(57)【要約】  半導体基板上にマイクロレンズを形成する方法が提供される。ＣＦ４とＣＨＦ３との混合物を含むプロセスガスを使用した誘導結合プラズマエッチングプロセスが、曲率、高さ、長さ、形状、および／または、基板上の隣接する複数のマイクロレンズ体の間の距離に関して、マイクロレンズの仕様に適合するように、半導体基板上に位置する複数のマイクロレンズ体のレンズ形状を修正するために使用される。マイクロレンズの表面のスパッタリングを低減するためにプラズマエッチングプロセス中のいかなる容量結合をも防ぐ、接地されたファラデー遮蔽を含んでいる誘導結合プラズマ処理装置において、上記誘導結合プラズマプロセスが実行される。
2015518288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にマイクロレンズを形成する方法であって、
誘導結合プラズマ処理装置のプロセスチャンバの内部に、レンズ形状を有する複数のマイクロレンズ体を有している基板を配置するステップであって、前記誘導結合プラズマ処理装置は、少なくとも１つの誘導エレメント、および、前記誘導エレメントと前記プロセスチャンバの内部との間に配置された、接地されたファラデー遮蔽を備えている、ステップと、
前記プロセスチャンバの内部にプロセスガスを供給するステップであって、前記プロセスガスは、ＣＦ４とＣＨＦ３との混合物を含む、ステップと、
前記プロセスチャンバの内部に、実質的に誘導性のプラズマを生成するために、前記少なくとも１つの誘導エレメントにエネルギーを加えるステップと、
前記基板上の前記マイクロレンズ体の前記レンズ形状を修正するために、前記プロセスガスを用いて、プラズマエッチングプロセスを実行するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記プロセスガスは、Ｏ２、Ａｒ、ＣＯまたはＮ２のうちの１つ以上をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記プラズマエッチングプロセスを実行するステップは、前記基板上の隣接する複数のマイクロレンズ体の間の距離を低減する、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記プラズマエッチングプロセスを実行するステップは、前記基板上の隣接する複数のマイクロレンズ体の間の斜め方向距離を低減する、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記基板は、レンズ材料層とマスク層とを含み、前記プラズマエッチングプロセスを実行するステップの前に、前記マイクロレンズ体は、最初は、前記マスク層上に位置しており、前記プラズマエッチングプロセスの後に、前記複数のマイクロレンズ体が前記レンズ材料層上に位置しているように、前記プラズマエッチングプロセスは、前記マスク層上に位置する前記マイクロレンズ体の前記レンズ形状を、前記レンズ層上に転写する、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記プロセスチャンバの内部にプロセスガスを供給するステップは、前記基板上の隣接する複数のマイクロレンズ体の間の距離を低減するために、ＣＦ４の流量を減少させるステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記プロセスチャンバの内部にプロセスガスを供給するステップは、前記基板上の隣接する複数のマイクロレンズ体の間の距離を低減するために、ＣＨＦ３の流量を増加させるステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記誘導結合プラズマ処理装置は、ＲＦ源電力を前記少なくとも１つの誘導エレメントに供給するように構成されているＲＦエネルギー源と、バイアス電力を前記誘導結合プラズマ処理装置に供給するように構成されているバイアスエネルギー源とを備えている、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記方法は、前記基板上の隣接する複数のマイクロレンズ体の間の距離を低減するために、前記バイアスエネルギー源によって供給される前記バイアス電力を減少させるステップを含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの誘導エレメントにエネルギーを加えるステップは、前記プラズマエッチングプロセスが、エッチング支配的レジームにおいて実行されるように、前記ＲＦエネルギー源から、前記少なくとも１つの誘導エレメントにＲＦ電力を供給するステップを含む、請求項８記載の方法。
【請求項１１】
前記方法は、前記基板上の隣接する複数のマイクロレンズ体の間の距離を低減するために、かつ、前記プラズマエッチングプロセスに関連するエッチング速度を増加させるために、前記少なくとも１つの誘導エレメントに供給される前記ＲＦ電力を増加させるステップを含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
