[發明專利]一種半球狀微透鏡及其制備方法

有效

• 申請號: 202010589616.2
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111694077B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 劉賢超;王軍;茍君;周泓希;韓琦
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G02B3/00
• 分類號: G02B3/00
• 代理公司: 成都華風專利事務所(普通合伙) 51223
• 代理人: 張巨箭

本發明公開了一種半球狀微透鏡及其制備方法，該透鏡包括至少一個透鏡鏡體（2），所述透鏡鏡體(2)為：選定標準微球透鏡(2′)一個經過球心的面，在所述經過球心的面的兩側分別平行切割掉部分球面。制備方法分別在標準的微球透鏡兩側平行切割掉部分球面，隨后浸泡在第二材料膜層(4)內，當平行于光軸的入射光從半球狀微透鏡被部分切割的球面測入射時，通過被切割的球面的光線將不參與形成光斑，這有益于改善光斑的半高寬；通過未被切割的球面的光線因離光軸更遠，形成具有更長工作距的焦斑，可應用在遠場平行成像/光刻方面，提高特征尺寸接近或大于300nm的圖案平行成像/光刻的效率。

技術領域

本發明涉及光學及電子技術領域，特別是涉及一種半球狀微透鏡及其制備方法。

背景技術

隨著半導體器件集成度增大，半導體器件上的元器件的尺寸趨于微納米量級，更多場景下需要具有200nm-400nm分辨率的成像系統或光刻系統。傳統光學透鏡由于受光學衍射極限的限制，再加上光源質量、系統光路等影響，金相顯微鏡較難看清300nm大小的顆粒。另外，傳統透鏡尺寸大，難于制成透鏡陣列實現平行工作以提高工作效率。其他高分辨成像系統，如原子力顯微鏡、掃描電子顯微鏡，不但設備本身成本高昂，且工作效率也較低。在芯片制備領域，通常采取液浸傳統透鏡的方式壓縮光斑，條件甚為苛刻；而電子束光刻、離子束刻蝕由于輸出效率低，在芯片領域幾乎不被采用。

平行光通過波長量級的微球透鏡，可在其陰影側附近形成具有超衍射極限尺寸的長焦斑，同時膠體微球透鏡易于自組裝獲得大面積透鏡陣列，正由于微球透鏡對入射光優異的聚焦特性和易于自組裝的特點，已有科研工作者將微球透鏡與傳統光學顯微系統結合，實現了150nm寬度特征尺寸的成像，或直接將單層微球透鏡陣列組裝于光刻膠膜層上，曝光、顯影后可得最小約100nm特征尺寸的孔陣列。但微球透鏡的不足在于工作距較短，約2μm以內，不容易在遠場情況下進行微球透鏡陣列平行成像或平行光刻；目前嘗試延長微球透鏡工作距的辦法是雙層/多層同心微球透鏡，但對于外徑約10μm的雙層/多層同心微球，其工作距一般也小于6μm，而聚焦光束的束腰半寬大于工作波長；標準單層/雙層半球透鏡也具有較長的工作距，但與對應的雙層同心微球透鏡相比，其聚焦光束的半寬明顯增大、光強度下降。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是提供一種微球透鏡，能夠解決現有技術中微球透鏡工作距較短、聚焦光束的束腰半寬較大以及光強度較低的問題，因此亟需設計一種具有較長工作距、較窄亞波長光束束腰半高寬和光強度較高的微透鏡，能應用于光學遠場亞波長成像或光刻，亦可平行成像或平行光刻。

為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是：提供一種半球狀微透鏡及其制備方法。

其中，一種半球狀微透鏡，包括至少一個透鏡鏡體2，所述透鏡鏡體2為：選定標準微球透鏡2′一個經過球心的面，在所述經過球心的面的兩側分別平行切割掉部分球面。

優選地，還包括第二材料膜層4，所述透鏡鏡體2浸泡在第二材料膜層4中，透鏡鏡體2的一個切面位于第二材料膜層4表面，也可使第二材料膜層(4)表面高出透鏡鏡體(2)的該切面。

優選地，還包括第三基板8和第二粘性膜層7，所述第二粘性膜層7的兩側分別與所述第三基板8和第二材料膜層4連接。

優選地，所述第三基板8、第二粘性膜層7和第二材料膜層4均為透明且透光性好的材質。

優選地，所述透鏡鏡體2包括單個透鏡或多個透鏡，所述多個透鏡單層并列排布。

一種半球狀微透鏡制備方法,所述方法包括透鏡鏡體切割步驟：選定標準微球透鏡2′一個經過球心的面，在所述經過球心的面的兩側分別平行切割掉部分球面；

所述切割包括第一次切割和第二次切割，第一次切割包括：移除覆蓋在所述微球透鏡2′頂端的第一材料膜層3′和第二材料膜層4′，然后去除所述微球透鏡2′高于剩余第二材料膜4″的平面部分，得到第一樣本；