專(zhuān)利名稱：微透鏡陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微透鏡陣列的制作方法，屬于對(duì)現(xiàn)有連續(xù)浮雕微透鏡陣列的制作方法--移動(dòng)掩模法的改進(jìn)。
連續(xù)浮雕微透鏡陣列的制作方法一直是研究的熱點(diǎn)。1992年出版的《物理》雜志21卷4期197頁(yè)公開(kāi)的旋轉(zhuǎn)照相法對(duì)此進(jìn)行了探討。但由于其存在的缺陷，難以作成有價(jià)值的器件。后來(lái)，我們發(fā)明了可以制作出實(shí)用器件的移動(dòng)掩模法(在2000年10月出版的《光電工程》27卷第5期19頁(yè)中公開(kāi))。該方法主要是通過(guò)在曝光過(guò)程中移動(dòng)掩模，對(duì)光致抗蝕劑表面進(jìn)行與掩模圖形成比例的曝光，再經(jīng)過(guò)顯影、堅(jiān)膜等程序，獲得要刻蝕的微透鏡陣列的浮雕形狀，制作連續(xù)浮雕微透鏡陣列。但是，這種方法仍然存在一定缺陷由于抗蝕劑材料的非線性和曝光、刻蝕的非線性，設(shè)計(jì)的曝光量分布不能高保真地在抗蝕劑上形成所需的面形分布。從圖1看出，用現(xiàn)有移動(dòng)掩模法制作的口徑為146微米的微透鏡陣列的剖面圖形(圖中曲線1)，與標(biāo)準(zhǔn)曲線(圖中曲線2)相差較大。當(dāng)要制作的連續(xù)表面微透鏡陣列的浮雕深度較大時(shí)，尤其如此。因此這種方法只能用于制作較小浮雕深度(刻蝕深度最大為4微米)的連續(xù)表面微透鏡陣列，無(wú)法用來(lái)制作較大深度的連續(xù)浮雕微透鏡陣列。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種可制作較大浮雕深度的連續(xù)表面微透鏡陣列的方法。
為了實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明的方法可以通過(guò)以下步驟完成①由刻蝕深度和刻蝕口徑要求計(jì)算刻蝕的微透鏡陣列浮雕的剖面圖；②根據(jù)刻蝕深度-曝光量的關(guān)系，對(duì)計(jì)算出的微透鏡陣列浮雕的剖面圖進(jìn)行優(yōu)化，獲得掩模單元優(yōu)化圖形；
③按掩模單元優(yōu)化圖形參數(shù)制作掩模；④將掩模投影到光刻膠上，進(jìn)行曝光，在曝光過(guò)程中連續(xù)移動(dòng)掩模；⑤顯影，堅(jiān)膜。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下優(yōu)點(diǎn)通過(guò)對(duì)光刻過(guò)程的深入分析，在對(duì)顯影過(guò)程、光刻膠的光響應(yīng)模型作更精確描述的基礎(chǔ)上，將要制作的微透鏡陣列的浮雕的位相深度與曝光量之間的關(guān)系更進(jìn)一步精確化，并根據(jù)此關(guān)系對(duì)計(jì)算出的掩模單元圖形進(jìn)行優(yōu)化，得到更適合光刻膠的光響應(yīng)模型以及刻蝕過(guò)程的掩模單元優(yōu)化圖形。根據(jù)此掩模單元優(yōu)化圖形，進(jìn)一步精確控制曝光量分布。由于該方法考慮了深刻蝕下曝光時(shí)光刻膠對(duì)光的吸收因素，優(yōu)化后的掩模單元圖形修正了該因素引起的刻蝕偏差，因此能在刻蝕深度比較大的情況下，高保真地將掩模圖形傳遞到光刻膠上，從而得到了較大深度的連續(xù)浮雕微透鏡陣列。這種方法使連續(xù)深浮雕微透鏡陣列的刻蝕深度范圍增加了六倍多(當(dāng)制作的連續(xù)深浮雕微透鏡陣列的口徑相同時(shí)，刻蝕深度范圍從以前的1.703微米提高到12.4微米)，因此可用于制作刻蝕深度較大的連續(xù)深浮雕微透鏡陣列。