?引言

我們報(bào)道了利用KOH水溶液中硅的各向異性腐蝕，用單掩模工藝進(jìn)行連續(xù)非球面光學(xué)表面的微加工。使用這種工藝制造了具有幾毫米量級(jí)的橫向尺度和幾微米量級(jí)的輪廓深度的精確的任意非球面。我們討論了決定成形零件精度和最終表面質(zhì)量的因素。我們演示了1毫米和5毫米的復(fù)制非球面相位板，再現(xiàn)散焦，傾斜，散光和高階像差。該技術(shù)具有連續(xù)生產(chǎn)反射和折射任意非球面微光學(xué)元件的潛力。

介紹

非球面微光學(xué)元件用于光通信以將光耦合到光纖，用于光存儲(chǔ)拾取器[1]，用于波前傳感器，用于半導(dǎo)體激光器的光束形成光學(xué)器件和顯示應(yīng)用。

非球面的微加工是一項(xiàng)重要的任務(wù)。由于元件尺寸小，傳統(tǒng)方法如研磨和拋光不適用。

球形凹陷的各向異性蝕刻

圖1。通過圓形掩模的<100>硅片的各向異性蝕刻

圖2說明了這個(gè)過程。去除氧化物掩模，隨后將樣品浸入蝕刻劑溶液中，有利于蝕刻（411）平面，其蝕刻速率大于（111）平面。（411）側(cè)壁最終達(dá)到一個(gè)深度，其中形成了另一個(gè)倒金字塔，其深度相對(duì)于<100>Si頂面，決定了隨后形成的圓形輪廓的矢狀面。

其中θ是新棱錐的刻面和頂面之間的角度(平面(411)和(100)之間的θ = 19.47度)，m是這兩個(gè)平面之間的蝕刻比，即m = R<114>/R<100 >，其中R(pqr)表示對(duì)于給定的KOH濃度，平面的蝕刻速率< pqr >。

進(jìn)一步的蝕刻在凹陷的底部產(chǎn)生圓形表面，這可能是n11平面的更快蝕刻的結(jié)果，n11平面連續(xù)地相互超越。在此過程中，剩余的(411)晶面繼續(xù)橫向移動(dòng)，直到它們最終消失，同時(shí)球形截面的直徑增加。當(dāng)頂部硅表面已經(jīng)被蝕刻到深度h時(shí)，球形凹陷的直徑D由經(jīng)驗(yàn)公式(2)給出。

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圖二。用KOH無掩模蝕刻金字塔形凹坑產(chǎn)生圓形輪廓。

對(duì)蝕刻陣列中的不同微鏡測(cè)量的rms表面粗糙度在15和25 nm之間的范圍內(nèi)。由折射率為n的復(fù)制光學(xué)部件中的這種粗糙度引起的波前變形小1/(n-1)倍，在8和13 nm之間的范圍內(nèi)(對(duì)于n = 1.5)，這對(duì)于可見光是可接受的。

微結(jié)構(gòu)的歸一化焦距由下式給出: