本發(fā)明是制備微透鏡陣列的一種工藝技術(shù)，具體涉及制作微透鏡時用PMMA代替厚光刻膠并且通過薄金屬層實現(xiàn)圖形的無損轉(zhuǎn)移的工藝方法，屬于半導(dǎo)體光電器件微細加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，當(dāng)前的儀器設(shè)備已朝著光、機、電集成的趨勢發(fā)展。利用傳統(tǒng)方法制造出來的光學(xué)元件不僅制造工藝復(fù)雜，而且制造出來的光學(xué)元件尺寸大、重量大，已不能滿足當(dāng)今科技發(fā)展的需要。微光學(xué)技術(shù)所制造出的光學(xué)元件以其體積小、重量輕、便于集成化、陣列化等優(yōu)點，已成為新的發(fā)展方向。微透鏡陣列是一種目前應(yīng)用得十分廣泛的微光學(xué)元件，它被廣泛地應(yīng)用于光束整形、光學(xué)器件互連、三維成像等領(lǐng)域。

目前，用于制作微透鏡陣列的方法有離子交換法、光敏玻璃熱成形法、光刻膠熱熔法、光電反應(yīng)刻蝕法、聚焦離子束刻蝕與沉積法、化學(xué)氣象沉積法等方法。由于光刻膠熱熔法具有制作周期短、制作成本低、效率高等優(yōu)點，因而成為研究的熱點。光刻膠熱熔法制作的微透鏡陣列是連續(xù)面形，具體步驟是利用具有適當(dāng)孔徑的光刻掩模板對具有一定厚度的光刻膠進行紫外曝光，經(jīng)過顯影后在基底上就形成了相對應(yīng)的孤立的圓柱形膠體，加熱基板至圓柱形膠體呈熔融態(tài),此時熔融的光刻膠由于表面張力的作用，會形成以圖案孔徑為邊界的光滑的球面，進而冷卻得到折射型微透鏡的表面結(jié)構(gòu)。

此種方法有以下缺陷：

1)制作微透鏡時需要的光刻膠厚度與透鏡的尺寸有關(guān)，微透鏡越大，膠膜越厚。采用常規(guī)的光刻機對膠膜進行曝光時，由于大部分能量被上層光刻膠所吸收,下層光刻膠曝光相對不足,易形成較厚的底膜。實驗發(fā)現(xiàn)，這種情況若單純增加顯影時間，不能有效地去除較厚的底膜，反而會造成光刻膠的溶脹，使光刻圖形擴大和變形，降低圖形質(zhì)量。增加曝光時間，雖可將膠膜曝透，但光刻膠圖形易呈梯形,柱型膠體的體積變小，熔融時得不到所需的表面結(jié)構(gòu)。

2)對于顯影過程中，經(jīng)過曝光和未經(jīng)過曝光的光刻膠在顯影液中都會有不同程度地溶解，光刻膠在顯影過程中不光有縱向腐蝕也有橫向腐蝕，使顯影之后得到的光刻膠圖形呈梯形，并且光刻膠的厚度和寬度都有所改變，最終就得不到所需的曲率半徑的微透鏡陣列。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述工藝的缺點，提出一種微透鏡陣列的制作方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種微透鏡陣列制作的工藝方法，該工藝方法包括以下步驟：

(1)清洗基片，去除基片表面吸附的灰塵和油脂。

(2)烘干基片，去除基片上部引入的水分和易揮發(fā)物質(zhì)。

(3)利用甩膠機在基片上旋涂PMMA膜。

(4)利用烘箱對步驟(3)中的PMMA膜進行前烘。

(5)在PMMA膜上濺射一層薄金屬。

(6)在薄金屬上再旋涂一層薄光刻膠。

(7)進行曝光、顯影得到預(yù)設(shè)的圖形。

(8)腐蝕掉裸露出的薄金屬層。

(9)利用刻蝕工藝去除保護金屬層的光刻膠和裸露出的PMMA層。

(10)腐蝕掉剩余的薄金屬層。

(11)熱熔PMMA層，通過控制熱熔的溫度和時間得到透鏡表面結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的優(yōu)點

