一种微透镜阵列的制备方法及晶圆与流程

1.本技术涉及微光机电系统技术领域，尤其涉及一种微透镜阵列的制备方法。


背景技术：

2.微透镜阵列是由许多形状相同的微米尺寸小透镜按一定规律排列而成的阵列，小透镜的形状可以是圆形，正方形，六边形，四方形或是其他形状。微透镜的特点是小型化、集成化、设计自由度大，能够实现激光匀化、分束和光束聚焦、高灵敏度成像、准直、波前传感等功能。
3.负性光敏环氧树脂su
‑
8材料作为制作微透镜阵列的材料之一，具有可见光和近红外波段高透光性，可以制作大厚度结构(～100um甚至更厚)。
4.热回流(thermal reflow)是一种主要的晶圆上微透镜阵列结构的加工方法，利用光刻胶形成圆柱或者特定形状的柱子阵列结构，通过加热后让光刻胶达到并超高其玻璃态转变温度后软化，在表面张力作用下形成非球面(aspheric)微透镜阵列。热回流法适合将微透镜阵列直接制作在晶圆上、但是存在高透光性光刻胶材料选择、微透镜形状(高度和曲率)限制等问题，例如较低的透镜高度在聚焦和准直性上难以充分满足要求。
5.在使用负性光敏环氧树脂su
‑
8制作微透镜阵列的过程中，由于su
‑
8材料的热回流工艺难以实现，需要采用较为复杂和较高成本的制作方法，如背面3d扩散光刻、电子束灰度曝光、3d飞秒激光直写等，也有研究者提出利用光敏酸扩散(photoacid diffusion)法制作su
‑
8材质微透镜阵列，成本相对低，但存在工艺复杂、微透镜形状可控性差、残留物去除难等不足。
6.为解决上述问题，亟需提供一种微透镜阵列的制备方法，既能够简便的制备出su
‑
8材质的微透镜阵列，又能够保证产品的良率，降低成本。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本说明书实施例提供了一种微透镜阵列的制备方法。
8.本说明书实施例采用下述技术方案：
9.本说明书实施例提供了一种微透镜阵列的制备方法，用于在晶圆表面制备微透镜阵列，其特征在于，包括：
10.在所述晶圆表面形成su
‑
8光刻胶层；
11.在所述su
‑
8光刻胶层的表面形成正性光刻胶微柱阵列；
12.对所述正性光刻胶微柱阵列进行热回流处理，以在所述su
‑
8光刻胶层的表面形成非球面形状结构阵列，所述非球面形状结构阵列作为所述su
‑
8光刻胶层的刻蚀掩膜；
13.对所述su
‑
8光刻胶层和所述非球面形状结构阵列进行刻蚀，直至去除所述非球面形状结构阵列，以将所述非球面形状结构阵列的形状转移至所述su
‑
8光刻胶层的表面上，从而在所述晶圆表面形成su
‑
8材质的微透镜阵列。
14.优选地，所述微透镜阵列包括：平台结构和多个微透镜，所述多个微透镜在所述平
台结构上方阵列排布；
15.所述在所述晶圆表面形成su
‑
8光刻胶层包括：
16.在所述晶圆表面涂覆su
‑
8光刻胶；
17.对涂覆的所述su
‑
8光刻胶进行光刻处理，生成预定厚度的su
‑
8光刻胶层，所述预定厚度不小于所述平台结构的高度与所述微透镜结构最大高度之和。
18.优选地，其特征在于，所述晶圆表面形成有垂直腔面发射激光器阵列；
19.所述在所述晶圆表面形成su
‑
8光刻胶层包括：
20.在所述垂直腔面发射激光器阵列表面形成su
‑
8光刻胶层。
21.优选地，所述微透镜阵列中的一个微透镜的中心与所述垂直腔面发射激光器阵列中的一个垂直腔面发射激光器的中心对准。
22.优选地，所述的方法还包括：
23.在形成有所述垂直腔面发射激光器阵列的晶圆表面涂覆su
‑
8光刻胶；
24.所述在所述垂直腔面发射激光器阵列表面形成su
‑
8光刻胶层包括：
25.对涂覆的所述su
‑
