이 교대로 실행되는 경우, 마지막에 트리밍 공정이 실행됨으로써, 마이크로 렌즈(104)의 표면에 잔존하고 있는 CF계의 데포지션(105)이 제거된다. 이에 의해, 마이크로 렌즈(104)를 사용한 반도체의 품질 저하를 회피할 수 있다. 또한, 퇴적 공정과 트리밍 공정이 교대로 실행되는 경우, 최초에 퇴적 공정이 실행되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 트리밍 공정이 행하여지기 전에 오목부(104b)가 데포지션(105)에 의해 보호된다. 이에 의해, 마이크로 렌즈(104)의 표면이 필요 이상으로 깎이는 것을 방지할 수 있어, 마이크로 렌즈(104)의 면적의 감소가 억제되어, 마이크로 렌즈(104)간의 갭의 확대가 억제된다.
[사이클수와 갭의 관계]
도 6은, 사이클수를 바꾸었을 경우의 마이크로 렌즈(104)의 표면 상태의 일례를 도시하는 도면이다. 도 6에 도시된 실험에서는, 퇴적 공정의 누적 처리 시간을 60초로, 트리밍 공정의 누적 처리 시간을 90초로 고정하고, 퇴적 공정과 트리밍 공정의 반복 횟수(사이클수)를 바꾸었을 경우의 플라스마 처리 장치(10)의 표면 상태를 측정했다. 샘플 5는, 퇴적 공정과 트리밍 공정이 각각 1회씩 행하여졌다. 샘플 6은, 퇴적 공정과 트리밍 공정이 교대로 각각 3회씩 행하여졌다. 샘플 7은, 퇴적 공정과 트리밍 공정이 교대로 각각 6회씩 행하여졌다.
도 6을 참조하면, 사이클수가 증가할수록, 마이크로 렌즈(104)의 표면이 매끄러워지고 있다. 사이클수가 적으면, 챔버(21) 내의 가스의 치환 시간이 짧아지기 때문에, 생산성의 점에서 바람직하다. 그러나, 퇴적 공정과 트리밍 공정이 1회씩이면, 예를 들어 도 7a와 같이, 마이크로 렌즈(104)의 표면에 데포지션(105)이 두껍게 적층된다. 그리고, 트리밍 공정에서는, 데포지션(105) 아래의 볼록부(104a)가 노출될 때까지, 볼록부(104a) 상에 두껍게 적층된 데포지션(105)을 깎게 된다. 데포지션(105)을 깎는 작업은, 마이크로 렌즈(104)의 표면을 평활화하는 목적에는 직접 기여하지 않는 불필요한 작업이다. 그 때문에, 퇴적 공정과 트리밍 공정이 1회씩이면, 마이크로 렌즈(104)의 표면은, 예를 들어 도 7b에 도시된 바와 같이, 거의 평활화되지 않는다.
이에 반해, 사이클수가 2회 이상이 되면, 예를 들어 도 5a 내지 도 5e에서 설명한 바와 같이, 마이크로 렌즈(104)의 표면이 평활화된다. 그 때문에, 마이크로 렌즈(104)의 표면이 매끄러워짐으로 인한 마이크로 렌즈(104)의 집광 효율의 향상이라는 점에서는, 사이클수는 2 이상인 것이 바람직하다.
그러나, 도 6을 참조하면, 사이클수가 증가할수록, 마이크로 렌즈(104)간의 갭이 확대되어 있다. 마이크로 렌즈(104)간의 갭이 확대되면, 마이크로 렌즈(104)의 집광 면적이 작아져, 마이크로 렌즈(104)의 집광 효율이 낮아져버린다. 그 때문에, 마이크로 렌즈(104)의 면적의 감소를 억제한다는 점에서는, 사이클수는 너무 많지 않은 편이 바람직하다. 사이클수는, 예를 들어 2 내지 3이 바람직하다.
[마이크로 렌즈(104)의 제조 수순]
도 8은, 마이크로 렌즈(104)의 제조 수순의 일례를 나타내는 흐름도이다. 마이크로 렌즈(104)의 제조는, 도 1을 사용해서 설명된 플라스마 처리 장치(10)에 의해 행하여진다. 또한, 이하에 설명하는 각 공정은, 주로 제어 장치(11)에 의해 제어된다.
