專利名稱：蝕刻制品，生產(chǎn)它的模板結(jié)構(gòu)及該模板結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種需要精確表面形狀的光學(xué)元件等的模板結(jié)構(gòu)以及該模板結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
近來，隨著信息通訊容量的增加，在光通訊領(lǐng)域中使用了大量的平板式光學(xué)元件，每種元件的表面都具有微凹-凸結(jié)構(gòu)，從而利用光的衍射或折射作用。熟知的平板式光學(xué)元件的實(shí)例有衍射光柵，微-透鏡組等等。
各種已知方法可用于在這些表面上形成這種凹-凸結(jié)構(gòu)。如果使用玻璃材料，玻璃透鏡可以通過高溫成型方法或蝕刻方法形成。然而，還不能夠說這類玻璃透鏡的生產(chǎn)方法適合低成本大規(guī)模生產(chǎn)。
另一方面，樹脂成型技術(shù)是一種適于低成本規(guī)模生產(chǎn)的已知方法。該方法是將光-固化樹脂填充到透明基質(zhì)和具有凹-凸結(jié)構(gòu)的成型模板(壓模)之間，采用光輻射，從而將其固化。例如，采用了該方法形成的成型樹脂的光學(xué)元件的已經(jīng)公開于日本專利公開號JP S63-49702A。
生產(chǎn)具有凹-凸結(jié)構(gòu)的成型模板(壓模)的各種已知方法都可以用于這類成型。例如，生產(chǎn)球形凹部的方法可以參見日本專利JP-H-03-232743A，它是通過各向同性地穿過具有環(huán)狀開口的掩膜而化學(xué)蝕刻玻璃基質(zhì)生產(chǎn)的。如果將填充到以這種方式生產(chǎn)的玻璃成型模板和平板式透明基質(zhì)之間并固化的樹脂從成型模板上剝離，就可以獲得透鏡或透鏡組。(例如，見日本專利公開號JP-H-07-225303A)。
或者如果按照日本專利公開JP-H-03-232743A的公開內(nèi)容將折射指數(shù)比玻璃的折射指數(shù)高的樹脂填充到球形凹部，也可以形成透鏡。
由樹脂成型而形成的結(jié)構(gòu)不僅已用于生產(chǎn)光學(xué)元件，還用于生產(chǎn)為液體物質(zhì)在微區(qū)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的微流體通道結(jié)構(gòu)(例如見日本專利公開JP-2003-62797A)。玻璃蝕刻后可以形成精確形狀，且玻璃的成型模板具有很好的耐久性。因此，玻璃適于生產(chǎn)用于前述目的的模板結(jié)構(gòu)。另一方面，使用光-固化樹脂時，優(yōu)點(diǎn)是光輻射的方向限制少，因?yàn)楣廨椛淇梢源┻^成型模板。
當(dāng)使蝕刻溶液與玻璃接觸進(jìn)行蝕刻時，在被蝕刻表面依然會出現(xiàn)粗糙表面。在極端情況下，所獲得的玻璃基質(zhì)因?yàn)楸砻娲植诘木壒士雌饋硐窠Y(jié)了霜的玻璃。如果這種結(jié)霜玻璃形狀的玻璃基質(zhì)用作成型模板，將難于進(jìn)行脫模。此外，玻璃成型模板的原有性質(zhì)也失去了，因?yàn)槟０褰Y(jié)構(gòu)的表面不光滑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為解決相關(guān)領(lǐng)域問題而設(shè)計(jì)的，本發(fā)明目的是提供具有表面粗糙度小的平滑表面的模板結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另外一個目的是提供一種由化學(xué)蝕刻形成并且具有表面粗糙度小的光滑表面的成型模板。本發(fā)明的再一目的是提供一種生產(chǎn)這種模板結(jié)構(gòu)方法或具有表面粗糙度小的光滑表面的蝕刻制品。
