基于锡纳米薄膜的灰度曝光研究(2)

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3.3.24×4FP阵列腔光刻胶转移20

3.4刻蚀转移光刻胶图形..22

结论..24
1 引言随着微纳加工技术的发展，现有的器件制作已不满足于传统二元光刻技术制作出等高度差器件，在微型光机电系统设计制造中，各部分的三维高度差不像传统光刻技术所制作的具有相同的高度。而是各部分高度的不一致性。例如角锥阵列器件结构的制作[1]，其结构可分为Triangular Comer Cube Array(TCCA)和Rectangular Comer Cube Array(RCCA)两种[1]，如图1-1所示，其具有连续变化的高度差，这在传统光刻工艺中是不容易实现的，传统的二元掩模曝光工艺也被开发用来制作三维结构，通过多步曝光，实现具有一定梯度变化的三维结构，但多步曝光也随之带来套刻精度的问题，以及多步曝光的繁琐步骤，对于工业化运用并不能降低成本。此外还有激光、电子束直写技术，该技术是利用可变的曝光剂量的激光束或电子束对表面抗蚀剂进行逐点曝光。将原件的三维信息用曝光剂量的大小表示出来，刻蚀后得到设计的图形，其掩模一次成型。但此方法不易控制加工深度，且设备昂贵，加工时间长。
两种角锥结构传统的光刻技术被用来制作衬底上的二元结构，单步实现的仅能是所有高度差相同的三维结构，若想实现任意三维结构图形的制作需要经过多步曝光才能产生三维图形，且其高度差非连续可调。多步曝光涉及到多个掩模版的设计，以及曝光的对准，对对准精度要求较高。目前一步形成任意三维结构的技术有纳米压印技术[8]，数字灰度光刻技术[2]，多步光刻技术。
1.1 灰度光刻技术的应用与发展 90年代初期，微光机电系统（MEMS）的兴起使人们对灰度光刻技术进行了研究，沿着大分辨率，大灰阶数和高加工能量密度发展了几年。在微透镜阵列制作中灰度光刻技术得到了广泛应用，其中文献[1]作者楼益民等利用灰度光刻技术与光刻熔融技术结合，结合立交激光直写技术，扩宽了大 F#的范围，实现了F/12 折射型微透镜阵列的制作。四川大学的彭钦军等利用液晶显示(LCD)系统和投影光刻系统结合，进行了微透镜阵列模拟，并采用全色卤化银明胶(Kodak131)通过酶刻蚀，得到半径为59.33 μm , 深为 1.638 μm 的56×48 微透镜列阵[4]。在衍射光学元件的制作上，文献[4]作者漆新民等利用自制的彩色掩精缩投影曝光灰度掩模制作系统，采用黑白胶片制作了分辨率达到 4.27 µm的灰度曝光图片。并且实现了大的灰阶范围。文献[5]作者郭小伟等利用数字灰度曝光技术改善了图形边缘的分辨率。在灰度光刻领域，目前有一种叫做 SLM 无掩模光刻技术[6]得到了大量应用和研究。其采用大量微透镜，采用并行曝光方式，大大提高了加工效率，以及精确的曝光剂量控制。使其很有可能成为下一代主流光刻技术。
1.2 灰度光刻掩模版灰度光刻技术中，有用激光直写直接曝光光刻胶的[1],其原理是通过控制激光功率和脉宽逐点对光刻胶进行曝光，使其光刻胶各点的曝光剂量不同，从而在显影完后将设计的器件的三维信息转移为光刻胶表面的三维高度信息。有用数字灰度光刻技术曝光光刻胶的[7]，其原理是利用并行曝光的方式，通过灰度图片的灰度值控制每个曝光单元的光强度，其特点是利用微透镜阵列，采用平行光束，控制每个微透镜的透光强度，来达到控制曝光剂量的方式。灰度掩模版是一种高效的制作三维微结构的技术，灰度曝光和传统光刻相比，需要更高的质量，一个好的灰度掩模版应该具有以下特征：（1）连续的灰度等级，（2）高分辨率，（3）简单的制程，（4）简单和低成本的掩模材料，（5）光热稳定性好。灰度光刻从原理上来分有两种：直写灰度掩模和模拟灰度掩模。模拟灰度掩模是通过改变二元掩模单个像素透光面积大小和数目，改变不同的二元编码方案，由投影光刻系统进行空间滤波形成的准灰度掩模。直写灰度掩模用激光直写设备或电子束直写设备制作的灰度掩模。模拟灰度掩模的一个应用就是利用传统光刻铬版，加工不同透光面积和透光点数来实现[9]。直写灰度掩模光刻的最新成果是利用利用激光直写硫系相变薄膜实现了灰度掩模版的制作[10]，是灰度掩模技术的一大突破，其通过控制激光加工功率，写出了硫系相变薄膜上的凹凸结构，实现了灰度掩模的制作。