大陣列高均勻性微透鏡陣列制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種圖像傳感器制作技術(shù)，尤其涉及一種大陣列高均勻性微透鏡陣列 制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在C⑶和CMOS圖像傳感器中，為了減小器件像元盲區(qū)對(duì)光響應(yīng)的影響，提高器件 量子效率，需要在器件像元表面原位集成微透鏡陣列。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，常見(jiàn)的微透鏡陣列制備方法有直寫(xiě)法、壓印法、灰度掩膜法、熱熔法 等；直寫(xiě)法是通過(guò)激光或電子束直寫(xiě)，按照微透鏡設(shè)計(jì)形貌在基底上刻蝕出浮雕結(jié)構(gòu)，其具 有精度高、可形成任意形貌的優(yōu)點(diǎn)，但直寫(xiě)法存在設(shè)備昂貴、加工效率較低、微透鏡制造成 本極高等缺陷；壓印法通過(guò)具有微透鏡浮雕結(jié)構(gòu)的母版將圖形轉(zhuǎn)移到基底上，具有加工效 率高、操作簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，但是轉(zhuǎn)移圖形的對(duì)準(zhǔn)精度較差，只能達(dá)到幾個(gè)微米；灰度掩膜法通 過(guò)二元編碼掩膜控制曝光量，經(jīng)過(guò)顯影形成微透鏡浮雕結(jié)構(gòu)，通過(guò)掩膜的設(shè)計(jì)，其可以制作 成不同類型的微透鏡，但是其對(duì)曝光和顯影的精度要求極高，工藝難度較大，且其工藝均勻 性和可控性都較低；熱熔法通過(guò)熱熔微透鏡圖形前驅(qū)體，使其在自身表面張力作用下形成 微透鏡，其具有設(shè)備要求低、成型工藝簡(jiǎn)單、微透鏡形貌好的優(yōu)點(diǎn)，是目前微透鏡陣列制備 的主流技術(shù)。
[0004] 現(xiàn)有的熱熔法的基本步驟包括：晶圓清洗一微透鏡材料層制作一光刻膠掩膜圖形 制作一微透鏡圖案刻蝕一微透鏡熱熔成型；按前述步驟制作微透鏡陣列時(shí)，存在如下問(wèn)題： 1)熱熔溫度下，PMMA材料在器件表面具有較強(qiáng)的流動(dòng)性；在現(xiàn)有的加熱裝置條件下，微透 鏡陣列上不同位置處不可避免地存在微環(huán)境差異，這就使得不同位置處的PMMA材料受熱 程度不同，進(jìn)而使得不同位置處的PMMA材料的流動(dòng)性也存在差異；熱熔時(shí)，因微環(huán)境差異 引起的流動(dòng)性差異就會(huì)導(dǎo)致不同位置處的PMMA材料的橫向流動(dòng)距離存在較大差異，最終 導(dǎo)致微透鏡陣列中不同位置處的微透鏡形貌差異較大，直接影響微透鏡的聚光效果及其均 勻性，并且在微透鏡陣列規(guī)?；虺叽巛^大（> 2cm)時(shí)，微透鏡形貌差異更為顯著；2)在進(jìn) 行微透鏡圖案刻蝕時(shí)，微透鏡陣列中央和邊緣的微透鏡圖形均勻性較差，導(dǎo)致微透鏡聚光 均勻性變差，這主要由刻蝕掩膜對(duì)刻蝕等離子體分布的非均勻性放大（刻蝕選擇比越低， 該現(xiàn)象越嚴(yán)重），以及掩膜電荷的積累造成的局部電場(chǎng)過(guò)大所引起。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)【背景技術(shù)】中的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種大陣列高均勻性微透鏡陣列制備方 法，其創(chuàng)新在于：按如下步驟制作：
[0006] 1)對(duì)器件的晶圓表面進(jìn)行清潔；
[0007] 2)在晶圓表面涂覆丙二醇單甲基醚酯、乙氧基乙酸丙酯和丙烯酸樹(shù)脂的混合物， 形成混合物涂層；
[0008] 3)對(duì)混合物涂層進(jìn)行曝光處理，使混合物涂層完全固化；
