CN117572547A - 槽中微透镜结构的制备方法及槽中微透镜结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种槽中微透镜结构的制备方法及槽中微透镜结构，通过采用极性不同的两种光刻胶层分别制备微透镜结构和槽结构，最终将微透镜结构和槽结构一步转移至衬底上，能够快速简单的进行槽中微透镜结构的制备，形成对微透镜结构自带保护结构的槽中微透镜结构，且所制备的微透镜结构的球面与标准球面相比，偏差小。
Description
技术领域
本发明是关于透镜技术领域，特别是关于一种槽中微透镜结构的制备方法及槽中微透镜结构。
背景技术
微透镜是一种常用匀光元件，其最大的特点是小型化，高集成度和匀化效果好。相较于传统透镜，微透镜波长灵敏度降低，实现了大数值孔径的可能性、高聚焦效率等，因此，微透镜常用于光互联、光束整形、三维成像和探测等领域中。微透镜可对多个波长的光进行匀化，无需每个波长配一个专门的匀化镜。微透镜不仅可以单独使用也可以和聚焦镜配合使用，配合聚焦镜能够获得更好的匀化效果。然而，由于微透镜高于四周平面区域，故在封装过程中极易造成透镜的损坏，引起失效问题。其次，微透镜往往需要配合额外的V槽等保护结构共同使用，增加额外成本。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种槽中微透镜结构的制备方法及槽中微透镜结构，能够快速简单的进行槽中微透镜结构的制备，形成对微透镜结构自带保护结构的槽中微透镜结构，且所制备的微透镜结构的球面与标准球面相比，偏差小。
为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种槽中微透镜结构的制备方法，包括：提供衬底，所述衬底具有第一表面；在所述衬底的第一表面上形成第一光刻胶层；对所述第一光刻胶层进行曝光显影处理，使所述第一光刻胶层形成一个或多个柱状的胶柱结构；对所述衬底进行加热，使每个所述胶柱结构热回流形成微透镜面形；在所述衬底的第一表面上形成与所述第一光刻胶层不相容的第二光刻胶层，所述第二光刻胶层覆盖所述微透镜面形设置；对所述第二光刻胶层进行曝光显影处理，以在所述第二光刻胶层上形成暴露所述微透镜面形的一个或多个槽结构；通过离子束刻蚀技术，将所述微透镜面形以及所述槽结构转移至所述衬底上，形成槽中微透镜结构。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述第二光刻胶层的厚度大于或等于所述微透镜面形的厚度。
在本发明的一个或多个实施方式中，对所述第二光刻胶层进行曝光显影处理，以在所述第二光刻胶层上形成贯穿所述第二光刻胶层的一个或多个槽孔，每个所述微透镜面形位于一个所述槽孔内。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述槽结构的尺寸大于所述微透镜面形的最大尺寸，以使所述微透镜面形与所述槽结构的侧壁不接触设置。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述衬底的厚度大于所述第二光刻胶层的厚度。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述衬底的材料包括硅、锗、玻璃、石英、蓝宝石和磷化铟中至少一种。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述第一光刻胶层为正性光刻胶层，所述第二光刻胶层为负性光刻胶层；或者，所述第一光刻胶层为负性光刻胶层，所述第二光刻胶层为正性光刻胶层。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述离子束刻蚀技术选用感应耦合等离子刻蚀，蚀刻气体包括SF6和O2。
本发明的实施例提供了一种槽中微透镜结构，包括衬底，所述衬底的第一表面上形成有一个或多个槽结构，所述槽结构内形成有微透镜结构，其中，在所述衬底的第一表面上制备槽结构和微透镜结构的方法为上述的制备方法。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述槽结构的深度大于或等于所述微透镜结构的厚度。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述衬底与所述微透镜结构为一体成型结构。
