CN111367003A - 光学器件制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光学器件制作方法，该方法包括：提供玻璃晶圆，并在所述玻璃晶圆的正面和背面形成掩膜层；图形化所述玻璃晶圆正面的掩所述膜层，以使所述玻璃晶圆正面的所述掩膜层具有所述光学器件的图案；以所述玻璃晶圆正面的所述掩膜层为掩膜刻蚀所述玻璃晶圆，以在所述玻璃晶圆的正面形成所述光学器件的图案；去除所述玻璃晶圆的正面和背面的所述掩膜层；其中所述掩膜层为非金属层且具备静电夹持/解夹持性能。该光学器件制作方法可以解决刻蚀时玻璃晶圆的夹持/解夹持问题，且不会有金属污染问题。此外，成本相对较低。
Description
技术领域
本发明涉及光学器件技术领域，具体而言涉及一种光学器件制作方法。
背景技术
衍射光学器件是3D感测发射终端的一个关键器件。使用玻璃图形化技术来制作衍射光学器件成为一种新型技术。但是，通过200mm常规等离子工具刻蚀玻璃来制作衍射光学器件遭受夹持/解夹持挑战，这是因为衍射器件制备使用的玻璃SIO2纯度高达99.99％，这导致因感应电荷太少而造成静电吸附困难，因而在使用常规等离子工具刻蚀时存在夹持/解夹持问题。因为静电夹持的基本原理是静电卡盘通电后在晶圆上产生感应电荷，通过电荷之间互相吸引力来实现夹持，而SIO2为绝缘物质，其无法产生感应电荷或者感应电荷很少，因而吸附力很弱，无法实现在静电卡盘上的夹持。
为了解决夹持/解夹持问题，目前的主要采用以下两种方法：一、在玻璃的背面沉积金属层来优化玻璃的夹持/解夹持性能，然而这不仅容易导致金属污染问题，而且在在玻璃背面沉积金属层导致需要增加一步金属沉积工艺，使得成本增加。二、在玻璃背面粘贴静电卡盘薄膜(tape E-chuck film)，然而这种方法使得在湿法清洗前需要去除静电卡盘薄膜，增加了工艺的复杂性。
因此有必要提出一种光学器件制作方法，以解决上述问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种光学器件制作方法，其可以解决刻蚀时玻璃晶圆的夹持/解夹持问题，且不会有金属污染问题。此外，成本相对较低。
为了克服目前存在的问题，本发明一方面提供一种光学器件制作方法，包括：
提供玻璃晶圆，并在所述玻璃晶圆的正面和背面形成掩膜层；
图形化所述玻璃晶圆正面的掩膜层，以使所述玻璃晶圆正面的所述掩膜层具有所述光学器件的图案；
以所述玻璃晶圆正面的所述掩膜层为掩膜刻蚀所述玻璃晶圆，以在所述玻璃晶圆的正面形成所述光学器件的图案；
去除所述玻璃晶圆的正面和背面的所述掩膜层；
其中所述掩膜层为非金属层且具备静电夹持/解夹持性能。
在本发明的一个实施例中，所述掩膜层为多晶硅层。
在本发明的一个实施例中，所述掩膜层通过一步工艺步骤形成在所述玻璃晶圆的正面和背面上。
在本发明的一个实施例中，所述掩膜层通过炉管工艺形成在所述玻璃晶圆的正面和背面上。
在本发明的一个实施例中，所述图形化所述玻璃晶圆正面的掩膜层包括：
在所述玻璃晶圆的正面形成图形化的光刻胶层，所述图形化的光刻胶层具有所述光学器件的图案；
以所述图形化的光刻胶层为掩膜刻蚀所述玻璃晶圆正面的所述掩膜层。
在本发明的一个实施例中，以所述玻璃晶圆正面的掩膜层为掩膜刻蚀所述玻璃晶圆之后，该方法还包括：
对所述玻璃晶圆进行湿法清洗。
在本发明的一个实施例中，使用四甲基氢氧化铵去除所述玻璃晶圆的正面和背面形成掩膜层。
根据本发明的光学器件制作方法，由于在玻璃晶圆的正面和背面均形成具备静电夹持/解夹持性能的非金属层作为掩膜层，这样由于该掩膜层具有静电夹持/解夹持性能，因而可以解决刻蚀时玻璃晶圆的夹持/解夹持问题，且由于采用的非金属层因而不会有金属污染问题。
此外，由于可以在一步工艺步骤中即可在玻璃晶圆的正面和背面上均形成该沿膜层，因而整个制作方法的工序减少，成本相对较低。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
附图中：
图1A-图1F为示出目前的光学器件制作方法依次实施各步骤所获得光学器件的剖面示意图；
