專利名稱：利用結(jié)構(gòu)化的玻璃涂層制作衍射光學(xué)元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及光學(xué)元件，尤其涉及一種用于施加光活性結(jié)構(gòu)化到基片上的方法，包含光活性結(jié)構(gòu)的光活性元件，該光活性結(jié)構(gòu)最好是聚焦結(jié)構(gòu)，以及利用這種類型方法制作的組件。
背景技術(shù)：
作為在JP 62066204中的一個(gè)例子，我們公開(kāi)一種費(fèi)涅耳透鏡及其制造方法。通過(guò)多個(gè)薄膜相繼地疊層到基片上制作該透鏡，從而得到費(fèi)涅耳類型透鏡。由于制作光學(xué)結(jié)構(gòu)要求在每層中精確地疊層，而不能干擾制成透鏡結(jié)構(gòu)的光學(xué)性質(zhì)，這是一個(gè)費(fèi)時(shí)和高成本的過(guò)程。
DE 43 38 969 C2公開(kāi)一種用于制作無(wú)機(jī)衍射元件的方法，尤其是借助于蝕刻玻璃制成?；耐糠笫抢酶采w不需要蝕刻區(qū)域的掩模，所述掩?？梢钥刮g刻媒體并對(duì)應(yīng)于制作的浮雕結(jié)構(gòu)，借助于蝕刻過(guò)程，所需的浮雕可以制成在沒(méi)有被掩模覆蓋的基片區(qū)域上，如果需要，隨后可以去掉該掩模。特別是對(duì)于玻璃，僅僅可以實(shí)現(xiàn)低的蝕刻速率，這也是一個(gè)費(fèi)時(shí)和高成本的過(guò)程。
所以，本發(fā)明的目的是提供一種用于改進(jìn)光學(xué)元件制作的方法，尤其是衍射光學(xué)元件，以及提供改進(jìn)的光活性元件。

發(fā)明內(nèi)容
借助于按照獨(dú)立權(quán)利要求的方法，光活性元件和組件，以及混合透鏡，利用特別簡(jiǎn)單的方法可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。有益的改進(jìn)構(gòu)成各個(gè)從屬權(quán)利要求的主題。
按照本發(fā)明施加光活性結(jié)構(gòu)化到基片上的方法包括利用光刻掩模的結(jié)構(gòu)化，其步驟是利用光敏抗蝕層涂敷基片，光刻結(jié)構(gòu)化施加的層，
借助于電子束PVD(電子束物理汽相沉積)，利用光活性層涂敷預(yù)結(jié)構(gòu)化的基片，該活性層至少包含選自玻璃和金屬構(gòu)成的材料，和去掉抗蝕層。
光活性層的所述涂敷方法或沉積方法提供一種快速形成所述光活性層的方法，因?yàn)榭梢詫?shí)現(xiàn)最大為4μm/min的高汽相沉積速率，該速率高于現(xiàn)有濺射速率幾倍，并利用這個(gè)方法實(shí)現(xiàn)上述的目的。用于涂敷光活性層的可能材料，尤其是可能的玻璃材料，是在以下的


部分中給出。
此外，在沿所述基片表面的水平方向和垂直方向上能夠形成精確的結(jié)構(gòu)。合適選取玻璃的汽相沉積參數(shù)，最好是用于設(shè)定的光學(xué)和熱機(jī)械性能，可以施加結(jié)構(gòu)化的玻璃層厚度在約為0.1μm和最大為1mm之間。
除了高的沉積速率以外，汽相沉積的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是基片的較低熱應(yīng)力，它能夠利用光抗蝕劑形成第一涂層。涂敷基片的步驟是借助于旋轉(zhuǎn)涂敷，噴射，電沉積和/或借助于至少沉積一個(gè)光敏抗蝕薄膜實(shí)現(xiàn)的。去掉抗蝕層的步驟是按照這樣方式實(shí)現(xiàn)的，還去掉已施加到抗蝕層上的至少一層。此外，光刻結(jié)構(gòu)化的步驟包括掩模曝光和隨后的顯影。
在一個(gè)實(shí)施例中，涂敷步驟包括借助于電子束PIAD過(guò)程，利用光活性層涂敷預(yù)結(jié)構(gòu)化的基片。在這種類型過(guò)程中，引導(dǎo)附加的離子束到需要涂敷的基片上。所述離子束誘發(fā)基片表面上松散束縛粒子的釋放，它最終導(dǎo)致基片上光活性層的密集和缺陷減小層。
通過(guò)改變基片相對(duì)于涂敷源的取向，可以涂敷該基片的幾個(gè)側(cè)面，從而允許制作精密的光活性元件或組件。尤其是，施加所述光活性結(jié)構(gòu)化到所述基片的底部和/或所述基片的頂部和/或所述基片的至少一個(gè)側(cè)面上?？赡艿幕牧鲜窃谝韵碌?br>
部分中描述。
取決于形成的組件或光活性元件，在一個(gè)實(shí)施例中，上述過(guò)程可以僅僅涉及單次重復(fù)以下的步驟
利用光敏抗蝕層涂敷基片，光刻結(jié)構(gòu)化施加的層，借助于電子束PVD(電子束物理汽相沉積)，利用光活性層涂敷預(yù)結(jié)構(gòu)化的基片，該活性層至少包含選自玻璃和金屬構(gòu)成的材料，和去掉抗蝕層。
取決于光活性元件的所需光學(xué)性質(zhì)，例如，它的折射率，可以按照這樣方式施加光活性層，該活性層包含沿垂直于基片表面的方向和/或沿平行于基片表面的方向恒定的層成分和/或變化的層成分。在附圖的說(shuō)明部分給出與變化層成分有關(guān)的更多細(xì)節(jié)。
