微納米加工技術及其應用

前言

　　微納米科技是一個新興科技領域，也必然是一個不斷發(fā)展進步的領域。自2005年6月《微納米加工技術及其應用》（高等教育出版社）第一版出版以來，微納米加工技術在過去3年多時間里有了許多新發(fā)展，一個最有力的證明是超大規(guī)模集成電路的大生產(chǎn)已經(jīng)由3年前的90nm技術時代進入45am技術時代，這一進步涵蓋了諸多光學曝光技術和一系列相關微納米加工技術的進步。在過去3年多時間里，納米科學與納米技術的研究與開發(fā)在世界范圍內(nèi)得到前所未有的關注，中國在納米科技領域取得了舉世矚目的成績。據(jù)統(tǒng)計，中國在2001—2006年間納米科技方面發(fā)表的論文增加了300％。2006年全世界有20％的納米科技方面的論文是由中國科學家發(fā)表的，總論文數(shù)僅次于歐洲共同體和美國，排名第三；如果按單個國家算，中國在納米科技方面發(fā)表的論文僅次于美國，在全世界排名第二。越來越多的科技工作者從不同領域轉入納米科技的研究開發(fā)。由于微納米科技研發(fā)與微納米加工技術密切相關，越來越多的裝備了現(xiàn)代微納米加工設備的中心和實驗室在全國各地的大專院校和科研單位建立起來。以電子束曝光機為例，中國在5年前還只有一二個科研單位擁有這一比較高級的微納米加工設備，現(xiàn)在全國有不下lO個科研中心或?qū)嶒炇乙呀?jīng)購買了或即將購買不同類型的電子束曝光機。科技工作者與在校大學生、研究生對微納米加工技術知識的渴求也日益增長。

內(nèi)容概要

　　《微納米加工技術及其應用(第2版)》集作者多年來的實踐經(jīng)驗與研究成果，并結合近年來國際上的最新發(fā)展，綜合介紹了微納米加工技術的基礎，包括光學曝光技術、電子束曝光技術、聚焦離子束加工技術、掃描探針加工技術、微納米尺度的復制技術、各種沉積法與刻蝕法圖形轉移技術、間接納米加工技術與自組裝納米加工技術。對各種加工技術的介紹著重講清原理，列舉基本的_丁藝步驟，說明各種工藝條件的由來，并注意給出典型的工藝參數(shù)；充分分析了各種技術的優(yōu)缺點及在應用過程中的注意事項；以大量圖表與實例說明各種加工方法，避免煩瑣的數(shù)學分析；并以專門一章介紹了微納米加工技術在現(xiàn)代高新技術領域的應用，演示了如何靈活應用微納米加工技術來推動這些領域的技術進步?！　∨c國內(nèi)外同類出版物相比，《微納米加工技術及其應用(第2版)》的顯著特點是將用于超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)、微機電系統(tǒng)制造與納米技術研究的微納米加工技術進行綜合介紹，并加以比較；首次將微納米加工歸納為平面工藝、探針工藝和模型工藝3種主要類型，突出了微納米加工與傳統(tǒng)加工技術的不同之處。全書既注重基礎知識又兼顧微納米加工領域近年來的最新進展，并列舉了大量參考文獻與互聯(lián)網(wǎng)鏈接網(wǎng)址，供讀者進一步發(fā)掘詳細信息與深入研究，因此不論是對初次涉足這一領域的大專院校的本科生或研究生，還是對已經(jīng)有一定工作經(jīng)驗的專業(yè)科技人員，都具有很好的參考價值。