8光刻胶进行光刻处理，以在所述垂直腔面发射激光器阵列表面形成su
‑
8光刻胶层，在所述晶圆表面的其他位置形成su
‑
8光刻胶刻蚀掩膜。
26.优选地，所述在所述su
‑
8光刻胶层的表面形成正性光刻胶微柱阵列包括：
27.对形成于所述su
‑
8光刻胶层表面的正性光刻胶层进行光刻处理，以在所述su
‑
8光刻胶层的表面形成所述正性光刻胶微柱阵列，
28.所述正性光刻胶微柱阵列中的一个正性光刻胶柱体对应形成所述非球面形状结构阵列中的一个非球面形状结构。
29.优选地，所述的方法还包括：
30.在形成有所述su
‑
8光刻胶层的晶圆表面涂覆正性光刻胶；
31.所述对形成于所述su
‑
8光刻胶层表面的正性光刻胶层进行光刻处理，以在所述su
‑
8光刻胶层的表面形成所述正性光刻胶微柱阵列包括：
32.对涂覆的正性光刻胶进行光刻处理，以在所述su
‑
8光刻胶层的表面形成正性光刻胶微柱阵列，在所述晶圆表面的其他位置形成正性光刻胶刻蚀掩膜。
33.优选地，所述对所述正性光刻胶微柱阵列进行热回流处理包括：
34.在空气或氮气气氛下，利用热板或烘箱将形成有所述正性光刻胶微柱阵列的晶圆加热至预定温度区间，并在预定时长内将温度维持在所述预定温度区间，
35.所述预定温度区间内的温度大于或等于所述正性光刻胶的玻璃化温度。
36.优选地，所述对所述su
‑
8光刻胶层和所述非球面形状结构阵列进行刻蚀包括：
37.采用预定组分比例的刻蚀气体对所述su
‑
8光刻胶层和所述非球面形状结构阵列进行等离子体刻蚀；
38.所述刻蚀气体的组分比例是根据所述正性光刻胶的刻蚀速率和所述su
‑
8光刻胶的刻蚀速率确定的。
39.本说明书实施例提供了一种表面形成有微透镜阵列的晶圆，其特征在于，包括：
40.基底；
41.形成于基底表面上的垂直腔面发射激光器阵列；
42.以及，形成于所述垂直腔面发射激光器阵列表面上的微透镜阵列，所述微透镜阵
列为根据上述任意一项所述微透镜阵列的制备方法制备得到的微透镜阵列。
43.本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
44.本说明书实施例提出的微透镜阵列的制备方法，用于在晶圆表面制备微透镜阵列，包括：在所述晶圆表面形成su
‑
8光刻胶层；在所述su
‑
8光刻胶层的表面形成正性光刻胶微柱阵列；对所述正性光刻胶微柱阵列进行热回流处理，以在所述su
‑
8光刻胶层的表面形成非球面形状结构阵列，所述非球面形状结构阵列作为所述su
‑
8光刻胶层的刻蚀掩膜；对所述su
‑
8光刻胶层和所述非球面形状结构阵列进行刻蚀，直至去除所述非球面形状结构阵列，以将所述非球面形状结构阵列的形状转移至所述su
‑
8光刻胶层的表面上，从而在所述晶圆表面形成su
‑
8材质的微透镜阵列，上述制备方法使得生成在su
‑
8光刻胶层表面的正性光刻胶微柱阵列在热回流处理过程中能够形成体积/面积一致的非球面形状结构，从而得到形状、性状的一致的微透镜阵列，同时，这样的制备方法作用能够保证热回流处理工艺的稳定性、一致性，从而可以使用热回流工艺来将微透镜阵列直接制备到晶圆表面，不但提高了产品的良率，还降低了成本。
附图说明
45.为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：
46.图1为本说明书实施例提供的一种微透镜阵列的制备方法的流程图。
47.图2为本说明书实施例提供的一种待制备的微透镜阵列的结构示意图。
48.图3为本说明书实施例提供的微透镜的结构及微透镜阵列排布示意图。
49.图4为本说明书实施例提供的一种微透镜阵列的制备方法的流程图。
