一种透镜制备方法与流程

1.本技术涉及半导体加工技术领域，具体地，涉及一种透镜制备方法。

背景技术：

2.透镜的面型越接近于标准曲线，对光的耦合效率越高。因此，透镜制备希望其横向的刻蚀程度越小越好。和湿法刻蚀相比，干法刻蚀的各向异性特征明显，因此透镜的制备选择干法工艺制备透镜。干法刻蚀虽然横向刻蚀小，但是由于刻蚀工艺时间的积累，依然会使透镜的实际形状和标准形状相差较大，这导致了透镜对光的耦合效率较低。
3.现有透镜的主要制备流程，图1-1所示，在支撑衬底11之上形成光刻胶柱；如图1-2所示，经过热回流形成标准的球形；如图1-3所示，进行一次刻蚀后，形成透镜12，此时透镜12的实际形状和标准的球形相差较大。传统的透镜刻蚀的时间较长，导致透镜横向刻蚀程度较大，进而导致透镜对光的耦合效率下降。
4.因此，传统的透镜制备方法制备出的透镜对光的耦合效率较低，是本领域技术人员急需要解决的技术问题。
5.在背景技术中公开的上述信息仅用于加强对本技术的背景的理解，因此其可能包含没有形成为本领域普通技术人员所知晓的现有技术的信息。

技术实现要素：

6.本技术实施例提供了一种透镜制备方法，以解决传统的透镜制备方法制备出的透镜对光的耦合效率较低的技术问题。
7.本技术实施例的提供了一种透镜制备方法，包括：
8.在衬底之上，进行至少两次回流刻蚀，形成透镜；
9.其中，第一次回流刻蚀在所述衬底之上进行且形成第一次回流刻蚀后的透镜；后续回流刻蚀后的透镜在前一次回流刻蚀后的透镜之上形成。
10.本技术实施例由于采用以上技术方案，具有以下技术效果：
11.本技术实施例的透镜制备方法通过至少两次回流刻蚀形成透镜。第一次回流刻蚀是在衬底之上进行，形成第一次回流刻蚀后的透镜；后续的回流刻蚀后的透镜分别是在前一次回流刻蚀后的透镜之上形成。即最终的透镜是各次回流刻蚀后的透镜叠加在一起形成。传统的透镜制备，仅采用一次刻蚀形成，导致单次刻蚀的时间较长，单次较长时间的刻蚀导致透镜横向刻蚀程度较大，进而导致透镜对光的耦合效率下降。本技术实施例的透镜制备方法，采用至少两次回流刻蚀形成最终的透镜，那么每一次刻蚀的时间都较短，单次较短时间的刻蚀使得透镜横向刻蚀程度较小，从而使得最终的透镜更接近于标准球，因此对光的耦合效率较高。
附图说明
12.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本申
请的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
13.图1-1为传统的透镜制备方法在支撑衬底之上形成光刻胶柱的结构示意图；
14.图1-2为光刻胶柱经过热回流后的结构示意图；
15.图1-3在图2的基础上进行经过一次刻蚀形成透镜的结构示意图；
16.图2为本技术实施例的透镜制备方法的实施例的流程图；
17.图3-1至图3-7为本技术实施例的透镜制备方法的各个流程对应的结构示意图。
18.附图标记：
19.衬底100，第一次显影后的光刻胶柱211，第一次回流后的透镜311，第一次回流刻蚀后的透镜411，第二次显影后的光刻胶柱511，第二次回流后的透镜611，第二次回流刻蚀后的透镜711。
具体实施方式
20.为了使本技术实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本技术的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本技术的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
21.实施例一
22.如图2和图3-1至图3-7所示，本技术实施例的透镜制备方法，包括：
23.在衬底100之上，进行至少两次回流刻蚀，形成透镜；
24.其中，第一次回流刻蚀在所述衬底之上进行且形成第一次回流刻蚀后的透镜411；后续回流刻蚀后的透镜在前一次回流刻蚀后的透镜之上形成。
