利用傅里叶模方法分析厚层光刻胶内衍射光场

建立了描述厚层光刻胶内衍射光场形成过程的物理模型,并利用傅里叶模方法模拟计算和分析了其内部衍射光场分布。该方法考虑了其界面反射、透射及光刻胶复折射率在空间上的缓慢变化对衍射光场的影响,采用该方法模拟光刻胶内衍射光场具有数值计算结果准确、计算速度快的优点。对厚层光刻胶折射率在几种特殊分布情况下衍射光场分布的数值模拟表明,衍射光场与其复折射率的空间分布有关。由于厚层光刻胶折射率在空间上呈缓慢变化的特点,为降低其数值计算量和编程难度,可以将厚层光刻胶近似为折射率随曝光时间变化的光栅。     

基于角谱理论的厚层光刻胶衍射光场研究

为快速、准确地获得厚层光刻胶内部衍射光场的分布，利用角谱理论的思想，考虑入射光通过掩模后在光刻胶面的反射、透射和光刻胶曝光过程中其折射率及吸收系数在深度方向上的变化，建立了衍射光场在厚层光刻胶中传输的理论模型。为减小计算量，对快速傅里叶算法进行了改进。该方法数值计算速度快，计算结果准确，并适用于光在折射率渐变的其它介质中的传播。最后，对厚层光刻胶中光场分布进行了数值模拟；计算模拟表明，对于厚层光刻胶，其表面的反射、透射和折射率及吸收系数在深度方向变化对衍射光场分布有明显的影响。     

激光直接写入过程的计算机仿真研究

基于光刻胶正胶曝光显影过程的理论模型,用梯度折射率介质光线追迹的方法进行了由于局部溶解 同而造成的显影过程 胶面面形随时间变化过程的计算。对任意给定的曝光量分布及显影时间,可以精确地确定显影后的面形,为激光直写研究提供了一种有效的工具。同时,通过对显影速率作阈值近似后,导出了光刻胶曝光显影后面形与表面所需曝光量分布之间的关系,为激光直接写入提供了理论指导。     

低陡度光刻胶光栅槽形研究

为控制全息光刻胶光栅槽形,从研究显影时间、显影液温度等对光刻胶特性曲线的影响出发,采用计算机模拟和实验方法,制作出底部占宽比30%左右,陡度65°左右的低陡度光刻胶光栅掩模.研究发现：启动曝光量随显影时间的延长而减小,光刻胶特性曲线线性部分的斜率随着显影时间的增加而增加;显影液温度高的光刻胶启动曝光量大,其特性曲线线性部分的斜率也较大.这决定了制作低陡度光刻胶光栅掩模需要使用非1∶1的干涉曝光,以及必须采用较低温度的显影液进行显影处理.最终选用1∶7的干涉曝光和15℃的显影液.     

激光光刻中焦深概念的新探讨

焦深大小将直接影响激光光刻加工的最细线宽和线条的边缘倾角从而影响被加工器件性能.传统的几何光学焦深概念对有光刻胶存在时的激光光刻已不适用.本文导出了会聚的高斯光束用于激光光刻时在光刻胶内的光场近似分布形式,由此可判断出光刻胶对光刻线条的分辨率和焦深的影响,从而提出激光光刻时焦深的新概念和估算.     

激光光刻中的超分辨现象研究

激光光刻是加工微光学及二元光学掩模的主要手段。光刻的最细线宽对所加工的二元微器件性能起决定作用。本文导出了会聚的高斯光束用于激光光刻时在光刻胶内的光场近似上此可判断出能光刻线条的分辨力。若入射高斯光束受到振中相位调制时,胶层内的光强分布将发生变化,从而影响曝光线条的线宽和质量。计算看出：当入射光中心环受到遮拦时,可以得到超光刻物镜极限分辨的线条宽度（０．６μｍ）,但此时对曝光能量控制要求很高。在激     

负性光刻胶刻蚀工艺研究

对负性光刻胶的蚀刻特性进行了详尽的数学阐述,推导出了光致抗蚀剂层的刻蚀速度同曝光量以及光刻材料吸收系数之间的微分关系.以该微分方程为理论依据,通过对光刻显影过程进行模拟,得出了蚀刻最佳浮雕面形所需的光刻条件,并以"重铬酸盐-明胶"为光刻材料进行实验,获得了良好的实验结果.     

全息光栅掩模应力控制研究

通过干涉法并应用Stoney公式计算的结果，对SiO2基底上光刻胶薄膜的应力进行了研究。采用干涉显微镜在同一样品、不同直径上多点测量的方法，初步得出光刻胶薄膜膜厚均匀性的分布规律。发现在匀胶转速相同的前提下，光刻胶薄膜应力值随加速度的降低而减小，光刻胶薄膜的均匀性随加速度的增加而变好。在4000rpm的低转速时，光刻胶薄膜样品的膜厚均匀性好。因此，在全息光栅匀胶工艺中，要选择适当的转速的加速度，以得到应力较小和均匀性较好的光刻胶薄膜。     

多台阶器件结构深层表面光刻工艺优化

针对多台阶器件结构深层表面光刻工艺中存在的问题,对不同台阶高度分别测量了台阶表面及台阶底部沉积的光刻胶厚度,并对台阶高度与光刻胶厚度的关系进行数值描述与分析.基于Beer定律对薄光刻胶光吸收系数的描述,分析了通过实验得到的不同曝光时间下光刻胶的光强透过率曲线,解释了随着曝光时间的增加光刻胶光强透过率发生变化的原因,同时认为光刻胶光吸收系数与光刻胶厚度密切相关.在此基础上,确定了台阶底部堆积光刻胶完全曝光所需时间.优化平面光刻工艺,在不同台阶高度的深台阶表面及底部同时制作出窄线条的高质量图形.     

