CN113900354B - 纳米压印胶层的制作方法和光学元件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种纳米压印胶层的制作方法和光学元件，纳米压印胶层的制作方法包括：步骤S10：在基底上涂布胶水并形成厚度均匀的胶层；步骤S20：将掩模板放置在胶层的上方形成中间件；步骤S30：将中间件放入干法刻蚀设备内进行刻蚀形成厚度不均匀的刻蚀件；步骤S40：若需要刻蚀的区域的数量N大于1，则将掩模板移动到预设位置后重复N‑1次步骤S20至步骤S30后执行步骤S50；若需要刻蚀的区域的数量N等于1，则执行步骤S50；步骤S50：将刻蚀件取出，并将掩模板与胶层分离，并对胶层压印。本发明解决了现有技术中压印工艺存在容易产生厚度不一致的残胶的问题。
Description
技术领域
本发明涉及压印设备技术领域，具体而言，涉及一种纳米压印胶层的制作方法和光学元件。
背景技术
当前形形色色的AR方案中，最有量产可能性的技术方案就是光波导方案。光波导量产中需要用到纳米压印工艺，当前常规纳米压印的工艺流程是母版压印子板，子板再大规模的生产产品。在母版压印子板的过程中，是一个硬对软的压印过程。如果母版上结构差异很大，会导致子板上残胶的厚度产生很大的偏差。
而在产品压印的过程中，需要将胶水均匀的涂在玻璃上，一般选择旋涂的方式。用这种方式可以得到厚度分布均匀的胶层，一般偏差可以控制在±2％以内。在压印后，由于胶水厚度一致，一次会形成厚度不一致的残胶，残胶厚度偏差在100nm以上。这个厚度偏差对内部光路的高质量传播产生很大的影响，也有可能破坏波导内的全反射条件，导致部分光被耦出波导，造成光路泄露和能量损失。
也就是说，现有技术中压印工艺存在容易产生厚度不一致的残胶的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种纳米压印胶层的制作方法和光学元件，以解决现有技术中压印工艺存在容易产生厚度不一致的残胶的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种纳米压印胶层的制作方法，包括：步骤S10：在基底上涂布胶水并形成厚度均匀的胶层；步骤S20：将掩模板放置在胶层的上方形成中间件；步骤S30：将中间件放入干法刻蚀设备内进行刻蚀形成厚度不均匀的刻蚀件；步骤S40：若需要刻蚀的区域的数量N大于1，则将掩模板移动到预设位置后重复N-1次步骤S20至步骤S30后执行步骤S50；若需要刻蚀的区域的数量N等于1，则执行步骤S50；步骤S50：将刻蚀件取出，并将掩模板与胶层分离，并对胶层压印。
进一步地，步骤S10包括：在基底上涂布胶水并形成厚度均匀的胶层的过程中，采用旋涂工艺涂布胶水。
进一步地，步骤S10包括：在基底上涂布胶水并形成厚度均匀的胶层的过程中，在基底上涂布预设体积的胶水，以使形成的胶层的厚度在500nm到1500nm范围内。
进一步地，步骤S10还包括：在形成胶层后，对胶层进行预烘烤。
进一步地，在步骤S10与步骤S20之间还包括步骤S11：在胶层远离基底的表面镀薄膜层。
进一步地，步骤S11包括：在胶层远离基底的表面镀薄膜层的过程中，将基底和胶层放入到镀膜设备中；采用TiN或者TiO2材料在胶层的表面进行镀膜形成TiN薄膜层或者TiO2薄膜层。
进一步地，在步骤S20中还包括：将掩模板放置在胶层的上方并控制掩模板与胶层之间距离在0.1mm至1mm的范围内。
进一步地，步骤S30包括：中间件放入干法刻蚀设备内后对裸露在掩模板的中空结构处的胶层进行刻蚀，使得裸露在中空结构处的胶层的厚度变薄。
进一步地，在步骤S40中，对不同的需要刻蚀的区域的刻蚀时间不同，以使胶层具有多个厚度不同的区域。
