第4章　衍射光学元件的加工技术.pptVIP

第四章　衍射光学元件的加工技术 §4.1 掩模套刻技术 制作出元件的掩模版 利用掩膜版光刻胶基片进行曝光， 将元件放在显影液中显影， 将元件放在刻蚀系统中进行刻蚀。 最后清洗掉元件表面的光刻胶，便制成了衍射光学元件。 分类：台阶型轮廓的二元光学器件是利用标准的大规模集成电路生产工艺制作的，它分加法相减法两种工艺途径。 减法工艺，又称刻蚀法。首先制作黑白图案的掩模版，利用光刻技术将图形转印到涂在基片表面的光刻胶上，再经过刻蚀技术将光刻胶表面图形转印到基底上，在基底表面形成两台阶结构。多次重复上述工艺过程，就可制作成多台阶表面浮雕轮廓相位型光学器件。 加法工艺又称薄膜淀积法。其流程与减法相同，唯一不同的是，台阶的形成不是通过刻蚀，面是淀积一定厚度的薄膜。 优缺点：淀积法的优点是能够实现膜层厚度的实时监控，台阶深度精度高。而刻蚀法则在结构强度及其牢固性方面优于薄膜淀积法。 一、掩模版制作 掩模版可用绘图机绘制成红膜图再精缩而成；也可用光学或电子束图形发生器直接曝光生成图形。 图示即电子束图形发生器制作掩模版的过程。首先在计算机内绘制掩模图形，并按一定的数据格式存入数据文件，然后由图形发生器转换成控制电子束偏转和位移的量，并驱动电子束对铬和抗蚀层基片表面曝光，经过显影后在抗蚀层上形成掩模图案， 光学图形发生器是用光束代替电子束完成光刻胶曝光。 由于光的波长较电子束波长长得多，其分辨率比电子束低，约0.5μm。 一般可制作小于20.32cm(8in)的掩模版。但因其设备较电子束图形发生器便宜得多，仍是目前最常用的一种制版方法。 绘红膜图制版是利用绘图机将图形直接绘制在红膜上，再经过粗缩和精缩将红膜图缩小转印在干版上，这种制版方法最简单，分辨率约1μm，制版面积最大可达(200×200)mm2。 二、曝光过程 曝光过程是把掩模板的图案向涂有光刻胶的基片进行转移的过程。这一过程主要包括基片预处理、涂胶、前烘和曝光。 基片预处理是对基片进行清洗和干燥，目的是去掉基片表面的灰尘和污垢，使光刻胶能够均匀的附着在基片的表面。 一般可以采用洗涤剂或丙酮和酒精溶剂来清洗基片表面的有机油污和尘埃颗粒等杂质。 但在对基片预处理的工艺工程中，去掉基片表面上吸附的水分是比较困难的。在单晶硅基片的预处理中，对涂有负性光刻胶的基片有时采用200℃烘烤去掉表面的物理吸附水，以减少光刻胶和基片表面的接触距离，使粘附力增加。但对一般的正性光刻胶和对粘附性要求特别高的涂胶工艺，烘烤基片的方法还是远远不够的。一般的方法是采用硅有机化合物，使基片表面在短时间内由亲水性转变为憎水性，从而提高了各种去水性光刻胶与基片之间的粘附力。 涂胶就是在基片表面覆盖一层光刻胶，这是光刻胶的成膜过程。对这一步的要求是所涂的胶膜必须均匀，且应该达到制作光栅工艺所要求的厚度。 涂胶的方法很多，有喷雾涂胶、流动涂胶、浸润涂胶、滚动涂胶和旋转涂胶等。 比较常用的是旋转涂胶法，从所涂胶膜厚度的一致性和稳定性来说，旋转涂胶法比其它方法要好。 涂胶时，所涂胶膜的厚度与许多因素有关，除了与光刻胶的固含量、胶液粘度和胶的种类外，还与涂胶台的温度、涂胶台的构造形式、排气量的大小、胶液滴加量的多少、光刻胶溶剂的气化速率等因素有关。在上述条件变化不大的情况下，膜厚主要取决于光刻胶的粘度和涂胶台的转速。 在实际操作时，可以通过合理的选取光刻胶的型号和涂胶台的转速来涂出所需要的胶膜。 前烘 在涂好的胶膜中，常含有很多溶剂，这将使得胶膜的致密性及其与基片表面的粘附性变差，从而使显影液的溶解速度不稳定，同时在微细加工过程中容易造成物理损伤。为此，必须对胶膜在一定温度下进行烘焙，即前烘。 其目的主要是为了消除胶膜中的溶剂，从而保证曝光的重现性和显影时成像良好。前烘可采用热板、热风循环式或对流式烘箱。在前烘中，非常关键的一点是选择前烘的工艺参数。不同胶种应选择不同的工艺参数，以确保光刻线条的质量。 美国Shiply公司生产的正性光刻胶的前烘温度通常在100℃～120℃，不同型号的光刻胶的前烘温度略有差异。 曝光 前烘后的光刻胶经过曝光进行光化学反应，便把掩模版的图案转移到光刻胶膜上。 根据光刻胶的感光特性，以及涂胶膜厚、掩模版厚度和曝光面积等，原则上就可以确定光刻胶的感光条件即感光能量。对于固定光源和照明强度的曝光系统，就可以确定曝光时间。尽管各种胶都标有感光灵敏度指标和曝光参考条件，但由于工艺操作和系统的偏差，还是要通过实验严格确定最佳曝光时间。 曝光时间过短，显影后留膜率低，胶膜会发黑，出现针孔，胶抗蚀能力差。曝光时间过长，会导致图案边缘部分微弱感光，产生“光晕”现象，同时胶膜会起皱，使图形分辨率和精度降低。除了特别注意曝光时间外，还应注意曝光时的环境状况。 曝光的方式主要有接触式曝光、接近式曝光、投影曝光。 接触