一种微透镜的制作方法、制作系统及微透镜与流程

w，且小于或等于1000 w，所述下电极的温度小于或等于60℃，反应腔室的压力大于或等于3 mt，且小于或等于40 mt。
11.可选地，与下电极相连的第二射频源具有所述脉冲模式，所述第二射频源的脉冲频率大于或等于100 hz，且小于或等于1000 hz。
12.可选地，与下电极相连的第二射频源的脉冲占空比大于或等于20%，且小于或等于80%。
13.可选地，所述工艺气体还包括含氟气体。
14.可选地，所述含氟气体包括cf4、chf3、ch2f2、c2f6和c4f8中的至少一种。
15.可选地，所述工艺气体还包括惰性气体。
16.可选地，所述惰性气体流量在所述工艺气体中的流量占比小于或等于30%。
17.又一方面，本技术实施例还提供了一种微透镜的制作系统，包括：刻蚀设备和控制器；所述刻蚀设备用于利用工艺气体对第一砷化镓层和掩膜层进行电感耦合等离子体刻蚀；所述控制器用于执行所述的微透镜的制作方法。
18.又一方面，本技术实施例还提供了一种微透镜，所述微透镜利用所述的微透镜的制作方法得到。
19.本技术实施例提供了一种微透镜的制作方法、制作系统及微透镜，可以提供第一砷化镓层，第一砷化镓层上覆盖图案化的掩膜层，掩膜层覆盖部分第一砷化镓层，可以利用工艺气体对第一砷化镓层和掩膜层进行电感耦合等离子体刻蚀，第一砷化镓层和掩膜层的厚度均减小，直至将掩膜层完全去除，可以得到图案化的第二砷化镓层，工艺气体由以脉冲模式输出的射频源电离为等离子体，脉冲方式可以对等离子体的运动产生干扰，能够提高刻蚀速率，在脉冲间隙时间内，也可以实现局部电荷的转移和中和，获得高速率、缺陷少且平滑的砷化镓微透镜。其中工艺气体包括刻蚀气体，刻蚀气体主要起刻蚀作用，这样，可以将掩膜层上的图案转移到第一砷化镓层上，得到图案化的第二砷化镓层，采用干法刻蚀的方法，可以缩短工艺周期，比湿法刻蚀具有更高的再现性，并且具有许多更容易控制的参数，有利于工业化生产，此外，加工精度较高，具有良好的各项异性，还能减少不必要的材料损耗。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术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，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
21.图1示出了本技术实施例提供的一种微透镜的制作方法的流程示意图；图2示出了本技术实施例提供的一种第一砷化镓层的结构示意图；图3为本技术实施例提供的一种微透镜的结构示意图；图4为本技术实施例提供的一种微透镜的俯视图；图5为本技术实施例提供的一种微透镜的制作系统的结构框图。
具体实施方式
22.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本技术的具体实施方式做详细的说明。
23.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术，但是本技术还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似推广，因此本技术不受下面公开的具体实施例的限制。
24.其次，本技术结合示意图进行详细描述，在详述本技术实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本技术保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
25.为了便于理解，下面结合附图对本技术实施例提供的一种微透镜的制作方法、制作系统及微透镜进行详细的说明。
26.参考图1所示，为本技术实施例提供的一种微透镜的制作方法的流程示意图，该方法可以包括以下步骤。
27.s101，提供第一砷化镓层，第一砷化镓层上覆盖图案化的掩膜层。
28.在本技术实施例中，可以提供第一砷化镓（gaas）层，第一砷化镓层可以为gaas衬底，也可以为其他衬底材料上的gaas外延层，比如，硅衬底上的gaas外延层。第一砷化镓层的生长方式在此不做具体限定，可以为液封直拉法（liquid encapsulated czochralski，lec）、水平布里奇曼法（horizontal bridgman，hb）、垂直布里奇曼法（vertical bridgman，vb）或垂直梯度凝固法（vertical gradient freeze，vgf）等，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择。
