第四章-纳米压印技术
纳米压印技术
纳米压印技术纳米加工技术—纳米压印摘要：半导体器件的特征尺寸必需急剧减小才能满足集成电路迅速发展的需要，采用纳米加工技术可制备出纳米量级的图案及器件。
纳米压印作为纳米加工技术中具有较大潜力的一种工艺，采用非光学技术手段实现纳米结构图形的转移，有望打破传统光刻技术的分辨率极限。
本文从原理入手，介绍了纳米压印技术的分类、发展及应用。
文中所述内容有助于快速理解纳米压印技术的整体概况，对进一步改善纳米压印工艺的性能有着较重要的意义。
1 引言21世纪以来，由半导体微电子技术引发的微型化革命进入了一个新的时代，即纳米技术时代[1]。
纳米技术指的是制备和应用纳米量级(100nm以下)的结构及器件。
纳米尺度的材料性质与宏观尺度的大为不同。
比如块状金的熔融温度为1063℃，而2nm-3nm的纳米金粒子的熔融温度为130℃-140℃等。
功能结构的纳米化不仅节约了能源和材料，还造就了现代知识经济的物质基础。
纳米技术依赖于纳米尺度的功能结构与器件，而实现结构纳米化的基础是先进的纳米加工技术。
在过去几十年的发展中，纳米加工技术不仅促进了集成电路的迅速发展，实现了器件的高集成度，还可以制备分子量级的传感器操纵单个分子和原子等等。
纳米加工技术是人类认识学习微观世界的工具，通过理解这一技术可以帮助我们更好认识纳米技术以及纳米技术支撑的现代高科技产业。
纳米加工技术与传统加工技术的主要区别在于利用该工艺形成的器件结构本身的尺寸在纳米量级。
可以分为两大类[1]：一类是自上而下(top-down)的加工方式，即复杂的微观结构由平面衬底表面逐层建造形成，也可以理解为在已经存在材料的基础上进行特定加工实现纳米结构和器件。
目前发展较为成熟的纳米加工技术，如光刻(平面工艺)、纳米压印(模型工艺)、探针工艺等都属于此类加工技术。
此类加工方式大多涉及到某种方式的光刻制作图形与图形转移技术，可加工的结构尺寸受限于加工工具的能力。
传统的纳米加工工艺相当成熟，可基本满足各种微观结构的研究与生产需要。
机械制造与自动化专业《纳米压印技术》
基板
硅晶园
模版层沉积
二氧化硅 硅晶园
光阻
模
光阻涂覆/烘烤版硅晶园制来自备流程
电子束曝光
硅晶园
RIE蚀刻 光阻去除
硅晶园 硅晶园
二热压、印热的优压点及印存在技的术问题
优点：热压印具有方法灵活、本钱低廉和生物相容的特点，并且可以得到高分辨
率、高深宽比结构。
缺点：是需要高温、高压、且即使在高温、高压很长时间，对于有的图案，仍然
支撑滚轴
ETFE模板
涂胶滚轴
紫外光源 支撑滚轴
柔性底板 支撑滚轴
液体压印胶
紫外光源
刚性底板
目前，许多兴旺国家都把纳米压印技术列入重点开展领域，很多公司都在 投入大量人力、物力开展纳米压印设备制造，模板制造以及纳米压印的应 用的。纳米压印技术在虽然起步很晚，但进展非常迅速，相信随着社会的 开展和进步，我国的在纳米压印技术上会更上一层楼。
硅晶圆 PMMA涂覆/烘烤
置入模版
对准/热压 脫模
光阻蚀刻 硅蚀刻
光阻去除
二、热压印技术
热压印关键工艺：模版的制备 压模的制作通常用高分辨电子束刻印 术制备，压模通常用二氧化硅、氮化 硅、金刚石等材料制备。具有:高硬度 、大压缩强度、大抗拉强度，可以减 少压模的变形和磨损;高热导率和低热 膨胀系数，使得在加热过程中压模的 热变形很小。
紫外压印工艺过程 准备纳米图案的模版，UV-NIL的模版材料必须使用可以让 紫外线穿透的石英； 硅基板涂布一层低粘度、对UV感光的液态高分子光刻胶； 在模版和基板对准充成后，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响硬化成形； 然后脱模、进行刻蚀基板上残留的光刻胶便完成整个UVNIL。
硅晶园 底层涂覆/烘烤 紫外线硬化型 高分子 置入 透明模版
纳米压印技术进展及应用
纳米压印技术进展及应用一、概述纳米压印技术，作为一种前沿的微纳加工技术，近年来在科研与工业界引起了广泛的关注。
该技术通过机械转移的方式，将模板上的微纳结构高精度地复制到待加工材料上，从而实现了对材料表面的纳米级图案化。
与传统的光刻技术相比，纳米压印技术不仅具有超高的分辨率，而且能够大幅度降低加工成本，提高生产效率，因此在微电子、生物医学、光学等众多领域展现出了广阔的应用前景。
纳米压印技术的发展历程可追溯至20世纪90年代中期，由美国普林斯顿大学的_______教授首次提出。
随着研究的深入和技术的不断完善，纳米压印技术已经逐渐从实验室走向了产业化。
纳米压印技术已经能够实现对各种材料的微纳加工，包括硅、金属、聚合物等，并且在加工精度和效率方面均取得了显著的进步。
在应用领域方面，纳米压印技术已经在半导体器件制造、生物医学传感器、光学元件制造等多个领域取得了成功的应用案例。
在半导体器件制造中，纳米压印技术可用于制造微处理器、存储器等微纳器件，提高器件的性能和可靠性；在生物医学领域，纳米压印技术可用于制造仿生材料、生物传感器等，为疾病的诊断和治疗提供新的手段；在光学领域，纳米压印技术可用于制造微纳透镜、光纤等光学元件，提高光学系统的性能。
