納米壓印光刻技術(shù)及其發(fā)展現(xiàn)狀
發(fā)布時(shí)間：2024-06-20 點(diǎn)擊：79
1.引言
由于經(jīng)濟(jì)原因促使半導(dǎo)體業(yè)朝著不斷縮小特征尺寸方向發(fā)展，隨之而來(lái)的技術(shù)進(jìn)步導(dǎo)致了設(shè)備的成本以指數(shù)增長(zhǎng)。由于成本的增長(zhǎng)，人們對(duì)納米壓印光刻這一低成本圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)的關(guān)注越來(lái)越多。通過(guò)避免使用昂貴的光源和投影光學(xué)系統(tǒng)，納米壓印光刻比傳統(tǒng)光刻方法大大降低了成本。
納米壓印光刻技術(shù)的研究始于普林斯頓大學(xué)納米結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室stephen y.chou教授，將一具有納米圖案的模版以機(jī)械力（高溫、高壓）在涂有高分子材料的硅基板上等比例壓印復(fù)制納米圖案，其加工分辨力只與模版圖案的尺寸有關(guān)，而不受光學(xué)光刻的最短曝光波長(zhǎng)的物理限制，目前nil技術(shù)已經(jīng)可以制作線(xiàn)寬在5nm以下的圖案[1]。由于省去了光學(xué)光刻掩模版和使用光學(xué)成像設(shè)備的成本。因此nil技術(shù)具有低成本、高產(chǎn)出的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。此外，nil技術(shù)可應(yīng)用的范圍相當(dāng)廣泛，涵蓋納米電子元件、生物或化學(xué)的硅片實(shí)驗(yàn)室、微流道裝置（微混合器、微反應(yīng)器），超高存儲(chǔ)密度磁盤(pán)、微光學(xué)元件等領(lǐng)域。
2.納米壓印技術(shù)的基本原理和工藝
近十年間，各種創(chuàng)新的nil工藝的研究陸續(xù)開(kāi)展，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果越來(lái)越令人滿(mǎn)意，目前大概可以歸納出四種代表技術(shù)：熱壓印光刻技術(shù)、紫外硬化壓印光刻技術(shù)、軟壓印、激光輔助直接光刻技術(shù)。
2.1 熱壓印（he－nil）
熱壓印的工藝包含下列步驟：
①首先，利用電子束直寫(xiě)技術(shù)（ebdw）制作一片具有納米圖案的si或sio2模版，并且準(zhǔn)備一片均勻涂布熱塑性高分子光刻膠（通常以pmma為主要材料）的硅基板。
②將硅基板上的光刻膠加熱到玻璃轉(zhuǎn)換溫度（glass transfer
temperature）以上，利用機(jī)械力將模版壓入高溫軟化的光刻膠層內(nèi)，并且維持高溫、高壓一段時(shí)間，使熱塑性高分子光刻膠填充到模版的納米結(jié)構(gòu)內(nèi)。
③待光刻膠冷卻固化成形之后，釋放壓力并且將模版脫離硅基板。
④最后對(duì)硅基板進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕（reactive ion etching）去除殘留的光刻膠，即可以復(fù)制出與模版等比例的納米圖案。
2.2 紫外硬化壓印光刻技術(shù)（uv－nil）
使用熱壓印光刻技術(shù)的熱塑性高分子光刻膠必須經(jīng)過(guò)高溫、高壓、冷卻的相變化過(guò)程，在脫模之后壓印的圖案經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生變形現(xiàn)象，因此使用熱壓印技術(shù)不易進(jìn)行多次或三維結(jié)構(gòu)的壓印，為了解決此問(wèn)題，有人開(kāi)始研發(fā)一些可以在室溫、低壓下使用的壓印光刻技術(shù)。
