微透镜阵列及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种微透镜阵列及其制作方法，微透镜阵列的制作方法包括：步骤S1，提供第一衬底，在所述第一衬底上形成图形化的掩膜层；步骤S2，对所述第一衬底进行刻蚀，形成间隔分布的凹槽；步骤S3，去除所述掩膜层；步骤S4，在所述第一衬底上表面贴附光刻胶层；步骤S5，软化所述光刻胶层，使其贴附所述凹槽内壁，形成内凹的光滑表面；步骤S6，固化所述光刻胶层形成工作模；通过第二衬底涂布胶材与工作模进行压合或者向工作模表面注入PDMS材料的方式制作微透镜阵列。通过直接制作工作模，不需要再制作母模，减少一道翻模工序，降低了工艺的复杂度，同时降低了成本。通过控制凹槽的刻蚀深度和光刻胶层总厚度，达到灵活控制微透镜矢高的效果。高的效果。高的效果。

【技术实现步骤摘要】
微透镜阵列及其制作方法


[0001]本专利技术涉及半导体器件制作工艺
，更具体地说，涉及一种微透镜阵列及其制作方法。

技术介绍

[0002]微透镜阵列是由尺寸在微米级别的透镜组成的阵列器件，具有体积小、质量轻等优点，并且能够实现普通光学元件难以实现的微小、阵列、集成、成像和波面转换等新功能。微透镜阵列元件已经广泛用于图像传感器、激光，显示、光场芯片等多种应用场合。
[0003]目前，微透镜阵列的传统制作方法是先成型母模，即在衬底上旋涂光刻胶，然后采用热回流法或灰度曝光法，在光刻胶层上制作微透镜图形，再通过干法刻蚀将光刻胶图形转移到衬底上。然后在母模上均匀涂覆光敏聚合物材料，通过加压、UV(Ultra
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Violet Ray)光照固化后形成贴附在母模上的工作模。剥离工作模后，用工作模热压印聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)材料形成微透镜阵列。采用传统方法存在制作微透镜的过程需要两次翻模，步骤较为繁琐，工艺一致性和可靠性低。更重要的，受限于母模制作过程中光刻胶的涂敷厚度以及均匀性，制作出的透镜的矢高往往比较小，对一些应用产生了限制。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种微透镜阵列及其制作方法，以解决传统方法微透镜制作步骤繁琐，工艺一致性和可靠性低、透镜的矢高较小的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种微透镜阵列制作方法，包括：
[0006]步骤S1，提供第一衬底，在所述第一衬底上形成图形化的掩膜层；
[0007]步骤S2，对所述第一衬底进行刻蚀，形成间隔分布的凹槽；
[0008]步骤S3，去除所述掩膜层；
[0009]步骤S4，在所述第一衬底上表面贴附光刻胶层；
[0010]步骤S5，软化所述光刻胶层，使其贴附所述凹槽内壁，形成内凹的光滑表面；
[0011]步骤S6，固化所述光刻胶层形成工作模；
[0012]步骤S71或者步骤S72；
[0013]其中，步骤S71为：提供第二衬底，在所述第二衬底上涂布胶材；翻转所述第二衬底，同所述工作模进行压合；UV固化所述胶材，将所述第二衬底与所述工作模分离，所述第二衬底表面形成微透镜阵列；
[0014]步骤S72为：向所述工作模表面注入PDMS材料，固化后剥离，所述PDMS材料表面形成微透镜阵列。
[0015]优选的，所述掩膜层厚度为1μm～10μm，所述掩膜层材质为光刻胶、氧化硅、金属或它们的结合物。
[0016]优选的，所述第一衬底的材质为硅，所述步骤S2采用等离子体深硅刻蚀方法对所
述第一衬底进行刻蚀，形成的所述凹槽垂直方向深度为20μm～190μm，所述凹槽侧壁相对于底壁的倾斜角度为80度～100度。
[0017]优选的，所述步骤S3采用溶剂清洗或者湿法腐蚀的方法去除所述掩膜层。
[0018]优选的，所述光刻胶层厚度为10μm～50μm，所述光刻胶层为干膜光刻胶。
[0019]优选的，所述步骤S4包括：将所述第一衬底置于光刻胶滚轮下方，加热所述第一衬底至70℃～100℃，转动所述光刻胶滚轮，使得所述第一衬底上表面均匀黏附上光刻胶薄膜，形成所述光刻胶层。
[0020]优选的，可多次贴附光刻胶层，使所述光刻胶层的总厚度大于50μm。
[0021]优选的，所述步骤S5所述软化所述光刻胶层包括：在60℃～120℃环境下加热所述第一衬底，加热时间不超过1小时。
[0022]优选的，去除所述光刻胶软化过程中形成的峰尖，包括通过掩膜对准光刻的方式，在显影液的作用下将所述峰尖溶解。
[0023]优选的，所述步骤S6所述固化所述光刻胶层的固化温度为150℃～200℃，固化时间为1小时～10小时。
[0024]优选的，所述步骤S71所述胶材涂布厚度为10μm～90μm，所述胶材材质为环氧树脂、聚酯或聚氨酯。
[0025]优选的，所述步骤S72所述PDMS材料固化温度为50℃～100℃。
[0026]基于同一专利技术构思，本专利技术还提供一种微透镜阵列。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果至少包括：
