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    納米壓印公司為您解析納米壓印光刻加工技術

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    納米壓印公司為您解析納米壓印光刻加工技術

    發布日期:2019-01-25 作者: 點擊:

    1 引言 
    由于經濟原因促使半導體業朝著不斷縮小特征尺寸方向發展,隨之而來的技術進步導致了設備的成本以指數增長。由于成本的增長,人們對納米壓印光刻這一低成本圖形轉移技術的關注越來越多。通過避免使用昂貴的光源和投影光學系統,納米壓印光刻比傳統光刻方法大大降低了成本。 
    納米壓印光刻技術的研究始于普林斯頓大學納米結構實驗室Stephen Y.Chou教授,將一具有納米圖案的模版以機械力(高溫、高壓)在涂有高分子材料的硅基板等比例壓印復制納米圖案,其加工分辨力只與模版圖案的尺寸有關,而不受光學光刻的短曝光波長的物理限制,目前NIL技術已經可以制作線寬在5nm以下的圖案[1]。由于省去了光學光刻掩模版和使用光學成像設備的成本。因此NIL技術具有低成本、高產出的經濟優勢。此外,NIL技術可應用的范圍相當廣泛,涵蓋納米電子元件、生物或化學的硅片實驗室、微流道裝置(微混合器、微反應器),很高存儲密度磁盤、微光學元件等領域。 

    2 納米壓印技術的基本原理和工藝 
    近十年間,各種創新的NIL工藝的研究陸續開展,其實驗結果越來越令人滿意,目前大概可以歸納出四種代表技術:熱壓印光刻技術、紫外硬化壓印光刻技術、軟壓印、激光輔助直接光刻技術。 
    2.1 熱壓?。℉E-NIL) 
    熱壓印的工藝如圖1所示,包含下列步驟:


    ①首先,利用電子束直寫技術(EBDW)制作一片具有納米圖案的Si或SiO2模版,并且準備一片均勻涂布熱塑性高分子光刻膠(通常以PMMA為主要材料)的硅基板。 
    ②將硅基板上的光刻膠加熱到玻璃轉換溫度(Glass Transfer Temperature)以上,利用機械力將模版壓入高溫軟化的光刻膠層內,并且維持高溫、高壓一段時間,使熱塑性高分子光刻膠填充到模版的納米結構內。
    ③待光刻膠冷卻固化成形之后,釋放壓力并且將模版脫離硅基板。 
    ④對硅基板進行反應離子刻蝕(Reactive Ion Etching)去除殘留的光刻膠,即可以復制出與模版等比例的納米圖案。


    2.2 紫外硬化壓印光刻加工技術(UV-NIL) 
    使用熱壓印光刻技術的熱塑性高分子光刻膠須經過高溫、高壓、冷卻的相變化過程,在脫模之后壓印的圖案經常會產生變形現象,因此使用熱壓印技術不易進行多次或三維結構的壓印,為了解決此問題,有人開始研發一些可以在室溫、低壓下使用的壓印光刻技術。
    M.Bender和M.Otto提出一種在室溫、低壓環境下利用紫外光硬化高分子的壓印光刻技術[4、5],如圖2所示,其前處理與熱壓印類似,首先都須準備一個具有納米圖案的模版,而UV-NIL的模版材料須使用可以讓紫外線穿透的石英,并且在硅基板涂布一層低黏度、對UV感光的液態高分子光刻膠,在模版和基板對準完成后,將模版壓入光刻膠層并且照射紫外光使光刻膠發生聚合反應硬化成形,然后脫模、進行刻蝕基板上殘留的光刻膠便完成整個UV-NIL。 
    紫外壓印一個新的發展是提出了步進-閃光壓印。步進-閃光壓印發明于Austin的Texas大學,它可以達到10nm的分辨率。先將低粘度的單體溶液滴在壓印的襯底上,用很低的壓力將模版壓倒圓片上, 使液態分散開并填充模版中的空腔。紫外光透過模版背面輻照單體,固化成型后,移去模版??涛g殘留層和進行圖案轉移,得到高縱橫比的結構。
    很明顯,紫外壓印相對于熱壓印來說,不需要高溫、高壓的條件,它可以廉價的在納米尺度得到高分辨率的圖形,它的工藝可用于發展納米器件,其中的步進-閃光壓印不但導致工藝和工具成本的明顯下降,而且在其他方面也和光學光刻一樣好或很好,這些其他方面包括工具壽命、模具壽命(不用掩模版)、模具成本、工藝良率、產量和尺寸重現精度。但其缺點是需要在潔凈間環境下進行操作。

    2.3 微接觸壓印光刻(Microcontact-NIL) 
    微接觸壓印光刻技術要先通過光學或電子束光刻得到模版。模具材料的化學前體在模版中固化,聚合成型后從模版中脫離,便得到了進行微接觸印刷所要求的模具。常常要得到的模具是PDMS,接著,PDMS模具浸在含有硫醇的試劑中,然后將浸過試劑的模具壓到鍍金襯底上,襯底可以為玻璃、硅、聚合物等多種形式。另外,在襯底上可以先鍍上一薄層鈦層然后再鍍金,以增加粘連。硫醇與金發生反應,形成自組裝單分子層SAM。印刷后有兩種工藝對其處理。一種是采用濕法刻蝕,如在氫化物溶液中,氫化物的離子促使未被SAM層覆蓋的金溶解,而由于SAM能有效地阻擋氫化物的離子,被SAM覆蓋的金被保留,從而將單分子層的圖案轉移到金上。還可以進一步以金為掩模,對未被金覆蓋的地方進行刻蝕,再次實現圖案轉移,另一種是在金膜上通過自組裝單層的硫醇分子來鏈接某些有機分子,實現自組裝,如可以用此方法加工生物傳感器的表面,如圖3所示。 


    微接觸印刷不但具有快速、廉價的優點,而且它還不需要潔凈間的苛刻條件,甚至不需要平整的表面,微接觸印刷還適合多種不同表面,具有作用方法靈活多變的特點,該方面缺點是在亞微米尺度,印刷時硫醇分子的擴散將影響對比度,并使印出的圖形變寬。通過優化浸液方式、浸液時間,尤其是控制好模具上試劑量及分布,可以使擴散效應下降。

    光刻加工

    本文網址:http://www.jnycxf.com/news/385.html

    關鍵詞:納米壓印,納米壓印技術,納米壓印光刻技術

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