[发明专利]基于数字无掩模光刻技术的微透镜及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微透镜及其制作方法，尤其涉及一种基于数字无掩模光刻技术的微透镜及其制作方法。

背景技术

在微型光学元件制造中，光刻技术从掩模时代发展到无掩模时代，而微光学元件的设计和制造方法也相应地经历了两个时代的发展，作为无掩模的一种，数字光刻技术具有制作方便、节约材料降低成本、高精度、无套刻误差、一次性曝光制作三维面型结构等优点。数字光刻系统中的空间光调制器(SLM)通常是数字微镜器件(DMD)，它由多个微小的方形反射镜组成，我们把一个这样的微型镜叫做一个像素。现在市面上有13.68μm和10.8μm两种像素大小的DMD，如果配上缩小10×的投影物镜，那么DMD的一个像素在光刻胶上的大小就约为1μm，即系统的最小线宽。用于实验曝光的图形就是由许多个像素组成，当制作的元器件尺寸和像素在同一数量级时，就会有图形的失真。如果微透镜的设计采用在掩模曝光中等相位(相等高度微元)的设计方法，那么DMD显示每个环带的横向尺寸就会有误差。解决的办法可以用缩小倍率更高的投影物镜，得到更小的线宽。比如缩小倍率为100×，最小线宽即为0.1μm。然而高倍率的投影物镜价格昂贵，这无疑大大地增加了系统成本，而且高倍投影物镜会一同将整个DMD曝光区域缩小，从而又限制了元器件的制作。为此，专门针对数字光刻系统中微透镜的制作发明了一种微透镜的设计和制作方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于数字无掩模光刻技术的微透镜及其制作方法，在数字光刻中利用该方法制作微透镜能有效克服传统的设计制作方法造成的误差，改善所制作光学元件的面型结构从而提高其光学性能。

本发明是这样来实现的，一种基于数字无掩模光刻技术的微透镜，其特征是将透镜底面半径等分为若干个小微元，这些小微元的宽度和数字光刻系统中使用的数字微镜(DMD)的像素宽度成一定关系，即一个小微元宽度等于经过精缩投影物镜缩小的DMD上的一个像素宽度，或者由整数个像素的横向宽度组合而成；由于微透镜底面圆是中心对称结构，所以将每个小微元绕中心旋转一周就得到一个环带，底面圆看成是有许多个环带组成，小微元从小到大、从里到外排列，利用球面透镜的几何关系求出每个环带的高度，环带的高度代表了透镜表而不同位置的高度，让最里面的环带最高越向外的环带越低，按几何公式形成凸透镜的表面面型，再设计每个环带的曝光量，使得环带的高低准确地反映在光刻胶上，将高低的尺寸的差别换算成比例，由比例再换算成曝光的灰度值从而决定了曝光量。

一种基于数字无掩模光刻技术的微透镜的制作方法为：是配合计算机控制掩模图片变换利用分环带不同灰度值的累积曝光方法，其特征是把整个曝光过程分成许多个小过程，每个小过程中整个透镜区域都参与曝光，并且按环带的灰度值对曝光图形加以改变，让整个曝光过程中环带的曝光量等于每个小过程的叠加，把曝光图片按时间间隔制作成幻灯片或者FLASH文件，让计算机自动控制曝光图片的实时变换以实现上述累积曝光过程。

本发明的优点是：1、从设计上避免了传统方法给制作器件带来的误差失真，使微透镜具有更精确的面型结构和光学性能；2、将整体曝光过程分成若干小过程叠加有助于使每个环带的曝光更加精确，更加接近理论设计值；3、由计算机控制图片实时变换能减小曝光时间的误差，使曝光过程自动化、简单化、高效率。

附图说明

图1为本发明微透镜的设计图。

图中r₁为最靠近中心的一个微元长度，它等于其他微元的长度；L_n是第n个环带高度到圆心的垂直距离；d_n为透镜冠高与第n个环带高的差。

图2本发明的灰阶组合曝光图。

具体实施方式

在图1中，r₁为最靠近中心的一个环带宽，由于每个环带宽度都是r₁，所以可以推算第n个环带的半径：

r_n＝n·r₁

L_n是第n个环带高度到圆心的垂直距离，根据几何关系可得：

Ln=R2-rn2]]>