纳米压印技术
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。
纳米压印概念
纳米压印概念纳米压印是一种新兴的纳米加工技术，也被称为“纳米印刷”。
它利用纳米级的印刷技术，可以在纳米尺度上进行精确的图案制作和复制。
纳米压印技术是一种重要的制备纳米结构材料的方法，具有很高的潜力和广阔的应用前景。
纳米压印的原理是利用压印模具对待加工表面进行压力作用，通过控制压力、温度和时间等参数，将模具上的图案或结构传递到被压制物体上，形成纳米级的结构。
纳米压印可以实现高分辨率、高精度的图案复制，其制备的纳米结构材料具有优异的物理、化学和光学性能。
纳米压印技术可以广泛应用于纳米器件的制备和表面纳米结构的制作。
在纳米电子学领域中，纳米压印可以用于制备纳米级晶体管、纳米线阵列和纳米电极等元器件。
在光学领域中，纳米压印可以制备具有特定光学性质的纳米结构，用于制造光学元件、光子晶体和纳米光学器件等。
在生物医学领域中，纳米压印可以制备具有特定形态和功能的纳米生物材料，用于药物传递、细胞培养和生物传感器等应用。
此外，纳米压印还可以用于制备纳米级图形、纳米标记和纳米阵列等领域。
纳米压印技术具有很多优点。
首先，它可以在大范围内实现纳米结构的高效制备，具有高度的可扩展性和可重复性。
其次，纳米压印可以制备复杂多样的纳米结构，包括多层薄膜、纳米线和纳米孔等。
此外，纳米压印技术还可以在多种材料上实现纳米结构的制备，如金属、半导体和聚合物等。
最后，纳米压印技术相对于传统的制备方法，具有低成本和高效率的优势。
然而，纳米压印技术也存在一些挑战和限制。
首先，纳米压印的模具制备和维护成本较高，需要使用昂贵的设备和材料。
其次，在纳米压印过程中，材料的性质和变形机制会对纳米结构的形成和复制产生影响，需要仔细控制制备条件。
此外，纳米压印技术对材料的选择和性能有一定要求，不适用于所有材料和结构的制备。
纳米压印技术在科学研究和工业生产中都具有重要的应用价值。
在科学研究方面，纳米压印可以帮助研究者深入理解纳米尺度下材料的物理和化学特性，推动纳米科学的发展。
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
纳米压印技术在器件制造中的应用
纳米压印技术在器件制造中的应用在当今科技飞速发展的时代，器件制造领域不断追求更小的尺寸、更高的性能和更低的成本。
纳米压印技术作为一种新兴的微纳加工技术，凭借其独特的优势，在器件制造中展现出了广泛而重要的应用前景。
纳米压印技术的原理其实并不复杂。
它主要是通过将具有纳米结构的模板压印在涂有聚合物或其他材料的基底上，从而实现纳米级图案的复制。
这种技术就像是用印章盖章一样，只不过这个“印章”上的图案极其微小，达到了纳米级别。
在半导体器件制造中，纳米压印技术发挥着关键作用。
传统的光刻技术在制造更小尺寸的半导体器件时面临着诸多挑战，比如成本高昂、工艺复杂等。
而纳米压印技术能够有效地解决这些问题。
它可以用于制造更小线宽的集成电路，提高芯片的集成度和性能。
通过精确控制压印过程中的压力、温度和时间等参数，可以实现高精度的纳米图案转移，从而生产出性能更优越的半导体器件。
在光学器件制造方面，纳米压印技术也具有显著的优势。
例如，用于制造衍射光学元件，这些元件能够对光进行精确的控制和调制。
通过纳米压印技术，可以在光学材料表面形成周期性的纳米结构，从而实现特定的光学功能，如分光、聚焦和滤波等。
此外，还可以制造高分辨率的光学传感器，提高光学检测的灵敏度和准确性。
在数据存储领域，纳米压印技术为提高存储密度提供了新的途径。
传统的磁存储和光存储技术在追求更高存储密度时遇到了物理极限。
纳米压印技术可以制造出纳米级的存储单元，大大增加了单位面积内的数据存储量。
这意味着我们能够在更小的空间内存储更多的数据，为大数据时代的发展提供了有力的支持。
在生物传感器制造中，纳米压印技术同样具有重要意义。
它可以在生物传感器表面制造出纳米级的结构，增加传感器与生物分子的接触面积，提高检测的灵敏度和特异性。
例如，用于制造基因检测芯片和蛋白质检测芯片，能够快速准确地检测出生物体内的微量物质，对于疾病的早期诊断和治疗具有重要的意义。
然而，纳米压印技术在实际应用中也面临一些挑战。
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
材料纳米压印技术的研究与应用
材料纳米压印技术的研究与应用近年来，材料纳米压印技术在科学研究和工业应用领域引起了广泛的关注。
这项技术通过利用纳米级的模板和压印工艺，能够在材料表面制造出微小的结构和纳米级的图案。
它不仅可以改善材料的性能和功能，还可以应用于光电子器件、生物传感器、纳米电子学等领域。
一、材料纳米压印技术的原理与方法材料纳米压印技术是一种利用压印模板在材料表面制造纳米级结构的方法。
其基本原理是将模板与材料表面接触，然后通过施加压力使模板的结构转移到材料表面。
在压印过程中，模板可以是硅基材料、金属材料或聚合物材料，而被压印的材料可以是金属、半导体、陶瓷等。
材料纳米压印技术通常包括以下几个步骤：首先，选择合适的材料和模板，并进行表面处理以提高压印效果。
然后，将模板与材料表面对准，并施加一定的压力使其接触。
接下来，通过热处理或紫外光照射等方式，使材料在模板的作用下发生变形，形成所需的纳米结构。
最后，将模板与材料分离，得到具有纳米结构的材料表面。
二、材料纳米压印技术的应用领域1. 光电子器件：材料纳米压印技术可以用于制造光学元件和光电子器件。
通过在材料表面制造纳米级的结构，可以改变材料的光学性能，如增强光的吸收、增加光的散射等。
这对于太阳能电池、光电传感器等器件的性能提升具有重要意义。
2. 生物传感器：材料纳米压印技术在生物传感器领域也有广泛的应用。
通过制造纳米级的结构和图案，可以增加生物传感器的灵敏度和选择性，提高检测的准确性和灵敏度。
这对于生物医学诊断、环境监测等方面具有重要意义。
3. 纳米电子学：材料纳米压印技术在纳米电子学领域也有广泛的应用。
通过制造纳米级的电子器件和电路结构，可以实现更小尺寸、更高性能的电子器件。
这对于集成电路、传感器、存储器等领域的发展具有重要意义。
三、材料纳米压印技术的挑战与展望虽然材料纳米压印技术在各个领域都有广泛的应用前景，但是仍然存在一些挑战需要克服。
首先，压印过程中需要控制好压力和温度等参数，以确保纳米结构的制备质量和一致性。
纳米压印模板的制备方法和制备过程
纳米压印模板的制备方法和制备过程1. 简介纳米压印技术是一种将纳米级图案转移到基底上的方法，广泛应用于纳米电子学、光学、生物医学等领域。
纳米压印模板的制备是纳米压印技术的关键步骤之一，本文将介绍纳米压印模板的制备方法和具体制备过程。
2. 制备方法纳米压印模板的制备方法主要有两种：直接写入法和间接写入法。
2.1 直接写入法直接写入法是指通过电子束曝光或激光束曝光等直接将图案写入到模板材料上。
这种方法具有高分辨率和高精度的优点，适用于制备高质量的纳米压印模板。
2.1.1 电子束曝光法电子束曝光法是利用电子束照射模板材料表面，通过控制电子束的位置和强度来形成所需图案。
具体步骤如下： - 准备好待曝光的模板材料。
- 将模板材料放置在电子束曝光机中。
- 设计并输入图案信息到电子束曝光机中。
- 调整电子束的位置和强度，进行曝光。
- 完成曝光后，对模板材料进行显影、蚀刻等处理，得到最终的纳米压印模板。
2.1.2 激光束曝光法激光束曝光法是利用激光束照射模板材料表面，通过控制激光束的位置和强度来形成所需图案。
具体步骤如下： - 准备好待曝光的模板材料。
- 将模板材料放置在激光束曝光机中。
- 设计并输入图案信息到激光束曝光机中。
- 调整激光束的位置和强度，进行曝光。
- 完成曝光后，对模板材料进行显影、蚀刻等处理，得到最终的纳米压印模板。
2.2 间接写入法间接写入法是指通过制备一个原始模板，然后利用该原始模板制备出多个复制品作为纳米压印模板。
这种方法适用于大面积生产，并且可以降低制备成本。
2.2.1 纳米球自组装法纳米球自组装法是利用纳米颗粒在表面张力作用下自行排列成有序结构的方法。
具体步骤如下： - 准备好基底材料。
- 在基底上涂覆一层可溶于溶剂的聚合物薄膜。
- 将纳米颗粒悬浮液滴在聚合物薄膜上，使其自行排列成有序结构。
- 固化聚合物薄膜，形成原始模板。
- 利用原始模板制备出多个复制品作为纳米压印模板。