本發(fā)明提供一種蝕刻制品，它是通過蝕刻由固體制成的基質(zhì)材料表面的預(yù)定部分而形成，由此將含有能溶解該固體的組分的水溶液與基材表面的預(yù)定部分接觸以形成凹-凸部分，其中在基材表面的被蝕刻的預(yù)定部位的中心線平均粗糙度Ra不大于20nm，優(yōu)選不大于8nm。
對于中心線平均粗糙度Ra的下限，優(yōu)選中心線平均粗糙度Ra盡可能小(接近0)。
當(dāng)蝕刻制品用作成型模板時，成型模板的表面是平滑的。因此，當(dāng)使用通過在成型模板的凹部填充流動物質(zhì)如樹脂和固化流動物質(zhì)形成的模板結(jié)構(gòu)時，在成型模板的凹部填充流動物質(zhì)如樹脂和固化流動物質(zhì)。作為光學(xué)元件的實(shí)例有作為界面光散射很低的良好元件而獲得的光學(xué)元件。
優(yōu)選被蝕刻的固體是玻璃，特別優(yōu)選玻璃是選自石英玻璃、無堿玻璃和堿石灰硅酸鹽玻璃中的一員。
玻璃被蝕刻時，可以獲得平滑表面。
本發(fā)明提供的模板結(jié)構(gòu)包括上面所述的基材，和填充到基材表面凹部后固化的流動物質(zhì)。
這種情況下，優(yōu)選基材和固化流動物質(zhì)對預(yù)定波長的光都是透明的，但彼此的折射指數(shù)并不相同。
因?yàn)楣饽軌蛲高^整個模板結(jié)構(gòu)，所以通過使用該折射指數(shù)差異，可以獲得透射式的典型的光學(xué)元件。
本發(fā)明也提供一種模板結(jié)構(gòu)，包括填充到上述基材表面的凹部后固化的流動物質(zhì)，和固化后從基材上分離開的流動物質(zhì)，其中，與成型模板接觸的模板結(jié)構(gòu)的那部分表面的中心線平均粗糙度Ra不大于20nm，優(yōu)選不大于8nm。
因?yàn)槌尚湍０灞砻媸枪饣?，固化后流動物質(zhì)可以很容易從成型模板上剝離出來。此外，用這種方法形成的模板結(jié)構(gòu)表面可以獲得同樣的光滑程度。因此，例如，當(dāng)模板結(jié)構(gòu)用作光學(xué)元件時，可以得到作為在表面上光散射低的良好元件的光學(xué)元件。
如果是這種模板結(jié)構(gòu)，優(yōu)選模板結(jié)構(gòu)對預(yù)定波長的光是透明的。
因?yàn)楣饽芡高^整個模板結(jié)構(gòu)，所以可以形成透射式的光學(xué)元件。
優(yōu)選蝕刻制品具有凹部，所述凹部在剖視圖中其基本形狀呈半環(huán)狀。
在化學(xué)蝕刻各向同性物質(zhì)如玻璃時，通常非常容易形成基本上為球形的凹部。當(dāng)具有在其中形成的多個基本上球形的凹部的基材用作成型模板時，很容易生產(chǎn)微透鏡組(micro-lens array)等。
本發(fā)明提供一種生產(chǎn)蝕刻制品的方法，該方法通過化學(xué)蝕刻由固體制成的基材的表面的預(yù)定部位，使得含有能夠溶解固體實(shí)體的組分的水溶液與基材表面接觸以在基材表面的預(yù)定部位形成凹或凸結(jié)構(gòu)。在該情況下，用于調(diào)整水溶液的水和用于在蝕刻前后進(jìn)行洗滌的水的比電阻率不低于13MΩ.cm。
如滿足這個條件，被蝕刻后的固體實(shí)體的表面可以是平板式的。
對于上限，優(yōu)選水的比電阻率盡可能高。在實(shí)際使用中，目前可以獲得比電阻率為18MΩ.cm的超純水。
