本发明专利技术提供一种圆片集成微透镜光学系统制作方法，所述制作方法包括以下步骤：1）提供一硅衬底，在其上下表面沉积腐蚀掩膜层；通过光刻、刻蚀制作出腐蚀窗口图形；2）自所述腐蚀窗口腐蚀硅衬底；形成腐蚀腔体，同时形成悬浮薄膜；3）利用悬浮薄膜的塑性形变形成悬浮薄膜微结构；从而形成微透镜结构；4）将所述微透镜结构与光学系统进行圆片级键合组装，形成密封腔体。由于微透镜结构是凹陷在衬底内部，采用圆盘键合工艺将微透镜和光学器件进行圆片组装并不会导致微透镜结构破裂。由于采用了圆片级键合进行微透镜和光学器件的组装，最终光学系统的尺寸可以大大减小，系统组装效率也能得到大幅提高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微机电系统
和微光学领域，特别涉及一种圆片集成微透镜光学系统制作方法及该器件结构。
技术介绍
透镜作为光学系统中一个基本部件，其在光学系统中的应用也日益普遍。在众多光学系统中，必须将透镜和光学器件进行组装才能形成一个完整意义上的光学系统。随着微加工技术和微光学技术的发展，尺寸小于毫米量级的微透镜已能成功制作，微透镜也已成为一个研究热点。微透镜的出现使得微型光学系统变得可能，微透镜的应用也已日益普遍。比如，在CMOS图像传感器中，一般都通过微透镜来减小成像系统的尺寸；而在太阳能电池中，则通过微透镜将太阳光聚焦到太阳能电池上，以提高太阳能电池的效率。为进一步减小光学系统尺寸和功耗，系统微型化、集成化已成为目前技术发展的一个趋势。然而，尽管 微透镜的成功制作能大大减小透镜的尺寸，但由于受系统组装工艺等因素限制，微透镜和其他光学器件组装后的光学系统尺寸并没有得到大大减小，光学系统的微型化和集成化还受到很大的限制。现有透镜和光学器件的系统组装一般都是采用器件级工艺制作，即先分别获得单个的透镜和光学器件，然后通过倒装焊等方法将单个透镜和单个光学器件进行组装。由于透镜和其他光学器件的组装是器件级工艺，其系统组装成本较高，因此光学系统的成本也一直难以降低。并且由于光学系统是通过单个透镜和单个光学器件进行组装，组装获得的光学系统的体积一般都偏大，不利于光学系统的微型化和集成化。此外，对于大部分光学探测器等器件，封装环境的气氛对其性能具有非常大的影响。然而，由于在器件级组装工艺中较难实现对最终光学系统的环境气氛的精确控制，采用器件级组装工艺制作的光学系统性能也一直无法得到有效提高，这也限制了光学系统的发展。虽然微透镜和光学器件的组装可以通过圆片级键合工艺提高组装效率，并同时减小系统尺寸，提高系统性能。然而，圆片级键合一般都需要对键合衬底片进行加压以增加键合强度，而透镜微结构一般为凸起结构，在凸起结构上进行加压很容易在凸起部分上产生应力集中，从而导致微透镜凸起结构的破裂。因此，现有微透镜和光学器件的组装并不适合采用圆片级键合工艺进行。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种圆片集成微透镜光学系统制作方法及该器件结构，用于解决目前光学系统中微透镜和其它光学器件集成存在的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种圆片集成微透镜光学系统制作方法，所述制作方法包括以下步骤I)提供一硅衬底，在其上下表面沉积腐蚀掩膜层；通过光刻、刻蚀制作出腐蚀窗口图形；2)自所述腐蚀窗口腐蚀硅衬底；形成腐蚀腔体，同时形成悬浮薄膜；3)利用悬浮薄膜的塑性形变形成悬浮薄膜微结构；从而形成微透镜结构；4)将所述微透镜结构与光学系统进行圆片级键合组装，形成密封腔体。优选地，所述步骤3)中利用悬浮薄膜的塑性形变形成悬浮薄膜微结构是指采用力载荷或温度使悬浮薄膜发生塑性形变。优选地，该方法进一步包括步骤5)，去除所述悬浮薄膜微结构两侧的硅衬底。优选地，所述步骤I)中的制作出腐蚀窗口图形是指在硅衬底的下表面制作腐蚀窗口图形。 优选地，在所述步骤2)中形成悬浮薄膜后；与一支撑衬底键合，将腐蚀腔体密封；利用悬浮薄膜的塑性形变形成下凹的悬浮薄膜微结构，从而形成微透镜结构；然后去除所述支撑衬底；最后，将所述微透镜结构反过来与与光学系统进行圆片级键合组装，形成密封腔体。优选地，所述步骤I)中制作出腐蚀窗口图形是指在硅衬底的上下两个表面制作腐蚀窗口图形。优选地，在所述步骤2)中自所述上下两个表面分别制作的腐蚀窗口腐蚀硅衬底；形成上下两个腐蚀腔体，同时形成悬浮薄膜；形成悬浮薄膜后；利用圆片级键合将悬浮薄膜和光学系统组装，并在圆片级键合过程中同时实现悬浮薄膜的塑性形变形成上凸的悬浮薄膜微结构，从而形成微透镜结构；，形成密封腔体。优选地，所述步骤I)中的硅衬底在沉积腐蚀掩膜层之前还包括抛光的步骤。