一种衍射光学元件的同步分区加工方法技术

本发明专利技术涉及一种衍射光学元件的同步分区加工方法，其包括以下步骤，根据衍射光栅尺寸、刻蚀选择比、以及不同占空比情况下的负载效应，确定压印模板表面的图案尺寸、可压印介质衬底以及无机介质的刻蚀速率，并形成压印模板；使用压印模板将图案压印到可压印介质中，并将无机介质衬底压在可压印介质表面后，使可压印介质压印固化，脱模，检测残胶厚度；设定不同分区下的刻蚀时间，并同步分区刻蚀可压印介质和无机介质衬底，以在无机介质衬底表面形成衍射光栅。本发明专利技术通过控制压印模板的尺寸来控制残胶厚度，具有提高加工效率、降低加工成本、加工质量趋于一致的优点。加工质量趋于一致的优点。加工质量趋于一致的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种衍射光学元件的同步分区加工方法


[0001]本专利技术涉及纳米压印的
，尤其是涉及一种衍射光学元件的同步分区加工方法。

技术介绍

[0002]衍射光学元件（Diffractive Optical Elements，DOE）能够在保持较高衍射效率的同时对光强分布进行精确控制，由于其更多元化的光场调控，具有很强的灵活性和可定制性，可以实现更小和更轻量化的设计，具有更好的光学性能，因此在AR、HUD、3D传感、平面成像等领域有特殊的优势。现有的衍射光学元件一般采用纳米压印技术进行加工得到，由于DOE的结构层为压印胶（有机高分子），相较于石英、玻璃、硅等无机材料，其具有硬度差、易划伤、清洗易发生结构损伤、高温或长期光照积累无法避免会出现黄化和开裂等现象的缺陷，耐候性和硬度无法满足未来产品的需求，因此出于成本和一致性的考虑，压印转刻蚀成为了最有可能实现批量性生产的加工方式。
[0003]大部分衍射光学元件的衍射光栅需要采用不同的高度分区和/或渐变分区设计，来实现预期光学性能。参照图1，对于上述结构，目前最常采用的压印转刻蚀加工方法是多次分区加工，即在刻蚀过程中采用分步物理遮挡，实现不同高度分区的依次遮挡刻蚀。但是这种加工方式，一方面增加加工步骤会直接导致加工效率降低、加工成本上升，另一方面对于紧密连接的渐变区域，分步物理遮挡的拼接精度无法满足设计需求，而且多次遮挡刻蚀的步骤也会增加引入缺陷的概率，进而导致加工质量不稳定，有待改进。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的问题是针对现有技术中所存在的上述不足而提供一种衍射光学元件的同步分区加工方法，其通过控制压印模板的尺寸来控制残胶厚度，解决了现有多次分区加工的压印转刻蚀加工方法需要多次遮挡刻蚀、且加工步骤多的问题，具有提高加工效率、降低加工成本、加工质量趋于一致的优点。
[0005]本专利技术的上述专利技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0006]一种衍射光学元件的同步分区加工方法，包括以下步骤，
[0007]S1根据所述衍射光学元件的衍射光栅尺寸、可压印介质和无机介质的刻蚀选择比、以及不同占空比情况下的负载效应，确定压印模板表面的图案尺寸、可压印介质衬底的刻蚀速率v
n
、以及无机介质的刻蚀速率v
n
’
，并形成压印模板；
[0008]S2使用所述S1得到的压印模板将图案压印到可压印介质中，并将无机介质衬底压在可压印介质表面后，使可压印介质压印固化，脱模，检测无机介质衬底表面和可压印介质的压印凹槽底面之间的残胶厚度d0；
[0009]S3根据所述残胶厚度d0、以及不同分区下的无机介质衬底的刻蚀深度d
n
、可压印介质的刻蚀速率v
n
、无机介质衬底的刻蚀速率v
n
’
，设定不同分区下的刻蚀时间T
n
，并同步分区刻蚀所述S2得到的可压印介质和无机介质衬底，以在无机介质衬底表面形成衍射光栅。
[0010]具体地，在通常的热压印工艺中，可压印介质非限定地例如可为树脂，可压印介质非限定地例如旋涂并烘焙到无机介质衬底表面上，当使用热固聚合物树脂时，树脂被加热到一温度，使得当与压印模板接触时，树脂是可充分流动的、以便流到限定在压印模板上的图案中，然后树脂的温度升高以热固化（交联）树脂，使得其固化并不可逆转地形成所需的图案，然后，压印模板被去除，图案化的树脂被冷却，在采用热塑聚合物树脂层的热压印光刻术中，加热热塑性树脂，使得就在用压印模板压印之前热塑性树脂处于可自由地流动的状态，将热塑性树脂加热到远高于树脂的玻璃相变温度的一温度可能是必要的，压印模板被压入可流动的树脂中，随后在压印模板位于原位的情况下被冷却至其玻璃相变温度以下，以固化图案，随后，压印模板被去除，图案将由可压印介质的剩余层中的凸起特征构成，然后可以通过合适的蚀刻工艺去除、仅留下图案特征，用于热压印光刻工艺中的热塑性聚合物树脂的示例是聚（异丁烯酸甲酯）、聚苯乙烯、聚（苯甲基异丁烯酸酯）或聚（甲基丙烯酸环己酯）。
