电子束光刻制备5000line/mm光栅掩模关键技术研究

为了制备高线密度X射线透射光栅掩模,分析了电子束光刻中场拼接对高线密度光栅图形的影响;利用几何校正技术和低灵敏度的950 k的PMMA电子束抗蚀剂,克服了电子束的邻近效应对厚胶图形曝光的影响.采用电子束光刻和微电镀的方法制备了5 000line/mm x射线透射光栅的掩模,并将栅线宽度精确控制在100 nm～110 nm,为X射线光刻复制高线密度X射线透射光栅创造了有利条件.     

多能点X射线透射光栅的制作技术

针对X射线自支撑透射光栅在多能点单色成像光栅谱仪中的应用,采用电子束和光学匹配曝光、微电镀和高密度等离子体刻蚀技术,成功制备了周期为500nm、金吸收体厚度为350nm、占空比接近1∶1,满足三个能点成像需求的2000lp/mm X射线自支撑透射光栅。首先利用电子束光刻和微电镀技术制备金光栅图形,然后采用紫外光刻和微电镀技术制作自支撑结构,最后通过腐蚀体硅和感应耦合等离子体刻蚀聚酰亚胺完成X射线自支撑透射光栅的制作。在电子束光刻中,采用几何校正和高反差电子束抗蚀剂实现了对纳米尺度光栅图形的精确控制。实验结果表明,同一个器件分布的三块光栅占空比合理,栅线平滑,可以满足单能点单色成像谱仪的要求。     

3333l/mmX射线全镂空自支撑透射光栅的制备与测试

针对我国对高线密度X射线镂空透射光栅在空间环境探测和激光等离子体诊断方面的需求,将电子束光刻和X射线光刻技术相结合,制备出3333l/mmX射线全镂空透射光栅,栅线宽度接近150nm,周期300nm,栅线厚度为500nm,有效光栅面积达到60%。首先利用电子束光刻和微电镀技术在镂空聚酰亚胺薄膜底衬上制备X射线母光栅掩模,然后利用X射线光刻和微电镀技术实现了光栅图形的复制品,之后采用紫外光刻和微电镀技术制作加强筋结构,最后通过腐蚀体硅和等离子体刻蚀聚酰亚胺完成镂空透射光栅的制作。在国家同步辐射实验室光谱辐射和计量实验站上对此光栅在5～23nm波段进行了衍射效率标定。标定结果表明所制备的光栅栅线平滑,占空比合理,侧壁陡直,不同光栅之间一致性好,完全可以满足应用需求。     

高线密度X射线透射光栅的制作工艺

采用电子束光刻、X射线光刻和微电镀技术,成功制作了面积为10mm×0.5 mm,周期为500nm,占空比为1∶1,金吸收体厚度为430nm的可用于X射线衍射的大面积透射光栅.首先利用电子束光刻和微电镀技术制备基于镂空薄膜结构的X射线光刻掩模,然后利用X射线光刻经济、高效地复制X射线透射光栅.整个工艺流程分别利用了电子束光刻分辨率高和X射线光刻效率高的优点,并且可以得到剖面陡直的纳米级光栅线条.最后,测量了制作出的X射线透射光栅对波长为11nm同步辐射光的衍射峰,实验结果表明该光栅具有良好的衍射特性.     

高线密度X射线透射光栅的制作工艺

采用电子束光刻、X射线光刻和微电镀技术,成功制作了面积为10mm×0.5 mm,周期为500nm,占空比为1∶1,金吸收体厚度为430nm的可用于X射线衍射的大面积透射光栅.首先利用电子束光刻和微电镀技术制备基于镂空薄膜结构的X射线光刻掩模,然后利用X射线光刻经济、高效地复制X射线透射光栅.整个工艺流程分别利用了电子束光刻分辨率高和X射线光刻效率高的优点,并且可以得到剖面陡直的纳米级光栅线条.最后,测量了制作出的X射线透射光栅对波长为11nm同步辐射光的衍射峰,实验结果表明该光栅具有良好的衍射特性.     

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。     

200nm栅长In0.52Al0.48As／In0.6Ga0.4As MHEMTs器件

利用电子束光刻技术制备出200nm栅长GaAs基InAIAs/InGaAs MHEMT器件.Ti/Pt/Au蒸发作为栅极金属.同时为了减少栅寄生电容和寄生电阻,采用3层胶工艺,实现了T 型栅. GaAs基MHEMT 器件获得了优越的直流和高频性能,跨导、饱和漏电流密度、域值电压、电流增益截止频率和最大振荡频率分别达到510mS/mm, 605mA/mm, -1.8V, 110GHz及 72GHz,为进一步研究高性能GaAs基MHEMT器件奠定了基础.     

