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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳季汎
研究生(外文):Chi-Fan Chen
論文名稱:以掃描探針灰階奈米微影術製作微光學透鏡陣列之研究
論文名稱(外文):Microlens Arrays Fabricated by Scanning-Probe Gray-level Nanolithography
指導教授:果尚志
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:物理學系
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:73
中文關鍵詞:微透鏡掃描探針灰階微影奈米微影
外文關鍵詞:microlensscanning probegray-level lithographynanolithography
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在一般的認知上, 掃描探針顯微鏡( SPM,Scanning Probe Microscopy )主要是作為量測表面的工具, 它可以量測表面形貌、表面電位、表面電流、表面電容、表面磁區分佈、表面摩擦力等。然而, 掃描探針顯微鏡除了量測以外,亦可製作奈米級的微結構。本篇論文主要是利用掃描探針顯微術奈米灰階微影以及乾式蝕刻製作矽微透鏡。其中,使用掃描探針灰階奈米微影可製作凸透鏡、凹透鏡、繞射式透鏡、以及任意形狀的結構,且直徑可以小至2 µm。另外,亦可利用控制電壓矩陣製作微透鏡陣列。使用此方法的優勢在於可製作非常小尺寸的氧化點遮罩( 尺度可小至10 nm )以及準確的定位。且由於是利用灰階電壓陣列,故可製作任意形狀的連續氧化結構。在乾式蝕刻方面,我們使用反應性離子蝕刻機( RIE,Reactive Ion Etch ) 對矽表面進行蝕刻以做圖形轉移。其蝕刻後的結構與原先設計之結構也有很好的相依性。最後,本篇論文中也利用程式模擬所製作的微透鏡焦距。未來,期望以此方法之特色能對半導體製程及機電發展有所助益。
目錄
第一章 序論 1
第二章 文獻回顧 3
2.1折射式微透鏡陣列之製程方法 3
2.1.1 Refolw 融化式製作法-------------------------------------------------------------3
2.1.2 光敏玻璃(Photosensitive glass)製作法-----------------------------------------4
2.1.3 光阻體積膨脹法-------------------------------------------------------------------4
2.1.4 液滴透鏡----------------------------------------------------------------------------6
2.1.5 雷射、x光、電子束直接寫入法------------------------------------------------7
2.1.6 壓印製作法-------------------------------------------------------------------------8
2.1.7各種透鏡製作法之比較-----------------------------------------------------------9
2.2 菲涅爾(Fresnel)透鏡的設計及製作方法 10
2.3 掃描探針顯微術微影 13
2.4 掃描探針在矽表面製作氧化物之機制與控制變因 16
2.4.1 氧化物成長機制------------------------------------------------------------------16
2.4.2 探針與樣品間距離對氧化物生成之影響------------------------------------17
2.4.3 大氣濕度對氧化物生成之影響------------------------------------------------17
2.4.4 電壓脈衝時間對氧化物生成的影響------------------------------------------18
2.4.5 電壓大小對氧化物生成的影響------------------------------------------------19
2.4.6 氧化掃描速率對氧化物生成的影響------------------------------------------20
2.4.7 酒精膜與水膜對氧化生成的差異---------------------------------------------20
第三章 儀器原理與實驗方法 22
3.1 原子力顯微鏡 ( Atomic Force Microscope )工作原理與操作模式 22
3.1.1 工作原理---------------------------------------------------------------------------22
3.1.2 操作模式—接觸模式(contact mode)------------------------------------------23
3.1.3操作模式—非接觸模式(non-contact mode)----------------------------------24
3.1.4操作模式—敲擊模式(tapping mode)------------------------------------------24
3.2 原子力顯微鏡裝置 25
3.3 軟體設計 29
3.4 樣品準備 31
3.5 掃描探針顯微術的微影製程 32
3.6 反應性離子蝕刻(RIE,Reactive Ion Etch )製程 34
3.6.1 乾式蝕刻原理---------------------------------------------------------------------35
3.6.2 蝕刻方法---------------------------------------------------------------------------36
第四章 實驗結果與分析 37
4.1 原子力顯微鏡氧化分析 37
4.1.1 氧化掃描速度對氧化物高度影響---------------------------------------------37
4.1.2 氧化電壓對氧化高度的影響---------------------------------------------------38
4.1.3 氧化線的間距---------------------------------------------------------------------41
4.1.4 三維的氧化結構------------------------------------------------------------------44
4.1.5 探針針尖幾何形狀對氧化物的影響------------------------------------------45
4.2折射式透鏡實驗結果與分析 46
4.2.1 透鏡焦距計算---------------------------------------------------------------------46
4.2.2 製作透鏡之預備工作------------------------------------------------------------47
4.2.3折射式凸微透鏡-------------------------------------------------------------------48
4.2.4 折射式凹微透鏡------------------------------------------------------------------51
4.2.5 微透鏡陣列------------------------------------------------------------------------53
4.3 繞射式透鏡 56
4.3.1 特殊結構之製作-----------------------------------------------------------------56
4.3.2 Fresnel微透鏡---------------------------------------------------------------------57
4.4模擬結果 63
第五章 結論 68
參考文獻 70
參考資料
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