納米壓印技術是一種不同于傳統光刻技術的全新圖像轉移技術,它不使用光線曝光或輻射來使光刻膠成形,而是先利用電子束或離子束蝕刻出高精度的掩模板,然後通過模板將圖形轉移到相應的基底上(轉移的媒介通常是一層很薄的聚合物膜), 通過加熱或UV輻照的方法使聚合物膜硬化從而保留下轉移的圖像。
https://tengxinchina.diytrade.com/納米壓印技術的種類很多,但其中以下幾種最為常見:
(1)熱塑納米壓印技術(Thermoplastic Nanoimprint Lithography):最早提出的納米壓印技術,一般先採用硬度高和化學性質穩定的材料(例如SiC、Si3N4、SiO2等)來製作掩模板(Mask),然後利用電子束蝕刻或反應離子束蝕刻技術在掩模板上產生納米微圖案,隨後用旋塗的方式在待轉移的基底上塗覆光刻膠(常見的材料為PMMA或PS),並將基底加熱至光刻膠的玻璃化轉換溫度(Tg)之上50°-100°,接着加壓于掩模板(500kpa-1000Kpa)並保持溫度和壓力一段時間直至液態光刻膠填滿掩模板圖形間隙。 將溫度降至Tg以下進行脫模,用反應離子束刻蝕去除殘留光刻膠,就成功地將圖案從掩模板轉移到基板上了。
熱塑納米壓印技術最主要的一個特點為需要將光刻膠加熱至玻璃化溫度之上,並且為了減小空氣氣泡對轉移圖案質量的影響,整個工藝過程都要在小於1Pa的真空環境中進行。
(2)紫外固化納米壓印技術(UV-Based Nanoimprint Lithography):首先同樣需要製作高精度的掩模板(硬膜-石英,軟膜-PDMS),並且要求掩模板對紫外光線全透,然後在基板上旋塗一層液態光刻膠(光刻膠要求黏度低,對紫外光敏感,厚度一般為600nm-700nm),接着用較低的壓力將模板壓在光刻膠之上,當液態光刻膠填滿模板間隙時,使用紫外光從背面照射模板,使光刻膠固化, 再進行脫模並蝕刻去除殘留光刻膠。
紫外固化納米壓印技術在壓印過程中不需要進行加熱,可以在常溫下進行,因而能有效的避免熱塑壓印中由於熱膨脹效應引起的熱變形問題,提高了壓印圖形精度。但紫外固化納米壓印技術設備昂貴,對製造工藝和環境的要求也非常高,並且在沒有加熱的情況下,光刻膠中的氣泡難以排出,可能會對細微結構造成缺陷。
(3)微接觸納米壓印技術(Micro-Contact Transfer Printing): 該工藝與蓋章的工藝有點儿像,先使用電子束或離子束蝕刻得到掩模板,然後將一種高分子材料(PDMS)倒入刻好的掩模板中固化脫模得到微接觸壓印所需的模板(Mask,我們可以理解為印章),然後將所得的模板浸沒到含硫醇的試劑中(我們可以理解成墨汁),再將PDMS模板壓在鍍金的襯底上10s-20s離開(完成蓋章),硫醇會與金髮生化學反應,形成自組裝的單分子層SAM。 將襯底浸沒在氰化物溶液中,氰化物使未被SAM單分子層覆蓋的金溶解,而SAM能有效的阻擋氰化物的離子,將覆蓋的金保留,這樣就實現了圖形轉移。
微接觸納米壓印技術不需要苛刻的實驗環境(室溫環境下即可進行),不需要進行加熱或曝光固化,因而相比于前面兩種納米壓印技術更加經濟實惠。但該方法形成的微結構特征尺寸較大(60nm左右),並且在多次壓印之後,圖形質量會明顯降低(就跟蓋章蓋多了,墨汁不夠一樣)。
(4)激光輔助壓印技術(Laser Assisted Direct Imprint):利用高能准分子激光透過掩模板直接熔融基板,在基板上形成一層熔融層(取代光刻膠),然後將掩模板壓入熔融層中,待固化后脫模,將圖案從掩模板直接轉移到基板上。其中必須保証所採用的准分子激光波長能全部透過掩模板而且其能量不會被基板所吸收。整個壓印過程只需納米秒級內即可完成,因此不會出現熱變形效應,再加上是直接將圖案轉移到基底上(沒有光刻膠),所以後續不需進行複雜的蝕刻工藝,優化了工序,降低了成本。
除了製作衍射光柵,納米壓印技術有着廣氾應用領域,例如量子通牒、DNA電泳芯片、生物細胞培養膜、納米集成電路、光子晶體陳列和OLED平板顯示陣列等。