微透镜阵列的光刻胶热熔制作技术

　　随着科学技术的飞速发展,当前的仪器设备已朝着光、机、电集成的趋势发展。利用传统方法制造出来的光学元件不仅制造工艺复杂,而且制造出来的光学元件尺寸大、重量大,已不能满足当今科技发展的需要。微光学技术所制造出的光学元件以其体积小、重量轻、便于集成化、阵列化等优点,已成为新的发展方向。微透镜阵列是一种目前应用得十分广泛的微光学元件,它被广泛地应用于光束整形[1, 2]、光学器件互连[3]、三维成像[4]等领域。目前,用于制作微透镜阵列的方法有离子交换法[5]、光敏玻璃热成形法[6-8]、光刻胶热熔法[9]、光电反应刻蚀法[10]、聚焦离子束刻蚀与沉积法[11]、化学气象沉积法[12]等方法。由于光刻胶热熔法具有制作周期短、制作成本低、效率高等优点,因而成为研究的热点。本文介绍了光刻胶热熔法制作微透镜阵列的原理、工艺流程、关键技术并给出了实验结果。

　　1　微透镜阵列的设计与制作

　　利用光刻胶热熔法制作微透镜阵列的原理如图1所示,在基片上涂上一定厚度的光刻胶,在圆形阵列的掩模下进行紫外曝光,显影后便得到圆柱阵列光刻胶结构,将光刻胶加热至熔融状态,其表面张力将圆柱形结构转变成光滑的球冠状结构,这样便得到了光刻胶构成的微透镜阵列。

　　制作微透镜阵列之前,要根据现有的条件及要求进行理论计算,然后根据计算结果进行制作。

　　利用光刻胶热熔法制作微透镜阵列的制作工艺主要包括基片预处理、涂胶、前烘、曝光、显影、熔化、检测、图案转移等过程。

　　1·1　微透镜阵列的设计(理论计算)

　　设曝光后圆柱的底面直径(即掩模板直径)为D、高度(即涂胶厚度)为t,融化后球冠曲率半径为R、球冠高度为h,如图2所示。假设融化后,球冠的体积(V2=πH2R-π3H3)变为圆柱体积(V1=π4D2t)的k倍,即V2=kV1,则可求出为制作此微透镜阵列所需涂胶的厚度t,

　　即在所需制作的参数(D、T)及掩模板确定的前提下,涂胶厚度是唯一确定的,可由公式(1)计算。透镜的焦距可由公式(2)求出,其中μ为光刻胶的折射率。