レーザーマイクロナノ加工技術

マイクロナノ処理技術とは、サブミリメートル、ミクロン、ナノスケールのコンポーネントとコンポーネント、またはこれらのコンポーネントで構成されるシステムの最適化設計、処理、組み立て、システム統合、およびアプリケーション技術を指します。これには、幅広い分野と学際的な統合が含まれます。 。主な開発の方向性は、マイクロナノデバイスおよびシステム（MEMSおよびNEMS）です。 マイクロナノデバイスとシステムは、集積回路の製造で開発された一連の特殊技術です。マイクロセンサー、マイクロアクチュエーター、その他のデバイスとシステムの開発には、小型化、大量生産、低コストという特徴があります。現代の生活と生産に大きな影響を与えてきました。この産業の振興効果は、多くの新興産業を生み出しました。

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マイクロナノ加工技術は、先進製造業の重要な部分であり、国内のハイエンド製造業のレベルを測定する指標の1つであり、学際的かつ極端な製造要素の特徴を備えています。科学技術の進歩を促進し、産業を促進します。開発し、科学技術の進歩を促進します。国防の安全と他の側面を確保することは重要な役割を果たします。マイクロナノ加工技術の基本的な手法には、マイクロナノ加工法と材料科学法の2種類があります。明らかに、マイクロナノ処理技術はマイクロエレクトロニクスプロセス技術と密接に関連しています。

マイクロナノ処理は、「トップダウン」と「ボトムアップ」の2つのカテゴリに大別できます。 「トップダウン」とは、マクロオブジェクトからのリソグラフィープロセスに基づく材料または原材料の処理を指します。最小の結果サイズと精度は、通常、リソグラフィーまたはエッチングプロセスの解像度によって決定されます。 「ボトムアップ」技術は、微視的な世界から始まり、原子、分子、その他のナノオブジェクトの相互作用力を制御してマイクロナノ構造やデバイスを形成することにより、さまざまなユニットを一緒に構築します。

フォトリソグラフィープロセスに基づくマイクロナノ処理技術には、主に次のプロセスが含まれます：マスクの準備、パターンの形成と転写（接着、露光、現像）、膜の堆積、エッチング、エピタキシャル成長、酸化、ドーピングなど。感光性媒体フィルム（レジスト）の層を基板の表面にコーティングし、露光システムはマスクのパターンを（レジスト）フィルムに投影し、光（光子）露光プロセスは光化学作用によってレジストを作成することです。 。エッチングレジストの光化学的作用により、微細パターンの潜在像が生成され、残りのレジスト層は、現像プロセスを通じて微細パターンのウィンドウに変換されます。その後のレジストパターンに基づくコーティングとエッチングにより、必要なものをさらに生成できます。マイクロナノ構造またはデバイス。

マスクは、拡大した元の画像に従って作成された透明なウィンドウを備えたテンプレートです。例えば、平らなガラス板を金属クロムフィルムでコーティングし、フォトリソグラフィーと同様の方法で調製することができる。マイクロナノパターン構造のマスクプレートは、通常、電子ビームリソグラフィーマシンによって直接作成され、その製造プロセスは、金属層の堆積、接着剤コーティング、電子ビームリソグラフィー、現像、クロム層の腐食および除去を含む典型的なリソグラフィープロセスです。およびその他のプロセス。テンプレート内のピクセル数が多いため、走査型リソグラフィーマシンでマスクを作成する速度は非常に遅く、コストは非常に高くなります。




露光リソグラフィーはパターン形成のコアプロセスであり、ポジティブグループロセスとネガティブグループロセスに分けることができます。同じマスクを製造に使用すると、2つは相補的なパターン構造を得ることができます。さらに、異なる作動距離に応じて、近接露光、近接露光（接触露光）、および投影光学露光に分けることができます。露光システムの作動光源に応じて、紫外線露光、X線に分けることができます。紫外線照射、電子ビームおよびイオンビーム照射。また、ナノインプリント技術などのインプリントリソグラフィー（インプリントリソグラフィー）もナノ構造やデバイスの製造で十分に開発されており、その高効率パターン再現特性により、業界で非常に魅力的です。ロールツーロール（ロールツーロール、R2R）ローラーエンボス技術は、生産ラインで広く採用されています。




