【文章內(nèi)容簡介】 壓印系統(tǒng)有下列4個部分組成：①收放卷機構(gòu)；②涂膠機構(gòu)；③壓印機構(gòu)；④紫外固化機構(gòu)。：⑴壓印模板的制備——微米以下圖形的模板一般需要用電子束曝光技術(shù)制備，微米以上圖形的模板一般用光學(xué)曝光的方法制備。 為了實現(xiàn)無縫壓印和完全連續(xù)結(jié)構(gòu)的壓印，必須直接在滾筒上制備浮雕結(jié)構(gòu)。 一般的方法有直接在滾筒上用金剛石刀雕刻，鄰近式光學(xué)曝光，激光直寫，或者電子束曝光技術(shù)。 ⑵均勻涂膠——控制涂膠的厚度和均勻性，大面積連續(xù)涂布技術(shù)是一項成熟的技術(shù)，應(yīng)用范圍廣泛，主要方法有絲棒涂布，浸沒涂布，氣刀涂布，刮刀涂布，條縫涂布，凹版涂布，噴印涂布等。 ⑶動態(tài)對準——通常的方法是利用攝像裝置動態(tài)讀取基礎(chǔ)材料表面的對準標志，反饋給送放卷控制系統(tǒng)，調(diào)整基礎(chǔ)材料的運動速度。目前還沒有很成熟的對準方法。4. 總結(jié)：大面積連續(xù)納米壓印的技術(shù)難度要比單片納米壓印大得多，盡管在實驗室中已經(jīng)實現(xiàn)了小幅度的連續(xù)卷對卷納米壓印，最小壓印線寬也達到了100nm，但在工業(yè)生產(chǎn)中卻做不到這個水平，故目前產(chǎn)業(yè)化的大面積柔性材料表面的圖形復(fù)制只能稱為壓印，最小圖形尺寸在幾微米以上，還稱不上納米壓印。（八）塑料微成型技術(shù) 目前，常用于微成型技術(shù)的塑料有三類聚合物：①熱塑性聚合物材料——當溫度升高到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時，材料開始軟化，軟化后即使溫度降低到臨界點之下，材料成型的形狀仍將保持不變。目前，常用的材料有PC 和 PMMA 。 ②彈膠性聚合物材料——分子的交鏈極弱，材料在室溫下能夠受外力而變形，外力移走后又恢復(fù)原狀。典型材料有PDMS和硅樹脂。 ③熱固性聚合物材料——又叫做硬塑料，不能被輕易的擠壓成型，從加熱到熔化中間不經(jīng)歷軟化過程。只有通過熱澆筑成型，一旦成型則不會改變。 可以使聚合物材料成型的技術(shù)的包括熱壓成型，注塑成型和澆鑄成型。（1） 熱壓成型 熱壓成型時直接將模板浮雕圖形轉(zhuǎn)移到聚合物襯底材料上。 加熱和壓印都必須在真空環(huán)境下進行，其目的是為了防止模板空腔的氣體無法逃逸而在模壓材料中形成氣泡。在整個的壓印過程中，脫模是最重要的環(huán)節(jié)，若脫模不當，會損壞模壓所形成的結(jié)構(gòu)。（2） 微注塑成型 普通的注塑工藝有6個步驟：合模，注射，保壓，冷卻，開模，取出產(chǎn)品。 微注塑成型并不是簡單的縮小模具的尺寸，其還涉及到很多新的問題: ①為了保證填料均勻，需要更高的壓力和溫度；②在脫模過程中，注塑件極易受到損傷；③無排氣孔，故需要預(yù)抽真空，再進行注塑；④其他問題，如縮短熔料到注塑噴口的流程，使用小尺寸的推進螺桿等。 由上述的特性可知，制造微小尺寸的注塑制品需要專門的注塑機。同時，微型模具的制作也是微注塑的成功的關(guān)鍵。 微注塑的模具必須是金屬材料的，常用的加工微模具的方法有：精密機械車銑，電火花微加工，紫外曝光+電鑄，電子束曝光+電鑄等，各種方法所能達到的結(jié)構(gòu)尺寸和深寬比是不同的。