纳米压印光刻技术的研究与发展.doc

纳米压印光刻技术的研究与发展 2 0 1 3 年 1 0 月 陕 西 理 工 学 院 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) O c t . 2 0 1 3第 2 9 卷 第 5 期 J o u r n a l o f S h a a n x i U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ( N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n ) V o l . 2 9 N o . 5 文 章 编 号 1 6 7 3 - 2 9 4 4 ( 2 0 1 3 ) 0 5 - 0 0 0 1 - 0 5纳 米 压 印 光 刻 技 术 的 研 究 与 发 展1 , 2 1 2 2 2陈 建 刚 , 魏 培 , 陈 杰 峰 , 赵 知 辛 , 何 雅 娟( 1 . 西 安 交 通 大 学 机 械 工 程 学 院 , 陕 西 西 安 7 1 0 0 4 9 ; 2 . 陕 西 理 工 学 院 机 械 工 程 学 院 , 陕 西 汉 中 7 2 3 0 0 0 ) 摘 要 介 绍 纳 米 压 印 光 刻 技 术 的 研 究 现 状 和 发 展 状 况 , 分 析 常 用 的 热 压 印 ( H o t E m b o s s i n g L i t h o g r a p h y , H E L ) 、 紫 外 固 化 压 印 ( U l t r a V i o l e t N a n o i m p r i n t L i t h o g r a p h y , U V N I L ) 及 微 接 触压 印 ( M i c r o C o n t a c t P r i n t i n g , C P ) 三 种 光 刻 的 工 艺 过 程 。 探 讨 纳 米 压 印 光 刻 方 法 的 优 缺 点 及影 响 压 印 图 形 质 量 的 主 要 因 素 , 旨 在 加 深 对 纳 米 压 印 光 刻 工 艺 过 程 ( 模 具 制 作 、 压 印 过 程 及 图形 转 移 ) 深 层 次 的 理 解 和 认 识 , 从 而 解 决 纳 米 压 印 光 刻 过 程 中 存 在 的 一 些 关 键 问 题 , 为 新 型 纳米 压 印 技 术 的 研 究 和 发 展 提 供 必 要 的 科 学 依 据 。 关 键 词 纳 米 压 印 ; 工 艺 过 程 ; 图 形 质 量 ; 关 键 问 题 中 图 分 类 号 T N 3 0 5 . 7 文 献 标 识 码 A0 引 言纳 米 压 印 光 刻 技 术 ( N a n o i m p r i n t L i t h o g r a p h y , N I L ) 是 一 种 操 作 简 单 、 图 形 转 移 性 能 好 、 加 工 时 间 短 及成 本 低 廉 的 图 形 复 制 方 法 , 采 用 机 械 模 具 微 复 型 的 原 理 来 代 替 传 统 的 光 学 光 刻 , 降 低 了 对 特 殊 曝 光 束源 、 高 精 度 聚 焦 系 统 、 极 短 波 长 透 镜 系 统 以 及 抗 蚀 剂 分 辨 率 受 光 波 场 效 应 的 限 制 和 要 求 , 该 方 法 是 由 美国 普 林 斯 顿 大 学 的 华 裔 科 学 家 S t e p h e n Y . C H O U 等 于 1 9 9 5 年 首 先 提 出 , 为 纳 米 光 刻 技 术 的 研 究 与 发 展提 供 了 新 思 路 , 许 多 知 名 大 学 和 研 究 机 构 都 在 致 力 于 纳 米 压 印 光 刻 技 术 的 研 究 、 开 发 与 应 用 , 如 哈 佛 大学 、 密 西 根 大 学 、 普 林 斯 顿 大 学 、 林 肯 实 验 室 、 德 克 萨 斯 大 学 、 摩 托 罗 拉 、 惠 普 公 司 、 瑞 士 的 P a u l S c h e m e r研 究 所 及 德 国 亚 琛 工 业 大 学 等 。 