[0009] 4)在混合物涂層表面涂覆PMMA材料，然后加熱使PMMA材料固化形成微透鏡材料 層；
[0010] 5)采用熱蒸發(fā)工藝或磁控濺射工藝，在微透鏡材料層表面生長(zhǎng)掩膜層；
[0011] 6)采用光刻工藝在掩膜層上光刻出光刻膠掩膜圖形；
[0012] 7)采用刻蝕工藝將光刻膠掩膜圖形轉(zhuǎn)移到掩膜層上；
[0013] 8)采用等離子體干法刻蝕工藝，將掩膜層上的圖形轉(zhuǎn)移到微透鏡材料層上；
[0014] 9)采用濕法腐蝕工藝，將殘留在微透鏡材料層表面的掩膜層去掉；
[0015] 10)在隊(duì)氛圍下，將環(huán)境溫度加熱至PMMA材料的熱熔溫度；保溫一定時(shí)間后，自然 冷卻，微透鏡加工完成。
[0016] 本發(fā)明的原理是：前述的由丙二醇單甲基醚酯、乙氧基乙酸丙酯和丙烯酸樹(shù)脂所 形成的混合物，具有光敏性和熱固性，曝光固化后，混合物表面有大量帶極性的活性基團(tuán)， 現(xiàn)有技術(shù)中，這種混合物常用于器件表面鈍化、管殼填充、光敏膠改性等用途；本發(fā)明將前 述混合物設(shè)置在晶圓表面和微透鏡材料層之間，混合物除了能與晶圓表面表面牢固地粘結(jié) 在一起外，當(dāng)熱熔狀態(tài)下的PMMA材料與混合物表面接觸時(shí)，混合物表面的活性基團(tuán)能夠與 PMMA材料表面產(chǎn)生靜電吸附作用，從而增大PMMA材料在熱熔狀態(tài)下流動(dòng)的屈服值，這就可 以大大降低熱熔溫度下PMMA材料的流動(dòng)性，從而避免不同位置處的微透鏡因PMMA材料的 流動(dòng)性差異而出現(xiàn)形貌差異，提高微透鏡陣列上不同位置處的微透鏡形貌的一致性，保證 微透鏡的聚光效果及其均勻性；
[0017] 優(yōu)選地，所述掩膜層的材料采用金屬鋁。鋁具有較高的導(dǎo)電性能，本發(fā)明中采用鋁 作為微透鏡材料層刻蝕的掩膜層，能夠顯著提高刻蝕的均勻性，抑制由于刻蝕選擇比過(guò)低 所帶來(lái)的刻蝕非均勻性放大效應(yīng)，保證微透鏡陣列中不同位置處的微透鏡圖形的均勻性。
[0018] 優(yōu)選地，所述混合物中三種成分的配比關(guān)系為：丙二醇單甲基醚酯、乙氧基乙酸丙 酯和丙烯酸樹(shù)脂按體積比為4:2:1的比例，在避光條件下混合并攪拌均勻。
[0019] 本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：提供了一種新的微透鏡陣列制備方法，采用該方法制 作處的微透鏡陣列，其上不同位置處的微透鏡形貌一致性、聚光效果及均勻性都較好。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1、采用現(xiàn)有技術(shù)制作出的微透鏡陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖2、采用本發(fā)明方案制作出的微透鏡陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖中各個(gè)標(biāo)記所對(duì)應(yīng)的名稱分別為：微透鏡1、混合物涂層2。
【具體實(shí)施方式】
[0023] -種大陣列高均勻性微透鏡陣列制備方法，其創(chuàng)新在于：按如下步驟制作：
[0024] 1)對(duì)器件的晶圓表面進(jìn)行清潔；
[0025] 2)在晶圓表面涂覆丙二醇單甲基醚酯、乙氧基乙酸丙酯和丙烯酸樹(shù)脂的混合物， 形成混合物涂層；
[0026] 3)對(duì)混合物涂層進(jìn)行曝光處理，使混合物涂層完全固化；
[0027]4)在混合物涂層表面涂覆PMMA材料，然后加熱使PMMA材料固化形成微透鏡材料 層；
[0028] 5)采用熱蒸發(fā)工藝或磁控濺射工藝，在微透鏡材料層表面生長(zhǎng)掩膜層；
[0029] 6)采用光刻工藝在掩膜層上光刻出光刻膠掩膜圖形；
