纳米压印技术的发展及分类.ppt

纳米米压印技印技术综述述绘梨衣梨衣2018/11/011.纳米压印技术的背景2.纳米压印技术的分类3.纳米压印技术的现状和发展趋势纳米米压印技印技术背景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.ChouSY,KraussPR,RenstromPJ.Imprintofsub25nmviasandtrenchesinpolymersJ.Appliedphysicsletters,1995,67(21):3114-3116.纳米压印技术的优势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,StephenChou,etal.滚筒压印1998,StephenChou,etal.步进闪光压印1999,Colburn,Matthew,etal.三层膜系统2000,Lebib,A.,etal.逆向纳米压印2002,LJGuo,etal.复合压印2004,LJGuo,etal.气垫加压2006,StephenChou,etal.晶圆弯曲2008,Wu,Wei,etal.气垫加压Ref.GaoH,TanH,ZhangW,etal.Aircushionpressforexcellentuniformity,highyield,andfastnanoimprintacrossa100mmfieldJ.NanoLetters,2006,6(11):2438-2441.晶圆弯曲Ref.WuW,TongWM,BartmanJ,etal.Sub-10nmnanoimprintlithographybywaferbowingJ.Nanoletters,2008,8(11):3865-3869.纳米米压印技印技术的分的分类 常常见的的纳米米压印技印技术有有热压印印(hot embossing lithography)、紫外、紫外压印印(UV-nanoimprint lithography)和和软刻刻蚀(soft lithography)三种三种类型。型。其中，常其中，常见的的软刻刻蚀有微接触印刷有微接触印刷(microcontact printing,jnCP)、复、复制模塑制模塑(replica molding，REM)、转移微模塑移微模塑(microtransfer molding，/TM)、毛、毛细微模塑微模塑(micromolding in capillaries,MIMIC)、溶、溶剂辅助微助微模塑模塑(solvent-assisted micromolding,SAMIM)、热压注塑注塑(embossing and injection)等。等。根据固化方法不同，根据固化方法不同，纳米米压印可分印可分为热固化、紫外固化以及固化、紫外固化以及热-紫外同紫外同时固化固化 三种方式。其中，三种方式。其中，热固化最大的缺点在于固化最大的缺点在于:模板在高温高模板在高温高压下，表面下，表面结构或其构或其他他热塑性材料会有塑性材料会有热膨膨胀趋势，这将将导致致转移移图形尺寸的形尺寸的误差以及脱模的困差以及脱模的困难。一般来。一般来说，特征尺寸越小，集成度越高，模板与聚合物之，特征尺寸越小，集成度越高，模板与聚合物之间的黏合力越的黏合力越大，使得脱模越困大，使得脱模越困 难。紫外固化。紫外固化时间短，相短，相应压力也力也较低，可以大大减小晶低，可以大大减小晶片片变形的几率和程度。同形的几率和程度。同 时，模板的高透明性能，模板的高透明性能够进行高精度行高精度对准，特准，特别适适合半合半导体器件和体器件和电路制造。路制造。根据根据图形形转移范移范围不同，不同，纳米米压印可分印可分为全晶片全晶片(full wafer)压印、步印、步进压印印 和和滚动压印。其中，步印。其中，步进压印主要有步印主要有步进快快闪式式(step and flash imprint lithography，S-FlL)和步和步进重复重复(step and repeat)这两种两种压印工印工艺;滚动(卷卷对卷和卷和卷卷对板板)压印工印工艺适合大适合大规模生模生产，特，特别是卷是卷对卷卷纳米米压印工印工艺，它是一种高，它是一种高效能、效能、低成本的低成本的连续化生化生产方式，特方式，特别适合柔性薄膜适合柔性薄膜压印。