納米壓印技術(shù).doc

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1、納米加工技術(shù)—納米壓印摘要：半導(dǎo)體器件的特征尺寸必需急劇減小才能滿足集成電路迅速發(fā)展的需要，采用納米加工技術(shù)可制備出納米量級的圖案及器件。納米壓印作為納米加工技術(shù)小具有較大潛力的一種工藝，采用非光學(xué)技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)圖形的轉(zhuǎn)移，有望打破傳統(tǒng)光刻技術(shù)的分辨率極限C木文從原理入手，介紹了納米壓印技術(shù)的分類、發(fā)展及應(yīng)用。文屮所述內(nèi)容有助于快速理解納米壓印技術(shù)的整體概況，對迸一步改善納米壓印工藝的性能有著較重要的意義。1引言21世紀(jì)以來，由半導(dǎo)體微電子技術(shù)引發(fā)的微型化革命進(jìn)入了一個新的吋代,即納米技術(shù)吋代⑴。納米技術(shù)指的是

2、制備和應(yīng)用納米量級（lOOnm以下）的結(jié)構(gòu)及器件。納米尺度的材料性質(zhì)與宏觀尺度的大為不同。比如塊狀金的熔融溫度為1063°C,而2nm-3nm的納米金粒子的熔融溫度為130°C?140°C等。功能結(jié)構(gòu)的納米化不僅節(jié)約了能源和材料，還造就了現(xiàn)代知識經(jīng)濟(jì)的物質(zhì)基礎(chǔ)。納米技術(shù)依賴于納米尺度的功能結(jié)構(gòu)與器件，而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)納米化的基礎(chǔ)是先進(jìn)的納米加工技術(shù)。在過去幾十年的發(fā)展屮，納米加工技術(shù)不僅促進(jìn)了集成電路的迅速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了器件的高集成度，還可以制備分子量級的傳感器操縱單個分子和原子等等C納米加工技術(shù)是人類認(rèn)識學(xué)習(xí)微觀世界的工具

3、，通過理解這一技術(shù)可以幫助我們更好認(rèn)識納米技術(shù)以及納米技術(shù)支撐的現(xiàn)代高科技產(chǎn)業(yè)。納米加工技術(shù)與傳統(tǒng)加工技術(shù)的主要區(qū)別在于利用該工藝形成的器件結(jié)構(gòu)本身的尺寸在納米量級。可以分為兩大類⑴：一類是自上而下（top-down）的加工方式，即復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)由平面襯底表面逐層建造形成，也可以理解為在已經(jīng)存在材料的基礎(chǔ)上進(jìn)行特定加工實(shí)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)和器件°H前發(fā)展較為成熟的納米加工技術(shù)，如光刻（平面工藝）、納米壓印（模型工藝）、探針工藝等都屬于此類加工技術(shù)。此類加工方式大多涉及到某種方式的光刻制作圖形與圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)，可加工的結(jié)構(gòu)尺寸受

4、限于加工工具的能力°傳統(tǒng)的納米加工工藝相當(dāng)成熟，可基本滿足各種微觀結(jié)構(gòu)的研究與牛產(chǎn)需要。另一類是自下而上（down-top）的加工方式，此方式依賴于分子自組裝過程，可從分子水平出發(fā)構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)，此類加工方式是在無基本結(jié)構(gòu)或材料存在的情況下通過分子增長獲得圖形的°分子這一基本單位的構(gòu)建單元與H前最小可加工的結(jié)構(gòu)至少少一個數(shù)量級，因此納米加工技術(shù)的最終發(fā)展是分子水平的自組裝技術(shù)。然而FI前該技術(shù)發(fā)展還不夠完善，所有關(guān)于它的研究還局限于實(shí)驗(yàn)室小。在2004年國際微納米工程年會上，曾有人總結(jié)出多達(dá)60種微納米加工方法。由此可

5、見實(shí)現(xiàn)微納米結(jié)構(gòu)與器件的方法是多樣的。H前對這些加工技術(shù)的詳細(xì)介紹己有專著出版⑴。本文僅介紹納米加工技術(shù)屮一種發(fā)展較為成熟且比較具有代表性的工藝一納米壓印技術(shù)。2納米壓印技術(shù)(NanoimprintLithography,簡稱NIL)H前納米加工技術(shù)小應(yīng)用最多的是平板加工工藝，平板加工工藝依賴于光刻技術(shù)(Lithography)。光刻技術(shù)指的是通過曝光和刻蝕將掩模板上的集成電路圖形轉(zhuǎn)移到晶圓上。H前用來描述光刻系統(tǒng)性能的參數(shù)有很多，如關(guān)鍵尺寸、曝光范圍、產(chǎn)率、價格、分辨率、焦深等。其屮最主要的是分辨率(Resolut

6、ion),可用瑞利公式表征：R=k^JNA由上式可以看出，影響其分辨率的參數(shù)有三個，分辨是環(huán)境因子kl,曝光波長入以及數(shù)值孔徑na。n前改善光刻系統(tǒng)的分辨率的研究主要集屮在減短其曝光波長方面，在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)的新型光刻技術(shù)有電子束光刻技術(shù)(EBL)、極紫外光刻技術(shù)(EUV)、離子束光刻技術(shù)(IBL)、X射線光刻技術(shù)(XRL)等。隨著曝光光源波長的減小，光源系統(tǒng)的復(fù)雜程度逐漸提高。同時由于光刻物鏡的設(shè)計、加工和材料選擇造成設(shè)備成本的人幅度増長。同時抗蝕劑材料對較短波長的高吸收率縮小了光刻膠的選取范圍。利用縮短曝光源波長來

7、提高系統(tǒng)分辨率的方法必將受到很大的局限性。IT前曝光系統(tǒng)的極限分辨率為半波長，即X/2［鐵作為下一代光刻技術(shù)備選支撐技術(shù)之一的納米壓印技術(shù)，于1995年被華裔科學(xué)家StephenY.Chou⑸提出，該工藝通過轉(zhuǎn)移介質(zhì)的物理變形血不是改變其化學(xué)特性來實(shí)現(xiàn)圖形轉(zhuǎn)移，其分辨率取決于掩模板的尺寸，壓印過程屮不受光波波長、物鏡數(shù)值孔徑等因素的限制，有望突破傳統(tǒng)光刻工藝的分辨率極限。2.1納米壓印的基本原理納米壓印技術(shù)被譽(yù)為“改變世界的十大新興技術(shù)”⑷之一，其基本思想是通過轉(zhuǎn)移介質(zhì)將掩模板上的圖形轉(zhuǎn)移到基板丄，轉(zhuǎn)移介質(zhì)多使用聚合

8、物薄膜(如PMMA、PDMS等)°納米壓印工藝包括圖形復(fù)制和圖形轉(zhuǎn)移兩?大步驟，掩模板在壓力的作用下壓進(jìn)轉(zhuǎn)移介質(zhì)，經(jīng)一段吋間后轉(zhuǎn)移介質(zhì)將納米腔穴充分填充，隨之釋放壓力進(jìn)行同化脫模，即可在基板上形成輔助轉(zhuǎn)移圖形。在圖形復(fù)制過程結(jié)束之后，首先需要采用各向杲性刻蝕或者反應(yīng)離子刻蝕(RIE)等方法去除掉基板上的抗蝕劑殘余層，然后開始圖形轉(zhuǎn)移過程。轉(zhuǎn)移圖