纳米压印工艺.doc

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纳米压印工艺纳米压印工艺
目前纳米结构制作的主要途径是采用光刻手段在物体上制作纳米量级图形，纳米尺度的产品必须能够保持它所特有的图形的精确度与分辨率。随着光学光刻的极限分辨率可以达到光源波长的一半,193
nm波长的光源分辨率则可以达到100nm,157nm波长的光源分辨率将达到70
nm。而由于深紫外线能被各种材料强烈吸收，继续缩短波长将难以找到制作光学系统的材料，这使得光学光刻在70nm
时在技术上遇到其难以跨越的困难。
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。极紫外光刻技术使用波长11～l3nm
的极紫外光，系统采用精度极高的反射式光学系统，以避免折射系统中强烈的光吸收，如何实现足够功率的短波长光源也是一个难点，整个光刻系统造价非常昂贵。而商用产品的生产必须是廉价的、操作简便的，可工业化批量生产的、高重复性的。除极紫外光刻之外，比较有前途的还有电子束光刻和接近式X射线光刻，但其也存在一些不足之处，如产出低，模板难以制作等，从而离工业应用还有一段距离。
针对以上的挑战，美国“明尼苏达大学纳米结构实验室”从1995年开始进行了开创性的研究，他们提出并展示了一种叫做“纳米压印”(nanoimprint
lithography)的新技术。
纳米压印术是软刻印术的发展，它采用绘有纳米图案的刚性压模将基片上的聚合物薄膜压出纳米级图形，再对压印件进行常规的刻蚀、剥离等加工，最终制成纳米结构和器件。它可以大批量重复性地在大面积上制备纳米图形结构，并且所制出的高分辨率图案具有相当好的均匀性和重复性。该技术还有制作成本极低、简单易行、效率高等优点。因此，与极端紫外线光刻、X射线光刻、电子束刻印等新兴刻印工艺相比，纳米压印术具有不逊的竞争力和广阔的应用前景。目前，这项技术最先进的程度已达到5
nm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)(步进－闪光压印(S—FIL))和微接触印刷(μCP)，以下将分别就其压印工艺、特点及存在的不足等方面予以阐述。
1、热压印热压工艺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，仅需一个模具，完全相同的结构可以按需复制到大的表面上。
热压印法的工艺过程分三步：压模制备、压印过程、图形转移。其基本概念是用电子束刻印术或其他先进技术，把坚硬的压模毛坯加工成一个压模；然后在用来绘制纳米图案的基片上旋涂一层聚合物薄膜，将其放人压印机加热并且把压模压在基片上的聚合物薄膜上，再把温度降低到聚合物凝固点附近并且把压模与聚合物层相分离，就在基片上做出了凸起的聚合物图案(还要稍作腐蚀除去凹处残留的聚合物)；图形转移是对上一步做成的压印件，用常规的图形转移技术，把基片上的聚合物图案转换成所需材质的图案。
首先是压模制备，压模通常用Si，SiO2，氮化硅、金刚石等材料制成[7,8]。这些材料具有很多优良的性质：高Knoop硬度、大压缩强度、大抗拉强度可以减少压模的变形和磨损；高热导率和低热膨胀系数，使得在加热过程中压模的热变形很小。另外，重复的压印制作会污染压模，需要用强酸和有机溶剂来清洁压模，这就要求制作压模的材料是抗腐蚀的惰性材料。
压模的制作通常用高分辨电子束刻印术(EBL)，其过程是：先将做压模的硬质材料制作成平整的片状毛坯，再在毛坯上旋涂一层电子束曝光抗蚀剂，并用电子束刻印术刻制出纳米图案，然后用刻蚀、剥离等常规的图形转移技术，把毛坯上的图案转换成硬质材料的图案。
然后压印，用纳米压印术制作纳米器件所用的基片，例如Si片、SiO2/Si片、镀有金属底膜的Si片等，与通常光刻工艺所用的没什么不同。热压主要步骤如下：
1）聚合物被加热到它的玻璃化温度以上
这样可减少在模压过程中聚合物粘性，增加流动性。只有当温度到达其玻璃化温度以上，聚合物中大分子链段运动才能充分开展，使其相应处于高弹态，在一定压力下，就能迅速发生形变。但温