一种基于数字微透镜器件的多聚焦透镜阵列制作方法技术

本发明专利技术公开了一种基于数字微透镜器件的多聚焦透镜阵列制作方法，涉及光刻技术领域；制作过程包括以下步骤，步骤一：准备制作多聚焦透镜阵列的灰度图，并将灰度图写入到DMD中；步骤二：根据写入到DMD中的多聚焦透镜阵列灰度图，对硅片曝光，将多聚焦透镜阵列写入到硅片上，并且将曝光后的光刻胶显影；步骤三：将写入到硅片上的微透镜阵列烘烤定型；步骤四：采用PDMS膜在硅片上倒模；步骤五：将倒模后的多聚焦透镜阵列烘烤成型；步骤六：对制作的多聚焦透镜阵列进行光学分析，判断其是否合格。本发明专利技术的多聚焦透镜阵列制作方法的制作工艺简单、效率高、成本低，采用数字编码灰度掩膜，避免了掩膜的对准误差，提高了多聚焦透镜阵列的制作质量。制作质量。制作质量。

A fabrication method of multi focus lens array based on digital microlens device

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字微透镜器件的多聚焦透镜阵列制作方法


[0001]本专利技术涉及光刻
，尤其涉及一种基于数字微透镜器件的多聚焦透镜阵列制作方法。

技术介绍

[0002]近年来，基于数字微透镜器件(Digital Micro
‑
Mirror Device，DMD)阵列的光学系统由于其具有体积小、变换方式灵活、重量轻、视场大等多种优点，在光电子、医疗、数字显示、3D打印以及三维成像系统等领域得到了广泛应用。在三维显示的集成成像系统中，具有不同焦距的微透镜阵列可以在不同的物距下极大地提高视场的景深，获得清晰的图像。
[0003]目前，制造微透镜阵列的方法主要有三维电子束光刻、纳米球光刻、超精密加工技术、飞秒激光诱导双光子聚合技术、滴液法、喷墨印刷技术、热回流法和灰阶掩模光刻等；上述方法存在操作工艺复杂、制作效率低、成本高等问题；在采用物理掩膜光刻过程中，还存在掩膜图案易磨损和掩膜对准误差问题，导致微透镜阵列产生制作误差，影响三维成像效果；在采用二值掩模光刻过程中，还会因多次曝光而造成累计误差，影响微透镜阵列的制作质量。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的之一至少在于，针对如何克服上述现有技术存在的问题，提供一种基于数字微透镜器件的多聚焦透镜阵列制作方法，根据灰度值与光刻胶曝光深度的关系，计算设计的多聚焦透镜阵列中每个微透镜的像素点高度对应的灰度值，形成多聚焦透镜阵列的灰度图，并将其写入到DMD中，形成灰度编码数字掩膜，能够避免产生掩膜对准误差以及在光刻过程中多次曝光而产生的累计误差，提高多聚焦微透镜阵列的制作质量，提高制作效率，降低生产成本。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案包括以下各方面。
[0006]一种基于数字微透镜器件的多聚焦透镜阵列制作方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一：准备制作多聚焦透镜阵列的灰度图，并将灰度图写入到DMD中；
[0008]步骤二：根据写入到DMD中的多聚焦透镜阵列灰度图，对硅片曝光，将多聚焦透镜阵列写入到硅片上，并且将曝光后的光刻胶显影；
[0009]步骤三：将写入到硅片上的微透镜阵列烘烤定型；
[0010]步骤四：采用PDMS膜在硅片上倒模；
[0011]步骤五：将倒模后的多聚焦透镜阵列烘烤成型。
