大阵列高均匀性微透镜阵列制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种图像传感器制作技术，尤其涉及一种大阵列高均匀性微透镜阵列 制备方法。
【背景技术】
[0002] 在C⑶和CMOS图像传感器中，为了减小器件像元盲区对光响应的影响，提高器件 量子效率，需要在器件像元表面原位集成微透镜阵列。
[0003] 现有技术中，常见的微透镜阵列制备方法有直写法、压印法、灰度掩膜法、热熔法 等；直写法是通过激光或电子束直写，按照微透镜设计形貌在基底上刻蚀出浮雕结构，其具 有精度高、可形成任意形貌的优点，但直写法存在设备昂贵、加工效率较低、微透镜制造成 本极高等缺陷；压印法通过具有微透镜浮雕结构的母版将图形转移到基底上，具有加工效 率高、操作简单的优势，但是转移图形的对准精度较差，只能达到几个微米；灰度掩膜法通 过二元编码掩膜控制曝光量，经过显影形成微透镜浮雕结构，通过掩膜的设计，其可以制作 成不同类型的微透镜，但是其对曝光和显影的精度要求极高，工艺难度较大，且其工艺均匀 性和可控性都较低；热熔法通过热熔微透镜图形前驱体，使其在自身表面张力作用下形成 微透镜，其具有设备要求低、成型工艺简单、微透镜形貌好的优点，是目前微透镜阵列制备 的主流技术。
[0004] 现有的热熔法的基本步骤包括：晶圆清洗一微透镜材料层制作一光刻胶掩膜图形 制作一微透镜图案刻蚀一微透镜热熔成型；按前述步骤制作微透镜阵列时，存在如下问题： 1)热熔温度下，PMMA材料在器件表面具有较强的流动性；在现有的加热装置条件下，微透 镜阵列上不同位置处不可避免地存在微环境差异，这就使得不同位置处的PMMA材料受热 程度不同，进而使得不同位置处的PMMA材料的流动性也存在差异；热熔时，因微环境差异 引起的流动性差异就会导致不同位置处的PMMA材料的横向流动距离存在较大差异，最终 导致微透镜阵列中不同位置处的微透镜形貌差异较大，直接影响微透镜的聚光效果及其均 匀性，并且在微透镜阵列规模或尺寸较大（> 2cm)时，微透镜形貌差异更为显著；2)在进 行微透镜图案刻蚀时，微透镜阵列中央和边缘的微透镜图形均匀性较差，导致微透镜聚光 均匀性变差，这主要由刻蚀掩膜对刻蚀等离子体分布的非均匀性放大（刻蚀选择比越低， 该现象越严重），以及掩膜电荷的积累造成的局部电场过大所引起。
【发明内容】
[0005] 针对【背景技术】中的问题，本发明提出了一种大阵列高均匀性微透镜阵列制备方 法，其创新在于：按如下步骤制作：
[0006] 1)对器件的晶圆表面进行清洁；
[0007] 2)在晶圆表面涂覆丙二醇单甲基醚酯、乙氧基乙酸丙酯和丙烯酸树脂的混合物， 形成混合物涂层；
[0008] 3)对混合物涂层进行曝光处理，使混合物涂层完全固化；
[0009] 4)在混合物涂层表面涂覆PMMA材料，然后加热使PMMA材料固化形成微透镜材料 层；
[0010] 5)采用热蒸发工艺或磁控溅射工艺，在微透镜材料层表面生长掩膜层；
[0011] 6)采用光刻工艺在掩膜层上光刻出光刻胶掩膜图形；
[0012] 7)采用刻蚀工艺将光刻胶掩膜图形转移到掩膜层上；
[0013] 8)采用等离子体干法刻蚀工艺，将掩膜层上的图形转移到微透镜材料层上；
[0014] 9)采用湿法腐蚀工艺，将残留在微透镜材料层表面的掩膜层去掉；
[0015] 10)在队氛围下，将环境温度加热至PMMA材料的热熔温度；保温一定时间后，自然 冷却，微透镜加工完成。
[0016] 本发明的原理是：前述的由丙二醇单甲基醚酯、乙氧基乙酸丙酯和丙烯酸树脂所 形成的混合物，具有光敏性和热固性，曝光固化后，混合物表面有大量带极性的活性基团， 现有技术中，这种混合物常用于器件表面钝化、管壳填充、光敏胶改性等用途；本发明将前 述混合物设置在晶圆表面和微透镜材料层之间，混合物除了能与晶圆表面表面牢固地粘结 在一起外，当热熔状态下的PMMA材料与混合物表面接触时，混合物表面的活性基团能够与 PMMA材料表面产生静电吸附作用，从而增大PMMA材料在热熔状态下流动的屈服值，这就可 以大大降低热熔温度下PMMA材料的流动性，从而避免不同位置处的微透镜因PMMA材料的 流动性差异而出现形貌差异，提高微透镜阵列上不同位置处的微透镜形貌的一致性，保证 微透镜的聚光效果及其均匀性；
[0017] 优选地，所述掩膜层的材料采用金属铝。铝具有较高的导电性能，本发明中采用铝 作为微透镜材料层刻蚀的掩膜层，能够显著提高刻蚀的均匀性，抑制由于刻蚀选择比过低 所带来的刻蚀非均匀性放大效应，保证微透镜阵列中不同位置处的微透镜图形的均匀性。
