优化掩模分布改善数字光刻图形轮廓

基于数字微反镜(DMD)的无掩模数字光刻系统可用于IC掩模制作或育接作为微结构的加工工具,有着广泛的应用前景.但理沦和实验均发现基于DMD数宁光刻系统加工连续表面微结构元件时,往往难以获得预期的图形轮廓,加工出的图形表面具有规则的振荡起伏.在深入探讨DMD灰度图形传递的基础上,分析了空间像畸变产生的物理机制,并提出用模拟退火算法来优化掩模图形,在5%的相对曝光量偏差范围内模拟表明优化有效地消除了表面起伏,最后利用优化的掩模实验加工出表面轮廓比较良好的轴锥镜阵列.该方法能有效改善面形质量,而且不存在掩模制作等问题,这对于制作高质量的微结构元件有重要意义.     

灰阶编码掩模制作微光学元件

提出一种基于改变灰阶编码掩模的单元形状和位置的掩模设计新方法,并根据成像过程中的非线性因素,用这种方法对掩模图形进行了预畸变校正,根据部分相干光成像理论和抗蚀剂曝光显影模型,模拟计算了这种灰阶编码掩模产生的空间光强分布和光刻胶上的浮雕结构,采用电子束曝光系统制作了这种掩模,并在光刻胶上获得具有连续面形的微透镜的阵列。     

连续型平面衍射聚光透镜掩模的制作

针对目前二元光学元件掩模制作工艺过程的诸多不足，对连续型平面衍射聚光透镜掩模的激光直写制作工艺进行了研究。基于基尔霍夫标量衍射理论，采用光线追迹法设计了连续型平面衍射聚光透镜掩模。采用激光直写技术，利用CLWS 300M／C极坐标激光直写设备、S1830光刻胶和MICROPOSIT 351显影液，进行了刻写实验。实验表明，激光能量、预烘烤温度、显影液浓度以及预曝光对掩模微结构的制作均有影响。最后制作了掩模。与二元光学元件掩模的制作工艺相比，该技术具有工艺简单、制作周期短且易于操作的优点。     

精确控制大数值孔径微透镜列阵面形的显影阈值方法

提出了一种可对大矢高、非球面微透镜阵列面形进行精确控制的新方法。针对不同面形的微透镜阵列，该方法首先对光致抗蚀剂表面的曝光分布进行设计，然后，利用光致抗蚀剂显影过程中的阈值特性，对微透镜的面形实行控制。当抗蚀剂显影速率接近0时，即可获得设计的微透镜面形。该方法不仅大大提高了微透镜阵列矢高的加工范围，而且还减小了光刻材料显影特性对微透镜面形的影响，提高了微透镜阵列的面形控制精度，在实验中获得了矢高达114μm的微透镜阵列。最终实现了大浮雕深度、大数值孔径、非球面微列阵光学元件的面形控制。     

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。     

厚胶接近式光刻中掩模优化研究（英文）

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。     

BSRF上同步辐射浓度光刻的实验研究

大结构深度和高深宽比是同步辐射深度光刻的突出优点。提出采用现有掩模，进行多次曝光、显影的方法，实验获得厚2.2mm的胶结构。系列研究掩模、光刻胶、基底、光谱和光强对深宽比的影响，实验获得深宽比104的胶结构。     

准LIGA工艺的关键技术

准LIGA（Lithography，Electroforming，Molding）技术采用便宜的紫外光作光源，可加工出较高精度的微结构产品，且加工温度较低，使得它在微传感器、微执行器等微结构产品加工中显示出突出的优点。利用现有实验条件在所内首次开展准LIGA技术的研究，主要研究厚胶光刻和微电铸技术。基本流程为：在导电的基片上经涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜等工艺过程得到胶模，再利用该胶模进行微电铸，即金属沉积，沉积过程中需要控制好温度、pH值、电流密度等参数，最后将金属结构和光刻胶进行分离，得到三维立体金属结构，如图1所示。     

误差扩散法设计用于惯性约束聚变驱动器的色分离光栅-光束采样光栅集成元件

针对多次曝光法制作集成衍射光学元件时存在的加工制作复杂,会引入较大的对位误差等问题,基于计算全息中的误差扩散编码原理及部分相干光成像理论,提出采用误差扩散编码方法来设计用于制作浮雕结构集成元件的编码掩模的新方法。给出了利用误差扩散法设计的色分离光栅-光束采样光栅(CSG-BSG)集成元件编码掩模,模拟计算了经部分相干成像系统后的空间像光强分布,并与理想的集成元件面形进行了比较。结果表明,校正后均方差为7.5%,体积偏差为10.2%。     

红绿共振互补光变亚波长微结构制作与分析

剖析了双层亚波长光栅微结构的设计及制作原理,提出了一种亚波长微结构设计与制作的新方法,其特点是以矩形亚波长光栅设计微结构,用全息干涉光刻及涂布的方法制作,却不影响设计微结构的共振及光变特性,还能改善反射光的颜色质量。用该方法设计及制作了具有“红绿”共振互补光变效果的亚波长防伪微结构,检验了其共振光变光谱与颜色变化特征。研究表明：制作的全息光栅微结构的共振及光变特征如共振光谱、颜色、光谱峰及峰分裂等与预先设计的相同;矩形亚波长光栅并不是共振的必要条件,其他面形光栅微结构的衍射特性和等效波导若与矩形光栅微结构的相同,则其相关特性相同;用新方法设计及制作亚波长光变微结构的工艺是可行的,既降低了设计微结构的加工难度,又便于用现有的全息生产设备批量生产。     

Integrated evaluation of diffraction image quality in optical lithography using the rigorous diffraction solution for a slot

The method of integrated evaluation of quality of optical diffraction image is proposed. It uses several scalar parameters defined by integral comparison of two functions on the image surface. The first function represents real distribution of electric energy density on this surface, and can be simulated by the solution of corresponding exact or approximate diffraction problem of image formation. The second function describes required energy distribution on the given surface. The method is demonstrated by the example of evaluation of images formed by contactless printing from a mask in optical lithography, where the image function is computed by the known exact solution of plane wave diffraction by a slot in a conducting screen.     