200nm栅长In0.52Al0.48As/In0.6Ga0.4As MHEMTs器件

利用电子束光刻技术制备出200nm栅长GaAs基InAlAs/InGaAs MHEMT器件.Ti/Pt/Au蒸发作为栅极金属.同时为了减少栅寄生电容和寄生电阻,采用3层胶工艺,实现了T型栅.GaAs基MHEMT 器件获得了优越的直流和高频性能,跨导、饱和漏电流密度、域值电压、电流增益截止频率和最大振荡频率分别达到510mS/mm,605mA/mm,-1.8V,110GHz及72GHz,为进一步研究高性能GaAs基MHEMT器件奠定了基础.     

硅基微纳光子器件制备工艺问题及解决方案

讨论了硅基微纳光子器件制备过程中涉及的几个关键工艺问题,包括:电子束/光学光刻的电子束/光学邻近效应;纳米线光波导ICP-RIE刻蚀的侧壁粗糙问题;光栅及MOS绝缘栅氧化硅填充致密度问题.这些问题可影响器件的结构均匀性、波导传输损耗、光栅的散射损耗以及MOS绝缘栅的绝缘性能.在分析实验结果的基础上,提出了一些解决方案.     

硅基微纳光子器件制备工艺问题及解决方案

讨论了硅基微纳光子器件制备过程中涉及的几个关键工艺问题,包括:电子束/光学光刻的电子束/光学邻近效应;纳米线光波导ICP-RIE刻蚀的侧壁粗糙问题;光栅及MOS绝缘栅氧化硅填充致密度问题.这些问题可影响器件的结构均匀性、波导传输损耗、光栅的散射损耗以及MOS绝缘栅的绝缘性能.在分析实验结果的基础上,提出了一些解决方案.     

纳米压印制作半导体激光器的分布反馈光栅

分布反馈(DFB)光栅的制作是半导体激光器芯片的关键工艺,通过纳米压印技术在InP基片表面涂覆的光刻胶上压印出DFB光栅图形,并分别通过湿法腐蚀和干法刻蚀技术将光栅图形转移到InP基片上。所制作的DFB光栅周期为240nm(对应于1 550nm波长的DFB激光器),光栅中间具有λ/4相移结构。采用纳米压印技术制作的DFB光栅相对于通常双光束干涉法制作的光栅具有更好的均匀性以及更低的线条粗糙度,而且解决了双光束干涉法无法制作非均匀光栅的技术难题。相对于电子束直写光刻法,采用纳米压印技术制作DFB光栅具有快速与低成本的优势。采用纳米压印技术在InP基片上成功制作具有相移结构的DFB光栅,为进一步进行低成本高性能的半导体激光器芯片的制作奠定了良好基础。     

基于多层抗蚀剂的GaAs基微纳光栅深刻蚀工艺

采用电子束光刻技术制备出了深刻蚀的GaAs基微纳光栅。针对电子束曝光过程中存在的由邻近效应引起的光栅结构图形失真和变形的问题,本课题组采用厚度较薄的PMMA A4抗蚀剂和SiO₂薄膜形成多层抗蚀剂来减小邻近效应,同时将SiO₂薄膜作为硬掩模,实现了高深宽比的光栅结构。此外,针对电感耦合等离子体刻蚀过程中光栅结构出现长草的现象,通过增强电感耦合等离子体的物理刻蚀机制,有效消除了结构底部的草状结构。扫描电镜测试结果显示：将100 nm厚SiO₂作为硬掩模,可以实现周期为1.00μm、占空比为0.45、刻蚀深度为1.02μm的光栅结构,该光栅结构具有陡直的侧壁形貌以及良好的周期性和均匀性。在该工艺条件下,电感耦合等离子体刻蚀工艺对SiO₂掩模的刻蚀选择比可达26.9∶1。最后,将该结构应用于分布式布拉格反射锥形半导体激光器中,获得了线宽为40 pm的激光输出。这表明,采用电子束光刻技术制备的光栅结构对半导体激光器具有很好的选模特性。     

电子束纳米光刻技术研究

纳米光刻技术在微电子制作中起着关键作用,而电子束光刻在纳米光刻技术制作中是最好的方法之一.我们使用VB5电子束曝光系统,经过工艺研究,现已研究出最细分辨率剥离金属条为17nm,最小剥离电极间距为10nm,最细T型栅为100nm.     

高高宽比硬X射线聚焦波带片的制作

相对于软X射线显微成像,硬X射线显微成像对菲涅尔波带片的吸收体厚度提出了更高的要求.采用电子束光刻和X射线光刻复制的方法,在聚酰亚胺薄膜上成功制作了高高宽比的菲涅尔波带片.首先利用电子束光刻和微电镀技术制作了X射线光刻的掩模,然后利用X射线光刻和微电镀制作了高高宽比、线条侧壁陡直的菲涅尔波带片.复制后的波带片最外环宽度500 nm,直径1 mm,吸收体金厚度为3.6μm,高宽比达到7.2,可用于10 keV～25 keV的硬X射线成像.     

