菲涅尔模具制备方法与流程

本发明涉及微透镜加工领域，尤其涉及一种的菲涅尔模具制备方法。

背景技术：

随着光学透镜应用越来越广泛，菲涅尔作为一种体积小、质量轻的透镜，在国防、航空、光伏等领域具有广泛应用。

为节约成本，菲涅尔样品常常采用纳米压印工艺路线。纳米压印母模板价格昂贵，加工周期长，为防止母模板的损坏，常常采用电铸复制金属子模板的方法。

然而，电铸金属子模板(如镍，元素符号:ni)在后续的压印过程中需与紫外光刻胶直接接触，紫外光刻胶与金属子模板有一定的粘附性，因而脱模困难。脱模造成的缺陷将大大降低生产效率，增加生产成本。已有的防粘方法中，对金属子模板通过物理气相沉积(英文为physicalvapordeposition，简称pvd)一层类金刚石(dlc)涂层可达到防粘效果，但该涂层制备成本高，且表面粗糙度大，影响微纳结构的复制精度。此外，通过对光刻胶进行活化处理(添加含氟表面活化剂)也可达到防粘效果，但光刻胶在压印过程中易于基底脱离，可靠性较差。

因此，有必要提供一种新的菲涅尔模具制备方法解决上述问题。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题是提供一种模具防粘效果好、操作简单且可靠性高的菲涅尔模具制备方法。为解决上述技术问题，本发明提供一种菲涅尔模具制备方法，该方法包括如下步骤:

步骤s1、在菲涅尔模具的母模板的模槽侧压印光刻胶，紫外固化后脱模制得与所述菲涅尔模具匹配的软模板；

步骤s2、在所述软模板的所述光刻胶一侧物理气相沉积第一金属，以形成导电层；

步骤s3、将所述软模板的导电层表面电铸第二金属以获得金属模具；

步骤s4、在所述金属模具的模槽侧通过物理气相沉积形成过渡层，并使所述过渡层表面羟基化；

步骤s5、在所述金属模具过渡层表面沉积长链氯硅烷气体形成抗粘剂，得到具有防粘功能的所述菲涅尔模具。

更优的，所述步骤s1之前还包括：步骤s10、清洁所述母模板；在所述步骤s1之后还包括：步骤s11、清洁所述软模板；在所述步骤s3之后还包括：步骤s31、清洁所述金属模具。

更优的，在所述步骤s1中，在压印所述光刻胶时，将聚甲基丙烯酸甲酯塑料板覆盖于该压印光刻胶表面形成支撑层。

更优的，在所述步骤s2中，所述物理气相沉积的方式为磁控溅射法，所述第一金属为镍，所述导电层的厚度小于1000nm。

更优的，所述导电层的厚度在10nm～100nm之间。

更优的，在所述步骤s3中，所述第二金属为镍或铜，电铸后所述金属模具的厚度小于1mm。

更优的，所述第一金属与所述第二金属材质相同。

更优的，在所述步骤s4中，所述过渡层为氧化物或单质，所述过渡层的厚度小于100nm。

更优的，所述过渡层的厚度在10nm～30nm之间。

更优的，所述过渡层为氧化物，对所述过渡层进行惰性气体等离子体轰击以使其表面羟基化，所述等离子体轰击的时间在10分钟～30分钟之间。

更优的，所述过渡层为二氧化硅或三氧化二铝，所述惰性气体为氮气或氩气，所述等离子体轰击的时间在10分钟～20分钟之间。

更优的，所述过渡层为单质，对所述过渡层氧气等离子体轰击以使其表面氧化和羟基化，所述等离子体轰击的时间在10分钟～60分钟之间。

更优的，所述过渡层为硅或铝，所述等离子体轰击的时间在20分钟～30分钟之间。

更优的，在所述步骤s5中，所述抗粘剂为长链氯硅烷，所述抗粘剂与所述过渡层中的羟基发生反应，所述沉积的温度为在50℃～300℃之间，所述沉积的时间在0.1～6小时之间。

更优的，所述沉积的温度在150℃～250℃之间，所述沉积的时间在0.5小时～2小时之间。

与相关技术相比，本发明的菲涅尔模具制备方法中通过步骤s1、在菲涅尔模具的母模板的模槽侧压印光刻胶，紫外固化后脱模制得与所述菲涅尔模具匹配的软模板；步骤s2、在所述软模板的所述光刻胶一侧物理气相沉积第一金属，以形成导电层；步骤s3、将所述软模板的导电层表面电铸第二金属以获得金属模具；步骤s4、在所述金属模具的模槽侧通过物理气相沉积形成过渡层，并使所述过渡层表面羟基化；步骤s5、在所述金属模具过渡层表面沉积长链氯硅烷气体形成抗粘剂，得到具有防粘功能的所述菲涅尔模具。该过程操作简单且制造成本低。另外，所述过渡层形成羟基，并与所述抗粘剂反应，降低模板表面能，防止后续纳米压印工序时脱模引起的粘连现象，从而使所述菲涅尔模具制备方法的模具防粘效果好、可靠性高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1为本发明菲涅尔模具制备方法的流程图；

