WO2019244677A1 - マイクロレンズの製造方法およびプラズマ処理装置 - Google Patents

マイクロレンズの製造方法およびプラズマ処理装置 Download PDF

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WO2019244677A1
WO2019244677A1 PCT/JP2019/022782 JP2019022782W WO2019244677A1 WO 2019244677 A1 WO2019244677 A1 WO 2019244677A1 JP 2019022782 W JP2019022782 W JP 2019022782W WO 2019244677 A1 WO2019244677 A1 WO 2019244677A1
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gas
microlens
organic film
chamber
plasma
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PCT/JP2019/022782
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French (fr)
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芳成 畑崎
卓 新山
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東京エレクトロン株式会社
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    • G02B3/00—Simple or compound lenses
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    • G02B3/0012—Arrays characterised by the manufacturing method
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B29D11/00009—Production of simple or compound lenses
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    • B29D11/00298—Producing lens arrays
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B29D11/00009—Production of simple or compound lenses
    • B29D11/00365—Production of microlenses
    • G—PHYSICS
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32403—Treating multiple sides of workpieces, e.g. 3D workpieces
    • H—ELECTRICITY
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    • H01J37/32449—Gas control, e.g. control of the gas flow
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment 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
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy

Definitions

  • Various aspects and embodiments of the present disclosure relate to a method of manufacturing a microlens and a plasma processing apparatus.
  • a transfer lens method As a technique for forming a microlens on a light receiving element, a transfer lens method is known (for example, see Patent Document 1).
  • a hemispherical lens is formed by patterning a photosensitive resist having a heat flow property by photolithography and then performing heat treatment. Then, by performing dry etching using the formed hemispherical lens as a mask, the shape of the lens is transferred to the underlying resin layer.
  • microlenses formed by dry etching have a rough lens surface. For this reason, light is scattered on the lens surface, and the light collection efficiency of the microlens is low.
  • One aspect of the present disclosure is a method for manufacturing a microlens, which includes an etching step and a surface treatment step.
  • a first organic film having a lens shape is formed on a first organic film formed on a substrate, and a first organic film is formed on the object using the second organic film as a mask.
  • the lens shape of the second organic film is transferred to the first organic film, and a microlens is formed on the first organic film.
  • the surface treatment step the microlenses formed on the first organic film are treated so as to have a smooth surface.
  • the light collection efficiency of the microlens can be improved.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically illustrating one example of a substrate to be processed.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of a microlens.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a surface state of the microlens.
  • FIG. 5A is a diagram illustrating an example of a process of smoothing the surface of the microlens.
  • FIG. 5B is a diagram illustrating an example of a process of smoothing the surface of the microlens.
  • FIG. 5C is a diagram illustrating an example of a process of smoothing the surface of the microlens.
  • FIG. 5A is a diagram illustrating an example of a process of smoothing the surface of the microlens.
  • FIG. 5B is a diagram illustrating an example of a process of smoothing the surface of
  • FIG. 5D is a diagram for explaining an example of a process of smoothing the surface of the microlens.
  • FIG. 5E is a diagram for explaining an example of a process of smoothing the surface of the microlens.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the surface state of the microlens when the number of cycles is changed.
  • FIG. 7A is a diagram for explaining an example of a process of smoothing the surface of the microlens when the number of cycles of the deposition step and the trimming step is one.
  • FIG. 7B is a diagram for explaining an example of a process of smoothing the surface of the microlens when the number of cycles of the deposition step and the trimming step is one.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of a procedure for manufacturing a microlens.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a plasma processing apparatus 10 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the plasma processing apparatus 10 is formed of aluminum or the like whose surface is anodized.
  • the plasma processing apparatus 10 has, for example, as shown in FIG. 1, a chamber 21 that defines a substantially cylindrical processing space inside.
  • the chamber 21 is grounded for security.
  • the plasma processing apparatus 10 in the present embodiment is configured as, for example, a capacitively coupled parallel plate plasma processing apparatus.
  • a support 23 is disposed via an insulating member 22 formed of ceramics or the like.
  • a susceptor 24 formed of, for example, aluminum or the like and functioning as a lower electrode is provided on the support 23.
  • An electrostatic chuck 25 for adsorbing and holding a substrate to be processed W, which is an example of a substrate to be processed, by electrostatic force is provided substantially at the upper center of the susceptor 24.
  • the electrostatic chuck 25 has a structure in which an electrode 26 formed of a conductive film or the like is sandwiched between a pair of insulating layers.
  • a DC power supply 27 is electrically connected to the electrode 26.
  • the electrostatic chuck 25 may be provided with a heater (not shown) for heating the substrate W to be processed.
  • the electrostatic chuck 25 is an example of a mounting table.
  • a focus ring 25 a made of, for example, single crystal silicon or the like is disposed above the susceptor 24 so as to surround the electrostatic chuck 25.
  • the focus ring 25a improves the uniformity of the plasma processing near the edge of the substrate W to be processed.
  • An inner wall member 28 is provided around the support 23 and the susceptor 24 so as to surround the support 23 and the susceptor 24.
  • the inner wall member 28 is formed in a substantially cylindrical shape by, for example, quartz or the like.
  • a coolant chamber 29 is formed inside the support base 23, for example, along the circumferential direction of the support base 23.
  • a coolant controlled at a predetermined temperature is circulated and supplied to the coolant chamber 29 from a chiller unit (not shown) provided outside via a pipe 30a and a pipe 30b.
  • a heat transfer gas supplied from a gas supply mechanism (not shown) is supplied via a pipe 31. Supplied.
  • the heat transfer gas is, for example, helium gas.
  • An upper electrode 40 is provided above the susceptor 24 functioning as a lower electrode so as to face the susceptor 24 via a processing space in the chamber 21.
  • a space between the upper electrode 40 and the susceptor 24 and surrounded by the chamber 21 is a processing space in which plasma is generated.
  • the upper electrode 40 has a top plate 42 functioning as an electrode main body, and a top plate support portion 41 that supports the top plate 42.
  • the top plate support part 41 is supported on the upper part of the chamber 21 via the insulating member 45.
  • the top plate support portion 41 is formed in a substantially disk shape from a conductive material having relatively high thermal conductivity, such as aluminum whose surface is anodized.
  • the top support 41 also functions as a cooling plate that cools the top 42 heated by the plasma generated in the processing space.
  • the top plate support portion 41 has a gas inlet 46 for introducing a processing gas, a diffusion chamber 43 for diffusing the processing gas introduced from the gas inlet 46, and a processing gas diffused in the diffusion chamber 43.
  • a plurality of flow ports 43a which are flow paths for flowing, are formed.
  • the top plate 42 is formed in a substantially disk shape from a material containing silicon atoms such as quartz.
  • the top plate 42 is formed with a plurality of gas discharge ports 42 a penetrating the top plate 42 in the thickness direction of the top plate 42.
  • Each gas discharge port 42a is arranged so as to communicate with any one of the flow ports 43a of the top plate support portion 41.
  • the processing gas supplied into the diffusion chamber 43 is diffused and supplied in a shower shape into the chamber 21 through the circulation port 43a and the gas discharge port 42a.
  • a plurality of valves 50 a to 50 c are connected to the gas introduction port 46 of the top plate support 41 via a pipe 47.
  • a gas supply source 48a is connected to the valve 50a via a mass flow controller (MFC) 49a.
  • MFC mass flow controller
  • the gas supply source 48a supplies a gas containing carbon atoms and fluorine atoms into the chamber 21.
  • the gas supply source 48a supplies, for example, CF4 gas into the chamber 21.
  • the gas supplied from the gas supply source 48a into the chamber 21 is an example of a first processing gas.
  • the gas supply sources 48a to 48c are examples of a gas supply unit.
  • the gas supply source 48b is connected to the valve 50b via the MFC 49b.
  • the valve 50b When the valve 50b is controlled to the open state, the flow rate of the gas supplied from the gas supply source 48b is controlled by the MFC 49b, and the gas is supplied into the chamber 21 via the pipe 47.
  • the gas supply source 48b supplies a gas containing carbon atoms and fluorine atoms into the chamber 21.
