一種微小圖形制備方法
【專利摘要】一種微小圖形制備方法：在基材表面涂覆感光面，感光面上方設置微透鏡陣列，微透鏡陣列上方設置微小圖形掩模，掩模上方設置紫外燈光源；當紫外燈開啟時，通過對掩模圖形的縮小曝光實現(xiàn)感光面的嵌套光刻，最后取出涂覆感光面的基片顯影獲得所需微小結構，本發(fā)明可以實現(xiàn)微小圖形及大面積結構的制作。
【專利說明】—種微小圖形制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于微小圖形加工【技術領域】，具體地說是一種微小圖形制備方法。
【背景技術】
[0002]微光學是研究微米、納米級尺寸的光學元器件的設計、制作工藝及利用這類元器件實現(xiàn)光波的發(fā)射、傳輸、變換及接收的理論和技術的新學科，微光學元件具有體積小、質(zhì)量輕、造價低等優(yōu)點。近年來，隨著微光學和微納加工技術的發(fā)展，二元光學元（器）件因其在實現(xiàn)光波變換上所具有的許多卓越的、傳統(tǒng)光學難以具備的功能，而有利于促進光學系統(tǒng)實現(xiàn)微型化、陣列化和集成化，開辟了光學領域的新視野。二元光學是指基于光波的衍射理論，利用計算機輔助設計，并用超大規(guī)模集成（VLSI)電路制作工藝，在片基上（或傳統(tǒng)光學器件表面）刻蝕產(chǎn)生兩個或多個臺階深度的浮雕結構，形成純相位、同軸再現(xiàn)、具有極高衍射效率的一類衍射光學元件。它是光學與微電子學相互滲透與交叉的前沿學科。二元光學不僅在變革常規(guī)光學元件，變革傳統(tǒng)光學技術上具有創(chuàng)新意義，而且能夠實現(xiàn)傳統(tǒng)光學許多難以達到的目的和功能。它的出現(xiàn)將給傳統(tǒng)光學設計理論及加工工藝帶來一次革命。二元光學元件源于全息光學元件（HOE)特別是計算全息元件（CGH)，可以認為相息圖(Kinoform)就是早期的二元光學元件。但是全息元件效率低，且離軸再現(xiàn)；相息圖雖同軸再現(xiàn)，但工藝長期未能解決，因此進展緩慢、實用受限。二元光學技術則同時解決了衍射元件的效率和加工問題。
[0003]傳統(tǒng)的微小圖形制備方法主要包括：熱融法、激光直寫法、灰度掩膜法、移動掩模法等；熱融法主要采用軟化后抗蝕劑的表面張力成形微透鏡，因此該方法只能制作微透鏡，并且微透鏡的面形還很難得到控制；激光直寫技術可制作各種面形微結構，但該方法采用逐點直寫的方式進行工作，因此效率非常低，很難應用于生產(chǎn)中；灰度掩膜技術是目前用于連續(xù)面形成形的主要技術之一，然而該技術需要采用電子束直寫光刻掩膜板，因此掩模價格非常昂貴，工藝過程復雜；2000年，中國科學院有關院所研制成了可用于連續(xù)面形結構成形的掩模移動方法，采用簡單的二值化掩?？梢詫崿F(xiàn)連續(xù)面形結構制備，但該方法依然需要采用激光直寫制作掩模圖形，并且在制作小于50微米尺度結構時遇到了問題。鑒于這種情況，本發(fā)明提出了一種基于微透鏡陣列的微小圖形制備技術；該方法與傳統(tǒng)技術相比，不僅不需要采用大型設備制備光刻掩膜，同時還大大簡化了微小結構制備工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術問題：針對現(xiàn)有微結構制備技術需要大型設備，工藝復雜以及在制作小尺度圖形方面存在困難等方面的問題，提供一種微小圖形制備方法，該方法不需要采用大型設備制備光刻掩膜，同時還大大簡化了連續(xù)面形微小結構制備工藝。
[0005]本發(fā)明的技術方案：一種微小圖形制備方法，其結構特點如下：
(1)最底層設置基材，在基材表面涂覆感光面；
(2)在涂覆感光面的基材上方設置微透鏡陣列； (3)在微透鏡陣列上方設置掩模圖形；
(4)在掩模上方設置紫外光燈；
(5)當紫外光燈開啟時對掩模圖形進行縮小投影曝光，實現(xiàn)感光面的嵌套光刻，最后取出基片進行顯影，即可獲得需要的微小結構。
[0006]所述步驟（I)中的基材可以為紅外材料，也可以為可見光材料；感光面的厚度為幾十納米到幾微米。
[0007]所述步驟（2)中的微透鏡陣列為凸透鏡，口徑為100 μ m?5000 μ m。
