紫外納米壓印光刻技術電科142唐延剛14461223納米科技是20世紀80年代末逐步發展起來的前沿交叉學科領域，它的發展大大拓展和深化了人們對客觀世界的認識，并將帶來新一輪的技術革命。納米電子學、納米材料、納米機械共同組成了納米高技術群體，它的出現標志著高新技術進入了一個嶄新的發展階段。納米結構制作是納米器件研制的前提，成為研究微觀量子世界的重要基礎之一，其制作技術已成為當前世界科學研究急需解決的問題。美、日、德等發達國家對此十分重視，紛紛投入了大量的人力、物力進行研究開發。我國已將納米科學的進展作為“十五”規劃中科技進步和創新的重要任務，這為我國在21世紀初納米科技的快速發展奠定了重要的基礎。納米技術為了適應集成電路技術的迅猛發展，在光學光刻努力突破分辨率極限的同時，替代光學光刻的下一代光刻技術在最近幾年內獲得了大量的研究，這些技術包括：極紫外（EUV）光刻技術、電子束光刻技術、納米壓印光刻技術等等。納米壓印技術是美國普林斯頓大學華裔科學家周郁在20世紀1995年首先提出的。這項技術具有生產效率高、成本低、工藝過程簡單等優點，已被證實是納米尺寸大面積結構復制最有前途的下一代光刻技術之一。目前該技術能實現分辨率達5nm以下的水平。納米壓印技術主要包括熱壓印（HEL）、紫外壓印（UV－NIL）以及微接觸印刷（μCP）。納米壓印技術是加工聚合物結構最常用的方法，它采用高分辨率電子束等方法將結構復雜的納米結構圖案制在印章上，然后用預先圖案化的印章使聚合物材料變形而在聚合物上形成結構圖案。什么是納米壓印技術？納米熱壓印技術是在微納米尺度獲得并行復制結構的一種成本低而速度快的方法。該技術在高溫條件下可以將印章上的結構按需復制到大的表面上，被廣泛用于微納結構加工。熱印壓技術熱壓工藝注意：整個熱壓印過程必須在氣壓小于1Pa的真空環境下進行，以避免由于空氣氣泡的存在造成壓印圖案畸變。熱壓印印章選用SiC材料制造，這是由于SiC非常堅硬，減小了壓印過程中斷裂或變形的可能性。此外SiC化學性質穩定，與大多數化學藥品不起反應，因此便于壓印結束后用不同的化學藥品對印章進行清洗。在制作印章的過程中，先在SiC表面鍍上一層具有高選擇比（38∶1）的鉻薄膜，作為后序工藝反應離子刻蝕的刻蝕掩模，隨后在鉻薄膜上均勻涂覆ZEP抗蝕劑，再用電子束光刻在ZEP抗蝕劑上光刻出納米圖案。為了打破SiC的化學鍵，必須在SiC上加高電壓。最后在350V的直流電壓下，用反應離子刻蝕在SiC表面得到具有光滑的刻蝕表面和垂直面型的納米圖案。印章的制備整個熱壓印過程可以分為三個步驟：1.聚合物被加熱到它的玻璃化溫度以上。這樣可減少在壓印過程中聚合物的粘性，增加流動性，在一定壓力下，就能迅速發生形變。但溫度太高也沒必要，因為這樣會增加升溫和降溫的時間，進而影響生產效率，而對模壓結構卻沒有明顯改善，甚至會使聚合物彎曲而導致模具受損。同時為了保證在整個壓印過程中聚合物保持相同的粘性，必須通過加熱器控制加熱溫度不變。

2.在印章上施加機械壓力，約為500～1000KPa。在印章和聚合物間加大壓力可填充模具中的空腔。

3.壓印過程結束后，整個疊層被冷卻到聚合物玻璃化溫度以下，以使圖案固化，提供足夠大的機械強度，便于脫模。然后用反應離子刻蝕將殘余的聚合物（PMMA）去掉，模板上的納米圖案完整地轉移到硅基底表面的聚合物上，再結合刻蝕技術把圖形轉移到硅基底上。紫外壓印光刻技術紫外壓印工藝是將單體涂覆的襯底和透明印章裝載到對準機中,在真空環境下被固定在各自的卡盤上。當襯底和印章的光學對準完成后,開始接觸壓印。透過印章的紫外曝光促使壓印區域的聚合物發生聚合和固化成型。與熱壓印技術相比,紫外壓印對環境要求更低,僅在室溫和低壓力下就可進行,從而使用該技術生產能大大縮短生產周期,同時減小印章磨損。由于工藝過程的需要，制作紫外壓印印章要求使用能被紫外線穿過的材料。以往紫外壓印工藝中印章是用PDMS材料涂覆在石英襯底上制作而成。PDMS是一種楊式模數很小的彈性體，用它制作的軟印章能實現高分辨率。然而在隨后的試驗中發現由于PDMS本身的物理軟性，在壓印過程中在外界低壓力下也很容易發生形變。納米科技現在已成為倍受人們關注、最為活躍的前沿學科領域，它使人類在改造自然方面進入到原子、分子級的納米層次，從而給國民經濟和國家安全帶來深遠的影響。正像產業革命及微電子技術的出現和應用所產生的巨大影響一樣，納米科技的發展將帶來一場工業革命，成為21世紀經濟增長的新動力。納米光刻技術可用于納米材料制作、納米器件加工、納米長度測量、納米物質的物理特性研究等方面，還可用于對DNA鏈和病毒進行處理等，在生物工程中具有重要的應用前景。只有掌握最新納米結構制造技術，才能在未來科技發展中擁有競爭力。納米技術的應用近來，法國國家納米結構實驗室提出使用一種3層結構的軟性印章，以減小紫外壓印印章的形變。該印章使用2mm厚的石英襯底，中間一層是厚度為5mm的PDMS緩沖層，頂層是由PMMA構成。具體制作印章步驟是先將PMMA均勻涂覆在被離子激活的PDMS材料上，在PMMA上鍍上一層30nm厚的鍺薄膜作為后續工藝中的刻蝕掩模，再在鍺薄膜上涂覆對電子束靈敏度高的抗蝕劑，隨后用電子束光刻及反應離子刻蝕就可在印章頂層PMMA上得到高縱橫比的圖案，最后將殘余鍺薄膜移去即可。使用該方法可以在保持高分辨率情況下大大提高印章的堅硬度，減小印章壓印形變。納米技術的發展納米光刻技術是納米科技發展的基礎，它涵蓋了從電子束到極紫外的寬光譜范圍，包括納米壓印技術以及更多的創新性概念。目前美、日兩國在納米光刻領域的研究處于世界領先地位。2003年東京精密和索尼以及其它各大廠家聯合開發出低能電子束投影光刻（LEEPL），它能達到30nm