25.本技术实施例的透镜制备方法通过至少两次回流刻蚀形成透镜。第一次回流刻蚀是在衬底之上进行，形成第一次回流刻蚀后的透镜；后续的回流刻蚀后的透镜分别是在前一次回流刻蚀后的透镜之上形成。即最终的透镜是各次回流刻蚀后的透镜叠加在一起形成。传统的透镜制备，仅采用一次刻蚀形成，导致单次刻蚀的时间较长，单次较长时间的刻蚀导致透镜横向刻蚀程度较大，进而导致透镜对光的耦合效率下降。本技术实施例的透镜制备方法，采用至少两次回流刻蚀形成最终的透镜，那么每一次刻蚀的时间都较短，单次较短时间的刻蚀使得透镜横向刻蚀程度较小，从而使得最终的透镜更接近于标准球，因此对光的耦合效率较高。
26.实施中，第二次以及第二次以后的各次回流刻蚀分别包括：
27.回流温度逐渐升高的升温回流步骤；
28.第一次回流刻蚀包括：
29.回流温度保持恒温的恒温回流步骤；
30.其中，升温回流步骤中回流温度的最高值高于恒温回流步骤中的回流温度，回流温度的起始温度高于光刻胶的玻璃化温度。
31.这样，第一次回流刻蚀中的回流，采用的是恒温回流的方式，对应的，恒温回流步骤中回流温度保持恒温。第二次以及第二次以后的各次回流刻蚀中的回流，采用的是升温回流的方式，对应的，升温回流步骤中回流温度逐渐升高。回流温度的起始温度高于光刻胶的玻璃化温度，这是能够进行回流的基础；而且升温回流步骤中回流温度的最高值高于恒
温回流步骤中的回流温度。
32.第二次以及第二次以后的各次回流刻蚀中的回流为光刻胶自身流动，是在前一次回流刻蚀后的透镜的基础上进行流动，此时需要更大的驱动力来促进光刻胶的流动，因此回流温度逐渐升高。第二次以及第二次以后的各次回流刻蚀中的回流形成的标准透镜，经过较短的刻蚀，横向刻蚀程度较少，可以使透镜更接近于标准球，因此提高了对光的耦合效率。
33.实施例二
34.本技术实施例的透镜制备方法，在实施例一的基础上，还具有以下特点。
35.实施中，回流刻蚀的次数为两次；
36.在第二次回流刻蚀的升温回流步骤中，回流温度以梯度升高的方式逐渐升高。
37.回流温度采用梯度升高的方式，能够加快回流速率。
38.本技术实施例的透镜制备方法，按照时间顺序，包括如下步骤；
39.步骤s1：第一次回流刻蚀；
40.步骤s2：第二次回流刻蚀。
41.本技术实施例的透镜制备方法，采用两次回流刻蚀制备。这样，第二次回流刻蚀中的刻蚀时间比第一次回流刻蚀中的时间更短，较短的单次刻蚀时间，使得透镜横向刻蚀程度较小，可以使透镜更接近于标准球，因此对光的耦合效率较高。同时，制备方法的工艺也相对简单，在提高透镜质量的同时，兼顾了制备方法的可操作性。
42.实施中，第一次回流刻蚀，包括如下步骤：
43.在衬底之上，形成光刻胶柱，其中，光刻胶柱的端面为圆形；
44.恒温回流，形成小于半球的第一次回流后的球形透镜；
45.对第一次回流后的透镜进行干法刻蚀，形成第一次回流刻蚀后的透镜。
46.在第一次回流刻蚀的各个步骤完成后，形成的第一次回流刻蚀后的透镜是比最终的目标透镜的尺寸小。否则第二次回流刻蚀后的透镜就会超过最终的目标透镜的尺寸。
47.实施中，第二次回流刻蚀，包括如下步骤：
48.在第一次回流刻蚀后的透镜之上，形成光刻胶柱；其中，光刻胶柱的端面为圆形；
49.升温回流，回流温度以梯度升高的方式逐渐升高，每个回流温度保持的时间为第一预设时间，形成第二次回流后的透镜；在温度，重力和表面张力的作用下，光刻胶的回流可以填补横向刻蚀多余处，回流后透镜又恢复标准的球型；
50.自然冷却至室温；
51.对第二次回流后的透镜进行干法刻蚀，形成第二次回流刻蚀后的透镜。
52.升温回流的以梯度升高的方式进行升温，这是因为第二次回流刻蚀中的回流为光刻胶自身流动，是在前一次回流刻蚀后的透镜的基础上进行流动，此时需要更大的驱动力来促进光刻胶的流动，因此回流温度以梯度升高的方式，使得驱动力的增大是一个梯度增大的过程，能够更有利的驱动光刻胶的流动。与回流温度一点点逐渐升高相比，回流的效果更好。
