基于數字微鏡芯片的無模光刻微加工技術研究.pdf

1、微加工技術是當今一種最基本的現代科學技術。它源自半導體加工工藝，多用于硅基材料，且多為二維平面結構，基于傳統(tǒng)光刻技術。而微加工則是最主要也是最成功的技術，傳統(tǒng)光刻技術在半導體工業(yè)中發(fā)揮了極其重要的作用。但對于生物，化學，醫(yī)藥這些非半導體領域，傳統(tǒng)光刻技術用的較少。和傳統(tǒng)光刻技術相比，軟光刻技術作為另一種微加工技術從二十世紀九十年代興起，具有更加廣闊的應用領域。軟光刻技術作為一種微圖形復制技術，像印章一樣將微模型復制到任何表面上。

2、　　數字微鏡器件（Digital micro-mirror device，DMD）是一種重要的投影設備。它是一種鋁制微鏡片陣列。其中的每一個微鏡片根據載入的信號都能被切換到相對于平衡狀態(tài)+12°或-12°的位置上。對于垂直于DMD芯片位置上的光路來講，兩種不同角度分別對應于“開”和“關”兩種狀態(tài)。因此微鏡片可看成是在某一特殊角度的光開關。改變光開關的占空比也就能改變出射光的強度。因此，DMD芯片可作為二進制振幅空間光調制器，是本課題構建

3、平臺進行試驗的核心和關鍵部件。
　　微流控生物芯片通過對物理、化學、生物醫(yī)學和微加工等多學科的交叉，實現從生物、化學和醫(yī)藥領域的試樣處理到檢測的微型化、自動化、集成化與便攜化。微流控芯片能對微量稀有樣品進行快速、高效、精確的操控和檢測，具有高精度、低成本、高便攜性等優(yōu)點。其對化學、生物、醫(yī)藥等領域的發(fā)展具有巨大影響，是連接多學科多領域的橋梁，具有重要的研究價值，是本課題的試圖實現的應用目標。
　　光源和掩模作為光刻技術中進行

4、圖形轉移的關鍵元素，決定著微加工產品的質量和成本。針對這些因素，本文基于數字微鏡芯片探研了光束整形技術和無掩模光刻技術。為改善光刻光源質量，消除光刻對掩模的依賴提供了新的方法。并將該方法成功應用于微流控芯片的母模制備中。同時還對DMD的衍射效應進行了建模和仿真分析，并基于衍射效應成功地探求到一種加工微透鏡的有效實驗方法。
　　第二章節(jié)介紹了利用數字微鏡芯片的二進制振幅調節(jié)機制，建立了激光束整形系統(tǒng)。通過對激光束的光強進行二進制振幅

5、調制進而調節(jié)激光的光空間(lightspatially)實現對激光束的整形。通過向DMD芯片中載入整形圖樣，靈活地使激光光束的光強進行再分布，進而產生多種具有不同光強分布的激光束。本文中利用DMD芯片，成功地將一束高斯光束整形為一束超高斯激光。這將對光刻系統(tǒng)中光源的優(yōu)化，具有重要的意義。文中還利用顯卡實現了DMD芯片的伽馬曲線矯正，簡約了光束整形，提高了整形的精度。
　　第三章節(jié)介紹了基于數字微鏡的無掩模光刻技術?；贒MD的成像

6、和空間調制機制，研究了利用數字微鏡生成虛擬光刻掩模，取代傳統(tǒng)光刻曝光系統(tǒng)中的實體物理掩模。因為這種由DMD生成的掩模是數字化的，所以這種虛擬掩模技術為掩模的生成、控制和修改提供了一種快速、便捷、廉價、精確和靈活的解決方案。同時由于DMD能夠有效地對激光光強進行二進制振幅調制，通過改變光開關的占空比就能夠很好地控制光刻膠曝光所用的紫外光的強度，進而精確地控制光刻膠的固化行為。本課題還研究了DMD的衍射效應，建立了DMD衍射模型并對其進行了