CN111458976A - 一种制作三维旋转对称微结构的一体化成型方法 - Google Patents

一种制作三维旋转对称微结构的一体化成型方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111458976A
CN111458976A CN202010422720.2A CN202010422720A CN111458976A CN 111458976 A CN111458976 A CN 111458976A CN 202010422720 A CN202010422720 A CN 202010422720A CN 111458976 A CN111458976 A CN 111458976A
Authority
CN
China
Prior art keywords
mask
dimensional
photoresist
microstructure
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010422720.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111458976B (zh
Inventor
刘鑫
范斌
杜俊峰
边疆
雷柏平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Optics and Electronics of CAS
Original Assignee
Institute of Optics and Electronics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Optics and Electronics of CAS filed Critical Institute of Optics and Electronics of CAS
Priority to CN202010422720.2A priority Critical patent/CN111458976B/zh
Publication of CN111458976A publication Critical patent/CN111458976A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111458976B publication Critical patent/CN111458976B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/0037—Production of three-dimensional images
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/2002—Exposure; Apparatus therefor with visible light or UV light, through an original having an opaque pattern on a transparent support, e.g. film printing, projection printing; by reflection of visible or UV light from an original such as a printed image
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/2002—Exposure; Apparatus therefor with visible light or UV light, through an original having an opaque pattern on a transparent support, e.g. film printing, projection printing; by reflection of visible or UV light from an original such as a printed image
    • G03F7/201—Exposure; Apparatus therefor with visible light or UV light, through an original having an opaque pattern on a transparent support, e.g. film printing, projection printing; by reflection of visible or UV light from an original such as a printed image characterised by an oblique exposure; characterised by the use of plural sources; characterised by the rotation of the optical device; characterised by a relative movement of the optical device, the light source, the sensitive system or the mask
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/2022—Multi-step exposure, e.g. hybrid; backside exposure; blanket exposure, e.g. for image reversal; edge exposure, e.g. for edge bead removal; corrective exposure
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70383—Direct write, i.e. pattern is written directly without the use of a mask by one or multiple beams

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

本发明公开了一种制作三维旋转对称微结构的一体化成型方法，根据目标三维旋转对称微结构(31)的中心剖面面形函数、光刻胶的曝光显影模型以及曝光剂量的旋转积分模型，设计二维掩模图形编码，并利用激光直写技术制作掩模(1)；在基底(2)表面均匀涂覆一层光刻胶(3)；调整掩模与基底及其表面的光刻胶在分离一定间隙的情况下保持严格的平行；控制掩模相对基底按照设定的角速度做同轴旋转运动，同时利用紫外光(4)对掩模进行面曝光；经过显影，获得三维旋转对称微结构。本发明通过掩模的图形调制和曝光能量旋转积分的共同作用，使光刻胶上形成特定的连续曝光剂量分布，可以实现三维旋转对称微结构的一体化成型，降低了技术复杂度和制作成本，提高了加工精度和效率。

