纳米压印光刻技术--下一代批量生产的光刻技术

纳米压印光刻技术已被证实是纳米尺寸大面积结构复制的最有前途的下一代技术之一。这种速度快、成本低的方法成为生物化学、μ级流化学、μ-TAS和通信器件制造以及纳米尺寸范围内广泛应用的一种日渐重要的方法,如生物医学、纳米流体学、纳米光学应用、数据存储等领域。由于标准光刻系统的波长限制、巨大的开发工作量、以及高昂的工艺和设备成本,纳米压印光刻技术可能成为主流IC产业中一种真正富有竞争性方法。对细小到亚10nm范围内的极小复制结构,纳米压印技术没有物理极限。从几种纳米压印光刻技术中选择两种前景广阔的方法——热压印光刻(HEL)和紫外压印光刻(UV-NIL)技术给予介绍。两种技术对各种各样的材料以及全部作图的衬底大批量生产提供了快速印制。重点介绍了HEL和UV-NIL两种技术的结果。全片压印尺寸达200mm直径,图形分辨力高,拓展到纳米尺寸范围。     

纳米压印用压印胶的研究进展

纳米压印需采用压印胶进行图案转移,作为压印技术的关键材料,压印胶的性能直接影响到纳米压印的质量。根据压印技术的工艺特点对压印胶进行了分类,介绍了纳米压印用热压印胶和紫外压印胶的发展研究现状和性能优缺点,分析了目前压印胶存在的主要问题,并指出压印胶的研究主要是提高压印胶的脱模性能、固化速率以及简化工艺,主要列举了含氟硅类压印胶、双表面能压印胶的性能特点,并展望了未来的发展方向。     

纳米压印光刻技术

为了避免纳米压印光刻技术与光刻技术混淆，纳米压印光刻技术严谨的专业术语定义是：不使用光线或者辐射使光刻胶感光成形，而是直接在硅衬底或者其他衬底上利用物理学机理构造纳米级别的图形。这种纳米成像技术真正地实现了纳米级别的图形印制。     

纳米压印光刻胶

光刻胶是纳米压印的关键材料,其性能将影响压印图形复制精度、图形缺陷率和图形向底材转移时刻蚀选择性。提出了成膜性能、硬度黏度、固化速度、界面性质和抗刻蚀能力等压印光刻胶的性能指标。并根据工艺特点和材料成分对光刻胶分类,介绍了热压印光刻胶、紫外压印光刻胶、步进压印式光刻胶和滚动压印式光刻胶的特点以及碳氧类纯有机材料、有机氟材料、有机硅材料做压印光刻胶的优缺点。列举了热压印、紫外压印、步进压印工艺中具有代表性的光刻胶实例,详细分析了其配方中各组分的比例和作用。介绍了可降解光刻胶的原理。展望了压印光刻胶的发展趋势。     

纳米压印光刻模版制作技术

在下一代光刻技术中,光刻的成本越来越高,这使得工业界开始寻找新的技术。纳米压印作为非光学的下一代光刻技术,具有分辨率高、成本低、产率高等诸多优点,因而可能应用于将来的半导体制造中。同时,纳米压印也可以用于微机电系统(MEMS)和其他纳米结构的图形复制。纳米压印光刻技术主要包括热压印、紫外固化压印和微接触法压印。介绍了在这3种纳米压印光刻技术中,压印模版制作的制作工艺和模版表面的防粘连处理,并且讨论3种压印方法适用的不同领域。     

纳米压印技术的工艺和图形精度研究

纳米压印技术通过压印实现了纳米结构的图形转移,具有分辨率高、效率高、成本低的优点。通过对纳米压印过程中影响图形精度的一些因素进行分析,提出了相应的解决方法。结合研制的NIL-01型压印机进行工艺实验,给出纳米压印工艺实验的结果,并对结果进行了分析。试验表明：考虑到影响压印图形精度的各种因素,采用镀有Cr的SiO2模版和NIL-01型压印机,用热压印技术可以压印出具有100nm特征尺寸的PMMA图形。     

热压印技术制作纳米光栅

通过分析脱模过程的摩擦力,讨论了模具表面处理工艺与压模质量的关系,给出了降低脱膜过程摩擦力的工艺方法.实验结果表明,用类聚四氟乙烯膜作为脱模剂能大大减小模具表面与聚合物表面的摩擦力.研究了压模、脱模工艺参数对实验结果的影响,基于HEX-02塑铸系统,真空条件下,在压模温度为195℃,模压压强为8 MPa的环境下,利用热压印技术在PMMA薄膜上复制出周期为120 nm的纳米光栅.     

基于光刻版的无留膜紫外纳米压印技术研究

针对纳米压印光刻技术中压印脱模后的留膜去除问题,提出了一种基于光刻版的无留膜紫外纳米压印技术.采用传统的光刻版作为紫外压印模版,由于模版上铬层的遮蔽作用.使得铬层下面的光刻胶不被曝光,从而可以轻易地被去除.实验结果表明,该技术综合了压印与光刻各自的优点,可以获得无留膜厚度的压印图形,省去了压印后的留膜刻蚀工艺.从而避免了由于留膜厚度不均匀所带来的过刻蚀或欠刻蚀的问题.     

纳米压印技术

传统光学光刻技术的高成本促使科学家去开发新的非光学方法,以取代集成电路工厂目前所用的工艺.另外,微机电系统(MEMS)的成功启发科学家借用MEMS中的相关技术,将其使用到纳米科技中去,这是得到纳米结构的一种有效途经.纳米压印在过去的几年里受到了高度重视,因为它成功地证明了它有成本低、分辨率高的潜力.纳米压印技术主要包括热压印、紫外压印(含步进-闪光压印)和微接触印刷等.本文详细讨论纳米压印材料的制备及常用的三种工艺的工艺步骤和它们各自的优缺点.并对这三种工艺进行了比较.最后列举了一些典型应用,如微镜、金属氧化物半导体场效应管、光栅等.     

