低成本、易操作的UV-LED顯微投影光刻方法

原文作者：LAM新媒體 ? ?

光學(xué)制造技術(shù)對(duì)于生產(chǎn)光學(xué)和光子器件必不可少。過去幾十年，隨著光學(xué)器件小型化和集成化需求的不斷增長，用以加工微納光學(xué)光子器件的光學(xué)制造技術(shù)也得到了廣泛的發(fā)展。 ? 在計(jì)算機(jī)模擬的幫助下，工程師們可以任意組合微觀結(jié)構(gòu)，觀察某些材料如何轉(zhuǎn)變，比如看看某些材料如何轉(zhuǎn)化為聲聚焦聲學(xué)透鏡或輕質(zhì)防彈膜等。

? 在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模上，目前可通過比如雙光子光刻、電子束光刻或離子束光刻等技術(shù)來制備高精度微納米元件，但相應(yīng)的加工系統(tǒng)通常非常昂貴且加工效率不夠高。 ? 納米壓印技術(shù)能夠以高產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)高分辨率的結(jié)構(gòu)。然而，這項(xiàng)技術(shù)需要高精度的母版，這導(dǎo)致額外的成本和時(shí)間投入。 ?

光學(xué)接觸光刻和投影光刻技術(shù)也被開發(fā)用于微納米光學(xué)結(jié)構(gòu)的制備，但這些方法目前只能實(shí)現(xiàn)微米級(jí)的分辨率，更高精度的光學(xué)加工依然面臨挑戰(zhàn)。

? 為了實(shí)現(xiàn)低成本的高精度光學(xué)加工，提出了一種以UV-LED為光源，通過標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)元件和顯微物鏡將圖案轉(zhuǎn)移到基板上的投影光刻方法——UV-LED顯微鏡投影光刻（MPP），并基于此開發(fā)了一套簡單、低成本、易操作的 MPP裝置（如圖1a所示），實(shí)現(xiàn)快速且高分辨率的2D微納光學(xué)器件加工。 ? ? 圖1：MPP裝置示意圖（a）和完整的加工工序圖（b） ?

為了能夠更方便地制備加工所需的模板，研究人員也開發(fā)了一套涵蓋了從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及打印，鉻掩模版制備到MPP加工光學(xué)器件的完整工序（示意圖如圖1b所示）。

第一步是通過軟件繪制出所需結(jié)構(gòu)，并將其打印至透明薄片上；

第二步是將透明薄片上的圖案轉(zhuǎn)移至空白的鉻掩模板上（圖案縮小10倍）；

第三步是將制備好的鉻掩模版放入到MPP裝置中進(jìn)行微納加工，通過投影光刻將掩模版上的圖案縮小一定倍數(shù)（由顯微物鏡倍數(shù)決定）轉(zhuǎn)移到旋涂了光敏聚合物的基底上。

本文對(duì)比了噴墨打印機(jī)和光繪圖儀在第一步中將圖案打印至透明薄片上的性能表現(xiàn)，依此對(duì)打印工序進(jìn)行了優(yōu)化。在制備鉻掩模版時(shí)，研究人員對(duì)比了分別用普通非球面透鏡和Tessar鏡頭將透明薄片上結(jié)構(gòu)圖案轉(zhuǎn)移至空白鉻掩模版后的精度和質(zhì)量，并對(duì)這個(gè)工序的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。利用制備好的掩模版，研究人員可利用MPP 加工最終的光學(xué)結(jié)構(gòu)。 ? 為了探索該方法的高精度加工性能，研究人員加工了不同特征尺寸的單線結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)了低于100納米的特征尺寸。

圖2：MPP加工不同特征尺寸的單線結(jié)構(gòu)

參考文獻(xiàn)

Lei Zheng, Tobias Birr, Urs Zywietz, Carsten Reinhardt, Bernhard Roth. Feature size below 100 nm realized by UV-LED-based microscope projection photolithography[J]. Light: Advanced Manufacturing 4, 33(2023). doi: 10.37188/lam.2023.033

審核編輯：黃飛

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