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。

纳米压印光刻模具制作技术研究进展及其发展趋势

模具是纳米压印光刻(Nanoimprint lithography,NIL)与传统光学光刻工艺最大的区别所在,模具作为压印特征的初始载体直接决定着压印图型的质量,要实现高质量的压印复型,必须要有高质量的压印模具。不同于传统光学光刻使用的掩模(4X),纳米压印光刻使用的是1X模版,它在模具制作、检查和修复技术面临更大挑战。当前,模具的制作已经成为NIL最大的技术瓶颈,而且随着纳米压印光刻研究的日益深入以及应用领域的不断扩大,NIL模具的制造将变的越来越重要并面临着更加严峻的挑战。因此,模具的制造已经成为当前纳米压印光刻一个最重要的研究热点,纳米压印光刻发展的历史也是压印模具不断发展创新的历史。综述了当前国内外各种纳米压印光刻模具制作技术研究进展,并指出三维模具、大面积模具和高分辨率模具的制作、模具缺陷的检查和修复是当前及其将来最迫切的需求、最主要的研究热点和挑战。

压印光刻工艺中光刻胶填充流变模拟与试验研究

压印光刻工艺中,为了实现高质量的压印复型,必须能够理解和预测压印载荷作用下光刻胶的流变填充行为。根据实际采用的光刻胶的特性,建立了基于粘性流体的光刻胶流变填充有限元模型,采用体积率法对光刻胶流场的运动边界进行追踪,研究模板特征几何尺寸、胶层厚度及及尺度效应对压印填充过程的影响及其作用机理。结果表明,光刻胶流变填充以单峰或双峰两种模式进行,模式的转变点可由特征凹槽宽度和初始胶厚度的比值来预测,并受表界面效应的影响;最有利于填充的特征深宽比约为0.8;最佳初始胶层厚度约为特征深度的2倍。进行了相应的压印试验,试验结果与模拟计算的结论吻合,说明仿真结果可信,可以作为压印光刻工艺中模板图形几何特征、胶厚以及模板表面处理的工艺设计依据。

纳米压印光刻技术的研究

研究了一种新型的纳米结构制作方法———纳米压印光刻技术 .该工艺通过阻蚀剂的物理变形而不是改变其化学特性来实现图形转移 ,其分辨率不受光波波长、物镜数值孔径等因素的限制 ,可突破传统光刻工艺的分辨率极限 .论述了热压雕版压印工艺及其设备 .实验表明 ,该工艺同时还具有高效率、低成本、大深宽比等优点 .

冷压印光刻工艺精密定位工作台的研制

冷压印光刻工艺是一种将模板图形翻制到硅片上的技术。为了获得高分辨率压印图形 ,为压印光刻机设计了一个精密定位工作台。精密定位工作台是压印光刻机的关键部件 ,它既能够保证模板 -抗蚀剂 -硅片结构间的接触均匀一致 ,并实现模板与承片台间的三个运动自由度 ,即沿 z轴的直线运动和绕 x、y轴的旋转运动 (α和β) ,又可以实现步进对准所需要的沿x、y轴的直线运动和绕 z轴的旋转运动 ( θ)。设计中采用了柔性机械结构 ,消除了使用铰链连接所引起的间隙与摩擦等问题。压印实验结果显示定位系统在 2 0 0 mm的行程中 ,精密定位工作台定位精度达到 8nm以内。实现了压印光刻工艺在集成电路制造中的高精度定位要求。

冷压印光刻中高分辨率抗蚀剂的研究

在集成电路的冷压印光刻中,为了获得高分辨率抗蚀剂,着重对溶剂挥发固化型、化学交联固化型和紫外光照交联固化型材料,从复形分辨率、涂铺均匀性、脱模性、流动性、物理粘度、刻蚀比率、固化速度、固化方式和固化收缩率等方面进行了分析和研究.经过对比,得出低粘度光固化树脂具有薄膜厚度容易控制且均匀(误差为0 3%)、固化速度快(小于0 2min)和固化收缩率小(3%)等特性,其对冷压印光刻工艺的匹配性明显优于溶剂挥发固化型和化学交联固化型材料.因此,最终决定采用低粘度光固化树脂作为冷压印光刻工艺中的抗蚀剂.

高分辨率常温压印光刻工艺研究

压印光刻技术将传统的模具复型原理应用到微观制造领域 ,是一种低成本高效率的集成电路制造技术。国外压印光刻工艺主要为热压印。针对热压印光刻工艺中因热变形而导致精度丧失的问题 ,提出了冷压印光刻。冷压印光刻的复型分辨率和复型质量高 ,解决了热压印光刻中的诸多难题 ,实现了 0 .

