TWI483003B - 微球透鏡與其陣列的製造方法 - Google Patents

Description

微球透鏡與其陣列的製造方法

本發明係關於一種微球透鏡與其陣列方面的技術領域，尤指一種藉由親水性佳之金屬層來增加光阻表面吸附性，利用雙層親水性不同之金屬層形成微圓孔洞來調整透鏡材料的厚度，以使其可製作出微透鏡或微球透鏡，而透過微圓孔洞邊界效應來有效界定光阻熱熔擴散範圍，以使其具有可重覆使用、節省成本及減少污染等功效之微球透鏡與其陣列的製造方法者。

目前常見之微透鏡及微球透鏡之相關製造方法，係有以下幾種：

1、中華民國公告第463058號「批次生產微球透鏡陣列」發明專利所述，其係包含下列步驟：先於一基板上塗佈第一聚合物或第一聚合物組成物層；之後於第一聚合物或第一聚合物組成物層上塗佈第二聚合物或第二聚合物組成物層，其中該第一聚合物之玻璃轉換溫度(Tg)高於第二聚合物之玻璃轉換溫度(Tg)；隨之以黃光微影法(Lithography)於第一聚合物或第一聚合物組成物層以及第二聚合物或第二聚合物玻璃轉換溫度(Tg)但低於該第二聚合物玻璃轉換溫度(Tg)之工作溫度；並保持該塗佈聚合物之基板於該工作溫度至第二聚合物玻璃轉換溫度(Tg)之工作溫度；並保持該塗佈聚合物之基板於工作溫度至第二聚合物形成該微球透鏡；以及最後冷卻該微球透鏡。該批次生產之微球透鏡，係位於一基板表面上，且該微球透鏡包含：一底座，係位於該基板表面之上；以及一球型透鏡，係位於該底座表面之上。然而，此種利用雙層高分子聚合材料來製作微球透鏡之習知製造技術中，要將微圓光阻柱陣列熱熔至微球透鏡陣列係需耗時約12小時，因此其之製造生產效率係非常差。

2、中華民國公告第I265317號「微球透鏡與其陣列之製造 方法」發明專利所述，其係包含下列步驟：主要是利用鐵氟龍(PTFE)本身具疏水物理性質之特點，使熔融中之光阻微透鏡接觸角增大成微球透鏡，其步驟係在Si wafer基板上塗佈(Coating)一層鐵氟龍薄膜，並藉由一道黃光微影技術將光阻製作成微圓柱結構，再以光阻熱熔法熔融成微球透鏡或微球透鏡陣列。然而，此種利用於基板上塗佈液態鐵氟龍(PTFE)之方式來製作微球透鏡之習知技術中，因鐵氟龍為疏水性材料，所以其之光阻吸附性較差，因此易造成光阻脫落的情形。

3、中華民國公告第I368057號「利用凹槽製作微透鏡」發明專利所述，其主要為一種微透鏡製造方法以及以單一光罩圖形搭配光蝕刻微影技術，其係包含下列步驟：係先提供基板並於基板表面形成複數個微型洞(Micro-hole)結構，再於各微型洞結構中置入透鏡材料，接著加熱各透鏡材料進而使其熱融(Thermal Reflow)而成複數個透鏡單元。該微型洞構係用以界定該透鏡材料熱融回流成透鏡單元之邊界(Boundary Of Lens)，進而避免傳統微透鏡製造法中，因加熱過度而使兩相鄰的透鏡單元熱融回流接合之問題。其主要係以單一光罩圖形搭配光蝕刻微影技術並利用負光阻與正光阻分別建立微型洞結構與透鏡材料，進而應用於現代化製程之微透鏡製造方法。然而，此種習知技術中，因其用以製作微型孔洞的材料為負型厚光阻(SU-8)，然而這光阻厚度約為十至數百微米之間，透鏡材料為正型厚光阻(AZ-4620)，厚度約為4至30μm，透鏡材料僅高於孔洞之厚度十幾微米，因微型洞結構之深寬比的關係，所以依其使用之材料厚度與製程，係僅只能製作具較大數值孔徑之微透鏡，而無法製作出微球透鏡。而且，該習知技術中，SU-8玻璃轉換溫度(Tg)約為220℃，AZ-4620玻璃轉換溫度(Tg)約160℃，對AZ-4620熱熔時需160℃以上，SU-8所形成之凹槽形狀亦可能會受到影響，而產生些微變形，進而會影響到熱熔後之光阻形狀及範圍。

