光学器件、模具和制作模具的方法技术

本发明专利技术提出一种模具，所述模具由一种具有预定的表面形状的导电薄板和一种绝缘增强材料构成，其中应用阳极接合方法将导电薄板与绝缘增强材料相互结合在一起。特别是导电薄板优选由单晶硅构成并且绝缘增强材料优选是氧化物玻璃。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种诸如显微光学器件、一种信息记录媒体基片等物品，所述物品在基片的表面上具有预定的表面微皱的凹凸形状，和用于在加压的情况下制作所述物品的模具。但在采用上述的溶胶-凝胶方法时，为了以极高的精度将模具的形状传递给物品，必须同时进行加压和加热。另一方面，例如可以采用硅作为模具材料。作为形成有待传递的形状的方法，对单晶硅基片的表面涂敷一层光刻胶并采用光刻工艺成形，从而通过湿法腐蚀形成V-形槽。由于应用了晶体的腐蚀速度的各向异性，所以硅的优点在于，可以以高度的可再现性实现形状控制。但通常采用的硅基片的厚度很薄，从大约0.5mm至大约1mm。出于此原因，当将模具压在物品上时，将有可能出现如下情况，在物品凝固之前，负荷被非均匀地加在模具上。在这种情况下，薄的硅基片有可能破裂和受损。为此可以采用厚度较大的硅基片加以替代。然而即使增大了基片的厚度，但基于晶体的特性，得到改进的抗破裂的强度仍不能另人满意。同时还增加了材料费用。所以采用粘结剂将具有特殊强度的模具诸如玻璃板等粘附在具有模压形状的薄的硅基片的背面。采用此方式既可实现高精度的模压形状，又可以实现耐压的强度。另外，对单晶硅进行处理使之在表面上具有作为衍射光栅的衍射光栅形状的工艺已经公知(参见日本专利申请公开说明书10-26707)。在采用溶胶-凝胶材料作为原料的情况下，如上所述必须对模具进行加热。所以当采用粘合剂、胶带等将硅基片和玻璃基片相互粘合在一起时，粘合剂、胶带等必须耐得住在加压时刻的高温。加热的温度不低于150℃。而大多数粘合剂或胶带不能用于在上述高温下生产所述物品。另外，即使可以使用粘合剂或胶带，随着时间的推移粘合力也会降低。因此，存在着可靠性的问题。下面将对本专利技术的专利技术人实践过的特殊例子加以说明。如下所述制作一种模具。采用由Sin-Etsu Silicon有限公司出品的粘合剂SE5080将在其表面上具有衍射光栅形状的1mm厚的硅板(25×25mm)与具有与硅板相同形状的7mm厚的玻璃片(Corning公司出品硼硅酸盐玻璃#7740)粘合在一起。利用该模具对溶胶-凝胶溶剂在200℃的情况下模压30分钟(有关的详细的条件将在下面加以说明)。此后，准备对溶胶-凝胶溶剂脱模，但硅板和玻璃片将相互分离，并且在200℃的高温下不再能保持耐热的粘合剂强度。然后，为了实施脱模，将一个楔件插入硅片和物品之间。然而实施该作业非常困难并且硅板和物品都会因此而受到损伤。另一种情况是，采用3M公司出品的一种双面胶带#4390(厚度0.13mm)将如上所述的相同的硅板和Corning公司出品的相同的玻璃板#7740相互粘合在一起。以如上所述的相同的方式利用模具对溶胶-凝胶溶剂进行模压并接着对溶胶-凝胶溶剂进行脱模。在硅板表面上形成的衍射光栅形状在粘合前的测量出的峰-谷(PV)值为0.17μm，而物品上的PV值为0.45μm，此点表明由于在模压时刻双面胶带的变形也会在硅板上出现变形。事实上，当将单晶硅制成的衍射光栅安装在一个有待使用的设备上，出于对成本的考虑经处理的具有精密的表面凹凸形状的硅板必须很薄。但在此情况下，如果在基片不变形的条件下是很难实现衍射光栅的固定的。如果采用厚硅板又会导致如上所述的成本的增加。根据本专利技术的一个方面，提出一种模具，该模具由导电的薄板和绝缘的增强材料构成，其中对导电的薄板和绝缘的增强材料采用阳极接合(anodic bonding)技术结合在一起。尤其是导电的薄板由单晶硅制成并且绝缘的增强材料优选是氧化物玻璃。根据本专利技术的另一个方面，提出一种制作模具的方法，该方法包括下述步骤将导电薄板的正面加工成预定的形状；对所述导电薄板的背面进行研磨；和使所述导电薄板的背面与绝缘增强材料的正面接触，对所述导电薄板和所述绝缘增强材料进行加热并同时将一直流电压加在所述导电薄板和所述绝缘增强材料之间，其中所述导电薄板作为阳极。