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镜片的制造方法与流程

2022-07-02 06:46:09 来源:中国专利 TAG:


1.本发明实施例涉及半导体制造领域,尤其涉及一种镜片的制造方法。


背景技术:

2.传统的光学系统运用的光学透镜具有曲面轮廓的顶面,从而增加光学系统设计自由度,使得光学系统的镜片数量减少、镜片尺寸减小、系统结构简化,同时进一步提高成像质量、扩大视场、探测距离和测量精度。
3.参考图1是现有技术一种镜片制造方法的流程示意图。所述方法包括:
4.提供基底10;在基底10的部分区域上形成掩膜层11。
5.以所述掩膜层11为掩膜,刻蚀部分厚度的待刻蚀基底层10,形成具有凸起部的掩膜结构12。
6.通过将掩膜结构12的图形传递至待刻蚀基底层10中,形成凸起部13,从而形具有三维曲面顶部的镜片。
7.但是,该方式通常仅能获得四种类型的顶面轮廓,具体为:凸起部侧壁与基底的表面之间的夹角为正角度,或者,凸起部的侧壁与基底的表面之间的夹角为负角度,或者,凸起部的侧壁与基底表面相垂直,或者,凸起部的顶角为圆角,从而导致对顶面轮廓的调节效果有限。
8.尤其,对于制造大尺寸硅透镜时,难以控制顶面轮廓的问题更为突出。如图2所示,当凸起部的顶部线宽较大时(例如,远大于凸起部的高度时),通过图1所示的方法形成的凸起部15在边缘区域1或3具有曲面,而在凸起部的顶面中心区域仍为平面,无法获得符合镜片要求的曲面轮廓。由此可见图1所示工艺难以控制所形成镜片15的顶面轮廓。
9.目前获得镜片曲面轮廓的制造方法较多,但是,目前的制造工艺较为复杂。


技术实现要素:

10.本发明实施例解决的问题是提供一种镜片的制造方法,以简化镜片的制造工艺
11.为了解决所述技术问题,本发明实施例提供一种镜片的制造方法,包括:提供基底;在基底上形成浸润结构,所述浸润结构与基底围成凹槽;在所述凹槽中加入液态的掩膜材料,使所述液态的掩膜材料因表面张力具有曲形顶表面;固化所述液态的掩膜材料,形成镜片掩膜;将所述镜片掩膜的图形转移到所述基底中,形成镜片。
12.可选地,在基底上形成浸润结构的步骤包括:形成环形凸起结构,所述环形凸起结构与所述基底围成凹槽。
13.可选地,形成环形凸起结构的步骤包括:在所述基底上形成牺牲层;在所述牺牲层的侧壁上形成侧壁层;去除所述牺牲层,形成所述环形凸起结构。
14.可选地,所述环形凸起结构的材料为光刻胶或硬掩膜材料。
15.可选地,形成环形凸起结构的步骤包括:在所述基底上形成环形掩膜图形层;以所述环形掩膜图形为掩膜刻蚀所述基底,形成所述环形凸起结构。
16.可选地,在基底上形成浸润结构的步骤包括:在所述基底上形成覆盖所述基底的图形层;在所述图形层中形成露出所述基底的凹槽。
17.可选地,所述凹槽在所述基底上投影为圆形。
18.可选地,所述液态的掩膜材料为液态光刻胶;通过点胶的方式在所述凹槽中加入液态的掩膜材料。
19.可选地,其特征在于,所述制造方法还包括:在所述凹槽中加入液态的掩膜材料之后,形成所述镜片掩膜之前,执行塑形工艺。
20.可选地,通过干法刻蚀,将所述镜片掩膜图形转移到所述基底中。
21.与现有技术相比,本发明实施例的技术方案具有以下优点:
22.本发明实施例镜片的制造方法,在所述凹槽中加入液态的掩膜材料,使所述液态的掩膜材料因表面张力具有曲形顶表面;之后固化所述液态的掩膜材料,形成的镜片掩膜也具有曲形顶表面,之后将所述镜片掩膜的图形转移到所述基底中,形成具有三维曲形轮廓的镜片。因液体表面张力而形成的曲形顶表面整体呈一定弧度,不容易出现顶部为平面的问题;此外,通过控制凹槽的尺寸、加入到凹槽中的液态掩膜材料的量,或者液态掩膜材料和凹槽壁之间的浸润性等参数可以控制镜片掩膜的曲形顶表面的轮廓,进而控制所制造镜片的三维轮廓。本发明实施例无需通过多次重复的工艺,即可实现具有曲面顶表面的镜片制造,简化了工艺制程、提高了制造效率。
