基于數(shù)字微鏡芯片的無模光刻微加工技術(shù)研究.pdf

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

2、　　數(shù)字微鏡器件（Digital micro-mirror device，DMD）是一種重要的投影設(shè)備。它是一種鋁制微鏡片陣列。其中的每一個(gè)微鏡片根據(jù)載入的信號(hào)都能被切換到相對(duì)于平衡狀態(tài)+12°或-12°的位置上。對(duì)于垂直于DMD芯片位置上的光路來講，兩種不同角度分別對(duì)應(yīng)于“開”和“關(guān)”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(guān)。改變光開關(guān)的占空比也就能改變出射光的強(qiáng)度。因此，DMD芯片可作為二進(jìn)制振幅空間光調(diào)制器，是本課題構(gòu)建

3、平臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)的核心和關(guān)鍵部件。
　　微流控生物芯片通過對(duì)物理、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)和微加工等多學(xué)科的交叉，實(shí)現(xiàn)從生物、化學(xué)和醫(yī)藥領(lǐng)域的試樣處理到檢測(cè)的微型化、自動(dòng)化、集成化與便攜化。微流控芯片能對(duì)微量稀有樣品進(jìn)行快速、高效、精確的操控和檢測(cè)，具有高精度、低成本、高便攜性等優(yōu)點(diǎn)。其對(duì)化學(xué)、生物、醫(yī)藥等領(lǐng)域的發(fā)展具有巨大影響，是連接多學(xué)科多領(lǐng)域的橋梁，具有重要的研究?jī)r(jià)值，是本課題的試圖實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用目標(biāo)。
　　光源和掩模作為光刻技術(shù)中進(jìn)行

4、圖形轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵元素，決定著微加工產(chǎn)品的質(zhì)量和成本。針對(duì)這些因素，本文基于數(shù)字微鏡芯片探研了光束整形技術(shù)和無掩模光刻技術(shù)。為改善光刻光源質(zhì)量，消除光刻對(duì)掩模的依賴提供了新的方法。并將該方法成功應(yīng)用于微流控芯片的母模制備中。同時(shí)還對(duì)DMD的衍射效應(yīng)進(jìn)行了建模和仿真分析，并基于衍射效應(yīng)成功地探求到一種加工微透鏡的有效實(shí)驗(yàn)方法。
　　第二章節(jié)介紹了利用數(shù)字微鏡芯片的二進(jìn)制振幅調(diào)節(jié)機(jī)制，建立了激光束整形系統(tǒng)。通過對(duì)激光束的光強(qiáng)進(jìn)行二進(jìn)制振幅

5、調(diào)制進(jìn)而調(diào)節(jié)激光的光空間(lightspatially)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(qiáng)進(jìn)行再分布，進(jìn)而產(chǎn)生多種具有不同光強(qiáng)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(duì)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(shí)現(xiàn)了DMD芯片的伽馬曲線矯正，簡(jiǎn)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(shù)字微鏡的無掩模光刻技術(shù)?；贒MD的成像

6、和空間調(diào)制機(jī)制，研究了利用數(shù)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(shí)體物理掩模。因?yàn)檫@種由DMD生成的掩模是數(shù)字化的，所以這種虛擬掩模技術(shù)為掩模的生成、控制和修改提供了一種快速、便捷、廉價(jià)、精確和靈活的解決方案。同時(shí)由于DMD能夠有效地對(duì)激光光強(qiáng)進(jìn)行二進(jìn)制振幅調(diào)制，通過改變光開關(guān)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(qiáng)度，進(jìn)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(yīng)，建立了DMD衍射模型并對(duì)其進(jìn)行了