m.bender和m.otto提出一種在室溫、低壓環(huán)境下利用紫外光硬化高分子的壓印光刻技術(shù)[4、5]，其前處理與熱壓印類(lèi)似，首先都必須準(zhǔn)備一個(gè)具有納米圖案的模版，而uv－nil的模版材料必須使用可以讓紫外線(xiàn)穿透的石英，并且在硅基板涂布一層低黏度、對(duì)uv感光的液態(tài)高分子光刻膠，在模版和基板對(duì)準(zhǔn)完成后，將模版壓入光刻膠層并且照射紫外光使光刻膠發(fā)生聚合反應(yīng)硬化成形，然后脫模、進(jìn)行刻蝕基板上殘留的光刻膠便完成整個(gè)uv－nil。
最近紫外壓印一個(gè)新的發(fā)展是提出了步進(jìn)－閃光壓印。步進(jìn)－閃光壓印發(fā)明于austin的texas大學(xué)，它可以達(dá)到10nm的分辨率。先將低粘度的單體溶液滴在壓印的襯底上，用很低的壓力將模版壓倒圓片上， 使液態(tài)分散開(kāi)并填充模版中的空腔。紫外光透過(guò)模版背面輻照單體，固化成型后，移去模版。最后刻蝕殘留層和進(jìn)行圖案轉(zhuǎn)移，得到高縱橫比的結(jié)構(gòu)。
很明顯，紫外壓印相對(duì)于熱壓印來(lái)說(shuō)，不需要高溫、高壓的條件，它可以廉價(jià)的在納米尺度得到高分辨率的圖形，它的工藝可用于發(fā)展納米器件，其中的步進(jìn)－閃光壓印不但導(dǎo)致工藝和工具成本的明顯下降，而且在其他方面也和光學(xué)光刻一樣好或更好，這些其他方面包括工具壽命、模具壽命（不用掩模版）、模具成本、工藝良率、產(chǎn)量和尺寸重現(xiàn)精度。但其缺點(diǎn)是需要在潔凈間環(huán)境下進(jìn)行操作。
2.3 微接觸壓印光刻（microcontact－nil）
微接觸壓印光刻技術(shù)要先通過(guò)光學(xué)或電子束光刻得到模版。模具材料的化學(xué)前體在模版中固化，聚合成型后從模版中脫離，便得到了進(jìn)行微接觸印刷所要求的模具。常常要得到的模具是pdms，接著，pdms模具浸在含有硫醇的試劑中，然后將浸過(guò)試劑的模具壓到鍍金襯底上，襯底可以為玻璃、硅、聚合物等多種形式。另外，在襯底上可以先鍍上一薄層鈦層然后再鍍金，以增加粘連。硫醇與金發(fā)生反應(yīng)，形成自組裝單分子層sam。印刷后有兩種工藝對(duì)其處理。一種是采用濕法刻蝕，如在氫化物溶液中，氫化物的離子促使未被sam層覆蓋的金溶解，而由于sam能有效地阻擋氫化物的離子，被sam覆蓋的金被保留，從而將單分子層的圖案轉(zhuǎn)移到金上。還可以進(jìn)一步以金為掩模，對(duì)未被金覆蓋的地方進(jìn)行刻蝕，再次實(shí)現(xiàn)圖案轉(zhuǎn)移，另一種是在金膜上通過(guò)自組裝單層的硫醇分子來(lái)鏈接某些有機(jī)分子，實(shí)現(xiàn)自組裝，如可以用此方法加工生物傳感器的表面。
微接觸印刷不但具有快速、廉價(jià)的優(yōu)點(diǎn)，而且它還不需要潔凈間的苛刻條件，甚至不需要絕對(duì)平整的表面，微接觸印刷還適合多種不同表面，具有作用方法靈活多變的特點(diǎn)，該方面缺點(diǎn)是在亞微米尺度，印刷時(shí)硫醇分子的擴(kuò)散將影響對(duì)比度，并使印出的圖形變寬。通過(guò)優(yōu)化浸液方式、浸液時(shí)間，尤其是控制好模具上試劑量及分布，可以使擴(kuò)散效應(yīng)下降。
3.納米壓印光刻技術(shù)的現(xiàn)狀
目前，大量的研究機(jī)構(gòu)開(kāi)展了該技術(shù)的研究工作，惠普的研究人員stan williams用納米壓印光刻技術(shù)做出了線(xiàn)寬45nm的實(shí)驗(yàn)存儲(chǔ)芯片，stan williams是惠普實(shí)驗(yàn)室的量子科學(xué)研究方向的高級(jí)研究主任，他說(shuō)："我們正在使用納米壓印光刻技術(shù)來(lái)穩(wěn)定制作可用的、線(xiàn)寬為30nm的集成電路"。