根据本发明的另一方面，提供了一种光学元件，采用上述的纳米压印胶层的制作方法制作光学元件。
应用本发明的技术方案，纳米压印胶层的制作方法包括：步骤S10：在基底上涂布胶水并形成厚度均匀的胶层；步骤S20：将掩模板放置在胶层的上方形成中间件；步骤S30：将中间件放入干法刻蚀设备内进行刻蚀形成厚度不均匀的刻蚀件；步骤S40：若需要刻蚀的区域的数量N大于1，则将掩模板移动到预设位置后重复N-1次步骤S20至步骤S30后执行步骤S50；若需要刻蚀的区域的数量N等于1，则执行步骤S50；步骤S50：将刻蚀件取出，并将掩模板与胶层分离，并对胶层压印。
在基底上涂布胶水形成厚度均匀的胶层，以便于后续工艺的进行，同时形成胶层时，胶层的厚度是胶层的各个位置的最大厚度，而其余厚度较薄的区域通过后续的刻蚀来对胶层进行减薄。掩模板放置在胶层上能够对胶层的部分区域进行遮挡，而需要刻蚀的区域会被暴露在干法刻蚀设备内，以使得干法刻蚀设备对需要刻蚀的区域进行刻蚀，使得需要刻蚀的区域减薄以达到预设的厚度。而在同一个胶层上可能会有多个不同的需要刻蚀的区域，而多个不同的需要刻蚀的区域处的胶层的厚度可以是相同的也可以是不同的，在多个不同的需要刻蚀的区域处的胶层的厚度是不同的情况下，干法刻蚀设备对不同的需要刻蚀的区域的刻蚀时间不同，以使得形成的最终的胶层的厚度按目标分布，这样便于对胶层的压印，以得到不同区域厚度不同的光学元件。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明的一个可选实施例的纳米压印胶层的制作方法的流程图；以及
图2示出了本发明的一个可选实施例的光学元件的结构示意图；
图3示出了本发明的一个可选实施例的胶层的结构示意图；
图4示出了本发明的一个可选实施例的掩模板的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、基底；20、胶层；30、需要刻蚀的区域；40、掩模板；41、中空结构。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。
为了解决现有技术中压印工艺存在容易产生厚度不一致的残胶的问题，本发明提供了一种纳米压印胶层的制作方法和光学元件。
如图1至图4所示，纳米压印胶层的制作方法包括：步骤S10：在基底10上涂布胶水并形成厚度均匀的胶层20；步骤S20：将掩模板40放置在胶层20的上方形成中间件；步骤S30：将中间件放入干法刻蚀设备内进行刻蚀形成厚度不均匀的刻蚀件；步骤S40：若需要刻蚀的区域30的数量N大于1，则将掩模板40移动到预设位置后重复N-1次步骤S20至步骤S30后执行步骤S50；若需要刻蚀的区域30的数量N等于1，则执行步骤S50；步骤S50：将刻蚀件取出，并将掩模板40与胶层20分离，并对胶层20压印。
在基底10上涂布胶水形成厚度均匀的胶层20，以便于后续工艺的进行，同时形成胶层20时，胶层20的厚度是胶层20的各个位置的最大厚度，而其余厚度较薄的区域通过后续的刻蚀来对胶层20进行减薄。掩模板40放置在胶层20上能够对胶层20的部分区域进行遮挡，而需要刻蚀的区域30会被暴露在干法刻蚀设备内，以使得干法刻蚀设备对需要刻蚀的区域30进行刻蚀，使得需要刻蚀的区域30减薄以达到预设的厚度。而在同一个胶层20上可能会有多个不同的需要刻蚀的区域30，而多个不同的需要刻蚀的区域30处的胶层20的厚度可以是相同的也可以是不同的，在多个不同的需要刻蚀的区域30处的胶层20的厚度是不同的情况下，干法刻蚀设备对不同的需要刻蚀的区域30的刻蚀时间不同，以使得形成的最终的胶层的厚度按目标分布，这样便于对胶层20的压印，以得到不同区域厚度不同的光学元件。