50.图5为本说明书实施例提供的微透镜阵列的制备方法过程中利用正性光刻胶形成刻蚀掩膜晶圆的横截面示意图。
51.图6为本说明书实施例提供的微透镜阵列的制备方法过程中利用su
‑
8光刻胶形成刻蚀掩膜时晶圆的横截面示意图。
52.图7为本说明书实施例提供的一种表面形成有微透镜阵列的晶圆的结构示意图。
具体实施方式
53.为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
54.为了解决su
‑
8光刻胶制备微透镜阵列过程中工艺复杂，成本高等问题，以下从技术原理方面，对本说明书实施例提出的微透镜阵列的制备方法进行说明：
55.由于su
‑
8光刻胶为负性光刻胶，其与正性光刻胶特在材料性能方面存在明显差异，而这种差异性会在两种材料之间产生表面抑制作用，这样的表面抑制作用可以抑制热
回流处理过程中正性光刻胶微柱阵列中的柱体在su
‑
8光刻胶表面不可控的浸润、流动、延展，甚至于柱体间的材料交融，从而有利于抑制正性光刻胶柱体的变形，而正性光刻胶柱体一旦发生变形则会导致热回流处理后生成的非球面形状结构的变形、失形以及失效，因此，通过这样的表面抑制作用能够有效提升正性光刻胶微柱阵列的体积/面积一致性，使得热回流工艺可控，进而提升后续制作出的微透镜阵列形状、性状的一致性和可控性。
56.进一步地，由于材料间的表面抑制作用所带来的正性光刻胶微柱阵列的体积/面积一致性，使得正性光刻胶微柱阵列中柱体间的距离能够得到缩小，从而提高制备出的微透镜阵列的密度和填充因子(fill factor)、进而减小芯片尺寸，提高性价比。
57.实施例1
58.图1为本说明书实施例提供的一种微透镜阵列的制备方法的流程图。
59.如图1所示，本实施例中的微透镜阵列的制备方法，用于在晶圆表面制备微透镜阵列，包括以下步骤：
60.步骤s101、在所述晶圆表面形成su
‑
8光刻胶层。
61.本说明书实施例中，可以先通过旋涂(spin coating)或喷涂(spray coating)的方式在晶圆表面涂覆su
‑
8光刻胶，再经过曝光、显影、烘烤等光刻工艺形成su
‑
8光刻胶层，该su
‑
8光刻胶层用于在晶圆表面形成微透镜阵列。
62.其中，su
‑
8光刻胶为高透光性的负性光敏环氧树脂材料，例如，日本化药株式会社提供的kayaku 3010。
63.需要说明的是旋涂或喷涂的次数为多次，例如，旋涂或喷涂kayaku 3010，2
‑
5次。
64.本说明书实施例中，优选通过旋涂的方式在晶圆表面涂覆su
‑
8光刻胶，通过旋涂的方式能够获得更好的厚度均匀性和表面质量，进而有利于获得高质量的微透镜表面。
65.需要说明的是，由于su
‑
8光刻胶经光刻工艺实现聚合交联(crosslink)后,与晶圆表面结合力强、很稳定，但也很难去除，为了得到清洁的晶圆表面，可以在su
‑
8光刻胶发生交联前去除晶圆表面多余的su
‑
8光刻胶。
66.在一种应用示例中，微透镜阵列包括：平台结构和多个微透镜，所述多个微透镜在所述平台结构上方阵列排布；
67.所述在所述晶圆表面形成su
‑
8光刻胶层包括：
68.在所述晶圆表面涂覆su
‑
8光刻胶；
69.对涂覆的所述su
‑
8光刻胶进行光刻处理，生成预定厚度的su
‑
8光刻胶层，所述预定厚度不小于所述平台结构的高度与所述微透镜结构最大高度之和。
70.图2为本说明书实施例提供的一种待制备的微透镜阵列的结构示意图。
71.如图2所示，本说明书实施例中提供的微透镜阵列包括：平台结构201和多个微透镜202。
72.平台结构201位于晶圆表面，多个微透镜202在平台结构201上方阵列排布。
73.图3为本说明书实施例提供的微透镜的结构及微透镜阵列排布示意图。
