帶有仿蛾眼隨機(jī)陣列納米凹陷結(jié)構(gòu)的晶圓透鏡陣列模具及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種加工晶圓透鏡陣列片的模具，具體涉及一種帶有仿蛾眼隨機(jī)陣列納米凹陷結(jié)構(gòu)的晶圓透鏡陣列模具及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]晶圓光學(xué)透鏡陣列片是指在一個(gè)平面晶圓基底上按照特定陣列排布形式加工出一定數(shù)量的光學(xué)微透鏡，透鏡材料可以是光學(xué)級(jí)聚合物材料，也可以是光學(xué)玻璃材料。
[0003]最近,主要的手機(jī)廠商都將晶圓光學(xué)攝像頭(Wafer Level Camera, WLC)作為下一代低成本手機(jī)攝像頭制造的最有前景的技術(shù)。晶圓光學(xué)攝像頭是指，透鏡組件在2寸-8寸光學(xué)晶圓上制造，之后將光學(xué)晶圓與CMOS圖像傳感器晶圓疊裝在一起，最后將該堆疊的晶圓切成數(shù)千個(gè)微型攝像頭模塊。幾乎所有大型的攝像頭供應(yīng)商都在考慮使用WLC解決方案。WLC的概念具有縮減制造和封裝成本的潛力，還可以通過(guò)將手動(dòng)工作步驟替換為全自動(dòng)晶圓級(jí)工藝加工步驟而進(jìn)一步提高質(zhì)量。
[0004]WLC解決方案已被眾多廠家應(yīng)用，但是還存在若干技術(shù)難題，其中增透就是一個(gè)重要問(wèn)題。晶圓透鏡陣列加工是晶圓光學(xué)攝像模組光學(xué)鏡片加工的主要工藝環(huán)節(jié)。晶圓透鏡陣列主要通過(guò)基于帶有透鏡面型的模具的翻印或者壓印等辦法來(lái)加工。由于微型攝像模組中包含多個(gè)通光透鏡面，為了保證整個(gè)成像系統(tǒng)的光學(xué)透射率，每個(gè)透鏡面的反射率必須嚴(yán)格控制在1%以下。因此，晶圓片透鏡陣列在翻印加工出來(lái)之后必須鍍?cè)鐾改?lái)提高光學(xué)透射率。由于8寸陣列透鏡片厚度薄，面積較大，在鍍?cè)鐾改み^(guò)程中容易出現(xiàn)翹曲變形等情況。一旦發(fā)生翹曲，晶圓陣列透鏡片在后續(xù)的堆疊對(duì)準(zhǔn)工藝流程中將達(dá)不到對(duì)準(zhǔn)精度，導(dǎo)致廢品發(fā)生。另外，傳統(tǒng)介質(zhì)增透膜由于和透鏡材料熱膨脹性能不同，在后續(xù)回流焊過(guò)程中也存在困難，另外大視場(chǎng)大光譜范圍的高透射比增透膜也比較復(fù)雜。
[0005]仿蛾眼納米結(jié)構(gòu)已被理論和實(shí)踐證明可以實(shí)現(xiàn)在寬光譜段內(nèi)的光學(xué)增透效果。仿蛾眼納米線結(jié)構(gòu)，利用其極大的深寬比將光限制在納米線之間，達(dá)到減反目的，是目前減反性能最好的納米結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有加工蛾眼納米結(jié)構(gòu)的方法主要是，利用二次全息曝光和干法刻蝕方法在平面基底上形成仿蛾眼二維納米結(jié)構(gòu)，之后利用此平面基底模具在熱固化或者紫外光固化材料上翻印出平面基底上的增透納米結(jié)構(gòu)。這種方法基本只能在平面基底材料上加工出仿蛾眼納米結(jié)構(gòu)。平面基底模具也可以翻印到PDMS (聚甲基二氧硅烷)等柔性材料上，形成柔性基底模具，可以用來(lái)形成輥筒狀模具，在薄膜基底上加工二維納米結(jié)構(gòu)。