  • the gas supply source 48b supplies, for example, C4F8 gas into the chamber 21.
  • the gas supply source 48b may supply one or more gases selected from C4F6 gas, C4F8 gas, CHF3 gas, CH2F2 gas, CH3F gas, and CH4 gas into the chamber 21.
  • the gas supplied from the gas supply source 48a and the gas supplied from the gas supply source 48b are mixed in the diffusion chamber 43 of the upper electrode 40 and supplied into the chamber 21.
  • the gas obtained by mixing the gas supplied from the gas supply source 48a and the gas supplied from the gas supply source 48b is an example of the second processing gas.
  • the gas supply source 48c is connected to the valve 50c via the MFC 49c.
  • the valve 50c When the valve 50c is controlled to be open, the flow rate of the gas supplied from the gas supply source 48c is controlled by the MFC 49c, and the gas is supplied into the chamber 21 through the pipe 47.
  • the gas supply source 48c supplies a gas containing oxygen atoms into the chamber 21.
  • the gas supply source 48c supplies, for example, O2 gas into the chamber 21.
  • the gas supply source 48c may supply a gas containing at least one of O2 gas and CO2 gas into the chamber 21.
  • the gas supplied from the gas supply source 48c into the chamber 21 is an example of a third processing gas.
  • a high frequency power supply 34 is electrically connected to the susceptor 24 functioning as a lower electrode via a matching unit 33.
  • the high-frequency power supply 34 supplies high-frequency power having a frequency of 27 MHz to 100 MHz, for example, 40 MHz, to the susceptor 24 via the matching unit 33.
  • plasma of a processing gas is generated in the processing space, and active species such as ions in the plasma are drawn into the processing target substrate W on the electrostatic chuck 25. W is etched.
  • the high-frequency power supplied from the high-frequency power supply 34 is controlled by the control device 11 described later.
  • the high-frequency power supply 34 is an example of a plasma generation unit.
  • An exhaust port 61 is provided at the bottom of the chamber 21, and an exhaust device 63 is connected to the exhaust port 61 via an exhaust pipe 62.
  • the exhaust device 63 has a vacuum pump such as a DP (Dry Pump) or a TMP (Turbo Molecular Pump), and can reduce the pressure in the chamber 21 to a desired degree of vacuum.
  • the exhaust device 63 is controlled by a control device 11 described later.
  • An opening 64 for loading and unloading the substrate W to be processed is provided on the side wall of the chamber 21.
  • the opening 64 can be opened and closed by a gate valve G.
  • the inner wall of the chamber 21 is provided with a detachable shield 66 detachably along the wall surface.
  • a deposit shield 67 is provided detachably along the outer peripheral surface of the inner wall member 28.
  • the deposition shields 66 and 67 prevent reaction by-products, so-called deposition, from adhering to the inner wall and the inner wall member 28 of the chamber 21.
  • a GND block 69 made of a conductive member and connected to the ground is provided at a position of the deposition shield 66 having substantially the same height as the substrate to be processed W placed on the electrostatic chuck 25. .
  • the GND block 69 prevents abnormal discharge in the chamber 21.
  • the control device 11 has, for example, a memory, a processor, and an input / output interface.
  • the memory is, for example, ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), HDD (Hard Disk Drive), SSD (Solid State Drive), or the like.
  • the processor is, for example, a CPU (Central Processing Unit) or a DSP (Digital Signal Processor).
  • the memory stores a recipe including data on processing conditions for realizing various processes in the plasma processing apparatus 10 and a control program (software).
  • the processor reads the control program from the memory, executes the control program, and controls each unit of the plasma processing apparatus 10 via the input / output interface based on the recipe and the like stored in the memory. As a result, processing such as etching of the substrate to be processed W is performed by the plasma processing apparatus 10.
  • the recipe or control program including the processing condition data or the like may be stored in a computer-readable recording medium or the like, or may be transmitted from another device via, for example, a communication line. It is also possible to use those that have been used.
  • the computer-readable recording medium is, for example, a hard disk, a CD (Compact Disc), a DVD (Digital Versatile Disc), a flexible disk, a semiconductor memory, or the like.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of the substrate W to be processed.
  • a transparent organic film 102 is laminated on a color filter 101, and a lens mask 103 formed into a lens shape is laminated on the transparent organic film 102, as shown in FIG.
  • an acrylic resin can be used as a material of the transparent organic film 102.
  • the acrylic resin include a thermosetting acrylic resin and a fluorine-containing acrylic resin.
  • the color filter 101 is an example of a substrate
  • the transparent organic film 102 is an example of a first organic film.
  • the lens mask 103 is formed by, for example, patterning a photosensitive resin layer laminated on the transparent organic film 102 into a shape corresponding to the shape of a photoelectric conversion element (not shown) disposed below the color filter 101 and heat-treated. Thereby, the lens mask 103 is formed into a lens shape, for example, as shown in FIG.
  • a material of the lens mask 103 for example, a photosensitive resin having alkali solubility and heat flow property such as a phenol resin can be used.
  • the lens mask 103 is an example of a second organic film.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of the microlens 104.
  • the main processing conditions of the dry etching performed on the processing target substrate W using the lens mask 103 as a mask are, for example, as follows.
  • Etching gas: CF4 250 sccm Pressure in chamber 21: 40 mT High frequency power: 1500W Processing time: 500 seconds
  • the surface of the microlens 104 is rough. If the surface of the microlens 104 is rough, light incident on the microlens 104 is scattered on the surface of the microlens 104, so that the light collection efficiency of the microlens 104 is low. In order to increase the light collection efficiency of the micro lens 104, it is desirable that the surface of the micro lens 104 is smooth.
  • the etching rate is too high, the transparent organic film 102 is excessively shaved, and the microlens 104 becomes small.
  • the gap between the microlenses 104 becomes larger, and the focusing area becomes smaller. For this reason, the light collection efficiency of the micro lens 104 is reduced.
  • reaction by-products so-called deposits
  • deposits adhere to the surface of the microlenses 104 formed by dry etching. Deposits adhering to the surface may cause defects in a semiconductor manufacturing process using the microlenses 104. Therefore, it is desirable to remove the deposit on the surface of the microlens 104.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a surface state of the microlens 104.
  • Sample 1 is a microlens 104 formed by dry etching, and is a microlens 104 before post-processing is performed.
  • Sample 2 is a microlens 104 formed by dry etching, which has been subjected to a trimming step as a post-processing.
  • the trimming step is a step of shaving the surface of the microlens 104 formed of an organic film by plasma of a gas containing an oxygen atom.
  • Sample 3 is obtained by performing a deposition process as a post-process on the microlenses 104 formed by dry etching.
  • the deposition step is a step of depositing a CF-based deposit on the surface of the microlens 104 by plasma of a gas containing carbon atoms and fluorine atoms.
  • the main processing conditions of the deposition process in Sample 3 are, for example, as follows.
  • Working gas: C4F8 / CF4 5/50 sccm Pressure in chamber 21: 80 mT High frequency power: 600W Processing time: 60 seconds
  • Sample 4 is a sample in which a deposition process and a trimming process are alternately and twice performed as post-processing on a microlens 104 formed by dry etching.
  • the processing conditions other than the processing time are the same as those of Sample 2 or 3.
  • the deposition process for 10 seconds and the trimming process for 15 seconds were alternately performed twice.
  • the surface of the microlens 104 is rough in the sample 1 not subjected to the post-processing.
  • the gap (interval indicated by the arrow in FIG. 4) between the microlenses 104 was 334.2 nm.
  • no film peeling was observed.
  • sample 3 in which only the deposition step was performed as a post-processing, the surface of the microlens 104 was smooth, and it is expected that the light collecting efficiency would be improved due to the smooth surface.
  • the deposited film deposited on the surface of the microlens 104 was easily peeled off. Therefore, in a semiconductor manufacturing process using the microlens 104, a film peeled from the surface of the microlens 104 may cause a defect. Further, in Sample 3, the gap between the microlenses 104 is reduced to 320.7 nm due to the deposition deposited on the surface of the microlenses 104.
