一种柔性制作曲面仿生复眼结构的方法技术

本发明专利技术公开了一种柔性制作曲面仿生复眼结构的方法，步骤如下：在衬底上旋涂三层正性光刻胶，其中底层和顶层的光刻胶为AZ4620光刻胶，中间层为S1813光刻胶；进行两次无掩膜曝光，第一次完全曝透三层光刻胶，第二次只曝透中间层和顶层的光刻胶；显影得到初步的多级结构；连续进行两次热回流工艺处理，第一次普通热回流得到复眼大透镜结构，第二次倒置非接触式热回流得到复眼大透镜上分布的小透镜阵列结构。本发明专利技术具有工艺操作简单、加工周期短、成本低以及形状可控等优点，能够很好的满足大视场成像的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学仿生领域，特别涉及一种柔性制作曲面仿生复眼结构的方法。
技术介绍
仿生复眼具有体积小、重量轻、视场大、灵敏度高、可测速等优点，在国防军事及民用工业中有着广泛的应用。对于视场角大于平面型仿生复眼的曲面仿生复眼来说，目前制作曲面仿生复眼结构主要方法有超精密加工技术、曲面光刻法以及双光子飞秒激光直写技术等。其中超精密加工技术由于其设备成本高、操作要求高，且对于加工的尺寸有一定的限制，一般不超过微米级。曲面光刻法一般包括液滴法和灰阶掩膜光刻法，对于液滴法由于液滴工艺精度的限制，单个透镜尺寸很难达到1毫米以下；而对于灰阶掩膜光刻法，虽然理论上可以制作出小尺寸的透镜结构，但是该方法在曲面灰阶掩膜版设计时复杂，制作成本较高。目前应用较广的双光子飞秒激光直写技术，虽然加工尺寸不受限，可以达到纳米级精度，但是其设备成本较高，加工效率较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供了一种柔性制作曲面仿生复眼结构的方法，避免了直接在曲面基底上制作小眼透镜的复杂性，通过利用DMD无掩膜光刻技术可以简单方便的生成各种小眼图形结构，以及利用两种光刻胶玻璃软化温度(Tg)的差异进行热回流处理，该方法具有工艺操作简单、加工周期短、成本低以及形状可控等优点，能够很好的满足大视场成像的要求。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种柔性制作曲面仿生复眼结构的方法，主要通过DMD无掩膜光刻技术和分级热回流技术来完成，具体为：步骤1：在衬底上旋涂三层两种不同厚度的光刻胶，底层和顶层是第一种光刻胶，中间层是玻璃软化温度Tg至少高于第一种几十摄氏度以上的另外一种光刻胶；其中，底层厚度要比顶层厚度至少高于一个数量级，顶层在几微米以下，底层在几十微米以上，作为缓冲中间层的厚度很薄，在1～2微米范围；步骤2：采用微光学加工技术中的数字微镜器件(DMD)无掩膜光刻技术，进行两次无掩膜曝光，第一次完全曝透三层光刻胶，第二次只曝透中间层和顶层的光刻胶；步骤3：显影得到底层微柱图形以及顶层和中间层的微柱或正六棱柱图形阵列；步骤4：连续进行两次热回流工艺处理，第一次普通热回流得到复眼大透镜结构，其底面直径范围为几百微米到1.5毫米；第二次倒置非接触式热回流得到复眼大透镜上分布的小透镜阵列结构，其底面直径范围为20微米到100微米。所述底层和顶层的光刻胶为AZ4620光刻胶，中间层为S1813光刻胶。所述步骤1的衬底采用硅、石英玻璃中的任意一种。所述步骤1的底层光刻胶能够充分回流时，其厚度与底层微柱图形直径成正比关系，要尽量高于所需复眼大透镜尺寸下的临界厚度，即要大于1/10倍复眼大透镜底面半径尺寸。所述步骤2的两次曝光掩膜图形为虚拟数字掩膜图形，替代了传统的物理掩膜版图形，从而避免了掩膜板的设计和制作；第一次曝光掩膜图形为圆形阵列，第二次掩模图形为圆形、正四边形、正六边形中的任意一种。