利用光刻、电铸工艺制作微透镜阵列的方法与流程

本发明涉及微细加工类的微透镜阵列制作技术领域，具体涉及一种利用光刻、电铸工艺制作微透镜阵列的方法。

背景技术：

近年来，微透镜阵列在光电技术领域中得到了广泛的应用，如聚焦平面光学元件，光效增强器，光照均匀器，光束成形器，微型光扫描器，彩色滤光片，甚至于光学防伪标志。近年来，也开发了多种制作技术，但都属于比较复杂的精细加工技术，设备比较复杂，制作工序也比较复杂，工艺流程较长。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种利用光刻、电铸工艺制作微透镜阵列的方法，该方法采用比较简单的工艺流程来制作微透镜阵列，其简化工艺，降低成本，缩短制作流程。

为实现上述目的，本发明所设计一种利用光刻、电铸工艺制作微透镜阵列的方法，包括以下步骤：

1)根据微透镜阵列的尺寸准备所需要的正性光刻胶板和具有铬膜的玻璃光掩模版；

2)将玻璃光掩模版的铬膜面与正性光刻胶板的胶面紧贴并夹紧，然后用紫外灯进行均匀曝光光刻，使紫外线穿过玻璃光掩模版照射到正性光刻胶板上(达到部分刻蚀的作用)；曝光后，取下玻璃光掩模版，将正性光刻胶板置于氢氧化钠溶液中显影，即得到具有蜂窝状结构的光刻胶板；其中，光刻深度应刻透胶层厚度；

3)将具有蜂窝状结构的光刻胶板表面进行金属化处理后，再对光刻胶板表面进行电铸(电铸镍)，从光刻胶板上剥离得到电铸层即为镍板；

4)将电铸所得的镍板进行钝化处理，再次进行电铸，得到蜂窝状结构的镍板，即为镍工作板(用于制作微透镜阵列之模板的镍工作板)；

5)将镍工作板黏贴于厚度为3～5nm的有机玻璃板上，并对镍工作板进行钝化处理；

6)在钝化后的镍工作板的表面涂上一层紫外固化胶，并置于真空室内，抽真空，使蜂窝结构的腔内的残余空气排出，使紫外固化胶完全充填满蜂窝结构的腔内；然后，将其置于高速离心机上，启动离心机，将多余的紫外固化胶甩掉，每个蜂窝内的紫外固化胶的液面在表面张力的作用下，形成曲率半径为r的球面(球面的曲率半径根据离心机速度和紫外固化胶的粘度确定)；

7)将表面紫外固化胶已固化的镍工作板进行金属化处理后，进行电铸复制，得到制作凹微透镜阵列的镍模板，其剖面如图6所示。

或者，将表面紫外固化胶已固化的镍工作板进行金属化处理后，进行电铸复制，得到镍模板，该镍模板进行钝化处理，再作一次电铸复制，得到制作凸微透镜阵列的镍模板；

8)利用步骤7)得到制作镍模板分别制作得到凹微透镜阵列或凸微透镜阵列。

进一步地，所述步骤1)中，正性光刻胶板厚度为40～50nm。

再进一步地，所述步骤2)中，氢氧化钠溶液的质量分数为1％。

再进一步地，所述步骤3)中，光刻胶板上的电铸层的厚度为90～110nm。

再进一步地，所述步骤4)中，镍板上的电铸层的厚度为90～110nm。

再进一步地，所述步骤5)中，有机玻璃板的厚度为3～5mm。

再进一步地，所述步骤7)中，凹微透镜阵列的镍模板表面的电铸层厚度为50～60nm。

本发明的有益效果：

1)本发明的方法将此固化后的紫外固化胶的微透镜阵列镍工作板进行电铸复制，就可得到制作凹微透镜阵列的镍模板。对此镍模板再进行一次电铸复制，就可得到制作凸微透镜阵列的镍模板。由于镍板具有较高的机械强度，就可大批量地复制生产微透镜阵列。

2)本发明通过控制离心甩胶机的转速和紫外固化胶的粘度，就可制作多种不同曲率半径的微透镜阵列的镍模板，所以，大大降低了制作成本，提高了模板的制作速度。

附图说明

图1为微透镜阵列布局的示意图，

图中，d为掩模板中铬膜透明区域直径，即微透镜直径，d为微透镜之间的间隔；

图2为光刻胶板经光刻后，所形成的蜂窝状结构的空腔的剖面之示意图；

图中：1-蜂窝状光刻胶层，2-玻璃基底；

d1为蜂窝空腔顶面的直径，即d1大小与微透镜的直径d相同；

d1为蜂窝空腔顶面之间的间隔，即d1大小与微透镜之间的间隔d相同；

h1为蜂窝状空腔的深度；

图3为第一次电铸后所得到的镍板的剖面之示意图；

图中，d2为电铸后圆锥状凸台底面的直径，即d2大小与微透镜的直径d相同，d1＝d2＝d；

d2为电铸后圆锥状凸台底面之间的间隔，即d2大小与微透镜之间的间隔，d1＝d2＝d；

h2为电铸后圆锥状凸台的高度，h2＝h1；

图4为第二次电铸后所得到的具有蜂窝状结构的镍工作板的剖面之示意图；

图中，d1为蜂窝状空腔顶面的直径；d1为蜂窝状空腔顶面之间的间隔；h1为蜂窝状空腔的深度；

图5为甩胶后，蜂窝腔体内紫外固化胶液面的球面形状示意图；

图中：3-紫外固化胶，4-蜂窝状电铸镍层，5-有机玻璃基板；

d为微透镜直径，d为微透镜之间的间隔；r为液面的曲率半径，即微透镜的曲率半径；

图6为制作凹微透镜阵列的镍模板的剖面之示意图，

图中，d为微透镜直径，r为微透镜的曲率半径，d为微透镜之间的间隔，h为电铸镍层的厚度；

图7为制作凸微透镜阵列的镍模板的剖面之示意图，

图中，d为微透镜直径，r为微透镜的曲率半径，d为微透镜之间的间隔，h为电铸镍层的厚度。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述，以便本领域技术人员理解。

