微纳米加工技术及其应用

第1章　绪论 1

1.1　微纳米技术与微纳米加工技术 2

1.2　微纳米加工技术的分类 3

1.3　本书的内容与结构 7

参考文献 10

第2章 光学曝光技术 11

2.1 引言 12

2.2　光学曝光方式与原理 13

2.2.1　掩模对准式曝光 14

2.2.2　投影式曝光 17

2.3　光学曝光的工艺过程 21

2.4　光刻胶的特性 23

2.4.1　光刻胶的一般特性 24

2.4.2　正型胶与负型胶的比较 26

2.4.3　化学放大胶 28

2.4.4　特殊光刻胶 28

2.5　光学掩模的设计与制作 29

2.6　短波长曝光技术 32

2.6.1　深紫外曝光技术 32

2.6.2　极紫外曝光技术 34

2.6.3　X射线曝光技术 37

2.7　大数值孔径与浸没式曝光技术 39

2.8　光学曝光分辨率增强技术 43

2.8.1　离轴照明技术 44

2.8.2　空间滤波技术 44

2.8.3　移相掩模技术 46

2.8.4　光学邻近效应校正技术 51

2.8.5　面向制造的掩模设计技术 54

2.8.6　光刻胶及其工艺技术 55

2.8.7　二重曝光与加工技术 58

2.9　光学曝光的计算机模拟技术 60

2.9.1　部分相干光成像理论 61

2.9.2　计算机模拟软件COMPARE 65

2.9.3　光学曝光质量的比较 68

2.10　其他光学曝光技术 72

2.10.1　近场光学曝光技术 72

2.10.2　干涉曝光技术 75

2.10.3　无掩模光学曝光技术 78

2.10.4　激光三维微成型技术 80

2.10.5　灰度曝光技术 83

2.11　厚胶曝光技术 86

2.11.1　传统光刻胶 87

2.11.2　SU-8光刻胶 88

2.12　LIGA技术 91

2.12.1 用于LIGA的X射线光源 94

2.12.2　X射线LIGA掩模 94

2.12.3　用于X射线LIGA的厚胶及其工艺 96

2.12.4　影响X射线LIGA图形精度的因素 98

参考文献 100

第3章　电子束曝光技术 107

3.1 引言 108

3.2　电子光学原理 109

3.2.1　电子透镜 110

3.2.2　电子枪 112

3.2.3　电子光学像差 114

3.3 电子束曝光系统 116

3.4 电子束曝光图形的设计与数据格式 123

3.4.1　设计中的注意事项 123

3.4.2 中间数据格式 125

3.4.3 AutoCAD数据格式 127

3.4.4 机器数据格式 127

3.5 电子束在固体材料中的散射 130

3.6　电子束曝光的邻近效应及其校正 137

3.7　低能电子束曝光 143

3.8　电子束抗蚀剂及其工艺 146

3.8.1　高分辨率电子束抗蚀剂 146

3.8.2　化学放大抗蚀剂 150

3.8.3　特殊显影工艺 155

3.8.4　多层抗蚀剂工艺 157

3.9　电子束曝光的极限分辨率 160

3.10 电子束曝光的计算机模拟 161

3.11　特殊电子束曝光技术 164

3.11.1　变形束曝光 164

3.11.2　电子束投影曝光 165

3.11.3　多电子束曝光 167

3.11.4　微光柱系统曝光 167

参考文献 168

第4章　聚焦离子束加工技术 175

4.1 引言 176

4.2　液态金属离子源 176

4.3　聚焦离子束系统 179

4.4　离子在固体材料中的散射 181

4.5　聚焦离子束加工原理 183

4.5.1 离子溅射 183

4.5.2　离子束辅助沉积 187

4.6　聚焦离子束加工技术的应用 188

4.6.1 审查与修改集成电路芯片 188

4.6.2　修复光学掩模缺陷 189

4.6.3　制作透射电镜样品 192

4.6.4　多用途微切割工具 193

4.7 聚焦离子束曝光技术 195

4.8　聚焦离子束注入技术 198

参考文献 198

第5章　扫描探针加工技术 203

5.1 引言 204

5.2　扫描探针显微镜原理 205

5.3　抗蚀剂曝光加工 208

5.3.1　STM曝光 208

