CN101105545A

CN101105545A - 一种用于制作微滤光片阵列的新工艺

Info

Publication number: CN101105545A
Application number: CNA2006100988365A
Authority: CN
Inventors: 樊斌; 邵剑心
Original assignee: JINGYING OPTICS CO Ltd
Current assignee: JINGYING OPTICS CO Ltd
Priority date: 2006-07-13
Filing date: 2006-07-13
Publication date: 2008-01-16

Abstract

本发明公开了一种用于制作微滤光片阵列的新工艺，包括以下步骤：清洗基底；以等离子体增强化学气相沉积方式交替沉积Si₃N₄和SiO₂多层膜；光刻；以及以光刻胶为掩模，刻蚀Si₃N₄和SiO₂多层膜并去胶，其中，可以重复上述沉积以及光刻和刻蚀步骤，以获得所需的不同种类和图形的微滤光片及阵列。

Description

一种用于制作微滤光片阵列的新工艺

技术领域

本发明一般地涉及一种用于制作微滤光片(micro-filter)阵列的新工艺，具体而言，涉及一种使用PECVD进行的制作微滤光片阵列的新工艺。

背景技术

光学薄膜是现代光学工程的一个极其重要的组成部分。可以说，任何一个光学系统都离不开光学薄膜的存在。而且随着现代光学技术的发展，也对光学薄膜技术提出了新的挑战。例如，随着现代光学系统的小型化、微型化、集成化，对光学薄膜也提出了微型化、集成化和图型化的要求。如：美国专利6,987,579提到的投影系统中用到了一种SCR的彩色滤光片色轮，该色轮要求各滤光片的边缘轮廓均能符合阿基米德螺线；又如：中国专利ZL02 217356.0提出了一种彩色的LCOS(硅上液晶)投影显示芯片，要求制作集成化的彩色微滤光片阵列。这一切迫使传统的光学薄膜制造工艺与传统的半导体工艺相结合，来制作这种新型的光学薄膜器件。具体采用如图1所示的工艺流程来制作：在步骤100中，对基底进行清洗，在步骤110中，在清洗后的基底上用传统的半导体工艺进行光刻操作，以在基底上形成所需的光刻胶图案，在步骤120中，利用传统光学镀膜设备进行真空镀膜操作，通常镀制的材料为TiO₂/SiO₂多层膜，在步骤130中，进行抬离，去除残留的光刻胶，这样就形成了所需的微滤光片，步骤100-130可以重复进行以形成不同种类和图形的微滤光片。

上述工艺业已取得了巨大的成功，但是随着技术要求的进一步提高，特别是上述微滤光片阵列的集成度和质量要求的进一步提高，上述工艺已经暴露出其严重的缺陷。主要有：1)传统的光学镀膜技术(电子束蒸发)与现代的半导体工艺，尤其是超大规模集成电路的半导体工艺的不匹配，两者在洁净度等方面的技术要求相差很大，互不兼容，无法构筑一条完整的生产线；2)传统的抬离工艺，由于光刻胶有一定的高度，会在其边缘形成阴影，在采用传统的电子束蒸发工艺时，会对镀制膜层的边缘产生阴影效应。另外，抬离工艺本身也会造成微滤光片边缘的不齐整。这一切均限制了其集成度的进一步提高。

因此，需要一种克服了上述问题的制作微滤光片阵列的新工艺。

发明内容

本发明公开了一种用于制作微滤光片阵列的新工艺，它完全采用的是超大规模集成电路的半导体工艺，包括以下步骤：清洗基底；以等离子体增强化学气相沉积方式交替沉积Si₃N₄和SiO₂多层膜；光刻；以及以光刻胶为掩模，刻蚀Si₃N₄和SiO₂多层膜并去胶，其中，可以重复上述沉积以及光刻和刻蚀步骤，以获得所需的不同种类和图形的微滤光片阵列。

与现有技术相比，本发明实现了工艺的匹配，并且提高了工艺的精度，另外，边缘效应更好。

附图说明

图1图示了现有技术的制作微滤光片阵列的工艺；

图2图示了根据本发明的一种用于制作微滤光片阵列的新工艺；

图3图示了根据本发明的另一种用于制作微滤光片阵列的新工艺；

图4图示了根据本发明的另一种用于制作微滤光片阵列的新工艺；以及

图5图示了一种可用于彩色LCoS的微滤光片阵列的一个实例。

具体实施方式

下面参考附图说明本发明的具体实施例。

图5图示了一种可用于彩色LCoS的微滤光片阵列的一个实例。该微滤光片阵列1000由许多个基本单元1100均匀排列组成，每个基本单元1100则由三种不同的滤光片组成，分别是蓝滤光片1111、绿滤光片1112和红滤光片1113，各滤光片之间留有一定的间隙1114。以下各实施例的工艺都将以制作图5所示的实例来进行阐述。当然，这些工艺也可以用于制作其它类型的微滤光片阵列。

