作者： 时间：2024-08-20
光学微结构和纳米结构的生成和复制是现代复杂光学系统的基础。德国Fraunhofer IOF 拥有灰度光刻、电子束光刻、反应离子蚀刻、逐步复制、晶圆级制造以及模具生产等技术，可在高达 12 英寸的基板和曲面上制造和表征具有最高分辨率的高端微光学和纳米光学元件。德国Fraunhofer IOF应用领域包括衍射光栅、CGH（计算机生成的全息图）、微透镜阵列（也叫复眼透镜或蝇眼透镜）、扩散器或随机结构。德国Fraunhofer IOF的光刻技术可以同时生产具有最高横向精度的大量元件。无掩模灰度光刻作为一种极其灵活的直接写入工艺，可以生成高精度微结构和表面轮廓。
一、光刻工艺
光刻工艺能够同时生产大量具有最高横向精度的元件，这是晶圆级微光学集成的关键要求。
关键技术包括：
- 接触式掩模对准器中的二元光刻，包括使用正/负厚光刻胶
- 光刻胶回流；在这里，二元光刻胶结构形成精确的透镜结构，这是生成复眼透镜的标准方法
- 光刻结构化的聚合物或金属层可用作光圈、反射器、彩色滤光片和二元光栅、衍射板、垫片等的（母版）。
回流结构可用作各种成型技术的复眼透镜母版结构，或通过反应离子铣削转移到底层玻璃或硅基板上。
回流微透镜结构的典型特性/参数：
- 基板：100、150、200 毫米
- 所用硬件：SUSS Microtec MA6、MA8e
- 横向分辨率：~ 1 µm，横向调整 +- 1 µm
- 球面/环面/圆柱面
- 可在衍射极限下实现形状精度
- 具有高空间系数 (> 99 %) 的蝇眼透镜
- 横向尺寸：10 µm...> 1 mm，可实现较大的结构高度 (> 100 µm)
- 也可实现极平的接触角 (~ 1°)
- 可使用特殊工艺实现圆锥形状 (有限)
- 可通过阵列实现透镜参数 (透镜轮廓、尺寸、位置、方向) 的任何变化
- 整个晶圆的高均匀性 (+- 1 % 波动)
- 通过结合光刻工艺生产多功能元件
二、灰度光刻
各种基底上的高精度微结构
凭借出色的灵活性，直接写入灰度光刻技术能够生成高精度微结构，并将其应用于光学系统。因此，即使在非标准或非平坦表面上，也可以通过与设计和集成的密切合作，实现针对折射和衍射微光学元件的个性化解决方案。
技术数据
- 专为生成微光学元件而设计的光刻系统
- 在 405 nm 曝光波长下进行高动态剂量控制
- 最大写入区域大小：0.5 × 0.5 m2
- 缓慢弯曲基板的图案化
典型应用
- 高效（闪耀）光栅和 CGH
- 球面或非球面透镜和规则或啁啾排列的密集蝇眼透镜
- 光束整形元件
- 用于球面和色差的衍射校正透镜
- 确定性衍射-折射-混合扩散器
- 棱镜光学元件和反射镜
- 微自由曲面轮廓
- （多级）几乎可以在所有材料和基板几何形状上进行光刻
三、电子束光刻
微结构和纳米结构光学元件可以使用光刻技术来表示，尽管光刻系统和工艺的技术要求与微电子技术的要求有很大不同，并且在许多方面都超过了微电子技术。Fraunhofer IOF 在开发精确的微结构和纳米结构领域拥有多年的经验。
关键技术是用于生成原型的电子束光刻和从原型开始的转移过程（使用蚀刻工艺进行结构转移）及其复制（使用纳米成型进行结构转移）。现有的技术设施能够以最高的精度和分辨率在高达 300 mm的扩展表面上有效实现此类结构。
四、UV 成型