应用于PHEMT器件的深亚微米T形栅光刻技术

PHEMT器件和基于它的高频单片集成电路广泛应用于现代微波/毫米波系统。当PHEMT器件的栅长缩短到足够短的时候,沿着栅宽方向的寄生电阻会影响PHEMT器件的性能。为了解决这个问题,一种具有大截面面积而底部长度却很小的T形栅结构通常被用于制作PHEMT器件,因为这种结构可以有效地减少由于栅寄生电阻而引起的晶体管噪声。对几种常用的制作深亚微米T形栅的三种光刻技术即光学光刻、电子束光刻、X射线光刻技术进行了比较分析。对于光学光刻技术,通常需要采用移相和光学邻近效应校正技术,它的制作成本低,但是很难用于制作深亚微米T形栅;对于电子束光刻技术,通常需要采用高灵敏度和低灵敏度的多层胶技术,虽然它的栅长可以制作到非常小,但是它的生产成本非常高,而且它的生产效率非常低;对于X射线光刻技术,它不仅可以用于制作深亚微米T形栅,而且它的生产效率非常高,T形栅的形状可以非常容易控制。     

X射线光刻和剥离技术制作声表面波叉指换能器

提供了采用电子束光刻、X射线光刻和金属剥离技术制作亚微米尺寸的声表面波叉指换能器的方法.首先利用电子束光刻和微电镀技术制作x射线光刻的掩模,然后利用X射线光刻和剥离技术高效地制作大面积、纳米尺电、电极陡直均匀的叉指换能器.制备出的叉指电极特征尺寸为600 nm,面积为4 mm×6 mm,断指率小于3‰,可应用于高频声表面波器件中.研究结果表明,X射线光刻结合剥离技术是一种制备高频SAW器件的优良方法.     

新世纪光刻技术及光刻设备的发展趋势

本文主要阐述了光刻技术的发展极限及193nm,157nm光学光刻技术和电子束投影光刻（SCALPEL）、X－射线光刻（XRL）离子投影光刻（IPL）等技术的发展趋势。并详细介绍了国际著名品牌的光刻机以及即将推出的新一代光刻机。对国内光刻设备的发展现状作了简要概述。     

电子束光刻在纳米加工及器件制备中的应用

电子束光刻技术是推动微米电子学和微纳米加工发展的关键技术,尤其在纳米制造领域中起着不可替代的作用。介绍了中国科学院微电子研究所拥有JEOLJBX5000LS、JBX6300FS纳米电子束光刻系统和电子显微镜系统的电子束光刻技术实验室,利用电子束直写系统所开展的纳米器件和纳米结构制造工艺技术方面的研究。重点阐述了如何利用电子束直写技术实现纳米器件和纳米结构的电子束光刻。针对电子束光刻效率低和电子束光刻邻近效应等问题所采取的措施;采用无宽度线曝光技术和高分辨率、高反差、低灵敏度电子抗蚀剂相结合实现电子束纳米尺度光刻以及采用电子束光刻与X射线曝光相结合的技术实现高高宽比的纳米尺度结构的加工等具体工艺技术问题展开讨论。     

光学和电子束曝光系统之间的匹配与混合光刻技术

介绍如何实现光学和电子束曝光系统之间的匹配和混合光刻的技术,包括:(1)光学曝光系统与电子束曝光系统的匹配技术;(2)投影光刻和JBX-5000LS混合曝光技术;(3)接触式光刻机和JBX-5000LS混合曝光技术;(4)大小束流混合曝光技术或大小光阑混合曝光技术;(5)电子束与光学曝光系统混合光刻对准标记制作技术.该技术已成功地应用于纳米器件和集成电路的研制工作,实现了20nm线条曝光,研制成功了27n m CMOS器件;进行了50nm单电子器件的演试;并广泛地用于100nm化合物器件和其他微/纳米结构的制造.     

光学和电子束曝光系统之间的匹配与混合光刻技术

介绍如何实现光学和电子束曝光系统之间的匹配和混合光刻的技术,包括:(1)光学曝光系统与电子束曝光系统的匹配技术;(2)投影光刻和JBX-5000LS混合曝光技术;(3)接触式光刻机和JBX-5000LS混合曝光技术;(4)大小束流混合曝光技术或大小光阑混合曝光技术;(5)电子束与光学曝光系统混合光刻对准标记制作技术.该技术已成功地应用于纳米器件和集成电路的研制工作,实现了20nm线条曝光,研制成功了27n m CMOS器件;进行了50nm单电子器件的演试;并广泛地用于100nm化合物器件和其他微/纳米结构的制造.