在前面的文章中已經為大家介紹過光柵光波導技術的基本原理,今天再來簡單介紹一下例如衍射光柵這類光學微結構的加工工藝與方法。
目前,共有兩種方法來加工光學微結構:
(1)光刻技術 :利用曝光和顯影技術,在基片表面上的光致抗蝕劑層上刻畫出幾何微結構,然後利用刻蝕工藝將光學掩模上的微結構轉移到所在基片襯底上。
其中根據曝光方式的不同,可將光刻技術分為以下三類:
(a 接觸式光刻技術:掩模直接和塗有光致抗蝕劑的基片表面接觸
優點:分辨率高,設備簡單,操作方便成本低
缺點:由於是機械接觸,容易損傷掩模
(b 接近式光刻技術: 掩模和基片表面之間保持微小的間隙(5~50um)
優點:可有效避免掩模玷污和損傷
缺點:光學衍射效應會對分辨率產生影響
(c 光學投影成像光刻技術:用光學投影的方法將掩模板上的圖案以等倍或縮小的方式投影在表片表面上,此時掩模板為成像系統的物方,基片表面上的光致抗蝕劑層為像方。
其中,投影光刻分辨率:
NA=nsina為投影物鏡的數值孔徑(a為投影物鏡孔徑角的一半),NA的典型值範圍在0.16~0.8之間;k為物理及工藝因子,一般在1-1.2之間。λ為投影光波長,目前常用的波長為g線(436nm)光源和i線(365nm)光源。
優點:克服了光學衍射效應的影響,提高了光刻分辨率與對準精度
缺點:投影光機系統複雜且成本較高
另外一種光學微結構加工工藝為:
(2) 蝕刻技術:利用化學腐蝕或離子束衝擊來實現光學微結構深度加工和控制
根據刻蝕方法的不同,可以分為以下几類:
a) 濕法蝕刻:利用稀釋的化學溶液來蝕刻基底,蝕刻的速率主要取決于基底上被腐蝕的材料和溶液中化學反應物的濃度以及溶液的溫度
優點:刻蝕速度快,且不需要太昂貴的裝置和設備
缺點:刻蝕精度較低
b)干法蝕刻:利用離子源的能量來剝離材料中的分子以得到所想要的微結構形狀。常見的干法蝕刻方法有以下幾種:
(i)離子束蝕刻(Ion Beam Etching):利用有一定動能的惰性氣體來轟擊基片材料表面而形成的一種干法蝕刻效應,蝕刻過程具有高度各向異性,容易獲得高分辨率和大深寬比的微細圖形。
ii)反應離子束蝕刻(Reactive Ion Beam Etching):根據蝕刻材料選擇單一氣體或混合氣體進入離子源放電室離化,然後利用經離子成像系統后成為方向性良好的離子束轟擊基片表面,同時吸附氣體與表面材料會發生相應的化學反應,因而蝕刻速率得到成倍的提升。
(ii)聚焦離子束(Focused Ion Beam):在電場和磁場的作用下,將離子束聚焦到亞微米量級,通過偏轉系統和加速系統來控制離子源,實現微納米結構的無掩模加工。
聚焦離子束可以在幾個平方微米到1mm2的區域內進行數字光柵掃描,能夠通過高能或化學增強濺射來去除不想要的材料或澱積金屬、碳或類電介質薄膜來實現亞微米圖像。
由於自己對光學微結構加工工藝的了解也僅侷限于所學的課本知識中,所以今天關於它的介紹就到此為止啦!如果後續了解到更多關於微結構加工工藝的知識,會陸續更新這方面的文章並與大家進行更深入的探討。後面會跟大家介紹衍射光柵光波導大規模量產時常用的納米壓印技術(Nano-Imprint Lithography),敬請期待!