壓印

壓印是將板料放在上、下模之間，在壓力作用下使其材料厚度發生變化，並將擠壓外的材料，充塞在有起伏細紋的模具形腔凸、凹處，而在工件表面得到形成起伏鼓凸及字樣或花紋的一種成形方法。如硬幣，紀念章等，都是用壓的方法成形的。

壓印工作，大多數是在封閉的模腔內進行的，以免金屬受壓後被擠出模外，而對於較大的壓印工件，可利用敞開的模腔壓制。

工件在壓印和壓花時，為了使工件質量好，精度高，在墳印前，應首先將坯料進行退火處理，並且還要經過酸洗或噴丸等工序，要事先清洗表面不能有污物。壓印成形後的精度，在厚度方向上一般可以達到±0.1mm，最高可達0.05mm左右。

壓印的坯料尺寸，可以用壓印前後重量相等的原則確定。並且，在印壓後需要修邊時，應增加必要的修邊餘量 ^[1]  。

納米科技是當今最具活力的技術之一，與其他高新技術相比，納米技術與很多領域有學科交叉，如納米生物學、納米醫學和納米化學等。納米技術的關鍵在於納米尺度結構的形成，而納米壓印技術的發明對納米尺度結構的加工具有重要意義。

1995年，S. Y. Chou等人將古老的石板印刷技術引入到現代高科技領域。這項技術與極紫外光刻、X射線光刻、電子束光刻和離子束光刻成為半導體行業第二代光刻技術的候選者，而納米壓印技術憑藉其高效率、高分辨率以及低成本等優勢，吸引了許多科研人員與工程技術人員的關注，MIr的一篇評論甚至稱之為有可能改變世界的十大技術之一。納米壓印技術按模板特性主要可分為軟壓印、熱壓印及分步式模壓曝光三種工藝。以下對幾種最新出現的納米壓印工藝進行簡單介紹 ^[2]  。

2009年，L. J.Guo等人報道了一種新的壓印工藝一大面積滾軸壓印工藝。該工藝有卷對卷和卷對板兩種模式，工藝流程如圖1和圖2所示。

這種工藝主要由多個滾軸組成，通過滾軸的轉動以及滾軸與傳送帶之間的壓力來實現塗膠、壓印、紫外固化和脱模。通過控制滾軸的轉動速度以及滾軸與傳送帶底板之間的壓力，來控制壓印膠的塗覆厚度以及壓印壓力。該工藝用高功率的紫外光源對壓印膠進行固化，可使轉筒的線速度達到1m/min製得的圖形精度可以達到週期200nm，線寬70nm。這種工藝對模板的要求是軟模板，脱模性好；對壓印膠的要求是紫外光固化速度快，與底板的粘附力強。該壓印工藝不僅解決了傳統紫外壓印和熱壓印工藝不能一次大面積壓印的難題，而且整個壓印過程為連續工藝，可以大大提高壓印的效率，降低壓印成本，不足之處在於最小特徵尺寸還有待進一步提高 ^[3]  。

除了將工藝過程連續化以外，減少傳統壓印的工藝步驟是另一種提高壓印效率的方法。2004年， X. Cheng等人發表了一篇關於紫外壓印一光刻聯合工藝的文章。這種工藝中，紫外壓印模具的突起部分塗覆了一層不透光掩膜，用這種帶有掩膜的模具進行壓印和紫外固化。這層掩膜的作用和光刻工藝中的光掩膜作用類似，在掩膜的遮擋下，可使殘膠層的壓印膠避免受到紫外光照射，因此殘膠層不會固化，可以採用溶劑溶解除掉殘膠層，從而省去了常規紫外納米壓印工藝中用反應離子刻蝕去除殘膠層的步驟，提高了效率，工藝流程見圖3 ^[2]  。

傳統熱壓印是將壓印膠層和底板同時加熱，這種加熱過程存在加熱速度慢、底板和壓印膠層熱膨脹係數不匹配等問題。2008年，M . Tom en等人針對熱壓印工藝中的這些缺點，報道了一種快速熱壓印方法。這種方法的核心是在模板中加入一個加熱裝置，用熱模板實現快速壓印的過程。利用這種壓印方式，達到了16s壓印2cm²的壓印速度，並且殘膠層的厚度不超過10nm。

除了對壓印成型這一步進行改進外，2009年A.George等人報道的氣相沉積成型工藝則完全取代了壓印成型這一步驟。該工藝的獨特之處在於利用氣體在不同幾何區域沉積速率不同的特點，用PDM S模板倒扣在底板表面，形成與氣相沉積室相通的腔室，氣體擴散到腔室後，優先緊靠腔室內壁沉積，從而在內壁附近和腔室中心形成厚度不一的沉積掩層，利用該沉積掩層可以進行接下來的圖形轉移工序，流程圖見圖4。這種工藝的優點是工藝步驟少，圖形在轉移過程中的“失真”度小；缺點是沉積工藝耗時較長，圖形形貌必須是貫通結構，此外不同區域沉積的均勻度不同 ^[2]  。

上述沉積工藝不僅用於改進壓印工藝，而且早在2003年Y.K.Choi等人就報道了一種沉積縮印工藝，該工藝的核心也是通過加入一個沉積工序，將大線寬模板圖形“縮印”後，得到小線寬圖形，工藝流程如圖5所示。“縮印”的代價是壓印工序大大增多。無獨有偶，2009年，X. L. Li等人也發表了一篇關於“縮印”工藝的文章。不過其縮印方式與上述方式不同，該工藝巧妙地利用濕法刻蝕中柱狀圖形上下刻蝕速率不同的特點，將分佈在底板表面上的“納米柱”濕法刻蝕成“納米錐”，從而減小了模板的特徵尺寸，提高了圖形的分辨率，流程圖見圖6 ^[3]  。

納米壓印的發展最初主要是為了解決集成電路線寬突破幾十納米的瓶頸問題，隨着壓印技術的應用越來越廣泛，這種納米加工工藝也逐步進入其他研究領域。 納米壓印技術是納米尺寸大面積結構複製的最有前途的下一代技術之一，這種成本低、效率高的納米結構製作方法已逐漸應用於生物醫學、半導體加工和數據存儲等領域，因為傳統熱壓印技術和紫外壓印工藝存在模板成本高、圖形轉移不穩定、壓印效率低等缺點。通過對最新壓印工藝成果的篩選、分類和總結，給出了納米壓印技術在壓印工藝、圖形賦形技術和納米壓印技術應用三個方面的最新進展。壓印工藝方面介紹了大面積滾軸壓印工藝、紫外壓印一光刻聯合工藝、快速熱壓印工藝、氣相沉積成型工藝、沉積縮印工藝以及濕法刻蝕縮印工藝；圖形賦形方面介紹了蘸水筆、聚合物筆陣列、噴墨筆、聚合物納米球以及有規嵌段共聚物5種圖形賦形方法；納米壓印技術應用方面介紹了納米壓印技術在聚合物納米顆粒、金屬納米套筒、納米電極陣列以及掃描探針製備中的應用。這些研究成果極大地促進了納米壓印這一新型納米加工工藝的發展，使納米壓印技術更加成熟化和多樣化，更加具備了產業化應用的價值 ^[2]  。