微纳米加工技术及其应用

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绪论

1：纳米技术是制造和应用具有纳米量级的功能结构的技术，这些功能结构至少在一个方向的几何尺寸小于100nm。

2：微纳米技术包括集成电路技术，微系统技术和纳米技术；而微纳米加工技术可获得微纳米尺度的功能结构和器件。

3：平面集成加工是微纳米加工技术的基础，其基本思想是将微纳米机构通过逐层叠加的方式筑在平面衬底材料上。（类似于3d打印机？）

4：微纳米加工技术由三个部分组成：薄膜沉积，图形成像（必不可少），图形转移。如果加工材料不是衬底本身材料需进行薄膜沉积，成像材料的图形需转化为沉积材料的图形时需进行图形转移。（衬底材料，成像材料，沉积材料的区别和联系）

5：图形成像工艺可分为三种类型：平面图形化工艺，探针图形化工艺，模型图形化工艺。平面图形化工艺的核心是平行成像特性，其主流的方法是光学曝光即“光刻“技术；探针图形化工艺是一种逐点扫描成像技术，探针既有固态的也有非固态的，由于其逐点扫描，故其成像速度远低于平行成像方法；模型图形化工艺是利用微纳米尺寸的模具复制出相应的微纳米结构，典型工艺是纳米压印技术，还包括模压和模铸技术。

6：微米加工和纳米加工的主要区别体现在被加工结构的尺度上，一般以100nm作为分界点。

光学曝光技术

1：光学曝光方式和原理

可分为掩模对准式曝光和投影式曝光。其中，掩模对准式曝光又可分为接触式曝光和邻近式曝光，投影式曝光又可分为1∶1投影和缩小投影（一般为1∶4和1∶5）。

接触式曝光可分为硬接触和软接触。其特点是：图形保真度高，图形质量高，但由于掩模与光刻胶直接接触，掩模会受到损伤，使得掩模的使用寿命较低。采用邻近式曝光可以克服以上的缺点，提高掩模寿命，但由于间隙的存在，使得曝光的分辨率低，均匀性差。

掩模间隙与图形保真度之间的关系 W=k√𝝀𝒛

其中w为模糊区的宽度。

掩模对准式曝光机基本组成包括：光源（通常为汞灯），掩模架，硅片台。适用范围：掩模对准式曝光已不再适用于大规模集成电路的生产，但却广泛应用于小批量，科研性质的以及分辨率要求不高的微细加工中。

投影式曝光：投影式曝光广泛应用于大批量大规模集成电路的生产。评价曝光质量的两个参数：分辨率和焦深。

分辨率（最小可分辨图形线宽）R=𝑘1𝑁𝐴，其中NA为数值孔径，由上式可知为了提高曝光分辨率可从如何降低𝑘1，开发短波长光源，大数值孔径透镜方面入手。焦深DOF=𝑘2

𝜆(𝑁𝐴）

2𝜆

，由上式可知，单纯地提高分辨率会降低焦深，而在大规模

集成电路的生产过程中，焦深甚至更为重要。

每一层掩模的设计都有一个最关键的尺寸，通常是最小的图形，这一关键尺寸称为CD。CD值需控制在一定的范围内才能使制造的集成电路有效地工作。

2：光学曝光的工艺过程

① 硅片表面处理：去除污迹，表面绝对干燥，涂附一层化学增附剂——HMDS； ② 涂胶：一般有两种方法——“甩胶法”和喷涂法。

③ 前烘：蒸发掉胶中的有机溶剂成分，使硅片表面胶固化。 ④ 曝光：在曝光机中进行曝光。

⑤ 后烘：可以部分消除驻波效应，采用涂抗反射涂层的方法可以有效防止驻波效应。

⑥ 显影：三种显影方法——浸没法，喷淋法，搅拌法。

⑦ 清除残胶: 显影过后硅片表面会残留一层胶质层，有时会妨碍下一步的图形转移，但并不是所有情况下都要去残胶。 ⑧ 坚膜：硬烘烤，并不是一步必须的工序。

⑨ 图形转移：光刻胶本身只起到了一种掩模作用。

⑩ 去胶:有两种方法——湿法（酸碱类溶液或有机溶剂，如丙酮），干法（等离子体如氧气刻蚀去胶）。

3：光刻胶的特性

定义：光刻胶是指一大类具有光敏化学作用的高分子聚合物材料。作用：作为抗刻蚀层保护硅片。分类：正型光刻胶和负型光刻胶。二者的区别是正型光刻胶曝光部分被去除，负型光刻胶曝光部分被保留。

组成部分：树脂型聚合物，溶剂，光活性物质（PAC），添加剂。注意:光刻胶不仅对光敏感，有些光刻胶对电子束，离子束也敏感。光刻胶的一些指标：①灵敏度——衡量曝光速度；（正负的定义不同）②：对比度——影响胶的分辨能力；③抗刻蚀比——刻蚀胶和刻蚀硅片的速度之比；④分辨能力⑤曝光宽容度——偏离最佳曝光剂量时，曝光图形的线宽变化情况；⑥工艺宽容比——偏离最佳工艺条件时，光刻胶的性能变化情况；⑦膨胀效应——负型光刻胶会出现这种情况；⑧热流动性——玻璃化转变温度：⑨黏度——衡量光刻胶的可流动性的；⑩保质期限——尤其对紫外光成分敏感。

正型光刻胶，负型光刻胶，暗场掩模，亮场掩模组合起来使用，可以获得任意的曝光图形。相比之下，正型光刻胶的性能更优，用途更广。

其他光刻胶：化学放大胶，特殊光刻胶——厚光刻胶，彩色光刻胶，可进行电镀涂附的光刻胶等。 4：光学掩模的设计和制造

㈠明确定义掩模层：定义每层掩模的作用。㈡做好掩模对准标志：确定层与层之间的位置关系，微系统器件可以使用掩模对准式曝光机曝光，大规模集成电路使用重复步进式平曝光机。㈢严格遵守设计规则：不同的工艺具有不同的最小可实现图形尺寸，具有一套掩模设计规则，来规定最小尺寸和最小间距。掩模制造的本身就是一个微细加工过程。

5：短波长曝光技术

⑴ 深紫外曝光技术———R=𝑘1𝑁𝐴，可知减小波长，可以获得更小尺寸的加工图形。一般，436nm为G线，356nm的为I线。采用准分子激光器的深紫外曝光技术。

⑵ 极紫外曝光技术——极紫外是波长为13nm的光辐射。而其本质是一种软X射线。极紫外波长可被几乎所有材料吸收，故所有的光学系统包括掩模都必须是反射式的。组成：①极紫外光源——等离子体激发和同步辐射源；②极紫外光学系统——利用多层膜反射镜，可提高反射率；③极紫外掩模——掩模基板和金属层；④极紫外光刻胶——更高灵敏度和分辨率。

X射线曝光技术：X射线是指波长在0.01~10nm间的电磁波谱，又可分为软硬两种，这里讨论的是硬X射线。X射线不能被折射，故只能做成1∶1邻近式曝光，不可做成缩小式曝光，这样就加大了掩模的制造难度和成本。

𝜆

6：大数值孔径（NA）和浸没式曝光技术

⒈ 大数值孔径是高分辨率成像的必要条件。

⒉ 但是，增加数值孔径会受到焦深的影响和限制，DOF=𝑘2

𝜆(𝑁𝐴）

2，过

大的数值孔径会使焦深过小。

⒊ 进一步增加数值孔径还受到光极化效应的影响——当数值孔径达到0.8以上时，光波通过透镜会被极化成s极和p极分量，在大入射角的情况下，s极分量会被反射，使得入射光的能量损失以及成像对比度下降。（采用极化光照明，使得入射光中只有p极分量，这样就不存在极化反射的问题了）。

⒋ 提高光学曝光数值孔径的最成功的方法是浸没式曝光技术——又称为湿式曝光，即将传统的空气介质换为介质水。浸没式曝光的最大难题是微气泡问题——当曝光镜头在硅片表面高速移动进行扫描步进式曝光时，会在镜头与硅片表面的水溶液层中形成大量的微气泡，这些微气泡会大大的改变光波在水液层中的传输性质。

7：光学曝光分辨率增强技术

除了λ和NA外，提高分辨率的另一个方法就是改变𝑘1因子。𝑘1因子包含了透镜光学以外的因素，它的理论极限值是0.25。这些技术统称为光学曝光分辨率增强技术。

⒈ 离轴照明技术——有意将中心轴部分的光遮住，这有利于衍射光波的

高次谐波分量通过透镜成像到硅片表面上。主要有两种方式：环形离轴照明和四级离轴照明。该技术是一种最易实现，成本最低的分辨率增强技术。

⒉ 空间滤波技术——在频域空间调制掩模成像的光强和相位，以改善图

形的分辨率和焦深。主要目的是突出高频分量，部分遏制低频分量。但该技术实施起来较为困难。

⒊ 移相掩模技术——空间滤波技术在掩模上的运用，调制光波的相位来

改善成像的对比度和焦深。常见形式有：辅助式，交替式，周边式，无铬式，衰减式。各种移相掩模的目的都是通过引进相反的相位光波，在相的边缘部分产生抵消作用。

交替式掩模对光学曝光的改进最为显著，但其也存在明显的缺点：⑴只适用于高度周期重复的图形：⑵相位冲突问题；⑶掩模制造复杂。故交替式是强移像型，但不适用于任意的图形，周边式和衰减式属于弱移像型，但适用于任意的图形。 ⒋ 光学邻近效应校正技术

光学邻近效应：衍射成像在成像过程中会丢失高频分量，使得成像的清晰度下降。

光学邻近效应校正的方法就是——有意的改变掩模的设计尺寸和形状来补偿图形局部曝光过强或过弱。另外一种校正技术不是修改设计图形本身，而是在设计图形附近加一些图形（亚分辨率辅助图形）或散射条。这些辅助图形的尺寸很小，不会在光刻胶上成像，但其会影响光强分布，从而影响设计图形的成像质量。

反向曝光技术（ILT）——从理想光学成像出发，反向设计获得能够产生理想成像的掩模图形。

⒌ 面向制造的掩模设计技术

面向制造的设计（DFM）——首先确定制造工艺的可能性，然后通过改变调整电路设计以适应具体的制造工艺。 ⒍ 光刻胶及其工艺技术

严重问题——曝光的线条边缘粗糙度（LER）。

许多随机效应都会造成LER。抗蚀剂的灵敏度越高，LER越明显，二者是明显矛盾的。

光刻胶对紫外线的吸收随波长的缩短而增加。

表面成像技术（TSI）是解决浅曝光层和厚光刻胶层矛盾的技术之一。高分辨率光学曝光还带来其他一些问题。 ⒎ 二重曝光与加工技术

目前唯一一种可以突破𝑘1因子的理论极限值的技术。稀疏孤立的图形比密集图形的光学曝光更容易实现。

半周期_ ——反映了线条的密集程度，不但包括线宽，还包括线条之间的间距。

二次曝光——对密集图形可以分为两次曝光稀疏图形，让二次曝光的

图形相重叠，最后合成的图形即为原先设计的密集图形。

⒏ 光学曝光的计算机模拟技术

计算机模拟的作用——优化曝光工艺和参数；研究发现新技术。 ① 部分相干光成像理论——对于大数值孔径的光学曝光系统，需考虑光波的矢量效应，通过求解三维完全电磁方程的方法来计算曝光能量的分布。

② 计算机模拟软件COMPAPE

该软件以标量衍射理论计算投影式曝光的光强分布，以Dill方程计算光刻胶的曝光过程，以Dill模型或Mack模型来计算光刻胶的显影过程。

③ 光学曝光质量的比较

模拟的目的是找出最佳的工艺条件和曝光条件，找出最佳的掩模设计方案。

比较的标准——Ⅰ：比较光学想; Ⅱ:比较显影后的光刻胶图形。 Ⅰ：比较光学想——光学想的比较主要是比较像分布的对比度和焦深。比较光学想可排除光刻胶及具体工艺条件的影响，直接对光学系统和掩模系统进行评价。是一种定性的评价。

Ⅱ:比较显影后的光刻胶图形——对某一种光刻胶比较曝光剂量和散焦对CD的影响，有两个标准：

⑴ 摆动曲线反映了入射光在胶层中的驻波效应； ⑵ 微笑曲线反映了CD随散焦量和曝光剂量的变化。

⒐ 其他光学曝光技术

投影式曝光适用于大规模生产，但由于其设备过于昂贵，并不适用于科学研究，故开发了一系列的低成本曝光技术，同样可以获得100nm以下的曝光能力。

① 近场光学曝光技术——即为接触式曝光技术。近场光学曝光又可称为“消散波近场光学曝光技术”。

为了实现纳米近场曝光需要采用薄膜材料制成的掩模。在掩模和硅片间抽真空可以实现掩模与光刻胶表面的完全亲密接触。近场光学曝光的两个特点：只能在小于100nm的光刻胶内进行；总是有较明显的线条边缘粗糙度。

