TW521061B - Method for manufacturing a microstructure by using a high energy light source - Google Patents

Description

521061 A7 B7 五、發明説明（ 【發明領域】 本發明係關於一種藉由使用高能光源來製造微型結 構之方法，特別是指一種藉由使用同步輻射來製造具有預 定圖樣之微型透鏡或微型結構的方法。 【習知技藝說明】 近來，高能同步輻射已被廣泛地應用在半導體業中之 X射線微影技術領域内，亦藉由使用所謂的LIGA(X射線深 蝕刻鑄模）製程而應用在微型結構的製造上，其中LIGA製 权疋德國為了製造用來分離轴同位素的槽型嘴嘴的過程中 所首度發展得來。 同步輻射是一種強度高於其它種光源數萬倍以上之 高能光源。由於絕佳的平行光束特性因此同步幅射之光分 散性低，並具有連續性之能譜，再者，同步輻射是能在高 度真空中輻射之高淨度光源。因此，相較於其它光源而言， 藉由使用同步輻射可以大幅降低微影照射時間。因為同步 輻射之低分散性，所以藉由同步輻射可製造具高深寬比之 U型結構。同步輪射同時也是lig A方法中一種最佳的X射 線光源’因為藉由選擇適當的波長範圍，同步賴射可以增 加光罩選擇上的自由度。 LIGA製程的一種應用是在微型透鏡的領域内。微型透 鏡疋光學系統中之一重要元件’而該系統中微型透鏡之結 構必需加以控制才能得到所欲的光學特性。 一種傳統的微型透鏡製造方法，由N· Moldovan於1997 年在國際電子電機協會（IEEE) '、用於微光學元件之LIGA及 本纸張尺度適财關家鮮（CNS) M祕⑵qx297公幻

521061 五、發明説明 其它相關技術，，之第149〜152頁中提出，現參照第1Α〜1]〇 圖說明之。 如第1A圖所示，在一基板1〇上覆蓋一感光材料，例如 (PMMA:聚甲基丙烯酸甲s旨）12。接著，利用一乂射線光罩 14進行X射線照射程序。因為藉由pMMA所製造而得之透 鏡，其透明度約有90%而優於其它習知技藝之塑膠透鏡， 且其他光學特性亦較接近於玻璃，因此pMMA常被用作感 光材料12。 然後，如第1B圖所示，藉由一顯影程序，以蝕除受到 X射線照射之PMMA部分以得到一圓柱狀之圖樣16。 接著以一位於上方之薄膜濾波器（圖未示）所產生較低 強度之第二X射線照射整個圓柱狀之圖樣16，如第ic圖所 不 〇 藉由曝露圖樣16於較弱之第二X射線下，只有圖樣16 之一表面部分16a受到影響，因而相較於其它未受照射之部 分具有較低之玻璃轉換溫度（Tg)。 最後，如第1D圖所示，在預定的溫度下對該圓柱狀圖 樣16進行熱處理，使得只有受照射過後且具有低丁$之圓柱 狀圖樣16的16a部分受到影響而熔融並形變而形成一微型 透鏡16b，且藉由表面張力使其具有一半球狀之頂部。在 此，微型透鏡16b的直徑是由原先圖樣16之直徑所決定，而 其高度是由熱處理之溫度、圖樣16之高度與直徑所決定。 然而，上述傳統的製造微型透鏡方法的缺點是在製造 過程中需要二次X射線照射程序及一次顯影程序，使得整 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（210X297公釐） S::.....-.....…訂…-..............緣 521061