图2图示了根据本发明的一种用于制作微滤光片阵列的新工艺。如图2所示，在步骤200中，进行基底清洗，步骤200的基底清洗与步骤100的基本相同。在一个实施例中，基底材料可选用Corning公司的1737F玻璃，或Schott公司的BoroFloat 33玻璃。清洗可依次在浓硫酸+双氧水、中性洗涤剂、无水乙醇+乙醚等溶液中进行，并可辅以超声波振荡，以便增强洗涤效果。最后用纯水漂洗，并脱水烘干。注意，以上列举的清洗方法仅是示例性的，也可以其他方法进行清洗。

在步骤210中，利用PECVD(等离子体增强化学气相沉积)交替沉积不同厚度的高折射率和低折射率薄膜层。具体而言，利用PECVD交替沉积不同厚度的Si₃N₄和SiO₂材料，通过控制PECVD的工艺条件和进行时间，可以精确控制所需的层厚度，镀制第一种类的滤光片(如蓝滤光片1111)，具体各层厚度可以如表一所列。注意，这里的数据仅是示例，也可以采用其它厚度和交替层数。例如，沉积Si₃N₄的示例性工艺条件如下：基底温度：250℃～350℃；反应气体：SiH₄+NH₃+N₂；射频(RF)功率：300W～600W；沉积速率：20～40nm/min。沉积SiO₂的示例性工艺条件如下：基底温度：250℃～350℃；工作气体：SiH₄+N₂O；射频功率：200W～300W；沉积速率：20～40nm/min。注意，Si₃N₄和SiO₂多层膜的沉积可以在同一反应室中进行，也可以在不同反应室中进行。另外，以上列举的反应条件仅是示例性的，也可以用其他条件进行反应。

表一

层数	材料	蓝滤光片厚度(nm)
层数	材料	蓝滤光片厚度(nm)	123456	Si₃N₄SiO₂Si₃N₄SiO₂Si₃N₄SiO₂	81.64106.6363.84100.0467.7796.55

8910111213141516171819202122232425262728293031323334

Si₃N₄SiO₂Si₃N₄SiO₂Si₃N₄SiO₂Si₃N₄SiO₂Si₃N₄SiO₂Si₃N₄SiO₂Si₃N₄SiO₂Si₃N₄SiO₂Si₃N₄SiO₂Si₃N₄SiO₂Si₃N₄SiO₂Si₃N₄SiO₂Si₃N₄SiO₂Si₃N₄SiO₂

67.3692.7867.2995.367.0194.4267.3695.3968.1897.6272.12107.6997.72135.5875.36103.8274.26105.4679.85132.188.61113.679.09102.6684.61122.886.1360.04

在步骤220中，进行光刻操作。具体而言，通过旋转、印刷等方式涂覆光刻胶，并通过曝光、显影、定影等操作，在光刻胶上形成所需的图案。根据需要，可以选用不同种类的光刻胶(正型光刻胶、负型光刻胶)，并且可选地可以增加前烘、后烘、固化等步骤，以增加光刻胶的硬度，以有利于后续的刻蚀步骤。

在步骤230中，进行刻蚀操作，以刻蚀掉暴露部分的Si₃N₄和SiO₂多层膜。刻蚀可以采用干法刻蚀，如感应耦合等离子体刻蚀(ICP)和反应离子刻蚀(RIE)，反应气体可以选择对Si₃N₄和SiO₂材料都有刻蚀作用的CCl₂F₂等。

在步骤240中，执行去胶操作，以去除剩余的光刻胶。去胶操作可以是在基于有机溶剂的光刻胶剥离剂中浸泡，并可辅助以超声波。

重复步骤200-240，分别再制作另两种微滤光片(绿滤光片1112和红滤光片1113)，各层厚度数据如表二示例。然后在步骤250中，检查所有种类的微滤光片是否都已完成，如果已完成，则工艺在步骤260中结束，如果未完成，则返回到步骤210，重复进行其他微滤光片的制作。

