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上海螣芯电子科技有限公司-光学微结构加工工艺简介

发布日期 2020-03-31
在前面的文章中已经为大家介绍过光栅光波导技术的基本原理,今天再来简单介绍一下例如衍射光栅这类光学微结构的加工工艺与方法。

目前,共有两种方法来加工光学微结构:

(1)光刻技术 :利用曝光和显影技术,在基片表面上的光致抗蚀剂层上刻画出几何微结构,然后利用刻蚀工艺将光学掩模上的微结构转移到所在基片衬底上。



其中根据曝光方式的不同,可将光刻技术分为以下三类:

(a 接触式光刻技术:掩模直接和涂有光致抗蚀剂的基片表面接触



优点:分辨率高,设备简单,操作方便成本低
缺点:由于是机械接触,容易损伤掩模

(b 接近式光刻技术: 掩模和基片表面之间保持微小的间隙(5~50um)



优点:可有效避免掩模玷污和损伤
缺点:光学衍射效应会对分辨率产生影响

(c 光学投影成像光刻技术:用光学投影的方法将掩模板上的图案以等倍或缩小的方式投影在表片表面上,此时掩模板为成像系统的物方,基片表面上的光致抗蚀剂层为像方。


其中,投影光刻分辨率:

NA=nsina为投影物镜的数值孔径(a为投影物镜孔径角的一半),NA的典型值范围在0.16~0.8之间;k为物理及工艺因子,一般在1-1.2之间。λ为投影光波长,目前常用的波长为g线(436nm)光源和i线(365nm)光源。
优点:克服了光学衍射效应的影响,提高了光刻分辨率与对准精度
缺点:投影光机系统复杂且成本较高

另外一种光学微结构加工工艺为:

(2) 蚀刻技术:利用化学腐蚀或离子束冲击来实现光学微结构深度加工和控制

根据刻蚀方法的不同,可以分为以下几类:

a) 湿法蚀刻:利用稀释的化学溶液来蚀刻基底,蚀刻的速率主要取决于基底上被腐蚀的材料和溶液中化学反应物的浓度以及溶液的温度



优点:刻蚀速度快,且不需要太昂贵的装置和设备
缺点:刻蚀精度较低

b)干法蚀刻:利用离子源的能量来剥离材料中的分子以得到所想要的微结构形状。常见的干法蚀刻方法有以下几种:
(i)离子束蚀刻(Ion Beam Etching):利用有一定动能的惰性气体来轰击基片材料表面而形成的一种干法蚀刻效应,蚀刻过程具有高度各向异性,容易获得高分辨率和大深宽比的微细图形。





ii)反应离子束蚀刻(Reactive Ion Beam Etching):根据蚀刻材料选择单一气体或混合气体进入离子源放电室离化,然后利用经离子成像系统后成为方向性良好的离子束轰击基片表面,同时吸附气体与表面材料会发生相应的化学反应,因而蚀刻速率得到成倍的提升。




(ii)聚焦离子束(Focused Ion Beam):在电场和磁场的作用下,将离子束聚焦到亚微米量级,通过偏转系统和加速系统来控制离子源,实现微纳米结构的无掩模加工。

聚焦离子束可以在几个平方微米到1mm2的区域内进行数字光栅扫描,能够通过高能或化学增强溅射来去除不想要的材料或淀积金属、碳或类电介质薄膜来实现亚微米图像。





由于自己对光学微结构加工工艺的了解也仅局限于所学的课本知识中,所以今天关于它的介绍就到此为止啦!如果后续了解到更多关于微结构加工工艺的知识,会陆续更新这方面的文章并与大家进行更深入的探讨。后面会跟大家介绍衍射光栅光波导大规模量产时常用的纳米压印技术(Nano-Imprint Lithography),敬请期待!






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