一種微納米結(jié)構(gòu)成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微納結(jié)構(gòu)加工技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種微納米結(jié)構(gòu)成形方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著微納加工技術(shù)和納米材料的迅速發(fā)展，微納金屬結(jié)構(gòu)的電磁學(xué)性質(zhì)正受到越來越多的關(guān)注。光與表面微納金屬結(jié)構(gòu)的相互作用產(chǎn)生了一系列新的奇異物理現(xiàn)象。例如，1998年法國科學(xué)家Ebbesen及其合作者發(fā)現(xiàn)通過亞波長金屬孔列陣的光的異常增強現(xiàn)象(Extraordinary Optical Transmiss1n)。H.J.Lezec 等人的研究進一步表明:當光透過亞波長金屬納米孔時，其透過率不僅可以得到增強，而且光束的衍射角度非常小，傳輸方向不遵循通常電介質(zhì)結(jié)構(gòu)中的衍射規(guī)律。此外，與表面等離子體金屬微納結(jié)構(gòu)有關(guān)新現(xiàn)象還有:光與特殊分布的金屬微結(jié)構(gòu)作用后，出現(xiàn)沿左手規(guī)則傳播的特性，說明材料具有負折射率；光通過特定金屬納米孔結(jié)構(gòu)后，光波出射具有極好的方向性等等。微納結(jié)構(gòu)表面等離子體波的研究已經(jīng)形成一個新的領(lǐng)域?；谖⒓{結(jié)構(gòu)的新型表面等離子體技術(shù)可以被廣泛應(yīng)用于軍事、醫(yī)療、國家安全等多個領(lǐng)域。
[0003]傳統(tǒng)的連續(xù)面形微結(jié)構(gòu)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(shù)可制作各種面形微結(jié)構(gòu)，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(yīng)用于生產(chǎn)中；灰度掩膜技術(shù)是目前用于連續(xù)面形成形的主要技術(shù)之一，然而該技術(shù)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(fù)雜；2000年，中國科學(xué)院有關(guān)院所研制成了可用于連續(xù)面形結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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連續(xù)面形微結(jié)構(gòu)成形技術(shù)；該方法與傳統(tǒng)技術(shù)相比，不僅不需要采用大型設(shè)備制備光刻掩膜，同時還大大簡化了連續(xù)面形結(jié)構(gòu)制備工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題:針對現(xiàn)有連續(xù)面形微結(jié)構(gòu)成形技術(shù)需要大型設(shè)備，工藝復(fù)雜以及在制作小尺度圖形方面存在困難等方面的問題，提供一種微納米結(jié)構(gòu)成形方法，該方法需要采用大型設(shè)備制備光刻掩膜，同時還大大簡化了連續(xù)面形結(jié)構(gòu)制備工藝。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種微納米結(jié)構(gòu)成形方法，其特點在于步驟如下:
[0006](I)在基底表面涂覆光刻膠；
[0007](2)將基底的光刻膠面和掩模圖形分別放置于微透鏡陣列的像面和物面處；
[0008](3)在掩模圖形上方放置毛玻璃，并利用光源照射毛玻璃產(chǎn)生散射光，作為掩模圖形的曝光光源；
[0009](4)對掩模圖形進行縮小投影曝光，在曝光過程中，移動掩模圖形或移動涂覆有光刻膠的基片，或移動微透鏡陣列實現(xiàn)對抗蝕劑表面光強的連續(xù)調(diào)制；
[0010](5)更換其它物體，并移動掩模圖形、微透鏡陣列、涂覆抗蝕劑基片三者之間的相對位置，重復(fù)步驟(4)實現(xiàn)不同物體的嵌套光刻；
[0011](6)取出基片進行顯影，即可獲得需要的連續(xù)面形微結(jié)構(gòu)。
[0012]所述步驟(I)中的基底可以為紅外材料，也可以為可見光波段材料。
[0013]所述步驟(I)中的光刻膠的型號S1830，光刻膠的厚度為幾十納米到幾微米。
[0014]所述步驟⑵中掩模圖形為周期圖形，或為非周期圖形。
[0015]所述步驟(3)中的光源為汞燈光源。
[0016]所述步驟(4)中對掩模圖形縮小投影曝光的比例從100: I到1000: I。
[0017]所述步驟(4)中的曝光時間為從幾十秒到幾分鐘。
[0018]所述步驟(4)中，掩模圖形或者微透鏡陣列或者基片的移動方式為平動，或轉(zhuǎn)動。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果在于:
[0020](I)現(xiàn)有的可用于連續(xù)面形結(jié)構(gòu)制備的主要技術(shù)包括:熱融技術(shù)、激光直寫技術(shù)、灰度掩膜技術(shù)、移動掩模技術(shù)；與熱融技術(shù)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(shù)只能制作面形為球面的微透鏡陣列，同時微透鏡陣列的數(shù)值孔徑還受到嚴重限制，熱融法只能制作大數(shù)值孔徑的結(jié)構(gòu)透鏡，很難實現(xiàn)小數(shù)值孔徑透鏡成形；本發(fā)明不僅可用于各種面形、數(shù)值孔徑微透鏡制作，同時還可用于各種非透鏡的微結(jié)構(gòu)制備。
[0021](2)與激光直寫、電子束直寫技術(shù)相比:本發(fā)明不采用逐點直寫的方式進行結(jié)構(gòu)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(shù)。