近 年 来 , 西 安 交 通 大 学 大 机 械 学 院 微 纳 米 制 造 研 究 团 队 依 托 机 械 制 造系 统 工 程 国 家 重 点 实 验 室 , 在 国 家 自 然 科 学 基 金 重 大 研 究 计 划 “ 纳 米 制 造 的 基 础 研 究 ” 重 点 项 目 和“ 9 7 3 ” 计 划 项 目 课 题 支 持 下 , 于 国 内 较 早 开 展 纳 米 压 印 技 术 研 究 , 在 纳 米 结 构 成 形 机 理 、 工 艺 开 发 和 装备 集 成 方 面 取 得 了 一 系 列 研 究 成 果 , 目 前 的 研 究 将 致 力 于 解 决 高 分 辨 率 压 印 模 版 制 造 、 模 版 寿 命 保 障 、 1 图 形 转 移 缺 陷 控 制 、 多 层 套 印 精 度 保 证 等 核 心 问 题 。1 纳 米 压 印 技 术 的 基 本 原 理 和 工 艺纳 米 压 印 光 刻 是 一 种 新 型 的 纳 米 结 构 制 作 方 法 , 该 工 艺 通 过 光 刻 胶 的 物 理 变 形 来 实 现 图 像 的 转 移 ,加 工 的 尺 度 突 破 了 传 统 光 刻 的 工 艺 极 限 , 压 印 机 设 备 工 作 原 理 如 图 1 所 示 。 为 保 证 模 具 、 基 片 在 压 印 过程 中 均 匀 受 热 , 防 止 压 印 图 案 由 于 不 均 匀 受 热 发 生 变 形 , 压 印 设 备 中 设 置 了 上 下 两 个 带 加 热 、 冷 却 的 压收 稿 日 期 : 2 0 1 3 0 1 2 9基 金 项 目 : 国 家 8 6 3 高 技 术 研 究 发 展 计 划 资 助 项 目 ( 2 0 1 1 A A 1 0 0 5 0 7 ) ; 陕 西 省 教 育 厅 2 0 1 1 年 专 项 科 研 项 目 ( 1 1 J K 0 5 4 9 ) ;陕 西 理 工 学 院 2 0 1 2 年 校 级 横 向 项 目 ( 1 2 S X L G 4 2 5 0 4 8 5 )作 者 简 介 : 陈 建 刚 ( 1 9 7 8 ? ) , 男 , 陕 西 省 扶 风 县 人 , 陕 西 理 工 学 院 讲 师 , 博 士 生 , 主 要 研 究 方 向 为 微 流 体 器 件 的 设 计 与 制造 、 纳 米 制 造 工 艺 及 应 用 。1 ? 陕 西 理 工 学 院 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) 第 2 9 卷印 盘 ; 为 减 小 模 具 和 基 片 的 磨 损 , 该 设 备 中 还 设 有 弹 性 缓 冲垫 , 同 时 也 起 到 一 定 的 自 调 节 作 用 , 从 而 保 持 模 具 与 基 片 平 行的 作 用 ; 通 过 连 接 球 传 递 压 力 可 以 自 动 调 节 模 具 与 基 片 的 水平 位 置 ; 为 保 证 模 具 与 基 片 平 行 以 及 压 印 方 向 与 基 片 垂 直 , 在实 压 印 机 设 备 上 安 装 有 以 单 板 机 为 控 制 的 油 压 驱 动 自 反 馈 校准 系 统 ; 同 时 , 高 精 度 的 卡 盘 和 模 具 与 基 片 的 自 动 装 入 系 统 使得 模 具 与 基 片 可 以 精 确 定 位 , 不 产 生 任 何 水 平 方 向 的 滑 动 ; 此设 备 具 有 自 动 退 模 系 统 , 可 以 监 控 退 模 过 程 中 压 力 的 变 化 , 并防 止 出 现 水 平 方 向 的 剪 切 力 , 这 种 剪 切 力 会 对 压 印 图 案 造 成1 油 压 系 统 , 2 真 空 腔 体 ,损 伤 。 为 避 免 气 泡 在 聚 合 物 图 案 上 产 生 缺 陷 , 压 印 机 腔 体 要3 压 印 盘 , 4 加 热 冷 却 线 , 5 压 模 , 2 抽 成 真 空 。 纳 米 压 印 光 刻 的 工 艺 过 程 涉 及 到 光 刻 胶 在 不 同6 聚 合 物 薄 膜 , 7 基 片 , 8 连 接 球温 度 、 压 力 下 的 力 学 特 性 , 如 热 压 印 过 程 中 压 力 、 温 度 及 时 间图 1 压 印 设 备 原 理 图关 系 的 控 制 规 律 , 如 聚 甲 基 丙 烯 酸 甲 酯 ( P o l y m e t h y l m e t h a c r y l a t e , P M M A ) 在 压 印 前 应 将 聚 合 物 ( P M M A ) 和 模 具 加 热 到 聚 合 物 ( P M M A ) 玻 璃 转 化 温 度 ( G l a s s T r a n s f e rT e m p e r a t u r e , G T T ) , 此 时 聚 合 物 具 有 很 好 的 流 动 性 , 而 退 模 时 温 度 应 冷 却 ( G T T ) 附 近 , 在 此 温 度 下 退 模可 以 避 免 对 压 模 和 聚 合 物 薄 膜 的 损 伤 , 保 持 压 强 的 时 间 应 超 过 最 高 温 度 的 保 持 时 间 , 以 保 证 不 同 部 位 的聚 合 物 充 分 填 入 压 模 图 案 。 