专利名称：利用结构化的玻璃涂层制作衍射光学元件的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及光学元件，尤其涉及，一种用于施加光活性结构化到基片上的方法，包含光活性结构的光活性元件，该光活性结构最好是聚焦结构，以及利用这种类型方法制作的组件。
背景技术：
作为在JP 62066204中的一个例子，公开了一种费涅耳透镜及其制造方法。通过多个薄膜相继地叠层到基片上制作该透镜，从而得到费涅耳类型透镜。由于制作光学结构要求在每层中精确地叠层，而不能干扰制成透镜结构的光学性质，这是一个费时和高成本的过程。
DE 4338969C2公开一种用于制作无机衍射元件的方法，具体是借助于蚀刻玻璃制成。基片的涂敷是利用覆盖不需要蚀刻区域的掩模，所述掩模可以抗蚀刻媒体并对应于制作的浮雕结构，借助于蚀刻过程，所需的浮雕可以制成在没有被掩模覆盖的基片区域上，如果需要，随后可以去掉该掩模。特别是对于玻璃，仅仅可以实现低的蚀刻速率，这也是一个费时和高成本的过程。所以，本发明的目的是提供一种用于改进光学元件制作的方法，尤其是衍射光学元件，以及提供改进的光活性元件。
发明内容
借助于按照独立权利要求的方法，光活性元件和组件，以及混合透镜，利用特别简单的方法可以实现这个目的。有益的改进构成各个从属权利要求的主题。按照本发明施加光活性结构化到基片上的方法包括利用光刻掩模的结构化，其步骤是利用光敏抗蚀层涂敷基片，光刻结构化施加的层，借助于电子束PVD (电子束物理汽相沉积)，利用光活性层涂敷预结构化的基片，该光活性层包含选自至少由玻璃和金属构成的组中的材料，和去掉抗蚀层。光活性层的所述涂敷方法或沉积方法提供一种快速形成所述光活性层的方法，因为可以实现最大为4ym/min的高汽相沉积速率，该速率高于现有溅射速率几倍，并利用这个方法实现上述的目的。用于涂敷光活性层的可能材料，尤其是可能的玻璃材料，是在以下的
部分中给出。
此外，在沿所述基片表面的水平方向和垂直方向上能够形成精确的结构。合适选取玻璃的汽相沉积参数，最好是用于设定的光学和热机械性能，可以施加结构化的玻璃层厚度在约为O. I μ m和最大为Imm之间。除了高的沉积速率以外，汽相沉积的另一个优点是基片的较低热应力，它能够利用光抗蚀剂形成第一涂层。涂敷基片的步骤是借助于旋转涂敷，喷射，电沉积和/或借助于至少沉积一个光敏抗蚀薄膜实现的。去掉抗蚀层的步骤是按照这样方式实现的，还去掉已施加到抗蚀层上的至少一个层。此外，光刻结构化的步骤包括掩模曝光和随后的显影。在一个实施例中，涂敷步骤包括借助于电子束PIAD过程，利用光活性层涂敷预结构化的基片。在这种类型过程中，引导附加的离子束到需要涂敷的基片上。所述离子束诱发基片表面上松散束缚粒子的释放，它最终导致基片上光活性层的密集和缺陷减小层。通过改变基片相对于涂敷源的取向，可以涂敷该基片的几个侧面，从而允许制作精密的光活性元件或组件。尤其是，施加所述光活性结构化到所述基片的底部和/或所述基片的顶部和/或所述基片的至少一个侧面上。可能的基片材料是在以下的
