紫外纳米压印技术

紫外纳米压印光刻技术电科142唐延刚14461223纳米科技是20世纪80年代末逐步发展起来的前沿交叉学科领域，它的发展大大拓展和深化了人们对客观世界的认识，并将带来新一轮的技术革命。纳米电子学、纳米材料、纳米机械共同组成了纳米高技术群体，它的出现标志着高新技术进入了一个崭新的发展阶段。纳米结构制作是纳米器件研制的前提，成为研究微观量子世界的重要基础之一，其制作技术已成为当前世界科学研究急需解决的问题。美、日、德等发达国家对此十分重视，纷纷投入了大量的人力、物力进行研究开发。我国已将纳米科学的进展作为“十五”规划中科技进步和创新的重要任务，这为我国在21世纪初纳米科技的快速发展奠定了重要的基础。纳米技术为了适应集成电路技术的迅猛发展，在光学光刻努力突破分辨率极限的同时，替代光学光刻的下一代光刻技术在最近几年内获得了大量的研究，这些技术包括：极紫外（EUV）光刻技术、电子束光刻技术、纳米压印光刻技术等等。纳米压印技术是美国普林斯顿大学华裔科学家周郁在20世纪1995年首先提出的。这项技术具有生产效率高、成本低、工艺过程简单等优点，已被证实是纳米尺寸大面积结构复制最有前途的下一代光刻技术之一。目前该技术能实现分辨率达5nm以下的水平。纳米压印技术主要包括热压印（HEL）、紫外压印（UV－NIL）以及微接触印刷（μCP）。纳米压印技术是加工聚合物结构最常用的方法，它采用高分辨率电子束等方法将结构复杂的纳米结构图案制在印章上，然后用预先图案化的印章使聚合物材料变形而在聚合物上形成结构图案。什么是纳米压印技术？纳米热压印技术是在微纳米尺度获得并行复制结构的一种成本低而速度快的方法。该技术在高温条件下可以将印章上的结构按需复制到大的表面上，被广泛用于微纳结构加工。热印压技术热压工艺注意：整个热压印过程必须在气压小于1Pa的真空环境下进行，以避免由于空气气泡的存在造成压印图案畸变。热压印印章选用SiC材料制造，这是由于SiC非常坚硬，减小了压印过程中断裂或变形的可能性。此外SiC化学性质稳定，与大多数化学药品不起反应，因此便于压印结束后用不同的化学药品对印章进行清洗。在制作印章的过程中，先在SiC表面镀上一层具有高选择比（38∶1）的铬薄膜，作为后序工艺反应离子刻蚀的刻蚀掩模，随后在铬薄膜上均匀涂覆ZEP抗蚀剂，再用电子束光刻在ZEP抗蚀剂上光刻出纳米图案。为了打破SiC的化学键，必须在SiC上加高电压。最后在350V的直流电压下，用反应离子刻蚀在SiC表面得到具有光滑的刻蚀表面和垂直面型的纳米图案。印章的制备整个热压印过程可以分为三个步骤：1.聚合物被加热到它的玻璃化温度以上。这样可减少在压印过程中聚合物的粘性，增加流动性，在一定压力下，就能迅速发生形变。但温度太高也没必要，因为这样会增加升温和降温的时间，进而影响生产效率，而对模压结构却没有明显改善，甚至会使聚合物弯曲而导致模具受损。同时为了保证在整个压印过程中聚合物保持相同的粘性，必须通过加热器控制加热温度不变。

2.在印章上施加机械压力，约为500～1000KPa。在印章和聚合物间加大压力可填充模具中的空腔。

3.压印过程结束后，整个叠层被冷却到聚合物玻璃化温度以下，以使图案固化，提供足够大的机械强度，便于脱模。然后用反应离子刻蚀将残余的聚合物（PMMA）去掉，模板上的纳米图案完整地转移到硅基底表面的聚合物上，再结合刻蚀技术把图形转移到硅基底上。紫外压印光刻技术紫外压印工艺是将单体涂覆的衬底和透明印章装载到对准机中,在真空环境下被固定在各自的卡盘上。当衬底和印章的光学对准完成后,开始接触压印。透过印章的紫外曝光促使压印区域的聚合物发生聚合和固化成型。与热压印技术相比,紫外压印对环境要求更低,仅在室温和低压力下就可进行,从而使用该技术生产能大大缩短生产周期,同时减小印章磨损。由于工艺过程的需要，制作紫外压印印章要求使用能被紫外线穿过的材料。以往紫外压印工艺中印章是用PDMS材料涂覆在石英衬底上制作而成。PDMS是一种杨式模数很小的弹性体，用它制作的软印章能实现高分辨率。然而在随后的试验中发现由于PDMS本身的物理软性，在压印过程中在外界低压力下也很容易发生形变。纳米科技现在已成为倍受人们关注、最为活跃的前沿学科领域，它使人类在改造自然方面进入到原子、分子级的纳米层次，从而给国民经济和国家安全带来深远的影响。正像产业革命及微电子技术的出现和应用所产生的巨大影响一样，纳米科技的发展将带来一场工业革命，成为21世纪经济增长的新动力。纳米光刻技术可用于纳米材料制作、纳米器件加工、纳米长度测量、纳米物质的物理特性研究等方面，还可用于对DNA链和病毒进行处理等，在生物工程中具有重要的应用前景。只有掌握最新纳米结构制造技术，才能在未来科技发展中拥有竞争力。纳米技术的应用近来，法国国家纳米结构实验室提出使用一种3层结构的软性印章，以减小紫外压印印章的形变。该印章使用2mm厚的石英衬底，中间一层是厚度为5mm的PDMS缓冲层，顶层是由PMMA构成。具体制作印章步骤是先将PMMA均匀涂覆在被离子激活的PDMS材料上，在PMMA上镀上一层30nm厚的锗薄膜作为后续工艺中的刻蚀掩模，再在锗薄膜上涂覆对电子束灵敏度高的抗蚀剂，随后用电子束光刻及反应离子刻蚀就可在印章顶层PMMA上得到高纵横比的图案，最后将残余锗薄膜移去即可。使用该方法可以在保持高分辨率情况下大大提高印章的坚硬度，减小印章压印形变。纳米技术的发展纳米光刻技术是纳米科技发展的基础，它涵盖了从电子束到极紫外的宽光谱范围，包括纳米压印技术以及更多的创新性概念。目前美、日两国在纳米光刻领域的研究处于世界领先地位。2003年东京精密和索尼以及其它各大厂家联合开发出低能电子束投影光刻（LEEPL），它能达到30nm