CN115437213A - 一种纳米压印模板的制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及半导体的技术领域，尤其是涉及一种纳米压印模板的制造工艺，其包括以下步骤：S1：选材清洗，选择合适的圆片作为衬底，并对衬底进行清洗、干燥操作；S2：淀积薄膜，在圆片表面制备压印膜层，并测量压印膜层的厚度；S3：光刻图形，在压印膜层的表面上涂覆光刻胶，通过光刻工艺，将所需的图形以光刻胶为载体留在圆片上；S4：刻蚀工艺，将压印膜层通过深槽刻蚀机进行刻蚀，一直刻蚀到圆片表面上；S5：去胶操作，去除压印膜层上的光刻胶，使压印膜层上具有纳米压印图形。本申请具有降低现有制作纳米压印模板成本的效果。
Description
技术领域
本申请涉及半导体的技术领域，尤其是涉及一种纳米压印模板的制造工艺。
背景技术
目前纳米压印技术突破了传统光刻在特征尺寸减小过程中的难题，具有分辨率高、低成本、高产率的特点。自1995年提出以来，纳米压印已经演变出了多种压印技术，广泛应用于半导体制造、微机电系统、生物芯片、生物医学等领域。NIL技术的基本思想是通过模版，将图形转移到相应的衬底上，转移的媒介通常是一层很薄的聚合物膜，通过热压或者辐照等方法使其结构硬化从而保留下转移的图形。整个过程包括压印和图形转移两个过程。根据压印方法的不同，NIL主要可分为热塑、紫外固化和微接触三种光刻技术。
纳米压印技术是一种有别于传统光刻技术的先进纳米技术，它突破了传统的光刻在特征尺寸减小过程中的难题，将模具上的图形直接转移到衬底上，从而达到了量产化的目的。
随着器件的特征尺寸大幅度减小，光刻也不断面临着新的挑战，而这也直接导致了下一代光刻成本大幅度增加的原因。缩小特征尺寸，就意味着减小光刻中曝光的波长，这也就意味着光刻新旧设备的更替，然而光刻设备的价格往往让人难以接受。
发明内容
为了克服现有光刻技术成本增加的问题，本申请提供一种纳米压印模板的制造工艺。
本申请提供的一种纳米压印模板的制造工艺，采用如下的技术方案：
一种纳米压印模板的制造工艺，包括以下步骤：
S1：选材清洗，选择合适的圆片作为衬底，并对衬底进行清洗、干燥等工艺；
S2：淀积薄膜，在圆片表面制备压印膜层，并测量压印膜层的厚度；
S3：光刻图形，在压印膜层的表面上涂覆光刻胶，通过光刻工艺，将所需的图形以光刻胶为载体留在圆片上；
S4：刻蚀工艺，将压印膜层通过深槽刻蚀机进行刻蚀，一直刻蚀到圆片表面上；
S5：去胶操作，去除压印膜层上的光刻胶，使压印膜层上具有纳米压印图形。
通过采用上述技术方案，在进行纳米压印模板的加工时，采用上述标准、合理化的步骤方法，有效控制在每个环节中的成本，并且每个步骤工序中的操作标准可以被监控，即减少了生产操作中出线问题的几率，又控制了生产成本。
可选的，所述步骤S1中，圆片的平整度小于3μm。
通过采用上述技术方案，圆片表面的平整度可以有效避免圆片表面不平整而影响压印模板的质量。
可选的，所述步骤S2中，通过化学气相沉积、物理气相沉积或者氧化反应，制备压印膜层，所述压印膜层为单层薄膜，或者由多种不同介质材料组成的复合膜层。
通过采用上述技术方案，在加工压印膜层时，采用上述几种方式可以有效准确的加工出压印膜层，避免在压印膜层加工时，出现问题。
可选的，所述步骤S2中，在淀积压印膜层之前，先在衬底表面上制备停止膜层。
通过采用上述技术方案，设置的停止膜层，可以在刻蚀工艺时，防止直接刻蚀到压印膜层上，避免造成圆片衬底的损坏。
可选的，所述步骤S3中，光刻机为Nikon I10，光刻胶为SPR955，光刻后圆片无场花、无明显缺陷、光刻胶胶厚均匀性STDEV＜0.6nm、光刻胶剖面角＞85°。
通过采用上述技术方案，通过对光刻机的型号，所使用的光刻胶进行限定，在加工的过程中，可以提高生产压印模板的效率。
可选的，所述步骤S4中，刻蚀工艺为干法刻蚀，并且刻蚀工艺刻蚀停止在停止膜层上。
通过采用上述技术方案，在刻蚀的过程中，可以只刻蚀到停止膜层上，避免刻蚀的过多，造成压印膜层的损坏。
