什么是纳米压印光刻技术

1995年，华裔科学家周郁（Stephen Chou）教授首次提出纳米压印概念，从此揭开了纳米压印制造技术的研究序幕。纳米压印技术是当今最具前景的纳米制造技术之一，很可能成为未来微纳电子与光电子产业的基础技术。目前，纳米压印技术在国际半导体蓝图（ITRS）中被列为下一代32nm、22nm和16nm节点光刻技术的代表之一。国内外半导体设备制造商、材料商以及工艺商纷纷开始涉足这一领域，短短25年，已经取得很大进展。

 

纳米压印技术首先通过接触式压印完成图形的转移，相当于光学曝光技术中的曝光和显影工艺过程，然后利用刻蚀传递工艺将结构转移到其他任何材料上。纳米压印技术将现代微电子加工工艺融合于印刷技术中，克服了光学曝光技术中光衍射现象造成的分辨率极限问题，展示了超高分辨率、高效率、低成本、适合工业化生产的独特优势，从发明至今，一直受到学术界和产业界的高度重视。因此，纳米压印技术被称为微纳加工领域中第三代最有前景的光刻技术之一。

纳米压印技术在电子学如复合塑料电子学、有机光电子设备、红外纳米电子器件，光子学如有机激光设备、共轭光子、非线性光学聚合物纳米结构、高分辨率有机发光二极管、衍射光学元件、宽波段偏振器，磁性设备如高密度图案磁性介质和高容量光盘以及生物学如 DNA 纳流控通道、纳米尺度蛋白质捕捉、细胞上的纳米结构效应等领域都具有广泛的应用。

纳米压印的优势

如今，纳米压印光刻（NIL）已经从一种基于实验室的研究发展到一种强大的高容量制造方法，它能够满足当今制作微纳器件的需要，特别是半导体技术日益复杂的挑战。纳米压印相较于光刻技术，这项技术拥有其独特的优势：

（1）纳米压印在简单3D微纳米结构图形的批量加工上有优势，我们通常所说的光刻技术都是基于二维平面的加工方式，即使是我们可以通过后续的一些辅助工艺手段（如选择性刻蚀、热回流）来获得一些3D或者准确的说是2.5D结构（如金字塔结构、微针结构、微透镜结构等），但是这些手段的特点是可控性不高（或者说工艺窗口比较小）。当然我们可以使用类似激光或者电子束直写的的灰度光刻的方式来做一些闪耀光栅、菲涅尔透镜等结构，但是其难度依然非常高、效率和加工风险也都异常高。

（2）大面积简单图形重复结构的加工、成本控制严苛，这里我们常见的简单重复结构如：纳米柱阵列、孔阵列、光栅结构、六边形蜂窝结构等，这些结构的特点是单个图形加工难度不高，但是面积较大导致加工成本高，这个时候我们就可以通过制做纳米压印板子的方式来获得，而且纳米压印对成本的控制会非常好。

 

（3）曲面上的微纳米结构加工，我们知道现有的光刻技术几乎都是基于平面衬底的加工，但是我们在实际使用中往往会遇到需要在球面或者柱面上加工一些微结构，这对于光刻来说，不仅需要花很大的精力去研发工装夹具，也需要很大的成本去研究工艺问题。但是随着纳米压印技术的发展，各家都有自己的软膜技术，软膜可以在一些曲率半径较大的衬底上做出微结构，也可以避开衬底上的一些颗粒缺陷等。另外，柔性衬底上的微结构加工也是纳米压印最大的优势之一。

纳米压印目前的商业应用简介

一、生物与医疗技术解决方案
 

随着现代生物与医疗技术的发展，对微纳结构的需求日益增多，例如生物医学检测、DNA和RNA剪辑等，我们来看下纳米压印技术为生物与医疗新技术提供的解决方案。

应用案例如：

纳米压印的单细胞培养井，用于对单个细胞进行多参数酶分析等用途

用于制造微针阵列，可以针对特定部位进行“贴膏药”达到定向治疗的目的

除此之外，纳米压印还可以用于石墨烯基纳米材料的制备，用来进行COVID-19病毒的检测；制造等离子芯片对血清进行便携式肿瘤生物传感，结合纳米印迹和微流体技术；用于免疫分析的光子晶体结构的制备；制造用于医疗即时诊断的微流体设备等。