  • the surface of the microlens 104 is smoothened by the deposition of the CF-based deposit on the surface thereof, but the refractive index of the CF-based deposit differs from that of the microlens 104. Therefore, simply depositing a CF-based deposit on the surface of the microlens 104 prevents light incident on the microlens 104 from being deposited on the surface of the microlens 104, so that the light-collecting efficiency of the microlens 104 is not significantly improved. .
  • [Smoothing process] 5A to 5E are views for explaining an example of the process of smoothing the surface of the micro lens 104.
  • a cross section near the surface of the microlens 104 formed by dry etching is enlarged, for example, as shown in FIG. 5A, a plurality of convex portions 104a and a plurality of concave portions 104b are formed.
  • a deposit 105 is deposited on the surface of the microlenses 104, for example, as shown in FIG. 5B. At this time, as shown by, for example, a dotted circle, more depots 105 are deposited on the concave portion 104b than on the convex portion 104a.
  • the depot 105 has a relatively smaller depth 105 near the convex portion 104a than a relatively thick concave portion 104b. Removed quickly. Thereby, for example, as shown in FIG. 5C, the vicinity of the convex portion 104a is cut more than the vicinity of the concave portion 104b, and the difference in height between the convex portion 104a and the concave portion 104b is reduced.
  • the deposit 105 is deposited on the surface of the microlens 104, for example, as shown in FIG. 5D. Also at this time, as shown by a dotted circle, for example, more depots 105 are deposited on the concave portions 104b than on the convex portions 104a.
  • the trimming process is performed on the microlenses 104 on which the deposits 105 are deposited on the surfaces, for example, as shown in FIG. 5E, the vicinity of the convex portions 104a where the deposits 105 are relatively thin, and the deposits 105 are relatively thick as shown in FIG. It is cut more than near the recess 104b.
  • the difference in height between the convex portion 104a and the concave portion 104b is reduced, and the surface of the microlens 104 is smoothed.
  • the deposition step and the trimming step are performed alternately, the CF-based deposit 105 remaining on the surface of the microlens 104 is removed by performing the trimming step last.
  • the deposition step is preferably performed first.
  • the concave portion 104b is protected by the deposit 105 before the trimming process is performed.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the surface state of the microlens 104 when the number of cycles is changed.
  • the cumulative processing time of the deposition step was fixed at 60 seconds
  • the cumulative processing time of the trimming step was fixed at 90 seconds
  • the number of repetitions (cycle number) of the deposition step and the trimming step was changed.
  • the surface condition of the plasma processing apparatus 10 was measured.
  • the deposition step and the trimming step were each performed once.
  • the deposition step and the trimming step were alternately performed three times each.
  • sample 7 the deposition process and the trimming process were performed alternately six times each.
  • the surface of the microlens 104 becomes smoother as the number of cycles increases. If the number of cycles is small, the gas replacement time in the chamber 21 is shortened, which is preferable in terms of productivity.
  • the deposition step and the trimming step are performed once, for example, as shown in FIG. 7A, a thick deposit 105 is stacked on the surface of the microlens 104. Then, in the trimming process, the deposit 105 thickly stacked on the convex portion 104a is scraped until the convex portion 104a below the deposit 105 is exposed. The operation of scraping the deposit 105 is a useless operation that does not directly contribute to the purpose of smoothing the surface of the microlens 104. Therefore, if the deposition step and the trimming step are performed once each, the surface of the microlens 104 is hardly smoothed as shown in FIG. 7B, for example.
  • the number of cycles becomes two or more, the surface of the microlens 104 is smoothed as described with reference to FIGS. 5A to 5E, for example. Therefore, the number of cycles is preferably two or more from the viewpoint of improving the light collection efficiency of the microlens 104 by smoothing the surface of the microlens 104.
  • the gap between the microlenses 104 increases.
  • the number of cycles is not too large.
  • the number of cycles is preferably, for example, 2 to 3.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of a manufacturing procedure of the micro lens 104.
  • the manufacture of the microlens 104 is performed by the plasma processing apparatus 10 described with reference to FIG.
  • each step described below is mainly controlled by the control device 11.
  • the substrate to be processed W is carried into the chamber 21 (S100).
  • step S100 the gate valve G is opened, and the target substrate W illustrated in FIG. 2 is loaded into the chamber 21 by the robot arm (not shown) and placed on the electrostatic chuck 25. Then, the substrate W to be processed is suction-held on the upper surface of the electrostatic chuck 25 by the DC voltage supplied from the DC power supply 27 to the electrode 26 in the electrostatic chuck 25. Then, the gate valve G is closed.
  • step S101 an etching process is performed on the target substrate W (S101).
  • the exhaust device 63 is driven, and the pressure in the chamber 21 is reduced to a predetermined degree of vacuum.
  • the MFC 49 a and the valve 50 a are controlled, a predetermined flow rate of CF 4 gas is supplied into the chamber 21 via the upper electrode 40, and a high frequency power of a predetermined power is supplied from the high frequency power supply 34 to the susceptor 24.
  • plasma of the CF 4 gas is generated in the chamber 21, and dry etching is performed on the processing target substrate W for a predetermined time by the ions and radicals contained in the plasma using the lens mask 103 as a mask.
  • the surface treatment step includes a deposition step (S102a) and a trimming step (S102b).
  • a deposition step (S102a) is executed, and subsequently, a trimming step (S102b) is executed.
  • step S102a the MFC 49a, the MFC 49b, the valve 50a, and the valve 50b are controlled, and a predetermined flow rate of CF4 gas and a predetermined flow rate of C4F8 gas are supplied into the chamber 21 via the upper electrode 40. Further, a high frequency of a predetermined power is supplied from the high frequency power supply 34 to the susceptor 24. As a result, plasma of a mixed gas of CF4 gas and C4F8 is generated in the chamber 21, and ions 105 and radicals contained in the plasma deposit a deposit 105 on the surface of the microlens 104. Step S102a is performed, for example, for 10 seconds.
  • step S102b a trimming process is performed on the target substrate W after the deposition process has been performed (S102b).
  • the MFC 49c and the valve 50c are controlled, and a predetermined flow rate of O2 gas is supplied into the chamber 21 via the upper electrode 40. Further, a high frequency of a predetermined power is supplied from the high frequency power supply 34 to the susceptor 24. As a result, O 2 plasma is generated in the chamber 21, and the surface of the microlens 104 is trimmed by ions and radicals contained in the plasma.
  • Step S102b is performed, for example, for 15 seconds.
  • step S102 it is determined whether the process of step S102 has been executed a predetermined number of times, that is, whether the processes of steps S102a and S102b have been executed a predetermined number of times (S103). In the present embodiment, it is determined whether or not the process of step S102 has been executed twice or more, that is, whether or not the processes of steps S102a and S102b have been executed twice each. If the process of step S102 has not been performed a predetermined number of times (S103: No), the process shown in step S102a is performed again.
  • step S104 the supply of the DC voltage from the DC power supply 27 to the electrode 26 in the electrostatic chuck 25 is released, and the gate valve G is opened. Then, the substrate W subjected to the surface treatment is carried out of the chamber 21 by a robot arm (not shown). Then, the manufacturing procedure of the microlens 104 shown in the flowchart is completed.
  • the manufacturing procedure of the microlens 104 in the present embodiment includes an etching step and a surface treatment step.
  • the etching step the first processing gas plasma is applied to the processing target substrate W on which the lens mask 103 having a lens shape is formed on the transparent organic film 102 formed on the substrate using the lens mask 103 as a mask. Is used to etch the transparent organic film 102.
  • the lens shape of the lens mask 103 is transferred to the transparent organic film 102, and the microlenses 104 are formed on the transparent organic film 102.
  • the surface treatment step the surface of the microlens 104 formed on the transparent organic film 102 is treated to be smooth. Thereby, the light collection efficiency of the micro lens 104 can be improved.
  • the surface treatment step includes a deposition step and a trimming step.
  • a predetermined film is deposited on the surface of the micro lens 104 formed on the transparent organic film 102.
  • the trimming step the surface of the microlens 104 on which the predetermined film has been deposited is trimmed. Thereby, unevenness on the surface of the micro lens 104 can be reduced.
  • the deposition step and the trimming step are alternately performed twice or more. Thereby, unevenness on the surface of the micro lens 104 can be reduced.
