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纳米印刷微细图形加工展现独特技术优势

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尽管浸入式光刻技术越来越受到人们的青睐和关注,但是纳米印刷微细图形加工技术(Nanoimprint lithogaphy,简称NIL)的发展也很快。NIL的成本相对较低,很有可能成为下一代微细图形加工技术的有力竞争者。现在,人们已经开始逐渐接受NIL,并且投入了一定的研发资源。就象浸入式光刻一样,作为32 nm工艺的候选方案之一,NIL也被最新版国际半导体技术蓝图(IRTS)所收录。
  NIL有好几种类型,包括凹凸压印(embossing)、烫印(stamping)和塑模(molding)等。其中有些技术采用对整片晶片进行一次性图形转印的办法,有些则采用分布进行、逐步重复完成的方式。NIL技术的应用范围很广,包括显微镜头、微射流元器件以及未来几个工艺时代的主流芯片生产。NIL技术发展非常迅速,目前已经可以达到分辨率小于10 nm的水平。
  几年前,Texas大学Grant Willson研究小组开发了非常著名的NIL技术—步进/闪光纳米印刷(SFIL)。目前,Molecular Imprints Inc.公司可以提供这项技术
。该公司提供的Imprio生产线采用了步进/重复图形转印工艺,最大工作范围为25×25 mm。为了转印50 nm以下的特征结构,它采用了365 nm标准紫外灯,而且不需要OPC掩模版,因此是成本非常低廉的下一代微细图形加工候选技术之一。
  现在,已经有好几家公司加入了纳米印刷领域,包括Nanonex Corp.、  EV Group和SUSS MicroTec等。SUSS公司最近宣布它将推出步进/烫印NIL技术参与即将兴起的市场竞争。Naonex正在使用SUSS现有产品进行NIL技术的尝试。与SFIL一样,步进/烫印NIL技术采用了与传统光刻技术类似的步进和重复工作机制进行大面积的图形转印,而不是对整片晶片进行一次性图形转印。
  步进/烫印NIL工艺中,芯片是按顺序进行纳米印刷的。首先,将高于抗蚀剂(resist)玻璃化转变温度的纳米印刷模板(stamp)压在衬底上并保持足够长的时间,使抗蚀剂表面形成与stamp图形相对应的凹凸结构;然后冷却stamp并将其从抗蚀剂表面揭开,移到下一个地方重复进行上述图形转印。
  几年前,VTT微电子中心采用SUSS MicroTec公司的商业化设备对NIL技术进行了尝试,得到了很好的结果。通过与VTT的合作,SUSS开发了NPS 200系统,用于冷、热压印。
  根据Hitachi全球存储技术中心研究人员的观点,NIL在制造高密度磁性记录器件方面也具有很大的潜力。今年2月的SPIE Microlithography杂志发表了一篇有关NIL的文章。其中,研究人员在展望未来技术发展时指出,NIL与磁性颗粒自组装技术的结合有可能将存储密度提高到40Tb/in2以上。
  在今年的Microlithography会议上,来自Hewlett-Packard Labs、Lawrence Berkeley National Lab和Applied Molecular Systems的研究人员详细描述了他们利用NIL技术制造体积最小、可重复擦写的非挥发性存储器的过程。该存储器的存储密度可以达到6.4Gb/cm2。它采用上下电极之间夹带一层活性分子层的三明治结构。通过NIL技术的应用,研究人员得到了宽40 nm,间距130 nm的导线。该工艺温度和压力相对较低,分别为70℃和500 psi,因此可以使活性分子层保持良好的品质。
  最近,EV Group公布了该公司EVG520HE系统的最新结果,该系统采用的是热压印技术。结果显示分辨率可以达到小于100 nm的水平。
  Nanonex也推出了自己的设备NX-1000,该设备是为热压印设计的。该公司还有另外两套系统NX-2000和NX-3000,它们采用了所谓的UV固化NIL技术。该技术首先将一层很薄的UV光敏(单体)抗蚀剂层旋转涂布在抗蚀剂转移层上;接着通过模板使其变形得到相应的图案;然后用UV光照射使UV光敏层发生交联反应,将图形从模板转移至上层抗蚀剂转移层;最后通过活性离子蚀刻将复制在上部抗蚀剂转移层的图形再次转移至底部抗蚀层,用作后续蚀刻反应的掩模版。
  不能同时转印大尺寸和纳米尺寸图形是NIL的一个缺点。由于图形转印是通过在聚合物材料上施加下压力完成的,转印大尺寸图形时,需要在相对较大的距离内使大量聚合物的分布位置发生变化,因此形成尺寸相对较大的图形比较困难。为此,Michigan大学的研究人员将光刻技术与NIL整合在一起,提出了一种NIL改进技术。它采用了由UV透明材料制作的“混合”掩模版,该掩模版可以同时起到NIL图形转印模板和光刻掩模版的作用。制作在掩模版表面上的凹凸结构可用于转印纳米结构图形,同时通过在上面镶嵌特定图形的金属,该模板还可作为光掩模版,通过光刻技术对较大尺寸的图形进行复制。
来源:半导体国际   作者:  2004/7/3 0:00:00
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