半導体基板上にマイクロレンズを形成する方法であって、
前記方法は、
誘導結合プラズマ処理装置のプロセスチャンバの内部において、プロセスガスを使用して、基板上で誘導結合プラズマエッチングプロセスを実行するステップであって、前記基板は、レンズ材料層とマスク層とを備え、前記基板は、前記マスク層上に形成された、レンズ形状を有する複数のマイクロレンズ体を備え、前記誘導結合プラズマエッチングプロセスは、前記複数のマイクロレンズ体が、前記レンズ材料層上に形成されるように、前記マスク層上に形成された前記マイクロレンズ体の前記レンズ形状を、前記レンズ材料層に転写する、ステップを含み、
前記プロセスガスは、ＣＦ４とＣＨＦ３との混合物を含み、
前記誘導結合プラズマ処理装置は、少なくとも１つの誘導エレメント、および、前記誘導エレメントと前記プロセスチャンバの内部との間に配置された、接地されたファラデー遮蔽とを備えている、方法。
【請求項１３】
前記プロセスガスは、Ｏ２、Ａｒ、ＣＯまたはＮ２のうちの１つ以上をさらに含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記誘導結合プラズマエッチングプロセスは、前記基板上の隣接する複数のマイクロレンズ体の間の距離を低減する、請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
前記誘導結合プラズマエッチングプロセスは、前記基板上の隣接する複数のマイクロレンズ体の間の斜め方向距離を低減する、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記方法は、前記誘導結合プラズマエッチングプロセス中に、前記基板上の隣接する複数のマイクロレンズ体の間の距離を低減するために、ＣＦ４およびＣＨＦ３の流量を調整するステップを含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１７】
前記誘導結合プラズマ処理装置は、ＲＦ源電力を前記少なくとも１つの誘導エレメントに供給するように構成されているＲＦエネルギー源と、バイアス電力を前記誘導結合プラズマ処理装置に供給するように構成されているバイアスエネルギー源とを備えている、請求項１２記載の方法。
【請求項１８】
前記方法は、前記基板上の隣接する複数のマイクロレンズ体の間の距離を低減するために、前記バイアスエネルギー源によって供給される前記バイアス電力を減少させるステップを含む、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記方法は、前記誘導結合プラズマエッチングプロセスが、エッチング支配的レジームにおいて実行されるように、前記ＲＦエネルギー源から、前記少なくとも１つの誘導エレメントにＲＦ電力を供給するステップを含む、請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
前記方法は、前記基板上の隣接する複数のマイクロレンズ体の間の距離を低減するために、かつ、前記誘導結合プラズマエッチングプロセスに関連するエッチング速度を増加させるために、前記少なくとも１つの誘導エレメントに供給される前記ＲＦ電力を増加させるステップを含む、請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
分野
本開示は、概して、マイクロレンズを形成することに関し、より具体的には、誘導結合プラズマエッチングプロセスを使用して、半導体基板上にマイクロレンズを形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
マイクロレンズは、種々の用途において、例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）、相補形金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）画像センサおよび液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）において、使用される非常に小さいレンズを含む。マイクロレンズは、支持基板、例えば、半導体基板上にマイクロレンズのアレイとして形成される。典型的なマイクロレンズは、光を感光性エレメント上に集束させるために使用される。例えば、ＣＣＤアレイにおいて使用されるマイクロレンズは、光をＣＣＤアレイの感光性コンポーネント上に集束させるために使用される。同様に、マイクロレンズは、投影される像を生成するために、光を、ＬＣＤの活性領域内に集束させる。
【０００３】
