工业掩模曝光DMD无掩模数字光刻更新共27页
一种数字光栅无掩模光刻对准方法_唐路路
Ａ Ｄｉｇｉｔａｌ－Ｇｒａｔｉｎｇ－Ｂａｓｅｄ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｉｎ Ｍａｓｋｌｅｓｓ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ
Ｔａｎｇ Ｌｕｌｕ１，２ Ｈｕ Ｓｏｎｇ１ Ｘｕ Ｆｅｎｇ１，２ Ｔａｎｇ Ｙａｎ１ Ｃｈｅｎ Ｍｉｎｇｙｏｎｇ１ Ｚｈｕ Ｊｉａｎｇｐｉｎｇ１，２
（ ） １ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ ＆Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈｅｎｇｄｕ，Ｓｉｃｈｕａｎ ６１０２０９，Ｃｈｉｎａ ２ Ｇｒａｄｕａｔｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４９，Ｃｈｉｎａ
以上诸多的对准方法主要是针对掩模和硅片上 均有对 准 标 记 的 情 况，而 基 于 ＤＭＤ 的 无 掩 模 光 刻 系统由于其无掩模 的 特 殊 性，不 具 备 直 接 将 掩 模 和 硅片对准的条件。 为 此，本 文 借 鉴 并 综 合 了 几 种 对 准方法的优 势，利 用 ＤＭＤ 可 以 产 生 平 滑、细 腻、精 确 、近 似 无 缝 的 图 像 特 征 ，提 出 一 种 数 字 光 栅 无 掩 模 光刻对准方法，将硅 片 的 微 位 移 放 大 显 示 在 数 字 光 栅与硅片上物理光栅叠加产生的叠栅条纹中。主要 建立 了 基 于 ＤＭＤ 的 数 字 光 栅 无 掩 模 光 刻 对 准 模 型 ，设 计 了 对 准 标 记 以 及 具 体 的 实 现 方 案 ，并 对 模 型 进行了数值仿真和初步的实验验证。
界的热门话 题［１］。 随 后，无 掩 模 光 刻 技 术 得 到 了 迅 速 多 样 的 发 展 ，其 中 基 于 数 字 微 反 射 镜 装 置 （ＤＭＤ） 的无掩模光刻技术因其较强的技术延伸性和工艺兼 容性得到了广泛的研究与应用。
掩模曝光DMD无掩模数字光刻更新
➢计算机将所需的光刻图案通过图形生成器输入到DMD芯片中，根据图形中黑 白像素的分布来改变DMD 中微反射镜的转角，并通过准直光源照射DMD表面 形成与所需图形一致的光图像，利用相应的光刻镜头将该图像投影到基片表面 并通过控制样品台的扫描运动，实现任意形状的大面积微结构制备。
➢投影物镜
➢曝光光源能量分布实际测试图
➢利用特殊的衍射匀光光学元 件和405nm激光，形成高均 匀、高效照明光源
➢丰富的投影光刻物镜光学、光机设 计经验以及成熟的精密装调工艺， 保证每一个投影光刻物镜的成像质 量。 ➢标准物镜： ➢1X：分辨力10.8μm，曝光面积21X10.5mm2
➢数值孔径NA=0.1
（2013.04.17 授权公告日） 授权
数字处理方面: 一种用于数字光刻系统的光强不均匀性测量与校正方法 刘华;卢振武 （已提交）
系统装调方面: DMD光学系统光源位置的定位辅助装置及光源位置装调方法 刘华 谭向全 党博石 发明专利
201510263495 用于定位DMD光刻系统中相机焦平面位置的新型分划板 刘华 谭向全 党博石 卢振武 发明专
利201510316684.0
发表论文：
Xiao-Duo Wang HuaLiu*、 Zhen-WuLu Li-WeiSong Tai-shengWang Bo-Shi Dang XiangQianQuan Yun-PengLi Design of a spectrum-folded Hadamard transform spectrometer in nearinfrared band Opt. Commu. 333. 80-83 (2014)
➢核心技术3——数据处理
（国内同类产品形成固定数据，分块存储，国外同类产品形成滚动数据，分块存储。）
2μm分辨DMD光刻系统镜头设计
2μm分辨DMD光刻系统镜头设计郭华;周金运;刘志涛;雷亮【摘要】针对2μm分辨力的光刻，在以数字空间微反射器(DMD)为空间光调制器(SLM)的光刻系统中，采用一种新的非对称式结构组合，使用较少的透镜组成了一个高分辨力、大孔径的投影光刻镜头。
利用ZEMAX光学设计软件对其进行了建模和优化，最终得到其全视场波像差小于λ/10，畸变小于0.02％，像方数值孔径NA=0.158，最小分辨力为2μm，近轴缩小倍率β=-0.217，其结果有效的减少了DMD栅格效应对空间数字掩模图形的影响，满足数字投影光刻光学系统的各项指标要求。
最后，对设计结果进行了公差分析，在修改过少数几个默认公差后，采用Monte Carlo方法进行模拟装配，证明了这种新结构镜头加工和校装的可行性。
