专利名称：具有微结构的玻璃模造模仁的制作方法及玻璃模造模仁的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种模造模仁(molding core)，特别是涉及一种玻璃模造成形用 的玻璃模造模仁的制造方法及玻璃模造模仁。
背景技术：
各式光学产品中的光学玻璃组件，例如光栅、微透镜数组..等，是以其微结构 (Micro structure)图形使光产生各式的例如绕射、折射等物理光学现象，进而 供光学产品中其它组件的后续运用，是光学产品中重要的零组件之一；之前，多是 以微影(Photolithography)、蚀刻(Etching)直接在玻璃基板表面制作出微结 构图形，以制造出该等光学玻璃组件，生产效率不但低，而且制作成本极高。
目前，已有业者采用玻璃模造成形的方式生产制作该等光学玻璃组件，以同时 提升生产效率及降低制作成本；但；如何对应于欲模造成形的光学玻璃组件的微结 构图形，制备出用于玻璃模造成形此等极精密光学玻璃组件的玻璃模造模仁，则是 首要克服的挑战。
一般而言，此种用于模造成形此等光学玻璃组件的玻璃模造模仁，不外乎是以 直接研磨加工的方式，或是利用放电、雷射等非传统的制作方式制作，而由于玻璃 模造模仁的微结构必须对应于光学玻璃组件的微结构图形，因此研磨加工的困难度 极高，也因此，此种加工方式制作的玻璃模造模仁的制作成本亦非常高；而，以放 电、雷射等非传统加工方式加工制作的玻璃模造模仁，则受限于微结构而常有加工
精度及表面状况较差的问题。
参阅图1，日本专利特开2002-96333号专利申请案则揭露另一种制作玻璃模 造模仁的方式，主要是选用例如以碳化钨(WC)、碳化钛(TiC)、碳化钜(TaC) 等材料构成的块体作为基材11，并在基材11表面以氮化硅(SiN)沉积一层厚度 在l 10"ra的薄膜做为微结构层12;接着利用微影技术与蚀刻技术，在此氮化硅 所沈积形成的薄膜(微结构层12)形成对应于光学玻璃组件的微结构图形的微结 构图像13 (pattern)后，即制得所需的玻璃模造模仁1。
参阅图2，此外，又如日本专利特开2002-97030号专利申请案，则更进一步 地，改以碳化硅在基材11上沉积一层厚度在l 10um的薄膜做为微结构层12，并在微结构层12与基材11之间加入例如氮化硅(SiN)、氧化硅(Si02)或氮化 钛(TiN)等沈积形成的薄膜14，通过此等氮化硅(SiN)、氧化硅(Si02)或氮化 钛(TiN)等材料沈积形成的薄膜14，增加微结构层12与基材11的连结强度，进 而增加整体玻璃模造模仁1的结构强度与耐久性。
但是此等在基材11上以不同材料的相互组合搭配沉积出至少一层薄膜，以薄 膜作为微结构层12以形成对应于光学玻璃组件的微结构图形的微结构图像13，进 而制得玻璃模造模仁1的方式，由于受限于薄膜相对基材11连结时的稳定性与结 构强度的不足，而易在高温玻璃模造制程中让玻璃模造模仁1受到破坏，而影响到 生产的光学玻璃组件的良率。
因此，如何改善目前用于玻璃模造成形光学玻璃组件的玻璃模造模仁，是业者 努力研究的方向之一。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种制备结构强度高、耐久性优异的具有微结构的玻
璃模造模仁的制作方法及玻璃模造模仁。
本发明的另一目的在于，提供一种结构强度高、耐久性优异的玻璃模造模仁。 本发明一种具有微结构的玻璃模造模仁的制作方法，先在一呈板块状且厚度不
小于8mm的基材表面，以微影技术与蚀刻技术形成数对应于该微结构的图像。
再在该基材形成有该数图像的表面上形成一不与软化状态的玻璃产生化学反
应的离型保护层，使该基材的形成有该数图像的表面与该离型保护层共同构成对应