所述步骤3中显影时，显影液采用碱性显影液；显影时间为2-8分钟。所述碱性显影液为AZ 400K(1:4)、TMAH中的任意一种。所述步骤4中，第一次热回流的温度等于或稍高于玻璃软化温度Tg，使得热回流温度维持在Tg到Tg+5℃范围之间；第二次倒置非接触式热回流光刻胶与热板的间隙在0.5毫米到1毫米范围，太大或太小都会导致回流效果变差。所述步骤4中，第一次热回流和第二次热回流的时间分别是5分钟以内和1分钟以内范围。本专利技术的技术效果体现在：通过专利技术制作出的曲面复眼结构具有体积小、重量轻(由于是微米级的加工，区别于宏观的复眼结构加工，所以体积和重量自然很小的，一般很少提及具体范围)、成本低、结构可控及制作工艺简单等特点。由于本专利技术中，主要采用微光学加工技术，可以突破超精密加工等技术的的尺寸限制，实现了体积小、重量轻的优势。由于专利技术中，两次无掩膜图形的曝光采用的是数字微镜器件(DMD)无掩膜光刻技术，可以方便快速的设计出所需的透镜掩膜图形，避免了物理掩膜板的制作，实现了成本低、结构可控的优势。由于专利技术中，最终复眼透镜的形成主要是通过两次热回流技术来完成的，实现了制作工艺简单的优势。附图说明图1为本专利技术制作方法的流程图；图2为本专利技术制作工艺示意图；图3为本专利技术无掩膜光刻加工装置示意图；图4为本专利技术仿生复眼大透镜掩膜图形。图5为本专利技术仿生复眼小透镜掩膜图形。图中：1-硅衬底，2-AZ4620光刻胶，3-S1813光刻胶，4-第二次曝光的小圆柱，5-第一次曝光的大圆柱，6-热板，7-复眼的大透镜，8-垫片，9-复眼的小透镜10-高压汞灯，11-液体光导管，12-光线准直适配器，13-DMD芯片，14-筒镜，15-分光棱镜，16-CCD相机，17-计算机，18-反射镜，19-投影显微镜头，20-X,Y轴可移动平台。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做一步详细说明。如图1所示，本专利技术曲面仿生复眼结构的制作方法，具体为：步骤1在衬底上旋涂三层正性光刻胶，其中底层和顶层的光刻胶为AZ4620光刻胶，中间层为S1813光刻胶；步骤2进行两次无掩膜曝光，第一次完全曝透三层光刻胶，第二次只曝透中间层和顶层的光刻胶；步骤3显影得到初步的多级结构；步骤4连续进行两次热回流工艺处理，第一次普通热回流得到大眼透镜结构，第二次倒置非接触式热回流得到大眼透镜上分布的小眼透镜阵列结构。所述步骤1的衬底采用硅、石英玻璃中的任意一种；所述步骤1的底层AZ4620光刻胶能够充分回流时，其厚度与成型透镜直径成正比关系，要尽量高于所需透镜尺寸下的临界厚度；所述步骤2的第一次曝光掩膜图形为圆形阵列，第二次掩模图形可以为圆形、正四边形、正六边形中的任意一种；所述步骤2的两次曝光是在DMD无掩膜曝光平台上完成的，可以方便快速的完成所需掩膜图形的曝光；所述步骤3所用碱性显影液为AZ400K(1:4)、TMAH中的任意一种；所述步骤4的第一次热回流的温度要等于或稍高于玻璃软化温度(Tg)，使其在5℃以内。而第二次热回流光刻胶与热板的间隙为1毫米，太大或太小都会导致回流效果变差；下面给出一个实施例：本实施例包括：曲面基底球面曲率直径为500微米，厚度为40微米，曲面基底上的小透镜直径为20微米，厚度为10微米，该实施例制作得到的曲面复眼结构如图2中(d)所示。本实施例通过以下步骤进行制作：第一步：在衬底上旋涂三层正性光刻胶。清洗并干燥硅衬底(1)，在衬底上分别旋涂三层正性光刻胶，其中底层和顶层的光刻胶为AZ4620光刻胶(2)，中间层为S1813光刻胶(3)。