与现有技术相比，根据本发明实施方式的槽中微透镜结构的制备方法，采用极性不同的两种光刻胶层分别制备微透镜结构和槽结构，最终将微透镜结构和槽结构一步转移至衬底上，能够快速简单的进行槽中微透镜结构的制备，形成对微透镜结构自带保护结构的槽中微透镜结构，且所制备的微透镜结构的球面与标准球面相比，偏差小。
根据本发明实施方式的槽中微透镜结构的制备方法，可以被广泛应用于光学、半导体器件、集成电路等的加工制作流程中，工艺步骤简单，成本低廉。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的槽中微透镜结构的示意图；
图2是根据本发明一实施方式的槽中微透镜结构的制备方法的工艺流程图；
图3a-图3e是根据本发明一实施方式的槽中微透镜结构的制备方法的工艺步骤示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如背景技术所言，微透镜相较于传统透镜，具有波长灵敏度低的优点，能够实现大数值孔径的可能性、高聚焦效率等，因此，微透镜常用于光互联、光束整形、三维成像和探测等领域中。然而，由于微透镜高于四周平面区域，故在封装过程中极易造成透镜的损坏，引起失效问题。其次，微透镜往往需要配合额外的V槽等保护结构共同使用，增加额外成本。
为了解决上述技术问题，本申请提供了一种槽中微透镜结构的制备方法及槽中微透镜结构，通过采用极性不同的两种光刻胶层分别制备微透镜结构和槽结构，最终将微透镜结构和槽结构一步转移至衬底上，能够快速简单的进行槽中微透镜结构的制备，形成对微透镜结构自带保护结构的槽中微透镜结构，且所制备的微透镜结构的球面与标准球面相比，偏差小。
以下结合附图，对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
如图1所示，根据本发明一实施方式的槽中微透镜结构，包括衬底10，衬底10具有第一表面10a。衬底10的第一表面10a上凹设形成有一个或多个槽结构11。衬底10上在每个槽结构11内都形成有微透镜结构12。其中，衬底10与微透镜结构12为一体成型结构。
在本实施例中，衬底10的材料包括硅、锗、玻璃、石英、蓝宝石和磷化铟中至少一种，优选为硅。槽结构11的深度大于或等于微透镜结构12的厚度。槽结构11的尺寸大于微透镜结构12的最大尺寸，以使微透镜结构12与槽结构11的侧壁之间不接触设置。可以理解的是，所谓的槽结构11的尺寸应当被理解为槽结构12在平行于第一表面10a方向上的各个截面的长和宽，所谓的微透镜结构12的尺寸应当被理解为微透镜结构12在平行于第一表面10a方向上的各个截面的直径，同一平面上的两个截面，微透镜结构12的直径要均小于其对应的槽结构11的长和宽。
如图2所示，根据本发明一实施方式的槽中微透镜结构的制备方法，包括：s1，提供衬底，衬底具有第一表面；s2，在衬底的第一表面上形成第一光刻胶层；s3，对第一光刻胶层进行曝光显影处理，使第一光刻胶层形成一个或多个柱状的胶柱结构；s4，对衬底进行加热，使每个胶柱结构热回流形成微透镜面形；s5，在衬底的第一表面上形成与第一光刻胶层不相容的第二光刻胶层，第二光刻胶层覆盖微透镜面形设置；s6，对第二光刻胶层进行曝光显影处理，以在第二光刻胶层上形成暴露微透镜面形的一个或多个槽结构；s7，通过离子束刻蚀技术，将微透镜面形以及槽结构转移至衬底上，形成槽中微透镜结构。
其中，步骤s6具体包括，对第二光刻胶层进行曝光显影处理，以在第二光刻胶层上形成贯穿第二光刻胶层的一个或多个槽孔，每个微透镜面形位于一个槽孔内。
以下结合附图3a-附图3e对本申请的槽中微透镜结构的制备方法作详细展开阐述，以便于进一步理解本申请的技术方案。
参考图3a所示，提供衬底10，在衬底10的第一表面10a上涂覆光刻胶，以在衬底10的第一表面10a上定型为厚度均匀的第一光刻胶层20。其中，衬底10可选用硅、锗、玻璃、石英、蓝宝石和磷化铟等可应用于微透镜的材料制成，所选材料在同样环境下能实现与光刻胶1:1刻蚀速率。优选的，衬底10的材料选用硅。衬底10厚度可为50μm～1000μm，例如可选但不限于500μm。
