[发明专利]一种成形微透镜列阵结构的方法

说明书

技术领域

本发明属于微纳结构加工技术领域，具体地说是一种成形微透镜列阵结构的方法。

背景技术

微透镜列阵以其重量轻、体积小、设计灵活等优点，已经在光纤通信，Shack-Hatrmann传感，航空航天、生物医学、激光一机械加工等领域发挥着越来越多的作用。目前已经发展了多种可用于制作微透镜列阵的方法，如光刻热熔法，激光直写法，灰度掩模法等，光刻热熔法成形微光学元件表面光洁度高，但只能成形面形为半球形的元件；激光直写法可以成形任意面形的结构，但是制作效率低，成本高，只用于掩模的制作，不直接用于成形微透镜列阵；灰度掩模技术虽然设计灵活、制作效率高、能生成任意面形，但该技术不仅需要电子束直写来制备高精度的掩模，而且在曝光过程中需要进行光学滤波，工艺复杂。移动掩模法可以用于成形微透镜列阵结构，它主要采用二值化的掩模进行曝光，通过匀速移动掩模，在抗蚀剂表面形成连续曝光量分布，显影后获得连续面形的微光学元件，对于矩形口径的微透镜列阵，移动掩模法需要进行两次相互垂直的移动曝光，因此对设备的机械结构和移动定位精度等都提出了很高的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种工艺简单、效率高，且可以成形任意面形任意口径形状的微透镜列阵成形方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种成形微透镜列阵结构的方法包括以下步骤：

(1)选择基底，在其表面涂布抗蚀剂层；

(2)将涂有抗蚀剂层的基底进行前烘处理；

(3)对三维微透镜列阵目标面形进行抽样，设计掩模；

(4)采用上述设计的掩模，进行曝光；

(5)将曝光后的基底进行显影和后烘；

(6)通过反应离子刻蚀RIE工艺将面形传递到所述基底上。

所述步骤(1)的基底材料为可见光材料，或红外材料等。

所述步骤(1)的抗蚀剂厚度可以为几百纳米到几十微米。

所述步骤(1)的抗蚀剂根据要制作的目标面形的矢高来确定，为光刻胶AZ9260，AZ1500等。

所述步骤(2)的前烘处理温度根据胶的不同为几十度到200度，前烘时间根据胶的不同和胶厚为几分钟到几十分钟。

所述步骤(3)中的设计掩模采用公式D=L+L2+ad,]]>其中D为抽样间隔，a为微透镜口径，d为激光直写的分辨率，L为激光直写所能制作的最小线宽，应用上述的抽样间隔D将三维微透镜列阵在某一方向上量化成一系列等间隔的条形子区域，将每个子区域等比例投影到其位置处的抽样间隔内，作为每个子区域的子掩模，最后将所有子掩模进行组合，得到单元掩模结构，该掩模结构为一种非周期的掩模。将该单元掩模结构列阵化即可得到总掩模结构。

所述步骤(3)中的三维微透镜列阵结构可以是双曲面形，或抛物线面形，或椭球面形，或圆球面形等。

所述步骤(3)中的三维微透阵列透镜的口径为四边形，或六边形，或八边形，或任意形状。

所述步骤(4)中是将掩模在抽样方向上移动一个抽样间隔，进行一次曝光而成，在曝光过程中，每个子区域内的曝光量由其子掩模来调制，总曝光量由每个子区域内曝光量相互迭加形成。

所述步骤(5)中的后烘温度根据抗蚀剂种类来确定，后烘时间根据抗蚀剂种类和已制作的目标面形厚度来确定，为几十度到200度。

所述步骤(6)RIE刻蚀中的刻蚀气体根据基底材料来确定，刻蚀时间根据胶厚以及基底材料来确定，为几分钟到几百分钟。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)现有的光刻热熔只能制作半球形的微透镜列阵结构，本发明可以用于制作各种面形微透镜列阵结构。

(2)现有的灰度掩模是对整个三维结构进行抽样，从而将其量化成一系列的圆点结构或者方块结构，采用电子束直写技术来制作掩模结构，设计过程数据量大，并且在制作过程中需要进行光学滤波，工艺复杂。本发明只在一维方向上进行抽样量化，数据量大大减小，掩模采用激光直写技术制作，因此制作工艺简单。