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纳米压印技术原理基本一致,只是工艺变得更加简单、实用和廉价。
1 三种典型纳米压印技术的工艺方法及其关键技术
1 热压印(Hot embossing)
热压印(Hot embossing)是很早开发出的纳米压印技术,相对其他技术,它也是被研究的很为充分,应用的很为广泛,是目前纳米压印技术的主流技术。
模板的制备是整个热压印过程当中很关键的一步,因为纳米压印技术的核心思想是图形的复制与转移,整个技术实现的前提是模板须具备高分辨率、稳定、可重复使用特性。目前分辨率很高的曝光技术是电子束直写曝光技术,它的分辨率可高达5nm,其过程如下:(1)涂敷聚合物:将对电子束敏感的聚合物(如PMMA)涂敷到平整的基底上;(2)制备聚合物图形:电子束按照预定的图形程序在聚合物表面扫描曝光,被曝光区域的聚合物断键或分解,溶解在特定的溶剂中。而未被扫描的区域则不溶(即显影),在基底上制备聚合物图形;(3)转移聚合物图形:经过真空蒸镀金属、剥离、反应离子刻蚀等工序,将聚合物图形转移到金属或基底上。这里的基底材料通常是SiO2。
热压印模板要具备以下条件:(1)高硬度:压模和撤模的过程中不容易变形和受损;(2)低膨胀系数:避免热膨胀程度不同及高压导致的图形变形;(3)好的抗黏性能:压模时聚合物能全都浸润模板表面,撤模时聚合物能与基底全都分离。
综合上述条件限制,热压印阶段模板通常选用Si和SiO2,抗粘层则主要使用Cr、Ni、Al,其中Ni是目前实验证明坑粘效果很好的金属保护层。
1.2 紫外固化压印(UV-curable Nanoimprint Lithograhpy)
紫外固化压印(UV-curable Nanoimprint Lithograhpy)则是目前综合优势很好的压印技术,它不需要高温、高压条件,加工精度高、加工效率高、对准性好。紫外压印很新的一个改进技术是步进-闪光压印,它可以在工艺和工具成本明显降低的情况下,在工具寿命、模具寿命、模具成本、工艺良率、产量和尺寸重现精度等方面达到和光学光刻一样甚至变好。紫外固化压印技术将是纳米压印技术的一个重要的发展方向。
3 微接触印刷(Micro-contact printing)
微接触印刷(Micro-contact printing)是哈佛大学Whitesides GM等人提出来的。它的基本思想是:用一块弹性模板和分子自组装技术,在基底表面形成自组装单分子层纳米图形结构。这种方法不但快速、廉价,而且不需要洁净间和平整的表面,适合多种不同表面,操作方法灵活多变。它还具有高质量、低成本的优点,可大面积制作简单图案,图案的很小分辨率可达35nm。