TWI449958B - 微型透鏡之製造方法 - Google Patents

Description

微型透鏡之製造方法

本發明係有關一種微型透鏡之製造方法，尤其有關一種其特徵為藉由噴射蝕刻液而對晶片進行蝕刻以製造大小及形狀均勻度優異且再現性良好之微型透鏡之製造方法。

以往，微型透鏡之製造方法，是將光阻劑塗佈在晶片表面上，透過具有所需圖型之光罩，對該晶片表面上之光阻劑照光，使光阻劑曝光、顯影，使未照光部分之光阻劑洗除，隨後藉蝕刻液蝕刻去除晶片中未受光阻劑覆蓋之不需要部份，接著去除剩餘光阻劑，即獲得具有所需圖型之微型透鏡。而目前製作微型透鏡中，該蝕刻步驟一般係將經曝光後之晶片浸漬於蝕刻液中，藉此蝕刻掉晶片中不需要部份而獲得所需圖型之微型透鏡。

惟藉由浸漬於蝕刻液中進行蝕刻時，由於在欲蝕刻晶片附近之蝕刻液濃度因會隨著蝕刻時間分解而改變，故施加於晶片之蝕刻作用並非於各處均為均勻，而造成所蝕刻出之微型透鏡形狀表面形成為較尖，聚焦點容易隨著製程改變，故當使用該透鏡於光學元件時，由於使用於光收發器之發光/受光單元時，由於透鏡之聚焦點隨著每批次製程而有差異，而增加耦光困難度。

為穩定且再現性地製造透鏡之聚焦點，本發明人等就微型透鏡之製程進行廣泛研究，發現於蝕刻製程中，若改變蝕刻條件，可製造聚焦點變異較小之微型透鏡，因而完成本發明。

本發明提供一種微型透鏡之製造方法，包括下列步驟：(1)於晶片表面上塗佈光阻劑，透過具有所需微型透鏡圖案之光罩，對該晶片照光；(2)使曝光後之光阻劑顯影，隨後進行曝光後烘烤；及(3)洗除未經曝光之光阻劑，接著以蝕刻劑進行蝕刻，該方法之特徵為該步驟(3)中之蝕刻係以噴射法對該晶片噴霧蝕刻液而進行者。

依據本發明之微型透鏡之製造方法，其中於步驟(3)中噴射蝕刻液之步驟，係以噴射壓力在10~100Psi之範圍，噴射泵量在50~500GPH之範圍進行。

依據本發明之微型透鏡之製造方法，於步驟(3)中以噴設法對該晶片噴霧蝕刻液之步驟，係進而配合旋轉晶片之方式進行。依據本發明之微型透鏡之製造方法，該旋轉係以70~150 rpm轉速進行。

依據本發明之微型透鏡之製造方法，可製造具有直徑大於50微米至65微米平坦表面之微型透鏡，該透鏡之表面相較於以浸漬法進行蝕刻之透鏡表面較為平坦，且以陣列獲得之各透鏡之大小及形狀均勻度優異，於作為光學元件時具有易於耦光之優點。

依據本發明之微型透鏡之製造方法所製造之微型透鏡可使用於發光元件，尤其是用於1310nm發光二極體之微型透鏡，而可得到亮度分布集中之發光二極體。

本發明有關一種微型透鏡之製造方法，包括下列步驟：(1)於晶片表面上塗佈光阻劑，透過具有所需微型透鏡圖案之光罩，對該晶片照光；(2)使曝光後之光阻劑顯影，隨後進行曝光後烘烤；及(3)洗除未經曝光之光阻劑，接著以蝕刻劑進行蝕刻，該方法之特徵為該步驟(3)中之蝕刻係以噴射法對該晶片噴霧蝕刻液而進行者。

本發明之製造方法中所用光阻劑可使用正型光阻劑及負型光阻劑之任一種，該等光阻劑為熟知本技藝者所熟知，其通常含有：感光性化合物，其在接受光照後，通常會產生酸性物質且通常可與顯影劑產生酸鹼中和反應，樹脂，其是在光阻劑硬烘烤後殘留之成份，故為光阻劑之主要成分，例如酚醛樹脂；溶劑，用以使光阻劑中所含成分溶解並分散者；以及界面活性劑，其以極少量添加，用以增加光阻劑與基材之附著性及塗佈性等。於本發明中之光阻劑可使用例如AZ電子材料股份有限公司(AZ Electronic Materials)製造之系列之光阻劑(AZ為該公司之註冊商標)，例如AZ 1300系列(例如AZ1350H)、AZ1400系列(例如AZ1450J)、ZA1500系列(例如AZ1514H、AZ1505、AZ1512HS、AZ1518、AZ1518HS)等。惟該等僅為舉例，而非用以限制本發明之範圍。