在一個(gè)具體的實(shí)施例中，上述過(guò)程的特征是多次重復(fù)以下的步驟利用光敏抗蝕層涂敷基片，光刻結(jié)構(gòu)化施加的層，借助于電子束PVD(電子束物理汽相沉積)，利用光活性層涂敷預(yù)結(jié)構(gòu)化的基片，該活性層至少包含選自玻璃和金屬構(gòu)成的材料，和去掉抗蝕層。
光活性第一層的厚度在約為0.1μm和最大為1mm之間。取決于光活性第一層的結(jié)構(gòu)，即，光活性第一層是由至少一個(gè)結(jié)構(gòu)形成，光活性第一層的每個(gè)結(jié)構(gòu)寬度約小于50μm，最好是約小于20μm，更好的是約小于10μm。取決于光活性第一層的外觀，例如，用于形成費(fèi)涅耳透鏡或費(fèi)涅耳類型透鏡，有不同寬度結(jié)構(gòu)化的組合是必需的。這在以下的

部分中作更詳細(xì)的描述。
如上所述，取決于光活性元件所需的光學(xué)性質(zhì)，例如，它的折射率，利用光活性層涂敷預(yù)結(jié)構(gòu)化的基片在每層中包含相同的材料或不同的材料。此外，可以按照這樣的方式施加光活性層，該活性層包含沿垂直于基片表面的方向和/或沿平行于基片表面的方向變化的層成分。
在一個(gè)實(shí)施例中，利用PVD過(guò)程中制成的玻璃涂敷材料，制作光活性層，尤其是，其中借助于PVD過(guò)程中的電子束蒸發(fā)，施加所述光活性層。此外，借助于PIAD過(guò)程中的電子束蒸發(fā)，也可以施加所述光活性層。
除了上述的過(guò)程以外，本發(fā)明還涉及一種光活性元件，它包括基片和在所述基片上的至少一個(gè)光活性第一層，其中第一層是由選自玻璃或金屬的至少一種材料制成，并有光活性結(jié)構(gòu)，最好是聚焦結(jié)構(gòu)。
所述光活性第一層施加到所述基片的底部和/或所述基片的頂部。在一個(gè)實(shí)施例中，光活性第一層包含沿垂直于基片表面的方向和/或沿平行于基片表面的方向變化的材料成分。
為了提供精致的光活性元件，例如，費(fèi)涅耳透鏡或費(fèi)涅耳類型透鏡，或基片上的光結(jié)構(gòu)，所述光活性元件是有幾個(gè)光活性層的陣列，其中幾個(gè)光活性層的陣列在每光活性層中包含相同的材料或不同的材料。
光活性元件中光活性結(jié)構(gòu)的特征是它的制造方法，利用包括光刻掩模結(jié)構(gòu)化的過(guò)程，其步驟是利用光敏抗蝕層涂敷基片，光刻結(jié)構(gòu)化施加的層，借助于電子束PVD(電子束物理汽相沉積)，利用光活性層涂敷預(yù)結(jié)構(gòu)化的基片，該活性層至少包含選自玻璃和金屬構(gòu)成的材料，和去掉抗蝕層。
基片的涂敷是借助于旋轉(zhuǎn)涂敷，噴射，電沉積和/或借助于沉積至少一個(gè)光敏抗蝕薄膜實(shí)現(xiàn)的。按照這樣的方式去掉抗蝕層，還去掉已施加到抗蝕層上的至少一層。
在光活性元件上，借助于電子束PIAD過(guò)程，利用光活性層涂敷預(yù)結(jié)構(gòu)化的基片。光刻結(jié)構(gòu)化包括掩模曝光和隨后的顯影。
取決于所需的性質(zhì)，通過(guò)單次重復(fù)以下的步驟制作光活性元件利用光敏抗蝕層涂敷基片，
光刻結(jié)構(gòu)化施加的層，借助于電子束PVD(電子束物理汽相沉積)，利用光活性層涂敷預(yù)結(jié)構(gòu)化的基片，該活性層至少包含選自玻璃和金屬構(gòu)成的材料，和去掉抗蝕層。
或在另一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)多次重復(fù)以下的步驟制作光活性元件利用光敏抗蝕層涂敷基片，光刻結(jié)構(gòu)化施加的層，借助于電子束PVD(電子束物理汽相沉積)，利用光活性層涂敷預(yù)結(jié)構(gòu)化的基片，該活性層至少包含選自玻璃和金屬構(gòu)成的材料，和去掉抗蝕層。
借助于PVD過(guò)程，利用玻璃制成的涂敷材料，制作光活性層，尤其是，其中借助于PVD過(guò)程中的電子束蒸發(fā)，制作光活性層。在另一個(gè)實(shí)施例中，借助于PIAD過(guò)程中的電子束蒸發(fā)，制作光活性層。
最好是，光活性元件是或包括費(fèi)涅耳透鏡或費(fèi)涅耳類型透鏡。
此外，本發(fā)明包括一種有光活性結(jié)構(gòu)的組件，最好是由玻璃和/或金屬制成的聚焦結(jié)構(gòu)，其中借助于有上述過(guò)程特征的方法制作該結(jié)構(gòu)。此外，可以利用合成材料，尤其是透明的合成材料。
此外，本發(fā)明包括一種有光活性結(jié)構(gòu)的組件，最好是由玻璃和/或金屬制成的聚焦結(jié)構(gòu)，其中借助于有上述過(guò)程特征的方法制作該結(jié)構(gòu)。最好是，該組件是或包括費(fèi)涅耳透鏡或費(fèi)涅耳類型透鏡。
此外，本發(fā)明還包括一種有基片和光活性結(jié)構(gòu)的混合透鏡，最好是聚焦結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是利用上述過(guò)程制成的。
在優(yōu)選實(shí)施例的基礎(chǔ)上并參照附圖，我們更詳細(xì)地解釋了本發(fā)明。不同實(shí)施例的特征能夠互相組合。附圖中相同的參考數(shù)字表示相同或類似的部件。

