CN101126897A - 一种基于微透镜阵列的连续面形微结构成形方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于微透镜阵列的连续面形微结构成形方法：(1)在基底表面涂覆光刻胶；(2)将基底的光刻胶面和掩模图形分别放置于微透镜阵列的像面和物面处；(3)在掩模图形上方放置毛玻璃，并利用光源照射毛玻璃产生散射光，作为掩模图形的曝光光源；(4)对掩模图形进行缩小投影曝光，在曝光过程中，移动掩模图形或移动涂覆有光刻胶的基片，或移动微透镜阵列实现对抗蚀剂表面光强的连续调制；(5)更换其它物体，并移动掩模图形、微透镜阵列、涂覆抗蚀剂基片三者之间的相对位置，重复步骤(4)实现不同物体的嵌套光刻；(6)取出基片进行显影，获得需要的连续面形微结构。本发明不需要大型设备制备光刻掩膜，大大降低了工艺的复杂程度。
Description
技术领域
本发明属于微纳结构加工技术领域，具体地说是一种基于微透镜阵列的连续面形微结构成形方法。
背景技术
近年来，随着微纳加工技术和纳米材料的迅速发展，微纳金属结构的电磁学性质正受到越来越多的关注。光与表面微纳金属结构的相互作用产生了一系列新的奇异物理现象。例如，1998年法国科学家Ebbesen及其合作者发现通过亚波长金属孔列阵的光的异常增强现象(Extraordinary Optical Transmission)。H.J.Lezec等人的研究进一步表明：当光透过亚波长金属纳米孔时，其透过率不仅可以得到增强，而且光束的衍射角度非常小，传输方向不遵循通常电介质结构中的衍射规律。此外，与表面等离子体金属微纳结构有关新现象还有：光与特殊分布的金属微结构作用后，出现沿左手规则传播的特性，说明材料具有负折射率；光通过特定金属纳米孔结构后，光波出射具有极好的方向性等等。微纳结构表面等离子体波的研究已经形成一个新的领域。基于微纳结构的新型表面等离子体技术可以被广泛应用于军事、医疗、国家安全等多个领域。
传统的连续面形微结构制备方法主要包括：热融法、激光直写法、灰度掩膜法、移动掩模法等；热融法主要采用软化后抗蚀剂的表面张力成形微透镜，因此该方法只能制作微透镜，并且微透镜的面形还很难得到控制；激光直写技术可制作各种面形微结构，但该方法采用逐点直写的方式进行工作，因此效率非常低，很难应用于生产中；灰度掩膜技术是目前用于连续面形成形的主要技术之一，然而该技术需要采用电子束直写光刻掩膜板，因此掩模价格非常昂贵，工艺过程复杂；2000年，中国科学院光电技术研究所研制成了可用于连续面形结构成形的掩模移动方法，采用简单的二值化掩模可以实现连续面形结构制备，但该方法依然需要采用激光直写制作掩模图形，并且在制作小于50微米尺度结构时遇到了问题。鉴于这种情况，本发明提出了一种基于微透镜阵列的连续面形微结构成形技术；该方法与传统技术相比，不仅不需要采用大型设备制备光刻掩膜，同时还大大简化了连续面形结构制备工艺。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有连续面形微结构成形技术需要大型设备，工艺复杂以及在制作小尺度图形方面存在困难等方面的问题，提供一种基于微透镜阵列的连续面形微结构成形方法，该方法需要采用大型设备制备光刻掩膜，同时还大大简化了连续面形结构制备工艺。
本发明的技术方案：一种基于微透镜阵列的连续面形微结构成形方法，其特点在于步骤如下：
(1)在基底表面涂覆光刻胶；
(2)将基底的光刻胶面和掩模图形分别放置于微透镜阵列的像面和物面处；
(3)在掩模图形上方放置毛玻璃，并利用光源照射毛玻璃产生散射光，作为掩模图形的曝光光源；
(4)对掩模图形进行缩小投影曝光，在曝光过程中，移动掩模图形或移动涂覆有光刻胶的基片，或移动微透镜阵列实现对抗蚀剂表面光强的连续调制；
(5)更换其它物体，并移动掩模图形、微透镜阵列、涂覆抗蚀剂基片三者之间的相对位置，重复步骤(4)实现不同物体的嵌套光刻；
(6)取出基片进行显影，即可获得需要的连续面形微结构。
所述步骤(1)中的基底为红外材料(如：硅、锗)，也可以是可见光材料(如：石英、玻璃等)。
所述步骤(1)中的光刻胶的型号S1830，光刻胶的厚度为几十纳米到几微米。
所述步骤(2)中掩模图形为周期图形，或为非周期图形。
所述步骤(3)中的光源为汞灯光源。
所述步骤(4)中对掩模图形缩小投影曝光的比例从100∶1到1000∶1。
所述步骤(4)中的曝光时间为从几十秒到几分钟。
所述步骤(4)中，掩模图形或者微透镜阵列或者基片的移动方式为平动，或转动。
本发明与现有技术相比具有的有益效果在于：
