微納米加工技術(shù)及其應(yīng)用

前言

　　微納米科技是一個(gè)新興科技領(lǐng)域，也必然是一個(gè)不斷發(fā)展進(jìn)步的領(lǐng)域。自2005年6月《微納米加工技術(shù)及其應(yīng)用》（高等教育出版社）第一版出版以來，微納米加工技術(shù)在過去3年多時(shí)間里有了許多新發(fā)展，一個(gè)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(shù)時(shí)代進(jìn)入45am技術(shù)時(shí)代，這一進(jìn)步涵蓋了諸多光學(xué)曝光技術(shù)和一系列相關(guān)微納米加工技術(shù)的進(jìn)步。在過去3年多時(shí)間里，納米科學(xué)與納米技術(shù)的研究與開發(fā)在世界范圍內(nèi)得到前所未有的關(guān)注，中國在納米科技領(lǐng)域取得了舉世矚目的成績。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(xué)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(gè)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(lǐng)域轉(zhuǎn)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(shù)密切相關(guān)，越來越多的裝備了現(xiàn)代微納米加工設(shè)備的中心和實(shí)驗(yàn)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(jī)為例，中國在5年前還只有一二個(gè)科研單位擁有這一比較高級(jí)的微納米加工設(shè)備，現(xiàn)在全國有不下lO個(gè)科研中心或?qū)嶒?yàn)室已經(jīng)購買了或即將購買不同類型的電子束曝光機(jī)?？萍脊ぷ髡吲c在校大學(xué)生、研究生對(duì)微納米加工技術(shù)知識(shí)的渴求也日益增長。

內(nèi)容概要

　　《微納米加工技術(shù)及其應(yīng)用(第2版)》集作者多年來的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與研究成果，并結(jié)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(shù)的基礎(chǔ)，包括光學(xué)曝光技術(shù)、電子束曝光技術(shù)、聚焦離子束加工技術(shù)、掃描探針加工技術(shù)、微納米尺度的復(fù)制技術(shù)、各種沉積法與刻蝕法圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)、間接納米加工技術(shù)與自組裝納米加工技術(shù)。對(duì)各種加工技術(shù)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(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及在應(yīng)用過程中的注意事項(xiàng)；以大量圖表與實(shí)例說明各種加工方法，避免煩瑣的數(shù)學(xué)分析；并以專門一章介紹了微納米加工技術(shù)在現(xiàn)代高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，演示了如何靈活應(yīng)用微納米加工技術(shù)來推動(dòng)這些領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步?！　∨c國內(nèi)外同類出版物相比，《微納米加工技術(shù)及其應(yīng)用(第2版)》的顯著特點(diǎn)是將用于超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)、微機(jī)電系統(tǒng)制造與納米技術(shù)研究的微納米加工技術(shù)進(jìn)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(shù)的不同之處。全書既注重基礎(chǔ)知識(shí)又兼顧微納米加工領(lǐng)域近年來的最新進(jìn)展，并列舉了大量參考文獻(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)鏈接網(wǎng)址，供讀者進(jìn)一步發(fā)掘詳細(xì)信息與深入研究，因此不論是對(duì)初次涉足這一領(lǐng)域的大專院校的本科生或研究生，還是對(duì)已經(jīng)有一定工作經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)科技人員，都具有很好的參考價(jià)值。