本發明之製造方法中，光阻劑之塗佈方法並無特別限制，可使用旋轉塗佈法、輥塗佈法、簾塗法、狹縫塗佈法、凹版塗佈法、網版印刷法等，於本發明並未特別限制。光阻劑之塗佈厚度亦無限制，但一般係塗佈0.5~25μm之範圍，較好為0.5~15μm之範圍。

本發明之製造方法中，於塗佈光阻劑後，較好在經過低溫烘烤，該溫度為足以使光阻劑中所含之溶劑蒸發之溫度即可。溫度不宜過高，通常為95℃以下，更好為90℃以下，烘烤時間大約為2分鐘左右。

本發明之製造方法中，用於曝光之光只要為本技藝者用以製造微型透鏡時所用之光即可，可為例如紫外光，其曝光量可在2.5~10 mW/cm² 之範圍，較好為3.5~8.5 mW/cm² 之範圍。

本發明之製造方法中，顯影劑可使用一般所使用者，於本發明中並無限制，惟通常使用鹼性顯影劑，例如濃度為2.38wt%之氫氧化四甲銨等。

本發明之製造方法中，所用之蝕刻劑於本發明中並未特別限定，可使用本領域悉知之蝕刻劑等，例如可使用包含去離子水、HBr、HCl、H₂ O₂ 以重量比(合計重量比為100%)為12：5：2：1調製之蝕刻劑。惟蝕刻劑之成分非本發明之主要技術特徵，且蝕刻劑之選擇端視所欲蝕刻之材料而定，無法一言概之，故而於本發明中並不限定。

本發明之製造方法中，蝕刻劑之噴射係利用噴霧機以噴射壓力在10~100Psi之範圍，噴射泵量在50~500GPH之範圍進行，且於噴射蝕刻劑時較好同時配合旋轉，將待蝕刻之晶片放置於旋轉台上，邊以70~100rpm的轉速進行旋轉，邊對晶片噴霧蝕刻劑，如此可使蝕刻劑對晶圓全面施以均勻的作用力，而以等向性方式對晶片進行蝕刻。藉此可獲得透鏡表面較為平坦，且以陣列獲得之各透鏡大小及形狀均勻度優異之透鏡。依據本發明方法所製得之微型透鏡可使用於發光元件，尤其是用於1310nm發光二極體之微型透鏡。

依據本發明之微型透鏡之製造方法，可製造具有直徑大於50微米至65微米平坦表面之微型透鏡，該透鏡之表面相較於以浸漬法進行蝕刻之透鏡表面較為平坦，且以陣列獲得之各透鏡之大小及形狀均勻度優異，於作為光學元件時具有易於耦光之優點。

本發明將以下列實施例，對本發明之製造方法作進一步之說明，惟該等實施例僅係用於說明之目的，而非用以限制本發明之範圍。

實施例

首先，將直徑5±0.3公分厚度350±10 μm之磷化銦(InP)晶片於100℃預烘烤3分鐘，以將晶片上可能殘留之水分移除，接著利用市售光阻劑AZ-1500(購自AZ電子材料公司)以厚度2.5±1μm塗佈於晶片上，在90℃烘烤使光阻劑中之溶劑揮發後，透過一具有陣列圖形之光罩，以紫外光以8.2±0.4 mW/cm² 之強度進行曝光，隨後於90℃對顯影後之晶片進行曝光後烘烤2分鐘，接著利用2.38wt%氫氧化四甲銨水溶液進行顯影，再以去離子水去除晶片上之殘留物，再於120℃烘箱中進行硬烘烤10分鐘。接著以重量比12：5：2：1調配去離子水、HBr、HCl、H₂ O₂ 調製蝕刻劑，利用噴霧機(佳宸科技製造原型機),與噴霧泵NSF LMI. MILTON ROY(詠欣科技所代理，MILTON ROY公司製造)，以泵入速度360 GPH、泵壓力50 Psi，且使晶片旋轉速度為70~150rpm，將蝕刻劑噴霧至晶片上，連續進行蝕刻2分鐘15秒。隨後使用光阻液去除光阻劑，最後以丙酮-異丙醇-超純水依序對晶片進行清洗，獲得微型透鏡。以金相顯微鏡觀察1片透鏡，圖1顯示所製得之透鏡以掃描式電子顯微鏡觀察之上視圖照片，圖2顯示所製得之透鏡以掃描式電子顯微鏡觀察之剖面照片，顯示透鏡表面平緩，聚焦點固定而不易隨製程變動，較好耦光。

