[發明專利]一種制作三維旋轉對稱微結構的一體化成型方法

有效

• 申請號: 202010422720.2
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111458976B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 劉鑫;范斌;杜俊峰;邊疆;雷柏平
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G03F7/00
• 分類號: G03F7/00;G03F7/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種制作三維旋轉對稱微結構的一體化成型方法，根據目標三維旋轉對稱微結構(31)的中心剖面面形函數、光刻膠的曝光顯影模型以及曝光劑量的旋轉積分模型，設計二維掩模圖形編碼，并利用激光直寫技術制作掩模(1)；在基底(2)表面均勻涂覆一層光刻膠(3)；調整掩模與基底及其表面的光刻膠在分離一定間隙的情況下保持嚴格的平行；控制掩模相對基底按照設定的角速度做同軸旋轉運動，同時利用紫外光(4)對掩模進行面曝光；經過顯影，獲得三維旋轉對稱微結構。通過掩模的圖形調制和曝光能量旋轉積分的共同作用，使光刻膠上形成特定的連續曝光劑量分布，可以實現三維旋轉對稱微結構的一體化成型，降低了技術復雜度和制作成本，提高了加工精度和效率。

技術領域

本發明屬于微納光學技術領域，具體涉及一種制作三維旋轉對稱微結構的一體化成型方法。

背景技術

衍射光學元件相比傳統光學元件而言，具有微型化、陣列化和集成化的顯著優勢，被廣泛地應用在現代光學各研究領域中。其中，具有三維旋轉對稱微結構的衍射光學元件，如：用于聚焦成像的諧衍射透鏡、環形分布的柱透鏡陣列、生成渦旋光束的螺旋相位器等，具有獨特的光學性能和卓越的光學質量，成為近年來研究的熱點。

現有的三維旋轉對稱微結構的制備技術，如：多層掩模套刻曝光技術，需要進行多次掩模對準曝光和離子束刻蝕工藝，才能近似加工曲面面形，工藝流程復雜、加工效率低下；激光直寫灰階曝光技術，采用單點曝光的方式完成灰階曝光工藝，加工周期極長，且加工設備非常昂貴。

以上因素限制了具有三維旋轉對稱微結構的衍射光學元件在光學領域的廣泛應用，因此發展一種技術原理簡單易行、制作效率高、加工成本低的三維旋轉對稱微結構的制作方法是迫切需要的。

發明內容

有鑒于此，本發明公開了一種制作三維旋轉對稱微結構的一體化成型方法：根據目標三維旋轉對稱微結構的中心剖面面形函數、光刻膠的曝光顯影模型以及曝光劑量的旋轉積分模型，設計二維掩模圖形編碼，并利用激光直寫技術制作掩模；在基底表面均勻涂覆一層光刻膠；調整掩模與基底及其表面的光刻膠在分離一定間隙的情況下保持嚴格的平行；控制掩模相對基底按照設定的角速度做同軸旋轉運動，同時利用紫外光對掩模進行曝光；經過顯影，獲得三維旋轉對稱微結構。與現有加工方法相比，本發明通過掩模的圖形調制和曝光能量旋轉積分的共同作用，使光刻膠上形成特定的連續曝光劑量分布，可以實現三維旋轉對稱微結構的一體化成型，降低了技術復雜度和制作成本，提高了加工精度和效率。

本發明通過以下技術方案進行實施：一種制作三維旋轉對稱微結構的一體化成型方法，包括以下步驟：

步驟1、根據目標三維旋轉對稱微結構的中心剖面面形函數、光刻膠的曝光顯影模型以及曝光劑量的旋轉積分模型，設計二維掩模圖形編碼，并利用激光直寫技術制作掩模；

步驟2、在基底表面，均勻涂覆一層光刻膠；

步驟3、調整掩模與基底及其表面的光刻膠在分離一定間隙的情況下，保持嚴格的平行；

步驟4、控制掩模相對基底及其表面的光刻膠按照設定的角速度做同軸旋轉運動，同時利用紫外光對掩模進行面曝光；

步驟5、經過顯影，獲得三維旋轉對稱微結構。

其中，所述步驟4中，經過掩模的圖形調制和曝光能量旋轉積分的雙重作用，紫外光使光刻膠上形成特定的連續曝光劑量分布，經顯影后即可獲得目標微結構，從而實現三維旋轉對稱微結構的一體化成型。

其中，所述步驟5中，根據實驗結果反饋的實測面形與理想面形之差，對步驟1中掩模的圖形編碼進行優化設計，并且重復步驟1到步驟5，可以實現三維旋轉對稱微結構的面形高精度控制。

本發明的優點在于：

(1)本發明通過掩模相對基底旋轉曝光的方法，可以實現三維旋轉對稱微結構的一體化成型，技術原理簡單易行，加工效率高。