CN113515021A

CN113515021A - 激光直写光刻机制作的三维微纳形貌结构

Info

Publication number: CN113515021A
Application number: CN202110667771.6A
Authority: CN
Inventors: 陈林森; 浦东林; 张瑾; 朱鸣; 朱鹏飞; 乔文; 朱昊枢; 刘晓宁; 邵仁锦; 杨颖�
Original assignee: Suzhou University; SVG Tech Group Co Ltd
Current assignee: Suzhou University; SVG Tech Group Co Ltd
Priority date: 2021-03-12
Filing date: 2021-03-12
Publication date: 2021-10-19
Also published as: CN112684677B; US20230213869A1; CN112684677A; WO2022188562A1; KR20230149306A

Abstract

本发明提供一种激光直写光刻机制作的三维微纳形貌结构。所述三维微纳形貌结构包括:基体；形成于所述基体上的至少一个三维微纳形貌单元，其中每个三维微纳形貌单元包括至少一个视觉高点，所述每个三维微纳形貌单元包括复数个从视觉高点开始斜坡形貌斜率按预设规律变化的环带。所述三维微纳形貌结构具有非常逼真的立体视觉。

Description

激光直写光刻机制作的三维微纳形貌结构

本发明是申请日为：2021年3月12日，专利申请号为：202110270751.5，发明名称为“激光直写光刻机制作的三维微纳形貌结构及其制备方法”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及光刻领域，尤其涉及一种激光直写光刻机制作的三维微纳形貌结构。

背景技术

当前，微加工的主要技术手段有精密金刚石车削、3D打印、光刻等技术。金刚石车削是制作数十微米尺寸、规则排列3D形貌微结构的优选方法，其典型应用是微棱镜膜。3D打印技术可以制作复杂的3D结构，但传统振镜扫描3D打印技术的分辨率为数十微米；DLP投影式3D打印的分辨率为10-20μm；双光子3D打印技术，虽然分辨率能达到亚微米，但属于串行加工方式，效率极低。

微光刻技术仍然是现代微加工的主流技术手段，也是目前为止所能达到的最高精度的加工手段。2D投影光刻已经广泛应用于微电子领域，3D形貌光刻技术目前还处于初级阶段，没有形成成熟的技术方案，目前进展如下：

传统掩膜套刻法用于做多台阶结构，结合离子刻蚀控制结构深度，工艺过程需要多次对准，工艺要求高，难以加工连续的3D形貌。灰度掩模曝光法，其技术方案是制作半色调掩模版(halftone)，汞灯光源照射后产生灰度分布的透过光场，对光刻胶进行感光，形成3D表面结构。然而，这类掩模版制作难度大，且价格非常昂贵。移动掩膜曝光法，可以制作规则的微透镜阵列等结构。声光扫描直写法(如，海德堡仪器μPG101)，使用单光束直写，效率较低，仍然存在图形拼缝问题。电子束灰度直写(日本Joel JBX9300、德国Vistec、LeicaVB6)，面向较大幅面的器件制备效率仍然较低，受限于电子束的能量，3D形貌深度调控能力不足，适用于制备小尺度的3D形貌微结构。数字灰度光刻技术是一种将灰度掩模和数字光处理技术结合而发展来的微纳加工技术，采用DMD(Digital Micro-mirror Device)空间光调制器作为数字掩膜，通过一次曝光加工出连续三维面形的浮雕微结构，大于一个曝光视场的图形采用步进拼接的方法。本课题组也使用该方法做了实验研究，主要不足是灰度调制能力受DMD灰度等级的限制，存在台阶状和视场拼缝，并且光斑内部光强均匀性会影响3D形貌的面型品质。