并且，該方法還可使連續(xù)深浮雕微透鏡陣列的浮雕面型精度得到提高，這一點(diǎn)可從圖5所示實(shí)施例一制作完成的微透鏡陣列的剖面圖形(曲線3)與標(biāo)準(zhǔn)曲線(曲線4)的擬合圖中看出，二者誤差很小。而且該方法還保持了現(xiàn)有移動(dòng)掩模法制作的微透鏡陣列填充因子約100％、工藝過(guò)程簡(jiǎn)單等各種優(yōu)點(diǎn)。


圖1是用現(xiàn)有技術(shù)制作的口徑146微米的微透鏡陣列與標(biāo)準(zhǔn)曲線的擬合圖(圖中縱坐標(biāo)表示微透鏡陣列單元的浮雕深度，每刻度單位0.2微米；橫坐標(biāo)表示微透鏡陣列單元的口徑，每刻度單位20微米)。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例一根據(jù)要制作的微透鏡陣列浮雕圖形計(jì)算的結(jié)果(圖中縱坐標(biāo)表示微透鏡陣列單元的浮雕深度，每刻度單位1.5微米；橫坐標(biāo)表示微透鏡陣列單元的口徑，每刻度單位5微米)。
圖3是對(duì)實(shí)施例一制作的微透鏡陣列浮雕圖形計(jì)算結(jié)果優(yōu)化后的曲線(圖中縱坐標(biāo)表示微透鏡陣列單元的浮雕深度，每刻度單位1.5微米；橫坐標(biāo)表示微透鏡陣列單元的口徑，每刻度單位5微米)。
圖4是實(shí)施例一制作出的微透鏡陣列剖面掃描圖(圖中縱坐標(biāo)表示微透鏡陣列單元的浮雕深度，每刻度單位10微米；橫坐標(biāo)表示微透鏡陣列單元的口徑，每刻度單位50微米)。
圖5是實(shí)施例一制作完成的微透鏡陣列的剖面圖形與標(biāo)準(zhǔn)曲線的擬合圖(圖中縱坐標(biāo)表示微透鏡陣列單元的浮雕深度，每刻度單位1.5微米；橫坐標(biāo)表示微透鏡陣列單元的口徑，每刻度單位5微米)。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
實(shí)施例一是通過(guò)本發(fā)明的方法制作一個(gè)口徑φ＝50μm，刻蝕深度h＝13μm的小口徑連續(xù)深浮雕微透鏡陣列。采用正性光刻膠為光刻材料。其制作過(guò)程如下①根據(jù)所要刻蝕的微透鏡陣列的刻蝕深度(h＝13μm)和刻蝕口徑(φ＝50μm)，計(jì)算出微透鏡浮雕的剖面圖，即如圖2所示的微透鏡陣列的剖面掃描圖。
②根據(jù)刻蝕深度-曝光量的關(guān)系，對(duì)計(jì)算出的微透鏡陣列浮雕的剖面圖進(jìn)行優(yōu)化設(shè)光致抗蝕劑表面的歸一化光強(qiáng)分布為f(Q)，Q為曝光量，Y代表與曝光量f(Q)相對(duì)應(yīng)的浮雕深度，要刻蝕的微透鏡陣列的浮雕形狀為g(x)，P為光刻膠在顯影液中的生成物分子；根據(jù)與曝光量f(Q)相對(duì)應(yīng)的光致抗蝕劑的刻蝕速度
在(一)式中，令m＝k×t×α(其中k為比例系數(shù)；t為時(shí)間；α為所用光刻材料的吸收系數(shù))，推導(dǎo)出“刻蝕深度-曝光量函數(shù)關(guān)系式” 并由此解得“曝光量分布函數(shù)”(即掩模單元形狀)如下 以“刻蝕深度-曝光量函數(shù)關(guān)系式”(公式(二))為依據(jù)，并按照曝光量分布函數(shù)(公式(三))，對(duì)按第①步驟獲得的掩模單元圖形進(jìn)行優(yōu)化、修正，獲得如圖3所示的掩模單元優(yōu)化圖形。
