微纳练习题解答

一、
1.套准精度的定义,套准容差的定义。

大约关键尺寸的多少是套准容差？
套准精度是测量对准系统把版图套准到硅片上图形的能力。

套准容差描述要形成图形层和前层的最大相对位移,一般，套准容差大约是关键尺寸的三分之一。

2.信息微系统的特点是什么？
低成本，能耗低，体积小，重量轻，高可靠性和批量生产，可集成并实现复杂功能。

3.微加工技术是由什么技术发展而来的，又不完全同于这种技术。

独特的微加工技术包括哪些？
（1）微电子加工技术；（2）表面微制造、体硅微制造和LIGA工艺。

4.微电子的发展规律为摩尔定律，其主要内容是什么?
集成电路芯片的集成度每三年提高4倍，而加工特征尺寸缩小√2倍
5.单晶、多晶和非晶的特点各是什么？
单晶：几乎所有的原子都占据着安排良好的规则的位置，即晶格位置；非晶：原子不具有长程有序，其中的化学键，键长和方向在一定的范围内变化；
多晶：是彼此间随机取向的小单晶的聚集体，在工艺过程中，小单晶的晶胞大小和取向会时常发生变化，有时在电路工作期间也发生变化
6.半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质；当受外界光和热作用时，半导体的导电能力明显变化；在纯半导体中掺杂可以使半导体的
导电能力发生数量级的变化。

7.标准RCA清洗工艺有几个步骤，各步主要用来去除哪些物质?
SPM清洗:有机物
APM清洗:颗粒和少量有机物
DHF清洗:氧化膜
HPM清洗:金属离子
8.磁控溅射镀膜工艺中，加磁场的主要目的是什么？
将电子约束在靶材料表面附近，延长其在等离子体中运动的轨迹，提高与气体分子碰撞和电离的几率
9.谐衍射光学元件的优点是什么？
高衍射效率、优良的色散功能、减小微细加工的难度、独特的光学功能10.描述曝光波长与图像分辨率的关系，提高图像分辨率，有哪些方法？
（1）
NA = 2 r0/D, 数值孔径；K1是工艺因子：0.6～0.8
（2）减小波长和K1，增加数值孔径
氧气在强电场作用下电离产生的活性氧，使光刻胶氧化而成为可挥发的CO2、H2O 及其他气体而被带走；目的是去除光刻后残留的聚合物11.什么是等离子体去胶，去胶机的目的是什么？
通过控制F/C的比例，形成聚合物，在侧壁上生成抗腐蚀膜
12.硅槽干法刻蚀过程中侧壁是如何被保护而不被横向刻蚀的？
未知
13.折衍混合光学的特点是什么？
折衍混杂的光学系统能突破传统光学系统的许多局限，在改善系统成像质量减小系统体积和质量等诸多方面表现出传统光学不可比拟的优势刻蚀工艺有哪两种类型？简单描述各类刻蚀工艺
14.刻蚀工艺有哪两种类型？简单描述各类刻蚀工艺
湿法刻蚀：采用液体腐蚀剂，通过溶液和薄膜间得化学反应就能够将暴露得材料腐蚀掉
15.微纳结构光学涉及三个理论领域，其中标量衍射理论适用于设计
d>=10λ的微纳光学器件；矢量衍射理论适用于设计d～λ的微纳光学器件；等效介质折射理论适用于设计d<=λ/10的微纳光学器件。

16.在紫外光刻中，正性光刻胶曝光后显影时将被溶解，负性光刻胶曝
光后显影时将被保留下来.
17.剥离（lift-off）工艺适用于制作适用于制作难腐蚀材料图形，一般需要采用正性光刻胶光刻胶光刻。

18.光刻中，g线波长是指365nm,i线是指436nm.
19.干法刻蚀中的负载效应是指分为宏观和微观二种；宏观负载效应指
当反应腔中硅片过多，或硅片上待刻区域面积过大时，导致刻蚀速率降低的现象。

微观负载效应指硅片表面极小区域内刻蚀速率的不同
20.在KOH湿法腐蚀硅时，三种晶向平面<100>、<110>和<111>中，<100>腐蚀最快，<111>腐蚀最慢。