综上，3D形貌光刻的研究现状与前沿需求之间存在着明显差距，因此，研究可实现任意3D形貌的高品质光刻技术成为了相关领域对微光刻技术提出的重要和迫切需求。

将卷对卷压印设备应用于柔性印刷电路中还会存在另一个难以克服的问题。由于所述柔性印刷电路具有柔性，很难精确的控制所述柔性印刷电路张力或拉伸度，这样在后续的曝光、刻蚀或对准贴合等处理中很难进行对位。现有技术中通常采用张力辊来检测所述柔性印刷电路的张力或拉伸度，然而目前的张力辊存在检测精度不足等问题，对所述柔性印刷电路的张力或拉伸度的控制不能满足正常的工业生产的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光直写光刻机制作的三维微纳形貌结构，其具有非常逼真的立体视觉。

为实现发明目的，根据本发明的一个方面，本发明提供一种激光直写光刻机制作的三维微纳形貌结构，其包括：基体；形成于所述基体上的至少一个三维微纳形貌单元，其中每个三维微纳形貌单元包括至少一个视觉高点，所述每个三维微纳形貌单元包括复数个从视觉高点开始斜坡形貌斜率按预设规律变化的环带。

与现有技术相比，本发明中的三维微纳形貌结构可以在平面上做出非常逼真的立体视觉，给人非常好的视觉体验。

附图说明

图1为本发明中的三维微纳形貌结构的制备方法在第一实施例中的结构示意图；

图2a、图2b和图2c为图1中的制备方法的第一应用实例的示意图；

图3为图1中的制备方法的第二应用实例的示意图；

图4为本发明中的三维微纳形貌结构的制备方法在第二实施例中的结构示意图；

图5为图4中的制备方法的第一应用实例；

图6为图4中的制备方法的第二应用实例；

图7为本发明中的三维微纳形貌结构的制备方法制作出的一种三维微纳形貌结构的示例；

图8为图7中的三维微纳形貌结构的微观示意图；

图9为本发明中的三维模型图的一个示例；

图10为本发明中的三维模型图的表面的一个示例；

图11为塌陷后的菲涅尔结构；

图12示出了本发明中的光刻设备的一个实施例；

图13示出了本发明中的纳米压印装置的一个实施例。

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，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。

第一实施例

图1为本发明中的激光直写光刻机制作的三维微纳形貌结构的制备方法在第一实施例中的结构示意图。所述三维微纳形貌结构的制备方法100使用激光直写光刻机，其包括如下步骤。

步骤110，提供三维模型图。

在一个实施例中，提供三维模型图包括，三维模型图包括至少一个三维模型单元，对所述三维模型单元设定至少一个曲率值，根据所述曲率值，确定三维模型图中点的高度。

在另一个实施例中，提供三维模型图包括，三维模型图表面由复数个空间多边形拼接拟合，每个所述空间多边形都为凸多边形，每个所述空间多边形相互不重叠，每个所述空间多边形都有确定的顶点和边，根据所述空间多边形的顶点和所在平面的法向量，确定三维模型图在该多变形位置处的高度范围。

步骤120，将所述三维模型图在高度方向上进行划分，获得至少一个高度区间。

步骤130，将三维模型图在平面上进行投影得到映射关系，映射关系包括三维模型图上每个点对应在平面上的坐标，三维模型图上每个点的高度对应高度区间里的高度值，根据所述映射关系，将映射关系与曝光剂量进行对应，基于所述曝光剂量进行光刻。

在一个实施例中，将三维模型图在平面上进行投影得到映射关系还包括：将所述三维模型上的每个高度区间对应灰度取值范围，获得映射关系中的每个点的高度值对应的灰度值，根据映射关系中的平面坐标和高度值，获得灰度图。将所述灰度图与曝光剂量进行对应，从而可以基于所述曝光剂量进行光刻。

