CN104503007A

CN104503007A - 一种微透镜阵列制备方法

Info

Publication number: CN104503007A
Application number: CN201410767693.7A
Authority: CN
Inventors: 龙冈
Original assignee: CHENGDU NAGUANG TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: CHENGDU NAGUANG TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2014-12-12
Publication date: 2015-04-08

Abstract

本发明涉及一种蓝宝石玻璃材质的微透镜阵列制备方法，包括以下步骤：1)制作目标结构掩模板；2)在清洗干净的蓝宝石玻璃基板上涂覆一层光刻胶；3)通过光刻把目标结构掩模板图形转印到蓝宝石玻璃基板上；4)对蓝宝石玻璃基板进行加热，得到光刻胶微透镜阵列模版；5)采用离子束刻蚀机对制作好光刻胶微透镜阵列的蓝宝石玻璃基板进行刻蚀；6)完全去除蓝宝石玻璃基板上的光刻胶，得到由蓝宝石玻璃作为结构层和基底的微透镜阵列。本发明制作的微透镜阵列具有耐高温、导热好、硬度高、透红外、稳定性好、应用广泛等特点。

Description

一种微透镜阵列制备方法

技术领域

本发明属于微细加工技术领域，特别涉及一种微透镜阵列制备方法。

背景技术

近几年，随着微细加工技术和光学材料的发展，激光应用领域的拓宽，光学零件已经不仅仅是传统的折射透镜、棱镜、和反射镜，而是向着超大型化和微小型化拓展，诸如微透镜阵列等新型光学元件也越来越多的应用在各种光电子仪器中，使光电子仪器及其零部件更加小型化和集成化。微透镜阵列是制造小型光电子系统的关键元件，它具有体积小、质量轻等优点，并且能够实现普通光学元件难以实现的微小、阵列、集成、成像和波面转换等新功能。可广泛应用于光纤通讯、LED照明、汽车照明、数码相机、生物医疗等领域。

在制作方面，微透镜阵列无论是设计理论还是加工技术都不同于宏观光学。它是借助于现代微细加工技术加工而成，包括电子束直写、激光直写、光刻技术、刻蚀技术、镀膜和复制技术，从而产生微浮雕结构。

传统的微透镜元件使用的材料主要是石英玻璃和硅，而相比这些材料蓝宝石玻璃有着很好的热特性，极好的电气特性和介电特性，并且防化学腐蚀，它耐高温，导热好，硬度高，透红外，化学稳定性好，应用将会更广泛。目前蓝宝石玻璃主要用于制作蓝、紫、白光发光二极管和蓝光激发器的首选基片。关于蓝宝石玻璃材质微透镜阵列以及制作方法并未报道。

发明内容

为了克服现有技术所存在的问题，本发明结合传统光刻工艺和离子束刻蚀技术，提供了一种微透镜阵列制备方法，本发明制备的微透镜阵列具有制作低成本、性能高、应用广泛等特点。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种微透镜阵列的制备方法，包括以下步骤：

1)采用激光直写机或电子束直写机制作目标结构掩模板；

2)在清洗干净的蓝宝石玻璃基板上涂覆一层光刻胶；

3)利用光刻技术将步骤1)制作的目标结构掩模板转印到步骤2)所述的基板上，得到光刻胶图形模板；将步骤3)得到的光刻胶图形模板120℃-140℃加热5-10min，得到光刻胶微透镜阵列模板；

4)利用离子束刻蚀机刻蚀步骤4)得到的光刻胶微透镜阵列模板；

5)完全去除蓝宝石玻璃基板上的光刻胶，得到由蓝宝石玻璃作为结构层和基底的微透镜阵列元件。

上述步骤5)中，对于去除光刻胶的方法并无特别限制，只要能够完全去除蓝宝石玻璃基板上的光刻胶即可，本发明实施例中采用氧离子法。

本发明与现有技术相比，主要具有以下优点：

1)本发明制备的微透镜阵列以蓝宝石玻璃为材质，一方面，相比现有技术中，以石英玻璃和硅为主要材料的微透镜阵列，蓝宝石玻璃为材质的微透镜阵列具有很好的热特性、极好的电气特性、良好的介电特性、防化学腐蚀性、耐高温、良好的导热性、硬度高、透红外、良好的化学稳定性等优点，基于这些优良性能，本发明所述的蓝宝石玻璃为材质的微透镜阵列在各种领域(尤其是特殊领域，如高温、高压、腐蚀等环境)具有广泛的应用；另一方面，现有技术中制备石英玻璃、硅等材料的微透镜阵列时不是特别适合采取微细加工技术(如电子束直写、激光直写、光刻技术、刻蚀技术、镀膜和复制技术等)，蓝宝石玻璃材质的使用有效解决了这一问题，本发明详细叙述了利用电子束直写、激光直写等微细加工技术制备微透镜阵列的方法、过程以及条件，并制备了不同结构、不同形状的微透镜阵列；