优选地，所述光学系统包括器件衬底以及形成于该器件衬底上的光学器件；所述微透镜结构和光学器件的间距通过控制悬浮薄膜在硅衬底上的位置进行控制。本专利技术制作方法是利用高温环境下的悬浮薄膜的塑性形变制作出微透镜，并且微透镜凹陷在微透镜衬底内部，然后再通过圆片键合工艺将光学器件和微透镜进行组装。由于微透镜是凹陷在微透镜内部，微透镜和光学器件圆片键合时施加压力并不会在透镜凸起部分产生应力集中，从而避免了微透镜结构被破坏。本专利技术由于采用了圆片集成微透镜光学系统及制作方法，与已有的集成微透镜光学系统相比具有以下优点I)微透镜和其他光学器件组装效率高；2)光学系统的尺寸可以大大减小。3)由于微透镜采用悬浮薄膜的塑性形变制作，其表面粗糙度较小，并且微透镜的形貌可以通过控制悬浮薄膜的塑性形变量进行控制，从而可以提高微透镜的聚光特性，提升光学系统的性能。附图说明图I显示为本专利技术圆片集成微透镜光学系统结构示意图。图2-1到图2-6显示为本专利技术圆片集成微透镜光学系统的工艺流程示意图。其中，图2-1为在微透镜衬底上制作出腐蚀窗口图形示意图；图2-2为在微透镜衬底上制作出悬浮薄膜微结构示意图2-3为将具有悬浮薄膜的微透镜衬底和支撑衬底进行键合示意图；图2-4为利用高温环境制作出微透镜结构示意图；图2-5为将微透镜衬底和支撑衬底进行分离示意图；图2-6为利用圆片键合将具有微透镜的衬底和具有光学器件的衬底进行键合示意图。图3为实施例2中的光学系统结构示意图。图4-1到图4-3为实施例3中的エ艺流程示意图。其中，图4-1为通过双面腐蚀在微透镜衬底上制作出悬浮薄膜结构示意图； 图4-2为将微透镜衬底和具有光学器件的衬底进行圆片键合示意图；图4-3为悬浮薄膜结构在高温环境下发生塑性变形，形成微透镜结构示意图。元件标号说明11 硅衬底12 腐蚀掩膜层13 腐蚀腔体14 悬浮薄膜微结构15 支撑衬底16 密封腔体17 器件衬底18 光学器件具体实施例方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请參阅图I。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为ー种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。下面结合附图和实施例，对本专利技术进行详细的描述。实施例I请參阅图2-1到图2-6所示，在本实施例中，选用硅衬底作为微透镜的衬底，悬浮薄膜选用硅薄膜。(I)在抛光的硅衬底(微透镜衬底)11正面和背面(即图2-1中上下表面)沉积氧化硅作为腐蚀掩膜材料层12，通过光刻和薄膜刻蚀在该硅片11下表面的腐蚀掩膜材料上制作出腐蚀窗ロ图形(未标示)，其流程截面示意图见图2-1。(2)从所述硅衬底背面的腐蚀窗ロ腐蚀硅衬底，形成梯形腐蚀腔体13，同时也制成了悬浮硅薄膜结构，去除腐蚀掩膜材料12。其流程截面示意图见图2-2。(3)将具有悬浮硅薄膜结构的硅衬底和支撑衬底15密封键合，形成密封腔体16。其流程截面示意图见图2-3。(4)将步骤(3)中的键本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种圆片集成微透镜光学系统制作方法，其特征在于，所述制作方法包括以下步骤 1)提供一硅衬底，在其上下表面沉积腐蚀掩膜层；通过光刻、刻蚀制作出腐蚀窗口图形； 2)自所述腐蚀窗口腐蚀硅衬底；形成腐蚀腔体，同时形成悬浮薄膜； 3)利用悬浮薄膜的塑性形变形成悬浮薄膜微结构；从而形成微透镜结构； 4)将所述微透镜结构与光学系统进行圆片级键合组装，形成密封腔体。2.根据权利要求I所述的圆片集成微透镜光学系统制作方法，其特征在于，所述步骤3)中利用悬浮薄膜的塑性形变形成悬浮薄膜微结构是指采用力载荷或温度使悬浮薄膜发生塑性形变。3.根据权利要求I所述的圆片集成微透镜光学系统制作方法，其特征在于，该方法进一步包括步骤5)，去除所述悬浮薄膜微结构两侧的硅衬底。4.根据权利要求I所述的圆片集成微透镜光学系统制作方法，其特征在于，所述步骤O中的制作出腐蚀窗口图形是指在硅衬底的下表面制作腐蚀窗口图形。5.根据权利要求4所述的圆片集成微透镜光学系统制作方法，其特征在于，在所述步骤2)中形成悬浮薄膜后；与一支撑衬底键合，将腐蚀腔体密封；利用悬浮薄膜的塑性形变形成下凹的悬浮薄膜微结构，从而形成微透镜结构；然后去除所述支撑...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐德辉，熊斌，姚邵康，马颖蕾，胡斌，王跃林，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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