现 有 的 纳 米 压 印 光 刻 工 艺 主 要 包 括 热 压 印 ( H o t E m b o s s i n g L i t h o g r a p h y ,H E L ) 、 紫 外 纳 米 压 印 ( U l t r a V i o l e t N a n o i m p r i n t L i t h o g r a p h y , U V N I L ) 和 微 接 触 印 刷 ( M i c r o C o n t a c t P r i n t i n g , C P ) 。1 . 1 热 压 印热 压 印 ( H E L ) 的 工 艺 过 程 如 图 2 所 示 , 在 均 匀 涂 布 热 塑性 高 分 子 光 刻 胶 ( 如 P M M A ) 的 硅 基 板 , 利 用 电 子 束 直 写 技 术( E l e c t r o n B e a m D i r e c t W r i t i n g , E B D W ) 制 作 的 具 有 纳 米 图 案 的S i 或 S i O 模 版 。 在 硅 基 板 上 的 光 刻 胶 加 热 到 玻 璃 转 换 温 度2( G T T ) 以 上 , 将 模 具 以 一 定 的 压 力 盖 在 硅 基 板 上 , 模 具 的 空 腔中 就 会 填 入 光 刻 胶 , 再 经 冷 却 、 刻 蚀 后 处 理 便 可 得 到 所 需 的 纳米 图 形 。 由 于 热 压 印 高 温 、 高 压 的 工 作 条 件 , 往 往 会 产 生 图 形尺 寸 的 形 变 误 差 和 难 于 脱 模 的 现 象 , 要 提 高 热 压 印 的 图 形 质量 , 必 须 改 变 图 形 转 移 时 的 均 匀 性 、 降 低 光 刻 胶 热 的 变 形 效应 , 这 项 技 术 的 代 表 有 N a n o n e x 、 S u s s M i c r o t e c 以 及 E V G 3 图 2 热 压 印 的 工 艺 过 程等 。1 . 2 紫 外 硬 化 压 印 光 刻 技 术使 用 热 压 印 技 术 进 行 三 维 结 构 压 印 时 , 光 刻 胶 必 须 经 过高 温 、 高 压 、 冷 却 的 相 变 化 过 程 , 压 印 产 品 图 案 的 变 形 现 象 往往 会 产 生 于 脱 模 之 后 , 为 解 决 此 问 题 , M . B e n d e r 和 M . O t t o 提出 一 种 在 室 温 、 低 压 环 境 下 利 用 紫 外 光 硬 化 高 分 子 的 压 印 光刻 技 术 , 其 工 艺 过 程 如 图 3 所 示 , 前 处 理 与 热 压 印 类 似 , 其 图案 模 版 材 料 必 须 采 用 能 使 紫 外 线 穿 透 的 石 英 ( 无 机 矿 物 质 , 主要 成 分 是 S i O , 常 含 有 少 量 杂 质 成 分 如 A l O 、 C a O 、 M g O 等 ,2 2 3一 般 为 半 透 明 或 不 透 明 的 乳 白 色 晶 体 , 质 地 坚 硬 ) 。 在 硅 基 板涂 布 一 层 低 黏 度 、 对 U V 感 光 的 液 态 高 分 子 光 刻 胶 。 在 模 版和 基 板 对 准 完 成 后 , 将 模 版 压 入 光 刻 胶 层 并 且 照 射 紫 外 光 使光 刻 胶 发 生 聚 合 反 应 硬 化 成 形 , 然 后 脱 模 、 进 行 刻 蚀 基 板 上 残 4 图 3 U V 压 印 工 艺 过 程留 的 光 刻 胶 , 即 可 完 成 整 个 紫 外 硬 化 压 印 光 刻 的 工 艺 过 程 。2 ?第 5 期 陈 建 刚 , 魏 培 , 陈 杰 峰 , 等 纳 米 压 印 光 刻 技 术 的 研 究 与 发 展 1 . 3 微 接 触 压 印 光 刻 ( M i c r o C o n t a c t N I L )微 接 触 压 印 光 刻 是 由 W h i t e s i d e s 等 人 于 1 9 9 3 年 5 提 出 的 。 