マイクロレンズは、複数の半導体処理技術を使用して、半導体基板上に形成される。一例において、マイクロレンズは、フォトリソグラフィ技術を使用して形成される。しかしながら、フォトリソグラフィ技術だけでは、いくつかの不利益を被る。例えば、電子コンポーネントの小型化が進むにつれ、マイクロレンズアレイ上に入射する光の量がますます少なくなり、感度の低減につながる。マイクロレンズアレイの光収集効率を増加させるために、各マイクロレンズのレンズサイズを増加させながら、同時に、マイクロレンズアレイ内の複数のマイクロレンズ間の距離を減少させることが望ましい。フォトリソグラフィ技術だけでは、マイクロレンズアレイにおける複数のマイクロレンズ間の距離、特に、斜め方向における距離を十分に低減することができない。
【０００４】
例えば、図１Ａは、公知のフォトリソグラフィ技術を使用して形成されたマイクロレンズアレイ２０の上面図を描いている。マイクロレンズアレイ２０は、ｘ−ｙ距離Ｄ１および斜め方向距離Ｄ２だけ離された複数のマイクロレンズ２５を含む。図１Ｂに示されているように、複数のマイクロレンズ２５間のｘ−ｙ距離Ｄ１は、リフロープロセスを使用して低減可能である。しかしながら、リフロープロセスは、斜め方向距離Ｄ２を部分的にしか低減しない。斜め方向距離Ｄ２は、マイクロレンズアレイの光収集効率を増加させるという点では、依然として大きい。
【０００５】
エッチング技術は、マイクロレンズアレイ内の複数のマイクロレンズ間の、斜め方向距離を含む距離を低減するために使用される。例えば、ＳＦ６およびＣ４Ｆ８のような比較的高価なエッチングガスは、比較的高いエッチング速度で、より大きな面積を有するマイクロレンズを形成するために使用されてきた。さらに、ＣＦ４のようなエッチングガスもまた、他の気体と組み合わせて、マイクロレンズアレイ内のマイクロレンズの形状を修正するために、容量結合プラズマエッチングプロセスにおいて使用されてきた。容量結合プラズマは、より高いプラズマ電位を有し、イオン密度およびエネルギーの独立制御を提供しない。結果として、容量結合プラズマは、マイクロレンズの表面をスパッタリングして、マイクロレンズの表面の粗面化を引き起こす傾向にある。マイクロレンズの表面の粗面化は、光の散乱を引き起こし、マイクロレンズの光収集効率を低減させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、より費用対効果の大きいプロセスガスおよびエッチングツールを使用して、マイクロレンズの光収集効率を増加させることが可能なマイクロレンズを形成するための改良された方法に対するニーズが存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
要旨
本発明の側面および利点が、以下の説明において部分的に記載される、または、以下の説明から明らかになる、または、本発明の実施を介して学ぶことができるだろう。
【０００８】
本開示の１つの例示的な実施形態は、基板上にマイクロレンズを形成する方法に関する。上記方法は、レンズ形状を有する複数のマイクロレンズ体を有する基板を、誘導結合プラズマ処理装置のプロセスチャンバ内部に配置するステップを含む。この誘導結合プラズマ処理装置は、少なくとも１つの誘導エレメント、および、この誘導エレメントとプロセスチャンバとの間に配置された、接地されたファラデー遮蔽を含む。上記方法は、プロセスガスを、プロセスチャンバの内部に供給するステップをさらに含む。プロセスガスは、ＣＦ４とＣＨＦ３との混合物を含む。上記方法は、プロセスチャンバの内部において実質的に誘導性のプラズマを生成するために、上記少なくとも１つの誘導エレメントにエネルギーを加えるステップと、基板上のマイクロレンズ体のレンズ形状を修正するために、基板上でプロセスガスを使用してプラズマエッチングプロセスを実行するステップとを含む。
【０００９】
本開示の例示的な実施形態に対して変更および修正を行うことが可能である。
【００１０】
本開示のこれらの特徴、側面および利点ならびに本開示の他の特徴、側面および利点が、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照してより良好に理解されるだろう。本明細書に組み込まれ、かつ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を図示し、以下の説明と共に、本発明の原理を説明するために役立つ。
【００１１】
当業者に対する、最良の形態を含む、完全かつ有効な開示が、添付の図面に対する参照を含んで、特に、本明細書の残りの部分においてより具体的に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１Ａは、公知のフォトリソグラフィ技術を使用して形成された例示的なマイクロレンズアレイの上面図を描いている。図１Ｂは、リフロープロセスを実行した後の、図１Ａの例示的なマイクロレンズアレイの上面図を描いている。
【図２】図２は、本開示の例示的な実施形態に従う、誘導結合プラズマエッチングプロセスを使用してマイクロレンズ体のレンズ形状を修正する前の、複数のマイクロレンズ体がその上に形成されている例示的な半導体基板の断面図を描いている。