74.其中，如图3(a)所示平台结构201厚度h，微透镜202的最大高度为h0，微透镜形状通常用如下公式(1)
‑
(2)作近似描述：
[0075][0076][0077]
r是微透镜曲率半径，k是锥形常数(conic constant)，r为微透镜结构底面任意点与微透镜结构底面中心的距离，h
l
为冠高。典型微透镜形状h(r)包括球面的(k＝0)，或双曲型(k<
‑
1)，或抛物型(k＝
‑
1),或椭圆型(k>0,
‑
1<k<0)等，实际制成的微透镜结构自然会有偏差，但不影响本发明的技术特征。
[0078]
如图3(b)
‑
(c)所示，多个微透镜202的典型排布方式有两种：矩形堆积型(rectangular packed)和六角密堆积型(hexagonal packed)，均匀排布，单元间最小间距d。
[0079]
为了保证能够获得包含平台结构和多个微透镜的微透镜阵列，在晶圆表面形成的su
‑
8光刻胶层必须具有预定的厚度，从而使得后续处理过程中具有足够的厚度来形成微透镜阵列。
[0080]
具体实施时，可以是先在晶圆表面涂覆su
‑
8光刻胶，再对涂覆的su
‑
8光刻胶进行光刻处理，生成预定厚度的su
‑
8光刻胶层，预定厚度不小于平台结构的高度h与微透镜结构最大高度h0之和。
[0081]
为了既能够保证后续处理的具有足够的厚度，又避免厚度过高对后续处理过程的影响，例如，厚度过高导致耗费过多刻蚀气体和刻蚀掩模材料，或刻蚀后的残余过多，本说明书实施例中，预定厚度为20um至150um。
[0082]
步骤s103、在所述su
‑
8光刻胶层的表面形成正性光刻胶微柱阵列。
[0083]
在一种应用示例中，所述在所述su
‑
8光刻胶层的表面形成正性光刻胶微柱阵列包括：
[0084]
对形成于所述su
‑
8光刻胶层表面的正性光刻胶层进行光刻处理，以在所述su
‑
8光刻胶层的表面形成所述正性光刻胶微柱阵列，
[0085]
所述正性光刻胶微柱阵列中的一个正性光刻胶柱体对应形成所述非球面形状结构阵列中的一个非球面形状结构。
[0086]
具体地，可以是通过经曝光、显影、烘烤等光刻工艺对位于su
‑
8光刻胶层上表面的正性光刻胶进行光刻处理，生成正性光刻胶微柱阵列，该微柱阵列中包含多个阵列排布的正性光刻胶柱体。
[0087]
这些正性光刻胶柱体用于在后续处理中对应地生成非球面形状结构。
[0088]
在一种应用示例中，为了既能够在后续的刻蚀处理中保护晶圆表面的其他部位，又能够无需增加其他步骤来生成保护层，节约资源，降低成本，所述的方法还包括：在形成有所述su
‑
8光刻胶层的晶圆表面涂覆正性光刻胶；
[0089]
所述对形成于所述su
‑
8光刻胶层表面的正性光刻胶层进行光刻处理，以在所述su
‑
8光刻胶层的表面形成所述正性光刻胶微柱阵列包括：
[0090]
对涂覆的所述正性光刻胶进行光刻处理，以在所述su
‑
8光刻胶层的表面形成正性光刻胶微柱阵列，在所述晶圆表面的其他位置形成正性光刻胶刻蚀掩膜。
[0091]
具体实施时，先通过旋涂或喷涂的方式在生成有su
‑
8光刻胶层的晶圆的整个表面上涂覆正性光刻胶，再经过曝光、显影、烘烤等光刻工艺在su
‑
8光刻胶层的表面形成正性光刻胶微柱阵列，在晶圆表面的其他位置形成正性光刻胶刻蚀掩膜。
[0092]
该正性光刻胶刻蚀掩膜用于在后续刻蚀过程中对晶圆表面的其他位置进行保护，避免刻蚀造成的损坏。
[0093]
其中，正性光刻胶可以是az4562正性光刻胶。
[0094]
需要说明的是旋涂或喷涂的次数可以是单次，也可以是多次，例如，单次旋涂或喷涂az4562正性光刻胶，涂覆厚度为3μm，又如，旋涂或喷涂az4562正性光刻胶2
