[發(fā)明專利]基于掩模光刻技術(shù)和注塑成型制作衍射微光學(xué)元件的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310394638.3
• 申請日: 2013-09-03
• 公開（公告）號: CN103472682A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 龔勇清;裴揚;龔藝川;李豪偉;熊聯(lián)明;王慶;張巍巍;顏麗華
• 申請（專利權(quán)）人: 南昌航空大學(xué)
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;B29C45/26;G02B5/18
• 代理公司: 南昌洪達專利事務(wù)所 36111
• 代理人: 劉凌峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于掩模光刻技術(shù)和注塑成型制作衍射微光學(xué)元件的方法。

背景技術(shù)

以往衍射微光學(xué)元件的制作多是采用傳統(tǒng)的光刻技術(shù)，先在玻璃等介質(zhì)上涂覆一層光刻膠（光致抗蝕劑），利用轉(zhuǎn)印的方式將設(shè)計好的微光學(xué)元件圖形在專用的接觸式曝光光刻機上一片一片拷貝到光刻膠版上。經(jīng)傳統(tǒng)光刻工藝，在玻璃板或硅片的光刻膠上形成微光學(xué)元件，再經(jīng)過一片片的顯微放大檢測后，選擇合格的器件進行離子束刻蝕，所形成的微光學(xué)元件不僅面積小，所需反應(yīng)離子刻蝕機等設(shè)備也十分昂貴。

如需要衍射效率更高的微光學(xué)元件，則每片都需要進行多次套刻，又需在反應(yīng)離子刻蝕機等專用設(shè)備上進行多次離子束刻蝕，最后在玻璃介質(zhì)或硅片上形成多臺階的微光學(xué)元件。如此一片一片加工周期長，且成品率低，遠遠滿足不了制作精細結(jié)構(gòu)微光學(xué)元件的需要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供了一種基于掩模光刻技術(shù)和注塑成型制作衍射微光學(xué)元件的方法，它具有操作方便、成品率高和周期短的優(yōu)點。

本發(fā)明是這樣來實現(xiàn)的，本發(fā)明的實現(xiàn)依賴于一種衍射微光學(xué)元件模芯制作的透射式成像光路實驗裝置。該自行設(shè)計制造的試驗系統(tǒng)包括紫光光源（高壓汞燈），即插式掩模板架，調(diào)焦裝置，棱鏡分束鏡，CCD攝像頭，10倍精密縮微物鏡，光刻膠板基片架，Z軸微動臺，X—Y軸精密電控大行程平移臺和微型計算機；其中紫光光源還包括點光纖光源擴束和準直鏡，紫光光源的下方為即插式掩模板架，位于即插式掩模板架與10倍精密縮微物鏡之間的調(diào)焦裝置的中間和一側(cè)分別連接棱鏡分束鏡和CCD攝像頭，10倍精密縮微物鏡的正下方為光刻膠板基片架，光刻膠板基片架連接下方的Z軸微動臺和X—Y軸精密電控大行程平移臺，X—Y軸精密電控大行程平移臺連接微型計算機。操作時先在數(shù)字微鏡器件（DMD）上利用計算機軟件設(shè)計生成微光學(xué)元件圖形，然后在數(shù)字式光刻機上曝光得到透射式的微光學(xué)元件掩膜板。

本發(fā)明包括以下步驟：(1)制作微光學(xué)元件金屬合金模芯：首先，利用上述透射式成像光路實驗裝置，在鉻膜玻璃膠板上生成光學(xué)元件光刻掩模版。利用圖形編輯設(shè)計軟件在微型計算機上進行微光學(xué)元件掩模的設(shè)計，在數(shù)字光刻機上先得到微光學(xué)元件掩模版（原版可按成品微光學(xué)元件10倍放大設(shè)計）。紫光光源（高壓汞燈）發(fā)出的光束經(jīng)過光纖點光源擴束和準直后，直接照射到即插式掩模板（原版）上，經(jīng)過棱鏡分束鏡透射出的光束，再通過10倍精縮物鏡將掩模板（原版）上的圖形投影在涂覆光刻膠的金屬合金基片上，通過調(diào)焦裝置使圖形在光刻膠版上成像最清晰（按10：1縮小的像）。透射出的光束要求與縮微物鏡、光刻膠版同軸。由于棱鏡分束鏡的作用，調(diào)焦時成像的清晰度可在CCD攝像頭上被監(jiān)控到。X—Y軸精密電控大行程平移臺和Z軸微動臺可以將經(jīng)過10倍精縮的圖形精確投射到光刻膠版上；

利用光刻技術(shù)在金屬合金上制作衍射微光學(xué)元件，模芯的設(shè)計與制作是采用電化學(xué)刻蝕方法，將微光學(xué)元件圖形轉(zhuǎn)印至金屬合金基片上得到的，這種活動式的注塑模芯可以作為注塑模模仁上的活動嵌入式模芯；

嵌入式模芯要求：第一是模芯的制作工藝和方法；第二是嵌入式模芯更換方便，利用同一個注塑模具，更換具有不同的各種設(shè)計圖案的模芯，即可制作出各種相應(yīng)圖案的衍射微光學(xué)元件。

(2)衍射微光學(xué)元件的注塑成型制作：金屬合金基片研磨拋光—→基片的預(yù)處理（清洗）—→光刻膠勻膠—→前烘—→曝光—→后烘—→顯影—→堅膜—→金屬基片的電化學(xué)刻蝕—→去膠—→金屬合金模芯—→注塑模具裝配—→注塑機注塑—→注塑成品（微光學(xué)元件保留在光學(xué)塑料上）；

注塑模具的設(shè)計及制作是采用注射成型的方法完成復(fù)制的關(guān)鍵技術(shù)。注塑模具的設(shè)計與制作要求現(xiàn)有的復(fù)制技術(shù)能夠進行具有高保真度的復(fù)制，并且可以使表面微光學(xué)元件的衍射效率和均勻性接近原始微結(jié)構(gòu)的值；

注塑模具是衍射微光學(xué)元件復(fù)制成型的主要工具，而一般來說這些注塑成型復(fù)制品通常是批量化生產(chǎn)，因此要求塑料注射模具在使用時應(yīng)具有高效率、高質(zhì)量及成型后少加工或不再加工（修模）的特點，所以模芯材料選用的是高溫鎳基金屬合金；