基于投影式移动掩膜光刻工艺的微棱镜阵列制备方法与流程

本发明涉及微纳加工，特别涉及基于投影式移动掩膜光刻工艺的微棱镜阵列制备方法。

背景技术：

1、微棱镜阵列是按一定规则排布的多个三角棱镜,单元大小一般在微米量级。微棱镜阵列在光束匀滑、液晶显示、波前传感、ccd或cmos传感器等方面有广泛的应用。

2、目前使用较多的微棱镜阵列加工方法主要有直写法、灰度掩膜法和移动掩膜法等，这些方法各有特点。其中，直写法是采用激光直写或电子束直写，按照设计的微棱镜结构对光刻胶进行逐点曝光，这类方法的精度很高，理论上可以加工任意面形的微棱镜阵列。但直写设备的价格昂贵,逐点直写方式的效率很低，导致成本很高；另外加工面积较小，图形的深度也很有限。灰度掩膜法是通过掩膜二元编码来控制曝光量的分布，这种方法对光强的调制能力较强，通过掩膜的设计，可以制作不同类型的微棱镜阵列，但所用的掩膜加工成本很高，而且要通过缩小成像系统进行投影光刻，工艺较复杂，加工面积较小。

3、移动掩膜法是一种较新的微棱镜阵列制作方法，其工作原理是曝光系统发出的光束穿过掩膜板到达晶圆表面的光刻胶上，以此形成光刻图案。如果晶圆的移动速度为0，晶圆上光刻的图案与掩膜板一致；如果晶圆朝某一方向移动，那么晶圆上光刻的图案由移动过程中光束透过掩膜板到达光刻胶的累计曝光量决定，曝光量只与移动速度、掩膜的形状以及入射光的强度有关。要控制晶圆上每个点的曝光量，通常是通过改变移动速度和掩膜形状来实现。和其他方法相比,移动掩膜法所用的掩膜图形简单，成本低,可曝光面积大，效率和填充比都较高。同时移动掩膜法也可以通过改变掩膜的设计来制备不同面形的微棱镜阵列，是一种方便灵活的微棱镜阵列加工方法。

4、但利用移动掩膜工艺制备微棱镜阵列这种线性结构时，直线度往往较差，结构转折处容易变形为圆弧。这是因为掩膜板与晶圆距离不能太近，距离太近会阻碍掩膜的移动，所以晶圆通常距离掩膜板几百微米。由于光源发出的光束非理性平行光，通过掩膜板结构边缘的光束会偏离预先的设计，导致晶圆上最终光刻的图案线条趋于弧线，直线度较差。

技术实现思路

1、为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，本发明的第一目的是提供基于投影式移动掩膜光刻工艺的微棱镜阵列制备方法，包括以下步骤：

2、清洗基片，清洗基片表面并烘干；

3、涂覆光刻胶，在清洗好的基片上涂覆光刻胶，并进行烘干；

4、预曝光，对涂覆有光刻胶的基片进行无掩膜曝光；

5、外加投影系统，在掩膜板与基片之间添加投影系统；

6、掩膜移动曝光，对完成预曝光的基片进行掩膜移动曝光；

7、显影，对曝光完毕的基片做显影及定影处理；

8、干法刻蚀，以光刻胶图形为掩蔽层，采用干法刻蚀设备将光刻胶图形传递到基片上；

9、去除底胶，去除底胶获得所需的微棱镜阵列结构。

10、进一步地，所述清洗基片步骤中，将厚度为1mm的玻璃基片依次用丙酮、酒精、去离子水超声清洗，每步清洗5mi n,用氮气吹干，之后放置于烘箱中120℃,烘烤30mi n。

11、进一步地，所述涂覆光刻胶步骤中，光刻胶为正性胶，涂覆厚度在5-100μm之间。

12、进一步地，所述涂覆光刻胶步骤中，将清洗好的基片放入涂胶机内，采用旋涂的方式将光刻胶spr-220涂覆在玻璃基片上,旋涂的转速为1000rpm,旋涂时间为120s，涂覆的厚度为13μm,然后将涂覆有光刻胶的基片放置在热板上，85℃烘烤40mi n。

13、进一步地，所述预曝光步骤中，将涂覆有光刻胶的基片放入曝光设备里，从基片未涂胶的一面进行无掩膜曝光，曝光剂量为50mj/cm2，预曝光时间为6秒。

14、进一步地，所述掩膜板上设有不透光区和透光区，所述不透光区采用三角形图案设计，每个三角形图案为长20μm，高10μm的直角三角形图案。

15、进一步地，所述外加投影系统步骤中，外加投影镜头根据光源的平行度设计；

16、掩膜板根据待制备微棱镜的面型、矢高预先进行设计和加工；

17、掩膜的单元尺寸和待制备微棱镜阵列的单元尺寸相同，每个掩膜单元中包含多个子单元，在平行于掩膜移动的方向上依次排列；

18、子单元的结构根据各个子单元对应位置的微棱镜面形设计，其具体数目由微棱镜单元的尺度决定。

19、进一步地，所述掩膜移动曝光步骤中，将完成预曝光的基片重新放入移动曝光设备内，从光刻胶表面进行掩膜移动曝光,曝光剂量为66mj/cm2，掩膜移动距离为20μm,步长1μm。

