【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(yáng)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(diǎn),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?jī)?nèi)容是發(fā)展一種激光干涉納米光刻設(shè)備,預(yù)期目標(biāo)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(diǎn)陣。本文主要分為五個(gè)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(shì)。第二章是激光干涉系統(tǒng)的理論說(shuō)明。基于光的干涉理論,建立雙光束激光干涉曝光系統(tǒng)的數(shù)學(xué)物理模型,并利用模擬軟件模擬光刻區(qū)域的光強(qiáng)分布。第三章是搭建雙光束激光干涉系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)部分。采用理論與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)合的方法,在盡量不增加系統(tǒng)復(fù)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(shí)驗(yàn)部分。實(shí)驗(yàn)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?jī)?nèi)容與實(shí)驗(yàn)成果是:1.在中國(guó)科學(xué)院科研項(xiàng)目裝備研制項(xiàng)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(guò)程中,通過(guò)整體減震設(shè)計(jì),光刻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了較強(qiáng)的抵抗外界復(fù)雜震動(dòng)和噪聲的能力;并通過(guò)激光光束的平行均勻化,光刻系統(tǒng)實(shí)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(dá)4英寸,也能拓展至8英寸。
【圖文】：

制備技術(shù)在太陽(yáng)能電池表面制造納米微結(jié)構(gòu)，可延長(zhǎng)太陽(yáng)能電池的使用壽命提高它的能量密度，實(shí)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(lán)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(jìn)一步提升 GaN 基藍(lán)光 LED 的出光效率，實(shí)現(xiàn)能源的效利用[7-9]。目前，常用于制備半導(dǎo)體納米材料的方法是自組織生長(zhǎng)，其能獲得納米尺的半導(dǎo)體量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)，單個(gè)量子點(diǎn)具有量子效應(yīng)，可改善材料的光電特性，是此方法無(wú)法精確控制量子點(diǎn)的生長(zhǎng)過(guò)程，量子點(diǎn)大小，密度，形狀，均勻等均不可控制（如圖 1-1(a)所示），無(wú)法實(shí)現(xiàn)材料的宏觀量子效應(yīng)[10]。通過(guò)平面襯底上制備周期納米孔陣，，引導(dǎo)量子點(diǎn)的生長(zhǎng)(如圖 1-1(b)所示)， 實(shí)現(xiàn)量子點(diǎn)尺寸、密度、形狀、均勻性的精確控制與調(diào)節(jié)。這項(xiàng)技術(shù)有利于應(yīng)用料的宏觀量子效應(yīng)，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(guò)逐級(jí)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(guò)共價(jià)鍵的形成或斷裂形成新的化學(xué)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(dá)到熱力學(xué)平衡原理，控制制備過(guò)程，結(jié)果服從統(tǒng)計(jì)分布，重復(fù)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(dǎo)體工業(yè)中的最核心的自上而下加工方式，將預(yù)定義的幾何圖案轉(zhuǎn)移到涂覆光敏薄層的半導(dǎo)體晶圓上表面，高性能的光刻過(guò)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(guò)圖 1-2 證明光刻工藝在整個(gè)芯片制造工藝中的中心地位。據(jù)估計(jì)，光刻成本占硅晶圓加工成本的 30%以上[20]。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN305.7

【參考文獻(xiàn)】

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1 張錚;徐智謀;孫堂友;何健;徐海峰;張學(xué)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(xué)報(bào);2013年16期

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3 董大為;光學(xué)光刻的過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)[J];中國(guó)集成電路;2004年07期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 張錦;激光干涉光刻技術(shù)[D];四川大學(xué);2003年

本文編號(hào)：2609409