圖1A至1E利用剖面圖說(shuō)明在結(jié)構(gòu)化的涂敷基片中涉及的過(guò)程步驟，圖2A和2B表示參照?qǐng)D1C至1E所說(shuō)明過(guò)程步驟的變型，圖3A至3C利用剖面圖說(shuō)明在結(jié)構(gòu)化的涂敷基片中涉及的優(yōu)選實(shí)施例過(guò)程步驟，圖4表示按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的組件平面圖，圖5表示涂敷多層的基片實(shí)施例，圖6表示涂敷有不同高度多層的基片實(shí)施例，圖7表示涂敷多層的基片實(shí)施例，它包含不同的材料，尤其是各層中交替的材料，圖8表示涂敷多層的基片實(shí)施例，它包含正結(jié)構(gòu)化的不同材料，尤其是結(jié)構(gòu)中交替的材料，圖9表示圖8的平面圖，圖10和11表示在基片的頂部和底部涂敷多層的其他基片實(shí)施例，圖12至15表示按照本發(fā)明其他優(yōu)選實(shí)施例的組件平面圖。
具體實(shí)施例方式
以下的內(nèi)容首先討論圖1A至1E，這些圖利用剖面圖說(shuō)明按照本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例在制作結(jié)構(gòu)化基片中涉及的過(guò)程步驟。為了制作結(jié)構(gòu)化涂層，首先，施加第一涂層3到基片1中需要涂敷的表面2上，如圖1A所示。最好是，基片1連接到晶片組合中其他的基片。最好是，第一涂層3是由光敏抗蝕層形成。該基片至少包含選自以下的一種材料玻璃，陶瓷，半導(dǎo)體材料，尤其是硅，半導(dǎo)體化合物，金屬，金屬合金，塑料，或上述材料的組合。
圖1B表示在另一個(gè)過(guò)程步驟之后的基片剖面圖。在這個(gè)步驟中，結(jié)構(gòu)化已被引入到第一涂層3。這些結(jié)構(gòu)化產(chǎn)生負(fù)結(jié)構(gòu)化5，它在平面圖中是與最終的結(jié)構(gòu)化涂層互補(bǔ)。該結(jié)構(gòu)化是按照這樣的方式形成的，需要涂敷的基片1的表面2上的區(qū)域6是未覆蓋的。
最好是，借助于光刻法形成該結(jié)構(gòu)化，為此目的，例如，第一涂層3包含一種光致抗蝕劑，借助于曝光和顯影，引入負(fù)結(jié)構(gòu)化5到光抗蝕劑中。
借助于旋轉(zhuǎn)涂敷，噴射，電沉積和/或借助于沉積光敏抗蝕薄膜，施加基片1的第一涂層3，尤其是有光敏抗蝕層的涂層，例如，光敏清漆。形成負(fù)結(jié)構(gòu)化5的另一種可能性是借助于結(jié)構(gòu)化印刷過(guò)程的涂敷，例如，照相制版(serigraphy)印刷或噴墨印刷。
圖1C表示在基片1的表面2上沉積玻璃結(jié)構(gòu)化層7的步驟之后的基片，尤其是光活性層，在基片1上已有第一涂層3。借助于電子束蒸發(fā)到包含負(fù)結(jié)構(gòu)化5并涂敷第一涂層3的基片1，可以實(shí)現(xiàn)該沉積，最好是，層7包含金屬或汽相沉積玻璃，其中沉積是借助于電子束蒸發(fā)涂層到涂敷第一涂層3的基片1上，第一涂層3包含負(fù)結(jié)構(gòu)化5。層7覆蓋未覆蓋的區(qū)域6和第一涂層3。
按照本發(fā)明的一種改進(jìn)，借助于等離子體輔助沉積，也可以實(shí)現(xiàn)層7的沉積，為的是制成特別密集和沒(méi)有缺陷的層。按照本發(fā)明，借助于PVD，PIVCD，或借助于電鍍過(guò)程，也可以有利地制成金屬層。
人們已證明，有下列重量百分比成分的汽相沉積玻璃是特別有利的成分 重量百分比SiO275-85％B2O310-15％Na2O 1-5％Li2O 0.1-1％K2O0.1-1％Al2O31-5％這種類型的優(yōu)選汽相沉積玻璃是Schott制作的玻璃8329，它有以下的成分成分 重量百分比SiO284.1％
B2O311.0％Na2O ≈2.0％ K2O ≈0.3％}(在該層中3.3％)Li2O ≈0.3％」Al2O32.6％(在該層中＜0.5％)電阻約為1010Ω/cm(在100℃下)。此外，在其純形式下，這種玻璃的折射率約為1.470。
介電常數(shù)ε約為4.7(在25℃，1MHz下)，tanδ約為45×10-4(在25℃，1MHz下)。這個(gè)系統(tǒng)組件的汽相沉積過(guò)程和不同的揮發(fā)性在目標(biāo)材料與沉積層之間產(chǎn)生略微不同的化學(xué)計(jì)量。在括弧中指出沉積層中的偏差。
另一組合適的汽相沉積玻璃有下列重量百分比表示的成分成分 重量百分比SiO265-75％B2O320-30％Na2O 0.1-1％Li2O 0.1-1％K2O 0.5-5％Al2O30.5-5％這組中優(yōu)選的汽相沉積玻璃是Schott制作的玻璃G018-189，它有下列的成分成分 重量百分比SiO271％B2O326％Na2O 0.5％
Li2O 0.5％K2O1.0％Al2O31.0％優(yōu)選使用的玻璃具有下列表中列出的性質(zhì)

上述玻璃的選取是只是作為例子，并不局限于上述玻璃。
有利的是，層7的形成僅僅來(lái)自一個(gè)源的材料。因此，可以實(shí)現(xiàn)層7的高重復(fù)性。此外，可以避免利用幾個(gè)源造成層化學(xué)計(jì)量的非預(yù)期變化。
按照本發(fā)明的另一種改進(jìn)，至少利用兩個(gè)源也可以實(shí)現(xiàn)層7的沉積。沉積的操作是通過(guò)適應(yīng)性覆蓋每個(gè)源，用于控制每個(gè)源成分與沉積層7成分的比例。