%For the 2μm resolution lithography, in the lithography system with the digital micro-mirror device as space light modulator, we design a high resolution and large-area projection lens with new asymmetric structure assembly and fewer lens. By using ZEMAX optical design software to simulation-design and optimize, the results show that its optical path difference for entire field of view is less thenλ/10, its distortion is less than 0.02%, its image space numerica l apertureNA=0.158, its resolution is 2μm, its paraxial reduced ratio isβ=-0.217. This can effectively reduce the DMD grid effect for the digital space mask and meet all kinds of requirement for projection lens optical system. Finally,we analyze the tolerance of the design results. By amending a few default tolerances and using the Monte Carlo method, it is verified the assembling and fabricating feasibility of this kind of new structure projection lens.【期刊名称】《光电工程》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】6页(P83-88)【关键词】DMD无掩模光刻;栅格效应;投影镜头;光学设计【作者】郭华;周金运;刘志涛;雷亮【作者单位】广东工业大学物理电子学，广州510006;广东工业大学物理电子学，广州510006;广东工业大学物理电子学，广州510006;广东工业大学物理电子学，广州 510006【正文语种】中文【中图分类】TN305薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)，广泛应用于平板电脑、触屏手机和其他电子显示产品中。
步进投影数字光刻机在中科院光电所研制成功
作者： 何坤尧 周鹏浩
作者机构： 中国科学院光电技术研究所
出版物刊名： 科技创新与品牌
页码： 29-29页
主题词： 光电技术 光刻机 投影 中国科学院成都分院 中科院 科技成果鉴定 完成情况 研发成果
摘要：近日，由中国科学院光电技术研究所与南昌航空大学研制的“步进投影数字光刻机”，顺利通过中国科学院成都分院主持的科技成果鉴定。
专家们对项目的研发成果和完成情况给予了充分的肯定及高度评价，一致认为，该项目采用数字微镜阵列（DMD）技术，实现了图形与灰度等级均可实时编辑的数字掩模，研制成功了首台实用的微米级步进缩小投影无掩模版数字化光刻设备。
设备功能完整，工艺兼容性强，总体集成技术具有创新性，达到国际先进水平，并具有广泛的应用前景。
半导体工艺图形曝光与光刻PPT课件
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γ值越大，即表示曝光能量增加时，抗蚀剂溶解度增加越快，可得陡峭的图形。
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正性和负性抗蚀剂
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三层抗蚀剂的工艺步骤
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图案转移
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相关的图案转移工艺还有剥离与浮脱技术。
1、旋涂抗蚀剂 2、曝光 3、显影 4、淀积金属膜 5、浸泡腐蚀液中
4x 不需要 穿透 单层 是
EUV
X射线
极远紫外线 有 折射式 是 20-30
同步辐射 有 直接光照 是 30
4x 需要 反射 表面成像 不是
1x 需要 穿透 单层 是
离子束
离子束 没有 全区折射式 步进机 30