[0011]或者，在通常的紫外光固化压印工艺中，其包括使用对紫外辐射透射的透明或半透明压印模板和作为可压印介质的紫外可固化的液体（这里为了方便使用术语“紫外（UV）”，但是其应该理解为包括任何合适的用于固化可压印介质的光化辐射），紫外线可固化的液体的粘性通常没有用在热压印光刻中的热固性和热塑性树脂的高，并且结果可以更快地移动以便填充压印模板图案特征，压印模板可以以与应用到紫外线可固化的树脂、光刻胶中，然而，代替如在热压印中使用热或温度循环，通过用通过压印模板应用到可压印介质上的紫外辐射固化可压印介质来固化图案，在去除压印模板之后，可压印介质被蚀刻。
[0012]此外，上述热压印和紫外光固化压印技术的组合也是可以的。
[0013]进一步地，在所述S1中，可压印介质的刻蚀速率v
n
为1.0~7.0nm/s，可压印介质的刻蚀速率v
n
和无机介质的刻蚀速率v
n
’
的比值为1.0~2.0。
[0014]更进一步地，在所述S1中，所述无机介质衬底的无机介质和所述压印模板的模板材料各自独立的选自石英、硅石、玻璃、YAG、CaF2、或者蓝宝石。
[0015]最进一步地，在所述S1中，包括以下步骤，
[0016]S11根据所述衍射光学元件的衍射光栅的线宽w
n
和高度h
n
，将这些衍射光栅分为n个分区，n≥2，并结合衍射光学元件的周期，确定可压印介质的压印凸起线宽，进而确定压印模板表面的图案线宽；
[0017]S12根据所述可压印介质的压印凸起线宽、以及不同占空比情况下的负载效应，确定不同分区下的可压印介质衬底的刻蚀速率v
n
，并根据可压印介质和无机介质的刻蚀选择比，确定不同分区下的无机介质的刻蚀速率v
n
’
；
[0018]S13根据所述可压印介质的刻蚀速率v
n
、以及无机介质衬底的刻蚀速率v
n
’
，预设理论刻蚀时间T0，并确定可压印介质的压印凸起理论高度，进而确定压印模板表面的图案深度H。
[0019]进一步地，在所述S2中，控制残胶厚度d0为10~100nm，可压印介质为Delo OM6113光刻胶、或者Delo OM614光刻胶。
[0020]更进一步地，在所述S2中，包括以下步骤，
[0021]S21将所述压印模板和带有0.5~1.5mL脱模剂的蒸发皿放入真空干燥箱中，抽真空到10
‑4Pa后停止抽气，保持25~35min后，脱模剂蒸发覆盖在压印模板表面上；
[0022]S22先将所述S21得到的压印模板放在匀胶机上，真空吸附固定，再在压印模板的图案上滴加1~6mL可压印介质，然后在400~600rpm下低速匀胶4~6s，接着在2000~6000rpm下高速匀胶50~70s，匀胶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种衍射光学元件的同步分区加工方法，其特征在于：包括以下步骤，S1根据所述衍射光学元件的衍射光栅尺寸、可压印介质和无机介质的刻蚀选择比、以及不同占空比情况下的负载效应，确定压印模板表面的图案尺寸、可压印介质衬底的刻蚀速率v
n
、以及无机介质的刻蚀速率v
n
’
，并形成压印模板；S2使用所述S1得到的压印模板将图案压印到可压印介质中，并将无机介质衬底压在可压印介质表面后，使可压印介质压印固化，脱模，检测无机介质衬底表面和可压印介质的压印凹槽底面之间的残胶厚度d0；S3根据所述残胶厚度d0、以及不同分区下的无机介质衬底的刻蚀深度d
n
、可压印介质的刻蚀速率v
n
、无机介质衬底的刻蚀速率v
n
’
，设定不同分区下的刻蚀时间T
n
，并同步分区刻蚀所述S2得到的可压印介质和无机介质衬底，以在无机介质衬底表面形成衍射光栅。2.根据权利要求1所述的一种衍射光学元件的同步分区加工方法，其特征在于：在所述S1中，可压印介质的刻蚀速率v
n
为1.0~7.0nm/s，可压印介质的刻蚀速率v
n
和无机介质的刻蚀速率v
n
’
的比值为1.0~2.0。3.根据权利要求2所述的一种衍射光学元件的同步分区加工方法，其特征在于：在所述S1中，所述无机介质衬底的无机介质和所述压印模板的模板材料各自独立的选自石英、硅石、玻璃、YAG、CaF2、或者蓝宝石。4.根据权利要求3所述的一种衍射光学元件的同步分区加工方法，其特征在于：在所述S1中，包括以下步骤，S11根据所述衍射光学元件的衍射光栅的线宽w
n
和高度h
n
，将这些衍射光栅分为n个分区，n≥2，并结合衍射光学元件的周期，确定可压印介质的压印凸起线宽，进而确定压印模板表面的图案线宽；S12根据所述可压印介质的压印凸起线宽、以及不同占空比情况下的负载效应，确定不同分区下的可压印介质衬底的刻蚀速率v
n
，并根据可压印介质和无机介质的刻蚀选择比，确定不同分区下的无机介质的刻蚀速率v
n
’
；S13根据所述可压印介质的刻蚀速率v
n
、以及无机介质衬底的刻蚀速率v
n
’
，预设理论刻蚀时间T0，并确定可压印介质的压印凸起理论高度，进而确定压印模板表面的图案深度H。5.根据权利要求1所述的一种衍射光学元件的同步...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡璐，李晓萱，尹建军，
申请(专利权)人：慕德微纳杭州科技有限公司，
类型：发明
国别省市：