图2为本发明菲涅尔模具制备方法的一种实施例的流程图；

图3为本发明一种实施例的母模板的示意图；

图4为本发明一种实施例的母模板与软模板配合的示意图；

图5为本发明一种实施例的具有导电层的软模板的示意图；

图6为本发明一种实施例的软模板与金属模具的示意图；

图7为本发明一种实施例的金属模具的示意图；

图8为本发明一种实施例的具有过渡层的金属模具的示意图；

图9为本发明一种实施例的具有抗粘剂的金属模具的示意图；

图10为图9中的a部分局部放大图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

请同时参阅图1-10，本发明提供一种菲涅尔模具制备方法，该方法包括如下步骤:

步骤s10、清洁所述母模板1。清洁所述母模板1有利于压印光刻胶，提高成品率。

步骤s1、在菲涅尔模具的母模板1的模槽侧压印光刻胶21，紫外固化后脱模制得与所述菲涅尔模具匹配的软模板2。其中，所述母模板1和光刻胶21都为本领域常用的模具和材料，设计者根据需要选择和定制，在此不做详细描述。

在本实施方式中，所述软模板2包括光刻胶21和聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，简称pmma)塑料板22。在压印所述光刻胶21时，将聚甲基丙烯酸甲酯塑料板22覆盖于该压印光刻胶21表面形成支撑层。其中，所述光刻胶21为无影胶。所述聚甲基丙烯酸甲酯塑料板22用于增强所述软模板2的硬度且支撑和压平所述光刻胶21，有利于脱模使用。

步骤s11、清洁所述软模板2。清洁所述软模板2也就是压印光刻胶表面清洁，使该表面保证清洁以利于与后续工序的进行，从而提高可靠性。

步骤s2、在所述软模板2的所述光刻胶21一侧物理气相沉积第一金属，以形成导电层3。

其中，所述物理气相沉积的方式为磁控溅射法。当然，其他方式的物理气相沉积也是可以采用的。在本实施方式中，所述第一金属为镍，当然，其他金属也是可以的。所述导电层3的厚度小于1000nm。更优的，所述导电层3的厚度在10nm～100nm之间时，达到的效果最好。

步骤s3、将所述软模板2的导电层3表面电铸第二金属以获得金属模具4。本步骤中的电铸为本领域常用的技术方法，在此不做详细描述。

在本实施方式中，所述第二金属为镍或铜，当然，其他金属也是可以的。更优的，所述第一金属与所述第二金属材质相同时，电铸的效果最好。电铸后所述金属模具4的厚度小于1mm。更优的，电铸后所述金属模具4的厚度为0.5mm时，达到的效果最好。

步骤s31、清洁所述金属模具4。在本实施方式中，也就是清洁电铸后的镍模板，以保证后续与所述过渡层5的结合力。

步骤s4、在所述金属模具4的模槽侧通过物理气相沉形成过渡层5，并使所述过渡层5表面羟基化。

在本实施方式中，所述过渡层5的厚度小于100nm。更优的，所述过渡层5的厚度在10nm～30nm之间。

所述过渡层5为氧化物或单质。

所述过渡层5为氧化物。对所述过渡层5进行惰性气体等离子体轰击以使其表面羟基化，所述等离子体轰击的时间在10分钟～30分钟之间。在本实施方式中，所述过渡层5为二氧化硅或三氧化二铝。所述惰性气体为氮气或氩气，所述等离子体轰击的时间在10分钟～20分钟之间效果最佳。经过所述惰性气体等离子体轰击的所述过渡层5的表面羟基化。

所述过渡层5为单质。对所述过渡层5氧气等离子体轰击以使其表面羟基化，所述等离子体轰击的时间在10分钟～60分钟之间。在本实施方式中，所述过渡层5为硅或铝。所述等离子体轰击的时间在20分钟～30分钟之间效果最佳。经过氧气等离子体轰击的所述过渡层5的表面羟基化。

步骤s5、在所述金属模具4过渡层5表面沉积长链氯硅烷气体形成抗粘剂6，得到具有防粘功能的所述菲涅尔模具。

所述抗粘剂6为长链氯硅烷。所述抗粘剂6与所述过渡层5中的羟基发生反应。所述金属模具4由此获得防粘效果。

所述沉积的温度为在50℃～300℃之间。更优的，所述沉积的温度为在150℃～250℃之间。

所述沉积的时间在0.1～6h之间，更优的，所述沉积的时间在0.5小时～2小时之间。

请同时参阅图3-10，以下通过两个具体的实施例进行说明所述菲涅尔模具制备方法。

(第一实施例)