图2示出根据本发明一实施例的光学器件制作方法的步骤流程图；
图3A～图3F示出了根据本发明一实施例的光学器件制作方法依次实施各步骤所获得光学器件的剖面示意图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。
应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当明白，当元件或层被称为“在…上”、“与…相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在…上”、“与…直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在…下”、“在…下面”、“下面的”、“在…之下”、“在…之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在…下面”和“在…下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
图1A-图1F为示出目前的光学器件制作方法依次实施各步骤所获得光学器件的剖面示意图。为了更好地理解本发明，首先结合图1A至图1F对目前的光学器件制作方法进行描述。
目前的光学器件制作方法包括下述步骤：
首先如图1A所示，提供玻璃晶圆100，所述玻璃晶圆100具有相对的正面和背面。该玻璃晶圆100例如为SIO2纯度高达99.99％的玻璃晶圆。
接着，如图1B所示，在玻璃晶圆100的正面和背面形成金属层101。示例性地，金属层101为铝金属层，其通过铝PVD(物理气相沉积)工艺形成。由于PVD工艺是单面实施的，为了在玻璃晶圆100的正面和背面均形成金属层101，需要先在玻璃晶圆100的正面沉积金属铝层，然后再将玻璃晶圆100翻转，再在其背面沉积一层金属铝层，可见，在该步骤中，金属层101的沉积需要两步才可以完成。工艺步骤较多，成本较高。此外，虽然在玻璃晶圆100背面形成金属层101可以改善后续刻蚀时玻璃晶圆100的静电夹持/解夹持性能(chuck/dechuck performance)，但是玻璃晶圆100背面的金属层101可能导致金属污染。
接着，如图1C所示，在玻璃晶圆100的正面形成图形化的光刻胶层102。图形化的光刻胶层102具有光学器件的图案。图形化的光刻胶层102可以通过常规的光刻工艺形成，其包括例如光刻胶涂覆、曝光、显影、烘干等步骤。
接着，如图1D所示，以图形化的光刻胶层102为掩膜刻蚀玻璃晶圆100正面的金属层101，以使玻璃晶圆100正面的金属层101具有光学器件的图案。
示例性地，在本实施例中，在金属刻蚀机台上以图形化的光刻胶层102为掩膜刻蚀玻璃晶圆100正面的金属层101。金属刻蚀采用卤族元素气体或含卤族元素的刻蚀介质作为刻蚀气体。示例性地，例如采用氯气(Cl2)作为刻蚀气体。
当以图形化的光刻胶层102为掩膜刻蚀玻璃晶圆100正面的金属层101完成之后，去除图形化的光刻胶层102。例如通过合适的溶剂(例如各种光刻胶溶剂)或灰化(Ash)方法去除图形化的光刻胶层102。
此后，玻璃晶圆100正面具有光学器件图案的金属层标记为101A。
接着，如图1E所示，以玻璃晶圆100正面的金属层101A为掩膜刻蚀玻璃晶圆100，以使玻璃晶圆100的正面具有所述光学器件图案。
示例性地，在本实施例中，在电介质刻蚀机台上以玻璃晶圆100正面的金属层101A为掩膜刻蚀玻璃晶圆100，以使玻璃晶圆100的正面具有所述光学器件图案。玻璃晶圆100的刻蚀可以采用CF3、CF4等气体。
最后，如图1F所示，去除玻璃晶圆100正面和背面的金属层101。
示例性地，通过合适的清洗溶剂或刻蚀工艺去除玻璃晶圆100正面和背面的金属层101，以完成光学器件的制作。
在上述制作方法中，在玻璃晶圆100背面沉积金属层不仅容易导致金属污染，还增加了工艺步骤和成本，而如果不在玻璃晶圆100背面沉积金属层，则在图1D和图1E的刻蚀步骤中会遇到玻璃晶圆的静电夹持/解夹持问题。