4x 不需要 印刷式 单层 不是
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各种曝光系统的分辨率与硅片产率的关系
光学曝光方法：遮蔽式曝光和投影式曝光。 遮蔽式曝光：可分为掩模版与晶片直接接触的接触式曝光和二者紧密相 邻的接近式曝光。若有尘埃或硅渣嵌入掩模版中，将造成掩模版永久性 损坏，在后续曝光的晶片上形成缺陷。
投影式曝光：在掩模版与晶片间有一距离，10-50um。但这一间隙会在掩 模版图案边缘造成光学衍射。导致分辨率退化。
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电子束图形曝光
电子束图形曝光主要用于掩模版的制作，只有相当少数装置用于将电子 束直接对抗蚀剂曝光而不需掩模版。 优点：可以参数亚微米的几何抗蚀剂图案、高自动化及高精度控制的操 作、比光学图形曝光有较大的聚焦深度与不同掩模版可直接在半导体晶 片上描绘图案。 缺点：电子束光刻机产率低，在分辨率小于0.25um时，约为每小时10片 晶片。这对生产掩模版、需求量小的定制电路或验证性电路是足够了。 而对不用掩模版的直写形成图案方式，设备必须尽可能提供产率，故要 采用与器件最小尺寸相容的最大束径。 聚焦电子束扫描主要分成两种形式：顺序扫描、向量扫描。
基于DMD无掩膜光刻快速制作亲疏水图案化表面
㊀工艺材料㊀«新技术新工艺»工艺与材料２１㊀基于D M D 无掩膜光刻快速制作亲疏水图案化表面∗陈㊀鹏,李木军(中国科学技术大学精密机械与精密仪器系,安徽合肥２３００２６)㊀㊀摘㊀要:亲疏水图案化表面在表面张力限制的微流控技术中能够发挥显著作用.常见的方法在制作表面的微图案时都需要实物掩模版,这类方法不具备灵活调节制造亲疏水表面微图案的形状与尺寸的能力,并且因制作掩膜而导致制作成本和时间成本都很高.因此,提出了基于D M D 无掩膜光刻技术快速制作亲疏水图案化表面的方法并可用于自组装微液滴阵列.该方法利用D M D 无掩膜曝光系统进行加工,一步成型地完成了亲疏水图案化表面的疏水处理和微图案化处理.这种方法无需实物掩模,能够灵活调控加工表面疏水图案的形状与尺寸,工艺简单快捷,降低了制作成本.关键词:D M D 芯片;无掩膜光刻技术;数字掩膜;光敏树脂;亲疏水图案化表面;微液滴阵列中图分类号:T H７０３㊀㊀文献标志码:AQ u i c k l y M a k i n g H y d r o p h i l i c Ｇh y d r o p h o b i cP a t t e r n e dS u r f a c eB a s e do nD M D M a s k l e s sL i t h o g r a p h yC H E NP e n g ,L IM u ju n (D e p a r t m e n t o fP r e c i s i o n M a c h i n e r y a n dP r e c i s i o n I n s t r u m e n t s ,U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y o fC h i n a ,H e f e i ２３００２６,C h i n a )A b s t r a c t :H y d r o p h i l i c Ｇh y d r o p h o b i c p a t t e r n e d s u r f a c e s p l a y e da s i gn i f i c a n t r o l e i n s u r f a c e t e n s i o nc o n f i n e dm i c r o f l u i d i c s c o n t r o l t e c h n o l o g y ．C o m m o n m e t h o d sr e q u i r e d p h y s i c a lm a s k sw h e n m a k i n g m i c r o Ｇp a t t e r n so nt h es u r f a c e ,t h i st y p eo f m e t h o dd i dn o th a v e t h ea b i l i t y t o f l e x i b l y a d j u s t t h e s h a p ea n ds i z eo fm i c r o Ｇp a t t e r n s f o rm a k i n g h y d r o p h i l i c Ｇh y d r o ph o b i c p a t t e r n e d s u r f a c e s ,a n db e c a u s e o fm a k i n gp h y s i c a lm a s k s ,t h e p r o d