【図３】図３は、図２に描かれている例示的な半導体基板の上面図を描いている。
【図４】図４は、本開示の例示的な実施形態に従う、誘導結合プラズマエッチングプロセスを使用して、マイクロレンズ体のレンズ形状を修正するステップを描いている。
【図５】図５は、本開示の例示的な実施形態に従う、誘導結合プラズマエッチングプロセスの結果としてレンズ形状が修正された、複数のマイクロレンズ体を有する例示的な半導体基板の断面図を示している。
【図６】図６は、図５に示されている例示的な半導体基板の上面図を示している。
【図７】図７は、本開示の例示的な実施形態に従う、半導体基板上で、マイクロレンズ体のレンズ形状を修正するために、誘導結合プラズマエッチングプロセスを実行するための例示的な誘導結合プラズマ処理装置を描いている。
【図８】図８は、本開示の例示的な実施形態に従う、基板上にマイクロレンズを形成する例示的な方法のフロー図を描いている。
【図９】図９は、本開示の例示的な実施形態に従う、誘導結合プラズマエッチングプロセスに対する可変の処理パラメータ値における、エッチング速度およびマイクロレンズ体の間の距離の変化の傾向を描いている。
【図１０】図１０は、例示的なプラズマプロセスに対する異なる動作モードの図形的表現を描いている。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
詳細な説明
ここで、本発明の複数の実施形態に対する参照が詳細になされ、これらの複数の実施形態のうちの１つ以上の例が、図面に図示されている。各例は、本発明の説明として提供されるものであり、本発明を限定するものとして提供されるのではない。実際に、本発明の範囲または精神から逸脱することなく、本発明において種々の修正および変更がなされることが当業者には明らかである。例えば、１つの実施形態の一部として図示される特徴または説明される特徴が、さらなる実施形態を生み出すために別の実施形態とともに使用される。したがって、本発明が、添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内に収まるようにこれらの修正および変更を保護することが意図される。
【００１４】
概して、本開示は、半導体基板上にマイクロレンズを形成する方法に関する。上記方法は、曲率、高さ、長さ、形状、および／または、基板上の隣接する複数のマイクロレンズ体の間の距離に関するマイクロレンズの仕様に適合するように、半導体基板上に位置する複数のマイクロレンズ体のレンズ形状を修正するために、誘導結合プラズマエッチングプロセスを使用するステップを含む。エッチングプロセスは、反応性ガス混合物を生成するために、誘導結合プラズマ処理装置を使用して実行される。レンズ形状および隣接する複数のマイクロレンズ体の間の距離は、処理パラメータ（例えば、エッチングプロセス中に使用されるプロセスガスの流量、ＲＦ源電力およびバイアス電力、誘導結合プラズマ処理装置のプロセスチャンバ内部の圧力、および／または、他の処理パラメータ）を調整することによって制御される。
【００１５】
本開示の側面に従って、比較的単純かつ安価なプロセスガス（例えば、ＣＦ４とＣＨＦ３との混合物を含むプロセスガス）が、誘導結合プラズマエッチングプロセス中に使用される。プロセスガスは、ＣＦ４およびＣＨＦ３に加えて、Ｏ２、Ａｒ、ＣＯまたはＮ２のうちの１つ以上をさらに含む。単純なプロセスガス（例えば、ＣＦ４とＣＨＦ３との混合物を含むプロセスガス）の使用により、誘導結合プラズマエッチングプロセス中に、プロセスガスは、半導体基板上のマイクロレンズ体の形状を修正するイオンおよびラジカルへの、より効率的な解離がもたらされる。
【００１６】
誘導結合プラズマエッチングプロセスを使用することにより、プラズマエッチングプロセス中に、イオンエネルギーおよびイオン密度の改良された独立制御も提供される。例えば、ＲＦ源電力は、大量のポリマーを供給するように調整される一方で、同時に、イオンエネルギーを低下させるために、バイアス電力が低減される。このことは、容量結合プラズマプロセスと比較すると、マイクロレンズの表面のスパッタリングの低減につながり、結果として、非常に滑らかなマイクロレンズの表面が得られる。特定の側面に従うと、誘導結合プラズマ処理装置は、マイクロレンズの表面のスパッタリングをさらに低減するために、プラズマエッチングプロセス中のいかなる容量結合をも防ぐために、接地されたファラデー遮蔽を含む。
【００１７】