具 体 的 工 艺 如 图 4 所 示 , 采 用 硅 片 制 作 基板 , 将 液 态 的 聚 二 甲 基 硅 氧 烷 ( P o l y d i m e t h y l s i l o x a n e ,P D M S ) 涂 于 其 上 , 当 P D M S 凝 结 成 弹 性 固 体 时 , 可 以将 其 揭 下 作 为 模 板 , 将 表 面 涂 有 硫 醇 试 剂 的 模 板 压 在带 有 金 属 表 面 的 硅 片 基 板 上 , 由 于 硫 醇 与 金 的 表 面 起反 应 形 成 一 层 高 度 有 序 的 薄 膜 称 为 自 组 装 单 层 ( S e l f A s s e m b l e d M o n o l a y e r , S A M ) , 即 可 复 制 模 板 上 的 图 案并 对 其 做 后 续 处 理 。 此 方 法 可 进 行 5 0 n m 结 构 的 复图 4 微 接 触 压 印 光 刻 工 艺 过 程制 工 作 , 有 效 降 低 压 印 成 本 , 提 高 工 作 效 率 , 特 别 是“ 一 版 多 印 ” , 即 用 一 个 模 板 又 可 以 完 成 多 次 印 刷 , 这 是 微 接 触 印 刷 法 优 势 所 在 。常 见 纳 米 压 印 工 艺 过 程 性 能 参 数 如 表 1 所 示 , 由 表 1 可 知 分 辨 率 最 高 的 是 热 压 印 。 由 于 热 压 印 形变 误 差 及 脱 模 难 , 一 种 激 光 辅 助 压 印 技 术 ( L a s e r A s s i s t e d D i r e c t I m p r i n t , L A D I ) 被 S t e p h e n C h o u 提 出 , 其结 构 复 制 采 用 准 分 子 激 光 照 射 硅 板 , 时 间 非 常 短 , 只 需 纳 秒 级 即 可 完 成 , 有 效 避 免 热 压 印 的 形 变 误 差 , 此 6 方 法 也 为 大 面 积 压 印 提 供 了 新 思 路 , L A D I 被 该 行 业 认 为 最 具 前 景 的 纳 米 压 印 技 术 。表 1 常 见 纳 米 压 印 工 艺 过 程项 目 热 压 印 紫 外 硬 化 压 印 微 接 触 压 印模 具 材 料 硬 质 模 具 透 紫 外 光 硬 质 模 具 软 模 具最 小 尺 寸 5 n m 1 0 n m 6 0 n m模 具 成 本 高 低 低施 压 方 式 高 中 低压 印 温 度 玻 璃 化 温 度 室 温 室 温压 印 过 程 直 接 压 紫 外 曝 光 S A M 自 组 装多 次 压 印 好 好 差2 纳 米 压 印 光 刻 的 关 键 技 术2 . 1 图 形 复 制 工 艺 7 影 响 纳 米 图 形 复 制 成 功 的 主 要 因 素 是 聚 合 物 材 料 和 高 品 质 的 高 分 辩 率 的 印 章 模 具 。 研 究 人 员在 制 作 高 品 质 的 高 密 度 模 具 方 面 进 行 了 成 功 的 尝 试 。 如 微 流 道 模 具 的 制 作 工 艺 :第 1 步 , 微 流 道 掩 模 板 的 制 作 , 根 据 设 计 要 求 , 首 先 通 过 在 高 洁 净 度 、 高 平 整 度 的 石 英 玻 璃 上 , 镀 上一 层 铬 , 铬 上 再 覆 盖 一 层 防 反 射 物 质 , 最 上 面 涂 覆 一 层 感 光 胶 ; 再 由 图 形 发 生 器 通 过 选 择 性 曝 光 在 铬 版的 感 光 胶 上 形 成 所 需 图 形 , 通 过 显 影 、 腐 蚀 、 去 胶 完 成 微 流 道 掩 模 板 的 制 作 ;第 2 步 , 清 洗 硅 片 基 板 , 根 据 设 计 要 求 , 采 用 浙 江 立 晶 有 限 公 司 2 寸 单 面 抛 光 硅 片 为 模 具 的 基 板 , 用丙 酮 对 硅 片 表 面 进 行 清 洗 , 再 使 用 K H 3 2 0 0 D B 数 控 超 声 波 机 对 硅 片 进 行 超 声 处 理 , 超 声 波 的 声 能 传 入溶 液 , 靠 气 蚀 作 用 洗 掉 片 子 上 的 污 染 , 要 除 去 小 于 1 m 颗 粒 可 将 频 率 提 高 到 超 高 频 频 段 , 清 洗 效 果 更好 , 最 后 经 等 离 子 水 清 洗 后 , 采 用 压 缩 空 气 吹 干 , 清 洗 硅 片 基 板 目 的 在 于 增 加 圆 片 衬 底 与 光 刻 胶 的 粘 附性 ;第 3 步 , 在 硅 片 上 滩 涂 S U 8 2 0 2 5 光 刻 胶 , 光 刻 胶 采 用 的 是 