[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，具体涉及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压软的胶，从而可以将硬模板上的图形转移到胶上。由于纳米压印不受衍射的影响，因此与其他的光刻技术，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5nm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有可能得到应用的光刻技术。经过十几年的发展，纳米压印技术已广泛应用于光学(如金属线栅起偏器)、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。而且模板在使用过程中容易损坏，这极大的限制了纳米压印的应用和发展。因此在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使用单层胶压印的，也有使用诸如PMMA/LOR等双层胶压印。使用单层胶压印不能形成横向刻蚀，不利于后续的liftoff工艺。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又快速的复制纳米压印模板的方法。

本发明提出的复制纳米印模板的方法，是采用基于SU8的纳米压印技术本身去制备纳米压印模板。最初的原始模板可以用成本高昂且工艺耗时的电子束光刻、或者其他方法如双光子干涉等来制作，有了原始模板后就可以使用本方法去复制子模板。本发明使用了两层结构的压印方法。其特点是上层胶采用SU8胶。SU8胶由IBM的Armonk在1989年发明，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。已广泛应用于光学，生物及MEMS领域。由于其玻璃化温度较低，如SU8 2000只有50℃，新型的SU8 4000的玻璃化温度只有10℃。而且在一定温度下具有较低的粘滞系数。下层使用的是一种可水溶性的剥离胶，如LOR(LOR为liftoffresist(剥离胶)的简称，具体产品可由MicroChem公司提供)，也可以使用其它对SU8具有一定刻蚀选择比的胶。上层SU8主要用作压印层以及下层胶的刻蚀阻挡层。而下层胶主要用作剥离(liftoff)层和压印的软着陆层。

本发明方法具体操作步骤如下：

(1)旋涂并前烘双层胶：

先在衬底上旋涂下层胶并进行前烘，如果下层胶为LOR胶，则前烘温度为120℃-220℃，时间为13-20分钟；之后旋涂并前烘上层胶，上层胶为SU8胶，前烘温度为85-95℃，时间为8-15分钟；双层胶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，一般而言，上层胶的厚度小于下层胶的厚度，这样有助于liftoff的顺利进行。上层SU8胶的厚度一般在100nm-200nm之间，而下层胶的厚度在150-350nm之间。衬底材料可以是硅，二氧化硅或者玻璃等。

(2)用原始模板进行纳米压印：

原始模板可用电子束光刻或其他高分辨率方法制备。为了使得脱模得以顺利进行，在压印前要先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)。接着在涂有双层胶的衬底上进行压印，压印可以采用普通压印，或者压印结合曝光(combined nanoimprint and photolithography，CNP)的方法。压印温度为80℃-150℃。

(3)去除残余的SU8胶：

对于普通压印可以使用氧气反应离子刻蚀(O₂ RIE)去刻除残余的SU8胶，对于CNP方法则只需要对SU8进行显影即可。

(4)利用SU8作为掩模对下层的胶进行选择性去除：

以水溶性胶LOR为例，LOR是一种liftoff胶，它可以缓慢地溶解于碱性溶液中。这里去除LOR使用的是CD26(商品名，shipley公司产品)溶液，这是一种碱性溶液，它能去除LOR但是对SU8没有任何影响，对LOR的显影(去除)可以形成一定的横向腐蚀，横向腐蚀的程度可以通过调整LOR的前烘温度，和CD26的溶度以及显影时间来控制。CD26的溶度可在40％-60％之间，显影时间可为30s-200s。此横向刻蚀非常有利于之后的liftoff的顺利进行。

(5)可使用常规的金属淀积工艺淀积，如使用物理气相淀积(PVD)或其他温度较低的方法淀积金属层：