‑
5次，涂覆厚度为5
‑
15μm。
[0095]
本说明书实施例中，将su
‑
8光刻胶与正性光刻胶分别进行曝光和显影，使得su
‑
8光刻胶的残余材料和正性光刻胶的残余材料能够分别被除去，避免两种不同种类的残余材料相互影响导致残余物难以去除，从而有利于获得清洁的晶圆表面。
[0096]
步骤s105、对所述正性光刻胶微柱阵列进行热回流处理，以在所述su
‑
8光刻胶层的表面形成非球面形状结构阵列，所述非球面形状结构阵列作为所述su
‑
8光刻胶层的刻蚀掩膜。
[0097]
具体地，对正性光刻胶微柱阵列进行热回流处理使得正性光刻胶柱体软化，然后在表面张力的作用下形成非球面形状结构。
[0098]
每个正性光刻胶柱体对应形成非球面形状结构阵列中的一个非球面形状结构。
[0099]
该非球面形状结构阵列用于在后续刻蚀过程中作为su
‑
8光刻胶层的刻蚀掩膜，从而使得能够将非球面形状结构阵列的形状转移至su
‑
8光刻胶层表面。
[0100]
在一种应用示例中，所述对所述正性光刻胶微柱阵列进行热回流处理包括：
[0101]
在空气或氮气气氛下，利用热板或烘箱将形成有所述正性光刻胶微柱阵列的晶圆加热至预定温度区间，并在预定时长内将温度维持在所述预定温度区间。
[0102]
所述预定温度区间内的温度大于或等于所述正性光刻胶的玻璃化温度。
[0103]
例如，针对az4562正性光刻胶，可以是在氮气气氛下，使用烘箱将形成有az4562正性光刻胶微柱阵列的晶圆加热至145℃，维持145℃30min，从而在su
‑
8光刻胶层的表面形成az4562非球面形状结构阵列。
[0104]
需要说明的是，预定温度区间和预定时长可以根据实际需要进行设置，此处不作具体限制。
[0105]
本说明书实施例中，su
‑
8光刻胶经光刻工艺实现聚合交联(crosslink)后形成的su
‑
8光刻胶层能够让正性光刻胶在热回流工艺过程中保持性质稳定、结构稳定，进而保证热回流工艺的稳定性、一致性。
[0106]
步骤s107、对所述su
‑
8光刻胶层和所述非球面形状结构阵列进行刻蚀，直至去除所述非球面形状结构阵列，以将所述非球面形状结构阵列的形状转移至所述su
‑
8光刻胶层的表面上，从而在所述晶圆表面形成su
‑
8材质的微透镜阵列。
[0107]
具体地，使用等离子体对非球面形状结构阵列和位于该非球面形状结构阵列下方的su
‑
8光刻胶层进行刻蚀，直至将非球面形状结构阵列完整去除，此时，由于非球面形状结
构的厚度并非均匀的，故在刻蚀过程中非球面形状结构中厚度较薄的部分会先被去除，此时，等离子体还会继续向下刻蚀su
‑
8光刻胶层，直至非球面形状结构中厚度最厚部分被完全去除，从而使得su
‑
8光刻胶层被刻蚀出预定的形状，实现非球面形状结构阵列向su
‑
8光刻胶层的3d转移，最终制成su
‑
8材质的非球面微透镜阵列。
[0108]
需要说明的是，若等离子体对正性光刻胶和su
‑
8光刻胶的刻蚀速率相同，则会在su
‑
8光刻胶层表面形成与非球面形状结构阵列完全相同的形状，若等离子体对正性光刻胶和su
‑
8光刻胶的刻蚀速率不同，则可以通过调节刻蚀速率来在su
‑
8光刻胶层表面形成预定的形状。
[0109]
还需要说明的是，等离子体对正性光刻胶和su
‑
8光刻胶的刻蚀速率可以根据实际需要进行调节，此处不做具体限定。
[0110]
需要说明的是，在一种应用示例中，由于晶圆表面涂覆的su
‑
8光刻胶的厚度不小于平台结构的高度h与微透镜结构最大高度h0之和，因此，当刻蚀完成后，将非球面形状结构阵列的形状转移至su
‑
8光刻胶的表面，从而能够形成如图2所示的su
‑