[0022](3)與灰度掩膜技術(shù)相比:本發(fā)明不需要采用電子束設(shè)備制備昂貴的掩模，只需要采用尺度為毫米甚至厘米級的圖形作為掩模，并通過簡單的移動光刻掩模與抗蝕劑層的相對位置即可實現(xiàn)連續(xù)面形結(jié)構(gòu)的制備；
[0023](4)與移動掩模法相比:本發(fā)明不需要采用激光直寫設(shè)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)連續(xù)面形結(jié)構(gòu)的制備；
[0024](5)本發(fā)明提供了一種簡單的連續(xù)面形結(jié)構(gòu)成形技術(shù)，為實現(xiàn)各種不同尺度、不同形貌、不同對稱性以及不同排布的結(jié)構(gòu)的成形提供了良好的途徑。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明的實現(xiàn)流程圖(微光刻過程圖)；
[0026]圖2為本發(fā)明的一種實施例中采用的光刻掩膜，圖中白色區(qū)域代表透光區(qū)，黑色區(qū)域代表不透光區(qū)；
[0027]圖3為微透鏡成像系統(tǒng)的光路圖；
[0028]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】
[0029]下面結(jié)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(yīng)包括權(quán)利要求書中的全部內(nèi)容。
[0030]實施例1
[0031](I)在石英基底表面涂覆光刻膠S1805。
[0032](2)將基片的S1805光刻膠面和掩模圖形分別放置于微透鏡陣列的像面和物面處。掩模圖形如圖2所示，圖中白色區(qū)域代表透光區(qū)，黑色區(qū)域代表不透光區(qū)，
[0033](3)在掩模圖形上方放置毛玻璃，并采用傳統(tǒng)汞燈光源照射毛玻璃產(chǎn)生散射光，作為掩模圖形的曝光光源。整個曝光系統(tǒng)如圖3所不，圖中I代表石英基底,2代表光刻膠,3代表周期為100微米的微透鏡陣列，4代表掩模，5代表散射用的毛玻璃，
[0034](4)對掩模圖形進行縮小投影曝光。在曝光過程中，沿Y方向通過勻速移動涂布有光刻膠的基片一個微透鏡的周期，即100微米，實現(xiàn)對抗蝕劑表面光強的連續(xù)調(diào)制；
[0035](5)上述曝光完成后，將基片沿X方向移動的一個微透鏡周期，即100微米，重復(fù)步驟(4)，再次進行曝光，并在曝光過程中沿Y方向移動抗蝕劑基片100微米；
[0036](6)取出基片進行顯影，即可獲得需要的連續(xù)面形微結(jié)構(gòu)；如圖4所示，圖中I代表石英基底，2代表光刻膠材質(zhì)的微透鏡陣列。
【主權(quán)項】
1.一種微納米結(jié)構(gòu)成形方法，其特征在于步驟如下: (1)在基底表面涂覆光刻膠； (2)將基底的光刻膠面和掩模圖形分別放置于微透鏡陣列的像面和物面處； (3)在掩模圖形上方放置毛玻璃，并利用光源照射毛玻璃產(chǎn)生散射光，作為掩模圖形的曝光光源； (4)對掩模圖形進行縮小投影曝光，在曝光過程中，移動掩模圖形或移動涂覆有光刻膠的基片，或移動微透鏡陣列實現(xiàn)對抗蝕劑表面光強的連續(xù)調(diào)制； (5)更換其它物體，并移動掩模圖形、微透鏡陣列、涂覆抗蝕劑基片三者之間的相對位置，重復(fù)步驟(4)實現(xiàn)不同物體的嵌套光刻； (6)取出基片進行顯影，即可獲得需要的連續(xù)面形微結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納米結(jié)構(gòu)成形方法，其特征在于:所述步驟(I)中的基底可以為紅外材料(如:硅、鍺)，也可以是可見光材料(如:石英、玻璃等)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納米結(jié)構(gòu)成形方法，其特征在于:所述步驟(I)中的光刻膠的型號S1830，光刻膠的厚度為幾百納米到幾微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納米結(jié)構(gòu)成形方法，其特征在于:所述步驟(2)中掩模圖形為周期圖形，或為非周期圖形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納米結(jié)構(gòu)成形方法，其特征在于:所述步驟(3)中的光源為汞燈光源。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納米結(jié)構(gòu)成形方法，其特征在于:所述步驟(4)中對掩模圖形進行縮小投影曝光的比例約100: I?1000: I。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納米結(jié)構(gòu)成形方法，其特征在于:所述步驟(4)中的曝光時間為幾十秒到幾十分鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納米結(jié)構(gòu)成形方法，其特征在于:所述步驟(4)中，掩模圖形或者微透鏡陣列或者基片的移動方式為平動，或轉(zhuǎn)動。
【專利摘要】一種微納米結(jié)構(gòu)成形方法：(1)在基底表面涂覆光刻膠；(2)將基底的光刻膠面和掩模圖形分別放置于微透鏡陣列的像面和物面處；(3)在掩模圖形上方放置毛玻璃，并利用光源照射毛玻璃產(chǎn)生散射光，作為掩模圖形的曝光光源；(4)對掩模圖形進行縮小投影曝光，在曝光過程中，移動掩模圖形或移動涂覆有光刻膠的基片，或移動微透鏡陣列實現(xiàn)對抗蝕劑表面光強的連續(xù)調(diào)制；(5)更換其它物體，并移動掩模圖形、微透鏡陣列、涂覆抗蝕劑基片三者之間的相對位置，重復(fù)步驟(4)實現(xiàn)不同物體的嵌套光刻；取出基片進行顯影，獲得需要的連續(xù)面形微結(jié)構(gòu)。本發(fā)明不需要大型設(shè)備制備光刻掩膜，大大降低了工藝的復(fù)雜程度。
【IPC分類】B82Y40-00, G02B3-00, G03F7-20, G03F7-00
【公開號】CN104793462
【申請?zhí)枴緾N201410018577
【發(fā)明人】張宜文
【申請人】四川云盾光電科技有限公司
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2014年1月16日