基于紫外压印的二元光学器件制备方法研究
发布时间：2021-10-18 14:27
随着半导体技术以及微纳工艺的蓬勃发展,二元光学器件把传统光学带入了微光学领域,实现了光、机、电、算微型仪器的高度集成,但同时也为二元光学器件的低成本、高产出制备工艺提出了更高的要求。二元光学器件的传统制备方法需要经过多次光刻和刻蚀工艺,加工环节多,制备效率低,并且随着台阶数目增加,制备工艺越来越复杂。而直写技术、灰度掩模法等工艺制备成本昂贵、效率较低,不利于技术推广。本课题主要针对二元光学器件制备与复制问题,通过深入研究纳米压印技术机理,结合光刻套刻技术、反应离子刻蚀技术、紫外压印技术,提出一种高产出、低成本的高精度二元光学器件制备方法。主要研究内容如下:首先,研究纳米压印机理,推导了压印过程中聚合物的流变与填充原理,并以菲涅尔微透镜为出发点,理论与实验两个角度同时分析压印胶厚、压印时间、压印压力、压印温度、曝光时间对压印效果的影响。其次,使用L-edit软件设计了菲涅尔透镜与四台阶光栅掩膜板,在硅基底上制备了线宽为4μm、台阶深度307.5nm的四台阶光栅压印模具,并从曝光能量、显影参数、套刻工艺等方面对光栅的占空比进行了优化;从刻蚀功率、刻蚀压强、气体流量等方面优化了台阶深度、陡直...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1台阶数与衍射效率关系图
图 1-4 灰度掩模加工原理期发展起来的一种微纳加工方法，因其具到人们的关注，直写技术包括激光直写[ 。其中激光直写技术是利用强度可变的激在功能材料表面获得设计的微纳结构。激高精度扫描，因此能在抗蚀剂上得到任意十分复杂而且昂贵的制造设备，加工效率度结构制备[ 10]。的传统制备方法需要经过多次光刻和刻效率较低。随着制备台阶数目增加，加工难以控制。对于新兴发展的制备方法，虽不适合技术推广。因此，二元光学器件的着纳米压印技术的出现，其可以将原来的工效率，从而引起了科学家的广泛研究。
1.2 国内外研究情况分析1.2.1 二元光学器件的制备方法研究二元光学器件在光学应用方面具有很多传统光学器件无可替代的优点，如衍射效率高、独特的色散性能、宽广的材料选择性等[ 14]，但是，对于二元光学器件的传统制备方法，需要经过多次光刻套刻和刻蚀，加工环节比较多、生产周期长、且套刻对准精度难以控制，所以众多国家着手研究无掩膜方法，如：激光直写、电子束直写，并取得了一定成果，衍射效率能够到达 100%，也可以调整深高比而改变衍射角度。（1）国外现状2010 年俄罗斯的南乌拉尔国立大学、萨马拉国立航空航天大学以及德国的LIMO 公司共同研究的制备连续衍射光栅的新方法。他们认为传统的光刻系统受衍射的影响具有分辨率极限，所以利用衍射光学元件来优化激光束的形状，已得到高均匀性和高数值孔径光刻光束，从而突破传统光刻分辨极限，如图 1-所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]微纳柔性制造与印刷电子材料[J]. 刘艳花,申溯,周小红,方宗豹,浦东林,朱鹏飞,陈林森. 中国材料进展. 2014(03)
[2]衍射光学元件衍射效率的测量[J]. 杨亮亮,崔庆丰,刘涛,薛常喜. 光学学报. 2012(04)
[3]二氧化硅的干法刻蚀工艺研究[J]. 严剑飞,袁凯,太惠玲,吴志明. 微处理机. 2010(02)
[4]纳米压印光刻工艺的研究进展和技术挑战[J]. 丁玉成. 青岛理工大学学报. 2010(01)
[5]气囊气缸式真空紫外纳米压印设备研制[J]. 董晓文,司卫华,顾文琪. 光电工程. 2008(02)
[6]新型光刻技术的现状与进展[J]. 杨向荣,张明,王晓临,曹万强. 材料导报. 2007(05)
[7]采用模压技术的聚合物矩形光栅制作[J]. 于百英,庄其仁,阮思旭. 华侨大学学报(自然科学版). 2007(02)
[8]纳米压印技术的工艺和图形精度研究[J]. 司卫华,董晓文,顾文琪. 半导体光电. 2006(04)
[9]灰度掩模技术[J]. 李红军,李凤有,于利民,曹颖静,卢振武,廖江红,翁志成. 微细加工技术. 2000(01)
[10]衍射光学元件制作技术及未来展望[J]. 任延同,付永启. 光学精密工程. 1997(02)
博士论文
[1]基于激光直写技术的微光学器件的研究[D]. 楼益民.苏州大学 2011