u c t i o na n d t i m e c o s t sw e r ev e r y h i g h ,s oam e t h o d f o r r a p i d l yp r e p a r i n g h y d r o p h i l i c Ｇh y d r o p h o b i c p a t t e r n e d s u r f a c e sw a s p r o p o s e db a s e do n t h e p h o t o s e n s i t i v e r e s i n a n d i t c o u l db e u s e d f o r s e l f Ｇa s s e m b l e dm i c r o d r o p l e t a r r a y s ．T h em e t h o dw a su s e dt o p r o c e s t h eD M D m a s k l e s s l i t h o g r a p h y ,w h i c h m a d e t h e h y d r o p h o b i c t r e a t m e n t a n dm i c r o Ｇp a t t e r n i n g t r e a t m e n t o f t h e h y d r o p h i l i c Ｇh y d r o p h o b i c p a t t e r n e d s u r f a c e c o m p l e t e d i n o n e s t e p ．T h em e t h o d d i dn o t n e e d a p h y s i c a lm a s k ,a n d c o u l d f l e x i b l y a d j u s t t h e s h a p e a n d s i z e o f t h e p r o c e s s i n g s u r f a c e h y d r o Ｇp h o b i c p a t t e r n ,t h e p r o c e s sw a s s i m p l e a n d f a s t ,a n d t h em a n u f a c t u r i n g co s tw a s r e d u c e d ．K e y wo r d s :D M Dc h i p s ,m a s k l e s s l i t h o g r a p h y t e c h n o l o g y ,d i g i t a lm a s k ,p h o t o s e n s i t i v e r e s i n ,h y d r o p h i l i c Ｇh y d r o p h o b i c p a t t e r n e d s u r f a c e s ,m i c r o d r o p l e t a r r a ys ㊀㊀亲疏水图案化表面通常是指固体表面上的亲水区域被疏水性图案区域分割成许多独立的单元[１],由于表面的亲疏水区域张力差,水溶液在表面张力的作用下有从疏水区域流到亲水区域的趋势或者是已在亲水区域的水溶液会被疏水性图案边界围困住[２].亲疏水图案化表面可以在表面张力限制的微流控技术等方面发挥不小的作用[３Ｇ５],可用于制作几何形状可控的液体阵列[６]㊁细胞微阵列[７]㊁水凝胶阵列[８]㊁微反应器[９]和平板印刷[１０]等.制作亲疏水图案化表面的方法通常有２种:１)在亲水性背景基底上制作疏水性图案;２)在疏水性背景基底上制作亲水性图案.常见的加工工艺有化学气相沉积法[１１]㊁微印刷法[１２]和光刻法(见图１)[１３]等方法.但现有的方法还存在着不足,大多数制作方法在加工表面的亲疏水微图案时都需要绘制有图案的实物掩膜,这会导致这类方法不具备灵活调节制造微图案形状尺寸的能力,并且因需要额外制作实物掩膜,从而提高了制作成本和时间成本.图１㊀光刻法制作亲疏水图案化表面本文提出了一种基于D M D 无掩膜光刻技术快速制作亲疏水图案化表面的方法,并将该方法应用㊀新技术新工艺㊀２０２０年㊀第９期㊀２２㊀«新技术新工艺»工艺与材料于自组装微液滴阵列.该方法利用了D M D 连续无掩膜光刻系统进行加工,在制作亲疏水图案化表面时,实现了表面微图案化和亲疏水化调控的同步完成,无需实物掩膜,极大地简化了工艺流程,缩短了制作时间,降低了制作成本,并且制作亲疏水图案化表面时具备灵活调节微图案的能力.１㊀试验设备及制作工艺１．１㊀试验设备介绍１．１．１㊀D M D 连续无掩膜光刻系统D M D 无掩膜光刻技术是一种基于空间光调制器扫描技术的先进的第二代光刻直写技术.传统的光刻离不开实物的光掩膜版,其工作原理示意图如图２所示[１４].在传统光刻中,紫外光需要曝光透过光掩模版再将掩膜版上的图案转印到正下方的光刻胶.