[0030] 7)采用刻蝕工藝將光刻膠掩膜圖形轉(zhuǎn)移到掩膜層上；
[0031] 8)采用等離子體干法刻蝕工藝，將掩膜層上的圖形轉(zhuǎn)移到微透鏡材料層上；
[0032] 9)采用濕法腐蝕工藝，將殘留在微透鏡材料層表面的掩膜層去掉；
[0033] 10)在隊(duì)氛圍下，將環(huán)境溫度加熱至PMMA材料的熱熔溫度；保溫一定時(shí)間后，自然 冷卻，微透鏡加工完成。
[0034] 進(jìn)一步地，所述掩膜層的材料采用金屬鋁。
[0035] 進(jìn)一步地，所述混合物中三種成分的配比關(guān)系為：丙二醇單甲基醚酯、乙氧基乙酸 丙酯和丙烯酸樹(shù)脂按體積比為4:2:1的比例，在避光條件下混合并攪拌均勻。
[0036]表1
[0037]
[0038] 參見(jiàn)表1，本發(fā)明與現(xiàn)有熱恪法相比，在制備小陣列規(guī)模器件時(shí)，二者的量子效率 和非均勻性相差不大，但在制備大陣列微透鏡時(shí)，采用本發(fā)明方案制作出的微透鏡陣列在 量子效率和均勻性方面都得到了顯著提升。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種大陣列高均勻性微透鏡陣列制備方法，其特征在于：按如下步驟制作： 1) 對(duì)器件的晶圓表面進(jìn)行清潔； 2) 在晶圓表面涂覆丙二醇單甲基醚酯、乙氧基乙酸丙酯和丙烯酸樹(shù)脂的混合物，形成 混合物涂層； 3) 對(duì)混合物涂層進(jìn)行曝光處理，使混合物涂層完全固化； 4) 在混合物涂層表面涂覆PMMA材料，然后加熱使PMMA材料固化形成微透鏡材料層； 5) 采用熱蒸發(fā)工藝或磁控濺射工藝，在微透鏡材料層表面生長(zhǎng)掩膜層； 6) 采用光刻工藝在掩膜層上光刻出光刻膠掩膜圖形； 7) 采用刻蝕工藝將光刻膠掩膜圖形轉(zhuǎn)移到掩膜層上； 8) 采用等離子體干法刻蝕工藝，將掩膜層上的圖形轉(zhuǎn)移到微透鏡材料層上； 9) 采用濕法腐蝕工藝，將殘留在微透鏡材料層表面的掩膜層去掉； 1〇)在隊(duì)氛圍下，將環(huán)境溫度加熱至PMM材料的熱熔溫度；保溫一定時(shí)間后，自然冷 卻，微透鏡加工完成。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大陣列高均勻性微透鏡陣列制備方法，其特征在于：所述掩 膜層的材料采用金屬鋁。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大陣列高均勻性微透鏡陣列制備方法，其特征在于：所述混 合物中三種成分的配比關(guān)系為：丙二醇單甲基醚酯、乙氧基乙酸丙酯和丙烯酸樹(shù)脂按體積 比為4:2:1的比例，在避光條件下混合并攪拌均勻。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種大陣列高均勻性微透鏡陣列制備方法，該方法中，在微透鏡成型之前，預(yù)先在晶圓表面和微透鏡材料層之間設(shè)置了混合物涂層，通過(guò)混合物涂層來(lái)抑制微透鏡材料在熔融狀態(tài)下的流動(dòng)性；本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：提供了一種新的微透鏡陣列制備方法，采用該方法制作處的微透鏡陣列，其上不同位置處的微透鏡形貌一致性、聚光效果及均勻性都較好。
【IPC分類】G02B3/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105242332
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510783114
【發(fā)明人】黃建, 向鵬飛, 高建威, 李佳, 雷仁方
【申請(qǐng)人】中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十四研究所
【公開(kāi)日】2016年1月13日
【申請(qǐng)日】2015年11月16日