至少利用兩個(gè)源可以有利地制作這樣的層，該層沿垂直于基片表面的方向和/或沿平行于基片表面的方向有變化的層成分。
借助于改變一個(gè)源的工作參數(shù)或借助于組合不同的沉積過(guò)程，也可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)層成分的變化。例如，這些過(guò)程包括物理汽相沉積，尤其是電子束蒸發(fā)或?yàn)R射，化學(xué)汽相沉積或等離子體誘發(fā)的化學(xué)汽相沉積。
按照這種方式，材料性質(zhì)，例如，溫度系數(shù)，或光學(xué)性質(zhì)，例如，折射率或Abbe系數(shù)，可以適應(yīng)于預(yù)期的目的。
圖1D表示在去掉第一涂層3步驟之后的基片。在這個(gè)過(guò)程變型中，去掉涂層是通過(guò)涂敷表面的平面化實(shí)現(xiàn)的。為此目的，平面研磨涂敷的表面，直至去掉層7上的第一涂層，因此，在它以下的第一涂層3再次成為未覆蓋的，從而可以直接接觸該層。
圖1E表示在去掉第一涂層3之后的過(guò)程步驟。由于汽相沉積層7到第一涂層3的負(fù)結(jié)構(gòu)化上，并在去除它之后去掉第一涂層3，正結(jié)構(gòu)化層7最終保留在基片上。正結(jié)構(gòu)化層7的結(jié)構(gòu)9覆蓋最初未覆蓋或未被第一涂層3覆蓋的區(qū)域6。
例如，通過(guò)在合適溶劑中的溶解或借助于濕化學(xué)或干化學(xué)蝕刻，可以去除負(fù)結(jié)構(gòu)化的第一涂層3。去除涂層也可以有利地利用在氧等離子體中的焚燒或氧化。
正結(jié)構(gòu)化層7包括一種結(jié)構(gòu)9或幾種結(jié)構(gòu)9。按照本發(fā)明，所述結(jié)構(gòu)9可以包含不同的材料，沿垂直于基片表面的方向和/或沿平行于基片表面的方向不同的成分，不同的光學(xué)性質(zhì)，不同的尺寸，即，不同的直徑，寬度或高度，或厚度，或不同的幾何尺寸，即，不同的形狀。
按照本發(fā)明的方法可應(yīng)用于制造有各種不同性質(zhì)和/或不同尺寸的光學(xué)元件。
所述結(jié)構(gòu)9或正結(jié)構(gòu)化層7的結(jié)構(gòu)9有約0.1μm至1mm的高度或厚度，以及數(shù)量級(jí)小于500μm，200μm，100μm，50μm，20μm和/或10μm的直徑或?qū)挾取?br> 在另一個(gè)實(shí)施例中，至少可以沉積兩種不同的材料作為層7以形成正結(jié)構(gòu)化層7的結(jié)構(gòu)9。即，正結(jié)構(gòu)化層7的每種結(jié)構(gòu)9可以根據(jù)預(yù)期的性質(zhì)包含另一種材料，尤其是它的光學(xué)性質(zhì)。
包含不同光學(xué)性質(zhì)的至少兩種玻璃的組合能夠校正光學(xué)系統(tǒng)的色差。按照本發(fā)明，在一層中組合該至少兩種材料或在不同的夾層中組合該至少兩種材料，可以實(shí)現(xiàn)所述的組合。
以下的描述涉及圖2A和2B，用于解釋參照?qǐng)D1D和1E所示過(guò)程步驟的優(yōu)選變化。在這個(gè)過(guò)程變型中，首先是利用結(jié)構(gòu)化的第一涂層3以制備基片1，如在參照?qǐng)D1A和1B時(shí)所說(shuō)明的。第一涂層3再次有負(fù)結(jié)構(gòu)化5，它可以利用普通的剝離技術(shù)制成，從而留下未覆蓋的第一表面2的區(qū)域6。同樣地，層7沉積到按照這種方法制備的基片表面上，例如，借助于汽相沉積玻璃的汽相沉積或金屬層的沉積，可以實(shí)現(xiàn)這種沉積。然而，在這種情況下，層7的層厚度沒(méi)有選取得足夠大而使它可以完全包圍層7。這是通過(guò)選取層7的層厚度實(shí)現(xiàn)的，該厚度小于第一涂層3的層厚度。圖2A表示該過(guò)程中的這種狀態(tài)。
然后，借助于參照?qǐng)D1C所示的平面化，不需要任何的去除操作，可以直接去掉第一涂層3，因?yàn)閷?沒(méi)有完全形成連續(xù)的覆蓋裝置，從而保持接觸第一涂層3。在去掉第一涂層3時(shí)，可以去除位于第一涂層3上層7的那些區(qū)域，從而去掉那些區(qū)域。再次保留圖2B所示的結(jié)果，它是有正結(jié)構(gòu)9的結(jié)構(gòu)化涂層7。
按照本發(fā)明，在基片1的至少一個(gè)側(cè)面上可以完成正結(jié)構(gòu)化層7的制作，尤其是在基片1的頂部2和/或基片1的底部4。
尤其是，對(duì)于制作精致的光學(xué)元件或光活性元件，例如，費(fèi)涅耳透鏡，還可以有利地執(zhí)行多次上述的過(guò)程步驟，因此，可以制作多層結(jié)構(gòu)化。
形成所述多層結(jié)構(gòu)化的各層包含與上述層7相同的性質(zhì)。尤其是，每層可以包含有不同性質(zhì)的不同材料，尤其是不同的光學(xué)性質(zhì)。
圖3A表示一個(gè)特別優(yōu)選實(shí)施例類似于圖1B所示過(guò)程的中間階段。該圖說(shuō)明用于制作有非覆蓋區(qū)域6和區(qū)域51的費(fèi)涅耳透鏡的負(fù)結(jié)構(gòu)化5，其中基片已被涂敷光致抗蝕劑。