29.具体地，在第一砷化镓层的表面可以覆盖图案化的掩膜层，掩膜层可以具有微透镜图案，参考图2所示，为本技术实施例提供的一种第一砷化镓层的结构示意图，在第一砷化镓层101上方具有掩膜层102，掩膜层102为凸起结构，凸起结构与凸透镜的形状类似，这样，可以制备砷化镓微透镜。此外，掩膜层102可以具有阵列排布的多个凸起结构，从而得到砷化镓微透镜阵列。
30.具体地，掩膜层102可以为通过光刻、灰度曝光、纳米压印或刻蚀等手段加工的有机材料，掩膜层102可以为光刻胶（photoresist，pr）、聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate，pmma）等。
31.s102，利用工艺气体对第一砷化镓层和掩膜层进行电感耦合等离子体刻蚀，直至将掩膜层完全去除，得到图案化的第二砷化镓层。
32.在本技术实施例中，可以利用电感耦合等离子体（inductive coupled plasma，icp）处理设备对第一砷化镓层101和掩膜层102进行电感耦合等离子体刻蚀，电感耦合等离子体处理设备是将射频电源的能量经由电感线圈，以磁场耦合的形式进入反应腔内部，从而产生等离子体并用于刻蚀，这样能够提高刻蚀速率，减小刻蚀损伤，提高刻蚀表面的平滑程度。
33.具体地，可以利用工艺气体对第一砷化镓层101和掩膜层102同时进行电感耦合等离子体刻蚀，在将某个位置处的掩膜层102刻蚀掉之后，可以继续刻蚀该位置处的第一砷化镓层101，以便对第一砷化镓层101进行图案化，直至将全部的掩膜层102完全去除，这时，掩膜层102的图案可以完全转移到第一砷化镓层101上，得到图案化的第二砷化镓层。
34.在本技术实施例中，通过射频点火起辉，可以将工艺气体电离为高能量等离子体，对第一砷化镓层101和掩膜层102进行刻蚀，但是，高能量等离子体可以在膜层表面进行散射和反射，膜层表面的局部区域容易产生电荷聚集，尤其是在两种电荷导电能力相差较大的掩膜层102和第一砷化镓层101的材料界面，比如图2中虚框位置处，该位置容易富集电荷，这样，富集的电荷容易对局部区域产生集中的物理轰击，导致对虚框位置处的刻蚀过重，降低了刻蚀均一性，影响砷化镓微透镜的形貌。
35.具体地，工艺气体可以由射频源电离为等离子体，射频源可以具有脉冲模式，可以使用脉冲模式电离工艺气体形成等离子体，通过脉冲方式可以对等离子体的运动产生干扰，进而减弱等离子体到达材料表面的能量，使得等离子体的各向入射角更加均衡，增加二次电子与工艺气体的碰撞激发频率，继而增加反应活性的自由基浓度，即增加等离子体浓度，能够提高刻蚀速率，在脉冲间隙时间内，也可以实现局部电荷的转移和中和，由此得到好的透镜刻蚀结果，能够获得高速率、缺陷少且平滑的砷化镓微透镜。
36.具体地，参考图3所示，为本技术实施例提供的一种微透镜的结构示意图，包括刻蚀完成后得到的第二砷化镓层103，第二砷化镓层103具有凸起结构，可以作为砷化镓微透镜。电感耦合等离子体刻蚀为一种干法刻蚀，可以缩短工艺周期，比湿法刻蚀具有更高的再现性，并且具有许多更容易控制的参数，有利于工业化生产，无需控制基板温度、溶液温度和添加量等多种不易控制的参数，此外，加工精度较高，具有良好的各项异性，还能减少不必要的材料损耗。
37.具体地，参考图4所示，为本技术实施例提供的一种微透镜的俯视图，图中每个圆形为一个微透镜，可以得到砷化镓微透镜阵列。
38.在本技术实施例中，工艺气体可以包括刻蚀气体，刻蚀气体主要起刻蚀作用，刻蚀气体可以包括氯基气体，氯基气体可以包括cl2、bcl3和sicl4中的至少一种，比如，刻蚀气体可以为cl2，也可以为cl2和sicl4的混合气体，通过调整刻蚀气体的含量可以改变等离子体的浓度，进而调控gaas的刻蚀速率，具体可以在0.2 um/min至2.0um/min的范围内。
39.具体地，可以将待刻蚀的图形化样品（即第一砷化镓层101）放入真空反应腔室，接着，向反应腔室内通入工艺气体，实现掩模图形向gaas的选择性刻蚀，通过调节参数，经过一定的工艺时间后，掩膜层102的图案已完全传递，获得gaas 微透镜。