本發明主要在於解決習知微球透鏡之製造技術製造生產效率差及光阻易脫落而品質差之問題，以及解決習知微透鏡之製造技術僅只能製作微透鏡，而無法製作出微球透鏡，及熱熔後之光阻形狀及範圍易 變形而不易控制之問題。

本發明所述之微球透鏡與其陣列的製造方法，其之步驟包括(a)提供一基板、(b)沉積第一金屬層、(c)形成微圓柱光阻、(d)沉積第二金屬層、(e)形成微圓孔洞、(f)形成微圓柱透鏡、(g)熱融及(h)冷卻固化成型。其中，(b)步驟係指於該基板的頂面沉積親水性較高之一第一金屬層。(c)步驟係指於該第一金屬層的頂面塗佈一層光敏高分子材料，然後以黃光微影成型技術使該光敏高分子材料於該第一金屬層的頂面形成單一微圓柱光阻或微圓柱光阻陣列。(d)步驟係指於該第一金屬層及該單一微圓柱光阻或微圓柱光阻陣列的頂面沉積親水性較低之第二金屬層。(e)步驟係指移除該單一微圓柱光阻或微圓柱光組陣列及其頂面之第二金屬層，使於該第一金屬層頂面之第二金屬層形成貫通到該第一金屬層之單一微圓孔洞或微圓孔洞陣列。(f)步驟係指於該第二金屬層的頂面及該單一微圓孔洞或微圓孔洞陣列上塗佈一層透鏡材料，然後再以黃光微影成型技術使該透鏡材料於該單一微圓孔洞或微圓孔洞陣列中形成單一微圓柱透鏡或微圓柱透鏡陣列。(g)步驟係指熱融該單一微圓柱透鏡或微圓柱透鏡陣列。(h)步驟係指使熱融後之透鏡材料冷卻固化成型為單一微球透鏡或微球透鏡陣列。

本發明係可利用雙層親水性不同之金屬層形成微圓孔洞來調整透鏡材料的厚度，以使其可製作出微透鏡或微球透鏡，而透過微圓孔洞邊界效應則係可有效界定光阻熱熔擴散範圍。本發明係利用雙層親水性不同之金屬層形成微圓孔洞，並透過微圓孔洞邊界效應有效的界定光阻熱熔擴散範圍來製造微球透鏡，因此無需使用習知技術所述之雙層高分子聚合材料來製造微球透鏡，所以可大幅縮短熱熔所需的時間，以進而能大幅提升生產效率。本發明之親水性較佳的第一金屬層係可增加光阻吸附性，因此可改善習知技術中光阻易脫落的問題。

11‧‧‧基板

21‧‧‧第一金屬層

31‧‧‧正型塑膠光罩

32‧‧‧正型塑膠光罩

41‧‧‧光敏高分子材料

42‧‧‧微圓柱光阻陣列

43‧‧‧透鏡材料

44‧‧‧微圓柱透鏡陣列

45‧‧‧微球透鏡陣列

51‧‧‧UV曝光機

61‧‧‧第二金屬層

71‧‧‧微圓孔洞陣列

第一圖為本發明之製造流程圖。

第二圖為本發明(a)步驟的基板示意圖。

第三圖為本發明(b)步驟之第一金屬層沉積結果示意圖。

第四圖為本發明(c)步驟之黃光微影成型技術示意圖。

第五圖為本發明(c)步驟之微圓柱光阻陣列的結構示意圖。

第六圖為本發明(d)步驟之第二金屬層的沉積結果示意圖。

第七圖為本發明(e)步驟之微圓孔洞陣列的結構示意圖。

第八圖為本發明(f)步驟之黃光微影成型技術示意圖。

第九圖為本發明(f)步驟之微圓柱光阻陣列的結構示意圖。

第十圖為本發明(h)步驟之微球透鏡陣列的結構示意圖。

第十一圖為本發明(h)步驟之微球透鏡的剖面結構示意圖。

請參閱第一圖所示，係為本發明所述之微球透鏡與其陣列的製造方法的製造流程圖，其係指出本發明之微球透鏡與其陣列的製造方法包括(a)提供一基板、(b)沉積第一金屬層、(c)形成微圓柱光阻、(d)沉積第二金屬層、(e)形成微圓孔洞、(f)形成微圓柱透鏡、(g)熱融及(h)冷卻固化成型等步驟。其中：