8材质的非球面微透镜阵列，该非球面微透镜阵列包括平台结构和在平台结构上方阵列排布的多个微透镜。
[0111]
通过上述方式，直接利用预定厚度的su
‑
8光刻胶层生成非球面微透镜阵列，使得平台结构和在平台结构上方阵列排布的多个微透镜一体成型制成，从而具有良好的结构稳定性和透光性。
[0112]
需要说明的是，本说明书实施例中，刻蚀过程既要将去除非球面形状结构阵列，还要去除正性光刻胶刻蚀掩膜，从而在晶圆表面获得完整的非球面微透镜阵列的同时，将晶圆表面的其他部位重新暴露出来。
[0113]
在一种应用示例中，所述对所述su
‑
8光刻胶层和所述非球面形状结构阵列进行刻蚀包括：
[0114]
采用预定组分比例的刻蚀气体对所述su
‑
8光刻胶层和所述非球面形状结构阵列进行等离子体刻蚀；
[0115]
所述刻蚀气体的组分比例是根据所述正性光刻胶的刻蚀速率和所述su
‑
8光刻胶的刻蚀速率确定的。
[0116]
具体实施中，不同刻蚀气体的组分比例对正性光刻胶的刻蚀速率和所述su
‑
8光刻胶的刻蚀速率不同，通过调节刻蚀气体的组分比例能够对刻蚀的选择比进行调解，使得刻蚀过程具有可控性。
[0117]
其中，刻蚀的选择比为su
‑
8光刻胶的刻蚀速率与正性光刻胶的刻蚀速率的比例，选择比与h/h0线性相关。
[0118]
例如，samco rie机台上，刻蚀气体为5％sf6/95％o2，在250w功率条件下，对su
‑
8光刻胶的刻蚀速率约为120μm/h，对az4562的刻蚀速率约为200um/h，选择比为0.6:1。
[0119]
需要说明的是，由于刻蚀速率及选择比与刻蚀机台、刻蚀条件有较大关联，故刻蚀气体的组分比例可以根据实际需要进行设置，此处不作具体限制。
[0120]
本说明书实施例中，通过调节刻蚀气体的组分比例来控制等离子刻蚀时长，从而尽量减少刻蚀对晶圆表面的损坏。
[0121]
本说明书实施例中，所述刻蚀气体由sf6气体和o2气体组成。
[0122]
需要说明的是，刻蚀气体也可以是由其他能够对光刻胶进行等离子体刻蚀的气体
组成。
[0123]
本说明书实施例中，在所述晶圆表面形成su
‑
8光刻胶层，所述su
‑
8光刻胶层用于形成所述微透镜阵列；在所述su
‑
8光刻胶层的表面形成正性光刻胶微柱阵列；对所述正性光刻胶微柱阵列进行热回流处理，以在所述su
‑
8光刻胶层的表面形成非球面形状结构阵列，所述非球面形状结构阵列作为所述su
‑
8光刻胶层的刻蚀掩膜；对所述su
‑
8光刻胶层和所述非球面形状结构阵列进行刻蚀，直至去除所述非球面形状结构阵列，以将所述非球面形状结构阵列的形状转移至所述su
‑
8光刻胶层的表面上，从而在所述晶圆表面形成su
‑
8材质的微透镜阵列，上述制备方法使得生成在su
‑
8光刻胶层表面的正性光刻胶微柱阵列在热回流处理过程中能够形成体积/面积一致的非球面形状结构，从而得到形状、性状的一致的微透镜阵列，同时，这样的制备方法作用能够保证热回流处理工艺的稳定性、一致性，从而可以使用热回流工艺来将微透镜阵列直接制备到晶圆表面，不但提高了产品的良率，还降低了成本。
[0124]
实施例2
[0125]
垂直腔面发射激光器(vcsel)，作为一种重要光源，可用于低光功率的数据通信和并行光互连，以及一系列高光功率应用，例如光泵浦、光驱动、3d感知和lidar系统等。
[0126]
近来，随着智能手机3d人脸识别等消费电子领域应用火爆，vcsel在高速光通信、生物医学、消费、物联网、机器人、工业、汽车类产品中的光学传感领域展现出巨大的市场潜力，仅消费电子领域的市场规模即可达百亿元人民币。
[0127]