優(yōu)選固體是玻璃。特別優(yōu)選玻璃為選自石英玻璃、非-堿性玻璃和堿石灰硅酸鹽玻璃中的一員。優(yōu)選能夠溶解該固體的組分為氫氟酸。
當(dāng)水的比電阻率的條件適用于用氫氟酸蝕刻的情況時，可以獲得平滑的被蝕刻表面。
本發(fā)明也提供一種生產(chǎn)模板結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括如下步驟將流動物質(zhì)填充到用作成型模板的蝕刻制品的凹部，凹部具有預(yù)定的剖視形狀；固化流動物質(zhì)；從成型模板上分離出流動物質(zhì)。在模板結(jié)構(gòu)形成過程中，與流動物質(zhì)接觸的那部分成型模板的中心線平均粗糙度Ra優(yōu)選設(shè)定為不大于20nm，優(yōu)選不大于8nm，在該部分成型模板上形成了脫模劑層。
因?yàn)槌尚湍０宓谋砻媸枪饣那倚纬闪嗣撃樱尚秃竽０搴苋菀讋冸x，因此可以形成其上精確轉(zhuǎn)移了成型模板的形狀的模板結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明，可以獲得具有平滑表面的蝕刻制品。因此，當(dāng)使用通過填充流動物質(zhì)如樹脂到蝕刻制品凹部并固化該流動物質(zhì)而形成的模板結(jié)構(gòu)作為例如光學(xué)元件時，可以獲得作為界面光散射低的良好元件的光學(xué)元件。此外，當(dāng)蝕刻制品用作成型模板時，模板剝離容易進(jìn)行因?yàn)槌尚湍０灞砻媸枪饣?。這樣就提供了表面粗糙度小的模板結(jié)構(gòu)。
附圖簡述

圖1.是本發(fā)明用化學(xué)蝕刻生產(chǎn)成型工具過程的典型視圖；圖2.是本發(fā)明成型工具生產(chǎn)過程的流程圖；和圖3.是本發(fā)明作為具體實(shí)施例的微透鏡組的典型視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的具體實(shí)施方案在下面詳細(xì)描述。
將流動物質(zhì)填充在在成型模板的具有預(yù)定剖視形狀的凹部的成型模板中后，將流動物質(zhì)如樹脂單體固化，從而生成模板結(jié)構(gòu)?？梢姡尚湍０迤鹆朔浅Ｖ匾淖饔?。本發(fā)明使用了通過化學(xué)蝕刻而形成基材表面凹部的方法。該方法在下面描述。
本發(fā)明使用的化學(xué)蝕刻方法是這樣一種用于蝕刻用作成型模板的固體的方法，其使得含有能夠溶解固體實(shí)體的組分的水溶液(蝕刻溶液)與固體表面接觸。本發(fā)明使用的成型模板的實(shí)例，即要被蝕刻的固體的實(shí)例包括玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體、金屬、樹脂、等。
在這些物質(zhì)中，玻璃具有適于成型模板的性質(zhì)，因?yàn)椴ＡШ苡捕蝗菀鬃冃?，化學(xué)耐久性優(yōu)異，熱膨脹系數(shù)低和耐熱性高。光-固化樹脂用作模板材料時，在加工方面具有優(yōu)勢因?yàn)槟０宀牧峡梢允褂猛高^成型模板的光進(jìn)行輻射。
可用作成型模板的玻璃的實(shí)例包括石英玻璃(線性膨脹系數(shù)a＝0.5ppm/K)；非-堿性玻璃；堿石灰硅酸鹽玻璃；等等。玻璃的實(shí)例還可以包括低膨脹結(jié)晶玻璃如Zerodur(SCHOTT，α＝-2ppm/K)，Neoceram(Nippon Electric Glass有限公司，α＝0.15ppm/K)，等；Pyrex(CorningIncorporated，α＝3.25ppm/K)；BK7(SCHOTT，α＝7.1ppm/K)；等等。