53.实施中，所述升温回流步骤，具体包括：
54.将衬底、第一次回流刻蚀后的透镜和其上的光刻胶柱放在烘箱中进行回流，烘箱温度的起始温度为150℃，之后，回流温度升高幅度的取值范围为大于等于3摄氏度小于等
于8摄氏度，如可以是升温到155℃、160℃和165℃；其中，每个回流温度保持的所述第一预设时间为1分钟。
55.回流温度保持的时间会影响回流后光刻胶形状，上述起始温度、回流温度以及第一预设时间回流形成的光刻胶形状最佳。
56.实施中，所述恒温回流步骤，具体包括：
57.将衬底和形成在衬底之上的光刻胶柱放在烘箱中进行恒温加热，烘箱的温度的取值范围为160℃，加热时间的时间为3分钟。
58.实施中，第一次回流刻蚀和第二次回流刻蚀中，都包括形成光刻胶柱的步骤。第一次回流刻蚀中需要在衬底之上形成光刻胶柱，第二次回流刻蚀中需要在第一次回流刻蚀后的透镜之上形成光刻胶柱。形成光刻胶柱的步骤是相同的，将衬底、衬底及其上形成第一次回流刻蚀后的透镜分别看做待形成光刻胶柱的部件，则形成光刻胶柱的步骤，具体包括：
59.将待形成光刻胶柱的部件放在热板之上进行加热，热板的温度的取值范围为大于等于80℃小于等于150℃，加热时间的取值范围为大于等于8分钟小于等于15分钟；
60.将加热后的待形成光刻胶柱的部件放在匀胶机上进行匀胶，匀胶机第一转速的取值范围为大于等于1800rmp/min小于等于2200rmp/min，第一转速维持时间的取值范围为大于等于8秒小于等于12秒；经过加速使得达到第二转速，第二转速的取值范围为大于等于5800rmp/min小于等于6200rmp/min，第二转速维持时间的取值范围为大于等于80秒小于等于120秒；
61.匀胶结束后，在热板之上进行烘干，热板的温度的取值范围为大于等于80℃小于等于150℃，加热时间的取值范围为大于等于8分钟小于等于15分钟；
62.烘干后，选择掩模形状为圆形的光刻版在光刻机下进行光刻；
63.光刻后在显影液下显影，最后用去离子水清洗，在待形成光刻胶柱的部件之上形成光刻胶柱。
64.具体的，第一次回流刻蚀和第二次回流刻蚀中，形成光刻胶柱的步骤中，形成光刻胶柱的径向尺寸是相同的，高度可以相同也可以不同。
65.实施中，第一次回流刻蚀后的透镜之上的光刻胶柱的高度为5微米；即第一次回流刻蚀后的透镜的顶部到光刻胶柱的最该处的距离为5微米。
66.衬底之上的光刻胶柱的高度为5微米。
67.实施中，对第二次回流后的透镜611进行刻蚀和对第一次回流后的透镜311进行刻蚀中的刻蚀为干法刻蚀，包括如下步骤：
68.在选择比1:1的条件下刻蚀，具体参数为：压力为1pa，sf6为24sccm，c4f8为5sccm，ar为2sccm。其中，
69.其中，选择比指的是在同一刻蚀条件下一种材料与另一种材料相比刻蚀速率快多少，它定义为被刻蚀材料的刻蚀速率与另一种材料的刻蚀速率的比。sf6为六氟化硫，c4f8为八氟环丁烷，ar为氩气，sccm为体积流量单位。
70.具体的，选择比为两种刻蚀材料的速率的比值。
71.实施中，所述恒温回流步骤，具体包括：
72.将衬底和形成在衬底之上的光刻胶柱放在烘箱中进行恒温加热，烘箱的温度的取值范围为160℃，加热时间的时间为3分钟。
73.作为一个可选的方式，形成光刻胶柱的步骤，具体包括：
74.将待形成光刻胶柱的部件放在热板之上进行加热，热板的温度为110℃，加热时间为10分钟；
75.将加热后的衬底放在匀胶机上进行匀胶，匀胶机第一转速为2000rmp/min，第一转速维持时间为10秒；经过加速使得达到第二转速，第二转速为6000rmp/min，第二转速维持时间为100秒；
76.匀胶结束后，取出衬底在热板之上进行烘干，热板的温度为110℃，加热时间为大于等于10分钟；
77.烘干后，选择掩模形状为圆形的光刻版在光刻机下进行光刻；
78.光刻后在显影液下显影，最后用去离子水清洗，在待形成光刻胶柱的部件之上形成光刻胶柱。