纳米压印技术作为一种新型的微纳加工技术，具有广泛的应用前景和巨大的市场潜力。
随着技术的不断进步和应用领域的不断扩展，纳米压印技术将在未来发挥更加重要的作用，推动科技和工业的快速发展。
1. 纳米压印技术的定义与基本原理纳米压印技术，作为一种前沿的微纳加工技术，正逐渐在微电子、材料科学等领域展现出其独特的优势。
该技术通过机械转移的方式，实现了对纳米尺度图案或结构的高效、精确复制，为制备具有纳米特征的结构和器件提供了强有力的手段。
纳米压印技术的基本原理在于利用压力和热力学效应，将具有纳米结构的模具上的图案转移到待加工材料表面。
制备一个具有所需纳米结构的模具，这一步骤通常依赖于电子束或光刻技术等高精度加工方法。
纳米压印技术
摘要半导体加工几十年里一直采用光学光刻技术实现图形转移,最先进的浸润式光学光刻在45 nm节点已经形成产能,然而,由于光学光刻技术固有的限制,已难以满足半导体产业继续沿着摩尔定律快速发展。
在下一代图形转移技术中,电子束直写、X射线曝光和纳米压印技术占有重要地位。
其中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。
介绍了传统纳米压印技术以及纳米压印技术的新进展,如热塑纳米压印技术、紫外固化纳米压印技术、微接触纳米压印技术等。
关键词:纳米压印；气压辅助压印；激光辅助压印；滚轴式压印AbtractTransfer of graphics is achived by oplical lithography for several decades in semiconductorprocess. The prodution capacity of 45 nm node has been formed. But now semiconductor industry is difficult to be developed according toMoore law because of the inherent limitations of oplical lithograhy. Nowelectron - beam directwriting, X - ray exposure and nanoimprint technology are the main technologies fornext generation graphics transfer technology. Nanoimprint technology has the advantages of high yield, lowcost and simple process. Introduce the traditional nanoimprint technology and its development, includinghot embossing lithography technology, ultraviloet nanoimprint,micro - contact nanoimprint.Key words:Nanoimprint lithography；Pressure-assisted nanoimprint；Laser-assisted nanoimprint；Roller-type nanoimprint- i -目录第1章绪论 (1)第2章纳米压印的技术方法..........................错误！未定义书签。
纳米压印技术PPT模板
4.3.3压印胶中的缺 陷
4纳米压印 结果分析
4.4正交法对纳米压印 工艺的优化
壹
4.4.1正交法的意义与原 理
贰
4.4.2热压印工艺中正交 法的因子和水平
叁
4.4.3正交法对工艺的优 化研究
4纳米压印结果分析
4.5石英模具室温压印 hybrane
4.5.1hy brane胶
介绍
4.5.2hy brane胶
印印章的制备
3章纳米印 制备新方法
3.6旋涂法制备pdms 印章
3.6.1旋涂法制 备pdms印章的 原理和工艺流程
3.6.2旋涂法制 备pdms印章的
具体实例
3.6.3旋涂法制 备pdms印章的
实验结果
3章纳米印制备新方法 3.7热压法大规模制备pdms印章的新方法
9,300 million
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2
7.7.2纳米压印技术加工探针
8
纳 米 压 景印 发 展 前
8纳米压印发展前景
8.1纳米压印技术面临的挑战 8.1.1纳米压印自身技术面临的挑战
8.1.2纳米压印技术面临的其他技术挑战 8.2纳米压印技术的发展前景
8.2.1纳米压印技术的创新技术 8.2.2纳米压印技术的研究方向 8.2.3纳米压印技术展望
202x
纳米压印技术
演讲人
2 0 2 x - 11 - 11
目录
01. 1绪论
02. 2纳米压印工艺概述
03. 3章纳米印制备新方法 04. 4纳米压印结果分析
05. 5纳米压印理论
06. 6纳米压印仿真
07. 7纳米压印技术的应用 08. 8纳米压印发展前景