部分中描述。取决于形成的组件或光活性元件，在一个实施例中，上述过程可以仅仅涉及单次重复以下的步骤 利用光敏抗蚀层涂敷基片，光刻结构化施加的层，借助于电子束PVD (电子束物理汽相沉积)，利用光活性层涂敷预结构化的基片，该光活性层包含选自至少由玻璃和金属构成的组中的材料，和去掉抗蚀层。取决于光活性元件的所需光学性质，例如，它的折射率，可以按照这样方式施加光活性层，该活性层包含沿垂直于基片表面的方向和/或沿平行于基片表面的方向恒定的层成分和/或变化的层成分。在附图的说明部分给出与变化层成分有关的更多细节。在一个具体的实施例中，上述过程的特征是多次重复以下的步骤利用光敏抗蚀层涂敷基片，光刻结构化施加的层，借助于电子束PVD (电子束物理汽相沉积)，利用光活性层涂敷预结构化的基片，该光活性层包含选自至少由玻璃和金属构成的组中的材料，和去掉抗蚀层。光活性第一层的厚度在约为O. I μ m和最大为Imm之间。取决于光活性第一层的结构，即，光活性第一层是由至少一个结构形成，光活性第一层的每个结构宽度约小于50 μ m， 最好是约小于20 μ m，更好的是约小于10 μ m。取决于光活性第一层的外观，例如，用于形成费涅耳透镜或费涅耳类型透镜，有不同宽度结构化的组合是必需的。这在以下的
部分中作更详细的描述。如上所述，取决于光活性元件所需的光学性质，例如，它的折射率，利用光活性层涂敷预结构化的基片在每层中包含相同的材料或不同的材料。此外，可以按照这样的方式施加光活性层，该活性层包含沿垂直于基片表面的方向和/或沿平行于基片表面的方向变化的层成分。
在一个实施例中，利用PVD过程中制成的玻璃涂敷材料，制作光活性层，尤其是， 其中借助于PVD过程中的电子束蒸发，施加所述光活性层。此外，借助于PIAD过程中的电子束蒸发，也可以施加所述光活性层。
除了上述的过程以外，本发明还涉及ー种光活性元件，它包括基片和在所述基片上的至少ー个光活性第一层，其中第一层是由选自玻璃或金属的至少ー种材料制成，并有 光活性结构，最好是有聚焦结构。
所述光活性第一层施加到所述基片的底部和/或所述基片的顶部。在一个实施例中，光活性第一层包含沿垂直于基片表面的方向和/或沿平行于基片表面的方向变化的材料成分。
为了提供精致的光活性元件，例如，费涅耳透镜或费涅耳类型透镜，或基片上的光结构，所述光活性元件是有几个光活性层的阵列，其中几个光活性层的阵列在每光活性层中包含相同的材料或不同的材料。
光活性元件中光活性结构的特征是它的制造方法，利用包括光刻掩模结构化的过程，其步骤是
利用光敏抗蚀层涂敷基片，
光刻结构化施加的层，
借助于电子束PVD (电子束物理汽相沉积)，利用光活性层涂敷预结构化的基片，该光活性层包含选自至少由玻璃和金属构成的组中的材料，和
去掉抗蚀层。
基片的涂敷是借助于旋转涂敷，喷射，电沉积和/或借助于沉积至少ー个光敏抗蚀薄膜实现的。按照这样的方式去掉抗蚀层，还去掉已施加到抗蚀层上的至少ー个层。
在光活性元件上，借助于电子束PIAD过程，利用光活性层涂敷预结构化的基片。 光刻结构化包括掩模曝光和随后的显影。
取决于所需的性质，通过单次重复以下的步骤制作光活性元件
利用光敏抗蚀层涂敷基片，
光刻结构化施加的层，
借助于电子束PVD (电子束物理汽相沉积)，利用光活性层涂敷预结构化的基片，该光活性层包含选自至少由玻璃和金属构成的组中的材料，和
去掉抗蚀层。
或在另ー个实施例中，通过多次重复以下的步骤制作光活性元件
利用光敏抗蚀层涂敷基片，
光刻结构化施加的层，
借助于电子束PVD (电子束物理汽相沉积)，利用光活性层涂敷预结构化的基片，该光活性层包含选自至少由玻璃和金属构成的组中的材料，和
去掉抗蚀层。
借助于PVD过程，利用玻璃制成的涂敷材料，制作光活性层，尤其是，其中借助于 PVD过程中的电子束蒸发，制作光活性层。在另ー个实施例中，借助于PIAD过程中的电子束蒸发，制作光活性层。
