TWI271787B - 3-dimensional hexagon micro structure and process of manufacturing the same - Google Patents

Description

1271787 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 丨發明係關於-種形成微結構之製程，尤指-種形成 3D立體似六角形微結構之製程及其應用，其概應隸屬於半 導體製程之應用，運用於微結構製造之技術領域範嘴。 【先前技術】 不論是液晶顯示器（LCD)、行動電話的榮幕、個人 妻文位助理（PDA)等均需要更亮、更持久、更省電及體積 • $小的光源來強化顯示效果，其中3D立體似六角形微結 構屬於-精密元件，需與其他元件配合而具功能性者，而° .-傳統的微：構的製造方法可分為以下幾種，其分別為： ' θ 一、等向性蝕刻（Isotr〇Pic Etching)熱壓法：此種方 法疋利用等向性蝕刻之後在矽基板上留下的弧形凹槽，再 加以熱壓而形成微透鏡；例如要在矽基板的母模上要形成 弧形凹槽’可以採用氫氟酸（HF)、石肖酸（HN〇3)及醋 I ( CH3CO〇H )的混和溶液加上適當溫度與時@，便可完 成石夕基板的等向性姓刻，然後再進行熱壓製程，即可完成 U透鏡陣列的製造，然而此種方法對於钮刻參數的控制不 易。 一光阻熱熔法：將厚膜光阻經過曝光顯影後而形成 柱狀的微結構，並經由高溫整形及光阻柱狀微結構炫化等 藉由内聚力與表面張力的作帛，使微凸圓柱逐漸變形成具 有半球狀的表面，達到具有微透鏡狀陣列之結冑，此種方 法所製成的微透鏡曲率半徑雖可藉由厚膜光阻厚度及直徑 5 1271787 來控制’但是半球狀表面的控制不易精確控制，所以製程 的整體穩定性不夠。 ^ 二、熱壓成形法：此法是以深刻電鑄模造（LithGgraphie GaVanoformung八⑽咖叩；uga )技術製成所需的模且， 然後將此模具放置於熱壓機的聚合塑膠薄板上以高壓高溫 ==壓模方式而形成微透鏡陣列，此種方式所製成的 =率半徑可以藉由熱壓溫度及壓力控制，但是當溫度 =叫合塑膠薄板則無法形成透鏡’另當 精確控制。觸核具頂部，所以半球狀的表面不易 技秫-二液滴噴出法：其藉由類似噴墨（Μ*)印刷之 Μ出微液滴的方式使複數個微液滴至光阻層上，進而 之微透鏡陣列。此製程所製出微透鏡的直徑與 …。徑大小相關，而且難以控制外表面的精確外形 (包括大小、高度、焦距等）。 ㈣二、準分子雷射加工法：藉由準分子雷射微細加工技 ’丁々方式製作出微小的3D矜姓播 ^ . 雷射光裝置以…轴上移程式控制的 如聚甲其兩^ 〇方式，在尚为子材料基材 甲基丙烯酉夂甲酯（PMMA)、聚碳 楚卢、車^圓球狀的外表面’然而所得的微結構其表面的粗 。，’加上雷射光設借複雜且昂貴，不符合經濟效益。 由此可知，各種製# # # 的控n _ 的方式對於微結構的表面 ，因此.、.、法有效地掌握微結構的品f，使得產 6 1271787 口口的良率無法提高，加上各種參數控制不易且設備昂責， 相對地増加製造者的成本與時間的負擔。 【發明内容】 因此’本發明人有鑑於上述製作微結構的缺失與問題， 斗寸經過不斷的研究與試驗，終於發展出一種能改進現有缺 失之本發明，不僅可改善一般製模方法複雜的缺失，且不 受限於單一鏡片的高度。 本發明之主要目的係在於提供一種在晶圓上蝕刻製作 出3D立體似六角形微結構的方法，其主要經由光罩設計 圖形與尺寸來對準晶圓的特定晶格，且經光罩尺寸的變化 而產生不同大小的3D立體似六角形微結構，另經由高分 子固化材料將其形狀翻製，因此可依照不同光罩尺寸的控 制而蝕刻出不同大小的3D立體似六角形微結構，本發明 的製程穩定，因此可精確製造不同大小3D立體似六角形 U結構，使微結構的品質及效率提高，並且使微結構的品 質能有效控管而提升產品的品質，加上可翻製成模具組而 提高產量，可達到提高微結構製造的使用性及功能性之目 的。 為達到上述目的，本發明係提供一種形成3D立體似 六角形微結構之製程，其包括： ()製作光罩·製造一由複數個平行四邊形所形成 的微陣列光罩；以及 (二）製作3 D立體似六角形微結構··首先以濕式氧 化爐管（Wet Oxidation)的方式在晶格排列為<11〇>的矽 7 1271787 日日圓上生長出氧化I ,並且於該<π〇>石夕日日日圓上做正光阻 々主佈 <吏D亥正光阻覆蓋於氧化層上，並藉由紫外光 (UV-Ught )微影技術對準 i 〇>矽晶圓的 I卜晶格方向 進行微影，使所製作的微陣列光罩透過曝光顯影的方式於 〈no〉的發晶圓上微影出作為㈣遮罩的平行四邊形微陣 歹曰^，並藉由等向性❹1液及非等向性㉝刻液於<! H) >的石夕 晶圓上蝕刻出3D立體似六角形微陣列結構。 而藉由上述技術手段不僅可改善一般製模方法複雜的 缺^亚錢刻出3D立體似六角形微陣列結構的〈心的 石夕晶0 ’藉由複合材料進行翻模’使複合材料上翻模出凸 扣立體似六角形微陣列結構；且經由電禱的方式而形 :3〇立體似六角形微陣列結構相合的凹3D立體似六詩 掀陣列結構的金屬模具，如此— y 裎古决甚旦上 木即了大里歿製微結構而 间生產里，加上本發明所需的生產設 有效降低製造所需的成本與時間，又本發明的製程=可 故可效的控制微結構品質，提高微結構的實用广’ 【實施方式】 本發明係一種形成3D立體似六角形 請參看第-圖至第五圖所示，其製程包括：之4程， 〇 ) 所形 (-）製作光罩（i 〇 ):本發明係將 製作成如第一圖所示，由複數個平行四邊 成的微陣列光罩（i 2 )’其中各平行四 夾角分別為109.5度及70.5度；以及 ）的 (二）製…體似六角形微結構：首先以濕式氧 1271787 不論是凸3D立體似六角 之3D立體似六角形微陣列結構 形或凹3D立體似六角形。 a π y几早尺T的變化，可以 德疋的控制3D立體似六角形料姓德从y， 鬥政結構的形狀與尺寸。 三、生產設備成本低’本發明不需複雜又昂貴的可程 式控制褒置或生產設備，且經由本發明電鑄成形的模且， 可達到大量生產進而使製造所需的成本降低。 【圖式簡單說明】