附图说明
23.图1是现有技术一种镜片制造方法构的流程示意图;
24.图2是图1所示镜片制造方法难以控制顶面轮廓的原理示意图;
25.图3是现有技术另一种镜片制造方法的流程示意图;
26.图4至图7是本发明镜片制造方法第一实施例各步骤的结构示意图;
27.图8和图9是示出了本发明镜片的制造方法第二实施例各步骤的结构示意图
28.图10至图12是示出了本发明镜片的制造方法第三实施例各步骤的结构示意图
29.图13至图15是示出了本发明镜片的制造方法第四实施例各步骤的结构示意图。
具体实施方式
30.由背景技术可知,现有技术的镜片制造方法难以控制顶面轮廓,且目前的镜片制造方法难度较为复杂。
31.如图3所示的镜片制造方法,采用多次曝光和刻蚀的方式获得阶梯式的顶面轮廓,具体地,所述制造方法包括:在基底20上形成第一掩膜21,通过第一掩膜21刻蚀所述基底20,形成第一台阶结构22;在基底上形成覆盖第一台阶结构22顶面和侧壁的第二掩膜23,通过第二掩膜23刻蚀所述基底20,形成位于第一台阶结构22下方,且尺寸大于第一台阶结构22的第二台阶结构24;在基底20上形成覆盖第一台阶结构22和第二台阶结构24顶面和侧壁的第三掩膜25,通过第三掩膜25刻蚀所述基底,形成位于第二台阶结构24下方的第三台阶结构26,进而形成了阶梯状的顶面轮廓。实际工艺中,通过使每一级台阶的尺寸更加精细化,台阶形结构的轮廓更加平滑化,从而形成具有三维曲面轮廓的镜片。
32.此外,现有技术还采用具有多种透光率的灰度掩膜版进行图形化处理,这些制造
均涉及到多次重复的工艺步骤,因此制造方法较为繁冗复杂,从而影响了工艺效率。
33.为了解决所述技术问题,本发明实施例提供一种镜片的制造方法,所述制造方法包括:提供基底;在基底上形成浸润结构,所述浸润结构与基底围成凹槽;在所述凹槽中加入液态的掩膜材料,使所述液态的掩膜材料因表面张力具有曲形顶表面;固化所述液态的掩膜材料,形成镜片掩膜;将所述镜片掩膜的图形转移到所述基底中,形成镜片。
34.本发明实施例镜片的制造方法,包括:提供基底;在基底上形成浸润结构,所述浸润结构与基底围成凹槽;在所述凹槽中加入液态的掩膜材料,使所述液态的掩膜材料因表面张力具有曲形顶表面;固化所述液态的掩膜材料,形成镜片掩膜;将所述镜片掩膜的图形转移到所述基底中,形成镜片,本发明实施例无需通过多次重复的工艺,即可实现具有曲面顶表面的镜片制造,简化了工艺制程、提高了制造效率。
35.本发明实施例通过在所述凹槽中加入液态的掩膜材料,使所述液态的掩膜材料因表面张力具有曲形顶表面;之后固化所述液态的掩膜材料,形成的镜片掩膜也具有曲形顶表面,之后将所述镜片掩膜的图形转移到所述基底中,形成具有三维曲形轮廓的镜片。因液体表面张力而形成的曲形顶表面整体呈一定弧度,不容易出现顶部为平面的问题;此外,通过控制凹槽的尺寸、加入到凹槽中的液态掩膜材料的量,或者液态掩膜材料和凹槽壁之间的浸润性等参数可以控制镜片掩膜的曲形顶表面的轮廓,进而控制所制造镜片的三维轮廓。本发明实施例无需通过多次重复的工艺,即可实现具有曲面顶表面的镜片制造,简化了工艺制程、提高了制造效率。
36.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
37.图4至图7是本发明镜片的制造方法第一实施例的示意图。所述镜片的制造方法包括:
38.如图4所示,提供基底100,用于镜片的形成提供载体。具体地,所述基底100为能够利用半导体刻蚀工艺进行图形化,从而后续能够通过半导体刻蚀工艺,对所述基底100实现图形化处理。
39.本实施例中,所述镜片为透镜,所述镜片可以运用于红外遥感或成像等领域中。例如:所述所述镜片为凸透镜,相应的,后续镜片的顶面轮廓为具有曲形结构的球面。
40.本实施例中,所述目标结构为硅透镜,因此,所述基底100为硅衬底。
