纳米压印光刻技术原理与实验研究

摘要

本文介绍了纳米压印光刻技术的原理并进行了相关的实验研究,目的在于研究采用纳米压印光刻技术制备三维微结构的工艺,以促进此项技术更快的走向广泛的实际应用.本文首先介绍了纳米压印光刻技术的原理,以及纳米压印光刻技术的趋势和面临的挑战,并针对这些挑战提出了可能的解决方案.为了满足纳米压印光刻技术研究的需要,本文研制了纳米压印光刻机.该光刻机可以同时满足热软化纳米压印光刻和光固化纳米压印光刻的需要,并能够适应从纳米级到毫米级各种尺寸范围微结构加工的需要.在该纳米光刻机的设计中,一种新型的楔形补偿模块被研制,该模块避免了国外设计中存在的问题,提高了图形加工的均匀性,而且还具有过载保护的辅助功能.针对光刻胶力学性能测试的要求,本文研制了一台聚合物单轴试验机,该试验机能够同时对温度和压力加载,以测试聚合物光刻胶在不同温度下的力学性能.试验机的研制还包含了一种高精度六维力传感器的研制,该传感器通过新颖的基体结构设计和巧妙的布片方案实现了结构解耦,大大简化了信号处理电路的设计并降低了成本.本文还进行了与温度相关的光刻胶力学特性研究.这些研究对纳米压印光刻工艺中温度、压力等参数的控制具有指导性的意义.此外,本文在总结传统的样品加热方式的基础上,提出了模板加热的工艺方案,理论分析和实验结果证明,该方案比常规的样品加热方案具有更好的图形复制效果.针对纳米压印光刻最重要的高分辨率特点,本文采用扫描电子束曝光制备了纳米级模板,并采用该模板在PMMA光刻胶上制备成功200nm直径的点阵列.此外,针对纳米压印光刻在制备三维微结构方面的优势,采用热压印方法制备了二元光学微透镜阵列,折射微透镜阵列,微流体通道、血糖检测芯片封盖等.本文还对热压印工艺中温度、压力、脱模温度等参数的对实验结果的影响进行了研究,并摸索出合适的工艺参数.

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1绪言

1.1引言

1.2国内外研究现状

1.3本文的主要工作

1.4本文的组织结构

2技术原理与综述

2.1传统光学光刻介绍

2.2纳米压印光刻技术原理

2.3纳米压印光刻技术的发展趋势

2.4优势及应用领域

2.5挑战与前景

3设备研制

3.1纳米压印光刻机的研制（一）

3.1纳米压印光刻机的研制（二）

3.2喷射式湿法腐蚀机的研制

3.3聚合物材料单轴试验机的研制

3.4用于单轴测试机的六维力传感器的研制

3.5本章小结

4实验研究

4.1光刻胶的力学特性研究

4.2不同加热方式的比较研究

4.3模板制备技术研究

4.4纳米级超微细结构制备工艺研究

4.5基于热压印的三维微结构制备技术研究

4.6基于热压印方法的血糖检测芯片制备技术

4.7本章小结

5全文总结与展望

5.1全文总结

5.2展望和对今后工作的建议

致谢

参考文献

附录1攻读学位期间发表的论文目录