CN109188577A - 一种光学元件微纳阵列结构的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学元件微结构领域，尤其涉及一种光学元件微纳阵列结构的制备方法。所述方法包括以下步骤：1)在基底表面上设置膜层；2)通过物理方法和/或化学方法除去部分膜层，使剩余的膜层在所述基底表面上呈周期阵列结构；3)微纳阵列结构制备：A、在所述带有周期阵列结构膜层的基底表面沉积一层基体材料；B、通过物理方法和/或化学方法将基底表面的周期阵列结构膜层去除；所述的基体材料在所述基底表面上形成一种微纳阵列结构；所述的微纳阵列结构与所述的周期阵列结构互补。所述方法避免了现有工艺中的刻蚀步骤，获得的微纳阵列结构形状规则，工艺简单，具有广阔的市场前景和经济价值。
Description
技术领域
本发明涉及光学元件微结构领域，尤其涉及一种光学元件微纳阵列结构的制备方法。
背景技术
随着光机电一体化技术的进步和微电子技术、微光子技术发展需求的提高，现代光学元件向着微型化、阵列化方向发展，各种微纳阵列加工技术随之也应运而生。
目前，激光刻蚀、离子刻蚀、化学刻蚀、纳米压印等技术已成功应用于微纳阵列光学元件的制备，但以上方法均是直接或间接在基体材料上进行湿法或干法刻蚀，受刻蚀速度分布不均的影响，难以制备出形状规则的微纳阵列结构。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种光学元件微纳阵列结构的制备方法，所述方法通过在基底表面涂胶、掩膜、曝光、显影、沉积、曝光和显影等一系列步骤，在光学元件的表面形成一层由基体材料形成的微纳阵列结构。所述方法避免了现有工艺中的刻蚀步骤，获得的微纳阵列结构形状规则，工艺简单，具有广阔的市场前景和经济价值。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种微纳阵列结构的制备方法，所述方法包括以下步骤：1)在基底表面上设置膜层；2)通过物理方法和/或化学方法除去部分膜层，使剩余的膜层在所述基底表面上呈周期阵列结构；3)微纳阵列结构制备：A、在所述带有周期阵列结构膜层的基底表面沉积一层基体材料；B、通过物理方法和/或化学方法将基底表面的周期阵列结构膜层去除；所述的基体材料在所述基底表面上形成一种微纳阵列结构；所述的微纳阵列结构与所述的周期阵列结构互补。
优选的，前述的微纳阵列结构的制备方法，其中所述的基底为光学元件。
优选的，前述的微纳阵列结构的制备方法，其中所述的膜层为光刻胶涂层；所述的光刻胶涂层的加工方式为涂覆或者沉积。
优选的，前述的微纳阵列结构的制备方法，其中所述的光刻胶涂层为正性胶；所述的光刻胶涂层经曝光后变成可溶解的材料。
优选的，前述的微纳阵列结构的制备方法，其中所述的物理方法或者化学方法为掩膜、曝光、显影和/或坚影。
优选的，前述的微纳阵列结构的制备方法，其中所述的显影为将经过曝光的光刻胶涂层浸入显影液溶液中使光刻胶涂层溶解。
优选的，前述的微纳阵列结构的制备方法，其中所述的基体材料为金属材料或者无机氧化物材料。
优选的，前述的微纳阵列结构的制备方法，其中所述的金属材料的沉积方式为电子蒸镀或者磁控溅射。
优选的，前述的微纳阵列结构的制备方法，其中所述的无机氧化物材料的沉积方式为化学气相沉积或者原子层沉积。
优选的，前述的微纳阵列结构的制备方法，其中所述的基体材料的沉积是在所述膜层的周期阵列空隙中沉积。
借由上述技术方案，本发明提供的光学元件微纳阵列结构的制备方法至少具有下列优点：
本发明是基于现有激光刻蚀、离子刻蚀、化学刻蚀、纳米压印等制备工艺因刻蚀不均匀难以制备出形状规则的微纳阵列结构而提出。
1、本发明提供的光学元件微纳阵列结构的制备方法通过涂胶、掩膜、曝光、显影、沉积、曝光、显影等一些列操作组合，在光学元件表面形成一层形状规则的微纳阵列结构；