41.需要说明的是,在其他实施例中,根据具体的应用场景,所述基底还可以是其他可利用半导体刻蚀工艺进行图形化的材料,所述基底的材料可以镜片的使用功能决定。
42.具体地,在其他实施例中,所述基底还可以为其他半导体材料,例如锗(ge)、锗硅(sige)、碳硅(sic)、碳锗硅(sigec)、砷化铟(inas)、砷化镓(gaas)、磷化铟(inp)或者其它iii/v化合物半导体。或者,所述基底还可以为氧化铝等的陶瓷基底、石英或玻璃基底等。结合参考图5a和5b,分别示出了侧视图和俯视图。在基底100上形成浸润结构200,所述浸润结构200与基底100围成凹槽400。
43.所述凹槽400用于提供镜片的形成空间。所述凹槽400的尺寸与待形成的镜片尺寸相当,可以根据镜片的尺寸设计规格形成所述凹槽400。
44.本实施例中,所述凹槽400在所述基底100上投影为圆形,用于形成外形为圆形的镜片。在其他实施例中可以根据待形成的镜片形状设置所述凹槽。例如所述镜片的外形为
矩形(或正方形),相应地,所述凹槽400在所述基底上的投影为矩形(或正方形)。
45.例如,所述镜片为圆形凸透镜,直径为d。相应地,所述凹槽400为圆形凹槽,直径为d。实际应用中可以根据待形成镜片的形状和尺寸设计所述凹槽400。
46.所述浸润结构200用于提供与液态的掩膜材料相接触,且产生浸润效果的固态侧壁。
47.本实施例中,所述所述浸润结构200为凸出所述基底100设置的凸起结构,所述凸起结构为围绕呈环状封闭结构的固态侧壁。具体地,在基底100上形成浸润结构200的步骤包括:形成环形凸起结构,所述环形凸起结构与所述基底100围成凹槽400。
48.实际工艺中,可以借助牺牲层在所述基底100上形成所述环形凸起结构。具体地,形成环形凸起结构的步骤包括:在所述基底100上形成牺牲层;在所述牺牲层的侧壁上形成侧壁层;去除所述牺牲层,形成所述环形凸起结构。
49.本实施例中,待形成的镜片为圆形镜片,所述牺牲层的材料为光刻胶。通过曝光和显影的方式在待形成镜片的位置处形成圆形光刻胶层,所述圆形光刻胶层起到为凹槽进行空间占位作用,所述圆形光刻胶层的尺寸与待形成的圆形镜片尺寸相同。
50.之后,通过化学气相沉积工艺,形成覆盖所述圆形光刻胶层顶部、侧壁以及露出基底的硬掩膜材料层。
51.通过干法刻蚀,去除位于基底100上以及圆形光刻胶层顶部的硬掩膜材料层;并通过湿法刻蚀去除所述牺牲层,从而形成环形凸起结构。
52.本实施例中,所述环形凸起结构的材料为硬掩膜材料,例如:氧化硅或氮化硅等。这些硬掩膜材料为半导体工艺材料常用的介质材料,具有良好的工艺兼容性。
53.结合参考图6a-6e,在所述凹槽400中加入液态的掩膜材料300,使所述液态的掩膜材料300因表面张力具有曲形顶表面。
54.因为液态的掩膜材料具有一定的流动性,因此,液态的掩膜材料具有更强的可塑性和灵活性。实际工艺中,可以通过调整凹槽400的尺寸和形状,加入到凹槽400中的液态掩膜材料的量,或者,通过调整液态掩膜材料和凹槽壁之间的浸润性等参数,调整液态的掩膜材料的顶面形貌,从而可以调整固化后镜片掩膜的曲形顶表面轮廓,进而控制所制造镜片的三维轮廓。
55.本实施例中,所述液态的掩膜材料300为液态光刻胶;通过点胶的方式在所述凹槽400中加入液态的掩膜材料300。
56.在其他实施例中,所述液态的掩膜材料300还可以是干膜、环氧树脂、聚酰亚胺、酚醛树脂、亚克力树脂、硅胶、三嗪树脂等材料。
57.结合对比图6a和图6b,在凹槽尺寸相同的前提下,图6b的点胶量大于图6a的点胶量,图6b中液体表面张力更大因而顶表面具有较大的弧度。也就是说,可以根据点胶量控制加入到凹槽中液态掩膜材料的量,进而控制顶表面的曲面轮廓。需要说明的是,如果点胶量过大,容易出现光刻胶溢出的问题;如果点胶量过小,则容易出现顶部曲面弧度不明显的问题,从而影响后续图形转移的步骤。相应地,本实施例中,圆形凹槽200的直径为50微米到5毫米的范围内。实际应用中,根据待形成的镜片高度、曲率,结合凹槽尺寸来调整所述点胶量,使形成的镜片的高度小于直径的一半,以符合透镜的设计规格。
