高精度步进压印机热误差的建模分析

为了消除由紫外光曝光所引起的步进压印机的热误差，以提高压印机的套刻对准精度，运用逐步回归分析法选取了压印机上温度测量点的数量，将压印机上布置的温度传感器从15个减少到6个，并建立了压印机温度测量关键点处的温度与压头在x、z方向热误差关系的数学模型．实验结果与模型计算结果的对比分析表明，模型的热误差预测精度在x方向可以达到899／6，而在z方向可以达到939／6．应用表明，该方法是一种在压印机热误差建模中选择温度测量关键点的有效方法，可避免热误差建模过程中的变量耦合问题，从而提高了模型的精确性．     

压印光刻中高精度莫尔对准方法的研究

针对分步压印光刻工艺中多层套刻的高精度对准问题,提出一种应用斜纹结构光栅副实现x、y、θ三自由度自动对准的方法.光栅副分为4个区域,应用光电转换器阵列检测光栅副相对移动所引起的莫尔信号变化,通过电路系统处理可同时得到在平面x、y、θ三自由度的对准信号.驱动环节采用直线电机和压电驱动器作为宏微两级驱动,其分辨率分别为0.2μm和0.1nm,在激光干涉仪全程监测下,与控制系统一起构成闭环系统实现自动对准定位.实验结果表明,在多层压印光刻工艺中,实现了压印工作台步进精度小于10nm的高精度定位要求,使整个对准系统的套刻精度小于30nm.因此,应用这种莫尔对准方法可以获得较高的对准精度,同时能够满足压印100nm特征尺寸套刻精度的要求.     

基于微压印成形的三维微电子机械系统制造新工艺

针对目前微电子机械系统(MEMS)制造中存在的三维加工能力不足的问题,将压印光刻技术和分层制造原理相结合,研究了三维MEMS制造的新工艺.采用视频图像原理构建了多层压印的对正系统,对正精度达到2μm.通过降低黏度和固化收缩率,兼顾弹性和固化速度,开发了适用于微压印工艺的高分辨率抗蚀剂材料,并进行了匀胶、压印和脱模工艺的优化实验.通过原子力显微镜对压印结果进行了分析,分析结果表明,图形从模具到抗蚀剂的转移误差小于8%,具有制作复杂微结构的能力,同时也为MEMS的制作提供了一种高效低成本的新方法.     

脑深部神经刺激微电极的表面改性研究

为了提高脑深部刺激电极的生物相容性,降低脑组织的免疫反应,减少或抑制电极周围包裹物的形成,对电极植入端聚氨酯材料进行了表面改性处理.首先用N₂/H₂进行等离子体处理,在电极表面生成活性基团——氨基,再利用电极表面的氨基基团与YIGSR多肽分子发生聚合反应,从而实现在电极表面修饰上对神经细胞具有促进生长作用的多肽分子.改性电极的大鼠植入实验结果发现,改性电极能够在一定程度上减少胶质包裹物的形成,有利于电极与神经细胞之间接触,增加有效刺激体积,证明了电极聚氨酯材料表面接枝聚合生物大分子的可行性,对今后电极表面改性的深入研究具有一定的参考意义.     

基于分步式压印光刻的激光干涉仪纳米级测量及误差研究

针对在未做隔离保护处理的环境中,基于Michelson干涉原理的激光干涉仪测量系统存在严重的干扰误差,不适合分步式压印光刻纳米级对准测量的要求.采用Edlen公式的分析及计算,不仅在理论上揭示出环境温度、湿度、气压等变化对激光干涉仪测量准确度的影响,而且证明影响测量准确度的最大干扰源是空气流动的结果.通过气流隔离措施和系统测量反馈校正控制器,能够实时补偿激光干涉仪两路信号的相差.最终,测量漂移误差在10 min内由13 nm降低到5 nm以内,满足压印光刻在100 mm行程中达到20 nm定位准确度要求.     

压印光刻中的两步对正技术

压印光刻中套刻需要粗、精两级对正.实验采用一对斜纹结构光栅作为对正标记.利用物镜组观察光栅标记图像的边界特征进行粗对正,其准确度在精对正信号的捕捉范围内;利用光电接收器件阵列组合接收光栅莫尔信号,在莫尔信号的线区进行精对正.由于线性区的斜率大, 精对正过程中得到相应x,y方向的对正误差信号灵敏度高,利用高灵敏度对正误差信号作为控制系统的驱动信号,对承片台进行驱动定位,实现精对正.最终使X,Y方向上的重复对正准确度分别达到了± 21 nm(± 3σ)和±24 nm(± 3σ).     

纳米压印光刻中的多步定位研究

在步进重复式压印光刻中，为了避免承片台支撑绞链结构间隙及微观姿态调整往返运动导致的表面材料不规则形变，建立了单调、无振荡、多步逼近目标位置的宏微两级驱动系统，并提出了径向基函数一比例、积分、微分（RBF-PID）及单调位置控制算法．控制结果证明，使用具有强鲁棒性的RBF-PID非线性控制模式，使得驱动过程呈现无超调、无振荡的单调过程，因此避免了由于系统微观振荡调节而引入的间隙误差和材料表面形变误差．此控制方式可使步进重复式压印系统的定位精唐左满足100mm行程驱动的前提下，达到小干10nm的定位枝术指标．     

电子束直写模版电沉积制备图案化磁记录介质

以电子束直写光刻图形为模版,采用直流电沉积和数值模拟的方法,研究了镍纳米柱阵列图案化磁记录介质的制备工艺和模版电沉积过程中的沉积不均匀问题.研究结果表明,在加速电压、曝光电流确定的条件下,电子束直写光刻模版孔径由曝光时间决定,模版的孔径和孔距在10 nm量级精确可调.在纳米孔阵列模版中进行电沉积时,适当增大孔距,降低阴极电解电势,可以减小电沉积过程中相邻孔之间的相互干扰,提高电沉积的均匀性,从而为图案化磁记录介质的电沉积制备提供了一种新的方法.     

超高精度定位系统及线性补偿研究

依据一个带有宏定位和微定位的超高精度定位系统设计，应用弹性力学理论进行精定位台的静、动参数的分析和估算，确定了系统的自然频率，并由此设计出双伺服环的控制系统。控制系统由2根循环滚珠丝杠构成宏定位，3个压电驱动器构成微定位。在系统软件中，采用Chebyshev数字滤波器进行去噪，使整个定位系统控制在200mm的行程中，其定位精度达到了8nm。对于由压电驱动器（PZT）的迟滞和非线性特性而产生的系统重复运动误差，系统采用EMM（Exact Model Matching)控制策略，最终实现正向和反向运行的误差量比补偿前降低5倍以上，使得正反向运动几乎落在同一曲线内，实现了对压印光刻工艺集成电路制造中的高精度定位要求。     

多层冷压印光刻中超高精度对正的研究

为满足多层冷压印光刻中套刻的超高精度要求,提出了基于斜纹结构光栅的对正技术.利用光电接收器件阵列组合接收光栅产生莫尔条纹的零级光,得到条纹平面内X、Y方向的对正误差信号.通过调整光栅副的间隙来提高误差信号的对比度.利用高对比度和灵敏度的误差信号作为控制系统的驱动信号,对承片台进行宏微两级驱动控制,并由激光干涉仪作为控制系统的反馈环节在驱动过程中进行全程监测,实现自动对正.最终使在X、Y方向上的重复对正精度达到了±20nm,满足了100nm特征尺寸压印光刻的对正精度要求.