最好是，光活性元件是或包括费涅耳透镜或费涅耳类型透镜。
此外，本发明包括一种有光活性结构的组件，最好是有由玻璃和/或金属制成的聚焦结构，其中借助于有上述过程特征的方法制作该结构。此外，可以利用合成材料，尤其是透明的合成材料。此外，本发明包括一种有光活性结构的组件，最好是有由玻璃和/或金属制成的聚焦结构，其中借助于有上述过程特征的方法制作该结构。最好是，该组件是或包括费涅耳透镜或费涅耳类型透镜。此外，本发明还包括一种有基片和光活性结构的混合透镜，最好是有聚焦结构化， 该结构是利用上述过程制成的。在优选实施例的基础上并参照附图，我们更详细地解释了本发明。不同实施例的特征能够互相组合。附图中相同的参考数字表示相同或类似的部件。
图IA至IE利用剖面图说明在结构化的涂敷基片中涉及的过程步骤，图2A和2B表示参照图IC至IE所说明过程步骤的变型， 图3A至3C利用剖面图说明在结构化的涂敷基片中涉及的优选实施例过程步骤，图4表示按照本发明优选实施例的组件平面图，图5表示涂敷多层的基片实施例，图6表示涂敷有不同高度多层的基片实施例，图7表示涂敷多层的基片实施例，它包含不同的材料，尤其是各层中交替的材料，图8表示涂敷多层的基片实施例，它包含正结构化的不同材料，尤其是结构中交替的材料，图9表示图8的平面图，图10和11表示在基片的顶部和底部涂敷多层的其他基片实施例，图12至15表示按照本发明其他优选实施例的组件平面图。
具体实施例方式以下的内容首先讨论图IA至1E，这些图利用剖面图说明按照本发明第一个实施例在制作结构化的基片中涉及的过程步骤。为了制作结构化的涂层，首先，施加第一涂层3 到基片I中需要涂敷的表面2上，如图IA所示。最好是，基片I连接到晶片组合中其他的基片。最好是，第一涂层3是由光敏抗蚀层形成。该基片包含选自以下的材料构成的组中的至少一种材料玻璃，陶瓷，半导体材料，尤其是硅，半导体化合物，金属，金属合金，塑料， 或上述材料的组合。图IB表示在另一个过程步骤之后的基片剖面图。在这个步骤中，结构化已被引入到第一涂层3。这些结构产生负结构化5，它在平面图中是与最终的结构化的涂层互补。该结构化是按照这样的方式形成的，需要涂敷的基片I的表面2上的区域6是未覆盖的。最好是，借助于光刻法形成该结构化，为此目的，例如，第一涂层3包含一种光致抗蚀剂，借助于曝光和显影，引入负结构化5到光抗蚀剂中。借助于旋转涂敷，喷射，电沉积和/或借助于沉积光敏抗蚀薄膜，施加基片I的第一涂层3，尤其是有光敏抗蚀层的涂层，例如，光敏清漆。形成负结构化5的另一种可能性是借助于结构化的印刷过程的涂敷，例如，照相制版(Serigraphy)印刷或喷墨印刷。
图IC表示在基片I的表面2上沉积玻璃结构层7的步骤之后的基片，尤其是光活性层，在基片I上已有第一涂层3。借助于电子束蒸发到包含负结构化5并涂敷第一涂层3 的基片1，可以实现该沉积，最好是，层7包含金属或汽相沉积玻璃，其中沉积是借助于电子束蒸发涂层到涂敷第一涂层3的基片I上，第一涂层3包含负结构化5。层7覆盖未覆盖的区域6和第一涂层3。
按照本发明的一种改进，借助于等离子体辅助沉积，也可以实现层7的沉积，为的是制成特别密集和没有缺陷的层。按照本发明，借助于PVD，PICVD，或借助于电镀过程，也可以有利地制成金属层。
人们已证明，有下列重量百分比成分的汽相沉积玻璃是特别有利的
