基于NX-2000的四英寸光固化纳米压印光刻技术研究

Nanonex 公司的光固化纳米压印光刻技术（P-NIL）基于NX-2000 纳米压印机，采用专利的气垫压制（ACP）技术，实现了低压室温下 60 秒内的大面积均匀压印；该工艺为双层光刻胶体系，通过紫外光固化完成图案转移，配合两步反应离子刻蚀（RIE）实现图案层间转移，已成功在4 英寸晶圆上制备出 200 纳米间距光栅、20 纳米孔径结构及 MESFET 电路栅极层级等从纳米到数十微米的特征尺寸结构，展现了低成本、高通量及高分辨率的优势。

 思维导图

一、纳米压印光刻技术（NIL）概述

• 定义：一种低成本、高通量的图案化技术，分辨率可达10nm，是未来纳米制造的潜在解决方案。
• Nanonex 的两种实现方式（对比见表 1）：

• 热压印光刻（T-NIL）：单层光刻胶，需加热至玻璃化转变温度（Tg）以上，施压使光刻胶形变，冷却后脱模，需单步氧 RIE 去除残留胶。

光固化纳米压印光刻（P-NIL）：室温低压工艺，双层光刻胶，紫外光固化使顶层液态光刻胶交联，脱模后通过两步 RIE 转移图案。

二、P-NIL 工艺细节

• 玻璃模具：4 英寸 Pyrex 7740 基底（0.5mm 厚），含 100nm 氧化物层（PECVD 沉积），表面图案通过电子束光刻等定义，经氟基 RIE 转移，表面用全氟烷基氯硅烷钝化（脱模剂），凸起高度约60nm。
• 压印基底：4 英寸硅晶圆（500μm 厚），经 NH₄OH:H₂O₂:H₂O（1:1:5）溶液 75℃处理 15 分钟，去离子水冲洗 5 分钟，氮气吹干后 200℃加热，再经高压 CO₂雪枪清洁。
• 光刻胶涂层：

• 底层：Nanonex NXR-3010，旋涂后 90℃烘烤 25 分钟，厚度约200nm。
• 顶层：Nanonex NXR-2010（液态），旋涂厚度约70nm。
• 优势：旋涂法均匀性优于 5%（4 英寸晶圆），工艺周期短（高通量）。
  • 压印过程：玻璃模具压在双层光刻胶上，4 英寸基底施压 15-50psi，紫外光透过模具照射使 NXR-3010 交联，固化时间约 5 秒，脱模后图案复制到顶层光刻胶。
  • 反应离子刻蚀（RIE）：
• 第一步：氟基 RIE 去除沟槽底部残留的 NXR-3010。
• 第二步：以 NXR-3010 为掩膜，氧 RIE 将图案转移至 NXR-2010（选择比 11:1，因 NXR-2010 含硅）。

三、气垫压制（ACP）技术与 NX-2000 设备

• ACP 技术：Nanonex 专利技术，通过各向同性压力实现压印，解决传统平行板压印的压力不均、模具 / 基底相对位移等问题，支持曲面、易碎基底压印，延长模具寿命，无需基底超高平整度（可共形接触）。
• NX-2000 设备：

• 功能：支持 T-NIL、P-NIL 及热压 embossing。
• 性能：亚 10nm 图案化能力，最大处理8 英寸晶圆（标准配置 4 英寸），单次压印周期 <60 秒。

四、P-NIL 技术演示结果

• 在 4 英寸晶圆上成功制备多种结构：

• 周期 100nm、孔径20nm的结构（NXR-3010 光刻胶）。
• 周期 200nm、直径65nm的柱阵列（双层光刻胶，高宽比 6，侧壁笔直光滑）。
• 周期200nm的光栅（转移至底层光刻胶，侧壁光滑）。
• MESFET 电路栅极层级（关键尺寸 1.5μm，4 英寸晶圆压印均匀）。

五、结论

NX-2000 设备的 P-NIL 工艺结合 ACP 技术，实现了 4 英寸晶圆上从纳米到数十微米特征尺寸的大面积均匀复制，在数据存储、光电子学、生物技术等领域应用潜力广阔。

关键问题

光固化纳米压印光刻技术（P-NIL）与热压印光刻技术（T-NIL）的核心区别是什么？
答案：两者核心区别体现在工艺条件和步骤上。T-NIL 为单层光刻胶工艺，需加热至光刻胶玻璃化转变温度（Tg）以上、施加高压使光刻胶形变，冷却定型后通过单步氧 RIE 去除残留胶；而 P-NIL 为室温低压工艺，采用双层光刻胶，通过紫外光固化使顶层液态光刻胶交联，脱模后需两步 RIE（氟基→氧基）完成图案转移，无需高温，压印效率更高（周期 < 60 秒）。

Nanonex 专利的气垫压制（ACP）技术在 P-NIL 工艺中起到了哪些关键作用？
答案：ACP 技术通过提供各向同性压力，解决了传统平行板压印的压力分布不均、模具与基底相对位移等问题；拓展了压印能力，可用于曲面和易碎化合物半导体基底；延长了模具使用寿命；且无需基底具备超高平整度，能实现模具与基底的共形接触，是 P-NIL 实现大面积均匀压印的关键。

NX-2000 纳米压印机在 P-NIL 技术应用中展现了哪些性能优势？已取得哪些具体成果？
答案：NX-2000 的性能优势包括：亚 10nm 图案化能力，支持 4 英寸标准晶圆（最大 8 英寸），单次压印周期 < 60 秒，兼容多种压印工艺。具体成果为：在 4 英寸晶圆上成功制备出 20nm 孔径结构、200nm 间距光栅、65nm 直径柱阵列（高宽比 6）及 1.5μm 关键尺寸的 MESFET 栅极层级，实现了从纳米到微米级的大面积均匀复制。

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