作者簡介

　　崔錚，東南大學(xué)（原南京工學(xué)院）本科畢業(yè)（1981），并獲該校碩士（1984）和博士（1988）學(xué)位。1989年受英國國家科學(xué)與工程研究委員會(huì)訪問研究基金資助（sERC Visil．ing Fellowship），到英國劍橋大學(xué)微電子研究中心做博士后研究。1993年到英國盧瑟福國家實(shí)驗(yàn)室微結(jié)構(gòu)中心做高級(jí)研究員，1999年以來任微納米技術(shù)首席科學(xué)家（Principal Scientist），曾任微系統(tǒng)技術(shù)中心負(fù)責(zé)人，現(xiàn)負(fù)責(zé)微納米技術(shù)的工程應(yīng)用（Group Leader）。十多年來先后參加了8項(xiàng)歐洲共同體聯(lián)合研究項(xiàng)目，并擔(dān)任其中兩個(gè)項(xiàng)目的主持人。任歐洲微機(jī)電／微光機(jī)電設(shè)計(jì)、測試、集成與封裝年會(huì)的程序委員會(huì)委員，國際微納光刻、微機(jī)電與微光機(jī)電系統(tǒng)雜志（Journal of Micro／Nanolithography，MEMS and MOEMS）編委，歐洲第七框架研究計(jì)劃納米技術(shù)分計(jì)劃的評(píng)審專家，英國國家科研項(xiàng)目評(píng)審專家，并應(yīng)邀為多種學(xué)術(shù)雜志評(píng)審論文；英國物理學(xué)會(huì)會(huì)員，英國工程技術(shù)學(xué)會(huì)（IET）資深會(huì)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(xué)的客座研究員、客座教授。先后4次受王寬誠科研獎(jiǎng)金資助回國進(jìn)行合作研究與講學(xué)。2001年以來，先后主持了兩項(xiàng)由英國皇家學(xué)會(huì)資助的中一英聯(lián)合研究項(xiàng)目。2002年受聘為中國科學(xué)院海外評(píng)審專家。2004年獲中國科學(xué)院海外杰出學(xué)者（B類）基金。2007年參加中國科學(xué)院物理研究所納米電子材料與器件海外合作團(tuán)隊(duì)。先后獨(dú)立與合作發(fā)表學(xué)術(shù)論文190余篇。2005年出版中文專著《微納米加工技術(shù)及其應(yīng)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(shù)與微納米加工技術(shù)1．2 微納米加工技術(shù)的分類1．3 本書的內(nèi)容與結(jié)構(gòu)參考文獻(xiàn)第2章 光學(xué)曝光技術(shù)2．1 引言2．2 光學(xué)曝光方式與原理2．2．1 掩模對(duì)準(zhǔn)式曝光2．2．2 投影式曝光2．3 光學(xué)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(fù)型膠的比較2．4．3 化學(xué)放大膠2．4．4 特殊光刻膠2．5 光學(xué)掩模的設(shè)計(jì)與制作2．6 短波長曝光技術(shù)2．6．1 深紫外曝光技術(shù)2．6．2 極紫外曝光技術(shù)2．6．3 x射線曝光技術(shù)2．7 大數(shù)值孔徑與浸沒式曝光技術(shù)2．8 光學(xué)曝光分辨率增強(qiáng)技術(shù)2．8．1 離軸照明技術(shù)2．8．2 空間濾波技術(shù)2．8．3 移相掩模技術(shù)2．8．4 光學(xué)鄰近效應(yīng)校正技術(shù)2．8．5 面向制造的掩模設(shè)計(jì)技術(shù)2．8．6 光刻膠及其工藝技術(shù)2．8．7 二重曝光與加工技術(shù)2．9 光學(xué)曝光的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)2．9．1 部分相干光成像理論2．9．2 計(jì)算機(jī)模擬軟件c0MPARE2．9．3 光學(xué)曝光質(zhì)量的比較2．10 其他光學(xué)曝光技術(shù)2．10．1 近場光學(xué)曝光技術(shù)2．10．2 干涉曝光技術(shù)2．10．3 無掩模光學(xué)曝光技術(shù)2．10．4 激光三維微成型技術(shù)2．10．5 灰度曝光技術(shù)2．11 厚膠曝光技術(shù)2．11．1 傳統(tǒng)光刻膠2．11．2 SU一8光刻膠2．12 LIGA技術(shù)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(xiàn)第3章 電子束曝光技術(shù)3．1 引言3．2 電子光學(xué)原理3．2．1 電子透鏡3．2．2 電子槍3．2．3 電子光學(xué)像差3．3 電子束曝光系統(tǒng)3．4 電子束曝光圖形的設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)格式3．4．1 設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)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(jī)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(yīng)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(xué)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(jì)算機(jī)模擬3．11 特殊電子束曝光技術(shù)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(xiàn)第4章 聚焦離子束加工技術(shù)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(shù)的應(yīng)用4．6．1 審查與修改集成電路芯片4．6．2 修復(fù)光學(xué)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(shù)4．8 聚焦離子束注入技術(shù)參考文獻(xiàn)第5章 掃描探針加工技術(shù)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(diǎn)墨法光刻5．6 抽減式納米加工5．6．1 電化學(xué)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(jī)械劃痕法加工5．7 高產(chǎn)出率掃描探針加工參考文獻(xiàn)第6章 復(fù)制技術(shù)第7章 沉積法圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)第8章 刻蝕法圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)第9章 間接納米加工技術(shù)第10章 自組裝納米加工技術(shù)第11章 微納米加工技術(shù)的應(yīng)用索引結(jié)束語

章節(jié)摘錄

　?。?）半面工藝　　以平面工藝為基礎(chǔ)的微納米加工是與傳統(tǒng)機(jī)械加工概念完全不同的加工技術(shù)。平面工藝依賴于光刻（Lithography）技術(shù)。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(shè)計(jì)的圖案。然后通過材料沉積或腐蝕將感光層的圖案轉(zhuǎn)移到襯底材料表面。通過多層曝光、腐蝕或沉積，復(fù)雜的微納米結(jié)構(gòu)可以從襯底材料上構(gòu)筑起來。這里的光刻是廣義的，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)感光層圖案不僅可以通過光學(xué)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(shí)現(xiàn)，也可以通過直接掃描激光束、電子束或離子束實(shí)現(xiàn)。腐蝕技術(shù)包括化學(xué)液體濕法腐蝕和各種等離子體干法刻蝕。材料沉積技術(shù)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(yīng)用最廣泛的微納米加工技術(shù)。平面工藝之所以不同于傳統(tǒng)機(jī)械加工是因?yàn)橐韵?個(gè)方面的原因。①微細(xì)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，或準(zhǔn)三維結(jié)構(gòu)（又稱為2．5維），即二維平面結(jié)構(gòu)加上高度方向的變化，而不是真正的三維系統(tǒng)。這種準(zhǔn)三維結(jié)構(gòu)是通過多層二維結(jié)構(gòu)疊加而成的。③復(fù)雜微納米系統(tǒng)是在平面加工過程中形成的。由于每個(gè)部件如此之小，根本無法走傳統(tǒng)的先加工各個(gè)部件然后裝配成系統(tǒng)的途徑，所以系統(tǒng)中的每個(gè)部件以及它們之間的關(guān)系是在平面加工過程中形成的。

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