6-第五章 其它纳米制造技术 2学时-wdb
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尽管纳米压印在许多方面优于其他光刻技术，但有一点不及其他光刻技术的是多层图形压印的对准问题。印模的制作方法和对印模图形的要求决定了印模材料本身是不透光的。为了与衬底上已有图形对准，可以在印模上制作镂空的窗口，通过窗口观察基片上的图形进行对准。但刻蚀穿透基底的窗口一般都在几十到上百微米，由如此之大的窗口对准不可能得到很高的对准精度。纳米压印中印模与基底的对准还有以下难点。①机械压力引起的错位。这可能是由于压板之间的不平行或基底表面的不平整造成的，例如基底本身因前序加工应力引起的翘曲。总之，未施加压力时对准的位置，一旦施加压力后有可能会错开。②印模与基底因热膨胀引起的错位。当印模材料与基底材料不同时，因不同的热膨胀系数会使印模与基底的图形在加热后错位。例如，二氧化硅印模在4in硅基底的边缘部分能够形成100nm/℃的热偏移。
[PPT内容]
5.1.5准LIGA工艺—实例1、2
[PPT内容]
5.2纳米压印技术原理
5.2.1简介
5.2.2基本步骤
5.2.3对印模、压印层的要求
5.2.4应用及实例
5.2.5难点及解决方法
5.2.1简介
[PPT内容]
5.2.2基本步骤
[按PPT内容讲][下面是原文]
纳米压印的基本步骤如图7.1所示，在基片（通常是硅片）上以甩胶的方式涂覆一层聚合物（如PMMA，聚甲基丙烯酸甲酯），厚度在100~200nm左右。再用已刻有目标图形的硬“印章”在一定的温度和压力下去“压印”(imprint)PMMA涂层。温度一般在高于聚合物的玻璃化温度约50~100℃左右，压力在50~100bar之间。压印的深度略小于聚合物涂层的厚度，以确保印章不与衬底材料接触，这样可以保护印章面不受损伤。下一步是脱模。将“印章”从压印的聚合物中移出，使软化的PMMA涂层上留下印章的浮雕图案。然后通过反应离子刻蚀去除残留的聚合物薄层，暴露出基底材料表面。纳米压印到这一步就算完成了。由此获得的聚合物图形与光学或电子束曝光显影形成的图形性质完全相同，因此纳米压印是与光刻等效的技术。下面的步骤是图形转移，即以聚合物图形为掩模，通过反应离子刻蚀或金属溶脱技术将压印图形刻蚀转移到基底材料，或沉积金属层形成相应的金属图形。
5.1.1LIGA技术简介——2.LIGA制造微器件的简要过程--1
[PPT内容]
5.1.1LIGA技术简介——2.LIGA制微器件的简要过程--2
[相当于把上一页描述过的过程结合立体图简略复述一下]
5.1.1LIGA技术简介——3.LIGA技术使用的同步辐射X射线光源
[PPT内容]
5.1.2LIGA光刻中用的X射线掩膜——1. X射线掩模的组成
纳米压印需要在高温高压条件下进行，这是限制该技术应用范围的另一个障碍。某些材料在高温下会改变性质或无法经受高压。例如，钻一铂磁性薄膜只有在低于某一温度下才是稳定的，磷化锢在高压下极易碎裂，大多数生物样品不能经受高温高压。另一方面，压印过程中的温度和压力都需要一定时间升高和降低，这也使压印的生产率降低。压印需要的温度和压力直接与所使用的聚合物有关，因此，用其他压印聚合物来取代PMMA是实现低温低压工作条件的关键。已报道的一种新聚合物是HydraneHS2550。这种聚合物的特点是玻璃化温度在0~10℃之间，熔点在30℃，因此非常适于低温低压工作。Hydrane HS255O的另一个特点是抗反应离子刻蚀能力大大好于PMMA。在3层膜系统中以Hydrane作为顶层的压印层可以使压印温度降到50℃，压力降低到5bar。但在室温下压力需要升到30bar才能进行成功的压印。以Hydrane为压印层的图形分辨率也有一定限制，可以实现的点阵图形的最小点直径为150nm，线阵图形的最小线宽为200nm。
[PPT内容]