図２は、本開示の例示的な実施形態に従って、マイクロレンズを形成するために、プラズマエッチングプロセスがその上で実行される基板１００を描いている。基板１００は、１つ以上の半導体処理技術（例えば、化学蒸着法（ＣＶＤ）技術およびフォトリソグラフィ技術）を使用して形成される。図示されるように、基板１００は、半導体基板１１０を含み、半導体基板１１０の上には、レンズ材料層１２０が形成されている。レンズ材料層１２０は、任意の適切なプロセス（例えば、ＣＶＤプロセス）を使用して、半導体基板１１０の上に形成される。レンズ材料層１２０は、任意の適切な光透過性材料（例えば、ＳｉＮフィルム）、または、他の適切な光透過性材料（例えば、有機光透過性材料）である。以下で論じられるように、光を基板１００内の感光性部品上に集束させるために、誘導結合プラズマエッチングプロセスを使用して、マイクロレンズがレンズ材料層１２０内に形成される。
【００１８】
基板１００は、さらに、レンズ材料層１２０上に形成されたマスク層１３０を含む。マスク層１３０は、例えば、ＫｒＦレジストフィルム、ｉ−ラインレジストフィルム、または、他の適切なフィルムで構成されている。マスク層１３０は、レンズ材料層１２０上に形成され、マスク層１３０は、レンズ形状を有する複数のマイクロレンズ体１１５を有するように、フォトリソグラフィプロセスにおいて、パターニングおよび熱処理されている。図２に図示されるように、マイクロレンズ体１１５は、基板上でプラズマエッチングプロセスが実行される前に、基板のマスク層１３０上に形成されるか、または、基板のマスク層１３０内に位置している。
【００１９】
議論の明確化および簡略化のために図示していないが、基板１００は、図２に図示されていない、他の適切な層およびコンポーネントを含み得る。例えば、基板は、半導体基板１１０の表面上に感光性部品を含み、この感光性部品は、マイクロレンズによって、感光性部品上に集束した光を受け取るように構成されている。光レンズへの入射光は、フォトダイオードによって光電的に変換される。基板１００は、さらに、導電性フィルム、光が感光性部品以外の領域上に照射されることを防ぐように構成されたシェーディングフィルム、平坦化層、カラーフィルタ層、および／または、他の適切な層を含む。本明細書で提供される開示を使用する当業者は、本開示が、基板１００の任意の特定の構造または配置に限定されないことを理解する。
【００２０】
図３は、図２に描かれている基板１００の上面図を描いている。図示されているように、基板は、複数のマイクロレンズ体１１５を含み、複数のマイクロレンズ体１１５は、ｘ−ｙ方向において距離Ｄ１だけ離れており、かつ、斜め方向において距離Ｄ２だけ離れている。上述したとおり、マイクロレンズ体１１５のサイズを増加させながら、同時に、基板１００上の隣接する複数のマイクロレンズ体１１５の間の距離を減少させることによって、マイクロレンズ体１１５の光収集効率を増加させることが望ましい。特に、ｘ−ｙ方向におけるＤ１および斜め方向におけるＤ２という、複数のマイクロレンズ体１１５の間の両方の間隔を減少させることが望ましい。
【００２１】
誘導結合プラズマエッチングプロセスが、複数のマイクロレンズ体１１５のレンズ形状を修正するために、基板上で実行される。特に、誘導結合プラズマエッチングプロセスは、図２の基板１００のマスク層１３０およびレンズ材料層１２０をエッチングして、マイクロレンズ体１１５をレンズ材料層１２０に転写（ｔｒａｎｓｃｒｉｂｅ）するために、誘導結合プラズマ処理装置において実行される。
【００２２】
本開示の例示的な実施形態に従って、誘導結合プラズマエッチングプロセス中に使用されるプロセスガスは、ＣＦ４とＣＨＦ３との混合物を含む。さらなる気体（例えば、Ｏ２、Ａｒ、ＣＯまたはＮ２）が、プラズマエッチングプロセス中に、上記プロセスガスに追加されるか、または、上記プロセスガスに含まれている。プラズマエッチングプロセス中に、ＣＦ４とＣＨＦ３とを含むプロセスガスは、実質的に誘導性のプラズマによって、エッチング種および堆積種の両方を含むイオンおよびラジカルへと解離される。エッチング種は、例えば、Ｆラジカルを含む。堆積種は、例えば、プラズマエッチングプロセス中に生成された（１つまたは複数の）ポリマーを含む。エッチング種は、マイクロレンズ体１１５がレンズ材料層１２０に転写されるように、マスク層１３０およびレンズ材料層１２０をエッチングするために使用される。堆積種は、マイクロレンズ体１１５の外周縁近傍に堆積する。結果として、マイクロレンズ体１１５のレンズ形状は、エッチングプロセスが実行される場合により大きくなる。
【００２３】
図４は、本開示の例示的な実施形態に従って、誘導結合プラズマエッチングプロセスを使用したマイクロレンズ体のレンズ形状の修正の図形的表現を示している。示されているように、エッチングプロセスは、マイクロレンズの長さをＬだけ増加させる。エッチングプロセスの種々の処理パラメータは、マイクロレンズ体１１５の形状をさらに修正するように調整される。例えば、マイクロレンズ体１１５の高さ、長さ、曲率、形状、または、他のパラメータが、マイクロレンズ体１１５に対して要求された仕様に適合するように修正される。
【００２４】
