納米壓印技術(shù)綜述

繪梨衣2018/11/012021/5/91納米壓印技術(shù)的背景納米壓印技術(shù)的分類納米壓印技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢2021/5/92納米壓印技術(shù)背景納米壓印的基本原理：通過模板將圖形轉(zhuǎn)移到襯底上，轉(zhuǎn)移的媒介一般為聚合物薄膜，通過熱壓或紫外光固話的方法保留下轉(zhuǎn)移的圖形，從而實現(xiàn)微納結(jié)構(gòu)的制造。基本工藝流程Ref.

ChouSY,KraussPR,RenstromPJ.Imprintofsub‐25nmviasandtrenchesinpolymers[J].Appliedphysicsletters,1995,67(21):3114-3116.2021/5/93納米壓印技術(shù)的優(yōu)勢

光學(xué)光刻的分辨率受限于設(shè)備體積小成本相對較低生產(chǎn)效率高容易制備高深寬比圖案納米壓印2021/5/94納米壓印技術(shù)的發(fā)展歷程熱壓印1995,StephenChou,etal.滾筒壓印1998,StephenChou,etal.步進閃光壓印1999,Colburn,Matthew,etal.三層膜系統(tǒng)2000,

Lebib,A.,etal.逆向納米壓印2002,LJGuo,etal.復(fù)合壓印2004,LJGuo,etal.氣墊加壓2006,StephenChou,etal.晶圓彎曲2008,Wu,Wei,etal.2021/5/95氣墊加壓Ref.GaoH,TanH,ZhangW,etal.Aircushionpressforexcellentuniformity,highyield,andfastnanoimprintacrossa100mmfield[J].NanoLetters,2006,6(11):2438-2441.2021/5/96晶圓彎曲Ref.WuW,TongWM,BartmanJ,etal.Sub-10nmnanoimprintlithographybywaferbowing[J].Nanoletters,2008,8(11):3865-3869.2021/5/97納米壓印技術(shù)的分類

常見的納米壓印技術(shù)有熱壓印(hotembossinglithography)、紫外壓印(UV-nanoimprintlithography)和軟刻蝕(softlithography)三種類型。其中，常見的軟刻蝕有微接觸印刷(microcontactprinting,jnCP)、復(fù)制模塑(replicamolding，REM)、轉(zhuǎn)移微模塑(microtransfermolding，//TM)、毛細(xì)微模塑(micromoldingincapillaries,MIMIC)、溶劑輔助微模塑(solvent-assistedmicromolding,SAMIM)、熱壓注塑(embossingandinjection)等。2021/5/982021/5/992021/5/910根據(jù)固化方法不同，納米壓印可分為熱固化、紫外固化以及熱-紫外同時固化三種方式。其中，熱固化最大的缺點在于:模板在高溫高壓下，表面結(jié)構(gòu)或其他熱塑性材料會有熱膨脹趨勢，這將導(dǎo)致轉(zhuǎn)移圖形尺寸的誤差以及脫模的困難。一般來說，特征尺寸越小，集成度越高，模板與聚合物之間的黏合力越大，使得脫模越困難。紫外固化時間短，相應(yīng)壓力也較低，可以大大減小晶片變形的幾率和程度。同時，模板的高透明性能夠進行高精度對準(zhǔn)，特別適合半導(dǎo)體器件和電路制造。2021/5/9112021/5/9122021/5/913根據(jù)圖形轉(zhuǎn)移范圍不同，納米壓印可分為全晶片(fullwafer)壓印、步進壓印和滾動壓印。其中，步進壓印主要有步進快閃式(stepandflashimprintlithography，S-FlL)和步進重復(fù)(stepandrepeat)這兩種壓印工藝;滾動(卷對卷和卷對板)壓印工藝適合大規(guī)模生產(chǎn)，特別是卷對卷納米壓印工藝，它是一種高效能、低成本的連續(xù)化生產(chǎn)方式，特別適合柔性薄膜壓印。2021/5/9142021/5/915根據(jù)壓印模板不同，納米壓印可分為硬壓印和軟壓印。其中，硬壓印的模板材料主要有石英、硅、氮化硅、金剛石、類金剛石、復(fù)合材料等；軟壓印的模板材料主要有PDMS、PMMA、PET、h-PDMS、PUA、PVA、PVC、PTFE、ETFE等聚合物。2021/5/916納米壓印技術(shù)的研究現(xiàn)狀和趨勢納米壓印技術(shù)是一種操作簡單、圖形轉(zhuǎn)移性能好、加工時間短及成本低廉的圖形復(fù)制方法，采用機械模具微復(fù)型的原理來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光學(xué)光刻，降低了對特殊曝光束源、高精度聚焦系統(tǒng)、極短波長透鏡系統(tǒng)以及抗蝕劑分辨率受光波場效應(yīng)的限制和要求。目前全世界已有5家納米壓印光刻設(shè)備提供商，它們是美國的MolecularImprintsInc.,Nanonex

Corp,奧地利的EVGroup,瑞典的ObducatAB和德國的SussMicrotecCo.,Inc.。盡管納米壓印光刻技術(shù)從原理上回避了昂貴的投影鏡組和光學(xué)系統(tǒng)固有的物理限制，但因其屬于接觸式圖形轉(zhuǎn)移過程，又衍生了許多新的技術(shù)問題，其中1∶1壓印模具的制作、套印精度、模具的使用壽命、生產(chǎn)率和缺陷控制被認(rèn)為是當(dāng)前最大的技術(shù)挑戰(zhàn)。2021/5/9172021/5/918Thediagramofthemicrofluidicchip.2021/5/919納米壓印光刻技術(shù)從原理上回避了昂貴的投影鏡組和光學(xué)系統(tǒng)固有的物理限制，但因其屬于接觸式圖形轉(zhuǎn)移過程，又衍生了許多新的技術(shù)問題，其中1∶1壓印模具的制作、套印精度、模具的使用壽命、生產(chǎn)率和缺陷控制被認(rèn)為是當(dāng)前最大的技術(shù)挑戰(zhàn)?，F(xiàn)在納米壓印的發(fā)展主要表現(xiàn)在以下三方面:(1)超大規(guī)模集成電路圖形化納米壓印光刻。針對納米壓印光刻成為下一代光刻技術(shù)的前景，研發(fā)其工業(yè)化的核心工藝技術(shù)和裝備關(guān)鍵技術(shù)。目前的該領(lǐng)域研究人員正致力于解決高分辨率壓印模版制造、模版壽命保障、圖形轉(zhuǎn)移缺陷控制、多層套印精度保證等核心問題。(2)將納米壓印技術(shù)引入聚合物太陽能電池的制備，通過異質(zhì)節(jié)結(jié)構(gòu)的納米圖形化，提高光電轉(zhuǎn)換效率。將納米晶、納米線等納米結(jié)構(gòu)引入有機-無機復(fù)合太陽能電池制造，實現(xiàn)其機械柔性和高光電轉(zhuǎn)換效率。該領(lǐng)域研究人員期望在目前常規(guī)的硅系太陽能電池之外，探索新一代太陽能電池的結(jié)構(gòu)和大規(guī)模制造技術(shù)。(3)將微結(jié)構(gòu)圖形化技術(shù)和碳納米管生長技術(shù)相結(jié)合，探索新型場發(fā)射顯示技術(shù)。將納米結(jié)構(gòu)成形技術(shù)應(yīng)用于平板顯示技術(shù)(