本發(fā)明專利技術(shù)提供一種基于負性光刻膠和掩膜移動曝光工藝的微透鏡陣列制備方法，其主要工藝流程包括：選取基片，涂覆負性光刻膠，對基片先進行無掩膜曝光，再進行掩膜移動曝光、后烘和顯影工藝獲得微透鏡陣列的光刻膠圖形，最后采用干法刻蝕將光刻膠圖形轉(zhuǎn)移到基片上，即可獲得微透鏡陣列結(jié)構(gòu)。本發(fā)明專利技術(shù)優(yōu)點是利用負性光刻膠實現(xiàn)連續(xù)面形的微透鏡陣列加工。由于負性光刻膠具有較好的抗刻蝕特性，并且在溫度較高時光刻膠圖形不易變形，使得這種微透鏡陣列加工方法不僅可用于普通微透鏡陣列的制備，也可用于需要深刻蝕或制備于厚基片上的微透鏡陣列加工。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于微納加工
，具體涉及ー種基于負性光刻膠和掩膜移動曝光エ 藝的微透鏡陣列制備方法。
技術(shù)介紹
微透鏡陣列是按一定規(guī)則排布的多個微透鏡，単元大小一般在微米量級。微透鏡陣列在光束勻滑、液晶顯示、波前傳感、CCD或CMOS傳感器等方面有廣泛的應(yīng)用。目前使用較多的微透鏡陣列加工方法主要有熱熔法、直寫法、灰度掩膜和移動掩膜法等，這些方法各有特點。其中熱熔法將光刻膠加工成相互獨立的微柱體陣列，然后加熱基片使光刻膠熱熔，在表面張カ的作用下，光刻膠柱體會逐漸變成接近球形的微透鏡。熱熔法的特點是エ藝簡單、成本低、可制作大面積微透鏡陣列。但熱熔法由于必須使光刻膠處于熔融狀態(tài)，依靠表面張カ成型，只適合制作數(shù)值口徑較大的微凸透鏡。直寫法是采用激光直寫或電子束直寫，按照設(shè)計的微透鏡結(jié)構(gòu)對光刻膠進行逐點曝光。這類方法的精度很高，理論上可以加工任意面形的微透鏡陣列。但直寫設(shè)備的價格昂貴，逐點直寫方式的效率很低， 導(dǎo)致成本很高；另外加工面積較小，圖形的深度也很有限。灰度掩膜是通過掩膜ニ元編碼來控制曝光量的分布，這種方法對光強的調(diào)制能力較強，通過掩膜的設(shè)計，可以制作不同類型的微透鏡陣列。但所用的掩膜加工成本很高，而且要通過縮小成像系統(tǒng)進行投影光刻，エ藝較復(fù)雜，加工面積較小。移動掩膜法是ー種較新的微透鏡陣列制作方法，它是通過曝光過程中掩膜的移動來調(diào)制曝光量的分布，以實現(xiàn)微透鏡的結(jié)構(gòu)。和其他方法相比，移動掩膜法所用的掩膜圖形簡單，成本低，可曝光面積大，效率和填充比都較高。同時移動掩膜法也可以通過改變掩膜的設(shè)計來制備不同面形和口徑形狀的微透鏡陣列，包括非球面的微透鏡陣列，是ー種方便靈活的微透鏡陣列加工方法。移動掩膜法使用的光刻膠一般為正性光刻膠，而正性光刻膠存在熱熔變形的特性，在后烘過程中光刻膠的面形發(fā)生變化，從而影響所制備的微透鏡陣列面型質(zhì)量。此外，當(dāng)微透鏡陣列的刻蝕深度很大或使用的基片較厚吋，刻蝕過程中產(chǎn)生的熱量不能及時傳導(dǎo)，會使光刻膠的溫度升高。溫度達到一定值后，正性光刻膠熱熔變形，使刻蝕得到的微透鏡面形發(fā)生改變。而要降低溫度，使正性光刻膠不變形，一般只能減小刻蝕速率，嚴重影響加工的效率。負性光刻膠由于其特有的交聯(lián)反應(yīng)，使其在高溫下基本不產(chǎn)生形變，而且具有很好的抗刻蝕能力，適合深刻蝕。但負性光刻膠的曝光特性決定了它很難產(chǎn)生連續(xù)變化的面形，一般只用于加工具有明顯臺階的結(jié)構(gòu)。而隨著微透鏡應(yīng)用的日趨廣泛，需要深刻蝕或者將微透鏡陣列加工在厚基片上的情況將不可避免，這就需要一種結(jié)合移動掩膜法和負性光刻膠的優(yōu)勢，適用于深刻蝕或厚基片的高效率微透鏡陣列加工方法
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有的微透鏡陣列制備方法在需要深刻蝕或使用厚基片時存在的不足，提出ー種既可用于普通微透鏡陣列制備，又適用于需要深刻蝕或使用厚基片情況的微透鏡陣列加工方法。本專利技術(shù)解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是基于負性光刻膠和掩膜移動曝光エ藝的微透鏡陣列制備方法，其制備流程如圖1 所示，包括以下步驟步驟1)選取合適的基片，對其表面進行清洗并烘干；步驟2、在清洗好的基片上涂覆負性光刻膠，并進行前烘；步驟幻將涂有光刻膠的基片置于曝光設(shè)備，從基片未涂膠的一面進行無掩膜曝光；步驟4)將完成無掩模曝光的基片重新放入掩膜移動曝光設(shè)備，從光刻膠表面進行掩膜移動曝光；步驟幻對曝光完成后的基片做后烘、顯影及定影處理；步驟6)以步驟幻完成的光刻膠圖形為掩蔽層，采用干法刻蝕設(shè)備將光刻膠圖形傳遞到基片上；步驟7)去除底膠獲得最終的微透鏡陣列結(jié)構(gòu)。