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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 Y Chou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、Si3N4、SiO2,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PMMA和PS；加热至光刻胶的玻璃化转换温度(T g)之上50℃～100℃,然后加压(500kPa～1 000kPa)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T g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。
为了减小空气气泡对转移图案质量的影响,整个工艺过程都要在小于1Pa的真空环境中进行。
1.2 紫外固化纳米压印技术紫外固化纳米压印技术由德州大学C GWillson教授提出。
主要工艺过程：先制备高精度掩模板,而且要求掩模板对紫外光是透明的,一般采用SiO2材质作为掩模版；在基板上旋涂一层液态光刻胶,光刻胶的厚度为600nm～700nm,光刻胶要求黏度低,对紫外光敏感；利用较低压力将模板压在光刻胶之上,液态光刻胶填满模板空隙,从模板背面用紫外光照射,紫外光使光刻胶固化；脱模后用反应离子蚀刻方式除去残留光刻胶,将图案从模板转移到基板上。
压印过程如图1-1所示。
紫外固化纳米压印技术与热塑压印技术相比不需要加热,可以在常温下进行,避免了热膨胀因素,也缩短了压印的时间；掩模板透明,易于实现层与层之间对准,层与层之间的对准精度可以达到50 nm,适合半导体产业的要求。
但紫外固化纳米压印技术设备昂贵,对工艺和环境的要求也非常高；没有加热的过程,光刻胶中的气泡难以排出,会对细微结构造成缺陷。
生产中常常采用紫外固化纳米压印技术和步进技术相结合,形成步进式快闪纳米压印技术,工艺过程如图1-2所示。
该方法采用小模板分步压印紫外固化的方式,大大提高了在基板上大面积压印转移的能力,降低了掩模板制造成本,也降低了采用大掩模板带来的误差。
但此方法对位移定位和驱动精度的要求很高。
图1-1紫外固化纳米压印流程图 1-2步进式快闪纳米压印技术工艺流程1.3 微接触压印技术微接触压印技术有两种实现方法,分别为微接触纳米压印技术和毛细管微模版法。
微接触纳米压印技术由哈佛大学的Whitesides GM等人提出,工艺过程:用光学或电子束光刻技术制得掩模板,用一种高分子材料(一般是PDMS)在掩模版中固化脱模后得到微接触压印所需的模板；将模板浸没到含硫醇的试剂中；再将PDMS模板压在镀金的衬底上10s～20s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。
后续处理工艺有两种:一种是湿法蚀刻,将衬底浸没在氰化物溶液中,氰化物使未被SAM单分子层覆盖的金溶解,这样就实现了图案的转移；另一种是通过金膜上自组装的硫醇单分子层来链接某些有机分子,实现自组装,此方法最小分辨率可以达到35nm,主要用于制造生物传感器和表面性质研究等方面。
压印过程如图1-3所示。
图 1-3微接触纳米压印工艺流程毛细管微模版法由微接触纳米压印技术发展而来,掩模板制作的方式与微接触压印技术相同；模板放置在基板之上,将液态的聚合物(一般为聚甲基丙烯酸)滴在模板旁边,由于虹吸作用,聚合物将填充模板的空腔；聚合物固化后脱模,再经过蚀刻就将图案从模板转移到基板上。
工艺过程如图1-4所示。
图 1-4毛细管微模版制法工艺流程二、影响纳米压印图形精度的因素2.1 温度热塑纳米压印技术的温度要控制在适当的范围。
如果温度太低, 聚合物的流动性不够, 且可逆流动所占的比例较大,撤模后图形的变形较大；如果温度太高,可能破坏聚合物分子链本身的结构, 使图形区域产生较多缺陷。
聚合物的松弛时间和粘度的比率随温度的变化方程为：log(τ/τ0)=log(η/η)=(-C1(T-T))/(C2+(T-T)) （公式2-1）式中:τ为聚合物的松弛时间,η为聚合物的粘度,T为绝对温度；τ0和η分别为在参考温度下τ和τ0的取值；在温度T= Tg(聚合物的玻璃化转变温度)时, 常数C1= 17.44K, C2= 51.6K。
从这个方程可以看出, 升高温度比增加时间更有效, 因为聚合物粘度的比率随温度呈指数关系变化。
通常加热的最高温度比Tg高50~100℃,对PMMA体系, 比Tg高90℃能获得最好的压印效果。
在热压印过程中,模版和基片的温度要升至抗蚀层聚合物的玻璃态温度以上,在压力的作用下使聚合物流动成型, 在压印结束后又降至常温。
这就要求模版材料要有较低的热膨胀系数,以避免热膨胀程度的不同而导致图形变形。
