DE102022118641A1

DE102022118641A1 - Process for producing micro-optics

Info

Publication number: DE102022118641A1
Application number: DE102022118641.5A
Authority: DE
Inventors: Harald Giessen; Michael Schmid
Original assignee: Baden Wuerttemberg Stiftung gGmbH
Current assignee: Baden Wuerttemberg Stiftung gGmbH
Priority date: 2022-07-26
Filing date: 2022-07-26
Publication date: 2024-02-01

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Mikrooptik mit den Schritten: Bereitstellen eines transparenten Substrats mit einer ersten Seite und einer gegenüberliegenden zweiten Seite; Aufbringen eines ersten Fotolacks auf die erste Seite und eines zweiten Fotolacks auf die zweite Seite; und 3D Laserschreiben mittels 2-Photonen-Absorbtion einer ersten Struktur in den ersten Fotolack und einer zweiten Struktur in den zweiten Fotolack, wobei es sich bei der ersten Struktur und/oder der zweiten Struktur um ein optisches Element handelt.Method for producing micro-optics comprising the steps: providing a transparent substrate having a first side and an opposite second side; applying a first photoresist to the first side and a second photoresist to the second side; and 3D laser writing by means of 2-photon absorption of a first structure into the first photoresist and a second structure into the second photoresist, wherein the first structure and/or the second structure is an optical element.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Mikrooptik sowie eine Mikrooptik hergestellt mit einem solchen Verfahren.The present invention relates to a method for producing micro-optics and micro-optics produced using such a method.

Bei 3D-gedruckten Mikrooptiken mittels 2-Photonen-Lithographie gibt es zwei Schreibmodi. Bei der Immersions-Konfiguration wird eine Immersionsflüssigkeit zwischen Objektiv und Substrat eingebracht, um den optischen Kontakt herzustellen. Das Schreibmaterial befindet sich auf der Rückseite des Substrats, auf der dann die Struktur hergestellt wird. Dieser Modus begrenzt die mögliche Strukturhöhe durch den Arbeitsabstand des Objektivs. Der andere Schreibmodus ist die Dip-in Lithographie, bei der das Schreibmedium selbst als Kontaktmedium dient und zwischen Objektiv und Substrat eingebracht wird. Dabei wird die Struktur auf der Vorderseite des Substrats hergestellt und es gibt keine Höhenlimitierung durch den Arbeitsabstand. Beide Schreibmodi erlauben aber immer nur den 3D-Druck auf einer Seite des Substrats. Möchte man, zum Beispiel für ein mehrlinsiges optisches System, Strukturen auf die Vorder- und Rückseite des Substrates drucken, so ist dies bisher nur durch zwei aufeinanderfolgende Druckprozesse machbar, zwischen denen das Substrat ausgebaut, entwickelt und nach dem Umdrehen wieder eingebaut werden muss. Für die Ausrichtung der Strukturen auf Vorder- und Rückseite sind außerdem Marker notwendig, die beim ersten Druck hergestellt und beim zweiten Druck zur Justierung verwendet werden. Die Aufbringung der Marker, das Auslesen und Neujustieren birgt jedoch Ungenauigkeiten, die unbedingt vermieden werden müssen.There are two writing modes for 3D printed micro-optics using 2-photon lithography. In the immersion configuration, an immersion liquid is introduced between the lens and the substrate to establish optical contact. The writing material is located on the back of the substrate, on which the structure is then made. This mode limits the possible structure height by the working distance of the lens. The other writing mode is dip-in lithography, in which the writing medium itself serves as a contact medium and is inserted between the lens and the substrate. The structure is created on the front of the substrate and there is no height limitation due to the working distance. However, both writing modes only allow 3D printing on one side of the substrate. If you want to print structures on the front and back of the substrate, for example for a multi-lens optical system, this has so far only been possible through two consecutive printing processes, between which the substrate has to be removed, developed and reinstalled after being turned over. In order to align the structures on the front and back, markers are also necessary, which are made during the first print and used for adjustment during the second print. However, applying the markers, reading them out and readjusting them involves inaccuracies that must be avoided at all costs.

Die bekannten Lösungen benötigen sodann einen zweiten Druckprozess auf der zweite Substratseite, welcher den Herstellungsprozess durch das Aus-und Wiedereinbauen und Entwickeln aufwändiger, länger und komplexer gestaltet. Außerdem müssen die Marker für die Ausrichtung hergestellt und im zweiten Produktionsschritt zur Justierung verwendet werden. Die Ausrichtung der zweiten Seite relativ zur ersten ist dann ungenau, was die Funktionalität der Optik durch Aberrationen zerstören kann.The known solutions then require a second printing process on the second substrate side, which makes the manufacturing process more complex, longer and more complex due to the removal and reinstallation and development. In addition, the markers for alignment must be manufactured and used for adjustment in the second production step. The alignment of the second side relative to the first is then inaccurate, which can destroy the functionality of the optics due to aberrations.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen mit dem vereinfacht Mikrooptiken hergestellt werden.The object of the present invention is to provide a method with which micro-optics can be produced in a simplified manner.

Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren des Anspruch 1 sowie die Mikrooptik gemäß Anspruch 16.The task is solved by the method of claim 1 and the micro-optics according to claim 16.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Mikrooptik weist die folgenden Schritte auf:

Bereitstellen eines transparenten Substrats mit einer ersten Seite und einer gegenüberliegenden zweiten Seite;
Aufbringen eines ersten Fotolacks auf die erste Seite und eines zweiten Fotolacks auf die zweite Seite; und
3D Laserschreiben mittels 2-Photonen-Absorption einer ersten Struktur in den ersten Fotolack und einer zweiten Struktur in den zweiten Fotolack, wobei es sich bei der ersten Struktur und/oder der zweiten Struktur um ein optisches Element handelt.

The method according to the invention for producing micro-optics has the following steps:

Providing a transparent substrate having a first side and an opposing second side;
applying a first photoresist to the first side and a second photoresist to the second side; and
3D laser writing by means of 2-photon absorption of a first structure in the first photoresist and a second structure in the second photoresist, the first structure and/or the second structure being an optical element.

Hierbei wird zunächst auf das transparente Substrat auf die erste Seite ein erster Fotolack und auf die zweite Seite ein zweiter Fotolack aufgetragen. Hierbei kann die Reihenfolge umgekehrt sein, sodass zunächst auf die zweite Seite ein zweiter Fotolack und sodann auf die erste Seite ein erster Fotolack aufgetragen wird. In jedem Fall sind jedoch das Aufbringen des ersten Fotolacks und des zweiten Fotolacks zwei unmittelbar aufeinanderfolgende Schritte. Hier und im Folgenden bezeichnet „transparent“ die Eigenschaft des jeweiligen Materials, aufgrund derer Licht im nahen Infrarotbereich, im sichtbaren Spektralbereich und/oder im nahem UV-Bereich im Wesentlichen ungehindert durch das Substrat hindurchtreten kann. Im Wesentlichen bedeutet in diesem Zusammenhang mehr als 50 % des Lichts tritt durch das Substrat, vorzugsweise mehr als 75 % und weiter bevorzugt mehr als 90 % und besonders bevorzugt mehr als 95 %. Dabei kann das Substrat über den gesamten Wellenlängenbereich vom nahen Infrarot über den sichtbaren Spektralbereich in den nahen UV-Bereich transparent ausgebildet sein. Alternativ hierzu kann das Substrat auch nur für bestimmte Wellenlängenbereiche transparent sein und somit als Filter ausgebildet sein. Insbesondere ist aber das Substrat transparent für den Wellenlängenbereich des 3D Laserschreibens. Bei dem 3D Laserschreiben handelt es sich um ein additives Herstellungsverfahren, bei dem mit Hilfe eines 3D Druckers auf Basis eines vorbestimmten oder vorgegebenen Layouts bzw. Designs Strukturen aus dem Fotolack erzeugt werden durch lokales Aushärten des Fotolacks. Bei dem 3D Drucker kann es sich beispielsweise um ein 3D Lithographiesystem, insbesondere ein 3D Laserlithographiesystem oder ein 3D Multiphoton-Laserlithographiesystem handeln, welches auf einer 2-Photonen-Absorption eines UV härtenden Fotolackes basiert und hieraus dreidimensionale komplexe Strukturen erstellt. Hierzu wird der flüssige Fotolack an bestimmten Stellen, welche durch das 3D Design vorgegeben sind, ausgehärtet. Nachfolgend wird der verbleibende flüssige Lack entfernt, um die 3D-Struktur zu erhalten. Somit wird durch das 3D Laserschreiben mittels 2-Photonen-Absorption eine erste Struktur in den ersten Fotolack und eine zweite Struktur in den zweiten Fotolack erzeugt. Hierbei handelt es sich bei der ersten Struktur oder der zweiten Struktur um ein optisches Element. Alternativ hierzu handelt es sich sowohl bei der ersten Struktur als auch der zweiten Struktur um ein optisches Element. Dabei kann zunächst eine erste Struktur in den ersten Fotolack geschrieben werden und nachfolgend eine zweite Struktur in den zweiten Fotolack geschrieben werden. Alternativ hierzu ist die Reihenfolge umgekehrt, sodass zunächst eine zweite Struktur in den zweiten Fotolack und nachfolgend eine erste Struktur in den ersten Fotolack geschrieben wird. Alternativ hierzu wird abwechselnd sowohl eine erste Struktur oder nur ein Teil der ersten Struktur in den ersten Fotolack als auch eine zweite Struktur oder nur ein Teil der zweiten Struktur in den zweiten Fotolack erzeugt. In jedem Fall handelt es sich bei dem Schreiben bzw. Erzeugen der ersten Struktur in dem ersten Fotolack und dem Schreiben bzw. Erzeugen der zweiten Struktur in dem zweiten Fotolack um zwei unmittelbar aufeinanderfolgende Schritte. Zwischen dem Erzeugen der ersten Struktur und dem Erzeugen der zweiten Struktur ist keine neue Justage des Substrats erforderlich. Auch weitere Schritte wie das Aufbringen eines weiteren Fotolacks oder ein Entwickeln der ersten Struktur oder der zweiten Struktur entfallen zwischen dem Erzeugen der ersten Struktur und der zweiten Struktur. Hierdurch erfolgt automatisch eine Ausrichtung der ersten Struktur mit der zweiten Struktur mit hoher Genauigkeit. Hierdurch wird das Verfahren zur Erzeugung der Mikrooptik vereinfacht, da Schritte entfallen. Gleichzeitig wird die Genauigkeit der hierdurch erzeugten Mikrooptik aufgrund der verbesserten Ausrichtung der ersten Struktur auf der ersten Seite des Substrats und der zweiten Struktur auf der zweiten Seite des Substrats verbessert.Here, a first photoresist is first applied to the transparent substrate on the first side and a second photoresist is applied to the second side. The order can be reversed, so that a second photoresist is first applied to the second side and then a first photoresist is applied to the first side. In any case, however, the application of the first photoresist and the second photoresist are two steps in direct succession. Here and below, “transparent” refers to the property of the respective material due to which light in the near infrared range, in the visible spectral range and/or in the near UV range can pass through the substrate essentially unhindered. In this context, essentially means more than 50% of the light passes through the substrate, preferably more than 75% and more preferably more than 90% and particularly preferably more than 95%. The substrate can be designed to be transparent over the entire wavelength range from the near infrared through the visible spectral range into the near UV range. Alternatively, the substrate can only be transparent for certain wavelength ranges and thus be designed as a filter. In particular, the substrate is transparent for the wavelength range of 3D laser writing. 3D laser writing is an additive manufacturing process in which structures are created from the photoresist using a 3D printer based on a predetermined or specified layout or design by locally curing the photoresist. The 3D printer can be, for example, a 3D lithography system, in particular a 3D laser lithography system or a 3D multiphoton laser lithography system, which is based on a 2-photon absorption of a UV-curing photoresist and creates three-dimensional complex structures from this. For this purpose, the liquid photoresist is hardened in certain places, which are specified by the 3D design. The remaining liquid paint is then removed to preserve the 3D structure. Thus, 3D laser writing using 2-photon absorption creates a first structure in the first photoresist and a second structure in the second Photoresist generated. The first structure or the second structure is an optical element. Alternatively, both the first structure and the second structure are an optical element. A first structure can first be written into the first photoresist and then a second structure can be written into the second photoresist. Alternatively, the order is reversed, so that first a second structure is written into the second photoresist and then a first structure is written into the first photoresist. Alternatively, both a first structure or only a part of the first structure is alternately produced in the first photoresist and a second structure or only a part of the second structure is produced in the second photoresist. In any case, writing or generating the first structure in the first photoresist and writing or generating the second structure in the second photoresist are two steps in direct succession. No new adjustment of the substrate is required between creating the first structure and creating the second structure. Further steps such as applying another photoresist or developing the first structure or the second structure are also omitted between producing the first structure and the second structure. This automatically aligns the first structure with the second structure with high precision. This simplifies the process for producing the micro-optics because steps are eliminated. At the same time, the accuracy of the micro-optics produced in this way is improved due to the improved alignment of the first structure on the first side of the substrate and the second structure on the second side of the substrate.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem optischen Element um eine Blende, eine Linse, ein Prisma, ein Beugungsgitter, ein Axikon, einen Spiegel, ein Array aus Blenden, ein Array aus Linsen, ein Array aus einem der anderen optischen Elemente, oder auch Kombinationen aus den genannten Elementen.The optical element is preferably a diaphragm, a lens, a prism, a diffraction grating, an axicon, a mirror, an array of diaphragms, an array of lenses, an array of one of the other optical elements, or combinations of the elements mentioned.

