紫外光纳米压印光刻简介

上次有人问我，我叫别人去看ITRS2005的规范，其实ITRS还是太专业了~~~~
现在SEMI上看到一篇好文，就转载过来，大家一块看看~~~~

纳米压印光刻（NIL）是公认的低成本、高分辨率、大面积图形加工技术。NIL的关键参数有最小结构尺寸、晶圆与晶圆间的高图形保真度和全晶圆直径范围的高重复性。本文对基于紫外光（UV）的纳米压印光刻作了一些深入的探讨，着重于其当前和潜在的工业应用。

引言
纳米压印光刻（NIL）是一项新兴技术，前几年在研发中已得到广泛应用。其基本原理是基于下列工艺步骤：预先构建的衬底（称为“压印板”或“模板”）浸没在一层淀积在衬底上的光刻胶中；光刻胶填满了压印板的各个空腔，并根据光刻胶的性质用热或紫外光硬化；将压印板与光刻胶分离后，在衬底表面就产生了压印板的复制阴模。

NIL的主要优点是它能制作范围极广的结构，与下一代其它光刻方法（如UV或EUV光刻和193nm浸入式光刻）比较，其成本低，设备比较简单。用 NIL能达到的分辨率只取决于模板的特性。NIL可以归类为三种主要方法：热模压印（HE）、基于UV的纳米压印光刻（UV-NIL）和微米/纳米接触刻印（μ/n-CP）（图1）。

UV-NIL工艺过程可以使用硬模板，如石英玻璃（硬UV-NIL），或软工作压印模板（软UV-NIL）。二者的主要区别是，在硬UV-NIL情况下构建面积限于约25mm×25mm，这是因为受到硬衬底和模板平面度的限制。但是，软UV-NIL工艺过程能在直径达200mm的面积上形成图形，完成一整片晶圆的压印-这是实际应用驱动的，且没有原理上的限制。300mm衬底也可以用EVG的设备和工艺解决方案构建图形。

工艺和设备解决方案
石英玻璃模板可用于硬UV-NIL工艺。根据最小特征尺寸的大小，这些模板常用电子束光刻或光学光刻制造。由于模板本身以及欲作图的衬底厚度变化，硬UV-NIL模板的总尺寸局限在约25mm×25mm，构建图形的面积比较小。因此，这些工艺以一整片晶圆刻印的模式完成，适应较小面积；也用步进重复的模式。后一模式中晶圆在 x/y/phi工件台上的模板下移动，可在面积大至300mm的衬底上作图。
用硬UV-NIL制作了三维光子晶体。光子晶体（PC）是电介质材料，光子带隙（PBG）频率范围内不能发生光传导。不完全带隙存在于波矢子集上。这些结构在三个方向上是周期性的，理论上显示与光偏振方向无关的完整光子带隙。图2示出了所谓的木堆结构（woodpile structure），其中第1、3、5层面对观察者。第1及第5层互相超出，第3层依据木堆结构的设计规则偏移半个周期。利用专用对准手段（莫尔衍射条纹）获得了很高的对准精度，显示对准精度在100nm以下。制作这一结构需要总数达25个工艺步骤，包括交替的UV-NIL、Si溅射、化学机械抛光和干法反应离子刻蚀（RIE）等工艺。

该样本器件表明，UV-NIL能实现3D光子晶体所需的对准精度，而且其工艺与微电子工业中其它成熟工艺有兼容性。

由于硬UV-NIL中衬底厚度的变化以及石英玻璃压印模板的刚性，能一次压印光刻图形的面积如前所说是有限制的。软压印模板能补偿表面形貌差异（对 SEMI标准的Si晶圆，总厚度变化通常在10μm范围内），因此它们能光刻直径达200mm的大面积衬底。软UV-NIL工艺中，用弹性压印模板，它能适配要做压印光刻的衬底的曲率—从而提供了只要在一次压印中就能实现晶圆级光刻成图的选择。与步进重复的硬UV-NIL比较，这一方法更多用于：(1)需要没有任何拼接误差的连续图形，(2)对准精度指标要求比较宽松的应用，尤其是(3)增大器件尺寸以增加器件功能的场合。特别要指出的是，对于光学应用，波导或光子器件的拼接误差是不允许的。工作压印模板是对UV透明的材料，允许UV光透过以便固化压印图形。

