마이크로 및 나노 공정 | 3D 광학 구조의 그레이스케일 리소그래피

그레이 스케일 처리 기술을 사용하면 다양한 응용 분야에서 광범위한 마이크로 광학 요소를 사용할 수 있습니다. 회절 및 굴절 마이크로 광학 요소는 모두 윤곽 리소그래피 및 그래픽 에칭 전사 기술을 사용하여 처리할 수 있습니다. 일반적으로 처리되는 마이크로 광학 소자로는 빔 분할 회절 광학, 빔 형성 회절 소자, 빛을 산란하거나 균일하게 분배하기 위한 회절 광학, 회절 렌즈 및 렌즈 어레이, 굴절 마이크로 렌즈 및 마이크로 렌즈 어레이(MLA), 기타 위상 변조 광학 등이 있습니다. 이러한 기능성 마이크로 광학은 전자기 스펙트럼의 애플리케이션을 위한 다양한 기판 재료로 제작되었으며, 157nm의 심자외선(DUV)에서 14μm의 장파장 적외선(LWIR)에 이르는 광학 방사선 스펙트럼의 애플리케이션을 위한 마이크로 광학도 제작되었습니다. LWIR)

그레이스케일 리소그래피는 마스크를 통해 투과되는 광선의 강도가 공간적 위치에 따라 달라지도록 포토마스크를 생성하여 달성할 수 있습니다. 이를 위해 공간적으로 다양한 광학 밀도를 가진 포토마스크, 공간적으로 다양한 광 흡수를 가진 포토마스크, 마스크 내에서 국부적으로 전송되는 광속의 양을 조절하기 위한 가변 크기의 미세 구조 마스크를 사용하는 등 여러 가지 방법을 사용할 수 있습니다. 그레이스케일 처리 기술은 감광성 폴리머에 원하는 마이크로 광학 3차원 구조를 에칭하기 위해 단일 포토리소그래피 반응 공정을 적용합니다.

그레이 스케일 포토리소그래피를 사용하면 설계자는 동일한 광학 요소에 포지티브(볼록) 및 네거티브(오목) 표면을 결합하여 미세 광학 문제를 더 자유롭게 해결할 수 있습니다. 그레이 스케일로 제작된 포토레지스트는 직교 축을 따라 양 또는 음의 곡률을 가진 아나모픽 대물렌즈 또는 "새들" 모양의 렌즈를 제작할 수 있어 이미지 산란 파면을 보정할 수 있는 새들 모양의 굴절 표면을 형성할 수 있습니다. 비구면 대물렌즈와 포물렌즈뿐만 아니라 초점 및 빔 분할과 같이 단일 광학 표면에서 여러 기능을 수행하는 마이크로 광학 요소도 그레이스케일 처리를 사용하여 매우 쉽게 제조할 수 있습니다. 그레이 스케일 리소그래피의 적용으로 이미 위상 확산기, 빔 통합기(또는 빔 통합기), 격자 또는 광점 발생기와 같은 위상 표면 마이크로 광학 렌즈와 같은 비전통적인 광학 소자가 생산되고 있습니다.

그레이 스케일 리소그래피로 제작되는 일반적인 마이크로 광학 구조의 예는 그림 1.1에 나와 있으며, 부드러운 카이노(위상 홀로그램) 회절 렌즈, 동일한 광학 표면에 초점 및 빔 분할을 모두 갖춘 마이크로 광학 소자, 높은 충전율을 가진 포지티브 및 네거티브 MLA 등이 있습니다. 반응성 이온 에칭(RIE) 기술을 적용하여 리소그래피 패턴의 특징적인 윤곽을 기판 표면으로 영구적으로 전송할 수 있습니다. 반응성 에칭 패턴 전송 방법에는 용량성 결합 에칭 장치 또는 유도 결합 플라즈마(ICP) 에처를 포함한 고밀도 플라즈마 장치가 활용될 수 있습니다. 마이크로 일렉트로닉스 분야에서 선호되는 플라즈마 에칭 기술은 기능성 마이크로 광학 소자를 포함한 웨이퍼를 성공적으로 에칭할 수 있도록 수정되었으며, 산화물 재료, 실리콘 및 화합물 반도체에 사용되는 산업 표준 플라즈마 에칭 공정은 위에서 언급한 다양한 기판 재료에 전사하기 위한 마이크로 광학 구조의 처리에 적합하도록 개선되었습니다.

그림 1.1 그레이 스케일 처리 프로세스를 사용하여 처리된 일반적인 마이크로 광학 소자의 SEM 이미지(회절 렌즈, 초점 및 빔 분할 기능을 모두 갖춘 마이크로 광학 소자, 볼록 및 오목한 마이크로 렌즈 어레이 포함)