5.1.2LIGA光刻中用的X射线掩膜——2. X射线掩模的制造--1
[PPT内容]
5.1.2LIGA光刻中用的X射线掩膜——2. X射线掩模的制造--2
[PPT内容][右侧示意图的说明文本框在出现的时候已经有意躲开左侧示意图作用相近的步骤，可以左右对比进行说明]
5.1.3LIGA工艺的制造技术——1.抗蚀光刻胶—1、2
[PPT内容]
5.1.3 LIGA工艺的制造技术——2.光刻工艺—1、2、3
[PPT内容]
5.1.3LIGA工艺的制造技术——2.光刻工艺——实例
[PPT内容]
5.1.3LIGA工艺的制造技术——3.超精细电铸成形—1、2、3、4
[PPT内容]
5.1.3LIGA工艺的制造技术——4.实例
[PPT内容][观察其特点：很高的精度，侧壁陡峭，表面光滑]
大多数微电子工艺技术中使用的聚合物，如光刻胶和电子抗蚀剂，都可以用来作为压印层。聚合物的黏塑性与它的玻璃化温度和分子量有关。当温度在聚合物的玻璃化温度之上时，聚合物变成一种可流动的黏性液体。提高温度可以改善聚合物的流动性。分子量愈小，聚合物的黏性愈小，愈容易流动。PMMA是最早被用来作为压印层的聚合物。常用的PMMA的相对分子质量从50k到980k，玻璃化温度为105℃，压印温度在140~180℃，压力在600~1900ppsi。在这个压力和温度条件下，PMMA的温度伸缩不超过体积的0.8%，压力伸缩不超过体积的0.07%，因而可以保证压印后PMMA的形状与印模的形状一致。图7.2是纳米压印的印模（a）、压印后的PMMA图形（b）和经过金属溶脱形成的金点阵结构（c）。大面积10nm左右的金属点阵结构可以通过纳米压印技术实现，最小的金属点只有6nm，充分展示了压印技术的纳米加工能力。
5.2.4应用及实例
[按PPT内容讲]
5.2.5难点及解决方法
[按PPT内容讲][下面是部分原文]
不均匀：
现象：图形大小不均匀聚合物在印模腔体中的流动输运会形成差异印模的填充不均匀。
解决：增加压力和压印温度。
难深宽比较高、对准难、高温高压
由于聚合物填充印模深度有限，压印技术难以制作深宽比较高的图形结构。多层膜压印技术的出现解决了这个矛盾。典型的多层膜系统由PMGI（底层抗蚀剂）、金属锗Ce（隔离层）、PMMA（顶层抗蚀剂）3层组成。衬底材料可以是硅片或其他材料。PMGI是一种电子工业中常用的聚合物材料。三层膜压印的基本工艺流程为：先在硅基底上旋转涂覆一层PMGI (200nm厚），在热板上加热（270℃）30min，再沉积（电子束蒸发）一层10nm厚的Ge膜于PMGI之上，然后再涂一层PMMA（相对分子质量为5x104）于Ge膜之上从而完成3层膜的制作。将整个膜系烘烤lmin。
一种可靠的具有亚微米精度的对准技术是将对准标记做在印模的背面，采用图像处理方法先将基底的对准标记摄取存入计算机，然后再利用光学显微镜摄取印模背面的对准标记，在移动印模与基底的相对位置过程中，利用屏幕上印模标记图像与已存入计算机的基底标记的图像进行动态对准。整个对准过程是在专门的对准台上进行。一旦对准后将印模与基底用机械方法固定成一个整体，然后移放到压印台上进行压印。用这种方法可以在整个4in硅片上实现小于1µm的对准精度。
5.1 LIGA纳米制造技术原理
5.1.1LIGA技术简介
1. LIGA技术的发展和应用
2. LIGA制造微器件的简要过程
3. LIGA技术使用的同步辐射X射线光源
5.1.1LIGA技术简介——1. LIGA技术的发展和应用
[PPT内容][椭圆内环——LIGA组成] [中环——特点] [外环——应用]
5.1.4LIGA工艺的扩展
[PPT内容]
5.1.4LIGA工艺的扩展——1. LIGA工艺制造阶梯状微结构
[PPT内容]
5.1.4LIGA工艺的扩展——2.加工球形表面的微结构—1、2
[PPT内容]
5.1.4LIGA工艺的扩展——3.侧壁倾角和曲率的控制
[PPT内容]
