三维蚀刻方法
专利汇可以提供三维蚀刻方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本文涉及一种利用单一 反应性 离子蚀刻操作在基片上形成三维结构的方法,在进行一系列的反复蚀刻之前,在所述基片上形成掩膜,每一反复蚀刻包含对掩膜的蚀刻和对基片的蚀刻,以便连续的反复蚀刻使掩膜区域减少和露出基片中的另一些区域。，下面是三维蚀刻方法专利的具体信息内容。
1．一种在基片上形成或改进三维表面外形的方法，包含的步骤有：
(ⅰ)在基片上形成由抗蚀剂构成的掩膜，利用掩膜使基片上的某 些区域得到保护，而某些区域露出，以及
(ⅱ)对基片进行多次反复蚀刻
其中每一反复蚀刻包含至少一次对抗蚀剂蚀刻和至少一次对基片蚀 刻，利用合适的抗蚀剂蚀刻剂对抗蚀剂进行蚀刻，以改进掩膜的形状并 因此改进基片上露出的区域；并且利用合适的基片蚀刻剂对基片进行蚀 刻，掩膜对基片提供保护使之不受基片蚀刻剂作用，以及该蚀刻剂从基 片上露出的区域除去材料。
2．如权利要求1所述的方法，其中，在基片上形成聚光器。
3．如权利要求1或2所述的方法，其中，基片包含半导体材料。
4．如权利要求3所述的方法，其中，基片包含InSb。
5．如权利要求4所述的方法，其中，基片蚀刻剂包含CH4/H2等离 子体。
6．如权利要求5所述的方法，其中，抗蚀剂蚀刻剂包含氧等离子体，
7．如权利要求6所述的方法，其中，在InSb异晶结构材料中形成 温斯顿锥体发射极。
本发明涉及利用反应性离子蚀刻在一基片上形成三维结构。这种 技术适用于各种材料，例如半导体、玻璃，聚酰亚胺或者其它可利用 反应性离子的等离子体进行蚀刻的材料。
对于光约束(例如在可见光用/红外线用透镜、发射器或探测器) 以及电磁约束(例如微波用电感器、探测器或信号源)需要三维的半 导体结构。
已知很多技术可用于制造光约束结构例如微透镜。例如，Hutley 等人提出构成一些光敏抗蚀剂的小的圆片，它们在加热熔化时由于表 面张力的作用从而构成小的透镜的形状。(物理世界(physics World),1991年7月，第27-32页)。
Liau等人提出通过重复地进行光刻和溴-甲醇蚀刻构成阶状结 构。然后再次通过加热熔化在这种结构内部传质以形成透镜的形状(见 应用物理通讯(Appl.phys.Lett.),55(2),1989,7；林肯实 验室刊物，第三卷第三期，1990)。
其它形成微透镜的方法详细介绍在“具有很大潜力的微光学” (Micro-optics has macro potential)“激光聚焦世界”(Laser Focus World),1991年6月。包含反应性离子蚀刻的各种方法通常包含重 复地涂覆光敏抗蚀剂和进行蚀刻。这样就使得制造过程很麻烦。
根据本发明，在基片上形成或改进三维表面外形的方法包含的步 骤有：
(ⅰ)在基片上形成由抗蚀剂构成的掩膜，利用掩膜使基片上的某 些区域得到保护，而某些区域露出，以及
(ⅱ)对基片进行多次反复蚀刻
其中每一反复蚀刻包含至少一次对抗蚀剂的蚀刻和至少一次对基 片的蚀刻，利用合适的抗蚀剂的蚀刻剂对抗蚀剂进行蚀刻，通过蚀刻 改进掩膜的形状并因此改进基片中露出的区域，并利用合适的基片蚀 刻剂进行基片的蚀刻，掩膜对基片提供保护使之不受基片蚀刻剂的作 用，并且蚀刻剂由基片中露出的区域除去材料。
在一优选实施例中，在基片上形成聚光器。
在一优选实施例中，该基片包含半导体材料。
在一优选实施例中，该基片包含InSb。
在另一优选实施例中，基片蚀刻剂包含一种CH4/H2等离子体。
在再一优选实施例中，抗蚀剂蚀刻剂包含氧等离子体。
在再一优选实施例中，在InSb异晶结构材料中形成温斯顿 (Winston)锥体发射极。
下面参照如下附图介绍本发明，其中图1a-1e表示利用本发明的方 法在蚀刻过程的各个阶段的有代表性的基片和掩膜。图2a和2b表示利 用本发明的方法在形成微透镜的两个阶段的过程中的微透镜阵列的扫描 电子显微镜所摄图像。
参阅图1a，一种圆顶或钮扣形的光刻用作掩膜的抗蚀剂1涂覆到半 导体基片2上。这可由例如灰度光刻(见英国专利申请9310013.9)或抗 蚀剂回流的方法形成。
然后利用基片蚀刻剂对基片进行蚀刻，抗蚀剂对基片提供保护使之 不受蚀刻剂作用，以致材料从基片2上的区域可除去。这样就会产生如 图1b中所示的结构。
参阅图1c，然后利用合适的抗蚀剂蚀刻剂将抗蚀剂1覆盖的区域减 少，使得基片2上的另外区域4露出。
然后利用基片蚀刻剂对基片进行进一步蚀刻，以便由区域3和4除 去材料，以形成图1d中所示的阶状结构。
在单一的反应性离子蚀刻的操作中，对抗蚀剂1和基片2重复进行 蚀刻，形成如图1e所示的多阶状结构。
通过控制对于每一蚀刻步骤的速度和时间可以形成三维的细微结 构。最终的外形的分辨率取决于在指定的结构高度范围内交替的对基片 和抗蚀剂蚀刻步骤的数目。
这种技术还可以用于改进由其它技术形成的结构。
参阅图2a和2b，其中所示的微透镜是利用表面加工技术设备 (STS)反应性离子蚀刻机，型号为340 PC，以及如下的蚀刻条件：
抗蚀剂蚀刻条件：
气体：O2，流量为80标准立方厘米/分(sccm)；
室内压力：60毫乇
RF功率：60瓦
基片蚀刻条件：
气体：GH4，流量为90sccm和H2，流量为10sccm；
室内压力：90毫乇
RF功率：50瓦
用12×10-6米厚的AZ 4562抗蚀剂涂复在基片(InSb)上，并利 用按灰度光刻技术和离子束切削经加工成带直侧面的锥体(实现这一部 分加工的其它方法对于本技术领域的技术人员是熟知的)。然后按照上 述抗蚀剂蚀刻条件对试样进行抗蚀剂蚀刻5分钟。接着按照上述基片蚀 刻条件对InSb加工5分钟，然后再进行5分钟抗蚀剂蚀刻。这样重复4 次的5分钟对InSb蚀刻和2分钟对抗蚀剂蚀刻就得到图2a中所示的结 构。
再进行另外7个步骤形成在图2b中所示的结构。
在某些条件，反应性离子蚀刻过程的放热性质引起抗蚀剂回流。这 样就为该过程提供的更多的灵活性，并且可以不再需要例如利用加热片 或加热炉进行按灰度光刻或非就地的抗蚀剂回流。
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