專利名稱：大浮雕深度微透鏡陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微透鏡陣列的制作方法，屬于對現(xiàn)有連續(xù)浮雕微透鏡陣列的制作方法-移動掩模法的改進。
背景技術(shù)：
連續(xù)浮雕微透鏡陣列的制作方法一直是研究的熱點。1992年出版的《物理》雜志21卷4期197頁公開的旋轉(zhuǎn)照相法對此進行了探討，但由于其存在的缺陷，難以作成有價值的器件。此后，本發(fā)明人發(fā)明了可以制作出實用器件的移動掩模法(在2000年10月出版的《光電工程》27卷第5期19頁中公開)，該方法主要是通過在曝光過程中移動掩模，對光致抗蝕劑表面進行與掩模圖形成比例的曝光，再經(jīng)過顯影、堅膜等程序，獲得要刻蝕的微透鏡陣列的浮雕形狀，制作連續(xù)浮雕微透鏡陣列。但是，這種方法仍然存在一定缺陷由于抗蝕劑材料的非線性和曝光、刻蝕的非線性，設(shè)計的曝光量分布不能高保真地在抗蝕劑上形成所需的面形分布。從圖1看出，用現(xiàn)有移動掩模法制作的口徑為146微米的微透鏡陣列的剖面圖形(圖中曲線1)，與標準曲線(圖中曲線2)相差較大，當要制作的連續(xù)表面微透鏡陣列的浮雕深度較大時，尤其如此。因此這種方法只能用于制作較小浮雕深度(刻蝕深度最大為4微米)的連續(xù)表面微透鏡陣列，無法用來制作較大深度的連續(xù)浮雕微透鏡陣列。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種大浮雕深度微透鏡陣列的制作方法，采用該方法可制作大浮雕深度的連續(xù)表面微透鏡陣列。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是大浮雕深度微透鏡陣列的制作方法，通過以下步驟完成①由刻蝕深度和刻蝕口徑要求計算刻蝕的微透鏡陣列浮雕的剖面圖；
②根據(jù)刻蝕深度-曝光量的關(guān)系，對計算出的微透鏡陣列浮雕的剖面圖進行優(yōu)化，獲得掩模單元優(yōu)化圖形；③按掩模單元優(yōu)化圖形參數(shù)制作掩模；④將掩模圖形投影到光刻膠上，進行曝光，在曝光過程中連續(xù)移動掩模；⑤顯影，堅膜。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果是在對光刻過程、顯影過程、正性光刻膠的光特性進行深入分析的基礎(chǔ)上，提出了一種獨特的光刻掩模設(shè)計方案，得到更適合光刻膠的光響應(yīng)模型以及刻蝕過程的掩模單元優(yōu)化圖形。由于該方法主要是利用顯影過程中光刻膠自身的顯影特性對刻蝕深度和面形進行控制，因此能在刻蝕深度比較大的情況下，保證刻蝕結(jié)果的面形精度，從而得到了較大深度的連續(xù)浮雕微透鏡陣列。這種方法使連續(xù)深浮雕微透鏡陣列的刻蝕深度范圍增加了三倍多(當制作的連續(xù)深浮雕微透鏡陣列的口徑相同時，刻蝕深度范圍從以前的最大深度40幾微米提高到150微米)，而且，在顯影過程中，面形精度隨著顯影時間的增加逐步提高，浮雕深度同時也逐步接近設(shè)計值，因此，該方法對顯影時間的控制精度要求不高，不僅簡化了工藝過程，并且，還可使連續(xù)深浮雕微透鏡陣列的浮雕面型精度得到提高，這一點可從圖5所示實施例1制作完成的微透鏡陣列的剖面圖形(曲線3)與標準曲線(曲線4)的擬合圖中看出，二者誤差很小。而且該方法還保持了現(xiàn)有移動掩模法制作的微透鏡陣列填充因子約100％、工藝過程簡單等各種優(yōu)點。


圖1是用現(xiàn)有技術(shù)制作的口徑146微米的微透鏡陣列與標準曲線的擬合圖(圖中縱坐標表示微透鏡陣列單元的浮雕深度，每刻度單位3微米；橫坐標表示微透鏡陣列單元的口徑，每刻度單位20微米)。
圖2是本發(fā)明實施例一根據(jù)要制作的微透鏡陣列浮雕圖形計算的結(jié)果(圖中縱坐標表示微透鏡陣列單元的浮雕深度，每刻度單位15微米；橫坐標表示微透鏡陣列單元的口徑，每刻度單位50微米)。
圖3是對本發(fā)明實施例一制作的微透鏡陣列掩模圖形計算結(jié)果優(yōu)化后的曲線(圖中縱坐標表示微透鏡陣列單元的浮雕深度，每刻度單位20微米；橫坐標表示微透鏡陣列單元的口徑，每刻度單位50微米)。
