电子束重复增量扫描生成三维结构的研究

针对三维曝光图形的结构特点,结合自行设计的图形发生器,提出了电子束重复增量扫描方式及曝光剂量与刻蚀深度关系和灵敏度的计算方法.根据计算得到的剂量关系,按照重复增量扫描方式,在SDS-3电子束曝光机上进行了曝光实验,显影后得到了轮廓清晰的梯锥和圆锥的三维结构.因此,重复增量扫描方式可以用于三维结构的加工,并且关于曝光剂量与刻蚀深度关系和灵敏度的计算可以为其提供符合实际曝光的参数.     

三维结构的邻近效应校正

针对三维曝光图形的结构特点,结合重复增量扫描方式,分别从水平和深度两个方向进行邻近效应校正。水平方向通过预先建立校正过程中需要的各种规则表,使所需参数可以通过查表获得,快速、准确地实现了邻近效应校正,深度方向的校正则是从吸收能量密度与曝光剂量的关系上考虑。利用SDS-3电子束曝光机完成了校正实验。AFM图显示,邻近效应已大大降低,可满足三维加工精度的要求。所提出的扫描方式和校正方法为电子束曝光的三维加工和邻近效应校正提供了一种新方法。     

基于软刻蚀技术的微三维结构加工方法研究

软刻蚀是通过表面带有图案的弹性模板来实现图案转移的图形复制技术,弹性印章是软刻蚀技术的核心。简单介绍了软刻蚀技术,使用SDS-3型电子束曝光机,采用重复增量扫描方式进行曝光,生成弹性印章的母版,将其硅烷化后用以制作弹性印章,再利用软刻蚀技术可进行微图形的复制,得到微三维结构。显影后得到轮廓清晰的三维结构,证明将电子束重复增量扫描曝光方式与软刻蚀技术相结合可为制作微三维结构提供一种简单、有效的低成本途径。     

电子束光刻制造软刻蚀用母板的研究

使用通用电子束曝光机,采用一种新的电子束微三维加工的重复增量扫描方式进行曝光实验,显影后得到轮廓清晰的微三维结构,以此为制作弹性印章的母模板,经硅烷化后可用来制作弹性印章,得到弹性印章后便可再利用软刻蚀相关技术进行微图形的复制.曝光实验的结论表明采用电子束重复增量扫描方式可用来制作微三维弹性印章的母版.     

电子束重复增量扫描曝光方式的反应机理研究

从高分子辐射化学的角度分析了电子束曝光的实际反应机理,推导得出曝光辐射剂量与辐射降解程度间的关系,提出了重复增量扫描方式的电子束微三维加工方法。通过在SDS-3型电子束曝光机上对正性抗蚀剂PMMA进行曝光实验,显影后得到轮廓清晰的三维结构,验证了该方法的可行性。     

纳米级电子束曝光机用图形发生器

为满足纳米级电子束曝光系统的要求，设计了高速图形发生器。该图形发生器包括硬件和软件两部分。硬件方面主要是利用高性能数字信号处理器(DSP)将要曝光的单元图形拆分成线条和点，然后通过优化设计的数模转换电路，将数字量转化成高精度的模拟量，驱动扫描电镜的偏转器，实现电子束的扫描。通过图形发生器还可以对标准样片进行图像采集以及扫描场的校正。配合精密定位的工件台和激光干涉仪，还可以实现曝光场的拼接和套刻。利用配套软件可以新建或导入通用格式的曝光图形，进行曝光参数设置、图形修正、图形分割、临近效应修正等工作，完成曝光图形的准备。结果表明，该图形发生器能够与整个纳米级电子束曝光系统协调工作，刻画出纳米级的图形。     