Vorzugsweise handelt es sich bei der ersten Struktur und der zweiten Struktur um ein optisches Element wobei die optischen Achsen der optischen Elemente auf der ersten Seite und der zweiten Seite des Substrats übereinstimmen insbesondere mit einer Genauigkeit von 1 µm oder weniger. Handelt es sich beispielsweise bei der ersten Struktur um eine Linse und bei der zweiten Struktur um eine Blende, so kann eine transversale Ausrichtung der Blende und der Linse auf den unterschiedlichen Seiten des Substrats erreicht werden mit einer Genauigkeit von 1 µm oder weniger. Insbesondere das Erzeugen von Markern und dem nachfolgenden Ausrichten anhand dieser Marker entfällt aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens.Preferably, the first structure and the second structure are an optical element, the optical axes of the optical elements on the first side and the second side of the substrate agreeing, in particular with an accuracy of 1 μm or less. For example, if the first structure is a lens and the second structure is a diaphragm, a transversal alignment of the diaphragm and the lens on the different sides of the substrate can be achieved with an accuracy of 1 μm or less. In particular, the creation of markers and the subsequent alignment based on these markers are no longer necessary due to the method according to the invention.

Vorzugsweise ist der erste Fotolack auf der ersten Seite beim 3D Laserschreiben einem Objektiv des 3D Druckers zugewandt. Hierbei kann der erste Fotolack gleichzeitig als Immersionsflüssigkeit dienen, welche das Objektiv und das Substrat verbindet und hierdurch Brechungsindexunterschiede, beispielsweise durch dazwischenliegende Luftschichten, vermeidet.Preferably, the first photoresist on the first page faces a lens of the 3D printer during 3D laser writing. Here, the first photoresist can simultaneously serve as an immersion liquid, which connects the lens and the substrate and thereby avoids differences in refractive index, for example due to intervening air layers.