用于制作費(fèi)涅耳透鏡的負(fù)結(jié)構(gòu)化5包含中心圓形的未覆蓋區(qū)域，該區(qū)域被同心環(huán)形區(qū)域形狀的未覆蓋區(qū)域包圍(見(jiàn)圖4)。所述環(huán)形區(qū)域形狀的未覆蓋區(qū)域是由兩個(gè)不同半徑的同心圓限制的區(qū)域限定，較小的半徑是r1和較大的半徑是r2，形成的寬度是w＝r2-r1。隨著增大的半徑，分別增大r1和r2，環(huán)形區(qū)域的寬度w和兩個(gè)相鄰環(huán)形區(qū)域之間的距離d是減小的。
按照本發(fā)明的過(guò)程可以應(yīng)用于制作有各種不同尺寸的費(fèi)涅耳透鏡或費(fèi)涅耳類型透鏡。所述負(fù)結(jié)構(gòu)化5的高度約為0.1μm至10mm。所述中心圓形的未覆蓋區(qū)域的直徑數(shù)量級(jí)小于500μm，200μm，100μm，50μm，20μm或10μm。所述環(huán)形區(qū)域的寬度w和環(huán)形區(qū)域之間的距離d具有這樣的數(shù)值，約小于500μm，200μm，100μm，50μm，20μm和/或10μm。
圖3B和3C表示類似于圖2A和2B描述的過(guò)程步驟，用于形成光學(xué)元件實(shí)施例或光活性元件，其中光活性層71施加到整個(gè)表面。借助于去掉過(guò)程，抗蝕層區(qū)域51以及位于其上的光活性層71區(qū)域被相繼地去除，而留下來(lái)的是形成正結(jié)構(gòu)化的光活性區(qū)域71。
正結(jié)構(gòu)化的寬度或光活性層71的尺寸對(duì)應(yīng)于未覆蓋區(qū)域的寬度。光活性層71的高度是受負(fù)結(jié)構(gòu)化5的高度或?qū)挾鹊南拗?，它的?shù)值約為0.1μm至1mm。
圖4表示在表面上的圖3C所示費(fèi)涅耳透鏡結(jié)構(gòu)化。
尤其是，為了制作費(fèi)涅耳透鏡，也可以有利地多次執(zhí)行上述的過(guò)程步驟，因此，可以制作多層結(jié)構(gòu)化。這畫(huà)出在圖5中，圖5表示通過(guò)多層費(fèi)涅耳透鏡的剖面圖。在這個(gè)典型的實(shí)施例中，我們施加三個(gè)不同設(shè)計(jì)的層，即，第一層71，第二層72，和第三層73。如圖5所示，通過(guò)逐步減小第一層71結(jié)構(gòu)到頂層結(jié)構(gòu)的寬度，頂層結(jié)構(gòu)是第三層73結(jié)構(gòu)，可以產(chǎn)生鋸齒型形態(tài)，即，鋸齒型結(jié)構(gòu)和/或凸型結(jié)構(gòu)。尤其是，通過(guò)減小每層的厚度和增加層的數(shù)目，可以制成良好的鋸齒型形態(tài)，即，良好的鋸齒型結(jié)構(gòu)和/或良好的凸型結(jié)構(gòu)。
為了制作結(jié)構(gòu)化涂層，首先，施加第一涂層3到基片1的表面2上，表面2也是需要涂敷的，如圖1A所示。最好是，第一涂層3是由光敏抗蝕層制成。
第一結(jié)構(gòu)化涂層3到最后產(chǎn)生第一層71的正結(jié)構(gòu)包含光敏抗蝕層，它最好是借助于旋轉(zhuǎn)涂敷形成的。第二結(jié)構(gòu)化涂層到最后產(chǎn)生第二層72的正結(jié)構(gòu)也包含光敏抗蝕層，它最好是借助于噴射形成的。另一個(gè)涂層到產(chǎn)生另一個(gè)正結(jié)構(gòu)化層最好是借助于噴射形成的。尤其是，所述第一層71，所述第二層72，和/或所述第三層73包含光活性層。
圖6至11表示其他光學(xué)元件實(shí)施例，它們分別是費(fèi)涅耳透鏡或費(fèi)涅耳類型透鏡的光活性元件實(shí)施例。在圖5的費(fèi)涅耳透鏡中，上述的過(guò)程步驟特別有利于執(zhí)行多次以制作多層結(jié)構(gòu)化。在圖6至11中描述的多層結(jié)構(gòu)化中的每一層包含光活性層。
圖6至8中所說(shuō)明的典型實(shí)施例表示包含第一層71，第二層72和第三層73的一個(gè)三層系統(tǒng)，這三層形成在基片1的頂部2。
圖6說(shuō)明一個(gè)三層系統(tǒng)71，72，73，其中每層的正結(jié)構(gòu)91，92，93，94，95，96有不同的高度。詳細(xì)地說(shuō)，在第一層71中，正結(jié)構(gòu)94的高度低于正結(jié)構(gòu)91的高度；在第二層72中，正結(jié)構(gòu)95的高度低于正結(jié)構(gòu)92的高度；和在第三層73中，正結(jié)構(gòu)96的高度低于正結(jié)構(gòu)93的高度。尤其是，每層中正結(jié)構(gòu)化的高度相對(duì)于相鄰正結(jié)構(gòu)的高度是交替變化的。
圖7表示這樣一種系統(tǒng)，其中層71，72，73包含不同的材料。詳細(xì)地說(shuō)，第一層71包含第一種材料，第二層72包含第二種材料，第三層73包含第三種材料。
圖8解釋一個(gè)三層系統(tǒng)71，72，73的例子，其中層71，72，73和正結(jié)構(gòu)91，92，93，98，99，100包含不同的材料，尤其是，正結(jié)構(gòu)91，92，93，98，99，100的材料是交替的。詳細(xì)地說(shuō)，正結(jié)構(gòu)91，92，93在每層71，72，73中包含相同的第一種材料，而正結(jié)構(gòu)98，99，100在每層71，72，73中包含相同的第二種材料。