図５は、誘導結合プラズマエッチングプロセスが基板１００上において実行された後の図２の基板１００を描いている。示されているように、誘導結合プラズマエッチングプロセス中に、マイクロレンズ体１１５がレンズ材料層１２０上に形成されるように、マイクロレンズ体１１５はレンズ材料層１２０に転写される。マイクロレンズ体１１５は、誘導結合プラズマエッチングプロセスの実行後にはより大きくなる。図６は、図５の基板１００の上面図を描く。図示されているように、基板上の隣接するマイクロレンズ体１１５同士の間のｘ−ｙ距離Ｄ１および斜め方向距離Ｄ２は実質的に減少している。斜め方向距離Ｄ２は、図１Ｂに図示されているリフロープロセスによって提供される、斜め方向距離における低減に対して、実質的に低減されている。このようにして、本開示の側面に従う、誘導結合プラズマエッチングプロセスは、基板上の隣接するマイクロレンズ体１１５同士の間の距離を減少させることによって、マイクロレンズ体１１５の光収集効率を増加させるために使用される。
【００２５】
図７は、本開示の例示的な実施形態に従う誘導結合プラズマエッチングプロセスを実行するために使用される、例示的な誘導結合プラズマ処理装置２００を描いている。図７は、本開示の実施形態に従って使用される、１つの例示的な誘導結合プラズマ処理装置を描いているが、本明細書において提供される開示を使用する当業者は、他の適切な誘導結合プラズマ処理装置が、本開示の範囲から逸脱することなしに使用されることを理解する。
【００２６】
プラズマ処理装置２００は、内部空間２０４を画定するプロセスチャンバ２０２を含む。プロセスチャンバ２０２は、円筒形形状で形成されており、内部空間２０４内のチャンバ圧力を調節するために種々のツール（図示せず）を含む。プラズマエッチングプロセスは、典型的に、低圧（例えば、約５０ｍＴｏｒｒ未満）で実行される。プロセスチャンバ２０２は、チャンバ内部２０４内の圧力を調節するための種々の圧力センサおよび他の機器を含む。
【００２７】
基台または基板ホルダ２０６が、内部空間２０４内で、基板１００を支持するために使用される。基台または基板ホルダ２０６は、種々の機器（例えば、集束リングおよびプラズマエッチングプロセス中に基板１００を保持する静電チャック）を含む。基板ホルダ２０６は、チャンバ内部２０４内に固定される、または、チャンバ内部２０４内で上下に移動するように構成されている。基板ホルダ２０６は、プラズマエッチングプロセス中に、基板１００の温度を調節するために、冷却材経路および／または加熱要素をさらに含む。
【００２８】
誘電体窓２１０が基板ホルダ２０６の上方に位置している。誘電体窓２１０は、任意の適切な誘電性材料で構成されている。好適には、誘電体窓は、プラズマエッチングプロセス中の、チャンバ内部２０４内の低チャンバ圧力の結果として生まれる圧力差に耐えるために十分な機械的強度を有する。
【００２９】
誘電体窓２１０は、プロセスガスを内部空間２０４内に供給するシャワーヘッド２１２のための空間を含む。上述したように、プロセスガスは、ＣＦ４とＣＨＦ３との混合物および他の気体を含む。プラズマ処理装置は、また、プロセスチャンバ内部２０４へのプロセスガスの流れを調節する種々の機器も含む。例えば、上記の機器は、プラズマエッチングプロセス中に、プロセスチャンバ内部２０４へのＣＦ４およびＣＨＦ３の流れを調節する。以下で論じるように、ＣＦ４およびＣＨＦ３の流量は、基板上の隣接する複数のマイクロレンズ体の間の距離を低減するように選択される。
【００３０】
プラズマ処理装置２００は、さらに、内部空間２０４において誘導プラズマを生成するための少なくとも１つの誘導エレメント２２０を含む。誘導エレメント２２０は、ＲＦ電力が供給された時に、プラズマ処理装置２００の内部空間２０４内のプロセスガスにおいてプラズマを誘導するコイルまたはアンテナ素子を含む。ＲＦ源２４０は、適切なマッチングネットワーク２４２を介して、ＲＦ電力を誘導エレメント２２０に供給するように構成されている。さらに、バイアス源２５０は、バイアス電力をプラズマ処理装置２００に供給するように構成されている。
【００３１】
ＲＦ源２４０およびバイアス源２５０は、プロセスチャンバ内部２０４内において生成された誘導プラズマにおけるイオンエネルギーおよびイオン密度の独立制御を提供するように制御される。例えば、ＲＦ源２４０は、プラズマエッチングプロセス中により大量のポリマーを供給するように制御されており、一方で、バイアス源２５０は、イオンエネルギーを低減するように制御される。このことが、プラズマエッチングプロセス中のマイクロレンズ体の表面のスパッタリングの低減をもたらし、結果として、より滑らかなマイクロレンズの表面が得られる。
【００３２】
プラズマ処理装置２００は、さらに、誘導エレメント２２０とプロセスチャンバ内部２０４との間に配置されたファラデー遮蔽２３０を含む。特に、ファラデー遮蔽２３０は、誘導エレメント２２０と、誘電体窓２１０との間に配置される。図示されているように、ファラデー遮蔽２３０は、プラズマエッチングプロセス中の容量結合を防ぐために接地されている。これにより、さらに改良された、イオン密度およびイオンエネルギーの独立制御がもたらされ、プラズマエッチングプロセス中のマイクロレンズの表面のスパッタリングをさらに低減し、マイクロレンズ体の光収集効率を向上させる。
