芯片升級神助攻 光刻技術(shù)你了解多少？

在如今的科技與社會發(fā)展中，光刻技術(shù)的增長，直接關(guān)系到大型計算機的運作等高科技領(lǐng)域。

光刻技術(shù)是集成電路最重要的加工工藝。在整個芯片制造工藝中，幾乎每個工藝的實施，都離不開光刻技術(shù)。光刻也是制造芯片的最關(guān)鍵技術(shù)，占芯片制造成本的35%以上。

光刻技術(shù)原理

光刻就是把芯片制作所需要的線路與功能區(qū)做出來。利用光刻機發(fā)出的光通過具有圖形的光罩對涂有光刻膠的薄片曝光，光刻膠見光后會發(fā)生性質(zhì)變化，從而使光罩上得圖形復(fù)印到薄片上，從而使薄片具有電子線路圖的作用。

這就是光刻的作用，類似照相機照相。照相機拍攝的照片是印在底片上，而光刻刻的不是照片，而是電路圖和其他電子元件。

光刻技術(shù)是一種精密的微細(xì)加工技術(shù)。常規(guī)光刻技術(shù)是采用波長為2000～4500埃的紫外光作為圖像信息載體，以光致抗光刻技術(shù)蝕劑為中間（圖像記錄）媒介實現(xiàn)圖形的變換、轉(zhuǎn)移和處理，最終把圖像信息傳遞到晶片(主要指硅片)或介質(zhì)層上的一種工藝。

在廣義上，光刻包括光復(fù)印和刻蝕工藝兩個主要方面：

1、光復(fù)印工藝：經(jīng)曝光系統(tǒng)將預(yù)制在掩模版上的器件或電路圖形按所要求的位置，精確傳遞到預(yù)涂在晶片表面或介質(zhì)層上的光致抗蝕劑薄層上。

2、刻蝕工藝：利用化學(xué)或物理方法，將抗蝕劑薄層未掩蔽的晶片表面或介質(zhì)層除去，從而在晶片表面或介質(zhì)層上獲得與抗蝕劑薄層圖形完全一致的圖形。集成電路各功能層是立體重疊的，因而光刻工藝總是多次反復(fù)進(jìn)行。例如，大規(guī)模集成電路要經(jīng)過約10次光刻才能完成各層圖形的全部傳遞。

光刻技術(shù)在狹義上，光刻工藝僅指光復(fù)印工藝。

光刻技術(shù)發(fā)展

1947年，貝爾實驗室發(fā)明第一只點接觸晶體管。從此光刻技術(shù)開始了發(fā)展。

1959年，世界上第一架晶體管計算機誕生，提出光刻工藝，仙童半導(dǎo)體研制世界第一個適用單結(jié)構(gòu)硅晶片。

1960年代，仙童提出CMOS IC制造工藝，第一臺IC計算機IBM360，并且建立了世界上第一臺2英寸集成電路生產(chǎn)線，美國GCA公司開發(fā)出光學(xué)圖形發(fā)生器和分布重復(fù)精縮機。

1970年代，GCA開發(fā)出第一臺分布重復(fù)投影曝光機，集成電路圖形線寬從1.5μm縮小到0.5μm節(jié)點。

1980年代，美國SVGL公司開發(fā)出第一代步進(jìn)掃描投影曝光機，集成電路圖形線寬從0.5μm縮小到0.35μm節(jié)點。

1990年代，1995年，Cano著手300mm晶圓曝光機，推出EX3L和5L步進(jìn)機； ASML推出FPA2500，193nm波長步進(jìn)掃描曝光機。光學(xué)光刻分辨率到達(dá)70nm的“極限”。

2000年以來，在光學(xué)光刻技術(shù)努力突破分辨率“極限”的同時，NGL正在研究，包括極紫外線光刻技術(shù)，電子束光刻技術(shù)，X射線光刻技術(shù)，納米壓印技術(shù)等。

光學(xué)光刻技術(shù)