美 国 M i c r o l i t h o g r a p h y C h e m i c a l 公 司 的S U 8 2 0 2 5 , 光 刻 胶 旋 转 涂 布 的 方 法 通 常 适 用 于 3 0 0 m 以 下 的 厚 度 , 本 微 流 道 的 设 计 厚 度 为 4 0 0 m , 旋转 涂 胶 的 工 艺 方 法 不 能 实 现 , 可 以 采 用 滩 涂 的 方 法 , 借 助 S U 8 2 0 2 5 光 刻 胶 自 身 的 整 平 能 力 获 得 满 意 平整 表 面 的 胶 膜 ;第 4 步 , 前 烘 S U 8 2 0 2 5 光 刻 胶 , 前 烘 时 , 使 用 的 设 备 为 E H 2 0 1 3 微 控 数 字 显 示 烘 胶 台 , 将 滩 涂 过S U 8 2 0 2 5 光 刻 胶 的 硅 片 基 板 移 到 烘 胶 台 上 , 采 用 阶 梯 式 的 升 温 和 自 然 降 温 冷 却 的 过 程 , 即 6 5 时 停 留3 0 m i n , 9 5 时 停 留 4 h , 随 后 让 硅 片 基 板 自 然 冷 却 即 可 ;3 ? 陕 西 理 工 学 院 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) 第 2 9 卷第 5 步 , 光 刻 , 使 用 美 国 A B M , i n c . 公 司 的 双 面 激 光 对 准 光 刻 机 对 硅 片 基 板 上 的 S U 8 2 0 2 5 光 刻 胶 进行 曝 光 , 根 据 设 计 要 求 , 本 次 曝 光 时 间 为 4 0 0 s , 此 时 , 光 刻 胶 中 的 光 引 发 剂 吸 收 光 子 发 生 了 光 化 学 反 应 ,生 成 一 种 强 酸 , 其 作 用 是 在 中 烘 过 程 中 作 为 酸 催 化 剂 促 进 交 联 反 应 的 发 生 ;第 6 步 , 中 烘 曝 光 后 的 S U 8 2 0 2 5 光 刻 胶 , 中 烘 时 , 使 用 的 设 备 为 E H 2 0 1 3 微 控 数 字 显 示 烘 胶 台 , 采用 阶 梯 式 的 升 温 和 自 然 降 温 冷 却 的 方 法 , 在 6 5 时 停 留 2 0 m i n , 在 9 5 时 停 留 2 h , 随 后 让 硅 片 基 板 在E H 2 0 1 3 微 控 数 字 显 示 烘 胶 台 自 然 冷 却 至 室 温 即 可 ;第 7 步 , 显 影 , 将 中 烘 后 的 S U 8 2 0 2 5 光 刻 胶 硅 片 基 板 浸 泡 于 S U 8 显 影 液 中 , 并 保 持 2 0 m i n , 由 于 光刻 后 在 S U 8 2 0 2 5 中 产 生 一 种 强 酸 , 而 且 只 有 曝 光 区 域 的 光 刻 胶 中 才 含 有 强 酸 , 而 未 曝 光 的 区 域 则 没 有这 种 强 酸 的 存 在 , 在 中 烘 过 程 中 , 曝 光 区 域 在 强 酸 的 催 化 作 用 下 , 分 子 发 生 交 联 , 形 成 了 致 密 的 不 溶 于S U 8 显 影 液 的 交 联 网 络 , 而 未 经 曝 光 的 区 域 , 光 刻 胶 未 发 生 交 联 , 则 溶 于 显 影 液 中 , 因 此 显 影 后 形 成 了 掩膜 板 的 上 图 形 ;第 8 步 , 再 次 滩 涂 S U 8 2 0 2 5 光 刻 胶 并 前 烘 ;第 9 步 , 微 流 道 的 套 刻 ;第 1 0 步 , 对 微 流 道 再 次 后 烘 并 显 影 ;第 1 1 步 , 采 用 共 聚 焦 激 光 显 微 镜 进 行 微 流 道 模 具 检 测 , 图 5 为 S U 8 2 0 2 5 微 流 道 模 具 的 测 量 结 果 ,将 测 量 的 数 据 与 设 计 要 求 的 数 据 进 行 对 比 , 确 定 微 流 道 模 具 的 制 作 工 艺 的 合 理 性 。2 . 2 压 印 光 刻 后 处 理 工 艺湿 法 腐 蚀 工 艺 是 最 早 用 于 微 机 械 结 构 制 造 的 后 处 理 工 9 艺 方 法 , 湿 法 腐 蚀 是 将 晶 片 置 于 液 态 的 化 学 腐 蚀 液 中 进行 腐 蚀 , 在 腐 蚀 过 程 中 , 腐 蚀 液 将 把 它 所 接 触 的 材 料 通 过 化学 反 应 逐 步 浸 蚀 溶 掉 。 