原文作者：LAM新媒體 ? ?

光學制造技術(shù)對于生產(chǎn)光學和光子器件必不可少。過去幾十年，隨著光學器件小型化和集成化需求的不斷增長，用以加工微納光學光子器件的光學制造技術(shù)也得到了廣泛的發(fā)展。 ? 在計算機模擬的幫助下，工程師們可以任意組合微觀結(jié)構(gòu)，觀察某些材料如何轉(zhuǎn)變，比如看看某些材料如何轉(zhuǎn)化為聲聚焦聲學透鏡或輕質(zhì)防彈膜等。

? 在實驗室規(guī)模上，目前可通過比如雙光子光刻、電子束光刻或離子束光刻等技術(shù)來制備高精度微納米元件，但相應的加工系統(tǒng)通常非常昂貴且加工效率不夠高。 ? 納米壓印技術(shù)能夠以高產(chǎn)量實現(xiàn)高分辨率的結(jié)構(gòu)。然而，這項技術(shù)需要高精度的母版，這導致額外的成本和時間投入。 ?

光學接觸光刻和投影光刻技術(shù)也被開發(fā)用于微納米光學結(jié)構(gòu)的制備，但這些方法目前只能實現(xiàn)微米級的分辨率，更高精度的光學加工依然面臨挑戰(zhàn)。

? 為了實現(xiàn)低成本的高精度光學加工，提出了一種以UV-LED為光源，通過標準光學元件和顯微物鏡將圖案轉(zhuǎn)移到基板上的投影光刻方法——UV-LED顯微鏡投影光刻（MPP），并基于此開發(fā)了一套簡單、低成本、易操作的 MPP裝置（如圖1a所示），實現(xiàn)快速且高分辨率的2D微納光學器件加工。 ? ? 圖1：MPP裝置示意圖（a）和完整的加工工序圖（b） ?

為了能夠更方便地制備加工所需的模板，研究人員也開發(fā)了一套涵蓋了從結(jié)構(gòu)設計及打印，鉻掩模版制備到MPP加工光學器件的完整工序（示意圖如圖1b所示）。

第一步是通過軟件繪制出所需結(jié)構(gòu)，并將其打印至透明薄片上；

第二步是將透明薄片上的圖案轉(zhuǎn)移至空白的鉻掩模板上（圖案縮小10倍）；

第三步是將制備好的鉻掩模版放入到MPP裝置中進行微納加工，通過投影光刻將掩模版上的圖案縮小一定倍數(shù)（由顯微物鏡倍數(shù)決定）轉(zhuǎn)移到旋涂了光敏聚合物的基底上。

本文對比了噴墨打印機和光繪圖儀在第一步中將圖案打印至透明薄片上的性能表現(xiàn)，依此對打印工序進行了優(yōu)化。在制備鉻掩模版時，研究人員對比了分別用普通非球面透鏡和Tessar鏡頭將透明薄片上結(jié)構(gòu)圖案轉(zhuǎn)移至空白鉻掩模版后的精度和質(zhì)量，并對這個工序的光學系統(tǒng)進行優(yōu)化。利用制備好的掩模版，研究人員可利用MPP 加工最終的光學結(jié)構(gòu)。 ? 為了探索該方法的高精度加工性能，研究人員加工了不同特征尺寸的單線結(jié)構(gòu)，并實現(xiàn)了低于100納米的特征尺寸。

圖2：MPP加工不同特征尺寸的單線結(jié)構(gòu)

參考文獻

Lei Zheng, Tobias Birr, Urs Zywietz, Carsten Reinhardt, Bernhard Roth. Feature size below 100 nm realized by UV-LED-based microscope projection photolithography[J]. Light: Advanced Manufacturing 4, 33(2023). doi: 10.37188/lam.2023.033

審核編輯：黃飛

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