Vorzugsweise wird zuerst die erste Struktur erzeugt auf der ersten Seite des Substrats und danach die zweite Struktur auf der zweiten Seite des Substrats. Alternativ hierzu wird zuerst die zweite Struktur erzeugt auf der zweiten Seite und danach die erste Struktur auf der ersten Seite des Substrats. Hierbei hat sich herausgestellt, dass sich durch das Aushärten des Fotolacks minimale Brechungsindexunterschiede im Fotolack ergeben, welche unter Umständen zu einer ungewollten Ablenkung des Laserstrahls des 3D Druckers führen. Zur Erhöhung der Genauigkeit ist es daher von Vorteil zunächst durch den ungehärteten ersten Fotolack die zweite Struktur auf der zweiten Seite des Substrats zu schreiben und erst nachfolgend die erste Struktur zu schreiben.Preferably, the first structure is first created on the first side of the substrate and then the second structure on the second side of the substrate. Alternatively, the second structure is first created on the second side and then the first structure on the first side of the substrate. It has been found that curing the photoresist results in minimal differences in the refractive index in the photoresist, which may lead to unwanted deflection of the 3D printer's laser beam. To increase the accuracy, it is therefore advantageous to first write the second structure on the second side of the substrate using the uncured first photoresist and only then write the first structure.

Vorzugsweise erfolgt ein schichtweises Schreiben der ersten Struktur und/oder der zweiten Struktur insbesondere jeweils ausgehend von dem Substrat. Preferably, the first structure and/or the second structure is written in layers, in particular starting from the substrate.

Vorzugsweise wird der erste Fotolack auf der ersten Seite mittels Dip-In Lithographie gedruckt. Zusätzlich wird der zweite Fotolack auf der zweiten Seite mittels Immersionslithographie gedruckt. Hierbei handelt es sich um die zwei bisher voneinander getrennt genutzten Modi der 3D Lithographie, welche gemäß der vorliegenden Erfindung miteinander kombiniert werden.Preferably, the first photoresist is printed on the first page using dip-in lithography. In addition, the second photoresist is printed on the second side using immersion lithography. These are the two modes of 3D lithography that were previously used separately, which are combined with one another according to the present invention.

Vorzugsweise weist das Substrat eine Dicke auf von 25 µm bis 1000 µm. Hierbei wird die Dicke des Substrats angepasst an die jeweilige Anwendung.The substrate preferably has a thickness of 25 µm to 1000 µm. The thickness of the substrate is adapted to the respective application.

Vorzugsweise beträgt die Dicke des ersten Fotolacks und/oder die Dicke des zweiten Fotolacks 100 µm - 3 mm. Aufgrund der Dicke des Fotolacks ist gleichzeitig auch die maximale Höhe der jeweiligen Strukturen beschränkt. Eine weitere Beschränkung ergibt sich aus dem maximalen Verfahrweg bzw. Arbeitsabstand des Objektivs des 3D Druckers relativ zum Substrat.Preferably, the thickness of the first photoresist and/or the thickness of the second photoresist is 100 μm - 3 mm. Due to the thickness of the photoresist, the maximum height of the respective structures is also limited. Another limitation arises from the maximum travel distance or working distance of the 3D printer lens relative to the substrate.

Vorzugsweise ist der erste Fotolack und der zweite Fotolack verschieden voneinander. Aufgrund der Trennung der beiden Fotolacke voneinander durch das dazwischenliegende Substrat, können die Fotolacke unabhängig voneinander gewählt werden und speziell an die jeweilige Anwendung angepasst werden.Preferably, the first photoresist and the second photoresist are different from each other. Due to the separation of the two photoresists from each other Thanks to the substrate in between, the photoresists can be selected independently of one another and adapted specifically to the respective application.

Vorzugsweise weist der erste Fotolack und der zweite Fotolack einen unterschiedlichen Brechungsindex auf. Hierdurch können Linsen erzeugt werden, deren optische Eigenschaften speziell an die jeweilige Anwendung angepasst werden. Gleichzeitig kann durch den Brechungsindex der Schreibprozess zur Erzeugung der ersten Struktur und der zweiten Struktur optimiert werden. Beispielsweise kann als erster Fotolack ein Fotolack gewählt werden mit einem Brechungsindex, dessen Brechungsindex gleich oder nahe an dem Brechungsindex des Substrats liegt.Preferably, the first photoresist and the second photoresist have a different refractive index. This allows lenses to be created whose optical properties are specifically adapted to the respective application. At the same time, the writing process for producing the first structure and the second structure can be optimized by the refractive index. For example, a photoresist can be selected as the first photoresist with a refractive index whose refractive index is equal to or close to the refractive index of the substrate.

Vorzugsweise sind der erste Fotolack und/oder der zweite Fotolack transparent im Wesentlichen über den gesamten Wellenlängenbereich zumindest des sichtbaren Lichts oder vom nahen Infrarotbereich bis zum nahen UV-Bereich.Preferably, the first photoresist and/or the second photoresist are transparent substantially over the entire wavelength range of at least visible light or from the near infrared range to the near UV range.

