玻璃微透镜阵列的制作工艺研究

　　0引言

　　图像传感器是一种应用广泛的重要光电器件，在高分辨率和高灵敏度的成像探测系统中，要求传感器的响应率和探测率高、噪声低、像元数大、像元尺寸小和填充因子大。由于材料制备和工艺制作上的难度，这些要求一般难以同时满足。空间分辨率的提高可以采取缩小像元尺寸，增大阵列规模来实现。但像元尺寸的缩小将导致光电信号减弱，信噪比特性变差，对于低填充系数的图像传感器阵列很不利。微透镜阵列技术能提高图像传感器填充系数，从而提高成像的数量，并能实现微透镜阵列与图像传感器的集成。

　　在微透镜阵列的制作中，常用的材料有聚合物和玻璃材料。与聚合物材料相比，玻璃材料具有耐高温、化学惰性以及良好的机械性能[1]等性质。由玻璃制备的微透镜阵列能在苛刻的环境如高温条件下使用，目前各种类型的玻璃材料在光电器件中得到了广泛应用。为此，基于玻璃的微细加工工艺也就成为光电器件研究中比较重要的一个技术问题，同时也发挥了重要的作用。研究在玻璃基材上加工微透镜阵列是非常重要的一个工艺环节。玻璃的腐蚀一般采用HF腐蚀液，腐蚀速度较快，但存在表面质量差、腐蚀深度只有十几微米，基本不存在表面形貌，边缘塌陷，图形变形等问题。而随着微透镜阵列多元化发展，对其表面形貌、深度的要求提高。腐蚀深度从几十微米到一百多微米，这就对抗蚀掩模层质量和腐蚀方法提出了更高的要求。本文采用多种抗蚀掩模对不同组分的玻璃材料进行腐蚀工艺研究，通过选择合适的材料和工艺条件，获得了效果较好的玻璃微透镜阵列。

　　1　工艺流程

　　玻璃腐蚀工艺流程如图1所示：将抛光玻璃用清洗剂煮泡10～15min(温度：60～70℃)，冲水、甩干后烘干;在抛光面磁控溅射Ni/Cr/Au层，然后涂敷AZ-4620光刻胶，在90 ℃条件下前烘30～40min后进行光刻(曝光时间90～100s，显影时间80～90s);显影完成后进行坚膜(温度120℃，时间30～40min)。坚膜后腐蚀Au层(碘化钾饱和液加碘)，再腐蚀Ni/Cr层(硫酸铈溶液)。腐蚀完后进行金属化膜处理(120℃，30～40min)。玻璃腐蚀时先利用干法刻蚀将玻璃刻蚀到一定深度后再进行湿法腐蚀，根据尺寸及腐蚀深度要求调整腐蚀时间、温度等参数。湿法腐蚀时，采用N2鼓泡法进行腐蚀。腐蚀完成后，彻底清洗玻璃沟槽的沉淀物，并去除AZ-4620光刻胶和Ni/Cr/Au层。最后放入VHF∶VNH4F∶VH2O=(5～7)∶(6～8)∶(10～12)的溶液中进行化学腐蚀，表面处理，冲水20min后甩干。

　　2　实验结果与分析

　　玻璃属于非晶体，其主要成分是SiO2，不同种类的玻璃组分也有所不同，从而导致其腐蚀速率不同。实验表明，碱金属含量较高的玻璃的腐蚀速率较快，能获得效果较好的玻璃微透镜阵列。同时，玻璃的湿法腐蚀表现为各向同性，并且其横向腐蚀速率大于纵向腐蚀速率[2]。为此，要获得较高的阵列台冠，就必须先采用干法刻蚀一定深度后，再进行湿法腐蚀。另外，由于腐蚀深度较大，必须考虑抗蚀掩模层的选择。实验中选用三种抗蚀掩模材料(AZ-4620光刻胶、Cr/Au/AZ-4620、Ni/Cr/Au/AZ-4620层)进行对比，得出利用Ni/Cr/Au/AZ-4620层作为抗蚀掩模层能获得更好的效果。