5.3.2　NSOM曝光 212

5.4　局部氧化加工 213

5.5　添加式纳米加工 216

5.5.1　扫描探针场致沉积 216

5.5.2　扫描探针点墨法光刻 218

5.6　抽减式纳米加工 220

5.6.1　电化学刻蚀加工 220

5.6.2　场致分解加工 221

5.6.3　热力压痕法加工 221

5.6.4　机械划痕法加工 222

5.7　高产出率扫描探针加工 225

参考文献 227

第6章　复制技术 233

6.1 引言 234

6.2　热压纳米压印技术 235

6.2.1　热压纳米压印的印模 236

6.2.2　热压纳米压印材料 237

6.2.3　热压纳米压印的脱模 240

6.2.4　热压纳米压印的对准 243

6.3　室温纳米压印技术 245

6.4　紫外光固化纳米压印技术 247

6.4.1　透明印模 248

6.4.2　紫外固化压印材料 251

6.4.3　步进闪光压印光刻技术 252

6.4.4　透明印模压印的对准 255

6.4.5　曝光-压印混合光刻 257

6.5　反向纳米压印技术 259

6.6　软光刻技术 261

6.6.1　软光刻的印章 262

6.6.2　微接触印刷 264

6.6.3　毛细管力辅助注模 265

6.7　塑料微成型技术 267

6.7.1　热压成型 269

6.7.2　微注塑成型 270

6.7.3　浇铸成型 273

参考文献 274

第7章　沉积法图形转移技术 281

7.1 引言 282

7.2　薄膜沉积技术 282

7.3　溶脱剥离法 287

7.4 电镀法 293

7.5　嵌入法 296

7.6　模版法 298

7.7　喷墨打印法 301

参考文献 305

第8章　刻蚀法图形转移技术 309

8.1 引言 310

8.2　化学湿法腐蚀技术 311

8.2.1　硅的各向异性腐蚀 311

8.2.2　硅的各向同性腐蚀 317

8.2.3　二氧化硅的各向同性腐蚀 319

8.3　干法刻蚀之一：反应离子刻蚀 321

8.3.1　反应离子刻蚀的原理 321

8.3.2　反应离子刻蚀的工艺参数 325

8.4　干法刻蚀之二：反应离子深刻蚀 330

8.4.1 电感耦合等离子体刻蚀系统 330

8.4.2　Bosch工艺 331

8.4.3　纳米结构的深刻蚀 334

8.4.4　反应离子深刻蚀中存在的问题 335

8.5　干法刻蚀之三：等离子体刻蚀 339

8.6　干法刻蚀之四：离子溅射刻蚀 340

8.7　干法刻蚀之五：反应气体刻蚀 343

8.8　干法刻蚀之六：其他物理刻蚀技术 345

8.8.1　激光微加工技术 345

8.8.2　电火花微加工技术 347

8.8.3　喷粉微加工技术 348

参考文献 351

第9章 间接纳米加工技术 357

9.1 引言 358

9.2　侧壁沉积法 359

9.3　横向抽减法 362

9.4　横向添加法 366

9.5　垂直抽减法 369

9.6　纳米球阵列法 371

9.7　多步加工法 373

9.8　超级分辨率法 374

参考文献 378

第10章 自组装纳米加工技术 381

10.1 引言 382

10.2 自组装过程 383

10.2.1　分子自组装 384

10.2.2　纳米粒子自组装 387

10.3　可控自组装 390

10.3.1　表面形貌导向 392

10.3.2　表面能量导向 393

10.3.3　静电力导向 394

10.3.4　磁力导向 396

10.4　纳米系统的基本建筑单元 398

10.4.1　DNA构架 399

10.4.2　碳纳米管 401

10.4.3　嵌段共聚物 404

10.4.4　多孔氧化铝 407

参考文献 410

第11章　微纳米加工技术的应用 417

11.1 引言 418

11.2　超大规模集成电路技术 418

11.3　纳米电子技术 425

11.4　光电子技术 427

11.5　高密度磁存储技术 430

11.6　微机电系统技术 434

11.7　生物芯片技术 442

11.8　纳米技术 446

参考文献 449

索引 455

结束语 467