纳米压印光刻中的多步定位研究

在步进重复式压印光刻中,为了避免承片台支撑绞链结构间隙及微观姿态调整往返运动导致的表面材料不规则形变,建立了单调、无振荡、多步逼近目标位置的宏微两级驱动系统,并提出了径向基函数-比例、积分、微分(RBF-PID)及单调位置控制算法.控制结果证明,使用具有强鲁棒性的RBF-PID非线性控制模式,使得驱动过程呈现无超调、无振荡的单调过程,因此避免了由于系统微观振荡调节而引入的间隙误差和材料表面形变误差.此控制方式可使步进重复式压印系统的定位精度在满足100 mm行程驱动的前提下,达到小于10 nm的定位技术指标.

步进闪光压印光刻模具制作工艺研究

由于硅橡胶具有良好的自适应性和优异的脱模性,所以选取硅橡胶作为模具材料,并确定使用硅橡胶加石英硬衬作为压印光刻工艺的模具.分析了硅橡胶模具制作工艺中真空辅助浇铸的成型过程,以及交联固化反应过程的各个工艺参数对硅橡胶模具性能的影响,通过大量实验,具体分析了硅橡胶单体和固化剂配比、浇铸真空压力、固化温度及固化时间等工艺参数,并由此得到了优化的硅橡胶固化工艺参数,提高了硅橡胶模具的物理性能.实验表明,硅橡胶模具具有良好的自清洁功能,其表面图形完好,图形转移效果优异,完全能够满足300 nm特征尺寸图形复型转移压印的要求.

压印光刻对准中阻蚀胶层的设计及优化

针对高速旋涂造成标记区阻蚀胶薄膜覆盖不对称和压印曝光造成标记区薄膜聚合的问题,利用压印光刻压印曝光固化脱模的工艺原理,提出了用压印预处理标记表面薄膜来优化阻蚀胶层厚度和形貌的工艺方法.该方法采用下压力约束薄膜,使阻蚀胶在标记区的栅格间重新分布,从而削弱了覆盖膜的不对称性,获得了相应的薄膜厚度.采用旋涂厚度为1.1μm的覆盖膜对压印预处理工艺方法进行了试验,发现下压力大于0.48 MPa时,薄膜结构具有较好的对称性,下压力为1.12 MPa时,对准信号的对比度达到最大.试验结果表明,压印预处理对于压印光刻系统具有较好的工艺适应性,利用该方法优化标记区的阻蚀胶层不仅能够有效削弱覆盖膜不对称和压印曝光的影响,而且对准精度可满足100 nm压印光刻的要求.

压印光刻中的两步对正技术

压印光刻中套刻需要粗、精两级对正.实验采用一对斜纹结构光栅作为对正标记.利用物镜组观察光栅标记图像的边界特征进行粗对正,其准确度在精对正信号的捕捉范围内;利用光电接收器件阵列组合接收光栅莫尔信号,在莫尔信号的线区进行精对正.由于线性区的斜率大,精对正过程中得到相应x,y方向的对正误差信号灵敏度高,利用高灵敏度对正误差信号作为控制系统的驱动信号,对承片台进行驱动定位,实现精对正.最终使X,Y方向上的重复对正准确度分别达到了±21nm(±3σ)和±24nm(±3σ).

高保真度五步加载纳米压印光刻的研究

从理论上建立了压印光刻工艺中留膜厚度与压印力的关系,为压印预设曲线的建立提供了理论依据.基于液态光敏抗蚀剂在紫外光照射下发生光固化反应这一特性,对固化过程进行了详细的分析,建立了抗蚀剂的固化深度与紫外光曝光量之间的关系.在分析了现有压印工艺存在的问题后,提出了一个全新的压印工艺:高保真度固化压印,即包括特征转移-抗蚀剂减薄-脱模回弹力释放-保压光固化-脱模等压印过程.实验结果表明,高保真度固化压印过程与加载路线能实现复杂图形特征的复制,从而保证了压印图形的保真度,并可保证图形复制的一致性及适度留膜厚度,压印图形的分辨率可达100 nm.

多层冷压印光刻中超高精度对正的研究

为满足多层冷压印光刻中套刻的超高精度要求,提出了基于斜纹结构光栅的对正技术.利用光电接收器件阵列组合接收光栅产生莫尔条纹的零级光,得到条纹平面内X、Y方向的对正误差信号.通过调整光栅副的间隙来提高误差信号的对比度.利用高对比度和灵敏度的误差信号作为控制系统的驱动信号,对承片台进行宏微两级驱动控制,并由激光干涉仪作为控制系统的反馈环节在驱动过程中进行全程监测,实现自动对正.最终使在X、Y方向上的重复对正精度达到了±20nm,满足了100nm特征尺寸压印光刻的对正精度要求.

