微透镜列阵成像光刻技术

介绍了一种利用微透镜列阵投影成像光刻的周期微纳结构加工方法.该方法采用商业打印机在透明薄膜上打印的毫米至厘米尺寸图形为掩模,以光刻胶作为记录介质,以微透镜列阵为投影物镜将掩模缩小数千倍成像在光刻胶上,曝光显影后便可制备出微米、亚微米特征尺寸的周期结构列阵.基于该方法建立了微透镜列阵成像光刻系统,并以制备800 nm线宽、50 mm×50 mm面积的图形列阵为例,实现了目标图形的光刻成形,曝光时间仅为几十秒,图形边沿粗糙度低于100 nm.该方法系统结构简单、掩模制备简易、曝光时间短;为周期微纳结构的低成本、高效率制备提供了有效途径.     

一种基于空间光调制器的微透镜阵列制备技术

提出了一种基于空间光调制器的并行光刻制备微透镜阵列的技术。采用数字微反射镜器件输入光刻图形,结合热回流技术,制作任意结构和排布的微透镜阵列。无限远校正显微微缩光学系统的长焦深保证了深纹光刻的实现,热回流法提供了良好的表面光滑度。与传统逐层并行光刻和掩模曝光技术相比,提出的技术方案更加便捷灵活,特别适合制作特征尺寸在数微米至百微米的微透镜阵列器件。得到的微透镜阵列模版经过电铸转移为金属模具,利用紫外卷对卷纳米压印技术在柔性基底上制备微透镜阵列器件,在超薄液晶显示、有机发光二极管(OLED)照明等领域有广泛应用。     

基于LIGA技术制作金属微针阵列

MEMS微针在生物领域中的应用日益广泛,为了方便微针刺入皮肤且减少疼痛,要求微针具有足够的强度和锐利的尖端。传统LIGA工艺只能制造出具有高深宽比的垂直侧壁结构。对传统LIGA工艺进行调整,对光刻胶PMMA进行两次曝光,并通过移动光刻胶台改变X射线的光刻方向,使两次X射线曝光方向相垂直,提出移动LIGA工艺,即移动光刻工艺。此外,利用等腰三角形作为掩膜板图案,显影之后得到截面与X射线掩膜板图案相似的三维实心PMMA微针阵列。再利用此PMMA微针阵列作为原始模具,PDMS转模形成PDMS一级模具,电镀镍得到与PMMA微针阵列相似的金属镍微针阵列。     

线列熔融石英微透镜阵列的光刻和氩离子束刻蚀制备

采用光刻和熔融成形法制备线列长方形供面光致抗蚀剂微透镜图形，采用固化技术对其作重整化处理，采用氩离子（Ar＋）束刻蚀有效地实现线列长方形拱面光致抗蚀剂微透镜图形阵列向熔融石英（SiO2）基片上转移。所制单元熔融石英微透镜底部的外形尺寸为300×95μm2，平均冠高14．3μm，平均曲率半径为86μm，平均焦距为258．1μm平均F／数2.7,平均大T／数2．9；平均光焦度5．8×10(－3)折光度。扫描电子显微镜（SEM）和表面探针测试表明，所制成的线列熔融石英微透镜阵列的图形整齐均匀，每个单元长方形拱面熔融石英微透镜的轮廓清晰，表面光滑平整。实验结果证实，光刻／氩离子束刻蚀技术适用于制备具有良好的均匀性和光学质量的单片熔融石英微透镜阵列器件，此技术对于制备与大面阵凝视焦平面成像探测器相匹配的大面降微透镜阵列具有重要意义。     

对胶体球光刻中单层胶体晶体曝光特性的研究

对胶体球光刻中单层胶体晶体(MCC)的曝光特性进行了研究。利用磁控溅射的方法在蓝宝石衬底上生长SiO2薄膜并旋涂光刻胶,通过固液界面自组装的方法在光刻胶上制备了单层胶体晶体。胶体球光刻利用单层胶体晶体作为微透镜阵列,通过紫外曝光的方法在光刻胶上制备微孔阵列。光刻胶上图形的周期性与胶体球的直径有关,并且大直径的胶体球的聚光性能要强于小直径胶体球,在曝光过程中随着曝光时间的增加,由于曝光量的增加以及光刻胶的漂白现象,光刻胶上微孔的尺寸也在增加。最后以曝光后的光刻胶为掩膜,将感应耦合等离子体刻蚀技术(ICP)以及湿法腐蚀相结合,制备出了图形化蓝宝石(PSS)衬底。     

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.     

大阵列CCD光刻图形拼接技术研究

针对大阵列CCD工艺制作过程中光刻大面积图形曝光的需求,提出了一种适用于光刻拼接的图形补偿方法.图形拼接处进行相反的补偿设计0.3 μm“凹陷”,曝光时拼接交叠0.3μm.光刻后,图形拼接处平滑、自然过渡,图形整体上拼接自然,较好地解决了光刻大面积图形曝光存在的固有图形缺陷问题,改善了光刻曝光图形的质量.     