根 据 所 选 择 的 腐 蚀 剂 , 湿 法 腐 蚀 又可 分 为 各 向 同 性 腐 蚀 和 各 向 异 性 腐 蚀 剂 , 各 向 同 性 腐 蚀 的试 剂 范 围 很 广 , 如 各 种 盐 类 ( 如 C N 基 、 N H 基 等 ) 和 酸 ; 各 向异 性 腐 蚀 是 指 对 硅 的 不 同 晶 面 具 有 不 同 的 腐 蚀 速 率 , 基 于这 种 腐 蚀 特 性 , 可 在 硅 衬 底 上 加 工 出 各 种 各 样 的 微 结 构 , 各向 异 性 腐 蚀 剂 包 括 E P W ( 乙 二 胺 、 邻 苯 二 酚 和 水 ) 和 联 胺 等有 机 腐 蚀 剂 和 碱 性 腐 蚀 液 , 如 K O H 、 N a O H 、 N H O H 等 无 机4图 5 S U 8 2 0 2 5 微 流 道 模 具腐 蚀 剂 , 湿 法 的 腐 蚀 速 率 快 、 各 向 异 性 好 、 成 本 低 , 腐 蚀 厚 度 1 0 可 以 达 到 整 个 硅 片 的 厚 度 , 具 有 较 高 的 机 械 灵 敏 度 。3 纳 米 压 印 光 刻 技 术 的 发 展目 前 全 世 界 已 有 5 家 纳 米 压 印 光 刻 设 备 提 供 商 , 它 们 是 美 国 的 M o l e c u l a r I m p r i n t s I n c . , N a n o n e xC o r p , 奥 地 利 的 E V G r o u p , 瑞 典 的 O b d u c a t A B 和 德 国 的 S u s s M i c r o t e c C o . , I n c . 。 尽 管 纳 米 压 印 光 刻 技 术从 原 理 上 回 避 了 昂 贵 的 投 影 镜 组 和 光 学 系 统 固 有 的 物 理 限 制 , 但 因 其 属 于 接 触 式 图 形 转 移 过 程 , 又 衍 生了 许 多 新 的 技 术 问 题 , 其 中 1 1 压 印 模 具 的 制 作 、 套 印 精 度 、 模 具 的 使 用 寿 命 、 生 产 率 和 缺 陷 控 制 被 认 1 1 为 是 当 前 最 大 的 技 术 挑 战 。现 在 纳 米 压 印 的 发 展 主 要 表 现 在 以 下 三 方 面 : 1 2 ( 1 ) 超 大 规 模 集 成 电 路 图 形 化 纳 米 压 印 光 刻 。 针 对 纳 米 压 印 光 刻 成 为 下 一 代 光 刻 技 术 的 前 景 ,研 发 其 工 业 化 的 核 心 工 艺 技 术 和 装 备 关 键 技 术 。 目 前 的 该 领 域 研 究 人 员 正 致 力 于 解 决 高 分 辨 率 压 印 模版 制 造 、 模 版 寿 命 保 障 、 图 形 转 移 缺 陷 控 制 、 多 层 套 印 精 度 保 证 等 核 心 问 题 。( 2 ) 将 纳 米 压 印 技 术 引 入 聚 合 物 太 阳 能 电 池 的 制 备 , 通 过 异 质 节 结 构 的 纳 米 图 形 化 , 提 高 光 电 转 换效 率 。 将 纳 米 晶 、 纳 米 线 等 纳 米 结 构 引 入 有 机 无 机 复 合 太 阳 能 电 池 制 造 , 实 现 其 机 械 柔 性 和 高 光 电 转换 效 率 。 该 领 域 研 究 人 员 期 望 在 目 前 常 规 的 硅 系 太 阳 能 电 池 之 外 , 探 索 新 一 代 太 阳 能 电 池 的 结 构 和 大规 模 制 造 技 术 。4 ?第 5 期 陈 建 刚 , 魏 培 , 陈 杰 峰 , 等 纳 米 压 印 光 刻 技 术 的 研 究 与 发 展 ( 3 ) 将 微 结 构 图 形 化 技 术 和 碳 纳 米 管 生 长 技 术 相 结 合 , 探 索 新 型 场 发 射 显 示 技 术 。 将 纳 米 结 构 成形 技 术 应 用 于 平 板 显 示 技 术 ( S u r f a c e c o n d u c t i o n E l e c t r o n e m i t t e r D i s p l a y , S E D ) 显 示 器 阴 极 结 构 的 制 造 。相 关 研 究 将 面 向 下 一 代 ( 后 等 离 子 体 显 示 器 时 代 和 后 液 晶 显 示 器 时 代 ) 的 显 示 器 , 期 待 发 展 创 新 的 制 造工 艺 方 法 和 装 备 实 现 技 术 。