基于计算全息的斜面和曲面光刻

斜面和曲面微结构元件在微电子学、微光学、微流体学等领域有着重要的应用,为了实现快速、低成本的斜面和曲面光刻,提出了利用基于液晶空间光调制器的纯相位计算全息技术投影目标图案到斜面和曲面进行曝光的方法。生成了斜面和球面全息光场,对光场进行消散斑和杂散光去除的处理,完成了斜面和球面光刻实验验证。实验结果表明:该方法加工效率高、设计灵活多变,不受单一结构限制,是一种极具潜力的三维微纳加工方法。     

激光直写系统制作掩模和器件的工艺

激光直写系统是国际上９０年代制作集成电路光刻掩模版的新型专用设备。微细加工光学技术国家重点实验室从加拿大引进了国内第一台激光直写系统。利用这台系统，通过高精度激光束在光致抗蚀剂上扫描曝光，将设计图形直接转移到掩模或硅片上。激光直写系统的应用，可以分成一次曝光制作光刻掩模和多次套刻曝光制作器件两个方面。介绍使用激光直写系统制作光刻掩模和套刻器件的具体工艺，并给出利用激光直写工艺做出的一些掩模和器件的实例     

一种制作凹形聚二甲基硅氧烷微透镜阵列的方法

提出一种制作凹形聚二甲基硅氧烷(PDMS)微透镜阵列的方法。用数字微镜器件(DMD)代替物理掩模,建立数字灰阶无掩模光刻系统,在光刻胶上制作正方形基底凸形微透镜阵列,以此阵列为母板,采用复制方法,制作了高填充因子的正方形基底凹形PDMS微透镜阵列。实验和测试结果表明:数字灰阶无掩模光刻系统制作的微透镜阵列表面光滑,形貌良好;复制的PDMS微透镜阵列边缘清晰,表面光滑,焦面光斑光强均匀。为制作凹形微透镜阵列提供了一条制作简单、效率高、成本低、可大规模制作的新途径。     

利用曲面计算全息图进行凸面非球面检测

基于曲面计算全息方法，设计了检测大口径凸面非球面的干涉仪，其精度可优于λ/30(P-V值)。研究了利用激光直写设备在曲面基底上制作全息图的方法，由于全息图的线宽变化较大，采用刻线的两边精确写入、中间螺旋线写入快速填充的策略，有效提高了写入精度和效率。在口径110mm、曲率半径500mm的曲面基底上，制作出了全息元件。利用自制的干涉装置，对用金刚石车床车削成的、口径100mm的凸面非球面进行了检测，非球面的精度为0．8λ(PV值)，检测结果与车床的精度吻合很好。     

基于空间光调制器的无掩模光学光刻技术研究进展

随着器件特征尺寸的不断减小,传统光刻技术的加工分辨率受限于衍射极限已接近使用化技术的理论极限且成本过高。无掩模光刻技术是解决掩模价格不断攀升而引起成本过高的一种潜在方案,以成本低、灵活性高、制作周期短的特点在微纳加工、掩模直写、小批量集成电路的制作等方面有着广泛的应用。基于空间光调制器的无掩模光学光刻技术在提高分辨率和产出率方面取得了一定的进展,理论和实验上均取得了较好的效果。详细归纳介绍了基于空间光调制器的无掩模光学光刻技术的原理、特点以及研究进展。     

采用双自由曲面整形的无掩模光刻照明系统

为了实现无掩模光刻系统所需求的矩形准直平顶激光光束照明,提高照明系统的能量利用率,提出了一种利用双自由曲面整形的照明系统设计方法。根据光程守恒原理和折射定律,推导了积分形式的双自由曲面面形方程;采用数值解法求解积分方程,分别设计了含有双自由曲面的双透镜整形单元和单透镜整形单元的照明系统,使用光学设计软件对两种照明系统进行模拟,得到两种照明系统的照明均匀性在93%以上,能量利用率大于91%。结果表明,两种照明系统均能实现无掩模光刻系统的高均匀性、高能量利用率照明。     

一种新的亚微米制造技术

已经研制成功一种制作亚微米线宽和器件的新技术。此技术不需要电子束或其它外加的刻蚀技术,而只用常规光刻法和一次边缘选择镀工序。在此工序中,把金属镀到已刻图案的金属层的边缘上。然后,此已镀边缘作为下步等离子腐蚀的掩模,以腐蚀其下层的导体或介质。此技术作出的线宽小至0.04微米,并能用来制造多种微波器件。特别是已用它来制作栅长为0.1微米的镀金铬栅 GaAsMESFET。此法所得 GaAsMESFET 的性能,比得上用比较复杂和花费大的制作栅图案技术制造出来的器件。譬如,在离子注入的 GaAs 上制作的5微米源-漏间距,0.3微米栅长和250微米栅宽的 MESFET,12千兆赫下最大可用增益超过10分贝。     

极坐标激光直写技术制作微结构

简述了极坐标激光直写技术原理,并利用该技术研究了在铬板、光刻胶版表面制作微 结构的工艺,制作了光栅、非涅耳透镜、曲面衍射透镜、平面连续微结构衍射透镜掩模以及基于MEMS技术的微型太阳敏感器光学掩模。     

旋转曲面的激光尺寸加工

金属电介质旋转曲面在光电子学和电真空器件制造中有广泛应用。半球面、锥面、抛物面、双曲面、环面，以及更为复杂的表面，例如双曲面过渡到锥面常用作旋转曲面。为了在旋转曲面上获得图形，必须研究应用数学的某些问题，以及将物体空间的图形传送在实际旋转曲面的光学方法。该文研究了使用激光器的本子光束将平面光掩模的图形的象传送到实际旋转曲面的方法。激光束穿过光掩模与实际旋转曲面相互作用。有几种将曲面图象传送到平面上的方法，并有相应的数字工具描述它。在大地测量和制图中考察了由球面传至平面，即在变换中仅有一个旋转面。…     

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.     