在一个实施例中，每个高度区间的高度范围对应于灰度取值范围的全部。举例来说，所述灰度取值范围的全部为0-255，那么每个高度区间的高度范围对应的灰度取值范围都是0-255，如图2a-2c所示的，高度区间D1对应的灰度取值范围是0-255，高度区间D2对应的灰度取值范围也是0-255，高度区间D3对应的灰度取值范围还是0-255。在一个可替换的实施例中，一个或多个高度区间的高度范围对应于灰度取值范围的部分，其余的一个或多个高度区间的高度范围对应于灰度取值范围的全部，所述灰度取值范围的部分为X1至X2。举例来说，X1可以为0，X2可以为128，即有的高度区间的高度范围对应的灰度取值范围可以是0-128，有的高度区间的高度范围对应的灰度取值范围可以是0-255，当然X2还可以为64,32等。如图3所示的，有的高度区间的高度范围对应的灰度取值范围是0-255，有的高度区间的高度范围对应的灰度取值范围是0-128，有的高度区间的高度范围对应的灰度取值范围是0-64，有的高度区间的高度范围对应的灰度取值范围是0-32。

在一个实施例中，各个高度区间具有相同的高度差，比如三维模型图的总高度为3mm，每个高度区间的高度差为20μm，则一共可以分成3mm/20μm＝150个高度区间。在一个可替换的实施例中，各个高度区间具有不同的高度差，比如有的高度区间的高度差为10μm，有的高度区间的高度差为30μm等。

在一个实施例中，每个高度区间的高度范围和对应的部分或全部的灰度取值范围的对应关系为线性对应关系。举例来说，一个高度区间的高度差为20μm，对应的灰度取值范围为0-255，该高度区间的最低点对应的灰度取值为0，该高度区间的最高点对应的灰度值为255，该高度区间的10μm中间点对应的灰度值为127，该高度区间的其他中间点对应的灰度值与其自身的高度值成正比。在一个可替换的实施例中，每个高度区间的高度范围和对应的部分或全部的灰度取值范围的对应关系为曲线对应关系。

在一个实施例中，可以将灰度图分割成复数个单元图后进行光刻，在目标载体上形成斜坡形貌。具体的，灰度图的像素点的灰度值越高，对应光刻的时间越久，曝光剂量更大，可以光刻的更深，灰度图的像素点的灰度值越低，对应的光刻的时间越短，曝光剂量越小，可以光刻的更浅，这样可以光刻出各种形状的斜坡形貌。当然，在改变的实施例中，也可以灰度图的像素点的灰度值越低，对应的光刻的时间越长，曝光剂量更大，可以光刻的更深。

下面介绍几个所述三维微纳形貌结构的制备方法100的应用实例。

应用实例1：三维模型的高度为3mm，高度区间的高度差为20μm，则一共分了3mm/20μm＝150个高度区间，则投影后的灰度图中有150个环线集合，灰度范围为0-255，150个环线集合内的两条环线之间的灰度值从0-255线性变化。获得的灰度图切割成DMD能显示的大小，进行光刻。此时由于高度进行了等高分段，两条环线之间的周期发生变化，斜坡形貌的倾斜角度也随之发生变化。两条环线间的灰度值都是从0-255线性变化，则槽型的深度一致，槽型的剖面为直角三角形。图2a示意出了一种三维模型，其被示意性的分成了3个高度区间D1，D2和D3，图2b为光刻后得到的三维微纳形貌的俯视图，图2c为图2b的剖视图。如图2c所示，高度区间D1的最低点的灰度值为0，即没有被光刻，高度区间D1的最高点的灰度值为255，也可能是高度区间D1的最低点的灰度值为255，即没有被光刻，高度区间D1的最高点的灰度值为0，这样在目标载体上光刻形成了一个斜坡形貌d1，形成了直角三角形槽。

