CN108873119A - 一种晶圆级光学元件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种晶圆级光学元件，包括至少一个光学元件模块，所述光学元件模块包括基板和在基板上形成的若干个光学元件，各光学元件具有透光区和非透光区，非透光区包括第一阻光层和第二阻光层，第一阻光层位于基板和光学元件之间，第二阻光层位于不接触基板的光学元件表面，第二阻光层在基板的竖直投影与第一阻光层相接合或至少部分重叠。利用光刻技术设置尺寸精度高的第一阻光层，避免了现有技术中阻光层大面积覆盖基板，克服了阻光层与助黏剂大面积接触而导致的结合力差的缺点，提高了晶圆级光学元件的可靠性；同时，由于第二阻光层的制备方法对尺寸的精度要求低，使得整个光学元件对非透光区尺寸精度要求容差变大。

Description

一种晶圆级光学元件及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种晶圆级光学元件及其制备方法。

背景技术

晶圆级光学元件的生产过程中，为了防止光透射和反射发生在除光学元件透光区以外的区域而导致的增大图像干扰、成像图像中产生重影和耀斑等缺陷，降低成像品质的问题，通常在晶圆级光学元件的透光区之外的区域如基板上设置阻光层，以避免上述问题产生。

现有技术中，通常会在基板和阻光层之间形成一层助黏剂，以提高阻光层在基板表面的结合力。但助黏剂类型和用量的选择，对黏结效果影响极大，由于阻光层与助黏剂大面积接触，若助黏剂类型和/或用量选择不当，将导致阻光层与基板的结合力变差，可靠性降低，从而影响成像品质。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种晶圆级光学元件，包括至少一个光学元件模块，所述光学元件模块包括基板和在基板上形成的若干个光学元件，各光学元件具有透光区和非透光区，非透光区环绕透光区周围，非透光区包括第一阻光层和第二阻光层，第一阻光层位于基板和光学元件之间，第二阻光层位于不接触基板的光学元件表面，第二阻光层在基板的竖直投影与第一阻光层相接合或至少部分重叠。

其中，透光区配置为提供成像光线通过的区域，非透光区配置为防止在透光区之外的区域处的光透射，非透光区域呈圆环状，非透光区中的第一阻光层与其所处光学元件的透光区相邻。

优选地，所述基板为允许光透射的透明材料构成。

优选地，所述第一阻光层为具有阻光性能的光刻胶，通过光刻形成。

优选地，所述第二阻光层通过喷涂、涂墨、丝网印刷中的一种或几种形成。

优选地，在第二阻光层上形成有支撑结构，例如隔离件。

本发明还提供了一种晶圆级光学元件的制备方法，包括以下步骤：

一、提供清洁的基板，将第一阻光层分布在基板表面，任选地，第一阻光层与对应的基板之间使用助黏剂；

二、对步骤一中形成的第一阻光层使用光刻法以具有预定图案的掩模进行图案曝光并显影，以形成图案化的第一阻光层；

三、将构成光学元件的模制材料分布在步骤二中第一阻光层图案化的基板上，利用模具将光学元件模制材料在基板上压制成型，得到具有预期形状的光学元件；

四、在光学元件边缘形成第二阻光层，第二阻光层在基板的竖直投影与第一阻光层相接合或至少部分重叠。

上述制备方法步骤一中，是否使用助黏剂根据实际需要决定，助黏剂为水溶性材料。

上述制备方法中，还包括前烘分布在基板表面的第一阻光层；

上述制备方法中，还包括后烘经曝光的第一阻光层；

上述制备方法步骤三中，在模具上设置有对应所需光学元件数量的凹陷部分，当模具压至基板上的模制材料时，模制材料变形为对应凹陷部分的形状，移除模具后，得到具有预期形状的光学元件；

上述制备方法步骤四中，第二阻光层通过喷涂、涂墨、丝网印刷中的一种或几种形成。

上述制备方法中，还包括步骤五：在第二阻光层上形成支撑结构。

本发明的优点为：

在基板与光学元件之间利用光刻技术设置尺寸精度高的第一阻光层，避免了现有技术中阻光层大面积覆盖基板，克服了阻光层与助黏剂大面积接触而导致的结合力差的缺点，提高了晶圆级光学元件的可靠性；