Description

一种制作三维旋转对称微结构的一体化成型方法
技术领域
本发明属于微纳光学技术领域，具体涉及一种制作三维旋转对称微结构的一体化成型方法。
背景技术
衍射光学元件相比传统光学元件而言，具有微型化、阵列化和集成化的显著优势，被广泛地应用在现代光学各研究领域中。其中，具有三维旋转对称微结构的衍射光学元件，如：用于聚焦成像的谐衍射透镜、环形分布的柱透镜阵列、生成涡旋光束的螺旋相位器等，具有独特的光学性能和卓越的光学质量，成为近年来研究的热点。
现有的三维旋转对称微结构的制备技术，如：多层掩模套刻曝光技术，需要进行多次掩模对准曝光和离子束刻蚀工艺，才能近似加工曲面面形，工艺流程复杂、加工效率低下；激光直写灰阶曝光技术，采用单点曝光的方式完成灰阶曝光工艺，加工周期极长，且加工设备非常昂贵。
以上因素限制了具有三维旋转对称微结构的衍射光学元件在光学领域的广泛应用，因此发展一种技术原理简单易行、制作效率高、加工成本低的三维旋转对称微结构的制作方法是迫切需要的。
发明内容
有鉴于此，本发明公开了一种制作三维旋转对称微结构的一体化成型方法：根据目标三维旋转对称微结构的中心剖面面形函数、光刻胶的曝光显影模型以及曝光剂量的旋转积分模型，设计二维掩模图形编码，并利用激光直写技术制作掩模；在基底表面均匀涂覆一层光刻胶；调整掩模与基底及其表面的光刻胶在分离一定间隙的情况下保持严格的平行；控制掩模相对基底按照设定的角速度做同轴旋转运动，同时利用紫外光对掩模进行曝光；经过显影，获得三维旋转对称微结构。与现有加工方法相比，本发明通过掩模的图形调制和曝光能量旋转积分的共同作用，使光刻胶上形成特定的连续曝光剂量分布，可以实现三维旋转对称微结构的一体化成型，降低了技术复杂度和制作成本，提高了加工精度和效率。
本发明通过以下技术方案进行实施：一种制作三维旋转对称微结构的一体化成型方法，包括以下步骤：
步骤1、根据目标三维旋转对称微结构的中心剖面面形函数、光刻胶的曝光显影模型以及曝光剂量的旋转积分模型，设计二维掩模图形编码，并利用激光直写技术制作掩模；
步骤2、在基底表面，均匀涂覆一层光刻胶；
步骤3、调整掩模与基底及其表面的光刻胶在分离一定间隙的情况下，保持严格的平行；
步骤4、控制掩模相对基底及其表面的光刻胶按照设定的角速度做同轴旋转运动，同时利用紫外光对掩模进行面曝光；
步骤5、经过显影，获得三维旋转对称微结构。
其中，所述步骤4中，经过掩模的图形调制和曝光能量旋转积分的双重作用，紫外光使光刻胶上形成特定的连续曝光剂量分布，经显影后即可获得目标微结构，从而实现三维旋转对称微结构的一体化成型。
其中，所述步骤5中，根据实验结果反馈的实测面形与理想面形之差，对步骤1中掩模的图形编码进行优化设计，并且重复步骤1到步骤5，可以实现三维旋转对称微结构的面形高精度控制。
本发明的优点在于：
(1)本发明通过掩模相对基底旋转曝光的方法，可以实现三维旋转对称微结构的一体化成型，技术原理简单易行，加工效率高。
(2)本发明通过对掩模图形编码进行优化设计，即可实现三维旋转对称微结构的面形高精度控制，加工精度高，满足衍射光学元件的相关质量要求
(3)本发明所述的制作方法，无需高昂的加工设备，仅需对现有接触/接近式掩模曝光设备进行一定的改造，即可满足加工需求，加工成本低。
综上所述，本发明公开了一种制作三维旋转对称微结构的一体化成型方法，该方法技术原理简单易行、制作效率高、加工成本低，为具有三维旋转对称微结构的衍射光学元件的广泛应用和发展提供了技术支撑！
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明公开的一种制作三维旋转对称微结构的一体化成型方法的流程图。其中：1-掩模，2-基底，3-光刻胶，4-紫外光，31-三维旋转对称微结构。
图2为第一实施实例所用的掩模图形编码。
图3为第一实施实例目标制作的具有三维旋转对称微结构的衍射光学元件。