  • a deposition step is performed at the beginning of the surface treatment step.
  • a trimming step is performed at the end of the surface treatment step. Accordingly, peeling of the film from the surface of the microlens 104 can be suppressed, and deterioration in the quality of a semiconductor device using the microlens 104 can be suppressed.
  • a predetermined film is deposited on the surface of the microlens 104 formed on the transparent organic film 102 by plasma using the second processing gas containing carbon atoms and fluorine atoms. Is done.
  • the second processing gas includes, for example, a mixed gas of one or more gases selected from C4F6 gas, C4F8 gas, CHF3 gas, CH2F2 gas, CH3F gas, and CH4 gas, and CF4 gas.
  • the surface of the microlens 104 on which the predetermined film is deposited is trimmed by the plasma using the third processing gas containing oxygen atoms.
  • the third processing gas contains at least one of O2 gas and CO2 gas. Thereby, the surface of the microlens 104 on which the predetermined film is deposited is trimmed.
  • the processing time of each step is constant.
  • the disclosed technology is not limited to this, and the disclosed technology is not limited to this. Processing times may be different.
  • the processing time of the n-th (n is an integer of 2 or more) trimming step may be shorter than the processing time of the (n-1) -th trimming step.
  • the processing time of the last trimming step may be the longest processing time among the processing times of the trimming steps performed a plurality of times. Thereby, the deposit remaining on the surface of the micro lens 104 can be more reliably removed.
  • the capacitive coupling plasma has been described as an example of the plasma generation method, but the disclosed technology is not limited to this.
  • the disclosed technology can be applied to a plasma processing apparatus using inductively coupled plasma (ICP), microwave excited surface wave plasma (SWP), electron cyclotron resonance plasma (ECP), and helicon wave excited plasma (HWP). Can be applied.
  • ICP inductively coupled plasma
  • SWP microwave excited surface wave plasma
  • ECP electron cyclotron resonance plasma
  • HWP helicon wave excited plasma

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Abstract

マイクロレンズの製造方法は、エッチング工程と、表面処理工程とを含む。エッチング工程では、基板の上に形成された第１の有機膜上にレンズ形状を有する第２の有機膜が形成された被処理体に対して、第２の有機膜をマスクとして、第１の処理ガスのプラズマを用いて第１の有機膜がエッチングされることにより、第１の有機膜に第２の有機膜のレンズ形状が転写されて第１の有機膜にマイクロレンズが形成される。表面処理工程では、第１の有機膜に形成されたマイクロレンズの表面が滑らかになるように処理される。

Description

マイクロレンズの製造方法およびプラズマ処理装置
　本開示の種々の側面および実施形態は、マイクロレンズの製造方法およびプラズマ処理装置に関する。
　近年、Ｃ－ＭＯＳやＣＣＤ等の撮像素子の画素数が増加傾向にある。画素数の増加により、撮像素子におけるそれぞれの画素のサイズが小さくなっており、開口率の低下に伴う受光素子の感度不足が問題となる。このような感度不足の問題に対し、受光素子上にマイクロレンズを形成することにより感度向上が図られている。
　しかしながら、上述のように画素のサイズが２μｍ程度にまで小さくなると、形成されるマイクロレンズの開口率の低下が顕著になり、感度不足あるいはスミア等の画質低下の問題が顕在化してくる。
　受光素子上にマイクロレンズを形成する技術としては、転写レンズ方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。転写レンズ方式では、熱フロー性を有する感光性レジストをフォトリソグラフィーによりパターン化した後、熱処理することにより半球状のレンズが形成される。そして、形成された半球状のレンズをマスクとして、ドライエッチングを行うことにより、下地の樹脂層にレンズの形状が転写される。
特開２００６－１９０９０３号公報
　しかし、ドライエッチングにより形成されたマイクロレンズでは、レンズの表面が粗い。そのため、レンズ表面で光が散乱してしまい、マイクロレンズの集光効率が低い。
　本開示の一側面は、マイクロレンズの製造方法であって、エッチング工程と、表面処理工程とを含む。エッチング工程では、基板の上に形成された第１の有機膜上にレンズ形状を有する第２の有機膜が形成された被処理体に対して、第２の有機膜をマスクとして、第１の処理ガスのプラズマを用いて第１の有機膜がエッチングされることにより、第１の有機膜に第２の有機膜のレンズ形状が転写されて第１の有機膜にマイクロレンズが形成される。表面処理工程では、第１の有機膜に形成されたマイクロレンズの表面が滑らかになるように処理される。
　本開示の種々の側面および実施形態によれば、マイクロレンズの集光効率を向上させることができる。
図１は、本開示の一実施形態におけるプラズマ処理装置の一例を示す概略断面図である。 図２は、被処理基板の一例を模式的に示す断面図である。 図３は、マイクロレンズの一例を模式的に示す断面図である。 図４は、マイクロレンズの表面状態の一例を示す図である。 図５Ａは、マイクロレンズの表面の平滑化の過程の一例を説明するための図である。 図５Ｂは、マイクロレンズの表面の平滑化の過程の一例を説明するための図である。 図５Ｃは、マイクロレンズの表面の平滑化の過程の一例を説明するための図である。 図５Ｄは、マイクロレンズの表面の平滑化の過程の一例を説明するための図である。 図５Ｅは、マイクロレンズの表面の平滑化の過程の一例を説明するための図である。 図６は、サイクル数を変えた場合のマイクロレンズの表面状態の一例を示す図である。 図７Ａは、堆積工程およびトリミング工程のサイクル数が１の場合のマイクロレンズの表面の平滑化の過程の一例を説明するための図である。 図７Ｂは、堆積工程およびトリミング工程のサイクル数が１の場合のマイクロレンズの表面の平滑化の過程の一例を説明するための図である。 図８は、マイクロレンズの製造手順の一例を示すフローチャートである。