圖9說(shuō)明圖8所示費(fèi)涅耳透鏡或費(fèi)涅耳類型透鏡在表面上的結(jié)構(gòu)化。
此外，圖10和11中所示的實(shí)施例表示一個(gè)典型的多層系統(tǒng)，尤其是一個(gè)三層系統(tǒng)，包括頂部第一層271，頂部第二層272和頂部第三層273，它們形成在基片1的頂部2；和底部第一層471，底部第二層472和底部第三層473，它們形成在基片1的底部4。
圖10說(shuō)明這樣一個(gè)系統(tǒng)，其中基片1的頂部2上的層系統(tǒng)是按照?qǐng)D8描述的層系統(tǒng)形成的，并包含第一種材料和第二種材料。尤其是，正結(jié)構(gòu)291，292，293，298，299，300的材料是交替的。詳細(xì)地說(shuō)，正結(jié)構(gòu)291，292，293在每層271，272，273中包含相同的第一種材料，而正結(jié)構(gòu)298，299，300在每層271，272，273中包含相同的第二種材料。在基片1的底部4上的三層系統(tǒng)包含不同材料的正結(jié)構(gòu)491，492，493，498，499，500，尤其是，正結(jié)構(gòu)491，492，493，498，499，500的材料是交替的。詳細(xì)地說(shuō)，正結(jié)構(gòu)491，492，493在每層471，472，473中包含相同的第三種材料，而正結(jié)構(gòu)498，499，500在每層471，472，473中包含相同的第四種材料。
圖11說(shuō)明在基片1的頂部上的一個(gè)三層系統(tǒng)271，272，273，其中每層的正結(jié)構(gòu)291，292，293，301，302，303有不同的高度和材料。
正結(jié)構(gòu)291，292，293包含第一種材料，而正結(jié)構(gòu)301，302，303包含第二種材料。更詳細(xì)地說(shuō)，在第一層271中，正結(jié)構(gòu)291的高度大于正結(jié)構(gòu)301；在第二層272中，正結(jié)構(gòu)292的高度大于正結(jié)構(gòu)302；和在第三層273中，正結(jié)構(gòu)293的高度大于正結(jié)構(gòu)303。尤其是，在每層中正結(jié)構(gòu)的高度對(duì)于相鄰的正結(jié)構(gòu)是交替的。在基片4的底部上的層系統(tǒng)是按照?qǐng)D10中描述的底部4上的層系統(tǒng)形成的。
圖12至15表示按照本發(fā)明方法制作的其他優(yōu)選實(shí)施例費(fèi)涅耳透鏡的平面圖，它可以利用上述方法實(shí)現(xiàn)高的精確度。
在基片上至少可以形成一個(gè)光活性元件，例如，費(fèi)涅耳透鏡或費(fèi)涅耳類型透鏡。這是在圖12和13中說(shuō)明，其中幾個(gè)費(fèi)涅耳透鏡同時(shí)形成在基片上，或制作在所述基片上，例如，制作在晶片上。
所以，本發(fā)明描述一種用于制作衍射光學(xué)元件的方法。
本發(fā)明的方法描述在半導(dǎo)體，玻璃，陶瓷和塑料基片上形成玻璃和金屬層的結(jié)構(gòu)化應(yīng)用。
借助于抗蝕層光刻方法，可以實(shí)現(xiàn)各層的結(jié)構(gòu)化。
最好是，利用合適玻璃系統(tǒng)的熱或電子束蒸發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)絕緣的玻璃層。
上述方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在室溫至最高150℃下施加絕緣的玻璃層，在以上的溫度范圍內(nèi)，不太可能對(duì)基片或以前施加的金屬結(jié)構(gòu)造成任何的損壞。
合適選取玻璃的汽相沉積參數(shù)，最好是用于設(shè)定的光學(xué)和熱機(jī)械性質(zhì)，按照這種方式，可以施加厚度約為0.1μm和最大為1mm的結(jié)構(gòu)化玻璃層。
多年以來(lái)，借助于電子束的汽相沉積過(guò)程是眾所周知的，但它主要用于塑料/玻璃眼鏡的機(jī)械和光學(xué)表面處理。
Schott Glas提供用于這種用途的玻璃約有30年。
根據(jù)已知汽相沉積玻璃8329(脫氣Duran)的數(shù)據(jù)表，我們知道高的汽相沉積速率最大為4μm/min，并被濺射裝置用戶/制造商的技術(shù)咨詢所確認(rèn)。
這個(gè)速率高于已知濺射速率好幾倍，并可利用這種方法實(shí)現(xiàn)上述的目的。
以前使用由單元件系統(tǒng)制成的濺射層(最好是SiO2)，它的濺射速率為每分鐘幾個(gè)納米。
除了高的沉積速率以外，汽相沉積的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是基片承受較低的熱應(yīng)力，它能夠利用光致抗蝕劑形成第一涂層。
對(duì)于在基片上形成結(jié)構(gòu)化的玻璃層，以下的參數(shù)是優(yōu)選的基片的表面粗糙度＜50μm在蒸發(fā)時(shí)的BIAS溫度≈100℃在蒸發(fā)時(shí)的壓力10-5mbar汽相沉積玻璃和基片的CTE一致。
玻璃應(yīng)當(dāng)具有相應(yīng)的光學(xué)特征數(shù)據(jù)。