먼저, 피처리 기판(W)이 챔버(21) 내에 반입된다(S100). 스텝 S100에서는, 게이트 밸브(G)가 개방되어, 도시하지 않은 로봇 암에 의해, 도 2에 예시된 피처리 기판(W)이 챔버(21) 내에 반입되고, 정전 척(25) 상에 적재된다. 그리고, 직류 전원(27)으로부터 정전 척(25) 내의 전극(26)에 공급된 직류 전압에 의해 피처리 기판(W)이 정전 척(25)의 상면에 흡착 보유 지지된다. 그리고, 게이트 밸브(G)가 폐쇄된다.
이어서, 피처리 기판(W)에 대하여 에칭 공정이 실행된다(S101). 스텝 S101에서는, 배기 장치(63)가 구동되어, 챔버(21) 내가 소정의 진공도까지 감압된다. 그리고, MFC(49a) 및 밸브(50a)가 제어되어, 소정 유량의 CF4 가스가 상부 전극(40)을 통해서 챔버(21) 내에 공급되고, 고주파 전원(34)으로부터 서셉터(24)에 소정의 전력의 고주파가 공급된다. 이에 의해, 챔버(21) 내에 CF4 가스의 플라스마가 생성되어, 플라스마에 포함되는 이온이나 라디칼에 의해, 렌즈 마스크(103)를 마스크로 해서 피처리 기판(W)에 대하여 건식 에칭이 소정 시간 행하여진다.
이어서, 건식 에칭 후의 피처리 기판(W)에 대하여, 표면 처리 공정이 실행된다(S102). 표면 처리 공정에는, 퇴적 공정(S102a)과, 트리밍 공정(S102b)이 포함된다. 본 실시 형태의 표면 처리 공정에서는, 먼저 퇴적 공정(S102a)이 실행되고, 계속해서 트리밍 공정(S102b)이 실행된다.
스텝 S102a에서는, MFC(49a), MFC(49b), 밸브(50a) 및 밸브(50b)가 제어되어, 소정 유량의 CF4 가스 및 소정 유량의 C4F8 가스가 상부 전극(40)을 통해서 챔버(21) 내에 공급된다. 또한, 고주파 전원(34)으로부터 서셉터(24)에 소정의 전력의 고주파가 공급된다. 이에 의해, 챔버(21) 내에 CF4 가스 및 C4F8의 혼합 가스의 플라스마가 생성되어, 플라스마에 포함되는 이온이나 라디칼에 의해, 마이크로 렌즈(104)의 표면에 데포지션(105)이 퇴적된다. 스텝 S102a는, 예를 들어 10초간 행하여진다.
이어서, 퇴적 공정이 행하여진 후의 피처리 기판(W)에 대하여, 트리밍 공정이 실행된다(S102b). 스텝 S102b에서는, MFC(49c) 및 밸브(50c)가 제어되어, 소정 유량의 O2 가스가 상부 전극(40)을 통해서 챔버(21) 내에 공급된다. 또한, 고주파 전원(34)으로부터 서셉터(24)에 소정의 전력의 고주파가 공급된다. 이에 의해, 챔버(21) 내에 O2 가스의 플라스마가 생성되어, 플라스마에 포함되는 이온이나 라디칼에 의해, 마이크로 렌즈(104)의 표면이 트리밍된다. 스텝 S102b는, 예를 들어 15초간 행하여진다.
이어서, 스텝 S102의 처리가 소정 횟수 실행되었는지 여부, 즉, 스텝 S102a 및 S102b의 처리가 각각 소정 횟수씩 실행되었는지 여부가 판정된다(S103). 본 실시 형태에서는, 스텝 S102의 처리가 2회 이상 실행되었는지의 여부, 즉, 스텝 S102a 및 S102b의 처리가 각각 2회씩 실행되었는지의 여부가 판정된다. 스텝 S102의 처리가 소정 횟수 실행되지 않은 경우(S103: "아니오"), 다시 스텝 S102a에 나타낸 처리가 실행된다.
한편, 스텝 S102의 처리가 소정 횟수 실행되었을 경우(S103: "예"), 피처리 기판(W)이 챔버(21) 내로부터 반출된다(S104). 스텝 S104에서는, 직류 전원(27)으로부터 정전 척(25) 내의 전극(26)으로의 직류 전압의 공급이 해제되고, 게이트 밸브(G)가 개방된다. 그리고, 도시하지 않은 로봇 암에 의해, 표면 처리가 행하여진 피처리 기판(W)이 챔버(21) 내로부터 반출된다. 그리고, 본 흐름도에 나타낸 마이크로 렌즈(104)의 제조 수순이 종료된다.