应用实例2：三维模型的高度为3mm，高度区间的高度差为20μm，则一共分了3mm/20μm＝150个高度区间，则投影后的灰度图中有150个环线集合，灰度取值范围为0-255,0-127,0-63,0-31。从内部开始的前30条环线集合内两条环线之间对应的灰度值为从0-31，第二个30条环线集合内两条环线之间对应的灰度值为从0-63，第三个30条环线集合内两条环线之间对应0-127，最后的60条环线集合内两条环线之间对应的灰度值为0-255，将获得的灰度图切割成DMD能显示的大小，进行光刻。由于灰度值的范围一共有四个，因此槽型的深度也有4个不同的深度，由于高度进行了等高分段，两条环线之间的周期w发生变化，斜坡形貌的倾斜角度θ也随之发生变化。如图3所示的，e1部分对应的灰度取值范围为0-255，其光刻的深度更深，斜坡形貌更陡，e2部分对应的灰度取值范围为0-127，其光刻的深度稍浅，斜坡形貌更平坦，e3部分对应的灰度取值范围为0-63，e4部分对应的灰度取值范围为0-31。

下面结合图9-11来介绍本发明的一个实施例。

如图9所示的，所述三维模型位于平面xoy(图示以半球替代)。将三维模型表面网格化为有限个三维空间内的多边形，每个多边形所在平面都与xoy平面成一定夹角，即可以作为三维模型表面在该位置的倾斜角。位于三维模型表面的多边形所在平面与平面xoy形成的倾斜角在平面xoz的第一夹角为θ₁，与表面xoy形成的倾斜角在平面yoz的第二夹角为θ₂。三角形的倾斜面参数(θ₁，θ₂)和像素位置(x，y)四个变量可完整表达光场信息，实现对出射光的控制。三维模型表面的最低点矢高h可以是0，也可以为不是0的高度，三维模型网格化后的多边形面的最低点矢高h不影响出射光线的出射角度。

当入射光波波长λ远小于单个像素尺寸P(比如所述微棱镜块的边长)时(P≥2λ)，其出射方向遵循斯涅尔定律：

n1sinα＝n2sinβ

其中n1为入射介质折射率；n2为出射介质折射率，α和β分别为光线的入射角和出射角。

因此通过改变θ₁与θ₂，可以实现三维模型表面任意位置相对于xoy平面的沿z轴半球范围内的任意角度，即xoy平面法线方向n和三维模型中的三角形所在平面的法线方向n’组成的面可以以xoy平面法线方向n为中心旋转一周，再通过斯涅尔定律公式调控出射角度，即可实现两个角度变量(θ，φ)的独立调控，再配合像素位置(x，y)调控，再加上三维模型在该位置的高度h，即可实现五个变量的独立调控，实现对出射光的控制。

为了实现3D光学效果，需要通过控制这五个变量来实现对出射光的控制。将设计的三维模型表面网格化后形成有限个分布于三维空间中的多边形，每个多边形都具有多边形所在平面的法向量及多边形的顶点这两个元素信息。多边形的顶点可以确定三维模型在该位置的二维坐标(x，y)及高度h，多边形所在平面法向量可以确定两个角度变量(θ，φ)，因此可以通过三维模型的表面形貌设计来实现对出射光的控制，并形成不同的3D光学效果。

普通球面透镜的表面相位分布可以为多个2π的叠加，不同的相位可以使光线发生不同程度的弯曲。将三维模型表面进行塌陷计算，三维模型表面的相位以2π为单元进行分割，再进行塌陷，去除2π整数倍的相位留下余数，余数为0-2π分布，最后形成环带，如上图11形成的菲涅尔结构，每个环带周期的相位延迟是2π，由于三维模型表面不斜面斜率不同，因此塌陷后结构的周期会随着斜率的增大而减小，当周期小到一定的程度之后会达到加工极限。

从剖面看，其表面由一系列锯齿型棱镜组成，锯齿型棱镜高度为与中心波长有关，具体高度为

n为折射率。

当塌陷的单位高度为波长的整数倍时，即锯齿型棱镜的塌陷单位为P*2π，则塌陷后的所有环带的宽度相应同时扩大，而锯齿型棱镜高度也同时扩大P倍。

由于灰度光刻耗费的时间多，效率低，为此提出了本发明中的三维微纳形貌结构的制备方法的第二实施例。图4为本发明中的三维微纳形貌结构的制备方法在第二实施例中的结构示意图，如图4所示的，所述三维微纳形貌结构的制备方法400包括如下步骤。