40.具体地，在利用电感耦合等离子体处理设备进行电感耦合等离子体刻蚀时，需要设置合适的刻蚀工艺参数，以便得到砷化镓微透镜。icp处理设备具有第一射频源和第二射频源，第一射频源与线圈相连，第一射频源的射频功率（上射频功率）可以大于或等于50 w，且小于或等于200 w，第二射频源与下电极相连，第二射频源的射频功率（下射频功率）可以大于或等于50 w，且小于或等于1000 w，下电极的温度可以大于等于0℃，且小于或等于60℃，反应腔室的压力可以大于或等于3 mt，且小于或等于40 mt，这样，能够得到形貌较好的砷化镓微透镜。
41.具体地，可以在常规的电感耦合等离子体刻蚀的基础上增加脉冲模式，即，与下电极相连的第二射频源可以具有脉冲功能，第二射频源的脉冲频率可以大于或等于100 hz，且小于或等于1000 hz，合适的脉冲频率可以减少等离子体轰击造成的凹坑。
42.具体地，与下电极相连的第二射频源还具有控制占空比的能力，脉冲占空比可以大于或等于20%，且小于或等于80%，能够进一步提高砷化镓微透镜的形貌质量。
43.在一种可能的实现方式中，工艺气体还可以包括氧化性气体，氧化性气体可以包括o2和n2o中的至少一种，由于掩膜层102和第一砷化镓层101的材料特性差异较大，刻蚀气体对二者的刻蚀速率也不相同，比如，对第一砷化镓层101的刻蚀速率较快，对掩膜层102的刻蚀速率较慢，可以加入氧化性气体去调整刻蚀速率，氧化性气体对掩膜层102的刻蚀速率较快，对第一砷化镓层101的刻蚀速率较慢，这样，通过控制氧化性气体和刻蚀气体的比例，可以控制掩膜层102和第一砷化镓层101的刻蚀选择比。
44.具体地，掩膜层102和第一砷化镓层101的刻蚀选择比可以在0.5至2的范围内调控，在刻蚀选择比小于1时，说明第一砷化镓层101的刻蚀速率大于掩膜层102的刻蚀速率，刻蚀得到的砷化镓的透镜的厚度大于掩膜层102的厚度，即得到的砷化镓透镜的尺寸略大于掩膜图案的尺寸。在刻蚀选择比大于1时，第一砷化镓层101的刻蚀速率小于掩膜层102的刻蚀速率，砷化镓透镜的厚度小于掩膜层102的厚度，即得到的砷化镓透镜的尺寸略小于掩膜图案的尺寸。在刻蚀选择比等于1时，表示砷化镓透镜的厚度等于掩膜层102的厚度，掩膜层102的图案与第二砷化镓层103的图案尺寸完全一致，获得砷化镓微透镜，有效提高垂直腔面发射激光器的光束质量。
45.具体地，根据客户需求的砷化镓微透镜的尺寸，比如微透镜厚度，可以选择合适的刻蚀选择比，以得到客户想要的微透镜。利用工艺气体对第一砷化镓层101和掩膜层102进行等离子体刻蚀，直至将掩膜层102完全去除，得到图案化的第二砷化镓层103，可以具体为，根据第二砷化镓层103的目标尺寸比如厚度，可以确定刻蚀气体的第一含量和氧化性气体的第二含量，即确定出刻蚀气体和氧化性气体之间的比例，然后按照该比例通入工艺气体，向反应腔室内通入第一含量的刻蚀气体，以及第二含量的氧化性气体，利用刻蚀气体和氧化性气体对第一砷化镓层101和掩膜层102进行等离子体刻蚀，直至将掩膜层102完全去除，得到图案化的第二砷化镓层103，这样，通过控制刻蚀气体与氧化性气体的比例，能够提高砷化镓微透镜的尺寸准确性。
46.在本技术实施例中，工艺气体还可以包括含氟气体，通过调整含氟气体的组合和用量，可以有效改善微透镜表面粗糙，提高微透镜的表面光滑度，提升成品透镜的光学特性。含氟气体可以包括cf4、chf3、ch2f2、c2f6和c4f8中的至少一种，能够尽量提高含氟气体中的氟含量，进而提高微透镜质量。
47.在本技术实施例中，工艺气体还可以包括惰性气体，比如n2，惰性气体流量在工艺气体中的流量占比可以小于或等于30%，惰性气体可以对刻蚀气体进行稀释，减缓刻蚀速率，降低表面缺陷。
48.具体地，可以使用光电发射光谱仪（optical emission spectrometer，oes）、激光干涉终点法（interferometry end point，iep）或者二者联用的手段精确监控加工过程，控制过刻量。
49.在一种实施例中，刻蚀工艺使用机台为电感耦合等离子体刻蚀机，所使用样品为 gaas 微透镜图形片，大小为3cm x 3cm，膜层结构为pr和gaas 的叠层结构。可以将样品传送入刻蚀机腔室，设置适当的刻蚀参数，上射频功率icp-source 可以为100-200w，下射频功率icp-bias可以为 600-1000w，脉冲频率可以设置为300-800hz，占空比可以设置为30-80%，cl2和bcl3的气体流量分别设置为30 sccm和10 sccm，o2和cf
4 的气体流量分别设置为 10 sccm和10 sccm，腔压可以为5 mt，下电极温度可以为20℃，样品背面的冷却气体 he 的
