本發(fā)明屬于微納光學(xué)，具體涉及一種曲面基底微納米結(jié)構(gòu)的高精度制備方法。

背景技術(shù)：

1、曲面基底微納米結(jié)構(gòu)器件，如：用于高光譜成像的凸面閃耀光柵、用于新型光學(xué)成像系統(tǒng)的仿生復(fù)眼結(jié)構(gòu)（曲面基底微透鏡陣列）、用于電磁屏蔽的曲面網(wǎng)格狀線柵等，相比傳統(tǒng)的平面基底微納米結(jié)構(gòu)器件，具有更多的設(shè)計(jì)自由度和更優(yōu)秀的光電性能，因此受到人們更廣泛的關(guān)注。

2、但是，相比平面基底表面的微納米結(jié)構(gòu)加工，曲面基底表面的微納米結(jié)構(gòu)加工通常需要加工系統(tǒng)增加一個(gè)或者兩個(gè)維度的調(diào)整量，更加難以實(shí)現(xiàn)和保證加工精度。目前常用的曲面基底微納米結(jié)構(gòu)的制備方法包括：電子束或x射線直寫技術(shù)、全息離子束刻蝕技術(shù)、改進(jìn)的激光直寫技術(shù)、五軸單點(diǎn)金剛石車削技術(shù)等，這些方法所用的設(shè)備成本都很高，且通常需要對(duì)商用化設(shè)備進(jìn)行特異性改造，導(dǎo)致加工成本高；且加工精度一般偏低，通常無(wú)法滿足實(shí)際的工程需求。

3、以上因素限制了曲面基底微納米結(jié)構(gòu)器件的批量化生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用，因此發(fā)展一種技術(shù)原理簡(jiǎn)單易行、加工成本低的曲面基底表面微納米結(jié)構(gòu)的高精度制備方法是迫切需要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明公開了一種曲面基底微納米結(jié)構(gòu)的高精度制備方法，主要步驟如下：首先，結(jié)合傳統(tǒng)光刻技術(shù)和有機(jī)玻璃的可控面形熱彎工藝，制備曲面基底掩膜板；然后，利用接近式紫外曝光技術(shù)和等離子刻蝕技術(shù)，將微納米結(jié)構(gòu)傳遞到曲面基底材料表面；最后，通過(guò)測(cè)量多個(gè)位置微納米結(jié)構(gòu)的位置偏差和尺寸偏差，校正用于制備曲面基底掩膜板過(guò)程中的平面掩膜板圖形，提高加工精度；多次重復(fù)上述校正步驟，可以實(shí)現(xiàn)曲面基底表面微納米結(jié)構(gòu)的高精度制備。該方法降低了制備曲面基底微納米結(jié)構(gòu)器件的技術(shù)復(fù)雜度和加工成本，提高了加工精度和效率。

2、本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案進(jìn)行實(shí)施：

3、一種曲面基底微納米結(jié)構(gòu)的高精度制備方法，包括以下步驟：

4、步驟1、在有機(jī)玻璃材料制成的平行平板表面鍍一層金屬鋁膜，在金屬鋁膜表面涂覆光刻膠；

5、步驟2、利用紫外光將掩膜板上的微納米圖形復(fù)制到光刻膠上；

6、步驟3、顯影后，獲得光刻膠材料的微納米圖形層；

7、步驟4、濕法腐蝕后，獲得鋁材料的微納米圖形層；

8、步驟5、去除殘余光刻膠，獲得表面具有鋁材料微納米結(jié)構(gòu)的有機(jī)玻璃材料掩膜板；

9、步驟6、將上述有機(jī)玻璃材料掩膜板置于高溫烘箱中加熱，獲得軟化的有機(jī)玻璃材料掩膜板；

10、步驟7、將加熱軟化后的有機(jī)玻璃材料掩膜板迅速置于曲面底板上，所述曲面底板的上表面面形和目標(biāo)曲面基底面形一致，具有鋁材料微納米結(jié)構(gòu)的一面朝下，并加蓋曲面蓋板固定形狀，所述曲面蓋板的下表面面形和目標(biāo)曲面基底面形一致；

11、步驟8、冷卻后，獲得曲面有機(jī)玻璃材料掩膜板；

12、步驟9、在曲面基底表面涂覆光刻膠；

13、步驟10、將曲面有機(jī)玻璃材料掩膜板置于曲面基底表面，具有鋁材料微納米結(jié)構(gòu)的一面朝下，利用紫外光將曲面掩膜板上的微納米圖形復(fù)制到光刻膠上；

14、步驟11、顯影后，獲得曲面基底的光刻膠材料微納米圖形層；

15、步驟12、利用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)將光刻膠材料的微納米結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到曲面基底材料表面，獲得曲面基底表面微納米結(jié)構(gòu)器件；