4 总 结( 1 ) 通 过 对 纳 米 压 印 光 刻 技 术 的 基 本 原 理 和 工 艺 过 程 的 研 究 , 明 确 了 纳 米 压 印 设 备 的 基 本 结 构 和压 印 的 具 体 操 作 过 程 , 有 助 于 研 究 人 员 通 过 压 印 设 备 的 调 试 和 改 造 , 从 而 实 现 更 小 尺 寸 图 形 转 移 , 同 时纳 米 压 印 光 刻 由 于 避 免 了 传 统 的 光 学 光 刻 技 术 存 在 光 学 衍 射 限 制 , 使 得 图 形 的 复 制 能 力 大 大 提 高 , 最 小特 征 尺 寸 可 达 5 n m , 提 高 纳 米 压 印 光 刻 产 品 的 质 量 。( 2 ) 通 过 对 常 见 的 三 种 纳 米 压 印 工 艺 过 程 的 研 究 , 分 析 其 各 自 加 工 工 艺 的 优 缺 点 , 以 便 更 好 地 发 挥纳 米 压 印 光 刻 技 术 的 优 势 , 提 高 压 印 产 品 的 加 工 效 率 , 降 低 压 印 产 品 的 成 本 如 U V N I L 具 有 步 进 图 形 转移 功 能 , 更 适 合 3 2 n m 及 一 下 工 艺 半 导 体 制 造 。( 3 ) 根 据 摩 尔 ( M o o r e ) 定 律 , 高 价 值 的 微 器 件 和 微 系 统 将 是 纳 米 压 印 技 术 的 发 展 方 向 , 主 要 表 现 在两 个 方 面 : 以 模 拟 射 频 通 讯 、 无 源 器 件 、 集 成 光 电 子 器 件 、 传 感 器 制 动 器 及 生 物 芯 片 等 为 应 用 领 域 的 多 功能 的 封 装 系 统 ( S y s t e m i n P a c k a g e , S I P ) 和 以 逻 辑 单 元 、 存 储 器 、 C P U 及 C M O S 等 为 应 用 领 域 的 片 上 系 统( S y s t e m o n C h i p , S O C ) 。 参 考 文 献 1 刘 红 忠 , 丁 玉 成 , 卢 秉 恒 , 等 . 压 印 工 作 台 的 纳 米 级 自 找 准 定 位 研 究 J . 西 安 交 通 大 学 学 报 : 自 然 科 学 版 , 2 0 0 3 ,3 7 ( 5 ) : 4 6 7 4 7 0 . 2 张 鸿 海 , 胡 晓 峰 , 范 细 秋 , 等 . 纳 米 压 印 光 刻 技 术 的 研 究 J . 华 中 科 技 大 学 学 报 : 自 然 科 学 版 , 2 0 0 4 , 3 2 ( 1 2 ) : 5 7 5 9 . 3 丁 玉 成 , 刘 红 忠 , 卢 秉 恒 , 等 . 下 一 代 光 刻 技 术 ? ? ? 压 印 光 刻 J . 机 械 工 程 学 报 , 2 0 0 7 , 4 3 ( 3 ) : 1 7 . 4 兰 红 波 , 丁 玉 成 , 刘 红 忠 , 等 . 纳 米 压 印 光 刻 模 具 制 作 技 术 研 究 进 展 及 其 发 展 趋 势 J . 机 械 工 程 学 报 , 2 0 0 9 , 4 5 ( 6 ) :1 1 3 . 5 J a r r e t t J D u m o n d , K a m b i z A n s a r i M a h a b a d i , Y e w S o k Y e e , e t a l . H i g h r e s o l u t i o n U V r o l l t o r o l l n a n o i m p r i n t i n g o f r e s i nm o u l d s a n d s u b s e q u e n t r e p l i c a t i o n v i a t h e r m a l n a n o i m p r i n t l i t h o g r a p h y J . N a n o t e c h n o l o g y , 2 0 1 2 , 2 3 ( 4 8 ) : 1 1 0 . 6 Y U X i , P h a m J o n a t h a n T , S u b r a m a n i C h a n d r a m o u l e e s w a r a n , e t a l . D i r e c t P a t t e r n i n g o f E n g i n e e r e d I o n i c G o l d N a n o p a r t i c l e sv i a N a n o i m p r i n t L i t h o g r a p h y J . A d v a n c e d M a t e r i a l s , 2 0 1 2 , 2 4 ( 4 7 ) : 6 3 3 0 6 3 3 4 . 