　以下に、開示されるマイクロレンズの製造方法およびプラズマ処理装置の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により、開示されるマイクロレンズの製造方法およびプラズマ処理装置が限定されるものではない。
［プラズマ処理装置１０の構成］
　図１は、本開示の一実施形態におけるプラズマ処理装置１０の一例を示す図である。プラズマ処理装置１０は、表面が陽極酸化処理されたアルミニウム等により形成される。プラズマ処理装置１０は、例えば図１に示すように、内部に略円筒形状の処理空間を画成するチャンバ２１を有する。チャンバ２１は、保安接地されている。本実施形態におけるプラズマ処理装置１０は、例えば容量結合型の平行平板プラズマ処理装置として構成されている。チャンバ２１内には、セラミックス等で形成された絶縁部材２２を介して支持台２３が配置される。支持台２３上には例えばアルミニウム等で形成され、下部電極として機能するサセプタ２４が設けられている。
　サセプタ２４の略中央上部には、被処理体の一例である被処理基板Ｗを静電気力で吸着保持する静電チャック２５が設けられている。静電チャック２５は、導電膜等で形成された電極２６を一対の絶縁層で挟んだ構造を有する。電極２６には直流電源２７が電気的に接続されている。なお、静電チャック２５には、被処理基板Ｗを加熱するための図示しないヒータが設けられていてもよい。静電チャック２５は、載置台の一例である。
　サセプタ２４の上部には、例えば単結晶シリコン等により構成されたフォーカスリング２５ａが静電チャック２５を囲むように配置されている。フォーカスリング２５ａにより、被処理基板Ｗのエッジ付近におけるプラズマ処理の均一性が向上する。支持台２３およびサセプタ２４の周囲には、支持台２３およびサセプタ２４を囲むように、内壁部材２８が設けられている。内壁部材２８は、例えば石英等により略円筒状に形成されている。
　支持台２３の内部には、例えば支持台２３の周方向に沿って冷媒室２９が形成されている。冷媒室２９には、外部に設けられた図示しないチラーユニットから配管３０ａおよび配管３０ｂを介して、所定温度に制御された冷媒が循環供給される。冷媒室２９内を冷媒が循環することにより、冷媒との熱交換により静電チャック２５上の被処理基板Ｗを所定の温度に制御することができる。また、静電チャック２５の上面と、静電チャック２５上に載置された被処理基板Ｗの裏面との間には、図示しないガス供給機構から供給された伝熱ガスが、配管３１を介して供給される。伝熱ガスは、例えばヘリウムガスである。
　下部電極として機能するサセプタ２４の上方には、チャンバ２１内の処理空間を介してサセプタ２４と対向するように上部電極４０が設けられている。上部電極４０とサセプタ２４との間の空間であって、チャンバ２１に囲まれた空間が、プラズマが生成される処理空間である。上部電極４０は、電極本体部として機能する天板４２と、天板４２を支持する天板支持部４１とを有する。
　天板支持部４１は、絶縁部材４５を介して、チャンバ２１の上部に支持されている。天板支持部４１は、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウム等の、熱伝導性が比較的に高い導電性材料により略円板状に形成されている。また、天板支持部４１は、処理空間で生成されたプラズマによって加熱された天板４２を冷却する冷却板としても機能する。天板支持部４１には、処理ガスを導入するガス導入口４６と、ガス導入口４６から導入された処理ガスを拡散させる拡散室４３と、拡散室４３内に拡散された処理ガスを下方に通流させる流路である複数の流通口４３ａとが形成されている。
　天板４２は、例えば石英等のケイ素原子を含有する物質により略円板状に形成される。天板４２には、天板４２を天板４２の厚さ方向に貫く複数のガス吐出口４２ａが形成されている。それぞれのガス吐出口４２ａは、天板支持部４１の流通口４３ａのいずれかと連通するように配置されている。これにより、拡散室４３内に供給された処理ガスは、流通口４３ａおよびガス吐出口４２ａを介してチャンバ２１内にシャワー状に拡散されて供給される。
　天板支持部４１のガス導入口４６には、配管４７を介して複数のバルブ５０ａ～５０ｃが接続されている。バルブ５０ａには、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）４９ａを介して、ガス供給源４８ａが接続されている。バルブ５０ａが開状態、即ちオープン状態に制御された場合、ガス供給源４８ａから供給された処理ガスは、ＭＦＣ４９ａによって流量が制御され、配管４７を介してチャンバ２１内に供給される。ガス供給源４８ａは、炭素原子およびフッ素原子を含有するガスをチャンバ２１内に供給する。本実施形態において、ガス供給源４８ａは、例えばＣＦ４ガスをチャンバ２１内に供給する。ガス供給源４８ａからチャンバ２１内に供給されるガスは、第１の処理ガスの一例である。ガス供給源４８ａ～４８ｃは、ガス供給部の一例である。
　また、バルブ５０ｂには、ＭＦＣ４９ｂを介して、ガス供給源４８ｂが接続されている。バルブ５０ｂが開状態に制御された場合、ガス供給源４８ｂから供給されたガスは、ＭＦＣ４９ｂによって流量が制御され、配管４７を介してチャンバ２１内に供給される。ガス供給源４８ｂは、炭素原子およびフッ素原子を含有するガスをチャンバ２１内に供給する。本実施形態において、ガス供給源４８ｂは、例えばＣ４Ｆ８ガスをチャンバ２１内に供給する。なお、ガス供給源４８ｂは、Ｃ４Ｆ６ガス、Ｃ４Ｆ８ガス、ＣＨＦ３ガス、ＣＨ２Ｆ２ガス、ＣＨ３Ｆガス、およびＣＨ４ガスの中から選択された１以上のガスをチャンバ２１内に供給してもよい。ガス供給源４８ａから供給されたガスと、ガス供給源４８ｂから供給されたガスとは、上部電極４０の拡散室４３内で混合され、チャンバ２１内に供給される。ガス供給源４８ａから供給されたガスと、ガス供給源４８ｂから供給されたガスとが混合されたガスは、第２の処理ガスの一例である。
　また、バルブ５０ｃには、ＭＦＣ４９ｃを介して、ガス供給源４８ｃが接続されている。バルブ５０ｃが開状態に制御された場合、ガス供給源４８ｃから供給されたガスは、ＭＦＣ４９ｃによって流量が制御され、配管４７を介してチャンバ２１内に供給される。ガス供給源４８ｃは、酸素原子を含有するガスをチャンバ２１内に供給する。本実施形態において、ガス供給源４８ｃは、例えばＯ２ガスをチャンバ２１内に供給する。なお、ガス供給源４８ｃは、Ｏ２ガスおよびＣＯ２ガスの少なくともいずれかを含むガスをチャンバ２１内に供給してもよい。ガス供給源４８ｃからチャンバ２１内に供給されるガスは、第３の処理ガスの一例である。
　ＭＦＣ４９ａ～４９ｃのそれぞれによるガスの流量の調整、および、バルブ５０ａ～５０ｃのそれぞれの開閉は、後述する制御装置１１によって制御される。
　下部電極として機能するサセプタ２４には、整合器３３を介して高周波電源３４が電気的に接続されている。高周波電源３４は、２７ＭＨｚ～１００ＭＨｚの周波数の高周波電力、例えば４０ＭＨｚの高周波電力を、整合器３３を介してサセプタ２４に供給する。高周波電力がサセプタ２４に供給されることにより、処理空間内に処理ガスのプラズマが生成され、プラズマ中のイオン等の活性種が静電チャック２５上の被処理基板Ｗに引き込まれ、被処理基板Ｗがエッチングされる。高周波電源３４から供給される高周波電力は、後述する制御装置１１によって制御される。高周波電源３４は、プラズマ生成部の一例である。
　チャンバ２１の底部には排気口６１が設けられており、排気口６１には排気管６２を介して排気装置６３が接続されている。排気装置６３は、例えばＤＰ（Dry　Pump）やＴＭＰ（Turbo　Molecular　Pump）等の真空ポンプを有しており、チャンバ２１内を所望の真空度まで減圧することができる。排気装置６３は、後述する制御装置１１によって制御される。
　チャンバ２１の側壁には、被処理基板Ｗの搬入および搬出を行うための開口６４が設けられている。開口６４は、ゲートバルブＧにより開閉可能となっている。また、チャンバ２１の内壁には、壁面に沿ってデポシールド６６が着脱自在に設けられている。また、内壁部材２８の外周面には、内壁部材２８の外周面に沿ってデポシールド６７が着脱自在に設けられている。デポシールド６６および６７は、チャンバ２１の内壁および内壁部材２８に反応副生成物、いわゆるデポが付着することを防止する。また、静電チャック２５上に載置された被処理基板Ｗと略同じ高さのデポシールド６６の位置には、導電性部材により構成され、グランドに接続されたＧＮＤブロック６９が設けられている。ＧＮＤブロック６９により、チャンバ２１内の異常放電が防止される。