表面等离子体极化（SPP）——SPP是金属中自由电子在光波场作用下产生的电荷密度波。

利用SPP现象可以实现近场光学曝光的无掩模曝光。银膜是实现曝光的关键，又被叫作“超级透镜”。近场曝光获得高分辨率的关键是近场。 ② 干涉光学曝光技术——又叫作“全息曝光”。

实现干涉光学曝光技术的关键是要获得具有较好的空间和时间相干性的相干光，为了实现这一目的，通常需要特制的相位光栅调制来获得干涉光分布。干涉光学曝光技术的优点：设备简单；不需要光学掩模。缺点：只能形成二维平面周期分布的线条图形。

提高曝光分辨率的方法：调整曝光光刻胶的曝光阈值；采用浸没式曝光。

③ 无掩模光学曝光技术

Ⅰ激光直写——通过扫描激光束对光刻胶直接曝光。激光直写曝光通过多束激光扫描与工作台移动相结合来完成对大面积掩模的曝光。

Ⅱ微反射镜阵列扫描——微反射镜阵列式一种微机电系统元件（MEMS）。微反射镜阵列又被称为空间光调制器（SLM），SLM与激光直写相比具有的特点：SLM可用准分子激光器作为光源；曝光速度快；可获得更小的像素尺寸。

④ 激光三维微成型技术——使用无掩模曝光技术直接制造三维微结构。

激光快速成型的步骤：Ⅰ产生计算机三维模型；Ⅱ将图形转化为STL格式；Ⅲ将三维模型转化为z方向的大量薄层；Ⅳ由每一个二维模型子文件驱动激光束扫描盛有液态光敏高分子材料的液池；Ⅴ后处理，包括取出模型，表面抛光处理。

双光子吸收光固化技术——利用高分子材料吸收激光能量而固化的特点来直接形成三维实体。

⑤ 灰度曝光技术——制造准三维浮雕结构的光学曝光技术，可以产生曲面的光刻胶剖面。

制造微光学元件的两项基本技术——多层掩模套刻技术（台阶相位元件）和灰度曝光技术（连续相位元件）。

灰度掩模的透射率以灰度等级来表示，实现灰度的方法是改变掩模的透光点密度。一般有下列几种方法：改变透光点的大小；改变透光点的数目；将灰度区划分为许多单元。

注意：⑴单纯按剖面高度分布函数来确定灰度掩模并不能得到预想的光刻胶剖面，还必须考虑各种成像的非线性因素，对掩模的灰度加以校正。⑵并非所有的光刻胶都可以用于灰度曝光。光刻胶要具有较大的黏度；光刻胶要具有比较低的对比度；光刻胶的抗蚀比尽量与衬底材料接近。

⒑ 厚胶曝光技术

超大规模集成电路加工追求的是光学曝光的极限分辨率，而微系统或微机电系统追求的是光学曝光的另一个极端——超厚胶曝光。两类光刻胶：①传统光刻胶（酚醛清漆）；②新型光刻胶，即SU-8胶（环氧树脂）。 ① 统光刻胶

高粘度是厚光刻胶最显著的特点。 ② SU-8胶

这是一种负型光刻胶（曝光部分被保留）。对近紫外波段（350—400nm）曝光最为敏感。

通过高粘度胶和低转速甩胶相配合可以获得厚胶层，但其厚度一般只有500μm，为了获得500μm—1mm的厚度，只能采用滩涂方法。

对于1mm以上的超厚胶层，可以采用多次滩涂法或刮涂法。 SU-8胶的致命缺点是去胶困难。 11.LIGA技术

目的：为了获得微系统所需要的功能结构，需要对厚胶曝光所形成的深结构进行电铸，使之转化为金属深结构。这种技术即称之为LIGA技术。

LIGA技术与其他的微细加工技术的区别在于其超深结构加工能力，所获得的微细结构具有极高的深宽比。

① 用于LIGA的X射线源

LIGA技术所用的X射线源为硬X射线，其波长在1nm以下，由同步辐射加速器获得。

② X射线LIGA掩模

由于使用了硬X射线作为曝光光源，因此，吸收层的材料必须为高原子序数的材料，最常用的材料是金。 ③ 用于X射线LIGA的厚胶及其工艺

主要以PMMA作为光刻胶，PMMA是一种正型胶。为了实现深结构的曝光，PMMA的厚度一般在几百微米以上。

注意：Ⅰ烘烤后，在PMMA内部会出现很严重的应力；Ⅱ制造厚层PMMA的最有效的方法是直接将商品PMMA黏附与衬底材料表面。Ⅲ PMMA与衬底材料的附着性能在LIGA技术中至关重要。Ⅳ X射线对PMMA的曝光过程是一个PMMA从高相对分子量到低相对分子量的降解过程。Ⅴ曝光后的显影过程也至关重要；ⅥPMMA的最大缺点是灵敏度低，曝光时间长，现在已有将SU—8胶用于LIGA技术中，其最大的特点是高灵敏度。 ④ 影响X射线LIGA图形精度的因素 Ⅰ X射线衍射与光电子散射效应；

Ⅱ 同步辐射光源（硬X射线）的发散效应 Ⅲ 吸收层图形的非陡直边壁效应 Ⅳ 掩模畸变效应

Ⅴ 衬底材料的二次电子效应

总结：尽管上述各种因素会影响曝光图形的精度，但并不严重，同时，由于LIGA所获得的微机构或微系统的整体尺寸一般为几十到数百微米，因而，其不会造成太大的影响。

复制技术

㈠概述

压印技术可分为纳米压印技术和模压技术。通常微米以下到纳米级别才称为纳米压印，微米以上的图形一般称为模压或简称为压印。

纳米压印的方法包括：热压纳米压印，低温低压或常温常压纳米压印技术——紫外固化纳米压印，微接触印刷技术，软光刻技术等。

纳米压印的两大最有希望的大规模生产领域：①高密度磁存储；②大规模集成电路。

㈡热压纳米压印技术

基本步骤：①压印；②脱模；③反应离子刻蚀去残胶。

Ⅰ压印——在衬底材料上涂覆一层聚合物材料（如PMMA），再用印模在一定温度（高于聚合物的玻璃转变温度50—100℃）一定压力（5~10𝑀𝑃𝑎）去压印聚合物涂层。压印时要确保印模与衬底不相互接触，以免损坏印模面。

Ⅱ脱模——趁聚合物涂层仍然软化时将印模从被压印的聚合物中拔出。 Ⅲ反应离子刻蚀去残胶——通过这一步骤去除残留的聚合物涂层，暴露出衬底材料的表面。

（1）热压纳米压印的印模

对于热压纳米压印，其印模须是硬质材料，以承受足够的压力。同时，硬模材料应可以被电子束曝光或光学曝光所加工。最经久耐用的材料是金属镍。金属镍印模可以通过电铸的方法获得。

（2）热压纳米压印材料

对聚合物材料的要求是：①较低的玻璃转变温度，以降低压印温度；②较低的黏塑性，保证聚合物材料的流动性和对印模空腔的充分填充；③较小的收缩性，以保证冷却后压印结构不变；④较好的抗刻蚀性，以保证压印图形可以完整转移到衬底材料上。

目前，常用的热压纳米材料有PMMA和PS（聚苯乙烯）。PMMA是最早被用来作为压印层的聚合物，其性能基本符合上述条件；PS是一种热塑性聚合物材料，其玻璃转变温度及黏度都较低。但PS材料存在弹性恢复问题。

注意：①小尺寸图形较容易压印；②因压印图形尺寸不均匀引起的印模欠填充现象是一种领近效应（该效应是由压印材料的非均匀流动引起的），用阳模比用阴模效果好；③压印图形在室温下的稳定性——压印后的图形是否会随时间而变化（原因包括弹性恢复和挤压内应力）。

（3）热压纳米压印的脱模

脱模会对压印图形造成破坏：①压印材料黏附在印模上；②印模图形侧壁粗糙，会形成较大的摩擦阻力；③印模结构的侧壁坡度不均匀，当拔出时会将压印材料拔出。

解决压印材料黏附在印模上有三种方法：①选择表面能较低的印模材料；②将压印材料中混入特殊的印模释放剂或脱模剂；③在印模表面涂脱附剂或其他的抗黏材料。其主要思想是降低印模与压印材料间的黏附性。

印模浮雕结构的边壁坡度对脱模是否顺利具有非常关键的作用。一般有三种坡度：正坡度，零坡度，负坡度，其中正坡度是最适于脱模的（相当于具有一定的起模斜度）。

热压纳米压印难以获得高深宽比的印模浮雕图形，原因如下：①图形的深宽比越大，其脱模难度越大; ②聚合物填充印模的深度有限。

（4）热压纳米压印的对准

热压纳米压印的一个不足是多层图形压印时的对准问题，一般有三种方法来解决这一个问题：①在衬底上制作镂空的窗口，通过窗口来

观察图形是否对准了；②将对准标志做在印模的背面，将衬底的对准标志摄入计算机，在利用光学显微镜摄取印模背面的对准标志，移动印模和衬底，进行动态对准。③在每次压印之前，将一个微型摄像头伸入印模和衬底之间，在屏幕上观察并操作对准过程。

（三）室温纳米压印技术

限制热压纳米压印的一个重要条件是需要在高温高压的条件下进行，这样就产生了一些障碍：①某些材料在高温下会改变性质或无法经受高压；②印压过程中，温度和压力的升高和降低需要一定的时间，使得压印的生产率较低。

已报道的一种适合于低温低压的聚合物是Hydrane HS2550,其玻璃转化温度在0~10℃之间，熔点为30℃，非常适合于低温低压工作。

室温纳米压印取得突破性进展是由于采用了HSQ作为纳米压印材料。随着烘烤温度的升高，HSQ反而越硬，故压印HSQ可以在室温下进行。现在，最常用的压印技术是——以HSQ作为顶层，以PMMA作为低层的双层纳米压印技术，该技术具有一系列的优点，已经被广泛采用，除了PMMA外，其他的一些材料也可用来作为低层材料，如：光刻胶，聚乙烯醇，涂覆液体玻璃，聚电解质等。

注意：室温纳米压印，仍需要较高的压力。

（四）紫外固化纳米压印技术

基于紫外固化作用的纳米压印技术真正实现了低温低压纳米压印。其于

传统的热压纳米压印的区别是：①采用了透明的印模；②采用了可以经紫外固化的液体压印材料。（1）透明印模

① 制造透明掩模最常用的底板材料是空白光学掩模；

② 纳米压印印模要比普通的光学曝光掩膜更加难以制作，因为纳米压印

印模需要和实际曝光图形的尺寸相同；

③ 传统的光学曝光掩模的湿法铬刻蚀已不再使用于100nm以下的压印

印模的铬图形的刻蚀。采用干法刻蚀，即等离子刻蚀； ④ 刻蚀石英比刻蚀硅困难的多；

⑤ 大面积的石英印模难以保持平整度，故石英印模一般不做成大尺寸，

大面积压印是通过小尺寸印模的重复压印实现的； ⑥ 石英是成本较高，正在寻找替代品；

⑦ 紫外固化纳米压印也使用非透明印模。如果衬底是透明的，可以通过

紫外光的反向照射来实现紫外固化。

（2）紫外固化压印材料

对紫外固化压印材料的要求：①低粘度；②高分辨率；③快速固化；④低收缩率；⑤抗等离子体刻蚀。

以上这些性能可以通过有机聚合物的方法实现。

Ⅰ紫外固化有机聚合物的黏度最好在15mPa·s以下。

（3）

（4）

Ⅱ紫外固化聚合物的一个严重问题是固化后的体积收缩，一般要收缩总体积的5%—15%。

Ⅲ紫外固化有机聚合物需要有较好的抗等离子刻蚀性能，但为了去除压印后的残留层，抗刻蚀性能也不是越高越好。

步进闪光压印光刻技术

闪光压印技术基本上可以看做采用了双层胶的紫外固化纳米压印。之所以称为闪光压印是因为光敏涂层很薄，只需要很短的紫外光照射即可固化。

所谓的步进闪光压印是指用1.5 in （1 in =

25.40000mm）大小的石英印模在硅片上以重复步进的方式实现大面积压印。

J―FIL技术——与光学曝光技术最为接近的一种技术。除了具有光学曝光的优点之外，还具有其他的一些优势：①无光波衍射问题，故对分辨率的唯一限制是印模本身的分辨率；②不存在由于光刻胶显影引起的LER问题；③印模可做成准三维形状，可一次完成；④设备简单，成本低。