79.这样，能够形成的最终透镜的直径的取值范围为大于等于100微米小于等于200微米。通过调整光刻胶柱的直径、以及各向参数，能够控制最终透镜的直径。需要说明的是，最终透镜一般是小于半球的球冠。在本领域以及本技术中，最终透镜的直径并不是对应数学中常用的球的直径，而是球冠的底的直径。
80.实施例三
81.本技术实施例的透镜制备方法，按照时间顺序，各个步骤如下：
82.1、如图3-1所示，将硅晶片(即衬底100)放在热板上，热板的温度为110℃，热板的加热时间为10min；
83.之后，取烘烤后的硅晶片放在匀胶机上进行匀胶，设置匀胶机第一转速为2000rmp/min，维持10s，再经过4s加速使转速达到第二转速6000rmp/min，维持100s；
84.匀胶结束后，取出硅晶片放在热板上烘干，热板的加热温度为110℃，时间10min；
85.烘干后，选择掩模形状为圆形的光刻版在光刻机下光刻，光刻后在显影液下显影，最后用去离子水清洗干净，第一次显影后的光刻胶柱211，即衬底之上形成的光刻胶柱，形状如图3-2所示。
86.2、衬底及第一次显影后的光刻胶柱211放在烘箱中进行恒温加热，烘箱的加热温度为160℃，加热时间为3min。在重力和表面张力的作用下，形成高度为25um的第一次回流后的透镜311，第一次回流后的透镜311为球型透镜如图3-3所示。
87.3、通过干法刻蚀，在选择比1:1的条件下刻蚀，具体参数为：压力为1pa，sf6为24sccm，c4f8为5sccm，ar为2sccm(其它工艺参数，选择比为1时，具有类型效果)。刻蚀速率不宜太大，否则可能导致硅晶片散热不及时，出现缺陷，导致良率变低。刻蚀后由于横向腐蚀的存在，球型透镜的形状发生变化，且刻蚀工艺时间越久，变化越明显，第一次回流刻蚀后的透镜411如图3-4所示。
88.4、使用步骤1中的光刻版，再次匀胶光刻后形成高度为5um厚度的第二次显影后的光刻胶柱511(球顶到光刻胶最高处的距离)，之后重复步骤1中的条件，如图3-5所示。第二次显影后的光刻胶柱511，即第一次回流刻蚀后的透镜之上形成光刻胶柱。
89.5、重复步骤2中的条件，在烘箱中再次回流，为了回流的精确性，采用回流温度逐渐升高的方式，回流温度开始为150℃，保持1min，之后升温到155℃，160℃，165℃，各保持1min，结束后；
90.自然冷却到室温；
91.在温度，重力和表面张力的作用下，光刻胶可以填补横向刻蚀多余处，回流后透镜又恢复标准的球型，第二次回流后的透镜611如图3-6所示。
92.6、刻蚀参数如步骤3，由于此时的光刻胶厚度已经相对较薄，所以刻蚀时间较短，产生的横向腐蚀就越少，更加接近于标准球，此时第二次回流刻蚀后的透镜711形状如图3-7所示。
93.在本技术及其实施例的描述中，需要理解的是，术语“顶”、“底”、“高度”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
94.在本技术及其实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
95.在本技术及其实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
96.上文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本技术的不同结构。为了简化本技术的公开，上文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本技术。此外，本技术可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本技术提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
97.尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
