[發(fā)明專利]一種微透鏡的制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510083079.3
• 申請日: 2015-02-15
• 公開（公告）號: CN104614936B
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉剛;熊瑛;邊銳;張曉波;田揚超
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: G03F7/00
• 分類號: G03F7/00;G02B3/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;顧煒

本發(fā)明公開了一種微透鏡的制作方法，該方法的具體步驟為：步驟1)在基片上旋涂負(fù)性光刻膠層；步驟2)基于設(shè)計好的圖形、利用曝光工藝來實現(xiàn)微透鏡的平面結(jié)構(gòu)；步驟3)加熱回流，冷卻后獲得預(yù)期微透鏡結(jié)構(gòu)。首次通過對負(fù)性光刻膠曝光并加熱回流來制作微透鏡。由于制作微透鏡不受基片表面、光刻膠厚度的影響，所以可以實現(xiàn)對微透鏡形貌的有效控制，提高微透鏡制作的工藝重復(fù)性；同時，由于可以適應(yīng)不同的基片，所以能夠?qū)崿F(xiàn)與基片上微結(jié)構(gòu)的集成，滿足不同的應(yīng)用需求。本發(fā)明制作的微透鏡的平面結(jié)構(gòu)是通過曝光工藝來實現(xiàn)的，所以可以制作無間隙的透鏡陣列，提高透鏡陣列對光源的利用率；工藝簡單，容易實現(xiàn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微納加工的加工工藝，特別是涉及微透鏡結(jié)構(gòu)的制作工藝，具體涉及一種微透鏡的制作方法。

背景技術(shù)

微透鏡是一類非常重要的光學(xué)元件，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，在光學(xué)、光電領(lǐng)域有著越來越廣泛的應(yīng)用。微透鏡的制作方法較多，其中最常用的是熱熔法。熱熔法首先利用光刻、顯影獲得聚合物平面微結(jié)構(gòu)，然后升溫使微結(jié)構(gòu)熱熔回流。聚合物平面微結(jié)構(gòu)在回流過程中受表面張力的作用形成曲面，冷卻后形成微凸透鏡結(jié)構(gòu)。熱熔法制作微透鏡雖然工藝相對簡單，但方法本身存在一些問題，使得其工藝重復(fù)性不佳，大大影響了其實際應(yīng)用。

聚合物微透鏡在襯底上的尺寸、微透鏡與襯底的夾角等決定了微透鏡的形貌，利用熱熔法制作微透鏡，上述兩方面主要受聚合物的尺寸和種類、襯底材料的表面性質(zhì)等因素影響。聚合物平面微結(jié)構(gòu)的平面尺寸是由光刻產(chǎn)生的，可以有效控制；而其厚度是由涂膠、曝光以及顯影工藝共同決定的，這使得厚度的精確控制較為困難，因而聚合物微結(jié)構(gòu)的體積也就很難精確控制了。聚合物的種類和襯底材料的表面性質(zhì)決定了微透鏡的接觸角，聚合物以及襯底材料的種類可以選擇并控制，但襯底的表面性質(zhì)不僅與其本身材料相關(guān)，還與其表面狀態(tài)相關(guān)，工藝實踐中受基片處理、顯影等影響，很難實現(xiàn)有效控制，這使得微透鏡的接觸角難以控制。可以看出，熱熔法難以實現(xiàn)對微透鏡的尺寸、微透鏡與襯底的夾角的精確控制，這就使得利用熱熔法制作微透鏡工藝重復(fù)性差。

微透鏡的制作方法雖然較多，但加工所得形貌也都受材料的尺寸和表面性質(zhì)影響，所以其工藝重復(fù)性差是普遍現(xiàn)象，難以實現(xiàn)對微透鏡形貌的精確控制，這大大影響了其光學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對微透鏡制作過程中所遇到的工藝重復(fù)性差問題，提出一種制作微透鏡的新方法，通過對負(fù)性光刻膠曝光并加熱回流來實現(xiàn)對微透鏡形貌的有效控制，提高微透鏡制作的工藝重復(fù)性。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種微透鏡的制作方法，該方法的步驟如下：

步驟1)、根據(jù)微透鏡實際要求的尺寸，加工出相應(yīng)的光學(xué)掩模；

步驟2)、清洗基片，在基片上旋涂負(fù)性光刻膠層，利用熱臺或烘箱烘若干時間，冷卻后得到需要的厚度的負(fù)性光刻膠層；

步驟3)、利用步驟1)加工好的光學(xué)掩模將步驟2)的負(fù)性光刻膠層進行紫外曝光得到微透鏡平面結(jié)構(gòu)；

步驟4)、將步驟3)得到的微透鏡平面結(jié)構(gòu)利用熱臺或烘箱烘若干時間，室溫下放置自然冷卻，得到凹透鏡或透鏡陣列。

本發(fā)明的原理在于：

本發(fā)明的特征是通過對負(fù)性光刻膠曝光并加熱回流來實現(xiàn)對微透鏡形貌的有效控制。負(fù)性光刻膠通常為低分子量聚合物，曝光部分通過化學(xué)反應(yīng)形成高分子量的交聯(lián)聚合物。在后續(xù)的加熱回流過程中，曝光交聯(lián)的聚合物不會熔融，形狀不會發(fā)生變化，而未曝光的部分會受熱熔融，在回流過程中受表面張力的作用形成曲面，冷卻后形成微凹透鏡結(jié)構(gòu)，其原理如圖1所示。