步骤410，提供三维模型图。具体的，提供三维模型图包括，三维模型图包括至少一个三维模型单元，对所述三维模型单元设定至少一个曲率值，根据所述曲率值，确定三维模型图中点的高度。

步骤420，将所述三维模型图在高度方向上进行划分，获得至少一个高度区间。

步骤430，将三维模型图在平面上进行投影得到映射关系，映射关系包括三维模型图上每个点对应在平面上的坐标，三维模型图上每个点的高度对应高度区间里的高度值，根据所述映射关系，将映射关系与曝光剂量进行对应。

在一个实施例中，将三维模型图在平面上进行投影得到映射关系还包括：将所述三维模型上的每个高度区间对应灰度取值范围，获得映射关系中的每个点的高度值对应的灰度值，根据映射关系中的平面坐标和高度值，获得灰度图。将所述灰度图与曝光剂量进行对应。

该步骤430与第一实施例中的步骤130相同，这里就不在重复了。

步骤440，根据所述灰度图取样出多套二值图。

在一个实施例中，所述根据所述灰度图取样出多套二值图包括：

根据台阶个数M，取样M-1套二值图；

将灰度值在范围1内的像素点赋值为黑或白，灰度值在其他范围的像素点赋值另一个，以得到第一套二值图；

将灰度值在范围2内的像素点赋值为黑或白，灰度值在其他范围的像素点赋值为白，以得到第二套二值图；

将灰度值在范围M-1内的像素点赋值为黑或白，灰度值在其他范围的像素点白，以得到第M-1套二值图；

其中M为大于等于2的整数；

其中范围2的区间至少部分覆盖范围1的区间，范围M-1的区间至少部分覆盖范围M-2的区间。

步骤450，基于所述多套二值图进行叠加光刻，以在目标载体上形成多个台阶形的斜坡形貌。

采用多套二值图进行叠加光刻的方式，可以大大的降低灰度光刻的耗时。

步骤440和步骤450可以共同构成如第一实施例中的根据所述基于所述曝光剂量进行光刻的步骤130。

下面介绍几个所述三维微纳形貌结构的制备方法400的应用实例。

应用实例3：三维模型的高度为3mm，高度区间的高度差为20μm，则一共分了3mm/20μm＝150个高度区间，则投影后的灰度图中有150个环线集合，灰度范围为0-255，150个环线集合内的两条环线之间的灰度值从0-255线性变化。将灰度图分成4个台阶，也就意味着需要取样出3套二值图，将灰度范围从0-31进行取样，在该范围内的灰度图像进行提取，对0-31范围内的灰度值赋值为0(或为1)，将其他范围内的灰度值赋值为1(或0)，得到第一套二值图；对灰度范围从0-63进行取样获得第二套二值图，对灰度范围从0-127进行取样获得第三套二值图。将三套二值图进行叠加曝光，获得一个4台阶的斜坡形貌，如图5所示的T1、T2、T3和T4。之后，在通过后道的工艺，获得平滑的斜坡形貌。