作者簡介

　　崔錚，東南大學（原南京工學院）本科畢業(yè)（1981），并獲該校碩士（1984）和博士（1988）學位。1989年受英國國家科學與工程研究委員會訪問研究基金資助（sERC Visil．ing Fellowship），到英國劍橋大學微電子研究中心做博士后研究。1993年到英國盧瑟福國家實驗室微結構中心做高級研究員，1999年以來任微納米技術首席科學家（Principal Scientist），曾任微系統(tǒng)技術中心負責人，現(xiàn)負責微納米技術的工程應用（Group Leader）。十多年來先后參加了8項歐洲共同體聯(lián)合研究項目，并擔任其中兩個項目的主持人。任歐洲微機電／微光機電設計、測試、集成與封裝年會的程序委員會委員，國際微納光刻、微機電與微光機電系統(tǒng)雜志（Journal of Micro／Nanolithography，MEMS and MOEMS）編委，歐洲第七框架研究計劃納米技術分計劃的評審專家，英國國家科研項目評審專家，并應邀為多種學術雜志評審論文；英國物理學會會員，英國工程技術學會（IET）資深會員（Fellow）。1994．年以來開始與國內(nèi)開展合作，先后受聘為國內(nèi)多家科研單位與大學的客座研究員、客座教授。先后4次受王寬誠科研獎金資助回國進行合作研究與講學。2001年以來，先后主持了兩項由英國皇家學會資助的中一英聯(lián)合研究項目。2002年受聘為中國科學院海外評審專家。2004年獲中國科學院海外杰出學者（B類）基金。2007年參加中國科學院物理研究所納米電子材料與器件海外合作團隊。先后獨立與合作發(fā)表學術論文190余篇。2005年出版中文專著《微納米加工技術及其應用》（高等教育出版社），2006年出版該書的英文版《Micro—Nanofabrication Technologies and Applications》，2008年出版英文專著《Nanofabrication：Principles，Capabilities and Limits》（Sprjnger）。

書籍目錄

第1章 緒論1．1 微納米技術與微納米加工技術1．2 微納米加工技術的分類1．3 本書的內(nèi)容與結構參考文獻第2章 光學曝光技術2．1 引言2．2 光學曝光方式與原理2．2．1 掩模對準式曝光2．2．2 投影式曝光2．3 光學曝光的工藝過程2．4 光刻膠的特性2．4．1 光刻膠的一般特性2．4．2 正型膠與負型膠的比較2．4．3 化學放大膠2．4．4 特殊光刻膠2．5 光學掩模的設計與制作2．6 短波長曝光技術2．6．1 深紫外曝光技術2．6．2 極紫外曝光技術2．6．3 x射線曝光技術2．7 大數(shù)值孔徑與浸沒式曝光技術2．8 光學曝光分辨率增強技術2．8．1 離軸照明技術2．8．2 空間濾波技術2．8．3 移相掩模技術2．8．4 光學鄰近效應校正技術2．8．5 面向制造的掩模設計技術2．8．6 光刻膠及其工藝技術2．8．7 二重曝光與加工技術2．9 光學曝光的計算機模擬技術2．9．1 部分相干光成像理論2．9．2 計算機模擬軟件c0MPARE2．9．3 光學曝光質(zhì)量的比較2．10 其他光學曝光技術2．10．1 近場光學曝光技術2．10．2 干涉曝光技術2．10．3 無掩模光學曝光技術2．10．4 激光三維微成型技術2．10．5 灰度曝光技術2．11 厚膠曝光技術2．11．1 傳統(tǒng)光刻膠2．11．2 SU一8光刻膠2．12 LIGA技術2．12．1 用于LIGA的x射線光源2．12．2 x射線UIGA掩模2．12．3 用于x射線LIGA的厚膠及其工藝2．12．4 影響x射線uGA圖形精度的因素參考文獻第3章 電子束曝光技術3．1 引言3．2 電子光學原理3．2．1 電子透鏡3．2．2 電子槍3．2．3 電子光學像差3．3 電子束曝光系統(tǒng)3．4 電子束曝光圖形的設計與數(shù)據(jù)格式3．4．1 設計中的注意事項3．4．2 中間數(shù)據(jù)格式3．4．3 Aut0CAD數(shù)據(jù)格式3．4．4 機器數(shù)據(jù)格式3．5 電子束在固體材料中的散射3．6 電子束曝光的鄰近效應及其校正3．7 低能電子束曝光3．8 電子束抗蝕劑及其工藝3．8．1 高分辨率電子束抗蝕劑3．8．2 化學放大抗蝕劑3．8．3 特殊顯影工藝3．8．4 多層抗蝕劑工藝3．9 電子束曝光的極限分辨率3．10 電子束曝光的計算機模擬3．11 特殊電子束曝光技術3．11．1 變形束曝光3．11．2 電子束投影曝光3．11．3 多電子束曝光3．11．4 微光柱系統(tǒng)曝光參考文獻第4章 聚焦離子束加工技術4．1 引言4．2 液態(tài)金屬離子源4．3 聚焦離子束系統(tǒng)4．4 離子在固體材料中的散射4．5 聚焦離子束加工原理4．5．1 離子濺射4．5．2 離子束輔助沉積4．6 聚焦離子束加工技術的應用4．6．1 審查與修改集成電路芯片4．6．2 修復光學掩模缺陷4．6．3 制作透射電鏡樣品4．6．4 多用途微切割工具4．7 聚焦離子束曝光技術4．8 聚焦離子束注入技術參考文獻第5章 掃描探針加工技術5．1 引言5．2 掃描探針顯微鏡原理5．3 抗蝕劑曝光加工5．3．1 STM曝光5．3．2 NSOM曝光5．4 局部氧化加工5．5 添加式納米加工5．5．1 掃捕探針場致沉積5．5．2 掃描探針點墨法光刻5．6 抽減式納米加工5．6．1 電化學刻蝕加工5．6．2 場致分解加工5．6．3 熱力壓痕法加工5．6．4 機械劃痕法加工5．7 高產(chǎn)出率掃描探針加工參考文獻第6章 復制技術第7章 沉積法圖形轉移技術第8章 刻蝕法圖形轉移技術第9章 間接納米加工技術第10章 自組裝納米加工技術第11章 微納米加工技術的應用索引結束語

