[發(fā)明專利]基于循環(huán)刻蝕工藝的石英微透鏡制備方法及石英微透鏡

在審

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• 申請日: 2022-08-18
• 公開（公告）號: CN115343788A
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發(fā)明（設計）人: 劉丹;程秀蘭;烏李瑛;劉民;張笛;瞿敏妮;權雪玲
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G02B3/00
• 分類號: G02B3/00;G03F7/00;G03F7/42
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發(fā)明提供了一種基于循環(huán)刻蝕工藝的石英微透鏡制備方法及石英微透鏡，包括：光刻步驟：在石英表面上制備光刻膠柱體；熱熔步驟：對帶有光刻膠柱體的石英表面進行熱熔處理，將光刻膠柱體轉變?yōu)楣饪棠z透鏡體；刻蝕步驟：對石英表面的光刻膠透鏡體進行循環(huán)刻蝕處理，直至光刻膠完全消失，從而獲得石英微透鏡陣列。本發(fā)明方法操作簡單，便于在工藝上實現(xiàn)。

技術領域

本發(fā)明涉及微納加工技術領域，具體地，涉及基于循環(huán)刻蝕工藝的石英微透鏡制備方法及石英微透鏡。

背景技術

微透鏡陣列是一種多功能的微光學器件，可以對入射光進行擴散、聚焦、整形等調制，進而實現(xiàn)大視角、低相差、高時間分辨率和無限景深等，在集成光學成像領域、光通信系統(tǒng)和光信號處理系統(tǒng)中具有廣泛的應用潛力。

微透鏡的主要制備方法主要分為直接法和間接法。直接法是在材料處于熱塑性狀態(tài)或液體狀態(tài)時，微透鏡的形狀通常基于表面張力效應形成，從而產生超光滑表面。目前直接法主要包括熱回流、微滴噴射法和微模直壓法等。間接法則是先制作凹型模具然后通過熱壓成型和注塑成型等復制技術生產最終的透鏡。這兩種透鏡制備方法各有優(yōu)缺點，其中直接法操作過程簡單、成本低且效益高，但精度控制較為困難。間接法可以很好地控制微透鏡陣列的形狀，但是過程相對復雜。其中基于熱回流和干法刻蝕工藝的制備法是一種能大批量生產均勻度高的微透鏡陣列的工藝，因而被廣泛采用。

為了在石英表面獲得石英微透鏡陣列，我們通過電感耦合等離子體增強(ICPRIE)設備刻蝕，將光刻膠球冠圖形精確地轉移至石英表面上。光刻膠圖形需要完全向襯底圖形轉移，因此刻蝕時間較長，根據(jù)透鏡尺寸以及冠高的不同，刻蝕時間可長達幾十分鐘甚至數(shù)小時。在刻蝕過程中基片溫度會隨著等離子轟擊作用不斷增大，導致光刻膠表面發(fā)生碳化現(xiàn)象，從而影響石英刻蝕表面質量。而本發(fā)明采用等離子體循環(huán)刻蝕技術，即每刻蝕60s后暫停若干秒，使基片積累的熱量及時冷卻，從而有效避免光刻膠碳化現(xiàn)象的發(fā)生。

目前國內外尚未見到關于基于循環(huán)刻蝕工藝的石英微透鏡制備相關報道。其它使用干法刻蝕的微透鏡陣列也可采用同樣的循環(huán)刻蝕方法。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于循環(huán)刻蝕工藝的石英微透鏡制備方法及石英微透鏡。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于循環(huán)刻蝕工藝的石英微透鏡制備方法，包括：

光刻步驟：在石英表面上制備光刻膠柱體；

熱熔步驟：對帶有光刻膠柱體的石英表面進行熱熔處理，將光刻膠柱體轉變?yōu)楣饪棠z透鏡體；

刻蝕步驟：對石英表面的光刻膠透鏡體進行循環(huán)刻蝕處理，直至光刻膠完全消失，從而獲得石英微透鏡陣列。

優(yōu)選地，所述光刻步驟采用：在石英表面上采用光刻曝光工藝制備光刻膠柱體。

優(yōu)選地，所述光刻膠柱體直徑為10～400μm，高度為2～10μm。

優(yōu)選地，所述熱熔步驟采用：將帶有光刻膠柱體的石英放置于熱板上，經過預設溫度和預設時間的熱熔處理后，圓柱狀的光刻膠柱體變?yōu)榍蚬谛臀⑼哥R形狀。

優(yōu)選地，熱熔溫度為150～180℃，熱熔時間為5～10min。

優(yōu)選地，所述刻蝕步驟采用：采用電感耦合等離子體增強刻蝕系統(tǒng)，調節(jié)包括刻蝕氣體流量、ICP功率、RF功率、氣壓以及溫度參數(shù)，通過控制刻蝕時間確保光刻膠完全刻蝕。

優(yōu)選地，刻蝕氣體為CHF₃和CF₄。

優(yōu)選地，當刻蝕氣體為CHF₃和CF₄時，總流量25sccm，ICP功率為600～800W，RF功率為150～300W，刻蝕腔室壓力為0.4～0.6Pa，溫度設置為5℃。