(a)提供一基板11：該基板11為玻璃基板，如第二圖所示。

(b)沉積第一金屬層21：利用濺鍍機於該基板11的頂面沉積親水性較高之第一金屬層21(如鈦金屬層)，以對其進行表面改質使增加表面親水性，該第一金屬層21的厚度約200nm，如第三圖所示。

(c)形成微圓柱光阻：於該第一金屬層21的頂面塗佈一層光敏高分子材料41，該光敏高分子材料41可為正型光阻(AZ4620)或負型光阻(SU-8)，然後對其進行黃光微影技術，以藉由UV曝光機51定義正型光罩 31之微圓形於光敏高分子材料41上，如第四圖所示。然後經由顯影液顯影，使該光敏高分子材料41於第一金屬層21的頂面形成直徑約為20μm之單一微圓柱光阻或微圓柱光阻陣列42，如第五圖所示。

(d)沉積第二金屬層61：利用濺鍍機於第一金屬層21及該單一微圓柱光阻或微圓柱光阻陣列42的頂面沉積親水性較低之第二金屬層61(如銀金屬層)，如第六圖所示。

(e)形成微圓孔洞：利用舉離(Lift-off)法，藉由將上述沉積有第二金屬層21之基板11浸泡在丙酮溶液中，並搭配超音波震盪器震盪十秒，以移除該單一微圓柱光阻及其頂面之第二金屬層61或該微圓柱光阻陣列42及其頂面之第二金屬層61，使於該第一金屬層21頂面之第二金屬層61上形成貫通到該第一金屬層21之單一微圓孔洞或微圓孔洞陣列71，如第七圖所示。

(f)形成微圓柱透鏡：於該第二金屬層61的頂面及該單一微圓孔洞或微圓孔洞陣列71上塗佈一層厚度約為25μm透鏡材料43，該透鏡材料43可為正型光阻(AZ-4620)或負型光阻(SU-8)，如第八圖所示。然後利用黃光微影技術，以藉由UV曝光機51定義正型光罩32之微圓形於透鏡材料43上，再經由顯影液顯影，使該透鏡材料43於該單一微圓孔洞或微圓孔洞陣列71中形成直徑約為20μm單一微圓柱透鏡或微圓柱透鏡陣列44，如第九圖所示。

(g)熱融：將上述製作好單一微圓柱透鏡或微圓柱透鏡陣列44之基板11放進烘烤箱進行烘烤，溫度設定為160℃持續烘烤30~60分鐘，使該透鏡材料43製成之單一微圓柱透鏡或微圓柱透鏡陣列44被加熱融化。

(h)冷卻固化成型：使上述熱融後之基板11放置在室溫中30分鐘，使其上之透鏡材料43冷卻固化成型為單一微球透鏡或微球透鏡陣列45，如第十、十一圖所示。

本發明藉由上述之特殊製造方法係使其具有下列之諸多優點：

1、易於形成球狀結構：本發明之第一金屬層21(如鈦金屬層)係親水性較佳，因此光阻吸附效果較佳，而第二金屬層61(如銀金屬層) 係親水性較差因此光阻吸附效果較差，而藉由兩者之親水性的差異，係可使得在熱熔時，因透鏡材料43(光阻)較不易吸附在銀金屬表面，而能有助於球型透鏡的形成。