可以看出纳米压印技术在生物与医疗技术领域大显身手，扮演着举足轻重的作用，随着纳米压印设备的应用，生物与医疗商业化推广应用已经在路上了。

二、下一代LED器件的制造

人们对显示的追求是不断提高的。从黑白显示到彩色显示，从模拟显示到数字显示，从低分辨率到高分辨率，从平面显示（2D）到立体显示（3D），显示技术呈现的效果逐渐接近于人眼最适合的观看效果。传统的LED制造技术已经达到瓶颈，现在纳米压印技术可以提供更小单元结构LED及曲面结构显示器制造，从而制造下一代LED器件。

纳米压印应用于LED的纳米线图形

三、用于AR眼镜的衍射光波导镜片制造

我们知道AR眼镜的核心显示技术——光波导，因其轻薄和外界光线的高穿透特性，而被认为是消费级AR眼镜的必选光学方案。光波导的形成需要借助光栅，光栅的制造过程需要应用纳米压印工艺，先制作光栅的压印模具，这个模具可以通过纳米压印技术压印出成千上万个光栅。纳米压印需要先在玻璃基底（即波导片）上均匀涂上一层有机树脂，然后拿压印模具盖下来，用紫外线照射固化，固化后再把模具提起来，波导上的衍射光栅就形成啦。
 

纳米压印的波导单元

AR眼镜的增强现实应用

目前国内从事纳米压印设备研发的厂商——上海埃眸科技有限公司，在纳米压印领域有深厚的技术积累，已经实现了纳米压印设备的自主生产。

埃眸科技是一家专业从事纳米压印光刻技术及一站式解决方案的科技公司，业务涵盖纳米压印光刻机设计与制备，纳米压印产品代工等。埃眸科技虽然是一家初创公司，但团队经验技术储备丰富，团队技术负责人来自在美国从事纳米压印二十余年的孔博士，核心团队成员有来自欧洲从事纳米压印量产十余年的专家罗博士，有交大、复旦机械领域博士数位，具备强大的研发能力。

       公司不仅在研发经验和实力上有较强优势，在设备成本方面也进行了较好控制。例如，实验室用的桌面式纳米压印设备，从国外进口的价格在80-140万之间（根据压印晶圆的尺寸及功能），埃眸科技自主研发的桌面式纳米压印设备不仅在性能方面超越了进口设备，设备成本方面甚至不到进口的一半价格。其他自动化量产设备无论是在技术水平还是价格方面都非常有竞争力。

埃眸科技的产品简介

埃眸科技纳米压印的产品：

1、AM200全自动纳米压印机

 

AM200纳米压印系统是用于批量量产的全自动化高产能、高精度的纳米压印的光刻设备。该设备从放片、压印、脱膜、取片均是全自动完成，它能实现全类型晶圆的稳定压印，同一片不同区域、同模板压印的不同片之间一致性优异。产品最低分辨率可达10nm。

2、AM100半自动式纳米压印机
 

 

AM100纳米压印机是用于精准纳米压印的设备。它能实现全类型晶圆的优异均匀性压印，分辨率可低于10纳米。适用于低批量制造和项目研发。

3、AM010桌面纳米压印机

 

桌面纳米压印设备AM010为热压印和紫外固化压印设备,是一款桌面型设备，拥有领先的工艺和技术水平，适合高校研究、企业预研用途。这款桌面纳米压印设备分为可4英寸桌面压印设备&8英寸桌面压印设备。

设备应用情况：

1、光栅制备
 

2、20nm线宽线栅结构

3、光学元器件制造

4、工艺水平

我们的设备可以量产什么？

1、用于人脸识别的光学元器件DOE或者Diffuser。

 

2、屏幕下指纹用的微透镜阵列

 

3、AR眼镜的衍射光波导镜片

 

4、自动驾驶抬头显示和激光雷达扩散器件

 

除了常规4-12英寸设备外，埃眸科技还可以进行纳米压印设备的定制，如用于显示行业的大面积光学膜制作设备。

埃眸科技认为纳米压印技术的应用前景非常广阔，会持续在这一领域深耕。同时，欢迎对纳米压印感兴趣的个人、研究机构及公司联系我们，进行技术交流合作。

       责任编辑：xj

 

原文标题：纳米压印光刻，一种新型纳米图案制造技术

文章出处：【微信公众号：MEMS】欢迎添加关注！文章转载请注明出处。