压力可以为5 torr，在通入混合后的cl2、bcl3、o2和cf4等气体后，射频点火起辉，产生等离子体进行刻蚀，可以通过 oes实现对 pr 掩膜的工艺监控，完成刻蚀。
50.在另一种实施例中，刻蚀工艺使用机台为电感耦合等离子体刻蚀机，所使用样品为 gaas 微透镜图形片，大小为3cm x 3cm，膜层结构为pr 和gaas 的叠层结构。icp-source 为100-200w，icp-bias 为800-1000w，脉冲频率设置为500-1000 hz，占空比设置为30-70%，bcl3的气体流量为40-70 sccm，n2o和chf3的气体流量分别为 0-10 sccm和0-20 sccm，腔压为10 mt，下电极温度为20℃，样品背面的冷却气体 he 的压力为5 torr，通入混合后的bcl3、n2o和chf3等气体后，射频点火起辉。可以通过 iep实现对 pr 掩膜的工艺监控，完成刻蚀。
51.本技术实施例提供了一种微透镜的制作方法，可以提供第一砷化镓层，第一砷化镓层上覆盖图案化的掩膜层，掩膜层覆盖部分第一砷化镓层，可以利用工艺气体对第一砷化镓层和掩膜层进行电感耦合等离子体刻蚀，第一砷化镓层和掩膜层的厚度均减小，直至将掩膜层完全去除，可以得到图案化的第二砷化镓层，工艺气体由以脉冲模式输出的射频源电离为等离子体，脉冲方式可以对等离子体的运动产生干扰，能够提高刻蚀速率，在脉冲间隙时间内，也可以实现局部电荷的转移和中和，获得高速率、缺陷少且平滑的砷化镓微透镜。其中工艺气体包括刻蚀气体，刻蚀气体主要起刻蚀作用，这样，可以将掩膜层上的图案转移到第一砷化镓层上，得到图案化的第二砷化镓层，采用干法刻蚀的方法，可以缩短工艺周期，比湿法刻蚀具有更高的再现性，并且具有许多更容易控制的参数，有利于工业化生产，此外，加工精度较高，具有良好的各项异性，还能减少不必要的材料损耗。
52.基于以上微透镜的制作方法，本技术实施例还提供了一种微透镜的制作系统，参考图5所示，为本技术实施例提供的一种微透镜的制作系统的结构框图，该系统可以包括：刻蚀设备210和控制器220，其中，刻蚀设备210用于利用工艺气体对第一砷化镓层和掩膜层进行电感耦合等离子体刻蚀；控制器220用于执行上述的微透镜的制作方法。
53.本技术实施例提供了一种微透镜的制作系统，微透镜的制作系统可以包括刻蚀设备和控制器，其中，刻蚀设备用于利用工艺气体对第一砷化镓层和掩膜层进行电感耦合等离子体刻蚀；控制器用于执行上述的微透镜的制作方法。这样，可以将掩膜层上的图案转移到第一砷化镓层上，得到图案化的第二砷化镓层，工艺气体由以脉冲模式输出的射频源电离为等离子体，脉冲方式可以对等离子体的运动产生干扰，能够提高刻蚀速率，在脉冲间隙时间内，也可以实现局部电荷的转移和中和，获得高速率、缺陷少且平滑的砷化镓微透镜。采用干法刻蚀的方法，可以缩短工艺周期，比湿法刻蚀具有更高的再现性，并且具有许多更容易控制的参数，有利于工业化生产，此外，加工精度较高，具有良好的各项异性，还能减少不必要的材料损耗。
54.基于以上微透镜的制作方法，本技术实施例还提供了一种微透镜，该微透镜可以由前述的微透镜的制作方法得到，能够获得高速率、缺陷少且平滑的砷化镓微透镜，且工艺周期较短，具有更好的再现性，利于工艺化生产。
55.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它实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
56.以上所述仅是本技术的优选实施方式，虽然本技术已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本技术。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本技术技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本技术技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本技术技术方案的内容，依据本技术的技术实质对以上实施例所做的任何的简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本技术技术方案保护的范围内。

技术特征：
