一种基于三维光刻胶掩膜快速修正光学基底均匀性的方法技术

本发明专利技术提供了一种基于三维光刻胶掩膜快速修正光学基底均匀性的方法。包括：三维光刻胶掩膜制作和均匀刻蚀减薄。工作流程为第一步首先进行光学基底初始均匀性测试，然后在光学基底表面完成光刻胶涂层厚度分布测试，接着进行光刻去除量分布设计、灰度紫外曝光、显影与后烘形成三维光刻胶掩膜。第二步均匀刻蚀减薄首先是刻蚀去除量分布设计和等离子体工艺参数优化，经过刻蚀减薄中间状态获得均匀光学基底。该方法克服了传统技术不兼容柔性薄膜光学材料、成本高、效率低的问题，实现兼容柔性薄膜光学材料的高效率光学基底加工。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维光刻胶掩膜快速修正光学基底均匀性的方法
本专利技术属于光学表面加工领域，具体涉及一种基于三维光刻胶掩膜快速修正光学基底均匀性的方法。
技术介绍
在均匀光学基底的加工技术上，普遍采用磁流变抛光或离子束抛光的工艺技术路线。磁流变抛光工艺无法加工柔性薄膜光学材料，且径厚比不得低于一定数值。离子束抛光工艺无法兼容柔性薄膜光学材料，且加工后的光学基底表面具有较大的高频粗糙度，在光学应用中会造成较大的能量损失。无论是磁流变还是离子束，单点扫描的加工方式决定了随着口径增大加工周期呈指数增长，都存在成本高、效率低的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为：克服传统技术不兼容柔性薄膜光学材料、成本高、效率低的问题，实现兼容柔性薄膜光学材料的高效率光学基底加工，本专利技术提供一种基于三维光刻胶掩膜快速修正光学基底均匀性的方法。本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案是：一种基于三维光刻胶掩膜快速修正光学基底均匀性的方法，其工作流程是第一步首先进行光学基底初始均匀性测试1，然后在光学基底表面完成光刻胶涂层厚度分布测试2，接着进行光刻去除量分布设计3、灰度紫外曝光4、显影与后烘5形成三维光刻胶掩膜；第二步均匀刻蚀减薄首先是刻蚀去除量分布设计6和等离子体工艺参数优化7，经过刻蚀减薄中间状态8获得均匀光学基底9。进一步地，所述的光学基底初始均匀性测试1是标定光学基底的初始厚度分布，光学基底材料包括但不限于石英玻璃等刚性光学材料、聚酰亚胺薄膜等柔性光学材料，对于较厚的光学材料可以利用平面干涉仪测试光学基底的透射波前，计算出光学基底的厚度分布，对于较薄的光学材料，既可以采用平面干涉仪测透射波前计算厚度分布，也可以直接采用膜厚仪测试厚度分布。进一步地，所述的光刻胶涂层厚度分布测试2是测试在光学基底表面涂覆的光刻胶层厚度及厚度分布，采用正性光刻胶，包括但不限于AZ3100、AZ1500、AZ4526型号产品，胶厚1-10μm可调，对于小口径光学基底或形状对称的光学基底，一般采用匀胶机进行离心旋涂，对于大口径光学基底或不规则光学基底，也可采用刮涂机进行光刻胶涂覆，光刻胶涂覆后通常需要前烘，即对光刻胶层加热去除多余溶剂，一般采用烘箱或热板进行前烘，利用膜厚仪测试光刻胶厚度分布，厚度测试精度一般优于1‰。进一步地，所述的光刻去除量分布设计3是根据光学基底初始均匀性、光刻胶涂层厚度分布以及三维光刻胶掩膜的目标厚度分布，计算出光刻胶层所需的去除量分布，根据光刻去除量分布结合曝光工艺经验参数，拟合曝光量分布函数。进一步地，所述的灰度紫外曝光4是利用设计好的曝光量分布函数对光刻胶层进行可调剂量曝光。曝光方法包括但不限于激光直写曝光、数字无掩膜曝光、移动掩膜曝光和灰度掩膜曝光，最终的效果是使得光刻胶层感光深度的分布符合光刻去除量分布设计。进一步地，所述的显影与后烘5是利用显影液洗去已感光的光刻胶部分，留下未感光的光刻胶部分并后烘进一步去除光刻胶残留溶剂。显影液包括但不限于KOH、NaOH、TMAH稀溶液，显影是利用已感光和未感光的光刻胶在特定溶液里的溶解速率差，实现光刻胶局部去除的对比度，后烘是对残留光刻胶层进行加热去除多余溶剂，一般采用烘箱或热板进行后烘，剩余的光刻胶层形成了三维光刻胶掩膜。进一步地，所述的刻蚀去除量分布设计6是根据光学基底初始均匀性、三维光刻胶掩膜厚度分布以及光学基底的目标均匀性，计算出剩余材料所需的去除量分布。进一步地，所述的等离子体工艺参数优化7是根据光学基底材料和光刻胶材料的特定组合，筛选优化反应气体的组成及配比，反应气体包括但不限于O2、N2、Ar、CHF3、SF6、CF4，尽可能使得混合反应气体对光刻胶和光学基底具有相同的刻蚀速率，如果无法实现这一目标，需要确定光刻胶和光学基底的刻蚀速率比，并代入光刻去除量分布设计。