紫外纳米压印关键技术——图形转移层与模压曝光工艺研究

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1、摘要纳米结构是研究纳米科技的物质基础，随着集成电路特征尺寸的不断减小，传统的光刻技术正面临成本和工艺的重重困难，已成为当今世界科学研究亟待解决的难题之一，纳米压印技术由此而生。纳米压印技术作为一种新的纳米结构加工制造技术，与其它光刻技术相比，具有加工精度高、工序简单、生产效率高、成本低、适合产业化生产的优势，有望尽快实现几十纳米特征线宽结构的加工，进而在集成电路、微细加工、生物传感器、光学器件等应用领域获得重大突破，是国际学术界研究的前沿课题之一。本文的研究正是在这样的背景下进行的，课题研究得到上海市纳米科技与产业发展促进中心的资助，

2、是上海市科技发展基金重点项目。尽管纳米压印技术原理简单、具有无法替代的优势，应用前景广阔，但由于纳米压印技术加工的对象是纳米级图形结构，其操作对象极精密，所以工艺过程的每一步都对设备和操作有近似苛刻的要求，技术含量很高，且这项新技术本身尚处于发展前期，设备和工艺还在探索阶段，有较多急需解决的技术难题，尤其是根据模板特征图形结构设计最佳图形转移层厚度、确定相应的紫外纳米压印技术图形转移层工艺、根据压印过程中流体动力学模型和紫外曝光固化理论确定相应的紫外纳米压印技术模压曝光工艺等；都是直接影响紫外纳米压印结果的关键技术。本文首先介绍了这种

3、极具应用前景的新技术，对目前各种纳米压印工艺进行归纳、分类，通过对不同工艺过程的深入比较，分析了它们的优缺点并展望了各自的应用前景，对其中最具代表性的，最有发展和应用前景的紫外纳米压印进行深入研究。全文以紫外纳米压印工艺为主线，以紫外纳米压印关键技术为节点，对直接影响紫外纳米压印结果的关键技术——图形转移层工艺与模压曝光工艺进行了详细理论和实验研究。本文基于流体力学理论建立优化旋转涂胶设备工艺控制参数的图形转移层数学模型，研究图形转移层厚度与转速的关系，图形转移层厚度与旋转涂胶时间的关系以及图形转移层厚度与滴胶量的关系，并进一步研究图

4、形转移层厚度均匀性与加速度和旋转涂胶时间的关系。根据模板特征图形结构设计合理的模板厚度，建立模压过程中流体动力学模型，摘要根据模板特征图形结构设计最佳图形转移层厚度，建立图形转移层厚度、残留层厚度与模板特征图形结构三者之间的联系。根据紫外曝光固化理论与图形转移层有机感光溶剂的特性，建立多波长入射光曝光固化模型，结合图形转移层工艺的图形转移层厚度，设计适用于紫外纳米压印技术的模压曝光工艺。通过大量实验，验证了本文设计的图形转移层与模压曝光数学模型的有效性和可行性。通过优化图形转移层与模压曝光工艺，得到的压印结果图案清晰、残留层厚度均匀，

5、50nm光栅结构复形精度可达到93．75％。最后，关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。关键词：紫外纳米压印，图形转移层工艺，模压工艺，紫外曝光固化工艺ⅡAbstractABSTRACTNano-structureisthebasicresearchofnanotechnology．Alongwitllthedecreaseofintegratedcircuit’Scriticaldimension,conventionalprojectionlithographyisfacingtheproblemofcostandtechnolo

6、gy,becomingoneofdifficultscianeeresearchproblerastobesolvedintheworld．Conventionaltheorymaynolongerapplyandn洲phenomenaemerge．nanoimprim．IthastheadvantageOVerconventionalnanofabricationmethods，highresolution,lowcostandhi【ghthroughput，suitableforindustrialproduction．Itcan

7、makesub-lOOnmwidthstructure；itCallbeappliedinICfabrication，MEMS，bios·sensorandopticaldevice．TheresearchWassupportedasa2005keyresearchprojectbyScience&TechnologyCommissionofShanghaiMunieipality．Althoughnanoimprinthasgreatadvantageandprospectapplication，theprocessofnanoim

8、printanditsoperationobjectextremelyprecise．Thereforeeachstepoftechnologicalprocesshastheapproximatestrictreque