③按優(yōu)化后的掩模單元圖形參數(shù)進(jìn)行掩模制作；④利用投影曝光系統(tǒng)，將制作好的掩模單元投影在光刻膠上，進(jìn)行曝光；連續(xù)移動(dòng)掩模，對(duì)光刻膠進(jìn)行曝光；⑤對(duì)連續(xù)曝光后的光刻膠進(jìn)行定時(shí)顯影，堅(jiān)膜，去膠，完成連續(xù)表面微透鏡陣列的浮雕制作，得到口徑50um的小口徑連續(xù)深浮雕微透鏡陣列。如圖4所示，該微透鏡陣列的剖面圖形表明其高頻損失少。圖5表明，該微透鏡陣列的剖面圖形(曲線3)與標(biāo)準(zhǔn)曲線(曲線4)比較，誤差較小。
本發(fā)明實(shí)施例二是制作一個(gè)口徑φ＝17μm的小口徑連續(xù)深浮雕微透鏡陣列。采用正性光刻膠為光刻材料，刻蝕深度h＝5μm。其制作步驟如下①根據(jù)所要刻蝕的微透鏡陣列浮雕的刻蝕深度(h＝5μm)和刻蝕口徑(φ＝17μm)，計(jì)算出微透鏡浮雕的剖面圖。
②根據(jù)刻蝕深度-曝光量的關(guān)系，對(duì)計(jì)算出的微透鏡陣列浮雕的剖面圖進(jìn)行優(yōu)化按照實(shí)施例一中的第②步驟推導(dǎo)的關(guān)系式，以“刻蝕深度-曝光量函數(shù)關(guān)系式”(同實(shí)施例一中的公式(二))為依據(jù)，并按照“曝光量分布函數(shù)”(同實(shí)施例一中的公式(三))，對(duì)實(shí)施例二中第①步驟獲得的掩模單元圖形進(jìn)行優(yōu)化、修正，獲得掩模單元優(yōu)化圖形。
③按優(yōu)化后的掩模單元圖形參數(shù)進(jìn)行掩模制作；④利用投影曝光系統(tǒng)，將制作好的掩模單元投影在光刻膠上，進(jìn)行曝光；在曝光過(guò)程中，連續(xù)移動(dòng)掩模，對(duì)光刻膠進(jìn)行曝光；⑤對(duì)連續(xù)曝光后的光刻膠進(jìn)行定時(shí)顯影，堅(jiān)膜，完成微透鏡陣列的浮雕制作，得到口徑Φ＝17um、刻蝕深度h＝4.951um的連續(xù)深浮雕微透鏡陣列。
權(quán)利要求
1.一種制作微透鏡陣列的方法，其特征在于該方法可以通過(guò)以下步驟完成①由刻蝕深度和刻蝕口徑要求計(jì)算刻蝕的微透鏡陣列浮雕的剖面圖；②根據(jù)刻蝕深度-曝光量的關(guān)系，對(duì)計(jì)算出的微透鏡陣列浮雕的剖面圖進(jìn)行優(yōu)化，獲得掩模單元優(yōu)化圖形；③按掩模單元優(yōu)化圖形參數(shù)制作掩模；④將掩模投影到光刻膠上，進(jìn)行曝光，在曝光過(guò)程中連續(xù)移動(dòng)掩模；⑤顯影，堅(jiān)膜。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種面型保真度高,可刻蝕深度大的制作連續(xù)深浮雕微透鏡陣列的方法。本發(fā)明通過(guò)刻蝕深度和刻蝕口徑計(jì)算所要刻蝕的微透鏡陣列浮雕的剖面圖,并根據(jù)刻蝕深度－曝光量的關(guān)系對(duì)獲得的掩模單元圖形進(jìn)行優(yōu)化,由優(yōu)化后的掩模圖形進(jìn)行曝光、顯影、堅(jiān)膜,完成微透鏡陣列的制作。本發(fā)明能在刻蝕深度比較大的情況下,高保真地將掩模圖形傳遞到光刻膠上,制作的微透鏡陣列的浮雕深度比現(xiàn)有技術(shù)提高六倍。
文檔編號(hào)G02B3/08GK1385715SQ0110843
公開(kāi)日2002年12月18日 申請(qǐng)日期2001年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月16日
發(fā)明者董小春, 杜春雷, 潘麗 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所