【００３３】
図８は、本開示の例示的な実施形態に従う、マイクロレンズを形成するための例示的な方法３００のフローチャートを描いている。図８の方法は、任意の適切な誘導結合プラズマ処理装置（例えば、図７に描かれている誘導結合プラズマ処理装置２００）を使用して実装される。さらに、図８は、例示および議論のために、特定の順序で実行されるステップを描いているが、本明細書で論じられる方法は、任意の特定の順序または配置に限定されない。本明細書において提供される開示を使用する当業者は、上記方法の種々のステップが、省略され、再配置され、組み合わされ、および／または、種々の方法で適合されることを認識する。
【００３４】
上記方法は、（３０２）において、誘導結合プラズマ処理装置のプロセスチャンバ内部に、基板を配置するステップを含む。例えば、レンズ材料層およびマスク層を有する基板が、誘導結合プラズマ処理装置の基板ホルダ上に配置される。マスク層は、レンズ形状を有する複数のマイクロレンズ体を含む。基板は、任意の適切な半導体処理技術（例えば、ＣＶＤ処理技術および／またはフォトリソグラフィ技術のうちの１つ以上）を使用して形成される。
【００３５】
（３０４）において、プロセスチャンバの内部の圧力が、所望のレベルに調整される。例えば、プロセスチャンバ内部の空気および／または他の気体が、誘導結合プラズマエッチングプロセスのための所望のチャンバ圧力を達成するために、プロセスチャンバ内部から排気される。チャンバ内の圧力は、所望のマイクロレンズ形状および隣接する複数のマイクロレンズ体の間の所望の距離を達成するために、プロセスレシピに従って選択される、または、プラズマエッチングプロセス中に調整される。特定の実装において、チャンバ内の圧力は、５ｍＴｏｒｒから５０ｍＴｏｒｒの範囲にあるように選択される。
【００３６】
（３０６）において、プロセスガスは、プロセスチャンバの内部に入れられる。上述したように、プロセスガスは、単純なプロセスガス（例えば、ＣＦ４とＣＨＦ３との混合物）である。プロセスガスは、さらに、さらなる気体（例えば、Ｏ２、Ａｒ、ＣＯまたはＮ２のうちの１つ以上）を含む。プロセスチャンバ内部の圧力と同様に、プロセスガスの流量（例えば、ＣＦ４およびＣＨＦ３の流量）は、所望のマイクロレンズ形状および隣接する複数のマイクロレンズ体の間の間隔を達成するために、プロセスレシピに従って選択される、または、プラズマエッチングプロセス中に調整される。例えば、ＣＦ４の流量は、１０ｓｃｃｍから８０ｓｃｃｍの範囲である。ＣＨＦ３の流量は、１２０ｓｃｃｍから３００ｓｃｃｍの範囲である。
【００３７】
上記方法は、（３０８）において、プロセスチャンバの内部において実質的に誘導性のプラズマを生成するために、少なくとも１つの誘導エレメントにエネルギーを加えるステップを含む。特に、ＲＦ源電力が、チャンバ内部内で誘導プラズマを生成するために、誘導エレメントに供給される。バイアス電力も、また、バイアス源からプラズマ処理装置まで供給される。ＲＦ源電力およびバイアス電力は、プラズマエッチングプロセス中に、イオン密度およびイオンエネルギーの独立制御を提供するように選択される。例えば、ＲＦ源電力は、大量のポリマーを生成するように選択され、一方で、バイアス電力は、イオンエネルギーを低減するように選択される。特定の実装において、ＲＦ源電力は、６００Ｗから２５００Ｗの範囲であり、一方、バイアス電力は、５０Ｗから２５０Ｗの範囲である。
【００３８】
（３１０）において、プラズマエッチングプロセスは、マイクロレンズ体のレンズ形状を修正するために、実質的に誘導性のプラズマを使用して実行される。特に、プラズマエッチングプロセスは、基板のマスク層上に形成されたレンズ形状を有するマイクロレンズ体を、基板のレンズ材料層に転写する。エッチングプロセス中、マイクロレンズ体は、基板上の隣接する複数のマイクロレンズ体の間の距離（例えば、ｘ−ｙ距離および斜め方向距離）を低減することによって、サイズを増加させる。
【００３９】
プラズマエッチングプロセスの種々の処理パラメータ（例えば、チャンバ圧力、プロセスガスの流量、ＲＦ源電力およびバイアス電力、および、他のパラメータ）が、所望のレンズ形状、および、基板上の隣接する複数のマイクロレンズ体の間の所望の距離を達成するように選択される。一例において、プラズマエッチングプロセスは、以下の表において記載される処理パラメータに基づいて、基板上のマイクロレンズ体のマイクロレンズ形状を修正するように実行される。
【表１】
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【００４０】
表１に記載されている処理パラメータは、特定の例示的な誘導結合プラズマエッチングプロセスに対する例示的な処理パラメータを提供する。本明細書において提供される開示を使用する当業者は、種々の異なる処理パラメータが、基板の構造、所望のマイクロレンズ形状、所望の処理時間、隣接する複数のマイクロレンズの間の所望の距離、および、他の要因に依存して使用されることを理解する。