1
绪 论
纳米压印技术
2.3 软模板压印（SCIL）
软模板压印技术主要是为了解决在大面积基底 上使用硬质石英模板实现大面积均匀压印这一问题
由于使用很低的压力，很难在 大面积基底上实现均匀的接触
采用常规（PDMS）软模在大面积的直接接触过程中 也需要一定的压力去产生形变来配合基底的 不平整表面，均匀接触和压力下模板的变形成为 一种不可调和的矛盾
1.3 关键工艺步骤
• 1.模板制造 • 2.压印过程（模板处理，加压，脱模过 程） • 3.图形转移过程 • 4.相关材料研究（模板材料，衬底材料， 纳米压印胶）
2. 纳米压印工艺
2.1 热压印
• 首先在某一衬底 上涂一层胶，然 后在一定温度， 一定压力下，把 模板用机械力压 在胶上，降温后 把模板脱出，形 成所需图案。
2.4 逆压印技术
把光刻胶涂在模板上，然后在压在衬底 上利用这种方法非常容易实现多层压印 2.5 滚筒压印技术 把压印技术和滚轴印刷技术结合起来， 实现几平方米面积高产量压印
2. 纳米压印技术应用领域及 前景
应用领域 1.光刻技术替代者 2.集成电路领域 3.光学领域
制作高密度亚波长光栅，应用在金属起偏器上； 制备光子晶体等
4.存储领域
希捷公司采用热压印技术制备高密度光盘位 存储器
5.生物领域
目前，许多发达国家都把纳米压印 技术列入重点发展领域，很多公司都 在投入大量人力、物力开展纳米压印 设备制造，模板制造以及纳米压印的 应用的。纳米压印技术在中国虽然起 步很晚，但进展非常迅速，相信随着 社会的发展和进步，我国的在纳米压 印技术上会更上一层楼。
纳米压印技术
主要内容
1.纳米压印技术简介
1.1 压印技术 1.2 纳米压印技术 1.3 纳米压印关键工艺步骤 2.纳米压印工艺 2.1 热压印技术 2.2 紫外光固化压印（步进-闪光工艺） 2.3 软模板压印技术（SCIL） 2.4 逆压印技术 2.5 滚筒压印技术 3.纳米压印技术应用领域及前景
纳米压印技术
①
③
微 接 触
②
纳米压印技术 以上
• 首先在衬底上涂上一层薄层热塑形高分子材料（如PMMA）。升温并达到 此热塑性材料的玻璃化温度Tg（Glass transistion temperature）之上。热 塑性材料在高弹态下，黏度降低，流动性增强，随后将具有纳米尺度的 模具压在上面，并施加适当的压力。热塑性材料会填充模具中的空腔， 在此过程中，热塑性材料的厚度应较模具的空腔高度要大，从而避免模 具与衬底的直接接触而造成损伤。模压过程结束后，温度降低使热塑性 材料固化，因而能具有与模具重合的图形。随后移去模具，并进行各相 异性刻蚀去除残留的聚合物。接下来进行图形转移。图形转移可以采用 刻蚀或者剥离的方法。刻蚀技术以热塑性材料为掩膜，对其下面的衬底 进行各向异性刻蚀，从而得到相应的图形。剥离工艺先在表面镀一层金 属，然后用有机溶剂溶解掉聚合物，随之热塑性材料上的金属也将被剥 离，从而在衬底上有金属作为掩膜，随后再进行刻蚀得到图形。
模具 高分子热塑性材料 ①衬底 ③
热 塑
②
④
填充模具
各向异性刻蚀
紫外固化——S-FIL (Step-Flash Imprint Lithography)
• 采用对紫外透明的石英玻璃（硬模）或PDMS（软模），光阻胶 采用低粘度、光固化的单体溶液。先将低粘度的单体溶液滴在要 压印的衬底上，结合微电子工艺，薄膜的淀积可以采用旋胶覆盖 的方法，用很低的压力将模版压到晶圆上，使液态分散开并填充 模版中的空腔。透过模具的紫外曝光促使压印区域的聚合物发生 聚合和固化成型。最后刻蚀残留层和进行图形转移，得到高深宽 比的结构。最后的脱模和图形转移过程同热压工艺类似。
纳米压印技术
ห้องสมุดไป่ตู้念
纳米压印技术
高保真度
几乎无差别的将掩模板上的图形转移到wafer上.
纳米压印可望成为一种工业化生产技术，从根本上解决各种纳米器件
生产。
2020/3/13
7
微纳科学技术
一.为什么研究纳米压印技术
应用领域：
半导体加工 作量子磁碟 DNA 电泳芯片 GaAs 光检测器 波导起偏器 硅场效应管 2020/3/13
纳米压印技术
(Nanoimprint Lithography)
微纳加工技术及微纳器件
段智勇 2020/3/13
微纳科学技术
主要内容
1. 为什么要研究纳米压印技术.
2. 纳米压印技术实现的方式.
3. 纳米压印技术亟待解决的问题.
4. 课题组研究工作及进展.2020/3132微纳科学技术
一.为什么研究纳米压印技术
2. 图形转移(pattern transfer)
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)。
已刻有目标纳米图形的硬“印章”(如二氧化硅“图章”) 在一定的 温度(必须高于聚合物“软化”温度(glass - transition temperature) ，和压力下去“压印”(imprint ) PMMA 涂层。
2020/3/13
Appl. Phys. Lett., 67 (21), 3114 (1995).