像惠普這樣的研究所和大學(xué)正使用壓印光刻技術(shù)制造大量的分子尺度器件，像他們?cè)谡撐睦锼鶊?bào)道的試驗(yàn)結(jié)果所說(shuō)的那樣，納米壓印這一最有希望的制造方法逐漸成為主流工業(yè)技術(shù)，它不僅可以制造出極微小的圖形而且大大簡(jiǎn)化了許多生產(chǎn)過(guò)程，其成本極低，也許是光學(xué)光刻的十分之一，但是首先要發(fā)展生產(chǎn)準(zhǔn)備工具和制造基礎(chǔ)設(shè)施，并且潛在的客戶(hù)也要相信壓印光刻技術(shù)比其他技術(shù)具有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，雖然惠普的原型芯片離他們的方法產(chǎn)業(yè)化還很遠(yuǎn)，williams深信納米壓印光刻技術(shù)有可能給半導(dǎo)體業(yè)帶來(lái)革命，"我們認(rèn)為這是一個(gè)很有意義的技術(shù)，這是最有希望能在納米領(lǐng)域制造的技術(shù)，"他說(shuō)"現(xiàn)在沒(méi)有其他技術(shù)能做出我們的電路。"
惠普不是唯一的納米壓印的熱衷者，其他五大公司——ev group，molecular imprints，nanonex如表1。obducat以及suss microtec都在致力于這項(xiàng)技術(shù)，他們出售壓印光刻設(shè)備、還是許多其他致力于這項(xiàng)技術(shù)的其他方面的公司，包括模版、聚合物材料以及檢測(cè)工具制造公司，雖然壓印設(shè)備工業(yè)剛興起不久，沒(méi)有數(shù)據(jù)表明這個(gè)市場(chǎng)有多大，molecular imprints和nanonex都聲稱(chēng)已經(jīng)售出大約十幾臺(tái)設(shè)備，其價(jià)格在十萬(wàn)到百萬(wàn)美元間。
各公司在初期階段也在創(chuàng)造良好的大環(huán)境，ev最近成立了一個(gè)行業(yè)協(xié)會(huì)，通過(guò)授予nilcom來(lái)支持十幾家公司、大學(xué)和研究所壓印技術(shù)的商業(yè)化。helge luesebrink，ev的先進(jìn)光刻商業(yè)部主任，估計(jì)到2004年底在世界范圍內(nèi)大約有160臺(tái)壓印設(shè)備，主要在大學(xué)和研究所，而他們公司占據(jù)這些設(shè)備市場(chǎng)份額的四分之一左右。
molecular imprints也稱(chēng)它的研發(fā)伙伴包括了著名的motorola，kla－tencor，lam research，photronics以及carl zeiss。2004年molecular imprints增加了一千二百萬(wàn)美元的風(fēng)險(xiǎn)投資，nist（national institute of standards and technology）資助了3680萬(wàn)美元以證明使用納米壓印用于65nm及以下工藝的可能性。
雖然離壓印技術(shù)的商業(yè)化生產(chǎn)還有至少幾年的距離，工業(yè)人員希望此項(xiàng)技術(shù)可以很快地用于其他市場(chǎng)，molecular imprints的ceo norm schumaker認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)除了硅片外還是許多市場(chǎng)和應(yīng)用，他曾任bell實(shí)驗(yàn)室的研究員并幫助成立了兩家半導(dǎo)體設(shè)備公司。
在數(shù)碼相機(jī)市場(chǎng)，可以使用壓印技術(shù)來(lái)制作高質(zhì)量的圖像傳感器微鏡頭，壓印設(shè)備可以制作濾波器和光子帶隙結(jié)構(gòu)使電視和發(fā)光二極管更加明亮。使用壓印技術(shù)目前是做這些器件最經(jīng)濟(jì)的方法，磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器制造商正注視著壓印技術(shù)制作圖案媒體，小磁點(diǎn)可以替代今天磁記錄材料的一致層，磁盤(pán)制造商komag最近從ev得到壓印技術(shù)許可，并希望擴(kuò)大存儲(chǔ)能力高于每磁盤(pán)160gb，而ev的luesebrink相信到2007年存儲(chǔ)業(yè)就會(huì)使用壓印開(kāi)始大量的生產(chǎn)。