厚胶接近式光刻中掩模优化研究（英）

随着光刻胶厚度的不断增大,制作的光刻图形畸变愈发严重,这极大的影响了微结构器件的性能与应用。针对高深宽比柱状微结构在光刻胶厚度方向上畸变的特点,提出了双面曝光和亮衬线、灰阶掩模相结合的办法,利用遗传算法对失真影响最大的区域进行搜索,光刻胶内部各层的衍射光场分布作为评价函数,对光刻过程引起的畸变进行优化。仿真结果显示,优化后光刻胶各层面型质量得到极大的改善,特征尺寸和边墙角等参数与理论值吻合得更好。优化算法具有很好的灵活性,因此在用于更厚光刻胶、更复杂掩模图形的优化上,具有重要的指导意义。     

Depth of focus estimation based on exposure dose distribution

A defocusing exposure dose distribution model is established with the integral effect of light intensity on time taken into account for laser direct writing on a thin photoresist with total reflection substrate. Exposure dose distribution curves are established using the established model for different photoresist depths. A side slope angle is established for each defocusing amount in accordance with the exposure dose distribution curves, and so depth of focus can be estimated by simply checking to see if the maximum side slope angle with the horizontal is in the range of 80-100°. Simulation results indicate that when laser direct writing is done on a thin photoresist with total reflection substrate using a laser with wavelength equal to 442 nm and a lens with numerical aperture equal to 0.5, the depth of focus estimated using the proposed method is 1 μm, which is just 1/3 of the depth of focus estimated using the method based on intensity distribution. It is therefore concluded that it is the integral effect of light intensity on time that causes the depth of focus estimation error, and the proposed method can be used to achieve a more accurate depth of focus estimation compared to the intensity distribution based method.     

基于厚金属狭缝阵列的表面等离子激元光刻

提出一种利用厚金属狭缝阵列耦合激发表面等离子激元制作非周期图形的纳米光刻模型.采用时域有限差分电磁场模拟仿真软件研究了厚金属狭缝阵列中表面等离子激元的激发、模式选择以及光刻胶中的光场分布.结果表明,通过优化厚金属狭缝阵列结构参量和匹配介质参量可有效抑制表面等离子激元在光栅狭缝出口处的发散,增加表面等离子激元的穿透深度,可获得高分辨率的较大曝光深度的周期和非周期纳米图形,可为纳米激光直写技术提供有益的借鉴.     

离焦激光直写的线宽稳定方法

为了提高激光直写加工衍射光学元件时的线条质量,提出一种离焦激光直写的线宽稳定方法.该方法通过同时调节激光功率和离焦量,使光刻胶的曝光阈值处于线宽对曝光量的变化率较小位置,从而可以弱化线宽对实际曝光量或光刻胶阈值等变化的敏感度,提高利用离焦方法进行衍射光学元件制作时的线宽稳定性.推导了稳定线宽后的光功率控制模型和线宽模型,模型中的变量仅为离焦量,降低了光功率控制的复杂性.利用632.8 nm的He-Ne激光和NA-0.1的物镜在CCD上对采用该方法后的离焦线宽模型进行验证,实验结果与理论模型吻合较好.该方法对于线宽稳定度较高的衍射光学元件制作具有重要价值.     

基于数字微反射镜灰度光刻的成像模型

在深入探讨DMD(Digital Mirror Device)灰度图形传递的特点基础上，把曝光量分布作为分析数字光刻成像的物理量，建立了数字灰度光刻的成像模型.以制作微米量级微透镜为例，通过模拟分析，讨论了数字光刻过程中DMD的工作方式、成像系统参量对抗蚀剂曝光量分布的影响，揭示了数字灰度光刻成像机理，为开展数字光刻实验研究提供了理论根据.     

Generation of Optical Vortex Using a Spiral Phase Plate Fabricated in Quartz by Direct Laser Writing and Inductively Coupled Plasma Etching

A simple, economical and reliable technique is proposed for fabricating a spiral phase plate （SPP） in a quartz substrate to generate optical vortex with a unit topological charge at the wavelengths of 632.8nm. The spiral phase plate is first formed in the photoresist by direct laser writing lithography and then transferred into the quartz substrate by inductively coupled plasma etching. The performance of the fabricated SPP is verified by using beam intensity distribution, which is in agreement with the theoretical calculation result. The interference measurement suggests that we have succeeded to generate optical vortex with a unit topological charge with the fabricated SPP.     

355nm激光曝光SU-8胶的XPS谱和FT-IR谱研究

SU-8光胶因具有良好的光刻性能,并可获得稳定的高深宽比而在微加工领域得到了广泛的应用。众多研究采用不同的光源对其进行了多种光刻研究,本文应用355nm激光对SU-8胶进行曝光,分别采用XPS谱和FT-IR谱分析了SU-8胶与激光相互作用过程中,355nm激光对SU-8胶的作用以及反应前后主要成分含量、分子结构的变化,初步探讨了SU-8胶中激光曝光能量与透入深度的关系。     

The three-dimensional photonic crystals coated by gold nanoparticles

We report on the fabrication of metallodielectric photonic crystals by means of interference lithography and subsequent coating by gold nanoparticles. The grating is realized in a SU-8 photoresist using a He-Cd laser of wavelength 442 nm. The use of the wavelength found within the photoresist low absorption band enables fabricating structures that are uniform in depth. Parameters of the photoresist exposure and development for obtaining a porous structure corresponding to an orthorhombic lattice are determined. Coating of photonic crystals by gold nanoparticles is realized by reduction of chloroauric acid by a number of reductants in a water solution. This research shows that the combination of interference lithography and chemical coating by metal is attractive for the fabrication of metallodielectric three-dimensionally periodic microstructures.