欲模造成形的玻璃光学组件的该微结构，即制得该具有微结构的玻璃模造模仁。 此外，本发明一种玻璃模造模仁，适用于模造成形一玻璃光学组件，包含一基
材及一离型保护层。
该基材呈板块状且厚度不小于8mm，包括一形成有数图像的表面，该数图样对 应该玻璃光学组件的外观态样。
该离型保护层设置于该基材的形成有数图像的表面上，且不与软化状态的玻璃 产生化学反应。
该基材的该具有数图像的表面与该离型保护层构成一用以模造成形该玻璃光 学组件的微结构。
本发明的功效在于以板块状的基材成形出对应玻璃光学组件的图像，并配合离 型性及硬度优异的离型保护层形成微结构，而可制得结构强度高、耐久性优异的玻 璃模造模仁。
有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的一个 较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
图1是现有的一种玻璃模造模仁的结构的示意图； 图2是现有的另一种玻璃模造模仁的结构的示意图3是本发明一种具有微结构的玻璃模造模仁的制作方法的一较佳实施例的 流程图；及
图4是以图3的制造方法所制得的具有微结构的玻璃模造模仁的示意图。
具体实施例方式
在本发明被详细描述之前，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的组件是 以相同的编号来表示。
参阅图3与图4，如图3所示本发明一种具有微结构的玻璃模造模仁的制作方 法的一较佳实施例，是可制得如图4的玻璃模造模仁4，用以模造成形高精密度的 玻璃光学组件。
首先参阅图4，以本发明一种具有微结构的玻璃模造模仁的制作方法的一较佳 实施例所制得的玻璃模造模仁4，包含一基材5，及一离型保护层6。
基材5选自例如碳化钨、碳化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硅、碳化钛、碳化钽 等材料构成，呈约数毫米至数十毫米的厚板块状结构(实际厚度需视模造机台的种 类规格而有所不同)，该基材5包括一形成有数图像的表面51，该数图像对应该 玻璃光学组件的微结构图形。
离型保护层6选自例如类钻碳或Ti、 Ta、 W、 Mo、 Al、 Pt、 Re、 Ru、 Ir、 Rh等 金属及其化合物等材料构成，以厚度不大于1 P m设置于基材5的形成有数图像的 表面51上，不与软化状态的玻璃产生化学反应，且维式硬度不小于2000度，具有 优异的离型性与结构强度。
基材5的具有数图像的表面51与离型保护层6共同构成对应于光学玻璃组件 的微结构图形的微结构7，而可对应模造成玻璃光学组件。
上述玻璃模造模仁4在配合以下如图3所示的制造方法所详述后，当可更清楚 地明白。
参阅图3，首先进行步骤31，在呈板块状的基材5表面以微影技术 (Photolithography)与蚀刻技术(Etching)先形成数对应于光学玻璃组件的微 结构图形的图像。
接着进行步骤32，在基材5形成有数图像的表面51上形成离型保护层6，而 使基材5表面51与离型保护层6共同构成对应于光学玻璃组件的微结构图形的微 结构7，即制得如图4的具有微结构7的玻璃模造模仁4。
以下配合一较佳制程及二具体制程详细说明本发明一种具有微结构的玻璃模 造模仁的制作方法。
较佳制程一
首先，选用厚度为100mm的板块状结构的高纯度碳化硅作为基材，在其表面选 择一与碳化硅具有高度蚀刻选择比的金属(或合金)为材料沉积出一蚀刻阻障层； 接着，在蚀刻阻障层上涂布光阻后，利用光罩，及相关曝光、显影、蚀刻、清洗等 制程定义出与所需微结构形状相反的一光阻图像层；再自光阻图像层向下将未被光 阻图像层遮覆的部分蚀刻阻障层区域蚀刻移除后，随即将光阻图像层移除，留存下 来的蚀刻阻障层结构即为与微结构相反的硬屏蔽(Hard Mask)图形。
