纳米沟槽结构电铸填充工艺研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:yurui4010
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纳米压印光刻技术与传统的复杂光学光刻相比,具有超高分辨率、产量高和成本低等优点,因此被誉为纳米结构制作最具发展潜力技术之一。压印模板是纳米压印光刻技术中最重要的组成部分。目前,使用金属镍制作的压印模板已应用于微纳结构的制作,且同传统硅模板相比,镍模板具有机械强度高,使用寿命远大于硅模板的优点,因此,金属镍被誉为21世纪推进纳米压印光刻技术广泛应用于工业化生产最具潜力的材料。但使用金属镍所制作的纳米压印模板的深宽比均较小,因此制作出强度高、寿命长且具有高深宽比纳米沟槽结构的镍模板,对推动纳米压印光刻技术应用于工业化生产具有重大意义。为完成此类镍模板的制作,首先要实现高深宽比纳米沟槽结构的填充。本文结合各薄膜沉积工艺的特点,分别采用磁控溅射技术、物理蒸镀技术及微电铸技术来填充不同深宽比的纳米沟槽结构。同采用磁控溅射技术填充纳米沟槽结构产生的台阶效应及物理蒸镀技术填充生成的双层金属光栅结构相比,采用微电铸技术填充高深宽比纳米沟槽结构的填充效率高,可控性好,因此最终采用微电铸工艺来实现高深宽比纳米沟槽结构的填充。而通过此方式进行填充的部分伴有空洞的形成,其原因是电铸过程中高深宽比沟槽结构内外传质能力不同,使得不同结构位置的电场分布不均,导致金属沉积速率慢的沟槽底部与侧壁未完全填充时金属沉积速率快的沟槽开口已经封闭,从而形成了此空洞现象。为改善此现象,本文通过向电铸液中添加平整剂健那绿,利用健那绿分子的静电吸附原理:电铸过程中健那绿分子在静电吸附作用下会聚集在电流密度大的纳米光栅结构边缘,降低此处金属的沉积速率,消除了该工艺缺陷,基于此完成了深宽比为1:1(深100nm,线宽100nm)及2:1(深200nm,线宽100nm)的纳米沟槽结构的无空洞填充。本文结合纳米压印技术及电铸工艺,在柔性基底上完成了一块带有6个1.3mm×1.3mm纳米光栅区域的纳米压印镍模板的复制。模板表面光栅周期为200nm,线宽100nm,深度100nm。并在复制镍模板表面沉积了一层单分子层薄膜,在脱模过程中此分子层薄膜起到了降低压印胶或聚合物基底与模板表面间粘附力的作用,减小了基底表面结构的形变量。最后,使用具有较低表面能的镍模板完成了一组验证实验,实验结果表明复制模板特征尺寸与相应原始模板特征尺寸之间有良好的一致性,且复制模板机械强度足以适用于热压过程。
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