透明印模压印的对准

解决了热压纳米压印的两大问题：①高温高压；②对准困难。由于印模透明，可以直接观察衬底上的对准标志，对准简单。在紫外固化纳米压印中，印模与衬底之间的间隙非常小（＜0.25μm），透过这个极小的间隙可以更清晰的观察衬底上的对准标志，因而实现更高精度的对准。当实现100nm以下的图形的压印时，用光学干涉成像方法可以获得更高的对准精度，（莫尔干涉条纹）。 𝑃𝑀=

𝑃2

𝑃2 1−⁄𝑃

，可见莫尔干涉条纹的周期远大于硅片或印模的周期，

因此更容易被观察到。

（5）曝光—压印混合光刻

紫外固化纳米压印的另一个优点是：未被固化的有机聚合物可以像未曝光的负型光刻胶（曝光部分被保留）一样通过显影过程被清洗掉。这便是曝光—压印混合光刻技术（CNP）。CNP的印模结构除了浮雕图形外，还有铬膜覆盖的区域。

发展混合光刻技术的动机是在纳米压印的同时获得尺寸差异巨大的图形结构。

（五）纳米转印技术

纳米转印技术：先将有机聚合物材料涂覆到印模上，待压印材料均匀填充印模浮雕图形表面后，再将印模压到一个平面衬底上。

转印有两种方式：①热压转移，主要针对非紫外固化有机聚合物材料；②紫外光照固化转移，针对紫外光固化材料或者负型光刻胶。

纳米转印成功的关键是——衬底材料的表面能要大于印模材料的表面能，这样才能保证脱模时压印层顺利的脱离印模。对于不同的材料，可以通过不同的方法改变其表面能，一般的思路是：降低印模的表面能，提高衬底的表面能。

由于纳米转印技术只是实现了图形的转移，故可以在已有图形的衬底材料上实现图形的转移。同时，由于纳米转移是注入而不是挤压，故可以较容易的实现高深宽比图形的制造。

（六）软光刻技术

软光刻技术又叫做软印刷，软印模印刷。其基本的过程为：在母版上倾倒液体状硅橡胶（例如PDMS），在略高于室温的温度下烘烤一段时间使PDMS固化，然后将其从母版上剥离下来，这样便形成了软印章。然后将印章浸到烷硫醇溶剂中，再将印章放置到表面沉积了金膜的衬底材料上，印章表面凸起的浮雕图形部分的烷硫醇将转移到衬底材料上，烷硫醇的作用相当于抗蚀剂，再经过湿法刻蚀，既可以将烷硫醇图形转化为金膜图形，这样就完成了软光刻的过程。

1. 软光刻的印章（1）软光刻技术的关键是软印章。只有软性材料才能使印章图形表面与衬底材料表面紧密接触，从而实现图形的转移。

（2）PDMS（聚二甲基硅氧烷）是最早使用也是目前仍在普遍使用的印章材料。原因：①PDMS易于变形，保证了印章与衬底表面的亲密接触；②PDMS的化学稳定性好；③PDMS本身是透明的。但是PDMS的软弹性，也造成了一个致命的弱点——图形畸变。故软印章难以实现高分辨率图形的印刷。通过提高PDMS的抗张模量可提高印刷图形的分辨率。同时软印章还具有长程畸变问题，即图形分布整体位移。为了解决上述问题，可采用三层印章结构（以PDMS作为中间层，提供软弹性；以玻璃板为上层，防止长程位移；以硬质有机聚合物材料为低底层，用来制作表面浮雕图形。）

2. 微接触印刷

所谓的“微接触印刷”，实际上就是软光刻技术。二者之间的区别是：软光刻强调的是软印章或软印模，而微接触印刷强调的是接触式印刷。但一般情况下，二者并不做区别。微接触印刷之所以采用PDMS软印章，有以下两点原因：① PDMS软印章可以与衬底表面紧密的接触；②PDMS软印章可以吸收其他一些有机溶剂。

为了让PDMS吸收硫醇溶剂，可以采用以下三种方法：①液滴法——将一滴硫醇溶剂滴到印章表面，然后用干燥氮气吹走残余的溶剂；②浸没法——将印章浸没在硫醇溶剂中数分钟，然后吹干使用；③印板法——用一块浸满了硫醇溶剂的PDMS作为印板，将印章与印板相接触，使硫醇溶剂转移到印章上。上述方法中的①②会使得印章的空腔部分也会沾上硫醇溶剂，在接触印刷时，这部分溶剂会发生扩散或者挥发使得不该有的部位也有了硫醇分子，造成了图形的变化。而方法③则有效的解决了上述问题，保证了印刷图形的保真度和分辨率。

烷硫醇分子可以在金的表面自动快速的组装形成致密的自组装单分子

层（SAM）。这一特性避免了液体分子在固体表面聚团分布，使得溶剂可以均匀的分布。

虽然微接触只能在硫醇和金膜组合的系统上制作图形，但是有了金膜图形后，就可以再转移到其他衬底材料上，最终结果与其他光刻技术是相同的。

3. 毛细管力辅助注模

微铸模复制（MIMIC）——将一个有浮雕图形的PDMS印模覆盖到平面衬底上形成紧密接触，然后将低黏度的有机聚合物液体通过一些连接PDMS空腔的微通道灌注到浮雕图形的空腔中。然后通过加热或紫外光照射使有机聚合物固化，揭掉PDMS印模后就得到了复制的有机聚合物图形结构。吸气辅助光刻（MAAL）——MAAL的印模由两层PDMS组成，顶层是5mm的PDMS，上面有阵列式排布的微通道，通向一个排气孔（抽气时使用）；底层是有浮雕图形的PDMS印模；顶层和底层之间有一个20μm的PDMS膜将其分开。将顶层抽真空，由于压差的作用，底层的气体将通过PDMS薄膜进入顶层，从而使底层的压力下降，这样液体压印材料就会被吸入印模空腔中。然后经过紫外固化就可以形成最后的复制图形结构。

二者的区别：①MAAL的填充速度大大快于各种依赖于毛细作用的铸模方法；②各种依赖于毛细作用的铸模方法要求填充材料必须能够浸润PDMS印模，而MAAL在即使不浸润的情况下也能够实现填充铸模。

（七）大面积连续压印技术

⒈ 实现大面积压印有两种方式：①平压；②滚压。

平压通常指用平面模板压印，压印的衬底材料是单张的，

其主要难点是在于如何控制整个压印表面的压力均匀分布，同时也要防止局部残留气泡；滚压采用的是柔性印模，用滚压的方式完成整幅衬底的压印，它的好处是压模与基础材料的接触面积很小，较易获得均匀的压力，并减少了残留气泡的可能性。

2.实现连续压印有两种方式：①准连续式；②真正的连续压印。对于①基材是卷对卷连续输送的，但压印是单张的；对于②，采用了滚筒式压印模板，基材以卷到卷方式连续输送，压印模辊连续转动，从而将模辊上的微结构连续不断的复制到柔性基材表面。

压印的方法有热压印和紫外固化压印。由于热压印需要升温和降温，故并不是一种高效的压印方法；最适用于连续压印的是紫外（UV）固化压印。典型的紫外固化连续压印系统有下列4个部分组成：①收放卷机构；②涂胶机构；③压印机构；④紫外固化机构。

3.大面积连续压印的技术难点：⑴压印模板的制备——微米以下图形的模板一般需要用电子束曝光技术制备，微米以上图形的模板一般用光学曝光的方法制备。

为了实现无缝压印和完全连续结构的压印，必须直接在滚筒上制备浮雕结构。一般的方法有直接在滚筒上用金刚石刀雕刻，邻近式光学曝光，激

光直写，或者电子束曝光技术。 ⑵均匀涂胶——控制涂胶的厚度和均匀性，大面积连续涂布技术是一项成熟的技术，应用范围广泛，主要方法有丝棒涂布，浸没涂布，气刀涂布，刮刀涂布，条缝涂布，凹版涂布，喷印涂布等。 ⑶动态对准——通常的方法是利用摄像装置动态读取基础材料表面的对准标志，反馈给送放卷控制系统，调整基础材料的运动速度。目前还没有很成熟的对准方法。

4. 总结：大面积连续纳米压印的技术难度要比单片纳米压印大得多，尽管在实验室中已经实现了小幅度的连续卷对卷纳米压印，最小压印线宽也达到了100nm，但在工业生产中却做不到这个水平，故目前产业化的大面积柔性材料表面的图形复制只能称为压印，最小图形尺寸在几微米以上，还称不上纳米压印。

（八）塑料微成型技术目前，常用于微成型技术的塑料有三类聚合物：①热塑性聚合物材料

——当温度升高到玻璃化转变温度时，材料开始软化，软化后即使温度降低到临界点之下，材料成型的形状仍将保持不变。目前，常用的材料有PC 和 PMMA 。 ②弹胶性聚合物材料——分子的交链极弱，材料在室温下能够受外力而变形，外力移走后又恢复原状。典型材料有PDMS和硅树脂。 ③热固性聚合物材料——又叫做硬塑料，不能被轻易的挤压成型，从加热到熔化中间不经历软化过程。只有通过热浇筑成型，一旦成型则不会改变。可以使聚合物材料成型的技术的包括热压成型，注塑成型和浇铸成型。（1）热压成型

热压成型时直接将模板浮雕图形转移到聚合物衬底材料上。加热和压印都必须在真空环境下进行，其目的是为了防止模板空腔的气体无法逃逸而在模压材料中形成气泡。在整个的压印过程中，脱模是最重要的环节，若脱模不当，会损坏模压所形成的结构。

（2）微注塑成型

普通的注塑工艺有6个步骤：合模，注射，保压，冷却，开模，取出产品。

微注塑成型并不是简单的缩小模具的尺寸，其还涉及到很多新的问题: ①为了保证填料均匀，需要更高的压力和温度；②在脱模过程中，注塑件极易受到损伤；③无排气孔，故需要预抽真空，再进行注塑；④其他问题，如缩短熔料到注塑喷口的流程，使用小尺寸的推进螺杆等。

由上述的特性可知，制造微小尺寸的注塑制品需要专门的注塑机。同时，微型模具的制作也是微注塑的成功的关键。微注塑的模具必须是金属材料的，常用的加工微模具的方法有：精密机械车铣，电火花微加工，紫外曝光+电铸，电子束曝光+电铸等，各种方法所能达到的结构尺寸和深宽比是不同的。

微注塑与微模压的区别是：微模压只构成表面浮雕结构，而微注塑则可以获得较为复杂的三维结构。

（3）

注塑不仅可以获得塑料结构的微结构元件，还可以制造金属或陶瓷微结构，分别称为金属模铸和陶瓷模铸。浇铸成型

浇铸成型技术主要指的是在PDMS或硅胶一类的弹胶性聚合物材料上制作微浮雕结构的加工技术。

近年来，PDMS被大量用来制造各种微流体器件和系统，其主要原因是该方法具有以下的优点：①制作工艺简单，母版可以大量的重复的使用；②固化的PDMS片可以贴到任何光滑平整的表面；③未进行表面氧化处理的PDMS呈疏水性，经过表面氧化处理之后，亲水性可以大大的改变；④固化后的PDMS有非常好的透明度。

沉积法图形转移技术

（一）

引言

微纳米加工的最终目的是制造具有各种功能的微纳米结构和器件。其功能来自于形成微纳米结构的各种特殊材料，但之前所述的图形成像技术所获得的微纳米机构一般没有什么实际的作用，故下一步应将前期形成的有机聚合物图形结构转移到各种功能材料上。

图形转移技术可分为两大类：①沉积法图形转移—— 以光刻胶为掩模或用其他掩模形式将另一种材料沉积到衬底上; ②刻蚀法图形转移——以光刻胶图形为掩模将衬底或衬底上的薄膜刻蚀清除。

