[工学]纳米压印技术综述

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1、第x期农业工程学报3纳米压印技术研究综述牛士超（吉林大学生物与农业工程学院，吉林长春130025）摘要：纳米压印技术具有产量高、成本低和工艺简单的优点，是纳米尺寸电子器件的重要制作技术。纳米压印技术主要包括热压印、紫外压印(含步进—闪光压印)和微接触印刷等。本文首先描述了纳米压印技术的基本原理，然后介绍了传统纳米压印技术的新进展，如气压辅助纳米压印技术、激光辅助压印技术、静电辅助纳米压印技术、超声辅助纳米压印技术和滚轴式纳米压印技术等。最后特别强调了纳米压印的产业化问题。我们希望这篇综述能够引起国内工

2、业界和学术界的关注，并致力于在中国发展纳米压印技术。关键词：微纳米加工技术；纳米压印；纳米技术；纳米结构中图分类号：TN305文献标识码：A文章编号：第x期农业工程学报30引收稿日期：2010-6-24修订日期：2010-7-2基金项目：作者简介：牛士超（1986—），男（汉），山东聊城人，吉林大学工程仿生教育部重点实验室，硕士。※通讯作者：niushichao@126.com言随着科技的进步和发展，人们从理论和实验研究中发现，当许多材料被加工为具有纳米尺度范围的形状时，会呈现出与大块材料完全不同的性

3、质。这些特异的性质向人们展现了令人兴奋的应用前景。而在开发超大规模集成电路工艺技术的过程中，人们已经开发了一些能够进行纳米尺度加工的技术，例如电子束与X射线曝光，聚焦离子束加工，扫描探针刻蚀制技术等。但这些技术的缺点是设备昂贵，产量低，因而产品价格高昂。商用产品的生产必须是廉价的、操作简便的，可工业化批量生产的、高重复性的；对于纳米尺度的产品，还必须是能够保持它所特有的图形的精确度与分辩率。针对这一挑战，美国“明尼苏达大学纳米结构实验室”从1995年开始进行了开创性的研究，他们提出并展示了一种叫作“纳

4、米压印”(nanoimprintlithography)的新技术[1]。这是一种全新的图形转移技术。纳米压印技术的定义为：不使用光线或者辐照使光刻胶感光成形，而是直接在硅衬底或者其它衬底上利用物理学的机理构造纳米尺寸图形。目前，这项技术最先进的程度已达到5nm以下的水平[2]。纳米压印技术主要包括热压印(HEL)、紫外压印(UV-NIL)、微接触印刷(μCP)。纳米压印是加工聚合物结构的最常用方法，它采用高分辨率电子束等方法将结构复杂的纳米结构图案制在印章上，然后用预先图案化的印章使聚合物材料变形而在

5、聚合物上形成结构图案。我们首先描述了纳米压印技术的基本原理，然后介绍了传统纳米压印技术以及纳米压印技术的新进展，最后别强调了纳米压印的产业化问题。1纳米压印技术的基本原理纳米压印的具体工艺由于材料、目标图形和产品用途的不同而不同，但其基本原理和工作程序是相同的。最基本的程序包含两个主要步骤：图形复制(imprint)和图形转移(patterntransfer)，如图(1)所示。在一块基片(通常是硅片)上“涂”(spin：旋覆)上一层聚合物(如PMMA，聚甲基丙烯酸甲脂)，再用已刻有目标纳米图形的硬“印

6、章”(如二氧化硅“图章”)在一定的温度(必须高于聚合物的“软化”温度(glass-transitiontemperature)，和压力下去“压印”(imprint)PMMA涂层，从而实现图形的“复制”。下一步是脱模。将“印章”从压印的聚合物中释放。然后把这个聚合物图案转移到衬底材料或其它材料上去。图(2)显示了硅印章，压印的聚合物图形结构和通过溶脱技术得到的金属图形结构。第x期农业工程学报3图（1）纳米压印工艺流程Fig.1Technologicalprocessofnanoimprinting纳米压

7、印的原理虽然很简单，但由于其产品图形过于精细，即使是最基本的程序其工艺的每一步也需十分小心处理。首先，要适当地选择聚合物作涂层。大多数微电子工艺技术中使用的聚合物“抗蚀剂”(resist)都可以用来作为压印层。例如PMMA就是一种最常用的电子束曝光抗蚀剂。然后要选择它的软化温度(glass-transitiontemperature)、分子量和涂层厚度。当温度在聚合物的软化温度之上时，聚合物变成一种可流动的粘性液体因而可供塑形；而分子量直接与聚合物的粘性有关；分子量愈小，聚合物的粘性愈小，愈容易流动[

8、3]。常用的PMMA的分子量从50k到980k而膜的厚度在50nm～400nm之间(与浓度有关)[4]。另外，复制时的温度和压力也十分重要。对PMMA材料，常用的压力和温度分别是50bar和100℃～200℃，这还要视所用的聚合物的性质而定[3]。一组典型的工艺流程参数是：在硅基底上旋转涂附(spin)一层50k的PMMA(厚度为100nm～200nm)，然后加热到高于PMMA的软化温度(175℃)后，将已制好的刻有纳米图形的模具以50bar的压力压在P