需要说明的是，通过将胶层20的不同区域形成不同的厚度，就使得母版上的结构差异减小，将结构差异转移到胶层20上，这样在母版对胶层20压印时，就不容易产生厚度不一致的残胶了，减少了厚度偏差对内部光路的影响，保证了光波导内的全反射条件，减少了光路泄露和能量损失，保证了光学元件工作的稳定性。
具体的，步骤S10包括：在基底10上涂布胶水并形成厚度均匀的胶层20的过程中，采用旋涂工艺涂布胶水。采用旋涂的方式能够得到厚度均匀的胶层20，且可以将胶层20的偏差控制在±2％以内，保证胶层20厚度的均匀性。
具体的，步骤S10包括：在基底10上涂布胶水并形成厚度均匀的胶层20的过程中，在基底10上涂布预设体积的胶水，以使形成的胶层20的厚度在500nm到1500nm范围内。若胶层20的厚度小于500nm，就使得胶层20的厚度较小，在刻蚀后容易将基底10裸露出来。若胶层20的厚度大于1500nm，就使得胶层20的厚度较厚，不易烘干，不利于后续的压印。而将胶层20限制在500nm至1500nm的范围内，有利于胶层20的涂布、烘干，同时不易刻蚀到基底10上。
具体的，步骤S10还包括：在形成胶层20后，对胶层20进行预烘烤。在形成胶层20后对胶层20进行预烘烤，以使得胶层20的形态相对固定减少胶层20的流动性，以便于进行后续的刻蚀和压印。
具体的，在步骤S10与步骤S20之间还包括步骤S11：在胶层20远离基底10的表面镀薄膜层。薄膜层的设置能够对胶层20形成保护，或者减少胶层20的反射，以使得光学元件达到不同的功能。
具体的，步骤S11包括：在胶层20远离基底10的表面镀薄膜层的过程中，将基底10和胶层20放入到镀膜设备中；采用TiN或者TiO2材料在胶层20的表面进行镀膜形成TiN薄膜层或者TiO2薄膜层。
需要说明的是，TiN薄膜层和TiO2薄膜层的折射率不同，在加工中刻蚀选择比也不同，膜层的光透过率也是不同的，但是均能够提高光学元件的视场角，因为有高折射率，使光能够以较大的角度全反射。对于TiN薄膜层和TiO2薄膜层可以根据具体的使用需求来进行选择。
具体的，在步骤S20中还包括：将掩模板40放置在胶层20的上方并控制掩模板40与胶层20之间距离在0.1mm至1mm的范围内。若掩模板40与胶层20之间的距离小于0.1毫米，就使得掩模板40与胶层20之间的距离过小，掩模板40容易压到胶层20使胶层20变形。若掩模板40与胶层20之间的距离大于1毫米，在对胶层20刻蚀时，容易伤及到其他区域，不利于对刻蚀区域的控制。将掩模板40与胶层20之间的距离控制在0.1毫米至1毫米的范围内，就使得掩模板40不会压到胶层20的同时也有利于对刻蚀区域的控制，减少刻蚀到不必要的区域。
具体的，步骤S30包括：中间件放入干法刻蚀设备内后对裸露在掩模板40的中空结构41处的胶层20进行刻蚀，使得裸露在中空结构41处的胶层20的厚度变薄。中空结构41的形状可以根据需要进行设计，以对胶层20的特定区域进行减薄。
具体的，在步骤S40中，对不同的需要刻蚀的区域30的刻蚀时间不同，以使胶层20具有多个厚度不同的区域。当然，根据需要的胶层20的厚度分布，来设定需要刻蚀的区域30的刻蚀时间，以使得胶层20的厚度按预设厚度进行分布。
如图2所示，采用上述的纳米压印胶层的制作方法制作光学元件。采用上述的纳米压印胶层的制作方法制作的光学元件具有多个厚度不同的区域，同时遗留的残胶比较少，能够保证光学元件工作的稳定性。
以一个具体的例子为例，得到一个具有以下参数的光学元件：第一区域的厚度为1000nm，第二区域的厚度为900nm，第三区域的厚度800nm，其余位置厚度为1200nm，其中第一区域、第二区域和第三区域的大小为20mm*20mm，详见图3。
在一片4寸的SiO2玻璃上用旋涂的工艺涂上胶水并形成一层1200nm厚的胶层20，控制胶水表面起伏在±2％；
设定对应的温度和时间，进行预烘烤；