Nano-image profiles transferred by near field phase-shifting lithography precisely simulated by finite element method and fabricated

The operating frequency of the SAW filters is limited by the gap width but not the line width. The narrow gap width is required for the high operating frequency SAW filters. Therefore, in this study, high precision nano-image profiles transferred by near field phase-shifting mask (NFPSM) lithography at various exposure-energy-intensities (EEIs) are simulated by the finite element method (FEM). The transferred energy-intensity distribution (TEID) in the photoresist during the NFPSM process (at the wavelength of 248 nm) can be accurately simulated by the FEM. The TEID at the interface between the mask and the photoresist is also simulated. The fabricated pattern widths clearly match the simulation results. The study of the simulated image profiles shows that they are dependent on the EEI. The greater the EEI is, the narrower the width and the shorter the height of the image profile. The nano-linewidth of 60 nm is simulated and fabricated. The fabricated nano-imaging profile precisely fits the simulation results. Therefore, any expected nano-image profile can easily be fabricated by way of the simulation.     

基于GOSAT卫星数据的大气甲烷反演误差分析及校正

大气甲烷(CH₄)高精度反演受到多种因素的影响,其中地表特征和大气状态的不确定性是重要的影响因素,如地表反射率、温度、湿度和压力廓线。地表反射率受到诸多因素的影响,难以获得精确的数据,会给反演结果带来较大误差。温度、湿度和压力廓线的不确定性亦是反演误差的重要来源,由此产生的系统误差难以避免,单独利用CH₄吸收带进行反演难以消除此种误差。针对各种参数不确定性的影响,本文提出比值光谱法和CO₂吸收带校正法进行校正。比值光谱法通过将绝对辐亮度谱转化为比值光谱,抑制地表反射率在反演过程中的作用。CO₂吸收带校正法利用CO₂ 1.61 μm吸收带,将CH₄柱含量转化为CH₄体积混合比,校正温度、湿度和压力廓线不确定性引起的系统误差。通过将两种校正方法结合,可同时抑制地表反射率和温度、湿度、压力廓线不确定性产生的影响,减小反演误差。利用温室气体观测卫星(GOSAT)的观测数据进行大气CH₄反演,采用比值光谱法和CO₂吸收带校正上述误差,结果显示校正后的CH₄体积混合比与GOSAT-Level2产品相当接近,反演精度可达-0.24%,反演结果较为稳健可靠。研究表明,比值光谱法和CO₂吸收带校正法可有效校正地表特征和大气状态参数不确定性引起的误差,提高大气CH₄反演精度。     

两步离子交换玻璃光功分器的折射率分布

介绍了在用两步离子交换方法制作光功分器中，在高斯分布为初始条件下采用平均法求出非线性两步离子扩散方程的折射率分布，与实验测出的折射率分布符合得很好。该法尤其对单模光功分器求其折射率更为简单和实用。     

Incident-angle dependence of the phase conjugate reflectivity by nonlinear piezoelectric interaction in PZT ceramics.

The reflectivity of an acoustic phase conjugator by nonlinear piezoelectric interaction in PZT ceramics was measured as a function of the incident angle. The phase conjugator was designed as a solid block with a flat surface for the acoustic incidence from water. The phase conjugate reflectivity showed incident angle dependence, which is mainly determined by the transmissivity of the acoustic waves, together with some effects of anisotropy. The field-reconstructing ability of this phase conjugator was simulated for focused incident beams.     

LIGA technology for the synthesis of diffractive refractive intraocular lenses

The manufacturing of test diffractive refractive intraocular lenses is illustrated by means of LIGA (deep X-ray LIthography and GAlvanoplastics and polymer forming). Dynamic X-ray lithography used while rotating the substrate versus an X-ray mask fixed in a beam of synchrotron radiation (SR) yields smooth optical 3D surfaces with roughnesses of 10–30 nm rms in polymethylmethacrylate (PMMA) layers. The axisymmetric diffractive refractive profile of a lens is predetermined by the radial angular function of the X-ray mask topology. The quality of the optical surface is reproduced for the nickel master form, which is electroplated onto a gold layer atop the PMMA relief. The optical quality also remains high for replicated lenses synthesized in this manner during silicon polymerization.     

激光驱动准等熵压缩透明窗口LiF的透明性

LiF在激光驱动高压实验中是比较常见的窗口材料, 其在冲击下透射或反射可见诊断光是作为窗口材料的重要特性. 在神光III原型激光装置上开展了带LiF窗口的铝样品准等熵压缩实验, 采用任意反射面速度干涉仪诊断获得准等熵压缩样品(CH/Al/LiF)的反射率. 实验结果表明在准等熵压缩后期反射率诊断出现致盲现象. 为此, 建立了带透明窗口的样品对诊断光的反射率模型, 模型考虑了窗口LiF压缩后透明性变化. 模型计算的CH/Al/LiF样品对可见光的反射率时间演化过程与实验结果符合较好. 研究结果表明: LiF中压缩波追赶逐渐形成强冲击波, 显著降低了LiF的透明性, 并最终发生致盲现象; 第一性原理方法所给出的LiF的能带间隙偏低1–2 eV; 该实验中, LiF的透明性完全消失时, LiF中波头处的温度约为1 eV, 压力为2–3 Mbar.