请参阅图3，步骤a10、将菲涅尔模具的母模板1用酒精超声清洗，并用显微镜观察所述母模板1表面清洁。其中，所述母模板1表面无灰尘、脏污等缺陷表示已清洁。

请参阅图4，步骤a1、在所述母模板1结构区域涂光刻胶21，其中光刻胶21为无影胶，60℃前烘10分钟去除气泡，并覆盖聚甲基丙烯酸甲酯塑料板22至无影胶表面，紫外固化3分钟，在60℃后烘10分钟后脱模。本步骤制得与所述菲涅尔模具匹配的软模板2。其中，无影胶(即uv胶)又称光敏胶、紫外光固化胶。无影胶是一种必须通过紫外线光照射才能固化的一类胶粘剂，它可以作为粘接剂使用，也可作为油漆、涂料、油墨等的胶料使用。uv是英文ultravioletrays的缩写，即紫外光线。清洁软模板：物理气相沉积前，将软模板2用去离子水超声清洗15min，随后用氮气枪吹干。

请参阅图5，步骤a2、在所述软模板2表面磁控溅射镀镍。其中，膜层厚度为20nm。即将所述软模板2通过物理气相沉积镍形成导电层3。

请参阅图6，步骤a3、将所述软模板2放置于电铸装置中，电铸厚度0.5mm的镍模板。即将所述软模板2电铸镍制得金属模具4。

请参阅图7，步骤a31、脱模，随后将电铸后的金属镍模具在氢氧化钾(化学式：koh，式量：56.1)和丙酮中先后各超声清洗15分钟，去除残余的压印胶和脏污，以保证后续与过渡层的结合力。

请参阅图8，步骤a4、在金属镍模具上物理气相沉积一层二氧化硅(sio2)。其中，该膜层为过渡层5，其厚度为10nm。

步骤a41、对二氧化硅(sio2)组成的过渡层5进行氩气等离子体轰击15分钟，使其表面羟基化。

请同时参阅图9-10，步骤a5、将羟基化处理后的金属镍模具放置在真空加热设备中，在氮气保护下加热至180℃，并保温1小时，使全氟辛基硅烷气体沉积至金属镍模具表面作为抗粘剂6。由此获得具有防粘效果的金属模具4。

将由上面步骤制得的金属模具4用于压印光刻胶，且压印10次后仍不粘模，相较于原始金属模具，具有良好的防粘效果。

(第二实施例)

请参阅图3，步骤b10、将菲涅尔模具的母模板1用酒精超声清洗，并用显微镜观察所述母模板1表面清洁。其中，所述母模板1表面无灰尘、脏污等缺陷表示已清洁。

请参阅图4，步骤b1、在所述母模板1结构区域涂光刻胶21，其中光刻胶21为无影胶，60℃前烘10分钟去除气泡，并覆盖聚甲基丙烯酸甲酯塑料板22至无影胶表面，紫外固化3分钟，在60℃后烘10分钟后脱模。本步骤制得与所述菲涅尔模具匹配的软模板2。清洁软模板：物理气相沉积前，将软模板2用去离子水超声清洗15min，随后用氮气枪吹干。

请参阅图5，步骤b2、在所述软模板2表面磁控溅射镀镍。膜层厚度为50nm，即将所述软模板2通过物理气相沉积镍形成导电层3。

请参阅图6，步骤b3、将所述软模板2放置于电铸装置中，电铸厚度0.5mm的镍模板。即将所述软模板2电铸镍制得金属模具4。

请参阅图7，步骤b31、脱模，随后将电铸后的金属镍模具在氢氧化钾和丙酮中先后各超声清洗15分钟，去除残余的压印胶和脏污，以保证后续与过渡层的结合力。

请参阅图8，步骤b4、在金属镍模具上物理气相沉积一层硅(si)。其中，该膜层为过渡层5，其厚度为10nm。

步骤b41、对硅(si)组成的过渡层5进行氧气等离子体轰击30分钟，使其表面氧化和羟基化。

请同时参阅图9-10，步骤b5、将羟基化处理后的金属镍模具放置在真空加热设备中，在氮气保护下加热至230℃，并保温30分钟，使全氟辛基硅烷气体沉积至金属镍模具表面作为抗粘剂6，由此获得具有防粘效果的金属模具4。

将由上面步骤制得的金属模具4用于压印光刻胶，且压印10次后仍不粘模，相较于原始金属模具，具有良好的防粘效果。

通过上述第一实施例和第二实施例可以得出结论：所述菲涅尔模具制备方法的模具防粘效果好、操作简单且可靠性高。

与相关技术相比，本发明的菲涅尔模具制备方法中通过步骤s1、在菲涅尔模具的母模板的模槽侧压印光刻胶，紫外固化后脱模制得与所述菲涅尔模具匹配的软模板；步骤s2、在所述软模板的所述光刻胶一侧物理气相沉积第一金属，以形成导电层；步骤s3、将所述软模板的导电层表面电铸第二金属以获得金属模具；步骤s4、在所述金属模具的模槽侧通过物理气相沉积形成过渡层，并使所述过渡层表面羟基化；步骤s5、在所述金属模具过渡层表面沉积长链氯硅烷气体形成抗粘剂，得到具有防粘功能的所述菲涅尔模具。该过程操作简单且制造成本低。另外，所述过渡层形成羟基，并与所述抗粘剂反应，降低模板表面能，防止后续纳米压印工序时脱模引起的粘连现象，从而使所述菲涅尔模具制备方法的模具防粘效果好、可靠性高。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。