薄膜沉积技术

沉积薄膜的方法很多，主要包括物理和化学气相沉积，分子束外延技术，旋转涂覆或喷涂方法，电镀方法等。其中以物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）为主。物理气相沉积包括热蒸发沉积（电阻蒸发沉积和电子束蒸发沉积）和等离子体溅射沉积（直流溅射，射频溅射，磁控射频溅射）；化学气相沉积包括低压型（LPCVD），常压型(APCVD)，等离子体增强型(PECVD)和金属有机化合物型(MOCVD)。考察一种方法是否适用于溶脱剥离法图形转移取决于以下两点: ①沉积过程中的衬底温升；②沉积的方向性。对于①，由于溶脱剥离法以光刻胶作为掩模，温度大于玻璃化转变温度时，光刻胶会软化并会流动，故CVD方法一般不适用于剥离法图形转移。对于②，沉积的方向性直接决定于是否能够成功的玻璃沉积的薄膜，只有方向性好的情况下，玻璃后的图形才会较为良好。综合以上①②两点，只有热蒸发式薄膜沉积可以同时满足以上两点要求，最适合于溶脱剥离法。热蒸发式薄膜沉积的沉积速率取决于蒸发源和衬底的距离以及蒸发源和衬底的相对位置。由于蒸发源为一个面源，根据余弦定理，当蒸发源于衬底位于同一球面时，所获得的薄膜是均匀的。在实际情况下，样品不可能为一球面，但可以将其放置在一个球面形状的支架上，以获得均匀的薄膜。但是由于位于非垂直于蒸发源的位置上，薄膜的

（二）

方向性会受到影响，进而会影响图形转移的成功率。

溅射法薄膜沉积借助于等离子体轰击靶材料实现靶材料原子向样品表面的沉积。常用的有直流放电型，射频放电型和磁控射频放电型。综上可知，热蒸发沉积的方向性好，但薄膜质量差；溅射法虽然方向性不如热蒸发沉积，但其成膜的质量好，而且衬底的温升也比较低。同时，为了改善溅射法的方向性，有以下两种方法，可供考虑：①增加电极间距，可以降低放电室的气压，但是增加间距会使靶材料的利用率降低；②安装准直管，准直管实际上是一个过滤装置，其作用是只允许那些垂直或接近于垂直飞行的溅射靶原子到达样品表面。当沉积合金薄膜时，溅射法要优于蒸发法。

（三）

溶脱剥离法

原理：由光学或电子束曝光首先形成有机聚合物的图形，然后在沉积薄膜之后将有机聚合物层用丙酮等溶剂清除，凡没有被光刻胶覆盖的区域都将留下金属薄膜，这样就实现了有光刻胶图形向金属薄膜图形的转移。

实现成功剥离的关键是保证在光刻胶上的薄膜与沉积的衬底上的薄膜是不连续的，或者是薄膜的覆盖性差。为了实现上述的要求，需做到以下两点：①沉积的薄膜厚度远小于光刻胶层的厚度（可以通过涂厚胶层来满足）；②薄膜只沿着垂直方向沉积（取决于薄膜沉积的方向性）。为了弥补由于方向性差所引起的薄膜连续覆盖问题，可以将光刻胶的剖面结构做底宽上窄的形状，称为下切形状。光学曝光的光刻胶剖面一般都是上切剖面，电子束曝光则有可能通过调整曝光剂量实现下切的抗蚀剖面形状（一般低能量的电子束在高剂量曝光条件下有可能实现下切形状的抗蚀剂剖面）。

实现下切剖面的更直接的方法是采用多层光刻胶或者抗蚀剂结构。①最早使用的方法是使用两种不同相对分子质量的PMMA，高相对分子量的在上，低相对分子量的在下。②近年来开发了一种专门用于薄膜剥离的有机聚合物LOR，用它也可以实现分别显影。LOR本身不是一种对紫外光或电子束敏感的聚合物材料，以PMMA为顶层，以LOR为底层，其下切范围完全由溶解时间所控制。③除了LOR外，也可以采用其他材料作为底层，如PMMA和铝层的组合（以铝作为底层还可以避免电荷累积效应）。

虽然利用下切剖面可以防止沉积薄膜的连续性，能否成功实现溶脱剥离法图形转移还取决于薄膜的玻璃工艺。①传统的方法是用丙酮或特殊的清洁溶剂将衬底上的抗蚀剂层完全的溶解；②近年来所开发的新方法是通过向表面喷射固态二氧化碳颗粒的方法来清除抗蚀剂与残留薄膜。

用光学曝光和电子束曝光一般可以形成光刻胶或电子束抗蚀剂的下切剖面。但由纳米压印形成的压印胶图形结构则很难形成下切剖面，因为下切剖面与纳米压印的脱模是相互矛盾的。比较有效的溶模剥离方法是溶剂浸泡和超声振动相结合。

金属薄膜剥离图形转移一般都是在正型抗蚀剂上实现，但其难

以实现大面积的薄膜覆盖；采用负型光刻胶虽然可以获得大面积的沉积薄膜，但其难以形成下切剖面结构。为了解决上述问题，常采用双层抗蚀剂结构，一种常用的双层抗蚀剂结构是HSQ和PMMA的组合。所用的方法是负型溶脱剥离法图形转移（negative tone lift—off）。

注意：溶脱剥离法不仅仅限于金属薄膜图形的剥离，还可以对某些非金属材料通过溶脱剥离法形成图案，但是其上的薄膜是通过旋转涂覆的方式获得的。而且，这些液体膜材料一般溶解在某些有机溶剂中，必须确保这些有机溶剂不会和光刻胶发生反应。

（四）电镀法

使用溶脱剥离法虽然可以制作各种金属微纳米结构，但是图形的高度有限，为了获得较厚的金属结构或者高深宽比的微纳米金属结构时，常采用电镀或化学镀来实现图形转移。

金属电镀制作微纳米结构的过程可以分为三个步骤：①在衬底上制作一层金属导电薄膜作为起始衬底，然后通过光刻或电子束曝光形成光刻胶或者抗蚀剂掩膜；②将基片放入电镀池中，连接成电路形式，金属电极便会释放离子并参沉积到衬底表面暴露的金属层上；③将光刻胶掩膜去除并腐蚀清除衬底表面的其余金属薄膜，这样便得到了金属微结构图形。

电镀法的主要用途：①制作计算机硬盘驱动器的磁头；②填充集成电路金属互联线的连接深孔；③制作金属微机电系统。

使用化学镀也可以沉积厚膜金属材料，使用无机金属盐和化学还原剂混合可以在某些材料表面发生化学反应，将被还原的金属原子沉积到材料表面，最常用的金属是铜和镍。虽然使用化学镀可以比较容易的获得完全覆盖的沉积，但由于难以获得纯金属沉积层，而且沉积速率慢，可用的金属范围有限，故微纳米图形转移还是以电镀法为主。电镀法的另一个主要应用是制作聚焦X射线的波带片（可聚焦X射

线的菲涅尔透镜）或X射线曝光用的掩模。由于𝑅𝑥=𝛥𝑟𝑀𝑍𝑃 ,这说明波

带宽度越小，分辨率就越高。 X射线波带片一般用电子束曝光和电镀发沉积金相结合的方法来制作。

电镀法图形转移的关键问题是电镀层的均匀性。电流分布的均匀性就决定了电镀层的均匀性。

（五）嵌入法

在大规模集成电路中为了将数亿只晶体管互相连接起来形成各种功能的电路系统，除了单层互联之外，还要形成多层互联。层与层之间的互联是通过打通层之间的深孔并填充金属导电材料来实现的。其中最重要的一种工艺就是嵌入法（Damascene process）.其过程为：

①首先用深刻蚀方法形成连通孔；②然后通过沉积将铜材料填充到连通孔之中；③最后通过化学机械抛光工艺将表面磨平，以便进行下一步的光刻加工工序。双重嵌入工艺是指用一次沉积填充同时完成平面和连通孔的金属互联，而单重嵌入工艺只作深连通孔的金属填充。铜的沉积可以通过物理方法（溅射），化学方法（CVD），或电镀方法来实现。由于溅射在孔的入口处和内部的沉积速度不同，而CVD方法的沉积速率太慢，故一般采用电镀方法作为，电镀法成本低，沉积速度快，是一中有效的填充深孔的方法。

（六）模板法

模板印刷有两种形式：丝网模板印刷和镂空模板印刷。丝网模板是在丝网上形成掩模图案，涂料通过丝网印刷到基板上，镂空模板是在模板上之间形成镂空图案，涂料通过镂空图形印刷到基板上。丝网模板印刷是一种传统的工业印刷技术。由于丝网本身的网眼的限制，丝网印刷的图形的尺寸一般在几十微米到数百微米以上。丝网模板印刷在制造厚膜压电材料器件方面有独特的优势。镂空模板印刷也是一种传统的工业印刷技术。印刷材料既可以像丝网印刷那样刷涂，也可以用热蒸发的方法蒸发沉积到衬底表面。在印刷过程中，为了防止模板和衬底直接接触会损伤模板，二者之间一般留有一个很小的间隙。镂空模板又称为阴影掩模，阴影掩模的图形转移率是1∶1 。阴影掩模的优点是：①可以选择任意一个局部位置进行薄膜沉积；②薄膜图案一步形成；③薄膜在真空环境下直接沉积到新鲜表面，可以避免污染和氧化；④无曝光过程，因此没有光干涉所引起的各种邻近效应和图形尺寸不一致效应。阴影掩模的局限性和缺点是：①只能做单层薄膜；②掩模经过多次使用后，沉积材料会逐渐在掩模孔周围积累，使得掩模孔缩小以至于完全堵塞；③但掩模尺寸在1μm以下时，掩模的直角图形在沉积时会变成圆形；④大面积阴影掩模存在一个热稳定性问题；⑤阴影掩模本身的制造工艺复杂，限制了所能达到的分辨率。

（七）喷墨打印法

喷墨打印的最小线宽一般在20μm左右，远低于于目前最为先进的集成电路20nm左右的最小线宽。但由于其具有低成本，对衬底材料的无选择型的优点，在不要求高精度和高分辨率的领域，喷墨打印还是大有用武之地的。

喷墨打印有两种实现方式：①连续喷墨（CCD）——墨液由压电驱动器推压从液槽中以连续流形式出来，在重力作用下连续流变成断续流，通过偏转可以使其到达预定的位置；②断续喷墨（DOD）——直接产生的液滴并将其喷射到打印表面，是一种“按需喷墨”的方式。

DOD方法根据其喷墨头的驱动方式的不同，可以分为：Ⅰ 压电驱动喷墨；Ⅱ 热驱动喷墨。对于以上两种技术，CCD的装置简单，成本低，但形成的液滴较大，一般在50 ~500μm；DOD技术的分辨率取决于喷嘴尺寸，一般喷嘴直径在10μm左右，而形成的液滴尺寸一般为喷嘴尺寸的两倍。

除了喷墨打印头本身的设计之外，要实现高分辨率的喷墨打印还取决于以下两点：①喷墨液体的性质；②打印表面的性质。对于喷墨液体，我们要求：①液体必须有足够低的黏度；②液体必须能够在表面迅速的干燥并形成牢固附着，但又不能在喷嘴口处干燥；③液体可以保持原来的尺寸而不至于过分的扩散。最终实现高分辨率的方法是缩小喷嘴的尺寸，但又不能做到过小，这样会导致液体喷出的阻力增大。

针对以上这些问题，我们开发了一些新的方法。①气流喷射打印——先将打印墨水在一个腔体内雾化，再将雾化后的墨滴通过高压气流由喷嘴喷出，喷出后会形成一个柱状液滴流。②“E—jet”技术（基于静电纺丝没动原理）——将静电纺丝系统中的针尖喷嘴到基板表面的距离缩短到100μm以下，在其尚未开始螺旋运动之前就到达了基板，保持了液线的直线运动。

喷墨打印只是一种制图手段，所制作的图形结构则完全取决于所沉积的材料。为了能够进行喷墨打印，这些材料必须能够形成液体，并且具有较低的黏度。

（八）掠角沉积法

对于热蒸发，当蒸发源和样品表面之间具有一定的角度时，来自蒸发

源的分子会在表面形成一些孤岛，这些孤岛会对后续的分子产生影响，这种差别会对后续的分子的影响越来越明显，最终，表面沉积的薄膜主要由倾斜的柱状结构所组成，呈疏松多孔的形态。如果在倾斜蒸发源的同时让样品台作旋转运动，则沉积的有可能就不是薄膜，而是柱状纳米结构的集合。

如果令样品台同时旋转和倾斜，则可以形成各种意想不到的三维纳

米结构，如C形，S形，锯齿形，螺旋形等。这种特殊的方法已经发展成为一种专门的技术，叫做掠角沉积技术（GLAD）。GLAD技术提供了一种简单的无掩模制备表面三维纳米结构的方法，我们也可以人为的设置孤岛，控制沉积生长结构的形状和密度。

刻蚀法图形转移技术

（一）

引言

所谓的刻蚀就是利用物理或者化学的方法将未受到光刻胶图形保护部分的材料从表面逐层清除。光刻胶在整个的加工过程中的作用是

作为抗蚀剂的掩模。

刻蚀的方法包括：化学湿法腐蚀，等离子体干法刻蚀和其他的物理或化学刻蚀技术。考察刻蚀方法的性能时有两个基本参数：①掩模的抗刻蚀比——在刻蚀衬底材料的过程中掩模材料的消耗程度；②刻蚀的方向性或者各向异性度——在衬底不同方向刻蚀速率的比，有三种情况：各向同性，各向异性，部分各向异性。

