CN110568720A - 一种微偏振片模板制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微偏振片模板的制作方法，包括：S1：在基底一侧的表面设置第一光刻胶层；S2：制作掩膜版；S3：利用所述掩膜版对所述第一光刻胶层进行接触曝光；S4：在所述第一光刻胶层远离所述基底的一侧的表面涂覆第二光刻胶层；S5：利用全息光刻对所述第二光刻胶层进行曝光并显影；S6：在所述第二光刻胶层远离所述底板一侧表面上沉积金属层；S7：将所述第一光刻胶层、所述第二光刻胶层剥离，得到所述微偏振片模板。本发明公开的微偏振片模板的制作方法避免了电子束直写曝光制作周期长且设备使用费昂贵问题。
Description
技术领域
本发明涉及偏振领域，尤其是一种微偏振片模板制作方法。
背景技术
偏振作为光波的四大基础特性之一，可以获取目标的表面特征、形状、阴影和粗糙度等信息。偏振成像在机器视觉、生物医疗以及军事武器装备上都有广泛应用。偏振成像包括物质偏振特性、偏振传输特性、偏振探测技术和偏振信息处理四大部分，而偏振片则是偏振成像中基础核心的光学元件。微偏振片作为一种新型的偏振成像元件，由于其体积小且可以直接获取全偏振信息的优势而备受关注。
微偏振片又名微偏振器阵列，一般包含四种不同方向的偏振线栅来同时获取不同方向的偏振信息。目前较为普遍的微偏振片制作方法为通过电子束直写曝光制作掩膜，再利用刻蚀工艺将图形转移至金属上。而电子束直写曝光的缺点也显而易见，即制作周期长且设备使用费昂贵，因此需提出一种微偏振器模板的制作方法，以制作出价格低廉、可重复利用的微偏振器模板。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的是提供一种微偏振片模板的制作方法。
本发明所采用的技术方案是：
第一方面，本发明提供一种微偏振片模板的制作方法，包括：
S1：在基底的一侧表面设置第一光刻胶层；
S2：制作掩膜版；
S3：利用所述掩膜版对所述第一光刻胶层进行接触曝光；
S4：在所述第一光刻胶层远离所述基底的一侧的表面涂覆第二光刻胶层；
S5：利用全息光刻对所述第二光刻胶层进行曝光并显影；
S6：在所述第二光刻胶层远离所述底板一侧表面上沉积金属层；
S7：将所述第一光刻胶层、所述第二光刻胶层剥离，得到所述微偏振片模板。
进一步地，步骤S1中所述第一光刻胶层为曝光波长为365nm的正性光刻胶。
进一步地，步骤S2中所述掩膜版的中心具有一透光矩形区域，其边长为a。
进一步地，步骤S3中所述曝光为利用紫外光刻机将掩膜版图形转移至第一光刻胶层上，且曝光后不显影。
进一步地，步骤S4中所述第二光刻胶层为曝光波长为436nm的正性光刻胶。
进一步地，步骤S5中所述全息光刻为采用蓝光激光光束干涉曝光，在所述曝光后需显影，且将所述第一和第二光刻胶层的曝光区域显影至无。
进一步地，若步骤S1和步骤S4中所述第一光刻胶层及所述第二光刻胶层采用相同类型显影液，则在步骤S5中全息光刻时应适当减小曝光量并增加显影时间；若步骤S1和步骤S4中所述第一光刻胶层及所述第二光刻胶层采用不同类型显影液，则在所述第二光刻胶层显影后更换显影液，以溶解所述第一光刻胶层的曝光区域。
进一步地，步骤S6所述沉积金属层为采用真空热蒸镀方法，且蒸镀厚度不超过所述第一光刻胶层的厚度。
进一步地，步骤S7中将所述第一光刻胶层、所述第二光刻胶层剥离为将蒸镀后的样品放入丙酮中浸泡并在超声机中进行超声处理。
本发明的有益效果是：
本发明通过采用双层光刻胶层，使用紫外光进行曝光后，以真空热蒸镀并剥离的方式制作微偏振片模板，以避免了电子束直写曝光制作周期长且设备使用费昂贵问题。
附图说明
图1为本发明第一实施例掩膜版示意图。
图2为第一光刻胶层位置示意图。
图3为利用紫外光刻机曝光示意图。
图4为在第一光刻胶层上面增加第二光刻胶层示意图。
图5为全息光刻示意图。
图6为显影后的桥梁结构示意图。
