紫外納米壓印技術(shù)

紫外納米壓印光刻技術(shù)電科142唐延剛14461223納米科技是20世紀(jì)80年代末逐步發(fā)展起來(lái)的前沿交叉學(xué)科領(lǐng)域，它的發(fā)展大大拓展和深化了人們對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)，并將帶來(lái)新一輪的技術(shù)革命。納米電子學(xué)、納米材料、納米機(jī)械共同組成了納米高技術(shù)群體，它的出現(xiàn)標(biāo)志著高新技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的發(fā)展階段。納米結(jié)構(gòu)制作是納米器件研制的前提，成為研究微觀量子世界的重要基礎(chǔ)之一，其制作技術(shù)已成為當(dāng)前世界科學(xué)研究急需解決的問(wèn)題。美、日、德等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)此十分重視，紛紛投入了大量的人力、物力進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)。我國(guó)已將納米科學(xué)的進(jìn)展作為“十五”規(guī)劃中科技進(jìn)步和創(chuàng)新的重要任務(wù)，這為我國(guó)在21世紀(jì)初納米科技的快速發(fā)展奠定了重要的基礎(chǔ)。納米技術(shù)為了適應(yīng)集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，在光學(xué)光刻努力突破分辨率極限的同時(shí)，替代光學(xué)光刻的下一代光刻技術(shù)在最近幾年內(nèi)獲得了大量的研究，這些技術(shù)包括：極紫外（EUV）光刻技術(shù)、電子束光刻技術(shù)、納米壓印光刻技術(shù)等等。納米壓印技術(shù)是美國(guó)普林斯頓大學(xué)華裔科學(xué)家周郁在20世紀(jì)1995年首先提出的。這項(xiàng)技術(shù)具有生產(chǎn)效率高、成本低、工藝過(guò)程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，已被證實(shí)是納米尺寸大面積結(jié)構(gòu)復(fù)制最有前途的下一代光刻技術(shù)之一。目前該技術(shù)能實(shí)現(xiàn)分辨率達(dá)5nm以下的水平。納米壓印技術(shù)主要包括熱壓?。℉EL）、紫外壓?。║V－NIL）以及微接觸印刷（μCP）。納米壓印技術(shù)是加工聚合物結(jié)構(gòu)最常用的方法，它采用高分辨率電子束等方法將結(jié)構(gòu)復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)圖案制在印章上，然后用預(yù)先圖案化的印章使聚合物材料變形而在聚合物上形成結(jié)構(gòu)圖案。什么是納米壓印技術(shù)？納米熱壓印技術(shù)是在微納米尺度獲得并行復(fù)制結(jié)構(gòu)的一種成本低而速度快的方法。該技術(shù)在高溫條件下可以將印章上的結(jié)構(gòu)按需復(fù)制到大的表面上，被廣泛用于微納結(jié)構(gòu)加工。熱印壓技術(shù)熱壓工藝注意：整個(gè)熱壓印過(guò)程必須在氣壓小于1Pa的真空環(huán)境下進(jìn)行，以避免由于空氣氣泡的存在造成壓印圖案畸變。熱壓印印章選用SiC材料制造，這是由于SiC非常堅(jiān)硬，減小了壓印過(guò)程中斷裂或變形的可能性。此外SiC化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，與大多數(shù)化學(xué)藥品不起反應(yīng)，因此便于壓印結(jié)束后用不同的化學(xué)藥品對(duì)印章進(jìn)行清洗。在制作印章的過(guò)程中，先在SiC表面鍍上一層具有高選擇比（38∶1）的鉻薄膜，作為后序工藝反應(yīng)離子刻蝕的刻蝕掩模，隨后在鉻薄膜上均勻涂覆ZEP抗蝕劑，再用電子束光刻在ZEP抗蝕劑上光刻出納米圖案。為了打破SiC的化學(xué)鍵，必須在SiC上加高電壓。最后在350V的直流電壓下，用反應(yīng)離子刻蝕在SiC表面得到具有光滑的刻蝕表面和垂直面型的納米圖案。印章的制備整個(gè)熱壓印過(guò)程可以分為三個(gè)步驟：1.聚合物被加熱到它的玻璃化溫度以上。這樣可減少在壓印過(guò)程中聚合物的粘性，增加流動(dòng)性，在一定壓力下，就能迅速發(fā)生形變。但溫度太高也沒(méi)必要，因?yàn)檫@樣會(huì)增加升溫和降溫的時(shí)間，進(jìn)而影響生產(chǎn)效率，而對(duì)模壓結(jié)構(gòu)卻沒(méi)有明顯改善，甚至?xí)咕酆衔飶澢鴮?dǎo)致模具受損。同時(shí)為了保證在整個(gè)壓印過(guò)程中聚合物保持相同的粘性，必須通過(guò)加熱器控制加熱溫度不變。