进一步地，所述的刻蚀减薄中间状态8是三维光刻胶掩膜还未完全去除时的状态，当光刻胶和光学基底的刻蚀速率比为1时，剩余材料的表面面形与三维光刻胶掩膜的表面面形完全一致，当光刻胶和光学基底的刻蚀速率比不为1时，剩余材料的表面面形与三维光刻胶掩膜的表面面形不一致。刻蚀过程可以连续，也可以分段。进一步地，所述的均匀光学基底9是刻蚀去除完成后最终获得的光学基底，此时三维光刻胶掩膜被全部去除，光学基底的多余材料也被去除，留下的光学基底具备较好的厚度均匀性。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术可以实现对大径厚比的石英基板进行面形控制，获得大口径超薄的石英窗口。(2)本专利技术可以实现对柔性基底的光学抛光，获得大口径薄膜光学基底。(3)本专利技术可以提高面形控制效率，避免多次加工检测的迭代，实现一次性面形修正。附图说明图1为三维光刻胶掩膜制作方法示意图；图2为均匀刻蚀减薄方法示意图；图中：1为光学基底初始均匀性测试；2为光刻胶涂层厚度分布测试；3为光刻去除量分布设计；4为灰度紫外曝光；5为显影与后烘；6为刻蚀去除量分布设计；7为等离子体工艺参数优化；8为刻蚀减薄中间状态；9为均匀光学基底。具体实施方式下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本专利技术。如图1-2所示，一种基于三维光刻胶掩膜快速修正光学基底均匀性的方法，包括两大步，三维光刻胶掩膜制作和均匀刻蚀减薄。具体包括光学基底初始均匀性测试、光刻胶涂层厚度分布测试、光刻去除量分布设计、灰度紫外曝光、显影与后烘、刻蚀去除量分布设计、等离子体工艺参数优化、刻蚀减薄中间状态、均匀光学基底。所述的光学基底初始均匀性测试是标定光学基底的初始厚度分布。光学基底材料包括但不限于石英玻璃等刚性光学材料、聚酰亚胺薄膜等柔性光学材料。对于较厚的光学材料可以利用平面干涉仪测试光学基底的透射波前，计算出光学基底的厚度分布。对于较薄的光学材料，既可以采用平面干涉仪测透射波前计算厚度分布，也可以直接采用膜厚仪测试厚度分布。所述的光刻胶涂层厚度分布测试是测试在光学基底表面涂覆的光刻胶层厚度及厚度分布。采用正性光刻胶，包括但不限于AZ3100、AZ1500、AZ4526等型号产品，胶厚1-10μm可调。对于小口径光学基底或形状对称的光学基底，一般采用匀胶机进行离心旋涂，对于大口径光学基底或不规则光学基底，也可采用刮涂机进行光刻胶涂覆。光刻胶涂覆后通常需要前烘，即对光刻胶层加热去除多余溶剂，一般采用烘箱或热板进行前烘。利用膜厚仪测试光刻胶厚度分布，厚度测试精度一般优于1‰。所述的光刻去除量分布设计是根据光学基底初始均匀性、光刻胶涂层厚度分布以及三维光刻胶掩膜的目标厚度分布，计算出光刻胶层所需的去除量分布。根据光刻去除量分布结合曝光工艺经验参数，拟合曝光量分布函数。所述的灰度紫外曝光是利用设计好的曝光量分布函数对光刻胶层进行可调剂量曝光。曝光方法包括但不限于激光直写曝光、数字无掩膜曝光、移动掩膜曝光和灰度掩膜曝光。最终的效果是使得光刻胶层感光深度的分布符合光刻去除量分布设计。所述的显影与后烘是利用显影液洗去已感光的光刻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三维光刻胶掩膜快速修正光学基底均匀性的方法，其特征在于，所述的方法工作流程是：第一步首先进行光学基底初始均匀性测试(1)，然后在光学基底表面完成光刻胶涂层厚度分布测试(2)，接着进行光刻去除量分布设计(3)、灰度紫外曝光(4)、显影与后烘(5)形成三维光刻胶掩膜；第二步均匀刻蚀减薄首先是刻蚀去除量分布设计(6)和等离子体工艺参数优化(7)，经过刻蚀减薄中间状态(8)获得均匀光学基底(9)。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于三维光刻胶掩膜快速修正光学基底均匀性的方法，其特征在于，所述的方法工作流程是：第一步首先进行光学基底初始均匀性测试(1)，然后在光学基底表面完成光刻胶涂层厚度分布测试(2)，接着进行光刻去除量分布设计(3)、灰度紫外曝光(4)、显影与后烘(5)形成三维光刻胶掩膜；第二步均匀刻蚀减薄首先是刻蚀去除量分布设计(6)和等离子体工艺参数优化(7)，经过刻蚀减薄中间状态(8)获得均匀光学基底(9)。