对刻蚀法图形转移技术的最基本的要求是能够将光刻胶掩模图形忠实的转移到衬底材料上，并且具有一定的深度和剖面形状。选择刻蚀方法应根据其抗刻蚀比，各向异度性，刻蚀速率来选择。

（二）化学湿法腐蚀技术 1：湿法泛指的是所有应用化学腐蚀液体腐蚀的方法。其最主要的特点是各向同性腐蚀，（当然对于某些物质，也会产生各向异性腐蚀）。湿法腐蚀技术的图形分辨率不高。近年来，化学湿法腐蚀技术的热点是微机电机构和微微流体器件（二者的尺寸比集成电路大得多，使用化学湿法腐蚀技术完全可以满足要求）。二者常用的材料是硅和二氧化硅。 2：硅的各向异性腐蚀

某些碱类化学腐蚀液对硅的腐蚀与硅的晶界原子排列情况有关，故沿着不同的晶界方向有着不同的腐蚀速率。由于碱类腐蚀液的各向异性腐蚀使得控制腐蚀图形的形状变得格外困难，最终的腐蚀图形不一定是最初的设计图形。

由各向异性腐蚀方法制作凸形结构是通常无法获得尖角，为了获得尖角，要对腐蚀掩模的图形加以补偿，留出充分的腐蚀余量。

由于单晶硅湿法腐蚀的晶向依赖性，使得掩模和晶向的对准变得十分重要。对准不好，腐蚀的沟道的走向就不会沿着掩模设计的走向发展，而是沿着晶向的走向发展。

为了得到掩模与晶向的良好对准，首要问题是要预先知道硅片的晶面。①购买商业硅片：一般有两种晶面——（100）晶面和（111）晶面。②按照试验测量晶向。

实现单晶硅的各向异性腐蚀必须用碱性化学腐蚀液。常用的碱类化学腐蚀剂包括：KOH,EDP,TMAH，其中以KOH的应用最为普遍。KOH在浓度为20%达到最大，并且随着温度的升高而逐渐升高。

化学湿法腐蚀硅通常需要腐蚀较深的深度，所以湿法腐蚀硅技术通常有称为体微加工技术，以区别面微加工技术。由于光刻胶会溶解于碱性化学腐蚀剂，故不能用光刻胶作为掩模层。常用的掩模层为二氧化硅和氮化硅。

常用的碱性腐蚀液： ①由于二氧化硅在KOH的腐蚀速度大，故会出现大量的针孔，因此理想的掩模材料是氮化硅。②EDP对二氧化硅的腐蚀速率很低，故当使用二氧化硅作为掩模层时，可以使用EDP作为腐蚀液。而且EDP对硅的掺杂浓度特别敏感，当掺杂浓度上升是，硅的腐蚀效率会明显的下降，故可以利用这一个特点形成腐蚀阻挡层，从而可以有选择地腐蚀硅片。③TMAH本身无毒，对二氧化硅的腐蚀速率较低，腐蚀表面的光滑度是KOH的10倍，不含碱金属离子，是湿法腐蚀硅纳米结构的最佳碱性腐蚀液。 3：硅的金属辅助化学腐蚀

金属辅助化学腐蚀（MACE）是用化学湿法实现硅的各向异性腐蚀的另一种简单的方法。在硅的表面上沉积了金，银，铂，钯等金属颗粒，然后将其放

在氢氟酸和双氧水的混合溶液中，与金属颗粒接触的表面被迅速的腐蚀，其他表面则基本不受影响。而且，金属颗粒随着硅被腐蚀而沉入自身造成的坑洞中，随着时间的增加，腐蚀过程越来越深。

有金属颗粒造成的这种高度取向性腐蚀的原理还未完全搞清楚。一般认为，这是由于金属颗粒能够在氢氟酸中助推氧化还原反应的原因。

金属辅助化学腐蚀中金属颗粒的作用类似于掩模，不过是负型掩模，即凡是覆盖了金属的区域均被腐蚀移除。掩模可以通过光学曝光或者自组装的方法来获得。

4：硅的各向同性腐蚀

⑴ 化学腐蚀的本质是各向同性腐蚀，只有在碱性溶液对单晶硅的腐蚀才是各向异性腐蚀，而酸性腐蚀液对硅的腐蚀都是各向同性的。

⑵最常用的酸性腐蚀液是氢氟酸，硝酸和醋酸的混合物，通常称为HNA。其腐蚀机理是:硝酸使得硅的表面氧化，氢氟酸将氧化的部分溶解，醋酸起到了稀释的作用，也可用水来替代。

⑶不同的混合比将得到不同的腐蚀速率，一般认为有两份氢氟酸和一份硝酸在加少量的醋酸的混合溶液具有最大的腐蚀速率。 ⑷氢氟酸对二氧化硅具有很强的腐蚀作用，因此，二氧化硅不适宜作为腐蚀掩模；光刻胶承受不了硝酸的强氧化剂作用，因此也不适宜作为腐蚀掩模；最常用的掩模是LPCVD和镀了铬膜和金膜的掩模。

⑸化学腐蚀的一个主要问题是腐蚀速率和腐蚀液体的流动程度有关。 5：二氧化硅的各向同性腐蚀

二氧化硅是半导体工业中除了硅以外，运用最为广泛的材料。集成电路制造中，二氧化硅普便用来作为绝缘膜和钝化膜。在微系统技术中，二氧化硅被用来作为牺牲层材料。牺牲层工艺是制造表面可移动的微结构的关键工艺。其原理如下：①在硅片上沉积二氧化硅层；②在二氧化硅上开孔；③制作多晶硅微机械结构；④腐蚀去除二氧化硅层。实现去除腐蚀层的关键是——各向同性腐蚀。

为了彻底的去除表面微结构下的牺牲层，二氧化硅的横向腐蚀速率特别的重要。一般有两种方法来提高横向腐蚀速率：①采用盐酸和氢氟酸的混合液；②采用掺磷或掺硼的二氧化硅，有称为磷硅玻璃（PSG）和硼硅玻璃（BPSG）。

近年来，玻璃在微流体系统中有了大量的应用，如“芯片实验室”，这种芯片实验室就是由各种微流体通道组成的。

（三）干法刻蚀之一：反应离子刻蚀

⑴原理：反应离子刻蚀是在等离子体中发生的。在等离子体空间，离子和电子的数目相同，所以是等电位区。但在阴极和阳极表面会分别建立起一个负电场，由于阴极未接地，故形成的负电场较强。如果将欲刻蚀的样品放在阴极表面，样品将受到较强的离子轰击作用。反应离子刻蚀可以简单的归纳为离子轰击辅助的化学反应过程。其两个必要条件是：①离子和化学活性气体的参与；②刻蚀的反应生成物必须是挥发性物质，可以被真空系统抽走。其反应过程可以定性的归纳为：①物理溅射；②离子反应；③产生自由基；④自由基反应。上述四个过程是同时发生的，由于它们的共同作用，从而实现了对被加工表面的刻蚀。反应离子刻蚀中常用的化学活性气体以卤素类气体为主。一般的硅及其化合物的刻蚀气体主要以氟化物气体为主；Ⅲ—Ⅴ族元素化合物材料和铝及其化合物

材料以氯化物气体为主；由于碘的腐蚀性较大，故一般不用碘及其化合物作为刻蚀气体。

不同的刻蚀气体对不同的材料的反应生成物的挥发性是不同的。挥发性可以用某一产物的沸腾温度来表示。沸腾温度越高，该产物的挥发性就越低。增加刻蚀反应物挥发性的另一个办法是对样品台加温。

考察反应离子刻蚀性能的主要指标包括：①掩模材料对衬底材料的抗刻蚀比；②各向异性度；③刻蚀速率；④刻蚀的均匀性。（2）反应离子刻蚀的工艺参数

反应离子刻蚀是一个相当复杂的物理和化学过程，有许多可以调控的参数，每一个参数都会在某种程度上影响最后的刻蚀结果。以下介绍对刻蚀结果具有决定型影响的参数或者实验条件：①反应气体流速；②放电功率；③反应室气压；④样品材料表面温度；⑤电极材料；⑥辅助气体。

①反应气体流速：被刻蚀材料表面的原子和反应离子或者自由基相互反应生成气体产物是反应离子刻蚀的主导过程。若流速太快，将导致反应气体的停留时间的缩短，导致刻蚀速率下降；若流速太快，将导致消耗的气体得不到及时的供给，刻蚀速率下降。

②放电功率：一般情况下，增加放电功率会增加刻蚀速率。原因一般有两个：⑴放电功率的增加将导致电子能量的增加，使电离概率增加；⑵放电功率的增加将导致离子对阴极表面即材料表面的轰击增加。但放电功耗也不应过大，如果过大将导致掩模的抗刻蚀比下降。

③反应室气压：反应离子刻蚀一般都是在0.133—13.3Pa的低气压条件下工作。低气压的作用是：⑴在低气压下，电子自由程增加，两次碰撞之间的加速能量增加，使得电离概率增加；⑵在低气压下，离子之间，离子与原子之间的碰撞减少，离子对材料的刻蚀方向性改变，即横向刻蚀减少；⑶在低气压，有利于挥发性产物迅速离开刻蚀表面，增加反应速率，从而增加了刻蚀速率。但压强也不是越低越好，若压强过低，辉光放电将无法维持。 ④样品材料的表面温度：高温会促进化学反应过程，同时也有利于化学反应的挥发性产物离开刻蚀表面。但是温升对高质量反应离子刻蚀是有害的：⑴温度升高将导致作为掩模材料的光刻胶的软化变形，并且光刻胶掩模的刻蚀速率也会增加；⑵温度升高将导致横向刻蚀速率的增加，使得刻蚀的各向异性度变差。（可采用的解决办法——使用氧化硅或氮化硅代替光刻胶作为掩模；对样品台采取冷却的措施。）

⑤电极材料：电极包括阴极和阳极，将被刻蚀的样品放置在阴极表面，将阳极和反应室侧壁接地。为了防止阴极材料发生溅射，要求阴极材料是化学惰性的。阴极材料若受到溅射，将会极大的消耗掉反应活性离子，影响刻蚀速率。阳极或侧壁在离子溅射下不会生成挥发性产物，而是沉积到其他表面，包括样品材料的表面，这些沉积会影响进一步的刻蚀。即使腔体材料是化学惰性的，材料在刻蚀的过程中也会因物理溅射沉积到阳极或反应室腔体上。这些沉积物不是固定不变的，在下一次刻蚀中会离开沉积部位，而沉积到其他的部位。为了消除这种记忆效应引起的交叉污染，应避免使用同一个刻蚀材料刻蚀多种不同的材料，而且在每一次刻蚀之前，应对反应室腔体进行清洗。

⑥辅助气体：在卤素气体中加入少量非卤素气体（如氧气和氩气）会不同程度的在不同方面改进刻蚀效果。 ⑴氧气，在C𝐹4中加入10%的氧气会使刻蚀速率增加10倍；刻蚀速率随着氧气流速的增加而增加，但对于抗刻蚀比则存在者

一个最佳的氧气流速值； ⑵氩气，氩气是惰性气体，性能较为稳定。其主要起到的作用包括：辅助物理溅射刻蚀效果，稳定等离子体放电。氩气的流量存在一个最佳值，若果加入的氩气过量，会稀释化学活性气体的浓度，加速掩模层的消耗。

总结：

反应离子刻蚀的刻蚀速率以及掩模的抗刻蚀比受到多种因素的限制。各种因素之间是彼此依存，相互影响的，要找到这些参数的最佳组合，需要大量的实验摸索。一般采用固定参数法——每次只改变其中的一个条件，固定其他条件，考察该实验条件对某一个刻蚀指标的影响。

化学活性气体参与的刻蚀本质上是各向同性的，只有离子物理溅射刻蚀是各向异性的。化学反应刻蚀对碳氢聚合物的存在非常敏感，表面如果有一层薄的碳氢化合物层就可以有效的阻止化学反应刻蚀。利用这一特点可以提高刻蚀的各向异性。 ①产生碳氢化合物薄膜，利用光刻胶被离子轰击时产生的碳氢化合物薄膜将沉积到被刻蚀材料的表面，形成“钝化层”。形成的“钝化层”可以有意的引入含碳氢气体的产生。注意：所有的表面均沉积了薄膜，但由于垂直方向不断的受到离子的轰击，故薄膜被溅射清除了，但侧壁的薄膜却得到了保持，故刻蚀只沿着垂直方向进行，由此可以获得高深宽比的刻蚀结构； ②另外一种形成钝化层的方法是低温反应离子刻蚀（RIE）。当样品表面的温度低于-100℃，会在表面形成一个保护层，降低光刻胶或二氧化硅材料的消耗，提高刻蚀的各向异形度和掩模的抗刻蚀比。注意：低温刻蚀的最佳温度是-110℃，在这一温度下，横向刻蚀作用完全停止；但如果温度降到-140℃，则整个刻蚀包括纵向刻蚀也停止了。

