[发明专利]一种微透镜的制作方法

说明书

本发明属于微纳三维曲面加工相关技术领域，其公开了一种微透镜的制作方法，所述制作方法包括以下步骤：(1)提供衬底，并在所述衬底上制备掩蔽层，所述掩蔽层在所述衬底上的位置与待制作的微透镜于所述衬底上的位置一致；(2)对所述衬底进行热氧化后，再对所述衬底进行氢氟酸湿法腐蚀或者氟化氢气体干法刻蚀以去掉所述衬底在热氧化时所产生的二氧化物；其中；(3)重复步骤(2)，直至所述掩蔽层自所述衬底上脱离，由此在所述衬底上形成微透镜。本发明通过提高温度、增大氧化剂气压、向衬底内掺入高浓度杂质来提高微透镜的加工效率，由此解决微透镜加工精度较低、加工效率差、加工成本高的技术问题。

技术领域

本发明属于微纳三维曲面加工相关技术领域，更具体地，涉及一种微透镜的制作方法。

背景技术

目前，硅微透镜微结构的加工方法较多，主要有超精密磨削加工、金刚石精密车削、飞秒/阿秒激光加工、纳米压印、电化学加工、激光辅助沉积刻蚀、灰度掩膜板三维曲面曝光刻蚀等。

现有技术采用曝光和刻蚀的方法最终获得的产品大多为平面、阶梯式的结构或者通过多次刻蚀才能获得所需的三维结构，且存在加工尺寸较大，加工精度较低，加工效率较差等问题。相应地，本领域存在着发展一种加工效率较高的微透镜的制作方法的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种微透镜的制作方法，其基于现有硅微透镜的制作特点，研究及设计了一种加工效率较高的微透镜的制作方法。所述制作方法通过在衬底上制作掩蔽层后对所述衬底进行热氧化，由于掩蔽层的存在，使得衬底表面会有选择性的生长二氧化物，通过控制衬底材料氧化的温度、反应时间、湿氧氧化中O₂和H₂O的比率以及衬底杂质浓度即可控制氧化速率，然后去掉产生的二氧化物，即可得到所需微透镜。此外，微透镜的曲率可以通过控制上述条件加以控制，通过提高温度、增大氧化剂气压、向衬底内掺入高浓度杂质即可提高热氧化反应速率，从而提高微透镜的加工效率，由此解决微透镜的加工精度较低、加工效率差、加工成本高的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种微透镜的制作方法，所述制作方法包括以下步骤：

(1)提供衬底，并在所述衬底上制备掩蔽层，所述掩蔽层在所述衬底上的位置与待制作的微透镜于所述衬底上的位置一致；所述衬底是采用半导体材料制成的；

(2)对所述衬底进行热氧化，此时所述掩蔽层使所述衬底的表面选择性地生长二氧化物；之后，对所述衬底进行氢氟酸湿法腐蚀或者氟化氢气体干法刻蚀以去掉所述衬底在热氧化时所产生的二氧化物；其中，待制作的微透镜的曲率半径R的计算公式为：

式中，r为掩蔽层的半径；h为氧化过程中消耗的衬底的厚度；

(3)重复步骤(2)，直至所述掩蔽层自所述衬底上脱离，由此在所述衬底上形成微透镜。

进一步地，所述衬底的材料为硅、锗、GaN、氮化铝、氮化镁、砷化镓中的任一种。

进一步地，所述掩蔽层的材料为氮化硅、金、氧化钛、氧化铬、碳化硅、氧化锌、氧化铝中的任一种。

进一步地，通过控制热氧化的速率来控制微透镜曲面的曲率。

进一步地，步骤(2)中采用的热氧化温度为600℃～1400℃。

进一步地，热氧化的压强为0.1～0.25个标准大气压，热氧化形成的氧化层厚度为10nm～30000nm。

进一步地，所述衬底中杂质硼的浓度在4.0e¹⁶～2.0e²⁰cm^-3。

进一步地，所述衬底的材料为硅，所述掩蔽层的材料为氮化硅。