所述微透鏡單元結(jié)構(gòu)可以為任意形狀；所述步驟1)中基片材料為紫外透射材料；所述步驟2、中的負性光刻膠為紫外負性光刻膠；所述步驟2)中負性光刻膠的涂覆厚度為5 IOOum ；涂覆方式可以為旋涂或噴涂；所述步驟幻中曝光劑量根據(jù)涂覆的光刻膠厚度在20 200mJ/cm2之間調(diào)節(jié)；所述步驟4)中的掩膜需根據(jù)待制備微透鏡的面型、矢高預(yù)先進行設(shè)計和加工；掩膜的単元尺寸和待制備微透鏡陣列的単元尺寸相同，每個掩膜単元中包含多個子單元，在平行于掩膜移動的方向上依次排列；子單元的結(jié)構(gòu)根據(jù)各個子単元對應(yīng)位置的微透鏡面形設(shè)計，其具體數(shù)目由微透鏡単元的尺度決定；所述步驟4)中的掩膜移動曝光可以為接近式曝光或投影式曝光，曝光劑量根據(jù)涂覆的光刻膠厚度在20 lOOOmJ/cm2之間調(diào)節(jié)；所述步驟6)中的干法刻蝕設(shè)備可以為等離子刻蝕機、離子束刻蝕機、電感耦合等離子刻蝕機。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點本專利技術(shù)利用負性光刻膠和掩膜移動曝光エ藝實現(xiàn)連續(xù)的微透鏡陣列結(jié)構(gòu)。同正性光刻膠相比，由于負性光刻膠在曝光和后烘過程中的交聯(lián)反應(yīng)，使其具有較好的抗刻蝕特性，適合深刻蝕；此外，基片較厚吋，刻蝕過程中產(chǎn)生的熱量因不能及時傳導(dǎo)而致使基片溫度較高，負性光刻膠在溫度較高時表面不易變形，可以保真光刻膠面形。本專利技術(shù)中所描述的方法不僅可用于普通微透鏡陣列的制備，還適用于需要深刻蝕或制備于厚基片上的微透鏡陣列加工。附圖說明圖1為本專利技術(shù)方法的流程圖；圖2為專利技術(shù)步驟1中的基片示意圖；圖3為專利技術(shù)步驟2中涂膠、烘烤完成后的示意圖；圖4為專利技術(shù)步驟3中無掩膜曝光的示意圖；圖5為專利技術(shù)步驟4中掩膜移動曝光的示意圖；圖6為專利技術(shù)步驟4中的掩膜版単元結(jié)構(gòu)的示意圖；圖7為專利技術(shù)步驟5中顯影完畢后的光刻膠圖形示意圖；圖8為專利技術(shù)步驟7完成后的基片結(jié)構(gòu)示意圖。圖面說明如下1為基片；2為負性光刻膠；3為紫外光；4為掩膜；5為掩膜移動方向。具體實施例方式下面將參照附圖詳述本專利技術(shù)方法，而不是要以此對本專利技術(shù)進行限制。附圖中給出了示例性實施例，在不同的圖中相同的標(biāo)號表示相同的部分。但以下的實施例僅限于解釋本專利技術(shù)，本專利技術(shù)的保護范圍應(yīng)包括權(quán)利要求的全部內(nèi)容，而且通過以下實施例本領(lǐng)域的技術(shù)人員即可以實現(xiàn)本專利技術(shù)權(quán)利要求的全部內(nèi)容。實施例1參考圖1流程，利用本專利技術(shù)的制備方法，采用負性光刻膠NR5-8000在K9玻璃基片上加工微透鏡，具體包括以下步驟1)選擇K9玻璃作為基片將厚度為5mm的玻璃依次用丙酮、酒精、去離子水超聲清洗，每步清洗5min，用氮氣吹干，之后放置于烘箱中120°C，烘烤30min ；完成后如圖2 ；2)負性光刻膠的涂覆將準(zhǔn)備好的基片放入涂膠機里，采用旋涂的方式將負性光刻膠NR5-8000涂覆在玻璃基片上，旋涂的轉(zhuǎn)速為5000rpm，涂覆的厚度為6. 5um，之后將涂覆有光刻膠的基片放置在熱板上，150°C烘烤Imin ；完成后如圖3 ；3)無掩膜曝光將涂覆有光刻膠的基片放入曝光設(shè)備里，從基片的背面進行無掩膜曝光，曝光方式如圖4所示，曝光劑量為33mJ/cm2 ；4)掩膜移動曝光將完成的曝光基片重新放入移動曝光設(shè)備里，從光刻膠表面進行掩膜移動曝光，曝光方式如圖5所示，曝光劑量為66mJ/cm2 ；使用的掩膜如圖6(a)所示， 單元大小200X500um，子單元大小200X25um ；掩膜移動距離25um，步長Ium ；5)后烘、顯影及定影將曝光完畢的基片放入熱板里進行后烘，烘烤溫度為 100°C，烘烤時間Imin ；將烘烤完畢的基片于室溫自然冷卻之后進行顯影，顯影液為RD6，顯影時間為aiiin ；最后將基片用流動的去離子水沖洗10s，再用氮氣吹干；完成后的光刻膠微透鏡陣列圖形如圖7所示；6)圖形的傳遞以光刻膠圖形為本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：岳衢，李國俊，潘麗，邱傳凱，周崇喜，李飛，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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