2、本发明提供的光学元件微纳阵列结构的制备方法避免了现有技术加工工艺的刻蚀步骤，使得微纳阵列结构的形状不再受刻蚀速度分布不均的影响，从而制造出的微纳阵列结构形状规则；
3、本发明提供的光学元件微纳阵列结构的制备方法的理论基础合理，操作工艺简单、可行，具有广阔的市场前景和经济价值。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明提供的光学元件微纳阵列结构的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的光学元件微纳阵列结构的制备方法的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
如图1所示，本发明提供了一种光学元件微纳阵列结构的制备方法，所述方法包括以下步骤：1)在基底1表面上设置膜层2；2)通过物理方法和/或化学方法除去部分膜层，使剩余的膜层在所述基底1表面上呈周期阵列结构；3)微纳阵列结构制备：A、在所述带有周期阵列结构膜层的基底1表面沉积一层基体材料4；B、通过物理方法和/或化学方法将基底1表面的周期阵列结构膜层去除；所述的基体材料4在所述基底1表面上形成一种微纳阵列结构；所述的微纳阵列结构与所述的周期阵列结构互补。
所述方法的具体操作步骤依次包括：
1、涂胶：在基底1的表面上设置膜层2；
2、掩膜：所述的膜层2干燥后，在所述的膜层2表面覆盖一层周期阵列结构图案的遮光罩3；
3、曝光：将上述覆盖遮光罩3的带有膜层2的基底1进行曝光；所述的膜层2经曝光后变成可溶解的材料；
4、显影：将曝光后的基底1浸入一定质量浓度的显影液中，使未被遮光罩3覆盖的膜层2溶解，露出未被遮光罩3覆盖的膜层2所覆盖的基底；剩余的被遮光罩3覆盖的膜层2在所述基底1的表面上形成遮光罩3设定图案的周期阵列结构；
5、沉积：在所述带有周期阵列结构图案的基底1的表面沉积一层基体材料4；
6、曝光：将上述沉积基体材料4的带有膜层2的基底1进行曝光；所述的膜层2经曝光后变成可溶解的材料；
7、显影：将曝光后的沉积基体材料4的带有膜层2的基底1浸入一定质量浓度的显影液中，使步骤4中剩余的膜层2溶解，所述的基体材料在所述基底1的表面上形成一层与周期阵列结构互补的微纳阵列结构。
优选的，前述的微纳阵列结构的制备方法，其中所述的基底为光学元件。
优选的，前述的微纳阵列结构的制备方法，其中所述的膜层为光刻胶涂层；所述的光刻胶涂层的加工方式为涂覆或者沉积。
优选的，前述的微纳阵列结构的制备方法，其中所述的光刻胶涂层为正性胶；所述的光刻胶涂层经曝光后变成可溶解的材料。
优选的，前述的微纳阵列结构的制备方法，其中所述的物理方法或者化学方法为掩膜、曝光、显影和/或坚影。
优选的，前述的微纳阵列结构的制备方法，其中所述的显影为将经过曝光的光刻胶涂层浸入显影液溶液中使光刻胶涂层溶解。
优选的，前述的微纳阵列结构的制备方法，其中所述的基体材料为金属材料或者无机氧化物材料。
优选的，前述的微纳阵列结构的制备方法，其中所述的金属材料的沉积方式为电子蒸镀或者磁控溅射。
优选的，前述的微纳阵列结构的制备方法，其中所述的无机氧化物材料的沉积方式为化学气相沉积或者原子层沉积。
优选的，前述的微纳阵列结构的制备方法，其中所述的基体材料的沉积是在所述膜层的周期阵列空隙中沉积。
根据周期阵列结构的掩膜图案不同，所述的微纳阵列结构可以为微纳孔阵列结构或者微纳柱阵列结构。
实施例1
1)在匀胶台上对光学元件表面涂覆BP212光刻胶，匀胶台转速2000r/min，时间15s。胶液涂覆后在90℃条件下烘烤2min。
2)采用Kari suss MA-6光刻机，透过设计好图案的掩膜对光刻胶进行曝光，曝光时间5s。
(3)将经过曝光的光刻胶浸入质量分数0.5％的NaOH熔液中进行显影，时间50s。显影后在90℃下保温2min进行坚膜。
