CN105467750A - 一种基于微棱镜阵列的微结构成形方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于微棱镜阵列的微结构成形方法：（1）在基底表面涂覆光刻胶；（2）将基底的光刻胶面放置于微棱镜阵列下方；（3）利用准直后的激光光源作为曝光光源照射微棱镜阵列；（4）在曝光过程中，移动微棱镜阵列或移动涂覆有光刻胶的基片，对抗蚀剂表面光强的连续调制；（5）取出基片进行显影，获得需要的局域干涉光刻微结构。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

一种基于微棱镜阵列的微结构成形方法
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棱镜阵列的微结构成形方法。
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（ExtraordinaryOpticalTransmission）。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几十微米的微透镜，因此该方法只能制作大尺度结构，然而，在很多情况下，我们需要获得尺度为几百纳米的光栅图形，并且希望该光栅阵列能够具有所希望的外形轮廓。
本发明提出了一种基于微棱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，采用微棱镜阵列即可制备具有特定外形的纳米级的光栅结构。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有纳米级微结构成形需要大型设备，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，提供一种基于微棱镜阵列的微结构成形方法，该方法不需要采用大型设备制备光刻掩膜，仅通过微棱镜即可实现纳米光栅的制备，同时还大大简化了纳米结构制备工艺。
本发明的技术方案：一种基于微棱镜阵列的微结构成形方法，其特点在于步骤如下：
（1）在基底表面涂覆光刻胶；
（2）将基底的光刻胶面放置于微棱镜阵列下方；
（3）利用准直后的激光光源作为曝光光源照射微棱镜阵列；
（4）在微棱镜上方放置掩模图形；
（5）在曝光过程中，移动微棱镜阵列或移动涂覆有光刻胶的基片，对抗蚀剂表面光强的连续调制；
（6）取出基片进行显影，获得需要的局域干涉光刻微结构。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。
所述步骤（1）中的基底可以为红外材料，也可以为可见光波段材料。
所述步骤（1）中光刻胶型号AZ1500，光刻胶厚度为几十纳米到1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）中的光源为激光光源。
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，掩模图形或者微棱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）现有的可用于微纳结构制备的主要技术包括：热融技术、全息技术、激光直写技术等；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棱镜阵列，对于尺度仅为纳米量级的光栅线条是完全无法成形的；全息技术虽然可以获得几百纳米的光栅阵列，但其外形轮廓不可控制，且光刻装置复杂；激光直写不仅对于纳米结构的制备非常费力，同时其加工时间难以忍受，设备昂贵。本发明仅采用简单的微棱镜阵列即可实现各种外形轮廓、各种分辨力的光栅结构的制作，具有经济、实惠，工艺过程易操作的特点。
（2）本发明提供了一种简单的纳米结构成形技术，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为本发明的实现流程图；
图2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3为微棱镜成像系统的光路图，图中1为入射准直激光，2为掩膜图形，3为经过掩膜后激光束，4为微棱镜阵列，5为被微棱镜偏折后的光束，6为光刻胶，7为涂布有光刻胶的基片；
图4为采用本发明实施例中经过曝光后形成的微光栅结构。
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）在石英基底表面涂覆光刻胶AZ1500。
（2）将掩模图形放置于微棱镜阵列的上方，将基片的AZ1500光刻胶面放置于微棱镜阵列的下方。掩模图形如图2所示，图中白色区域代表透光区，黑色区域代表不透光区，
（3）采用准直后的激光平面波照射掩模图形，透过掩模图形的激光将照射到微棱镜表面，照射到微棱镜表面的激光被微棱镜的斜面进行折射，在微棱镜下方进行干涉曝光。整个曝光系统如图3所示，图中1代表石英基底，2代表光刻胶，3代表周期为100微米的微棱镜阵列，4代表掩模，
（4）取出基片进行显影，即可获得需要的光栅微结构；如图4所示，图中1代表石英基底，2代表光刻胶材质的微光栅结构。

Claims (9)

1.一种基于微棱镜阵列的微结构成形方法，其特征在于步骤如下：
（1）在基底表面涂覆光刻胶；
（2）将基底的光刻胶面放置于微棱镜阵列下方；
（3）利用准直后的激光光源作为曝光光源照射微棱镜阵列；
（4）在微棱镜上方放置掩模图形；
（5）在曝光过程中，移动微棱镜阵列或移动涂覆有光刻胶的基片，对抗蚀剂表面光强的连续调制；
（6）取出基片进行显影，获得需要的局域干涉光刻微结构。
2.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。
3.根据权利要求1所述的基于微棱镜阵列的微结构成形方法，其特征在于：所述步骤（1）中的基底为红外材料，或者是可见光材料。
4.根据权利要求1所述的基于微棱镜阵列的微结构成形方法，其特征在于：所述步骤（1）中的光刻胶的型号AZ1500，光刻胶的厚度为几百纳米到1微米。
5.根据权利要求1所述的基于微棱镜阵列的微结构成形方法，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。
6.根据权利要求1所述的基于微棱镜阵列的微结构成形方法，其特征在于：所述步骤（3）中的光源为激光光源。
7.根据权利要求1所述的基于微棱镜阵列的微结构成形方法，其特征在于：所述步骤（4）中掩模图形尺度为几毫米到几厘米。
8.根据权利要求1所述的基于微棱镜阵列的微结构成形方法，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。
9.根据权利要求1所述的基于微棱镜阵列的微结构成形方法，其特征在于：所述步骤（4）中，掩模图形或者微棱镜阵列或者基片的移动方式为平动，或转动。
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