CN104330840A - 一种多台阶微透镜制作方法以及光学元件台阶制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多台阶微透镜制作方法以及光学元件台阶制作方法，该方法通过仅有的一次掩膜光刻形成微透镜最内层环带，然后通过负性光刻胶背面曝光显影用作掩膜层，再经腐蚀、背面曝光显影，刻蚀形成基底的图形，然后进行循环得到按次序从内到外逐次得到环带图形；还提出了一种制作光学元件台阶的制作方法。从根本上避免了传统套刻方法制作微透镜制作因掩模版对准、光刻、刻蚀等工序中带来的不可避免的误差，减少了制作过程中的工艺步骤，降低了难度，满足了微透镜制作过程中高精度要求，有效的保证和提高了微透镜衍射效益等光学性能。

Description

一种多台阶微透镜制作方法以及光学元件台阶制作方法

技术领域

本发明涉及一种多台阶微透镜制作方法以及光学元件台阶制作方法，属光电器件制作工艺方法及微光学技术领域。

背景技术

微透镜阵列是一系列直径为毫米、微米量级的微小型透镜按一定排列组成的阵列。微光学技术所制造出的微透镜与微透镜阵列以其体积小、重量轻、便于集成化、阵列化等优点，已成为新的科研发展方向。

衍射微透镜是根据菲涅尔波带片原理设计的,制作环状台阶，每个环状台阶以光轴为中心,每一个圆环都相当于一个独立的折射面,这些圆形环带均能使入射光线会聚到同一个焦点.台阶数越多,其衍射效率就越高。

微透镜阵列常采用光刻刻蚀的制作方法。自二元光学提出以来，套刻法技术特别适合于衍射微透镜阵列的制作，其中微透镜的边界容易做到整齐和尖锐，填充系数可达100％，而且重量轻、造价低、易于微型化、阵列化。

传统的套刻法为了制作出多台阶，需要制作多个掩模版，其精度也是由掩膜版来保证的。如硕士论文二元光学衍射微透镜阵列研究中公开的一种制作方法，为了得到多层台阶，需要多次使用掩模版，每次使用掩模版时，都需要对准，在对准过程中会不可避免的出现误差，影响制作精度。由于在光刻过程中曝光精度、对准精度及显影精度的影响及误差等问题，微透镜累积误差更大，严重降低了其衍射效率等光学性能。所以利用传统的制作方法很难制作高精度的微透镜。

本发明的技术方案通过腐蚀遮挡层的方法制作衍射微透镜的环状台阶，从根本上避免了传统套刻方法制作微透镜制作因掩模版对准、光刻、刻蚀等工序中带来的不可避免的误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过腐蚀遮挡层的方法制作任意多台阶微透镜的方法，用以解决传统套刻法因掩模版而出现的对准、光刻、刻蚀的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

一种多台阶微透镜制作方法，该方法的步骤如下：

1)在基片(1)的正面制作遮挡层(2)；2)在遮挡层(2)上面涂覆正性光刻胶(3)，利用掩模版(4)进行正面曝光、显影和腐蚀；3)至少在被腐蚀的区域涂覆负性光刻胶(5)，负性光刻胶的厚度小于遮挡层的厚度，从基片(1)背面曝光显影；4)从遮挡层(2)的边缘侧向腐蚀遮挡层(2)，腐蚀宽度为对应的台阶宽度；5)去除正性光刻胶(3)；6)按照设计厚度刻蚀基片(1)，刻蚀深度为对应台阶深度，去除负性光刻胶(5)；7)根据需要的台阶个数，至少在遮挡层(2)上面涂覆正性光刻胶(3)，从基片(1)背面曝光显影和腐蚀，然后重复步骤3)至6)，直至完成所有的台阶。

所述遮挡层为金属遮挡层。所述金属遮挡层为铬金属层。所述遮挡层的制作方法为蒸发、溅射或者电镀。

本发明还提供了一种光学元件台阶制作方法，该方法的步骤如下：1)在基片(1)的正面制作遮挡层(2)；2)在遮挡层(2)上面涂覆正性光刻胶(3)，利用掩模版(4)进行正面曝光、显影和腐蚀；3)至少在被腐蚀的区域涂覆负性光刻胶(5)，负性光刻胶的厚度小于遮挡层的厚度，从基片(1)背面曝光显影；4)从遮挡层的边缘侧向腐蚀遮挡层(2)，腐蚀宽度为对应的台阶宽度；5)去除正性光刻胶；6)按照设计厚度刻蚀基片，刻蚀深度为对应台阶深度，去除负性光刻胶(5)。

