第三章微纳加工技术-6微光学元件制备分析.pptx

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  sin c  1 第三章 微纳加工技术 - 4 微光学元件制备 2014-5-29 二元光学制作技术 •二元编码分层掩模量化相位; •N次掩模,可制作2N个台阶; •标准微电子工艺; 二元光学设计 2    1    N  衍射效率: 紫外光刻+ 刻蚀 (三次) 八相位微透镜阵列 关键技术  套刻对准技术 红外双面对准光刻机  高精度刻蚀技术 SF6/O2/CHF3等离子体 离子束刻蚀 相对光强值 相对光强 2014-5-29 2 反应离子刻蚀 离子束刻蚀 •离子束刻蚀存在二次效 应即再沉积、再溅射和槽 底开沟,导致侧壁倾斜,但 刻蚀速率控制精度高,硅 的刻蚀速率10nm/min左右; • -2 -1 2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 dx=0m dx=0.45m dx=0.9m 0 x (m) -2 -1 0 1 2 0.0 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 1 dx=0 m dx=0.4m dx=0.9m 对4阶菲涅耳透镜衍射效率的 影响比较显著,对8阶菲涅耳 透镜衍射效率的影响小。 存在套刻误差的微透镜 套刻误差的影响 菲涅耳透镜存在δ 对准误差  在横向误差(包括线宽误差和对准 误差)和深度误差中,以对准误差的 影响最大  衍射效率随对准误差衰减速度很快。 • 石英衍射微透镜 Array: 1500640 Pixel:25 m 25m 自对准工艺(专利) • 使用聚合物的理由 -材料多样性:PMMA,PC,光学环氧胶,聚酰亚胺等. -重量轻 -规模复制,成本低 -可作为独立的光学元件,也可用于单片集成 • 单片集成的要求 -高光学透过率(材料,表面状况) -物理和化学稳定性 -工艺兼容性 -表面的平坦性 x (m) 聚合物微透镜制作技术 •制作技术 制作方法 材料 控制参数 特征 热熔法 PR 孔径,冠高 常用,简单,F数受接触角限制 二元光学法 PR 环带半径,台 阶深度 高衍射效率,填充系数,设计自 由度,但存在临界尺寸限制,套 刻对准困难 灰度等级掩模 PR,Sol-gel 曝光量和曝光 分布 专用设备,曝光量可调,但冠高 在几个微米 离子束刻蚀(IBE) Silicon,silic a 能量,电流, 入射角 专用设备,高刻蚀精度,但刻蚀速 度慢 反应离子刻蚀(RIE) Silicon, silica, polymer 气体组份和配 比,功率,气 压 专用设备,高刻蚀速率和选择性, 但刻蚀精度不高 激光直写 PR 功率,光束直 径 专用设备,刻蚀速率慢 微喷墨 Liquid polymer 液滴量 打印设备,接触角限制 微模制 Polymer 压力,温度,曝 光剂量 批量,低成本,多样性 焦距 曲率半径R 顶点高度h 膜厚H 100(F#=1) 200 400 60 120 240 27 10.9 5.5 14.8 5.3 2.6 d   3 3 2014-5-29 • 光刻热熔成型 • 干法刻蚀转移 聚合物微透镜:BCB 折射微透镜设计 光刻胶热熔前后截面变化 在热熔前后,可以近 似认为光刻胶浮雕图 形的体积保持不变, 设d为热熔前圆柱状 光刻胶的底边直径, H为光刻胶层厚度, 于是有 3 h 2   H h2R  2 4h2(3Rh) 3d 2 H  • 制造直径为100μm微透镜的不同参数 (设光刻胶的折射率为1.6) 对于较高数值孔径的透 镜, 熔化过程令人满意; 对于长焦距透镜,熔化 过程倾向于在中间产生 凹陷而不是球面。 透镜F#=1~3 c高宽比适中 b高宽比过大 a.高宽比过小 光刻胶热熔后的几种不同结果 表面轮廓测量曲线 热熔后光刻胶图形 反应离子刻蚀转移: 刻蚀选择比对微透镜形貌的影响 2014-5-29 热熔Sol-Gel 玻璃制作微透镜 • 无机有机杂化SiO2-ZrO2Sol-Gel热熔 M.He,X.-C.Yuan,OpticsLetter,2003,v28n9,731 凹微透镜以及旋转双曲面微透镜的制作 • 复制技术 MiaoHe,XiaocongYuan,OpticsLetter,2004,v29,9,1007; v29,n17, 2004 4 热压 注模 紫外模塑 +成熟的技术 +投入小,成本低 +聚合物中的光程短 +平坦度高 +相对于衬底的可调性 +可利用现有设备 -材料范围受限 -复制质量较低 -低稳定性 -收缩率较高 -成本相对较高 5 2014-5-29 注模复制菲涅尔透镜 Mol

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