[0006]但是，以上仿蛾眼納米增透結(jié)構(gòu)加工方法并不能在類似透鏡表面的曲面面型上加工出滿足要求的二維仿蛾眼納米結(jié)構(gòu)。因?yàn)?，曲面基底上很難利用全息曝光形成均勻的二維納米結(jié)構(gòu)圖案。尤其是在晶圓透鏡陣列表面上更難加工出均勻的二維納米結(jié)構(gòu)圖案，因?yàn)橐粋€(gè)陣列透鏡片上存在眾多透鏡曲面，曝光方法很難形成均勻的納米圖形。有文獻(xiàn)報(bào)道了應(yīng)用表面直接等離子處理的方法在透鏡陣列表面制造出二維納米結(jié)構(gòu)，但是得到的納米結(jié)構(gòu)的幾何特征不規(guī)則，不能滿足工業(yè)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)高透射率的要求。有文獻(xiàn)報(bào)道利用鋁材料的陽(yáng)極氧化反應(yīng)方法制造帶有二維納米結(jié)構(gòu)的金屬模具方法，但也只涵蓋了平面模具。本發(fā)明人此前申請(qǐng)了基于鋁材料的陽(yáng)極氧化反應(yīng)的晶圓透鏡陣列模具專利(申請(qǐng)?zhí)?201410630217.0)，利用此模具可以直接復(fù)制加工出帶有仿蛾眼陣列納米結(jié)構(gòu)的晶圓透鏡陣列片，不需要鍍?cè)鐾改ぜ纯蛇_(dá)到高透射率。在部分應(yīng)用場(chǎng)合中，鋁材料作為模具基材存在機(jī)械性能不夠和膨脹系數(shù)匹配的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明公開(kāi)了一種基于硅或者鍺材料的帶有仿蛾眼隨機(jī)陣列納米凹陷結(jié)構(gòu)的晶圓透鏡陣列模具及其制備方法，可以直接復(fù)制加工出帶有仿蛾眼隨機(jī)陣列納米結(jié)構(gòu)的晶圓透鏡陣列片，如圖1所示，它不需要鍍?cè)鐾改ぜ纯蛇_(dá)到可見(jiàn)光波段的寬光譜增透，有效降低反射，不僅極大簡(jiǎn)化了晶圓透鏡陣列片加工的工藝流程，而且避免了回流焊溫度引起的介質(zhì)增透膜破裂脫落等問(wèn)題，具有明顯的實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益。
[0008]本發(fā)明技術(shù)方案實(shí)施如下:
一種帶有仿蛾眼隨機(jī)陣列納米凹陷結(jié)構(gòu)的晶圓透鏡陣列模具，其特點(diǎn)是:所述的晶圓透鏡陣列模具由硅或者鍺材料制作，直徑為2寸?8寸之間，在晶圓透鏡陣列模具的表面上均勻分布著微型透鏡凹陷曲面型模且形成陣列的形式；在所述晶圓模具的每個(gè)微型透鏡凹陷曲面型模表面上，分布有仿蛾眼隨機(jī)陣列納米凹陷結(jié)構(gòu)，納米凹陷結(jié)構(gòu)的尺寸和相鄰間距呈隨機(jī)分布，其中:納米凹陷結(jié)構(gòu)的底部直徑在1-1OOnm之間，頂部直徑在50_300nm之間，相鄰納米凹陷結(jié)構(gòu)的中心間距在100-500nm之間，納米凹陷結(jié)構(gòu)的高度在100_1500nm之間；采用所述晶圓透鏡陣列模具復(fù)制加工出的每個(gè)聚合物材料晶圓微透鏡片，其表面都有二維隨機(jī)陣列仿蛾眼納米凸起結(jié)構(gòu)，此隨機(jī)陣列納米凸起結(jié)構(gòu)用于降低微透鏡表面的光學(xué)反射。
