电子束光刻制备5000line/mm光栅掩模关键技术研究

为了制备高线密度X射线透射光栅掩模,分析了电子束光刻中场拼接对高线密度光栅图形的影响;利用几何校正技术和低灵敏度的950 k的PMMA电子束抗蚀剂,克服了电子束的邻近效应对厚胶图形曝光的影响.采用电子束光刻和微电镀的方法制备了5 000line/mm x射线透射光栅的掩模,并将栅线宽度精确控制在100 nm～110 nm,为X射线光刻复制高线密度X射线透射光栅创造了有利条件.     

多能点X射线透射光栅的制作技术

针对X射线自支撑透射光栅在多能点单色成像光栅谱仪中的应用,采用电子束和光学匹配曝光、微电镀和高密度等离子体刻蚀技术,成功制备了周期为500nm、金吸收体厚度为350nm、占空比接近1∶1,满足三个能点成像需求的2000lp/mm X射线自支撑透射光栅。首先利用电子束光刻和微电镀技术制备金光栅图形,然后采用紫外光刻和微电镀技术制作自支撑结构,最后通过腐蚀体硅和感应耦合等离子体刻蚀聚酰亚胺完成X射线自支撑透射光栅的制作。在电子束光刻中,采用几何校正和高反差电子束抗蚀剂实现了对纳米尺度光栅图形的精确控制。实验结果表明,同一个器件分布的三块光栅占空比合理,栅线平滑,可以满足单能点单色成像谱仪的要求。     

3333l/mmX射线全镂空自支撑透射光栅的制备与测试

针对我国对高线密度X射线镂空透射光栅在空间环境探测和激光等离子体诊断方面的需求,将电子束光刻和X射线光刻技术相结合,制备出3333l/mmX射线全镂空透射光栅,栅线宽度接近150nm,周期300nm,栅线厚度为500nm,有效光栅面积达到60%。首先利用电子束光刻和微电镀技术在镂空聚酰亚胺薄膜底衬上制备X射线母光栅掩模,然后利用X射线光刻和微电镀技术实现了光栅图形的复制品,之后采用紫外光刻和微电镀技术制作加强筋结构,最后通过腐蚀体硅和等离子体刻蚀聚酰亚胺完成镂空透射光栅的制作。在国家同步辐射实验室光谱辐射和计量实验站上对此光栅在5～23nm波段进行了衍射效率标定。标定结果表明所制备的光栅栅线平滑,占空比合理,侧壁陡直,不同光栅之间一致性好,完全可以满足应用需求。     

畸变的掩模对光刻图形质量的影响

基于描述激光直写邻近效应的双高斯函数之差抗蚀剂模型,计算分析了邻近效应带来的掩模加工的偏差,及其对光刻图形质量的影响.模拟结果表明,当掩模的特征尺寸为1.5μm时,激光直写所加工掩模的相对面积偏差达5%,并对最终的光刻图形的质量产生严重影响.     

深刻蚀高密度熔融石英光栅

深刻蚀高密度熔融石英光栅是一种新型高效的衍射光学元件,具有衍射效率高、成本低、抗损伤,能在高强度激光条件下工作等优点。给出了利用感应耦合等离子体(ICP)技术制作熔融石英深刻蚀光栅的详细过程,并在一定的优化条件下制作了一系列不同周期、开口比和深度的高质量深刻蚀石英光栅。实验得到的最大刻蚀深度为4μm,并且在600 l/mm的高密度条件下得到了刻蚀深度为1.9μm的高深宽比石英光栅。光栅侧壁陡直,表面平整,没有聚合物沉积。所制作的熔融石英光栅元件在高强激光环境、光谱仪、高效滤波器和波分复用系统等领域中有非常广泛的用途。     

聚甲基丙烯酸甲酯LB膜用作高分辨率电子束抗蚀层的研究

应用ＬＢ技术制备了厚度为２０－１００ｎｍ的聚甲基丙烯酸甲酯（ＰＭＭＡ）超薄高分辨率电子束抗蚀层。应用改装的日产Ｓ－４５０扫描电子显微镜（ＳＥＭ），研究了ＰＭＭＡ ＬＢ膜的曝光特性和刻蚀条件。结果得到线宽０．１５μｍ的铝掩模光栅图形，表明此种超薄膜具有良好的分辨率和足够的抗蚀性。     

