【摘要】：納米光刻裝備是納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化中的重大共性關(guān)鍵設(shè)備,其能滿足光子晶體和低維量子材料的科研需要,也能滿足發(fā)光二極管圖形襯底和太陽能電池表面粗糙化圖形從微米到納米尺度的產(chǎn)業(yè)化需要。但由于光刻能力和工藝成本的限制,一直缺乏低成本制備尺寸形狀高度均勻的大面積周期性納米圖形結(jié)構(gòu)的有效納米光刻手段。而激光干涉光刻技術(shù)具有大面積、高分辨、低成本等優(yōu)點,十分適合于高均勻周期性性納米圖形結(jié)構(gòu)的制備。本文主要研究內(nèi)容是發(fā)展一種激光干涉納米光刻設(shè)備,預期目標是以較低成本,制備大面積、高分辨的納米周期光柵或者納米周期點陣。本文主要分為五個部分。第一部分是緒論,介紹多種光刻技術(shù),包括傳統(tǒng)紫外光刻技術(shù)、投影式曝光技術(shù)、極紫外光刻技術(shù)、電子束光刻技術(shù)、聚焦離子束光刻技術(shù)、納米壓印技術(shù)、激光干涉光刻技術(shù)。比較和分析這些可用于加工納米周期圖形的微納加工技術(shù),發(fā)現(xiàn)激光干涉技術(shù)具有高效率、低成本、制備大面積納米圖形的優(yōu)勢。第二章是激光干涉系統(tǒng)的理論說明�；诠獾母缮胬碚�,建立雙光束激光干涉曝光系統(tǒng)的數(shù)學物理模型,并利用模擬軟件模擬光刻區(qū)域的光強分布。第三章是搭建雙光束激光干涉系統(tǒng)的實驗部分。采用理論與實驗驗證結(jié)合的方法,在盡量不增加系統(tǒng)復雜性的條件下,選擇光刻圖形畸變更小的的雙光束激光干涉系統(tǒng)光路,選擇合適系統(tǒng)組成元件,搭建雙光束激光干涉光刻系統(tǒng)。第四章是制備周期納米圖形的實驗部分。實驗內(nèi)容為使用搭建的雙光束激光干涉曝光系統(tǒng)光刻涂覆有旋涂正性光刻膠的硅片(2-4英寸),在特定的正膠顯影液中顯影,結(jié)合多種表征方法分析光刻圖形質(zhì)量。第五章是結(jié)論與展望。本論文的研究內(nèi)容與實驗成果是:1.在中國科學院科研項目裝備研制項目的支持下,自主搭建了一套雙光束激光干涉光刻設(shè)備。在激光干涉光刻系統(tǒng)搭建過程中,通過整體減震設(shè)計,光刻系統(tǒng)實現(xiàn)了較強的抵抗外界復雜震動和噪聲的能力;并通過激光光束的平行均勻化,光刻系統(tǒng)實現(xiàn)了圖形大面積范圍制備的均勻性。2.制備的周期納米圖形均勻性較好,圖形的周期的范圍為500nm-1.2μm,最大光刻晶圓直徑可達4英寸,也能拓展至8英寸。
【圖文】：

制備技術(shù)在太陽能電池表面制造納米微結(jié)構(gòu)，可延長太陽能電池的使用壽命提高它的能量密度，實現(xiàn)能源的高效轉(zhuǎn)化；利用納米光刻技術(shù)制備納米圖形藍寶石襯底，有效減少光線在 LED 內(nèi)部遭受的全反射，加之二維光子晶體特的光子禁帶作用，可進一步提升 GaN 基藍光 LED 的出光效率，實現(xiàn)能源的效利用[7-9]。目前，常用于制備半導體納米材料的方法是自組織生長，其能獲得納米尺的半導體量子點結(jié)構(gòu)，單個量子點具有量子效應，可改善材料的光電特性，是此方法無法精確控制量子點的生長過程，量子點大小，密度，形狀，均勻等均不可控制（如圖 1-1(a)所示），無法實現(xiàn)材料的宏觀量子效應[10]。通過平面襯底上制備周期納米孔陣，，引導量子點的生長(如圖 1-1(b)所示)， 實現(xiàn)量子點尺寸、密度、形狀、均勻性的精確控制與調(diào)節(jié)。這項技術(shù)有利于應用料的宏觀量子效應，滿足光電器件在基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)界中的共性需求。

基本單元經(jīng)過逐級組裝，形成納米、微米，甚至更大尺寸的結(jié)構(gòu)[18]。自組裝技術(shù)不是通過共價鍵的形成或斷裂形成新的化學物質(zhì)，而是依賴構(gòu)建單元之間的弱相互作用，如范德瓦爾斯力，構(gòu)建單元自發(fā)地形成具有特殊性質(zhì)聚集體的技術(shù)，這種技術(shù)更多的是利用系統(tǒng)狀態(tài)趨向于達到熱力學平衡原理，控制制備過程，結(jié)果服從統(tǒng)計分布，重復性差，難以精確控制納米材料的合成尺寸。自上而下的圖形制備技術(shù)經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，技術(shù)更加成熟、可靠，尺寸控制更加精確，且使用方便，因此，使用自上而下的方式制備圖形襯底技術(shù)更加有利。光刻技術(shù)是半導體工業(yè)中的最核心的自上而下加工方式，將預定義的幾何圖案轉(zhuǎn)移到涂覆光敏薄層的半導體晶圓上表面，高性能的光刻過程與其他工藝結(jié)合，將獲得更好的產(chǎn)品質(zhì)量和更高的成品率[19]。硅集成電路芯片的工藝制造流程如圖 1-2，可以通過圖 1-2 證明光刻工藝在整個芯片制造工藝中的中心地位。據(jù)估計，光刻成本占硅晶圓加工成本的 30%以上[20]。
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院物理研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN305.7

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 張錚;徐智謀;孫堂友;何健;徐海峰;張學明;劉世元;;硅表面抗反射納米周期陣列結(jié)構(gòu)的納米壓印制備與性能研究[J];物理學報;2013年16期

2 鄧常猛;耿永友;吳誼群;;激光光刻技術(shù)的研究與發(fā)展[J];紅外與激光工程;2012年05期

3 董大為;光學光刻的過去、現(xiàn)在和未來[J];中國集成電路;2004年07期

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 張錦;激光干涉光刻技術(shù)[D];四川大學;2003年

本文編號：2609409