(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体上に三次元表面プロファイルを生産または変更し、光閉じ込め構造を形成する方法において、
（ｉ）基体のある領域がマスクによって保護され、ある領域が露出されるように上記基体上にレジストのマスクを形成するステップと、
（ii）レジストをドームに形成するステップと、
（iii）上記基体を複数の繰り返しに曝すステップと、
を備え、上記各繰り返しは少なくとも１回のレジストエッチング及び少なくとも１回の基体エッチングからなり、適当なレジストエッチング用材料を使用して上記レジストエッチングを遂行して上記マスクの形状を、従って上記基体の露出される領域の形状を変更し、上記マスクによって上記基体を保護しながら適当な基体エッチング用材料を使用して上記基体エッチングを遂行して上記基体の露出された領域から材料を除去するようにして、実質的に垂直水平なエッジが基体に形成されるようにしたことを特徴とする方法。
【請求項２】
上記基体上に、光濃縮器が形成される請求項（１）に記載の方法。
【請求項３】
上記基体は、半導体材料からなる請求項（１）または（２）に記載の方法。
【請求項４】
上記基体は、ＩｎＳｂからなる請求項（３）に記載の方法。
【請求項５】
上記基体エッチング用材料は、ＣＨ4／Ｈ2プラズマからなる請求項（４）に記載の方法。
【請求項６】
上記レジストエッチング用材料は、酸素プラズマからなる請求項（４）に記載の方法。
【請求項７】
ＩｎＳｂヘテロ構造材料にウィンストンコーンエミッタが形成される請求項（６）に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は、反応性イオンエッチングによって基体上に三次元構造を製造することに関する。本発明は、反応性イオンプラズマを使用してエッチングすることができる半導体、硝子、ポリイミド、その他のような材料に適用できる。
三次元半導体構造は、光学的幽閉化（例えば、可視／赤外レンズ、エミッタ、または検出器）及び電磁的幽閉化（例えば、マイクロ波インダクタ、検出器、またはソース）を必要とする。
マイクロレンズのような光学的幽閉化構造を製造するための多くの技術が知られている。例えばHulteyらは、フォトレジストの小さいディスクを形成させてから加熱して溶融させ、表面張力によって小さいレンズの形状を作ることを示した（Physics World，July 1991 pp 27-32参照）。
Liauらは、フォトリトグラフィ及び臭素・メタノールエッチングを繰り返して適用することによって段付きの構造を形成することを示した。次いで、レンズ形状を形成させるために、これも加熱して溶融させることによってこの構造内で物質移動を遂行する（Appl. Phys. Lett. 55（2）10 July 1989; The Lincoln Laboratory Journal, Volume 3, Number 3, 1990  参照）。
マイクロレンズアレイを形成する他の方法の詳細に関しては、“Micro-opticshas macro potential”Laser Focus World June, 1991も参照されたい。反応性イオンエッチングを含む方法は、典型的には、フォトレジスト及びエッチングランの繰り返し適用を含む。これは、製造プロセスを煩雑にする。
基体上に三次元表面プロファイルを生産または変更する本発明の方法は、
（i）基体のある領域がマスクによって保護され、ある領域が露出されるように上記基体上にレジストのマスクを形成するステップと、
（ii）上記基体を複数の繰り返しに曝すステップと、
を備え、上記各繰り返しは少なくとも１回のレジストエッチング及び少なくとも１回の基体エッチングからなり、適当なレジストエッチング用材料を使用して上記レジストエッチングを遂行して上記マスクの形状を、従って上記基体の露出される領域の形状を変更し、上記マスクによって上記基体を保護しながら適当な基体エッチング用材料を使用して上記基体エッチングを遂行して上記基体の露出された領域から材料を除去する。
好ましい実施例においては、光濃縮器が上記基体上に形成される。