　上記したプラズマ処理装置１０は、制御装置１１によって、その動作が統括的に制御される。制御装置１１は、例えばメモリ、プロセッサ、および入出力インターフェイスを有する。メモリは、例えばＲＯＭ（Read　Only　Memory）、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、またはＨＤＤ（Hard　Disk　Drive）、ＳＳＤ（Solid　State　Drive）等である。プロセッサは、例えばＣＰＵ（Central　Processing　Unit）やＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）等である。
　メモリには、プラズマ処理装置１０において各種処理を実現するための処理条件のデータ等を含むレシピや、制御プログラム（ソフトウエア）が格納されている。プロセッサは、制御プログラムをメモリから読み出して実行し、メモリに格納されたレシピ等に基づいて、入出力インターフェイスを介してプラズマ処理装置１０の各部を制御する。これにより、プラズマ処理装置１０によって被処理基板Ｗに対するエッチング等の処理が行われる。なお、処理条件のデータ等を含むレシピや制御プログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体等に格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば通信回線を介して伝送されたものを利用したりすることも可能である。コンピュータで読み取り可能な記録媒体とは、例えば、ハードディスク、ＣＤ（Compact　Disc）、ＤＶＤ（Digital　Versatile　Disc）、フレキシブルディスク、半導体メモリ等である。
［被処理基板Ｗの構造］
　図２は、被処理基板Ｗの一例を模式的に示す断面図である。被処理基板Ｗは、例えば図２に示されるように、カラーフィルタ１０１上に、透明有機膜１０２が積層され、透明有機膜１０２上に、レンズ形状に成形されたレンズマスク１０３が積層される。透明有機膜１０２の材料としては、例えばアクリル系樹脂を用いることができる。アクリル系樹脂としては、例えば、熱硬化性アクリル樹脂および含フッ素アクリル樹脂等を挙げることができる。カラーフィルタ１０１は、基板の一例であり、透明有機膜１０２は、第１の有機膜の一例である。
　レンズマスク１０３は、例えば、透明有機膜１０２上に積層された感光性樹脂層が、カラーフィルタ１０１の下層に配置された図示しない光電変換素子の形状に対応する形状にパターニングされ、熱処理される。これにより、レンズマスク１０３は、例えば図２に示されるように、レンズ形状に成形される。レンズマスク１０３の材料としては、例えばフェノール樹脂等のアルカリ可溶性および熱フロー性を有する感光性樹脂を用いることができる。レンズマスク１０３は、第２の有機膜の一例である。
　レンズマスク１０３をマスクとして、被処理基板Ｗに対してドライエッチングが行われることにより、例えば図３に示されるように、レンズマスク１０３の下層の透明有機膜１０２にレンズマスク１０３の形状が転写され、マイクロレンズ１０４が形成される。図３は、マイクロレンズ１０４の一例を模式的に示す断面図である。
　レンズマスク１０３をマスクとして被処理基板Ｗに対して行われるドライエッチングの主な処理条件は、例えば以下の通りである。
　エッチングガス：ＣＦ４＝２５０ｓｃｃｍ
　チャンバ２１内の圧力：４０ｍＴ
　高周波電力：１５００Ｗ
　処理時間：５００秒
　ここで、ドライエッチングにより形成されたマイクロレンズ１０４では、例えば図３に示されるように、マイクロレンズ１０４の表面が粗い。マイクロレンズ１０４の表面が粗いと、マイクロレンズ１０４に入射した光がマイクロレンズ１０４の表面で散乱してしまうため、マイクロレンズ１０４の集光効率が低い。マイクロレンズ１０４の集光効率を高めるには、マイクロレンズ１０４の表面を滑らかであることが望ましい。
　また、エッチングレートが高すぎると、透明有機膜１０２が削れ過ぎてしまい、マイクロレンズ１０４が小さくなってしまう。マイクロレンズ１０４が小さくなると、マイクロレンズ１０４間のＧａｐ（図３参照）が大きくなり、集光面積が小さくなる。そのため、マイクロレンズ１０４の集光効率が低くなってしまう。マイクロレンズ１０４の集光効率を高めるには、マイクロレンズ１０４間のＧａｐをできるだけ小さくすることが望ましい。
　また、ドライエッチングにより形成されたマイクロレンズ１０４には、表面に反応副生成物、いわゆるデポが付着する場合がある。表面に付着したデポは、マイクロレンズ１０４を用いた半導体の製造工程において不良の原因となることがある。そのため、マイクロレンズ１０４の表面のデポを除去することが望ましい。
［実験結果］
　図４は、マイクロレンズ１０４の表面状態の一例を示す図である。サンプル１は、ドライエッチングにより形成されたマイクロレンズ１０４であり、後処理が行われる前のマイクロレンズ１０４である。
　サンプル２は、ドライエッチングにより形成されたマイクロレンズ１０４に対して、後処理としてトリミング工程が実行されたものである。トリミング工程は、酸素原子を含有するガスのプラズマにより、有機膜で形成されたマイクロレンズ１０４の表面を削る工程である。サンプル２におけるトリミング工程の主な処理条件は、例えば以下の通りである。
　使用ガス：Ｏ２ガス＝１２００ｓｃｃｍ
　チャンバ２１内の圧力：８００ｍＴ
　高周波電力：１００Ｗ
　処理時間：１００秒
　サンプル３は、ドライエッチングにより形成されたマイクロレンズ１０４に対して、後処理として堆積工程が実行されたものである。堆積工程は、炭素原子およびフッ素原子を含有するガスのプラズマにより、マイクロレンズ１０４の表面にＣＦ系のデポを堆積させる工程である。サンプル３における堆積工程の主な処理条件は、例えば以下の通りである。
　使用ガス：Ｃ４Ｆ８／ＣＦ４＝５／５０ｓｃｃｍ
　チャンバ２１内の圧力：８０ｍＴ
　高周波電力：６００Ｗ
　処理時間：６０秒
　サンプル４は、ドライエッチングにより形成されたマイクロレンズ１０４に対して、後処理として堆積工程とトリミング工程とを交互に２回ずつ実行されたものである。サンプル４における堆積工程およびトリミング工程では、処理時間以外の処理条件は、サンプル２または３と同様である。サンプル４では、１０秒間の堆積工程と１５秒間のトリミング工程とが交互に２回ずつ行われた。
　図４に示された実験結果を参照すると、後処理が行われていないサンプル１では、マイクロレンズ１０４の表面が粗い。また、後処理が行われていないサンプル１では、マイクロレンズ１０４間のＧａｐ（図４の矢印で示された間隔）は、３３４．２ｎｍであった。また、サンプル１では、膜剥がれは見られなかった。
　また、後処理としてトリミング工程のみが行われたサンプル２では、マイクロレンズ１０４の表面が滑らかになっており、表面が滑らかになったことによる集光効率の向上が期待される。一方、サンプル２では、マイクロレンズ１０４の表面が削れ過ぎ、マイクロレンズ１０４間のＧａｐが５１６．ｎｍに大幅に拡大している。そのため、マイクロレンズ１０４の集光面積が減少している。従って、マイクロレンズ１０４全体の集光効率としては、サンプル２は、サンプル１と比較して、それほど向上しないと考えられる。
　また、後処理として堆積工程のみが行われたサンプル３では、マイクロレンズ１０４の表面が滑らかになっており、表面が滑らかになったことによる集光効率の向上が期待される。一方、サンプル３では、マイクロレンズ１０４の表面に堆積したデポの膜が剥がれやすかった。そのため、マイクロレンズ１０４を用いた半導体の製造工程において、マイクロレンズ１０４の表面から剥がれた膜が不良の原因となる恐れがある。また、サンプル３では、マイクロレンズ１０４の表面に堆積したデポにより、マイクロレンズ１０４間のＧａｐが３２０．７ｎｍに減少している。
　なお、サンプル３では、マイクロレンズ１０４の表面にＣＦ系のデポが付着することで表面が滑らかになるものの、ＣＦ系のデポの屈折率とマイクロレンズ１０４の屈折率とが異なる。そのため、ＣＦ系のデポをマイクロレンズ１０４の表面に堆積させるのみでは、マイクロレンズ１０４に入射する光が表面に堆積したデポに妨げられるため、マイクロレンズ１０４の集光効率はそれほど向上しないと考えられる。