所述遮挡层为金属遮挡层。所述金属遮挡层为铬金属层。所述遮挡层的制作方法为蒸发、溅射或者电镀。

本发明提供的一种多台阶微透镜的方法，通过仅有的一次使用掩模版光刻形成微透镜最内层环带，然后通过负性光刻胶背面曝光显影用作掩膜层，再经腐蚀、背面曝光显影，刻蚀形成基底的图形，然后进行循环得到按次序从内到外逐次得到环带图形。

本发明利用了一种全新的光学元件台阶制造工艺，该工艺通过仅有的一次掩膜光刻形成光学元件台阶，从根本上避免了传统套刻方法制作微透镜制作因掩模版对准、光刻、刻蚀等工序中带来的不可避免的误差，减少了制作过程中的工艺步骤，降低了难度，满足了微透镜制作过程中高精度要求，有效的保证和提高了微透镜衍射效益等光学性能。

附图说明

图1为腐蚀出遮挡层的过程示意图；

图2为负性光刻胶背面曝光得到光刻胶结构的示意图；

图3为侧向腐蚀遮挡层的示意图；

图4为刻蚀基片形成最内层第二个环带的示意图；

图5为正性光刻胶背面曝光显影得到光刻胶层的结构示意图；

图6为制作出的三台阶的光学元件的结构示意图；

图中1为基片，2为遮挡层，3为正性光刻胶，4为掩模版，5为负性光刻胶，11、12为第一层台阶，21、22为第二层台阶，31、32为第三层台阶。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步详细的说明。

实施例1

利用本发明的一种多台阶微透镜制作方法，制作石英基衍射微透镜阵列时，具体步骤如图所示：

1)在石英基底1上用磁控溅射台溅射Cr金属层作为遮挡层2；

2)在金属层2上旋涂正性光刻胶AZ1500；利用掩膜版4曝光，进行光刻显影，制作出图形作为腐蚀掩膜层3；用Cr腐蚀液腐蚀出轮廓为最内层环带的遮挡层作掩膜版使用；

3)旋涂负性光刻胶5；在基底1背面曝光显影，得到的负性光刻胶5作为保护层来用作刻蚀掩膜；

4)侧向腐蚀4)中的遮挡层Cr金属层1，腐蚀量为第二个台阶的宽度；

5)用丙酮去除正性光刻胶AZ1500；

6)按设计厚度刻蚀石英基底1形成最内层第二个环带；

7)如果仅有两个台阶，那么制作过程完成；如果还有一层台阶，则在铬金属层2上旋涂正性光刻胶AZ1500，背面曝光显影，重复步骤3)至6)；至此，三层台阶就完成了。

步骤1)到2)如图1所示，在基底上生成一层铬金属层2并涂上正性光刻胶3，然后通过掩膜、光刻、显影和腐蚀，制作出相应的遮挡层；所述遮挡层为铬金属层；

步骤3)如图2所示，通过基底1背面曝光显影，制作出的负性光刻胶5作为刻蚀掩膜层；

步骤4)如图3所示，侧向腐蚀Cr金属层2，如图3所示，即在负性光刻胶5的边缘处腐蚀Cr金属层2，腐蚀的宽度(即图3于图2相比，消失的Cr金属层部分)为所需要制造的台阶11、12的宽度。

步骤5)到6)，如图4所示，刻蚀出台阶11、12的深度；

步骤7)如图5所示，重新在铬金属层上面涂覆正性光刻胶，从背面曝光显影，得到腐蚀掩膜层，为下次台阶的制作做准备。

如图6所示为制作出的三层台阶的光学元件结构图。

本发明通过仅有的一次使用掩模版形成微透镜的最内层环带，然后通过腐蚀遮挡层的方法逐次制作出相应的台阶，该方法不需要制作多种掩模版，避免了在制作每层台阶的时候因掩模板对齐的原因出现误差。