生物行業(yè)是另一個(gè)潛在的市場(chǎng)，schumaker說(shuō)大學(xué)正在使用壓印光刻技術(shù)來(lái)制作一種圖形表面，其上的細(xì)胞不能生長(zhǎng)或沿特定方向生長(zhǎng)，waseda大學(xué)和一家日本的醫(yī)療器械公司正在研究一個(gè)細(xì)胞排列裝置，使用了壓印器件來(lái)快速分析液體并確定特殊的目標(biāo)細(xì)胞。
壓印光刻技術(shù)生存能力最好的證明是nanonex，新澤西州一家有四年歷史的私營(yíng)公司，他們已經(jīng)將這項(xiàng)技術(shù)商業(yè)化生產(chǎn)。nanonex是由princeton大學(xué)stephen chou教授建立，最近開(kāi)始使用自己的壓印設(shè)備生產(chǎn)各種光學(xué)器件包括dvd、cd中改善光信號(hào)的波盤(pán)，nanonex的ceo barry weinbaum沒(méi)有透露誰(shuí)購(gòu)買(mǎi)了這些產(chǎn)品，但聲稱(chēng)正在運(yùn)送這些產(chǎn)品到客戶(hù)手中。
盡管取得了這些進(jìn)步，使用昂貴光學(xué)光刻的半導(dǎo)體業(yè)似乎不愿意接受這個(gè)革命性變化的技術(shù)，而且投資不斷增加難度的向下延伸的光學(xué)光刻，光刻設(shè)備的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者asml，nikon和canon都沒(méi)有表示過(guò)對(duì)壓印技術(shù)的興趣，但有些人認(rèn)為事實(shí)不一定如此，正如ev的luesebrink所說(shuō)：“我確信光學(xué)光刻公司都在進(jìn)行這項(xiàng)技術(shù)工作。”
壓印光刻在半導(dǎo)體制造業(yè)中依然存在爭(zhēng)論，可以理解他們對(duì)不成熟技術(shù)保持的謹(jǐn)慎。“沒(méi)有比半導(dǎo)體制造廠的經(jīng)理更保守的了，”molecular imprints 的schumaker說(shuō)，“他不敢拿三百萬(wàn)美元的設(shè)施來(lái)做堵住。”freescale半導(dǎo)體先進(jìn)光刻技術(shù)研究部經(jīng)理bernie roman認(rèn)為用壓印光刻技術(shù)制作高密度芯片存在很大挑戰(zhàn)，他補(bǔ)充說(shuō)："我們認(rèn)為這不是最好的解決方法。“vlsi的研究分析人員risto puhakka在被問(wèn)及還要多久壓印光刻可以用于半導(dǎo)體業(yè)生產(chǎn)時(shí)，他回答說(shuō)："離那一天還很遙遠(yuǎn)，也許根本就不會(huì)實(shí)現(xiàn)。”
為什么無(wú)法實(shí)現(xiàn)？puhakka稱(chēng)最根本的原因是壓印工具和被制造材料需要接觸，“有東西要接觸硅片，這在半導(dǎo)體業(yè)中是禁忌”，接觸壓印在30年前普遍使用，但逐步被效果更好的光學(xué)光刻方法所淘汰。
其他的原因包括獲得高質(zhì)量模版的難度以及需要其他工具實(shí)現(xiàn)電路各層之間的對(duì)準(zhǔn)，當(dāng)然模版是最有挑戰(zhàn)的一項(xiàng)。“沒(méi)有人開(kāi)始真正地進(jìn)行模版的商業(yè)化生產(chǎn)，”hp的williams說(shuō)，而他們的模版是由lawrence berkeley實(shí)驗(yàn)室制造的。這是一個(gè)“雞生蛋、蛋生雞”的問(wèn)題，他說(shuō)，模版的稀缺導(dǎo)致技術(shù)發(fā)展的緩慢，而模版制造商在市場(chǎng)變大以前不愿意進(jìn)行擴(kuò)大投資。
toppan photomasks的首席技術(shù)專(zhuān)家franklinkalk稱(chēng)他們公司制造有限的壓印光刻模版，但是檢查其缺陷的過(guò)程十分困難，“我們不想再花費(fèi)上百萬(wàn)美元來(lái)購(gòu)買(mǎi)電子束檢查工具，現(xiàn)在那樣做還太早。”看來(lái)，壓印光刻技術(shù)離真正的工業(yè)化還有很長(zhǎng)的路要走。