2.2 压印时间如果压印的时间不够, 聚合物填充不完全, 就会严重影响压印图形的精度；如果压印时间过长, 将影响压印的效率。
L.J.Heyderman 等推导了聚合物完全转移形成压印图形所需时间的计算公式:t f =（ηS2/2P）（1/hf2-1/h2）（公式2-2）其中tf 为压印时间, η为聚合物粘度,S为图形化面积, hf为压印后聚合物高度, h为初始聚合物高度, P为压力当聚合物的种类、厚度、模板的尺寸以及压力一定时, 压印时间就依赖于聚合物的粘度, 而聚合物的粘度依赖于压印的温度和聚合物的平均分子量。
升高温度和减小聚合物的平均分子量都会减小聚合物的粘度, 从而缩短压印时间。
在不破坏化学键的情况下, 压印温度越高, 平均分子量越小, 压印时间越短。
然而平均分子量太低, 则聚合物很脆, 在撤模时容易损伤模版和基片。
对于我们通常用的PMMA, 它的玻璃化转变温度为105℃, 当压印温度从室温升到200℃ , 再降温到105℃以下, 压印时间为5~ 10min。
2.3 压力传统平板直接加压方式中, 压力分布为模版中心部分大, 靠近模版边缘处小；模版面积越大, 保证压力均匀就越困难。
而其对压印图形的主要影响有: 压力不均匀会使模版变形, 导致压印图案变形,图案分布均匀性差；当模版为脆性材料时( 例如硅晶片、玻璃) , 压力不均匀很容易导致破裂。
压力的大小也直接影响了压印的速度, 从而影响压印的效率。
H.C.Scheer等根据水流体力学推导了热压印的速度计算公式:v(t)≈Peffh3(t)/ηR2（公式2-3）其中v(t) 为压印速度,h(t)为初始聚合物高度,R为模板的半径,η为聚合物粘度, Peff为有效压力,即模板实际和聚合物接触部分面积所承受的压力。
如果在压印过程中施加的外压为P,在聚合物没有完全填充模版的空腔时, Peff> P,一旦模版空腔被全部填充, 则Peff= P。
从这个方程可以看出,当聚合物的高度和聚合物的粘度以及模版的尺寸一定时,增加外压,减小接触面积,即增加有效压力可以提高压印速度。
2.4 模版的抗粘性在撤模中, 当抗蚀层聚合物粘附在模版上时,就会污染模版、损坏压印图形。
因而希望模版自身对聚合物有良好的抗粘性, 通常做法为在模版表面旋涂一层均匀的防粘层。
为了不影响图案的分辨率,防粘层厚度越薄越好,例如图形特征尺寸在10nm以下的模版其防粘层厚度最好小于2nm。
通常防粘层材料有金属(Cr、Ni、Al)、含氟聚合物或长链硅烷。
Cr模版本身具有很好的抗粘性, 这是因为其金属表面能低、表面张力小,对聚合物表现为疏水性和化学惰性。
2.5 抗蚀层聚合物抗蚀层聚合物的材料和特性决定了其对纳米压印图形精度有一定的影响。
热压印中抗蚀层的工作机理可简单描述为通过加热使抗蚀层具有流动性,经过加压使抗蚀层填充到模版图案间隙里,再经过冷却使抗蚀层固化便可达到转印图形的目的。
总之,纳米压印技术虽然类型不同,但都是利用抗蚀层为图形转印中介,使之经过流动、压印填充、固化这个过程,形成纳米微结构。
图2-9为聚合物的填充过程示意图。
图 2-9(a) 理想状态下聚合物的填充过程图 2-9(b) 高分子的聚合物填充过程图2-9(a)为理想状态下聚合物的填充过程。
假设抗蚀层材料在液态状态下类似为水分子,具有不可压缩性和很好的流动性,且该分子的尺寸远远小于压印图案的最小线宽。
在压力作用下液态材料流入模版图案间隙内,而多余的材料则通过残留层流入其它模版图案间隙内或流出压印区域。
并且经过冷却,固化图案材料密度一致。
然而当前抗蚀层的材料主要为高分聚合物, 其分子尺寸的大小就远远超过压印图案的间隙。
因而高分子的聚合物填充过程与理想状态下的填充过程有本质区别。
图2-9(b)为高分子聚合物的填充过程。
随着升温, 高分子聚合物的分子链发生结构变化, 整个分子链发生流动。
压印时, 大尺寸高分子链流动性较差两受到模版挤压, 中部向图案间隙处拱起。
流动性较好的小尺寸分子链向图案间隙流动, 造成大尺寸分子链弹性变形间隙部分拱起, 并且填充到大尺寸分子链无法填充到的地方。
当热压结束除去外力后,聚合物高分子材料将产生力学松弛现象, 如蠕变、应力松弛、滞后等。
这是由于聚合物的部分形变是弹性变形,一旦脱模分离, 则弹性变形就会复原,导致压印图案变形。
解决这类问题的关键是优化参数, 在多次实验的基础上摸索压力和温度的参数, 以求达到最好的压印结果。
三、纳米压印技术的产业化发展产业化是任何一项高新技术发展的必然趋势。