基于紫外压印的二元光学器件制备方法研究

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1、硕士学位论文基于紫外压印的二元光学器件制备方法研究RESEARCHONFABRICATIONOFBINARYOPTICSELEMENTSBASEDONUV-NIL罗军哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TH741学校代码：10213国际图书分类号：681密级：公开工学硕士学位论文基于紫外压印的二元光学器件制备方法研究硕士研究生：罗军导师：金鹏教授申请学位：工学硕士学科：仪器科学与技术所在单位：超精密光电仪器工程研究所答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TH741U.D.C:681DissertationfortheMasterDe

2、greeinEngineeringRESEARCHONFABRICATIONOFBINARYOPTICSELEMENTSBASEDONUV-NILCandidate：LuoJunSupervisor：Prof.JinPengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringInstrµmentationScienceandSpeciality：TechnologyDepartmentofAutomaticAffiliation：MeasurementandControlthDateofDefence：June27,2015Degree-Confer

3、ring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要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

4、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、陡直性以及光栅表面粗糙度。再次，结合紫外压印技术、反应离子刻蚀技术

5、，将菲涅尔透镜和四台阶光栅结构分别复制到石英玻璃基底上，完成了模板图形结构转移，并提出了掩膜层与基底分离刻蚀的图形转移方法，该方法操作简便，且可以优化四台阶光栅压印模板的台阶深度缺陷。最后还设计了所加工器件的光学检测实验系统，并测量了菲涅尔透镜与四台阶光栅的光学性能参数，测量结果表明：菲涅尔透镜衍射效率为37%，焦距9.3mm；四台阶光栅衍射效率为74.6%，从而实现了高精度二元光学器件的高效率、低成本制备。关键词：菲涅尔透镜；四台阶光栅；套刻；紫外压印I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentofsemiconductortechn

6、ologyandmicro-nanotechnology,thebinaryopticstakesconventionalopticsintothefieldofmicro-optics.Itachieveshighlyintegratedminiatureinstrµmentsincludeofoptics,mechanical,electrical,andcount,butitalsoputforwardhigherrequirementsforthelowcostandhigh-yieldofbinaryoptics.Theconventionalproductionmethod

7、ofbinaryopticsneedtogothroughmultiplelithographyandetchingtechniques,multi-processingsectors,lowproductionefficiency,longcycle.Andthemorestepsthemorecomplicatedproductionprocess.Moreover,DirectWritingtechnology,Grayscalemask