实施例1

利用光刻、电铸工艺制作凹微透镜阵列的方法，包括以下步骤：

1)根据如图1所示的微透镜阵列布局和尺寸购置一块厚度为40～50nm的正性光刻胶板和定制一块具有铬膜的玻璃光掩模版；如图1所示：d＝100nm和d＝5nm；

2)将玻璃光掩模版的铬膜面与正性光刻胶板的胶面紧贴并夹紧，然后用紫外灯进行均匀曝光光刻，使紫外线穿过玻璃光掩模版照射到正性光刻胶板上(达到部分刻蚀的作用)；曝光后，取下玻璃光掩模版，将正性光刻胶板置于质量分数为1％的氢氧化钠溶液中显影，即得到具有蜂窝状结构的光刻胶板(光刻深度应刻透胶层厚度)，其剖面如图2所示：d1＝100nm、d1＝5nm和h1＝40～50nm；

3)将具有蜂窝状结构的光刻胶板表面进行金属化处理后，再对光刻胶板表面进行电铸(电铸镍)，从光刻胶板上剥离得到电铸层即为镍板；光刻胶板上的电铸层的厚度为90～110nm；如图3所示：

d2＝100nm、d2＝5nm和h2＝40～50nm；

4)将电铸所得的镍板进行钝化处理，再次进行电铸，得到蜂窝状结构的镍板，即为镍工作板，镍板上的电铸层的厚度为90～110nm(用于制作微透镜阵列之模板的镍工作板)；其剖面如图4所示：d1＝100nm、d1＝5nm和h1＝40～50nm。

5)将镍工作板黏贴于厚度为3～5mm的有机玻璃板上，并对镍工作板进行钝化处理；

6)在钝化后的镍工作板的表面涂上一层紫外固化胶，并置于真空室内，抽真空，使蜂窝结构的腔内的残余空气排出，使紫外固化胶完全充填满蜂窝结构的腔内；然后，将其置于高速离心机上，启动离心机，将多余的紫外固化胶甩掉，每个蜂窝内的紫外固化胶的液面在表面张力的作用下，形成曲率半径为r的球面(球面的曲率半径根据离心机速度和紫外固化胶的粘度确定)；如图5所示：d＝100nm和d＝5nm；

7)将表面紫外固化胶已固化的镍工作板进行金属化处理后，进行电铸复制，得到制作凹微透镜阵列的镍模板，凹微透镜阵列的镍模板表面的电铸层厚度为50～60nm；其剖面如图6所示：d＝100nm、d＝5nm和h＝50～60nm；

8)利用步骤7)得到镍模板制作得到凹微透镜阵列。

实施例2

利用光刻、电铸工艺制作凸微透镜阵列的方法，包括以下步骤：

1)根据如图1所示的微透镜阵列布局和尺寸购置一块厚度为40～50nm的正性光刻胶板和定制一块具有铬膜的玻璃光掩模版；如图1所示：d＝100nm和d＝5nm；

2)将玻璃光掩模版的铬膜面与正性光刻胶板的胶面紧贴并夹紧，然后用紫外灯进行均匀曝光光刻，使紫外线穿过玻璃光掩模版照射到正性光刻胶板上(达到部分刻蚀的作用)；曝光后，取下玻璃光掩模版，将正性光刻胶板置于质量分数为1％的氢氧化钠溶液中显影，即得到具有蜂窝状结构的光刻胶板(光刻深度应刻透胶层厚度)，其剖面如图2所示：d1＝100nm、d1＝5nm和h1＝40～50nm；

3)将具有蜂窝状结构的光刻胶板表面进行金属化处理后，再对光刻胶板表面进行电铸(电铸镍)，从光刻胶板上剥离得到电铸层即为镍板；光刻胶板上的电铸层的厚度为90～110nm；如图3所示：

d2＝100nm、d2＝5nm和h2＝40～50nm；

4)将电铸所得的镍板进行钝化处理，再次进行电铸，得到蜂窝状结构的镍板，即为镍工作板，镍板上的电铸层的厚度为90～110nm(用于制作微透镜阵列之模板的镍工作板)；其剖面如图4所示：d1＝100nm、d1＝5nm和h1＝40～50nm；

5)将镍工作板黏贴于厚度为3～5mm的有机玻璃板上，并对镍工作板进行钝化处理；

6)在钝化后的镍工作板的表面涂上一层紫外固化胶，并置于真空室内，抽真空，使蜂窝结构的腔内的残余空气排出，使紫外固化胶完全充填满蜂窝结构的腔内；然后，将其置于高速离心机上，启动离心机，将多余的紫外固化胶甩掉，每个蜂窝内的紫外固化胶的液面在表面张力的作用下，形成曲率半径为r的球面(球面的曲率半径根据离心机速度和紫外固化胶的粘度确定)；如图5所示：d＝100nm和d＝5nm；

7)将表面紫外固化胶已固化的镍工作板进行金属化处理后，进行电铸复制，得到镍模板，该镍模板进行钝化处理，再作一次电铸复制，得到制作凸微透镜阵列的镍模板；如图7所示：d＝100nm、d＝5nm和h＝50～60nm；

8)利用步骤7)得到镍模板制作得到凸微透镜阵列。

其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。