纳米压印光刻中抗蚀剂膜厚控制研究

研究了纳米压印光刻匀胶工艺中抗蚀剂膜厚与抗蚀剂粘度、匀胶转速、匀胶时间和滴胶量之间的关系。实验研究表明,抗蚀剂膜厚与抗蚀剂粘度、匀胶转速和匀胶时间均呈幂指数关系;当匀胶转速达到一定值,匀胶时间足够大时,膜厚不再随匀胶时间变化而变化,存在最小厚度,即抗蚀剂膜厚与滴胶量无关。建立了抗蚀剂膜厚与抗蚀剂粘度、匀胶转速和匀胶时间之间的量化关系公式,实现了对抗蚀剂膜厚的控制。

基于分步式压印光刻的激光干涉仪纳米级测量及误差研究

针对在未做隔离保护处理的环境中,基于Michelson干涉原理的激光干涉仪测量系统存在严重的干扰误差,不适合分步式压印光刻纳米级对准测量的要求.采用Edlen公式的分析及计算,不仅在理论上揭示出环境温度、湿度、气压等变化对激光干涉仪测量准确度的影响,而且证明影响测量准确度的最大干扰源是空气流动的结果.通过气流隔离措施和系统测量反馈校正控制器,能够实时补偿激光干涉仪两路信号的相差.最终,测量漂移误差在10min内由13nm降低到5nm以内,满足压印光刻在100mm行程中达到20nm定位准确度要求.

纳米压印光刻工艺的研究进展和技术挑战

图形化技术是微纳制造过程的核心工艺之一.目前,作为微纳加工主流工艺的光学光刻技术由于受曝光波长衍射极限的物理限制,其技术复杂性和设备制造成本大幅增加.纳米压印将传统的模板复型原理应用到微观制造领域,以其高分辨率、高效率、低成本和工艺过程简单的特点,引起了各国研究人员的广泛关注.作为一种接触式几何约束流变成形方式,纳米压印必然衍生出许多新的挑战性问题.在阐述纳米压印工艺构成要素的基础上,对目前的若干主要压印技术工艺变种进行了简要综述,总结出了纳米压印所涉及的基本理论问题,并对纳米压印在集成电路制造中所面临的挑战进行了分析.

面向大面积微结构批量化制造的复合压印光刻

为了解决在大尺寸非平整刚性衬底和易碎衬底上高效低成本批量化制造大面积微纳结构这一难题,提出一种面向大面积微结构批量化制造的复合微纳压印光刻工艺。阐述了复合压印光刻的基本原理和工艺流程,通过实验揭示了主要工艺参数(覆模速度、压印力、压印速度、固化时间)对于压印结构的影响及规律。最后,利用课题组自主研发的复合压印光刻机,并结合优化的工艺参数,在3种不同的硬质基材(玻璃、PMMA、蓝宝石)上实现了微尺度柱状结构(最大图形区域为132mm×119mm)、微尺度光栅结构(最大直径为15.24cm的圆形区域)和纳尺度柱状结构(图形区域为47mm×47mm)的大面积微纳结构制造。研究结果表明,提出的复合微纳米压印工艺为大面积微纳结构宏量可控制备、以及大尺寸非平整刚性衬底/易碎衬底大面积图形化提供了一种全新的解决方案,具有广阔的工业化应用前景。

高保真度压印光刻图形质量研究

为提高纳米压印工艺的图形质量,在抗蚀剂涂铺之前,对硅基材料进行氧离子轰击表面改性,有效增强硅基材料对抗蚀剂的亲和性;采用PDMS软模具,脱模性能好,而且能够很好的清除图型母版和自身表面的杂质;利用高保真度加载工艺,图型横向和纵向复型误差小于14 nm;运用多元回归方法建立了所选温度测点的温度值与模具中心z向热误差之间的关系模型,并对热误差进行了补偿。实验结果表明,压印光刻工艺实现了图型特征的高保真度复制。

我国纳米压印光刻技术专利态势分析

由于具有高分辨率、高产量、低成本等特点,纳米压印光刻技术被IC业界认为是最具发展前景的下一代光刻技术之一。本文旨在通过对纳米压印光刻技术中国专利申请进行统计分析,为我国进行具有自主知识产权的纳米压印光刻技术研发和制定有效的专利战略提供参考。

纳米压印光刻技术综述

文章在阐述纳米压印工艺构成要素的基础上,对几种传统压印技术工艺及其工艺变种进行了简要介绍,总结出了纳米压印中所涉及的几个关键技术问题,并对纳米压印在集成电路制造中所面临的挑战进行了分析。