7 M o o n e n P i e t e r F , V r a t z o v B o r i s , S m a a l W i l j a n T T , e t a l . F l e x i b l e t h i n f i l m t r a n s i s t o r s u s i n g m u l t i s t e p U V n a n o i m p r i n t l i t h o g r a p h y J . O r g a n i c E l e c t r o n i c s , 2 0 1 2 , 1 3 ( 1 2 ) : 3 0 0 4 3 0 1 3 . 8 K i m J a e K w a n , P a r k S e o n g J e , K i m S a r a h , e t a l . F a b r i c a t i o n o f Z r O n a n o p a t t e r n s f o r b i o m i m e t i c a n t i r e f l e c t i o n b y t h e r m a l2n a n o i m p r i n t l i t h o g r a p h y J . M i c r o e l e c t r o n i c s E n g i n e e r i n g , 2 0 1 2 , 1 0 0 ( 4 8 ) : 1 2 1 5 . 9 S u r e s h V i g n e h , H u a n g M e i y u S t e l l a , S r i n i v a s a n M P , e t a l . R o b u s t , H i g h D e n s i t y Z i n c O x i d e N a n o a r r a y s b y N a n o i m p r i n t L i t h o g r a p h y A s s i s t e d A r e a S e l e c t i v e A t o m i c L a y e r D e p o s i t i o n J . J o u r n a l o f P h y s i c a l C h e m i s t r y , 2 0 1 2 , 1 1 6 ( 4 4 ) : 2 3 7 2 9 2 3 7 3 4 . 1 0 S u r e s h V i g n e s h , H u a n g M e i y u S t e l l a , S r i n i v a s a n M P , e t a l . M a c r o s c o p i c h i g h d e n s i t y n a n o d i s c a r r a y s o f z i n c o x i d e f a b r i c a t e d b y b l o c k c o p o l y m e r s e l f a s s e m b l y a s s i s t e d n a n o i m p r i n t l i t h o g r a p h y J . J o u r n a l o f M a t e r i a l s C h e m i s t r y , 2 0 1 2 , 2 2 ( 4 1 ) :2 1 8 7 1 2 1 8 7 7 . 1 1 L I W e n d i , W U W e i , W i l l i a m s R o b e r t S t a n l e y , e t a l . C o m b i n e d h e l i u m i o n b e a m a n d n a n o i m p r i n t l i t h o g r a p h y a t t a i n s 4 n mh a l f p i t c h d e n s e p a t t e r n s J . J o u r n a l o f V a c u u m S c i e n c e & T e c h n o l o g y , 2 0 1 2 , 3 0 ( 6 ) : 1 4 . 1 2 P a r k H y u n h a , L i m