基于DMD無掩膜光刻技術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元件，它具有重量輕、體積小、集成度高等優(yōu)點，在光學、光電系統(tǒng)、微機電系統(tǒng)及傳感器等領域中有著廣泛的應用。近年來各種微透鏡制作方法也大量涌現(xiàn)，如何經濟有效快速地制作出所需要的微透鏡及陣列結構已受到越來越多的研究者和工業(yè)界的關注。本文是利用數(shù)字微鏡器件(DMD)無掩膜光刻技術作為研究手段，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，設計搭建了DMD無掩膜光刻平臺。基于該曝光平臺，進行了三維光調控技術

2、的研究。然后，在此基礎上又進行了多參數(shù)調制微透鏡成型方法的研究，以及最后還進行了柔性制作仿生復眼透鏡結構的研究，拓展了無掩膜光刻技術的應用。主要研究工作如下:
　　本文首先對基于DMD空間光調制器的結構、工作原理、工作特點及其應用做了詳細介紹。緊接著進行了基于DMD曝光投影成像理論的研究?；谠摾碚摶A，自主設計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)進行

3、了系統(tǒng)的基本性能測試，最小分辨尺寸能達到2.44μm左右，獲得的光刻圖形質量能夠滿足設計的要求。
　　在此基礎上，進行了三維光調控技術的研究。該技術是基于DMD無掩膜光刻單次掃描技術進行的，先通過設計所需三維圖形的理論輪廓，再進行三維圖形空間曝光劑量分布的計算，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量的成型三維微結構輪廓。另外，考慮到DMD分辨率的限制及相鄰切片層間的臺階，又進行了提高微透鏡圖形質量方法的研究。該

4、方法是結合了該三維光調控技術和提出的非接觸式倒置熱回流技術，結果表明該方法能夠有效地提高成型微透鏡的質量，彌補了DMD三維光調控技術的不足。
　　利用該光刻平臺，進行了多參數(shù)調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生的離心力使得微孔中的膠液能形成彎月面形狀，進而通過調制旋涂速度、孔徑大小、膠液濃度以及軟烘溫度等參數(shù)來調控彎月面的曲率半徑，最終通過PDMS圖形快速轉印工藝可以方便得到不同形狀大小的微透鏡圖形。
　

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