可以理解的是，涂胶前，应当先去除衬底10表面的自然氧化层或杂质层，并用缓冲氧化物刻蚀液(BOE)将衬底10表面的自然氧化层去除干净。可采用匀胶机/旋涂仪等设备将光刻胶均匀涂覆在衬底10的第一表面10a上，所形成的第一光刻胶层20的厚度可通过改变匀胶机/旋涂仪的转速、时间以及旋涂次数进行控制，并且使得形成的第一光刻胶层20的厚度小于衬底10的厚度，从而保证后续离子束刻蚀技术能完全将光刻胶的结构转移到衬底10上，形成微透镜结构。优选的，第一光刻胶层20的厚度依据设计的微透镜结构的高度计算确定，一般厚度范围在15μm～30μm之间调整。示例性的，使用匀胶台，晶圆放置于吸盘上面，开启抽真空按钮，将光刻胶滴在晶圆中心区域，约15ml，然后以3500转/min的转速匀速旋转35s。取下晶圆，在100℃热板上加热90s。
参考图3b所示，对第一光刻胶层20进行曝光、显影处理，使第一光刻胶层20形成一个或多个柱状的胶柱结构21。优选的，胶柱结构21为圆柱状。图3b示出了在衬底10上形成一个胶柱结构21的结构示意图。当在衬底10上形成多个胶柱结构21时，多个胶柱结构21可呈阵列排布。具体的，第一光刻胶层20可以为正性光刻胶层，通过对第一光刻胶层20进行紫外光照射下(曝光)，被紫外光照射过的光刻胶里面感光剂分解，未被紫外光照射区域光刻胶未改变。再经过显影液浸泡，去除变性的光刻胶，使得光刻胶图形化，形成胶柱结构21。当然，第一光刻胶层20也可以为负性光刻胶层。
示例性的，通常使用3038显影液，将光刻过的晶圆放入3038显影液中，均匀摇晃，时间20s，曝光区域光刻胶溶解，而未曝光区域光刻胶未改变，最终剩余为圆柱状的胶柱结构21。
参考图3c所示，对衬底10进行加热，使每个胶柱结构21回流形成微透镜面形22。
其中，作为加热的可选实施方式，对衬底10进行加热，使其达到符合胶柱结构21热回流的温度，使胶柱结构21上通过热回流形成微透镜面形22。或者，衬底10置于可加热底板(未图示)上，通过可加热底板对衬底10及其上的胶柱结构21加热，使胶柱结构21上通过热回流形成微透镜面形。又或者，将衬底10及其上的胶柱结构21置于烘箱中，以设定温度进行烘烤，使胶柱结构21上通过热回流形成微透镜面形。优选的，可以将制备好的胶柱结构21以胶柱面朝下放置于真空烘箱内部，以三脚支架进行支撑，进行热回流形成微透镜面形22，此方式引入了重力机制，光刻胶热熔后可以更容易成球型，所制备的微透镜结构的球面与标准球面相比，偏差小于50nm，更接近标准球面。
示例性的，对衬底10的预先加热温度为40～60℃，之后升温至120～140℃并保持12～20min，最终形成微透镜面形22。
参考图3d所示，在衬底10的第一表面10a上形成与第一光刻胶层20不相容的第二光刻胶层30，第二光刻胶层30覆盖微透镜面形22设置。
其中，第二光刻胶层30的涂覆厚度应等于或者大于微透镜面形22的厚度且小于衬底10的厚度。优选的，第二光刻胶层30的涂覆厚度大于微透镜面形22的厚度，以在后续形成可以完全保护微透镜面形22的槽孔。同样可采用匀胶机/旋涂仪等设备将光刻胶均匀涂覆在衬底10的第一表面10a上，所形成的第二光刻胶层30的厚度可通过改变匀胶机/旋涂仪的转速、时间以及旋涂次数进行控制，并且使得形成的第二光刻胶层30的厚度小于衬底10的厚度，从而保证后续离子束刻蚀技术能完全将光刻胶的结构转移到衬底10上，形成槽结构。
参考图3e所示，对第二光刻胶层30进行曝光显影处理，以在第二光刻胶层30上形成暴露微透镜面形22的一个或多个槽结构。其中，第二光刻胶层30上的槽结构贯穿第二光刻胶层30设置形成槽孔31，每个微透镜面形22位于一个槽孔31内，并被槽孔31暴露。槽结构的尺寸大于微透镜面形22的最大尺寸，以使微透镜面形22与槽结构的侧壁不接触设置。可以理解的是，所谓的槽结构的尺寸应当被理解为槽结构在平行于第一表面10a方向上的各个截面的长和宽，所谓的微透镜面形22的尺寸应当被理解为微透镜面形22在平行于第一表面10a方向上的各个截面的直径，同一平面上的两个截面，微透镜面形22的直径要均小于其对应的槽结构的长和宽。
图3e示出了在第二光刻胶层30上形成一个槽孔31的结构示意图。当在第二光刻胶层30上形成多个槽孔31时，多个槽孔31可呈阵列排布，且与微透镜面形22一一对应。具体的，第二光刻胶层30可以为负性光刻胶层，通过对第二光刻胶层30进行紫外光照射下(曝光)，未被紫外光照射过的光刻胶经过显影液浸泡被去除，使得光刻胶图形化，形成槽孔31。当然，第二光刻胶层30也可以为负性光刻胶层，其与第一光刻胶层20的极性不同即可。
参考图1所示，通过离子束刻蚀技术，将微透镜面形22和槽结构复刻转移至衬底10上，形成槽中微透镜结构。
