CN101794080B - 一种利用微透镜列阵成像光刻的装置 - Google Patents

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Abstract

一种利用微透镜列阵成像光刻的装置，包括光源、散射板、微透镜列阵、精密位移平台、记录介质基片、基片固定台和显微镜；散射板、成像物体、微透镜列阵、微透镜列阵固定台、记录介质基片、精密位移平台和显微镜依次位于光源后面的出射光路上并都垂直于光轴放置；光源发出的光通过散射板后产生漫射光照明成像物体；成像物体通过微透镜列阵成像在涂有记录介质的基片上；微透镜列阵固定台将微透镜列阵固定；精密位移平台驱动记录介质基片上下移动调焦；通过显微镜检测微透镜列阵是否成像在记录介质基片上；本装置结构简单，成本低，效率高；可以满足亚微米特征尺寸、几十平方厘米面积图形列阵的制备。

Description

一种利用微透镜列阵成像光刻的装置
技术领域
本发明涉及一种微细加工装置，特别涉及一种利用微透镜列阵成像光刻进行微纳图形加工的装置。
背景技术
微米、亚微米特征尺寸周期结构在构成新型人工材料(如低折射率材料、负折射率材料、抗反射材料等)和器件(如频率选择表面等)方面有着广阔的应用前景。目前常用的微纳尺度周期结构加工方法主要有传统的光刻技术和激光束、电子束直写技术等。
传统的光刻技术需要制备专用的铬掩模，铬掩模的通用性较差，且铬掩模的制备需要专用的加工设备。
激光束写技术可制备特征尺寸500nm以上的图形，它采用逐点写入方式，因此加工效率较低，此外激光束写设备的成本较高。
电子束直写与激光束写技术相似，也采用逐点写入方式，但由于电子束波长更低，因此可加工更小特征尺寸的图形，同时设备的成本更高，加工效率更低，难以制备大面积图形。
如何低成本、高效率的制备微米、亚微米特征尺寸周期结构图形是目前急需解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对现有技术在微纳尺度图形加工中存在的弊端和问题，提出一种高效率、低成本的利用微透镜列阵成像光刻的装置。
本发明的技术方案是：一种利用微透镜列阵成像光刻的装置，包括曝光光源、散射板、成像物体、微透镜列阵固定台、微透镜列阵、记录介质基片、精密位移平台、显微镜、调焦照明光源；曝光光源、散射板、成像物体、微透镜列阵固定台和精密位移平台彼此之间依次相隔一定距离；微透镜列阵固定在微透镜列阵固定台的光窗内；记录介质基片固定在精密位移平台的光窗内，记录介质基片距微透镜列阵的距离应等于像距；采用调焦照明光源照明成像物体，微透镜列阵位置始终固定，调整显微镜，当看到物体清晰的像时固定显微镜，再利用精密位移平台驱动记录介质基板上下移动，使得通过显微镜可同时观察到成像物体和记录介质基片上标记的像时，微透镜列阵的像面与记录介质基片已经在同一平面上，然后将记录介质基片固定，到此调焦过程完成；移开调焦照明光源，将曝光光源移至成像物体正下方相应位置，打开曝光光源，曝光光源发出的光通过散射板照明成像物体；成像物体通过微透镜列阵成像在记录介质上，根据介质记录基片的成像结果，曝光显影后便可制备出微纳尺度图形列阵。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明可以单次曝光可制备出亚微米特征尺寸、几十平方厘米面积的图形列阵，曝光时间仅为数秒至几十秒，相比于现有技术装置成本更低，操作更简易，加工微纳结构图形列效率更高，是一种低成本、高效率加工手段，可以满足亚微米特征尺寸、几十平方厘米面积图形列阵的制备。
附图说明
图1为利用微透镜列阵成像光刻的装置示意图；图中1为曝光光源，2为散射版，3为成像物体，4为微透镜固定台，5为微透镜列阵，6为记录介质基片，7为精密位移平台，8为显微镜，9为记录介质基片上的对准标记，10为调焦照明光源；
图2为成像物体，用CAD绘图软件绘制出黑白图形，并将其用商用打印机打印在在透明薄膜上，将打印好的黑白图形黏贴在石英基板上，该方法制备成像物体成本低廉，简捷方便；
图3为微透镜列阵的显微照片，微透镜列阵为连续面形，口径为几百纳米米至几百微米，焦距为几百纳米至数毫米，材料为紫外透高过率材料；
图4为利用微透镜列阵成像光刻制备的微纳图形列阵实例，所用成像物体为线宽数毫米、大小几十毫米的“IOE”图样，所用微透镜列阵口径数微米，焦距十几微米，周期几十微米，光刻制备的微“IOE”图样列阵线宽亚微米，大小数微米，周期几十微米。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例，本领域的技术人员即可以实现本发明权利要求的全部内容。
如图1所示，本发明将装置个部件集成在铸铁工作台上，它包括曝光光源1、散射板2、成像物体3、微透镜列阵固定台4、微透镜列阵5、记录介质基片6、精密位移平台7、显微镜8、调焦照明光源10。
散射板2距光源1的距离为1厘米至10厘米；成像物体3距散射板2的距离为1厘米至20厘米；微透镜列阵5固定在微透镜列阵固定台4的光窗内，距成像物体的距离为10厘米至100厘米；记录介质基片6固定在精密位移平台7的光窗内，距微透镜列阵5的距离应等于像距；显微镜8距记录介质基片6的距离1毫米至为60毫米。
利用本发明光刻制备图形的步骤为：
(1)将散射板2、成像物体3、微透镜列阵5、记录介质基片6依次安装到相应位置；(2)用调焦照明光源10照明成像物体，微透镜列阵5位置始终固定，调整显微镜8，当看到物体清晰的像时固定显微镜8；
(3)利用精密位移平台7驱动记录介质基板6上下移动，使得通过显微镜8可同时观察到物体和记录介质基片上标记9的像时，说明微透镜列阵5的像面与记录介质基片6已经在同一平面上，然后将记录介质基片6固定，到此调焦过程完成；
(4)移开调焦照明光源10，将曝光光源1移至成像物体3正下方相应位置，打开曝光光源1，曝光光源1发出的光通过散射板2照明成像物体3；成像物体3通过微透镜列阵5成像在记录介质6上，根据记录介质基片6的成像结果，曝光显影后便可制备出微纳尺度图形列阵。
本实施例所选择的曝光光源1是中心波长为365nm的汞灯光源，光源的出光口径100mm左右，功率200W以上；调焦照明光源10为白炽灯，功率20W以上；散射板2为紫外透过率90％以上的材料，形状为方形、圆形或六边形等；成像物体3为石英材料，图片黏贴在石英基片上，表面为商用打印机打印的黑白图形，尺寸为1平方厘米至100平方厘米，形状为方形、圆形或六边形；
微透镜列阵(5)为紫外透过率90％以上的材料，微透镜的口径为0.5微米至500微米，微透镜列阵子透镜数目为10个至109个，微透镜间隙通过电铸或镀膜工艺镀金属，以减少杂散光对成像质量的影响；微透镜列阵5焦距为1微米至1毫米，微透镜列阵5面积为1平方厘米至100平方厘米；微透镜列阵固定台4上开尺寸为1平方厘米至100平方厘米，形状为方形、圆形或六边形等的光窗；所述记录介质基片(6)材料为硅、锗、石英、金属、各种有机材料及各种玻璃，尺寸为1平方厘米至100平方厘米，记录介质为各种型号的正性或负性光刻胶；精密移动平台7为三维可连续精密位移的平台，位移分辨率高于280nm，量程大于1mm；显微镜8为长工作距物镜，工作距大于20mm。