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由于經(jīng)濟(jì)原因促使半導(dǎo)體業(yè)朝著不斷縮小特征尺寸方向發(fā)展，隨之而來(lái)的技術(shù)進(jìn)步導(dǎo)致了設(shè)備的成本以指數(shù)增長(zhǎng)。由于成本的增長(zhǎng)，人們對(duì)納米壓印光刻這一低成本圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)的關(guān)注越來(lái)越多。通過(guò)避免使用昂貴的光源和投影光學(xué)系統(tǒng)，納米壓印光刻比傳統(tǒng)光刻方法大大降低了成本。
納米壓印光刻技術(shù)的研究始于普林斯頓大學(xué)納米結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室stephen y.chou教授，將一具有納米圖案的模版以機(jī)械力（高溫、高壓）在涂有高分子材料的硅基板上等比例壓印復(fù)制納米圖案，其加工分辨力只與模版圖案的尺寸有關(guān)，而不受光學(xué)光刻的最短曝光波長(zhǎng)的物理限制，目前nil技術(shù)已經(jīng)可以制作線(xiàn)寬在5nm以下的圖案[1]。由于省去了光學(xué)光刻掩模版和使用光學(xué)成像設(shè)備的成本。因此nil技術(shù)具有低成本、高產(chǎn)出的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。此外，nil技術(shù)可應(yīng)用的范圍相當(dāng)廣泛，涵蓋納米電子元件、生物或化學(xué)的硅片實(shí)驗(yàn)室、微流道裝置（微混合器、微反應(yīng)器），超高存儲(chǔ)密度磁盤(pán)、微光學(xué)元件等領(lǐng)域。
2.納米壓印技術(shù)的基本原理和工藝
近十年間，各種創(chuàng)新的nil工藝的研究陸續(xù)開(kāi)展，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果越來(lái)越令人滿(mǎn)意，目前大概可以歸納出四種代表技術(shù)：熱壓印光刻技術(shù)、紫外硬化壓印光刻技術(shù)、軟壓印、激光輔助直接光刻技術(shù)。
2.1 熱壓印（he－nil）
熱壓印的工藝包含下列步驟：
①首先，利用電子束直寫(xiě)技術(shù)（ebdw）制作一片具有納米圖案的si或sio2模版，并且準(zhǔn)備一片均勻涂布熱塑性高分子光刻膠（通常以pmma為主要材料）的硅基板。
②將硅基板上的光刻膠加熱到玻璃轉(zhuǎn)換溫度（glass transfer
temperature）以上，利用機(jī)械力將模版壓入高溫軟化的光刻膠層內(nèi)，并且維持高溫、高壓一段時(shí)間，使熱塑性高分子光刻膠填充到模版的納米結(jié)構(gòu)內(nèi)。
③待光刻膠冷卻固化成形之后，釋放壓力并且將模版脫離硅基板。
④最后對(duì)硅基板進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕（reactive ion etching）去除殘留的光刻膠，即可以復(fù)制出與模版等比例的納米圖案。
2.2 紫外硬化壓印光刻技術(shù)（uv－nil）
使用熱壓印光刻技術(shù)的熱塑性高分子光刻膠必須經(jīng)過(guò)高溫、高壓、冷卻的相變化過(guò)程，在脫模之后壓印的圖案經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生變形現(xiàn)象，因此使用熱壓印技術(shù)不易進(jìn)行多次或三維結(jié)構(gòu)的壓印，為了解決此問(wèn)題，有人開(kāi)始研發(fā)一些可以在室溫、低壓下使用的壓印光刻技術(shù)。
m.bender和m.otto提出一種在室溫、低壓環(huán)境下利用紫外光硬化高分子的壓印光刻技術(shù)[4、5]，其前處理與熱壓印類(lèi)似，首先都必須準(zhǔn)備一個(gè)具有納米圖案的模版，而uv－nil的模版材料必須使用可以讓紫外線(xiàn)穿透的石英，并且在硅基板涂布一層低黏度、對(duì)uv感光的液態(tài)高分子光刻膠，在模版和基板對(duì)準(zhǔn)完成后，將模版壓入光刻膠層并且照射紫外光使光刻膠發(fā)生聚合反應(yīng)硬化成形，然后脫模、進(jìn)行刻蝕基板上殘留的光刻膠便完成整個(gè)uv－nil。