微注塑與微模壓的區(qū)別是：微模壓只構(gòu)成表面浮雕結(jié)構(gòu)，而微注塑則可以獲得較為復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)。 注塑不僅可以獲得塑料結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)元件，還可以制造金屬或陶瓷微結(jié)構(gòu)，分別稱為金屬模鑄和陶瓷模鑄。（3） 澆鑄成型 澆鑄成型技術(shù)主要指的是在PDMS或硅膠一類的彈膠性聚合物材料上制作微浮雕結(jié)構(gòu)的加工技術(shù)。 近年來，PDMS被大量用來制造各種微流體器件和系統(tǒng)，其主要原因是該方法具有以下的優(yōu)點：①制作工藝簡單，母版可以大量的重復(fù)的使用；②固化的PDMS片可以貼到任何光滑平整的表面；③未進行表面氧化處理的PDMS呈疏水性，經(jīng)過表面氧化處理之后，親水性可以大大的改變；④固化后的PDMS有非常好的透明度。 沉積法圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)（一） 引言微納米加工的最終目的是制造具有各種功能的微納米結(jié)構(gòu)和器件。其功能來自于形成微納米結(jié)構(gòu)的各種特殊材料，但之前所述的圖形成像技術(shù)所獲得的微納米機構(gòu)一般沒有什么實際的作用，故下一步應(yīng)將前期形成的有機聚合物圖形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到各種功能材料上。圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)可分為兩大類：①沉積法圖形轉(zhuǎn)移—— 以光刻膠為掩模或用其他掩模形式將另一種材料沉積到襯底上。 ②刻蝕法圖形轉(zhuǎn)移——以光刻膠圖形為掩模將襯底或襯底上的薄膜刻蝕清除。（二） 薄膜沉積技術(shù) 沉積薄膜的方法很多，主要包括物理和化學(xué)氣相沉積，分子束外延技術(shù)，旋轉(zhuǎn)涂覆或噴涂方法，電鍍方法等。 其中以物理氣相沉積（PVD）和化學(xué)氣相沉積（CVD）為主。物理氣相沉積包括熱蒸發(fā)沉積（電阻蒸發(fā)沉積和電子束蒸發(fā)沉積）和等離子體濺射沉積 （直流濺射，射頻濺射，磁控射頻濺射）；化學(xué)氣相沉積包括低壓型（LPCVD），常壓型(APCVD)，等離子體增強型(PECVD)和金屬有機化合物型(MOCVD)?？疾煲环N方法是否適用于溶脫剝離法圖形轉(zhuǎn)移取決于以下兩點: ①沉積過程中的襯底溫升；②沉積的方向性。 對于①，由于溶脫剝離法以光刻膠作為掩模，溫度大于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時，光刻膠會軟化并會流動，故CVD方法一般不適用于剝離法圖形轉(zhuǎn)移。對于②，沉積的方向性直接決定于是否能夠成功的玻璃沉積的薄膜，只有方向性好的情況下，玻璃后的圖形才會較為良好。 綜合以上①②兩點，只有熱蒸發(fā)式薄膜沉積可以同時滿足以上兩點要求，最適合于溶脫剝離法。熱蒸發(fā)式薄膜沉積的沉積速率取決于蒸發(fā)源和襯底的距離以及蒸發(fā)源和襯底的相對位置。