Claims (10)

1.一种利用微透镜列阵成像光刻的装置，其特征在于：包括曝光光源(1)、散射板(2)、成像物体(3)、微透镜列阵固定台(4)、微透镜列阵(5)、记录介质基片(6)、精密位移平台(7)、显微镜(8)、调焦照明光源(10)；曝光光源(1)、散射板(2)、成像物体(3)、微透镜列阵固定台(4)和精密位移平台(7)彼此之间依次相隔一定距离；微透镜列阵(5)固定在微透镜列阵固定台(4)的光窗内；记录介质基片(6)固定在精密位移平台(7)的光窗内，记录介质基片(6)距微透镜列阵(5)的距离应等于像距；采用调焦照明光源(10)照明成像物体(3)，微透镜列阵(5)位置始终固定，调整显微镜(8)，当看到物体清晰的像时固定显微镜(8)，再利用精密位移平台(7)驱动记录介质基板(6)上下移动，使得通过显微镜(8)可同时观察到成像物体(3)的像和记录介质基片(6)上标记(9)的像时，微透镜列阵(5)的像面与记录介质基片(6)已经在同一平面上，然后将记录介质基片(6)固定，到此调焦过程完成；移开调焦照明光源(10)，将曝光光源(1)移至成像物体(3)正下方相应位置，打开曝光光源(1)，曝光光源(1)发出的光通过散射板(2)照明成像物体(3)；成像物体(3)通过微透镜列阵(5)成像在记录介质基片(6)上，根据记录介质基片(6)的成像结果，曝光显影后便可制备出微纳尺度图形列阵。
2.根据权利要求1所述的一种利用微透镜列阵成像光刻装置，其特征在于：所述曝光光源(1)为汞灯光源，其中心波长为365nm，功率200W以上。
3.根据权利要求1所述的一种利用微透镜列阵成像光刻装置，其特征在于：所述调焦照明光源(10)为白炽灯，功率20W以上。
4.根据权利要求1所述的一种利用微透镜列阵成像光刻的装置，其特征在于：所述散射板(2)为紫外透过率90％以上的材料，形状为方形、圆形或六边形。
5.根据权利要求1所述的一种利用微透镜列阵成像光刻的装置，其特征在于：所述成像物体(3)为石英材料，表面为黑白图形，尺寸为1平方厘米至100平方厘米，形状为方形、圆形或六边形。
6.根据权利要求1所述的一种利用微透镜列阵成像光刻的装置，其特征在于：所述微透镜列阵固定台(4)上开尺寸为1平方厘米至100平方厘米，形状为方形、圆形或六边形的光窗。
7.根据权利要求1所述的一种利用微透镜列阵成像光刻的装置，其特征在于：所述微透镜列阵(5)为紫外透过率90％以上的材料，微透镜的口径为0.5微米至500微米，微透镜列阵子透镜数目为10个至109个，微透镜间隙通过电铸或镀膜工艺镀金属，以减少杂散光对成像质量的影响。
8.根据权利要求1所述的一种利用微透镜列阵成像光刻的装置，其特征在于：所述记录介质基片(6)材料为硅、锗、石英、金属，尺寸为1平方厘米至100平方厘米，记录介质为的正性或负性光刻胶。
9.根据权利要求1所述的一种利用微透镜列阵成像光刻的装置，其特征在于：所述精密位移平台(7)为三维可连续精密位移的平台，位移分辨率高于280nm，量程大于1mm。
10.根据权利要求1所述的一种利用微透镜列阵成像光刻的装置，其特征在于：所述显微镜(8)为长工作距物镜，工作距大于20mm。
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