这也意味着若在光刻胶上加工的形状不同,则需要先制作出相应形状的掩膜版,这一步工艺也在传统光刻中不可忽略.而D M D 无掩膜光刻则是将实物的掩膜版换成了 虚拟 的数字掩膜版,其中实现这一差别的关键点就是数字微反射镜装置D M D芯片(见图３)[１５].图２㊀传统光刻工作原理示意图图３㊀１０２４ˑ７６８分辨率的D M D 芯片以及微反射镜阵列微观图单个微反射镜结构以及工作原理图如图４所示[１６Ｇ１７].每一个D M D 芯片主要是由许多的微反射镜组成的阵列,而微反射镜的数量决定了每个芯片的分辨率,相当于一个微反射镜代表一个像素点.单个反射镜的尺寸越小,使用其在工艺上能够实现的加工尺寸越小(线宽越窄),光刻中加工细微特征的本领越强.每个微反射镜独立工作,互不干扰.当接收到控制信号 ０ 时,寻址电压控制微反射镜对应偏转至稳态－１２ʎ;当接收到控制信号 １ 时,寻址电压控制微反射镜对应偏转至稳态＋１２ʎ;当没有寻址电压时,微反射镜保持在稳态０ʎ.图４㊀单个微反射镜结构以及工作原理图D M D 微反射镜的工作原理如图５所示[１８].当紫外光束照射到D M D 芯片上时,事先绘制好的数字掩膜图片被相应的软件编译成控制信号输入到D M D 芯片,控制信号控制组成阵列的每个微反射镜偏转至相应的状态,从而使得许多细小的紫外光束被按照设定反射到不同方向,这时数字掩膜所反映的众多紫外光束就恰好被投影到正确的位置进行光刻工艺.相比于传统光刻,由于变更掩膜形状更加方便且不需要制作实物掩膜,D M D 无掩膜光刻技术显然会在应用中降低不少成本.另外,D M D无掩膜光刻还具备分辨率高㊁操作简便快捷㊁对比度高㊁响应时间短和光学效率高等诸多优势.图５㊀D M D 微反射镜的工作原理㊀工艺材料㊀«新技术新工艺»工艺与材料２３㊀本试验中所用的D M D 连续无掩膜光刻系统是由本课题组自行设计完成[１９],整个D M D 连续无掩膜光刻系统的实景图如图６所示.图６㊀D M D 连续无掩膜光刻系统实景为了加深读者对本文所涉及试验的工艺流程的了解,特此对该系统做简单介绍.D M D 连续无掩膜光刻系统架构如图７所示,该D M D 连续无掩膜光刻系统主要由如下３个部分组成.１)控制系统.包括对D M D 芯片的控制和对运动平台的控制,并且自行编写了相应的控制程序,二者相互配合,提高了整个光刻系统的智能化和人机交互的便利性.２)运动平台.包括２个X ＧY 方向的精密电控平移台和１个Z 方向的精密手动升降台,其中X ＧY 方向的精密电控平移台是D M D 无掩膜光刻系统实现 连续 功能的关键,而Z 方向的精密手动升降台是为了保障不同厚度基底相对于曝光焦平面的适应性,同时运动平台也是光刻作业的承载台,试验样品放置于此处.３)光学系统.包括照明系统和投影系统,照明系统主要有紫外光光源和光导管㊁准直器等匀光准直器件,照明系统的作用是给D M D 芯片提供一束均匀性好㊁准直性好,能完整覆盖芯片面的入射光.投影系统主要由镜筒透镜和投影镜头组成,起到了消色差和控制焦深的功能,投影系统的作用是将D M D 芯片调整后反射光准确投影到光刻作业位置.本光刻系统使用的是３６５n m 波长的紫外光光源,值得强调的是,虽然受限于D M D 芯片有效工作面尺寸较小,但可以通过程序控制运动平台的移动实现 光刻单元 的拼接,得到较大面积的光刻图案.㊀图７㊀D M D 连续无掩膜光刻系统架构图１．１．２㊀数字掩膜设计要通过D M D 连续无掩膜光刻系统进行微细加工,就需要先设计出相应的数字掩膜, 数字掩膜 是一张由计算机绘制的能与D M D 芯片功能相适应的单色位图.设计一张单色位图的流程(见图８)如下.图８㊀数字掩膜设计流程图１)C A D 绘制图形.本试验平台所用的D M D芯片的分辨率为１０２４ˑ７６８,同时每一个分辨率所能代表的实际加工尺度为２μm ,所以当利用C A D 绘制数字掩膜图形时,可以在２０４８m mˑ１５３６m m 的图框内完成图形绘制,此时C A D 中绘制图形的尺寸与D M D 芯片实际所能加工的尺寸的换算关系为１m mʒ１μm .只要保证比例与分辨率一致,C AD 中设定的图框尺寸大小可以等比例变换.待期望中的图案绘制完成后,以T I F F 格式导出.２)调整图片格式.因为从C A D 里导出的图案的文件格式为T I F F ,而D M D 芯片对应的处理格式为单色位图,所以还需要经过图片格式转换软件调整,此处用的是微软系统自带的绘图软件.数字掩膜示例如图９所示,图中单个圆环宽为２５μm ,单个圆环的外圈直径为４００μm.图９㊀数字掩膜示例㊀新技术新工艺㊀２０２０年㊀第９期㊀２４㊀«新技术新工艺»工艺与材料３)导入数字掩膜.将准备好的数字掩膜图片导入到D M D 连续无掩膜光刻平台的控制程序中,并设定好相应的控制参数,包括曝光时间㊁光强以及当使用平台的拼接功能时,还需要设定位移平台的X ㊁Y 方向的单次位移距离和拼接次数.１．