在半导体技术的发展过程中,器件的特征尺寸越来越小,光刻工艺也变得越发复杂,而这也导致了下一代光刻技术的成本不断增加。追求特征尺寸的缩小,就需要减小曝光波长。在比DUV和EUV更先进的下一代光刻技术中,电子束光刻已被证明有非常高的分辨率,但其生产效率太低;X 线光刻虽然可以具备高产率,但X 线光刻的设备相当昂贵。光学光刻成本和复杂的趋势以及下一代光刻技术难以在短期内实现产业化激发人们去研发一种非光学的、廉价的且工艺简便的纳米技术,即纳米压印技术(Nanoimprint Lithography,NIL)。
1995年,华裔科学家周郁(Stephen Chou)提出了纳米压印技术(Nanoimprint Lithography,NIL)的思想。有别于传统的光刻技术,纳米压印将模具上的图形直接转移到衬底上,从而达到量产化的目的。
NIL的基本思想是通过模版,将图形转移到相应的衬底上,转移的媒介通常是一层很薄的聚合物膜,通过热压或者辐照等方法使其结构硬化从而保留下转移的图形。整个过程包括压印和图形转移两个过程。相对于传统的光刻技术,纳米压印具有加工原理简单,分辨率高,生产效率高,成本低等优点。
纳米压印光刻胶与传统光刻胶的对比
纳米压印技术不受最短曝光波长限制,只与模板的精密度有关。因此,对光刻胶性能的要求相对降低了,但是随着工艺的改变,同样会引出新的问题,由于光刻胶直接与模板和衬底接触、固化,因此光刻胶与衬底、模板的作用力,光刻胶本身的反应体系以及物理性能,固化后的转移等都会影响图形精度。纳米压印用光刻胶要求具有易处理性和与衬底结合良好,还要求有好的热稳定性、粘度低、易于流动和优良的抗蚀刻性能。目前常用的紫外压印光刻胶聚合体系包括丙烯酸酯系、乙烯基醚、环氧树脂类,硫醇/烯类以及在此基础上的掺杂改性光刻胶,其各有优缺点。目前,纳米压印胶的折射率既有1.35这样的低折射率胶,又有高达1.8这样的高折射率胶,其有着不同的应用场景。
纳米压印技术的关键工艺
模板制造、压印过程(包括模板处理、加压、脱模过程)及图形转移过程。纳米压印精度和模板的精度直接相关;光刻胶材料影响着热压温度和曝光时间;压印过程中模板与压印材料之间的对准、平行度、压力均匀性、温度均匀性、脱模技术等都会影响最终的产品质量。在压印后精细结构检测方面,一般需要检测的项目包括:线宽、深度、缺陷、膜厚、粗糙度、翘曲度等,主要用到AFM、SEM、台阶仪、轮廓仪等设备。
纳米压印较传统光刻技术可在采用较低成本的条件下大批量制备具有超高精度的图形,同时也具有良好的均匀性和可重复性,此外可以传统光刻工艺有很大程度的兼容性。纳米压印除了在集成电路领域有着非常广阔的应用前景,同时在光学领域纳米压印可用来制备周期小于光学波长的亚波长光栅。
纳米压印技术有着广阔的市场应用前景,国内涌现出很多湿法设备企业,其中湿制程设备专业制造商——华林科纳顺应市场所需,近年来加大纳米压印湿法刻蚀机的研发力度,推出了多款针对纳米压印的槽式湿法刻蚀机,提供给CSE客户全面、周到的设备定制服务。