2)采用高精度的微光刻加工技术工艺和离子束刻蚀相结合，既保证了所制造的微透镜阵列元件的光学性能，又能实现传统微透镜加工技术无法实现的高硬度的蓝宝石玻璃微透镜制作；

3)传统的微透镜元件使用的材料主要是石英玻璃和硅，而相比这些材料以蓝宝石玻璃为材料制备的微透镜阵列具有良好的热特性，极好的电气特性和介电特性，并且防化学腐蚀，耐高温，导热好，硬度高，透红外，化学稳定性好，应用范围更广；

4)本发明采用离子束刻蚀加工技术可实现微透镜从光刻胶到蓝宝石基板的面型修正传递，可以实现透镜曲率从球面修正到非球面，从而实现消像差等功能，而传统的微透镜元件加工技术无法实现；

5)本发明所述的制作方法，步骤简单，所需制作时间短，适用于大批量生产。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步通过制造不同目标结构的掩模板，可以获得任意形状的微透镜阵列。而微透镜阵列的形状、结构对灵敏度有着重要影响，直接影响着成像、聚能等方面的应用。因此，采取本发明所述的制备方法，可以方便、快捷的实现不同结构、不同形状微透镜阵列的制备。

附图说明

图1是本发明所述微透镜阵列制备方法的流程图；

图2是本发明实施例1采用光刻技术制备的光刻胶图形模板；

图3是本发明实施例1利用热板对光刻胶图形加热获得的微透镜阵列图形；

图4是本发明实施例1利用离子束刻蚀制作的蓝宝石材质微透镜；

图5是本发明实施例2利用离子束刻蚀技术制备的蓝宝石玻璃材质微透镜阵列；

图6是本发明实施例3制备的蓝宝石玻璃材质微透镜阵列。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

图1表明了本发明所述微透镜阵列的制备方法，包括以下步骤：

1)采用激光直写机或电子束直写机制作目标结构掩模板；激光直写机的分辨率为0.5微米，电子束直写机的精度更优于激光直写，对于制作大于微米级的图形时，是完全可以保证微图形的精度和一致性；

2)采用离心式匀胶机在蓝宝石玻璃基板上均匀涂覆一层光刻胶；

3)应用光刻技术把目标结构掩模板图形转印到蓝宝石玻璃基板上，得到光刻胶微图形；用制作的掩模板对光刻胶抗蚀剂进行曝光，显影后即可获得光刻胶抗蚀剂材质的微浮雕结构；根据目标浮雕结构的深度确定需要施加的曝光量，以及显影液浓度、显影时间等参数；通过曝光、显影首先在光刻胶抗蚀剂表面获得微结构；

4)采用热板或电烘箱对制作好微结构图形的蓝宝石玻璃基板进行特定温度加热，使其表面光刻胶图形熔变为微透镜阵列图形；

5)把制作好光刻胶微透镜阵列的蓝宝石玻璃基板放入离子束刻蚀机的真空室内，进行离子束刻蚀，待光刻胶微透镜阵列刻蚀完毕后，从真空室内取出蓝宝石玻璃基板；

6)采用氧离子完全去除蓝宝石玻璃基板上的光刻胶，得到由蓝宝石玻璃作为结构层和基底的微透镜阵列。

实施例1，通过本发明所述的方法制备的子口径为0.5mm×0.5mm、矢高为2.5微米的微透镜阵列

1)首先设计微透镜光刻掩模板，确定微透镜的大小、形状、阵列数。设计微透镜形状为正方形、尺寸0.5mm×0.5mm，再根据设计的掩模板数据利用激光直写机制作出的目标结构掩模板；

2)采用SUSS RC8匀胶机在蓝宝石玻璃基板上均匀涂覆一层AZ9260光刻胶；

3)采用制作的目标结构掩模板对抗蚀剂进行曝光，显影；根据光刻胶的深度，采用曝光量30mJ/cm²，显影液MF319，浓度100％、显影时间145s。通过曝光、显影在光刻胶表面获得所需的微阵列模版结构，见图2；

