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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
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。 LI


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。 基于微细加工技术的微透镜阵列制备(4):http://www.751com.cn/wuli/lunwen_41145.html
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