纳米压印光刻技术的研究与发展

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1、纳米压印光刻技术的研究与发展2013年10月陕西理工学院学报(自然科学版)Oct.2013第29卷第5期JournalofShaanxiUniversityofTechnology(NaturalScienceEdition)Vol.29No.5[文章编号]1673-2944(2013)05-0001-05纳米压印光刻技术的研究与发展1,21222陈建刚,魏培,陈杰峰,赵知辛,何雅娟(1.西安交通大学机械工程学院,陕西西安710049;2.陕西理工学院机械工程学院,陕西汉中723000)[摘要]介绍纳米压印光刻技术的研究现状和发展状况,分析常用的热压印(HotEmbossingLitho

2、graphy,HEL)、紫外固化压印(UltraVioletNanoimprintLithography,UVNIL)及微接触压印(MicroContactPrinting,μCP)三种光刻的工艺过程。探讨纳米压印光刻方法的优缺点及影响压印图形质量的主要因素,旨在加深对纳米压印光刻工艺过程(模具制作、压印过程及图形转移)深层次的理解和认识,从而解决纳米压印光刻过程中存在的一些关键问题,为新型纳米压印技术的研究和发展提供必要的科学依据。[关键词]纳米压印;工艺过程;图形质量;关键问题[中图分类号]TN305.7[文献标识码]A0引言纳米压印光刻技术(NanoimprintLithograp

3、hy,NIL)是一种操作简单、图形转移性能好、加工时间短及成本低廉的图形复制方法,采用机械模具微复型的原理来代替传统的光学光刻,降低了对特殊曝光束源、高精度聚焦系统、极短波长透镜系统以及抗蚀剂分辨率受光波场效应的限制和要求,该方法是由美国普林斯顿大学的华裔科学家StephenY.CHOU等于1995年首先提出,为纳米光刻技术的研究与发展提供了新思路,许多知名大学和研究机构都在致力于纳米压印光刻技术的研究、开发与应用,如哈佛大学、密西根大学、普林斯顿大学、林肯实验室、德克萨斯大学、摩托罗拉、惠普公司、瑞士的PaulSchemer研究所及德国亚琛工业大学等。近年来,西安交通大学大机械学院微纳

4、米制造研究团队依托机械制造系统工程国家重点实验室,在国家自然科学基金重大研究计划“纳米制造的基础研究”重点项目和“973”计划项目课题支持下,于国内较早开展纳米压印技术研究,在纳米结构成形机理、工艺开发和装备集成方面取得了一系列研究成果,目前的研究将致力于解决高分辨率压印模版制造、模版寿命保障、[1]图形转移缺陷控制、多层套印精度保证等核心问题。1纳米压印技术的基本原理和工艺纳米压印光刻是一种新型的纳米结构制作方法,该工艺通过光刻胶的物理变形来实现图像的转移,加工的尺度突破了传统光刻的工艺极限,压印机设备工作原理如图1所示。为保证模具、基片在压印过程中均匀受热,防止压印图案由于不均匀受热

5、发生变形,压印设备中设置了上下两个带加热、冷却的压收稿日期:20130129基金项目:国家863高技术研究发展计划资助项目(2011AA100507);陕西省教育厅2011年专项科研项目(11JK0549);陕西理工学院2012年校级横向项目(12SXLG4250485)作者简介:陈建刚(1978?),男,陕西省扶风县人,陕西理工学院讲师,博士生,主要研究方向为微流体器件的设计与制造、纳米制造工艺及应用。1?陕西理工学院学报(自然科学版)第29卷印盘;为减小模具和基片的磨损,该设备中还设有弹性缓冲垫,同时也起到一定的自调节作用,从而保持模具与基片平行的作用;通过连接球传递压力可以自动调节

6、模具与基片的水平位置;为保证模具与基片平行以及压印方向与基片垂直,在实压印机设备上安装有以单板机为控制的油压驱动自反馈校准系统;同时,高精度的卡盘和模具与基片的自动装入系统使得模具与基片可以精确定位,不产生任何水平方向的滑动;此设备具有自动退模系统,可以监控退模过程中压力的变化,并防止出现水平方向的剪切力,这种剪切力会对压印图案造成1油压系统,2真空腔体,损伤。为避免气泡在聚合物图案上产生缺陷,压印机腔体要3压印盘,4加热冷却线,5压模,[2]抽成真空。纳米压印光刻的工艺过程涉及到光刻胶在不同6聚合物薄膜,7基片,8连接球温度、压力下的力学特性,如热压印过程中压力、温度及时间图1压印设备

7、原理图关系的控制规律,如聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate,PMMA)在压印前应将聚合物(PMMA)和模具加热到聚合物(PMMA)玻璃转化温度(GlassTransferTemperature,GTT),此时聚合物具有很好的流动性,而退模时温度应冷却(GTT)附近,在此温度下退模可以避免对压模和聚合物薄膜的损伤,保持压强的时间应超过最高温度的保持时间,以保证不同部位的聚合物充分填入压模图案。现有的纳米压印