14
微纳科学技术
二.纳米压印技术实现方式
超声纳米压印技术
热压印的改进，利用超声波加热介质聚合物。 中国台湾清华大学首次提出。
2020/3/13
15
微纳科学技术
二.纳米压印技术实现方式
纳米压印技术
摘要半导体加工几十年里一直采用光学光刻技术实现图形转移,最先进的浸润式光学光刻在45 nm节点已经形成产能,然而,由于光学光刻技术固有的限制,已难以满足半导体产业继续沿着摩尔定律快速发展。
在下一代图形转移技术中,电子束直写、X射线曝光和纳米压印技术占有重要地位。
其中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。
介绍了传统纳米压印技术以及纳米压印技术的新进展,如热塑纳米压印技术、紫外固化纳米压印技术、微接触纳米压印技术等。
关键词:纳米压印；气压辅助压印；激光辅助压印；滚轴式压印AbtractTransfer of graphics is achived by oplical lithography for several decades in semiconductorprocess. The prodution capacity of 45 nm node has been formed. But now semiconductor industry is difficult to be developed according toMoore law because of the inherent limitations of oplical lithograhy. Nowelectron - beam directwriting, X - ray exposure and nanoimprint technology are the main technologies fornext generation graphics transfer technology. Nanoimprint technology has the advantages of high yield, lowcost and simple process. Introduce the traditional nanoimprint technology and its development, includinghot embossing lithography technology, ultraviloet nanoimprint,micro - contact nanoimprint.Key words:Nanoimprint lithography；Pressure-assisted nanoimprint；Laser-assisted nanoimprint；Roller-type nanoimprint- i -目录第1章绪论 (1)第2章纳米压印的技术方法.......................... 错误！未定义书签。
压印技术
PDMS模板复制示意图 （a）在模板上印的分类
a 电微接触印刷技术示意图 （a）压印前（b）衬底与模板接触并加电压 （c）压印胶的电荷分布图形化（d）脱模
b
IPS-TU2工艺过程示意图 （a）压印IPS过程（b）IPS转印TU2过程
纳米压印的分类
5.激光辅助压印技术
纳米压印技术
纳米压印的基本原理 纳米压印的基本工艺流程 纳米压印的分类
纳米压印技术基本原理
纳米压印技术基本原理 通过外加机械力，使具有微纳结构的模板 与压印胶紧密贴合，处于黏流态或液态下的压 印胶逐渐填充模板上的微纳结构，然后将压印 胶固化，分离模板与压印胶，就等比例地将模 板结构图形复制到了压印胶上，最后可以通过 刻饰等图形转移技术将压印胶上的结构转移至 衬底上。实质上就是将传统的模具复型技术直 接应用于微纳加工领域。
纳米压印的分类
6.紫外压印和光刻联合技术
紫外压印与光刻技术相结合的方法， 即在紫外固化压印复合模板上部分涂覆了 一层不透光的金属掩膜，并用该掩膜进行 紫外压印，压印过程与紫外固化过程一致。
纳米压印和紫外光刻结合技术示意图 （a）压印前（b）紫外固化压印（c）脱模（d）显影
纳米压印的基本工艺流程
4.图形转移
图形转移工艺是通过刻蚀等技术将压印胶上的结构转移到衬底上。 纳米压印图形的转移与光学曝光和电子束曝光后的图形转移相同，可以 使用化学、物理，或者两者结合的方法，将掩模板上的结构复制到衬底 上。 湿法刻蚀技术是利用溶液与压印衬底材料之间的化学反应，来去除 没有胶保护区域的方法。湿法刻蚀底切现象比较严重，不易在刻蚀过程 中保持与原有压印结构的一致性，尤其是具有较小特征尺寸的纳米级图 形，容易造成比较严重的结构破坏。湿法刻蚀技术在纳米压印图形转移 过程中使用相对较少。 干法刻蚀进行图形转移是比较通行的方法，通常有两种方式：一种 是将聚合物图形作为模板直接刻蚀；另一种是先沉积金属，然后通过溶 脱技术将图形转移至衬底上再刻蚀。直接刻蚀得到的衬底图形结构与模 板互为反版结构，沉积后刻蚀得到的衬底图形结构与模板一致。
纳米压印技术原理
纳米压印技术原理引言：纳米压印技术是一种用于制备纳米结构的先进工艺，它可以在纳米尺度上对材料进行加工和制造。
本文将介绍纳米压印技术的原理及其应用。
一、纳米压印技术的定义纳米压印技术是一种通过对材料施加压力，将纳米尺度的图案或结构转移到另一材料表面的加工方法。
这种技术可以制备出具有纳米特征的结构，具有广泛的应用前景。
二、纳米压印技术的原理纳米压印技术的原理基于压力和热力学效应。
具体步骤如下：1. 制备模具：首先，需要制备一个具有所需纳米结构的模具。
常用的制备方法包括电子束或光刻技术。
2. 涂覆材料：将需要加工的材料涂覆在基板表面。
3. 压印过程：将制备好的模具与涂覆材料的基板接触，并施加一定的压力。
通过压力的作用，模具上的纳米图案被转移到材料表面。
4. 固化和脱模：在压印过程中，涂覆材料可能会发生流动，因此需要对其进行固化以保持所需的纳米结构。
