微透镜列阵成像光刻技术

微透镜列阵成像光刻技术万方数据４７０红外与激光工程第３９卷Ｏ引言微米、亚微米特征尺寸周期结构在构成新型人工材料（如低折射率材料、负折射率材料、抗反射材料等）和器件（如频率选择 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面等）方面【卜４】有着广阔的应用前景。目前。常用的微纳尺度周期结构加工方法主要有传统的光刻技术和激光束、电子束直写技术等【¨ｌ。然而每一种方法都不同程度地受设备要求高、加工周期长、成本高的限制。为了寻找一种低成本、高效率的加工方法．文中研究了微透镜列阵投影成像光刻的方法，建立了微透镜列阵成像光刻系统，并将该系统应用于光刻实验．单次曝光实现了８００ｎｍ线宽、５０Ｈ＇ＨＴＩ×５０ｍｍ面积图形的光刻制备。曝光时间仅为几十秒。所用的成像物体尺度在毫米至厘米量级，可用商业打印机打印制备，整个系统无需昂贵而复杂的设备。有望解决微纳结构人工材料和器件的低成本、快速制备问题。１微透镜列阵成像光刻原理微透镜成像光刻原理如图ｌ所示：光源发出的光经散射板散射后照明透明成像物体，成像物体通过微透镜列阵缩小成像，位于像面处的光刻胶作为 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 介质记录下成像结果１７—１。图１微透镜列阵成像光刻原理不意图Ｆｉｇ．１Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｍｉｃｒｏｌｅｎｓａｒｒａｙｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙｓｙｓｔｅｍ散射板至物体距离通常在几至几十厘米，物体距离微透镜几十厘米。微透镜的焦距很短，在几微米至几十微米量级，几十厘米的物距相对焦距可近似看作无穷远．微透镜与光刻胶之间的距离即像距约等于焦距．物距像距的比值使得微透镜缩小成像倍率可高达１０４倍。２微透镜列阵成像光刻系统基于以上原理．建立了微透镜列阵投影成像光刻系统，该系统由照明部分、成像部分和调焦部分组成。２．１照明部分照明部分由光源和散射板构成。其作用是为成像部分提供足够强度的照明光。对光源的要求是功率高、曝光面积大且波长在光刻胶的感光波段。中心波长为３６５ｎｌｌｌ的高压汞灯光源。由于其成本低、曝光面积大、功率高，并且对绝大部分常规商业化光刻胶感光等优点，成为本实验系统的首选光源。文中所用的高压汞灯光源功率为８０００ｍＷ／ｃｍ２。出光口面积为１００ｍｍ×１００ｍｉｌｌ。采用高压汞灯光源照明为非相干照明。文中采用毛玻璃为散射板，光通过毛玻璃后可获得均匀的漫射光照明成像物体。该结构同时具有结构简单、成本低等优点。２．２成像部分成像部分由物体和微透镜列阵组成。微透镜列阵是成像部分的核心元件。同时也是系统的核心元件。在本系统中．微透镜数值孔径和口径分别决定着系统的分辨率和光刻图形的尺寸。是设计中要确定的参数。对于无像差圆型光瞳，调制传递函数为【１１１：ＭＴＦ（咖｝（盖“ｎＯｃｏｓＯ）（１）而微透镜数值孔径与系统分辨率的关系为１８１：ＮＡ２丽Ａ（２）式中：ＮＡ为微透镜的数值孔径；Ａ为照明光波长，文中为３６５ｎｌｎ；Ｒ为系统分辨率。一般的光学设计结果以调制传递函数来评价像质．微透镜的设计结果以ＭＴＦ＞，０．４为准，此时ｃｏｓ０。＜０．４９，则有：ＮＡ：訾竽（３）微透镜的口径与数值孔径的关系可由公式（４）表示［ａｌ：ⅣＡ＝ｎｓｉｎｏｔ＝ｎ（４）式中．，为微透镜焦距；Ｄ为微透镜口径，当数值孔径由万方数据第３期张为国等：微透镜列阵成像光刻技术４７１公式（３）确定后，厂与Ｄ任定其一，则另一参数随之确定。微透镜的焦距，是像高ｈ和视场角ｙ的函数，可表示为卢ｈｃｏｔＴ，将其带入公式（４）后，变形可得：Ｄ：—坠些Ａ＿。．２ｈ＝．ＮＡｃｏｔＴ（５）Ｖｎ‘一ＮＡ‘Ｖｎ‘一ＮＡ‘物体的尺度在毫米至厘米量级，可用商业化打印机在透明薄膜上打印的黑白图案作为成像物体，制备简易方便，成本低。物体尺寸可根据光刻图形尺寸和物像几何关系确定。２．３调焦部分调焦部分是整个系统机械装置的核心部分．其原理如图２所示。调焦部件包括显微镜、带有标记的光刻胶基板、微透镜列阵基片固定台及精密位移平台。微透镜的焦距仅为几十微米，焦深仅有数微米。