（四）干法刻蚀之二：反应离子深刻蚀改善刻蚀的方向性，一直是反应离子刻蚀技术发展中不懈追求的目标。随着大规模集成电路技术和微机械技术的发展，越来越多的器件被要求具有高深宽比。完全化学刻蚀是各向同性的，完全物理刻蚀虽然有很好的方向性，但选择性差，对掩模具有刻蚀作用。随着两种新技术（ICP 和Bosch）的出现，高深宽比刻蚀成为了可能。

⑴电感耦合等离子体刻蚀系统（ICP）

反应离子深刻蚀的第一个要求是较高的刻蚀速率。反应离子刻蚀的速率直接与等离子体密度有关。ICP技术解决了传统的二级平板电极存在的高刻蚀速率与高抗蚀比这两个相互矛盾的要求。在ICP系统中，离子产生区和刻蚀区是分开的。因此，ICP技术即可以产生很高的等离子体密度，又可以维持较低的离子轰击能量。

在ICP技术之前，另一种广泛采用的技术是ECR（微波电子回旋共振等离子体源）。虽然，ECR也具有类似于ICP的优点，但其结构复杂，需要微波功率源，存在微波谐振与样品基板射频源的匹配问题等，现在已经被ICP所取代。（2）Bosch工艺

反应离子刻蚀的第二个要求是需要极好的各向异性。由于化学反应诱导的刻蚀本质上都是各向同性的，但这种刻蚀对碳氢类聚合物的存在非常敏感，通过在侧壁上沉积碳氢类化合物即可实现各向异性刻蚀。

所谓的Bosch工艺就是在反应离子刻蚀的过程中不断的在边壁上沉积抗刻蚀层或边壁钝化层。通过交替转换刻蚀气体和钝化气体就可以实现刻蚀和边壁钝化。在深度方向，由于离子的物理溅射轰击，钝化膜剥离，使得化学反应离子刻蚀可以进一步的发生。在整个的刻蚀过程中不断的发生着“刻蚀——钝化——刻蚀”的周期性过程。

在Bosch工艺中由于刻蚀与钝化的相互转换，造成了刻蚀边壁表面的波纹效应。为了减弱这种波纹效应，可以采用以下两种方法：①缩短刻蚀与钝化周期；②在刻蚀后进行化学湿法抛光腐蚀。（3）纳米结构的深刻蚀

Bosch工艺在大多数情况下都是满足使用条件的。但是，如果被加工结构的尺寸小于100nm的情况下，这种边壁波纹效应就不能忽略了。为了实现100nm以下结构的深刻蚀，我们采用了一些其他是方法，如：延长钝化时间，采用特氟龙涂层的样品台，不进行气体转换而是将刻蚀气体与钝化气体进行混合，或者采用低温刻蚀技术。

ICP技术同样适用于除了硅以外的材料，如二氧化硅等。其同样适用于Ⅲ—Ⅴ族化合物半导体材料的刻蚀，其原理是相同的，只不过使用了不同的刻蚀气体。（4）反应离子深刻蚀中存在的问题

反应离子深刻蚀虽然具有一系列的优点，但随着刻蚀深度的增加，也带来了一系列的负面效应，如：①负载效应；②微沟槽效应；③缺口效应；④离子损伤效应。

⒈负载效应：局部刻蚀气体的消耗大于供给引起的刻蚀速率下降或者分布不均匀的效应。可分为三种类型：宏观负载效应，微观负载效应，与刻蚀深宽比相关的负载效应。所谓的宏观负载效应是指因为刻蚀总面积的增加导致的整体刻蚀速率的下降；微观负载效应是指同一个设计图案内图形的密度不同导致的刻蚀速率的不同。（密集的地方消耗的快，稀疏的地方消耗的慢）；与刻蚀深宽比相关的负载效应是指同一个衬底材料上不同尺寸的图形的刻蚀深度不同，（宽的部分刻蚀的深，窄的部分刻蚀的浅）。传统的刻蚀技术也有这种问题，但深刻蚀表现的更为明显，而且没有一种方法可以完全的消除这种负载效应，一般我们可以采取一些措施来缓解这种负载效应。一般采取的方法有：①快速移走刻蚀表面的反应产物或者减少表面反应成分的不均匀分布，如采用高抽速真空系统，稀释反应气体，采用脉冲式等离子体；②改变原图案的设计，如增添一些无用图形来平衡图形密度的分布。 ⒉微沟槽效应：深刻蚀过程中边角的刻蚀深度大于中心部位刻蚀深度的一种现象。其机理是高能离子在刻蚀结构的侧壁下滑并直接轰击溅射侧壁的边角造成的，该机理已有蒙特卡洛法得到了证实。一般刻蚀深度越深，微沟槽效应越明显，侧壁的负电荷积累也会导致微沟槽效应。解决办法有向刻蚀表面喷射电子，中和刻蚀表面的电荷分布不均匀，达到减少微沟槽效应的效果。 ⒊缺口效应：发生在刻蚀SOI硅片时的一种特殊现象。（SOI硅片有两层单晶硅中间夹一层二氧化硅形成，底层的单晶硅叫做衬底层，顶层的单晶硅叫做器件层，中间的二氧化硅起到了绝缘的作用。）刻蚀速率快的图形在刻蚀到了二氧化硅绝缘层后并没有完全停止，而是继续沿着二氧化硅绝缘层表面横向刻蚀，形成所谓的“缺口”现象。其发生的机理是：离子在二氧化硅绝缘层表面形成了一个局部正电场，使得入射的正电荷发生了偏转。由于二氧化硅的绝缘层性质，离子

电荷的积累是不可避免的，缺口现象也是不可避免的。 ⒋离子损伤效应：在反应离子刻蚀中总是有一部分离子在阴极电场的加速下轰击刻蚀表面。离子轰击一方面形成溅射刻蚀作用，另一方面也会对表面载流子分布以及晶格结构造成损伤。如果样品表面的晶面指数较低，离子就会进入样品表面后会形成对载流子陷阱，会造成晶格缺陷或杂质。对于某些依赖于表面导电性和载流子分布的特殊电子器件，反应离子刻蚀形成的离子损伤会改变这些器件的性能。对于单晶材料，离子损伤一般可以通过高温退火工艺来消除；但对于Ⅲ——Ⅴ族元素则不适合，最有效的方法是降低离子的能量。传统的反应离子刻蚀系统很难实现低阴极偏压，采用ICP反应离子刻蚀系统则可以单独的控制阴极偏压，降低离子的能量。

（五）干法刻蚀之三：等离子体刻蚀

等离子体刻蚀并不等同于反应离子刻蚀，纯粹的等离子体刻蚀主要是化学刻蚀，是各向同性的。与反应离子刻蚀不同，被刻蚀的材料放在了阳极表面，因此，材料表面的轰击溅射可以忽略不计。常用的结构有：①平板电极结构；②筒形反应器刻蚀系统。等离子体刻蚀的作用：①在大规模集成电路中主要用来作为表面干法清洗工艺，进行大面积非图形类刻蚀，如清除光刻胶层。②用来清除牺牲层。

（六）干法刻蚀之四：离子溅射刻蚀

离子溅射刻蚀是纯粹的物理刻蚀过程。最常用的离子源气体是氩气。不同能量的氩离子与表面发生的物理作用是不同的：①E＜10eV，主要是物理吸附；②E＞10keV，以离子注入为主；③10eV＜E＜5000eV，以溅射为主。离子溅射刻蚀有两种方式：①等离子体溅射；②离子束溅射。

⒈在等离子体溅射中，样品浸没在等离子体中，因此溅射效率低，为了提高溅射速率，一般通过外加磁场进行束缚，增加电离概率，提高离子密度。等离子体溅射一般不用来做刻蚀工具，而是作为薄膜沉积工具。

⒉离子束溅射是一种应用更为普遍的刻蚀技术。离子束溅射刻蚀又被称为“离子束铣”。离子束溅射刻蚀系统中，等离子体产生区和样品刻蚀区是分开的。离子束溅射既可以刻蚀导电材料也可以刻蚀绝缘材料（加一个热阴极中性化源来消除材料表面形成的正电场，使得溅射可以持续地进行下去）。离子束溅射所采用的离子束是宽束，或者叫做“淋浴”型离子束，材料表面是一次性溅射而不是扫描溅射。有三点需要注意：①由于离子束溅射刻蚀对材料没有选择性，掩模消耗速度快，因此刻蚀深度有限；②离子溅射产额与离子入射角度有关；③物理溅射不能形成挥发性产物，溅射产物会再次沉积到溅射系统的各个部位，包括样品的其他部位。解决办法：样品倾斜和旋转；短暂的酸性腐蚀；引入某种化学活性气体。

（七）干法刻蚀之五：反应气体刻蚀

利用二氟化氙（XeF2）在气态下可以直接与硅发生反应生成挥发性的SiF4产物的性质，可以对硅表面进行各向同性的刻蚀。

XeF2在常温常压下为白色固体粉末，但是在0.13—0.53的低真空下升华为气态，所以这种刻蚀系统需要一个真空容器以及与之相对的排气系统。

与其他方法相比，XeF2气相刻蚀具有以下优点： ①XeF2只对硅起作用，因此具有很高的抗刻蚀比； ②刻蚀速率一定，与硅的晶像或掺杂水平无关； ③XeF2刻蚀是完全的各向同性刻蚀，而且横向刻蚀能力很强，使之成为清除牺牲层，制作悬挂式微结构的有效方法； ④XeF2刻蚀形成的表面非常粗糙，一般可达数微米以上。

XeF2的气相刻蚀一般有两种实现方式：①脉冲供气式；②恒流供气式。

（八）干法刻蚀之六：其他物理刻蚀技术

⒈激光微加工技术：传统的激光加工技术是一种热加工技术，由于热加工会带来一系列的问题，故现在普遍采用的是激光冷加工技术。在激光冷加工技术中，激光使材料的聚合物分子发生光化学反应，长链分子变为了短链分子，实现了激光剥蚀。激光微加工的另一个重要的发展是具有飞秒（一飞秒等于10−15s）脉宽的激光的应用。由于飞秒级别的激光在材料表面的停留时间短，故交换的热量少，可以实现干净的切割表面和边缘。激光微加工的优点是：①快速成型，不需要曝光显影刻蚀等中间步骤；②可以加工其他方法无法加工的材料。但是激光微加工也有缺点，其最主要的缺陷是产出率低。

⒉电火花微加工技术：电火花加工（EDM）是利用两个电极之间的火花放电产生的高温使得火花放电区的材料熔化。熔渣被液体带走。随着电极或工件的移动，放电电极就如同一个铣刀，将工件表面材料按照设计加工成一定的形状。电火花加工对材料的要求是导电，因此可以用来加工超硬材料。电火花微加工与传统的电火花加工没有本质上的区别，只是加工的尺寸较小。与其他方法相比，电火花微加工具有以下的优点：①可以加工导体或半导体类的超硬材料，如硅材料和铁氧体材料；②其加工是非接触式加工，对工件不施加任何压力；③电火花微加工可以制作高深宽比的结构；④通过控制放电量和加工速率，电火花微加工可以获得很高的加工精度。

⒊喷粉微加工技术：喷沙工艺是一种传统的机械加工工艺，常被用来加工大面积显示屏，在喷沙工艺中所喷的不是沙，而是氧化铝粉末，故文献中一般称为“喷墨加工”。喷粉微加工技术主要用于刻蚀玻璃，在玻璃材料上制作微流体通道的一种技术。与其他技术相比，喷粉微加工技术的特点是：①只适用于脆性材料，如玻璃和硅材料，而不适用于韧性材料；②喷墨加工所用的掩模除了需要韧性之外，还要具有一定的厚度；③喷墨加工是纯粹的机械加工；④喷墨加工的分辨率受到氧化铝直径的限制，一般在50微米以上；⑤喷墨加工的粗糙度一般在微米量级。

间接纳米加工技术

（一）引言

以上所介绍的各种加工技术都是假定采用目前最先进的加工设备，加工结构的尺寸直接取决于各种光刻技术的分辨率。但是，并不是每一个从事于纳米加工的人都具有这样的条件，这是我们就需要一方面尽量发挥现有设备的能力，另一方面想法设法克服现有设备的局限性。故所谓的间接纳米加工技术就是指利用非直接光刻技术，使用一定的方法绕过现有设备的局限性的一种纳米加工技术。间接加工并没有特定的规则，也不遵循特定的原理。它完全是灵活运用已有的加工方法，通过巧妙的组合以上所介绍的加工技术来实现某一个特殊的加工要求。