然后，将模具从基板上脱离。
三、纳米压印技术的特点1. 高分辨率：纳米压印技术可以制备出具有纳米级别分辨率的结构，可以满足多种应用的需求。
2. 高效性：纳米压印技术具有高效的加工速度，可以在短时间内制备大面积的纳米结构。
3. 可重复性：纳米压印技术可以实现高度重复性制备，保证产品的一致性和可靠性。
4. 灵活性：纳米压印技术适用于不同类型的材料，包括有机材料、无机材料和生物材料等，具有广泛的应用领域。
四、纳米压印技术的应用纳米压印技术在许多领域都有广泛的应用，包括：1. 光学领域：纳米压印技术可以制备出具有特殊光学性质的结构，用于制备纳米光学器件和光学传感器等。
2. 电子领域：纳米压印技术可以制备出具有特定电子性质的结构，用于制备纳米电子器件和纳米电路等。
3. 生物医学领域：纳米压印技术可以制备出具有特定生物特性的结构，用于制备生物芯片和生物传感器等。
结论：纳米压印技术是一种重要的纳米加工技术，具有高分辨率、高效性、可重复性和灵活性等特点。
它在光学、电子和生物医学等领域有着广泛的应用前景。
纳米压印技术概述
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“纳米压印”(nanoimprint lithography) 的新技术[1]。
纳米材料在电子、光学、化工、陶瓷、生物和医药等诸多方面的重要应用而引起人们的高度重视.一纳米材料的概述：从分子识别、分子自组装、吸附分子与基底的相互关系、分子操作与分子器件的构筑，并通过具体的例证加以阐述，包括在STM 操作下单分子反应有机小分子在半导体表面的自指导生长; 多肽-半导体表面特异性选择结合.生物分子/无机纳米组装体、光驱动多组分三维结构组装体、DNA 分子机器。
所谓纳米材料指的是具有纳米量级从分1~100 nm 的晶态或非晶态超微粒构成的分子识别走向分子信息处理和自组织作用的固体物质。
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业界和学术界的关注，并致力于在中国发展纳米压印技术。
纳米压印技术
纳米压印及其加工技术摘要：纳米压印是一种全新的纳米图形复制方法。
米压印可望成为一种工业化生产技术，从根本上开辟了各种纳米器件生产的广阔前景。
讲解了纳米压印相关技术种类，技术发展程度，及未来发展方向和应用前景。
关键词：纳米压印；影响因素；产业化发展7月16日，王旭迪老师在我校格物楼二楼学术报告厅开展一场主题报告，本次报告主题为“纳米压印及其加工技术”。
我专业80余人参加了此次报告会。
王老师讲解了纳米压印技术的分类、原理，以及此项技术的发展历程和应用前景。
一、纳米压印的技术方法纳米压印技术最早由Stephen 丫Choi教授在1995年率先提出,这是一种不同与传统光刻技术的全新图形转移技术。
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。
纳米压印技术是一种目前在国际上引起普遍关注的具有超高分辨率的新纳米光刻方法，可以在柔性聚合物等薄膜上形成分辨率小于10nm的大面积三维人工结构。
纳米压印分为两步：压印和图形的转移。
将模版与基片进行对准，基片由硅片和聚合物形成的抗蚀层组成。
通常热压印中抗蚀层为传统光刻胶聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）,且压印前已经均匀固化在硅片上。
然后加压，使模版上的微细图形转移到抗蚀剂上。
最后进行脱模分离，使模版与抗蚀层分离。
后续工艺为采用反应离子刻蚀（RIE）将残余层除去。
这就完成了整个压印过程。
传统纳米压印技术主要有三种：热塑纳米压印技术、紫外固化压印技术和微接触纳米压印技术。
1.1热塑纳米压印技术热塑纳米压印技术主要的工艺流程：制备高精度掩模板，一般采用硬度大和化学性质稳定的SiC、SisN、SQ2 ,利用电子束蚀刻技术或反应离子蚀刻技术来产生图案；利用旋涂的方式在基板上涂覆光刻胶,常见的是PMM和PS加热至光刻胶的玻璃化转换温度（Tg）之上50C〜100C ,然后加压（500kPa〜1 OOOkPa）于模板并保持温度和压力一段时间，液态光刻胶填充掩模版图形空隙；降低温度至Tg以下后脱模，将图形从模板转移到基片上的光刻胶；采用反应离子刻蚀去除残留光刻胶，就将图形转移到基板上。
纳米压印技术
目标和结果
1. 石英印章接触压印 2. 进行UV曝光 3. 从基板分离印章 4. 清除残留层 5. 氧蚀剂蚀刻
微接触印刷μCP
T-NIL步骤
聚合物被加热到它的玻璃化温度 以上.
施加压力
模压过程结束后 ,整个叠层被冷却 到聚合物玻璃化温度以下
脱模.脱模时要小心 ,以防止用力 说明过：度玻璃而化温使度模,高聚具物损由高伤弹.态转变为玻璃态的温度.
紫外纳米压印光刻UV-NIL
流程如下：被单体涂覆的衬底和透明印章装载到对准 机中 ,通过真空被固定在各自的卡盘中.当衬底和印章的光学 对准完成后 ,开始接触.透过印章的紫外曝光促使压印区域的 聚合物发生聚合和固化成型.接下来的工艺类似于热压工艺.
目录：
➢ 介绍 ➢ 过程 ➢ 应用 ➢ 未来前景
Conten ts
介绍
纳米压印光刻NIL是制造纳米尺度图案的方
法. 它是一种简单的纳米光刻工艺,具有成本低,产量高,分辨率 高. 它通过压印抗蚀剂的机械变形和随后的工艺形成图案. 印记 抗蚀剂通常是在印迹期间通过热或UV光固化的单体或聚合物 制剂. 控制抗蚀剂和模板之间的粘合以允许适当的释放.
效应的限制,也不受二次电子的限制,不需要任何复杂的辐射化学. 它也是一 种潜在的简单和便宜的技术. 然而,对纳米尺度图案的延续性障碍是目前依 赖于其他光刻技术来生成模板.自组装结构可能为10纳米或更小尺度的周期 性图案的模板提供最终解决方案.
截至2007年10月,东芝是唯一一家经过验证的纳米压印光刻技术,面向22nm及以上的公司.