弹性压印模板基本上是从某一二维或三维样板模铸而成。大多数情况下用热固化聚二甲基硅烷（PDMS)作为工作压印模板材料。工作模板的制作过程基本上是，把合适的PDMS液态混合物置于称作母板的已制好结构的晶圆上的铸造过程。一旦硅氧烷填充母板的孔穴，就将其在热板上固化，随后取下。这样，新产生的压印模板就是加工中所用母板的对应负板或负拷贝。每个硬UV-NIL石英玻璃压印模板的制作必须用EBL和RIE加工。与此不同的是，软UV-NIL用的硅母板可以几十次地用于弹性压印模板的制作。更先进的是，PDMS模板可在高精度专用模铸单元中制作，这可在EVG的bonding系统上实现。

由于软UV-NIL加工会产生畸变，能达到的套刻对准精度还不能满足纳米电子器件的要求。但是，软UV-NIL已经在如光学元件生产等批量制造中应用了。特别要提到的是，CMOS图形传感器用的微透镜已经用软UV-NIL制造。这些透镜的尺寸明显超越纳米范围。可是，进行加工时似乎与分辨的图形是在微米级还是纳米级无关（图3）。与上面谈及的工业应用相关的是，用工作模板能使图形加工成本降低，因为昂贵的母板可以复制成多个以后用于压印光刻的工作模板。原始母板仅仅用来制造软工作模板，并不直接用于压印光刻。此外，单个工作模板可以产生许多压印的样本。

EVG的IQ Aligner已为这些微米-模铸加工建立了工业标准（图4）。在专用设备上完成了单面和双面的微透镜阵列图形加工。设备支持半自动和全自动加工控制。
软UV-NIL另一个潜在的非常有前景的量产应用是硬盘驱动工业（HDD），它要求高密度存储介质用的新颖制造技术，其存储密度范围是1TB/in2，这种介质称为图案化介质。单一的全衬底压印对硬盘应用尤为重要，因为其各个图形（硬盘磁道记录的各磁道，或分辨率低至20nm的位图介质的各点）的相对位置精度是极其重要的。只有单一的全衬底压印才能保证这一点，步进重复加工是做不到的。图5示出了一压印后Si衬底的原子力显微照片，采用的是软工作模板压印，点的横向尺寸约39nm，图形高度约77nm。这些图形尺寸代表了压印单面硬盘的位图介质的目标。现有技术向NIL过渡的第一步将是最小图形尺寸在 35nm和以上范围的分离磁道记录（DTR）。

结论
基于UV的纳米压印光刻显示出高图形保真地制作纳米范围及以上图形的能力。CMOS图像传感器用的微透镜的UV-NIL图形加工已经成熟并用于批量制造，而软UV-NIL的另一个颇具前景的市场是HDD工业。下一代容量为1Tb/in2的高密度存储介质（图案化介质）现已计划用UV-NIL制造。用软工作模板极为有益，尤其是在硬盘制造中关注减少一些拥有成本（CoO），其中，极其昂贵的母板只用来制造软压印模板，不用于压印加工本身。同样，这一点对硬盘应用也特别重要，此时各个图形的相对位置精度至关紧要，只有单次全晶圆压印才能保证，步进重复工艺则做不到。

纳米压印光刻已作为32、22和16nm节点的集成电路制造技术列入国际半导体技术路线图（ITRS）。尽管IC市场将会是NIL的巨大市场，它也是最具挑战性的。最关键的参数是所需的套刻对准精度（～1/3分辨率，即对32nm节点为10nm）、缺陷率（小于1粒子/cm2)和分辨率。后一参数已经说明，主要取决于模板自身的分辨率。欧洲MEDEA+计划中，对用于32nm节点的相关设备、材料和加工技术的开发作了评估。纳米压印光刻能否使其进入IC工业很大程度上取决于IC工业对评价这一技术以及与设备制造商密切合作的承诺。由于其单次压印工艺模式和CoO优势，软UV-NIL对光学应用是很理想的。这样，除了图像传感器和硬盘外，它也将寻求其进入其他工业应用的途径。