基于同步辐射光刻工艺和电铸工艺的金属纳米光栅模具制备

随着微电子技术的发展,有必要研究在基板上制备高深宽比并拥有垂直侧壁的微纳结构。基于X射线可以制备高质量的纳米母光栅,利用精密纳米电铸技术从母光栅中复制出高质量的微纳金属光栅模具。研究了一种高深宽比的金属镍光栅模具的制备技术。基于同步辐射光刻技术,在硅基板上制备线宽分别为0.25,0.5,1μm,高2.0μm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光栅。利用精密电铸技术,得到线宽分别为0.25,0.5,1μm的金属镍纳米光栅模具,1μm的金属光栅深宽比达1.5。为了获得高质量的PMMA纳米光栅母模,使用了粘接剂,克服了光栅倒伏的缺陷,优化曝光参数,消除了结构底部出现的多余的小三角形结构。     

用于PCB、HDI、IC载板的高精度多光束激光动态LDI技术

随着智能手机和掌上电脑等超薄、超精细电子产品的大量问世,并为用户广泛接受,其电子产品的小型化、高密度化已成为必然。这些新型电子产品的出现驱动了PCB、HDI和IC载板向更高精度方向发展。据Prismark预测到2014年其线宽L/S精度将会小于10μm/10μm。这使得传统的DMD直接成像式LDI设备将会面临着精度、速度等性能上难以满足高精度的实际需求。阐述了一种新型的用于线宽L/S小于10μm/10μm高精度、高速量产型多光束激光动态LDI技术。该技术是采用了像空间调制器DMD微反射镜阵列对激光束进行图形调制,在成像光系统中增加了与DMD反射镜阵列对应的微透镜阵列图形处理系统,在保证曝光面积不变的前提下缩小了曝光点。其曝光光斑可小于3μm以下。其微透镜阵列采用了多层结构,具有远心光路、空间滤波功能,使曝光焦深可达几百微米到几毫米,提高了设备的实用性和稳定性。采用DMD多光束倾斜扫描技术,实现了更加精细及高密度的曝光图形。采用了阵列式多光引擎同步曝光实现高精度量产型LDI设备。     

0.1μm器件以后的SR缩小光刻

极紫外曝光(EUVL)从原理上说与紫外缩小光刻是一样的,其特点是代替折射透镜,使用了反射镜一面镀有软X射线范围具有较高反射率的多层膜的反射缩小光学系统。掩模可用放大4—5倍的掩模,并且该掩膜上用多层膜形成的大块基板,因此可以忽略SR照射引起的热变形,确保较高的图形形成精度。从理论上来说,可以通过短波长和高NA使分辨率达到无限小,有可能获得0.1～0.01μm的线宽。     

Microlens lithography: A new approach for large display fabrication

Microlens lithography is a new lithographic method, that uses microlens arrays to image a lithographic mask onto a substrate layer. Microlens lithography provides photolithography at a moderate resolution for an almost unlimited area. The imaging system consists of stacked microlens arrays forming an array of micro-objectives. Each micro-objective images a small part of the mask pattern, the images overlap in the image plane. Potential applications for microlens lithography are the fabrication of large area flat panel displays (FPD), color filters, and micromechanics.     

采用KrF准分子激光制备聚合酶链式反应微流控芯片

采用价格便宜的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)代替价格昂贵的硅或者玻璃作为聚合酶链式反应(PCR)微流控芯片的基片材料,采用柔性大、自动化程度高的准分子激光微加工方法代替加工工艺复杂的光刻化学腐蚀方法。通过对聚甲基丙烯酸甲酯准分子激光加工规律的研究,在19kV和18mm/min的优化加工参量下,在40mm×63mm的聚甲基丙烯酸甲酯基片上制备出了20个循环的聚合酶链式反应微流控芯片。芯片微通道横截面呈倒梯形,底面粗糙度小于0.5μm。微通道宽104μm,深56μm,长1040mm,加工耗时57min。该芯片和相同尺寸的盖片在160N和105℃条件下经过20min热压键合在一起,键合强度为0.85MPa。通过进样实验发现键合后的芯片具有良好的密封性。键合后的芯片和温控系统集成在一起,采用比例积分微分(PID)方法得到的控温精度为±0.2℃,采用红外热像仪得到的相邻温区间的温度梯度分别为16.5℃和22.2℃,即该芯片可以实现聚合酶链式反应扩增。     

基于SU-8的微透镜阵列的设计和制作

以SU-8作为结构材料,采用紫外光刻工艺,尤其以斜曝光工艺为主,加工出主光轴平行于衬底基片的微透镜阵列,单个微透镜的直径大约为500μm。初步确定出加工此透镜所需要的曝光剂量、前烘时间、后烘时间和显影时间,为加工其他尺寸的透镜提供参考。基于此方法加工的微透镜阵列能够对光束进行聚焦、反射、衍射、相位调制等控制,从而可最终实现光开关、衰减、扫描和成像等功能,为其他微型光学器件,如分光镜和反射镜等的系统集成提供极大的便利。同时,此微透镜阵列也会被集成在微流细胞仪中用来对流式细胞仪中样本流做荧光检测,极大地提高了检测的精度。     