Vorzugsweise weisen der erste Fotolack und der zweite Fotolack eine unterschiedliche Transmission auf. So kann ein Fotolack transparent über den im Wesentlichen gesamten Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts sein, wohingegen die Transmission des anderen Fotolacks beschränkt ist auf einen bestimmten kleineren Bereich, wodurch der andere Fotolack als Farbfilter wirkt. Alternativ hierzu können beide Fotolacke lediglich in einem kleinen Wellenlängenbereich transparent sein und als Farbfilter wirken, wobei die jeweiligen Wellenlängenbereiche des ersten Fotolacks und des zweiten Fotolacks gleich oder verschieden sein können.The first photoresist and the second photoresist preferably have different transmission. Thus, one photoresist can be transparent over essentially the entire wavelength range of visible light, whereas the transmission of the other photoresist is limited to a certain smaller area, whereby the other photoresist acts as a color filter. Alternatively, both photoresists can only be transparent in a small wavelength range and act as a color filter, whereby the respective wavelength ranges of the first photoresist and the second photoresist can be the same or different.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem zweiten Fotolack um einen absorptiven Fotolack, wobei es sich sodann bei der zweiten Struktur um eine Blende oder ein Array aus Blenden handeln kann. Somit kann auf der zweiten Seite des Substrats ein absorptiver Fotolack genutzt werden, um Streulicht zu vermeiden und hierdurch die Abbildungsqualität der Linsen auf der ersten Seite des Substrats zu verbessern.The second photoresist is preferably an absorptive photoresist, in which case the second structure can be an aperture or an array of apertures. An absorptive photoresist can therefore be used on the second side of the substrate to avoid scattered light and thereby improve the imaging quality of the lenses on the first side of the substrate.

Vorzugsweise handelt es sich bei der zweiten Struktur um eine Verbindungsstruktur zur Verbindung mit einer optischen Vorrichtung. Dabei ist die Verbindungsstruktur ausgerichtet mit dem optischen Element auf der ersten Seite. Bei der Verbindungsstruktur kann es sich beispielsweise um Elemente handeln, welche in Anlage mit entsprechenden Verbindungselementen der optischen Vorrichtung gelangen, um die Mikrooptik mit der optischen Vorrichtung zu verbinden und gleichzeitig zueinander ausrichten. Beispielsweise kann es sich bei der optischen Vorrichtung um eine optische Faser handeln. Hierbei kann die Verbindungsstruktur rund ausgebildet sein und eine Öffnung aufweisen, welche dem Durchmesser der optischen Faser entspricht. Dabei ist diese runde Öffnung ausgerichtet mit dem optischen Element auf der ersten Seite, sodass eine optimale Kopplung zwischen optischer Faser und dem optischen Element auf der ersten Seite erfolgt.Preferably, the second structure is a connection structure for connection to an optical device. The connection structure is aligned with the optical element on the first side. The connecting structure can, for example, be elements which come into contact with corresponding connecting elements of the optical device in order to connect the micro-optics to the optical device and at the same time align them with one another. For example, the optical device can be an optical fiber. The connection structure can be round and have an opening which corresponds to the diameter of the optical fiber. This round opening is aligned with the optical element on the first side, so that there is optimal coupling between the optical fiber and the optical element on the first side.

Vorzugsweise handelt es sich bei der ersten Struktur um eine Linse und bei der zweiten Struktur ebenfalls um eine Linse, wobei die erste Linse und die zweite Linse zueinander ausgerichtet sind, um ein achromatisches Doublet zu bilden, welches auch bekannt ist als Fraunhofer-Doublet. Hierdurch können Linsen erzeugt werden, welche achromatische Aberration in Abbildungen reduzieren können. Dies ist insbesondere möglich, da der erste Fotolack und der zweite Fotolack unterschiedliche Brechungsindexe aufweisen können.Preferably, the first structure is a lens and the second structure is also a lens, with the first lens and the second lens aligned with each other to form an achromatic doublet, also known as a Fraunhofer doublet. This allows the creation of lenses that can reduce achromatic aberration in images. This is possible in particular because the first photoresist and the second photoresist can have different refractive indices.

Vorzugsweise wird vor dem 3D Laserschreiben ein Referenzschreiben durchgeführt, wobei das Referenzschreiben folgende Schritte umfasst:

3D Laserschreiben der Ziel-Struktur zur Erzeugung einer Vorstruktur;
Erfassen lokaler Abweichungen zwischen der erzeugten Vorstruktur und der Ziel-Struktur;
Bestimmen einer Korrektur-Struktur aus der Ziel-Struktur unter Berücksichtigung der lokalen Abweichung; und
Verwenden der Korrektur-Struktur für das nachfolgende 3D Laserschreiben.

Preferably, a reference letter is carried out before 3D laser writing, the reference letter comprising the following steps:

3D laser writing of the target structure to create a preliminary structure;
Detecting local deviations between the generated preliminary structure and the target structure;
Determining a correction structure from the target structure taking the local deviation into account; and
Using the correction structure for subsequent 3D laser writing.