作者：Thomas Glinsner、Gerald Kreindl、Christine Thanner、Markus Wimplinger、Paul Lindner，EV Group上次有人问我，我叫别人去看ITRS2005的规范，其实ITRS还是太专业了~~~~
现在SEMI上看到一篇好文，就转载过来，大家一块看看~~~~

纳米压印光刻（NIL）是公认的低成本、高分辨率、大面积图形加工技术。NIL的关键参数有最小结构尺寸、晶圆与晶圆间的高图形保真度和全晶圆直径范围的高重复性。本文对基于紫外光（UV）的纳米压印光刻作了一些深入的探讨，着重于其当前和潜在的工业应用。

引言
纳米压印光刻（NIL）是一项新兴技术，前几年在研发中已得到广泛应用。其基本原理是基于下列工艺步骤：预先构建的衬底（称为“压印板”或“模板”）浸没在一层淀积在衬底上的光刻胶中；光刻胶填满了压印板的各个空腔，并根据光刻胶的性质用热或紫外光硬化；将压印板与光刻胶分离后，在衬底表面就产生了压印板的复制阴模。

NIL的主要优点是它能制作范围极广的结构，与下一代其它光刻方法（如UV或EUV光刻和193nm浸入式光刻）比较，其成本低，设备比较简单。用 NIL能达到的分辨率只取决于模板的特性。NIL可以归类为三种主要方法：热模压印（HE）、基于UV的纳米压印光刻（UV-NIL）和微米/纳米接触刻印（μ/n-CP）（图1）。

UV-NIL工艺过程可以使用硬模板，如石英玻璃（硬UV-NIL），或软工作压印模板（软UV-NIL）。二者的主要区别是，在硬UV-NIL情况下构建面积限于约25mm×25mm，这是因为受到硬衬底和模板平面度的限制。但是，软UV-NIL工艺过程能在直径达200mm的面积上形成图形，完成一整片晶圆的压印-这是实际应用驱动的，且没有原理上的限制。300mm衬底也可以用EVG的设备和工艺解决方案构建图形。

工艺和设备解决方案
石英玻璃模板可用于硬UV-NIL工艺。根据最小特征尺寸的大小，这些模板常用电子束光刻或光学光刻制造。由于模板本身以及欲作图的衬底厚度变化，硬UV-NIL模板的总尺寸局限在约25mm×25mm，构建图形的面积比较小。因此，这些工艺以一整片晶圆刻印的模式完成，适应较小面积；也用步进重复的模式。后一模式中晶圆在 x/y/phi工件台上的模板下移动，可在面积大至300mm的衬底上作图。
用硬UV-NIL制作了三维光子晶体。光子晶体（PC）是电介质材料，光子带隙（PBG）频率范围内不能发生光传导。不完全带隙存在于波矢子集上。这些结构在三个方向上是周期性的，理论上显示与光偏振方向无关的完整光子带隙。图2示出了所谓的木堆结构（woodpile structure），其中第1、3、5层面对观察者。第1及第5层互相超出，第3层依据木堆结构的设计规则偏移半个周期。利用专用对准手段（莫尔衍射条纹）获得了很高的对准精度，显示对准精度在100nm以下。制作这一结构需要总数达25个工艺步骤，包括交替的UV-NIL、Si溅射、化学机械抛光和干法反应离子刻蚀（RIE）等工艺。

该样本器件表明，UV-NIL能实现3D光子晶体所需的对准精度，而且其工艺与微电子工业中其它成熟工艺有兼容性。

由于硬UV-NIL中衬底厚度的变化以及石英玻璃压印模板的刚性，能一次压印光刻图形的面积如前所说是有限制的。软压印模板能补偿表面形貌差异（对 SEMI标准的Si晶圆，总厚度变化通常在10μm范围内），因此它们能光刻直径达200mm的大面积衬底。软UV-NIL工艺中，用弹性压印模板，它能适配要做压印光刻的衬底的曲率—从而提供了只要在一次压印中就能实现晶圆级光刻成图的选择。与步进重复的硬UV-NIL比较，这一方法更多用于：(1)需要没有任何拼接误差的连续图形，(2)对准精度指标要求比较宽松的应用，尤其是(3)增大器件尺寸以增加器件功能的场合。特别要指出的是，对于光学应用，波导或光子器件的拼接误差是不允许的。工作压印模板是对UV透明的材料，允许UV光透过以便固化压印图形。