[0008]所述步驟（3)中掩模圖形為周期微小圖形，或為非周期微小圖形。
[0009]所述步驟（5)中對掩模圖形進行縮小投影曝光的比例約100 ：1?1000 ：1 ;曝光時間為幾十秒到幾十分鐘。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有的有益效果在于：
現(xiàn)有的可用于微小圖形制備的主要技術包括：熱融技術、激光直寫技術、灰度掩膜技術、移動掩模技術；
(I)與熱融技術相比：傳統(tǒng)熱融法主要利用軟化后抗蝕劑的表面張力進行成形，因此該技術只能制作面形為球面的微透鏡陣列；本發(fā)明可以實現(xiàn)各種微小圖形、結構的制備。
[0011](2)與激光直寫、電子束直寫技術相比：本發(fā)明不采用逐點直寫的方式進行結構制備，而是利用微透鏡的成像進行投影光刻，因此效率遠高于直寫技術。
[0012](3)與灰度掩膜技術相比：本發(fā)明不需要采用電子束設備制備昂貴的掩模，只需要采用尺度為毫米甚至厘米級的微小圖形作為掩模即可實現(xiàn)微小結構的制備；
(4)與移動掩模法相比：本發(fā)明不需要采用激光直寫設備制備掩模，只需要采用尺度為毫米甚至厘米級的圖形作為掩模即可實現(xiàn)微小結構的制備；
綜上所述，本發(fā)明提供了一種簡單的微小圖形制備技術，且可以實現(xiàn)大面積制作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖I為本發(fā)明的結構圖(微小圖形制備方法結構圖）；
圖2為本發(fā)明的一種實施例中采用的灰度掩膜，圖中黑色區(qū)域代表不透光區(qū)，灰度區(qū)域代表不透光區(qū)和部分透光區(qū)；
圖3為微透鏡成像系統(tǒng)的光路圖；
圖4為采用本發(fā)明方法制作的微透鏡陣列。
【具體實施方式】
[0014]下面結合【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍并不僅限于下列實施例，應包括權利要求書中的全部內(nèi)容。
[0015]實施例I
(1)在玻璃基材表面涂覆感光面；
(2)在涂覆感光面的基材上方設置微透鏡陣列
(3)在微透鏡陣列上方設置灰度圖形的掩模如圖2；
(4)在掩模圖形上方設置紫外光燈照射作為掩模圖形的曝光光源。整個曝光系統(tǒng)如圖3所示，圖中I代表玻璃基材，2代表感光面，3代表微透鏡陣列，4代表掩模； (5)開啟紫外光源對掩模圖形進行縮小投影曝光，實現(xiàn)感光面的嵌套光刻。
[0016](6)取出基片進行顯影，即可獲得需要的微小結構；如圖4所示，圖中1代表玻璃基材，2代表感光面對應材質(zhì)的微小結構。
【權利要求】
1.一種微小圖形制備方法，其結構特征如下： (1)最底層設置基材，并在基材上涂覆感光面； (2)在涂覆感光面的基材上方設置微透鏡陣列； (3)微透鏡陣列上方設置微小圖形掩模； (4)在掩模上方設置紫外光燈； (5)當紫外光燈開啟時對掩模圖形進行縮小投影曝光，實現(xiàn)感光面的嵌套光刻，最后取出基片進行顯影，即可獲得需要的微小結構。
2.根據(jù)權利要求I所述的微小圖形制備方法，其特征在于：所述步驟（I)中的基材可以為紅外材料或可見光材料，感光面厚度為幾百納米到幾微米。
3.根據(jù)權利要求I所述的微小圖形制備方法，其特征在于：所述步驟（2)中的微透鏡陣列為凸透鏡，口徑為IOOym?5000μm。
4.根據(jù)權利要求I所述的微小圖形制備方法，其特征在于：所述步驟（3)中掩模圖形為周期圖形，或為非周期圖形。
5.根據(jù)權利要求I所述的微小圖形制備方法，其特征在于：所述步驟（5)中對掩模圖形進行縮小投影曝光的比例約100 ：1?1000 ：1 ;曝光時間為幾十秒到幾十分鐘。
【文檔編號】G03F7/00GK103838080SQ201410124352
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月31日 優(yōu)先權日:2014年3月31日
【發(fā)明者】張宜文, 吳松, 胡玲 申請人:四川云盾光電科技有限公司