納米壓印的技術(shù)方法研究畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-25 17:03 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 刻就將圖案從模板轉(zhuǎn)移到基板上。工藝過程如圖25所示。圖 25毛細(xì)管微模版制法工藝流程 納米壓印技術(shù)的新發(fā)展在納米壓印技術(shù)的發(fā)展歷程中,近年出現(xiàn)了一些新的實現(xiàn)方法,或者是在傳統(tǒng)技術(shù)上進(jìn)行改進(jìn),如激光輔助納米壓印技術(shù)、靜電輔助納米壓印技術(shù)、氣壓輔助納米壓印技術(shù)、金屬薄膜直接壓印技術(shù)、超聲波輔助熔融納米壓印技術(shù)、彈性掩模版壓印技術(shù)和滾軸式納米壓印技術(shù)等。金屬薄膜直接壓印技術(shù)是在Si基板上利用離子束濺射技術(shù)產(chǎn)生一層Cu、Al和Au等金屬薄膜,直接用超高壓在金屬薄膜上壓印出圖案。此工藝需要油壓系統(tǒng)提供超高的壓印壓力,達(dá)到幾百MPa。有文章稱利用50 000N的高壓可以在220nm厚的金屬薄膜上壓出73nm～169nm的壓痕。如此高壓有可能會將基板壓壞,為了解決這個問題,在金屬薄膜和基板之間加入一層緩沖層(NEB22或SUB8),緩沖層可以使壓力減少為原來的1%,只需要2MPa～40 MPa。同時使用尖銳的掩模板,以增強對薄膜的壓力,如圖26所示。利用油壓系統(tǒng)提供4 MPa～20 MPa的壓力,在溫度為40℃～80℃的范圍內(nèi)用模板直接壓Au聚合物薄膜,可以得到理想的圖形轉(zhuǎn)移。圖 26改進(jìn)金的屬薄膜直接壓印激光輔助壓印技術(shù)就是用高能準(zhǔn)分子激光透過掩模版直接熔融基板,在基板上形成一層熔融層,該熔融層取代傳統(tǒng)光刻膠,然后將模板壓入熔融層中,待固化后脫模,將圖案從掩模板直接轉(zhuǎn)移到基板之上。采用的準(zhǔn)分子激光波長要能透過掩模版而能量盡量避免被吸收,掩模版常采用SiO2 ,據(jù)報道利用激光融化Si基板進(jìn)行壓印工藝可以實現(xiàn)低于10nm的特征線寬,工藝流程如圖27所示。因為是直接將圖案轉(zhuǎn)移到基板之上,不需要蝕刻過程,也減少了曝光和蝕刻等工藝,可以大大減少納米壓印的時間,降低生產(chǎn)成本。圖 17 激光輔助壓印技術(shù)納米壓印技術(shù)大都是不連續(xù)的生產(chǎn)工藝過程,難以進(jìn)行大規(guī)模和大面積的生產(chǎn),為了進(jìn)行量產(chǎn),只有采用很大的掩模版或者是需要高對準(zhǔn)精度和自動化操作的步進(jìn)紫外固化技術(shù)。大掩模版加工困難,且易損壞；步進(jìn)快閃技術(shù)工藝環(huán)節(jié)多,控制難度大,為克服這些難題,一種新的連續(xù)的納米壓印技術(shù)—滾軸式納米壓印技術(shù)得以出現(xiàn)。滾軸式納米壓印技術(shù)有連續(xù)壓印、產(chǎn)量高、成本低和系統(tǒng)組成簡單等特點。有兩種實現(xiàn)工藝:一種是將掩模版直接制作到滾軸上,可以通過直接在金屬滾軸上刻蝕或者利用彈性掩模套在滾軸上實現(xiàn),滾軸的轉(zhuǎn)動將圖形連續(xù)地壓入已旋涂好光刻膠(溫度達(dá)到玻璃化溫度以上)的基板上,滾軸的滾動實現(xiàn)了壓入和脫模兩個步驟,如圖28(a)所示。