纳米压印光刻技术及其发展现状

文章详细介绍了有望成为下一代主流的光刻技术——纳米压印光刻技术。并概述了其应用, 同时介绍了其在现阶段的发展状况。     

热压印中聚合物的研究

在纳米压印技术中,热压印是普遍采用的压印方法。聚合物是压印的媒介,通过对聚合物加热、加压、冷却使聚合物成型,达到转印图形的目的。为了提高热压印技术和压印图形的精度,对聚合物受热后的特性以及聚合物的填充机理进行分析。通过实验得出,聚合物中的气体可以导致聚合物填充不完全,图形产生气泡,严重影响了图形的精度。聚合物的填充速度与模板的图案有关,平坦的模板比带有深孔的模板填充速度快。最后通过参数优化,得出高分辨率的压印图形。     

热压印刻蚀技术

纳米压印刻蚀技术是通过压模的方法实现纳米结构批量复制的。这一技术具有高分辨、高效率和低成本的优点。它与现行的光学刻蚀技术流程相似,具有较好的兼容性与继承性。详细介绍了热压印刻蚀技术的核心工艺步骤:压印模板的制备、热压印胶的选择、压模和撤模、反应离子刻蚀以及热压印过程中的聚合物流动机理,探讨了热压印刻蚀技术中的基础科学问题。还分析了纳米压印刻蚀技术的研究现状,展望了纳米压印刻蚀技术的应用前景。     

微流控芯片热压键合设备的结构设计

以塑料微流控芯片的热压加工技术为基础,以实现自动化和批量化为目标,对芯片热压键合设备的机械结构进行设计研究,在保证芯片受压均匀的情况下,对设备机身的结构、加压方式等进行了分析,确定设备机身采用闭式双立柱结构,上部加压方式,通过力矩电机、螺旋升降机带动压头完成压力输出,并对压头的运动进行导向。实验表明,在热压芯片时,该设备能够将优化的工艺参数复现,制作的芯片质量稳定,一致性好。     

正交法对DEM技术中模压工艺的优化研究

DEM(Deepetching,Electroforming,Microreplication)技术是一种三维微细加工技术,由深刻蚀、微电铸和微复制三种工艺组成。其中微复制常采用模压工艺,而模压工艺具有许多参数,为了确定主要影响因素和最佳工艺条件,首次用正交实验方法对模压工艺进行优化。用镍模具对聚碳酸酯(PC)进行模压,得到影响因素主次为:模压温度>施加压力>加力速度>加力时间,优化参数为:模压温度180℃,压力3000N,加压速度0 2mm/min,力维持时间120s。用得到的优化参数进行实验得到了最佳的实验结果,由此证明了此方法的可行性。     

热压印中聚合物填充过程的仿真分析

基于有限元方法并借助ANSYS软件对热压印过程中二维的聚合物填充过程进行模拟.聚合物加热温度高于剥离转化温度时,采用Mooney-Rivlin模型表示聚合物的机械性能.详细分析了深宽比、凹槽宽度、占空比、摩擦系数对聚合物变形的影响.数值计算结果表明,深宽比对聚合物高度影响显著;凹槽宽度对聚合物形成单、双峰结构影响较大;占空比影响残留比率;摩擦系数对聚合物高度的影响较小.在制作高质量的热压印图形中,该数值分析结果有助于优化过程参数.     

Fresnel区板天线辐射特性的矢量场分析

本文利用矢量场统射理论分析研究Ｆｒｅｓｎｅｌ区板天线的辐射特性，并统一考虑馈源对天线增益、副瓣电平和交叉极化等参数的影响，所做工作适用于透射型和反射型Ｆｒｅｓｎｅｌ区板天线。天线远场方向图的计算和实测结果吻合较好，表明本文建立的Ｆｒｅｓｎｅｌ区板天线矢量场绕射模型的有效性     

Replication of high ordered nano-sphere array by nanoimprint lithography

High ordered nano-sphere array patterns on Si substrate were fabricated using nanoimprint lithography. First, using hot embossing method, poly vinyl chloride (PVC) based polymer replica template was duplicated from original high ordered nano-sphere array patterns, which was fabricated by evaporation method. The monolayer transferring condition can be achieved by varying hot embossing pressure. Then, through UV nanoimprint lithography with the replicated polymer template, imprinted patterns, which has high ordered nano-sphere array patterns, was successfully fabricated on Si and flexible PET substrate.     

基于TFT-LCD的相位型菲涅尔波带片生成的中空光束

中空光束具有特殊的物理性质,在光信息处理、微电子学、同位素分离和分子光学等领域有着广泛的应用。本文提出采用TFT—LCD制作相位型菲涅尔波带片,平面波经TFTLCD衍射生成中空光束。实验结果表明,基于TFT—LCD的菲涅尔波带片生成的中空光束具有实时可调、快捷和精确等优点。     

聚合物微结构超声压印精密加工系统研究

超声压印技术是一种聚合物微结构成形的新方法。针对微米级超声加工系统的高精度和高可靠性的要求,设计了用于聚合物微结构超声压印的精密加工系统,推导了换能器动力学模型并求解特征参数,进行了有限元仿真与优化,并搭建了基于压力反馈的精密压印测控平台。实验结果与理论分析结果吻合,设计的换能器系统改善了微米级加工中的加工精度、能量控制和可靠性,为快速批量精密压印成形的加工系统提供了设计和优化方法。