且底层的厚度为34微米，顶层厚度为6.5微米，中间的厚度为1.5微米，对于底层的光刻胶采用两次旋涂来得到胶厚的胶层。第二步：连续进行两次无掩膜图形曝光，掩膜图形分别如图4大透镜阵列图形和图5小透镜阵列图形所示。其中图4显示的是直径为500微米的大透镜阵列，图5是直径为20微米的小透镜阵列。利用如图3的曝光平台来进行连续曝光，相应的曝光波长为365纳米，曝光剂量分别是1260毫焦每平方厘米和250毫焦每平方厘米。在该曝光剂量下，第一次完全曝透三层光刻胶，第二次只曝透中间层和顶层的光刻胶；第三步：显影得到初步的多级结构，形成如图2中的大圆柱体5和小圆柱体4。所用显影液为AZ400K(1:4)碱性显影液，显影时长为5分钟。第四步：连续进行两次热回流工艺处理。通过在热板6第一次本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性制作曲面仿生复眼结构的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：在衬底上旋涂三层两种不同厚度的光刻胶，底层和顶层是第一种光刻胶，中间层是玻璃软化温度Tg至少高于第一种几十摄氏度以上的另外一种光刻胶；其中，底层厚度要比顶层厚度至少高于一个数量级，顶层在几微米以下，底层在几十微米以上，作为缓冲中间层的厚度很薄，在1～2微米范围；步骤2：采用微光学加工技术中的数字微镜器件(DMD)无掩膜光刻技术，进行两次无掩膜曝光，第一次完全曝透三层光刻胶，第二次只曝透中间层和顶层的光刻胶；步骤3：显影得到底层微柱图形以及顶层和中间层的微柱或正六棱柱图形阵列；步骤4：连续进行两次热回流工艺处理，第一次普通热回流得到复眼大透镜结构，其底面直径范围为几百微米到1.5毫米；第二次倒置非接触式热回流得到复眼大透镜上分布的小透镜阵列结构，其底面直径范围为20微米到100微米。

【技术特征摘要】
1.一种柔性制作曲面仿生复眼结构的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：在衬底上旋涂三层两种不同厚度的光刻胶，底层和顶层是第一种光刻胶，中间层是玻璃软化温度Tg至少高于第一种几十摄氏度以上的另外一种光刻胶；其中，底层厚度要比顶层厚度至少高于一个数量级，顶层在几微米以下，底层在几十微米以上，作为缓冲中间层的厚度很薄，在1～2微米范围；步骤2：采用微光学加工技术中的数字微镜器件(DMD)无掩膜光刻技术，进行两次无掩膜曝光，第一次完全曝透三层光刻胶，第二次只曝透中间层和顶层的光刻胶；步骤3：显影得到底层微柱图形以及顶层和中间层的微柱或正六棱柱图形阵列；步骤4：连续进行两次热回流工艺处理，第一次普通热回流得到复眼大透镜结构，其底面直径范围为几百微米到1.5毫米；第二次倒置非接触式热回流得到复眼大透镜上分布的小透镜阵列结构，其底面直径范围为20微米到100微米。2.根据权利要求1所述的柔性制作曲面仿生复眼结构的方法，其特征在于：所述底层和顶层的光刻胶为AZ4620光刻胶，中间层为S1813光刻胶。3.根据权利要求1所述的柔性制作曲面仿生复眼结构的方法，其特征在于：所述步骤1的衬底采用硅、石英玻璃中的任意一种。4.根据权利要求1所述的柔性制作曲面仿生复眼结构的方法，其特征在于：所述步骤1的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李木军，黄胜洲，沈连婠，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34