数字光刻制作微光学器件的评价研究

论文摘要

微光学是一门正在兴起的学科领域，它是研究一维、二维和三维的小型化光学器件和系统的一门高技术。它与微电子学、微机械、微加工、信息科学、材料科学等学科相互渗透，为现代光学研究前言的一个重要分支。“一大一小”是先进光学制造技术的未来主要发展方向之一，微光学制造技术支撑微光学的发展，有可能为光学技术带来革命性进展，使传统光学系统实现微型化、阵列化和集成化，发展具有信息处理功能的集成光学组件。目前，国内外对微光学理论研究的重点主要放在新型光学器件的理论分析和相位恢复算法的改进。制作技术的研究主要集中于灰度掩模技术、激光或电子束直写技术、VLSI的套刻技术三个方面。由于用VLSI技术制作对准难度大、需要多次套刻、工序多，电子束直写或激光直写只适于单件制作且设备昂贵,因此，目前国内外研究最有前途也是最多的微光学加工制造方法是灰度掩模法。随着微光学器件制作技术的不断进步以及各种微结构的不断出现，对制作系统误差分析以及微光学器件的评价显得尤为重要。本论文主要归纳总结了国内外微光学器件及其评价方法的研究现状，详细介绍了针对微光学器件的检测技术。对于用来制作微光学器件的数字光刻系统，介绍了一些重要的组成部分：光源照明系统，数字微镜装置DMD的结构、工作原理、特性，工件平台以及精缩物镜的结构和特性。在介绍了数字光刻系统的基础上，进一步分析数字光刻系统的误差和数字光刻实验中的误差，包括照明系统误差，DMD芯片的刷新频率，像素量化，像素“抖动”以及像素间产生的“黑栅”效应影响，光学系统，平台系统引入的误差，显影，刻蚀误差，光刻胶曝光响应曲线非线性等，最后对数字光刻系统所制作的微光学器件进行综合评价，特别是一些典型的微光学器件，主要是评价二元光栅的制作过程、衍射效率、制作结果；Dammann光栅的制作过程、特性、制作结果；微透镜阵列的制作过程、面形误差、填充因子、阵列均匀性、像质、制作结果，特别对于微透镜阵列像质评价提出了一套测量装置和一种测量方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 微光学器件及其评价方法的研究现状
• 1.2.1 微光学器件的国内外发展现状
• 1.2.2 微光学器件评价方法的研究现状
• 1.3 微纳检测技术
• 1.3.1 光学干涉测试技术
• 1.3.2 微纳形貌检测技术
• 1.4 本论文研究的主要工作及内容安排
• 1.4.1 主要研究工作
• 1.4.2 论文具体章节安排
• 第2章 数字光刻系统
• 2.1 引言
• 2.2 光源照明系统
• 2.3 数字微镜装置DMD
• 2.3.1 DMD的基本结构
• 2.3.2 DMD的工作原理
• 2.3.3 DMD的特性
• 2.4 工件台系统
• 2.5 精缩物镜
• 2.5.1 精缩物镜结构
• 2.5.2 精缩物镜特性
• 2.6 小结
• 第3章 系统误差分析
• 3.1 引言
• 3.2 照明系统引入的误差
• 3.2.1 曝光光束的均匀度
• 3.2.2 光源功率稳定性影响
• 3.2.3 扩束准直后光斑的平行度影响
• 3.3 DMD的影响
• 3.3.1 DMD刷新率测试
• 3.3.2 DMD偏振特性测试
• 3.3.3 误差因素分析
• 3.4 光学系统的影响
• 3.4.1 衍射受限
• 3.4.2 平台系统的影响
• 3.5 光刻胶曝光响应曲线非线性的影响
• 3.6 显影影响
• 3.6.1 显影原理分析
• 3.6.2 显影误差分析
• 3.7 刻蚀影响
• 3.8 小结
• 第4章 微光学器件的评价
• 4.1 引言
• 4.2 二元光栅的评价
• 4.2.1 数字光刻制作二元光栅的评价
• 4.2.2 二元光栅衍射效率的影响因素
• 4.2.3 二元光栅制作结果评价
• 4.3 Dammann光栅的评价
• 4.3.1 数字光刻制作Dammann光栅的评价
• 4.3.2 Dammann光栅特性分析
• 4.3.3 Dammann光栅制作结果评价
• 4.4 微透镜阵列的评价
• 4.4.1 数字光刻制作微透镜阵列的评价
• 4.4.2 面形误差
• 4.4.3 填充因子
• 4.4.4 阵列均匀性
• 4.4.5 像质评价
• 4.4.6 微透镜阵列制作结果评价
• 4.5 小结
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