4)采用化学气相沉积工艺在显影后的光刻胶上沉积一层SiO2。
5)采用Kari suss MA-6光刻机，对光学元件表面剩余的光刻胶进行曝光，曝光时间10s，然后将其浸入到质量分数0.5％的NaOH熔液中，将光刻胶全部溶解，最终在光学元件表面获得形貌规则的SiO2微纳阵列结构。
实施例2：
1)在匀胶台上对光学元件表面涂覆BP212光刻胶，匀胶台转速2000r/min，时间15s。胶液涂覆后在90℃条件下烘烤2min。
2)采用Kari suss MA-6光刻机，透过设计好图案的掩膜对光刻胶进行曝光，曝光时间5s。
(3)将经过曝光的光刻胶浸入质量分数0.5％的NaOH熔液中进行显影，时间50s。显影后在90℃下保温2min进行坚膜。
4)采用磁控溅射工艺在显影后的光刻胶上沉积一层Au。
5)采用Kari suss MA-6光刻机，对光学元件表面剩余的光刻胶进行曝光，曝光时间10s，然后将其浸入到质量分数0.5％的NaOH熔液中，将光刻胶全部溶解，最终在光学元件表面获得形貌规则的Au微纳阵列结构。
上述实施例1、2制得的微纳阵列结构，其形状与与设计形状非常相近，将其用于科研或生产中，其不会对后续工序带来不良影响，具有非常好的有益效果。而采用其他工艺制备的微纳阵列结构总会与设计结构产生偏差，比如圆柱孔结构变为圆锥孔结构，对于微纳阵列结构的效果有较大的影响，例如：当微纳阵列结构用于微孔衍射时，其阵列结构的均匀性直接影响到衍射效果和分辨率。
本发明权利要求和/或说明书中的技术特征可以进行组合，其组合方式不限于权利要求中通过引用关系得到的组合。通过权利要求和/或说明书中的技术特征进行组合得到的技术方案，也是本发明的保护范围。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种光学元件微纳阵列结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1)在基底表面上设置膜层；
2)通过物理方法和/或化学方法除去部分膜层，使剩余的膜层在所述基底表面上呈周期阵列结构；
3)微纳阵列结构制备：
A、在所述带有周期阵列结构膜层的基底表面沉积一层基体材料；
B、通过物理方法和/或化学方法将基底表面的周期阵列结构膜层去除；所述的基体材料在所述基底表面上形成一种微纳阵列结构；
所述的微纳阵列结构与所述的周期阵列结构互补。
2.根据权利要求1所述的光学元件微纳阵列结构的制备方法，其特征在于，所述的基底为光学元件。
3.根据权利要求1所述的光学元件微纳阵列结构的制备方法，其特征在于，所述的膜层为光刻胶涂层；所述的光刻胶涂层的加工方式为涂覆或者沉积。
4.根据权利要求3所述的光学元件微纳阵列结构的制备方法，其特征在于，所述的光刻胶涂层为正性胶；所述的光刻胶涂层经曝光后变成可溶解的材料。
5.根据权利要求4所述的光学元件微纳阵列结构的制备方法，其特征在于，所述的物理方法或者化学方法为掩膜、曝光、显影和/或坚影。
6.根据权利要求5所述的光学元件微纳阵列结构的制备方法，其特征在于，所述的显影为将经过曝光的光刻胶涂层浸入显影液溶液中使光刻胶涂层溶解。
7.根据权利要求1所述的光学元件微纳阵列结构的制备方法，其特征在于，所述的基体材料为金属材料或者无机氧化物材料。
8.根据权利要求7所述的光学元件微纳阵列结构的制备方法，其特征在于，所述的金属材料的沉积方式为电子蒸镀或者磁控溅射。
9.根据权利要求7所述的光学元件微纳阵列结构的制备方法，其特征在于，所述的无机氧化物材料的沉积方式为化学气相沉积或者原子层沉积。
10.根据权利要求1所述的光学元件微纳阵列结构的制备方法，其特征在于，所述的基体材料的沉积是在所述膜层的周期阵列空隙中沉积。
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