基于微细加工技术的微透镜阵列制备(4)
时间:2019-10-20 15:44 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
本课题提出一种方法制备折射型微透镜，LIGA工艺制备方式，即利用X光移动曝光技术制备微透镜阵列，探索出一种新的制备途径，促进微光学的发展。 LIGA工艺相比其他微加工技术,已显示出它的优点: (1)高深宽比可达1000的微加工制造,精准度高的三文微细结构侧壁垂直度可达89.9°； (2)材料选择广泛。可以是金属、塑料(例如：聚酰胺、PMMA、聚碳酸酯、聚甲醛等)或陶瓷(ZnO2)等,均可用LIGA工艺实现三文微结构加工; (3)由于采用微复制技术，降低成本，可进行大批量生产。 2 微透镜阵列制备原理 2.1 微透镜阵列的制备原理 本课题所研究的微透镜阵列的制备工艺采用移动X光光刻技术。移动光刻技术需要：同步辐射光源（产生X光光束），X光光刻掩膜板、X光光刻胶（PMMA）和X光移动曝光台等。日本立命馆大学的同步辐射光源（AURORA）波长范围为0.15nm～0.73nm，波长峰值为0.4 nm。X光光刻掩膜板由吸收体、支撑膜和框架三个主要部分组成，其中吸收体包含有要转写到光刻胶上的图形信息。高原子质量的材料（如金）会吸收X射线，而原子质量低的材料（如聚酰亚胺，Polyimide）会透过X射线。在这里使用的掩膜板的吸收体是金（Au），支撑膜是Polyimide，其厚度为38μm，框架的材料为铝，长度为四英寸。PMMA具有优良的透光率，而且当其被X射线照射后它的分子链会被破坏打断，使其增加了在GG显影液中的溶解度，因此PMMA非常适合作为X光光刻胶用来直接制作微透镜阵列。 利用X光移动曝光制备微透镜阵列的原理图如。在光刻前，分别将X光光刻掩膜板和1.5mm厚、分子量为950的PMMA安装到图2.1.2所示的移动曝光台上，X光光刻掩膜板有预先设计图案的金吸收体（图2.1.1中的黑色部分图形），在掩膜板下方放置PMMA基板作为正光刻胶，并通过移动PMMA基板进行X光移动光刻，PMMA曝光的部分在显影液中会溶解，此时会得到图2.1.1左下角的柱型的三文结构，第一次曝光结束后将掩膜板旋转90°再进行第二次曝光，同样经照射的PMMA部分会在显影液中溶解，这时就会得到图2.1.1右下角的球冠状微透镜阵列，以此方式就可以获得最终的PMMA微透镜阵列。 X光移动曝光平台由掩膜板用X-Y-Z三轴移动平台、光刻胶用X-Y-Z三轴移动平台以及伺服机构组成。移动平台的速度为2～20mm/s，最大移动距离50mm。移动平台的速度均匀性小于±5%，平台的旋转角度为0～90°。 图2.1.3为制备微透镜阵列中单个透镜所用的掩膜图形以及预想的PMMA微透镜形状。图片中从上到下分别为：金吸收层半圆掩膜板图形；移动X光曝光后，PMMA上X光光照的能量分布图；经过GG显影液溶解后的PMMA微透镜形状。其中掩膜板最高点处的部分在移动曝光过程中始终未受到光照，所以其在PMMA能量分布图中的能量始终为零，显影后仍然保留有PMMA光刻胶。 (责任编辑：qin) |