基于电子束光刻的LIGA技术研究

提出了基于电子束的LIGA(Lithographie，Galvanoformung，Abformung)技术新概念。根据Grune公式就电子束能量对抗蚀剂刻蚀深度的影响进行了理论分析，并在SDS—2电子束曝光机上分别采用5keV、10keV、15keV、20keV、25keV、30keV等能量的电子束对国产胶苏州2号进行了曝光实验，得出了能量／刻蚀深度关系曲线。用5keV、30keV两种能量的电子束，通过改变曝光时间进行了曝光剂量对刻蚀深度的影响实验，得出了曝光剂量—刻蚀深度关系曲线。实验结果表明，增大电子束能量或增强曝光剂量，就可以增大刻蚀深度，证明了基于电子束光刻的LIGA技术不但是可行的，而且更易于加工各种带曲率的微器件。     

一种新型的电子束图形发生器

本文介绍了一种新型的电子束图形发生器,它基于主从分布式微机结构体系。以IBM PC/AT为主机管理,MCS—51单片机为分机控制。下位机接收传来的命令和数据,并分析转换以完成单双通道各种基本图形的扫描。工作频率在6MHz以上。结果表明:用分布式微机结构体系完成原小型机的工作,可以大大简化图形发生器的结构,且控制灵活,为曝光机的整机自动化打下基础。     

电子束重复曝光加工PCR微通道的工艺研究

对PCR微流控芯片通道中流体的流动特性进行了分析,发现流体在横截面为圆形的通道中流动时由摩擦引起的等效水头损失及表面张力均小于微矩形通道。以此为依据,将PCR芯片微通道优化设计成圆形通道。在JSM-5CF电子束曝光机上采用束斑尺寸80nm、能量20keV的电子束对1μm厚的聚甲基丙烯酸甲酯进行了单次曝光剂量40μC/cm2的8次重复增量扫描曝光实验,显影后得到的PCR芯片微圆通道轮廓清晰,边缘连续光滑。证明了电子束重复增量扫描曝光方式制作PCR微流控芯片微圆通道的可行性。     

图形发生器单元圆生成算法及填充策略

随着微电子技术的发展，某些特殊器件如集成光栅的生产，需要进行圆弧图形的曝光。在Bresenham算法的基础上，提出了一种圆生成算法及填充策略。该方法通过设置决策函数和迭代增量，判断最接近圆函数曲线的象素点，从而得到和圆函数图形逼近较好的曲线图形。这种算法应用于以DSP芯片为基础的电子束曝光机图形发生器上，可以快速又较好地得出圆图形单元的各象素点，输出信号至D／A，通过信号转换控制偏转放大器绘制图形。此算法适于硬件完成，简化了数据处理过程，并提高了图形绘制速度和图形精度。     

The fabrication of three-dimensional nano-structures by defocused electron beam energy

We demonstrate a novel method to fabricate three-dimensional structure with various shapes using defocused electron beam lithography (DEBL) for optical elements. In this study, we experimentally analyzed the relationship between the shape profiles of exposed patterns and defocusing length by varying parameters for e-beam lithography.Through these experiments, we found out that the shape profiles of exposed patterns depended on the defocusing length at the specific conditions in the e-beam lithography. This is due to the fact that the distribution and intensity of electron beam energy are changed by the defocusing length degree in the DEBL. These results allow the fabrication of three-dimensional (3D) structures with various shapes for optical elements by varying the defocusing length under the proper conditions of e-beam lithography. Based on these results, we can fabricate the 3D patterns with hemispherical shape for nano lens array and nano cone shape for SERS (surface enhanced Raman spectroscopy) and optical diffraction grating patterns with nano scale depth and width.     

应用于PHEMT器件的深亚微米T形栅光刻技术

PHEMT器件和基于它的高频单片集成电路广泛应用于现代微波/毫米波系统。当PHEMT器件的栅长缩短到足够短的时候,沿着栅宽方向的寄生电阻会影响PHEMT器件的性能。为了解决这个问题,一种具有大截面面积而底部长度却很小的T形栅结构通常被用于制作PHEMT器件,因为这种结构可以有效地减少由于栅寄生电阻而引起的晶体管噪声。对几种常用的制作深亚微米T形栅的三种光刻技术即光学光刻、电子束光刻、X射线光刻技术进行了比较分析。对于光学光刻技术,通常需要采用移相和光学邻近效应校正技术,它的制作成本低,但是很难用于制作深亚微米T形栅;对于电子束光刻技术,通常需要采用高灵敏度和低灵敏度的多层胶技术,虽然它的栅长可以制作到非常小,但是它的生产成本非常高,而且它的生产效率非常低;对于X射线光刻技术,它不仅可以用于制作深亚微米T形栅,而且它的生产效率非常高,T形栅的形状可以非常容易控制。     