이상, 마이크로 렌즈(104)의 제조 수순의 일 실시 형태에 대해서 설명했다. 본 실시 형태에서의 마이크로 렌즈(104)의 제조 수순은, 에칭 공정과, 표면 처리 공정을 포함한다. 에칭 공정에서는, 기판 상에 형성된 투명 유기막(102) 상에 렌즈 형상을 갖는 렌즈 마스크(103)가 형성된 피처리 기판(W)에 대하여, 렌즈 마스크(103)를 마스크로 해서, 제1 처리 가스의 플라스마를 사용하여 투명 유기막(102)이 에칭된다. 이에 의해, 투명 유기막(102)에 렌즈 마스크(103)의 렌즈 형상이 전사되어 투명 유기막(102)에 마이크로 렌즈(104)가 형성된다. 표면 처리 공정에서는, 투명 유기막(102)에 형성된 마이크로 렌즈(104)의 표면이 매끄러워지도록 처리된다. 이에 의해, 마이크로 렌즈(104)의 집광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기한 실시 형태에 있어서, 표면 처리 공정에는, 퇴적 공정과, 트리밍 공정이 포함된다. 퇴적 공정에서는, 투명 유기막(102)에 형성된 마이크로 렌즈(104)의 표면에 소정의 막이 퇴적된다. 트리밍 공정에서는, 상기 소정의 막이 퇴적된 마이크로 렌즈(104)의 표면을 트리밍한다. 이에 의해, 마이크로 렌즈(104)의 표면의 요철을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기한 실시 형태에 있어서, 퇴적 공정과, 트리밍 공정은, 교대로, 각각 2회 이상 실행된다. 이에 의해, 마이크로 렌즈(104)의 표면의 요철을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기한 실시 형태에 있어서, 표면 처리 공정의 최초에는, 퇴적 공정이 실행된다. 이에 의해, 트리밍 공정에 의한 마이크로 렌즈(104)의 면적의 감소를 억제할 수 있어, 마이크로 렌즈(104)의 집광 효율의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 상기한 실시 형태에 있어서, 표면 처리 공정의 마지막에는, 트리밍 공정이 실행된다. 이에 의해, 마이크로 렌즈(104)의 표면으로부터의 막 박리를 억제할 수 있어, 마이크로 렌즈(104)를 사용한 반도체 장치의 품질 저하를 억제할 수 있다.
또한, 상기한 실시 형태에 있어서, 퇴적 공정에서는, 탄소 원자 및 불소 원자를 함유하는 제2 처리 가스를 사용한 플라스마에 의해, 투명 유기막(102)에 형성된 마이크로 렌즈(104)의 표면에 소정의 막이 퇴적된다. 제2 처리 가스에, 예를 들어 C4F6 가스, C4F8 가스, CHF3 가스, CH2F2 가스, CH3F 가스 및 CH4 가스 중에서 선택된 하나 이상의 가스와, CF4 가스의 혼합 가스가 포함된다. 이에 의해, 마이크로 렌즈(104)의 표면에 소정의 막을 퇴적시킬 수 있다.
또한, 상기한 실시 형태에 있어서, 트리밍 공정에서는, 산소 원자를 함유하는 제3 처리 가스를 사용한 플라스마에 의해, 소정의 막이 퇴적된 마이크로 렌즈(104)의 표면이 트리밍된다. 제3 처리 가스에는, O2 가스 및 CO2 가스의 적어도 어느 것이 포함된다. 이에 의해, 소정의 막이 퇴적된 마이크로 렌즈(104)의 표면이 트리밍된다.
[기타]
또한, 본원에 개시된 기술은, 상기한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지의 범위 내에서 수많은 변형이 가능하다.
예를 들어, 상기한 실시 형태에 있어서, 퇴적 공정 및 트리밍 공정이 교대로 각각 2회 이상 반복될 때, 각각의 공정의 처리 시간은 일정하지만, 개시의 기술은 이것에 한하지 않고, 각각의 공정의 처리 시간은 상이해도 된다. 예를 들어, n회째(n은 2 이상의 정수)의 트리밍 공정의 처리 시간은, (n-1)회째의 트리밍 공정의 처리 시간보다 짧아도 된다. 또한, 마지막으로 행하여지는 트리밍 공정의 처리 시간은, 복수회 행하여지는 트리밍 공정의 처리 시간 중에서 가장 긴 처리 시간이어도 된다. 이에 의해, 마이크로 렌즈(104)의 표면에 잔존하는 데포지션을 보다 확실하게 제거할 수 있다.