vcsel通常在砷化镓晶圆上制作，具有诸多优点：圆形的出射光斑更易于与光纤耦合，耦合效率高，易于实现单纵模，易于集成，故在传感领域有较大的优势，同时，vcsel的垂直出光更适合制作二维阵列，制备出的产品体积小，从而能够获得高封装密度、低阈值电流和低能耗。故vcsel阵列与传统的边发射半导体激光器(eel)阵列相比，在阵列可扩展性、一致性和成品率上有明显优势。
[0128]
但是，vcsel阵列的实际应用中，因其较大的光束发散角往往会降低远场光束轮廓，严重限制vcsel集成系统的工作距离，因此，vcsel阵列通常需要与外部微光学组件配合使用，以改善其光束准直性或聚焦性。
[0129]
基于此，本说明书实施例2在实施例1的基础上，提供一种微透镜阵列的制备方法，用于在生成有垂直腔面发射激光器阵列的晶圆表面制备微透镜阵列。
[0130]
在实施例2中，对于与实施例1中相同的装置省略相同的说明。
[0131]
图4为本说明书实施例提供的一种微透镜阵列的制备方法的流程图。
[0132]
步骤s401、在所述垂直腔面发射激光器阵列表面形成su
‑
8光刻胶层。
[0133]
该su
‑
8光刻胶层用于在垂直腔面发射激光器阵列表面形成微透镜阵列。
[0134]
图5为本说明书实施例提供的微透镜阵列的制备方法过程中利用正性光刻胶形成刻蚀掩膜晶圆的横截面示意图。
[0135]
如图5a所示，本说明书实施例中，晶圆表面形成有垂直腔面发射激光器阵列。
[0136]
需要说明的是，晶圆表面的其他部位还形成有金属电极。
[0137]
如图5b所示在晶圆表面形成有垂直腔面发射激光器阵列，在垂直腔面发射激光器阵列表面涂覆su
‑
8光刻胶，对涂覆的su
‑
8光刻胶进行光刻处理后形成具有预定厚度的su
‑
8光刻胶层。
[0138]
在一种应用示例中，还可以利用su
‑
8光刻胶在晶圆表面的其他位置形成刻蚀掩膜，此时所述的方法还包括：
[0139]
在形成有所述垂直腔面发射激光器阵列的晶圆表面涂覆su
‑
8光刻胶；
[0140]
所述在所述垂直腔面发射激光器阵列表面形成su
‑
8光刻胶层包括：
[0141]
对涂覆的所述su
‑
8光刻胶进行光刻处理，以在所述垂直腔面发射激光器阵列表面形成su
‑
8光刻胶层，在所述晶圆表面的其他位置形成su
‑
8光刻胶刻蚀掩膜。
[0142]
图6为本说明书实施例提供的微透镜阵列的制备方法过程中利用su
‑
8光刻胶形成刻蚀掩膜时晶圆的横截面示意图。
[0143]
具体实施时，如图6所示，先通过旋涂或喷涂的方式在生成垂直腔面发射激光器阵列的晶圆的整个表面上su
‑
8光刻胶，再经过曝光、显影、烘烤等光刻工艺在垂直腔面发射激光器阵列表面形成su
‑
8光刻胶层，在晶圆表面的其他位置形成su
‑
8光刻胶刻蚀掩膜。
[0144]
该su
‑
8光刻胶刻蚀掩膜用于在后续刻蚀过程中对晶圆表面的其他位置进行保护，避免刻蚀对其产生损害。
[0145]
需要说明的是，为了让刻蚀结束后能够获得完整的非球面微透镜阵列，同时将晶圆表面的其他部位重新暴露出来，su
‑
8光刻胶层的厚度大于su
‑
8光刻胶刻蚀掩膜的厚度。
[0146]
具体地，可以是通过显影时间的长短来控制su
‑
8光刻胶层与su
‑
8光刻胶刻蚀掩膜之间的厚度差t。
[0147]
优选地，厚度差t不大于10μm，这样的厚度差有利于后续步骤中正性光刻胶的涂覆。
[0148]
步骤s403、在所述su
‑
8光刻胶层的表面形成正性光刻胶微柱阵列。
[0149]
如图5c所示，在形成有su
‑
8光刻胶层的晶圆表面涂覆正性光刻胶，对涂覆的正性光刻胶进行光刻处理后，在su
‑
8光刻胶层的表面形成正性光刻胶微柱阵列，在晶圆的其他部位形成正性光刻胶刻蚀掩膜。
[0150]