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，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容。通过以下实施例，本领域技术人员即可以实现本发明权利要求的全部内容。
实例一：
如图1所示为本发明公开的一种制作三维旋转对称微结构的一体化成型方法的流程图，依次包含以下步骤：
如图1中1-1所示，根据目标的三维旋转对称微结构31的中心剖面面形函数、光刻胶的曝光显影模型以及曝光剂量的旋转积分模型，设计二维掩模图形编码，如图2所示，并利用激光直写技术制作掩模1；
如图1中1-2所示，在石英基底2表面，均匀涂覆一层厚度为7μm的AZ 9260光刻胶3；
如图1中1-3所示，调整掩模1与石英基底2及其表面的光刻胶3在分离20μm间隙的情况下，保持严格的平行；
如图1中1-4所示，控制掩模1相对石英基底2及其表面的光刻胶3按照1弧度/秒的角速度做同轴旋转运动，同时利用波长为365nm的紫外光4对掩模1进行曝光；
如图1中1-5所示，使用AZ 300MIF显影液对光刻胶进行显影，获得三维旋转对称微结构(31)，实现具有三维旋转对称微结构的衍射光学元件的一体化成型制作，如图3所示。
本发明未详细阐述的部分属于本领域的公知技术。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种制作三维旋转对称微结构的一体化成型方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1、根据目标的三维旋转对称微结构(31)的中心剖面面形函数、光刻胶的曝光显影模型以及曝光剂量的旋转积分模型，设计二维掩模图形编码，并利用激光直写技术制作掩模(1)；
步骤2、在基底(2)表面，均匀涂覆一层光刻胶(3)；
步骤3、调整掩模(1)与基底(2)及其表面的光刻胶(3)在分离一定间隙的情况下，保持严格的平行；
步骤4、控制掩模(1)相对基底(2)及其表面的光刻胶(3)按照设定的角速度做同轴旋转运动，同时利用紫外光(4)对掩模(1)进行面曝光；
步骤5、经过显影，获得三维旋转对称微结构(31)。
2.根据权利要求1所述的一种制作三维旋转对称微结构的一体化成型方法，其特征在于：步骤4中，经过掩模(1)的图形调制和曝光能量旋转积分的双重作用，紫外光(4)使光刻胶(3)上形成特定的连续曝光剂量分布，经显影后获得目标微结构，从而实现三维旋转对称微结构(31)的一体化成型。
3.根据权利要求1所述的一种制作三维旋转对称微结构的一体化成型方法，其特征在于：步骤5中，根据实验结果反馈的实测面形与理想面形之差，对步骤1中掩模(1)的图形编码进行优化设计，并且重复步骤1到步骤5，可以实现三维旋转对称微结构的面形高精度控制。
CN202010422720.2A 2020-05-19 2020-05-19 一种制作三维旋转对称微结构的一体化成型方法 Active CN111458976B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010422720.2A CN111458976B (zh) 2020-05-19 2020-05-19 一种制作三维旋转对称微结构的一体化成型方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010422720.2A CN111458976B (zh) 2020-05-19 2020-05-19 一种制作三维旋转对称微结构的一体化成型方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111458976A true CN111458976A (zh) 2020-07-28
CN111458976B CN111458976B (zh) 2021-09-07