2.据权利要求1所述的基于三维光刻胶掩膜快速修正光学基底均匀性的方法，其特征在于，所述的光学基底初始均匀性测试(1)是标定光学基底的初始厚度分布，光学基底材料包括但不限于石英玻璃等刚性光学材料、聚酰亚胺薄膜等柔性光学材料，对于较厚的光学材料可以利用平面干涉仪测试光学基底的透射波前，计算出光学基底的厚度分布，对于较薄的光学材料，既可以采用平面干涉仪测透射波前计算厚度分布，也可以直接采用膜厚仪测试厚度分布。


3.据权利要求1所述的基于三维光刻胶掩膜快速修正光学基底均匀性的方法，其特征在于，所述的光刻胶涂层厚度分布测试(2)是测试在光学基底表面涂覆的光刻胶层厚度及厚度分布，采用正性光刻胶，包括但不限于AZ3100、AZ1500、AZ4526型号产品，胶厚1-10μm可调，对于小口径光学基底或形状对称的光学基底，一般采用匀胶机进行离心旋涂，对于大口径光学基底或不规则光学基底，也可采用刮涂机进行光刻胶涂覆，光刻胶涂覆后通常需要前烘，即对光刻胶层加热去除多余溶剂，一般采用烘箱或热板进行前烘，利用膜厚仪测试光刻胶厚度分布，厚度测试精度一般优于1‰。


4.据权利要求1所述的基于三维光刻胶掩膜快速修正光学基底均匀性的方法，其特征在于，所述的光刻去除量分布设计(3)是根据光学基底初始均匀性、光刻胶涂层厚度分布以及三维光刻胶掩膜的目标厚度分布，计算出光刻胶层所需的去除量分布，根据光刻去除量分布结合曝光工艺经验参数，拟合曝光量分布函数。


5.据权利要求1所述的基于三维光刻胶掩膜快速修正光学基底均匀性的方法，其特征在于，所述的灰度紫外曝光(4)是利用设计好的曝光量分布函数对光刻胶层进行可调剂量曝光，曝光方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：高国涵，李志炜，雷柏平，杜俊峰，边疆，吴时彬，汪利华，石恒，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51