本发明基于此提出一种光学器件制作方法，如图2所示，该方法包括：步骤201，提供玻璃晶圆，并在所述玻璃晶圆的正面和背面形成掩膜层；步骤202，图形化所述玻璃晶圆正面的掩所述膜层，以使所述玻璃晶圆正面的所述掩膜层具有所述光学器件的图案；步骤203，以所述玻璃晶圆正面的所述掩膜层为掩膜刻蚀所述玻璃晶圆，以在所述玻璃晶圆的正面形成所述光学器件的图案；步骤204，去除所述玻璃晶圆的正面和背面的所述掩膜层；其中所述掩膜层为非金属层且具备静电夹持/解夹持性能。
根据本发明的光学器件制作方法，由于在玻璃晶圆的正面和背面均形成具备静电夹持/解夹持性能的非金属层作为掩膜层，这样由于该掩膜层具有静电夹持/解夹持性能，因而可以解决刻蚀时玻璃晶圆的夹持/解夹持问题，且由于采用的非金属层因而不会有金属污染问题。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构及步骤，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
图3A～图3F示出了根据本发明一实施例的光学器件制作方法依次实施各步骤所获得半导体器件的剖面示意图。
下面结合图3A～图3F对根据本发明一实施例光学器件制作方法的实施过程进行示例性描述。
首先如图3A所示，提供玻璃晶圆300，所述玻璃晶圆300具有相对的正面和背面。该玻璃晶圆300例如为SIO2纯度高达99.99％的玻璃晶圆。在本文中，玻璃晶圆300的正面指的是玻璃晶圆300用于形成光学器件图案的一面，玻璃晶圆300的背面指的是与玻璃晶圆300的正面相背的另一面。
接着，如图3B所示，在玻璃晶圆300的正面和背面形成掩膜层301。
在本实施例中，掩膜层301为非金属层且具备静电夹持/解夹持性能，这样由于掩膜层301为非金属层则可以避免金属污染问题，并且由于掩膜层301具备静电夹持/解夹持性能，则在后续等离子刻蚀步骤中可以避免静电夹持/接夹持问题。
示例性地，在本实施例中，所述掩膜层301通过一步工艺步骤形成在所述玻璃晶圆300的正面和背面上。示例性地，在本实施例中，掩膜层301形成在玻璃晶圆300的整个表面上。
示例性地，在本实施例中，掩膜层301为多晶硅层。其可以通过炉管工艺形成在玻璃晶圆300的正面和背面上，或者形成在玻璃晶圆300的整个表面上。由于炉管工艺的原理是气体在炉管子里热分解沉积，只要气体所到之处都会沉积，因此在玻璃晶圆300的正反面都会沉积多晶硅，而且厚度一致。此外，多晶硅层具有一定导电性能，当将被多晶硅层覆盖的玻璃晶圆300放置在静电卡盘上时，可以在多晶硅层上形成感应电荷，从而实现静电夹持。换言之，多晶硅层具有良好的静电夹持/解夹持性能，当将玻璃晶圆300放入等离子刻蚀机台中时由于玻璃晶圆300的正面和背面均形成有掩膜层301，因而其不会出现因感应电荷太少而造成静电吸附困难的问题，也即不再存在静电夹持/解夹持问题。
掩膜层301采用多晶硅，与采用金属铝相比，可以减少一次铝PVD沉积步骤，从而降低成本，减少工艺循环次数。并且使用多晶硅还可以避免金属污染问题，改善器件制作的可行性。此外，使用多晶硅还易于与标准CMOS工艺集成。
应当理解，掩膜层301不限于多晶硅，其可以为符合非金属层且具备静电夹持/解夹持性能的各种材料。
接着，如图3C所示，在玻璃晶圆300的正面形成图形化的光刻胶层302。图形化的光刻胶层302具有光学器件的图案。图形化的光刻胶层302可以通过常规的光刻工艺形成，其包括例如光刻胶涂覆、曝光、显影、烘干等步骤。
接着，如图3D所示，以图形化的光刻胶层302为掩膜刻蚀玻璃晶圆100正面的掩膜层301，以使玻璃晶圆100正面的掩膜层301具有光学器件的图案。
示例性地，在本实施例中，在蚀机台上以图形化的光刻胶层302为掩膜刻蚀玻璃晶圆300正面的掩膜层301。示例性地，在本实施例中，掩膜层301为多晶硅层，因而在多晶硅刻蚀机台上图形化的光刻胶层302为掩膜刻蚀玻璃晶圆300正面的掩膜层301。多晶硅刻蚀采用卤族元素气体或含卤族元素的刻蚀介质作为刻蚀气体。示例性地，例如采用氯气(Cl2)、氯化氢(HCL)等气体作为刻蚀剂。