Spatial frequency doubling lithography (SFDL) of periodicstructures for integrated optical circuit technology

A novel technique for fabricating gratings useful for integrated optical circuits (IOCs) is described. The technique combines optical projection lithography, partially coherent illumination, and spatial filtering. With this technique, only the first two orders diffracted by the mask grating are allowed to pass through the lens. This produces a grating pattern in the image plane that has a high contrast (near 100%), a large depth of focus, and a period half of what would have been obtained in normal imaging. Gratings of different periods, sizes, locations, orientations, and configurations (chirped, phase-shifted, etc.) can all be produced on the same chip with a single exposure. Using a deep UV lens with 248-nm KrF excimer laser for illumination, the authors printed high-quality 0.5-μm period gratings in an oxide layer on 10 mm×10 mm silicon chips. Extended depth of focus was observed. This technique opens up the possibility of high-volume production of IOC chips with Bragg filters using standard IC fabrication facilities     

Masked ion beam lithography for proximity printing

Optical and X-Ray proximity printing systems are resolution limited by diffraction and beam dispersion. Parallel dispersion free ion beam systems are therefore ideal to transfer stencil mask patterns onto all sorts of nonideal substrates. A feasibility study was performed with the existing Alpha ion projector of the Society for the Advancements of Microelectronics in Austria operated in the MIBL (Masked Ion Beam Lithography) mode with ≈ 10×10 mm² exposure field. Structures as small as 0.2 μm in diameter could be transfered even with a gap of 1 mm between stencil mask and substrate. The widening of resist lines with 10% increase in dose was evaluated to be 14 nm for 2800 μm gap and 4 nm for 300 μm gap. This excellent exposure latitude favourably compares with synchrotron based X-ray lithography, where a widening of 20 nm with 10% overexposure has been reported for a 40 μm gap, and 10 nm for 10 μm gap. Promising applications of the MIBL technique include the fabrication of flat panel displays based on vacuum electronics (field emitter displays), surface acoustic wave and microoptic devices and - in combination with reactive ion etching - the fabrication of micro electro mechanical systems (MEMS). Prospects for MIBL steppers of printing fields > 100×100 mm² are discussed.     

Microfabrication of a nickel mold insert by a modified deep X-ray lithography process and its application to hot embossing

In the present study, a modified deep X-ray lithography process is utilized for an efficient fabrication of precise metallic mold insert. A bare bulk polymethylmethacrylate (PMMA) sheet is used without any substrate as an X-ray photoresist in order to achieve a stable fabrication by avoiding a generation of a secondary radiation during a deep X-ray lithography process. The patterned PMMA sheet after development is then bonded on a metallic substrate using adhesive layers. The adhesive layers on the opened region of the patterned PMMA sheet are subsequently removed by X-ray exposure of short duration time. The next procedure is an electroplating process onto the opened area in the PMMA sheet, consequently resulting in the final mold insert. In this manner, a robust metallic mold insert for a mass replication of microstructures could be realized quite efficiently. The present fabrication method is confirmed by an example with a replication of microchannels via hot embossing process.     

高分辨率投影光刻机光瞳整形技术

在高分辨光学光刻技术中,光瞳整形技术针对不同的掩模图形产生特定的光瞳光强分布模式,从而实现分辨力增强,获得更好的成像性能。概述了高分辨率投影光刻机照明系统中基于衍射光学元件(DOE)、微透镜阵列(MLA)和微反射镜阵列(MMA)的3种光瞳整形技术,并对这些技术的工作原理、设计制作方法和性能特点进行了归纳与总结。     

微柱透镜阵列的全息-光刻胶热熔制作技术

为改善微柱透镜阵列的制作技术、消除光刻工艺对光刻掩模版的依赖,研究了利用全息-热熔技术制作微柱透镜阵列的新方法,即首先采用了全息技术进行曝光,然后利用光刻胶热熔技术在K9玻璃基底上制作出了面形良好的微柱透镜阵列。实验结果表明,进行全息曝光并显影后,能够在光刻胶表面产生良好的正弦阵列表面结构,之后采用光刻胶热熔技术可将光刻胶的正弦阵列结构转变为微柱透镜阵列,且实验结果良好。     

均匀辐照365nm LED光源设计及其在光刻中的应用

优化设计了365nm紫外LED点光源阵列、聚焦透镜组的排布,实现了高强度均匀辐照的LED面光源。利用优化后的365nm LED面光源进行了接触式曝光光刻实验,所得刻写图形与掩模板图形一致。提出的基于365nm紫外LED阵列均匀辐照面光源的光刻方法具有结构简单、节能、环保等优势。