其中，以微透镜面形22和槽结构作为掩模，采用蚀刻工艺使微透镜面形22和槽结构和底部的衬底10实现1：1的刻蚀速率，当微透镜面形22和槽结构被完全刻蚀干净时，微透镜面形22和槽结构的图案也就成功转移到衬底10上，形成槽中微透镜结构。
离子束刻蚀技术可选反应离子束刻蚀(RIE)或者感应耦合等离子刻蚀(ICP)，优选地采用刻蚀光洁度较高的ICP进行刻蚀。对于感应耦合等离子刻蚀，蚀刻气体可以但不限于SF6和O2。进一步地，反应刻蚀气体流量及其种类为50sccm的SF6和10sccm的O2，ICP功率为2000W，HF功率为250W，刻蚀腔体内压强为30mtorr。可以理解的是，上述各参数设定仅仅为示例性，可以根据所制备的槽中微透镜的结构尺寸需求，对上述各参数进行适应性修改。
上述实施例方法制得的槽中微透镜结构，可如图1所示，在衬底10上形成一个槽结构11和一个微透镜12。在其他实施例中，通过在衬底10上形成多个阵列排布的胶柱结构21以及多个阵列排布的槽孔31，通过后续蚀刻等，在衬底10上形成阵列排布的多个槽中微透镜结构。
与现有技术相比，根据本发明实施方式的槽中微透镜结构的制备方法，采用极性不同的两种光刻胶层分别制备微透镜结构和槽结构，最终将微透镜结构和槽结构一步转移至衬底上，能够快速简单的进行槽中微透镜结构的制备，形成对微透镜结构自带保护结构的槽中微透镜结构，且所制备的微透镜结构的球面与标准球面相比，偏差小。
根据本发明实施方式的槽中微透镜结构的制备方法，可以被广泛应用于光学、半导体器件、集成电路等的加工制作流程中，工艺步骤简单，成本低廉。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (10)
1.一种槽中微透镜结构的制备方法，其特征在于，包括：
提供衬底，所述衬底具有第一表面；
在所述衬底的第一表面上形成第一光刻胶层；
对所述第一光刻胶层进行曝光显影处理，使所述第一光刻胶层形成一个或多个柱状的胶柱结构；
对所述衬底进行加热，使每个所述胶柱结构热回流形成微透镜面形；
在所述衬底的第一表面上形成与所述第一光刻胶层不相容的第二光刻胶层，所述第二光刻胶层覆盖所述微透镜面形设置；
对所述第二光刻胶层进行曝光显影处理，以在所述第二光刻胶层上形成暴露所述微透镜面形的一个或多个槽结构；
通过离子束刻蚀技术，将所述微透镜面形以及所述槽结构转移至所述衬底上，形成槽中微透镜结构。
2.如权利要求1所述的槽中微透镜结构的制备方法，其特征在于，所述第二光刻胶层的厚度大于或等于所述微透镜面形的厚度。
3.如权利要求1所述的槽中微透镜结构的制备方法，其特征在于，对所述第二光刻胶层进行曝光显影处理，以在所述第二光刻胶层上形成贯穿所述第二光刻胶层的一个或多个槽孔，每个所述微透镜面形位于一个所述槽孔内。
4.如权利要求1所述的槽中微透镜结构的制备方法，其特征在于，所述槽结构的尺寸大于所述微透镜面形的最大尺寸，以使所述微透镜面形与所述槽结构的侧壁不接触设置。
5.如权利要求1所述的槽中微透镜结构的制备方法，其特征在于，所述衬底的厚度大于所述第二光刻胶层的厚度。
6.如权利要求1所述的槽中微透镜结构的制备方法，其特征在于，所述衬底的材料包括硅、锗、玻璃、石英、蓝宝石和磷化铟中至少一种；和/或，
所述第一光刻胶层为正性光刻胶层，所述第二光刻胶层为负性光刻胶层；或者，
所述第一光刻胶层为负性光刻胶层，所述第二光刻胶层为正性光刻胶层。
7.如权利要求1所述的槽中微透镜结构的制备方法，其特征在于，所述离子束刻蚀技术选用感应耦合等离子刻蚀，蚀刻气体包括SF6和O2。
8.一种槽中微透镜结构，其特征在于，包括衬底，所述衬底的第一表面上形成有一个或多个槽结构，所述槽结构内形成有微透镜结构，其中，在所述衬底的第一表面上制备槽结构和微透镜结构的方法为权利要求1-7任一项所述的制备方法。
9.如权利要求8所述的槽中微透镜结构，其特征在于，所述槽结构的深度大于或等于所述微透镜结构的厚度。
10.如权利要求8所述的槽中微透镜结构，其特征在于，所述衬底与所述微透镜结构为一体成型结构。
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2023
- 2023-12-05 CN CN202311656044.5A patent/CN117572547A/zh active Pending
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