好ましい実施例においては、上記基体は半導体材料からなる。
好ましい実施例においては、上記基体はＩｎＳｂからなる。
更に好ましい実施例においては、上記基体エッチング用材料はＣＨ4／Ｈ2プラズマからなる。
更に好ましい実施例においては、レジストエッチング用材料は酸素プラズマからなる。
更に好ましい実施例においては、ＩｎＳｂヘテロ構造材料内にウィンストンコーンが形成される。
以下に、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図１ａ−１ｅは、本発明の方法を使用するプロセスの種々の段階における基体及びマスクを表している。
図２ａ及び２ｂは、本発明の方法によってマイクロレンズを形成中の２段階におけるマイクロレンズのアレイの走査形電子顕微鏡画像である。
図１ａを参照する。フォトリトグラフィックマスキングレジスト１のドーム、またはボタンが半導体基体２に設けられる。これは、例えば、グレースケールリトグラフィ（ＵＫ特許出願第93 10013.9号参照）、またはレジストフロー方法によって形成することができる。
次いで、基体エッチング用材料を使用して基体をエッチングする。この場合、レジスト１は基体を保護するが、基体２の領域３からは材料が除去される。これにより得られた構造を図１ｂに示す。
図１ｃを参照する。次に適当なレジストエッチング用材料を使用してレジスト１によって覆われた領域を減少させ、基体２のさらなる領域４を露出させる。
次いで、基体エッチング用材料を使用して基体を更にエッチングすると、領域３及び４から材料が除去されて図１ｄに示すような段付きの構造が得られる。
単一の反応性イオンエッチングランでレジスト１及び基体２のエッチングを繰り返すことにより、図１ｅに示す多くの段が付いた構造が得られる。
各エッチング段階毎のレート及び時間を制御することによって、精密な三次元構造を形成させることができる。このプロファイルの最終分解能は、所与の構造高さが得られるまでの基体及びレジストを交互にエッチングするステップの数に依存する。
この技術は、他の技術によって形成された構造を変更するために使用することもできる。
図２ａ及び２ｂを参照する。写真のマイクロレンズは、Surface Technology Systems（STS）の反応性イオンエッチング装置、モデル340PCを使用して製造されたものであり、この装置は以下のエッチング条件を備えている。
レジストエッチング条件：
ガス：Ｏ2、流量80標準ｃｍ3／分（ｓｃｃｍ）；
室圧力：60ミリトル、ＲＦ電力：60Ｗ。
基体エッチング条件：
ガス：ＣＨ4、90ｓｃｃｍ及びＨ2、流量10ｓｃｃｍ；
室圧力：90ミリトル、ＲＦ電力：50Ｗ。
基体（ＩｎＳｂ）は12×10-6ｍのAZ4562レジストで被膜し、グレースケール技術及びイオンビームミリングを使用して側が直線状のコーンに処理した。（プロセスのこの部分を遂行する他の方法も、当分野に精通していれば明白であろう。）次いで、上述したレジストエッチング条件を使用し、５分間にわたってこのサンプルをレジストエッチングした。その後に上述した基体エッチング条件を使用し、５分間にわたってＩｎＳｂをエッチングし、更に５分間にわたってレジストエッチングした。次いで、５分間のＩｎＳｂエッチングと２分間のレジストエッチングの４回の繰り返しを遂行して図２ａに示す構造を得た。
更に７ステップを遂行することによって図２ｂに示す構造を得た。
若干の条件の下では、反応性イオンエッチングプロセスが発熱性であるので、レジストのリフローが生じる。これは、プロセスに付加的な柔軟性を与え、グレースケールリトグラフィ、または例えばホットプレートまたはオーブンを使用するイクス・シトゥ（ex-situ）レジストリフローの必要性を排除できる。
【図１ａ】
0003965213.tif 000002
【図１ｂ】
0003965213.tif 000003
【図１ｃ】
0003965213.tif 000004
【図１ｄ】
0003965213.tif 000005
【図１ｅ】
0003965213.tif 000006
【図２ａ】
0003965213.tif 000007
【図２ｂ】
0003965213.tif 000008