纳米压印技术

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1、纳米加工技术一纳米压印摘要：半导体器件的特征尺、r必需急剧减小才能满足集成电路迅速发展的需要，采用纳米加工技术可制备出纳米量级的图案及器件。纳米压印作为纳米加工技术屮具有较大潜力的一种工艺，采用非光学技术手段实现纳米结构图形的转移，有望打破传统光刻技术的分辨率极限。木文从原理入手，介绍了纳米压印技术的分类、发展及应用。文屮所述内容有助于快速理解纳米压印技术的整体概况，对进一步改善纳米压印工艺的性能省着较重要的意义。1引言21世纪以来，由半导体微电子技术引发的微型化革命进入了一个新的吋代，即纳米技术时代［1］。纳

2、米技术指的是制备和应用纳米量级（lOOnm以下）的结构及器件。纳米尺度的材料性质与宏观尺度的大为不同。比如块状金的熔融温度为1063°C,而2nm-3mn的纳米金粒子的熔融温度为130°C-14（TC等。功能结构的纳米化不仅节约Z能源和材料，还造就Z现代知识经济的物质基础。纳米技术依赖于纳米尺度的功能结构与器件，而实现结构纳米化的基础是先进的纳米加工技术。在过去几十年的发展中，纳米加工技术不仅促进了集成电路的迅速发展，实现丫器件的高集成度，还可以制备分了量级的传感器操纵单个分了和原了等等。纳米加工技术是人类认识

3、学习微观世界的工具，通过理解这一技术可以帮助我们更好认识纳米技术以及纳米技术支撑的现代高科技产业。纳米加工技术与传统加工技术的主要区别在于利用该工艺形成的器件结构木身的尺寸在纳米量级。可以分为两大类［1］:—类是自上而下（top-down）的加工方式，即复杂的微观结构由平面衬底表面逐层建造形成，也可以理解为在已经存在材料的基础_h进行特定加工实现纳米结构和器件。目前发展较为成熟的纳米加工技术，如光刻（平面工艺）、纳米压印（模型工艺）、探针工艺等都属于此类加工技术。此类加工方式大多涉及到某种方式的光刻制作图形与图

4、形转移技术，可加工的结构尺、r受限于加工工具的能力。传统的纳米加工工艺和当成熟，可基木满足各种微观结构的研究与生产需要。另一类是自下而上（down-top）的加工方式，此方式依赖于分子自组装过程，可从分子水平出发构建纳米结构，此类加工方式是在无基木结构或材料存在的情况下通过分了增长获得图形的。分了这一基木单位的构建争元与□前最小可加工的结构至少少一个数量级，因此纳米加工技术的最终发展是分子水平的自组装技术。然而口前该技术发展还不够完善，所有关于它的研究还局限于实验室中。在2004年岡际微纳米工程年会上，曾宥人总

5、结出多达60种微纳米加工方法。由此可见实现微纳米结构与器件的方法是多样的。FI前对这些加工技术的详细介绍已宥专著出版［1］。本文仅介绍纳米加工技术中一种发展较为成熟且比较兵宥代表性的工艺一纳米压印技术。2纳米压印技术(NanoimprintLithography，简称NIL)目前纳米加工技术中应用最多的是平板加工工艺，平板加工工艺依赖于光刻技术(Lithography；)。光刻技术指的是通过曝光和刻蚀将掩模板.h的集成电路图形转移到晶阏上。A前用來描述光刻系统性能的参数有很多，如关键尺寸、曝光范围、产率、价格、

6、分辨率、焦深等。其中最主耍的是分辨率(Resolution),可用瑞利公式表征：R=k'入INA由上式可以看出，影响其分辨率的参数有三个，分辨是环境因子kl，曝光波长X以及数值孔径NA。目前改善光刻系统的分辨率的研究主要集中在减短其曝光波长方面，在此基础上出现的新型光刻技术有电子束光刻技术(EBL)、极紫外光刻技术(EUV)、离了束光刻技术(IBL)、X射线光刻技术(XRL)等。随着曝光光源波长的减小，光源系统的复杂程度逐渐提高。同时由于光刻物镜的设计、加工和材料选择造成设备成本的人幅度增长。同时抗蚀剂材料对较

7、短波长的高吸收率缩小了光刻胶的选取范围。利用缩短曝光源波长來提高系统分辨率的方法必将受到很大的局限性。目前曝光系统的极限分辨率为半波长，即X/2［2］。作为下一代光刻技术备选支撑技术之一的纳米压印技术，于1995年被华裔科学家StephenY.Chou［3］提出，该工艺通过转移介质的物理变形而不是改变其化学特性来实现图形转移，其分辨率取决于掩模板的尺、1，压印过程中不受光波波长、物镜数值孔径等W素的限制，有望突破传统光刻工艺的分辨率极限。2.1纳米压印的基本原理纳米压印技术被誉为“改变世界的十大新兴技术”［4］

8、之一，其基本思想是通过转移介质将掩模板上的图形转移到基板上，转移介质多使用聚合物薄膜(如PMMA、PDMS等)。纳米压印工艺包括图形复制和图形转移两大步骤，掩模板在压力的作用下压进转移介质，经一段时问后转移介质将纳米腔穴充分填充，随之释放压力进行固化脱模，即可在基板上形成辅助转移图形。在图形复制过程结束之后，首先需要采用各向异性刻蚀或者反应离子刻蚀(RIE)等方法去除掉基板上的抗蚀剂残