[发明专利]圆片级聚合物光学微球腔的集成制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学微球腔的制备，具体是一种圆片级聚合物光学微球腔的集成制造方法。

背景技术

陀螺是实现载体旋转角速度和姿态角度测量的传感器件，是惯性导航的核心关键器件之一，可以广泛的应用于航天、航空、航海、军事、汽车制造以及消费电子等领域中，受到了各国科学研究人员的青睐。而光学谐振腔陀螺可以大大减小器件体积和重量，也能充分减小器件热效应。更重要的是，由于各个光学元件之间的连接没有可动部件，器件鲁棒性和可靠性大大增强，使其可以承受更大的过载冲击。此外，它支持成熟的半导体工艺，有利于实现批量化生产，并且降低成本。但是目前的光学微球腔的制备工艺还不成熟，而且光学微球腔是需要与其它光学器件进行耦合的，这更是一个挑战。对于光学微球腔来讲，其光学性能尤为重要，所以其材料主要选择了有机聚合物，聚合物微球是一种性能优良的新型功能材料，表面比较光滑，具有良好的光学特性，可以很好地与其它光学器件进行耦合。黑龙江大学的孙立国等学者通过一步法和改进的溶胶种子法制备了单分散的二氧化硅微球；台湾的吴明道等学者把NaDBS（十二烷基苯磺酸钠）和SU-8光刻胶混合在一起，快速搅拌，进行紫外曝光和深度反应离子刻蚀，最后得到了SU-8微球。但是上述微球腔的制备过程都比较繁琐，很难大面积有序可控制造，并且得到的微球腔的光学性能并不突出，难以实现工程应用推广。

发明内容

本发明的目的是为了解决解决现有光学微球腔制备工艺繁琐、、不能大面积有序可控制造、光学性能较差的问题，而提供一种圆片级聚合物光学微球腔的集成制造方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种圆片级聚合物光学微球腔的集成制造方法，包括如下步骤：

1）SU-8圆柱基底的制备：

a：取透光部分为五个直径为3mm的小圆孔的掩膜板，五个小圆孔在掩膜板上呈矩形分布，其中四个小圆孔位于矩形的四个角的位置，剩余的一个小圆孔位于矩形的中心位置；

b：取圆形基片，进行表面预处理后在180℃的烘盘上烘30分钟，之后再降至室温（室温取25℃）；

c：在圆形基片的上表面涂一层厚330μm的SU-8负光刻胶，然后放在烘盘上按以下参数进行烘烤：从常温开始升温（室温取25℃），每上升5℃停留5分钟，升温至65℃时停留20分钟，然后继续每上升5℃停留5分钟，最后升温至95℃时停留3小时，之后停止加温待其自然冷却；

d：将掩膜板放置于圆形基片上的SU-8负光刻胶层上，使掩膜板上位于中心位置的那个小圆孔与圆形基片的中心重合，然后将掩膜板和圆形基片一同移动到光刻机紫外光灯下紫外曝光50秒，重复进行3次；

e：曝光完成后，取出圆形基片并将其上的掩膜板取下，然后将圆形基片放在盛有显影液的培养皿中，将培养皿再放入到超声清洗设备内，对圆形基片上的SU-8负光刻胶层进行超声显影，直至圆形基片上的SU-8负光刻胶层显影形成五个圆柱状结构；

f：显影完成后，将圆形基片取出并用氮气吹干后放在烘盘上，按以下参数进行坚膜（坚膜也是一个热处理步骤，就是在一定温度下，对显影后的SU-8负光刻胶圆柱状结构进行烘焙）：从常温开始升温（室温取25℃），每上升5℃停留5分钟，升温至65℃时停留10分钟，然后继续每上升5℃停留5分钟，最后升温至95℃时停留30分钟，之后停止加温待其自然冷却，至此，圆形基片上的五个圆柱状结构即成为了五个SU-8圆柱基底；

2）光学微球腔的制备：

a：将圆形基片及其上的五个SU-8圆柱基底依次在丙酮、异丙醇和去离子水中分别清洗3分钟；

b：取出圆形基片，用氮气吹干后放在烘盘上，100℃烘烤10分钟；