20、进一步地，所述显影步骤中，将曝光完毕的基片放置于rd6显影液中,显影时间为2mi n；最后将基片用流动的去离子水冲洗10s,再用氮气吹干。

21、进一步地，所述干法刻蚀步骤中，刻蚀气体为chf3：6sccm,cf4：35sccm，刻蚀功率为150w,刻蚀时间7h,得到矢高为5μm的微棱镜；

22、所述去除底胶步骤中，将刻蚀完成的基片放入丙酮溶液里超声清洗10mi n,使刻蚀残留的底胶溶解于丙酮，再用去离子水超声清洗5mi n,然后用氮气吹干。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

24、本发明提供基于投影式移动掩膜光刻工艺的微棱镜阵列制备方法，利用外加投影系统提高晶圆表面曝光量的均匀性和可控性，在掩膜板与晶圆之间添加投影系统，提高光束的平行度，同时能够固定掩膜板与晶圆的距离，不仅成本较低，而且提高了光刻的精度，此外，还增大了移动掩膜光刻的适用范围。比如，当晶圆上有其他覆盖物，无法贴近掩膜板，这样类似的情况下原本无法用移动掩膜进行曝光，在添加准直透镜后，由于增大了掩膜与晶圆的距离，这些情况下也可以适用移动掩膜光刻。

25、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

技术特征：

1.基于投影式移动掩膜光刻工艺的微棱镜阵列制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于投影式移动掩膜光刻工艺的微棱镜阵列制备方法，其特征在于：所述清洗基片步骤中，将厚度为1mm的玻璃基片依次用丙酮、酒精、去离子水超声清洗，每步清洗5min,用氮气吹干，之后放置于烘箱中120℃,烘烤30min。

3.根据权利要求1所述的基于投影式移动掩膜光刻工艺的微棱镜阵列制备方法，其特征在于：所述涂覆光刻胶步骤中，光刻胶为正性胶，涂覆厚度在5-100μm之间。

4.根据权利要求3所述的基于投影式移动掩膜光刻工艺的微棱镜阵列制备方法，其特征在于：所述涂覆光刻胶步骤中，将清洗好的基片放入涂胶机内，采用旋涂的方式将光刻胶spr-220涂覆在玻璃基片上,旋涂的转速为1000rpm,旋涂时间为120s，涂覆的厚度为13μm,然后将涂覆有光刻胶的基片放置在热板上，85℃烘烤40min。

5.根据权利要求1所述的基于投影式移动掩膜光刻工艺的微棱镜阵列制备方法，其特征在于：所述预曝光步骤中，将涂覆有光刻胶的基片放入曝光设备里，从基片未涂胶的一面进行无掩膜曝光，曝光剂量为50mj/cm2，预曝光时间为6秒。

6.根据权利要求1所述的基于投影式移动掩膜光刻工艺的微棱镜阵列制备方法，其特征在于：所述掩膜板上设有不透光区和透光区，所述不透光区采用三角形图案设计，每个三角形图案为长20μm，高10μm的直角三角形图案。

7.根据权利要求1所述的基于投影式移动掩膜光刻工艺的微棱镜阵列制备方法，其特征在于：所述外加投影系统步骤中，外加投影镜头根据光源的平行度设计；

8.根据权利要求1所述的基于投影式移动掩膜光刻工艺的微棱镜阵列制备方法，其特征在于：所述掩膜移动曝光步骤中，将完成预曝光的基片重新放入移动曝光设备内，从光刻胶表面进行掩膜移动曝光,曝光剂量为66mj/cm2，掩膜移动距离为20μm,步长1μm。

9.根据权利要求1所述的基于投影式移动掩膜光刻工艺的微棱镜阵列制备方法，其特征在于：所述显影步骤中，将曝光完毕的基片放置于rd6显影液中,显影时间为2min；最后将基片用流动的去离子水冲洗10s,再用氮气吹干。

10.根据权利要求1所述的基于投影式移动掩膜光刻工艺的微棱镜阵列制备方法，其特征在于：所述干法刻蚀步骤中，刻蚀气体为chf3：6sccm,cf4：35sccm，刻蚀功率为150w,刻蚀时间7h,得到矢高为5μm的微棱镜；

技术总结
本发明涉及基于投影式移动掩膜光刻工艺的微棱镜阵列制备方法，该方法包括步骤：清洗基片表面并烘干；在清洗好的基片上涂覆光刻胶，并进行烘干；对涂覆有光刻胶的基片进行无掩膜曝光；在掩膜板与基片之间添加投影系统；对完成预曝光的基片进行掩膜移动曝光；对曝光完毕的基片做显影及定影处理；以光刻胶图形为掩蔽层，采用干法刻蚀设备将光刻胶图形传递到基片上；去除底胶获得所需的微棱镜阵列结构。本发明利用外加投影系统提高晶圆表面曝光量的均匀性和可控性，在掩膜板与晶圆之间添加投影系统，提高光束的平行度，同时可以固定掩膜板与晶圆的距离，不仅成本较低，而且提高了光刻的精度，还增大了移动掩膜光刻的适用范围。

技术研发人员：崔恒清
受保护的技术使用者：苏州景照光电技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12