（二）侧壁沉积法

侧壁沉积法（又叫做侧壁光刻或者边缘光刻）是通过向侧壁沉积薄膜材料的方法来制作窄细条结构。

其一般步骤为：①用传统的光刻与硅刻蚀方法制作大尺寸的支撑结构；②在支撑结构外表面上沉积一层二氧化硅薄膜（功能性材料）为了保证侧壁上有薄膜沉积，沉积技术应当是各向同性的；③将顶部和底部的二氧化硅薄膜通过刻蚀的方法去除，为了保证侧壁不被刻蚀，应选择各向同性的刻蚀方法；④将刻蚀沟槽用光刻胶填平；⑤采用氧等离子体轻度刻蚀光刻胶，仅是将凸起部分的光刻胶去除；⑥硅刻蚀，将二氧化硅侧壁包围的硅去除；⑦用氧等离子体将光刻胶去除。这样就获得了仅由二氧化硅侧壁组成的图形。使用侧壁沉积法所获得的线条宽度不决定于光刻的分辨率，而是取决于侧壁沉积的薄膜的厚度。

成功实现侧壁光刻需要满足两个条件：①要保证支撑结构的侧壁足够垂直；②在去除支撑结构的时候，刻蚀或者腐蚀对薄膜材料没有影响。

侧壁光刻技术自出现到现在，其基本原理为发生变化，只是使用了不同的支撑材料和薄膜材料的组合。如：在二氧化硅上沉积Pt，在Si𝑂2上沉积Si3𝑁4薄膜，在Si𝑂2上沉积多晶硅等。

如果支撑结构的侧壁不垂直，可以将侧壁的薄膜保护起来。保护的方法之一是将支撑结构掩埋，只留出供刻蚀的顶部。（即在上述的七个步骤的第一步和第二步中间加入一个步骤，使得侧壁上的薄膜得到保护）

（三）横向抽减法

横向抽减法是将一个宽图形从两侧逐渐抽减使之最后变成窄图形的方法。利用化学湿法腐蚀的各向同性和反应离子刻蚀的部分各向同性，是实现横向抽减的一种有效途径。使用这一技术的关键是要尽可能使刻蚀达到各向同性，即达到尽可能显著的横向刻蚀。

另一种横向抽减方法是通过氧化将一部分硅转化为二氧化硅，然后利用化学湿法腐蚀将二氧化硅部分腐蚀掉，从而形成尖细的硅结构。常使用的腐蚀材料是氢氟酸，由于刻蚀深度有限，故需要多次进行“氧化——腐蚀”的循环过程。对于上述方法，也可以将硅腐蚀，保留二氧化硅，形成非常窄细的沟道。

横向抽减法希望刻蚀或者腐蚀过程尽可能各向同性，但各向异性的湿法腐蚀也可以通过巧妙的设计腐蚀方法来实现横向抽减的间接加工。例如KOH对硅的腐蚀是各向异性的，腐蚀速率与晶面指数有关，通过设计特殊的掩模图形可以实现所要求的纳米结构。

有时，我们也可以通过“修剪”的方法来将宽粗结构变为窄细结构。其中聚焦离子束（FIB）是一种最好的，最灵活的微纳米修剪技术。FIB既可以实现微纳米尺度的溅射刻蚀，也可以实现微纳米尺度的溅射沉积。FIB最成功的例子是修剪计算机硬盘的读写磁头。

还有其他一些方法可以在不改变光刻分辨率的情况下获得高分辨率的图形结构。例如巧妙运用正型光刻胶与付型光刻胶的显影特性的差别，可以实现远小于光学曝光分辨率的图形。

窄细结构的电极在量子电子学研究和生物学中单分子行为的研究中具有广泛的应用。这种结构的间隙一般要求在10nm以下，传统的光刻与刻蚀技术很难获得如此小的电极间隙。一般，我们可以通过横向抽减法和横向添加法来获得。

（四）横向添加法

横向添加法是获得窄细的间隙结构的一种间接加工方法。传统的方法是电子束曝光+反应离子刻蚀或者聚焦离子束方法。所谓的横向添加法就是从一个宽带间隙开始，通过沉积的方法不断从两端横向添加材料，使得宽的间隙变窄。通过控制间隙的起始量和材料的沉积量，可以使间隙缩小到只有2—3nm。最精确也是最灵活的方法是聚焦离子束或者聚焦电子束辅助沉积。聚焦电子束的沉积结果更准确但效率较低。

⒈利用类似的技术可以用来缩小孔的直径。一般的步骤是：①薄膜沉积，孔缩小的程度与薄膜沉积的厚度有关；②通过各向异性刻蚀去除衬底表面和孔底的薄膜；③图形转移。 ⒉利用这一个技术也可以密封的沟道。其基本步骤是：①通过各向异性刻蚀获得矩形沟槽；②通过各向同性刻蚀将矩形沟槽变成圆形截面沟槽；③薄膜沉积，保护沟槽的开口；④通过原子层沉积（ALD）填充沟槽内壁，随着沉积层的加厚，最后将沟槽封死。

离子束造型——低剂量的离子束辐照悬空的薄膜会引起薄膜表面的原子的迁移，如果薄膜上有小孔，原子会向小孔边缘移动，逐渐将小孔缩小直至将小孔完全封住。

（五）垂直抽减法

垂直抽减法是基于与侧壁沉积间接加工相反的过程来实现纳米尺度的间接加工。与侧壁沉积不同的是，侧壁沉积是以沉积的薄膜作为最后的图形结构，垂直抽减法则是将侧壁的薄膜刻蚀清除，以清除后留下来的间隙作为最后的图形结

构。其一般的过程是：①用低分辨率光刻和刻蚀技术制作支撑结构；②通过热氧化技术将支撑结构的表面转化为二氧化硅；③通过PECVD技术在表面上沉积一层氮化硅，将表面的硅支撑结构掩埋起来；④通过化学机械抛光技术将多余的氮化硅磨平，实现表面的平整化；⑤通过硅深刻蚀方法将图形背面的“把手层”清除；⑥将所有的二氧化硅通过反应离子刻蚀的方法清除。通过上述方法获得的纳米通道的宽度取决于热氧化硅的深度或者二氧化硅层的厚度，与光刻的分辨率无关。这一间接加工技术已经被用来制作纳米流体器件，纳米通道的宽度很容易就做到100nm以下。实现垂直抽减法的关键是支撑材料和沉积材料的化学不兼容性，即刻蚀其中一种材料时对其余材料没有损伤。

另一种垂直抽减法是利用单晶硅在碱性腐蚀液中的各向异性腐蚀。利用者一个特性可以在硅上形成V形槽结构。然后再从反面进行硅的深刻蚀，并且刻蚀清除二氧化硅夹层，这样就能形成一个透光孔。

利用垂直抽减法的原理还可以延伸出其他的间接加工形式。例如：利用分子束外延技术（MBE）可以交替生长GaAs和AlGaAs，形成超薄层异质材料结构，然后将生长层断开。利用两种材料在不同的腐蚀液中具有不同的腐蚀特性的特点，可以选择性的腐蚀一种材料而保留另一种材料，这样就可以形成高密度纳米线条结构，线条宽度取决于MBE生长层的厚度。在生产中，这种技术已被用来制作23nm的分离电极结构，6nm间距的纳米压印印模。

（六）纳米球阵列法

纳米球阵列法通常被用来间接加工高密度点阵图形（传统的光刻技术难以制作）。所谓的纳米球阵列法就是利用自组装技术在衬底表面形成排列规则的聚苯乙烯纳米小球阵列。这些尺寸均匀的小球会铺在衬底材料表面，在球与球之间的间隙就会形成规则的点阵图形。以纳米阵列作为掩模，向衬底表面进行热蒸发沉积金属薄膜，然后将聚苯乙烯的纳米球清除，这样便得到了金属点阵图形。这一技术又称为纳米球光刻。通过该方法得到的阵列点最小此处可达40nm左右。

纳米球阵列掩模制作点阵结构的过程包括：纳米球自组装（图形成像），蒸发镀膜（沉积法图形转移），去除纳米球掩模层等步骤。购买的聚苯乙烯一般混合在水中。一般在含有纳米球的悬浮液中加入表面活性剂。其作用是：①增加纳米球与衬底之间的附着强度；②促进纳米球之间的吸附，保证纳米球的密集排列，不留空当。通过控制纳米球悬浮液的浓度可以控制纳米球的涂覆是单层的还是双层的。纳米球自组装的方法是利用普通甩胶机将含有纳米球的悬浮液旋转涂覆到样品表面，通过纳米球之间的液体毛细作用形成规则的排列。

除了以纳米球阵列为掩模进行金属沉积和剥离外，纳米球阵列还可以作为刻蚀掩模，将纳米球间隙的图形转移到衬底材料上。此处需要以二氧化硅纳米球阵列作为掩模。二氧化硅纳米球阵列还可以作为微透镜阵列。

总结：利用纳米球阵列可以进行多种不同类型的表面阵列图形的间接加工。这一技术的优点是制作过程简单，成本低，不需要任何复杂昂贵的曝光设备。其缺点是，加工具有局限性，点的直径与点阵的周期性均受到纳米球直径的限制。

（七）多步加工法

所谓的多步加工是指将通常只需要一步加工的微纳米结构，由于加工分辨率的限制无法用一步加工实现，于是将一步过程分为多步过程。前面已经介绍了一些多步加工过程，如：表面成像技术（TSI），光学与电子束混合曝光技术（光学曝光产量高但分辨率有限，电子束曝光分辨率高但产量极低）。

本节所讨论的多步加工时针对高密度图形难以实现高分辨率的矛盾所提出的。当图形彼此靠近时，光学曝光中光波的衍射和电子束曝光中电子的散射会导致密集图形之间的相互影响。因此，一般采用“半周期”来衡量集成电路的集成度。多步加工最主要的优点是可以继续使用大部分传统投影光学曝光技术和工艺。

（八）超级分辨率法

所谓的超级分辨率是指利用光学曝光的光强分布或电子束曝光的电子束流密度分布特性来得到比普通曝光较高的分辨率的方法。（例如，在接触式曝光中，将掩模与光刻胶分开一段距离，则光强分布将发生变化，如果控制光刻胶使其仅仅在高光强水平感光，就可以获得比掩模图形小得多的光刻胶曝光图形）另一种长生超级分辨率的方法是“吸收调制光学曝光”（AMOL）技术。AMOL技术的基础是某些光致变色材料（偶氮苯，二芳烯等），这些材料只在特定的波长下变色，在邻另外的波长下会褪色。用一个环形或者夹心光源，即外环光的波长为𝜆1，中心光的波长为𝜆2。𝜆1使材料变色（变透明为不透明），𝜆2使材料褪色（变不透明为透明）。该夹心光源照射这种光致变色材料时，会形成一个透明的孔，该透明孔的直径远小于中心光的波长。中心光通过这个透明孔对光致变色层下面的光刻胶曝光，可以得到远小于中心光波长的曝光分辨率。

利用能量分布的宽窄来控制曝光图形的宽窄也是电子束曝光中经常采用的技术。①利用电子束单线扫描曝光线条图形，曝光线条的宽度和曝光剂剂量和显影时间有关，剂量越低，显影时间越短，所获得的线条越细。②利用电子的散射效应也可以实现超级分辨率电子束曝光。如果电子束扫描不是连续的，而是有意断续，形成很小的间隙，由于断开处极弱的电子曝光作用，显影后的抗蚀剂线条比正常曝光的线条要细得多，从而实现了超分辨率的曝光。要实现这种曝光，需要寻找最佳的曝光剂量和最佳的断开距离。

聚焦离子束具有相同的特点。聚焦离子束也是呈高斯形状分布，但其低端有更宽的拖尾，因此能量分散要大于电子源。如果利用聚焦离子束的高端部分，则可以获得比实际图形要小得多的加工图形。

自组装纳米加工技术

（一）引言

传统的加工方式是一种“自上而下”的加工方式，而自组装和自构建则是一种“自下而上”的加工方式。

分子自组装纳米加工具有两方面的优势：①组装结构为分子尺度，远小于目前传统纳米加工所能实现的结构尺寸；②低成本。在大多数情况下，自组装必须与传统的微纳米加工技术结合起来，以保证自组装的结构具有使用价值。