在光学元件模块中提供第一阻光层和第二阻光层，两者配合可以防止光在除光学元件透光区之外的区域的透射，保证了成像的品质；同时，由于第二阻光层的制备方法对尺寸的精度要求低，使得整个光学元件对非透光区尺寸精度要求容差变大。

附图说明

图1A是一实施例所示的晶圆级光学元件局部结构示意性剖面图；

图1B是基于图1A所示实施例的改进实施例；

图2A是又一实施例所示的晶圆级光学元件局部结构示意性剖面图；

图2B是基于图2A所示实施例的改进实施例；

图3至图7是根据本发明实施例所示的制备晶圆级光学元件的步骤的示意性剖面图；

结合附图，对附图标记做以下说明：

100，100’—光学元件模块；102，102’—基板；104—未曝光显影的第一阻光层；104A，104A’—曝光显影后的第一阻光层；106—光刻掩模；108—光学元件模制材料；110—模具；112，112’—光学元件；114，114’—第二阻光层；116，116’—支撑结构。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

图1A是本发明提供的一种晶圆级光学元件局部结构示意性剖面图。参照图1A，一种晶圆级光学元件包括至少一个光学元件模块100，光学元件模块100包括基板102，基板102例如由玻璃制成；基板102上形成若干个光学元件112，各光学元件112具有透光区和非透光区，透光区配置为提供成像光线通过的区域，非透光区配置为防止在透光区之外的区域处的光透射，非透光区域呈圆环状，非透光区环绕透光区周围。非透光区包括第一阻光层104A和第二阻光层114，第一阻光层104A位于基板102和光学元件112之间，由具有阻光性能的光刻胶通过光刻显影形成。第一阻光层104A与其所处光学元件112的透光区相邻。第二阻光层114位于不接触基板的光学元件表面，第二阻光层114在基板102的竖直投影与第一阻光层104A相接合。

第二阻光层114可以通过例如喷涂、涂墨、丝网印刷中的一种或几种形成。

优选地，在第二阻光层114上形成有支撑结构116，例如隔离件。

优选地，光学元件112可以是透镜。

作为改进，可在基板102的另一面对称设置与该实施例相同的光学元件结构，如图1B所示。

实施例二

图2是本发明提供的又一种晶圆级光学元件局部结构示意性剖面图。参照图2，一种晶圆级光学元件包括至少一个光学元件模块100’，光学元件模块100’包括基板102’，基板102’例如由透明有机材料或透明聚合物材料制成；基板102’上形成若干个光学元件112’，各光学元件112’具有透光区和非透光区，透光区配置为提供成像光线通过的区域，非透光区配置为防止在透光区之外的区域处的光透射，非透光区域呈圆环状，非透光区环绕透光区周围。非透光区包括第一阻光层104A’和第二阻光层114’，第一阻光层104A’位于基板102’和光学元件112’之间，由具有阻光性能的光刻胶通过光刻显影形成。第一阻光层104A’与其所处光学元件112’的透光区相邻。第二阻光层114’位于不接触基板的光学元件表面，第二阻光层114’在基板102’的竖直投影与第一阻光层104A’部分重叠。

第二阻光层114’可以通过例如喷涂、涂墨、丝网印刷中的一种或几种形成。

优选地，在第二阻光层114’上形成有支撑结构116’。

优选地，光学元件112’可以是衍射光学元件。

同样，作为改进，可在基板102’的另一面对称设置与该实施例相同的光学元件结构，如图2B所示。

实施例三

图3至图7是根据本发明实施例所示的制备晶圆级光学元件的步骤的示意性剖面图：

参照图3，提供清洁的基板102，基板102可以选择玻璃、透明有机材料或透明聚合物材料等允许光透射的透明材料。将第一阻光层104分布在基板表面；

根据第一阻光层104与基板102的结合性能，确定是否使用助黏剂，若使用，则在第一阻光层104与对应的基板102之间使用助黏剂，助黏剂为水溶性材料，助黏剂层在图中未示出；

参照图4A，第一阻光层104是负性光刻胶；掩模106对准并施加在上述结构顶部，掩模106限定了圆环状的特征图案，该特征图案由光刻工艺曝光转移到第一阻光层104上，移除掩模106，剩余结构包括完全图案化且固化的第一阻光层104，固化的第一阻光层104具有形成在第一阻光层中与掩模图案对应的特征图案；