第四章纳米压印技术 ppt课件
工成一个压模: 然后在用来绘制纳米
图案的基片上旋涂一层聚合物薄膜，
将其放人压印机加热并且把压模压在
基片上的聚合物薄膜上，再把温度降
低到聚合物凝固点附近并且把压模与
聚合物层相分离，就在基片上做出了
凸起的聚合物图案(还要稍作腐蚀除去
热压印示意图
凹处残留的聚合物)
热压印法的工艺过程分三步: MicroNano System Research Center 压模制备、压印过程、图形转移。
2007年当选为美国国家工程院院士，被称为改革开放后中国 大陆高校毕业生获取美国国家工程院院士的第一人。
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主要内容
1.纳米压印技术简介 1.1 压印技术 1.2 纳米压印技术 1.3 纳米压印关键工艺步骤
2.纳米压印工艺 2.1 热压印技术 2.2 紫外光固化压印（步进-闪光工艺） 2.3 软模板压印技术（SCIL） 2.4 逆压印技术 2.5 滚筒压印技术
由于不同压印工艺对模板材料的要求不同，为了寻找使用周期更 长的模板材料作为大规模生产，研究人员研究更具灵活性和适应性 的材料作为模板材料。一般通过实验来测试这些通过纳米加工技术 得到的模板的耐用性。
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1）硬度: 分别进行不同的硬度试验测试，包括硬度划痕试验 和压痕硬度试验. 在硬度划痕试验中，测试莫式硬度。在压痕硬 度试验中，测试维氏硬度和努普硬度。
2) 导热性: 必须考虑到模板和基片这两种材料导热性的差异 。在降温过程中，两者导热性过大的差异，会使图形产生扭曲 变形。通常的选用原则是，导热性越强越好，可以缩短整个加 工周期，这有利于产量的提高. 模板材料随压印工艺而不同:
纳米压印技术概述与应用
紫外纳米压印(UV-NIL) Austin texas.GrantWilson;1996
1英寸小模板，石英玻璃或金刚石材 料，可以透过紫外光 50nm 室温
1-200N Si片
500nm 紫外感光有机溶剂 (SU-8等)
分辨率高、对准精度高、便于实验研 究、可选真空环境 纳光电器件、纳电子器件、NEMS、 MEMS加工特别适合半导体集成电路 制造
7、分类
纳米压印目前分类： 热压印 (hot embossing lithography，HEL)； 紫外纳米压印(Uybased nanoimprint lithography，UV-NIL)； 微接触印刷 (μm-contact print，μCP)； 步进纳米压印； 激光辅助纳米压印； 滚轴式压印； 金属薄膜直接压印。
紫外纳米压印一个新的发展是采用紫外纳米压印技术和步进技术相结合形成的步进闪光纳 米压印技术，有望成为下一代集成电路的主流技术。紫外纳米压印工艺目前具有的复制能 力可达到10nm。
13、微接触印刷
微接触印刷技术的工艺流程为：首先使用聚二甲基硅氧烷 (PDMS)等高分子聚合物作为掩 模制作材料，采用光学或电子束光刻技术制备掩模板;将掩模板浸泡在含硫醇的试剂中，在 模板上形成一层硫醇膜;再将 PDMS 模板压在镀金的衬底上1020s后移开，硫醇会与金反应 生成自组装的单分子层 SAM，将图形由模板转移到衬底上。
滚轴式纳米压印现有两种工艺：一种是将掩模板直接制作到滚轴上，可以通过直接在金属 滚轴上压印，紫外光固化制得图形。一种是利用弹性掩模套在滚轴上实现，滚轴的转动将 图形连续地压人已旋涂好光刻胶的基板上，紫外光固化，滚轴的滚动实现了压人和脱模两 个步骤，制得图形。
18、金属薄膜直接压印
纳米压印在光伏器件中的应用课件
利用纳米压印技术制造柔性光伏器件
总结词
纳米压印技术可以用于制造柔性光伏器件，使其具有更好的柔韧性和可穿戴性。
详细描述
通过纳米压印技术，可以将光伏材料直接印刷在柔性基底上，制造出轻薄、可弯 曲和可折叠的光伏器件。这种柔性光伏器件可以广泛应用于可穿戴设备、智能家 居等领域。
利用纳米压印技术制造微型光伏器件
它通过将设计好的微纳米结构模板压 印在光刻胶表面，经过固化、剥离等 步骤，将微纳米结构复制到光刻胶上 ，再进一步转移到基底表面。
纳米压印技术的原理
纳米压印技术的基本原理是将具有微纳米结构的模板压印在 光刻胶表面，通过物理或化学方法使光刻胶表面发生形变， 形成与模板相同的微纳米结构。
随后，将模板与光刻胶分离，并将光刻胶上的微纳米结构转 移到基底表面。
纳米压印在光伏器件中的应用课件
目录
• 纳米压印技术简介 • 纳米压印在光伏器件中的应用 • 纳米压印技术在光伏器件中的具体应用案
例 • 纳米压印技术在光伏器件中的挑战与前景 • 结论
01
纳米压印技术简介
纳米压印技术的定义
纳米压印技术是一种基于物理或化学 方法，将微纳米结构转移到基底表面 的制造技术。
02
纳米压印在光伏器件中的应用
纳米压印在光伏器件中的应用
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03
纳米压印技术在光伏器件中的 具体应用案例
利用纳米压印技术制造高效太阳能电池
总结词
通过纳米压印技术，可以制造出具有高效能、低成本和长寿命的太阳能电池。
详细描述
纳米压印技术能够实现高分辨率和高效率的图案化，从而提高太阳能电池的光 电转换效率。此外，该技术还可以降低生产成本，提高生产效率，并延长太阳 能电池的使用寿命。
第四章纳米压印技术 ppt课件
热压印温度与时间曲线
3. 待光刻胶冷却固化成形之后，释放压力并且将模版脱离硅基板； 4. 最后对硅基板进行反应离了刻蚀（Reactive Ion Etching )去除残 留的光刻胶，即可以复制出与模版等比例的纳米图案。
脱模及刻蚀过程
热压印温度与时间曲线
降Mic低roNa热no 压Syst印em R时eseParcMh CMentAer和模版的粘附，使之易于脱
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图形转移层工艺： 图形转移层作为模板与基片的中间介质，可以避免在压印过程
日前，NIL技术已经可以制作线宽 在5nm以下的图案。
由于省去了光学光刻掩模版和使用光 学成像设务的成本。因此NIL技术具有低 成木、高产出的经济优势。
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广泛应用在纳米电子元件、生物或化 学的硅片实验室、微流道装置，超高存 储密度磁盘、微光学元件等领域;