[0018] 优选地，所述混合物中三种成分的配比关系为：丙二醇单甲基醚酯、乙氧基乙酸丙 酯和丙烯酸树脂按体积比为4:2:1的比例，在避光条件下混合并搅拌均匀。
[0019] 本发明的有益技术效果是：提供了一种新的微透镜阵列制备方法，采用该方法制 作处的微透镜阵列，其上不同位置处的微透镜形貌一致性、聚光效果及均匀性都较好。
【附图说明】
[0020] 图1、采用现有技术制作出的微透镜阵列的结构示意图；
[0021] 图2、采用本发明方案制作出的微透镜阵列的结构示意图；
[0022] 图中各个标记所对应的名称分别为：微透镜1、混合物涂层2。
【具体实施方式】
[0023] -种大阵列高均匀性微透镜阵列制备方法，其创新在于：按如下步骤制作：
[0024] 1)对器件的晶圆表面进行清洁；
[0025] 2)在晶圆表面涂覆丙二醇单甲基醚酯、乙氧基乙酸丙酯和丙烯酸树脂的混合物， 形成混合物涂层；
[0026] 3)对混合物涂层进行曝光处理，使混合物涂层完全固化；
[0027]4)在混合物涂层表面涂覆PMMA材料，然后加热使PMMA材料固化形成微透镜材料 层；
[0028] 5)采用热蒸发工艺或磁控溅射工艺，在微透镜材料层表面生长掩膜层；
[0029] 6)采用光刻工艺在掩膜层上光刻出光刻胶掩膜图形；
[0030] 7)采用刻蚀工艺将光刻胶掩膜图形转移到掩膜层上；
[0031] 8)采用等离子体干法刻蚀工艺，将掩膜层上的图形转移到微透镜材料层上；
[0032] 9)采用湿法腐蚀工艺，将残留在微透镜材料层表面的掩膜层去掉；
[0033] 10)在队氛围下，将环境温度加热至PMMA材料的热熔温度；保温一定时间后，自然 冷却，微透镜加工完成。
[0034] 进一步地，所述掩膜层的材料采用金属铝。
[0035] 进一步地，所述混合物中三种成分的配比关系为：丙二醇单甲基醚酯、乙氧基乙酸 丙酯和丙烯酸树脂按体积比为4:2:1的比例，在避光条件下混合并搅拌均匀。
[0036]表1
[0037]
[0038] 参见表1，本发明与现有热恪法相比，在制备小阵列规模器件时，二者的量子效率 和非均匀性相差不大，但在制备大阵列微透镜时，采用本发明方案制作出的微透镜阵列在 量子效率和均匀性方面都得到了显著提升。
【主权项】
1. 一种大阵列高均匀性微透镜阵列制备方法，其特征在于：按如下步骤制作： 1) 对器件的晶圆表面进行清洁； 2) 在晶圆表面涂覆丙二醇单甲基醚酯、乙氧基乙酸丙酯和丙烯酸树脂的混合物，形成 混合物涂层； 3) 对混合物涂层进行曝光处理，使混合物涂层完全固化； 4) 在混合物涂层表面涂覆PMMA材料，然后加热使PMMA材料固化形成微透镜材料层； 5) 采用热蒸发工艺或磁控溅射工艺，在微透镜材料层表面生长掩膜层； 6) 采用光刻工艺在掩膜层上光刻出光刻胶掩膜图形； 7) 采用刻蚀工艺将光刻胶掩膜图形转移到掩膜层上； 8) 采用等离子体干法刻蚀工艺，将掩膜层上的图形转移到微透镜材料层上； 9) 采用湿法腐蚀工艺，将残留在微透镜材料层表面的掩膜层去掉； 1〇)在队氛围下，将环境温度加热至PMM材料的热熔温度；保温一定时间后，自然冷 却，微透镜加工完成。2. 根据权利要求1所述的大阵列高均匀性微透镜阵列制备方法，其特征在于：所述掩 膜层的材料采用金属铝。3. 根据权利要求1所述的大阵列高均匀性微透镜阵列制备方法，其特征在于：所述混 合物中三种成分的配比关系为：丙二醇单甲基醚酯、乙氧基乙酸丙酯和丙烯酸树脂按体积 比为4:2:1的比例，在避光条件下混合并搅拌均匀。
【专利摘要】本发明公开了一种大阵列高均匀性微透镜阵列制备方法，该方法中，在微透镜成型之前，预先在晶圆表面和微透镜材料层之间设置了混合物涂层，通过混合物涂层来抑制微透镜材料在熔融状态下的流动性；本发明的有益技术效果是：提供了一种新的微透镜阵列制备方法，采用该方法制作处的微透镜阵列，其上不同位置处的微透镜形貌一致性、聚光效果及均匀性都较好。
【IPC分类】G02B3/00
【公开号】CN105242332
【申请号】CN201510783114
【发明人】黄建, 向鹏飞, 高建威, 李佳, 雷仁方
【申请人】中国电子科技集团公司第四十四研究所
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年11月16日