　これに対し、サンプル４では、マイクロレンズ１０４の表面が滑らかになっており、マイクロレンズ１０４間のＧａｐの拡大も３５７．６ｎｍに抑えられている。また、サンプル４では、最後にトリミング工程が行われることにより、マイクロレンズ１０４の表面に積層されたデポが除去される。そのため、サンプル４では、マイクロレンズ１０４への光の入射がデポにより妨げられることがない。従って、サンプル４では、サンプル１～３に比べて、マイクロレンズ１０４の集光効率を向上させることができる。
　さらに、サンプル４では、マイクロレンズ１０４の表面に積層されたデポが、最後に行われるトリミング工程により除去されるため、マイクロレンズ１０４の表面からの膜の剥がれがほとんどない。そのため、マイクロレンズ１０４を用いた半導体の品質低下を回避することができる。
［平滑化の過程］
　図５Ａ～図５Ｅは、マイクロレンズ１０４の表面の平滑化の過程の一例を説明するための図である。ドライエッチングにより形成されたマイクロレンズ１０４の表面付近の断面を拡大すると、例えば図５Ａに示されるように、複数の凸部１０４ａと複数の凹部１０４ｂとが形成されている。
　ドライエッチングにより形成されたマイクロレンズ１０４に対して、堆積工程が実行されると、例えば図５Ｂに示されるように、マイクロレンズ１０４の表面にデポ１０５が堆積する。このとき、例えば点線の円で示されるように、凸部１０４ａよりも、凹部１０４ｂの方により多くのデポ１０５が堆積する。
　そして、表面にデポ１０５が堆積したマイクロレンズ１０４に対してトリミング工程が実行されると、デポ１０５が比較的薄い凸部１０４ａ付近では、デポ１０５が比較的厚い凹部１０４ｂ付近よりも、デポ１０５が早く除去される。これにより、例えば図５Ｃに示されるように、凸部１０４ａ付近が、凹部１０４ｂ付近よりも多く削られることになり、凸部１０４ａと凹部１０４ｂとの高さの差が小さくなる。
　そして、さらに、堆積工程が実行されると、例えば図５Ｄに示されるように、マイクロレンズ１０４の表面にデポ１０５が堆積する。このときも、例えば点線の円で示されるように、凸部１０４ａよりも凹部１０４ｂの方により多くのデポ１０５が堆積する。
　そして、表面にデポ１０５が堆積したマイクロレンズ１０４に対してトリミング工程が実行されると、例えば図５Ｅに示されるように、デポ１０５が比較的薄い凸部１０４ａ付近が、デポ１０５が比較的厚い凹部１０４ｂ付近よりも多く削られる。このように、堆積工程と、トリミング工程とが繰り返されることにより、凸部１０４ａと凹部１０４ｂとの間の高さの差が小さくなり、マイクロレンズ１０４の表面が平滑化される。
　なお、堆積工程とトリミング工程とが交互に実行される場合、最後にトリミング工程が実行されることにより、マイクロレンズ１０４の表面に残存しているＣＦ系のデポ１０５が除去される。これにより、マイクロレンズ１０４を用いた半導体の品質低下を回避することができる。また、堆積工程とトリミング工程とが交互に実行される場合、最初に堆積工程が実行されることが好ましい。これにより、トリミング工程が行われる前に凹部１０４ｂがデポ１０５によって保護される。これにより、マイクロレンズ１０４の表面が必要以上に削られることを防止することができ、マイクロレンズ１０４の面積の減少が抑制され、マイクロレンズ１０４間のＧａｐの拡大が抑制される。
［サイクル数とＧａｐとの関係］
　図６は、サイクル数を変えた場合のマイクロレンズ１０４の表面状態の一例を示す図である。図６に示された実験では、堆積工程の累積処理時間を６０秒に、トリミング工程の累積処理時間と９０秒に固定し、堆積工程とトリミング工程の繰り返し回数（サイクル数）を変えた場合のプラズマ処理装置１０の表面状態を測定した。サンプル５は、堆積工程とトリミング工程とがそれぞれ１回ずつ行われた。サンプル６は、堆積工程とトリミング工程とが交互にそれぞれ３回ずつ行われた。サンプル７は、堆積工程とトリミング工程とが交互にそれぞれ６回ずつ行われた。
　図６を参照すると、サイクル数が増えるほど、マイクロレンズ１０４の表面が滑らかになっている。サイクル数が少なければ、チャンバ２１内のガスの置換時間が短くなるため、生産性の点で好ましい。しかし、堆積工程とトリミング工程とが１回ずつであると、例えば図７Ａのように、マイクロレンズ１０４の表面にデポ１０５が厚く積層される。そして、トリミング工程では、デポ１０５の下の凸部１０４ａが露出するまで、凸部１０４ａ上に厚く積層されたデポ１０５を削ることになる。デポ１０５を削る作業は、マイクロレンズ１０４の表面を平滑化する目的には直接寄与しない無駄な作業である。そのため、堆積工程とトリミング工程とが１回ずつであると、マイクロレンズ１０４の表面は、例えば図７Ｂに示されるように、ほとんど平滑化されない。
　これに対し、サイクル数が２回以上になると、例えば図５Ａ～図５Ｅで説明したように、マイクロレンズ１０４の表面が平滑化される。そのため、マイクロレンズ１０４の表面が滑らかになることによるマイクロレンズ１０４の集光効率の向上という点においては、サイクル数は２以上であることが好ましい。
　しかし、図６を参照すると、サイクル数が増えるほど、マイクロレンズ１０４間のＧａｐが拡大している。マイクロレンズ１０４間のＧａｐが拡大すると、マイクロレンズ１０４の集光面積が小さくなり、マイクロレンズ１０４の集光効率が低くなってしまう。そのため、マイクロレンズ１０４の面積の減少を抑制するという点においては、サイクル数は多すぎない方が好ましい。サイクル数は、例えば２～３が好ましい。
［マイクロレンズ１０４の製造手順］
　図８は、マイクロレンズ１０４の製造手順の一例を示すフローチャートである。マイクロレンズ１０４の製造は、図１を用いて説明されたプラズマ処理装置１０によって行われる。なお、以下に説明する各工程は、主に制御装置１１によって制御される。
　まず、被処理基板Ｗがチャンバ２１内に搬入される（Ｓ１００）。ステップＳ１００では、ゲートバルブＧが開かれ、図示しないロボットアームにより、図２に例示された被処理基板Ｗがチャンバ２１内に搬入され、静電チャック２５上に載置される。そして、直流電源２７から静電チャック２５内の電極２６に供給された直流電圧によって被処理基板Ｗが静電チャック２５の上面に吸着保持される。そして、ゲートバルブＧが閉じられる。
　次に、被処理基板Ｗに対してエッチング工程が実行される（Ｓ１０１）。ステップＳ１０１では、排気装置６３が駆動され、チャンバ２１内が所定の真空度まで減圧される。そして、ＭＦＣ４９ａおよびバルブ５０ａが制御され、所定流量のＣＦ４ガスが上部電極４０を介してチャンバ２１内に供給され、高周波電源３４からサセプタ２４に所定の電力の高周波が供給される。これにより、チャンバ２１内にＣＦ４ガスのプラズマが生成され、プラズマに含まれるイオンやラジカルにより、レンズマスク１０３をマスクとして被処理基板Ｗに対してドライエッチングが所定時間行われる。
　次に、ドライエッチング後の被処理基板Ｗに対して、表面処理工程が実行される（Ｓ１０２）。表面処理工程には、堆積工程（Ｓ１０２ａ）と、トリミング工程（Ｓ１０２ｂ）とが含まれる。本実施形態の表面処理工程では、まず堆積工程（Ｓ１０２ａ）が実行され、引き続いてトリミング工程（Ｓ１０２ｂ）が実行される。
　ステップＳ１０２ａでは、ＭＦＣ４９ａ、ＭＦＣ４９ｂ、バルブ５０ａ、およびバルブ５０ｂが制御され、所定流量のＣＦ４ガスおよび所定流量のＣ４Ｆ８ガスが上部電極４０を介してチャンバ２１内に供給される。また、高周波電源３４からサセプタ２４に所定の電力の高周波が供給される。これにより、チャンバ２１内にＣＦ４ガスおよびＣ４Ｆ８の混合ガスのプラズマが生成され、プラズマに含まれるイオンやラジカルにより、マイクロレンズ１０４の表面にデポ１０５が堆積する。ステップＳ１０２ａは、例えば１０秒間行われる。
　次に、堆積工程が行われた後の被処理基板Ｗに対して、トリミング工程が実行される（Ｓ１０２ｂ）。ステップＳ１０２ｂでは、ＭＦＣ４９ｃおよびバルブ５０ｃが制御され、所定流量のＯ２ガスが上部電極４０を介してチャンバ２１内に供給される。また、高周波電源３４からサセプタ２４に所定の電力の高周波が供給される。これにより、チャンバ２１内にＯ２スのプラズマが生成され、プラズマに含まれるイオンやラジカルにより、マイクロレンズ１０４の表面がトリミングされる。ステップＳ１０２ｂは、例えば１５秒間行われる。
　次に、ステップＳ１０２の処理が所定回数実行されたか否か、即ち、ステップＳ１０２ａおよびＳ１０２ｂの処理がそれぞれ所定回数ずつ実行されたか否が判定される（Ｓ１０３）。本実施形態では、ステップＳ１０２の処理が２回以上実行されたか否か、即ち、ステップＳ１０２ａおよびＳ１０２ｂの処理がそれぞれ２回ずつ実行されたか否かが判定される。ステップＳ１０２の処理が所定回数実行されていない場合（Ｓ１０３：Ｎｏ）、再びステップＳ１０２ａに示された処理が実行される。