２㊀制作工艺本文介绍的在亲水基底上快速制作亲疏水图案化表面的工艺流程(见图１０)如下.图１０㊀制作亲疏水图案化表面的工艺流程１)涂胶.光敏树脂的型号为D S M 的S o m o sI m a gi n e ８０００,以洁净的单面抛光硅片常规片(浙江立晶硅材料有限公司生产)作为基底,匀胶机先以５００r /m i n 旋涂９s 匀胶,再以１５００r /m i n 旋涂１m i n ,２次旋涂使光敏树脂均匀地覆盖着基底表面.２)曝光.曝光过程由介绍的D M D 连续无掩膜光刻系统完成.紫外光光强为４０mW /c m ２,曝光时间为７００m s .涂胶至曝光的间隙可以防止样品受到光污染,以免光敏树脂提前曝光失效.同时由于需要通过拼接来扩大基底表面微图案的数量,所以曝光过程可由多次完成,其曝光次数和位移平台的拼接次数相对应.３)漂洗.在镊子的夹持下,将经过曝光工艺后的硅片浸入酒精中约３０s ,并且轻轻摇动硅片;然后将样片放入去离子水中清洗约１m i n ,并且轻轻晃动硅片;最后将样片用氮气吹干.酒精作为常用的有机溶剂之一可以有效地溶解清洗掉未固化树脂.待漂洗之后,就得到了图１１所示的亲疏水图案化表面.同时,图１１所展示的亲疏水图案化表面是通过D M D 连续无掩膜光刻系统的拼接功能得到的,这也直接反映出该方法可以制备较大面积亲疏水图案化表面,这也意味着微液滴阵列的数量可以不受限制.理论上来说,只要D M D 连续无掩膜光刻系统的位移平台的行程足够大,被用来作为亲疏水性基底的硅片或玻璃就可以实现亲疏水图案化表面的全覆盖.图１１㊀亲疏水微图案化表面显微镜图片１．３㊀亲疏水图案化表面的润湿性对比当曝光时间为７００m s 时,已经固化的光敏树脂表面的接触角为１１４．８ʎʃ１．５ʎ(见图１２a ),表现为疏水性;而此时用作基底的硅片表面的接触角为４７．７ʎʃ１．５ʎ(见图１２b),表现为亲水性,可见亲㊁疏水２种表面之间存在比较明显的差异性,这从原理上证明了该方法制作的亲疏水图案化表面可以用于实现微液滴阵列.图１２㊀亲疏水图案化表面的接触角对比２㊀亲疏水图案化表面应用于自组装微液滴阵列㊀㊀当制备好相应的亲疏水图案化表面后,将具有亲疏水图案化表面的样品基底浸入装满去离子水的容器中,紧接着将样品缓慢倾斜着取出,取出过程中可以靠轻微的抖动来帮助多余的水流干净,最后在表面上只剩下自组装形成的微液滴阵列,同时这个操作过程可被称为液滴阵列在亲疏水图案化表面的自组装.２．１㊀微液滴阵列的形状和尺寸多种形状和尺寸各异的微液滴阵列如图１３所示.从形状上来看,常见的圆形㊁正方形㊁正六边形和正三角形的微液滴形状都可以在制作的亲疏水图案化表面上轻松地自组装出来,并且可以在整个表面上形成规整的阵列式排布,微液滴形状还可以轻㊀工艺材料㊀«新技术新工艺»工艺与材料２５㊀松地实现随着基底上的疏水图案的变化而改变,得益于D M D 无掩膜光刻系统仅仅需要改变数字掩膜就可以极其简单地制作出各种形状的微图案,这也证明了该方法在制作亲疏水图案化表面的微图案形状具有灵活性.从尺寸上来看,图１３中的圆形微液滴直径为８５０μm ,正方形和正三角形微液滴的边长也为８５０μm ,正六边形液滴的边长为４２５μm .该方法可以制作出百微米级小尺寸液滴的自组装微液滴阵列,这表明该方法具有较好的微图案尺寸加工能力,及将该方法应用于细胞微阵列㊁水凝胶阵列的潜力.图１３㊀基于亲疏水图案化表面形成的多种形状的自组装微液滴阵列需要说明的是图１３中所有的用以将水滴圈住 的类似 栅栏 的疏水边界的宽度为２５μm ,这个宽度设定是根据笔者多次试验的经验总结.２５μm的疏水边界宽度是比较理想的值,宽度过大不但会使水滴在 自组装 的过程中受到更多疏水表面的毛细力等因素的影响,导致出现微液滴的阵列化不完整或者阵列间某些液滴之间相互粘粘的现象,而且不利于提高整个基底表面上微液滴阵列的占有率;而又受限于试验中的D M D 连续无掩膜光刻系统所能加工微结构的最小线宽的能力,且假如疏水边界宽度的设定过窄,则偶尔会因为光敏树脂受曝光固化不完全均匀而使得疏水图案出现残缺,从而导致制作亲疏水图案化表面失败.２．２㊀制作方法的普适性验证针对本文所提出的快速制作亲疏水图案化表面的方法及其在自组装微液滴阵列的应用,虽然在前文已经通过实例证明了该方法的合理性和工艺的可行性,但为了增强该方法的说服力,尽可能拓展其适用情形,接下来将从光敏树脂的型号㊁基底类型等方面开展试验,验证该方法的多种适用性条件.２．２．１㊀光敏树脂的选择考虑到上述制作亲疏水图案化表面中的示例只用了S o m o s I m a g i n e ８０００这一种光敏树脂,为了验证该方法在面对更多型号光敏树脂的选择时,依旧能够实现本文所提出的基于D M D 无掩膜光刻技术快速制作亲疏水图案化表面的方法,在这里引入了另一款光敏树脂(S o m o s E v o L V e１２８)来制作亲疏水图案化表面并完成自组装微液滴阵列的制备.整个试验过程基本重复了章节１．