激光热敏光刻——原理与方法

本书受国家出版基金资助，是“十四五”时期国家重点出版物出版专项规划?重大出版工程规划项目。通过阅读本书读者能够了解近期新的变革性光刻技术。

本书首先对目前各种光刻技术的原理、方法和特点进行描述与分析比较，由此引出本书的主题——激光热敏光刻； 然后详细阐述激光热敏光刻的物理过程、仪器系统、光刻策略、用于**光斑尺寸的纳米光刻、跨尺度光刻、宽波段光刻、分辨率极限光刻、灰度图形光刻，以及图形转移的方法和相应的实验结果及应用事例。希望本书阐述的内容能从另一个角度分析和理解光刻，从而给目前的光刻技术带来变革性影响，以满足未来个性化和智能化的微电子芯片与微纳结构光电子器件的需求。

魏劲松， 男，中国科学院上海光学精密机械研究所，博士，研究员，中国科学院大学（国科大）教授，光学工程/材料学专业的博士生导师（国科大），华东师范大学和上海大学微电子学院联聘教授。主要从事激光热敏光刻、大数据存储、高速光学显微镜成像技术研究、以及相关的光学仪器的设计与研制。发表论文近150篇，申请国家发明专利50余项，已经授权30余项。受邀在Springer等出版英文著作3部[英文专著2部（专享作者），英文编著1部 (专享编辑)。研究结果多次被国内外刊物（如Nature Photonics）报道。2005和2010年分别当选上海市科技启明星(A类)和启明星跟踪，获得中国出版协会等组织的2015年度输出版优秀图书奖，提出的《无极限跨尺度的激光热模光刻与系统集成》获2018年度首届“率先杯”未来创新技术大赛决赛优胜奖。中国科学院和上海市优秀博士论文评审专家，Springer出版社学术著作评审专家，《光学学报》光刻、成像和光存储领域的主题编辑(TE)，国家领军人才等项目评审专家。主持国家自然科学基金重大仪器、国家重大工程项目、华为技术有限公司Top项目，中科院重点仪器以及相关人才项目等20余项，培养博士硕士研究生30余名。

   第1章 光刻技术研究现状

1.1引言

1.2光刻方法

1.2.1掩模曝光技术

1.2.2无掩模光刻

1.2.3光刻技术优缺点

1.3光敏光刻胶材料

1.3.1有机光刻胶薄膜

1.3.2S/Se基硫系薄膜

1.4本章 小结

参考文献

第2章 激光热敏光刻原理

2.1引言

2.2光学光敏光刻

2.3激光热敏光刻

2.3.1原子尺度的线边缘粗糙度

2.3.2无衍射极限光刻

2.3.3跨尺度光刻

2.3.4宽波段光刻

2.3.5正性光刻胶与负性光刻胶的相互转化

2.4硫系化合物快速相变机理

2.4.1伞滑跃模型

2.4.2多元环模型

2.5激光热敏光刻与光学光敏光刻比较

2.6本章 小结

参考文献

第3章 高速旋转型激光热敏光刻系统

3.1引言

3.2系统基本架构

3.3伺服跟踪模块

3.3.1基于双柱面镜的像散法原理

3.3.2聚焦误差信号理论分析

3.3.3计算与仿真结果

3.3.4伺服跟踪模块测试

3.3.5伺服跟踪模块实验结果

3.4样品运动误差测试模块

3.4.1基于单柱面镜的像散法

3.4.2小孔寻焦法的理论分析

3.4.3样品运动台的平面度测试系统

3.4.4样品台的运动平面度测试

3.5极坐标系统图形发生器

3.6任意图形刻写的实验结果

3.7本章 小结

参考文献

第4章 激光热敏光刻中的热扩散调控

4.1引言

4.2激光热敏光刻中的热扩散效应

4.3改变热敏光刻胶的热物特性调控热扩散通道

4.3.1热扩散系数

4.3.2薄膜厚度

4.4通过热传导层调控热扩散通道

4.4.1下Si层对热斑的影响

4.4.2上Si层对热斑的影响

4.4.3上Si层与下Si层共同调控热斑

4.5曝光时间的影响

4.5.1高速刻写

4.5.2短脉冲曝光刻写

4.5.3激光热敏光刻方案的优化

4.6本章 小结

参考文献

第5章 硫化物热敏光刻胶薄膜与激光热敏光刻

5.1引言

5.2Te基硫化物热敏光刻胶

5.2.1AgInSbTe热敏光刻胶

5.2.2GeSbTe光刻胶

5.2.3TeOx光刻胶

5.3高速激光热敏纳米光刻

5.3.1光热局域化分析

5.3.2基于高速旋转缩短曝光时间

5.3.3激光热敏纳米光刻

5.4激光热敏光刻的任意特征尺寸调整

5.4.1仿真和分析

5.4.2跨尺度图形结构制造

5.4.3复杂图形结构制造

5.5本章 小结

参考文献

第6章 基于有机薄膜的激光热敏光刻

6.1引言

6.2基于热汽化与变形的热敏光刻

6.2.1分子结构分析

6.2.2热学性质

6.2.3光学性质

6.2.4光热局域化响应的理论分析

6.2.5光刻的物理图像

6.2.6光刻图形结构

6.3热汽化诱导的一次性光刻

6.4基于热交联效应的光刻

6.4.1聚焦光斑诱导局域曝光后烘技术

6.4.2不同曝光功率诱导的光敏光刻与热敏光刻转变

6.5本章 小结

参考文献

第7章 透明薄膜的激光热敏光刻

7.1引言

7.2透明薄膜的激光热敏光刻原理

7.3透明薄膜的光热性质

7.4ZnSSiO2薄膜的选择性湿刻机理

7.4.1键合模型

7.4.2包层模型

7.5光吸收层辅助的微纳光刻

7.5.1AgInSbTe作为光吸收层

7.5.2Ge作为光吸收层

7.5.3无定形Si作为光吸收层

7.5.4AlNiGd金属玻璃作为光吸收层

7.6AgOx作为光吸收层直接图形化

7.7本章 小结

参考文献

第8章 激光热敏灰度光刻与彩色打印

8.1引言

8.2基于微纳结构的激光灰度光刻

8.2.1马兰戈尼效应实现微纳图形化

8.2.2内部汽化膨胀形成鼓包图形

8.2.3利用激光诱导微纳结构进行灰度光刻

8.3基于结晶效应的激光灰度光刻

8.3.1激光能量诱导的反射率变化

8.3.2基于Ge2Sb2Te5薄膜的灰度光刻

8.3.3Ge2Sb2Te5薄膜灰度光刻的应用

8.4基于TeOx结构演化的灰度光刻

8.4.1结构演化特性

8.4.2结构演化诱导灰度图形

8.5其他灰度光刻方法

8.5.1表面氧化

8.5.2晶粒细化

8.6激光热敏彩色打印

8.6.1基于Sb2Te3薄膜的彩色打印

8.6.2基于Ge2Sb2Te5薄膜的彩色打印

8.7本章 小结

参考文献

第9章 激光热敏光刻胶的图形转移

9.1引言

9.2基于ICP/RIE的图形转移

9.2.1无机热敏光刻胶的图形转移

9.2.2有机热敏光刻胶的图形转移

9.3基于刻蚀技术的GaAs图形转移

9.4基于光存储技术的图形转移

9.4.1电镀

9.4.2直接模板压印

9.4.3RIE转移

参考文献

索引