光刻是半导体制造中常用的技术之一,是现代光电子器件制造的基础。实际应用中存在两个主要挑战:一是与FIB和EBL相比,分辨率还不够高;二是由于直接的激光写入器逐点生成图案,因此吞吐量是一个很大的挑战。对于上述两个挑战:分辨率方面,一是可以通过原子力显微镜(AFM)或扫描近场显微镜(SNOM)等近场技术来提高,二是可以通过使用短波长光源来提高,三是可以通过非线性吸收实现超分辨率成像或制造;制造速度方面,除了工程学方法外,随着激光技术的发展,主要是提出了包括自组装微球激光加工、激光干涉光刻、多焦阵列激光直写等并行激光加工方法来提高制造速度。并行激光加工技术可以将二维加工技术扩展到三维加工,为未来微纳加工技术的发展提供新的方向;同时可以地广泛应用于传感、太阳能电池和超材料领域的表面处理和功能器件制造,对生物医学器件制造、光通信、传感、以及光谱学等领域得发展研究具有重要意义。 微纳加工涉及领域广、多学科交叉融合,其较主要的发展方向是微纳器件与系统(MEMS)!珠海功率器件微纳加工
高精度的微细结构可以通过电子束直写或激光直写制作,这类光刻技术,像“写字”一样,通过控制聚焦电子束(光束)移动书写图案进行曝光,具有很高的曝光精度,但这两种方法制作效率极低,尤其在大面积制作方面捉襟见肘,目前直写光刻技术适用于小面积的微纳结构制作。近年来,三维浮雕微纳结构的需求越来越大,如闪耀光栅、菲涅尔透镜、多台阶微光学元件等。据悉,苹果公司新上市的手机产品中人脸识别模块就采用了多台阶微光学元件,以及当下如火如荼的无人驾驶技术中激光雷达光学系统也用到了复杂的微光学元件。这类精密的微纳结构光学元件需采用灰度光刻技术进行制作。直写技术,通过在光束移动过程中进行相应的曝光能量调节,可以实现良好的灰度光刻能力。 贵州刻蚀微纳加工微纳制造的加工材料多种多样。
微纳加工可以满足高精度三维结构制备、多材料微纳结构加工以及器件成型与集成的加工需求,因此,在各类微纳结构化功能部件的研制中展现出了很大的技术优势。目前,飞秒激光已经广泛应用于多个前沿科学领域。利用飞秒激光可以制备各种微光学器件,如微透镜阵列、仿生复眼、光波导和超表面等。吉林大学研究团队利用双光子聚合技术制备了一种基于仿生蛋白质的微透镜,该透镜在外界刺激下可动态调节焦距,同时具有独特的伸缩性、良好的生物相容性和生物可降解性;进一步该团队利用激光加工技术制备了可变焦的仿生复眼,实现了大视场变焦成像的功能,如图1所示。利用其高精度、高分辨率和三维加工能力,飞秒激光加工技术成为制备三维微流控芯片的强大工具。
微纳加工技术是先进制造的重要组成部分,是衡量国家高级制造业水平的标志之一,具有多学科交叉性和制造要素极端性的特点,在推动科技进步、促进产业发展、拉动科技进步、保障**安全等方面都发挥着关键作用。微纳加工技术的基本手段包括微纳加工方法与材料科学方法两种。比较显然,微纳加工技术与微电子工艺技术有密切关系。微纳加工大致可以分为“自上而下”和“自下而上”两类。“自上而下”是从宏观对象出发,以光刻工艺为基础,对材料或原料进行加工,较小结果尺寸和精度通常由光刻或刻蚀环节的分辨力决定。“自下而上”技术则是从微观世界出发,通过控制原子、分子和其他纳米对象的相互作用力将各种单元构建在一起,形成微纳结构与器件。在微纳加工过程中,蒸发沉积和溅射沉积是典型的物理方法,主要用于沉积金属单质薄膜、合金薄膜、化合物等。
微纳加工基于光刻工艺的微纳加工技术主要包含以下过程:掩模(mask)制备、图形形成及转移(涂胶、曝光、显影)、薄膜沉积、刻蚀、外延生长、氧化和掺杂等。在基片表面涂覆一层某种光敏介质的薄膜(抗蚀胶),曝光系统把掩模板的图形投射在(抗蚀胶)薄膜上,光(光子)的曝光过程是通过光化学作用使抗蚀胶发生光化学作用,形成微细图形的潜像,再通过显影过程使剩余的抗蚀胶层转变成具有微细图形的窗口,后续基于抗蚀胶图案进行镀膜、刻蚀等可进一步制作所需微纳结构或器件。
广东省科学院半导体研究所微纳加工平台,面向半导体光电子器件、功率电子器件、MEMS、生物芯片等前沿领域,致力于打造的公益性、开放性、支撑性枢纽中心。平台拥有半导体制备工艺所需的整套仪器设备,建立了一条实验室研发线和一条中试线,加工尺寸覆盖2-6英寸(部分8英寸),同时形成了一支与硬件有机结合的专业人才队伍。平台当前紧抓技术创新和公共服务,面向国内外高校、科研院所以及企业提供开放共享,为技术咨询、创新研发、技术验证以及产品中试提供技术支持。
微纳制造技术研发和应用标志着人类可以在微、纳米尺度认识和改造世界。珠海功率器件微纳加工
应用于MEMS制作的衬底可以说是各种各样的,如硅晶圆、玻璃晶圆、塑料、还其他的材料。珠海功率器件微纳加工
电子束的能量越高,束斑的直径就越小,比如10keV的电子束斑直径为4nm,20keV时就减小到2nm。电子束的扫描步长由束斑直径所限制。步长过大,不能实现紧密地平面束扫描;步长过小,电子束扫描区域会受到过多的电子散射作用。电子束流剂量由电子束电流强度和驻留时间所决定。电子束流剂量过小,抗蚀剂不能完全感光;电子束流剂量过大,图形边缘的抗蚀剂会受到过多的电子散射作用。由于高能量的电子波长要比光波长短成百上千倍,因此限制分辨率的不是电子的衍射,而是各种电子像散和电子在抗蚀剂中的散射。电子散射会使图形边缘内侧的电子能量和剂量降低,产生内邻近效应;同时散射的电子会使图形边缘外侧的抗蚀剂感光,产生外邻近效应。内邻近效应使垂直的图形拐角圆弧化,而外邻近效应使相邻的图形边缘趋近和模糊。珠海功率器件微纳加工
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