章節(jié)摘錄

　?。?）半面工藝　　以平面工藝為基礎的微納米加工是與傳統(tǒng)機械加工概念完全不同的加工技術。平面工藝依賴于光刻（Lithography）技術。首先將一層光敏物質(zhì)感光，通過顯影使感光層的受到輻射的部分或未受到輻射的部分留在襯底材料表面，它代表了設計的圖案。然后通過材料沉積或腐蝕將感光層的圖案轉移到襯底材料表面。通過多層曝光、腐蝕或沉積，復雜的微納米結構可以從襯底材料上構筑起來。這里的光刻是廣義的，因為實現(xiàn)感光層圖案不僅可以通過光學曝光，還可以通過電子束曝光、離子束曝光和x射線曝光。這些圖案可以通過掩模投影實現(xiàn)，也可以通過直接掃描激光束、電子束或離子束實現(xiàn)。腐蝕技術包括化學液體濕法腐蝕和各種等離子體干法刻蝕。材料沉積技術包括熱蒸發(fā)沉積和電鑄沉積?！　∑矫婀に囀亲钤玳_發(fā)的，也是目前應用最廣泛的微納米加工技術。平面工藝之所以不同于傳統(tǒng)機械加工是因為以下3個方面的原因。①微細結構由曝光方法形成，而不是加工工具與材料的直接相互作用，所以限制加工結構尺寸的不是加工工具本身的尺寸，而是成像系統(tǒng)的分辨率，例如光波的波長，激光束、電子束或離子束的直徑。②平面工藝一般只能形成二維平面結構，或準三維結構（又稱為2．5維），即二維平面結構加上高度方向的變化，而不是真正的三維系統(tǒng)。這種準三維結構是通過多層二維結構疊加而成的。③復雜微納米系統(tǒng)是在平面加工過程中形成的。由于每個部件如此之小，根本無法走傳統(tǒng)的先加工各個部件然后裝配成系統(tǒng)的途徑，所以系統(tǒng)中的每個部件以及它們之間的關系是在平面加工過程中形成的。

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