２中所介绍的内容,仅有的差别在于换用了不同的光敏树脂和将曝光时间设定为８００m s .适当增加曝光时间主要是考虑到S o m o s E v o L V e １２８这款光敏树脂的曝光强度指示性推荐值是９３mW /c m ２,这比S o m o sI m a gi n e ８０００的曝光强度推荐值(６４mW /c m ２)更大,更大的曝光量会使得疏水图案成型更稳定更完整,有利于避免因曝光量不足出现微图案残缺的现象.基于S o m o s E v o L V e １２８型光敏树脂制作的亲疏水图案化表面及微液滴阵列如图１４所示,待制得亲疏水图案化表面后,仍然通过自组装在该基底表面上获得了由去离子水构成的微液滴阵列.液滴微阵列的形成,说明换用了另一种型号的光敏树脂也同样适于用该方法来制备亲疏水图案.这也意味着该方法并不局限于某一种特定紫外光固化树脂,虽然不同类型的光敏树脂因组分的不同可能表现出不同的理化性质,但只要紫外光光强和曝光时间的参数设定合适,就能使该方法在光敏树脂材料的选择上具有良好的适应性.图１４㊀基于S o m o s E v o L V e １２８型光敏树脂制作的亲疏水图案化表面及微液滴阵列２．２．２㊀基底材料的选择上述试验中使用洁净光滑的硅片(单面抛光硅片常规片)作为亲水性的基底,但是如果只能在硅片表面上实现自组装的微液滴阵列,就显得本文提出的制作亲疏水图案化表面的方法有局限性.为此,㊀新技术新工艺㊀２０２０年㊀第９期㊀２６㊀«新技术新工艺»工艺与材料笔者换用了普通的亲水性盖玻片(帆船牌)作为基底来进行验证试验.除了更换基底以外,试验过程重复章节１．２中所介绍的内容,包括光敏树脂型号和曝光时间都保持不变,通过自组装在基底上得到的微液滴阵列如图１５所示.既然能成功实现自组装微液滴阵列,就说明即使换用玻璃作为基底依旧能够使用该方法.玻璃这种材料相比于硅片会更加便宜易得,且玻璃会有更大的面积选择,这无疑降低了该方法的适用门槛,同时玻璃基底的使用在一定程度上反映笔者所提出的制作亲疏水图案化表面的方法在亲水性基底的选用上具有良好的适用性.图１５㊀基于玻璃基底制作的微液滴阵列２．２．３㊀关于适用液体的问题上述试验中都是用去离子水在自组装形成微液滴阵列,但在亲疏水表面的实际应用中,往往不是用去离子水这种 纯净 液体,而是水溶液㊁悬浊液,甚至是胶体,该方法是否能成功地使用这类液体实现自组装微液滴阵列,将是衡量其是否具有实际应用价值的重要考量.将普通的蓝墨水(英雄牌)滴入去离子水中得到稀释的液体,仍然将章节２．２．２中制得的具有亲疏水图案化表面的玻璃基底作为试验载体,在这个基底表面上通过自组装实现了由蓝墨水形成微液滴阵列(见图１６).蓝墨水是一种比较复杂的分散体系,分散质的微粒尺寸肯定会比溶液要大,由此也说明该方法制作的亲疏水图案化表面普遍适用于以水为分散剂的多种分散体系,包括溶液㊁胶体和悬浊液等.图１６㊀蓝墨水自组装形成微液滴阵列的显微镜图片２．２．４㊀关于挥发问题的解决方案因为在亲疏水图案化表面应用于自组装微液滴阵列,在很多应用场合是体积很小的微液滴,无论是作为分散剂的水还是其他分散质(包括液体和固体)都很容易挥发掉.为此,本文尝试了一种关于挥发问题的解决方案,用油覆盖于微液滴阵列之上隔绝空气以减轻挥发.按照２．２．３小节制作一个蓝墨水微液滴阵列的样品,然后将其放入一个培养皿中,紧接着立即往培养皿中倾倒实验室常备的无色透明的机油,直至机油完全覆盖蓝墨水自组装成的微液滴阵列.待２４h 后用显微镜观察到的微液滴阵列图像如图１７所示,可以发现微液滴的形状无明显变化,阵列也依旧完整.可见,这种情况下微液滴阵列的存在时间比微液滴直接暴露于空气要长得多,这就说明在微液滴阵列上封油隔绝空气的做法的确能非常有效地减缓微液滴的挥发.图１７㊀被油覆盖住的蓝墨水微液滴阵列３㊀结语本文提出了一种基于D M D 无掩膜光刻技术快速制作亲疏水微图案化表面的方法,该表面可应用于自组装微液滴阵列.本文详细介绍了制作方法的工艺流程,并通过试验实例展示了按照本方法制作的亲疏水图案化表面,同时在制得样品表面上实现了与微图案相匹配的自组装微液滴阵列.该方法充分利用了D M D 连续无掩膜光刻技术的优势,按照该方法形成的多种形状尺寸的微液滴阵列说明该方法在制作亲疏水微图案化表面时能够灵活控制微图案的形状与尺寸.最后对该方法的使用条件进行了探究说明,该方法在光敏树脂型号㊁亲水性基底选择㊁液体分散体系类型等方面都具有一定的普适性.参考文献[１]王燕．可控润湿性无机纳米结构表面的制备㊁表征及液滴在其表面上的运动行为[D ]．天津:天津理工大学,２０１２．[２]Z h a n g J ,L i u J ,Y uZ ,e t a l ．P a t t e r n e d a r r a y s o f s u pr a Ｇm o l e c u l a rm i c r o c a ps u l e s [J ]．