(玻璃的蝕刻過程)用于化學(xué)蝕刻玻璃的蝕刻溶液的例子包括氫氟酸、硫酸、硝酸、氫氟化物緩沖溶液、磷酸、含水過氧化氫、氟化銨、氫氧化鈉和氫氧化鉀?？梢愿鶕?jù)材料選擇含有這些實(shí)例的混合溶液等的蝕刻溶液。
化學(xué)蝕刻包括以下步驟預(yù)洗凈固體；稀釋化學(xué)蝕刻溶液；清潔固體經(jīng)化學(xué)蝕刻溶液蝕刻后的化學(xué)蝕刻溶液。在這些步驟中使用水。
發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當(dāng)這些步驟中使用的水的比電阻率提高時，蝕刻所得的固體表面的平整度可以改善。對于正好在將化學(xué)蝕刻溶液與固體表面接觸的步驟之前的步驟中使用的水來說，使用高比電阻率的水所獲得的效果特別顯著。
水的比電阻率優(yōu)選不低于13MΩ.cm，更優(yōu)選不低于15MΩ.cm，特別優(yōu)選不低于17MΩ.cm。
當(dāng)在化學(xué)蝕刻過程使用的水的比電阻率不低于17MΩ.cm的條件下進(jìn)行固體的蝕刻時，可以獲得作為具有中心線平均粗糙度Ra不大于1.5nm的優(yōu)異的平整度的表面的固體表面。
順便提及，中心線平均粗糙度Ra按如下定義。用示蹤類型的表面粗糙度監(jiān)測器等在一定距離L范圍內(nèi)測定的表面粗糙度是可表述為對應(yīng)位置x的函數(shù)f(x)。然后，選擇粗糙度的中心線，使在一定距離L范圍內(nèi)的函數(shù)f(x)的積分值等于零。此時在一定距離L范圍內(nèi)的函數(shù)f(x)的絕對值的平均積分值定義為中心線平均粗糙度Ra，用長度(nm)表示。
用這種方式測定的高比電阻率的水通常成為“超純水”。超純水可以使用市售的超純水生產(chǎn)儀器生產(chǎn)。超純水生產(chǎn)儀器的實(shí)例可以包括AutopureWD500(Millipore公司)，和Purelite PRB-002(Organo公司)表面平整度很好和前面方法生產(chǎn)的成型模板用作光固化樹脂的擠壓成型或填充成型的硬模時，可以生產(chǎn)出由樹脂制造且表面平整度很好的復(fù)制光學(xué)元件。復(fù)制光學(xué)元件的實(shí)例可以包括透鏡組，衍射光柵(包括小階梯衍射光柵，梯形衍射光柵，和分級衍射光柵，等)，菲涅耳透鏡，光波導(dǎo)，等等。
本發(fā)明提供的模板結(jié)構(gòu)并不只限于生產(chǎn)光學(xué)元件。例如，用于控制液體在微空間內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)的微流路結(jié)構(gòu)也可以根據(jù)本發(fā)明制備。
用于上述成型的樹脂的實(shí)例包括熱固化樹脂和紫外光固化樹脂。熱固化或紫外光固化樹脂的具體實(shí)例包括環(huán)氧樹脂，丙烯酸樹脂，苯酚樹脂，三聚氰氨樹脂，尿素樹脂，聚酰亞氨樹脂，聚乙醚酰亞氨樹脂，硅樹脂，溶膠-凝膠材料，等等。
下面，通過具體實(shí)例描述微透鏡成型模板的生產(chǎn)方法。
JP-H-03-232743A中所述的兩步法蝕刻方法可以用于通過化學(xué)蝕刻方法生產(chǎn)微透鏡成型模板。如圖1步驟(a)所示，作為被蝕刻基材的玻璃基質(zhì)10的表面涂敷上一層防腐蝕膜20。根據(jù)透鏡的形狀和排列設(shè)計(jì)的開口部分30的圖案可以在膜20中形成。
防腐蝕膜20是通過Ni，Au，Cr，等的氣相沉積，濺射等方法形成的。前述的圖案通過光印刷術(shù)在膜20中形成。如果是要形成球形透鏡，則需要提供環(huán)狀開口。如果是圓柱狀的透鏡，則需要提供線性裂縫形狀的開口。