Somit wird zunächst mit dem vorgegebenen Layout bzw. Design die Zielstruktur durch ein zusätzliches 3D Laserschreiben erzeugt als Vorstruktur. Nachfolgend werden lokale Abweichungen erfasst zwischen der erzeugten Vorstruktur und der Zielstruktur. Diese Abweichungen werden sodann berücksichtigt bei dem Bestimmten einer Korrektur-Struktur, welche sodann für das nachfolgende 3D Laserschreiben benutzt wird. Weist somit die Vorstruktur eine Abweichung von dem gewünschten Design auf, wird dies bei der Bestimmung der Korrektur-Struktur berücksichtigt, sodass ein angepasstes Design herangezogen wird zur Verwendung bei dem nachfolgenden 3D Laserschreiben, sodass bei dem nachfolgenden 3D Laserschreiben die Zielstruktur, welche dem ursprünglichen Design bzw. Layout entspricht, erzeugt werden kann. Weist beispielsweise die Vorstruktur an einer Position eine Abweichung von 1 µm auf von dem gewünschten Layout, wird bei der Korrekturstruktur diese Abweichung von 1 µm dazu addiert beziehungsweise subtrahiert, um somit eine Annäherung and die gewünschte Zielstruktur zu erreichen. Hierbei können die vorgenannten Schritte iterativ erfolgen, bis eine möglichst genaue Erzeugung des ursprünglichen und gewünschten Designs bzw. Layouts erreicht wird.The target structure is initially created using the specified layout or design using additional 3D laser writing as a preliminary structure. Local deviations between the generated preliminary structure and the target structure are subsequently recorded. These deviations are then taken into account when determining a correction structure, which is then used for the subsequent 3D laser writing. If the preliminary structure has a deviation from the desired design, this is taken into account when determining the correction structure, so that an adapted design is used for use in the subsequent 3D laser writing, so that in the subsequent 3D laser writing the target structure, which corresponds to the original design or layout corresponds can be created. For example, if the preliminary structure has a deviation of 1 µm at a position from the desired layout, this deviation of 1 µm is added or subtracted in the correction structure in order to achieve an approximation to the desired target structure. The aforementioned steps can be carried out iteratively until one possible accurate creation of the original and desired design or layout is achieved.

Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Mikrooptik hergestellt mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren.The present invention further relates to micro-optics produced using the method described above.

Nachfolgend wir die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail below using preferred embodiments with reference to the attached figures.

Es zeigen:

1 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung,
2A und 2B eine Detailansicht der Schritte des Verfahrens gemäß 1 und
3A - 3D unterschiedliche Mikrooptiken hergestellt mit dem Verfahren gemäß 1.

Show it:

1 a flowchart of the method according to the present invention,
2A and 2 B a detailed view of the steps of the procedure according to 1 and
3A - 3D different micro-optics produced using the method according to 1 .

Im Folgenden wird Bezug genommen auf die 1. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt zur Herstellung einer Mikrooptik mit den Schritten:

In Schritt S01, Bereitstellen eines transparenten Substrats mit einer ersten Seite und einer gegenüberliegenden zweiten Seite;
In Schritt S02, Aufbringen eines ersten Fotolacks auf die erste Seite und eines zweiten Fotolacks auf die zweite Seite; und
In Schritt S03, 3D Laserschreiben mittels 2-Photonen-Absorption einer ersten Struktur in den ersten Fotolack und einer zweiten Struktur in den zweiten Fotolack, wobei es sich bei der ersten Struktur und/oder der zweiten Struktur um ein optisches Element handelt.

Reference is made below to the 1 . According to the present invention, a method is provided for producing micro-optics with the steps:

In step S01, providing a transparent substrate having a first side and an opposing second side;
In step S02, applying a first photoresist to the first side and a second photoresist to the second side; and
In step S03, 3D laser writing by means of 2-photon absorption of a first structure in the first photoresist and a second structure in the second photoresist, wherein the first structure and/or the second structure is an optical element.

Somit werden gemäß der vorliegenden Erfindung die Immersionslithographie und die Dip-In Lithographie in einem Prozessschritt miteinander kombiniert. Zwischen dem 3D Laserschreiben des ersten Lacks auf der ersten Seite und dem 3D Laserschreiben des zweiten Lacks auf der zweiten Seite des Substrats ist ein Wechseln des Substrats, ein Umdrehen des Substrats, ein Neuauftragen eines weiteren Fotolacks, ein Entwickeln der bereits erzeugten Struktur oder weitere Prozessschritte nicht erforderlich. Vielmehr kann in einem Schritt zunächst eine erste Struktur auf der ersten Seite des Substrats und nachfolgend eine zweite Struktur auf der zweiten Seite des Substrats erzeugt werden oder anders herum.Thus, according to the present invention, immersion lithography and dip-in lithography are combined with one another in one process step. Between the 3D laser writing of the first resist on the first side and the 3D laser writing of the second resist on the second side of the substrate, there is a change of the substrate, a turning of the substrate, a new application of another photoresist, a development of the already created structure or further process steps not required. Rather, in one step, a first structure can be created on the first side of the substrate and subsequently a second structure on the second side of the substrate, or vice versa.