聚甲基丙烯酸甲酯LB膜用作高分辨率电子束抗蚀层的研究

应用LB技术制备了厚度为20100nm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)超薄高分辨率电子束抗蚀层。应用改装的日立S-450扫描电子显微镜(SEM),研究了PMMALB膜的曝光特性和刻蚀条件。结果得到线宽0.15m的铝掩模光栅图形,表明此种超薄膜具有良好的分辨率和足够的抗蚀性。     

不同薄膜对n型IBC太阳电池性能的影响

叉指背接触式(IBC)太阳电池因正面没有金属栅线遮挡,具有较高的光电转换效率。但由于IBC太阳电池在制备过程中需要采用光刻掩模技术进行发射极和背电场隔离,导致工艺流程复杂、电池片稳定性较差,难以实现大规模生产。研究了不同厚度的SiO₂薄膜、SiN_x薄膜和SiO₂-SiN_x叠层薄膜对IBC太阳电池钝化性能、减反射效果、热稳定性能和电性能的影响,实验结果表明,SiO₂-SiN_x叠层薄膜在较宽的光谱范围内减反射效果更佳,高温热生长的20 nm厚的SiO₂薄膜便表现出良好的热稳定性,当选用SiO₂-SiN_x(厚度分别为20和40 nm)叠层薄膜时,制备的IBC太阳电池光电转换效率稳定,可达24.1%,对应的开路电压为698 mV,短路电流密度为43.25 mA/cm²,填充因子为79.87%。     

980 nm高功率DBR半导体激光器的设计及工艺

设计并制作了非对称大光腔波导结构,利用分布布拉格反射技术,实现了980 nm波段高功率半导体激光器的稳定输出。在实验过程中,采用电子束光刻技术,结合感应耦合等离子刻蚀工艺,利用SiO_2作为硬掩模,并通过减小Ar离子的束流来减弱刻蚀过程中由于物理轰击作用对SiO_2硬掩模的消耗,制作出形貌良好、周期为890 nm、占空比为50%的分布布拉格反射器光栅;采用脊型波导激光器的制作工艺,成功制作出分布布拉格反射激光器,当器件注入电流15 A时,该激光器的输出功率高达10.7 W,斜率效率为0.73 W/A,器件阈值电流为0.95 A,中心波长为979.3 nm。该研究为GaAs基DBR半导体激光器的制作与研究提供了新思路。     

纳米级精细线条图形的微细加工

对分辨率极高的电子束光刻技术和高选择比、高各向异性度的ICP刻蚀技术进行了研究,形成一套以负性化学放大胶SAL-601为电子抗蚀剂的电子束光刻及ICP刻蚀的优化工艺参数,并利用这些优化参数结合电子束邻近效应校正等技术制备出剖面形貌较为清晰的30nm精细线条图形.     

纳米级精细线条图形的微细加工

对分辨率极高的电子束光刻技术和高选择比、高各向异性度的ICP刻蚀技术进行了研究,形成一套以负性化学放大胶SAL-601为电子抗蚀剂的电子束光刻及ICP刻蚀的优化工艺参数,并利用这些优化参数结合电子束邻近效应校正等技术制备出剖面形貌较为清晰的30nm精细线条图形.     

纳米级电子束直写曝光的基础工艺

电子束光刻技术具有极高的分辨率,其直写式曝光系统甚至可达到几纳米的加工能力.本文重点对不同的抗蚀剂、电子束/光学系统的混合光刻及邻近效应修正等技术进行了研究.     

纳米级电子束直写曝光的基础工艺

电子束光刻技术具有极高的分辨率,其直写式曝光系统甚至可达到几纳米的加工能力.本文重点对不同的抗蚀剂、电子束/光学系统的混合光刻及邻近效应修正等技术进行了研究.     

基于光子晶体反射镜的刻蚀衍射光栅设计与制备

刻蚀衍射光栅作为波分复用/解复用器件,有望在光通信系统中得到广泛应用。在基于顶层硅厚度为220 nm的绝缘体上硅材料上设计并制作了一种新型刻蚀衍射光栅,该刻蚀衍射光栅引入六角晶格空气孔型光子晶体作为其反射镜。模拟结果显示,相较于传统的阶梯光栅反射镜的刻蚀衍射光栅,光子晶体反射镜的刻蚀衍射光栅在理论上可有效降低器件的制作工艺难度以及插入损耗,同时可以实现器件偏振的保持。随后仅利用一步电子束光刻工艺及一步电感耦合等离子体刻蚀工艺制作了该光子晶体反射镜的刻蚀衍射光栅。测试结果表明:该光子晶体反射镜的刻蚀衍射光栅片上损耗为9.51~11.86 dB,串扰为5.87~8.72 dB,后续可通过优化工艺条件和优化输出波导布局,进一步提高器件的性能。     