当导电薄板由单晶硅构成时，采用各向异性蚀刻的方式将所述导电薄板的正面加工成预定的形状。绝缘材料优选是氧化物玻璃。根据本专利技术的第三个方面，提出一种光学器件，由一种导电薄板和一种绝缘材料构成，其中该薄板具有一预定的表面形状，应用阳极接合(anodic bonding)方法将所述导电薄板与所述绝缘增强材料结合在一起。导电薄板优选由单晶硅构成，而绝缘增强材料是氧化物玻璃。根据本专利技术的第四个方面，提出一种制作模具的方法，包括如下步骤将导电薄板的正面加工成预定的形状；对所述导电薄板的背面进行研磨；和使所述导电薄板的背面与绝缘增强材料的正面接触，对所述导电薄板和所述绝缘增强材料进行加热并同时将一直流电压加在所述导电薄板和所述绝缘增强材料之间，其中所述导电薄板作为阳极。当导电薄板由单晶硅构成时，可以采用各向异性蚀刻方式形成预定的表面形状。绝缘增强材料优选是氧化物玻璃。本申请涉及包含在日本专利申请2000-368286的内容(申请日2000年12月4日)和日本专利申请2001-363197(申请日2001年11月28日)的全部内容。用于生产光学器件的模具通常具有在其表面上形成的凸、凹部分。例如每个凸部分可以是圆形、锥形或角锥形等。在模具的脱模覆层的全部或局部表面上具有所需数量的凸部分。另一方面，在具有作为下凹部分的一个槽时，则此槽可以是直线的或曲线的。在具有作为下凹部分多个槽时，则这些槽部分可以是同心对齐的或成栅格状的。与这些预定的形状相符，形成诸如表面-凹凸衍射光栅、V-形槽形状、显微透镜阵列、菲涅耳透镜等光学器件的形状，从而可以实现的形状的周期约在亚微米到几百微米的范围内。在生产具有预定表面形状的光学器件的加工过程中，形成物品的材料与支撑物紧密地接触并位于支撑物与模具之间，所以以薄膜的形式进行设置。接着对材料进行加压和加热，从而使模具的表面形状传递给材料。此时，有些材料需要加高压和加高温。在此情况下，导电的模具本身是不能承受如此大的压力的。作为对这种模具进行增强的方法，可以将增强材料粘结在模具的背面。根据本专利技术，应用阳极接合方法(anodic bongding)将诸如具有采用上述方法实现的预定的形状的金属等导电材料与诸如玻璃等增强材料接合在一起。由于基于阳极接合的接合不需要粘合剂，因此可以明显地改善模具的耐热性能，并且可以延长模具的使用寿命。如果采用单晶硅作为衍射光栅，而不是模具，则可以通过用固定在其上的绝缘的增强材料对单晶硅进行增强而获得衍射光栅。可以对这种衍射光栅加以应用，在将光栅安装在设备上时可以保持其表面的平面度。而且有待保持的表面的平面度将视设备的用途而异，通常等于或小于2.0μm，优选等于或小于1.0μm，并且更为优选的是等于或小于0.4μm。下面将对将金属和氧化物玻璃相互接合的阳极接合原理加以简要说明。在将金属与氧化物玻璃接触后，将一正的直流电压加在金属上，同时将一负的直流电压加在氧化物玻璃上。通常，在高温的情况下在玻璃上产生空间电荷，从而金属和玻璃被静电吸引力相互紧密地接合在一起。另外，在氧化物玻璃上的氧离子迁移到氧化物玻璃与金属之间的界面上，从而在氧离子与金属离子之间形成共价键。这些共价键将产生很大的粘合力。鉴于这种结合是基于上述原理的，因此只要是导电的并且可以在材料与氧化物之间形成共价键的任何一种材料都可以应用。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模具，包括：一种导电薄板，该薄板具有预定的表面形状；和一种绝缘的增强材料；其中应用阳极接合方法将所述的导电的薄板和所述的绝缘增强材料相互结合在一起。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：山本博章，堀雅宏，中村浩一郎，仲间健一，新毛胜秀，
申请(专利权)人：日本板硝子株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]