印。根据根据压印模板不同，印模板不同，纳米米压印可分印可分为硬硬压印和印和软压印。其中，硬印。其中，硬压印的模板印的模板材料主要有石英、硅、氮化硅、金材料主要有石英、硅、氮化硅、金刚石、石、类金金刚石、复合材料等；石、复合材料等；软压印的印的模板材料主要有模板材料主要有PDMS、PMMA、PET、h-PDMS、PUA、PVA、PVC、PTFE、ETFE等聚合物。等聚合物。纳米米压印技印技术的研究的研究现状和状和趋势 纳米米压印技印技术是一种操作是一种操作简单、图形形转移性能好、加工移性能好、加工时间短及成本低廉短及成本低廉的的图形复制方法，采用机械模具微复型的原理来代替形复制方法，采用机械模具微复型的原理来代替传统的光学光刻，降低了的光学光刻，降低了对特殊曝光束源、高精度聚焦系特殊曝光束源、高精度聚焦系统、极短波、极短波长透透镜系系统以及抗以及抗蚀剂分辨率受光分辨率受光波波场效效应的限制和要求。的限制和要求。目前全世界已有目前全世界已有5 家家纳米米压印光刻印光刻设备提供商，它提供商，它们是美国的是美国的Molecular Imprints Inc.,Nanonex Corp,奥地利的奥地利的 EVGroup,瑞典的瑞典的 Obducat AB 和德国的和德国的 Suss Microtec Co.,Inc.。尽管。尽管纳米米压印光刻技印光刻技术从原理上回避了昂从原理上回避了昂贵的投影的投影镜组和光学系和光学系统固有的物理限制，但因其属于接触式固有的物理限制，但因其属于接触式图形形转移移过程，又衍生了程，又衍生了许多新的技多新的技术问题，其中，其中1 1 压印模具的制作、套印精度、模具的使用寿命、生印模具的制作、套印精度、模具的使用寿命、生产率和缺陷控制被率和缺陷控制被认为是当前最大的技是当前最大的技术挑挑战。The diagram of the microfluidic chip.纳米米压印光刻技印光刻技术从原理上回避了昂从原理上回避了昂贵的投影的投影镜组和光学系和光学系统固有的物理限制，但因其属固有的物理限制，但因其属于接触式于接触式图形形转移移过程，又衍生了程，又衍生了许多新的技多新的技术问题，其中，其中1 1 压印模具的制作、套印精度、印模具的制作、套印精度、模具的使用寿命、生模具的使用寿命、生产率和缺陷控制被率和缺陷控制被认为是当前最大的技是当前最大的技术挑挑战。现在在纳米米压印的印的发展主要表展主要表现在以下三方面在以下三方面:(1)超大超大规模集成模集成电路路图形化形化纳米米压印光刻。印光刻。针对纳米米压印光刻成印光刻成为下一代光刻技下一代光刻技术的前景，的前景，研研发其工其工业化的核心工化的核心工艺技技术和装和装备关关键技技术。目前的。目前的该领域研究人域研究人员正致力于解决高分辨率正致力于解决高分辨率压印模版制造、模版寿命保障、印模版制造、模版寿命保障、图形形转移缺陷控制、多移缺陷控制、多层套印精度保套印精度保证等核心等核心问题。(2)将将纳米米压印技印技术引入聚合物太阳能引入聚合物太阳能电池的制池的制备，通，通过异异质节结构的构的纳米米图形化，提高光形化，提高光电转换效率。将效率。将纳米晶、米晶、纳米米线等等纳米米结构引入有机构引入有机-无机复合太阳能无机复合太阳能电池制造，池制造，实现其机械柔其机械柔性和高光性和高光电转换效率。效率。该领域研究人域研究人员期望在目前常期望在目前常规的硅系太阳能的硅系太阳能电池之外，探索新一代太池之外，探索新一代太阳能阳能电池的池的结构和大构和大规模制造技模制造技术。(3)将微将微结构构图形化技形化技术和碳和碳纳米管生米管生长技技术相相结合，探索新型合，探索新型场发射射显示技示技术。将。将纳米米结构构成形技成形技术应用于平板用于平板显示技示技术(Surface-conduction Electron-emitter Display，SED)显示示器阴极器阴极结构的制造。相关研究将面向下一代构的制造。相关研究将面向下一代(后等离子体后等离子体显示器示器时代和后液晶代和后液晶显示器示器时代代)的的显示器，期待示器，期待发展展创新的制造工新的制造工艺方法和装方法和装备实现技技术。Thankyou