应用实例4：三维模型的高度为3mm，高度区间的高度差为20μm，则共分了3mm/20μm＝150个高度区间，则投影后的灰度图中有150个环线集合，灰度范围为0-255,0-127,0-63,0-31。从内部开始的前30条环线集合内两条环线之间对应的灰度值为从0-31，第二个30条环线集合内两条环线之间对应的灰度值为从0-63，第三个30条环线集合内两条环线之间对应0-127，最后的60条环线集合内两条环线之间对应的灰度值为0-255，将灰度图分成4个台阶，也就意味着需要取样出3套二值图，将灰度范围从0-31进行取样，在该范围内的灰度图像进行提取，对0-31范围内的灰度值赋值为0(或为1)，将其他范围内的灰度值赋值为1(或0)，得到第一套二值图；再对灰度范围从0-63进行取样，再对灰度范围从0-127进行取样,获得第二套和第三套二值图，将三套二值图进行叠加曝光，获得一个同时有2台阶(图6中的区域f2)，3台阶(图6中的区域f3)和4台阶(图6中的区域f4)斜坡形貌的结构。如图6所示的，区域f1对应的是灰度值为从0-31的环线集合光刻后的形貌，区域f2对应的是灰度值为从0-63的环线集合光刻后的形貌，区域f3对应的是灰度值为从0-127的环线集合光刻后的形貌，区域f4对应的是灰度值为从0-255的环线集合光刻后的形貌。在通过后道的工艺，获得平滑的斜坡形貌。

根据本发明的另一个方面，本发明还提供一种激光直写光刻机制作的三维微纳形貌结构。图2c、图3均示出了一种三维微纳形貌结构的部分区域。所述三维微纳形貌结构包括基体210和形成于所述基体210上的至少一个三维微纳形貌单元。请参看如2c和图3所示的，其仅仅示意性的给出一个三维微纳形貌单元。图7为本发明中的三维微纳形貌结构的制备方法制作出的三维微纳形貌结构的示例。如图7所述，其是一条看起来有立体感的龙鱼，虽然看起来是立体的，但实际上，承载龙鱼的载体都是平面的，只是其上形成了本发明中所述的三维微纳形貌结构，使得其具有了真实的立体效果。如图7所示的，龙鱼的各个鳞片就是一些独立的三维微纳形貌单元，边上的水纹也是一些独立的三维微纳形貌单元。每个三维微纳形貌单元的结构都与图2b和图2c类似，具体的，每个三维微纳形貌单元包括至少一个视觉高点，所述每个三维微纳形貌单元包括复数个从视觉高点开始斜坡形貌斜率逐渐增加的条带。所述视觉高点处的斜坡形貌的斜率最小。在所述三维形貌单元包括多个时，多个三维形貌单元叠加设置或平铺设置。如图2c所述的，视觉高点为O点，其显示了3个条带d1，d2和d3，实际上可能有上百个条带，至少部分条带上形成有倾斜向下的斜坡形貌221，每个条带的斜坡形貌可以是连续的，每个三维微纳形貌单元包括复数个从视觉高点开始斜坡形貌斜率逐渐增加的条带。在一个实施例中，所述三维微纳形貌单元中斜坡形貌的深度相同，斜坡形貌的周期从视觉高点开始逐渐减少，如图2c。在另一个实施例中，斜坡形貌的周期相同，斜坡形貌的深度逐渐增加，如图3。在另一个实施例中，斜坡形貌的周期和深度都按设定规律变化，使得斜率逐渐增加。在一个实施例中，所述斜坡形貌的周期在1μm-100μm范围内，所述斜坡形貌的深度在0.5μm-30μm范围内，所述斜坡形貌的倾斜面与地面形成的夹角变化范围为0度-45度。通过这样的设置，可以使得所述三维微纳形貌单元具有立体视觉效果，并且周期宽度越小，其视觉的立体效果越高。

在一个实施例中，至少有部分条带的斜坡形貌的深度与其他的条带的斜坡形貌的深度不同。如图3所示的，e1区域内的条带的斜坡形貌的深度，与e2区域内的条带的斜坡形貌的深度明显不同。

在一个实施例中，所述条带为环形的条带。所述条带之间可以有间隙，也可以没有无间隙。所述斜坡形貌可以为台阶形，线性斜坡、曲线形斜坡中的一个或多个的组合。

在一个实施例中，将灰度图或者取样后的二值图分割成复数个单元图，在光刻设备上进行光刻。如图12所示的，其示出了本发明中的光刻设备的一个实施例。如图12所示的，所述光刻设备10包括光源11、光束整形器12、光场调制器13、反射镜14、计算机16、载物台17、光电探测器18和控制器19。