五、發明說明（3 ) 個製程變得複雜。 【發明概要】 因此，本發明之一目的是在提供一種使用單一 χ射線 照射程序而不需顯影程序之微型結構簡化製造方法。 依據本發明，提供了一種使用一高能光源而製造微型 …構的方法，包含以下步驟：以高能光源選擇地照射一感 光材料的-部分，並進行熱處理而僅將感光材料之受照射 部分的頂部熔融而形變。 【圖式簡單說明】 上述關於本發明之其它目的及特徵，在以下配合圖式 之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚明白，在圖式中： 第1A至1D圖顯示一習知之微型透鏡製造流程； 第2 A及2B圖顯不依據本發明之一第一較佳實施例的 微型透鏡製造流程。 第3 A至3 C圖說明依據本發明之第一較佳實施例之一 微型鑄模製造流程。 第4圖是一立體圖，顯示依據本發明之第一較佳實施 例，藉由使用微型鑄模而得之一微型透鏡； 第5A至5F圖揭示依據本發明之一 χ射線光罩製造過 程；及 第6A至6B圖說明依據本發明之一第二較佳實施例，藉 由使用雷射之一微型透鏡製造過程。 【較佳實施例之詳細說明】 現參閱第2A至6B圖，將說明本發明之較佳實施例。 6 (if先K汸背ffi;之注念事項再填筘本頁) 訂· #· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公楚） 521061 A7 B7 五、發明説明（4 依據本發明之一第一較佳實施例，一微型透鏡可藉由 使用代表X—高能光源之X射線製造而得。 第2 A及2B圖顯示依據本發明之第一較佳實施例之一 微型透鏡製造流程。藉由本發明，可製得一單一微型透鏡 或是呈現陣列形式之複數微型透鏡。然而，為了簡化說明 起見，在第2A及2B圖中僅顯示一微型透鏡。 參閱第2A圖，X射線照射程序是藉由使用X射線光罩！ 來進行，X射線光罩1具有界定出一預定區域之不透明圖 樣，以形成微型透鏡。標號110，100b，102，100a分別表 示一金屬層，一頂矽層，一絕緣層及一底矽層。其細節隨 後將配合圖式5A-5F進行說明。 以X射線穿透光罩1之透明部分而對一感光材料進行 照射。依據本發明之第一較佳實施例，感光材料最好是使 用PMMA。除了 PMMA之外，亦可以使用Zeonex、可光定 義之玻璃或其它相似物’只要是能夠被微影製程所界定並 能提供所要求的光學性質的物質即可。在X射線的照射程 序中，感光材料116之受照射部分118被曝露在X射線下。 依據本發明之第一較佳實施例，只有受照射部分i j 8 之頂部受到X射線顯著影響，X射線是由粒子加速器所產生 並具有IKJ/cm至20KJ/cm3能階，最好是2.4KJ/cm3之能 階。藉由上述之照射程序，感光材料116的受照射部分118 的分子量變得與剩下未受照射部分的分子量不同^特別 是，受照射部分11 8頂部之聚合物的分子量變得比未受照射 部分的分子量還小；因此，感光材料116之受照射部分，其 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公楚） f;fr先^^^面之注*事項件祀、^本頁) -裝- ’訂丨 .線· 521061 A7 一 _ B7_ 五、發明説明（5 )

Tg變得比未受照射部分之丁8還低。 受照射部分118之頂部接著藉由熱處理而被熔融並形 ’支而形成一半球狀之微型透鏡118a，而感光材料116之未受 照射部分依然保持不變，如第2B圖所示。熱處理最好是在 溫度5(TC至250°C之間進行5至10分鐘，且溫度在ii〇°C至 120°C之間為最佳。因為除了受照射部分丨丨8之邊緣以外， 僅有中央部分會因表面張力變形故可形成半球狀之微型透 鏡 118a。 吾人應了解本發明亦能應用在製造其它種可藉由X射 線照射程序所製造而得之微型結構上。 第3A至3C圖說明依據本發明之第一較佳實施例的微 型鎊模製造流程及鋒造程序。 參閱第3A圖，首先在感光材料116之微型透鏡n8a以 及未受照射部分上沈積一鈦金屬層200。鈦金屬層200大約 300A厚’並當作隨後用來鍍鎳程序之基層。接著藉由在氣 化磺胺鍍鎳溶液（55°C，pH4)中進行鍍鎳程序，而在鈦金屬 層200上形成一鍍鎳層202。 之後，微型透鏡11 8a、受照射部分11 8及感光材料11 6 被有機溶劑溶解而移去，如第3B圖所示，因而得到一微型 鎢模2 ’亦即，一個可用來大量生產微型透鏡結構之錄微型 鑄模。 接著’如第3C圖所示，將一透明材料，例如PMMA或 其相似物，覆蓋在微型鑄模2上，然後進行微鑄模 (micromolding)或熱浮刻（hot embossing)處理，因此能大量 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（2〗〇><297公釐） 7,'f先閱龙背心之注念事項洱松涔本頁)