可选的，所述步骤S4中，沉积和刻蚀的时间比在0.5-3之间，单个周期刻蚀深度在0.05-0.1μm之间，刻蚀机内的腔体压力在25-60mTorr之间，刻蚀气体与沉积气体气流量总量比例在1-2之间，射频功率在1500-3000W之间，刻蚀后需保证圆片片内均匀性＜2%，剖面角在85°-86.5°之间，刻蚀深度在2-5μm之间。
通过采用上述技术方案，在刻蚀的过程中，采用上述刻蚀条件，可以将加工成的图形准确的设置在压印膜层上，提高了刻蚀加工的效率。
可选的，所述步骤S5中，去胶完成后，检测薄膜厚度和纳米图形的结构。
通过采用上述技术方案，使加工完成后的压印模板可以符合设计的要求，不符合的可以重新进行加工修整。
可选的，所述圆片衬底的材料包括硅，压印膜层的材料为SiO2、SiN。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.本发明关于纳米压印模板的制造工艺，工艺步骤相对现有的生产步骤减少了一定的工序，操作起来简单方便，在生产过程中，一旦确定光刻和刻蚀的条件，便可用于制备纳米压印模板；
2.纳米压印技术是通过机械手段进行图案转移，这种方法下分辨率不受光波波长、物镜数值孔径以及光刻胶表面光反射、光刻胶内部散射、衬底反射和显影剂等因素的限制，可突破传统光刻工艺的分辨率极限；可以批量重复作业,且图形可以保持很好的均匀性和重复性；刚性模板加工精度很高，而且可以反复使用，既可以节约加工成本，又可以缩短加工时间；本发明还具有加工原理简单、操作简单等优点；
3.本发明通过在衬底材料上沉积一层或多层薄膜介质层，并通过光刻以及刻蚀工艺在介质层内形成所需要的纳米压印结构，压印模板不同位置、不同图形的结构深度等于介质层的厚度，而薄膜沉积的厚度均匀性优于直接刻蚀硅片的深度均匀性，从而获得深度均匀性更好的高精度压印模板；
4.本发明在制作压印模板的过程中，不需要刻蚀硅片，不会对硅片衬底造成任何损伤，一旦发现工艺异常或者测量得到的纳米图形的数据超过设计要求的标准，或者精度不达标，可以很方便的去除衬底表面的膜层进行返工，从而避免昂贵的硅片报废，有效降低了生产成本，并提高了良品率。
附图说明
图1是本发明的工艺流程步骤图。
具体实施方式
以下结合附图1对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种纳米压印模板的制造工艺。
参照图1，一种纳米压印模板的制造工艺包括以下步骤：
S1：选材清洗；
选择合适的圆片作为衬底，并对衬底进行清洗、干燥等工艺操作，并且清洗后的圆片表面必须保证洁净的状态，另外圆片表面的平整度小于3μm，避免圆片表面不平而影响压印模板的质量，圆片的材料包括硅。
S2：淀积薄膜；
先在圆片的表面制备压印膜层，在制备压印膜层时，通过采用化学气相沉积、物理气相沉积或者氧化反应的方式进行制备，当压印膜层制备完成后，测量压印膜层的厚度，确认厚度以及厚度均匀性是否符合要求，确保压印膜层的薄膜厚度满足最终压印模板的深度要求，如果厚度或者厚度均匀性达不到所需要的精度，则可以通过腐蚀工艺，将不合格的压印膜层去掉，并重复步骤S1和步骤S2；制备的压印膜层为单层薄膜，或者由多种不同介质材料组成的复合膜层，压印膜层的材料为SiO2、SiN。
在衬底上制备压印膜层之前，需要先在衬底表面上通过淀积或者化学反应制备出停止膜层。
S3：光刻图形；
在制备完成的压印膜层表面上涂覆光刻胶，并且通过光刻工艺，将所需要的图形以光刻胶为载体加工到圆片衬底上；本申请实施例中，光刻机为Nikon I10，光刻胶为SPR955，并且光刻胶作为掩蔽物进行光刻工艺，经清洗、预处理、涂胶、曝光、显影后检片，光刻后圆片无场花、无明显缺陷、光刻胶胶厚均匀性STDEV＜0.6nm、光刻胶剖面角＞85°，视为光刻合格，可以进行下一步的操作。
S4：刻蚀工艺；
将圆片通过设置的刻蚀机进行刻蚀，刻蚀机采用深槽刻蚀机，并且刻蚀工艺为干法刻蚀，在刻蚀的过程中，等待刻蚀机腔体内的气体环境稳定后在进行刻蚀工艺，刻蚀工艺停止在停止膜层上。