　一方、ステップＳ１０２の処理が所定回数実行された場合（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、被処理基板Ｗがチャンバ２１内から搬出される（Ｓ１０４）。ステップＳ１０４では、直流電源２７から静電チャック２５内の電極２６への直流電圧の供給が解除され、ゲートバルブＧが開けられる。そして、図示しないロボットアームにより、表面処理が行われた被処理基板Ｗがチャンバ２１内から搬出される。そして、本フローチャートに示されたマイクロレンズ１０４の製造手順が終了する。
　以上、マイクロレンズ１０４の製造手順の一実施形態について説明した。本実施形態におけるマイクロレンズ１０４の製造手順は、エッチング工程と、表面処理工程とを含む。エッチング工程では、基板の上に形成された透明有機膜１０２上にレンズ形状を有するレンズマスク１０３が形成された被処理基板Ｗに対して、レンズマスク１０３をマスクとして、第１の処理ガスのプラズマを用いて透明有機膜１０２がエッチングされる。これにより、透明有機膜１０２にレンズマスク１０３のレンズ形状が転写され透明有機膜１０２にマイクロレンズ１０４が形成される。表面処理工程では、透明有機膜１０２に形成されたマイクロレンズ１０４の表面が滑らかになるように処理される。これにより、マイクロレンズ１０４の集光効率を向上させることができる。
　また、上記した実施形態において、表面処理工程には、堆積工程と、トリミング工程とが含まれる。堆積工程では、透明有機膜１０２に形成されたマイクロレンズ１０４の表面に所定の膜が堆積される。トリミング工程では、記所定の膜が堆積したマイクロレンズ１０４の表面をトリミングする。これにより、マイクロレンズ１０４の表面の凹凸を減少させることができる。
　また、上記した実施形態において、堆積工程と、トリミング工程とは、交互に、それぞれ２回以上実行される。これにより、マイクロレンズ１０４の表面の凹凸を減少させることができる。
　また、上記した実施形態において、表面処理工程の最初には、堆積工程が実行される。これにより、トリミング工程によるマイクロレンズ１０４の面積の減少を抑えることができ、マイクロレンズ１０４の集光効率の低下を抑制することができる。
　また、上記した実施形態において、表面処理工程の最後には、トリミング工程が実行される。これにより、マイクロレンズ１０４の表面からの膜剥がれを抑制することができ、マイクロレンズ１０４を用いた半導体装置の品質低下を抑制することができる。
　また、上記した実施形態において、堆積工程では、炭素原子およびフッ素原子を含有する第２の処理ガスを用いたプラズマにより、透明有機膜１０２に形成されたマイクロレンズ１０４の表面に所定の膜が堆積される。第２の処理ガスに、例えば、Ｃ４Ｆ６ガス、Ｃ４Ｆ８ガス、ＣＨＦ３ガス、ＣＨ２Ｆ２ガス、ＣＨ３Ｆガス、およびＣＨ４ガスの中から選択された１以上のガスと、ＣＦ４ガスとの混合ガスが含まれる。これにより、マイクロレンズ１０４の表面に所定の膜を堆積させることができる。
　また、上記した実施形態において、トリミング工程では、酸素原子を含有する第３の処理ガスを用いたプラズマにより、所定の膜が堆積したマイクロレンズ１０４の表面がトリミングされる。第３の処理ガスには、Ｏ２ガスおよびＣＯ２ガスの少なくともいずれか含まれる。これにより、所定の膜が堆積したマイクロレンズ１０４の表面がトリミングされる。
［その他］
　なお、本願に開示された技術は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
　例えば、上記した実施形態において、堆積工程およびトリミング工程が交互にそれぞれ２回以上繰り返される際に、それぞれの工程の処理時間は一定であるが、開示の技術はこれに限られず、それぞれの工程の処理時間は異なっていてもよい。例えば、ｎ回目（ｎは２以上の整数）のトリミング工程の処理時間は、（ｎ－１）回目のトリミング工程の処理時間より短くてもよい。また、最後に行われるトリミング工程の処理時間は、複数回行われるトリミング工程の処理時間の中で最も長い処理時間であってもよい。これにより、マイクロレンズ１０４の表面に残存するデポをより確実に除去することができる。
　また、上記した実施形態では、プラズマの発生方式として容量結合型プラズマ（ＣＣＰ）を例に説明したが、開示の技術はこれに限られない。例えば、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）、マイクロ波励起表面波プラズマ（ＳＷＰ）、電子サイクロトン共鳴プラズマ（ＥＣＰ）、およびヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ）等を用いるプラズマ処理装置においても、開示の技術を適用することができる。
　なお、今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
Ｇ　ゲートバルブ
Ｗ　被処理基板
１０　プラズマ処理装置
１０１　カラーフィルタ
１０２　透明有機膜
１０３　レンズマスク
１０４　マイクロレンズ
１０４ａ　凸部
１０４ｂ　凹部
１０５　デポ
１１　制御装置
２１　チャンバ
２４　サセプタ
２５　静電チャック
２５ａ　フォーカスリング
２９　冷媒室
３３　整合器
３４　高周波電源
４０　上部電極
４１　天板支持部
４２　天板
６３　排気装置

Claims (10)

  1. 　基板の上に形成された第１の有機膜上にレンズ形状を有する第２の有機膜が形成された被処理体に対して、前記第２の有機膜をマスクとして、第１の処理ガスのプラズマを用いて前記第１の有機膜をエッチングすることにより、前記第１の有機膜に前記第２の有機膜のレンズ形状を転写して前記第１の有機膜にマイクロレンズを形成するエッチング工程と、
    　前記第１の有機膜に形成されたマイクロレンズの表面を滑らかになるように処理する表面処理工程と
    を含むことを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
  2. 　前記表面処理工程には、
    　前記第１の有機膜に形成されたマイクロレンズの表面に所定の膜を堆積させる堆積工程と、
    　前記所定の膜が堆積した前記マイクロレンズの表面をトリミングするトリミング工程と
    を含むことを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズの製造方法。
  3. 　前記表面処理工程において、前記堆積工程と、前記トリミング工程とは、交互に、それぞれ２回以上実行されることを特徴とする請求項２に記載のマイクロレンズの製造方法。
  4. 　前記表面処理工程の最初には、前記堆積工程が実行されることを特徴とする請求項２または３に記載のマイクロレンズの製造方法。
  5. 　前記表面処理工程の最後には、前記トリミング工程が実行されることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載のマイクロレンズの製造方法。
  6. 　前記堆積工程では、炭素原子およびフッ素原子を含有する第２の処理ガスを用いたプラズマにより、前記第１の有機膜に形成されたマイクロレンズの表面に前記所定の膜を堆積させることを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載のマイクロレンズの製造方法。
  7. 　前記第２の処理ガスは、Ｃ４Ｆ６ガス、Ｃ４Ｆ８ガス、ＣＨＦ３ガス、ＣＨ２Ｆ２ガス、ＣＨ３Ｆガス、およびＣＨ４ガスの中から選択された１以上のガスと、ＣＦ４ガスとの混合ガスを含むことを特徴とする請求項６に記載のマイクロレンズの製造方法。
  8. 　前記トリミング工程では、酸素原子を含有する第３の処理ガスを用いたプラズマにより、前記所定の膜が堆積した前記マイクロレンズの表面をトリミングすることを特徴とする請求項２から７のいずれか一項に記載のマイクロレンズの製造方法。
  9. 　前記第３の処理ガスは、Ｏ２ガスおよびＣＯ２ガスの少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項８に記載のマイクロレンズの製造方法。
  10. 　チャンバと、
    　前記チャンバ内に設けられ、前記被処理体を載置する載置台と、
    　前記第１の処理ガスを前記チャンバ内に供給するガス供給部と、
    　前記チャンバ内に前記第１の処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、
    　請求項１から９のいずれか一項に記載の製造方法を実行する制御装置と
    を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
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