第一圖係本發明平行四邊形陣列之示意圖。 第二圖係本發明< 110 >矽晶圓及其主切邊 < 丨丨丨〉之 平面圖。 第二圖係本發明矽晶圓經過氧化爐管生長氧化層及塗 光阻之剖面圖。 土 第四圖係本發明紫外光微影中光罩與矽晶圓對準特定 晶格之示意圖。 第五圖係本發明姓刻出3D立體似六角形微結構陣列 示意圖。 第六圖係本發明翻模出凸3D立體似六角形微結構陣 列示意圖。 第七圖係本發明單一 3D立體似六角形微結構立體圖 【主要元件符號說明】 (1〇)光罩 (1 1 )平行四邊形 (1 2 )微陣列光罩 10 1271787 (2 Ο )矽晶圓 (21)氧化層 (2 2 )正光阻 (2 3 ) 3D立體似六角形微結構 (2 4 )基材 (2 5 )凸3D立體似六角形微結構

Claims (1)

1271787 l _ Λ.,...,_ ..... ; 十、申請專利範圍： 1、 一種形成3D立體似六角形微結構之製程，复 包括： 〃係 (-）製作光罩··製造一由複數個平行四邊形所形 的微陣列光罩；以及 (二）製作3D立體似六角形微結構：首先以濕 化爐管（Wet 0xidation)时式在晶格排列為<11〇>的石夕 晶圓上生長出氧化層’並且於該<11〇>石夕晶圓上做正光阻 的塗佈，使該正光阻覆蓋於氧化層i，並藉由紫外光（ UV-Light)微影技術對準<，，〇>石夕晶圓的 <，，’ > 晶格方向進 行微影’使所製作的微陣列光罩透過曝光顯影的方式於 <11〇>㈣晶圓上微影出作為_遮罩的平行四邊形微陣 列，並藉由等向性蝕刻液及非等向性蝕刻液於<11〇>的矽 晶圓上蝕刻出3D立體似六角形微陣列結構。 2、 如申請專利範圍第丄項所述之形成立體似六 角形微結構之製程，其中各平行 " 109.5度及7Q.5度。 切四邊$的夾角分別為 3、 如申請專利範圍第2項所述之形成立體似六 角形微結構之製程，其中等向性㈣液為B〇E(Buffered Oxide Etchant) 〇 4、 如申請專利範圍第3項所述之形成3d立體似六 角形微結構之製程，其中非莖—从左 、宁非寺向性蝕刻液為氫氧化斜（ KOH)。 5、 一種凸3D立體似六角形微陣列結構，其中以複 12 1271787 & 材（斗 K 甲基碎氧炫（Polydimethyl siloxane ’· PDMS )對依申請專利範圍第1至4項其中任-項製程所製成的 3D立體似六角形微結構的<11〇>的石夕 二甲基石夕氧烧㈣叫基材上翻模出凸3D立體似六= 微結構。 6、-種具日3D立體似六角職結構陣列的金屬模 具，其中以複合材料聚二甲基石夕氧院（p〇|ydimethy| s丨丨PDMS)對依申請專利範圍第工至4項其中任一 項製程所製成的3D立體似六角形微結構的<11〇>的發曰 圓進行翻模，使聚二甲基石夕氧貌（PDMS)基材上翻模曰曰 凸3D立體似六角形微結構，再於翻模出& 纟體似 形微結構的基材上，以料的方式形成與& W立體^ ::微結構相結合的…D立體似六角形 : 金屬模具。 ^的 十一、圖式： 如次頁 13