【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学器件微纳加工，尤其涉及一种阵列式级联微透镜组的制备方法、阵列化曝光装置及应用。
技术介绍
1、随着摩尔定律的不断发展，光学和半导体器件都对集成度、精度和稳定性提出了更高的需求，与此同时，微透镜已经成为光通信和光伏等领域不可或缺的一部分。微透镜的主要作用是对光束进行整形（如匀光、准直、像差矫正等功能），但为了实现这些功能，往往是采用多个透镜组合使用的方式（如thorlabs公司提供的微透镜激光匀化方法是由两个平凸透镜和一个微透镜阵列组成的）来实现光束整形功能，这类方法对器件集成度和精度有着极为苛刻的要求，严重影响器件应用，而高端的m×n阵列式级联微透镜组的制作难度较高，且良率较低。
2、具体的，一些现有技术采用激光直写的工艺方法，在基板上制作单或多层柱状光刻胶阵列，通过改变曝光剂量使阵列中柱状光刻胶的高度和形貌按一定规律排布，通过升温、降温过程使柱状光刻胶阵列回流成微透镜的技术方案，然而激光直写工艺的设备成本和工艺成本较大，工艺复杂导致良率低下，不利于阵列式级联微透镜组的广泛应用。
3、另一些现有技术采用超表面掩模紧贴光刻胶面，采用紫外波段下的线偏振光入射超表面掩模，在超表面掩模下方对应的光刻胶区域上进行曝光；移动超表面掩模，在光刻胶的其他区域上进行曝光，直至在光刻胶所需区域上都完成曝光；之后对涂有光刻胶的基底进行显影，显影后在曝光过的光刻胶上形成微透镜阵列结构的技术方案，然而这种实施方式仅仅能够利用较小的超表面掩模制备各个区域中尺寸均相同的微透镜，无法获得不同区域中的微透镜尺寸不同的区域
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种阵列式级联微透镜组的制备方法、阵列化曝光装置及应用，目的是提供一种便捷高效、成本低廉且良率较高的阵列式级联微透镜组的制备方法，满足高端光学领域的广泛应用需求，具体例如用作光通信透镜、红外测温透镜等高端精密的应用领域。
2、为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
3、第一方面，本专利技术提供一种阵列式级联微透镜组的制备方法，其包括：
4、先在衬底表面覆设光刻胶层，所述光刻胶层具有沿第一方向分布的若干组待曝光区域，每一组待曝光区域包括沿第一方向分布的第一区域、第二区域和第三区域，所述第一区域与第二区域交叠且不重合，所述第三区域为第一区域与第二区域的交叠区域，所述第一方向平行于所述衬底表面；
5、之后分别对所述第一区域、第二区域进行第一欠曝光、第二欠曝光，以在所述第三区域产生叠加欠曝光，以在所述光刻胶层中形成区域化分级欠曝光；
6、其后对所述光刻胶层进行显影，形成区域化胶柱阵列；
7、之后将所述区域化胶柱阵列中的胶柱转化成弧面体，并利用所述弧面体对所述衬底进行图案化刻蚀，获得阵列式级联微透镜组。
8、基于上述技术方案，本专利技术未采用复杂且昂贵的激光直写工艺，也没有采用区域较小且难以变化的超表面掩模进行微透镜阵列的制备，而是通过将欠曝光与区域化多次叠加曝光的方式相结合，通过设置较低的单次曝光量，调控不同区域的曝光次数实现不同区域的总曝光剂量的分别调整，从而以较低的成本和较高的效率实现了精准可控地区域化曝光，最终获得了具有区域化变化趋势的阵列式级联微透镜组。
9、进一步地，关于如何转化所述胶柱，所述制备方法具体包括如下步骤：
10、对所述区域化胶柱阵列进行退火处理，以使所述胶柱具有流动性，并利用表面张力作用使所述胶柱转化为所述弧面体。
11、采用上述区域化分级欠曝光并退火转化的实施手段，在一些要求较低的情形下能够获得满意的微透镜阵列产品，然而，本专利技术的专利技术人还发现对于一些光学性质要求较高的应用领域，例如高端光学仪器，其对透镜表面粗糙度的要求是极高的，仅仅采用上述整体性的实施方案是难以满足要求的。
12、这是由于在研发实施过程中发现，多次叠加的欠曝光，对于光刻胶而言其经历了多次、多深度的固化的过程，内部的固化并非绝对均匀，往往会形成多个不同的固化分区，这些固化分区之间存在一定的边界，类似于晶体的晶界，在退火转化过程中，虽然产生了一定的流动性，当仍旧无法完全消除不同固化分区之间的差异，由此带来了表面粗糙度的问题。这与本领域中通过全曝光形成的胶柱在退火流动成球后通常会具有光滑表面所表现出的规律是不同的，更进一步地，这种并不平滑的表面在刻蚀图形化转移至衬底的过程中会导致所刻蚀出的结构的形状也会产生不平整的问题，从而难以满足高端化应用的精度要求。
13、因此为了解决上述问题，实现更高端领域的广泛应用，进一步地，所述制备方法更加具体地包括：
14、所述胶柱经过所述退火处理首先形成弧面前体；
15、同步或然后对所述弧面前体进行平滑处理，获得所述弧面体。
16、更进一步地，所述平滑处理具体包括如下过程：
17、使所述弧面前体与平滑液接触，以使处于所述弧面前体表面的部分材质产生溶剂化效应，进行所述平滑处理。
18、更进一步地，所述平滑液选自高沸点的有机物或有机溶剂，具体包括四甲基氢氧化铵、丙二醇单甲醚乙酸酯中的任意一种或两种的组合；所述平滑处理的温度为130-240℃，时间为1-9min。
19、上述技术方案通过在退火转化成球以后，对弧面前体进行平滑处理，使其表面转化为更加平整的表面；所优选的平滑处理的处理方式为通过平滑液进行溶剂化反应，使得表面产生一定的溶解和流平，从而实现平滑，获得光滑表面。
