曲面微光学结构纳米压印制备技术研究

陈振浩

【摘  要】曲面光栅受自身的性质影响，主要体现为透镜与平面光栅器件，通过曲面光栅的取代，可以有效的降低透镜的数量，实现对光路的简化，并提升器件的集成度，在保证系统稳定性的基础上降低成本，满足当前的需求。本文从纳米压印制备技术入手，深入进行分析，结合实际情况明确曲面微光学结构微纳制备，分析微纳曲面压印，以供参考。

【关键词】曲面光栅;纳米压印制备;湿法腐蚀

引言：随着时代不断发展，曲面微光学结构纳米压印制备技术不断创新，并促使其技术广泛应用，如在光通信领域、计量领域、光谱学领域、信息处理领域等，提升光学器件的整体集成度，保证其具有较强的稳定性，降低成本的投入，灵活应用技术优势，满足时代发展的需求。

一、纳米压印制备技术概述

纳米压印制备技术出现于上世纪末期，并广泛的应用在多个领域中，实现创新发展。纳米压印技术应用的价值在于自身的低成本与高效的图形转移分辨率，在发展过程中，现有的技术已经实现了突破，可加工更小的5nm尺寸以下，以满足人们的需求。纳米压抑技术包含的内容较多，如紫外压印、热压印、激光辅助印刷以及微接触印刷等，并不断进行研究创新，逐渐向光学、生物MEMS、电子以及生物传感等领域发展。我国在研究过程中纳米压印制备技术逐渐实现突破，如南京大学微结构国家实验室材料科学与工程系研究的纳米压印-软压印复合纳米微加工技术已经处于世界前列，实现了紫外线固化纳米压印结构，提升纳米分辨率，实现创新应用[1]。

二、曲面微光学结构微纳制备分析

（一）光刻工艺流程中掩膜设计

实际上，当前的硅基微光学结构的微纳制备主要目的是进行曲面衍射光栅的结构制备，以满足当前的实际需求。工作人员应首先明确光刻工艺流程，光刻工艺是半导体器件制作过程中最为常见的工艺，属于核心技术，实质是将掩模板MASK上的其图形转移，将其转移到衬底表面的光刻胶上，为后续的制作奠定良好的基础。通常情况下，其光刻工艺流程包含的内容较多，如预处理、涂胶、前烘、PEB、显影及硬烤等，保证流程的完善性，光刻工艺直接影响光栅的性能与质量，需要工作人员合理分析其影响因素，如洁净度，保证环境的洁净程度符合要求，降低尘埃产生的影响，例如尘埃颗粒将造成光栅的有效面积减少，甚至破坏掩膜板，造成严重的畸形，产生不良的影响。与此同时，还应合理控制其温度与湿度，营造高质量环境，满足当前的需求，除了环境及外观影响，更应侧重在光刻后图形的形貌尺寸对曲面光学元器件的影响。合理进行掩膜板设计加工，灵活应用当前软件的优势，进行结构设计，并进行掩膜层划分，提升其整体的设计功能。

（二）掩膜层制备

在进行制备过程中，应积极进行材料选择，以其腐蚀性为主，保证材料不受各异性腐蚀液影响或者影响较小，选择该类材料作为掩膜材料，灵活利用材料的性能优势阻挡对图形的腐蚀，如良好的厚度、良好的密度等，笔者在进行实验选择过程中，主要选择二氧化硅材料，并可以实现有效的掩膜层剥离。通过热生长二氧化硅法将硅片放在高温石英中进行加热，并选择合理的氧化剂促使其进行反应，最终形成二氧化硅薄膜，以满足制备需求。干氧法生长也是当前较为常见的方法，灵活利用其制作可以促使产生的薄膜性质提升，尤其是致密性更加，并以此为基础提升其重复性与均匀性，实现高质量的制备。溅射法也是当前较为常见的技术，通过先进的技术营造真空环境，通过荷能粒子对靶材进行轰击，促使其粒子实现沉积，逐渐形成掩膜层。进行合理的基片表面预处理，将当前的基片进行浸泡，去除存在的有机物后进行冲洗，消除残留的水分，进行光刻胶涂覆。光刻胶的主要作用是防止腐蚀，通常情况喜爱存在不同的种类，需要合理进行选择，笔者在进行制作过程中分析光刻胶的基本原料，主要有光敏剂与可溶酚醛清漆树脂，明确其性质，制作出良好的产品[2]。