分子自组装具有非常强的化学性和生物性，本书不考虑其化学和生物特点，仅从微纳米加工的角度来分析自组装的特点。能力和局限性。

（二）自组装过程概念：自组装是一个非常广义的概念，任何一种由独立个体自发的形成一个组织或系统的过程都可以称之为自组装过程。其一般具有以下四个特征：①由个体集合形成整体系统或组织的过程是自发的（条件满足，即可发生），自动的（不需要人为干涉）；②个体之间的结合是非共价键力的结合（包括：氢键，范德瓦尔力，表面张力，毛细管力，弱静电作用等短程作用力）；③组成整体系统或者组织的个体必须可以自由运动或者迁移（自组装发生的前提条件）；④自组装形成的整体系统或者系统是个体相互作用的热力学平衡或者能量平衡的结果。

⒈分子自组装：分子水平的自组装是以分子为个体单位自发组成新的分子结构与纳米结构的过程。注意：并不是所有的分子自组装都可以称之为纳米加工技术。目前比较成功的纳米加工意义的分子自组装系统有以下两种：①自组装单分子层（SAM），②超分子构架。

①自组装单分子层（SAM）是分子在固体表面有序排列形成的单层膜。在所有的已开发的SAM中，最成功的是烷硫醇分子与金的（111）晶界表面的组合。（硫原子与金原子具有很强的化学亲和势，能够形成多键键合，而烷硫醇链之间的相互作用导致只有单层的烷硫醇链附着在金的表面。）

与其他的SAM相比，烷硫醇类的SAM具有以下的优点：硫醇类的SAM的准晶格性最好，缺陷密度低，成膜过程简单快速，膜在实验室条件下稳定性好，抗腐蚀性能强。SAM实际上就是将固体表面功能化了，即表面具有识别分子的功能。（这种识别功能是由分子间特有的化学亲和势或者键合性质决定的，这种功能已经广泛应用于传感器中。） ②超分子构架，所谓的超分子是由常规分子通过氢键或者金属配位键等非共价键形成的大分子。氢键是一种特殊的化学键，它的键合力大运范德瓦尔力，具有方向性和选择性，但又远小于共价键力。超分子相当于人工合成的大分子，其组装过程是可控的，即可以通过选择组装不同类型的超分子，使其具有常规分子所没有的特殊性质。

⒉纳米粒子自组装：实现纳米粒子的自组装需要满足三个条件：①纳米粒子能够自由运动，以发生相互作用；（为此纳米粒子通常置于液体中）②粒子必须足够小，以使悬浮液中的纳米粒子可以自发地作随机的“布朗运动”；（粒子直径一般小于5μm）③粒子的直径应当均匀一致。发生条件：只有当含有胶体粒子的液面高度小于粒子的直径时，胶体的自组装现象才会发生。动力：推动胶体粒子聚集组装的动力是由液面蒸发引起的液体从中间向边缘的流动和液体表面的张力的推动。为了实现大面积组装，需要进行大面积的纳米粒子悬浮液的涂覆。涂覆的方法有很多种，如：旋转涂覆，将衬底浸入胶体溶液并缓慢拉出等。纳米粒子自组装所形成的二维或者三维晶体结构具有相当广泛的用途，①这类晶体结构本身可以直接用来作为光子晶体材料或高密度磁存储介质；②这类晶体结构可以作为母版，由其翻制其他材料的周期性纳米结构。

（三）可控自组装

任何一种自组装都是在某些特定的条件下发生的。表面自组装是通过控制沉积分子的数目和表面条件（表面条件中最重要的是表面温度）完成的。分子的自组装既包括物理过程也包括化学过程（物理过程是指分子或原子在固体表面的迁移和扩散，化学过程是指自组装起源于分子间的电子交换和不同分子电位与极性之间的相互吸引与排斥）；纳米粒子的自组装则完全是物理过程。单纯的纳米粒子自组装只能形成二维或者三维类晶体结构，这类结构没有太大的实用价值，为了引导类晶体按照特定的二维图形发展，实现可控的纳米粒子自组装，需要对纳米粒子自组装的条件进行控制，常用的方法有：①表面物理形貌，②表面能量，③静电力，④磁力。

⒈表面形貌向导：所谓的表面形貌向导，就是在固体表面通过传统微纳米加工方法制作一些表面起伏的几何图形，如坑槽之类。由于物理边界的限制，纳米粒子只在这些坑槽中自组装。有表面起伏几何图形的衬底相当于一个模板。注意：纳米粒子并不是自动落入表面坑槽之中，纳米粒子在表面沟槽中的自组装依赖于液体蒸发和液面降低导致的表面毛细管力。通过设计表面坑槽的形状和几何尺寸可以实现不同形式的纳米粒子的自组装结构。

⒉表面能量向导：控制固体表面的亲疏水性，表面能高的为亲水表面，表面能低的为疏水表面。使纳米粒子悬浮液仅在特定的亲水表面附着，这样只有在亲水区域才可以发生纳米粒子的自组装。改变表面亲疏水性的方法有很多种，如硅经过氢氟酸处理后为疏水性，经过氧等离子体处理后为亲水性。成功实现表面能量向导自组装的关键是获得尽可能高的表面能反差。常用的方法有：①利用自组装单分子层技术；②微接触印刷技术。 ⒊静电力向导：带静电电荷的纳米粒子会吸附到带相反电荷的表面，静电力是长程力，可以在大范围内实现纳米粒子的自组装。实现静电力导向纳米粒子自组装的关键是如何使纳米粒子和衬底表面带电。绝大多数纳米粒子自组装是以聚苯乙烯（PS）纳米小球作为自组装单元。

⒋磁力导向：与静电力导向相似，磁力导向时，首先要使纳米粒子带磁性。磁力

导向自组装的纳米粒子是通过超顺磁材料制成的。（超顺磁现象是指材料的磁性只有在外界磁场存在时才会呈现，磁性强弱与外界磁场呈线性关系，无剩磁现象。）个体磁性材料在尺寸小于10nm是就会呈现超顺磁现象。磁性胶体粒子的自组装是外加磁场和表面局部磁场共同作用的结果。由于磁性单元离子是有极性的，表面局部磁场也是有极性的，故磁性单元的自组装总是首尾相连的。这就要求表面单元与组装单元的尺寸要匹配。尺寸匹配可以使自组装达到最小能量平衡。最合适的磁性胶体粒子尺寸是100—10μm之间。为了实现自组装的二维类晶体形式，需要借助于表面毛细管力。

（四）天然与人工合成纳米单体

自组装作为一种微纳米加工技术仍处于相当初级的阶段，有时还必须借助于传统的微纳米加工技术，才可以获得真正具有实用价值的功能器件的一部分。在微纳米加工领域，利用自然界现成或者人工合成的纳米单体作为基本建筑单元来进一步构造新的纳米系统，代表了未来微纳米加工技术的一个发展方向。

⒈DNA分子链：DNA分子链通常以缠绕成团的方式存在，为了将其拉伸成直线，可采用一定的方法：退缩液面法，光镊法，电泳法，介电泳法，流体动力学法等。DNA双螺旋结构的两个螺旋之间是通过氢键进行键合的。

DNA分子链是一个天然的纳米线，其长度很长，但直径只有1~2nm，因此可以直接应用于纳米器件结构之中。但需要解决两个问题：①DNA分子链的准确定位；②改变其导电性。对于①DNA分子链的准确定位，可以利用DNA分子本身所具有的分子识别功能。对于②改变其导电性，可以将DNA分子链金属化。一般可以通过化学镀的方法来实现。

DNA分子还可以利用其识别功能和细长的结构使其成为构造其他纳米系统的绝好的脚手架。例如可以利用DNA分子链来固定碳纳米管（CNT）。

细长结构的DNA分子链还可以直接作为掩模在衬底上产生纳米尺寸的细长线条图形。如可以获得沟槽结构，网状图案，四面体或者八面体图案等。

⒉碳纳米管（CNT）：碳纳米管是一种人工合成的纳米结构，合成CNT的方法有：电弧放电法，激光焚烧法，气相沉积法。。与DNA分子类似，CNT也是一种细长结构，其长度可达数毫米，但直径只有1到10nm。而且CNT具有一系列的优良特性，如：与同样尺寸的其他材料相比，CNT的机械强度高于普通的碳钢，电导率要好于银和铜，热导率要高于铜。

要将CNT应用于纳米器件与系统中的最大问题是如何精确定位和安放。常用的方法有以下几种：①将盛有CNT悬浮液的容器在超声池中长时间的振动，让聚团的CNT充分的散开。然后将一定浓度充分散开的CNT悬浮液滴在事先做好的电极区域，期望某一个CNT能够恰好落在指定的电极之间； ②先用扫描电镜找到散落在表面上的某一CNT，然后通过聚焦离子束辅助沉积技术（FIB）将金属电极直接做到指定的CNT上。 ③先将电极阵列制作在衬底上，电极表面覆盖有CNT生长所必须的催化剂颗粒，然后将衬底放入化学气相沉积反应室，让CNT直接在电极上合成生长。归纳：上述方法①属于让CNT找电极，具

有相当大的随机性，不能保证沉积的CNT的特性；方法②属于让电极找CNT，也具有相当大随机性，效率低，费时费力；方法③是将CNT直接合成在电极上，与方法①②相比，其具有更高的效率，但是无法控制CNT的密度和方向。对于方法③，CNT的方向可以通过外加电场的方式来加以控制，CNT生长的密度可以通过衬底表面催化剂岛的分布来控制。

⒊纳米材料印刷技术：如何将纳米单体的特异性在宏观系统中展现出来，是微纳米加工的一个重要的研究方向。为了实现产业化的大批量生产技术，近年来开发了一种全新的技术是将纳米材料制备成墨水或者油墨，并且通过印刷的方法制备各种包含纳米材料的器件和产品。

印刷纳米材料包括两方面的类容：①纳米材料的墨水化；②纳米材料墨水和印刷技术的配合。对于①纳米材料的墨水化，一般有两种途径：①直接将纳米材料粉体在溶剂中分散成墨水；②通过可溶性化合物的还原反应置换出纳米单体，并形成含有纳米单体的悬浮液墨水。常用的印刷技术有：喷墨打印，丝网印刷，凹版印刷等。墨水必须与印刷方法相匹配，以获得最佳效果：①印刷的质量；②满足实际应用的需求。

（五）嵌段共聚物

嵌段共聚物是一类特殊的高分子聚合物材料，它由两种或者多种不同性质的聚合物分子交链形成。聚合后的各个组分任然保持着各自的独立特性，但混合后整体的性质与各个组分的性质有可能完全不同。

⒈微观相分离：所谓微观相分离是指在一定的条件下嵌段共聚物中不同嵌段会出现空间分离，形成周期性的空间结构。由微观相分离形成的周期性空间结构的形式取决于①不同嵌段之间的体积比，②嵌段分子链结构和③链的长度。

⒉可控微观相分离：在自然状态下形成的嵌段共聚物，不具有长程有序的空间结构，而是呈现多晶态。为了获得长程有序的结构，需要从内部和外部对自组装过程施加影响。（内部影响包括嵌段分子的相对分子质量，嵌段组分的比例和嵌段分子链的结构；外部影响包括流体力场，电场，表面张力场，表面化学势场以及温度梯度场等）。

加温是影响嵌段共聚物自组装最普通的手段。当温度高于聚合物本身的玻璃转化温度时，嵌段共聚物分子的活动性增加，增加了分子链之间的相互作用。为了产生长程有序的组装结构，需要采用区域加温的方法，产生一个有方向性的温度梯度场。常用的方法有流体力场控制和外加强电场的方法。

表面几何形貌也可以引导嵌段聚合物的选择性自组装。鉴于嵌段聚合物的自组装难以获得长程有序的结构，可以利用传统的光刻方法先在表面构造低分辨率的图形，然后在这些低分辨率图形之间通过嵌段聚合物的自组装将图形进行加密。

⒊嵌段共聚物的应用：嵌段共聚物的自组装结构在各种纳米器件与系统中有许多直接的应用。如：①组装纳米粒子的模板或者反应离子刻蚀掩模；②自组装嵌段共聚物还可以称为相应的金属纳米结构；嵌段共聚物的真正应用还需要解决一些问题：①错位缺陷多（嵌段共聚物难以形成长程有序的结构，为此可以先用传统的光刻方法加工出低分辨率的图形结构，在通过嵌段共聚物的方法来提高图形的密度，以此来消除错位缺陷），②自组装时间长（嵌段共聚物的微观相分离是一个缓慢的过程，通常需要数十道几十个小时；），抗刻蚀能力差（为了提高分辨率就需要降低嵌段共聚物的厚度，但聚合物越薄，抗刻蚀性就越差，因此需要寻找高抗刻蚀比的嵌段共聚物材料）。

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