图7为蒸镀金属后剥离得到的微偏振器模板示意图。
附图标记说明
| 掩膜版 | 10 | 矩形区域 | 11 |
| 边框区域 | 12 | 基底 | 2 |
| 第一光刻胶层 | 3 | 第二光刻胶层 | 4 |
| 金属层 | 5 |
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明实施例提供一种制作微偏振器模板的方法，其包括：
S1：在基底的一侧表面设置第一光刻胶层；
S2：制作掩膜版；
S3：利用所述掩膜版对所述第一光刻胶层进行接触曝光；
S4：在所述第一光刻胶层远离所述基底的一侧的表面涂覆第二光刻胶层；
S5：利用全息光刻对所述第二光刻胶层进行曝光并显影；
S6：在所述第二光刻胶层远离所述底板一侧表面上沉积金属层；
S7：将所述第一光刻胶层、所述第二光刻胶层剥离，得到所述微偏振片模板。
请参阅图1，图1为本发明实施例一种掩膜版俯视图。如图1所示，掩膜版10包括透光的矩形区域11及包围透光矩形区域11的不透光的边框区域12。透光矩形区域11的边长为a，其中a＝d×N，d为微偏振片模板的金属线栅周期，N为微偏振片模板的金属线栅个数。
请参阅图2，图2为本发明实施例一种光刻胶层位置示意图。如图2所示，在基底2一侧表面上设置第一光刻胶层3。其中基底2为采用单面抛光处理的硅片，并且第一光刻胶层3设置于基底2的抛光面。在第一光刻胶层3设置于基底2前，需对基底2进行清洁和预烘；在将第一光刻胶层3设置于基底2表面后，需对第一光刻胶层3进行软烘处理。
软烘处理即在一定的温度下对基底2及第一光刻胶层3进行加热处理，以使第一光刻胶层3中的溶剂缓慢地、充分地逸出来。通过使第一光刻胶层3保持相对干燥，提高第一光刻胶层3的粘附性的同时，提升了基底2上第一光刻胶层3的均匀性，以在光刻中能得更好的线宽控制。
例如，典型的软烘条件是在热板上90C到100C烘30秒，接下来是在冷板上的降温步骤，以得到光刻胶一致特性的硅片温度控制。
请参阅图3，图3为利用紫外光刻机曝光示意图。如图3所示，利用紫外光刻机将掩膜版10图案转移至第一光刻胶层3上，且曝光时长应能保证以掩膜版为模板，具有足够的紫外光穿透至第一光刻胶层3的待曝光区域的底部，以对待第一光刻胶层3中整个曝光区域进行完全曝光，且曝光后不显影。
请参阅图4，图4为在第二光刻胶层位置示意图。如图4所示，将第二光刻胶层4设置于第一光刻胶层3远离基底2一侧表面上，并对第二光刻胶层4进行软烘处理。第二光刻胶层4为适用于g线的光刻胶。在步骤S5中全息光刻的激光波段应在第二光刻胶层4的感光区间内。
第一光刻胶层3、第二光刻胶层4均为正性光刻胶，其包括聚合物材料、感光材料、溶剂。其中曝光波长为365nm及436nm的正性光刻胶的聚合物材料为线性酚醛树脂，其主要作用是保证光刻胶薄膜的附着性和抗腐蚀性，同时也决定着光刻胶薄膜的其他一些特性(如光刻胶的膜厚要求、弹性要求和热稳定性要求等；感光材料为重氮萘醌，在曝光前，重氮萘醌是一种强烈的溶解抑制剂，降低树脂的溶解速度；在紫外曝光后，重氮萘醌在正性光刻胶中化学分解，成为溶解度增强剂，大幅提高显影液的溶解度因子。正性光刻胶具有很好的对比度，所以生成的图形具有良好的分辨率。
如图5所示，激光波长λ为处于g线附近，且曝光时间应能保证所述第二光刻胶层4待曝光区域完全曝光。微偏振片模板的线栅周期d与所述第二光刻胶层4设置曝光后得到的光刻胶光栅周期一致。
其中n为空气折射率，θ为激光准直光束和基底法线的夹角。
由上述公式可知，所述制作的微偏振片模板的线栅周期理论上不能小于激光波长的一半，并且应在第二光刻胶层4的分辨率允许情况下。
如图6所示，若第一光刻胶层3和第二光刻胶层4采用相同类型显影液，则在步骤S5中全息光刻时应适当减小曝光量并增加显影时间；若采用不同类型显影液，则在第二光刻胶层4显影后更换显影液，以溶解第一光刻胶层3。显影应保证第二光刻胶层4的光栅结构完全显影，且曝光区域底部的第一光刻胶层3完全裸露。对第一光刻胶层3的中的矩形曝光区域显影，且第一光刻胶层3曝光区域底面的基底完全裸露，以使得第二光刻胶层4的中间部分形成桥梁结构。