[0012]优选地，步骤一中：先选定固定的曝光时间与曝光强度，绘制工艺曲线；再通过绘制的工艺曲线分析图案灰度与光刻胶曝光深度的关系，根据分析结果计算设计的多聚焦透镜阵列结构上每个像素的高度，并将其转化为灰度信息，进而得到多聚焦透镜阵列的灰度图。
[0013]优选地，绘制工艺曲线过程包括：
[0014]a：控制工艺参数；所述工艺参数包括：曝光当量、曝光时间、曝光所用硅片尺寸、光刻胶种类、显影液、甩胶机器的低转数和高转数、甩胶机器分别在低转数和高转数下的运行时间、烘烤时间以及烘烤温度；
[0015]b：寻找焦面；寻找焦面过程分为粗调焦、中调焦和精调焦三个环节；
[0016]c：拟合工业曲线；确定焦面位置后，对不同的灰度值进行曝光，采用台阶仪测量经过曝光后的光刻胶曝光深度，并根据曝光深度拟合出工艺曲线；根据拟合的工艺曲线得出灰度值与曝光深度的关系。
[0017]进一步地，所述粗调焦包括：先调出一个需要曝光的图形，将其灰度值写入DMD中，采用光刻系统进行曝光，并采用紫外强度计和电感仪初步寻找光刻系统的焦面；将紫外强度计和电感仪的探头放在载物台上，手动旋转载物台，通过紫外强度计的数据变换结果确定电感仪的读数范围，得到载物台高度方向的位移；选取读数范围内的多个位移值作为测量位置，并将其作为第一组数据，在选取的每个测量位置处将载物台沿x或y方向移动，对硅片多次曝光，将每个测量位置的曝光图形显影后，采用电子显微镜观测曝光图形的清晰度，得到曝光图形较为清晰的测量位置范围；
[0018]所述中调焦包括：在粗调焦得到的光刻图形较为清晰的测量位置范围内，选取多个测量位置作为第二组数据，在第二组数据中的每个测量位置处曝光并显影，采用电子显微镜观测曝光图形的清晰度，得到曝光图形较为清晰的测量位置范围；
[0019]所述精调焦包括：以中调焦得到的曝光图形较为清晰的测量位置范围为基础，更换曝光图形，选取多个测量位置作为第三组数据，在第三组数据中的每个测量位置处曝光并显影，采用电子显微镜观测曝光图形的清晰度，得到曝光图形较为清晰的测量位置范围，在测量位置范围内选择一个测量位置作为焦面位置。
[0020]优选地，根据设计的多聚焦透镜阵列结构，结合灰度值与光刻胶的曝光深度，通过软件模拟得出的灰度图，并将其写入到DMD中，得到灰度编码数字掩膜。
[0021]优选地，设计的多聚焦透镜阵列结构包括5个弦长不同、矢高相同的球体，5个球体呈梅花形排布。
[0022]优选地，所述步骤二中，对多聚焦透镜阵列同时曝光，或者在单个微透镜曝光完成后，依次对其余微透镜曝光，直至所有微透镜曝光完成。
[0023]优选地，在对多聚焦透镜阵列同时曝光过程中，根据写入到DMD中的灰度图，一次性控制DMD中对应位置微透镜的旋转角度，对所有微透镜一次性曝光；或者多次控制DMD中对应位置微透镜的旋转角度，多次对光刻胶曝光，每曝光一次，光刻胶下降一定的深度，从而在光刻胶中形成多聚焦透镜阵列的轮廓。
[0024]优选地，在依次对微透镜曝光过程中，在其中一个微透镜一次性曝光完成后，微移载物台，依次对其余微透镜一次性曝光，直至所有微透镜曝光完成；或者在其中一个微透镜多次曝光完成后，微移载物台，依次对其余微透镜多次曝光，直至所有微透镜曝光完成。
[0025]优选地，进一步步骤六：对制作的多聚焦透镜阵列进行光学分析，判断其是否合格；其中，先采用台阶仪扫描制作的多聚焦透镜阵列轮廓，判断其轮廓是否合格，再采用制作的多聚焦透镜阵列搭建光学检测系统，检测多聚焦透镜阵列的成像效果。