蝕刻溶液如氫氟酸、硫酸、硝酸、氫氟化物緩沖溶液或它們的混合溶液，穿過開口部分30(圖1中步驟(b))蝕刻玻璃基質(zhì)10的表面，使其與玻璃基質(zhì)接觸。蝕刻處理要在凹部50蝕刻尺寸r1小于設(shè)計(jì)的透鏡尺寸r2時結(jié)束。蝕刻處理結(jié)束后，去掉防腐蝕膜20(圖1的步驟(c))。步驟(a)到(c)統(tǒng)稱為“第一蝕刻步驟”。
然后，在基質(zhì)的整個表面進(jìn)行蝕刻處理(圖1步驟(d))。步驟(d)稱為“第二蝕刻步驟”。蝕刻使凹部的尺寸增大，這樣就可以調(diào)節(jié)所需透鏡的尺寸r2(圖1步驟(e))。兩步蝕刻過程都以該方式實(shí)施后，就可以生產(chǎn)用于得到周邊部分有小偏差的透鏡的成型模板。
在包括蝕刻的這種方法中，蝕刻前后的清潔步驟起著非常重要的作用。圖2是表示包括清潔步驟的成型模板生產(chǎn)方法的全過程的流程圖。每個清潔步驟中通常使用水(圖2步驟(a)，(c)，(e)和(g))。水的比電阻率優(yōu)選不低于13MΩ.cm，更優(yōu)選不低于15MΩ.cm，特別優(yōu)選不低于17MΩ.cm。
至少就在第一和第二蝕刻步驟之前的清潔步驟(圖2步驟(b)和(f))中使用這種水，可以獲得具有優(yōu)異平整度的玻璃成型模板，使第一蝕刻步驟完畢后的部分玻璃表面A或者是第二蝕刻步驟完畢后的對應(yīng)部分的玻璃表面C和D的中心線平均粗糙度Ra優(yōu)選不大于20nm，更優(yōu)選不大于12nm，最優(yōu)選不大于8nm。
順便提及，圖1步驟(c)所示的表面B是玻璃基質(zhì)的原始表面，是沒有被蝕刻的表面。優(yōu)選表面B具有上述同樣的表面粗糙度。表面C和D等價于將在隨后的成型步驟中與流動物質(zhì)如樹脂接觸的表面。所以，當(dāng)使用這類具有優(yōu)異平整度的表面而形成復(fù)制品時，可以使位于模板一側(cè)的表面也具有優(yōu)異的平整度。
雖然圖1表示出成型模板只有凹部，但是當(dāng)使用具有提供有多個掩膜開口部分30的防腐蝕膜20的玻璃基質(zhì)10時，也可以生產(chǎn)微透鏡組的成型模板。
6英寸的石英玻璃基質(zhì)事先洗凈干燥后制備成用于加工成成型模板的基質(zhì)材料。為了預(yù)先檢測蝕刻后的表面狀態(tài)，制備出五種不同比電阻率的洗凈水，即洗凈水1(18MΩ.cm)，洗凈水2(17MΩ.cm)，洗凈水3(15MΩ.cm)，洗凈水4(13MΩ.cm)，洗凈水5(10MΩ.cm)。
使用每一種洗凈水預(yù)洗凈后的石英玻璃基質(zhì)浸入49％的氫氟酸中1小時以進(jìn)行化學(xué)蝕刻。然后使用與預(yù)洗凈時相同的洗凈水清除氫氟酸，并將石英玻璃在40℃干燥1小時。
測定玻璃表面的中心線平均粗糙度Ra。也可以得到每種玻璃的線性透光度。也就是說，平行光入射到玻璃上，透過玻璃的線性光的光強(qiáng)通過放置在玻璃背側(cè)的光檢測儀測定。光檢測儀放置的位置是能獲得直線前進(jìn)的輸入光，以使其不能接受到散射光。將測得的直線前進(jìn)光的光強(qiáng)度除以輸入光強(qiáng)度得到玻璃的線性透過率。
表1是所獲得的結(jié)果。用洗凈水1蝕刻的玻璃表面的線性透過率不低于91％。因?yàn)椴ＡУ恼凵渲笖?shù)大約為1.46，菲涅耳折射大約為8％，結(jié)合玻璃的前和背表面得到的線性透過率不低于91％意味著在玻璃上難于發(fā)生光的散射。
另一方面，使用洗凈水5蝕刻后的玻璃表面的Ra，其測量結(jié)果為10～28nm，這是在相同條件下進(jìn)行蝕刻的多個試片的測量結(jié)果。而且線性透過率為78％，這是五種洗凈水中最低的。也就是說，玻璃表面不處于光鏡子狀態(tài)，而且表面發(fā)生了光散射。具有這種表面的玻璃是不能用作光學(xué)元件如微透鏡的。