UV 成型是一种高性价比的晶圆级微光学生产方法。在此，液态聚合物树脂在接触式掩模对准器中的基板（例如玻璃或半导体晶圆）和透明成型工具之间进行 UV 固化。
该工艺已在全聚合物光学器件的精度或稳定性不足的领域中得到应用，例如
- 激光或光纤阵列的准直
- 衍射元件
- 直接位于 CMOS-Si 晶圆上的微光学器件
- 晶圆级微型相机
或其他复杂/多层微光学系统。
使用选择性 UV 照射，基板表面区域可以保持无聚合物状态，以进行电接触或组装。
UV 成型还可用于在批量生产之前快速生成光学功能原型（例如使用注塑成型）。
使用相应稳定的 UV 固化聚合物树脂可以实现后续的涂覆/划线和断裂以及其他步骤，例如焊接或粘合。
五、光刻、干法蚀刻和模塑的结合
使用光刻胶回流并随后用反应离子蚀刻 (RIE) 进行转移来生产蝇眼透镜是一项成熟的技术。
使用与聚合物模塑的另外组合，可以实现一系列有趣的进一步特性。
1、SiO2 和 Si 中的凹面微透镜
回流光刻胶结构通常是凸面的。但是，通过另外的聚合物模塑步骤，可以将结构反转，然后使用 RIE 转移到下面的硅或玻璃基板上。一个例子是在硅中实现超精密凹面镜阵列。
2、非球面透镜轮廓
光刻胶回流期间创建的透镜结构通常具有球面。可以使用特殊的 RIE 工艺实现所需的非球面轮廓（椭圆形、抛物线形）。以这种方式生成的结构也可用作后续使用聚合物模塑生产的母版。
3、具有 100% 空间系数的微透镜阵列
光刻胶回流微透镜阵列由于光刻分辨率和圆形透镜基座的封装密度而出现死区。
凭借其几乎各向同性的蚀刻特性，RIE 蚀刻工艺可以修改空间系数。例如，这使得能够生产具有 100% 空间系数的六边形排列球面透镜阵列，又可以用作成型母版。
六、模具生产技术
Fraunhofer IOF 提供的超精密加工技术配备了以下系统：
- 静压导轨系统
- 空气轴承主轴
- 金刚石工具
超精密加工技术用于模具生产：
- 金属光学元件
- 塑料光学元件
- 精密复制品的模具
可以生产纳米技术应用所需的纳米级表面粗糙度。
七、用于微光学元件晶圆级制造的逐步复制生产技术
逐步复制生产工艺能够并行且经济高效地复制微光学元件，以进行大批量生产。
Fraunhofer IOF 为工业和研究领域的客户提供微光学元件的直接复制、主晶圆的定制制造以及咨询和工艺开发，例如将其集成到自己的生产线中。
微光学元件，例如微非球面、微光学自由曲面或衍射光学元件，是微型成像和传感设备中的关键支持元件。
晶圆级制造方法可用于确保在批量工艺中经济高效地制造这些元件，因此需要主晶圆。生成主晶圆的典型方法，例如灰度光刻、电子束光刻、超精密微加工或双光子光刻，通常仅允许制造小尺寸的单个主晶圆。
逐步复制生产工艺允许从单个母版过渡到晶圆母版，或者微光学元件可以直接复制到具有光刻图案化光阑的玻璃基板上，以生产原型或小批量系列。
与我们合作的优势：
Fraunhofer IOF 在生产微光学元件的逐步复制生产工艺领域拥有丰富的经验。制造的元件可用于人造复眼相机系统或微型 3D 相机。制造工艺基于改进的纳米压印步进机，允许在最大 8 英寸的基板上复制微光学元件。为了表征生产的结构，使用了光学表面轮廓仪、激光扫描显微镜和触觉表面轮廓仪等多功能设备。
我们提供的服务：
- 主晶圆制造
- 微光学元件直接复制
- 通过表面轮廓测量法表征光学微结构
- 咨询服务
- 工艺开发
技术参数：
基板尺寸：6 英寸、8 英寸
元件矢高：< 300 µm