A d v a n c e d F u n c t i o n a l M a t e r i Ｇ㊀工艺材料㊀«新技术新工艺»工艺与材料２７㊀a l s ,２０１８,２８(２０):１８００５５０．１Ｇ１８００５５０．７．[３]C a l c a g n i l eP ,D a t t o m aT ,S c a r p aE ,e ta l ．A ２Da pＧp r o a c h t o s u r f a c e Ｇt e n s i o n Ｇc o n f i n e d f l u i d i c s o n p a r y l e n eC [J ]．R s cA d v a n c e s ,２０１７,７(２６):１５９６４Ｇ１５９７０．[４]L a m P ,W y n n eKJ ,W n e k G E ．S u r f a c e Ｇt e n s i o n 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a r t m e n t a l i z a t i o nu s i n g a na i r /w a t e ri n t e r f a c e [J ]．L ab o n A C h i p ,２０１８:１０．１０３９．C ８L C ００６０８C ．[１４]Y a n g JJ ,L i a o Y S ,C h e nC F ．F a b r i c a t i o no f l o n gh e x a g o n a lm i c r o Ｇl e n sa r r a y b y a p p l y i n gg r a y Ｇs c a l e l i t h o g r a Ｇp h y i n m i c r o Ｇr e p l i c a t i o n p r o c e s s [J ]．O p t i c s C o m m u n i c a Ｇt i o n s ,２００７,２７０(２):４３３Ｇ４４０．[１５]K i m K R ,Y i J ,C h oSH ,e t a l ．S L M Ｇb a s e dm a s k l e s sl i t h o g r a p h y f o r T F T ＧL C D [J ]．A p p l i e d S u r f a c e S c i e n c e ,２００９,２５５(１８):７８３５Ｇ７８４０．[１６]金友．投影显示用数字微反射镜器件[J ]．光机电信息,１９９８(３):１４Ｇ１６．[１７]N e s b i t tR S ,S m i t hSL ,M o l n a rR A ,e ta l ．H o l o Ｇg r a p h i c r e c o r d i n g u s i n g ad i g i t a lm i c r o m i r r o rd e v i c e [C ]//P r a c t i c a lH o l o g r a p h y X I I I ．I n t e r n a t i o n a lS o c i e t y f o rO p t i c s a n dP h o t o n i c s ,１９９９,３６３７:１２Ｇ２１．[１８]D u d l e y D ,D u n c a nW M ,S l a u g h t e r J ．E m e r g i n g d i gi t a l m i c r o m i r r o r d e v i c e (D M D )a p pl i c a t i o n s [C ]//MO E M SD i s Ｇp l a y A n d I m a g i n g S y s t e m s ．I n t e r n a t i o n a l S o c i e t y f o rO p t i c s a n dP h o t o n i c s ,２００３,４９８５:１４Ｇ２６．[１９]邱金峰．连续无掩膜光刻与一种新型的热回流技术用于微透镜阵列成型[D ]．合肥:中国科学技术大学,２０１９．∗国家自然科学基金资助项目(５１４７５４４２)作者简介:陈鹏(１９９５Ｇ),男,硕士,主要从事微细加工等方面的研究.收稿日期:２０２０Ｇ０６Ｇ２６责任编辑㊀张国珍。
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6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话新
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
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33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。