正性光刻胶微柱阵列中的每个柱体对应地位于垂直腔面发射激光器阵列中的一个垂直腔面发射激光器上方。
[0151]
本说明书实施例中，正性光刻胶微柱阵列中柱体可以是圆柱型、长方体型或正方体型，优选地，正性光刻胶微柱阵列中柱体为圆柱型，柱体间的间距不大于5μm。
[0152]
需要说明的是，若前述步骤s401已利用了su
‑
8光刻胶在晶圆表面的其他部位形成刻蚀掩膜，则步骤s403中不再使用正性光刻胶在晶圆表面的其他部位形成刻蚀掩膜。
[0153]
步骤s405、对所述正性光刻胶微柱阵列进行热回流处理，以在所述su
‑
8光刻胶层的表面形成非球面形状结构阵列，所述非球面形状结构阵列作为所述su
‑
8光刻胶层的刻蚀掩膜。
[0154]
如图5d所示，热回流处理后，在su
‑
8光刻胶层的表面形成的非球面形状结构阵列。
[0155]
步骤s407、对所述su
‑
8光刻胶层和所述非球面形状结构阵列进行刻蚀，直至去除所述非球面形状结构阵列，以将所述非球面形状结构阵列的形状转移至所述su
‑
8光刻胶层的表面上，从而在所述晶圆表面形成su
‑
8材质的微透镜阵列。
[0156]
具体地，制备得到的微透镜阵列中的一个微透镜的中心与垂直腔面发射激光器阵列中的一个垂直腔面发射激光器的中心对准。
[0157]
如图5e所示，将晶圆表面的作为刻蚀掩膜的正性光刻胶完全去除后，在垂直腔面
发射激光器阵列上方形成su
‑
8材质的微透镜阵列，晶圆的其他部分则重新暴露出来。
[0158]
需要说明的是，本说明书实施例中，刻蚀过程既要将去除非球面形状结构阵列，还要去除正性光刻胶刻蚀掩膜，从而在晶圆表面获得完整的非球面微透镜阵列的同时，将晶圆表面的其他部位重新暴露出来。
[0159]
上述步骤s401
‑
s407的具体实施过程，参见实施例1中公开的步骤s101
‑
s107，此处不再一一赘述。
[0160]
本说明书实施例中，微透镜阵列中的平台结构的厚度与微透镜的焦距和垂直腔面发射激光器的尺寸等参数相关，该平台结构用于使微透镜将光线有效地汇聚到垂直腔面发射激光器区域内，也即保证穿过平台结构的光线被其相应的微透镜有效准直，微透镜的焦距越大、平台结构对厚度越高，汇聚效果也就越好。
[0161]
微透镜焦距由透镜曲率半径、材料的折射率等参数决定。
[0162]
实施例3
[0163]
基于相同的构思，本说明书实施例还提供一种表面形成有微透镜阵列的晶圆。
[0164]
图7为本说明书实施例提供的一种表面形成有微透镜阵列的晶圆的结构示意图。
[0165]
如图7所示，本实施例中的表面形成有微透镜阵列的晶圆，包括：
[0166]
基底；
[0167]
形成于基底表面上的垂直腔面发射激光器阵列；
[0168]
以及，形成于所述垂直腔面发射激光器阵列表面上的微透镜阵列，所述微透镜阵列为根据上述任意一项所述微透镜阵列的制备方法制备得到微透镜阵列。
[0169]
具体实施时，通过分别设定的平台结构的高度和微透镜结构的焦距，使得垂直腔面发射激光器阵列发出的出射光线穿过微透镜阵列后形成平行光出射。
[0170]
上述对本说明书特定实施例进行了描述，其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，附图中描绘的过程不一定必须按照示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
[0171]
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0172]
以上仅为本说明书实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。