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引言
我們報(bào)道了一種紫外(UV)光刻和直接書寫的方法，其中曝光模式和劑量都是由互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)控制的微像素化發(fā)光二極管陣列決定的。來自演示器8x8氮化鎵微像素LED的370nm紫外光使用兩個背對背顯微鏡物鏡投射到光刻膠覆蓋的基底上，允許控制去除。在目前的設(shè)置中，該系統(tǒng)能夠在直徑為~8μm的圓形點(diǎn)中為每個成像像素提供高達(dá)8.8W/cm2。我們展示了用正光刻膠和負(fù)光刻膠書寫的示例結(jié)構(gòu)。
光刻技術(shù)是微圖案化的首選方法， 按照最近報(bào)道的方法設(shè)計(jì)了CMOS控制裝置，使交替像素可操作，從而得到了一個發(fā)光的8x8陣列[圖]1(a)]。這是由于凹凸鍵合過程，目前限制了像素到像素間距為~200μm。
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圖1
CMOS裝置允許單個微像素、方波和脈沖操作[8]的連續(xù)波(CW)操作。在CW操作中，我們測量了一個裸像素，在370nm的驅(qū)動電流為80.0mA(340μW在20mA)下提供高達(dá)604μW的光功率。方波的頻率（脈沖模式下的重復(fù)頻率）可由片上電壓控制振蕩器(VCO)從6MHz到800MHz之間設(shè)置，使用外部時鐘設(shè)備，可以選擇任何頻率，在脈沖模式下，可以控制脈沖的持續(xù)時間，范圍從300ps到40ns。成像后測量的27mA的光譜特征證實(shí)其接近Hgi線操作(峰值在370nm，F(xiàn)WHM為15nm)。
CMOS控制裝置連接到印刷電路板(PCB)上，通過現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)板進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制，在定制的軟件界面中，如圖所示1(b)，CMOS芯片的操作模式可以設(shè)置為線性反饋移位寄存器、直流/外部或VCO，LED模式可以設(shè)置為DC/Square或脈沖，VCO分頻器設(shè)置一個值（1、4、16或64），在使用VCO頻率之前對其進(jìn)行劃分。通過設(shè)置行和列，可以選擇由一組像素組成的像素或模式，1(b)]或通過在軟件界面的網(wǎng)格模式中突出顯示所需的像素，通過定時控制，LED準(zhǔn)時可以準(zhǔn)確地設(shè)置到~100ms，在圖中可以看到無掩模光刻裝置的攝影圖像和相應(yīng)的示意圖。關(guān)于分束器的方向。無限校正物鏡在焦平面上給出物體的準(zhǔn)直（或平行）輸出光束，因此當(dāng)相機(jī)物鏡設(shè)置為無窮大聚焦時，相機(jī)上顯示的圖像光學(xué)共軛到每個物鏡的焦平面。
用于投影顯微鏡物鏡z平移的壓電驅(qū)動臺(PIP-725.4CD)提供了非常精確(100nm分辨率與當(dāng)前驅(qū)動和反饋測量系統(tǒng))的焦點(diǎn)控制。樣品放置在XY級（2xPIM-112.1DG）上，允許大面積（高達(dá)25x25mm2）形成圖案。計(jì)算機(jī)控制允許樣品以任何預(yù)定義的模式以最大速度為1.5mm/s移動，重復(fù)性為~1μm。
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圖?3
這兩個目標(biāo)可以改變，以提供放大或去放大從LED像素的投影點(diǎn)的能力，當(dāng)投影微led設(shè)備的72μm直徑像素時，一系列從4X到40X放大倍數(shù)的顯微鏡物鏡給出了從7.2μm(4X采集物鏡和40X投影物鏡)到720μm(40X采集物鏡和4X投影物鏡)的理論光斑尺寸，通過4X采集物鏡可以看到4個像素。3(a)并通過40X采集物鏡在樣品位置的鏡子上反，3(b)]顯示系統(tǒng)如何識別被照亮的點(diǎn)。