如图7所示，金属层5可以为铬或镍。通过采用热蒸镀方法在基底2设有第一光刻胶层3一侧表面上沉积金属，以使金属层5具有金属线栅结构。在热蒸镀过程中，样品20位置应固定位置，以避免金属层5在第二光刻胶层4的侧壁沉积。
在其他实施中可采用电子束蒸镀，然在电子束蒸镀过程中电子轰击基底2会造成温度上升，而时间过长温度过高会固化第一光刻胶层3、第二光刻胶层4导致后续金属5剥离失败，故需设置降温装置以降低基底2温度或避免通过多次电子束蒸镀的方式以避免基底2长时间处于高温状态。
金属层5厚度理论上不应超过第一光刻胶层3的厚度。当金属层5厚度理论上超过第一光刻胶层3的厚度，金属层5高于第一光刻胶层3会与第二光刻胶层4粘附并影响剥离效果，最终导致金属层5的线栅结构形貌变差。
剥离工艺为将蒸镀后的样品20放入盛有有机溶液的烧杯中浸泡10分钟，然后将烧杯放入超声波清洗机中进行超声振荡处理，以使第一光刻胶层3及第二光胶层4由基底2上脱离，并使金属层5保留于基底2上。
其中有机溶液可无水乙醇、丙酮溶液等易挥发的有机溶液，且超声振荡时间预设为40s，并根据使第一光刻胶层3及第二光胶层4的分离效果，适应性地调节超声振荡时间，以使第一光刻胶层3及第二光胶层4与基底2完全分离。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (9)
1.一种微偏振片模板的制作方法，其特征在于，包括：
S1：在基底一侧的表面上设置第一光刻胶层；
S2：制作掩膜版；
S3：利用所述掩膜版对所述第一光刻胶层进行接触曝光；
S4：在所述第一光刻胶层远离所述基底的一侧的表面上设置第二光刻胶层；
S5：对所述第二光刻胶层进行曝光并显影；
S6：在所述第二光刻胶层远离所述基底一侧表面上沉积金属层；
S7：将所述第一光刻胶层、所述第二光刻胶层剥离，得到所述微偏振片模板。
2.根据权利要求1所述的微偏振片模板的制作方法，其特征在于，步骤S1中所述第一光刻胶层为曝光波长为365nm的正性光刻胶。
3.根据权利要求1所述的微偏振片模板的制作方法，其特征在于，步骤S2中所述掩膜版的中心为一个透光矩形区域，其边长为a。
4.根据权利要求1所述的微偏振片模板的制作方法，其特征在于，步骤S3中所述曝光为利用紫外光刻机将掩膜版图形转移至第一光刻胶层上，且曝光后不显影。
5.根据权利要求1所述的微偏振片模板的制作方法，其特征在于，步骤S4中所述第二光刻胶层为曝光波长为436nm的正性光刻胶。
6.根据权利要求1至5任一项所述的微偏振片模板的制作方法，其特征在于，步骤S5中所述对所述第二光刻胶层进行曝光并显影为采用蓝光激光光束干涉对所述第二光刻胶层曝光，并将所述第一光刻胶层和第二光刻胶层的曝光区域显影。
7.根据权利要求6所述的微偏振片模板的制作方法，其特征在于，若步骤S1和步骤S4中所述第一光刻胶层及所述第二光刻胶层采用相同类型显影液，则在步骤S5中全息光刻时应减小曝光量并增加显影时间；若步骤S1和步骤S4中所述第一光刻胶层及所述第二光刻胶层采用不同类型显影液，则在所述第二光刻胶层显影后更换显影液，以溶解所述第一光刻胶层的曝光区域。
8.根据权利要求1所述的微偏振片模板的制作方法，其特征在于，步骤S6所述沉积金属层为采用真空热蒸镀方法，且蒸镀厚度不超过所述第一光刻胶层的厚度。
9.根据权利要求8所述的微偏振片模板的制作方法，其特征在于，步骤S7中将所述第一光刻胶层、所述第二光刻胶层剥离为将蒸镀后的样品放入丙酮中浸泡并在超声机中进行超声处理。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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