高精度石英全息透镜的MEMS工艺制作.pdf

第 23卷 第 11期 光学 精密工程 V01．23 No．11 2015年 11月 OpticsandPrecisionEngineering NOV．2015 文章编号 1004—924X(2015)11-3107—07 ．_．】 口 同精度石英全息透镜的MEMS工艺制作 韩励想 ，滑 伟 ，马建设 ，苏 萍 (1．清华大学深圳研究生院，广东深圳518055； 2．中山大学 中法核工程-9技术学院，广东珠海 519000) 摘要 ：通过微电子机械技术 (MEMS)在抛光 的熔融石英基材表面制作了平面精度达到 0．4 m 的超大单片面积的全息透 镜。采用了分辨率达到0．2 m 的步进投影式拼接光刻，适合石英基材的专用等离子耦合刻蚀(ICP)干法刻蚀技术，特殊 的物理清洗方法 ，以及相关的多项辅助工艺 。透镜理想面形横截面 曲线为分段抛物线，每一片 由23个柱状结构单元周 期横 向排列构成 ，采用等深度不等宽度 的4台阶结构拟合 ，单元宽度约为 2．966InIn。在 4in(10．16cm)圆片上 ，获得 了 单片尺寸为 68mm×68iTlm 的方形透镜。采用接触式台阶仪 ，扫描 电子显微镜 (SEM)，高倍光学显微镜等方法进行不 同阶段检测 。结果显示 ：台阶平面精度为 0．4z／m，垂直精度为 30nm，有非常好 的立墙陡直度和刻蚀均匀性。此工艺方 案可实现小规模批量生产，成本适中，可以直接用于制作 6in(15．24cm)以上同等级要求的石英透镜，经适当改进也可 用于蓝宝石等基底材料的制作。 关 键 词 ：微 电子工艺；光刻 ；全息透镜 ；等离子耦合干法刻蚀 ；微机 电系统(MEMS) 中图分类号 ：0438．1；TN405．98 文献标识码 ：A doi：10．3788／OPE．2O152311．3107 precisionq HAN Li—xiang ，HUA Wei。，MA Jian—she ，SU Ping (1．GraduateSchoolatShenzhen，TsinghuaUniversity，Shenzhen518055，China； 2．InstitutFranco—ChinoisdeIEnergieNucldaire，SunYat—senUniversity，Zhuhai519000，China) *C0r7rPsp0 gauthor，E-mail：ma．jianshe@mail．SZ．tsinghua．edu．cn Abstract：An over—sized monolithic holographic lenswith amicron plane precision of 0．4pm is fabricatedonaquartzsubstratewellpolishedbyMicro—electro—mechanicalsystem (MEM s)process． Someimprovedmethodsareusedinthisseriesprocess，suchasthestepperprojectionexposurewitha resolutionof0．2 “m andthestitchingmethod，theimproved ICP (InductivelyCoupledPlasma)dry etching technology foraquartz，thephysicalcleaning methoddesignedespecially andalotofother supportingprocesses． The idealsurface shape curveof cross section for the hologram lens isa piecewiseparabola．A singlelensishorizontally arrayedby 23 column cells