微透镜阵列的离子束溅射刻蚀研究

　　1　概　　述

　　离子束溅射刻蚀是近年来发展较快的一种离子束剥离技术。该技术主要利用了携带能量的离子轰击靶材料所产生的物理溅射刻蚀效应,具有刻蚀分辨率及刻蚀速率高、无侧向钻蚀、图形边缘清晰、工艺参数可控、费用低廉、可刻蚀的材料种类繁多、环境污染小等优点。目前该技术已成功地应用于微电子器件、微光学器件和微光电子器件的研制和生产过程中。与此同时,人们对离子束的产生及引出技术、掩蔽技术、光刻图形的形貌处理技术及溅射刻蚀机理等也进行了较为深入的研究[1～6]。可以预见,此项技术将会广泛地应用于光刻模板的修理,多层立体电路的剖面观察,集成光电子器件及与之配套的集成微光学元件的精细加工等领域。特别是由于它具有刻蚀图形的极限分辨率可达纳米量级这一特点,因此较适合于微米、亚微米级的集成电路器件、集成微光学元件和集成光电子器件的刻蚀制作。

　　对于与集成光电子器件匹配的集成微光学元件来说,除了微细度的要求更高外,还有侧壁垂直度、腐蚀面的光滑平整性、镜面腐蚀、倾角腐蚀、多样化的选择腐蚀、无损伤的表面腐蚀等项要求。研究表明,采用离子束溅射刻蚀技术可以制作出能较好地满足上述各项要求的集成微光学元件[7～10]。本文主要介绍了利用离子束溅射刻蚀的方法进行长方状拱形石英微透镜阵列制作的研究。实验结果表明,所制出的集成微光学元件达到了预定的各项参数指标的要求。

　　2　实　　验

　　制作石英微透镜阵列的基本工艺过程如下:

　　基片材料的准备(选材、研磨及抛光)→清洗→烘焙→涂布光刻胶(多重)→再烘焙→光致抗蚀剂微透镜图形的熔融成形→固化→装入高真空工作室→离子束轰击→取出样品→去残留光刻胶等。

　　基片材料准备的好坏(先材、研磨及抛光)对所制的光致抗蚀剂掩模图形所须满足的整齐、均匀、完整和清洁等项要求有很大影响。清洗过程是否充分直接关系到所涂布的光刻胶膜的质量的高低,如光刻胶膜的致密度、有效使用面积、厚度、与基片材料结合的牢固程度和表面微观形貌等。

　　在涂布光刻胶的过程中,石英基片应经预烘焙,每次涂胶后的再烘焙及最后的快速加热烘干等项基本操作。每次涂胶后的烘焙温度应适当,所用的时间应合理把握,以避免可能产生的光刻胶膜开裂或未凝固从而降低其表面吸附力等现象。实验发现,最后的烘干温度一般不应超过200℃。实验中所使用的为国产BP212紫外正型光刻胶。

　　通过加热使长方体状的光致抗蚀剂掩模图形转变成长方状拱形光致抗蚀剂微透镜图形的温度不应过高或过低,否则会导致热处理过程结束后,长方状拱形图形未形成或长方状拱形的冠高未达到预定指标等现象。对光致抗蚀剂微透镜图形的固化处理分为弱固化、一般固化和强固化等三个层次。不管采用何种程度的固化方式,实验发现,光致抗蚀剂微透镜图形的冠高在实验中均无明显变化。