使用洗凈水4蝕刻的玻璃表面，如上述Ra的測試的結(jié)果為8～20nm，線性透過率不低于86％。性能得以顯著提高。具有這種表面的玻璃可以應(yīng)用于其中對光學(xué)性能的所需精度要求非常嚴(yán)格的方面。
由洗凈水2蝕刻的玻璃表面，其上述的粗糙度Ra的測試結(jié)果為1～8nm，線性透過率不低于90％?？梢垣@得其上的光散射非常小的表面。對于在光學(xué)性能要求高精確的應(yīng)用，這種光學(xué)表面更適合使用。
如上所述，可以了解，存在對于合適的光學(xué)性能(這里指線性透過率)所需的光學(xué)表面的表面粗糙度的理想范圍。此外，也表明，存在洗凈水的一定范圍的比電阻率以獲得所需要的表面粗糙度。
下面詳細(xì)描述如何制造模板以通過樹脂形成微透鏡組。
表1

(用于微透鏡組的成型模板的制備)在石英玻璃基質(zhì)上濺射形成的Cr膜(5mm厚，50mm寬，50mm長)。用旋涂法將光致抗蝕劑應(yīng)用到Cr膜上。然后，將這種光致抗蝕劑膜暴露在帶有圖案的光源中，該圖案中縱向有50個開口部分，橫向有50個開口部分，即是，總共有2500個暴露部分開口部分使其形狀看起來像柵格。光致抗蝕劑的開口部分顯影后去除。當(dāng)光致抗蝕劑膜用作掩膜時，蝕刻Cr膜從而形成開口。
用洗凈水1～5分別預(yù)洗凈后，用49％的氫氟酸蝕刻覆蓋有含Cr的光致抗蝕劑膜的玻璃基質(zhì)。用與預(yù)洗凈相同的洗凈水對玻璃基質(zhì)進(jìn)行后洗凈，然后光致抗蝕劑膜用NaOH水溶液去除。
Cr模具分離出來并用硝酸2-銨鈰的水溶液去除后，石英玻璃基質(zhì)再用同樣的洗凈水洗滌。然后再在第二蝕刻步驟中用49％的氫氟酸蝕刻石英玻璃基質(zhì)。石英玻璃基質(zhì)再用同樣的洗凈水洗滌。這樣就可以獲得圖1步驟(e)所示的微透鏡成型模板。所獲得的每個凹部外形都像球形碗。開口部分在縱向彼此靠近。每個凹部的曲率半徑為1.75mm，孔大小為1.00mm，深度為73μm。
然后，在玻璃基質(zhì)80上將如圖3所示的玻璃成型模板60用于形成樹脂凹透鏡組70。
在超聲堿清洗和純水清洗后，厚0.7mm，寬50mm的正方形石英玻璃基質(zhì)用作玻璃基質(zhì)80。
紫外光固化環(huán)氧樹脂用作成型樹脂72。環(huán)氧樹脂用在玻璃基質(zhì)的單側(cè)表面上，環(huán)氧樹脂的厚度約為100μm。
為改善模板的可脫模性能，將含氟樹脂用旋涂法應(yīng)用到成型模板60的表面上形成脫模劑層90。
室溫下，將成型樹脂72用強(qiáng)度為120mW/cm2紫外線從基質(zhì)側(cè)輻射3分鐘。然后，成型模板就脫落了。在這過程中，研究成型模板的可脫落性能和在制備過程中使用的洗凈水的關(guān)系。研究結(jié)果如表1所示。表1所示為每10片基質(zhì)中，出現(xiàn)脫模缺陷的薄片的數(shù)量。只有在使用洗凈水5時，每10片薄片中有2片在成型模板表面部分留下了成型樹脂的缺陷。這意味著表面粗糙度大時，模板的脫模性能降低。
(微透鏡組的制備)如果洗凈水1的比電子率為18MΩ.cm，并用于制備下面所述的微透鏡組。在測定玻璃的C和D部分的表面粗糙度時，中心線平均粗糙度Ra測定為1nm(圖1步驟(e)蝕刻后)。
成型后，樹脂層72的最薄的區(qū)域的厚度為20μm，每個球形的凹部頂端的最大膜厚為91.5μm。與成型模板接觸的透鏡表面E和F的中心線平均粗糙度Ra不大于7nm。樹脂層是透明的，其折光指數(shù)為1.50。在膜中包含環(huán)氧基聚合部分[-(CH2)3OCO(CH2)4COO(CH2)3-]。