硅基微纳光子器件制备工艺问题及解决方案

讨论了硅基微纳光子器件制备过程中涉及的几个关键工艺问题,包括:电子束/光学光刻的电子束/光学邻近效应;纳米线光波导ICP-RIE刻蚀的侧壁粗糙问题;光栅及MOS绝缘栅氧化硅填充致密度问题.这些问题可影响器件的结构均匀性、波导传输损耗、光栅的散射损耗以及MOS绝缘栅的绝缘性能.在分析实验结果的基础上,提出了一些解决方案.     

钡化合物辅助激光刻蚀石英玻璃的实验研究

为了提高石英玻璃对普通脉冲红外激光的吸收效率,用钡化合物粉体覆盖层辅助1064nm红外激光刻蚀石英玻璃,采用能谱仪和X射线衍射分别对BaCrO₄,BaCl₂和Ba（OH）₂粉体覆盖层辅助激光刻蚀石英玻璃得到的刻槽底面刻蚀产物进行了测试和分析,对3种刻蚀方法的刻蚀机理进行了理论分析和实验验证。结果表明,BaCrO₄和Ba（OH）₂粉体的刻蚀机理都存在化学反应去蚀石英玻璃的作用,二者去蚀率都较高;BaCl₂粉体的刻蚀过程中无化学反应起到去蚀作用,去蚀率低下。这一结果对激光加工石英玻璃的工业应用提供技术基础。     

用于垂直腔面发射激光器的GaAs/AlGaAs的ICP刻蚀工艺研究

采用电感耦合等离子体(ICP)刻蚀设备对应用于垂直腔面发射激光器的GaAs/AlGaAs材料进行刻蚀工艺研究。该刻蚀实验采用光刻胶作为刻蚀掩模,Cl2/BCl3作为刻蚀工艺气体,通过实验分析总结了ICP源功率、射频偏压功率和腔体压强对GaAs/AlGaAs材料和掩模刻蚀速率的影响。利用扫描电子显微镜观察不同参数条件对样品侧壁垂直度和底部平坦度的影响。最终在保证高刻蚀速率的前提下,通过调整优化各工艺参数,得到了侧壁光滑、底部平坦的圆台结构。     

英国制成光刻用准分子激光等离子体X射线源

<正>据《Semiconductor International》1988年5月号报道,位于牛津郡的卢瑟福阿普尔顿实验室(RAL)的一个工作小组,最近研制成一种准分子激光等离子体X射线源,并用该源在非净化室条件下进行接触式光刻,将线宽-间隙为0.5μm的光栅图形,复印在0.5μm厚的EBR-9型电子束抗蚀剂上,抗蚀剂线条侧壁非常陡峭。不足的是,目前片子曝光时间较长(25分钟)。     

高线密度X射线双光栅的研制

研究了采用高分辨率的100 kV电子束光刻和光学光刻系统相结合制作高线密度X射线双光栅的工艺技术,并且分析了电子束邻近效应校正技术在高线密度光栅制备中的应用。首先,利用电子束曝光和纳米电镀技术在同一衬底上制备两种不同线密度光栅图形;然后,利用光学光刻在2 000 lp/mm光栅上制备了自支撑加强筋结构。通过此技术制备的X射线双光栅成功集成了高线密度5 000 lp/mm透射光栅和2 000 lp/mm自支撑透射光栅,其栅线宽度分别为100和250 nm,金吸收体厚度达到400 nm。     

硅各向同性深刻蚀中的多层掩模工艺

掩模制备是硅各向同性刻蚀中的一项重要工艺.要实现深刻蚀,掩模必须满足结构致密、强度大及抗腐蚀性好的要求.一般光刻胶掩模无法在刻蚀液中较长时间地保持其掩蔽性能,很难实现深刻蚀;而金属掩模也容易出现针孔及裂纹等缺陷.因此提出使用Su-8负性光刻胶结合铬金属制备多层掩模.这种掩模结构制备工艺简单,经济实用;提高了掩模在高速刻蚀时的掩蔽性能,实现了深刻蚀.实验表明,其能满足300μm以上深刻蚀的要求,可用于硅及玻璃等材料的微加工.