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纳米压印/刻蚀工艺
2. 剥离技术：先采用镀金工艺在表面形成一层金层，然后用有 机济剂进行溶解，有聚合物的地方要被溶解，于是连同它上面的 金一起剥离.这样就在衬底表面形成了金的图案层。
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3.纳米压印技术应用领域及前景
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半导体纳米压印技术
半导体纳米压印技术
半导体纳米压印技术是一种利用压印方法制备纳米结构的技术。
它将纳米尺度的模具压印到半导体材料的表面上，从而在表面形成所需的纳米结构。
这种技术具有高效、低成本、高分辨率和高可制备性等优点，可以用于制备各种纳米结构，如纳米线、纳米点阵等。
半导体纳米压印技术的工作原理是将纳米尺度的模具与半导体材料的表面接触，然后通过外加压力将模具的纳米结构转移到材料表面。
通常，模具是以硅片为基底制备的，上面有所需的纳米结构图案。
在压印过程中，先将模具与半导体材料的表面接触，并施加足够的压力使其结合。
然后，通过控制温度和压力等参数，使模具的纳米结构转移到半导体材料表面，形成所需的纳米结构。
半导体纳米压印技术在纳米器件制备中具有广泛应用。
例如，可以用于制备纳米杂化结构、光电子器件、光学薄膜和生物传感器等。
与传统的制备方法相比，半导体纳米压印技术具有制备简单、成本低、制备速度快和可批量制备等优点，逐渐成为一种重要的制备方法。
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微米纳米加工技术
1.2 纳米压印技术
普 林 士 顿 大 学 ： Stephen Y.Chou 教授，将一具有纳米图
第三章：纳米压印技术
来的模版以机械力(高温、高压)
在涂有高分子材料的硅基板上 等比例压印复制纳米图案. 压印示意图 优点：其加工分辨力只与模版图案的尺寸有关，而不受光学 光刻的最短曝光波长的物理限制。 MicroNano System Research Center
长的模板材料作为大规模生产，研究人员研究更具灵活性和适应性
的材料作为模板材料。一般通过实验来测试这些通过纳米加工技术 得到的模板的耐用性。
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微米纳米加工技术
1）硬度: 分别进行不同的硬度试验测试，包括硬度划痕试验
第三章：纳米压印技术
第三章：纳米压印技术
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电沉积Ni 模版
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微米纳米加工技术
模板材料的选择：
第三章：纳米压印技术
选择模板材料的关键在于它们的机械特性。包括硬度，热膨胀
系数和导热性。通常要求模板材料硬度和拉伸强度高，热膨胀系数
小，抗腐蚀性好，确保模版耐磨，变形小，从而保证其压印精度和 使用寿命。 由于不同压印工艺对模板材料的要求不同，为了寻找使用周期更
微米纳米技术
纳米压印技术 2015.05
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微米纳米加工技术
第三章：纳米压印技术
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微米纳米加工技术
第三章：纳米压印技术
普林斯顿大学电机系华裔教授,
1978年从中国科技大学物理系毕
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微米纳米加工技术
主要内容
第三章：纳米压印技术
1.纳米压印技术简介 1.1 压印技术 1.2 纳米压印技术 1.3 纳米压印关键工艺步骤 2.纳米压印工艺 2.1 热压印技术 2.2 紫外光固化压印（步进-闪光工艺） 2.3 软模板压印技术（SCIL） 2.4 逆压印技术 2.5 滚筒压印技术 3.纳米压印技术应用领域及前景 MicroNano System Research Center
第三章：纳米压印技术
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微米纳米加工技术
实例 2 ：
第三章：纳米压印技术
材料：4 m Plex 6792 熱壓：(79+90)C, 125 bar, 15 min
材料：50 nm mr-I 8030 熱壓：(115+90)C, 125 bar, 15 min
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MicroNano System Research Center 热压印法的工艺过程分三步 : 压模制备、压印过程、图形转移。
微米纳米加工技术
第三章：纳米压印技术
纳米压印与图形转移技术
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微米纳米加工技术
热压印工艺流程：
第三章：纳米压印技术
MicroNano System Research Center
熱壓溫度：175C 熱壓時間：30min
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PMMA热压后形状松弛
微米纳米加工技术
热压印的优点及存在的问题 ：
第三章：纳米压印技术
优点：热压印相对于传统的纳米加工方法，具有方法灵活、成
本低廉和生物相容的特点，并且可以得到高分辨率、高深宽比结构。
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热压印模版的制备
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微米纳米加工技术
第三章：纳米压印技术
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微米纳米加工技术
第三章：纳米压印技术
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பைடு நூலகம்10