521061 〜· 1 ^ • Α7 --------Β7 _ • 五、發明説明（6 ) 製造相同形狀的微型透鏡結構117。 第4圖顯示一立體圖，說明藉由使用上述微型透鏡製 造方法而製得之一微型透鏡結構117。微型結構11 7包含了 一微型透鏡11 7a及一基部1 i7b。 第）A至5F圖說明關於本發明之一 X射線光罩製造程 • 序。 Φ 首先’參閱第5 A圖，X射線光罩製造步驟開始是在一 底矽層100a及一頂矽層1〇〇b中間插入一絕緣層1〇2而構成 一石夕絕緣層（S01)晶片。頂矽層l〇〇b、絕緣層102及底矽層 1〇〇a的厚度最好分別是20#m、lem及400"m。 接著’ 一第一及一第二氧化層1〇4、1〇6，每層的厚度， 例如為1/zm，可藉由進行乾式或溼式氧化或是混合氧化而 形成在SOI基材之頂面以及底面上。例如，氧化層丨〇4、i 〇6 二者可如下述方式形成：首先，將SOI基材置入大約，例 如，700t之熔爐内。之後，熔爐溫度被昇高至大約，例如， ® 1050 c，並進行1 5分鐘的乾式氧化後再於同一溫度下進行4 小時之溼式氧化及15分鐘的乾式氧化。 • 接著，炫爐溫度降至大約，例如，7〇〇。(：並將基材自 炫爐内取出。 接著如第5C圖中所示之一 X射線輻射區域丨〇8，係經由 下述权序而形成。首先，氧化層1 〇6進行圖樣化以使底矽層 ll〇a之底面中央接受照射。其次，藉由實施基體微機械加 工私序並以具圖樣之氧化層作為一障壁層，而對底矽層 l〇〇a進行蝕刻。在此情況下，可使用濃度2〇%之四甲基氫 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4规格（210X297公楚） 9 (訪先^汸^，111;之;1,&事項再坶(>-;本頁) -裝— ·、-τ. :線丨 521061 A7 广—_____Β7_ 五、發明説明（7 ) 氧化銨（ΤΜΑΗ)溶液來作為蝕刻液，且具有約40〇 m厚度 之底矽層100a蝕刻達7小時，曝露出絕緣層102之中央部 分。之後，置放在緩衝氫氟酸（BHF)内達3〇分鐘，以將剩 餘之第一及第二氧化層104、106 ’以及絕緣層1〇2之受曝露 的中央部分蝕去，最後形成如第5C圖所示之χ射線輻射區 域 108。 如第5D圖所示，接著在頂矽層1〇〇1)上沈積一金屬層 110。例如，利用一熱蒸鍍機將一充作後續金電錢用之種子 層之用的鉻/金金屬層110沈積約300□之厚度。接著如下述 方式在金屬層11〇上形成一圓柱狀之感光圖樣層112。具有 約10/im厚度之圓柱狀感光圖樣層U2可藉著例如，在 2000rpm之轉速下以光阻旋轉塗佈6〇秒並進行傳統之顯影 程序而形成。然後，例如，在9〇t下進行軟烤達1〇〇秒。 接著’例如藉由在基板金屬層110上電錢一金屬層，以 便形成與圓柱狀之感光圖樣層112之高度相同的一 χ射線 吸收薄膜114。例如，可藉由在5 5mA之電流密度下電鍍一 金金屬層達2小時而形成χ射線吸收薄膜114。 接著順續施以丙酮、甲醇以及去離子水（DI water)以除 去圓柱狀之感光材料圖樣層112。之後，藉由適當之蝕刻溶 夜以消去位於被移去之感光圖樣層112底部之金屬層】】〇露 I 出一分’即得到如第5 F圖所示之；X射線光罩。 微透鏡亦可不需使用光罩而藉由使用一雷射光源製 | 造而得。第6A至6B圖說明依藉本發明之一第二較佳實施 例’藉由使用雷射之微透鏡製造程序。 i紙張尺 1適用中國A4規格（雇297公爱)〜 --—

訂- f 公乇聞：.:^面之;i,s;扣項ft-^g本 U ) ^1061

、發明說明 首先’如第6A圖所示，感光材料116，例如PmMa， 之預定區域118，不具任何光罩而曝露於雷射光束i32下。 進仃此雷射照射程序，例如3至18〇分鐘，其中，雷射具有 “·4mJ/pulse至l8〇mj/piuse之能階&1〇Hz之頻率。因此，或 光材料U6之受照射部分Π 8的PMMA分子量變得比未受照 射部分之分子量還來得小。 .裝- 接著藉由熱處理使得受照射部分丨18之頂面區域溶融 並形’交而形成如第6B圖所示之微型透鏡。熱處理最好是在 介於約501及約2501間之溫度下進行。因為除了邊緣以 外，，、有叉照射部分丨丨8之中央部分會受到表面張力而形 、交，因此可以得到半球狀之微型透鏡11 8a。 .、^τ· 雖本發明已如上述特定實施例中所述，但亦有其它熟 知該項技藝人士所能清楚明白之變化及修飾且並未偏離隨 附申請專利範圍中所述本發明之精神及範疇。 :線· 11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 521061 、申請專利範圍 1 · 一種藉由使用一高能光源來製造一微型結 、 包含以下步驟： ° 之方法， 分^該高能光源選擇性地照射_感光材料之一部 進行熱處理以使得只有該感光材 之頂部熔融及形變。 …射口F刀 2. 如申請專利範圍第】項所述 是-X射線。 ^ 能光源 3. 如申請專利範圍第!項所述之方法 勹八 W '、甲該微型結構 匕3_早一微型透鏡或陣列形式之複數微型透鏡。 4. 如申請專利範項所述之方法，其中，該選擇性地 照射步驟是藉由使用定義該微型結構之一圖樣的光罩 而進行。 5· ^申請專利範圍第3項所述之方法，其中，當受該料 線照射時，該感光材料之受照射部分的頂部係受到介 於約1⑽⑻及約2〇kJ/cm3間之能階昭射。 12 521061 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 在介於大約5〇t至大約25〇t間之溫度下進行。 他如申請專利範圍第i項所述之方法，更包含仃在進行該 熱處理步驟之後’製造-微型缚模及藉由使用該微型 每模之-微鑄模或-熱浮刻程序以產生複數相 之微型結構的步驟。 ％狀 (請先閲讀背面之注意事项再填窝本頁} .裝· .訂. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 13