每個微凹透鏡(微透鏡)50的焦距為3.297～3.300mm。
球形凹部的高度是從一個基質(zhì)隨機(jī)選取的100個點(diǎn)進(jìn)行測定，平均高度為71.5μm，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.12μm。基于標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.001λ，用He-Ne激光束(λ＝633nm)測定的微透鏡50的球形誤差的均方根(RMS)為0.05λ。
平行光線從膜的相對面垂直地入射到凹透鏡上時，測量了聚焦光點(diǎn)的直徑。結(jié)果，所有凹透鏡的每個聚焦光點(diǎn)的直徑都不大于3μm。而且在耐熱和耐濕度測試后，這值并沒有改變。
透鏡組用含中性去污劑的水溶液在70℃洗凈30分鐘，然后在70℃用純水洗凈30分鐘。結(jié)果并沒有觀察到樹脂透鏡層從基質(zhì)表面分離。
盡管該具體實(shí)施方案已經(jīng)描述了這樣的一種情形如圖3所示在樹脂成型后用脫模方式形成透鏡組，如果選擇具有比成型模板更高的折光指數(shù)的材料作為樹脂材料，透鏡可用作填充有樹脂的成型模板。
在這種情況下，成型模板直接用作JP-H-03-232743A所述的配置實(shí)例表示的基質(zhì)，所以可以得到在其表面不具有凹部的平板式透鏡或透鏡組。因此，必須的條件是成型模板(基質(zhì))是透明的。玻璃是優(yōu)選材料。本發(fā)明也可以用于這種情形中，因?yàn)槠秸某尚湍０宓陌疾勘砻媸欠浅Ｖ匾摹?br> 盡管本發(fā)明描述了具有通過蝕刻在基質(zhì)表面形成的凹部的成型模板的制備作為實(shí)例，但本發(fā)明也可用于其它目的。例如，光纖核的前端部分可以制備成凸起形狀而賦予核的前端部分以透鏡功能或減少末端表面的反射。本發(fā)明也可應(yīng)用于這樣的情形中當(dāng)光纖前端部分加工成凸?fàn)顣r，光纖前端部分的表面粗糙度可以降低以減少表面的光散射。
被蝕刻的固體材料并不限制為上述作為實(shí)例的玻璃。在半導(dǎo)體領(lǐng)域，也有一些需要原子水平的表面平整度的實(shí)例。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)這個目的。例如可以用氫氟酸水溶液蝕刻硅或用含硫酸的水溶液和過氧化氫水溶液的混合溶液蝕刻砷化鎵(GaAs)。
權(quán)利要求
1.一種蝕刻制品，包括固體基材，所述固體基材的一表面用如下方式蝕刻使含有能夠溶解所述基材的組分的水溶液與所述基材接觸，其中所述基材的被蝕刻表面的中心線平均粗糙度Ra不大于20nm。
2.如權(quán)利要求1所述的蝕刻制品，其中所述基材的被蝕刻表面的中心線平均粗糙度Ra不大于8nm。
3.如權(quán)利要求1所述的蝕刻制品，其中所述水溶液只與所述基材的所述表面的預(yù)定部分接觸，從而形成凹部或凸部。
4.如權(quán)利要求1所述的蝕刻制品，其中所述基材為玻璃。
5.如權(quán)利要求4所述的蝕刻制品，其中所述玻璃為選自由石英玻璃、非-堿性玻璃和堿石灰硅酸鹽玻璃組成的組中的一員。
6.一種模板結(jié)構(gòu)，包括如權(quán)利要求3定義的蝕刻制品，和填充到所述的蝕刻制品表面的所述凹部后固化的流動物質(zhì)。
7.如權(quán)利要求6所述的模板結(jié)構(gòu)，其中所述的蝕刻制品和所述的固化流動物質(zhì)對于預(yù)定波長光是透明的，并且所述的蝕刻制品和所述的固化流動物質(zhì)的折光指數(shù)彼此不同。