[0026]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0027]根据灰度值与光刻胶曝光深度的关系，计算设计的多聚焦透镜阵列中每个微透镜
的像素点高度对应的灰度值，形成多聚焦透镜阵列的灰度图，并将其写入到DMD中，形成灰度编码数字掩膜，能够避免使用物理掩膜多次对准的对准误差，还能够避免二值掩膜因多次曝光造成的累计积累误差，提高多聚焦透镜阵列的制作质量、制作效率。
[0028]通过绘制工艺曲线，根据绘制的工艺曲线得到灰度值与光刻胶曝光深度的关系，结合工艺曲线逐点修正设计的多聚焦透镜阵列中的球体，能够提高多聚焦透镜阵列的制作质量。
[0029]在制作过程中，可根据制作要求，调整灰度编码数字掩膜的灰度值，制作过程灵活；并且只用移动载物台，就可制作多个多聚焦透镜阵列，进一步提高了制作效率。
附图说明
[0030]图1是本专利技术示例性实施例的多聚焦透镜阵列的光刻系统示意图。
[0031]图2是本专利技术示例性实施例的多聚焦透镜阵列的制作流程图。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数字微透镜器件的多聚焦透镜阵列制作方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：准备制作多聚焦透镜阵列的灰度图，并将灰度图写入到DMD中；步骤二：根据写入到DMD中的多聚焦透镜阵列灰度图，对硅片曝光，将多聚焦透镜阵列写入到硅片上，并且将曝光后的光刻胶显影；步骤三：将写入到硅片上的微透镜阵列烘烤定型；步骤四：采用PDMS膜在硅片上倒模；步骤五：将倒模后的多聚焦透镜阵列烘烤成型。2.根据权利要求1所述的多聚焦透镜阵列制作方法，其特征在于，所述步骤一中：先选定固定的曝光时间与曝光强度，绘制工艺曲线；再通过绘制的工艺曲线分析图案灰度与光刻胶曝光深度的关系，根据分析结果计算设计的多聚焦透镜阵列结构上每个像素的高度，并将其转化为灰度信息，进而得到多聚焦透镜阵列的灰度图。3.根据权利要求2所述的多聚焦透镜阵列制作方法，其特征在于，所述绘制工艺曲线过程包括：a：控制工艺参数；所述工艺参数包括：曝光当量、曝光时间、曝光所用硅片尺寸、光刻胶种类、显影液、甩胶机器的低转数和高转数、甩胶机器分别在低转数和高转数下的运行时间、烘烤时间以及烘烤温度；b：寻找焦面；寻找焦面过程分为粗调焦、中调焦和精调焦三个环节；c：拟合工业曲线；确定焦面位置后，对不同的灰度值进行曝光，采用台阶仪测量经过曝光后的光刻胶曝光深度，并根据曝光深度拟合出工艺曲线；根据拟合的工艺曲线得出灰度值与曝光深度的关系。4.根据权利要求3所述的多聚焦透镜阵列制作方法，其特征在于，所述粗调焦包括：先调出一个需要曝光的图形，将其灰度值写入DMD中，采用光刻系统进行曝光，并采用紫外强度计和电感仪初步寻找光刻系统的焦面；将紫外强度计和电感仪的探头放在载物台上，旋转载物台，通过紫外强度计的数据变换结果确定电感仪的读数范围，得到载物台高度方向的位移；选取读数范围内的多个位移值作为测量位置，并将其作为第一组数据，在选取的每个测量位置处将载物台沿x或y方向移动，对硅片多次曝光，将每个测量位置的曝光图形显影后，采用电子显微镜观测曝光图形的清晰度，得到曝光图形较为清晰的测量位置范围；所述中调焦包括：在粗调焦得到的光刻图形较为清晰的测量位置范围内，选取多个测量位置作为第...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡常安，欧阳红梅，吕菲，
申请(专利权)人：中国测试技术研究院机械研究所，
类型：发明
国别省市：