16、步驟13、測(cè)量多個(gè)位置曲面基底表面微納米結(jié)構(gòu)的位置偏差和尺寸偏差，計(jì)算并重新設(shè)計(jì)平面掩膜板圖形，進(jìn)一步提高加工精度；多次重復(fù)上述校正步驟，可以實(shí)現(xiàn)曲面基底微納米結(jié)構(gòu)的高精度制備。

17、在上述技術(shù)方案中，在步驟13中，測(cè)量偏差的具體步驟為：利用裝載高精度位移檢測(cè)平臺(tái)的原子力顯微鏡測(cè)量多處微納米結(jié)構(gòu)的具體位置及尺寸，并與其理論位置及尺寸進(jìn)行對(duì)比得出偏差值，將上述偏差值代入初始掩膜圖形進(jìn)行二次校正，重新設(shè)計(jì)平面掩膜板圖形與原圖形之間的區(qū)別為：由新設(shè)計(jì)的掩膜板圖形按照上述步驟1到12進(jìn)行加工獲得的曲面基底微納米結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)精度都有所提升，一般經(jīng)1-2次重復(fù)上述校正步驟，即可獲得位置精度優(yōu)于0.1um，尺寸偏差優(yōu)于3%的曲面基底微納米結(jié)構(gòu)。

18、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

19、（1）本發(fā)明利用曲面底板和曲面蓋板組成的夾具固定加熱軟化后的有機(jī)玻璃材料掩膜板，可以獲得具有目標(biāo)面形的曲面掩膜板，確保了后續(xù)曲面基底微納米結(jié)構(gòu)加工的可行性；利用鋁材料提高金屬圖形層的延展性，避免熱彎過(guò)程中膜層斷裂；通過(guò)多次的測(cè)量和計(jì)算來(lái)校正曲面掩膜板上微納米結(jié)構(gòu)的位置偏差和尺寸偏差，最終實(shí)現(xiàn)曲面基底微納米結(jié)構(gòu)的高精度制備。

20、（2）本發(fā)明通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的工藝方法和流程，利用常用的光刻加工設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)曲面基底微納米結(jié)構(gòu)的制作，降低了技術(shù)復(fù)雜度和加工成本。

21、綜上所述，本發(fā)明公開了一種曲面基底微納米結(jié)構(gòu)的高精度制備方法，該方法利用常用的光刻加工設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)曲面基底表面微納米結(jié)構(gòu)的制作，降低了技術(shù)復(fù)雜度和加工成本，為曲面基底微納米結(jié)構(gòu)器件的批量化生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。

技術(shù)特征：

1.一種曲面基底微納米結(jié)構(gòu)的高精度制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的一種曲面基底微納米結(jié)構(gòu)的高精度制備方法，其特征在于：所述方法還包括步驟13，測(cè)量多個(gè)位置曲面基底表面微納米結(jié)構(gòu)的位置偏差和尺寸偏差，計(jì)算并重新設(shè)計(jì)平面掩膜板圖形。

3.如權(quán)利要求2所述的一種曲面基底微納米結(jié)構(gòu)的高精度制備方法，其特征在于：在步驟13中，測(cè)量多個(gè)位置曲面基底表面微納米結(jié)構(gòu)的位置偏差和尺寸偏差的方法為：利用裝載高精度位移檢測(cè)平臺(tái)的原子力顯微鏡測(cè)量多處微納米結(jié)構(gòu)的具體位置及尺寸，并與其理論位置及尺寸進(jìn)行對(duì)比得出偏差值，計(jì)算并重新設(shè)計(jì)平面掩膜板圖形的方法為：將上述偏差值代入初始掩膜圖形進(jìn)行二次校正。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種曲面基底微納米結(jié)構(gòu)的高精度制備方法，屬于微納光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，主要步驟如下：首先，結(jié)合傳統(tǒng)光刻技術(shù)和有機(jī)玻璃的可控面形熱彎工藝，制備曲面基底掩膜板；然后，利用接近式紫外曝光技術(shù)和等離子刻蝕技術(shù)，將微納米結(jié)構(gòu)傳遞到曲面基底材料表面；最后，通過(guò)測(cè)量多個(gè)位置微納米結(jié)構(gòu)的位置偏差和尺寸偏差，校正用于制備曲面基底掩膜板過(guò)程中的平面掩膜板圖形，提高加工精度；多次重復(fù)上述校正步驟，可以實(shí)現(xiàn)曲面基底微納米結(jié)構(gòu)的高精度制備。該方法降低了制備曲面基底表面微納米結(jié)構(gòu)的技術(shù)復(fù)雜度和加工成本，提高了加工精度和效率。

技術(shù)研發(fā)人員：劉鑫,李敏,杜俊峰,邊疆,雷柏平,范斌,楊虎,亓波
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10