2.在印章上施加機(jī)械壓力，約為500～1000KPa。在印章和聚合物間加大壓力可填充模具中的空腔。

3.壓印過(guò)程結(jié)束后，整個(gè)疊層被冷卻到聚合物玻璃化溫度以下，以使圖案固化，提供足夠大的機(jī)械強(qiáng)度，便于脫模。然后用反應(yīng)離子刻蝕將殘余的聚合物（PMMA）去掉，模板上的納米圖案完整地轉(zhuǎn)移到硅基底表面的聚合物上，再結(jié)合刻蝕技術(shù)把圖形轉(zhuǎn)移到硅基底上。紫外壓印光刻技術(shù)紫外壓印工藝是將單體涂覆的襯底和透明印章裝載到對(duì)準(zhǔn)機(jī)中,在真空環(huán)境下被固定在各自的卡盤(pán)上。當(dāng)襯底和印章的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)完成后,開(kāi)始接觸壓印。透過(guò)印章的紫外曝光促使壓印區(qū)域的聚合物發(fā)生聚合和固化成型。與熱壓印技術(shù)相比,紫外壓印對(duì)環(huán)境要求更低,僅在室溫和低壓力下就可進(jìn)行,從而使用該技術(shù)生產(chǎn)能大大縮短生產(chǎn)周期,同時(shí)減小印章磨損。由于工藝過(guò)程的需要，制作紫外壓印印章要求使用能被紫外線穿過(guò)的材料。以往紫外壓印工藝中印章是用PDMS材料涂覆在石英襯底上制作而成。PDMS是一種楊式模數(shù)很小的彈性體，用它制作的軟印章能實(shí)現(xiàn)高分辨率。然而在隨后的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)由于PDMS本身的物理軟性，在壓印過(guò)程中在外界低壓力下也很容易發(fā)生形變。納米科技現(xiàn)在已成為倍受人們關(guān)注、最為活躍的前沿學(xué)科領(lǐng)域，它使人類在改造自然方面進(jìn)入到原子、分子級(jí)的納米層次，從而給國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)家安全帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響。正像產(chǎn)業(yè)革命及微電子技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用所產(chǎn)生的巨大影響一樣，納米科技的發(fā)展將帶來(lái)一場(chǎng)工業(yè)革命，成為21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的新動(dòng)力。納米光刻技術(shù)可用于納米材料制作、納米器件加工、納米長(zhǎng)度測(cè)量、納米物質(zhì)的物理特性研究等方面，還可用于對(duì)DNA鏈和病毒進(jìn)行處理等，在生物工程中具有重要的應(yīng)用前景。只有掌握最新納米結(jié)構(gòu)制造技術(shù)，才能在未來(lái)科技發(fā)展中擁有競(jìng)爭(zhēng)力。納米技術(shù)的應(yīng)用近來(lái)，法國(guó)國(guó)家納米結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室提出使用一種3層結(jié)構(gòu)的軟性印章，以減小紫外壓印印章的形變。該印章使用2mm厚的石英襯底，中間一層是厚度為5mm的PDMS緩沖層，頂層是由PMMA構(gòu)成。具體制作印章步驟是先將PMMA均勻涂覆在被離子激活的PDMS材料上，在PMMA上鍍上一層30nm厚的鍺薄膜作為后續(xù)工藝中的刻蝕掩模，再在鍺薄膜上涂覆對(duì)電子束靈敏度高的抗蝕劑，隨后用電子束光刻及反應(yīng)離子刻蝕就可在印章頂層PMMA上得到高縱橫比的圖案，最后將殘余鍺薄膜移去即可。使用該方法可以在保持高分辨率情況下大大提高印章的堅(jiān)硬度，減小印章壓印形變。納米技術(shù)的發(fā)展納米光刻技術(shù)是納米科技發(fā)展的基礎(chǔ)，它涵蓋了從電子束到極紫外的寬光譜范圍，包括納米壓印技術(shù)以及更多的創(chuàng)新性概念。目前美、日兩國(guó)在納米光刻領(lǐng)域的研究處于世界領(lǐng)先地位。2003年?yáng)|京精密和索尼以及其它各大廠家聯(lián)合開(kāi)發(fā)出低能電子束投影光刻（LEEPL），它能達(dá)到30nm