光源11用于提供光刻时需要的激光。在本实施例中，光刻设备10的光源11为激光器，但并不以此为限。

光束整形器12用于整形光源11发出的光线。在本实施例中，光束整形器12可将光线整形为平顶光束。

光场调制器13用于将整形后的光线生成图形光。在本实施例中，光场调制器13可显示光刻图像，使整形后的光线经过光场调制器13时生成图形光。本发明的光场调制器13例如为空间光调制器或位相光调制器，但并不以此为限。

反射镜14用于将图形光反射至待曝光的光刻件101表面实现直写光刻。

计算机16用于提供光刻图像和位移数据。

载物台17用于承载光刻件101，载物台17可在水平面内沿着相互垂直的两个方向移动，实现光刻光斑与光刻件101的相对运动，描绘出具有一定幅面的图形。

光电探测器18用于采集光刻件101表面反射的光线，并产生表示形貌数据。

控制器19用于控制光刻设备10各个部件协调运行，例如数据的导入、运动同步控制、聚焦控制等。具体地，控制器19接收计算机16发送的光刻图像，控制器19可上传光刻图像至光场调制器13，此时光场调制器13可显示光刻图像，使整形后的光线经过光场调制器13时生成图形光；控制器19还用于控制载物台17运动，特别是根据计算机16发送的位移数据，控制载物台17在水平面内移动，实现光刻光斑与光刻件101的相对运动，描绘出具有一定幅面的图形；控制器19还用于接收光电探测器18产生的形貌数据，根据形貌数据调整相位器件与光刻件101之间的焦距。值得一提的是，控制器19可根据曝光图的周期控制光源11的关闭或开启。这里的光刻图像可以是上文三维微纳形貌结构的制备方法中提到的灰度图。

光刻完成后，将得到的光刻件101进行金属生长，获得模版。将模版包裹在版辊上用于纳米压印，这样就可以在待压印材料上得到上文所述的三维微纳形貌结构，比如图7所示的龙鱼。如图13所示的，其示出了本发明中的纳米压印装置的一个实施例。如图13所示的，所述纳米压印装置包括传输装置，涂布装置，预固化装置，压印装置，强固化装置和冷却装置。

其中该传输装置至少包括放料辊1和收料辊135，位于整套压印装置的两端，筒状的卷积待压印材料放置于该放料辊1上，并将其开放端缠绕至收料辊135，当压印开启后，放料辊1和收料辊135以相同的线速度朝该材料缠绕的反向转动，从而使待压印材料沿规定的路线传输。该传输装置还包括辅辊2、8、132，分别位于整个传输路线上，该些副辊可以使得材料在经过各道工序时，始终处于张紧的状态。

涂布装置设置于该放料辊1后，其包括刮刀3、网纹辊4、衬辊5和点胶机136。该点胶机136内装有液态UV胶，其可以延网纹辊4的轴向移动，将UV胶均匀的涂布在网纹辊4的表面；该网纹辊4的表面具有凹凸的网纹图案，UV胶被吸附在该些网纹之中，通过调整该些网纹的目数来控制UV胶的带胶量；该刮刀3作用在网纹辊4上，用以刮除涂布在网纹辊4上多余的胶；该衬辊5设置在网纹辊4的相对侧，并配合网纹辊4将UV胶涂布在材料表面。上述的涂布装置，通过控制网纹辊4上的网纹目数、刮刀3与网纹辊4的距离以及衬辊5对网纹辊4的挤压压力，可以实现将UV胶的涂布厚度控制在2μm-50μm的范围内，以适应对于纳米级别图案的压印要求。