マスクパターンの転写に基づくフォトリソグラフィープロセスは、マクロサイズの微細構造を生成できます。光回折の制限により、マイクロメートルを超える微細構造の生成にのみ適しています。一部の最適化されたフォトリソグラフィープロセスは、サブミクロンの処理機能を備えている場合があります。例えば、接触リソグラフィーの解像度は０．５μｍに達する可能性があり、深紫外線露光光源の使用は０．１μｍを達成する可能性がある。しかしながら、マクロ領域ナノ／サブミクロンパターン構造の生成を実現するためにこの種のフォトリソグラフィー技術を使用することは望ましいが、望ましくない。近年、国内外の多くの学者が超回折限界リソグラフィー技術や周期低減リソグラフィー技術などを次々と提案し、露光リソグラフィー技術による大面積サブミクロン構造の作製に努めていますが、この種の新しいタイプのリソグラフィ技術はまだ実施されています。実験室の研究段階。

高精度の微細構造は、直接電子ビーム書き込みまたはレーザー直接書き込みによって生成できます。このタイプのリソグラフィ技術は、「書き込み」のように、集束電子ビーム（ビーム）を制御して書き込みパターンを移動することによって露光され、露光量が高くなります。しかし、これら2つの方法の生産効率は、特に大面積の生産では非常に低く、現在、直接書き込みリソグラフィ技術は、小面積のマイクロナノ構造の生産にのみ適しています。近年、ブレーズド回折格子、フレネルレンズ、多段マイクロ光学素子などの三次元レリーフマイクロナノ構造の需要が高まっています。 Appleの新しい携帯電話製品の顔認識モジュールは多段階のマイクロ光学部品を使用しており、現在の無人駆動技術のレーザーレーダー光学システムも複雑なマイクロ光学部品を使用していると報告されています。この種の精密なマイクロナノ構造の光学素子は、グレースケールフォトリソグラフィー技術によって製造する必要があります。直接書き込み技術は、ビームの移動中に対応する露光エネルギーを調整することにより、優れたグレースケールリソグラフィー能力を実現できます。



フォトリソグラフィー技術によって生成されたマイクロナノ構造は、必要な構造または要素を得るために、さらにエッチングまたはコーティングする必要があります。

エッチング技術は、マスクパターンに応じて基板表面や表面被覆膜を選択的にエッチングまたはストリッピングする技術で、ウェットエッチングとドライエッチングに分けられます。ウェットエッチングが最も一般的であり、装置コストが最も低いエッチング方法です。ほとんどのウェットエッチング液は等方性です。言い換えると、エッチングされた接触点のどの方向でも腐食速度に有意差はありません。しかし、1970年代以降、アルカリ性または有機性溶液中での単結晶シリコンの腐食に関する多くの記事が報告されています。特徴は、異なるシリコン結晶面の腐食速度が、特に方向において非常に異なり、それよりも十分に小さいことです。方向の腐食速度。1〜2桁！したがって、腐食速度が最も遅い結晶面は、腐食後に残る特定の面であることがよくあります。ドライエッチングは、プラズマを使用して半導体薄膜材料をエッチングします。プラズマは、約10〜0.001 Torrの真空度の環境下で励起する必要がありますが、ドライエッチングで使用されるガスは、大きな衝撃質量または非常に高い化学活性のいずれかで、エッチングの目的を達成できます。その最も重要な利点は、最小のエッジ横方向侵食現象と高いエッチング速度の両方を考慮に入れることができることです。ドライエッチングは、サブミクロン/ナノライン幅のプロセス技術の要件を満たすことができ、マイクロナノ処理技術で広く使用されています。