由于蒸發(fā)源為一個面源，根據(jù)余弦定理，當蒸發(fā)源于襯底位于同一球面時，所獲得的薄膜是均勻的。在實際情況下，樣品不可能為一球面，但可以將其放置在一個球面形狀的支架上，以獲得均勻的薄膜。但是由于位于非垂直于蒸發(fā)源的位置上，薄膜的方向性會受到影響，進而會影響圖形轉(zhuǎn)移的成功率。濺射法薄膜沉積借助于等離子體轟擊靶材料實現(xiàn)靶材料原子向樣品表面的沉積。常用的有直流放電型，射頻放電型和磁控射頻放電型。 綜上可知，熱蒸發(fā)沉積的方向性好，但薄膜質(zhì)量差；濺射法雖然方向性不如熱蒸發(fā)沉積，但其成膜的質(zhì)量好，而且襯底的溫升也比較低。同時，為了改善濺射法的方向性，有以下兩種方法，可供考慮：①增加電極間距，可以降低放電室的氣壓，但是增加間距會使靶材料的利用率降低；②安裝準直管，準直管實際上是一個過濾裝置，其作用是只允許那些垂直或接近于垂直飛行的濺射靶原子到達樣品表面。當沉積合金薄膜時，濺射法要優(yōu)于蒸發(fā)法。（三） 溶脫剝離法 原理：由光學(xué)或電子束曝光首先形成有機聚合物的圖形，然后在沉積薄膜之后將有機聚合物層用丙酮等溶劑清除，凡沒有被光刻膠覆蓋的區(qū)域都將留下金屬薄膜，這樣就實現(xiàn)了有光刻膠圖形向金屬薄膜圖形的轉(zhuǎn)移。 實現(xiàn)成功剝離的關(guān)鍵是保證在光刻膠上的薄膜與沉積的襯底上的薄膜是不連續(xù)的，或者是薄膜的覆蓋性差。 為了實現(xiàn)上述的要求，需做到以下兩點：①沉積的薄膜厚度遠小于光刻膠層的厚度（可以通過涂厚膠層來滿足）；②薄膜只沿著垂直方向沉積（取決于薄膜沉積的方向性）。為了彌補由于方向性差所引起的薄膜連續(xù)覆蓋問題，可以將光刻膠的剖面結(jié)構(gòu)做底寬上窄的形狀，稱為下切形狀。光學(xué)曝光的光刻膠剖面一般都是上切剖面，電子束曝光則有可能通過調(diào)整曝光劑量實現(xiàn)下切的抗蝕剖面形狀（一般低能量的電子束在高劑量曝光條件下有可能實現(xiàn)下切形狀的抗蝕劑剖面）。實現(xiàn)下切剖面的更直接的方法是采用多層光刻膠或者抗蝕劑結(jié)構(gòu)。①最早使用的方法是使用兩種不同相對分子質(zhì)量的PMMA，高相對分子量的在上，低相對分子量的在下。②近年來開發(fā)了一種專門用于薄膜剝離的有機聚合物LOR，用它也可以實現(xiàn)分別顯影。LOR本身不是一種對紫外光或電子束敏感的聚合物材料，以PMMA為頂層，以LOR為底層，其下切范圍完全由溶解時間所控制。③除了LOR外，也可以采用其他材料作為底層，如PMMA和鋁層的組合（以鋁作為底層還可以避免電荷累積效應(yīng)）。雖然利用下切剖面可以防止沉積薄膜的連續(xù)性，能否成功實現(xiàn)溶脫剝離法圖形轉(zhuǎn)移還取決于薄膜的玻璃工藝。①傳統(tǒng)的方法是用丙酮或特殊的清潔溶劑將襯底上的抗蝕劑層完全的溶解；②近年來所開發(fā)的新方法是通過向表面噴射固態(tài)二氧化碳顆粒的方法來清除抗蝕劑與殘留薄膜。用光學(xué)曝光和電子束曝光一般可以形成光刻膠或電子束抗蝕劑的下切剖面。但由納米壓印形成的壓印膠圖形結(jié)構(gòu)則很難形成下切剖面，因為下切剖面與納米壓印的脫模是相互矛盾的。比較有效的溶模剝離方法是溶劑浸泡和超聲振動相結(jié)合。金屬薄膜剝離圖形轉(zhuǎn)移一般都是在正型抗蝕劑上實現(xiàn)，但其難以實現(xiàn)大面積的薄膜覆蓋；采用負型光刻膠雖然可以獲得大面積的沉積薄膜，但其難以形成下切剖面結(jié)構(gòu)。 