4)采用电热板加热到120℃，把制作好微结构图形的蓝宝石玻璃基板光刻胶图形面朝上放置在热板上，烘焙10分钟使其表面光刻胶图形熔变为微透镜阵列图形，光刻胶图形矢高为5微米，见图3；

5)把制作好微透镜阵列图形的蓝宝石玻璃基板放入离子束刻蚀机的真空室内，抽真空至0.005Pa，然后进行氩离子束刻蚀，直至将光刻胶微透镜图形完全刻蚀；

6)采用氧离子刻蚀将蓝宝石玻璃基板上剩余的非微透镜阵列图形光刻胶完全去除，得到蓝宝石玻璃材质的微透镜阵列，见图4。

实施例2通过本发明的所述的方法制作的子口径为1mm×1mm、矢高为7.5微米的蓝宝石玻璃微透镜阵列

1)首先设计微透镜光刻掩模板，确定微透镜的大小、形状、阵列数：设计微透镜形状为正六边形形、尺寸1mm×1mm，再根据设计的掩模板数据利用激光直写机制作出的目标结构掩模板；

3)采用制作的目标结构掩模板对抗蚀剂进行曝光，显影；根据光刻胶的深度，采用曝光量40mJ、显影液MF319、浓度100％、显影时间180s，通过曝光、显影在光刻胶表面获得所需的微阵列模版结构；

4)采用电热板加热到130℃，把制作好微结构图形的蓝宝石玻璃基板光刻胶图形面朝上放置在热板上，烘焙7分钟使其表面光刻胶图形熔变为微透镜阵列图形，光刻胶图形矢高为15微米；

6)采用氧离子刻蚀将蓝宝石玻璃基板上剩余的非微透镜阵列图形光刻胶完全去除，得到蓝宝石玻璃材质的微透镜阵列，见图5。

实施例3：通过本发明所述的方法制作子口径为0.15mm×0.15mm、矢高为0.8微米的微透镜阵列

1)首先设计微透镜光刻掩模板，确定微透镜的大小、形状、阵列数：设计微透镜形状为正方形、尺寸0.15mm×0.15mm，再根据设计的掩模板数据利用电子束直写机制作出的目标结构掩模板；

3)采用制作的目标结构掩模板对抗蚀剂进行曝光，显影；根据光刻胶的深度，采用曝光量8mJ、显影液MF319、浓度100％、显影时间100s，通过曝光、显影在光刻胶表面获得所需的微阵列模版结构，见图2；

4)采用电热板加热到140℃，把制作好微结构图形的蓝宝石玻璃基板光刻胶图形面朝上放置在热板上，烘焙5分钟使其表面光刻胶图形熔变为微透镜阵列图形，光刻胶图形矢高为1.6微米，见图3；

6)采用氧离子刻蚀将蓝宝石玻璃基板上剩余的非微透镜阵列图形光刻胶完全去除，得到蓝宝石玻璃材质的微透镜阵列，见图6。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种微透镜阵列制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)制作目标结构掩模板；

2)将基板清洗干净，并在所述基板上涂覆一层光刻胶；

3)将步骤1)制作的目标结构掩模板转印到步骤2)所述的基板上，得到光刻胶图形模板；

4)将步骤3)得到的光刻胶图形模板加热，得到光刻胶微透镜阵列模板；

5)将步骤4)得到的光刻胶微透镜阵列模板进行刻蚀；

6)去除光刻胶，得到所述微透镜阵列。

2.根据权利要求1所述一种微透镜阵列制备方法，其特征在于，所述基板的材质为蓝宝石玻璃。

3.根据权利要求1或2所述一种微透镜阵列制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述目标结构掩模板采用激光直写机或电子束直写机制作。

4.根据权利要求1或2所述一种微透镜阵列制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述转印方法为利用光刻技术把目标结构掩模板图形转印到基板上。

5.根据权利要求1或2所述一种微透镜阵列制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述加热温度为120℃-140℃，加热时间为5-10min。

6.根据权利要求1或2所述一种微透镜阵列制备方法，其特征在于，步骤5)中，所述刻蚀方法为采用离子束刻蚀机对所述光刻胶微透镜阵列模板进行离子束刻蚀。

7.根据权利要求1或2所述一种微透镜阵列制备方法，其特征在于，步骤6)中，所述去除光刻胶方法为采用氧离子完全去除光刻胶。