20、具体的原理和过程应当是：利用高温热处理的方法对光刻胶进行固化。通常在芯片制造过程中，先将光刻胶涂覆在芯片表面，然后利用光刻机将光刻胶进行曝光和显影，最后进行热回流固化。热回流的过程中，光刻胶中的化学物质会发生反应，形成固态聚合物，从而形成微观结构，而在高温退火处理之后，与较高温度的溶剂接触时，一些并未完全固化的粗糙表面区域仍旧能够与溶剂产生溶剂化作用，表面出现一定的流动性，通过温度与溶剂的双重作用实现表面自流平，进而获得表面平滑的弧面体。
21、而除此之外，实现表面平滑的方式却不仅限于此，还可以通过对光刻胶层组分的改善来实现一致的平滑效果。
22、具体如：进一步地，所述光刻胶层中掺杂有整平剂，所述整平剂用于使所述胶柱在退火过程中自发形成平滑表面。
23、更加进一步地，所述整平剂包括硫酸盐、聚有机硅氧烷、硅酸盐中中的任意一种或两种以上的组合；在所述光刻胶层中，所述整平剂的质量分数为0.1-2%。
24、本专利技术的另一种优选实施方式在光刻胶层中掺入整平剂，在高温退火过程中，会自发地迁移至光刻胶层表面，对表面的光刻胶产生一定程度的溶解流平作用，从而获得平滑的表面。
25、当然，具体的表面平滑方式不仅仅限于上述两种方式之一，亦可上述两种方式共同实施来实现极致的平滑效果；此外，采用其他表面处理方式，例如表面等离子体刻蚀抛光等，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种阵列式级联微透镜组的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，具体包括：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，具体包括：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述平滑处理具体包括：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述平滑液包括四甲基氢氧化铵、丙二醇单甲醚乙酸酯中的任意一种或两种的组合；
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述光刻胶层中掺杂有整平剂，所述整平剂用于使所述胶柱在退火过程中自发形成平滑表面。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述整平剂包括硫酸盐、聚有机硅氧烷、硅酸盐中的任意一种或两种以上的组合；
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，进行所述第一欠曝光和第二欠曝光时利用可移动掩模进行区域划分。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述可移动掩模包括第一遮光体和第二遮光体，所述制备方法具体包括：
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所
11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一欠曝光和第二欠曝光的曝光剂量为对所述光刻胶层进行完整曝光的30-70%。
12.权利要求1-11中的任意一项所述的制备方法制得的阵列式级联微透镜组在成像传感、显示、光伏器件领域中的应用。
13.一种用于制备阵列式级联微透镜组的阵列化曝光装置，其特征在于，包括点阵发光单元、可移动遮光单元以及承载单元；
14.根据权利要求13所述的阵列化曝光装置，其特征在于，所述可移动遮光单元包括可调节间距的第一遮光体和第二遮光体，以及驱动所述第一遮光体和/或第二遮光体移动的驱动结构。
15.根据权利要求13所述的阵列化曝光装置，其特征在于，所述点阵发光单元包括光源和阵列掩模；
...【技术特征摘要】
1.一种阵列式级联微透镜组的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，具体包括：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，具体包括：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述平滑处理具体包括：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述平滑液包括四甲基氢氧化铵、丙二醇单甲醚乙酸酯中的任意一种或两种的组合；
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述光刻胶层中掺杂有整平剂，所述整平剂用于使所述胶柱在退火过程中自发形成平滑表面。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述整平剂包括硫酸盐、聚有机硅氧烷、硅酸盐中的任意一种或两种以上的组合；
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，进行所述第一欠曝光和第二欠曝光时利用可移动掩模进行区域划分。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘林韬，卢建娅，黄寓洋，
申请(专利权)人：苏州苏纳光电有限公司，
类型：发明
国别省市：
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