【００４１】
図９は、本開示の例示的な実施形態に従う、誘導結合プラズマエッチングプロセスに対する可変の処理パラメータ値における、エッチング速度およびマイクロレンズ体の間の距離の変化の傾向を描いている。図９に描かれている処理パラメータは、バイアス電力、ＲＦ源電力、チャンバ圧力、ＣＦ４流量（ＣＨＦ３を一定に維持）、ＣＨＦ３流量（ＣＦ４を一定に維持）、静電チャック温度（基板ホルダ温度）、および、ＣＯ流量を含む。
【００４２】
エッチング速度については、上に向かう矢印は、エッチング速度の増加を示している。下に向かう矢印は、エッチング速度の減少を示している。空いている面積のサイズについては、上に向かう矢印は、隣接する複数のマイクロレンズの間の距離の増加を示しており、下に向かう矢印は、隣接する複数のマイクロレンズの間の距離の減少を示している。上記の表は、パラメータ値が増加する場合の傾向を例示している。パラメータ値が減少する場合の傾向は、図９に描かれている矢印を逆方向にすることによって導かれる。
【００４３】
例えば、図９に描かれているように、ＣＨＦ３の流量が増加する場合（ここで、ＣＦ４の流量は一定に維持されている）、エッチング速度は減少し、基板上の隣接する複数のマイクロレンズの間の距離は減少する。別の例として、ＣＦ４の流量が減少する場合（ここで、ＣＨＦ３の流量は一定に維持されている）、エッチング速度は減少し、基板上の隣接する複数のマイクロレンズの間の距離は減少する。さらに別の例として、バイアス電力が減少する場合、エッチング速度は減少し、基板上の隣接する複数のマイクロレンズの間の距離は減少する。
【００４４】
図９に図示されているように、ＲＦ源電力の変化は、プラズマプロセスが実行されているレジームまたはモードに依存して、エッチング速度に異なる影響を与える。図１０は、プラズマプロセスに対する異なるレジームの図形的表現である。より具体的には、図１０は、ＲＦ源電力の関数としてエッチング速度をプロットしている。図示されているように、ＲＦ源電力の増加は、エッチング速度がピーク値に達するまで、エッチング速度を増加させる。ピーク値に達すると、ＲＦ源電力をさらに増加させると、エッチング速度が減少する。エッチング速度がＲＦ源電力と共に増加する場合、プラズマプロセスは、エッチング支配的レジームまたはモードにあると考えられる。エッチング速度がＲＦ源電力と共に減少する場合、プラズマプロセスは、堆積支配的レジームまたはモードにあると考えられる。
【００４５】
図９に示されているように、プラズマプロセスがエッチング支配的レジームにあるとき、ＲＦ源電力を増加させることは、エッチング速度の増加および基板における隣接する複数のマイクロレンズ体の間の距離の減少をもたらす。これは、典型的に、エッチング速度と隣接する複数のマイクロレンズ体の間の距離との間のトレードオフを含む、ＣＦ４プロセスガスを使用する当該分野で公知の多くのプラズマエッチングプロセス（例えば、容量結合プラズマプロセス技術）とは対照的である。いかなる特定の動作原理にも束縛されるものではないが、この結果は、誘導結合プラズマエッチングプロセスを使用することによって与えられるイオン密度およびイオンエネルギーの独立制御の強化に、少なくとも部分的に起因している。
【００４６】
本明細書において提供される、半導体基板上にマイクロレンズを形成する方法は、単純なプロセスガス（例えば、ＣＦ４とＣＨＦ３との混合物を含むプロセスガス）を使用して、隣接する複数のマイクロレンズ体の間の距離を低減する。誘導結合プラズマエッチングプロセスは、曲率、高さ、長さ、形状、および／または、基板上の隣接する複数のマイクロレンズ体の間の距離に関するマイクロレンズの仕様に適合するように、半導体基板上に位置する複数のマイクロレンズ体のレンズ形状を修正する。接地されたファラデー遮蔽を有する誘導結合プラズマ処理ツールを使用することにより、容量結合を防ぎ、マイクロレンズ体のスパッタリングを低減し、より滑らかなマイクロレンズの表面が得られる。
【００４７】
本発明に対するこれらの修正および変更ならびに他の修正および変更が、添付の特許請求の範囲においてより具体的に記載される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、当業者によって実施される。さらに、種々の実施形態の側面が、全体的または部分的に交換可能であることが理解される。さらに、当業者は、前述の説明が、単なる例示であり、添付の特許請求の範囲おいてさらに説明される本発明を限定することを意図していないことを認識する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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