最近紫外壓印一個(gè)新的發(fā)展是提出了步進(jìn)－閃光壓印。步進(jìn)－閃光壓印發(fā)明于austin的texas大學(xué)，它可以達(dá)到10nm的分辨率。先將低粘度的單體溶液滴在壓印的襯底上，用很低的壓力將模版壓倒圓片上， 使液態(tài)分散開(kāi)并填充模版中的空腔。紫外光透過(guò)模版背面輻照單體，固化成型后，移去模版。最后刻蝕殘留層和進(jìn)行圖案轉(zhuǎn)移，得到高縱橫比的結(jié)構(gòu)。
很明顯，紫外壓印相對(duì)于熱壓印來(lái)說(shuō)，不需要高溫、高壓的條件，它可以廉價(jià)的在納米尺度得到高分辨率的圖形，它的工藝可用于發(fā)展納米器件，其中的步進(jìn)－閃光壓印不但導(dǎo)致工藝和工具成本的明顯下降，而且在其他方面也和光學(xué)光刻一樣好或更好，這些其他方面包括工具壽命、模具壽命（不用掩模版）、模具成本、工藝良率、產(chǎn)量和尺寸重現(xiàn)精度。但其缺點(diǎn)是需要在潔凈間環(huán)境下進(jìn)行操作。
2.3 微接觸壓印光刻（microcontact－nil）
微接觸壓印光刻技術(shù)要先通過(guò)光學(xué)或電子束光刻得到模版。模具材料的化學(xué)前體在模版中固化，聚合成型后從模版中脫離，便得到了進(jìn)行微接觸印刷所要求的模具。常常要得到的模具是pdms，接著，pdms模具浸在含有硫醇的試劑中，然后將浸過(guò)試劑的模具壓到鍍金襯底上，襯底可以為玻璃、硅、聚合物等多種形式。另外，在襯底上可以先鍍上一薄層鈦層然后再鍍金，以增加粘連。硫醇與金發(fā)生反應(yīng)，形成自組裝單分子層sam。印刷后有兩種工藝對(duì)其處理。一種是采用濕法刻蝕，如在氫化物溶液中，氫化物的離子促使未被sam層覆蓋的金溶解，而由于sam能有效地阻擋氫化物的離子，被sam覆蓋的金被保留，從而將單分子層的圖案轉(zhuǎn)移到金上。還可以進(jìn)一步以金為掩模，對(duì)未被金覆蓋的地方進(jìn)行刻蝕，再次實(shí)現(xiàn)圖案轉(zhuǎn)移，另一種是在金膜上通過(guò)自組裝單層的硫醇分子來(lái)鏈接某些有機(jī)分子，實(shí)現(xiàn)自組裝，如可以用此方法加工生物傳感器的表面。
微接觸印刷不但具有快速、廉價(jià)的優(yōu)點(diǎn)，而且它還不需要潔凈間的苛刻條件，甚至不需要絕對(duì)平整的表面，微接觸印刷還適合多種不同表面，具有作用方法靈活多變的特點(diǎn)，該方面缺點(diǎn)是在亞微米尺度，印刷時(shí)硫醇分子的擴(kuò)散將影響對(duì)比度，并使印出的圖形變寬。通過(guò)優(yōu)化浸液方式、浸液時(shí)間，尤其是控制好模具上試劑量及分布，可以使擴(kuò)散效應(yīng)下降。
3.納米壓印光刻技術(shù)的現(xiàn)狀
目前，大量的研究機(jī)構(gòu)開(kāi)展了該技術(shù)的研究工作，惠普的研究人員stan williams用納米壓印光刻技術(shù)做出了線(xiàn)寬45nm的實(shí)驗(yàn)存儲(chǔ)芯片，stan williams是惠普實(shí)驗(yàn)室的量子科學(xué)研究方向的高級(jí)研究主任，他說(shuō)："我們正在使用納米壓印光刻技術(shù)來(lái)穩(wěn)定制作可用的、線(xiàn)寬為30nm的集成電路"。