對(duì)于諸如硅晶片或玻璃的基片，例如，Borofloat33，按照現(xiàn)有的知識(shí)，利用已知的SCHOTT汽相沉積玻璃(8329，G018-189)(參閱數(shù)據(jù)表)，可以滿足所有這些要求，其中對(duì)上述的基片采用合適的方法，例如，電子束蒸發(fā)。
利用其他合適的汽相沉積玻璃，可以把該方法應(yīng)用于其他的基片以及有機(jī)和無(wú)機(jī)半導(dǎo)體。
專業(yè)人員顯然知道，在不偏離此處公開(kāi)的本發(fā)明內(nèi)容的條件下，可以對(duì)上述的方法和設(shè)備作各種改動(dòng)和變化。
權(quán)利要求
1.一種用于施加光活性結(jié)構(gòu)化到基片上的方法，包括利用光刻掩模的結(jié)構(gòu)化，其步驟是，利用光敏抗蝕層涂敷基片，光刻施加層的結(jié)構(gòu)化，借助于電子束PVD(電子束物理汽相沉積)，利用光活性層涂敷預(yù)結(jié)構(gòu)化的基片，該活性層至少包含選自玻璃和金屬構(gòu)成的材料，和去掉抗蝕層。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中涂敷基片的步驟是借助于旋轉(zhuǎn)涂敷，噴射，電沉積和/或借助于至少沉積一個(gè)光敏抗蝕薄膜實(shí)現(xiàn)的。
3.按照權(quán)利要求1或2的方法，其中光活性結(jié)構(gòu)化施加到所述基片的底部和/或所述基片的頂部。
4.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的方法，其中去掉抗蝕層的步驟是按照這樣方式實(shí)現(xiàn)的，還去掉已施加到抗蝕層上的至少一層。
5.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的方法，其中涂敷步驟包括借助于電子束PIAD過(guò)程，利用光活性層涂敷預(yù)結(jié)構(gòu)化的基片。
6.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的方法，其中光刻結(jié)構(gòu)化步驟包括掩模曝光和隨后的顯影。
7.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的方法，該方法涉及單次重復(fù)以下的步驟利用光敏抗蝕層涂敷基片，光刻施加層的結(jié)構(gòu)化，借助于電子束PVD(電子束物理汽相沉積)，利用光活性層涂敷預(yù)結(jié)構(gòu)化的基片，該活性層至少包含選自玻璃和金屬構(gòu)成的材料，和去掉抗蝕層。
8.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的方法，其中光活性層是按照這樣方式施加的，該活性層包含沿垂直于基片表面的方向和/或沿平行于基片表面的方向變化的層成分。
9.按照權(quán)利要求1至6中任何一個(gè)的方法，其特征是多次重復(fù)以下的步驟利用光敏抗蝕層涂敷基片，光刻施加層的結(jié)構(gòu)化，借助于電子束PVD(電子束物理汽相沉積)，利用光活性層涂敷預(yù)結(jié)構(gòu)化的基片，該活性層至少包含選自玻璃和金屬構(gòu)成的材料，和去掉抗蝕層。
10.按照權(quán)利要求9的方法，其中利用光活性層涂敷預(yù)結(jié)構(gòu)化的基片，該活性層在每層中包含相同的材料或不同的材料。
11.按照權(quán)利要求9或10的方法，其中光活性層是按照這樣方式施加的，該活性層包含沿垂直于基片表面的方向和/或沿平行于基片表面的方向變化的層成分。
12.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的方法，其中利用涂敷材料制作光活性層，該材料是通過(guò)PVD過(guò)程的玻璃制成。
13.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的方法，其中借助于PVD過(guò)程中的電子束蒸發(fā)，施加光活性層。
14.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的方法，其中借助于PIAD過(guò)程中的電子束蒸發(fā)，施加光活性層。
15.一種光活性元件，包括基片和在所述基片上的至少一個(gè)光活性第一層，其中該第一層是由選自玻璃或金屬中至少一種材料制成并有光活性結(jié)構(gòu)化，最好是聚焦結(jié)構(gòu)化。
16.按照權(quán)利要求15的光活性元件，其中光活性第一層施加到所述基片的底部和/或所述基片的頂部。
17.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的光活性元件，其中光活性第一層的厚度約為0.1μm和最大為1mm。
18.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的光活性元件，其中光活性第一層的寬度約小于50μm。最好是小于20μm，更好的是小于10μm。
19.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的光活性元件，其中光活性第一層包含沿垂直于基片表面的方向和/或沿平行于基片表面的方向變化的材料成分。