参照图4B，第一阻光层104是正性光刻胶；掩模106对准并施加在上述结构顶部，掩模106限定了圆环状的特征图案，该特征图案由光刻工艺曝光转移到第一阻光层104上，移除掩模106，剩余结构包括完全图案化且固化的第一阻光层104，固化的第一阻光层104具有形成在第一阻光层中与掩模图案对应的特征图案；

参照图5，当第一阻光层为负性光刻胶时，图4A中未通过曝光照射的第一阻光层104溶解在碱性水溶液中，仅留下光固化的第一阻光层104A；

当第一阻光层为正性光刻胶时，图4B中通过曝光照射的第一阻光层104经显影后被去除，留下未曝光区域104A；

图5A示出了曝光显影后基板102表面第一阻光层104A的俯视结构示意；

参照图6A至6C，将构成光学元件的模制材料108分布在第一阻光层104A图案化的基板102上，利用模具110将光学元件模制材料108在基板102上压制成型，得到具有预期形状的光学元件，本实施例中，模具110上设置有对应所需光学元件数量的凹陷部分，当模具110压至基板102上的模制材料108时，模制材料变形为对应凹陷部分的凸出形状，移除模具后，得到具有预期形状的光学元件112；

参照图7，在光学元件112边缘形成第二阻光层114，第二阻光层114在基板102的竖直投影与第一阻光层104A相接合，在其它实施例中，也可以使第二阻光层114在基板的竖直投影与第一阻光层104A部分重叠。第二阻光层114可以通过但不限于喷涂、涂墨、丝网印刷中的一种或几种形成。

上述制备方法中，根据需要，还可以包括前烘分布在基板102表面的第一阻光层104；

上述制备方法中，根据需要，还可以包括加热(后烘焙)经曝光显影的第一阻光层104A；

上述制备方法中，根据需要，还可以包括在第二阻光层114上形成支撑结构116。

光学元件112根据需要可以选择透镜、衍射光学元件等。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种晶圆级光学元件，包括至少一个光学元件模块，所述光学元件模块包括基板和在基板上形成的若干个光学元件，各光学元件具有透光区和非透光区，非透光区环绕透光区周围，非透光区包括第一阻光层和第二阻光层，第一阻光层位于基板和光学元件之间，第二阻光层位于不接触基板的光学元件表面，非透光区中的第一阻光层与其所处光学元件的透光区相邻，第二阻光层在基板的竖直投影与第一阻光层相接合或至少部分重叠。

2.根据权利要求1所述的一种晶圆级光学元件，其特征在于：基板为允许光透射的透明材料构成。

3.根据权利要求1所述的一种晶圆级光学元件，其特征在于：第一阻光层为具有阻光性能的光刻胶通过光刻工艺形成。

4.根据权利要求1所述的一种晶圆级光学元件，其特征在于：第二阻光层通过喷涂、涂墨、丝网印刷中的一种或几种形成。

5.根据权利要求1所述的一种晶圆级光学元件，其特征在于：在第二阻光层上形成有支撑结构。

6.一种晶圆级光学元件的制备方法，包括以下步骤：

一、提供清洁的基板，将第一阻光层分布在基板表面；

二、对步骤一中形成的第一阻光层使用光刻法以具有预定图案的掩模进行图案曝光并显影，以形成图案化的第一阻光层；

三、将构成光学元件的模制材料分布在步骤二中第一阻光层图案化的基板上，利用模具将光学元件模制材料在基板上压制成型，得到具有预期形状的光学元件；

四、在光学元件边缘形成第二阻光层，第二阻光层在基板的竖直投影与第一阻光层相接合或至少部分重叠。

7.根据权利要求6所述的一种晶圆级光学元件的制备方法，其特征在于：上述制备方法步骤一中，第一阻光层与对应的基板之间使用助黏剂，助黏剂为水溶性材料。

8.根据权利要求6所述的一种晶圆级光学元件的制备方法，其特征在于：步骤三中，在模具上设置有对应所需光学元件数量的凹陷部分，当模具压至基板上的模制材料时，模制材料变形为对应凹陷部分的形状，移除模具后，得到具有预期形状的光学元件。

9.根据权利要求6所述的一种晶圆级光学元件的制备方法，其特征在于：第二阻光层通过喷涂、涂墨、丝网印刷中的一种或几种形成。

10.根据权利要求6所述的一种晶圆级光学元件的制备方法，其特征在于：还包括步骤五：在第二阻光层上形成支撑结构。