58.结合对比图6a、图6c和图6d,在点胶量相同的前提下,图6c的凹槽201尺寸大于图
6a的凹槽200尺寸,图6d的凹槽202尺寸小于图6a的凹槽尺寸。通过比较可知,在凹槽尺寸越大时,液态的掩膜材料300的容纳空间越大,表面张力越小,因此所述曲形顶表面弧度较小;在凹槽尺寸越小时,液态的掩膜材料300的容纳空间越小,表面张力越大,因此所述曲形顶表面弧度较大。需要说明的是,如果凹槽200尺寸过小,液态掩膜材料难以进入凹槽而增加点胶的难度;如果凹槽200尺寸过大,难以形成具有弧度表面的轮廓形状。因此,可待形成镜片的尺寸和曲率半径对凹槽尺寸进行调整。
59.参考图6e,示出了液态的掩膜材料300与固态的凹槽200表面不发生浸润效果时的示意图。如图6a所示,在浸润效果下,液态的掩膜材料300形成的凸起的表面,用于形成凸形镜片(例如:凸透镜);如图6e所示,在不发生浸润效果的情况下,液态的掩膜材料300形成下凹的表面,用于形成凹形镜片(例如:凹透镜)。由此可见,通过控制浸润或不浸润的效果控制液态掩膜材料300的曲形顶表面的弯曲方向,进而可以形成具有不同表面轮廓、具有不同功能的镜片。
60.本发明实施例镜片的制造方法,还包括:固化所述液态的掩膜材料,形成镜片掩膜。
61.通过固化工艺,使凹槽中液态掩膜从液态转化为固态,从而使曲形顶表面的形状保持稳定,为后续图形转移的步骤做准备。
62.本实施例中,所述液态的掩膜材料为液态光刻胶,可以通过烘烤(bake)的方式固化光刻胶,形成镜片掩膜。固化后所述镜片掩膜仍然保持液态掩膜的曲形顶表面。具体地,采用紫外线照射等的方式进行烘烤。
63.在其他实施例中,根据实际使用的液态掩膜材料,选择相应的固化工艺,实现掩膜材料从液态到固态的转化。
64.本发明实施例镜片的制造方法还包括:在所述凹槽中加入液态的掩膜材料之后,形成所述镜片掩膜之前,执行塑形工艺。
65.所述塑形工艺可以优化镜片掩膜的表面轮廓。具体地,所述液态的掩膜材料为光刻胶,可以通过光刻胶回流(pr reflow)工艺,回流工艺包括液化和再固化的过程,可以使最终镜片掩膜表面更加平滑,有更好的对称性。
66.如图7所示,将所述镜片掩膜的图形转移到所述基底100中,形成镜片501。
67.本实施例中,通过干法刻蚀实现图形转移。具体地,设置干刻工艺对镜片掩膜的刻蚀速率和对基底100的刻蚀速率大致相当(比如,干刻工艺对镜片掩膜的刻蚀速率和对基底100的刻蚀速率比例为0.9~1.1),从而将镜片掩膜的曲形顶表面形状转移到基底100中,形成具有曲形表面的镜片501。
68.需要说明的是,其他实施例中,刻蚀过程对镜片掩膜的刻蚀速率和对基底的刻蚀速率比值为1:(0.5~8),在此范围内的刻蚀工艺可以实现镜片掩膜曲形顶面的轮廓转移到镜片中。
69.本实施例中,镜片掩膜为光刻胶,基底100为硅,所述干刻工艺可以为等离子体干法刻蚀工艺。
70.具体地,可以采用含氟的刻蚀气体进行所述干刻工艺。例如,所述刻蚀气体为sf4c4f8。
71.本实施例所述浸润结构200为硬掩膜材料的环形凸起结构。与光刻胶相比,硬掩膜
的材料较难去除,因此在将镜片掩膜的图形转移到基底100的过程中,浸润结构200仍然保留在基底100上。相应地,本实施例镜片的制造方法在形成镜片之后,还包括:通过湿法刻蚀方法去除所述环形凸起结构。
72.具体地,所述环形凸起结构为氧化硅,通过稀释的氢氟酸去除所述氧化硅材料的环形凸起结构。
73.参考图8和图9,示出了本发明镜片的制造方法第二实施例各步骤的结构示意图。
74.本实施例与第一实施例的相同之处不再赘述,本实施例与第一实施例的不同之处在于:
75.环形凸起结构211的材料与液态的掩膜材料相同。具体的,所述环形凸起结构211的材料为光刻胶。
76.如图8所示,在凹槽中形成液态的掩膜材料之后,所述环形凸起结构211和液态的掩膜材料共同组成所述镜片掩膜。