20.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的光活性元件，其中利用包括光刻掩模結(jié)構(gòu)化的方法制作光活性結(jié)構(gòu)化，其步驟是利用光敏抗蝕層涂敷基片，光刻施加層的結(jié)構(gòu)化，借助于電子束PVD(電子束物理汽相沉積)，利用光活性層涂敷預(yù)結(jié)構(gòu)化的基片，該活性層至少包含選自玻璃和金屬構(gòu)成的材料，和去掉抗蝕層。
21.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的光活性元件，其中涂敷基片是借助于旋轉(zhuǎn)涂敷，噴射，電沉積和/或借助于至少沉積一個(gè)光敏抗蝕薄膜實(shí)現(xiàn)的。
22.按照權(quán)利要求20或21的光活性元件，其中按照這樣的方式去掉抗蝕層，還去掉已施加到抗蝕層上的至少一層。
23.按照權(quán)利要求20至22中任何一個(gè)的光活性元件，其中借助于電子束PIAD過(guò)程，利用光活性層涂敷預(yù)結(jié)構(gòu)化的基片。
24.按照權(quán)利要求20至23中任何一個(gè)的光活性元件，其中光刻結(jié)構(gòu)化包括掩模曝光和隨后的顯影。
25.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的光活性元件是單次重復(fù)以下的步驟制成的利用光敏抗蝕層涂敷基片，光刻施加層的結(jié)構(gòu)化，借助于電子束PVD(電子束物理汽相沉積)，利用光活性層涂敷預(yù)結(jié)構(gòu)化的基片，該活性層至少包含選自玻璃和金屬構(gòu)成的材料，和去掉抗蝕層。
26.按照權(quán)利要求15至24中任何一個(gè)的光活性元件是多次重復(fù)以下的步驟制成的利用光敏抗蝕層涂敷基片，光刻施加層的結(jié)構(gòu)化借助于電子束PVD(電子束物理汽相沉積)，利用光活性層涂敷預(yù)結(jié)構(gòu)化的基片，該活性層至少包含選自玻璃和金屬構(gòu)成的材料，和去掉抗蝕層。
27.按照權(quán)利要求15至24或26中任何一個(gè)的光活性元件，其中光活性元件是有幾個(gè)光活性層的陣列。
28.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的光活性元件，其中幾個(gè)光活性層的陣列在每個(gè)光活性層中包含相同的材料或不同的材料。
29.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的光活性元件，其中利用PVD過(guò)程中制成的玻璃涂敷材料，制作光活性層。
30.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的光活性元件，其中借助于PVD過(guò)程中的電子束蒸發(fā)，施加光活性層。
31.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的光活性元件，其中借助于PIAD過(guò)程中的電子束蒸發(fā)，施加光活性層。
32.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的光活性元件是費(fèi)涅耳透鏡。
33.一種有光活性結(jié)構(gòu)化的組件，最好是由玻璃制成的聚焦結(jié)構(gòu)化，其中該結(jié)構(gòu)化是利用有權(quán)利要求1中特征的方法制成的。
34.一種有光活性結(jié)構(gòu)化的組件，最好是由金屬制成的聚焦結(jié)構(gòu)化，其中該結(jié)構(gòu)化是利用有權(quán)利要求1中特征的方法制成的。
35.一種有光活性結(jié)構(gòu)化的組件，最好是由玻璃和金屬制成的聚焦結(jié)構(gòu)化，其中該結(jié)構(gòu)化是利用有權(quán)利要求1中特征的方法制成的。
36.一種有光活性結(jié)構(gòu)化的組件，最好是由玻璃和/或金屬制成的聚焦結(jié)構(gòu)化，其中該結(jié)構(gòu)化是利用有權(quán)利要求1中特征的方法制成的。
37.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的組件是費(fèi)涅耳透鏡。
38.一種有基片和光活性結(jié)構(gòu)化的混合透鏡，最好是聚焦結(jié)構(gòu)化，該結(jié)構(gòu)化是利用按照權(quán)利要求1的方法制成的。
全文摘要
本發(fā)明涉及光學(xué)元件，尤其涉及一種施加光活性結(jié)構(gòu)化(7)到基片(1)上的方法，以及利用這種類型方法制作的組件。尤其是，施加光活性結(jié)構(gòu)化到基片上的方法包括光刻技術(shù)和借助于物理汽相沉積過(guò)程的材料沉積。
文檔編號(hào)G02B5/18GK1997917SQ200580018841
公開(kāi)日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2005年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月9日
發(fā)明者迪特里?！っ傻? 克勞斯·邁克爾·海莫爾 申請(qǐng)人:肖特股份公司