微米纳米加工技术
紫外纳米压印示意图
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微米纳米加工技术
紫外纳米压印工艺流程：
第三章：纳米压印技术
1. 首先都必须准备一个具有纳米图
案的模版，而 UV-NIL 的模版材料必
须使用可以让紫外线穿透的石英； 2. 并且在硅基板涂布一层低粘度、 对UV感光的液态高分子光刻胶； 3. 在模版和基板对准充成后，将
模版压入光刻胶层并且照射紫外光使
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微米纳米加工技术
第三章：纳米压印技术
基本概念：利用电子束刻印技术或 其他先进技术，把坚硬的压模毛坯加
工成一个压模: 然后在用来绘制纳米
图案的基片上旋涂一层聚合物薄膜， 将其放人压印机加热并且把压模压在 基片上的聚合物薄膜上，再把温度降 低到聚合物凝固点附近并且把压模与 聚合物层相分离，就在基片上做出了 凸起的聚合物图案(还要稍作腐蚀除去 热压印示意图 凹处残留的聚合物)
第三章：纳米压印技术
Temperature) 以上，利用机械力将模版压入高温软化的光刻胶层内，
并且维持高温、高压一段时，使热塑性高分子光刻胶填充到模版的
纳米结构内;
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热压印流程
热压印温度与时间曲线
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3. 待光刻胶冷却固化成形之后，释放压力并且将模版脱离硅基板； 4. 最后对硅基板进行反应离了刻蚀（Reactive Ion Etching )去除残留 的光刻胶，即可以复制出与模版等比例的纳米图案。
近十年间 , 各种创新的NIL工艺的研究陆续开展，其实验结果越 来越令人满意，目前，大概归纳出四种代表技术: 热压印光刻技术 、紫外硬化压印光刻技术、软压印、激光辅助直接光刻技术。
2.1 热压印(HE-NIL ) 2.1.1热压印
热压工艺是在微纳米尺度获得并行复制结构的一种成本低而速 度快的方法，仅需一个模具，完全相同的结构可以按需复制到大 的表面上。
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微米纳米加工技术
1.3 关键工艺步骤： 模版的制备：
第三章：纳米压印技术
压模的制作通常用高分辨电子束刻印术(EBL)制备，压模通常
用Si, SiO2.氮化硅、金刚石等材料制备。这些材料具有:高硬度、大
压缩强度、大抗拉强可以减少压模的变形和磨损;高热导率和低热
膨胀系数，使得在加热过程中压模的热变形很小。
热压印的缺点是需要高温、高压、且即使在高温、高压很长时间，
对于有的图案，仍然只能导致聚合物的不完全位移，即不能够完全 填充印章的腔体。 存在的问题：使用热压印光刻技术的热朔性高分子光刻胶必须经 过高温、高压、冷却的相变化过程，在脱模之后压印的图案经常会 产生变形现象，因此使用热压印技术不易进行多次或三维结构的压 印，为了解决此问题，有人开始研发一些可以在室温、低压下使用 的压印光刻技术。
光刻胶发生聚合反应硬化成形； 4.
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然后脱模、进行刻蚀基板上残
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留的光刻胶便完成整个UV-NIL。
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1. Spin coating the polymer of PMMA (bottom layer); 2. Sputtering the metal of Germanium;
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第三章：纳米压印技术
1. 纳米压印技术简介
1.1 压印技术
说到压印技术，其实并不神秘，中国
古代四大发明之一的活字印刷术就是最 初压印技术的原型。通俗的说，压印就 是把一个刻有凸凹图案的印章盖在橡皮 泥上，然后在其上面留下与章的图形相
反的图案。 MicroNano System Research Center
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3. 紫外光固化压印技术（UV-NIL）
化高分子的压印光刻技术，其前处理与热压印类似。
第三章：纳米压印技术
M.Bender和M.Otto提出一种在室温、低压环境下利用紫外光硬
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1）软压印术先用硅作为母板，然后采用聚二甲基硅氧烷（PDMS )浇铸母板，最后得到PDMS模板(或模具);
2）热压印一般采用镍(Ni)、铬(Cr)或碳化硅(厚度5.5mm)作为模板;
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2. 纳米压印技术原理和分类
第三章：纳米压印技术
1. 首先，利用电子束直写技术(EBDW)制作一片具有纳米图案的Si 或SiO2模版，并且准备一片均匀涂布热朔性高分子光刻胶 (通常以
PMMA为主要材料)的硅基板；
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模版的制备
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微米纳米加工技术
2. 将 硅 基 板 上 的 光 刻 胶 加 热 到 玻 璃 转 换 温 度 (Glass Transfer
业； 1986年获麻省理工学院博士后； 先后在斯坦福大学及明尼苏达大 学任教；
Stephen Y.Chou
（/~chouweb/）
1997年应聘至普林斯顿大学主持 “纳米结构实验室”。
2007年当选为美国国家工程院院士，被称为改革开放后中国大
陆高校毕业生获取美国国家工程院院士的第一人。
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脱模及刻蚀过程
热压印温度与时间曲线