表二

层数	材料	绿滤光片厚度(nm)	红滤光片厚度(nm)
层数	材料	绿滤光片厚度(nm)	红滤光片厚度(nm)	1234567891011121314151617181920	Si₃N₄SiO₂Si₃N₄SiO₂Si₃N₄SiO₂Si₃N₄SiO₂Si₃N₄SiO₂Si₃N₄SiO₂Si₃N₄SiO₂Si₃N₄SiO₂Si₃N₄SiO₂Si₃N₄SiO₂	38.889.2656.7368.3838.2775.0456.7980.1160.883.2963.8584.1936.0759.3846.9988.8166.9695.7777.87114.91	68.79110.5335.981.3573.993.8365.6691.4164.2690.3363.5689.0762.2887.159.9181.849.3856.8441.1479.02

21222324252627282930

Si₃N₄SiO₂Si₃N₄SiO₂Si₃N₄SiO₂Si₃N₄SiO₂Si₃N₄SiO₂

89.54118.6974.4101.2174.34105.992.49122.7765.5159.53

59.9881.854.171.6548.5474.1750.2762.4134.81

注意，上述表一和表二中的材料以及厚度仅是示例性的，取决于设计需求以及其他因素，可以采用不同的配置方案，由于材料的配置与本发明的主题的关系不大，因此这里省略其详细描述。从表中可以看出，无论哪种滤光片，其组成都是厚度不同的交替的Si₃N₄和SiO₂层。

与传统工艺相比，图2的工艺不采用电子束蒸发镀膜和抬离技术，而是使用PECVD沉积并刻蚀的方法来制作微滤光片。所有工艺均是标准的半导体工艺，可以在同一家半导体工厂中完成。而且，膜层质量及图形边缘的质量均会有较明显的改善。

图3图示了根据本发明的另一种用于制作微滤光片的新工艺。与图2相比，图3的工艺增加了表面平整化和镀制透明导电层的步骤，以在形成好的微滤光片阵列上加上透明导电层。如图3所示，步骤300-350与图2中的步骤200-250基本相同，这里省略其详细描述。在步骤360中，对整个表面进行平整化处理。具体方法例如可以是先在其上用PECVD的方式镀上一层较厚的SiO₂层(约3μm厚)，然后采用化学机械研磨(CMP)的方法将其磨平。然后在步骤370中，利用溅射镀上一层厚度约30nm～300nm(优选为100nm)的掺锡氧化铟(ITO)透明导电层。最后在步骤380结束。注意，步骤360和370的操作不是必需的，在某些情况下也可以不执行步骤360和370。

图4图示了根据本发明的另一种用于制作微滤光片的新工艺。与图2相比，图4的工艺增加了镀制阻光栅网和金属掩模层等步骤。具体而言，在步骤400中，执行基底清洗。然后在步骤405中，镀制阻光栅网(图5中的1114)。该步骤主要用于防止各微滤光片之间的漏光。首先在玻璃基底上镀一层非透光材料，如金属镍、铬、铝等等，厚度约50nm～1000nm(优选为100nm～200nm)，然后用光刻及湿法刻蚀或干法刻蚀的方法刻出相应图案(如图5中的1114)。步骤405可根据需要选择是否进行。接着在步骤410中进行PECVD沉积。PECVD沉积的工艺条件根据需要可以不同，如上所述。

然后在步骤415中镀制金属掩模层。金属掩模层的添加是为了防止以下工艺步骤中的过刻蚀(over etching)现象，具体而言，由于在后续的刻蚀Si₃N₄和SiO₂多层膜时，作为掩模的光刻胶可能无法挡住等离子体的刻蚀而被刻穿，从而导致在不希望刻蚀的位置产生刻蚀。采用金属掩模层作为刻蚀掩模可以有效防止这一现象的发生。采用金属掩模层还有助于避免由于光刻胶在各工艺步骤的高温环境下引起的改性而造成的不利影响。另外，采用金属掩模层还有助于改善基片在各工艺步骤下的温度均匀性。金属掩模层可用MOCVD或溅射方式镀制，一般选用铜等材料，厚度约为0.5μm～5μm(优选为1μm～2μm)。注意，由于金属掩模层在后续的步骤中需要去除，因此该层金属应与上述步骤405的金属材料不同。注意，金属掩模层的镀制(即步骤415)是可选的。

