二氧化硅微透镜的制造方法

摘要

本发明公开了一种二氧化硅微透镜的制造方法，首先，确定透镜高度和光刻次数，并根据透镜高度H在每一等份高度处的水平线与微透镜表面特性函数两交点之间的距离，确定共轴圆柱堆叠结构中对应高度处的圆柱直径，然后确定每次刻蚀透镜的深度，然后采用二元光学技术，经过N次对版光刻即可形成2N级台阶结构，因而这种方法可以通过较少的光刻次数实现较多的台阶级数。本发明光刻次数少，而且可使实际制作的透镜表面形状较好地满足理论设计要求，实现透镜表面形状的工艺可控性。

主权项

一种二氧化硅微透镜的制造方法，步骤如下：步骤S1：确定微透镜的透镜高度H和光刻次数N，则微透镜的透镜高度等分为2^N‑1份；步骤S2：根据透镜高度H在每一等份高度处的水平线与微透镜表面特性函数两交点之间的距离，确定共轴圆柱堆叠结构中对应高度处的圆柱直径，分别为步骤S3：根据步骤S2中的计算结果，计算第N‑n次光刻前所要形成硬掩模层M_{(N‑n)‑‑m}的宽度L_{(N‑n)‑‑m}，m＝1，2,3,......,2^N‑n‑1；n＝0,1,2,......,N‑1；步骤S4：计算第N‑n次刻蚀透镜层的深度h_N‑n；步骤S5：对基底层表面进行清洗处理，所述基底层为石英晶圆；步骤S6：采用PECVD淀积深度为1‑10um的掺硼、磷的二氧化硅层Ⅰ(2‑1)；其中，PECVD设备的腔室气压为2000‑3000mTorr，衬底温度为335‑365℃，下电极射频功率为1600‑2000W，硼烷和氮气混合气体流量为100‑140sccm,硼烷在混合气体中的摩尔分数为5％‑10％，磷烷和氮气混合气体流量为20‑45sccm，磷烷在混合气体中的摩尔分数为5％‑10％；步骤S7：重复步骤S6，直至生长出深度为10‑100um的第一透镜层(2‑2)，然后对第一透镜层(2‑2)进行高温退火处理，其中，退火温度为900‑1100℃，退火时间为3‑5小时；步骤S8：对第一透镜层(2‑2)表面做清洗处理；步骤S9：在第一透镜层(2‑2)表面形成掩模层(5)；步骤S10：在掩模层(5)上旋涂一层正性或负性的光刻胶层(6)，然后对光刻胶层(6)做前烘处理并自然降温；步骤S11：采用第1光刻板进行第1次光刻，对光刻胶层(6)进行曝光、显影、后烘，将第1光刻板上的图形转移到光刻胶层(6)上；步骤S12：采用ICP刻蚀掩模层(5)，以形成硬掩模层M_1‑‑1，然后采用ICP去除硬掩模层M_1‑‑1上的光刻胶层(6)；步骤S13：采用ICP刻蚀第一透镜层(2‑2)，形成第一透镜层(2‑2)的1层圆柱结构的第1级结构(7)；步骤S14：去除第1级结构(7)上的硬掩模层M_1‑‑1；步骤S15：重复步骤S9和步骤S10，采用第2光刻板进行第2次光刻，重复步骤S12，以形成硬掩模层M_2‑‑1和硬掩模层M_2‑‑2；并采用ICP刻蚀第1级结构，形成第一透镜层(2‑2)的3层圆柱结构的第2级结构,重复步骤S14；步骤S16：重复步骤S9和步骤S10，采用第N‑n光刻板进行第N‑n次光刻，重复步骤S12，以形成硬掩模层M_{(N‑n)‑‑1}、硬掩模层M_{(N‑n)‑‑2}和硬掩模层M_{(N‑n)‑‑m}，m＝2^N‑n‑1；并采用ICP刻蚀第N‑n‑1级结构，形成第一透镜层(2‑2)的2^N‑n‑1层圆柱结构的第N‑n级结构，重复步骤S14；步骤S17：采用PECVD淀积深度为1‑10um的掺硼、磷的二氧化硅层Ⅱ(2‑3)，然后对掺硼、磷的二氧化硅层Ⅱ(2‑3)做高温回流处理；其中，PECVD设备的腔室气压为2000‑3000mTorr，衬底温度为335‑365℃，下电极射频功率为1600‑2000W，硼烷和氮气混合气体流量为100‑140sccm,硼烷在混合气体中的摩尔分数为5％‑10％，磷烷和氮气混合气体流量为20‑45sccm，磷烷在混合气体中的摩尔分数为5％‑10％；回流温度为900‑1100℃，回流时间为5‑10小时；步骤S18：重复步骤S17，直至生长出深度为10‑100um的第二透镜层(2‑4)，经ICP刻蚀后的第一透镜层(2‑2)和第二透镜层(2‑4)共同构成透镜层(2)；步骤S19：对基底层(3)的背面进行减薄、抛光处理；其中，基底层(3)减薄后的厚度为300μm‑500μm；步骤S20：对透镜层(2)的正面和基底层(3)的背面做清洗处理；步骤S21：采用溶胶‑凝胶法，在透镜层(2)的正面和基底层(3)的背面分别旋涂增透层Ⅰ(1)和增透层Ⅱ(4)；其中，增透层Ⅰ(1)和增透层Ⅱ(4)的厚度均为285nm；步骤S22：利用切割机将加工后的石英晶圆切成多个微透镜或微透镜阵列。