1.一种微透镜的制作方法，其特征在于，包括：提供第一砷化镓层，所述第一砷化镓层上覆盖图案化的掩膜层；利用工艺气体对所述第一砷化镓层和所述掩膜层进行电感耦合等离子体刻蚀，直至将所述掩膜层完全去除，得到图案化的第二砷化镓层；所述工艺气体由以脉冲模式输出的射频源电离为等离子体，所述工艺气体包括刻蚀气体。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述刻蚀气体包括氯基气体。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述氯基气体包括cl2、bcl3和sicl4中的至少一种。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工艺气体还包括氧化性气体。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用工艺气体对所述第一砷化镓层和所述掩膜层进行电感耦合等离子体刻蚀，直至将所述掩膜层完全去除，得到图案化的第二砷化镓层，包括：根据第二砷化镓层的目标尺寸确定所述刻蚀气体的第一含量和所述氧化性气体的第二含量；向反应腔室内通入所述第一含量的所述刻蚀气体和所述第二含量的所述氧化性气体，利用所述刻蚀气体和所述氧化性气体对所述第一砷化镓层和所述掩膜层进行电感耦合等离子体刻蚀，直至将所述掩膜层完全去除，得到图案化的第二砷化镓层。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述氧化性气体包括o2和n2o中的至少一种。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在电感耦合等离子体刻蚀时，与线圈相连的第一射频源的射频功率大于或等于50 w，且小于或等于200 w，与下电极相连的第二射频源的射频功率大于或等于50 w，且小于或等于1000 w，所述下电极的温度小于或等于60℃，反应腔室的压力大于或等于3mt，且小于或等于40 mt。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，与下电极相连的第二射频源具有所述脉冲模式，所述第二射频源的脉冲频率大于或等于100 hz ，且小于或等于1000 hz。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，与下电极相连的第二射频源的脉冲占空比大于或等于20%，且小于或等于80%。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工艺气体还包括含氟气体。11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述含氟气体包括cf4、chf3、ch2f2、c2f6和c4f8中的至少一种。12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工艺气体还包括惰性气体。13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述惰性气体流量在所述工艺气体中的流量占比小于或等于30%。14.一种微透镜的制作系统，其特征在于，包括：刻蚀设备和控制器；所述刻蚀设备用于利用工艺气体对第一砷化镓层和掩膜层进行电感耦合等离子体刻蚀；所述控制器用于执行如权利要求1-13任意一项所述的微透镜的制作方法。15.一种微透镜，其特征在于，所述微透镜利用如权利要求1-13任意一项所述的微透镜的制作方法得到。

技术总结
本申请提供一种微透镜的制作方法、制作系统及微透镜，可以提供第一砷化镓层，第一砷化镓层上覆盖图案化的掩膜层，掩膜层覆盖部分第一砷化镓层，可以利用工艺气体对第一砷化镓层和掩膜层进行电感耦合等离子体刻蚀，第一砷化镓层和掩膜层的厚度均减小，直至将掩膜层完全去除，可以得到图案化的第二砷化镓层，其中工艺气体由以脉冲模式输出的射频源电离为等离子体，这样能够获得高速率、缺陷少且平滑的砷化镓微透镜，并且，采用干法刻蚀的方法，可以缩短工艺周期，比湿法刻蚀具有更高的再现性，并且具有许多更容易控制的参数，有利于工业化生产，此外，加工精度较高，具有良好的各项异性，还能减少不必要的材料损耗。还能减少不必要的材料损耗。还能减少不必要的材料损耗。


技术研发人员：刘建 冯英雄 郭春祥 韩远征 汪鑫 任舟逸 许开东
受保护的技术使用者：江苏鲁汶仪器股份有限公司
技术研发日：2023.08.17
技术公布日：2023/9/20