同時利用α-step(Vecco Dektak 3)使用量測軟體(I image-M)對實施例所製得之微型透鏡上隨機取得7個透鏡進行蝕刻深度測量，以及以金相顯微鏡(Olympus BX60M)的量測軟體(I image-M)，進行透鏡直徑之測量，所得結果如下表1。

由上表1可知，依本發明方法所製得之透鏡之表面直徑及蝕刻深度差異相當小，亦即可穩定地製得表面平緩之不隨製程變動之透鏡。

比較例

除於蝕刻步驟，係使用浸泡於蝕刻液中進行蝕刻以外，餘與上述實施例同樣的方法進行微型透鏡之製造。以金相顯微鏡觀察1片透鏡，圖3顯示所製得之透鏡以掃描式電子顯微鏡觀察之上視圖照片，圖4顯示所製得之透鏡以掃描式電子顯微鏡觀察之剖面照片，顯示透鏡表面較尖，聚焦點容易隨製程變動，耦光難度增加。

同時利用α-step(Vecco Dektak 3)使用量測軟體(I image-M)對實施例所製得之微型透鏡上隨機取得7個透鏡進行蝕刻深度測量，以及以金相顯微鏡(Olympus BX60M)的量測軟體(I image-M)，進行透鏡直徑之測量，所得結果如下表2。

由上表2可知，依習知利用浸漬方法進行蝕刻之製程所製得之透鏡之表面直徑及蝕刻深度變異相當大，表面平坦度相較於本發明實施例所製得之透鏡平坦度較差，易隨製程變動而難以耦光。

由上述結果可知，依據本發明之製造方法，藉由利用噴霧法以特定壓力下進行蝕刻，且若配合晶片的旋轉進行蝕刻，由於持續對晶片上提供相同濃度之蝕刻劑，故於晶片上任何部位均可提供相同蝕刻速率，而可對晶片進行等向性之蝕刻，故而比以往利用浸漬法進行蝕刻之製程，可製得具有更平坦表面且差異性小、再現性優異之透鏡，於將所得透鏡利用於光學元件時，尤其是用於發光元件時，更易於聚光故而耦光較容易。

本發明已藉上述具體實例進行說明，惟該等僅為說明本發明之目的，而非用以限制本發明之範圍，應了解，對熟知本技藝者而言，在不脫離本發明申請專利範圍所界定之範圍內可做各種變化、修飾及改質，該等均屬於本發明之範圍。

圖1顯示依據本發明實施例製造之微型透鏡之以透射電子顯微鏡所觀察之上視圖照片。

圖2顯示依據本發明實施例製造之微型透鏡之以透射電子顯微鏡所觀察之剖面圖照片。

圖3顯示依據習知方法製造之微型透鏡之以透射電子顯微鏡所觀察之上視圖照片。

圖4顯示依據習知方法製造之微型透鏡之以透射電子顯微鏡所觀察之剖面圖照片。

Claims (5)

1. 一種微型透鏡之製造方法，包括下列步驟：(1)於晶片表面上塗佈光阻劑，透過具有所需微型透鏡圖案之光罩，對該晶片照光；(2)使曝光後之光阻劑顯影，隨後進行曝光後烘烤；及(3)洗除未經曝光之光阻劑，接著以蝕刻劑進行蝕刻，該方法之特徵為該步驟(3)中之蝕刻係以噴射法對該晶片噴霧蝕刻液而進行者。
2. 如申請專利範圍第1項之製造方法，其中步驟(3)中之該噴射蝕刻液之步驟，係以噴射壓力在10~100Psi之範圍，噴射泵量在50~500GPH之範圍進行。
3. 如申請專利範圍第1項之製造方法，其中於步驟(3)中以噴設法對該晶片噴霧蝕刻液之步驟，係進而配合旋轉晶片之方式進行。
4. 如申請專利範圍第3項之製造方法，其中該旋轉係以70~150 rpm轉速進行。
5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之製造方法，其中所製得之透鏡具有直徑大於50微米至65微米平坦表面。