[2]基于热压印的连续浮雕结构石英微光学元件加工技术研究[D]. 高育龙.哈尔滨工业大学 2010
[3]激光直写光刻技术研究[D]. 李凤有.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2002
硕士论文
[1]曲面微光学结构纳米压印制备技术研究[D]. 罗哲.哈尔滨工业大学 2013
[2]紫外纳米压印关键技术—图形转移层与模压曝光工艺研究[D]. 朱兆颖.同济大学 2007
本文编号：3442962
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1台阶数与衍射效率关系图
图 1-4 灰度掩模加工原理期发展起来的一种微纳加工方法，因其具到人们的关注，直写技术包括激光直写[ 。其中激光直写技术是利用强度可变的激在功能材料表面获得设计的微纳结构。激高精度扫描，因此能在抗蚀剂上得到任意十分复杂而且昂贵的制造设备，加工效率度结构制备[ 10]。的传统制备方法需要经过多次光刻和刻效率较低。随着制备台阶数目增加，加工难以控制。对于新兴发展的制备方法，虽不适合技术推广。因此，二元光学器件的着纳米压印技术的出现，其可以将原来的工效率，从而引起了科学家的广泛研究。
1.2 国内外研究情况分析1.2.1 二元光学器件的制备方法研究二元光学器件在光学应用方面具有很多传统光学器件无可替代的优点，如衍射效率高、独特的色散性能、宽广的材料选择性等[ 14]，但是，对于二元光学器件的传统制备方法，需要经过多次光刻套刻和刻蚀，加工环节比较多、生产周期长、且套刻对准精度难以控制，所以众多国家着手研究无掩膜方法，如：激光直写、电子束直写，并取得了一定成果，衍射效率能够到达 100%，也可以调整深高比而改变衍射角度。（1）国外现状2010 年俄罗斯的南乌拉尔国立大学、萨马拉国立航空航天大学以及德国的LIMO 公司共同研究的制备连续衍射光栅的新方法。他们认为传统的光刻系统受衍射的影响具有分辨率极限，所以利用衍射光学元件来优化激光束的形状，已得到高均匀性和高数值孔径光刻光束，从而突破传统光刻分辨极限，如图 1-所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]微纳柔性制造与印刷电子材料[J]. 刘艳花,申溯,周小红,方宗豹,浦东林,朱鹏飞,陈林森. 中国材料进展. 2014(03)
[2]衍射光学元件衍射效率的测量[J]. 杨亮亮,崔庆丰,刘涛,薛常喜. 光学学报. 2012(04)
[3]二氧化硅的干法刻蚀工艺研究[J]. 严剑飞,袁凯,太惠玲,吴志明. 微处理机. 2010(02)
[4]纳米压印光刻工艺的研究进展和技术挑战[J]. 丁玉成. 青岛理工大学学报. 2010(01)
[5]气囊气缸式真空紫外纳米压印设备研制[J]. 董晓文,司卫华,顾文琪. 光电工程. 2008(02)
[6]新型光刻技术的现状与进展[J]. 杨向荣,张明,王晓临,曹万强. 材料导报. 2007(05)
[7]采用模压技术的聚合物矩形光栅制作[J]. 于百英,庄其仁,阮思旭. 华侨大学学报(自然科学版). 2007(02)
[8]纳米压印技术的工艺和图形精度研究[J]. 司卫华,董晓文,顾文琪. 半导体光电. 2006(04)
[9]灰度掩模技术[J]. 李红军,李凤有,于利民,曹颖静,卢振武,廖江红,翁志成. 微细加工技术. 2000(01)
[10]衍射光学元件制作技术及未来展望[J]. 任延同,付永启. 光学精密工程. 1997(02)
博士论文
[1]基于激光直写技术的微光学器件的研究[D]. 楼益民.苏州大学 2011
[2]基于热压印的连续浮雕结构石英微光学元件加工技术研究[D]. 高育龙.哈尔滨工业大学 2010
[3]激光直写光刻技术研究[D]. 李凤有.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2002
硕士论文
[1]曲面微光学结构纳米压印制备技术研究[D]. 罗哲.哈尔滨工业大学 2013
[2]紫外纳米压印关键技术—图形转移层与模压曝光工艺研究[D]. 朱兆颖.同济大学 2007
本文编号：3442962
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