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| 編輯推薦： |
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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最新的变革性光刻技术。
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| 內容簡介： |
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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。
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| 關於作者： |
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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（唯一作者），英文编著1部 (唯一编辑)。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。
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| 目錄：
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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
5.2.2GeSbTe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
7.4ZnSSiO2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
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| 內容試閱：
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光刻已经广泛应用于微电子芯片和微纳结构光电子器件(如集成光学与衍射光学器件)的制造。随着技术的发展，人们对光刻也提出了更高的要求，如更小的特征尺寸、更大的光刻面积、更高的光刻速度、更简化的工艺流程，以及满足更加个性化的需求。在光刻的发展历程中，研究人员提出了各种各样的光刻方法，大致可以分为以下几类： ①高能束(如电子束、软X射线、聚焦粒子束)光刻，优点是能实现高分辨率的图形结构，缺点是设备昂贵，需真空操作，光刻速度慢和光刻面积小； ②探针(如热探针、近场探针、扫描隧道探针)光刻，优点是可在大气环境中操作，可得到任意高分辨率的图形结构，缺点是光刻速度极慢，难以大面积光刻； ③模板(如掩模曝光、纳米压印、模板自组装等)光刻是一种低成本、高效率的微纳结构刻写加工方法，但昂贵的纳米结构模板使得其难以在个性化、小批量的微纳结构器件中得到应用。
激光直写也是应用非常广泛的一种光刻方法，其基本过程是激光束斑作用于有机光刻胶薄膜上，有机光刻胶薄膜吸收光子能量后发生光化学反应(即曝光)，然后进一步显影刻蚀得到图形结构。激光直写由于能在大气环境中进行大面积任意图形结构的快速加工等特点，使得其在微电子光刻掩模板、集成光学和衍射光学器件的制造中得到了较为广泛的应用。传统的激光光刻曝光过程是一种光化学反应，是激光光敏模式的光刻，称为激光光敏(photonmode)光刻，即激光束作用于光刻胶薄膜(光刻胶薄膜一般为有机材料)，光刻胶薄膜吸收光子能量后直接导致化学键等结构变化，完成曝光。曝光后再进行一系列的后烘和湿刻等过程，将图形转移到所需要的硅片或其他基片上，完成整个光刻过程。
尽管光敏光刻已被广泛应用，然而仍具有如下一些不足。
(1) 光刻特征尺寸受制于光学衍射极限，难以获得分辨率低于光学衍射极限的光刻图形。
(2) 难以进行跨尺度光刻。对于一台光刻机，由于激光波长和透镜的数值孔径已经固化，因此特征线宽也随之固定，难以进行跨尺度(光刻特征尺寸任意可调)光刻。
(3) 光刻工艺流程复杂。由于采用有机光刻胶，其含有光酸剂等物质，导致光刻前要进行预烘处理，光刻后要进行后烘及图形固化处理等，整个光刻工艺流程复杂，难以满足特殊化和个性化需求。
(4) 光刻分辨率受制于分子结构尺寸，导致光刻图形的分辨率和边缘粗糙度难以达到亚纳米甚至原子级。
(5) 光刻胶薄膜的选择性和单一性。光敏光刻采用有机材料作为光刻胶，有机薄膜对光波的吸收具有波长选择性，导致光刻胶薄膜的单一性，即一种波长的光刻仪器需要研制合成相应的光刻胶。
(6) 难以实现宽波段光刻。光刻胶薄膜对光波的选择性吸收决定了一种光刻胶只能采用相对应波长的光刻机，不能实现一种光刻胶既能用于可见光光刻，又能用于深紫外/极紫外（DUV/EUV）光刻。
(7) 图形结构高度由仪器的景深决定。对于短波长光刻仪器，难以达到高度大于100 nm的图形。
激光热敏(heatmode)光刻从物理本质上就不同于光敏光刻，是一种光致热物理反应(包括光致热相变、热非线性、热扩散等)，尽管它们都采用激光作为能量源(热敏光刻也可以采用电子束或焦耳热等来提供能量源)。激光热敏光刻的基本原理： 激光束斑作用于热敏光刻胶薄膜，热敏光刻胶吸收光子，光子不会直接破坏热敏光刻胶的价键和晶体结构，而是将吸收的光子能量进一步转化成晶格振动，导致热敏光刻胶的温度升高，温度升至某种阈值(如结构相变和晶化)后，热敏光刻胶的价键结构或晶体结构才会发生变化，从而实现曝光。曝光后再利用其选择刻蚀特性进行湿刻，从而完成整个光刻流程。
激光热敏光刻具有以下特点。
(1) 宽波段光刻。热敏光刻的光刻胶一般采用无机非金属薄膜材料，这类材料的吸收光谱一般覆盖从近红外到极紫外的整个光刻曝光波段，可以称为宽波段光刻胶，满足宽波段光刻要求。
(2) 突破衍射极限的光刻。光刻特征尺寸不再受制于光学衍射极限，而是取决于热致结构变化区域的尺寸，而该区域的尺寸不仅受到光斑约束，而且会进一步受到热致相变阈值、热致非线性以及热扩散等多重约束。
(3) 跨尺度光刻。光刻中激光光斑的强度一般呈高斯分布，光斑中心的温度高，向四周扩散并逐渐降低，通过调控热扩散通道和曝光策略，能实现跨尺度光刻。
(4) 亚纳米甚至原子级的图形分辨率。热敏光刻胶一般是无机非金属薄膜，其基本的组成单元是原子，这也决定了热敏光刻的图形结构分辨率和边缘粗糙度能达到亚纳米甚至原子级。
(5) 光刻工艺流程大为简化。热敏光刻胶采用无机非金属薄膜材料，没有交联剂和光酸剂等中间物质，光刻无需固化、预烘和后烘等处理，光刻过程也不会产生气泡等副产物，光刻流程只有涂胶、曝光、湿刻、清洗，因此光刻工艺大为简化。
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