在刻蚀的过程中，沉积和刻蚀的时间比在0.5-3之间，单个周期刻蚀深度在0.05-0.1μm之间，刻蚀机内的腔体压力在25-60mTorr之间，刻蚀气体与沉积气体气流量总量比例在1-2之间，射频功率在1500-3000W之间，刻蚀后需保证圆片片内均匀性＜2%，剖面角在85°-86.5°之间，刻蚀深度在2-5μm之间。
在刻蚀的过程中，不同形状和不同大小的图形中的薄膜材料被刻蚀完成后，不会继续刻蚀圆片衬底，或者对圆片产生的损伤很小；当所有需要刻蚀的薄膜介质材料被刻蚀干净后，刻蚀工艺停止，最终任意位置纳米结构的深度等于压印膜层的薄膜厚度，由于薄膜沉积的均匀性高于刻蚀的均匀性，因此本申请可以避免由于刻蚀均匀性差带来的深度均匀性问题，从而获得更高、重复性更好的纳米压印模板。
S5：去胶操作；
去除圆片上的光刻胶，去胶完成后，检测薄膜的厚度和纳米图形的结构，通过光学或者电子显微镜等方式来检测纳米结构，确认薄膜的厚度、纳米结构的形貌等是否符合设计要求，如果符合要求，则成为合格的压印模板；若不符合要求，通过湿法腐蚀工艺去除圆片表面上剩余的压印膜层，并重复步骤S1到步骤S5。
本申请实施例中，在步骤S2到步骤S5中，任何一个步骤发生工艺异常，例如步骤S2中的薄膜淀积异常或者步骤S4中的刻蚀工艺异常，都可以直接将衬底表面上的压印薄膜去掉，重新在衬底上加工压印模板，同时，本申请通过在线的无损测量，例如步骤S2中测量薄膜的厚度，或者步骤S5中测量纳米结构的深度、宽度或者薄膜厚度等数据，一旦发现相关参数超范围，精度不达标等问题，都可以去除衬底表面的薄膜，重复步骤S1到步骤S5，而无需将昂贵的硅圆片衬底进行报废，有效降低了生产成本。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种纳米压印模板的制造工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1：选材清洗，选择合适的圆片作为衬底，并对衬底进行清洗、干燥工艺；
S2：淀积薄膜，在圆片表面制备压印膜层，并测量压印膜层的厚度；
S3：光刻图形，在压印膜层的表面上涂覆光刻胶，通过光刻工艺，将所需的图形以光刻胶为载体留在圆片上；
S4：刻蚀工艺，将压印膜层通过深槽刻蚀机进行刻蚀，一直刻蚀到圆片表面上；
S5：去胶操作，去除压印膜层上的光刻胶，使压印膜层上具有纳米压印图形。
2.根据权利要求1所述的一种纳米压印模板的制造工艺，其特征在于：所述步骤S1中，圆片的平整度小于3μm。
3.根据权利要求1所述的一种纳米压印模板的制造工艺，其特征在于：所述步骤S2中，通过化学气相沉积、物理气相沉积或者氧化反应，制备压印膜层，所述压印膜层为单层薄膜，或者由多种不同介质材料组成的复合膜层。
4.根据权利要求1所述的一种纳米压印模板的制造工艺，其特征在于：所述步骤S2中，在淀积压印膜层之前，先在衬底表面上制备停止膜层。
5.根据权利要求1所述的一种纳米压印模板的制造工艺，其特征在于：所述步骤S3中，光刻机为Nikon I10，光刻胶为SPR955，光刻后圆片无场花、无明显缺陷、光刻胶胶厚均匀性STDEV＜0.6nm、光刻胶剖面角＞85°。
6.根据权利要求1所述的一种纳米压印模板的制造工艺，其特征在于：所述步骤S4中，刻蚀工艺为干法刻蚀，并且刻蚀工艺刻蚀停止在停止膜层上。
7.根据权利要求1所述的一种纳米压印模板的制造工艺，其特征在于：所述步骤S4中，沉积和刻蚀的时间比在0.5-3之间，单个周期刻蚀深度在0.05-0.1μm之间，刻蚀机内的腔体压力在25-60mTorr之间，刻蚀气体与沉积气体气流量总量比例在1-2之间，射频功率在1500-3000W之间，刻蚀后需保证圆片片内均匀性＜2%，剖面角在85°-86.5°之间，刻蚀深度在2-5μm之间。
8.根据权利要求1所述的一种纳米压印模板的制造工艺，其特征在于：所述步骤S5中，去胶完成后，检测薄膜厚度和纳米图形的结构。
9.根据权利要求1所述的一种纳米压印模板的制造工艺，其特征在于：所述圆片衬底的材料包括硅，压印膜层的材料为SiO2、SiN。
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