成分重量百分比SiO275-85% B2O310-15% Na2O1-5%
Li2O0.1-1%K2O0.1-1%Al2O31-5%
这种类型的优选汽相沉积玻璃是Schott制作的玻璃8329，它有以下的成分
成分重量百分比SiO284.1% B2O311.0%Na2O 2.0%1K2O 0.3% } (在该层中=>3.3% ) Li2O 0.3% JAl2O3 2.6% (在该层中 <0.5%)
电阻约为101° Q/cm (在100° C下)。此外，在其纯形式下，这种玻璃的折射率约为 I. 470。
介电常数e 约为 4. 7 (在 25。C，IMHz 下)，tan S 约为 45X1(T4 (在 25。C，IMHz 下)。这个系统组件的汽相沉积过程和不同的挥发性在目标材料与沉积层之间产生略微不同的化学计量。在括弧中指出沉积层中的偏差。
另ー组合适的汽相沉积玻璃有下列重量百分比表示的成分
成分重量百分比SiO265-75% B2O320-30% Na2O0.1-1% Li2O0.1-1% K2O0.5-5% Al2O30.5-5%
这组中优选的汽相沉积玻璃是Schott制作的玻璃G018-189，它有下列的成分
成分重量百分比SiO271% B2O326% Na2O0.5% Li2O0.5% K2O1.0% AI2O31.0%
优选使用的玻璃尤其具有下列表中列出的性质
性M I 8329「G018-189
权利要求
1.一种用于施加光活性结构化到基片上的方法，包括利用光刻掩模的结构化，其特征在于多次重复以下步骤 利用光敏抗蚀层涂敷基片， 光刻结构化施加的层， 借助于物理汽相沉积，利用光活性层涂敷预结构化的基片，该光活性层包含选自由玻璃和金属构成的组中的至少一种材料，和 去掉抗蚀层。
2.按照权利要求I的方法，其中涂敷基片的步骤是借助于旋转涂敷、喷射、电沉积和/或借助于至少沉积一个光敏抗蚀薄膜实现的。
3.按照权利要求I或2的方法，其中光活性结构化被施加到所述基片的底部和/或所 述基片的顶部。
4.按照权利要求I或2的方法，其中去掉抗蚀层的步骤是按照这样方式实现的，即还去掉已施加到抗蚀层上的至少一个层。
5.按照权利要求I或2的方法，其中涂敷步骤包括通过热或电子束蒸发的蒸发沉积，利用光活性层涂敷预结构化的基片。
6.按照权利要求I或2的方法，其中涂敷步骤包括借助于电子束PIAD过程，利用光活性层涂敷预结构化的基片。
7.按照权利要求I或2的方法，其中光刻结构化步骤包括掩模曝光和随后的显影。
8.按照权利要求I或2的方法，其中光活性层是按照这样方式施加的，即该光活性层包含沿垂直于基片表面的方向和/或沿平行于基片表面的方向变化的层成分。
9.按照权利要求I或2的方法，其中利用光活性层涂敷预结构化的基片在每层中包含相同的材料或不同的材料。
10.按照权利要求I或2的方法，其中光活性层是按照这样方式施加的，即该光活性层包含沿垂直于基片表面的方向和/或沿平行于基片表面的方向变化的层成分。
11.按照权利要求I或2的方法，其中通过PVD过程利用涂敷材料制作光活性层，该材料是由玻璃制成。
12.按照权利要求I或2的方法，其中借助于PVD过程中的电子束蒸发，施加光活性层。
13.按照权利要求I或2的方法，其中借助于PIAD过程中的电子束蒸发，施加光活性层。