弹性压印模板基本上是从某一二维或三维样板模铸而成。大多数情况下用热固化聚二甲基硅烷（PDMS)作为工作压印模板材料。工作模板的制作过程基本上是，把合适的PDMS液态混合物置于称作母板的已制好结构的晶圆上的铸造过程。一旦硅氧烷填充母板的孔穴，就将其在热板上固化，随后取下。这样，新产生的压印模板就是加工中所用母板的对应负板或负拷贝。每个硬UV-NIL石英玻璃压印模板的制作必须用EBL和RIE加工。与此不同的是，软UV-NIL用的硅母板可以几十次地用于弹性压印模板的制作。更先进的是，PDMS模板可在高精度专用模铸单元中制作，这可在EVG的bonding系统上实现。

由于软UV-NIL加工会产生畸变，能达到的套刻对准精度还不能满足纳米电子器件的要求。但是，软UV-NIL已经在如光学元件生产等批量制造中应用了。特别要提到的是，CMOS图形传感器用的微透镜已经用软UV-NIL制造。这些透镜的尺寸明显超越纳米范围。可是，进行加工时似乎与分辨的图形是在微米级还是纳米级无关（图3）。与上面谈及的工业应用相关的是，用工作模板能使图形加工成本降低，因为昂贵的母板可以复制成多个以后用于压印光刻的工作模板。原始母板仅仅用来制造软工作模板，并不直接用于压印光刻。此外，单个工作模板可以产生许多压印的样本。

EVG的IQ Aligner已为这些微米-模铸加工建立了工业标准（图4）。在专用设备上完成了单面和双面的微透镜阵列图形加工。设备支持半自动和全自动加工控制。
软UV-NIL另一个潜在的非常有前景的量产应用是硬盘驱动工业（HDD），它要求高密度存储介质用的新颖制造技术，其存储密度范围是1TB/in2，这种介质称为图案化介质。单一的全衬底压印对硬盘应用尤为重要，因为其各个图形（硬盘磁道记录的各磁道，或分辨率低至20nm的位图介质的各点）的相对位置精度是极其重要的。只有单一的全衬底压印才能保证这一点，步进重复加工是做不到的。图5示出了一压印后Si衬底的原子力显微照片，采用的是软工作模板压印，点的横向尺寸约39nm，图形高度约77nm。这些图形尺寸代表了压印单面硬盘的位图介质的目标。现有技术向NIL过渡的第一步将是最小图形尺寸在 35nm和以上范围的分离磁道记录（DTR）。

结论
基于UV的纳米压印光刻显示出高图形保真地制作纳米范围及以上图形的能力。CMOS图像传感器用的微透镜的UV-NIL图形加工已经成熟并用于批量制造，而软UV-NIL的另一个颇具前景的市场是HDD工业。下一代容量为1Tb/in2的高密度存储介质（图案化介质）现已计划用UV-NIL制造。用软工作模板极为有益，尤其是在硬盘制造中关注减少一些拥有成本（CoO），其中，极其昂贵的母板只用来制造软压印模板，不用于压印加工本身。同样，这一点对硬盘应用也特别重要，此时各个图形的相对位置精度至关紧要，只有单次全晶圆压印才能保证，步进重复工艺则做不到。

纳米压印光刻已作为32、22和16nm节点的集成电路制造技术列入国际半导体技术路线图（ITRS）。尽管IC市场将会是NIL的巨大市场，它也是最具挑战性的。最关键的参数是所需的套刻对准精度（～1/3分辨率，即对32nm节点为10nm）、缺陷率（小于1粒子/cm2)和分辨率。后一参数已经说明，主要取决于模板自身的分辨率。欧洲MEDEA+计划中，对用于32nm节点的相关设备、材料和加工技术的开发作了评估。纳米压印光刻能否使其进入IC工业很大程度上取决于IC工业对评价这一技术以及与设备制造商密切合作的承诺。由于其单次压印工艺模式和CoO优势，软UV-NIL对光学应用是很理想的。这样，除了图像传感器和硬盘外，它也将寻求其进入其他工业应用的途径。

作者：Thomas Glinsner、Gerald Kreindl、Christine Thanner、Markus Wimplinger、Paul Lindner，EV Group