接着将连结有硬屏蔽图形的基材置于反应离子蚀刻设备于对碳化硅具有高度 蚀刻选择比的蚀刻气体，例如SF6…….中，蚀刻现象在未被硬屏蔽图形遮覆而裸 露出的基材面上发生并向下进行，同时配合以蚀刻时间控制对基材的蚀刻率，直至 蚀刻出对应微结构的数图像；然后将硬屏蔽图形移除，基材表面即形成有数对应微 结构的图像。
接着，再于基材表面以化学气相沉积方式镀覆形成单层或数层的离型保护层， 离型保护层可为钻石薄膜、类钻碳薄膜、金属或合金，即完成具有微结构的玻璃模
造模仁。
具体制程一
首先，以高纯度碳化硅粉末烧结而成，且厚度为100mm的板块状结构的高纯度 碳化硅作为基材，在表面均匀涂布厚度约lum的AZ1500光阻(德商Microchemicals 公司的产品)后，实施2分钟12(TC的软烤制程，随后以55mJ的曝光能量配合对应 所需微结构的光罩曝光12秒，再以2. 38%四甲基氢氧化铵显影40秒，经过清洗后， 即可在光阻上定义出与所需微结构形状相同的对应的图形。
再以蒸镀的方式，在以光阻形成对应图形的基材表面沉积一层厚度约lOOrnn的 金薄膜后，以丙酮加超音波震洗而将光阻移除，此时，也同步将沉积于光阻上的金 薄膜同时移除，而只留下直接沉积于基材部分表面的金薄膜结构，而留存的金薄膜 结构即为对应于欲成形的微结构态样的硬屏蔽图形。
接着再以反应式离子蚀刻的方式，在5 mTorr的压力下，通入55sccm的氟化 硫(SF6)蚀刻4分钟，即可在基材上蚀刻获得深度约1.2ixm的微结构。
然后以碘化钾(KI)溶液将硬屏蔽图形去除后，以离子镀(Ion Plating)的 方式，通入20sccm的C6H6，在1. 5xl(T'Pa的压力下，进行沉积80分钟，即可在基 材的形成有数对应微结构的图像的表面沈积形成一层厚度约0.2um的类钻碳薄膜 成为离型保护层，完成具有微结构的玻璃模造模仁的制备。
具体制程二
首先，选择以化学气相沉积方式制备，且厚度为150mm的板块状结构的的高纯 度碳化硅(SiC)作为基材，在表面以蒸镀方式沈积形成厚度约400nm的钛薄膜， 随后在钛薄膜上均匀涂布厚度约1 u m的AZ1500光阻，并实施2分钟120'C的软烤 制程，随后以55mJ的曝光能量配合对应所需微结构的光罩曝光18秒，再以2.38% 四甲基氢氧化铵显影55秒，经过清洗后，即可在光阻上定义出与所需微结构形状 相反的对应图形。
接着以反应式离子蚀刻的方式，在3mTorr的压力下，通入45sccm的氟化氙 (XeF2)，蚀刻15分钟后，配合以丙酮加超音波震洗将光阻移除，留存的钛薄膜 结构即为对应于欲成形的微结构态样的硬屏蔽图形。
接着再以反应式离子蚀刻的方式，在5mTorr的压力下，通入55sccm的氟化 硫(SFe)蚀刻6分钟，即可在基材上蚀刻获得深度约1. 8 p m的微结构。
然后再以H20: HA: HF=20: 1: 1溶液浸泡约30秒将作为硬屏蔽图形的钛薄 膜结构完全去除后，以离子镀的方式，通入20sccm的C6H6,在1. 5xl(TPa的压力 下，进行沉积80分钟，即可在基材的形成有数对应微结构的图像的表面沈积形成 一层厚度约0.2um的类钻碳薄膜成为离型保护层，完成具有微结构的玻璃模造模 仁的制备。