近年、レーザー技術の急速な発展により、レーザー直接書き込み技術に類似したレーザーエッチング技術が誕生しました。レーザーエッチング技術は、基板上の材料を直接アブレーションし、集束された高エネルギーを制御することによってそれを「彫刻」します。短波/パルスレーザービーム。微細構造。従来のフィルムエッチングを実現するだけでなく、立体的な微細構造の生成にも利用できます。有機高分子媒体におけるフェムト秒高ピークパワーレーザーの役割には、科学的に魅力的な特徴が数多くあります。その中でも、2光子重合（2PP）は、3次元ナノ構造にうまく適用されており、非常に複雑で特殊な3次元微細構造を生成できます。



マイクロエレクトロニクスとオプトエレクトロニクスの統合では、薄膜形成方法には、堆積とエピタキシャル成長の2つの主要なタイプがあります。蒸着技術は、物理蒸着、化学蒸着、混合法蒸着に分けられます。蒸着（熱蒸着、電子ビーム蒸着）およびスパッタリング蒸着が典型的な物理的方法であり、化学蒸着が典型的な化学的方法であり、プラズマ強化化学蒸着は、物理的方法と化学的方法を組み合わせたハイブリッド法である。薄膜堆積プロセスでは、通常、アモルファス膜と多結晶膜が生成されます。堆積位置と結晶構造はランダムであり、固定された結晶構造はありません。エピタキシャル成長は本質的に材料科学の薄膜処理方法であり、その意味は次のとおりです。単結晶基板上で、ベースの結晶構造と同じまたは類似の結晶薄層が方向性を持って成長します。電気化学的堆積、パルスレーザー堆積、ゾルゲル法、自己組織化法などの他の薄膜形成法も、マイクロナノ製造プロセスで広く使用されています。

マイクロナノの試験および特性評価技術は、マイクロナノ処理技術の基盤および前提条件であり、マイクロナノデバイスの設計、製造、およびシステム統合のプロセスにおけるさまざまなパラメータのミクロン/ナノ検出の技術が含まれています。マイクロメータ測定は、主に精密製造およびマイクロマシニング技術に役立ちます。目標は、マイクロメータレベルの測定精度を取得するか、微細構造の幾何学的、機械的、機械的特性を特徴づけることです。ナノメートル測定は、主に材料工学とナノサイエンス、特にナノ材料に役立ちます。材料の構造、地形、組成。半導体分野で人々が関心を持っているサイズ測定に関連するパラメータには、主に、フィーチャサイズまたは線幅、オーバーラップ、膜厚および表面粗さなどが含まれます。将来的には、マイクロナノテストおよび特性評価技術は、2次元から3次元へ、表面から内部へ、静的から動的へ、単一パラメーターから複数パラメーターへの結合へ、そしてパッケージング前からパッケージング後へと発展しています。新しい測定原理、試験方法と特性評価技術の探求、マイクロナノ処理と製造のためのリアルタイムオンライン試験方法の開発、およびマイクロナノデバイスの品質のための迅速な試験システムは、マイクロナノ試験と特性評価。

さまざまな表面のマイクロナノ構造が対応する機能を発揮する可能性があります。科学技術の発展に伴い、さまざまな機能を持つマイクロナノ構造やデバイスがより多くの用途を獲得するでしょう。現在、メタマテリアル、メタサーフェス、その他の「魔法の」力に満ちた構造やデバイスなど、表面機能性のマイクロナノ構造やデバイスの開発は、マイクロナノ処理技術によってまだ制限されています。したがって、機能的なマイクロナノ構造とデバイスの研究には、マイクロナノ構造の処理技術に関する広範囲で詳細な研究が必要です。マイクロナノ処理技術の処理能力と効率の改善は、マイクロナノに関する将来の研究の焦点です。ナノ構造とデバイス。