用机加工的方法在金属板上加工如图4所示的掩模板40，整体尺寸为80mm*80mm，中空结构41为20mm*20mm；
将玻璃片放入IBE设备腔体，将掩模板40置于玻璃片上方，控制两者间距在0.1-1mm之间；
按照调试工艺参数对第一区域进行胶层减薄，控制工艺时间，用椭偏仪检测其厚度减薄为预期值附近；
移动掩膜板，在X方向上移动25mm，控制Y方向不变，掩模板40和玻璃的间距在0.1-1mm之间；
按照调试工艺参数对第二区域进行胶层减薄，控制工艺时间，用椭偏仪检测其厚度减薄为预期值附近；
移动掩膜板，在X方向上移动-25mm，控制Y方向移动30mm，掩膜板和玻璃的间距在0.1-1mm之间；
按照调试工艺参数对第三区域进行胶层减薄，控制工艺时间，用椭偏仪检测其厚度减薄为预期值附近；
将上述玻璃片取出，在纳米压印设备上进行压印。
显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种纳米压印胶层的制作方法，其特征在于，包括：
步骤S10：在基底(10)上涂布胶水并形成厚度均匀的胶层(20)；
步骤S20：将掩模板(40)放置在所述胶层(20)的上方形成中间件；
步骤S30：将所述中间件放入干法刻蚀设备内进行刻蚀形成厚度不均匀的刻蚀件；
步骤S40：若需要刻蚀的区域(30)的数量N大于1，则将所述掩模板(40)移动到预设位置后重复N-1次所述步骤S20至所述步骤S30后执行步骤S50；若需要刻蚀的区域(30)的数量N等于1，则执行步骤S50；
所述步骤S50：将所述刻蚀件取出，并将所述掩模板(40)与所述胶层(20)分离，并对所述胶层(20)压印；
其中，在所述步骤S40中，对不同的所述需要刻蚀的区域(30)的刻蚀时间不同，以使胶层(20)具有多个厚度不同的区域。
2.根据权利要求1所述的纳米压印胶层的制作方法，其特征在于，所述步骤S10包括：
在所述基底(10)上涂布胶水并形成厚度均匀的胶层(20)的过程中，采用旋涂工艺涂布所述胶水。
3.根据权利要求1所述的纳米压印胶层的制作方法，其特征在于，所述步骤S10包括：
在所述基底(10)上涂布胶水并形成厚度均匀的胶层(20)的过程中，在所述基底(10)上涂布预设体积的胶水，以使形成的所述胶层(20)的厚度在500nm到1500nm范围内。
4.根据权利要求1所述的纳米压印胶层的制作方法，其特征在于，所述步骤S10还包括：在形成所述胶层(20)后，对所述胶层(20)进行预烘烤。
5.根据权利要求1所述的纳米压印胶层的制作方法，其特征在于，在所述步骤S10与所述步骤S20之间还包括步骤S11：在所述胶层(20)远离所述基底(10)的表面镀薄膜层。
6.根据权利要求5所述的纳米压印胶层的制作方法，其特征在于，所述步骤S11包括：
在所述胶层(20)远离所述基底(10)的表面镀薄膜层的过程中，将所述基底(10)和所述胶层(20)放入到镀膜设备中；
采用TiN或者TiO2材料在所述胶层(20)的表面进行镀膜形成TiN薄膜层或者TiO2薄膜层。
7.根据权利要求1所述的纳米压印胶层的制作方法，其特征在于，在所述步骤S20中还包括：
将所述掩模板(40)放置在所述胶层(20)的上方并控制所述掩模板(40)与所述胶层(20)之间距离在0.1mm至1mm的范围内。
8.根据权利要求1所述的纳米压印胶层的制作方法，其特征在于，所述步骤S30包括：所述中间件放入所述干法刻蚀设备内后对裸露在所述掩模板(40)的中空结构(41)处的胶层(20)进行刻蚀，使得裸露在中空结构(41)处的胶层(20)的厚度变薄。
9.一种光学元件，其特征在于，采用权利要求1至8中任一项所述的纳米压印胶层的制作方法制作所述光学元件。
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