像惠普這樣的研究所和大學(xué)正使用壓印光刻技術(shù)制造大量的分子尺度器件，像他們?cè)谡撐睦锼鶊?bào)道的試驗(yàn)結(jié)果所說(shuō)的那樣，納米壓印這一最有希望的制造方法逐漸成為主流工業(yè)技術(shù)，它不僅可以制造出極微小的圖形而且大大簡(jiǎn)化了許多生產(chǎn)過(guò)程，其成本極低，也許是光學(xué)光刻的十分之一，但是首先要發(fā)展生產(chǎn)準(zhǔn)備工具和制造基礎(chǔ)設(shè)施，并且潛在的客戶(hù)也要相信壓印光刻技術(shù)比其他技術(shù)具有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，雖然惠普的原型芯片離他們的方法產(chǎn)業(yè)化還很遠(yuǎn)，williams深信納米壓印光刻技術(shù)有可能給半導(dǎo)體業(yè)帶來(lái)革命，"我們認(rèn)為這是一個(gè)很有意義的技術(shù)，這是最有希望能在納米領(lǐng)域制造的技術(shù)，"他說(shuō)"現(xiàn)在沒(méi)有其他技術(shù)能做出我們的電路。"
惠普不是唯一的納米壓印的熱衷者，其他五大公司——ev group，molecular imprints，nanonex如表1。obducat以及suss microtec都在致力于這項(xiàng)技術(shù)，他們出售壓印光刻設(shè)備、還是許多其他致力于這項(xiàng)技術(shù)的其他方面的公司，包括模版、聚合物材料以及檢測(cè)工具制造公司，雖然壓印設(shè)備工業(yè)剛興起不久，沒(méi)有數(shù)據(jù)表明這個(gè)市場(chǎng)有多大，molecular imprints和nanonex都聲稱(chēng)已經(jīng)售出大約十幾臺(tái)設(shè)備，其價(jià)格在十萬(wàn)到百萬(wàn)美元間。
各公司在初期階段也在創(chuàng)造良好的大環(huán)境，ev最近成立了一個(gè)行業(yè)協(xié)會(huì)，通過(guò)授予nilcom來(lái)支持十幾家公司、大學(xué)和研究所壓印技術(shù)的商業(yè)化。helge luesebrink，ev的先進(jìn)光刻商業(yè)部主任，估計(jì)到2004年底在世界范圍內(nèi)大約有160臺(tái)壓印設(shè)備，主要在大學(xué)和研究所，而他們公司占據(jù)這些設(shè)備市場(chǎng)份額的四分之一左右。
molecular imprints也稱(chēng)它的研發(fā)伙伴包括了著名的motorola，kla－tencor，lam research，photronics以及carl zeiss。2004年molecular imprints增加了一千二百萬(wàn)美元的風(fēng)險(xiǎn)投資，nist（national institute of standards and technology）資助了3680萬(wàn)美元以證明使用納米壓印用于65nm及以下工藝的可能性。
雖然離壓印技術(shù)的商業(yè)化生產(chǎn)還有至少幾年的距離，工業(yè)人員希望此項(xiàng)技術(shù)可以很快地用于其他市場(chǎng)，molecular imprints的ceo norm schumaker認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)除了硅片外還是許多市場(chǎng)和應(yīng)用，他曾任bell實(shí)驗(yàn)室的研究員并幫助成立了兩家半導(dǎo)體設(shè)備公司。
在數(shù)碼相機(jī)市場(chǎng)，可以使用壓印技術(shù)來(lái)制作高質(zhì)量的圖像傳感器微鏡頭，壓印設(shè)備可以制作濾波器和光子帶隙結(jié)構(gòu)使電視和發(fā)光二極管更加明亮。使用壓印技術(shù)目前是做這些器件最經(jīng)濟(jì)的方法，磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器制造商正注視著壓印技術(shù)制作圖案媒體，小磁點(diǎn)可以替代今天磁記錄材料的一致層，磁盤(pán)制造商komag最近從ev得到壓印技術(shù)許可，并希望擴(kuò)大存儲(chǔ)能力高于每磁盤(pán)160gb，而ev的luesebrink相信到2007年存儲(chǔ)業(yè)就會(huì)使用壓印開(kāi)始大量的生產(chǎn)。