然后在步骤420中执行光刻，该步与前述步骤220的操作基本相同。然后在步骤425中，与步骤415相对应的，执行金属掩模层的刻蚀，刻蚀可以采用干法刻蚀或湿法刻蚀进行。在一个实施例中，金属掩模层的材料是铜，则可用在硝酸溶液中浸泡的方法去除该层。通过该步骤，刻蚀掉未被光刻胶保护的区域中的金属掩模层。同样，与步骤415相对应的，步骤425也是可选的。

然后在步骤430中刻蚀Si₃N₄和SiO₂多层膜。步骤430与步骤230类似，由于采用了光刻胶和金属掩模层作为掩模，因此可以适当延长刻蚀时间，以便使Si₃N₄和SiO₂层刻蚀干净。

接着在步骤440中执行去胶操作。步骤440与240类似。然后在步骤450中检查所有种类的微滤光片是否都已完成，如果未完成，则可以返回到步骤410，重复镀制其他种类的微滤光片，直至完成所有滤光片的镀制。然后在步骤460中去除金属掩模层，可以采用湿法工艺去除所有残留的金属掩模层，如果该金属掩模层的材料是铜的话，则可采用在硝酸中浸泡的方法去除该镀铜层，所有残留在其上的光刻胶也就随之去除。在步骤470中工艺结束。

注意，在制作最后一种微滤光片时，也可以采用抬离工艺。即在沉积完该微滤光片之后，不是采用刻蚀工艺将不需要的部分刻去，而是采用直接去除金属掩模层的方式来随之去除其上的多层膜。

另外，在步骤460之后，可以可选地增加表面平整化和镀制透明导电层的步骤。这两个步骤与以上结合图3所述的相同，这里省略其详细描述。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施例。但是，本领域技术人员应当理解，上述内容只是示例性的，本发明的范围仅由权利要求限定。

Claims

1.一种用于制作微滤光片阵列的新工艺，包括以下步骤：

清洗基底；

以等离子体增强化学气相沉积方式交替沉积高折射率和低折射率多层膜；

光刻；以及

以光刻胶为掩模，刻蚀所述多层膜并去胶，

其中，可以重复上述沉积以及光刻和刻蚀步骤，以获得所需的不同种类和图形的微滤光片及其阵列。

2.如权利要求1所述的工艺，其中高折射率材料是Si₃N₄材料。

3.如权利要求1所述的工艺，其中低折射率材料是SiO₂材料。

4.如权利要求1所述的工艺，其中在基底清洗和所述多层膜沉积步骤之间还包括：

镀制阻光栅网，以防止各微滤光片之间的漏光。

5.如权利要求4所述的工艺，其中阻光栅网是厚度为50～1000nm的非透光材料。

6.如权利要求5所述的工艺，其中所述非透光材料是镍、铬、铝等。

7.如权利要求1至4中任何一个所述的工艺，其中所述工艺还包括以下步骤：

在沉积所述多层膜与光刻步骤之间进行的镀制金属掩模层的步骤；

在光刻与刻蚀所述多层膜步骤之间进行的刻蚀金属掩模层的步骤；以及

在所有微滤光片都已完成后进行的去除金属掩模层的步骤，

8.如权利要求7所述的工艺，其中金属掩模层的镀制是利用金属氧化物化学气相沉积或溅射方法实现的。

9.如权利要求7所述的工艺，其中金属掩模层的材料是铜，其厚度为0.5μm～5μm。

10.如权利要求7所述的工艺，其中金属掩模层的刻蚀和去除是通过在化学溶液中浸泡实现的。

11.如权利要求10所述的工艺，其中化学溶液是硝酸。

12.如权利要求1所述的工艺，其中刻蚀所述多层膜的步骤是利用干法等离子体刻蚀的。

13.如权利要求1至4中任何一个所述的工艺，其中所述工艺还包括：

在所有微滤光片阵列都已完成之后，对整个表面进行表面平整化。

14.如权利要求13所述的工艺，其中表面平整化的步骤是通过用等离子体化学气相沉积的方式镀上一层较厚的膜，然后采用化学机械研磨的方法将其磨平来实现的。

15.如权利要求14所述的工艺，其中所述较厚的膜是SiO₂层。

16.如权利要求13所述的工艺，其中所述工艺还包括：

在表面平整化完成后，再在其上镀制透明导电层。

17.如权利要求16所述的工艺，其中透明导电层是厚度为30～300nm的掺锡氧化铟材料。

18.如权利要求16所述的工艺，其中透明导电层的镀制是利用溅射的方法实现的。