14.一种光活性元件，包括基片和在所述基片上的至少一个光活性第一层，其中该第一层是由选自玻璃或金属中的至少一种材料制成并有光活性结构，其中通过包括利用光刻掩模的结构化的过程制作光活性结构，其特征在于多次重复以下步骤 利用光敏抗蚀层涂敷基片， 光刻结构化施加的层， 借助于物理汽相沉积，利用光活性层涂敷预结构化的基片，该光活性层包含选自由玻璃和金属构成的组中的至少一种材料，和 去掉抗蚀层。
15.按照权利要求14的光活性元件，其中光活性第一层施加到所述基片的底部和/或所述基片的顶部。
16.按照权利要求14或15的光活性元件，其中光活性第一层的厚度在0.I y m和最大为Imm之间。
17.按照权利要求14或15的光活性元件，其中光活性第一层的每个结构的宽度小于50 u m0
18.按照权利要求14或15的光活性元件，其中光活性第一层包含沿垂直于基片表面的方向和/或沿平行于基片表面的方向变化的材料成分。
19.按照权利要求14或15的光活性元件，其中涂敷基片是借助于旋转涂敷、喷射、电沉积和/或借助于至少沉积一个光敏抗蚀薄膜实现的。
20.按照权利要求14或15的光活性元件，其中按照这样的方式去掉抗蚀层，即还去掉已施加到抗蚀层上的至少一个层。
21.如权利要求14或15的光活性元件，其中利用光活性层涂敷预结构化的基片是通过热或电子束蒸发的蒸发沉积实现的。
22.按照权利要求14至15的光活性元件，其中借助于电子束PIAD过程，利用光活性层涂敷预结构化的基片。
23.按照权利要求14至15的光活性元件，其中光刻结构化包括掩模曝光和随后的显影。
24.按照权利要求14或15的光活性元件，其中光活性元件有几个光活性层的阵列。
25.按照权利要求24的光活性元件，其中几个光活性层的阵列在每个光活性层中包含相同的材料或不同的材料。
26.按照权利要求14或15的光活性元件，其中利用PVD过程涂敷由玻璃制成的材料，制作光活性层。
27.按照权利要求14或15的光活性元件，其中借助于PVD过程中的电子束蒸发，施加光活性层。
28.按照权利要求14或15的光活性元件，其中借助于PIAD过程中的电子束蒸发，施加光活性层。
29.如权利要求14或15的光活性元件，其中光活性结构是聚焦结构。
30.按照权利要求14或15的光活性元件是费涅耳透镜。
31.一种组件，具有由玻璃制成的光活性结构，其中该结构是利用有权利要求I中特征的方法制成的。
32.—种组件，具有由金属制成的光活性结构，其中该结构是利用有权利要求I中特征的方法制成的。
33.一种组件，具有由玻璃和金属制成的光活性结构，其中该结构是利用有权利要求I中特征的方法制成的。
34.一种组件，具有由玻璃和/或金属制成的光活性结构，其中该结构是利用有权利要求I中特征的方法制成的。
35.如权利要求31至34中任一项的组件，其中光活性结构是聚焦结构。
36.按照权利要求31至34中任何一个的组件是费涅耳透镜。
37.一种混合透镜，具有基片和光活性结构，该结构是利用按照权利要求I的方法制成的。
38.如权利要求37的混合透镜，其中光活性结构是聚焦结构。
全文摘要
本发明涉及光学元件，尤其涉及一种施加光活性结构化到基片上的方法，以及利用这种类型方法制作的组件。尤其是，施加光活性结构化到基片上的方法包括光刻技术和借助于物理汽相沉积过程的材料沉积。
文档编号G03F7/00GK102707351SQ201210171310
公开日2012年10月3日 申请日期2005年6月8日 优先权日2004年6月9日
发明者克劳斯·迈克尔·海莫尔, 迪特里希·蒙德 申请人:肖特股份公司