光學(xué)光刻是通過廣德照射用投影方法將掩模上的大規(guī)模集成電路器件的結(jié)構(gòu)圖形畫在涂有光刻膠的硅片上，通過光的照射，光刻膠的成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而生成電路圖。限制成品所能獲得的最小尺寸與光刻系統(tǒng)能獲得的分辨率直接相關(guān)，而減小照射光源的波長是提高分辨率的最有效途徑。因為這個原因，開發(fā)新型短波長光源光刻機一直是各個國家的研究熱點。

除此之外，根據(jù)光的干涉特性，利用各種波前技術(shù)優(yōu)化工藝參數(shù)也是提高分辨率的重要手段。這些技術(shù)是運用電磁理論結(jié)合光刻實際對曝光成像進(jìn)行深入的分析所取得的突破。其中有移相掩膜、離軸照明技術(shù)、鄰近效應(yīng)校正等。運用這些技術(shù)，可在目前的技術(shù)水平上獲得更高分辨率的光刻圖形。

20世紀(jì)70—80年代，光刻設(shè)備主要采用普通光源和汞燈作為曝光光源，其特征尺寸在微米級以上。90年代以來，為了適應(yīng)IC集成度逐步提高的要求，相繼出現(xiàn)了g譜線、h譜線、I譜線光源以及KrF、ArF等準(zhǔn)分子激光光源。目前光學(xué)光刻技術(shù)的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為縮短曝光光源波長、提高數(shù)值孔徑和改進(jìn)曝光方式。

移相掩模

光刻分辨率取決于照明系統(tǒng)的部分相干性、掩模圖形空間頻率和襯比及成象系統(tǒng)的數(shù)值孔徑等。相移掩模技術(shù)的應(yīng)用有可能用傳統(tǒng)的光刻技術(shù)和i線光刻機在最佳照明下刻劃出尺寸為傳統(tǒng)方法之半的圖形，而且具有更大的焦深和曝光量范圍。相移掩模方法有可能克服線/間隔圖形傳統(tǒng)光刻方法的局限性。

隨著移相掩模技術(shù)的發(fā)展,涌現(xiàn)出眾多的種類, 大體上可分為交替式移相掩膜技術(shù)、衰減式移相掩模技術(shù)；邊緣增強型相移掩模, 包括亞分辨率相移掩模和自對準(zhǔn)相移掩模；無鉻全透明移相掩模及復(fù)合移相方式( 交替移相+ 全透明移相+ 衰減移相+ 二元鉻掩模) 幾類。尤其以交替型和全透明移相掩模對分辨率改善最顯著, 為實現(xiàn)亞波長光刻創(chuàng)造了有利條件。

全透明移相掩模的特點是利用大于某寬度的透明移相器圖形邊緣光相位突然發(fā)生180度變化, 在移相器邊緣兩側(cè)衍射場的干涉效應(yīng)產(chǎn)生一個形如“刀刃”光強分布, 并在移相器所有邊界線上形成光強為零的暗區(qū), 具有微細(xì)線條一分為二的分裂效果, 使成像分辨率提高近1 倍。

光學(xué)曝光技術(shù)的潛力, 無論從理論還是實踐上看都令人驚嘆, 不能不刮目相看。其中利用控制光學(xué)曝光過程中的光位相參數(shù), 產(chǎn)生光的干涉效應(yīng),部分抵消了限制光學(xué)系統(tǒng)分辨率的衍射效應(yīng)的波前面工程為代表的分辨率增強技術(shù)起到重要作用, 包括: 移相掩模技術(shù)、光學(xué)鄰近效應(yīng)校正技術(shù)、離軸照明技術(shù)、光瞳空間濾波技術(shù)、駐波效應(yīng)校正技術(shù)、離焦迭加增強曝光技術(shù)、表面成像技術(shù)及多級膠結(jié)構(gòu)工藝技術(shù)。在實用化方面取得最引人注目進(jìn)展的要數(shù)移相掩模技術(shù)、光學(xué)鄰近效應(yīng)校正技術(shù)和離軸照明技術(shù), 尤其浸沒透鏡曝光技術(shù)上的突破和兩次曝光技術(shù)的應(yīng)用, 為分辨率增強技術(shù)的應(yīng)用更創(chuàng)造了有利條件。

電子束光刻

電子束光刻技術(shù)是微型技術(shù)加工發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù),他在納米制造領(lǐng)域中起著不可替代的作用。電子束光刻主要是刻畫微小的電路圖，電路通常是以納米微單位的。電子束光刻技術(shù)不需要掩膜，直接將會聚的電子束斑打在表面涂有光刻膠的襯底上。

電子束光刻技術(shù)要應(yīng)用于納米尺度微小結(jié)構(gòu)的加工和集成電路的光刻，必須解決幾個關(guān)鍵的技術(shù)問題：電子束高精度掃描成像曝光效率低;電子在抗蝕劑和基片中的散射和背散射現(xiàn)象造成的鄰近效應(yīng)；在實現(xiàn)納米尺度加工中電子抗蝕劑和電子束曝光及顯影、刻蝕等工藝技術(shù)問題。

實踐證明,電子束鄰近效應(yīng)校正技術(shù)、電子束曝光與光學(xué)曝光系統(tǒng)的匹配和混合光刻技術(shù)及抗蝕劑曝光工藝優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用，是一種提高電子束光刻系統(tǒng)實際光刻分辨能力非常有效的辦法。電子束光刻最主要的就是金屬化剝離，第一步是在光刻膠表面掃描到自己需要的圖形。第二部是將曝光的圖形進(jìn)行顯影，去除未曝光的部分，第三部在形成的圖形上沉淀金屬，第四部將光刻膠去除，在金屬剝離的過程中，關(guān)鍵在于光刻工藝的膠型控制。最好使用厚膠，這樣有利于膠劑的滲透，形成清晰的形貌。

聚焦粒子束光刻

聚焦離子束(Focused Ion beam, FIB)的系統(tǒng)是利用電透鏡將離子束聚焦成非常小尺寸的顯微切割儀器，她的原理與電子束光刻相近，不過是有電子變成離子。目前商業(yè)用途系統(tǒng)的離子束為液態(tài)金屬離子源，金屬材質(zhì)為鎵，因為鎵元素具有熔點低、低蒸氣壓、及良好的抗氧化力；典型的離子束顯微鏡包括液相金屬離子源、電透鏡、掃描電極、二次粒子偵測器、5-6軸向移動的試片基座、真空系統(tǒng)、抗振動和磁場的裝置、電子控制面板、和計算機等硬設(shè)備，外加電場于液相金屬離子源 可使液態(tài)鎵形成細(xì)小尖端，再加上負(fù)電場(Extractor) 牽引尖端的鎵，而導(dǎo)出鎵離子束，在一般工作電壓下，尖端電流密度約為1埃10-8 Amp/cm2，以電透鏡聚焦，經(jīng)過一連串變化孔徑 (Automatic Variable Aperture, AVA)可決定離子束的大小，再經(jīng)過二次聚焦至試片表面，利用物理碰撞來達(dá)到切割之目的。

在成像方面，聚焦離子束顯微鏡和掃描電子顯微鏡的原理比較相近，其中離子束顯微鏡的試片表面受鎵離子掃描撞擊而激發(fā)出的二次電子和二次離子是影像的來源，影像的分辨率決定于離子束的大小、帶電離子的加速電壓、二次離子訊號的強度、試片接地的狀況、與儀器抗振動和磁場的狀況，目前商用機型的影像分辨率最高已達(dá) 4nm，雖然其分辨率不及掃描式電子顯微鏡和穿透式電子顯微鏡，但是對于定點結(jié)構(gòu)的分析，它沒有試片制備的問題，在工作時間上較為經(jīng)濟。

聚焦離子束投影曝光除了前面已經(jīng)提到的曝光靈敏度極高和沒有鄰近效應(yīng)之外還包括焦深大于曝光深度可以控制。離子源發(fā)射的離子束具有非常好的平行性，離子束投影透鏡的數(shù)值孔徑只有0.001，其焦深可達(dá)100μm，也就是說，硅片表面任何起伏在100μm之內(nèi)，離子束的分辨力基本不變。而光學(xué)曝光的焦深只有1～2μm為。她的主要作用就是在電路上進(jìn)行修補 ，和生產(chǎn)線制成異常分析或者進(jìn)行光阻切割。

EUV 光刻技術(shù)

在微電子技術(shù)的發(fā)展歷程中，人們一直在研究開發(fā)新的IC制造技術(shù)來縮小線寬和增大芯片的容量。我們也普遍的把軟X射線投影光刻稱作極紫外投影光刻。在光刻技術(shù)領(lǐng)域我們的科學(xué)家們對極紫外投影光刻EUV技術(shù)的研究最為深入也取得了突破性的進(jìn)展，使極紫外投影光刻技術(shù)最有希望被普遍使用到以后的集成電路生產(chǎn)當(dāng)中。它支持22nm以及更小線寬的集成電路生產(chǎn)使用。

EUV是目前距實用化最近的一種深亞微米的光刻技術(shù)。波長為157nm的準(zhǔn)分子激光光刻技術(shù)也將近期投入應(yīng)用。如果采用波長為13nm的EUV，則可得到0.1um的細(xì)條。

在1985年左右已經(jīng)有前輩們就EUV技術(shù)進(jìn)行了理論上的探討并做了許多相關(guān)的實驗。近十年之后微電子行業(yè)的發(fā)展受到重重阻礙才致人們有了憂患意識。并且從微電子技術(shù)的發(fā)展過程能判斷出，若不早日推出極紫外光刻技術(shù)來對當(dāng)前的芯片制造方法做出全面的改進(jìn)，將使整個芯片工業(yè)處在岌岌可危的地步。

EUV系統(tǒng)主要由四部分構(gòu)成：極端紫外光源；反射投影系統(tǒng)；光刻模板（mask）；能夠用于極端紫外的光刻涂層（photo-resist）。

極端紫外光刻技術(shù)所使用的光刻機的對準(zhǔn)套刻精度要達(dá)到10nm，其研發(fā)和制造原理實際上和傳統(tǒng)的光學(xué)光刻在原理上十分相似。對光刻機的研究重點是要求定位要極其快速精密以及逐場調(diào)平調(diào)焦技術(shù)，因為光刻機在工作時拼接圖形和步進(jìn)式掃描曝光的次數(shù)很多。不僅如此入射對準(zhǔn)光波信號的采集以及處理問題還需要解決。

EUV技術(shù)當(dāng)前狀況

EUV技術(shù)的進(jìn)展還是比較緩慢的，而且將消耗大量的資金。盡管目前很少廠商將這項技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)中，但是極紫外光刻技術(shù)卻一直是近些年來的研究熱點，所有廠商對這項技術(shù)也都充滿了期盼，希望這項技術(shù)能有更大的進(jìn)步，能夠早日投入大規(guī)模使用。

各家廠商都清楚，半導(dǎo)體工藝向往下刻，使用EUV技術(shù)是必須的。波長越短，頻率越高，光的能量正比于頻率，反比于波長。但是因為頻率過高，傳統(tǒng)的光溶膠直接就被打穿了。現(xiàn)在，半導(dǎo)體工藝的發(fā)展已經(jīng)被許多物理學(xué)科從各個方面制約了。

在45nm工藝的蝕刻方面，EUV技術(shù)已經(jīng)展現(xiàn)出一些特點所以現(xiàn)在EVU技術(shù)要突破，從外部支持來講，要換光溶膠，但是合適的一直沒找到[3]。而從EUV技術(shù)自身來講，同時盡可能的想辦法降低輸出能量。

目前EUV光刻技術(shù)存在的問題：

1、造價太高，高達(dá)6500萬美元，比193nm ArF浸沒式光刻機貴；

2、未找到合適的光源；

3、沒有無缺陷的掩模；

4、未研發(fā)出合適的光刻膠；

5、人力資源缺乏；

6、能用于22nm工藝早期開發(fā)工作。

EUV光刻技術(shù)前景

在摩爾定律的規(guī)律下，以及在如今科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的信息時代，新一代的光刻技術(shù)就應(yīng)該被選擇和研究，在當(dāng)前微電子行業(yè)最為人關(guān)注，而在這些高新技術(shù)當(dāng)中，極紫外光刻與其他技術(shù)相比又有明顯的優(yōu)勢。極紫外光刻的分辨率至少能達(dá)到30nm以下,且更容易收到各集成電路生產(chǎn)廠商的青睞，因為極紫外光刻是傳統(tǒng)光刻技術(shù)的拓展，同時集成電路的設(shè)計人員也更喜歡選擇這種全面符合設(shè)計規(guī)則的光刻技術(shù)。極紫外光刻技術(shù)掩模的制造難度不高，具有一定的產(chǎn)量優(yōu)勢。

EUV光刻技術(shù)設(shè)備制造成本十分高昂，包括掩模和工藝在內(nèi)的諸多方面花費資金都很大。同時極紫外光刻光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計和制造也極其復(fù)雜，存在許多尚未解決的技術(shù)問題，但對這些難關(guān)的解決方案正在研究當(dāng)中，一旦將這些難題解決，極紫外光刻技術(shù)在大規(guī)模集成電路生產(chǎn)應(yīng)用過程中就不會有原理性的技術(shù)難關(guān)了。

X射線光刻技術(shù)

1895年，德國物理學(xué)家倫琴首先發(fā)現(xiàn)了X射線，也因此獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。X射線是一種與其他粒子一樣具有波粒二象性的電磁波，可以是重原子能級躍遷或著是加速電子與電磁場耦合輻射的產(chǎn)物。X射線的波長極短，1972年X射線被最早提出用于光刻技術(shù)上，X射線在用于光刻時的波長通常在0.7到0.12nm之間，它極強的穿透性決定了它在厚材料上也能定義出高分辨率的圖形。

X射線光刻基礎(chǔ)工藝

X射線波長極短，使得其不會發(fā)生嚴(yán)重的衍射現(xiàn)象。我們在使用X射線進(jìn)行曝光時對波長的選擇是受到一定因素限制的，在曝光過程中，光刻膠會吸收X射線光子，而產(chǎn)生射程隨X射線波長變化而相繼改變的光電子，這些光電子會降低光刻分辨率，X射線的波長越短，光電子的射程越遠(yuǎn)，對光刻越不利。因此增加X射線的波長有助于提高光刻分辨率。然而長波長的X射線會加寬圖形的線寬，考慮多種因素的影響，通常只能折中選擇X射線的波長。

今年來的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)圖形的線寬小到一定程度時（一般為0.01μm以下），被波導(dǎo)效應(yīng)影響，最終得到的圖形線寬要小于實際掩模圖形，因此X光刻分辨率也受到掩模版與晶圓間距大小的影響。

除此之外，還需要大量的實驗研究來解決X射線光刻圖形微細(xì)加工時對圖形質(zhì)量造成影響的諸多因素。

射線光刻掩模

在后光學(xué)光刻的技術(shù)中，其最主要且最困難的技術(shù)就是掩模制造技術(shù)，其中1：1的光刻非常困難，是妨礙技術(shù)發(fā)展的難題之一。所以說，我們認(rèn)為掩模開發(fā)是對于其應(yīng)用于工業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，也是決定成敗的關(guān)鍵。在過去的發(fā)展中，科學(xué)家對其已經(jīng)得到了巨大的發(fā)展，也有一些新型材料的發(fā)現(xiàn)以及應(yīng)用，有一些已經(jīng)在實驗室中得以實踐，但對于工業(yè)發(fā)展還是沒有什么重大的成就。

X射線掩模的基本結(jié)構(gòu)包括薄膜、吸收體、框架、襯底，其中薄膜襯基材料一般使用Si、SiC、金剛石。吸收體主要使用金、鎢等材料，其結(jié)構(gòu)圖如圖所示：

對于掩模的性能要求如下：

1、要能夠使X射線以及其他光線的有效透過，且保障其有足夠的機械強度，具有高的X射線的吸收性，且要足夠厚。

2、保障其高寬比的量，且其要有高度的分辨率以及反差。

3、對于其掩模的尺寸要保障其精度，要沒有缺陷或者缺陷較少。

對于襯基像Si3N4膜常常使用低壓CVD，而常常使用蒸發(fā)濺射電鍍等方法制造吸收體。為提高X射線掩模質(zhì)量需要正確選擇材料、優(yōu)化工藝。

X射線光刻技術(shù)不僅擁有高分辨率，并且有高出產(chǎn)率的優(yōu)點。通過目前對X射線光刻技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀來看，要將投入量產(chǎn)，使其在大規(guī)模或超大規(guī)模IC電路的生產(chǎn)中發(fā)揮更重要的作用，突破高精度圖形掩模技術(shù)難關(guān)已經(jīng)如同箭在弦上。

納米壓印光刻技術(shù)

納米壓印技術(shù)是美國普林斯頓大學(xué)華裔科學(xué)家周郁在20 世紀(jì)1995 年首先提出的。這項技術(shù)具有生產(chǎn)效率高、成本低、工藝過程簡單等優(yōu)點, 已被證實是納米尺寸大面積結(jié)構(gòu)復(fù)制最有前途的下一代光刻技術(shù)之一。目前該技術(shù)能實現(xiàn)分辨率達(dá)5 nm以下的水平。納米壓印技術(shù)主要包括熱壓印、紫外壓印以及微接觸印刷。

納米壓印技術(shù)是加工聚合物結(jié)構(gòu)最常用的方法, 它采用高分辨率電子束等方法將結(jié)構(gòu)復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)圖案制在印章上, 然后用預(yù)先圖案化的印章使聚合物材料變形而在聚合物上形成結(jié)構(gòu)圖案。

1、熱壓印技術(shù)

納米熱壓印技術(shù)是在微納米尺度獲得并行復(fù)制結(jié)構(gòu)的一種成本低而速度快的方法。該技術(shù)在高溫條件下可以將印章上的結(jié)構(gòu)按需復(fù)制到大的表面上, 被廣泛用于微納結(jié)構(gòu)加工。整個熱壓印過程必須在氣壓小于1Pa 的真空環(huán)境下進(jìn)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(xué)性質(zhì)穩(wěn)定, 與大多數(shù)化學(xué)藥品不起反應(yīng), 因此便于壓印結(jié)束后用不同的化學(xué)藥品對印章進(jìn)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比( 38&1) 的鉻薄膜, 作為后序工藝反應(yīng)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(xué)鍵, 必須在SiC 上加高電壓。最后在350V 的直流電壓下, 用反應(yīng)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。

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(fā)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(jìn)而影響生產(chǎn)效率, 而對模壓結(jié)構(gòu)卻沒有明顯改善, 甚至?xí)咕酆衔飶澢鴮?dǎo)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[ 9] 。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(jié)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(yīng)離子刻蝕將殘余的聚合物( PM?MA) 去掉, 模板上的納米圖案完整地轉(zhuǎn)移到硅基底表面的聚合物上, 再結(jié)合刻蝕技術(shù)把圖形轉(zhuǎn)移到硅基底上。

2、紫外壓印光刻技術(shù)

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(zhǔn)機中, 在真空環(huán)境下被固定在各自的卡盤上。當(dāng)襯底和印章的光學(xué)對準(zhǔn)完成后, 開始接觸壓印。透過印章的紫外曝光促使壓印區(qū)域的聚合物發(fā)生聚合和固化成型。

與熱壓印技術(shù)相比, 紫外壓印對環(huán)境要求更低, 僅在室溫和低壓力下就可進(jìn)行,從而使用該技術(shù)生產(chǎn)能大大縮短生產(chǎn)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(shù)很小的彈性體, 用它制作的軟印章能實現(xiàn)高分辨率。然而在隨后的試驗中發(fā)現(xiàn)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(fā)生形變, 近來, 法國國家納米結(jié)構(gòu)實驗室提出使用一種3 層結(jié)構(gòu)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(gòu)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(xù)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(yīng)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。