8.如權(quán)利要求7所述的模板結(jié)構(gòu)，其中所述的蝕刻制品具有凹部，所述凹部在剖視圖中基本形狀呈半環(huán)狀。
9.一種模板結(jié)構(gòu)，包括流動物質(zhì)，所述流動物質(zhì)在填充到如權(quán)利要求3所述的蝕刻制品表面的凹部后固化，固化后所述的流動物質(zhì)與所述的蝕刻制品分離，其中已與所述蝕刻制品接觸的所述模板結(jié)構(gòu)的那部分表面的中心線平均粗糙度Ra不大于20nm。
10.如權(quán)利要求9所述的模板結(jié)構(gòu)，其中已與所述蝕刻制品接觸的所述模板結(jié)構(gòu)的那部分表面的中心線平均粗糙度Ra不大于8nm。
11.如權(quán)利要求10所述的模板結(jié)構(gòu)，其中所述的模板結(jié)構(gòu)對于預(yù)定波長的光是透明的。
12.如權(quán)利要求9所述的模板結(jié)構(gòu)，其中所述蝕刻制品具有凹部，所述凹部在剖視圖中基本形狀呈半環(huán)狀。
13.一種生產(chǎn)蝕刻制品的方法，包括如下步驟使水溶液與基材表面接觸，所述的水溶液含有能夠溶解所述基材的組分；蝕刻所述基材的所述表面的預(yù)定部分，在所述基材的所述表面的所述預(yù)定部分中形成凹或凸的部分，其中，用于調(diào)整所述水溶液的水和用于在蝕刻前后清潔的水的比電阻率不低于13MΩ.cm。
14.如權(quán)利要求13所述的生產(chǎn)蝕刻制品的方法，其中用于調(diào)整所述水溶液的水和用于在蝕刻前后清潔的水的比電阻率不低于15MΩ.cm。
15.如權(quán)利要求13所述的生產(chǎn)蝕刻制品的方法，其中用于調(diào)整所述水溶液的水和用于在蝕刻前后清潔的水的比電阻率不低于17MΩ.cm。
16.如權(quán)利要求13所述的生產(chǎn)蝕刻制品的方法，其中所述基材是玻璃。
17.如權(quán)利要求16所述的生產(chǎn)蝕刻制品的方法，其中所述玻璃選自由石英玻璃、非-堿性玻璃和堿石灰硅酸鹽玻璃組成的組中之一。
18.如權(quán)利要求16所述的生產(chǎn)蝕刻制品的方法，其中能夠溶解所述基材的所述組分是氫氟酸。
19.一種生產(chǎn)模板結(jié)構(gòu)的方法，包括如下步驟在中心線平均粗糙度Ra不大于20nm的蝕刻制品表面的凹部內(nèi)形成脫模劑層；將流動物質(zhì)注入所述的凹部；固化所述的流動物質(zhì)；和從所述蝕刻制品中分離出所述流動物質(zhì)。
20.如權(quán)利要求19所述的生產(chǎn)模板結(jié)構(gòu)的方法，其中所述蝕刻制品的中心線平均粗糙度Ra不大于8nm。
全文摘要
本發(fā)明的模板結(jié)構(gòu)按如下方法形成在凹部具有預(yù)定剖面形狀的凹部的成型模板中注入流動物質(zhì)；固化流動物質(zhì)；從成型模板分離該流動物質(zhì)。成型模板表面的中心線平均粗糙度Ra不大于20nm，優(yōu)選不大于8nm。與流動物質(zhì)接觸的成型模板部分的中心線平均粗糙度Ra也選擇不大于20nm，優(yōu)選不大于8nm。為生產(chǎn)這類成型模板，在玻璃表面通過化學(xué)蝕刻方法形成凹部時用于調(diào)整水溶液的水的比電阻率不小于13MΩ.cm。
文檔編號B32B1/00GK1600723SQ200410011970
公開日2005年3月30日 申請日期2004年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月26日
發(fā)明者中村浩一郎, 山田健一, 根本浩之 申請人:日本板硝子株式會社