[发明专利]在凸球面上扫描喷涂光刻胶的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在凸球面上扫描喷涂光刻胶的装置及方法，属于光刻技术领域。

背景技术

在球面光学元件上加工微细图形由光刻工艺来实现，其工艺步骤为，在光学元件的表面涂布一层厚度均匀的光刻胶膜，然后曝光、显影及刻蚀，得到所需微细图形。所述球面光学元件包括凸球面光学元件和凹球面光学元件。

申请号为200810050936.X的一件中国发明专利申请公开了一项名称为“凹球面光学器件旋涂光刻胶的方法”的技术方案，该方法是在凹球面光学器件开口向上并静置的状态下，将光刻胶注入到凹球面的中心处，然后立即将凹球面光学器件转为开口向下及水平状态并旋转，待光刻胶液固化后停止旋转，即在光学器件的凹球面上获得均匀的光刻胶膜层。该方法并不适用于凸球面光学元件。

而在凸球面光学元件上涂布光刻胶的现有方法则是将凸球面光学元件凸球面向上装夹在平面离心涂胶机的旋转工件台上，旋转工件台以30～60r/min的速度低速旋转，同时用滴管将汲取的光刻胶分散滴在凸球面上，并伴随使用塑料膜片从凸球面顶心处逐步向边缘移动，将光刻胶展开在整个凸球面上，形成初始涂层，然后旋转工件台再以3000～4500r/min的速度高速旋转，在离心力的作用下光刻胶初始涂层厚度变得均匀，多余的光刻胶也被甩离凸球面，最终在凸球面上形成光刻胶膜，胶膜厚度虽然能够达到0.1~1.5μm，但是不均匀度却大于10%，然而，其中的滴管滴胶和塑料膜片刮胶均为手工操作，不仅涂布效率低，而且所形成的初始涂层厚度偏厚且各处薄厚不一，整个初始涂层厚度及变化范围为5～15μm，经离心减薄涂匀处理后，光刻胶的利用率低于10%，光刻胶大量浪费并污染环境。虽然采取离心方式进一步调整初始涂层的厚度，但是，由于从凸球面中心区域与边缘区域离心力差异较大，使得凸球面中心区域胶膜厚度大于边缘区域胶膜厚度，且相差高达一倍，不均匀度偏高，非常不利于光刻工艺的后续操作。

专利号为ZL98101653.7的一件中国发明专利公开了一项名称为“光刻胶喷涂的装置及其方法”的技术方案，该方案待涂胶工件为圆形平面晶片，晶片呈水平状态并旋转，光刻胶喷嘴自晶片上方向晶片表面喷胶，其特征在于，当晶片旋转达到预定初始速度时，喷嘴开始喷胶并自晶片边缘沿直线向晶片中心匀速移动，与此同时，晶片旋转速度线性或者非线性提高，在离心力和表面张力的共同作用下，完成光刻胶的扫描喷涂。然而该方案仅适用于平面光学元件。

发明内容

本发明的目的是实现在凸球面光学元件上借助于机械装置以扫描喷涂的方式涂布光刻胶，获得薄而匀的胶膜，同时避免光刻胶的浪费，进而减轻对环境的污染，以及提高光刻胶涂布效率，为此我们发明了一种在凸球面上扫描喷涂光刻胶的装置及方法。

本发明之在凸球面上扫描喷涂光刻胶的装置其结构为，见图1所示，工件卡具1的转轴2的轴线z呈垂直形态并由转动电机3驱动，喷嘴4由悬臂5吊装在工件卡具1上方，其特征在于，喷嘴4轴线与工件卡具1转轴2轴线z相交；悬臂5的摆轴6的轴线x与转轴2的轴线z正交。

本发明之在凸球面上扫描喷涂光刻胶的方法为，见图1所示，光学元件7由工件卡具1夹持，工件卡具1以角速度ω旋转；喷嘴4接近光学元件7表面，绕摆轴6的轴线x移动同时恒流量喷胶，其特征在于，光学元件7的待涂胶面为凸球面，凸球面球心位于工件卡具1的转轴2的轴线z与悬臂5的摆轴6的轴线x的交点O，凸球面为半球或者球冠，其底面呈水平状态；喷嘴4在过轴线z并与轴线x垂直的平面y-z内移动，移动轨迹为圆弧，该圆弧曲率中心位于凸球面球心，见图2所示，该圆弧曲率半径r₂大于凸球面曲率半径r₁的部分为喷嘴4与凸球面的间隙；喷嘴4对准凸球面边缘时，其移动速度v等于v₁，喷嘴4对准凸球面中心时，其移动速度v等于v₂，且v₁小于v₂，从v₁到v₂线性提高。