Im nachfolgenden wird Bezug genommen auf die 2A und 2B, welche die unterschiedlichen Schritte des 3D Laserschreibens schematisch darstellen. Hierbei wird gemäß Schritt S01 zunächst ein Substrat 10 bereitgestellt und nachfolgend gemäß Schritt S02 ein erster Lack 20 auf eine erste Seite 11 des Substrats aufgetragen. Im unmittelbar darauffolgenden Schritt wird ein zweiter Fotolack 14 auf eine zweite Seite 13 des Substrats aufgetragen. Die Schritte des Auftragens auf die erste Seite 11 des Substrats 10 und auf die zweite Seite 13 des Substrats 10 können dabei vertauscht werden, stellen in jedem Fall aber unmittelbar aufeinanderfolgende Prozessschritte dar. Nachfolgend wird mit einem 3D Laserdrucker eine Struktur 16 zunächst auf der zweiten Seite 13 erzeugt. Hierzu weist der 3D Laserdrucker ein Objektiv 12 auf, welches schichtweise über das Substrat bewegt wird bzw. das Substrat schichtweise über das Objektiv bewegt wird. Hierbei dient der erste Fotolack 20 als Immersionsflüssigkeit zwischen dem Objektiv 12 und dem Substrat 10 bzw. dem zweiten Fotolack 14. Laserlicht des 3D Druckers wird durch das Objektiv 12 fokussiert zu einem Strahlengang 18, wobei am Ort des Fokus aufgrund von 2-Photon-Polymerisation der zweite Fotolack 14 aushärtet und insbesondere ausgehend vom Substrat 10 schichtweise die zweite Struktur 16 erzeugt wird. Nachfolgend wird gemäß 2B auf der ersten Seite 11 des Substrats 10 eine erste Struktur 22 im ersten Lack 20 erzeugt. Dies erfolgt wiederum schichtweise insbesondere ausgehend vom Substrat. Somit kann gemäß der vorliegenden Erfindung gleichzeitig und in einem Prozessschritt sowohl auf der ersten Seite 11 des Substrats 10 als auch auf der zweiten Seite 13 des Substrats 10 eine Struktur erzeugt werden, wobei es sich bei der Struktur 16, 22 insbesondere um ein optisches Element wie beispielsweise eine Linse, eine Blende, ein Array von Linsen oder ein Array von Blenden handeln kann. Dabei ist die erste Struktur 22 transversal ausgerichtet zur zweiten Struktur 16 aufgrund der Tatsache, dass beide Strukturen in einem Prozessschritt hergestellt werden und somit bei Erzeugen der Struktur auf der jeweils anderen Seite kein Drehen des Substrats erfolgen muss und somit auch eine manuelle Neu-Ausrichtung, beispielsweise mittels Markern oder dergleichen und den damit verbundenen Ungenauigkeiten, entfällt.Reference is made below to the 2A and 2 B , which schematically represent the different steps of 3D laser writing. Here, according to step S01, a substrate 10 is first provided and subsequently, according to step S02, a first lacquer 20 is applied to a first side 11 of the substrate. In the immediately following step, a second photoresist 14 is applied to a second side 13 of the substrate. The steps of application to the first side 11 of the substrate 10 and to the second side 13 of the substrate 10 can be interchanged, but in any case represent directly successive process steps. Subsequently, a structure 16 is initially created on the second side using a 3D laser printer 13 generated. For this purpose, the 3D laser printer has a lens 12, which is moved in layers over the substrate or the substrate is moved in layers over the lens. Here, the first photoresist 20 serves as an immersion liquid between the lens 12 and the substrate 10 or the second photoresist 14. Laser light from the 3D printer is focused through the lens 12 to a beam path 18, at the location of the focus due to 2-photon polymerization the second photoresist 14 hardens and, in particular, starting from the substrate 10, the second structure 16 is produced layer by layer. The following is as follows 2 B on the first side 11 of the substrate 10 a first structure 22 is generated in the first lacquer 20. This is again done layer by layer, particularly starting from the substrate. Thus, according to the present invention, a structure can be created simultaneously and in one process step both on the first side 11 of the substrate 10 and on the second side 13 of the substrate 10, the structure 16, 22 being in particular an optical element such as For example, it can be a lens, an aperture, an array of lenses or an array of apertures. The first structure 22 is aligned transversely to the second structure 16 due to the fact that both structures are produced in one process step and therefore when the structure is produced on the other side, the substrate does not have to be rotated and therefore no manual realignment is required. for example using markers or the like and the associated inaccuracies are no longer necessary.

Im Folgenden wird Bezug genommen auf die 3A-3D, welche erzeugte Mikrooptiken darstellen, welche mit dem vorliegenden Verfahren erzeugt wurden.Reference is made below to the 3A-3D , which represent micro-optics produced using the present method.

3A zeigt eine Linse 24, welche auf der ersten Seite 11 des Substrats erzeugt wurde. Hierbei kann die Linse 24 aus einem transparenten Fotolack erzeugt werden. Weiterhin ist gemäß der 3A eine Blende 26 auf der zweiten Seite 13 des Substrats 10 erzeugt. Hierbei kann insbesondere die Blende 26 aus einem absorptiven Fotolack erzeugt werden. Linse 24 und Blende 26 sind dabei mit ihrer optischen Achse 28 ausgerichtet insbesondere mit einer Genauigkeit kleiner als 1 µm. 3A shows a lens 24 which was created on the first side 11 of the substrate. The lens 24 can be produced from a transparent photoresist. Furthermore, according to the 3A an aperture 26 is generated on the second side 13 of the substrate 10. In particular, the aperture 26 can be produced from an absorptive photoresist. Lens 24 and aperture 26 are aligned with their optical axis 28, in particular with an accuracy of less than 1 μm.