在本步骤中，由于在玻璃晶圆300的正面和背面形成有掩膜层301，该掩膜层301具有良好的静电夹持/解夹持性能，当将玻璃晶圆300放入刻蚀机台中时由于玻璃晶圆300的正面和背面均形成有掩膜层301，因而其不会出现因感应电荷太少而造成静电吸附困难的问题，也即不再存在静电夹持/解夹持问题。
当以图形化的光刻胶层302为掩膜刻蚀玻璃晶圆100正面的掩膜层301完成之后，去除图形化的光刻胶层302。例如通过合适的溶剂(例如各种光刻胶溶剂)或灰化(Ash)方法去除图形化的光刻胶层302。
此后，玻璃晶圆300正面具有光学器件图案的掩膜层标记为301A。
接着，如图3E所示，以玻璃晶圆100正面的掩膜层301A为掩膜刻蚀玻璃晶圆300，以使玻璃晶圆300的正面具有所述光学器件图案。
示例性地，在本实施例中，在电介质刻蚀机台上以玻璃晶圆300正面的掩膜层301A为掩膜刻蚀玻璃晶圆300，以使玻璃晶圆300的正面具有所述光学器件图案。玻璃晶圆300的刻蚀可以采用CF3、CF4等气体作为刻蚀剂。
在本步骤中，由于在玻璃晶圆300的正面和背面形成有掩膜层301，该掩膜层301具有良好的静电夹持/解夹持性能，当将玻璃晶圆300放入刻蚀机台中时由于玻璃晶圆300的正面和背面均形成有掩膜层301，因而其不会出现因感应电荷太少而造成静电吸附困难的问题，也即不再存在静电夹持/解夹持问题。
当以玻璃晶圆100正面的掩膜层301A为掩膜刻蚀玻璃晶圆300完成之后，还可以对玻璃晶圆300进行湿法清洗，以去除玻璃晶圆300上的刻蚀残余物或其它杂质。
最后，如图3F所示，去除玻璃晶圆300正面和背面的掩膜层301。
示例性地，在本实施例中掩膜层301为多晶硅层，因此可以通过四甲基氢氧化铵(TMAH)去除所述玻璃晶圆300表面多晶硅层。四甲基氢氧化铵对多晶硅和二氧化硅具有较高的选择性，因而可以降低多晶硅去除过程中对玻璃晶圆300的影响。
至此，完成了根据本发明一实施例的光学器件制作方法实施的工艺步骤，可以理解的是，本实施例光学器件制作方法不仅包括上述步骤，在上述步骤之前、之中或之后还可包括其他需要的步骤，其都包括在本实施例的制作方法的范围内。
根据本实施例的光学器件制作方法，由于在玻璃晶圆的正面和背面均形成具备静电夹持/解夹持性能的非金属层作为掩膜层，这样由于该掩膜层具有静电夹持/解夹持性能，因而可以解决刻蚀时玻璃晶圆的夹持/解夹持问题，且由于采用的非金属层因而不会有金属污染问题。
此外，由于可以在一步工艺步骤中即可在玻璃晶圆的正面和背面上均形成该沿膜层，因而整个制作方法的工序减少，成本相对较低。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
Claims (7)
1.一种光学器件制作方法，其特征在于，包括：
提供玻璃晶圆，并在所述玻璃晶圆的正面和背面形成掩膜层；
图形化所述玻璃晶圆正面的掩所述膜层，以使所述玻璃晶圆正面的所述掩膜层具有所述光学器件的图案；
以所述玻璃晶圆正面的所述掩膜层为掩膜刻蚀所述玻璃晶圆，以在所述玻璃晶圆的正面形成所述光学器件的图案；
去除所述玻璃晶圆的正面和背面的所述掩膜层；
其中所述掩膜层为非金属层且具备静电夹持/解夹持性能。
2.根据权利要求1所述的光学器件制作方法，其特征在于，所述掩膜层为多晶硅层。
3.根据权利要求1所述的光学器件制作方法，其特征在于，所述掩膜层通过一步工艺步骤形成在所述玻璃晶圆的正面和背面上。
4.根据权利要求2所述的光学器件制作方法，其特征在于，所述掩膜层通过炉管工艺形成在所述玻璃晶圆的正面和背面上。
5.根据权利要求1所述的光学器件制作方法，其特征在于，所述图形化所述玻璃晶圆正面的掩膜层包括：
在所述玻璃晶圆的正面形成图形化的光刻胶层，所述图形化的光刻胶层具有所述光学器件的图案；
以所述图形化的光刻胶层为掩膜刻蚀所述玻璃晶圆正面的所述掩膜层。
6.根据权利要求1所述的光学器件制作方法，其特征在于，以所述玻璃晶圆正面的掩膜层为掩膜刻蚀所述玻璃晶圆之后，该方法还包括：
对所述玻璃晶圆进行湿法清洗。
7.根据权利要求2所述的光学器件制作方法，其特征在于，使用四甲基氢氧化铵去除所述玻璃晶圆的正面和背面形成掩膜层。
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