系统离焦将导致光刻图形特征尺寸增大、图形失真、图形对比度下降。调焦部分的功能是将像平面与光刻胶平面重合，调焦过程分两步实现：（１）将微透镜列阵与光刻胶基板紧密贴合，’上下移动显微镜，当看到物体清晰的像时固定显微镜，微透镜列阵位置始终固定；（２）上下移动光刻胶基板，使得透过显微镜可同时观察到物体和标记的像，此时，微透镜的像面与光刻胶在同一平面上，此后固定光刻胶基板，调焦过程完成。图２微透镜列阵成像光刻调焦子系统原理图Ｆｉｇ．２Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｆｏｃｕｓｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆｍｉｃｒｏｌｅｎｓａｒｒａｙｉｍａｇｉｎｇｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ３微透镜列阵成像光刻实验利用第２节所建立的微透镜列阵成像光刻系统进行了实验。以加工线宽为８００ｎｍ的图形列阵为例。根据公式（３）计算可得，数值孔径约为２．２３，考虑系统像差影响，所设计的微透镜数值孔径为ｏ．２５８。将微透镜的口径取为１０ｉｘｍ，对其进行仿真分析．计算得出的ＭＴＦ曲线如图３所示：９。视场所对应的空间频率约为６３０ｌｐ／ｍｍ（通常以ＭＴＦ＝０．４时为 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ），对应的分辨率约为７９４ｎｍ。９０视场与中心视场在空间频率为６３０ｌｐ／ｍｍ时ＭＴＦ的值已经相差约０．０５，此时．中心视场与边缘视场成像质量已经有明显差异．但在此光刻实验中尚可接受。根据物像几何关系可计算得出，光刻图形的单元尺寸约为５Ｉｘｍ。图３口径１０Ｉｘｍ、数值孔径０．２５８微透镜ＭＴＦ曲线Ｆｉｇ．３ＭＴＦｃｕｒｖａｔｕｒｅｏｆｍｉｃｒｏｌｅｎｓｗｉｔｈ１０斗ｍｄｉａｍｅｔｅｒａｎｄ０．２５８ＮＡ实验步骤：（１）在ｌ（９基片上旋涂光刻胶Ｓ１８０５，４５００ｒｉｍ转速下旋转３０ｓ。胶厚约为５００ｎｍ；（２）将涂有光刻胶的基片在１００。Ｃ热板上前烘１０ｍｉｎ；（３）前烘结束后。将物体、光刻胶基片及微透镜列阵依次安装到相应位置，调焦完成后打开光源曝光实验。利用以上系统．成功制备了光刻８００ｎｍ线宽、５０ｍｍ×５０ｉｎｎ面积的图形列阵。图４、图５为在ｌ０００倍放大倍率下拍摄的显微照片。图４所用物体为“ＩＯＥ”图形，线宽８ｍｉｌｌ．图形宽度６０ｍｉｌｌ，曝光４０ｓ，显影１００ｓ，光刻制备的图形列阵线宽约８００ｎｌｎ，周期２０Ｉｘｍ，单元图形尺寸约５ｉｘｍ，光刻图形面积５０ｒａｍ×５０ｍｉｌｌ。图５所用物体为“十”图形，线图４以“ＩＯＥ”图样为成像物体．光刻设备的图形列阵Ｆｉｇ．４ＯｂｊｅｃｔｗｈｉｃｈＷａＳｕｓｅｄｉｎｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｗａｓ“ＩＯＥ”ｗｉｔｈ８ｍｉｌｌｆｉｎｅｗｉｄｔｈａｎｄ６０ｍｉｌｌｓｉｚｅ万方数据４７２红外与激光工程第３９卷图５以“十”图样为成像物体，光刻制备的图形列阵Ｆｉｇ．５ＯｂｊｅｃｔｗｈｉｃｈｗａｓｕｓｅｄｉｎｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔＷａｓ“＋”宽８ｒｅａｌ，图形宽度６０ｍｍ，曝光３０ｓ，显影１００ｓ，光刻制备的图形列阵线宽约８００ｎｎｌ，周期２０斗ｍ，单元图形尺寸约５ｔｔｍ。图形边缘粗糙度低于１００ａｍ。图形有失真是由于微透镜像差所致。以上各图形曝光时间仅为几十秒。远远低于激光束写和电子束写，而图形的特征尺寸和线条边缘粗糙度与激光束写相当。４结论微透镜列阵投影成像光刻的特点主要有：（１）利用单个成像物体一次曝光可产生成千上万图形列阵：（２）可将毫米至厘米量级成像物体缩小数千倍成像。光刻制备亚微米至微米线宽图形列阵：（３）掩模制备简易，可用商业打印机打印制备，无需传统光学微细加工中所需的铬掩模板；（４）系统结构简单，无需昂贵而复杂的设备；（５）加工图形效率高，单次曝光可产生亚微米特征尺寸、几十平方厘米面积的图形列阵。基于以上特点。该技术有望解决微纳结构人工材料和器件的低成本、高效率制备问题。参考文献：【１】ＷＵＭ．Ｈ，ＰＡＵＬＫＥ，ＹＡＮＧＪ，ｅｔａ１．Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆｆｒｅｑｕｅｎｃｙ—ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｓｕｒｆａｃｅｓｕｓｉｎｇｍｉｃｒｏｌｅｎｓｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ【Ｊ】．ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，２００２，帅（１９）：３５００－３５０２．【２】ＸＵＹｉ－ｓｈｅｎ，ＧＵＪｉ－ｈｕａ，ＴＡＯ蹦，ｅｔａ１．Ｄｅｓｉｇｎｏｆｂｒｏａｄｂａｎｄａｎｔｉ・ｒｅｆｌｅｃｆｉｏｎｃｏａｔｉｎｇｆｏｒｓｏｌａｒｃｅｌｌｓ【Ｊ】．ＩｎｆａｒｅｄａｎｄＩ．Ａｌｓ＠ｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（许宜申，顾计华。陶智，等．宽波长太阳能电池抗反射层结构设计．红外与激光工程），２００９，嬲（６）：９９９—１００２．【３】ＸＵＡＮＹｉ‘ｍｉｎ，ＨＡＮＹｕ—ｇｅ．Ｓｐｅｃｔｒｕｍｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ【Ｊ】．１ｎｆａｒｅｄａｎｄＬａ畿ｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（宣益民，韩玉阁．基于微结构的光谱特征控制技术．红外与激光工程），２００９，３８（１）：３６—４０．【４】ＭＡＴａｏ，ＳＨＥＮＹｉ－ｂｉｎｇ，ＹＡＮＧＧｕｏ唱ｕａｎｇ．ＩｍｐｒｏｖｉｎｇｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆＤＯＥｉｎｗｉｄｅｗａｖｅｂａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｂｙｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｍｉｃｒｏ—ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ【１１．１ｎＳａｒｅｄａｎｄＬａ嬲ｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（马韬，沈亦兵，杨国光．利用多层表面微结构提高ＤＯＥ宽波段衍射效率．红外与激光工程），２００８，３７（１）：１１９—１２３．【５】ＬＩＵＭｉｎｇ，ＸＩＥＣｈａｎｇ－ｑｉｎｇ．ＭｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ【Ｍ】．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｅｍｉｓｔｒｙＩｎｄｕｍ－ｙＰｒｅｓｓ（刘明，谢常青．搬细加工技术．北京：化学工业出版社）．２００４：ｌｌ一１２．【６】ＨＥＲＺＩＧＨＰ．Ｍｉｃｒｏ－ｏｐｔｉｃａｌＥｌｅｍｅｎｔｓ，ｓｙｓｔｅｍａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ【Ｍ】．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＮａｔｉｏｎａｌＤｅｆｅｎｓｅＩｎｄｕｓｔｒｙＰｒｅｓｓ（ＨＰ赫尔齐克．徽光学元件系统和应用．北京：国防工业出版社），２００２：１５６—１５８．【７】、ⅣＵＨｏｎｇ—ｋａｉ，ＯＤＯＭＴＷ，ｗ哲ｍＳＩＤＥＳＧＭ．Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆｃ｜ｆｏｍｅｍａｓｋｓｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒ・ｓｃａｌｅｆｅａｔｕｒｅｓｕｓｉｎｇｍｉｃｒｏｌｅｎｓｌｉｔｈｒｏｇｒａｐｈｙ［Ｊ］．ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅ，２００２，１４（１７）：１２１３－１２１６．【８】ＷＵＭ—Ｈ，ＷｍＴＥＳｍＥＳＧＭ．Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆａｒｒａｙｓｏｆｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｉｃｒｏｐａｔｔｅｍｓｕｓｉｎｇｍｉｃｒｏｓｐｂｅｒｃｓａｓｌｅｎｓｅｓｆｏｒｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ【Ｊ】．ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，２００１，７８（１６）：２２７３－２２７５．【９１ＷＵＨｏｎｇ－ｋａｉ，ＯＤＯＭＴＷ，ＷＨＩＴＥＳＩＤＥＳＧＭ．Ｒｅｄｕｃｔｉ∞ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙｕｓｉｎｇｍｉｃｒｏｌｅｍａｒｒａｙｓ：ａｐｐｌｉｃａｌｉｏ璐ｉｎｇｒａｙｓｃａｌｅｐｈｏｍｆｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ【Ｊ】．ＡｎａｌｙｔｉｃａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，２００２。７４（１４）：３２６７－３２７３．【１０】ＷＵＭ・Ｈ，ＰＡＵＬＫＥ，ＷＨｌＴＥＳＩＤＥＳＧＭ．Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇｆｌｏｏｄｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎｗｉｔｈｍｉｃｒｏｌｅｎｓａｒｒａｙｓ【Ｊ】．ＡｐｐｌｅｄＯｐｔｉｃｓ，２００２，４１（１３）：２５７５—２５８５，【１１】ＳＭＩＴＨＷＪ．ＭｏｄｅｍＯｐｔｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ【Ｍ】．ＮｅｗＹｏｒｋ：ＭｃＧｒｏｗ－ｈｉｌｌＣｏｍｐａｎｉｅｓｌｎｃ，２０００：３４７－３８５．万方数据微透镜列阵成像光刻技术作者：张为国，董小春，杜春雷，ZHANGWei-guo，DONGXiao-chun，DUChun-lei作者单位：中国科学院光电技术研究所，四川，成都,610209刊名：红外与激光工程英文刊名：INFRAREDANDLASERENGINEERING年，卷(期)：2010,39(3)参考文献(11条)1.WUM-H.PAULKE.YANGJFabricationoffrequencyselectivesurfacesusingmicrolensprojectionphotolithography2002(19)2.许宜申.顾济华.陶智.吴迪宽波长太阳能电池抗反射层结构设计2009(6)3.宣益民.韩玉阁基于微结构的光谱特征控制技术2009(1)4.马韬.沈亦兵.杨国光利用多层表面微结构提高DOE宽波段衍射效率2008(1)5.刘明.谢常青徽细加工技术20046.HP赫尔齐克微光学元件系统和应用20027.WUHong-kai.ODOMTW.WHITESIDESGMGenerationofcromemasksmicrometer-scalefeaturesusingmicrolenslithrography2002(17)8.WUM-H.WHITESIDESGMFabricationofarraysoftwodimensionalmicropattemsusingmicrospbercsaslensesforprojectionphotolithography2001(16)9.WUHong-kai.ODOMTW.WHITESIDESGMReductionphotolithographyusingmicrolensarrays:applicationsingrayscalephotolithography2002(14)10.WUM-H.PAULKE.WHITESIDESGMPatterningfloodilluminationwithmicrolensarrays2002(13)11.SMITHWJModernOpticalEngineering2000本文链接：