為了解決上述問題，常采用雙層抗蝕劑結(jié)構(gòu)，一種常用的雙層抗蝕劑結(jié)構(gòu)是HSQ和PMMA的組合。所用的方法是負型溶脫剝離法圖形轉(zhuǎn)移（negative tone lift—off）。注意：溶脫剝離法不僅僅限于金屬薄膜圖形的剝離，還可以對某些非金屬材料通過溶脫剝離法形成圖案，但是其上的薄膜是通過旋轉(zhuǎn)涂覆的方式獲得的。而且，這些液體膜材料一般溶解在某些有機溶劑中，必須確保這些有機溶劑不會和光刻膠發(fā)生反應(yīng)。 （四）電鍍法使用溶脫剝離法雖然可以制作各種金屬微納米結(jié)構(gòu)，但是圖形的高度有限，為了獲得較厚的金屬結(jié)構(gòu)或者高深寬比的微納米金屬結(jié)構(gòu)時，常采用電鍍或化學(xué)鍍來實現(xiàn)圖形轉(zhuǎn)移。金屬電鍍制作微納米結(jié)構(gòu)的過程可以分為三個步驟：①在襯底上制作一層金屬導(dǎo)電薄膜作為起始襯底，然后通過光刻或電子束曝光形成光刻膠或者抗蝕劑掩膜；②將基片放入電鍍池中，連接成電路形式，金屬電極便會釋放離子并參沉積到襯底表面暴露的金屬層上；③將光刻膠掩膜去除并腐蝕清除襯底表面的其余金屬薄膜，這樣便得到了金屬微結(jié)構(gòu)圖形。電鍍法的主要用途：①制作計算機硬盤驅(qū)動器的磁頭；②填充集成電路金屬互聯(lián)線的連接深孔；③制作金屬微機電系統(tǒng)。使用化學(xué)鍍也可以沉積厚膜金屬材料，使用無機金屬鹽和化學(xué)還原劑混合可以在某些材料表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將被還原的金屬原子沉積到材料表面，最常用的金屬是銅和鎳。 雖然使用化學(xué)鍍可以比較容易的獲得完全覆蓋的沉積，但由于難以獲得純金屬沉積層，而且沉積速率慢，可用的金屬范圍有限，故微納米圖形轉(zhuǎn)移還是以電鍍法為主。電鍍法的另一個主要應(yīng)用是制作聚焦X射線的波帶片（可聚焦X射線的菲涅爾透鏡）或X射線曝光用的掩模。由于Rx=ΔrMZP ,這說明波帶寬度越小，分辨率就越高。 X射線波帶片一般用電子束曝光和電鍍發(fā)沉積金相結(jié)合的方法來制作。電鍍法圖形轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵問題是電鍍層的均勻性。電流分布的均勻性就決定了電鍍層的均勻性。（五）嵌入法 在大規(guī)模集成電路中為了將數(shù)億只晶體管互相連接起來形成各種功能的電路系統(tǒng)，除了單層互聯(lián)之外，還要形成多層互聯(lián)。層與層之間的互聯(lián)是通過打通層之間的深孔并填充金屬導(dǎo)電材料來實現(xiàn)的。 其中最重要的一種工藝就是嵌入法（Damascene process）.其過程為：①首先用深刻蝕方法形成連通孔；②然后通過沉積將銅材料填充到連通孔之中；③最后通過化學(xué)機械拋光工藝將表面磨平，以便進行下一步的光刻加工工序。 雙重嵌入工藝是指用一次沉積填充同時完成平面和連通孔的金屬互聯(lián)，而單重嵌入工藝只作深連通孔的金屬填充。 銅的沉積可以通過物理方法（濺射），化學(xué)方法（CVD），或電鍍方法來實現(xiàn)。