還可以是在彈性掩模版上利用滾軸滾動施壓,但均勻性難以保證；另一工藝是將滾軸式壓印技術(shù)和紫外壓印技術(shù)相結(jié)合,紫外固化納米壓印技術(shù)光刻膠本身就是液態(tài),紫外光固化可以將紫外光束很好地控制到滾軸和光刻膠分離的區(qū)域,采用的基板可以是彈性基板或者是如Si樣的硬基板。其彈性基板的工藝流程如圖28(b)所示。電磁輔助納米壓印和氣壓輔助納米壓印都是對壓印工藝中壓印壓力的施壓環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn),提高壓力作用的均勻性,延長掩模版的使用壽命,從壓力作用分布和承片臺自適應(yīng)要求來看,氣壓輔助納米壓印技術(shù)較有優(yōu)勢,但氣囊施壓還不能完全體現(xiàn)氣體施壓壓力均勻的特點,氣體直接接觸掩模版和光刻膠,也還需要考慮氣流對系統(tǒng)對準(zhǔn)、光刻膠氣泡和氣壓作用方式等多方面的問題。圖28 滾軸式壓印原理“縮印”工藝早在2003年Y．K．Choi等人就報道了一種沉積縮?。╯izereductDn lithograp hy）工藝，該工藝的核心也是通過加入一個沉積工序，將大線寬模板圖形“縮印”后，得到小線寬圖形。工藝流程如圖29所示。圖29沉積縮印工藝流程“縮印”的代價是壓印工序大大增多。無獨有偶，2009年， Li等人也發(fā)表了一篇關(guān)于“縮印”工藝的文章。不過其縮印方式與上述方式不同，該工藝巧妙地利用濕法刻蝕中柱狀圖形上下刻蝕速率不同的特點，將分布在底板表面上的“納米柱”濕法刻蝕成“納米錐”。從而減小了模板的特征尺寸，提高了圖形的分辨率，流程圖見圖210所示圖210濕法刻蝕縮印工藝流程電磁輔助納米壓印和氣壓輔助納米壓印都是對壓印工藝中壓印壓力的施壓環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn) ,提高壓力作用的均勻性 ,延長掩模版的使用壽命 ,從壓力作用分布和承片臺自適應(yīng)要求來看 ,氣壓輔助納米壓印技術(shù)較有優(yōu)勢 ,但氣囊施壓還不能完全體現(xiàn)氣體施壓壓力均勻的特點 ,氣體直接接觸掩模版和光刻膠 ,也還需要考慮氣流對系統(tǒng)對準(zhǔn)、 光刻膠氣泡和氣壓作用方式等多方面的問題。第3章 影響納米壓印圖形精度的因素隨著大規(guī)模集成電路和集成光學(xué)的發(fā)展, 器件日趨高密度化、高集成化和多功能化。為適應(yīng)這一要求, 制造工藝技術(shù)必須滿足圖形精細(xì)化、過程低溫化、控制精密化、環(huán)境超凈化的要求。這就對納米壓印圖形的精度要求越來越高。然而在納米壓印實驗過程中, 由于溫度控制、壓力、模版的抗粘性以及聚合物的特性等, 都會對壓印的圖形精度產(chǎn)生影響。壓印圖形的精度直接影響器件制作的成品率和器件性能。下面對這些因素進(jìn)行分析。 溫度熱塑納米壓印技術(shù)的溫度要控制在適當(dāng)?shù)姆秶?。如果溫度太? 聚合物的流動性不夠, 且可逆流動所占的比例較大,撤模后圖形的變形較大；如果溫度太高,可能破壞聚合物分子鏈本身的結(jié)構(gòu), 使圖形區(qū)域產(chǎn)生較多缺陷。聚合物的松弛時間和粘度的比率隨溫度的變化方程為：log(τ/τ0)=log(η/η0)=(C1(TT0))/(C2+(TT0)) （公式21）式中:τ為聚合物的松弛時間,η為聚合物的粘度,T為絕對溫度；τ0和η0分別為在參考溫度下τ和τ0的取值； 在溫度T0 = Tg(聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度)時
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