[0028]1、通过创新的方法直接制作工作模，不需要再制作母模，减少一道翻模工序，降低了工艺的复杂度，同时降低了成本；
[0029]2、另外通过不同厚度的光刻胶层调节后续形成的微透镜的表面曲率，有效地扩展了其应用范围；
[0030]3、通过控制凹槽的刻蚀深度和光刻胶层总厚度，达到灵活控制微透镜矢高的效果。
附图说明
[0031]图1是本专利技术实施例的微透镜阵列的制作方法流程图；
[0032]图2
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图13是本专利技术实施例的制备微透镜阵列的各工艺步骤中的半导体器件结构示意图；
[0033]图14是本专利技术一实施例的微透镜侧切面成像图；
[0034]图15是本专利技术一实施例的制备微透镜阵列的俯视图；
[0035]其中，附图标记说明如下：
[0036]10
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第一衬底，20
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掩膜层，30
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凹槽，40
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光刻胶滚轮，50
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光刻胶层，60
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第二衬底，71
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胶材材质微透镜阵列，72
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PDMS材质微透镜阵列。
具体实施方式
[0037]以下结合附图和具体实施例对本专利技术提出的微透镜阵列及其制作方法作进一步详细说明。根据下面说明，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简
化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
[0038]本专利技术提供一种微透镜阵列的制作方法，请参考图1，图1是本专利技术实施例的微透镜阵列的制作方法的流程图，所述微透镜阵列的制作方法包括：
[0039]S1：提供第一衬底10，在所述第一衬底上形成图形化的掩膜层20。
[0040]如图2所示，提供一硅衬底，在衬底上方涂敷光刻胶形成掩膜层20，所述掩膜层20厚度为1μm～10μm，材质为光刻胶、氧化硅、金属或它们的结合物。如图3示，对所述掩膜层20进行曝光、显影处理，使微透镜所在区域的掩膜层20被去除掉。
[0041]S2：对所述第一衬底10进行刻蚀，形成间隔分布的凹槽30。
[0042]如图4所示，采用深硅刻蚀(Deep Reactive Ion Etching，DRIE)工艺，即深反应离子刻蚀工艺刻蚀衬底，通过刻蚀和钝化交替进行的方式，将微透镜所在区域的硅衬底移除，形成有一定深度的凹槽30；
[0043]调整工艺参数，使凹槽30的侧壁相对于底壁的夹角θ在80～100度之间调整；凹槽30垂直方向深度为20μm～190μm。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微透镜阵列的制作方法，其特征在于，包括：步骤S1，提供第一衬底，在所述第一衬底上形成图形化的掩膜层；步骤S2，对所述第一衬底进行刻蚀，形成间隔分布的凹槽；步骤S3，去除所述掩膜层；步骤S4，在所述第一衬底上表面贴附光刻胶层；步骤S5，软化所述光刻胶层，使其贴附所述凹槽内壁，形成内凹的光滑表面；步骤S6，固化所述光刻胶层形成工作模；步骤S71或者步骤S72；其中，步骤S71为：提供第二衬底，在所述第二衬底上涂布胶材；翻转所述第二衬底，同所述工作模进行压合；UV固化所述胶材，将所述第二衬底与所述工作模分离，所述第二衬底表面形成微透镜阵列；步骤S72为：向所述工作模表面注入PDMS材料，固化后剥离，所述PDMS材料表面形成微透镜阵列。2.根据权利要求1所述的微透镜阵列的制作方法，其特征在于，所述掩膜层厚度为1μm～10μm，所述掩膜层材质为光刻胶、氧化硅、金属或它们的结合物。3.根据权利要求1所述的微透镜阵列的制作方法，其特征在于，所述第一衬底的材质为硅，所述步骤S2采用等离子体深硅刻蚀方法对所述第一衬底进行刻蚀，形成的所述凹槽垂直方向深度为20μm～190μm，所述凹槽侧壁相对于底壁的倾斜角度为80度～100度。4.根据权利要求2所述的微透镜阵列的制作方法，其特征在于，所述步骤S3采用溶剂清洗或者湿法腐蚀的方法去除所述掩膜层。5.根据权利要求1所述的微透镜阵列的制作方法，其特征在于，所述光刻胶层厚度为10μm～50...

【专利技术属性】
技术研发人员：范谦，倪贤锋，
申请(专利权)人：苏州汉骅半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：