槽中微透镜的制作方法及槽中微透镜结构与流程

本发明属于微透镜，具体涉及一种槽中微透镜的制作方法及槽中微透镜结构。

背景技术：

1、微透镜，尤其是硅透镜，在光通讯、光传输、激光雷达以及工控消费等领域应用广泛。槽中透镜因其不仅可以保护透镜结构，而且能为后续封装提供支撑平台，而越来越受到行业追捧。但是，现有工艺开发的槽深有限，一般在50μm以内，严重影响使用范围。

2、现有技术一般是通过金属掩膜路线或者是键合工艺路线制作槽中透镜，两者都具有极大的弊端。金属掩膜路线中，金属掩膜制作困难，厚度有限，工艺复杂且成本高，限制了工艺大规模推广，难以制作槽深50μm以上结构产品。金属键合工艺路线中，主要是要分开制作透镜结构和深槽结构，工艺相对复杂且存在可靠性风险，尤其是在严苛的高速通讯应用领域。

3、现有技术cpo(共封装光学)领域需要直接依靠深槽结构贴装对准，作为耦合焦距，要求深槽公差在±5μm以内，因而对现有技术提出了很大挑战。

4、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种槽中微透镜的制作方法及槽中微透镜结构，其通过三次刻蚀工艺完成微透镜的转移，实现槽中微透镜的制作，且能精确控制槽的深度，控制槽深误差范围在2μm之内。

2、为了实现上述目的，本发明一具体实施例提供的技术方案如下：

3、一种槽中微透镜的制作方法，所述槽具有大于微透镜矢高的预设深度，所述制作方法包括：

4、提供衬底，所述衬底具有第一表面，所述第一表面包括第一区域、环绕所述第一区域的第二区域和环绕所述第二区域的第三区域；

5、在所述第一表面的第一区域上形成胶球微透镜面形；

6、对所述胶球微透镜面形以及所述第一表面进行第一次刻蚀，将所述胶球微透镜面形复刻转移至所述衬底上，形成微透镜；

7、在所述衬底形成有微透镜的一侧表面形成保护层；

8、去除所述第一区域和第二区域的保护层以暴露出所述微透镜和衬底；

9、对所述第一区域的微透镜和第二区域的衬底以第一刻蚀速率进行第二次刻蚀，形成槽中微透镜，其中，第二次刻蚀的深度小于所述预设深度；

10、继续对所述第一区域的微透镜和第二区域的衬底以第二刻蚀速率进行第三次刻蚀，以使所述槽中微透镜中槽的深度达到所述预设深度，所述第二刻蚀速率小于所述第一刻蚀速率。

11、在本发明的一个或多个实施例中，

12、所述第一刻蚀速率范围为10μm/min-20μm/min，压力为15mtorr-40mtorr；

13、所述第二刻蚀刻率范围为1μm/min-2μm/min，压力为15mtorr-40mtorr。

14、在本发明的一个或多个实施例中，所述第二次刻蚀和所述第三次刻蚀均采用深硅刻蚀法。

15、在本发明的一个或多个实施例中，所述第二次刻蚀过程中，钝化气体包括c4f8，气体流量范围为500sccm-100sccm，上电极功率为1500w-2500w，下电极功率为0，钝化时间为1s-3s；刻蚀气体包括sf6，气体流量范围500sccm-100sccm，上电极功率为1500w-2500w，下电极功率为20w-100w，时间1s-3s。

16、在本发明的一个或多个实施例中，所述第三次刻蚀过程中，钝化气体包括c4f8，气体流量范围为100sccm-200sccm，上电极功率为800w-1500w，下电极功率为0，钝化时间为1s-3s；刻蚀气体包括sf6，气体流量范围80sccm-150sccm，上电极功率为800w-1200w，下电极功率为20w-100w，时间1s-3s。

17、在本发明的一个或多个实施例中，所述第一次刻蚀采用稳态刻蚀法；和/或，

18、所述第一次刻蚀的刻蚀气体为氟基气体，所述氟基气体包括sf6、cf4、chf3、c4f8中的一种或多种；和/或，

19、所述第一次刻蚀的刻蚀气体流量范围为20sccm-40sccm；和/或，

20、所述第一次刻蚀的刻蚀功率为600w-1000w，射频功率为300w-500w，压力为3mtorr-10mtorr。

21、在本发明的一个或多个实施例中，述保护层的材料包括氧化硅；和/或，

22、采用等离子增强化学气相淀积方式形成所述保护层，其中，沉积温度为300℃-350℃，功率为50w-80w，压力为100pa-120pa，反应气体包括sih4和n2o；和/或，

