纳米压印光刻(NIL)技术又称纳米压印技术,是由美国普林斯顿大学的周郁教授发明的,它利用温度和压力,将设计并制作在模具上的微小图形,通过压印等技术转移到涂有高分子材料的硅基板上。
纳米压印光刻(NIL)技术又称纳米压印技术,是由美国普林斯顿大学的周郁教授发明的,它利用温度和压力,将设计并制作在模具上的微小图形,通过压印等技术转移到涂有高分子材料的硅基板上。纳米压印的分辨率由所用印模板图形的大小决定,物理上没有光刻中的衍射限制,纳来压印技术可以实现纳米级线宽的图形。
与传统的光刻技术相比,纳米压印技术不需要光刻掩模版和光学成像设备,可以大幅度降低图形制备成本。由于模县材料的不断改进,NIL技术可广泛应用于纳米器件、超高存储密度磁盘、微流装置(如微混合器、微反应器)、微光学器件等微纳制造领域。NIL分为热压印、紫外压印和微接触压印3种。
1.热压印(Thermoplastic NIL, T-NIL)
(1)压模制备:在Si或SiO2上,通过先进集成电路制造技术(如电子束直写技术)形成需要转移的纳米图形。
(2)压印:首先用具有热塑性的聚合物薄膜覆盖需要形成图形的基片,然后加热,使得聚合物的温度达到玻璃化转换温度,再将印模板压合到高温的聚合物上,从而将印模板上的图形转移到聚合物上。待聚合物的温度降至室温后,将印模板从聚合物基板上拿开,即可完成压印过程。
(3)图形转移:利用等离子体刻蚀,将转移到聚合物上的图形转移到基片上。
2.紫外压印(Photo NI, P-NIL)
P-NIL的核心原理是通过紫外线的辐照使得高分子光刻胶硬化,总体过程与T-NIL的类似,但P-NIL在室温和低压下即可实现纳米图形的转移。具体过程如下所述。
(1)用电子束直写技术制作印模板:印模板必须能让紫外线透过,通常选用石英。
(2)在硅基板上涂覆对紫外线敏感的光刻胶。
(3)将制备好的印模板压合到硅基板上,在光刻胶上形成软的图形,再用紫外线照射,使光刻胶硬化,固化成所需的图形。
(4)利用等离子体刻蚀等图形转移技术完成基板上的图形转移。
近年来,在P-NIL的基础上发展的紫外步进-闪光压印技术可以进一步提高图形的分辨率。
3.微接触压印( Microcontact NIL, M-NIL)
(1)模具制备:利用电子束或光学光刻制备印模板,将模具材料固化在制备的模板上,等到成型后再将二者分开,从而得到满足要求的模具。
(2) 压印:将模具浸泡在硫醇试剂中,并将其压在镀金衬底上。硫醇与金反应后,会生成一层自组装的单分子层,在后续的刻蚀工艺中起到保护作用。
(3)图形转移:主流工艺采用湿法刻蚀,即利用单分子层对氢化物离子的阻挡作用,将样品浸在由氢化物组成的刻蚀溶剂中,从而将没有被单分子层覆