表面等离子体近场光刻制作二维纳米阵列

重点介绍了采用表面等离子体增强效应的近场光刻制作亚微米结构的二维点阵图形的技术。在研究亚波长纳米孔阵列超透射现象基本原理的基础上,应用有限差分时域(FDTD)算法数值模拟了周期性孔阵列的电场强度分布,讨论了纳米孔阵列所激发的表面等离子体激元提高近场光刻分辨率的微观机制。以金膜上的亚波长纳米孔阵列作为掩模版进行了接触式曝光实验,实际制作出了光刻胶的亚波长二维点阵图形,点阵图形的直径约为300nm,周期约为700nm。这种新型的微纳加工技术具有应用简单、成本低等特点,在大规模二维纳米点阵的制作方面有一定的应用潜力。     

对一台先进电子束曝光机制作掩模过程的分析

本文通过对一台先进电子束曝光机制作掩模过程的分析,阐明设计图经计算机辅助设计系统数字化后,生成PG格式数据,再由PG格式数据转换成电子束格式数据的处理;论述了光栅扫描的原理及特点;介绍了图形发生器的作用及电子束在控制系统作用下在基片上描绘图形的过程。     

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。     

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.     

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.     

用于纳米器件的电子束与光学混合光刻技术

成功开发出了一种可用于纳米结构及器件制作的电子束与光学光刻的混合光刻工艺。通过两步光刻工艺,在栅结构层上采用大小图形数据分离的方法,使用光学光刻形成大尺寸栅引出电极结构,利用电子束直写形成纳米尺寸栅结构,并通过图形转移工艺解决两次光刻定义的栅结构的叠加问题。此混合光刻工艺技术可以解决纳米电子束直写光刻技术效率较低的问题,同时避免了电子束进行大面积、高密度图形曝光时产生严重邻近效应影响的问题。这项工艺技术已经应用于先进MOS器件的研发,并且成功制备出具有良好电学特性、最小栅长为26 nm的器件。     

掩模制作中的邻近效应

计算模拟了激光束和电子束直写加工的掩模畸变,并分别用理想掩模和有畸变的掩模进行投影光学光刻过程的模拟和比较,讨论了光学邻近效应校正掩模在加工过程中所产生的畸变对传递到最终基片上的图形的影响。模拟分析指出,掩模加工中的邻近畸变应在设计光学邻近校正掩模时予以注意,即在掩模设计时,应把掩模加工中的邻近效应和光刻图形传递过程的邻近效应进行总体考虑,以便设计出最优化的掩模,获得最好的邻近效应校正效果。     

基于X光移动光刻技术的PMMA微透镜阵列制备

微透镜阵列的制备已经成为微光学领域的研究热点。利用两次X光移动光刻技术,以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为正光刻胶,在PMMA基板上制造了微透镜阵列,并对其制作原理进行了详细说明。设计了制备微透镜阵列用的掩膜图形,并通过掩膜图形模拟仿真,预测了微透镜在两次移动曝光显影后的形状。第一次X光移动光刻后,理论上会得到半圆柱状三维结构;第一次光刻后将掩膜板旋转90,进行第二次移动曝光光刻,最终在PMMA基板上制备了面积为10 mm10 mm的3030个微透镜阵列,阵列中每个微透镜的直径约248m、厚度约82m。同时也研究了X光曝光量与PMMA刻蚀深度之间的关系。微透镜阵列形貌测试表明此种制备微透镜阵列的新方法是可行的。     

一种新型的光纤光栅制作方法

本文提出了一种新的光纤光栅制作方法－莫尔条纹振幅模板写入法。这种方法是采用莫尔条纹构成模板实现对写入光强的振幅调制,在硫化物光纤中写入周期为365nm的长周期光栅。这一方法可大大简化模板的制作工艺和降低成本,是一种使用方便、性能价格比优的方法。     

Patterning Colloidal Crystals and Nanostructure Arrays by Soft Lithography

As one of the most robust and versatile routes to fabricate ordered micro‐ and nanostructures, soft lithography has been extensively applied to pattern a variety of molecules, polymers, biomolecules, and nanomaterials. This paper provides an overview on recent developments employing soft lithography methods to pattern colloidal crystals and related nanostructure arrays. Lift‐up soft lithography and modified microcontact printing methods are applied to fabricate patterned and non‐close‐packed colloidal crystals with controllable lattice spacing and lattice structure. Combining selective etching, imprinting, and micromolding methods, these colloidal crystal arrays can be employed as templates for fabrication of nanostructure arrays. Realization of all these processes is favored by the solvent swelling, elasticity, thermodecomposition, and thermoplastic characteristics of polymer materials. Applications of these colloidal crystals and nanostructure arrays have also been explored, such as biomimetic antireflective surfaces, superhydrophobic coatings, surface‐enhanced Raman spectroscopy substrates, and so on.