3B zeigt ein erstes Linsen-Array 32 auf der ersten Seite 11 des Substrats 10 sowie ein zweites Linsen-Array 30 auf der zweiten Seite 13 des Substrats 10. Dabei sind die optischen Achsen 28 der einzelnen Linsen mit einer hohen Genauigkeit zueinander ausgerichtet, wodurch Abbildungsfehler der Mikrooptik bestehend aus den Linsen-Arrays 30, 32 vermieden werden können. 3B shows a first lens array 32 on the first side 11 of the substrate 10 and a second lens array 30 on the second side 13 of the substrate 10. The optical axes 28 of the individual lenses are aligned with one another with a high degree of accuracy, which means that imaging errors are eliminated Micro-optics consisting of the lens arrays 30, 32 can be avoided.

3C zeigt ein Linsen-Doublet, wobei auf die erste Seite 11 des Substrats 10 eine erste Linse 36 und auf die zweite Seite 13 eine zweite Linse 34 geschrieben wurde. Hierbei können die Linsen 34, 36 aus jeweils einem Fotolack mit unterschiedlichen Brechungsindizes erzeugt sein, sodass ein achromatisches Doublet erzeugt wird (auch genannt Fraunhofer-Doublet). Alternativ hierzu kann es sich auch um eine dicke Linse handeln, welche das Substrat 10 umfasst. Dabei sind die optischen Achsen 28 der Linsen 34, 36 mit hoher Genauigkeit zueinander ausgerichtet, wodurch Abbildungsfehler der dicken Linse bzw. des Doublets reduziert werden. 3C shows a lens doublet, with a first lens 36 written on the first side 11 of the substrate 10 and a second lens 34 written on the second side 13. The lenses 34, 36 can each be made from a photoresist with different refractive indices, so that an achromatic doublet is created (also called a Fraunhofer doublet). Alternatively, it can also be a thick lens, which includes the substrate 10. The optical axes 28 of the lenses 34, 36 are aligned with one another with high precision, which reduces imaging errors in the thick lens or doublet.

3D zeigt eine Linse 36 auf der ersten Seite 11 des Substrats 10. Weiterhin ist auf der zweiten Seite 13 des Substrats 10 eine Verbindungsstruktur 38 erzeugt. Mittels der Verbindungsstruktur 38 kann beispielsweise eine optische Faser 40 oder eine andere optische Vorrichtung mit hoher Genauigkeit mit der Linse 36 auf der ersten Seite 11 des Substrats ausgerichtet werden, sodass die optische Achse 28 der Linse 36 mit der optischen Achse der optischen Vorrichtung und insbesondere der optischen Faser 40 übereinstimmt. 3D shows a lens 36 on the first side 11 of the substrate 10. Furthermore, a connection structure 38 is produced on the second side 13 of the substrate 10. By means of the connection structure 38, for example, an optical fiber 40 or another optical device can be aligned with high precision with the lens 36 on the first side 11 of the substrate, so that the optical axis 28 of the lens 36 is aligned with the optical axis of the optical device and in particular the optical fiber 40 matches.

Claims

Process for producing micro-optics with the steps: Providing a transparent substrate having a first side and an opposing second side; applying a first photoresist to the first side and a second photoresist to the second side; and 3D laser writing by means of 2-photon absorption of a first structure in the first photoresist and a second structure in the second photoresist, the first structure and/or the second structure being an optical element.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the optical element is an aperture, a lens, a prism, a diffraction grating, an axicon, a mirror, an array of apertures, an array of lenses, an array of one of the other optical elements, or also includes combinations of the elements mentioned.

Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the first structure and the second structure are an optical element, the optical axes of the optical elements on the first side and the second side of the substrate matching, in particular with an accuracy of 1 µm or less.

Procedure according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the first photoresist on the first side faces a lens during 3D laser writing.

Procedure according to Claim 4 , characterized in that the second structure is created first and then the first structure.

Procedure according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the second photoresist is printed on the second side using immersion lithography and the first photoresist is printed on the first side using dip-in lithography.

Procedure according to one of the Claims 1 until 6 , characterized in that the substrate has a thickness of 25 µm to 1000 µm.

Procedure according to one of the Claims 1 until 7 , characterized in that the thickness of the first photoresist and/or the thickness of the second photoresist is 100 µm to 3 mm.

Procedure according to one of the Claims 1 until 8th , characterized in that the first photoresist and the second photoresist are different.

Procedure according to Claim 9 , characterized in that the first photoresist and the second photoresist have a different refractive index.

Procedure according to Claim 9 , characterized in that the first photoresist and the second photoresist have a different dispersion n(λ).

Procedure according to one of the Claims 9 or 10 , characterized in that the first photoresist and the second photoresist have a different transmission.

Procedure according to one of the Claims 1 until 11 , characterized in that the second photoresist is an absorptive photoresist and the second structure is an aperture or an array of apertures.

Procedure according to one of the Claims 1 until 11 , characterized in that the second structure is a connection structure for connection to an optical device, the connection structure being aligned with the optical element on the first side.

Procedure according to one of the Claims 1 until 11 , characterized in that the first structure is a first lens and the second structure is a second lens, the first lens and the second lens being aligned with each other to form a Fraunhofer/achromatic doublet.

Procedure according to one of the Claims 1 until 14 , characterized in that a reference writing takes place before the 3D laser writing, the reference writing comprising the following steps: 3D laser writing of the target structure to generate a preliminary structure; Detecting local deviations between the generated preliminary structure and the target structure; Determining a correction structure from the target structure taking the local deviation into account; and using the correction structure for subsequent 3D laser writing.

Micro-optics manufactured using the method according to one of the Claims 1 until 15 .