由上述说明可知，本发明主要是利用厚度较厚(数毫米以上)呈板块状结构的 基材5表面51，利用发展极为成熟的微影技术与蚀刻技术，精确成形出对应玻璃 光学组件的数图像，并在此形成有数图像的表面51配合离型性及硬度优异，且不 与软化状态的玻璃产生化学反应的材料形成离型保护层6而制得玻璃模造模仁4， 由于微影技术与蚀刻技术在半导体业界的发展应用已极为成熟，因此，以此方式所 成形出对应玻璃光学组件的数图像精度极高，进而使得制得的玻璃模造模仁亦具有 极高的精度，同时，也具有较高的生产效率以及较低的制作成本，再者，由于基材 5是采用板块状结构的材料，故具有较高的结构强度，并配合离型保护层6具有优 异的离型性与硬度高的优点，更使得制备出的玻璃模造模仁4具有离型性与耐久性 优异的特点，确实可以改善现有玻璃模造模仁1以薄膜形成微结构图像13，其稳 定性与结构强度均不足的缺点，达到本发明的创作目的。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围， 即大凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍
属本发明专利涵盖的范围内。
权利要求
1.一种具有微结构的玻璃模造模仁的制作方法，该方法包括(a)在一呈板块状且厚度不小于8mm的基材表面，以微影技术与蚀刻技术形成数个对应于该微结构的图像；及(b)在该基材形成有该数图像的表面上形成一不与软化状态的玻璃产生化学反应的离型保护层，使该基材的形成有该数图像的表面与该离型保护层共同构成对应欲模造成形的玻璃光学组件的该微结构，制得该具有微结构的玻璃模造模仁。
2. 依据权利要求1所述的具有微结构的玻璃模造模仁的制作方法，其特征在 于该基材是由碳化硅、碳化钨、氧化铝、氧化锆、氮化硅、碳化钛或碳化钽材料构成。
3. 依据权利要求1所述的具有微结构的玻璃模造模仁的制作方法，其特征在 于该离型保护层的厚度不大于lum，且维氏硬度不小于2000度。
4. 依据权利要求3所述的具有微结构的玻璃模造模仁的制作方法，其特征在于该离型保护层是由钻石结构的碳或钛、钽、钨、钼、铝、铂、铼、钌、铱、铑之一或其组合的材料构成。
5. 依据权利要求4所述的具有微结构的玻璃模造模仁的制作方法，其特征在 于该离型保护层是以化学气相沉积方式形成。
6. 依据权利要求5所述的具有微结构的玻璃模造模仁的制作方法，其特征在 于该离型保护层是以离子镀方式形成。
7. —种玻璃模造模仁，可用于模造成形一玻璃光学组件，其特征在于 该玻璃模造模仁包含一基材，呈板块状且厚度不小于8mm，包括一形成有数图像的表面，该数图样 对应该玻璃光学组件的外观态样；及一离型保护层，设置于该基材的形成有数图像的表面上，且不与软化状态的玻璃产生化学反应；该基材的该具有数图像的表面与该离型保护层构成一用以模造成形该玻璃光 学组件的微结构。
8. 依据权利要求7所述的玻璃模造模仁，其特征在于该基材是由碳化钩、碳 化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硅、碳化钛或碳化钽构成。
9. 依据权利要求7所述的玻璃模造模仁，其特征在于该离型保护层的厚度不 大于lum，且维氏硬度不小于2000度。
10. 依据权利要求9所述的玻璃模造模仁，其特征在于该离型保护层是由钻 石结构的碳或钛、钽、钨、钼、铝、铂、铼、钌、铱、铑之一或其组合的材料构成。
全文摘要
本发明提供一种具有微结构的玻璃模造模仁的制作方法及玻璃模造模仁，制作方法是在厚度不小于8mm且呈板块状结构的基材上，以微影与蚀刻技术形成对应欲模造成形的光学组件的数个图像，再在此基材表面上形成不与软化状态的玻璃产生化学反应且维氏硬度不小于2000度的离型保护层，使基材形成有数图像的表面与离型保护层共同构成对应欲模造成形的玻璃光学组件的微结构，而制得具有微结构的玻璃模造模仁，此种玻璃模造模仁藉模造单元的板块状结构的基材与离型保护层的保护，而具有高稳定性与结构强度，并具有优异的离型性与耐久性。
文档编号C03B11/00GK101182099SQ20061013871
公开日2008年5月21日 申请日期2006年11月13日 优先权日2006年11月13日
发明者王坤池 申请人:亚洲光学股份有限公司