[發明專利]一種微透鏡陣列制作的工藝方法

有效

• 申請號: 201710163195.5
• 申請日: 2017-03-19
• 公開（公告）號: CN106707381B
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發明（設計）人: 鄧軍;馮獻飛;牟桐;李超慧
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G02B3/00
• 分類號: G02B3/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種微透鏡陣列制作的工藝方法，本工藝方法是制備微透鏡陣列的一種工藝技術，具體涉及制作微透鏡時用PMMA代替厚光刻膠并且通過薄金屬層實現圖形的無損轉移的工藝方法，屬于半導體光電器件微細加工技術領域。利用PMMA和薄金屬層結構代替傳統的厚光刻膠，采用工藝重復性更好的干法刻蝕技術，代替厚光刻膠的曝光顯影工藝實現微透鏡表面結構，工藝具有更好的一致性和重復性。

技術領域

本發明是制備微透鏡陣列的一種工藝技術，具體涉及制作微透鏡時用PMMA代替厚光刻膠并且通過薄金屬層實現圖形的無損轉移的工藝方法，屬于半導體光電器件微細加工技術領域。

背景技術

隨著科學技術的飛速發展，當前的儀器設備已朝著光、機、電集成的趨勢發展。利用傳統方法制造出來的光學元件不僅制造工藝復雜，而且制造出來的光學元件尺寸大、重量大，已不能滿足當今科技發展的需要。微光學技術所制造出的光學元件以其體積小、重量輕、便于集成化、陣列化等優點，已成為新的發展方向。微透鏡陣列是一種目前應用得十分廣泛的微光學元件，它被廣泛地應用于光束整形、光學器件互連、三維成像等領域。

目前，用于制作微透鏡陣列的方法有離子交換法、光敏玻璃熱成形法、光刻膠熱熔法、光電反應刻蝕法、聚焦離子束刻蝕與沉積法、化學氣象沉積法等方法。由于光刻膠熱熔法具有制作周期短、制作成本低、效率高等優點，因而成為研究的熱點。光刻膠熱熔法制作的微透鏡陣列是連續面形，具體步驟是利用具有適當孔徑的光刻掩模板對具有一定厚度的光刻膠進行紫外曝光，經過顯影后在基底上就形成了相對應的孤立的圓柱形膠體，加熱基板至圓柱形膠體呈熔融態,此時熔融的光刻膠由于表面張力的作用，會形成以圖案孔徑為邊界的光滑的球面，進而冷卻得到折射型微透鏡的表面結構。

此種方法有以下缺陷：

1)制作微透鏡時需要的光刻膠厚度與透鏡的尺寸有關，微透鏡越大，膠膜越厚。采用常規的光刻機對膠膜進行曝光時，由于大部分能量被上層光刻膠所吸收,下層光刻膠曝光相對不足,易形成較厚的底膜。實驗發現，這種情況若單純增加顯影時間，不能有效地去除較厚的底膜，反而會造成光刻膠的溶脹，使光刻圖形擴大和變形，降低圖形質量。增加曝光時間，雖可將膠膜曝透，但光刻膠圖形易呈梯形,柱型膠體的體積變小，熔融時得不到所需的表面結構。

2)對于顯影過程中，經過曝光和未經過曝光的光刻膠在顯影液中都會有不同程度地溶解，光刻膠在顯影過程中不光有縱向腐蝕也有橫向腐蝕，使顯影之后得到的光刻膠圖形呈梯形，并且光刻膠的厚度和寬度都有所改變，最終就得不到所需的曲率半徑的微透鏡陣列。

發明內容

本發明的目的在于克服上述工藝的缺點，提出一種微透鏡陣列的制作方法。

本發明采用的技術方案為一種微透鏡陣列制作的工藝方法，該工藝方法包括以下步驟：

(1)清洗基片，去除基片表面吸附的灰塵和油脂。

(2)烘干基片，去除基片上部引入的水分和易揮發物質。

(3)利用甩膠機在基片上旋涂PMMA膜。

(4)利用烘箱對步驟(3)中的PMMA膜進行前烘。

(5)在PMMA膜上濺射一層薄金屬。

(6)在薄金屬上再旋涂一層薄光刻膠。

(7)進行曝光、顯影得到預設的圖形。

(8)腐蝕掉裸露出的薄金屬層。

(9)利用刻蝕工藝去除保護金屬層的光刻膠和裸露出的PMMA層。

(10)腐蝕掉剩余的薄金屬層。

(11)熱熔PMMA層，通過控制熱熔的溫度和時間得到透鏡表面結構。

本發明的優點