CN103838080A - 一种微小图形制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种微小图形制备方法：在基材表面涂覆感光面，感光面上方设置微透镜阵列，微透镜阵列上方设置微小图形掩模，掩模上方设置紫外灯光源；当紫外灯开启时，通过对掩模图形的缩小曝光实现感光面的嵌套光刻，最后取出涂覆感光面的基片显影获得所需微小结构，本发明可以实现微小图形及大面积结构的制作。
Description
技术领域
本发明属于微小图形加工技术领域，具体地说是一种微小图形制备方法。
背景技术
微光学是研究微米、纳米级尺寸的光学元器件的设计、制作工艺及利用这类元器件实现光波的发射、传输、变换及接收的理论和技术的新学科，微光学元件具有体积小、质量轻、造价低等优点。近年来，随着微光学和微纳加工技术的发展，二元光学元(器)件因其在实现光波变换上所具有的许多卓越的、传统光学难以具备的功能，而有利于促进光学系统实现微型化、阵列化和集成化，开辟了光学领域的新视野。二元光学是指基于光波的衍射理论，利用计算机辅助设计，并用超大规模集成(VLSI)电路制作工艺，在片基上(或传统光学器件表面)刻蚀产生两个或多个台阶深度的浮雕结构，形成纯相位、同轴再现、具有极高衍射效率的一类衍射光学元件。它是光学与微电子学相互渗透与交叉的前沿学科。二元光学不仅在变革常规光学元件，变革传统光学技术上具有创新意义，而且能够实现传统光学许多难以达到的目的和功能。它的出现将给传统光学设计理论及加工工艺带来一次革命。二元光学元件源于全息光学元件(HOE)特别是计算全息元件(CGH)，可以认为相息图(Kinoform)就是早期的二元光学元件。但是全息元件效率低，且离轴再现；相息图虽同轴再现，但工艺长期未能解决，因此进展缓慢、实用受限。二元光学技术则同时解决了衍射元件的效率和加工问题。
传统的微小图形制备方法主要包括：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，中国科学院有关院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微小图形制备技术；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，同时还大大简化了微小结构制备工艺。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有微结构制备技术需要大型设备，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，提供一种微小图形制备方法，该方法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微小结构制备工艺。
本发明的技术方案：一种微小图形制备方法，其结构特点如下：
（1）最底层设置基材，在基材表面涂覆感光面；
（2）在涂覆感光面的基材上方设置微透镜阵列；
（3）在微透镜阵列上方设置掩模图形；
（4）在掩模上方设置紫外光灯；
（5）当紫外光灯开启时对掩模图形进行缩小投影曝光，实现感光面的嵌套光刻，最后取出基片进行显影，即可获得需要的微小结构。
所述步骤（1）中的基材可以为红外材料，也可以为可见光材料；感光面的厚度为几十纳米到几微米。
所述步骤（2）中的微透镜阵列为凸透镜，口径为100μm～5000μm。
所述步骤（3）中掩模图形为周期微小图形，或为非周期微小图形。
所述步骤（5）中对掩模图形进行缩小投影曝光的比例约100：1～1000：1；曝光时间为几十秒到几十分钟。
本发明与现有技术相比具有的有益效果在于：
现有的可用于微小图形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；
（1）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；本发明可以实现各种微小图形、结构的制备。
（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微小图形作为掩模即可实现微小结构的制备；
（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微小结构的制备；
综上所述，本发明提供了一种简单的微小图形制备技术，且可以实现大面积制作。
附图说明
图1为本发明的结构图（微小图形制备方法结构图）；
图2为本发明的一种实施例中采用的灰度掩膜，图中黑色区域代表不透光区，灰度区域代表不透光区和部分透光区；
图3为微透镜成像系统的光路图；
图4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。
实施例1
（1）在玻璃基材表面涂覆感光面；
（2）在涂覆感光面的基材上方设置微透镜阵列
（3）在微透镜阵列上方设置灰度图形的掩模如图2；
（4）在掩模图形上方设置紫外光灯照射作为掩模图形的曝光光源。整个曝光系统如图3所示，图中1代表玻璃基材，2代表感光面，3代表微透镜阵列，4代表掩模；
（5）开启紫外光源对掩模图形进行缩小投影曝光，实现感光面的嵌套光刻。
（6）取出基片进行显影，即可获得需要的微小结构；如图4所示，图中1代表玻璃基材，2代表感光面对应材质的微小结构。
Claims (5)
1.一种微小图形制备方法，其结构特征如下：
（1）最底层设置基材，并在基材上涂覆感光面；
（2）在涂覆感光面的基材上方设置微透镜阵列；
（3）微透镜阵列上方设置微小图形掩模；
（4）在掩模上方设置紫外光灯；
（5）当紫外光灯开启时对掩模图形进行缩小投影曝光，实现感光面的嵌套光刻，最后取出基片进行显影，即可获得需要的微小结构。
2.根据权利要求1所述的微小图形制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的基材可以为红外材料或可见光材料，感光面厚度为几百纳米到几微米。
3.根据权利要求1所述的微小图形制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中的微透镜阵列为凸透镜，口径为100μm～5000μm。
4.根据权利要求1所述的微小图形制备方法，其特征在于：所述步骤（3）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所述的微小图形制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中对掩模图形进行缩小投影曝光的比例约100：1～1000：1；曝光时间为几十秒到几十分钟。
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