由于濺射在孔的入口處和內(nèi)部的沉積速度不同，而CVD方法的沉積速率太慢，故一般采用電鍍方法作為，電鍍法成本低，沉積速度快，是一中有效的填充深孔的方法。（六）模板法 模板印刷有兩種形式：絲網(wǎng)模板印刷和鏤空模板印刷。絲網(wǎng)模板是在絲網(wǎng)上形成掩模圖案，涂料通過絲網(wǎng)印刷到基板上，鏤空模板是在模板上之間形成鏤空圖案，涂料通過鏤空圖形印刷到基板上。 絲網(wǎng)模板印刷是一種傳統(tǒng)的工業(yè)印刷技術(shù)。由于絲網(wǎng)本身的網(wǎng)眼的限制，絲網(wǎng)印刷的圖形的尺寸一般在幾十微米到數(shù)百微米以上。絲網(wǎng)模板印刷在制造厚膜壓電材料器件方面有獨特的優(yōu)勢。 鏤空模板印刷也是一種傳統(tǒng)的工業(yè)印刷技術(shù)。印刷材料既可以像絲網(wǎng)印刷那樣刷涂，也可以用熱蒸發(fā)的方法蒸發(fā)沉積到襯底表面。 在印刷過程中，為了防止模板和襯底直接接觸會損傷模板，二者之間一般留有一個很小的間隙。 鏤空模板又稱為陰影掩模，陰影掩模的圖形轉(zhuǎn)移率是1∶1 。 陰影掩模的優(yōu)點是：①可以選擇任意一個局部位置進行薄膜沉積；②薄膜圖案一步形成；③薄膜在真空環(huán)境下直接沉積到新鮮表面，可以避免污染和氧化；④無曝光過程，因此沒有光干涉所引起的各種鄰近效應(yīng)和圖形尺寸不一致效應(yīng)。 陰影掩模的局限性和缺點是：①只能做單層薄膜；②掩模經(jīng)過多次使用后，沉積材料會逐漸在掩?？字車e累，使得掩?？卓s小以至于完全堵塞；③但掩模尺寸在1μm以下時，掩模的直角圖形在沉積時會變成圓形；④大面積陰影掩模存在一個熱穩(wěn)定性問題；⑤陰影掩模本身的制造工藝復(fù)雜，限制了所能達到的分辨率。（七）噴墨打印法 噴墨打印的最小線寬一般在20μm左右，遠低于于目前最為先進的集成電路20nm左右的最小線寬。但由于其具有低成本，對襯底材料的無選擇型的優(yōu)點，在不要求高精度和高分辨率的領(lǐng)域，噴墨打印還是大有用武之地的。 噴墨打印有兩種實現(xiàn)方式：①連續(xù)噴墨（CCD）——墨液由壓電驅(qū)動器推壓從液槽中以連續(xù)流形式出來，在重力作用下連續(xù)流變成斷續(xù)流，通過偏轉(zhuǎn)可以使其到達預(yù)定的位置；②斷續(xù)噴墨（DOD）——直接產(chǎn)生的液滴并將其噴射到打印表面，是一種“按需噴墨”的方式。DOD方法根據(jù)其噴墨頭的驅(qū)動方式的不同，可以分為：Ⅰ 壓電驅(qū)動噴墨；Ⅱ 熱驅(qū)動噴墨。 對于以上兩種技術(shù)，CCD的裝置簡單，成本低，但形成的液滴較大，一般在50 ~500μm；DOD技術(shù)的分辨率取決于噴嘴尺寸，一般噴嘴直徑在10μm左右，而形成的液滴尺寸一般為噴嘴尺寸的兩倍。除了噴墨打印頭本身的設(shè)計之外，要實現(xiàn)高分辨率的噴墨打印還取決于以下兩點：①噴墨液體的性質(zhì)；②打印表面的性質(zhì)。 對于噴墨液體，我們要求：①液體必須有足夠低的黏度；②液體必須能夠在表面迅速的干燥并形成牢固附著，但又不能在噴嘴口處干燥；③液體可以保持原來的尺寸而不至于過分的擴散。最終實現(xiàn)高分辨率的方法是縮小噴嘴的尺寸，但又不能做到過小，這樣會導(dǎo)致液體噴出的阻力增大。針對以上這些問題，我們開發(fā)了一些新的方法。①氣流噴射打印——先將打印墨水在一個腔體內(nèi)霧化，再將霧化后的墨滴通過高壓氣流由噴嘴噴出，