5.1.5准LIGA工艺—简介
5.2.3对印模、压印层的要求
[按PPT内容讲][下面是原文]
纳米压印的印模材料必须是硬质材料，以承受足够的压力。印模图形本身可以是硅、二氧化硅、氮化硅或金属。印模图形必须用其他加工技术制作，通常为电子束曝光或光学曝光，然后进行刻蚀或金属溶脱。印模图形的深宽比一般不大于3:1，以利于聚合物对印模空腔的填充和压印后的脱模。为了易于脱模，通常在印模表面涂覆一层脱模剂，或在压印聚合物中掺人脱模添加剂。
[PPT内容]
5.1.5准LIGA工艺—实例1、2
[PPT内容]
5.2纳米压印技术原理
5.2.1简介
5.2.2基本步骤
5.2.3对印模、压印层的要求
5.2.4应用及实例
5.2.5难点及解决方法
5.2.1简介
[PPT内容]
5.2.2基本步骤
[按PPT内容讲][下面是原文]
纳米压印的基本步骤如图7.1所示，在基片（通常是硅片）上以甩胶的方式涂覆一层聚合物（如PMMA，聚甲基丙烯酸甲酯），厚度在100~200nm左右。再用已刻有目标图形的硬“印章”在一定的温度和压力下去“压印”(imprint)PMMA涂层。温度一般在高于聚合物的玻璃化温度约50~100℃左右，压力在50~100bar之间。压印的深度略小于聚合物涂层的厚度，以确保印章不与衬底材料接触，这样可以保护印章面不受损伤。下一步是脱模。将“印章”从压印的聚合物中移出，使软化的PMMA涂层上留下印章的浮雕图案。然后通过反应离子刻蚀去除残留的聚合物薄层，暴露出基底材料表面。纳米压印到这一步就算完成了。由此获得的聚合物图形与光学或电子束曝光显影形成的图形性质完全相同，因此纳米压印是与光刻等效的技术。下面的步骤是图形转移，即以聚合物图形为掩模，通过反应离子刻蚀或金属溶脱技术将压印图形刻蚀转移到基底材料，或沉积金属层形成相应的金属图形。
5.1.1LIGA技术简介——2.LIGA制造微器件的简要过程--1
[PPT内容]
5.1.1LIGA技术简介——2.LIGA制微器件的简要过程--2
[相当于把上一页描述过的过程结合立体图简略复述一下]
5.1.1LIGA技术简介——3.LIGA技术使用的同步辐射X射线光源
[PPT内容]
5.1.2LIGA光刻中用的X射线掩膜——1. X射线掩模的组成
纳米压印需要在高温高压条件下进行，这是限制该技术应用范围的另一个障碍。某些材料在高温下会改变性质或无法经受高压。例如，钻一铂磁性薄膜只有在低于某一温度下才是稳定的，磷化锢在高压下极易碎裂，大多数生物样品不能经受高温高压。另一方面，压印过程中的温度和压力都需要一定时间升高和降低，这也使压印的生产率降低。压印需要的温度和压力直接与所使用的聚合物有关，因此，用其他压印聚合物来取代PMMA是实现低温低压工作条件的关键。已报道的一种新聚合物是HydraneHS2550。这种聚合物的特点是玻璃化温度在0~10℃之间，熔点在30℃，因此非常适于低温低压工作。Hydrane HS255O的另一个特点是抗反应离子刻蚀能力大大好于PMMA。在3层膜系统中以Hydrane作为顶层的压印层可以使压印温度降到50℃，压力降低到5bar。但在室温下压力需要升到30bar才能进行成功的压印。以Hydrane为压印层的图形分辨率也有一定限制，可以实现的点阵图形的最小点直径为150nm，线阵图形的最小线宽为200nm。
[PPT内容]
5.1.2LIGA光刻中用的X射线掩膜——2. X射线掩模的制造--1
[PPT内容]
5.1.2LIGA光刻中用的X射线掩膜——2. X射线掩模的制造--2
[PPT内容][右侧示意图的说明文本框在出现的时候已经有意躲开左侧示意图作用相近的步骤，可以左右对比进行说明]
5.1.3LIGA工艺的制造技术——1.抗蚀光刻胶—1、2
[PPT内容]
5.1.3 LIGA工艺的制造技术——2.光刻工艺—1、2、3
[PPT内容]
5.1.3LIGA工艺的制造技术——2.光刻工艺——实例
[PPT内容]
5.1.3LIGA工艺的制造技术——3.超精细电铸成形—1、2、3、4
[PPT内容]
5.1.3LIGA工艺的制造技术——4.实例
[PPT内容][观察其特点：很高的精度，侧壁陡峭，表面光滑]
大多数微电子工艺技术中使用的聚合物，如光刻胶和电子抗蚀剂，都可以用来作为压印层。聚合物的黏塑性与它的玻璃化温度和分子量有关。当温度在聚合物的玻璃化温度之上时，聚合物变成一种可流动的黏性液体。提高温度可以改善聚合物的流动性。分子量愈小，聚合物的黏性愈小，愈容易流动。PMMA是最早被用来作为压印层的聚合物。常用的PMMA的相对分子质量从50k到980k，玻璃化温度为105℃，压印温度在140~180℃，压力在600~1900ppsi。在这个压力和温度条件下，PMMA的温度伸缩不超过体积的0.8%，压力伸缩不超过体积的0.07%，因而可以保证压印后PMMA的形状与印模的形状一致。图7.2是纳米压印的印模（a）、压印后的PMMA图形（b）和经过金属溶脱形成的金点阵结构（c）。大面积10nm左右的金属点阵结构可以通过纳米压印技术实现，最小的金属点只有6nm，充分展示了压印技术的纳米加工能力。
5.2.4应用及实例
[按PPT内容讲]
5.2.5难点及解决方法
[按PPT内容讲][下面是部分原文]
不均匀：
现象：图形大小不均匀聚合物在印模腔体中的流动输运会形成差异印模的填充不均匀。
解决：增加压力和压印温度。
难深宽比较高、对准难、高温高压
由于聚合物填充印模深度有限，压印技术难以制作深宽比较高的图形结构。多层膜压印技术的出现解决了这个矛盾。典型的多层膜系统由PMGI（底层抗蚀剂）、金属锗Ce（隔离层）、PMMA（顶层抗蚀剂）3层组成。衬底材料可以是硅片或其他材料。PMGI是一种电子工业中常用的聚合物材料。三层膜压印的基本工艺流程为：先在硅基底上旋转涂覆一层PMGI (200nm厚），在热板上加热（270℃）30min，再沉积（电子束蒸发）一层10nm厚的Ge膜于PMGI之上，然后再涂一层PMMA（相对分子质量为5x104）于Ge膜之上从而完成3层膜的制作。将整个膜系烘烤lmin。
一种可靠的具有亚微米精度的对准技术是将对准标记做在印模的背面，采用图像处理方法先将基底的对准标记摄取存入计算机，然后再利用光学显微镜摄取印模背面的对准标记，在移动印模与基底的相对位置过程中，利用屏幕上印模标记图像与已存入计算机的基底标记的图像进行动态对准。整个对准过程是在专门的对准台上进行。一旦对准后将印模与基底用机械方法固定成一个整体，然后移放到压印台上进行压印。用这种方法可以在整个4in硅片上实现小于1µm的对准精度。
5.1 LIGA纳米制造技术原理
5.1.1LIGA技术简介
1. LIGA技术的发展和应用
2. LIGA制造微器件的简要过程
3. LIGA技术使用的同步辐射X射线光源
5.1.1LIGA技术简介——1. LIGA技术的发展和应用
[PPT内容][椭圆内环——LIGA组成] [中环——特点] [外环——应用]
5.1.4LIGA工艺的扩展
[PPT内容]
5.1.4LIGA工艺的扩展——1. LIGA工艺制造阶梯状微结构
[PPT内容]
5.1.4LIGA工艺的扩展——2.加工球形表面的微结构—1、2
[PPT内容]
5.1.4LIGA工艺的扩展——3.侧壁倾角和曲率的控制
[PPT内容]
5.1.5准LIGA工艺—简介
5.2.3对印模、压印层的要求
[按PPT内容讲][下面是原文]
纳米压印的印模材料必须是硬质材料，以承受足够的压力。印模图形本身可以是硅、二氧化硅、氮化硅或金属。印模图形必须用其他加工技术制作，通常为电子束曝光或光学曝光，然后进行刻蚀或金属溶脱。印模图形的深宽比一般不大于3:1，以利于聚合物对印模空腔的填充和压印后的脱模。为了易于脱模，通常在印模表面涂覆一层脱模剂，或在压印聚合物中掺人脱模添加剂。