(1)现有的可用于连续面形结构制备的主要技术包括：热融技术、激光直写技术、灰度掩膜技术、移动掩模技术；与热融技术相比：传统热融法主要利用软化后抗蚀剂的表面张力进行成形，因此该技术只能制作面形为球面的微透镜阵列，同时微透镜阵列的数值孔径还受到严重限制，热融法只能制作大数值孔径的结构透镜，很难实现小数值孔径透镜成形；本发明不仅可用于各种面形、数值孔径微透镜制作，同时还可用于各种非透镜的微结构制备。
(2)与激光直写、电子束直写技术相比：本发明不采用逐点直写的方式进行结构制备，而是利用微透镜的成像进行投影光刻，因此效率远高于直写技术。
(3)与灰度掩膜技术相比：本发明不需要采用电子束设备制备昂贵的掩模，只需要采用尺度为毫米甚至厘米级的图形作为掩模，并通过简单的移动光刻掩模与抗蚀剂层的相对位置即可实现连续面形结构的制备；
(4)与移动掩模法相比：本发明不需要采用激光直写设备制备掩模，只需要采用尺度为毫米甚至厘米级的图形作为掩模即可实现连续面形结构的制备；
(5)本发明提供了一种简单的连续面形结构成形技术，为实现各种不同尺度、不同形貌、不同对称性以及不同排布的结构的成形提供了良好的途径。
附图说明
图1为本发明的一种实施例中采用的光刻掩膜，图中白色区域代表透光区，黑色区域代表不透光区；
图2a和图2b为本发明微透镜成像系统的光路图；
图3为采用本发明方法制作的微透镜阵列。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围并不仅限于下列实施例，应包括权利要求书中的全部内容。
本发明中的掩模图形为周期图形，或为非周期图形，基底材料选择红外材料以及可见光材料也都具有相同的工艺步骤等，因此本发明只给出一个实施例，其它实施方式与该实施例完全相似。
本发明的具体实施步骤如下：
(1)在石英基底表面涂覆光刻胶S1805。
(2)将基片的S1805光刻胶面和掩模图形分别放置于微透镜阵列的像面和物面处，掩模图形如图1所示，图中白色区域代表透光区，黑色区域代表不透光区；
(3)在掩模图形上方放置毛玻璃，并采用传统汞灯光源照射毛玻璃产生散射光，作为掩模图形的曝光光源，整个曝光系统如图2所示，图中1代表石英基底，2代表光刻胶，3代表周期为100微米的微透镜阵列，4代表掩模，5代表散射用的毛玻璃；
(4)对掩模图形进行缩小投影曝光。在曝光过程中，沿Y方向通过匀速移动涂布有光刻胶的基片一个微透镜的周期，即100微米，实现对抗蚀剂表面光强的连续调制；
(5)上述曝光完成后，将基片沿X方向移动的一个微透镜周期，即100微米，重复步骤(4)，再次进行曝光，并在曝光过程中沿Y方向移动抗蚀剂基片100微米；
(6)取出基片进行显影，即可获得需要的连续面形微结构；如图3所示，图中1代表石英基底，2代表光刻胶材质的微透镜阵列。
Claims (8)
1.一种基于微透镜阵列的连续面形微结构成形方法，其特征在于步骤如下：
(1)在基底表面涂覆光刻胶；
(2)将基底的光刻胶面和掩模图形分别放置于微透镜阵列的像面和物面处；
(3)在掩模图形上方放置毛玻璃，并利用光源照射毛玻璃产生散射光，作为掩模图形的曝光光源；
(4)对掩模图形进行缩小投影曝光，在曝光过程中，移动掩模图形或移动涂覆有光刻胶的基片，或移动微透镜阵列实现对抗蚀剂表面光强的连续调制；
(5)更换其它物体，并移动掩模图形、微透镜阵列、涂覆抗蚀剂基片三者之间的相对位置，重复步骤(4)实现不同物体的嵌套光刻；
(6)取出基片进行显影，即可获得需要的连续面形微结构。
2.根据权利要求1所述的基于微透镜阵列的连续面形微结构成形方法，其特征在于：所述步骤(1)中的基底为红外材料，或可见光材料。
3.根据权利要求1所述的基于微透镜阵列的连续面形微结构成形方法，其特征在于：所述步骤(1)中的光刻胶的厚度为几百纳米到几微米。
4.根据权利要求1所述的基于微透镜阵列的连续面形微结构成形方法，其特征在于：所述步骤(2)中掩模图形为周期图形，或为非周期图形。
5.根据权利要求1所述的基于微透镜阵列的连续面形微结构成形方法，其特征在于：所述步骤(3)中的光源为汞灯光源。
6.根据权利要求1所述的基于微透镜阵列的连续面形微结构成形方法，其特征在于：所述步骤(4)中对掩模图形进行缩小投影曝光的比例约100∶1～1000∶1。
7.根据权利要求1所述的基于微透镜阵列的连续面形微结构成形方法，其特征在于：所述步骤(4)中的曝光时间为几十秒到几十分钟。
8.根据权利要求1所述的基于微透镜阵列的连续面形微结构成形方法，其特征在于：所述步骤(4)中，掩模图形或者微透镜阵列或者基片的移动方式为平动，或转动。
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