[0009]所述的娃或者錯(cuò)材料，是單晶娃、單晶錯(cuò)，多晶娃、多晶錯(cuò)，含錯(cuò)的硫系玻璃材料中的一種；增加了晶圓透鏡陣列模具基材的選擇范圍。
[0010]一種帶有仿蛾眼隨機(jī)陣列納米凹陷結(jié)構(gòu)的晶圓透鏡陣列模具的制備方法，具體步驟如下:
步驟1:首先將硅或者鍺材料加工成2寸到8寸直徑的晶圓模具；
步驟2:利用超精密拋光和車削或者銑削，將所述模具工作端面加工出帶有光滑平面和陣列透鏡的曲面光滑面型的翻印模芯，表面光潔度達(dá)到1nm以內(nèi)；
步驟:3:底部附上一層金屬或玻璃塊體，加大模具的總體厚度；
步驟4:在所述模具工作端面生成一層連續(xù)的金屬金膜或者金屬銀膜，金屬膜厚度在5-1OOnm 之間；
步驟5:在真空或者惰性氣體環(huán)境下對(duì)覆蓋有連續(xù)金屬薄膜的硅或者鍺模具快速退火處理，使金屬膜層自凝聚成隨機(jī)分布的納米金屬顆粒，納米金屬顆粒的尺寸在1-1OOnm之間；
步驟6:利用反應(yīng)離子刻蝕系統(tǒng)對(duì)帶有納米金屬顆粒的硅或者鍺晶圓模具工作端面進(jìn)行刻蝕,并達(dá)到刻蝕深度；
步驟7:用酸性溶液清洗掉殘留在硅或者鍺基底表面的金屬納米顆粒；即生成帶有仿蛾眼隨機(jī)陣列納米凹陷結(jié)構(gòu)的晶圓透鏡陣列模具。
[0011]所述的金屬銀薄膜通過(guò)下述方法:化學(xué)銀鏡反應(yīng)、蒸鍍方法、濺射方法、外延生長(zhǎng)方法中的一種方法生成。
[0012]所述的金屬金薄膜通過(guò)下述方法:蒸鍍方法，濺射方法，外延生長(zhǎng)方法中的一種方法生成。
[0013]本發(fā)明的有益效果在于:利用本發(fā)明設(shè)計(jì)的帶有仿蛾眼納米結(jié)構(gòu)的晶圓透鏡陣列模具，可以直接批量復(fù)制出帶有仿蛾眼納米結(jié)構(gòu)的晶圓透鏡片，此晶圓透鏡片不需要鍍?cè)鐾改ぜ纯蛇_(dá)到可見(jiàn)光波段的寬光譜并降低反射效果，極大簡(jiǎn)化了晶圓透鏡片加工的工藝流程，而且避免了回流焊溫度引起的增透膜破裂脫落等問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為帶有仿蛾眼隨機(jī)陣列納米結(jié)構(gòu)的晶圓透鏡陣列片示意圖；
圖2為帶有仿蛾眼隨機(jī)陣列納米凹陷結(jié)構(gòu)的晶圓透鏡陣列模具結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為帶有仿蛾眼隨機(jī)陣列納米凹陷結(jié)構(gòu)的晶圓透鏡陣列模具制備方法示意圖。
[0015]1、晶圓基底，2、微型光學(xué)透鏡面，3、隨機(jī)陣列納米凸起結(jié)構(gòu)，4、模具基底，5、微型透鏡凹陷曲面型模面，6、仿蛾眼隨機(jī)陣列納米凹陷結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但實(shí)施例并不用于限制本發(fā)明，凡采用本發(fā)明的相似結(jié)構(gòu)、方法及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0017]本發(fā)明公開(kāi)了一種基于硅或者鍺材料的帶有仿蛾眼隨機(jī)陣列納米凹陷結(jié)構(gòu)的晶圓透鏡陣列模具及其制備方法，可以直接復(fù)制出帶有仿蛾眼隨機(jī)陣列納米結(jié)構(gòu)的晶圓透鏡陣列片，如圖1所示。在所述的晶圓透鏡陣列片的晶圓基底I上；按