在涂布装置之后还设有预固化装置，该预固化装置包括流平烘道6和紫外预固化设备7。由于UV胶层在涂布时，会在表面出现高低不平的分布，而纳米压印对于平整度的要求是相当苛刻的，为了消除这种表面的不平整，让带有UV胶的原材料经过该流平烘道6，利用液体自身的重力流平，并使用红外加热装置或电阻加热装置对UV胶加热，使其内部还有的水份或酒精等成分挥发，以保存流平后的表面平整度。随后再利用紫外预固化设备7对UV胶进行初固，该紫外预固化设备7譬如是一低功率的紫外灯，可以使原本液态的UV胶变成半固体状，便于压印。

压印装置设置在所述预固化装置之后，该压印装置包括至少一压辊9和一版辊131，该版辊131的表面设有纳米结构的图案，所述模板安装于所述版辊131的表面。在压辊9的配合下，版辊131与上述的半固态的UV胶紧密接触，然后通过一紫外光灯136照射，使UV胶上图案在与版辊131剥离前成型。所述压辊9的压力控制系统可以使用液压控制或者气压控制。需要注意的是，该版辊131可以通过在其表面贴敷一张设有所需图案的模版制得，也可以直接在版辊的表面制作所需的纳米图案，模版或版辊的材质可以是镍、铝等材料。

最后通过强固化装置133和冷却装置134对已经印有纳米图案的UV胶进行硬化定型和冷却，并经过收料辊135回收成型的产品。该强固化装置133包括至少一套大功率的紫外灯，该冷却装置134可以为风冷装置或者水冷装置。

所述纳米压印装置具体的压印过程如下：

首先将筒状卷积待压印材料设置于该放料辊上，该材料的开放端缠绕在该收料辊上，以相同速度转动该放料辊和收料辊，使该待压印材料沿规定路线传输；

出料后，采用该涂布装置对待压印原材料进行UV胶均匀涂布；

接着采用该预固化装置对涂布完的UV胶进行流平加热和紫外预固化，使该紫外光胶平整并呈现半固态；

随后利用该压印装置对涂布UV胶的材料进行压印，将该版辊上的纳米结构的图案压印至该紫外光胶上；

最后采用该强固化装置对紫外光胶进行成型固化，并将成型后的产品回收至收料辊135上。

在整个压印过程中，还可通过二纠偏系统和张力控制系统，实时地调整材料的位置以及张力，以保证压印的品质。

在本发明中，所述待压印材料可以为聚碳酸酪(PC：Polycarbonate)、聚氯乙烯(PVC：PolyvinylChloride)、聚酯(PET：Polyester)、丙烯酸(PMMA：polymethylmethacrylate)或聚烯(BOPP：BiaxiaI 0rlented Plypropylene)等卷状材料。

在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

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

1.一种激光直写光刻机制作的三维微纳形貌结构，其特征在于，其包括:

基体；

形成于所述基体上的至少一个三维微纳形貌单元，其中每个三维微纳形貌单元包括至少一个视觉高点，所述每个三维微纳形貌单元包括复数个从视觉高点开始斜坡形貌斜率按预设规律变化的环带。

2.根据权利要求1所述的三维微纳形貌结构，其特征在于，所述三维微纳形貌单元中斜坡形貌的深度相同，斜坡形貌的周期从视觉高点开始逐渐减少；或斜坡形貌的周期相同，斜坡形貌的深度从视觉高点开始逐渐增加；或斜坡形貌的周期和深度都按设定规律变化，使得斜率从视觉高点开始逐渐增加。

3.根据权利要求2所述的三维微纳形貌结构，其特征在于，

所述斜坡形貌的周期在1μm-100μm范围内，所述斜坡形貌的深度在0.5μm-30μm范围内，所述斜坡形貌的倾斜面与平面形成的夹角变化范围为0度-45度。

4.根据权利要求1所述的三维微纳形貌结构，其特征在于，所述视觉高点处的斜坡形貌的斜率最小，多个三维形貌单元叠加设置或平铺设置。

5.根据权利要求1所述的三维微纳形貌结构，其特征在于，所述斜坡形貌为台阶形，线性斜坡、曲线形斜坡中的一个或多个的组合。