生物行業(yè)是另一個(gè)潛在的市場(chǎng)，schumaker說(shuō)大學(xué)正在使用壓印光刻技術(shù)來(lái)制作一種圖形表面，其上的細(xì)胞不能生長(zhǎng)或沿特定方向生長(zhǎng)，waseda大學(xué)和一家日本的醫(yī)療器械公司正在研究一個(gè)細(xì)胞排列裝置，使用了壓印器件來(lái)快速分析液體并確定特殊的目標(biāo)細(xì)胞。
壓印光刻技術(shù)生存能力最好的證明是nanonex，新澤西州一家有四年歷史的私營(yíng)公司，他們已經(jīng)將這項(xiàng)技術(shù)商業(yè)化生產(chǎn)。nanonex是由princeton大學(xué)stephen chou教授建立，最近開(kāi)始使用自己的壓印設(shè)備生產(chǎn)各種光學(xué)器件包括dvd、cd中改善光信號(hào)的波盤(pán)，nanonex的ceo barry weinbaum沒(méi)有透露誰(shuí)購(gòu)買(mǎi)了這些產(chǎn)品，但聲稱(chēng)正在運(yùn)送這些產(chǎn)品到客戶(hù)手中。
盡管取得了這些進(jìn)步，使用昂貴光學(xué)光刻的半導(dǎo)體業(yè)似乎不愿意接受這個(gè)革命性變化的技術(shù)，而且投資不斷增加難度的向下延伸的光學(xué)光刻，光刻設(shè)備的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者asml，nikon和canon都沒(méi)有表示過(guò)對(duì)壓印技術(shù)的興趣，但有些人認(rèn)為事實(shí)不一定如此，正如ev的luesebrink所說(shuō)：“我確信光學(xué)光刻公司都在進(jìn)行這項(xiàng)技術(shù)工作。”
壓印光刻在半導(dǎo)體制造業(yè)中依然存在爭(zhēng)論，可以理解他們對(duì)不成熟技術(shù)保持的謹(jǐn)慎。“沒(méi)有比半導(dǎo)體制造廠的經(jīng)理更保守的了，”molecular imprints 的schumaker說(shuō)，“他不敢拿三百萬(wàn)美元的設(shè)施來(lái)做堵住。”freescale半導(dǎo)體先進(jìn)光刻技術(shù)研究部經(jīng)理bernie roman認(rèn)為用壓印光刻技術(shù)制作高密度芯片存在很大挑戰(zhàn)，他補(bǔ)充說(shuō)："我們認(rèn)為這不是最好的解決方法。“vlsi的研究分析人員risto puhakka在被問(wèn)及還要多久壓印光刻可以用于半導(dǎo)體業(yè)生產(chǎn)時(shí)，他回答說(shuō)："離那一天還很遙遠(yuǎn)，也許根本就不會(huì)實(shí)現(xiàn)。”
為什么無(wú)法實(shí)現(xiàn)？puhakka稱(chēng)最根本的原因是壓印工具和被制造材料需要接觸，“有東西要接觸硅片，這在半導(dǎo)體業(yè)中是禁忌”，接觸壓印在30年前普遍使用，但逐步被效果更好的光學(xué)光刻方法所淘汰。
其他的原因包括獲得高質(zhì)量模版的難度以及需要其他工具實(shí)現(xiàn)電路各層之間的對(duì)準(zhǔn)，當(dāng)然模版是最有挑戰(zhàn)的一項(xiàng)。“沒(méi)有人開(kāi)始真正地進(jìn)行模版的商業(yè)化生產(chǎn)，”hp的williams說(shuō)，而他們的模版是由lawrence berkeley實(shí)驗(yàn)室制造的。這是一個(gè)“雞生蛋、蛋生雞”的問(wèn)題，他說(shuō)，模版的稀缺導(dǎo)致技術(shù)發(fā)展的緩慢，而模版制造商在市場(chǎng)變大以前不愿意進(jìn)行擴(kuò)大投資。
toppan photomasks的首席技術(shù)專(zhuān)家franklinkalk稱(chēng)他們公司制造有限的壓印光刻模版，但是檢查其缺陷的過(guò)程十分困難，“我們不想再花費(fèi)上百萬(wàn)美元來(lái)購(gòu)買(mǎi)電子束檢查工具，現(xiàn)在那樣做還太早。”看來(lái)，壓印光刻技術(shù)離真正的工業(yè)化還有很長(zhǎng)的路要走。
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