大陣列高均勻性微透鏡陣列制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種圖像傳感器制作技術，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】
[0002] 在C⑶和CMOS圖像傳感器中，為了減小器件像元盲區對光響應的影響，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] 現有技術中，常見的微透鏡陣列制備方法有直寫法、壓印法、灰度掩膜法、熱熔法 等；直寫法是通過激光或電子束直寫，按照微透鏡設計形貌在基底上刻蝕出浮雕結構，其具 有精度高、可形成任意形貌的優點，但直寫法存在設備昂貴、加工效率較低、微透鏡制造成 本極高等缺陷；壓印法通過具有微透鏡浮雕結構的母版將圖形轉移到基底上，具有加工效 率高、操作簡單的優勢，但是轉移圖形的對準精度較差，只能達到幾個微米；灰度掩膜法通 過二元編碼掩膜控制曝光量，經過顯影形成微透鏡浮雕結構，通過掩膜的設計，其可以制作 成不同類型的微透鏡，但是其對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；熱熔法通過熱熔微透鏡圖形前驅體，使其在自身表面張力作用下形成 微透鏡，其具有設備要求低、成型工藝簡單、微透鏡形貌好的優點，是目前微透鏡陣列制備 的主流技術。
[0004] 現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，存在如下問題： 1)熱熔溫度下，PMMA材料在器件表面具有較強的流動性；在現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境差異，這就使得不同位置處的PMMA材料受熱 程度不同，進而使得不同位置處的PMMA材料的流動性也存在差異；熱熔時，因微環境差異 引起的流動性差異就會導致不同位置處的PMMA材料的橫向流動距離存在較大差異，最終 導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模或尺寸較大（> 2cm)時，微透鏡形貌差異更為顯著；2)在進 行微透鏡圖案刻蝕時，微透鏡陣列中央和邊緣的微透鏡圖形均勻性較差，導致微透鏡聚光 均勻性變差，這主要由刻蝕掩膜對刻蝕等離子體分布的非均勻性放大（刻蝕選擇比越低， 該現象越嚴重），以及掩膜電荷的積累造成的局部電場過大所引起。
【發明內容】
[0005] 針對【背景技術】中的問題，本發明提出了一種大陣列高均勻性微透鏡陣列制備方 法，其創新在于：按如下步驟制作：
[0006] 1)對器件的晶圓表面進行清潔；
[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脂的混合物， 形成混合物涂層；
[0008] 3)對混合物涂層進行曝光處理，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)采用熱蒸發工藝或磁控濺射工藝，在微透鏡材料層表面生長掩膜層；
[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)在隊氛圍下，將環境溫度加熱至PMMA材料的熱熔溫度；保溫一定時間后，自然 冷卻，微透鏡加工完成。
[0016] 本發明的原理是：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， 現有技術中，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；本發明將前 述混合物設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 在一起外，當熱熔狀態下的PMMA材料與混合物表面接觸時，混合物表面的活性基團能夠與 PMMA材料表面產生靜電吸附作用，從而增大PMMA材料在熱熔狀態下流動的屈服值，這就可 以大大降低熱熔溫度下PMMA材料的流動性，從而避免不同位置處的微透鏡因PMMA材料的 流動性差異而出現形貌差異，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] 優選地，所述掩膜層的材料采用金屬鋁。鋁具有較高的導電性能，本發明中采用鋁 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低 所帶來的刻蝕非均勻性放大效應，保證微透鏡陣列中不同位置處的微透鏡圖形的均勻性。
[0018] 優選地，所述混合物中三種成分的配比關系為：丙二醇單甲基醚酯、乙氧基乙酸丙 酯和丙烯酸樹脂按體積比為4:2:1的比例，在避光條件下混合并攪拌均勻。
[0019] 本發明的有益技術效果是：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。
【附圖說明】
[0020] 圖1、采用現有技術制作出的微透鏡陣列的結構示意圖；
[0021] 圖2、采用本發明方案制作出的微透鏡陣列的結構示意圖；
[0022] 圖中各個標記所對應的名稱分別為：微透鏡1、混合物涂層2。
【具體實施方式】
[0023] -種大陣列高均勻性微透鏡陣列制備方法，其創新在于：按如下步驟制作：
[0024] 1)對器件的晶圓表面進行清潔；
[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脂的混合物， 形成混合物涂層；
[0026] 3)對混合物涂層進行曝光處理，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)采用熱蒸發工藝或磁控濺射工藝，在微透鏡材料層表面生長掩膜層；
[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)在隊氛圍下，將環境溫度加熱至PMMA材料的熱熔溫度；保溫一定時間后，自然 冷卻，微透鏡加工完成。
[0034] 進一步地，所述掩膜層的材料采用金屬鋁。
[0035] 進一步地，所述混合物中三種成分的配比關系為：丙二醇單甲基醚酯、乙氧基乙酸 丙酯和丙烯酸樹脂按體積比為4:2:1的比例，在避光條件下混合并攪拌均勻。
[0036]表1
[0037]
[0038] 參見表1，本發明與現有熱恪法相比，在制備小陣列規模器件時，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，采用本發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。
【主權項】
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) 對器件的晶圓表面進行清潔； 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脂的混合物，形成 混合物涂層； 3) 對混合物涂層進行曝光處理，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) 采用熱蒸發工藝或磁控濺射工藝，在微透鏡材料層表面生長掩膜層； 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)在隊氛圍下，將環境溫度加熱至PMM材料的熱熔溫度；保溫一定時間后，自然冷 卻，微透鏡加工完成。2. 根據權利要求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. 根據權利要求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系為：丙二醇單甲基醚酯、乙氧基乙酸丙酯和丙烯酸樹脂按體積 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】本發明公開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，預先在晶圓表面和微透鏡材料層之間設置了混合物涂層，通過混合物涂層來抑制微透鏡材料在熔融狀態下的流動性；本發明的有益技術效果是：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
【公開號】CN105242332
【申請號】CN201510783114
【發明人】黃建, 向鵬飛, 高建威, 李佳, 雷仁方
【申請人】中國電子科技集團公司第四十四研究所
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年11月16日