為了表征系統(tǒng)的性能，通過在樣品位置放置一個校準(zhǔn)的紫外光功率計(jì)(相干場MaxTop)來測量在樣品處交付的每個像素的光功率?？偼队肮β视?0X采集物鏡測量為140μW，用4X采集物鏡測量為4.4μW，均在~的CMOS驅(qū)動電流下獲得。投影功率獨(dú)立于投影目標(biāo)，因?yàn)閭鬏敁p耗很低，并且對于這類目標(biāo)非常相似。測量結(jié)果還表明，在整個系統(tǒng)中只有很小的傳輸損耗（大約小于4%），除了分束器的~功率損耗為50%。投影的斑點(diǎn)大小是通過成像放置在樣品位置的鏡子上的反射來確定的。
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圖4
圖4顯示了在9.75MHz的固定重復(fù)頻率下，平均投影光功率如何隨脈沖持續(xù)時間從0.5ns到40ns而變化。功率呈線性尺度，但LED的脈沖驅(qū)動允許我們探索光阻的間歇固化行為。CMOS驅(qū)動程序的這一特性原則上還可以用來糾正像素之間的輸出功率的差異，并補(bǔ)償視場上的收集效率的變化。
為了測試微光刻系統(tǒng)，在正光刻膠和負(fù)光刻膠中都產(chǎn)生了許多不同的“演示劑”圖案。Norland(NOA81)選擇了一種光學(xué)粘合劑，因?yàn)槠湔掣接诓Ａ?，粘度相對較低，使薄膜可以在基底上旋轉(zhuǎn)，因此提供了少量μm尺寸的可能性。該光學(xué)粘合劑的光譜峰靈敏度為365nm，制造商推薦的完全治療劑量為2J/cm2，在制備過程中，硼硅酸鹽玻璃的襯底在丙酮和甲醇的超聲浴中徹底清洗，然后將它們用去離子(DI)水中沖洗，并在110°C的熱板上干燥至少20分鐘。然后，NOA81在8000rpm下旋轉(zhuǎn)涂覆40秒，通過固化結(jié)構(gòu)上的觸控筆(DekTak)輪廓儀測量的薄膜厚度為1.7μm。將帶有諾蘭薄膜的襯底放置在XY臺上，然后通過通過該裝置投射的微led裝置的紫外光曝光。
在LED裝置的脈沖操作下，對NOA81進(jìn)行了進(jìn)一步的固化實(shí)驗(yàn)，通過將脈沖寬度從5ns改變到40ns，從而將暴露劑量從16.4J/cm2改變到120J/cm2，可以寫入從11μm到24μm直徑的斑點(diǎn)大小，曝光時間為40s。
對于正極光刻膠的特征，標(biāo)準(zhǔn)光刻膠，希普利微陽性S1805。它對g線(436nm)曝光進(jìn)行了優(yōu)化，但對350nm的曝光波長效果良好。線的推薦暴露劑量為150mJ/cm2。硅基底在丙酮和甲醇的超聲浴中徹底清洗。然后用去離子水沖洗它們，并在110°C的熱板上干燥至少20分鐘。光刻膠以2000rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)30秒。然后將含有0.7μm厚薄膜的基底置于120°C的熱板上1分鐘，以軟烘烤光刻膠后再暴露。暴露后，使用微顯影劑溶液（微陽性與去離子水的1：1體積比）完成開發(fā)，將基質(zhì)浸泡后，在溶液中輕輕移動1分鐘，用去離子水沖洗去殘留的顯影劑。
作為進(jìn)一步的演示模式，我們用較厚的正型光刻膠書寫，來自希普利的微陽性S1818。玻璃基底的清洗方式與以前的樣品相似，隨后用旋轉(zhuǎn)涂層用~2.0μm厚的光刻膠覆蓋，然后將樣品在脈沖模式下同時暴露4個像素，持續(xù)2秒，暴露劑量為1.1J/cm2，將樣本翻譯成40μm，并進(jìn)行其他暴露。這被重復(fù)了四次，然后是如上所述的開發(fā)步驟。
通過將新型CMOS驅(qū)動的微led陣列與投影系統(tǒng)相結(jié)合，我們建立了一種多功能的計(jì)算機(jī)控制的微光刻工具，能夠?qū)⒄?fù)光刻膠的特征寫到~8μm。它能夠同時暴露多個斑點(diǎn)，并通過CMOS驅(qū)動機(jī)制，能夠精確控制在一段確定的時間內(nèi)傳遞的劑量，并能夠糾正整個視野的不均勻暴露。這種類型的系統(tǒng)為直接寫光模式和模式光刺激的許多領(lǐng)域提供了有吸引力的前景，包括聚合物微結(jié)構(gòu)、無掩模光刻、數(shù)字光學(xué)化學(xué)、微流控系統(tǒng)和光遺傳學(xué)。