77.如图9所示,在将所述镜片掩膜的图形转移到所述基底100的过程中,因为干刻工艺对镜片掩膜的刻蚀速率和对基底100的刻蚀速率大致相当,因此。环形凸起结构211和液态的掩膜材料的形状均转移到所述基底100中。
78.本实施例与第一实施例相比,因为在进行图形转移的过程中,环形凸起结构211也被去除,因此可以减少去除环形凸起结构的步骤,更进一步简化了工艺。
79.参考图10和图12,示出了本发明镜片的制造方法第三实施例各步骤的结构示意图。
80.本实施例与第一实施例的相同之处不再赘述,本实施例与第一实施例的不同之处在于:
81.如图10a和图10b分别示出的侧视图和俯视图,本实施例中,环形凸起结构211是由基底100形成的。
82.具体地,形成环形凸起结构211的步骤包括:在所述基底100上形成环形掩膜图形层;以所述环形掩膜图形为掩膜刻蚀所述基底,形成所述环形凸起结构211。
83.所述环形掩膜图形层可以为光刻胶。可以通过干刻工艺对所述硅基底进行刻蚀,形成所述环形凸起结构221。
84.如图11所示,凹槽为基底材质的环形凸起结构221围成。向凹槽中滴入液态的掩膜材料304步骤中,液态的掩膜材料304所在凹槽的侧壁和底部材料相同,均为硅。
85.如图12,在进行图形转移的过程中,干刻工艺对镜片掩膜的刻蚀速率和对基底100的刻蚀速率大致相当,因为环形凸起结构221为基底100的一部分,因此干刻工艺对镜片掩膜的刻蚀速率和对环形凸起221的刻蚀速率大致相当,从而将环形凸起221和镜片掩膜的形状一并转移到所述基底100中。
86.本实施例与第一实施例相比,因为在进行图形转移的过程中,环形凸起结构221也被去除,因此可以减少去除环形凸起结构的步骤,更进一步简化了工艺。
87.参考图13至图15,示出了本发明镜片制造方法第四实施例各步骤的示意图。
88.本实施例与第一实施例的相同之处不再赘述,本实施例与第一实施例的不同之处在于:
89.如图13a和图13b分别示出的侧视图和俯视图,本实施例中,浸润结构是形成在基
底上的凹槽。
90.具体的,在基底100上形成浸润结构的步骤包括:
91.在所述基底100上形成覆盖所述基底100的图形层222;具体地,所述图形层222的材料为光刻胶,可以通过涂覆工艺在基底100上形成光刻胶材料的图形层222。
92.之后,在所述图形层222中形成露出所述基底100的凹槽411。具体地,形成凹槽的步骤包括:通过曝光显影的方式,在光刻胶层中形成凹槽411。
93.也就是说,本实施例中,浸润结构的侧壁为光刻胶。
94.如图14所示,将液态的掩膜材料注入到凹槽411中。本实施例中,所述液态的掩膜材料为光刻胶,液态的掩膜材料和图形层222的材料相同。因此,在固化之后,图形层222和液体的掩膜材料融为一体,共同形成的镜片掩膜511。
95.参考图15,在图形转移过程中,镜片掩膜511的图形转移到基底100中,形成镜片611。
96.本实施例通过在图形层中形成凹槽的方式形成浸润结构,对工艺的要求不高,凹槽不容易出现坍塌等的问题,因此工艺稳定性较好。
97.根据上述实施例可知,通过控制凹槽的尺寸、加入到凹槽中的液态掩膜材料的量,或者液态掩膜材料和凹槽壁之间的浸润性等参数可以控制镜片掩膜的曲形顶表面的轮廓,进而控制所制造镜片的三维轮廓。
98.综上,本发明实施例无需通过多次重复的工艺,即可实现具有曲面顶表面的镜片制造,简化了工艺制程、提高了制造效率。
99.虽然本发明披露如上,但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,均可作各种更动与修改,因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
再多了解一些

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