新型纳米压印光刻技术的研究和应用

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1、------------------------------------------------------------------------------------------------新型纳米压印光刻技术的研究和应用今日启明星屈新萍（复旦大学信息科学与工程学院）纳米压印（nanoimprint）这个词汇从1995年发明到现在，目前还并未被大多数学者和人们所认识。让我们来解读一下纳米压印。纳米，已经越来越走进我们的生活，随着纳米技术的大量应用，纳米领域向我们敞开了一个神奇、美妙的世界。拜电视宣传所赐，越

2、来越多人知道我们使用的电脑里Intel双核CPU采用的芯片是“45纳米技术”，这个技术就是目前大规模集成电路生产技术。当采用高精度光刻技术后，芯片上特征线条达到的平均线条宽度是45纳米，而国际上众多公司还在向更小的线条尺寸进军。而压印也不神秘，它其实是一门古老的图形转移技术，中国的活字印刷术就是最初的压印技术的原型。打一个通俗的比喻，压印就像是把一个刻有凹凸图案的章盖在橡皮泥上，然后在橡皮泥上留下了具有和章的图形相反的图案。只不过在纳米压印中，这个具有凹凸图案的章的图案特征尺寸在几个纳米到几百个纳米，这个章在

3、纳米压印中被称为模板；而这个橡皮泥在压印过程中用特殊的纳米压印胶。图1中我们给出了是用电子束光刻技术制备的目前复旦大学最小的“Lo-底上去。由于这种压印过程多采用温度，因此被称为热压印方法。——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------从这个典型的纳米压印过程描述中我们看到，纳米压印过程几个

4、关键的工艺包括模板制造、压印过程（包括模板处理、加压、脱模过程）及图形转移过程，涉及的材料包括模板材料、衬底材料、纳米压印胶或能被压印的功能材料等，这些材料的研究、工艺过程的每一步其实都面临了很多的挑战，也是目前学者们正在大力研究的课题。制备模板的材料采用一般包括硅片透明石英片、金属、蓝宝石等一些比较硬、具有高杨氏模量的材料。一般来说，硅片和石英片由于具有纳米压印过程中所需要的硬度和耐用度，是目前应用最为广泛的。在模板制造中，图形的产生采用光刻技术，对于大尺度的图形，可以采用现有半导体工艺中的紫外光刻技术；对

5、于小的图形，则需要采用电子束光刻技术。电子束光刻的精度可以达到10纳米甚至以下。图形产生后，还需要进行淀积金属、剥离、反应离子刻蚀等一系列工艺，最终把产生的图形转移到衬底上。在纳米压印过程中，模板的世界科学2009.6go”模板，它的直径在3微米，而比划中最小的尺寸是100纳米。纳米压印技术是1995年华裔科学家StephenY．Chou提出的。其过程和我们刚才类比的相似，首先在某一种衬底例如硅片、石英片、玻璃片等上涂一层高分子的胶，然后在一定温度、一定压力下，把用电子束光刻技术制备的具有纳米尺度线宽的模板用

6、机械力的方式压在该高分子胶——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------上，降温后把模板脱出来，就在该胶上留下了所需要的图形，其图形尺寸可以低于10纳米。一般来说，该图形还需要图1继续转移到下面的衬３９今日启明星程，因此压印胶的选择要求胶的杨氏模量（硬度）在压印过程中小于模板的硬度。这样压印

7、胶需要在外加压力下能够容易变形，而且在脱模过程中这个胶能保持完整，不会被轻易撕扯下来。另外，还要求胶在压印过程中有比图2制备是比较昂贵的。这是因为电子束光刻的成本非常昂贵，一般在每小时1000美元左右。制备一个面积在1平方厘米的图形，其成本约为15000美元。但是在纳米压印过程中，一个使用得到的模板可以压印成百上千的图形，而且模板本身也可以利用半导体工艺来进行复制，这样每个图形的成本就降低到了几十美元以下。因此，纳米压印是一个具有高速加工能力、低成本的纳米加工工艺。——————————————————————

8、————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------一般来说，模板在进行压印过程前要进行预处理。可以想象，当把模板压在光刻胶后再脱模的过程中，有两种可能，一种是模板完全脱离，压印胶图形完整保留；一种是模板和压印胶粘在一起，脱模过程