基于DMD無掩膜光刻技術(shù)及其微透鏡快速成型方法的研究.pdf

1、微透鏡是一種重要的光學(xué)元件，它具有重量輕、體積小、集成度高等優(yōu)點(diǎn)，在光學(xué)、光電系統(tǒng)、微機(jī)電系統(tǒng)及傳感器等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。近年來各種微透鏡制作方法也大量涌現(xiàn)，如何經(jīng)濟(jì)有效快速地制作出所需要的微透鏡及陣列結(jié)構(gòu)已受到越來越多的研究者和工業(yè)界的關(guān)注。本文是利用數(shù)字微鏡器件(DMD)無掩膜光刻技術(shù)作為研究手段，提出了快速有效的微透鏡制作方法。以DMD曝光投影理論研究為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)搭建了DMD無掩膜光刻平臺?；谠撈毓馄脚_，進(jìn)行了三維光調(diào)控技術(shù)

2、的研究。然后，在此基礎(chǔ)上又進(jìn)行了多參數(shù)調(diào)制微透鏡成型方法的研究，以及最后還進(jìn)行了柔性制作仿生復(fù)眼透鏡結(jié)構(gòu)的研究，拓展了無掩膜光刻技術(shù)的應(yīng)用。主要研究工作如下:
　　本文首先對基于DMD空間光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)、工作原理、工作特點(diǎn)及其應(yīng)用做了詳細(xì)介紹。緊接著進(jìn)行了基于DMD曝光投影成像理論的研究?；谠摾碚摶A(chǔ)，自主設(shè)計(jì)和搭建了一套無掩膜光刻系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括均勻照明系統(tǒng)，DMD控制系統(tǒng)，CCD聚焦控制系統(tǒng)和投影成像系統(tǒng)。并對該系統(tǒng)進(jìn)行

3、了系統(tǒng)的基本性能測試，最小分辨尺寸能達(dá)到2.44μm左右，獲得的光刻圖形質(zhì)量能夠滿足設(shè)計(jì)的要求。
　　在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了三維光調(diào)控技術(shù)的研究。該技術(shù)是基于DMD無掩膜光刻單次掃描技術(shù)進(jìn)行的，先通過設(shè)計(jì)所需三維圖形的理論輪廓，再進(jìn)行三維圖形空間曝光劑量分布的計(jì)算，然后通過研究和優(yōu)化三維切片算法，最后能快速有效的獲得高質(zhì)量的成型三維微結(jié)構(gòu)輪廓。另外，考慮到DMD分辨率的限制及相鄰切片層間的臺階，又進(jìn)行了提高微透鏡圖形質(zhì)量方法的研究。該

4、方法是結(jié)合了該三維光調(diào)控技術(shù)和提出的非接觸式倒置熱回流技術(shù)，結(jié)果表明該方法能夠有效地提高成型微透鏡的質(zhì)量，彌補(bǔ)了DMD三維光調(diào)控技術(shù)的不足。
　　利用該光刻平臺，進(jìn)行了多參數(shù)調(diào)制的微透鏡成型方法的研究。該方法主要是利用旋涂過程產(chǎn)生的離心力使得微孔中的膠液能形成彎月面形狀，進(jìn)而通過調(diào)制旋涂速度、孔徑大小、膠液濃度以及軟烘溫度等參數(shù)來調(diào)控彎月面的曲率半徑，最終通過PDMS圖形快速轉(zhuǎn)印工藝可以方便得到不同形狀大小的微透鏡圖形。
　

5、　最后，還進(jìn)行了較為復(fù)雜的曲面仿生復(fù)眼透鏡結(jié)構(gòu)的制作研究。以自然界中的昆蟲復(fù)眼的實(shí)際尺寸為理論參考，分別進(jìn)行了仿生復(fù)眼透鏡制作工藝、加工方法以及光學(xué)特性測量的研究。該研究中主要是利用DMD單次掃描光刻技術(shù)能夠一次性快速的加工完成預(yù)成型的仿生復(fù)眼透鏡結(jié)構(gòu)，然后再巧妙地利用了AZP4620和S1813兩種正性光刻膠玻璃軟化點(diǎn)(Tg)的差距，分別進(jìn)行兩次熱回流得到所需要的仿生復(fù)眼微透鏡結(jié)構(gòu)。另外，為了避免熱回流過程中微透鏡結(jié)構(gòu)的缺陷，還進(jìn)行了