2、可增加透鏡材料(光阻)之吸附性：本發明之親水性較佳的第一金屬層21(如鈦金屬層)係可增加透鏡材料43(光阻)吸附性，因此可使透鏡材料43(光阻)較不易脫落。

3、生產效率較高：本發明之單一微圓柱透鏡或微圓柱透鏡陣列44熱熔時間僅需30~60分鐘，因此係能效提昇生產效率。

4、不僅可製作微透鏡亦可製作微球透鏡：本發明是採用濺鍍沉積製法搭配舉離法作微圓孔洞，厚度約為200nm，透鏡材料43為正型厚光阻(AZ-4620)，厚度約為4至30μm，透鏡材料43的厚度高於微圓孔洞之厚度，如此便可以製作出深寬比大於1之微圓柱透鏡，熱融該微圓柱透鏡即可得到微球透鏡，而只要調整旋轉塗佈機的轉速以控制透鏡材料43呈較薄的厚度便可製作出微透鏡。

5、能有效界定透鏡材料(光阻)熱熔後之微球透鏡(光阻)範圍：本發明利用銀金屬層形成微圓孔洞，銀融點約為1000℃，置入透鏡材料(AZ-4620)，該透鏡材料玻璃轉換溫度(Tg)為160℃，熱熔時微圓孔洞不會產生變形，因此能有效界定透鏡材料(光阻)熱熔後之微球透鏡(光阻)範圍。

綜上所述，由於本發明具有上述優點及實用價值，而且並未曾有見過相同或類似之技術發表或公開於前，故本發明已符合發明專利之新穎性及進步性要件，爰依法提出申請。

Claims (10)

1. 一種微球透鏡與其陣列的製造方法，包括：(a)提供一基板；(b)沉積第一金屬層：於該基板的頂面沉積親水性較高之一第一金屬層；(c)形成微圓柱光阻：於該第一金屬層的頂面塗佈一層光敏高分子材料，然後以黃光微影成型技術使該光敏高分子材料於該第一金屬層的頂面形成單一微圓柱光阻或微圓柱光阻陣列；(d)沉積第二金屬層：於該第一金屬層及該單一微圓柱光阻或微圓柱光阻陣列的頂面沉積親水性較低之第二金屬層；(e)形成微圓孔洞：移除該單一微圓柱光阻或微圓柱光組陣列及其頂面之第二金屬層，使於該第一金屬層頂面之第二金屬層形成貫通到該第一金屬層之單一微圓孔洞或微圓孔洞陣列；(f)形成微圓柱透鏡：於該第二金屬層的頂面及該單一微圓孔洞或微圓孔洞陣列上塗佈一層透鏡材料，然後再以黃光微影成型技術使該透鏡材料於該單一微圓孔洞或微圓孔洞陣列中形成單一微圓柱透鏡或微圓柱透鏡陣列；(g)熱融：熱融該單一微圓柱透鏡或微圓柱透鏡陣列；以 及(h)冷卻固化成型：使熱融後之透鏡材料冷卻固化成型為單一微球透鏡或微球透鏡陣列。
2. 如請求項1所述之微球透鏡與其陣列的製造方法，其中該基板為玻璃基板。
3. 如請求項1所述之微球透鏡與其陣列的製造方法，其中該第一金屬層為鈦金屬層。
4. 如請求項1所述之微球透鏡與其陣列的製造方法，其中該(c)步驟中形成該單一微圓柱光阻或微圓柱光阻陣列之光敏高分子材料為正型光阻。
5. 如請求項1所述之微球透鏡與其陣列的製造方法，其中該(c)步驟中形成該單一微圓柱光阻或微圓柱光阻陣列之光敏高分子材料為負型光阻。
6. 如請求項1所述之微球透鏡與其陣列的製造方法，其中該第二金屬層為銀金屬層。
7. 如請求項1項所述之微球透鏡與其陣列的製造方法，其中該(e)步驟中係利用舉離法(Lift-off)移除該單一微圓柱光阻或微圓柱光阻陣列及其頂面之第二金屬層。
8. 如請求項7所述之微球透鏡與其陣列的製造方法，其中該舉離法中移除該單一微圓柱光阻或微圓柱光阻陣列及其頂面之第二金屬層的材料為丙酮溶液。
9. 如請求項1所述之微球透鏡與其陣列的製造方法，其中該(f)步驟所塗佈之透鏡材料為正型光阻。
10. 如請求項1所述之微球透鏡與其陣列的製造方法，其中該(f)步驟所塗佈之透鏡材料為負型光阻。