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1、纳米压印技术综述,绘梨衣,2018/11/01,纳米压印技术的背景纳米压印技术的分类纳米压印技术的现状和发展趋势,纳米压印技术背景,纳米压印的基本原理：通过模板将图形转移到衬底上，转移的媒介一般为聚合物薄膜，通过热压或紫外光固话的方法保留下转移的图形，从而实现微纳结构的制造。,基本工艺流程,Ref. Chou S Y, Krauss P R, Renstrom P J. Imprint of sub25 nm vias and trenches in polymersJ. Applied physics letters, 1995, 67(21): 3114-3116.,纳米压印技术的优势,=
2、 ,光学光刻的分辨率受限于,设备体积小成本相对较低生产效率高容易制备高深宽比图案,纳米压印,纳米压印技术的发展历程,热压印,1995, Stephen Chou, et al.,滚筒压印,1998, Stephen Chou , et al.,步进闪光压印,1999, Colburn, Matthew, et al.,三层膜系统,2000, Lebib, A., et al.,逆向纳米压印,2002, LJ Guo, et al.,复合压印,2004, LJ Guo, et al.,气垫加压,2006, Stephen Chou, et al.,晶圆弯曲,2008, Wu, Wei, et a
3、l.,气垫加压,Ref. Gao H, Tan H, Zhang W, et al. Air cushion press for excellent uniformity, high yield, and fast nanoimprint across a 100 mm fieldJ. Nano Letters, 2006, 6(11): 2438-2441.,晶圆弯曲,Ref. Wu W, Tong W M, Bartman J, et al. Sub-10 nm nanoimprint lithography by wafer bowingJ. Nano letters, 2008, 8(
4、11): 3865-3869.,纳米压印技术的分类,常见的纳米压印技术有热压印(hot embossing lithography)、紫外压印(UV- nanoimprint lithography)和软刻蚀(soft lithography)三种类型。其中，常见的软刻蚀有微接触印刷(microcontact printing, jnCP )、复制模塑(replica molding，REM)、转移微模塑(microtransfer molding，/TM)、毛细微模塑(micromolding in capillaries,MIMIC)、溶剂辅助微模塑(solvent-assisted mi
5、cromolding, SAMIM)、热压注塑(embossing and injection)等。,根据固化方法不同，纳米压印可分为热固化、紫外固化以及热-紫外同时固化 三种方式。其中，热固化最大的缺点在于:模板在高温高压下，表面结构或其他热塑性材料会有热膨胀趋势，这将导致转移图形尺寸的误差以及脱模的困难。一般来说，特征尺寸越小，集成度越高，模板与聚合物之间的黏合力越大，使得脱模越困 难。紫外固化时间短，相应压力也较低，可以大大减小晶片变形的几率和程度。同 时，模板的高透明性能够进行高精度对准，特别适合半导体器件和电路制造。,根据图形转移范围不同，纳米压印可分为全晶片(full wafer)
6、压印、步进压印 和滚动压印。其中，步进压印主要有步进快闪式(step and flash imprint lithography，S-FlL)和步进重复(step and repeat)这两种压印工艺;滚动(卷对卷和卷对板)压印工艺适合大规模生产，特别是卷对卷纳米压印工艺，它是一种高效能、 低成本的连续化生产方式，特别适合柔性薄膜压印。,根据压印模板不同，纳米压印可分为硬压印和软压印。其中，硬压印的模板材料主要有石英、硅、氮化硅、金刚石、类金刚石、复合材料等；软压印的模板材料主要有PDMS、PMMA、PET、h-PDMS、PUA、PVA、PVC、PTFE、ETFE等聚合物。,纳米压印技术的研究
7、现状和趋势,纳米压印技术是一种操作简单、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。,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Molecular Imprints Inc. , Nanonex Corp ,奥地利的 EVGroup ,瑞典的 Obducat AB 和德国的 Suss Microtec Co. , Inc. 。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
8、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为是当前最大的技术挑战。,The diagram of the microfluidic chip.,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) 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
9、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。(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( Surface-conduction Electron-emitter Display，SED) 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。,Thank you,