또한, 상기한 실시 형태에서는, 플라스마의 발생 방식으로서 용량 결합형 플라스마(CCP)를 예로 들어 설명했지만, 개시의 기술은 이에 한하지 않는다. 예를 들어, 유도 결합형 플라스마(ICP), 마이크로파 여기 표면파 플라스마(SWP), 전자 사이클로트론 공명 플라스마(ECP), 및 헬리콘파 여기 플라스마(HWP) 등을 사용하는 플라스마 처리 장치에 있어서도, 개시의 기술을 적용할 수 있다.
또한, 금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 실제로, 상기한 실시 형태는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 또한, 상기 실시 형태는, 첨부의 특허 청구 범위 및 그 취지를 일탈하지 않고, 다양한 형태로 생략, 치환, 변경되어도 된다.
G: 게이트 밸브
W: 피처리 기판
10; 플라스마 처리 장치
101: 컬러 필터
102: 투명 유기막
103: 렌즈 마스크
104: 마이크로 렌즈
104a: 볼록부
104b: 오목부
105: 데포지션
11: 제어 장치
21: 챔버
24: 서셉터
25: 정전 척
25a: 포커스 링
29: 냉매실
33: 정합기
34: 고주파 전원
40: 상부 전극
41: 천장판 지지부
42: 천장판
63: 배기 장치

Claims (10)

  1. 기판 상에 형성된 제1 유기막 상에 렌즈 형상을 갖는 제2 유기막이 형성된 피처리체에 대하여, 상기 제2 유기막을 마스크로 하여, 제1 처리 가스의 플라스마를 사용해서 상기 제1 유기막을 에칭함으로써, 상기 제1 유기막에 상기 제2 유기막의 렌즈 형상을 전사해서 상기 제1 유기막에 마이크로 렌즈를 형성하는 에칭 공정과,
    상기 제1 유기막에 형성된 마이크로 렌즈의 표면을 매끄러워지도록 처리하는 표면 처리 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 표면 처리 공정에는,
    상기 제1 유기막에 형성된 마이크로 렌즈의 표면에 소정의 막을 퇴적시키는 퇴적 공정과,
    상기 소정의 막이 퇴적된 상기 마이크로 렌즈의 표면을 트리밍하는 트리밍 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는, 마이크로 렌즈의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 표면 처리 공정에서, 상기 퇴적 공정과, 상기 트리밍 공정은, 교대로 각각 2회 이상 실행되는 것을 특징으로 하는, 마이크로 렌즈의 제조 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 표면 처리 공정의 최초에는, 상기 퇴적 공정이 실행되는 것을 특징으로 하는, 마이크로 렌즈의 제조 방법.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표면 처리 공정의 최후에는, 상기 트리밍 공정이 실행되는 것을 특징으로 하는, 마이크로 렌즈의 제조 방법.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 퇴적 공정에서는, 탄소 원자 및 불소 원자를 함유하는 제2 처리 가스를 사용한 플라스마에 의해, 상기 제1 유기막에 형성된 마이크로 렌즈의 표면에 상기 소정의 막을 퇴적시키는 것을 특징으로 하는, 마이크로 렌즈의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2 처리 가스는, C4F6 가스, C4F8 가스, CHF3 가스, CH2F2 가스, CH3F 가스 및 CH4 가스 중에서 선택된 하나 이상의 가스와, CF4 가스의 혼합 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는, 마이크로 렌즈의 제조 방법.
  8. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 트리밍 공정에서는, 산소 원자를 함유하는 제3 처리 가스를 사용한 플라스마에 의해, 상기 소정의 막이 퇴적된 상기 마이크로 렌즈의 표면을 트리밍하는 것을 특징으로 하는, 마이크로 렌즈의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제3 처리 가스는, O2 가스 및 CO2 가스의 적어도 어느 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 마이크로 렌즈의 제조 방법.
  10. 챔버와,
    상기 챔버 내에 마련되고, 상기 피처리체를 적재하는 적재대와,
    상기 제1 처리 가스를 상기 챔버 내에 공급하는 가스 공급부와,
    상기 챔버 내에 상기 제1 처리 가스의 플라스마를 생성하는 플라스마 생성부와,
    제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법을 실행하는 제어 장치
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
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