PYREX玻璃湿法凹槽腐蚀研究

在玻璃上刻蚀凹槽作为腔体,是半导体制造工艺中一个新方法。本文讨论了玻璃湿法腐蚀的工艺方法,通过清洗、涂胶、光刻、腐蚀等工艺的反复实验,分析了涂胶厚度与甩胶速率的关系,腐蚀深度随腐蚀时间的变化情况,并总结出玻璃刻蚀过程中的重要参数和注意事项。     

硅基单电子晶体管的可控制备

采用电子束曝光、感应耦合等离子体刻蚀和热氧化等工艺技术,通过独特的图形反转设计,即在电子束曝光时采用负的曝光图形,并以电子束曝光的光刻胶作为掩膜进行干法刻蚀,通过后续的干法热氧化等工艺,在磷离子重掺杂的绝缘体上硅基底上成功地制备出单电子晶体管。该方法具有高精度、结构可控、可重复和加工成本低的优点,可作为一种批量制备单电子晶体管的工艺技术。所制备的单电子晶体管在2.6 K到100 K的温度范围内呈现出明显的库仑阻塞效应,导通电阻小于100 kΩ。该单电子晶体管将成为高速、高灵敏度射频电路的关键器件。     

高分辨率SiNx纳米压印模板的快速制备工艺

纳米压印技术是近年来国际新兴的纳米光刻技术,具有高分辨率、高效率和低成本等优点。本文结合电子束光刻技术和干法刻蚀技术开发了简洁的纳米压印SiNx光栅模板制造工艺。为提高工艺效率,引进高灵敏度的化学放大胶NEB-22胶（负性胶）作为电子光刻胶,用电子束光刻技术在NEB-22上刻出光栅图形,再利用其作为掩膜,经反应离子刻蚀后,将光栅图形转移到氮化硅上,得到所需模板。文中详细研究了NEB-22胶的电子束光刻特性及其干法刻蚀特性,指出了它作为电子束光刻胶的优点及它相对于铬掩膜而言作为干法刻蚀掩膜的不足。     

Fast patterning and dry-etch of SiNχ for high resolution nanoimprint templates

We developed a simplified nanofabrication process for imprint templates by fast speed electron beam lithography (EBL) and a dry etch technique on a SiNx substrate, intended for large area manufacturing. To this end,the highly sensitive chemically amplified resist (CAR), NEB-22, with negative tone was used. The EBL process first defines the template pattern in NEB-22, which is then directly used as an etching mask in the subsequent reactive ion etching (RIE) on the SiNx to form the desired templates. The properties of both e-beam lithography and dry etch of NEB-22 were carefully studied, indicating significant advantages of this process with some drawbacks compared to when Cr was used as an etching mask. Nevertheless, our results open up a good opportunity to fabricate high resolution imprint templates with the prospect of wafer scale manufacturing.     

Nanostructure patterning

Research at the US Naval Research Laboratory (NRL) in the lithography, patterning, and fabrication of structures of nanometer scale dimensions is reviewed. Electron-beam (e-beam) lithography at high (50 keV) and low (5 eV) energies on resist systems developed at NRL is described. The low energy lithography takes advantage of the spatially confined e-beam available in a scanning tunneling microscope type probe. This instrument allows an in situ exposure and characterization of an e-beam sensitive material. A novel approach for implementing dose correction for proximity effects in e-beam lithography is presented using an error measure based on the physical realities of lithography. The compositional disordering of GaAs-Ga_xAl_1-xAs heterostructures as a technique for pattern replication is described. Introducing silicon into the heterostructure (by implantation or diffusion) enhances the aluminum and gallium interdiffusion which can be used for patterning. A complete bibliography of recently published results is included