[发明专利]一种半球状微透镜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种半球状微透镜及其制备方法，该透镜包括至少一个透镜镜体（2），所述透镜镜体(2)为：选定标准微球透镜(2′)一个经过球心的面，在所述经过球心的面的两侧分别平行切割掉部分球面。制备方法分别在标准的微球透镜两侧平行切割掉部分球面，随后浸泡在第二材料膜层(4)内，当平行于光轴的入射光从半球状微透镜被部分切割的球面测入射时，通过被切割的球面的光线将不参与形成光斑，这有益于改善光斑的半高宽；通过未被切割的球面的光线因离光轴更远，形成具有更长工作距的焦斑，可应用在远场平行成像/光刻方面，提高特征尺寸接近或大于300nm的图案平行成像/光刻的效率。

技术领域

本发明涉及光学及电子技术领域，特别是涉及一种半球状微透镜及其制备方法。

背景技术

随着半导体器件集成度增大，半导体器件上的元器件的尺寸趋于微纳米量级，更多场景下需要具有200nm-400nm分辨率的成像系统或光刻系统。传统光学透镜由于受光学衍射极限的限制，再加上光源质量、系统光路等影响，金相显微镜较难看清300nm大小的颗粒。另外，传统透镜尺寸大，难于制成透镜阵列实现平行工作以提高工作效率。其他高分辨成像系统，如原子力显微镜、扫描电子显微镜，不但设备本身成本高昂，且工作效率也较低。在芯片制备领域，通常采取液浸传统透镜的方式压缩光斑，条件甚为苛刻；而电子束光刻、离子束刻蚀由于输出效率低，在芯片领域几乎不被采用。

平行光通过波长量级的微球透镜，可在其阴影侧附近形成具有超衍射极限尺寸的长焦斑，同时胶体微球透镜易于自组装获得大面积透镜阵列，正由于微球透镜对入射光优异的聚焦特性和易于自组装的特点，已有科研工作者将微球透镜与传统光学显微系统结合，实现了150nm宽度特征尺寸的成像，或直接将单层微球透镜阵列组装于光刻胶膜层上，曝光、显影后可得最小约100nm特征尺寸的孔阵列。但微球透镜的不足在于工作距较短，约2μm以内，不容易在远场情况下进行微球透镜阵列平行成像或平行光刻；目前尝试延长微球透镜工作距的办法是双层/多层同心微球透镜，但对于外径约10μm的双层/多层同心微球，其工作距一般也小于6μm，而聚焦光束的束腰半宽大于工作波长；标准单层/双层半球透镜也具有较长的工作距，但与对应的双层同心微球透镜相比，其聚焦光束的半宽明显增大、光强度下降。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种微球透镜，能够解决现有技术中微球透镜工作距较短、聚焦光束的束腰半宽较大以及光强度较低的问题，因此亟需设计一种具有较长工作距、较窄亚波长光束束腰半高宽和光强度较高的微透镜，能应用于光学远场亚波长成像或光刻，亦可平行成像或平行光刻。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种半球状微透镜及其制备方法。

其中，一种半球状微透镜，包括至少一个透镜镜体2，所述透镜镜体2为：选定标准微球透镜2′一个经过球心的面，在所述经过球心的面的两侧分别平行切割掉部分球面。

优选地，还包括第二材料膜层4，所述透镜镜体2浸泡在第二材料膜层4中，透镜镜体2的一个切面位于第二材料膜层4表面，也可使第二材料膜层(4)表面高出透镜镜体(2)的该切面。

优选地，还包括第三基板8和第二粘性膜层7，所述第二粘性膜层7的两侧分别与所述第三基板8和第二材料膜层4连接。

优选地，所述第三基板8、第二粘性膜层7和第二材料膜层4均为透明且透光性好的材质。

优选地，所述透镜镜体2包括单个透镜或多个透镜，所述多个透镜单层并列排布。

一种半球状微透镜制备方法,所述方法包括透镜镜体切割步骤：选定标准微球透镜2′一个经过球心的面，在所述经过球心的面的两侧分别平行切割掉部分球面；

所述切割包括第一次切割和第二次切割，第一次切割包括：移除覆盖在所述微球透镜2′顶端的第一材料膜层3′和第二材料膜层4′，然后去除所述微球透镜2′高于剩余第二材料膜4″的平面部分，得到第一样本；