圖4是本發(fā)明實施例一制作出的微透鏡陣列剖面掃描圖(圖中縱坐標表示微透鏡陣列單元的浮雕深度，每刻度單位100微米；橫坐標表示微透鏡陣列單元的口徑，每刻度單位500微米)。
圖5是本發(fā)明實施例一制作完成的微透鏡陣列的剖面圖形與標準曲線的擬合圖(圖中縱坐標表示微透鏡陣列單元的浮雕深度，每刻度單位15微米；橫坐標表示微透鏡陣列單元的口徑，每刻度單位50微米)。
具體實施例方式
本發(fā)明實施例一是制作的口徑φ＝500μm，刻蝕深度h＝134μm的連續(xù)深浮雕微透鏡陣列，采用正性光刻膠為光刻材料，其制作過程如下①首先對經(jīng)過前烘的正性光刻膠光刻閾值進行測量，設(shè)測量結(jié)果為Q。
②設(shè)計用于微透鏡列陣刻蝕的掩模版，掩模版的單元圖形曲線函數(shù)為g(x)＝c×Q×eα×f(x)α為光刻膠吸收系數(shù)，c為任意常數(shù)，Q為光刻閾值，f(x)為對應(yīng)坐標x點的浮雕矢高。
③以正性光刻膠為光刻材料，不同的刻蝕深度，需要對光刻膠施加不同的曝光量，但各點之間的曝光相對分布是相同的，完全由掩模圖形決定。
④根據(jù)曝光量和蝕刻深度，進行顯影。
⑤對顯影后的元件進行清洗，烘干，得到光刻膠質(zhì)元件。
完成連續(xù)表面微透鏡陣列的浮雕制作，得到口徑500um的連續(xù)深浮雕微透鏡陣列，如圖4所示，該微透鏡陣列的剖面圖形表明其高頻損失少，圖5表明，該微透鏡陣列的剖面圖形(曲線3)與標準曲線(曲線4)比較，誤差較小。
本發(fā)明實施例二是制作一個口徑φ＝17μm的小口徑連續(xù)深浮雕微透鏡陣列(面形為拋物面)，采用正性光刻膠為光刻材料，刻蝕深度h＝5μm，其制作步驟如下①根據(jù)所要刻蝕的微透鏡陣列浮雕的刻蝕深度(h＝5μm)和刻蝕口徑(φ＝17μm)，很容易計算出拋物面微透鏡浮雕的剖面函數(shù)為y(x)=k×x2---(-172<x<172)]]>k=5/(172)2]]>②根據(jù)刻蝕深度、以及浮雕目標面形的關(guān)系，對光刻掩模進行設(shè)計。令f(x)＝y(tǒng)(x)，并按照實施例一中的第②步驟的關(guān)系式，對掩模單元圖形進行優(yōu)化、修正，獲得掩模單元優(yōu)化圖形。
③采用激光直寫系統(tǒng)，按優(yōu)化后的掩模單元圖形函數(shù)(如下式)進行掩模加工、制作。
g(x)=m×eα×k×x2--(-172<x<172)]]>m為常數(shù)，α為光刻材料吸收系數(shù)④利用投影曝光系統(tǒng)，將制作好的掩模單元投影在光刻膠上，進行曝光；在曝光過程中，連續(xù)移動掩模，對光刻膠進行曝光；⑤對連續(xù)曝光后的光刻膠進行定時顯影，堅膜，完成微透鏡陣列的浮雕制作，得到口徑φ＝17um。
權(quán)利要求
1.大浮雕深度微透鏡陣列的制作方法，其特征在于通過以下步驟完成①由刻蝕深度和刻蝕口徑要求計算刻蝕的微透鏡陣列浮雕的剖面圖；②根據(jù)刻蝕深度-曝光量的關(guān)系，對計算出的微透鏡陣列浮雕的剖面圖進行優(yōu)化，獲得掩模單元優(yōu)化圖形；③按掩模單元優(yōu)化圖形參數(shù)制作掩模；④將掩模圖形投影到光刻膠上，進行曝光，在曝光過程中連續(xù)移動掩模；⑤顯影，堅膜。
全文摘要
大浮雕深度微透鏡陣列的制作方法通過刻蝕深度和刻蝕口徑計算所要刻蝕的微透鏡陣列浮雕的剖面圖，并根據(jù)刻蝕深度－曝光量的關(guān)系對獲得的掩模單元圖形進行優(yōu)化，由優(yōu)化后的掩模圖形進行曝光、顯影、堅膜，完成微透鏡陣列的制作。本發(fā)明能在刻蝕深度比較大的情況下，高保真的將目標圖形傳遞到光刻膠上，制作的微透鏡陣列的浮雕深度比現(xiàn)有技術(shù)提高近三倍。
文檔編號G02B3/00GK1508567SQ0215682
公開日2004年6月30日 申請日期2002年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月19日
發(fā)明者董小春, 杜春雷 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所