（三）湿法腐蚀工艺与干法腐蚀工艺

湿法腐蚀工艺受腐蚀液自身的性质影响，对不同的晶面产生的腐蚀效果不同，并且存在较为明显的差异。例如，以实际案例为例，现有的腐蚀液主要有两种，一种属于有机腐蚀液，如EPW（乙二胺、邻苯二酚和水）和联胺，另一种属于无机腐蚀液，如碱性腐蚀液，如KOH、NaOH、NH4OH等，其产生的效果相类似。需要综合考虑其因素，如光刻参数、掩层膜、厚度、腐蚀液以及其腐蚀条件等，明确其对光栅制备产生的影响，以满足设计需求，例如，微纳级别的图形使用湿法可控。由此可指导压印模板的流程，首先，进行掩膜层对比，其次进行腐蚀液对比实验，最后进行掩膜层厚度对比，以此为基础，进行腐蚀条件控制。在应用过程中，湿法腐蚀优势体现在高选择比方面，并且设备具有较强的经济性，可以实现批量处理，具有高产能特点，但其存在明显的化学危害性，液体直接暴露存在爆炸的潜在性，而干法腐蚀更具有优势，其具有较强的经济性，并且其腐蚀精度较高，具有较强的均匀性，可以實现自动化操作，避免使用化学试剂，其缺点为选择比差，对光刻胶要求较高，在曲面微光中通常选择干法腐蚀较多。

三、微纳曲面压印分析

（一）曲面光栅

实际上，光栅是光谱测量的核心器件，并在发展过程中，其技术不断创新，以满足当前的需求。随着纳米技术的创新应用，现阶段曲面光栅逐渐出现，其性能远远超过传统光栅的性能质量，并被人们广泛的应用，实现各个领域的创新。从本质上分析，曲面光栅存在较强的优势，尤其是与传统光栅相对比，其优势主要体现在以下几方面：

第一，曲面光栅的有效载荷较高，其主要的原因在于自身由透镜与平面光栅集成，通过合理的光路组合促使其降低透镜数量，实现光路的优化，并提升整体的集成度，利用载荷优势实现创新，满足当前的需求。与此同时，其成本较低，合理进行应用有助于整体的稳定性提升，发挥出曲面光栅的优势。

第二，从整体上提升光学系统的精确性，在传统的平面光栅光谱仪中，通常情况下其光路需要引入两面反光镜与一片平面光栅，但由于两面镜片的存在导致其出现散光，并形成一定的噪声，降低系统的整体信噪比，光学元件数量增多，降低整体的性能，像素较差。

在进行曲面光栅制备过程中，工作人员应不断进行创新，优化整体工艺水平，灵活应用现有的技术进行制备，提升其整体性能。例如，当前常见的方式较多，不同的方法应用理念不同，可以有效的实现处理，并获得精细的产品。与此同时，应保证其技术具有较强的经济性，可以实现便捷的处理，为我国的光栅曲面制备技术发展奠定良好的基础。以实际为例，现阶段的紫外纳米压印技术有效的实现了创新，促使热纳米压印技术克服了原有的硬质印摸缺点，提升自身技术的延展性，有效进行曲面贴合，为曲面光栅的发展奠定良好的基础，并扩展其发展方向，逐渐向大规模、大产量、低成本以及高精度方向发展，满足当前的需求[3]。曲面微纳压印的制备技术与传统压印技术的区别在于稳定性，该技术稳定性较高，其性能较强。

（二）柔性纳米压印技术

柔性纳米压印技术是当前一种先进的技术，属于全新的纳米图形复制方法，具有较高的分辨率，并且成本较低，在发展过程中具有广阔的前景。现有的纳米压印技术主要包括微接触压印、热压印以及紫外压印，被广泛的应用，其在应用过程中，应用原理较为独特，主要是采用透明软质微结构压印印模为主，灵活利用其自身的弹性进行应用，促使其与曲面基底相契合，提升整体曲面微结构的性能，保证其具有良好的便捷性、高效性以及经济性，实现创新应用。与此同时，在进行压印过程中，其压力分布比较均匀，从中心逐渐扩散至四周，消除空气，提升整体效果。

结论：综上所述，在当前的時代背景下，光栅制备技术与理念逐渐创新，人们逐渐研发全新的技术，实现先进化发展，促使源于硅的各向异性腐蚀的光栅实现精细化，体现出便捷、高效、经济以及高质性能，满足新时代发展需求。工作人员还应创新理念，综合进行分析，考虑其掩膜层、腐蚀液以及腐蚀参数，建立最优的方案，提升光栅性能。

参考文献：

[1]胡克想，王阳培华，王庆康.基于紫外纳米压印光刻的氟化混合物模板制备[J].飞控与探测，2019，2（02）：54-58.

[2]郑永广，张然，褚金奎.添加剂对纳米压印模板光栅结构填充效果的改善作用[J].光子学报，2018，47（09）：114-120.

[3]汪文峰，刘志龙，李丰甜.面向纳米压印的大行程二维精密定位平台的设计[J].自动化与仪表，2018，33（07）：67-70+89.

（作者单位：东莞市美光达光学科技有限公司）