98.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：

1.一种透镜制备方法，其特征在于，包括：在衬底之上，进行至少两次回流刻蚀，形成透镜；其中，第一次回流刻蚀在所述衬底之上进行且形成第一次回流刻蚀后的透镜；后续回流刻蚀后的透镜在前一次回流刻蚀后的透镜之上形成。2.根据权利要求1所述的透镜制备方法，其特征在于，第二次以及第二次以后的各次回流刻蚀分别包括：回流温度逐渐升高的升温回流步骤；第一次回流刻蚀包括：回流温度保持恒温的恒温回流步骤；其中，升温回流步骤中回流温度的最高值高于恒温回流步骤中的回流温度，回流温度的起始温度高于光刻胶的玻璃化温度。3.根据权利要求2所述的透镜制备方法，其特征在于，回流刻蚀的次数为两次；在第二次回流刻蚀的升温回流步骤中，回流温度以梯度升高的方式逐渐升高。4.根据权利要求3所述的透镜制备方法，其特征在于，第二次回流刻蚀包括如下步骤：在第一次回流刻蚀后的透镜之上，形成光刻胶柱；其中，光刻胶柱的端面为圆形；所述升温回流步骤，每个回流温度保持的时间为第一预设时间，形成第二次回流后的透镜；自然冷却至室温；对第二次回流后的透镜进行刻蚀，形成第二次回流刻蚀后的透镜。5.根据权利要求4所述的透镜制备方法，其特征在于，第一次回流刻蚀包括如下步骤：在衬底之上，形成光刻胶柱，其中，光刻胶柱的端面为圆形；所述恒温回流步骤，形成小于半球的第一次回流后的球形透镜；对第一次回流后的透镜进行刻蚀，形成第一次回流刻蚀后的透镜。6.根据权利要求5所述的透镜制备方法，其特征在于，所述升温回流步骤，具体包括：将衬底、第一次回流刻蚀后的透镜和其上的光刻胶柱放在烘箱中进行回流，烘箱温度的起始温度为150℃，之后，回流温度升高幅度的取值范围为大于等于3摄氏度小于等于8摄氏度；其中，每个回流温度保持的所述第一预设时间为1分钟。7.根据权利要求6所述的透镜制备方法，其特征在于，形成光刻胶柱的步骤，具体包括：将待形成光刻胶柱的部件放在热板之上进行加热，热板的温度的取值范围为大于等于80℃小于等于150℃，加热时间的取值范围为大于等于8分钟小于等于15分钟；将加热后的待形成光刻胶柱的部件放在匀胶机上进行匀胶，匀胶机第一转速的取值范围为大于等于1800rmp/min小于等于2200rmp/min，第一转速维持时间的取值范围为大于等于8秒小于等于12秒；经过加速使得达到第二转速，第二转速的取值范围为大于等于5800rmp/min小于等于6200rmp/min，第二转速维持时间的取值范围为大于等于80秒小于等于120秒；匀胶结束后，在热板之上进行烘干，热板的温度的取值范围为大于等于80度小于等于150℃，加热时间的取值范围为大于等于8分钟小于等于15分钟；烘干后，选择掩模形状为圆形的光刻版在光刻机下进行光刻；光刻后在显影液下显影，最后用去离子水清洗，在待形成光刻胶柱的部件之上形成光
刻胶柱。8.根据权利要求7所述的透镜制备方法，其特征在于，所述恒温回流步骤，具体包括：将衬底和形成在衬底之上的光刻胶柱放在烘箱中进行恒温加热，烘箱的温度的取值范围为160℃，加热时间的时间为3分钟。9.根据权利要求8所述的透镜制备方法，其特征在于，对第二次回流后的透镜进行刻蚀和对第一次回流后的透镜进行刻蚀中的刻蚀为干法刻蚀，干法刻蚀的参数如下：在选择比1:1的条件下刻蚀，具体参数为：压力为1pa，sf6为24sccm，c4f8为5sccm，ar为2sccm。10.根据权利要求5所述的透镜制备方法，其特征在于，第一次回流刻蚀后的透镜之上的光刻胶柱的高度为5微米；衬底之上的光刻胶柱的高度为5微米。

技术总结

本申请实施例提供了一种透镜制备方法，包括：在衬底之上，进行至少两次回流刻蚀，形成透镜；其中，第一次回流刻蚀在所述衬底之上形成第一次回流刻蚀后的透镜；后续的回流刻蚀后的透镜在前一次回流刻蚀后的透镜之上形成。本申请实施例的透镜制备方法解决了传统的透镜制备方法制备出的透镜对光的耦合效率较低的技术问题。术问题。术问题。