Family

ID=71683036

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010422720.2A Active CN111458976B (zh) 2020-05-19 2020-05-19 一种制作三维旋转对称微结构的一体化成型方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111458976B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111965954A (zh) * 2020-09-09 2020-11-20 中国科学院光电技术研究所 一种掩模与基底相对同轴旋转的曝光装置
CN112684677A (zh) * 2021-03-12 2021-04-20 苏州苏大维格科技集团股份有限公司 激光直写光刻机制作的三维微纳形貌结构及其制备方法
CN114721078A (zh) * 2022-04-08 2022-07-08 中国科学院光电技术研究所 多光谱成像的折射-谐衍射混合透镜阵列器件及制备方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1385759A (zh) * 2001-05-16 2002-12-18 中国科学院光电技术研究所 一种三维微结构的制作方法及其曝光装置
CN1553223A (zh) * 2003-05-29 2004-12-08 中国科学院光电技术研究所 四棱锥形微结构阵列的制作方法
CN101126897A (zh) * 2007-08-31 2008-02-20 中国科学院光电技术研究所 一种基于微透镜阵列的连续面形微结构成形方法
JP2008091424A (ja) * 2006-09-29 2008-04-17 Toshiba Corp 液浸露光方法
CN101192000A (zh) * 2007-11-15 2008-06-04 中国航天科技集团公司第五研究院第五一○研究所 中心对称连续微结构衍射元件掩模的制作方法
US20100297398A1 (en) * 2006-11-21 2010-11-25 Chandrasekhar Sarma Lithography Masks and Methods of Manufacture Thereof
CN102141639A (zh) * 2011-04-18 2011-08-03 南昌航空大学 一种基于数字掩模光刻技术制作微透镜阵列的方法
CN103376663A (zh) * 2012-04-22 2013-10-30 上海微电子装备有限公司 一种干涉曝光系统及其曝光方法
CN103454860A (zh) * 2012-05-30 2013-12-18 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 曝光的方法
CN104264110A (zh) * 2014-08-29 2015-01-07 宁波英飞迈材料科技有限公司 一种制备二维组合材料芯片的掩模装置及芯片制备方法
CN104793462A (zh) * 2014-01-16 2015-07-22 四川云盾光电科技有限公司 一种微纳米结构成形方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1385759A (zh) * 2001-05-16 2002-12-18 中国科学院光电技术研究所 一种三维微结构的制作方法及其曝光装置
CN1553223A (zh) * 2003-05-29 2004-12-08 中国科学院光电技术研究所 四棱锥形微结构阵列的制作方法
JP2008091424A (ja) * 2006-09-29 2008-04-17 Toshiba Corp 液浸露光方法
US20100297398A1 (en) * 2006-11-21 2010-11-25 Chandrasekhar Sarma Lithography Masks and Methods of Manufacture Thereof
CN101126897A (zh) * 2007-08-31 2008-02-20 中国科学院光电技术研究所 一种基于微透镜阵列的连续面形微结构成形方法
CN101192000A (zh) * 2007-11-15 2008-06-04 中国航天科技集团公司第五研究院第五一○研究所 中心对称连续微结构衍射元件掩模的制作方法
CN102141639A (zh) * 2011-04-18 2011-08-03 南昌航空大学 一种基于数字掩模光刻技术制作微透镜阵列的方法
CN103376663A (zh) * 2012-04-22 2013-10-30 上海微电子装备有限公司 一种干涉曝光系统及其曝光方法
CN103454860A (zh) * 2012-05-30 2013-12-18 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 曝光的方法
CN104793462A (zh) * 2014-01-16 2015-07-22 四川云盾光电科技有限公司 一种微纳米结构成形方法
CN104264110A (zh) * 2014-08-29 2015-01-07 宁波英飞迈材料科技有限公司 一种制备二维组合材料芯片的掩模装置及芯片制备方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111965954A (zh) * 2020-09-09 2020-11-20 中国科学院光电技术研究所 一种掩模与基底相对同轴旋转的曝光装置
CN111965954B (zh) * 2020-09-09 2022-12-30 中国科学院光电技术研究所 一种掩模与基底相对同轴旋转的曝光装置
CN112684677A (zh) * 2021-03-12 2021-04-20 苏州苏大维格科技集团股份有限公司 激光直写光刻机制作的三维微纳形貌结构及其制备方法
CN113515021A (zh) * 2021-03-12 2021-10-19 苏州苏大维格科技集团股份有限公司 激光直写光刻机制作的三维微纳形貌结构
WO2022188562A1 (zh) * 2021-03-12 2022-09-15 苏州苏大维格科技集团股份有限公司 激光直写光刻机制作的三维微纳形貌结构及其制备方法
CN114721078A (zh) * 2022-04-08 2022-07-08 中国科学院光电技术研究所 多光谱成像的折射-谐衍射混合透镜阵列器件及制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111458976B (zh) 2021-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111458976B (zh) 一种制作三维旋转对称微结构的一体化成型方法
US6589716B2 (en) Microoptical system and fabrication method therefor
US6120950A (en) Optical element manufacturing method
KR101346406B1 (ko) 노광 방법 및 장치, 그리고 디바이스 제조 방법
US6410213B1 (en) Method for making optical microstructures having profile heights exceeding fifteen microns
US6107000A (en) Method for producing micro-optic elements with gray scale mask
KR20060129381A (ko) 마이크로 리소그래프 투영 노광 장치 투영 대물 렌즈
EP1272877A2 (en) Technique for microstructuring replication moulds
CN103309168B (zh) 反射光刻掩模和系统及方法
JP2004310077A (ja) マイクロレンズの製造方法、マイクロレンズ及び露光装置
Huang et al. Imaging/nonimaging microoptical elements and stereoscopic systems based on femtosecond laser direct writing
KR100518586B1 (ko) 회절 광학 소자와 이를 포함하는 조명계 및 이를 이용한반도체 소자 제조방법
JP2006243633A (ja) 反射防止構造体を有する部材の製造方法
CN2349218Y (zh) 一种用于准分子激光刻蚀的附着式掩膜组件
CN110597012A (zh) 一种非球面检测高精度计算全息图的制作方法
JPH1138216A (ja) 二つの対称型回折光学要素を有するレーザビーム光学焦点調節システム
Zeitner et al. Advanced lithography for micro-optics
JP5164176B2 (ja) 立体投影による光投影露光装置及び光投影露光方法
KR20080062154A (ko) 마이크로 렌즈 제조방법 및 마이크로 렌즈용 마스터제조방법
JP4506264B2 (ja) フォトレジストレンズの製造方法、レンズの製造方法、型の製造方法、光学装置、及び投影露光装置
US8192922B2 (en) Method of optical fabrication of three-dimensional polymeric structures with out of plane profile control
JP2006056145A (ja) 傾斜構造体の製造方法およびこの方法で製造される金型用母型
JP6528394B2 (ja) 基板上構造体の製造方法
CN116601534A (zh) 制造用于半导体光刻的光学元件的主体的方法和用于半导体光刻的光学元件的主体
Morris Recent advances in diffractive-and micro-optics technology

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant