[发明专利]一种复制纳米压印模板的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米压印技术领域，具体为一种复制纳米压印模板的方法。

背景技术

1995年Stephen.Y.chou发明了纳米压印技术。纳米压印就是用带有图形的硬模板利用机械力压软的聚合物(胶)，从而可以将硬模板上的图形转移到胶上。与其他的光刻技术，如电子束光刻、X射线光刻、极远紫外线光刻相比，纳米压印是一种高产量、廉价的光刻技术而且分辨率可达到10nm以下。国际半导体技术发展路线图已将其定为32纳米技术结点以下的光刻技术。经过十几年的发展，纳米压印技术已广泛应用于光学、生物、微机电系统(MEMS)，以及微电子等领域。

模板制造是纳米压印中最为重要的一个部分，模板一般用电子束光刻来制作，但是电子束光刻是一种耗时且昂贵的光刻技术，不适合大批量制造，而且模板在采用过程中容易损坏，这极大的限制了纳米压印的应用和发展。因此纳米压印中模板复制是十分重要的。目前报道的纳米压印模板复制方法有直接采用单层胶压印的，也有采用诸如PMMA/LOR，等双层胶压印的。采用单层胶压印不能形成横向刻蚀，不利于后续的剥离工艺(liftoff)。对于PMMA/LOR双层胶，由于PMMA的玻璃化温度较高，压印温度也必须提高，这会加剧热膨胀引起的图形失真。

发明内容

本发明的目的在于提出一种廉价、快速、图形转移特性良好的复制纳米压印模板的方法。

本发明采用了基于SU8胶的三层结构压印板的压印方法。以电子束光刻技术来制作原始模板，以原始模板后为基础，采用本方法复制子模板。本发明方法的使用的三层结构压印板中，上层胶采用SU8胶，这种胶具有较高的透明度且在紫外固化后有较高的化学稳定性以及机械强度。广泛应用于光学，生物及MEMS领域。由于其玻璃化温度较低，而且在一定温度下具有较低的粘滞系数，因此非常适合用于纳米压印领域。

中间层采用一层介质层或金属层。中间层要求对氧气反应离子刻蚀必须具有很强的抵抗能力，可采用的中间层如二氧化硅(SiO₂)、铬(Cr)、Ti(钛)或Ge等。以SiO₂为例，SiO₂的淀积可采用工艺温度较低的离子束溅射或者旋涂(Spin On Glass(SOG))的方法。SOG采用含Si，O的聚合物前驱体，如HSQ(商品名)胶。经过旋涂且烘焙后聚合物将会分解，有机成分将会挥发，余下的就是SiO₂。采用SOG方法有利于进一步降低成本，简化工艺。

下层采用的是一种易于被O₂反应离子刻蚀(RIE)去除的且容易进行liftoff的胶如PMMA胶。该胶是一种常用电子束光刻胶，microchem公司产品。

上层SU8主要用作压印层以及中间层的刻蚀阻挡层。而下层胶主要用作liftoff层和压印的软着陆层。SU8为一种常用光刻胶，microchem公司产品。

本方法可以应用各种衬底尺寸、各种类型(如Si，SiO2，石英，金属)等模板复制。

本发明提出的方法的具体步骤如下：

(1)首先制备三层结构压印板，三层结构压印板厚度的选取取决于模板图形的尺寸以及后面需要淀积金属的厚度。中间层是非常薄的，且上层的SU8一般比下层的胶要薄，这样有助于剥离以及图形的无失真转移。先在衬底上旋涂下层胶，如PMMA胶，下层胶的旋涂厚度大概在150nm-350nm之间；对下层胶前烘后淀积中间层，中间层的厚度为10nm-40nm；最后旋涂并前烘最上层的SU8胶，厚度为100nm-200nm，且上层胶厚度小于下层胶厚度；中间层村料采用SiO₂、Cr、Ti或Ge；

(2)采用原始模板进行压印。原始模板可以由电子束光刻等高分辨率光刻技术制备。压印前先要在原始模板上覆盖一层抗粘层，抗粘层可以选择十八烷基三氯硅烷(OTS)或三甲基一氯硅烷(TMCS)。接着对三层结构压印板进行压印。经过压印，图形将从模板上转移到上层的SU8中；