纳米压印光刻工艺浅谈及其专利分析

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1、纳米压印光刻工艺浅谈及其专利分析-高等教育学论文纳米压印光刻工艺浅谈及其专利分析纳米压印光刻工艺浅谈及其专利分析张乐伏霞（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏苏州215163）[摘要]光刻技术是半导体及其相关产业发展和进步的关键技术之一，传统光刻技术有着各自的缺点，结构复杂，分辨率受限于衍射极限。随着在应用中技术问题的增多，寻找解决技术障碍的新方案、找到下一代可行的技术路径，备受人们的关注。在这场技术竞赛中，纳米压印工艺得到人们的普遍关注，它的分辨率不受限于衍射极限，图形的均一性符合大生产

2、的要求，使得人们看到找到纳米技术的突破口的可能。本文统计、分析了全球纳米压印工艺的专利申请文件，并通过相关重点专利对纳米压印工艺进行了分析介绍，继而针对纳米压印工艺的发展所遇到的关键技术挑战进行了归纳。[关键词]纳米压印；光刻；专利；发展前景；技术挑战0引言光刻技术是半导体及相关产业发展和进步的关键技术，传统的光刻技术有紫外光刻、电子束光刻等，然而这些技术有着各自的缺点，结构复杂，依赖于光学系统进行成像，分辨率受限于衍射极限。在过去的几十年中，传统光刻技术发挥了重大作用；但另一方面，随着在应用中技术

3、问题的增多、用户对应用本身需求的提高，寻找解决技术障碍的新方案、找到下一代可行的技术路径，去支持产业的进步也显得非常紧迫，大量的研发和开发资金投入到了这场竞赛中。在这场技术竞赛中，纳米压印工艺得到人们的普遍关注，它的分辨率已经达到了10nm，目前的主要应用领域是MEMS、MOEMS、微应用流体学器件和生物器件，也将是未来半导体厂商实现32nm技术节点生产的主流技术。由于纳米压印工艺在一些公司的研究中心工艺上取得的突破以及验证的技术优势，使得人们看到了找到纳米技术突破口的可能。1纳米压印工艺的概况分析

4、纳米压印工艺的首次提出是1995年，美国明尼苏达大学的周郁教授（StephenYchou）提出了关于纳米压印光刻工艺的首个专利申请（US5772905A）。随后，纳米压印工艺获得了广泛的关注，不断取得发展和进步。其通过物理接触方式进行图像转印和图形加工，是一种低成本、高效率的光刻技术，结构原理简单，且不依赖于光学系统成像，因而不受衍射极限的限制，可获得较高的分辨率。1.1纳米压印工艺专利申请量年度分布图1为纳米压印工艺专利申请量从1996-2012年的年度分析，自1995年纳米压印工艺被首次提出后，

5、收到了人们的关注，得到了极大的重视和发展。图2对纳米压印光刻技术的国内专利申请量进行了年度分析，国内与国际申请量相比有很大的差距，且很多都是国外公司进行的中国申请，国内申请人提出的专利申请量相较之下更少，且经过浏览发现，很多是高校申请，足以见得，在纳米压印工艺这一技术的研究上，尚未引起国内的足够重视，还处于小范围研究阶段，更未获得实际产业化的推动。1.2纳米压印工艺专利申请的主要申请人分析可见，处于申请量前十的申请人都是外国公司，其中MOLECULAR和ASML远远领先于其他公司，同时，纳米压印工艺

6、的创始人周郁教授也有着61项纳米压印工艺的专利申请，其针对该工艺进行了拓展研究，值得重点关注。2纳米压印工艺的技术分支及相关重要专利纳米压印工艺的主流技术分支有：热纳米压印技术；紫外固化纳米压印技术；微接触印刷技术。其中，热纳米压印技术是最早提出的纳米压印技术，通过施加压力使硬模板的图形转移到已加热到玻璃态的热塑性聚合物中；紫外压印技术是一种压印成型转移技术，采用刚性好的透明材料作为模板，模板与光固化的有机聚合物接触，采用紫外光固化成型，最终实现图案的转移；微接触印刷技术通过在PDMS模板表面形成自

7、组装单分子层，当模板与金属、金属氧化物或半导体表面轻接触几秒后，单分子层转移至上述基底，完成了图案转移。图4对纳米压印工艺的传统技术分支的专利申请量进行了统计分析，从图中可以发现，在三个技术分支中，热纳米压印和紫外固化压印处于主流发展中，而紫外固化压印技术，由于其主要利用UV紫外光对预聚合物进行固化，对温度环境没有热纳米压印要求苛刻，且成形过程中外在机械应力小，避免了结构变形，以及采用透明模板可方便图形对准，由于这些优点的存在，已经成为纳米压印工艺中处于主导发展的技术分支。2.1热纳米压印工艺的发展

8、及重要专利2.1.1热纳米压印技术美国明尼苏达大学的周郁教授提出了关于纳米压印光刻工艺的首个专利申请（US5772905A），该专利即是采用的热纳米压印技术，热纳米压印技术是指通过施加压力使硬模板的图形转移到已加热到玻璃态的热塑性聚合物中的压印技术，利用旋涂的方式在基板上涂覆光刻胶，加热至光刻胶的玻璃态，然后加压于模板并保持温度和压力一段时间，玻璃态光刻胶填充掩膜板图形间隙，降低温度后脱模，从而将图形从模板转移到基板上的光刻胶。最后采用刻蚀去除残留光刻胶，就将图形转移