实施例2

本发明还提供了一种光学元件台阶制作方法，用于制作含有两层台阶的光学元件。具体步骤如下：

1)在石英基底1上用磁控溅射台溅射Cr金属层2作为遮挡层；

2)在金属层1上旋涂正性光刻胶AZ1500；利用掩膜版4曝光，进行光刻显影，制作出图形作为腐蚀掩膜层3；用Cr腐蚀液腐蚀出轮廓为最内层环带的遮挡层作掩膜版使用；

3)旋涂负性光刻胶5；在基底背面曝光显影，得到的负性光刻胶5作为保护层来用作刻蚀掩膜；

4)侧向腐蚀4)中的遮挡层Cr金属层2，腐蚀量为第二个台阶的宽度；

5)用丙酮去除正性光刻胶AZ1500；

6)按设计厚度刻蚀石英基底1形成最内层第二个环带；

步骤1)到2)如图1所示，在基底1上生成一层铬金属层2并涂上正性光刻胶3，然后通过掩膜、光刻、显影和腐蚀，制作出相应的遮挡层2；所述遮挡层2为铬金属层；

步骤3)如图2所示，通过基底1背面曝光显影，制作出的负性光刻胶5作为刻蚀掩膜层；

步骤4)如图3所示，侧向腐蚀Cr金属层2，如图3所示，即在负性光刻胶5的边缘处腐蚀Cr金属层2，腐蚀的宽度(即图3于图2相比，消失的Cr金属层部分)为所需要制造的台阶11、12的宽度。

步骤5)到6)如图4所示，刻蚀出台阶11、12的深度。

上述工艺通过仅有的一次掩膜光刻形成光学元件台阶，从根本上避免了传统套刻方法制作微透镜制作因掩模版对准、光刻、刻蚀等工序中带来的不可避免的误差，减少了制作过程中的工艺步骤，降低了难度，满足了微透镜制作过程中高精度要求，有效的保证和提高了微透镜衍射效益等光学性能。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案——光学元件台阶制造工艺以及多台阶制造方法，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种多台阶微透镜制作方法，其特征在于，该方法的步骤如下：

1)在基片(1)的正面制作遮挡层(2)；

2)在遮挡层(2)上面涂覆正性光刻胶(3)，利用掩模版(4)进行正面曝光、显影和腐蚀；

3)至少在被腐蚀的区域涂覆负性光刻胶(5)，负性光刻胶的厚度小于遮挡层(2)的厚度，从基片(1)背面曝光显影；

4)从遮挡层的边缘侧向腐蚀遮挡层(2)，腐蚀宽度为对应的台阶宽度；

5)去除正性光刻胶(3)；

6)按照设计厚度刻蚀基片(1)，刻蚀深度为对应台阶深度，去除负性光刻胶(5)；

7)根据需要的台阶个数，至少在遮挡层(2)上面涂覆正性光刻胶(3)，从基片(1)背面曝光显影和腐蚀，然后重复步骤3)至6)，直至完成所有的台阶。

2.根据权利要求1所述的一种多台阶微透镜制作方法，其特征在于，所述遮挡层为金属遮挡层。

3.根据权利要求2所述的一种多台阶微透镜制作方法，其特征在于，所述金属遮挡层为铬金属层。

4.根据权利要求1所述的一种多台阶微透镜制作方法，其特征在于，所述遮挡层的制作方法为蒸发、溅射或者电镀。

5.一种光学元件台阶制作方法，其特征在于，该方法的步骤如下：

1)在基片(1)的正面制作遮挡层(2)；

2)在遮挡层(2)上面涂覆正性光刻胶(3)，利用掩模版(4)进行正面曝光、显影和腐蚀；

3)至少在被腐蚀的区域涂覆负性光刻胶(5)，负性光刻胶的厚度小于遮挡层(2)的厚度，从基片(1)背面曝光显影；

4)从遮挡层的边缘侧向腐蚀遮挡层(2)，腐蚀宽度为对应的台阶宽度；

5)去除正性光刻胶(3)；

6)按照设计厚度刻蚀基片(1)，刻蚀深度为对应台阶深度，去除负性光刻胶(5)。

6.根据权利要求5所述的光学元件台阶制作方法，其特征在于，所述遮挡层为金属遮挡层。

7.根据权利要求6所述的光学元件台阶制作方法，其特征在于，所述金属遮挡层为铬金属层。

8.根据权利要求5所述的光学元件台阶制作方法，其特征在于，所述遮挡层的制作方法为蒸发、溅射或者电镀。