23、保护层的沉积厚度为500nm-1000nm；和/或

24、所述保护层与所述衬底的刻蚀选择比为(1：50)-(1：200)。

25、在本发明的一个或多个实施例中，去除所述第一区域和第二区域的保护层以暴露出所述微透镜和衬底，包括：

26、在所述保护层表面形成光刻胶层；

27、刻蚀所述第一区域和所述第二区域的光刻胶层以暴露出所述第一区域和第二区域的保护层；

28、采用稳态刻蚀法对所述第一区域和第二区域的保护层进行刻蚀以暴露出所述微透镜和衬底。

29、在本发明的一个或多个实施例中，刻蚀所述保护层时，刻蚀气体为氟基气体，所述氟基气体包括sf6、cf4、chf3、c4f8中的一种或多种；刻蚀气体流量范围为20sccm-40sccm；刻蚀功率为600w-1000w，射频功率为300w-500w，压力为3mtorr-10mtorr。

30、在本发明的一个或多个实施例中，对所述第一区域的微透镜和第二区域的衬底进行第二次刻蚀的步骤之前，还包括：

31、去除所述第三区域的光刻胶层的步骤。

32、一种槽中微透镜结构，采用上述的槽中微透镜的制作方法制作而成。

33、与现有技术相比，本发明的槽中微透镜的制作方法及槽中微透镜结构，其通过三次刻蚀工艺完成微透镜的转移，实现槽中微透镜的制作，且能精确控制槽的深度，控制槽深误差范围在2μm之内，适用于槽深大于或等于50μm的超深槽中微透镜的制作。

34、本发明的槽中微透镜的制作方法及槽中微透镜结构，微透镜或微透镜阵列位于槽内，槽壁不仅起到支撑保护作用，防止微透镜脏污和划伤，槽的深度可以用于后续光芯片的精确定位。

35、本发明的槽中微透镜的制作方法及槽中微透镜结构，三次刻蚀工艺包括一次稳态刻蚀和两次深硅刻蚀，稳态刻蚀可以实现微透镜的转移，第一次深硅刻蚀采用快速率刻蚀可以形成槽结构轮廓，第二次深硅刻蚀采用慢速率刻蚀实现槽结构深度的精准控制。

36、本发明的槽中微透镜的制作方法及槽中微透镜结构，第一次刻蚀之后形成有保护层，能为后续工艺刻蚀提供刻蚀阻挡层。

技术特征：

1.一种槽中微透镜的制作方法，其特征在于，所述槽具有大于微透镜矢高的预设深度，所述制作方法包括：

2.根据权利要求1所述的槽中微透镜的制作方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的槽中微透镜的制作方法，其特征在于，所述第二次刻蚀和所述第三次刻蚀均采用深硅刻蚀法。

4.根据权利要求3所述的槽中微透镜的制作方法，其特征在于，所述第二次刻蚀过程中，钝化气体包括c4f8，气体流量范围为500sccm-100sccm，上电极功率为1500w-2500w，下电极功率为0，钝化时间为1s-3s；刻蚀气体包括sf6，气体流量范围500sccm-100sccm，上电极功率为1500w-2500w，下电极功率为20w-100w，时间1s-3s。

5.根据权利要求3所述的槽中微透镜的制作方法，其特征在于，所述第三次刻蚀过程中，钝化气体包括c4f8，气体流量范围为100sccm-200sccm，上电极功率为800w-1500w，下电极功率为0，钝化时间为1s-3s；刻蚀气体包括sf6，气体流量范围80sccm-150sccm，上电极功率为800w-1200w，下电极功率为20w-100w，时间1s-3s。

6.根据权利要求1所述的槽中微透镜的制作方法，其特征在于，所述第一次刻蚀采用稳态刻蚀法；和/或，

7.根据权利要求1所述的槽中微透镜的制作方法，其特征在于，所述保护层的材料包括氧化硅；和/或，

8.根据权利要求1所述的槽中微透镜的制作方法，其特征在于，去除所述第一区域和第二区域的保护层以暴露出所述微透镜和衬底，包括：

9.根据权利要求8所述的槽中微透镜的制作方法，其特征在于，刻蚀所述保护层时，刻蚀气体为氟基气体，所述氟基气体包括sf6、cf4、chf3、c4f8中的一种或多种；刻蚀气体流量范围为20sccm-40sccm；刻蚀功率为600w-1000w，射频功率为300w-500w，压力为3mtorr-10mtorr。

10.根据权利要求8所述的槽中微透镜的制作方法，其特征在于，对所述第一区域的微透镜和第二区域的衬底进行第二次刻蚀的步骤之前，还包括：

11.一种槽中微透镜结构，其特征在于，采用如权利要求1-10任一项所述的槽中微透镜的制作方法制作而成。

技术总结本发明公开了一种槽中微透镜的制作方法及槽中微透镜结构，通过三次刻蚀工艺完成微透镜的转移，实现槽中微透镜的制作，且能精确控制槽的深度，控制槽深误差范围在2μm之内，适用于槽深大于或等于50μm的超深槽中微透镜的制作。其中，三次刻蚀工艺包括一次稳态刻蚀和两次深硅刻蚀，稳态刻蚀可以实现微透镜的转移，第一次深硅刻蚀采用快速率刻蚀可以快速形成槽结构轮廓，第二次深硅刻蚀采用慢速率刻蚀实现槽结构深度的精准控制。技术研发人员：朱斌青,朱涛,姜春阳,卢建娅受保护的技术使用者：苏州苏纳光电有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/6