21.正性光刻胶曝光显影时将被溶解，负性光刻胶曝光后显影时将被保留下来，依此作图，注明保留部分依此作图，注明保留部分？
22.何谓表面等离子体波，激发表面等离子体波有哪几种方法？为什么说表面等离子体技术可以突破衍射极限？
（1）等离子体中粒子的各种集体运动模式
（2）棱镜耦合波导结构衍射光栅结构强聚焦光束近场激发
（3）垂直方向的传播是倏逝场
二、
1.以图解形式描述二元光学原理以及器件制作工艺
上图为八相位微透镜阵列制作原理图。

制作工艺：先将基片清洗干净并吹干，在特定的位置涂覆光刻胶，将匀胶之后的基片进行曝光，之后再进行显影，反复多次就可以得到所需的透镜阵列。

2.试述光学近场显微镜的原理。

远场光学受到衍射极限限制，近场是在距物体仅几个波长的区域，近场光学的基本原理就是非辐射场的探测。

当用传播波或倏逝波照射高空间频率的物体时，将产生倏逝波，这样的倏逝波场不服从瑞利判据，根据互易原理，这些不可探测的高频局域场可以通过微小物体的转换成为新的倏逝场传播，传播场被适当距离的探头所记录，就能获得精细结构的局部变化，当用光纤探针尽心平面扫描时，我们就可以得到二维图像。

3.论述折衍混合光学元件的消色差和消热差原理。

消色差原理：衍射光学元件（DOE）具有负等效Abbe常数的特性，与折射光学元件相反，因此折衍混合可以消除色差。

只需满足消色差
方程即可：
消热差原理：对于折射光学系统，温度升高，折射率变小，光学系统光焦度变小，焦距变长，温度降低，焦距变小；衍射光学表面微结构对温度不敏感，且具有负热差特性，与折射光学组成折衍混合光学可消热差。

4.何谓光子晶体？介绍光子晶体特点和应用。

①具有不同介电常数的介质材料随空间呈周期性的变化时，在其中传播的光波的色散曲线将成带状结构，当这种空间有序排列的周期可与光的波长相比位于同一量级，而折射率的变化反差较大时带与带之间有可能会出现类似于半导体禁带的“光子禁带”(photonic band gap)，这种光子
禁带材料就是光子晶体，是一种新型的人工结构功能材料，通过设计可以人为调控经典波的传输。

特点
②光子带隙：在一定频率范围内的光子在光子晶体内的某些方向上是严格禁止传播的
光子局域：在光子晶体中引入杂质和缺陷时，与缺陷态频率符合的光子会被局限在缺陷位置，而不能向空间传播
③光子晶体反射器件，偏振片，发光二极管，滤波器，光纤，非线性开关和放大器，激光器
5.试述相移掩膜方法的原理。

示意图：
增加一层相移层能够使相邻掩膜移相180°从而实现相移掩膜。

6.解释在制备微器件中牺牲层的作用和工作机制。

作用：在制备过程中作为结构层，最终要被去除掉。

工作机制：（牺牲层的概念比较广，不同的牺牲层材料对应不同的工作机制）可以通过悬浮等方式产生牺牲层。

三、分析计算题：
1．采用解析法设计一个主焦距长度为1mm,通光口径为0.3mm的硅菲涅尔衍射微透镜,采用2台阶量化方案，并给出掩膜版设计参数。

设计波长为4μm，硅的折射率为3.4,设成像空间折射率n=1。

①取n=-1，已知焦距，算出r p
②由此算出菲涅尔波带片的半径分布
③d m=λ/[2m(n-n0)],由此算出两次光刻的光刻深度
③推测这个是掩膜的环径
④式中H=λ/(n-n0)
2.2．制作一个如图所示的穿片开孔，开孔口径为10μm。

假设采用<100>晶向的硅晶圆片，各向异性腐蚀方法制作。

试确定硅晶圆片背面的窗口尺寸w.
<111>与水平方向角度为54.74度
300/x=tan54.74
W=2x+10=434.2um
3.利用热熔技术制作一个口径为60微米,空气中焦距为200微米的胶微透镜，假设
胶体材料的加热后的体积收缩率为5%，而口径没有改变，胶体热熔后材料折射率为n=1.4。

试设计热熔前胶体的尺寸（直径和厚度）。

解：
带入各值计算可得：
R=57.143μm
h=8.51μm
所以热熔后的体积
V
热熔后=∫π（（R2−(R−x)2）dx
8.51
V
热熔前=π(d
2
)2H）
由题可知，D=d=60μm 代入计算，有H=4.6μm。