本發(fā)明的重點是采用熔融溫度更高的PMMA層和薄金屬層結(jié)構(gòu)代替厚光刻膠，采用干法刻蝕技術(shù)代替對厚光刻膠的曝光顯影。這樣做的優(yōu)點是：

1)避免了厚光刻膠曝光不足所帶來的底膜較厚或過渡顯影帶來的橫向腐蝕，致使光刻膠溶脹、變形等問題。

2)采用PMMA和薄金屬層結(jié)構(gòu)可以利用干法刻蝕技術(shù)代替濕法腐蝕工藝，發(fā)揮干法刻蝕時界面陡直，圖形變形少的優(yōu)點，這有利于保證得到適合曲率的微透鏡表面結(jié)構(gòu)，同時，干法刻蝕工藝的穩(wěn)定性也保證了工藝的重復(fù)性。

3)PMMA材料具有比一般光刻膠更高的熔點，這保證了在后續(xù)的濺射等工藝中，不會由于溫度升高而影響PMMA本身的性質(zhì)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。

圖1：在清洗后的基片上先涂一層厚的PMMA，然后在PMMA上濺射一層薄金屬，再在金屬上涂一層薄光刻膠。

圖2：利用標(biāo)準(zhǔn)的紫外曝光工藝，將掩模板上的圖形通過曝光、顯影等一系列工藝，轉(zhuǎn)移到薄光刻膠上。

圖3：用金屬腐蝕液腐蝕掉露出的金屬。

圖4：利用離子束刻蝕，刻蝕掉金屬上面的薄光刻膠和未被金屬遮擋住的PMMA。

圖5：利用金屬腐蝕液腐蝕掉剩余的金屬。

圖6：進行熱熔，得到微透鏡整列結(jié)構(gòu)。

圖中：1、基片，2、金屬，3、PMMA，4、基片，5、光刻機的激光，6、光刻板。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖1-6和實施例對本發(fā)明作進一步詳細陳述。

一種微透鏡陣列制作的工藝方法，工藝步驟如下：

(1)將基片1依次放入丙酮和乙醇中加熱煮沸，然后用去離子水清洗基片30遍；

(2)氮氣吹干基片1后，將基片1放到加熱臺上烘5分鐘，除去基片1上的水分；

(3)把基片1放到甩膠機上，先將甩膠機調(diào)至200/rad(3.4HZ)慢速旋轉(zhuǎn)滴PMMA，再將轉(zhuǎn)速調(diào)至1500/rad(25.5HZ)旋轉(zhuǎn)30s攤勻PMMA；

(4)將加熱臺時間調(diào)到90s，溫度調(diào)到130℃后，把基片1放到加熱臺上進行前烘5-10分鐘；

(5)在PMMA上濺射一層厚度約為100nm的金層；

(6)把基片放到甩膠機上，將甩膠機調(diào)至2000/rad(34HZ)涂上除濕劑旋轉(zhuǎn)15s；再將轉(zhuǎn)速調(diào)至4000/rad(68HZ)后，涂上AZ 5214光刻膠旋轉(zhuǎn)30s；

(7)將加熱臺的加熱時間調(diào)到60s，溫度調(diào)到100℃，把基片放到加熱臺上進行前烘5分鐘；

(8)采用紫外曝光機對基片進行曝光28s，顯影28-30s至圖形完全出來；

(9)將加熱臺溫度調(diào)到100℃，時間調(diào)到180s，把基片放到加熱臺上進行后烘5分鐘，用打膠機進行打膠2min；

(10)用金層的腐蝕液，腐蝕液的組份I₂:H₂O:KI＝1g:40ml:4g，將裸露出的金層腐蝕掉；

(11)清洗基片1后，用離子束刻蝕機(RIE)對基片1進行刻蝕，刻蝕條件為：氣體壓力750mTorr、氧氣流量15cm³、刻蝕功率300W?？涛g將把金屬上面的薄光刻膠AZ 5214去掉，把裸露出的PMMA刻蝕掉；

(12)用金腐蝕液去掉PMMA上剩余的金層；

(13)最后進行熱熔：將基片1放入烘箱中，烘箱溫度為230℃，時間為5分鐘，在此溫度下，基片1表面的PMMA會在表面張力的控制下熔融成具有微透鏡表面結(jié)構(gòu)的形狀。