引言

在探索微觀世界的奧秘中，納米技術以其獨特的尺度和潛力，開啟了一扇通往未知領域的大門。納米壓印技術（Nanoimprint Lithography, NIL），作為納米制造領域的一項高精度的微納加工技術，通過在極小的尺度上復制復雜的三維結構，具有高分辨率、低成本、易量產等優點，被廣泛應用于多個領域。不僅為科學家們提供了一種全新的工具，也為未來的技術創新和產業變革奠定了基礎。

去年日本佳能推出的FPA-1200納米壓印半導體制造設備，該NIL技術可實現最小線寬14nm的圖案化，相當于5nm節點。隨著掩模技術的進一步改進，NIL有望實現2nm節點。以及目前AR/VR的持續火熱，納米壓印技術受到越來越多的關注。本文為您介紹關于納米壓印技術的核心原理、關鍵優勢、面臨挑戰，以及水晶在納米壓印領域做的產品展示。

核心原理：從宏觀到微觀的精確復刻

納米壓印技術的起源于1995年，由華裔科學家周郁（Stephen Chou）教授首次提出這一概念。納米壓印技術的基本原理是通過物理接觸的方式，利用帶有微納結構的硬質模板（通常由硅、石英或金屬制成），在軟性聚合物材料上施加壓力，同時結合溫度或紫外線固化，實現高精度的納米級結構復制。

這一過程既借鑒了傳統印刷的原理，又融合了現代材料科學與微納加工技術，能夠在極小的空間尺度內實現復雜的幾何形狀和功能化表面的制造。這種技術克服了光學曝光技術中光衍射現象造成的分辨率極限問題，展示了超高分辨率、高效率、低成本、適合工業化生產的獨特優勢。

納米壓印技術的分類

目前成熟且常用的納米壓印技術工藝主要有：熱壓印、紫外壓印和微流體壓印，它們在應用、原理和特點上有所區別。

熱壓印（Hot Embossing）

原理：熱壓印技術利用熱軟化的聚合物材料作為壓印介質，通過加熱使其變得柔軟，然后施加壓力使其與模具表面貼合，形成所需納米級圖案。

特點：熱壓印可以用于硬質和軟質材料，具有高分辨率和高復制性。但需要精確控制溫度和壓力，以避免材料的過度流動或損傷。

熱壓印流程（來源EVG官網）

紫外壓印（Ultraviolet Nanoimprint Lithography, UV-NIL）

原理：紫外壓印技術在熱壓印的基礎上，引入紫外光固化過程。在壓印過程中，紫外光照射使聚合物材料固化，形成穩定的納米結構。

特點：紫外壓印可以提高生產效率，因為固化過程可以快速進行，而且固化后的圖案具有更好的穩定性和耐久性。此外，UV-NIL適用于多種材料，包括熱敏感材料。

紫外壓印流程（來源EVG官網）

微流體壓印（Microfluidic Nanoimprint Lithography, μ-NIL）

原理：微流體壓印技術結合了微流體學和納米壓印技術，通過微流體通道控制流體的流動和分布，實現對納米結構的精確控制。

特點：微流體壓印特別適合于大面積和高通量的納米結構制造，可以精確控制材料的分布和固化過程。它在生物醫學領域尤其有用，例如用于細胞培養和組織工程。

微流體壓印流程（來源EVG官網）

每種技術都有其獨特的優勢和應用場景，選擇哪一種技術取決于所需/的材料特性、圖案的復雜性、生產效率和成本等因素。例如，熱壓印可能更適合于硬質材料，而紫外壓印則適用于需要快速固化的應用。微流體壓印則在需要精確控制材料流動和分布的場合更為合適。

相對于光刻技術的優勢

復制工藝簡單：與光刻技術相比，納米壓印不需要復雜的曝光系統，通過物理接觸的方式直接將模板上的結構復制到材料上，簡化了制造過程，非常適合在一些要求不高的新興領域的應用性價比非常高。

低成本：納米壓印技術省略了光刻中所需的高成本光源和復雜的對準技術，通過簡單的紫外曝光實現圖案復制；在某些應用中，納米壓印可以直接形成最終產品，無需后續的刻蝕步驟，進一步降低了成本和生產時間。

3D結構制造能力：納米壓印技術能夠一次性制造出具有3D結構的圖形，這是傳統光刻技術難以實現的。光刻技術加工一些3D結構（如金字塔結構、微透鏡結構等），其難度和成本都非常高。因此可以利用光刻和納米壓印相結合，先用光刻技術制作出3D母版，再進行批量壓印生產，這種效率和成本是光刻無法匹敵的。

大面積柔性襯底上的微結構加工：納米壓印技術適合大規模并行生產，能夠同時制造大量器件，提高生產效率。如大面積納米壓印技術支持連續的卷對卷（Roll-to-Roll）的加工方式，適合于大批量生產和工業級應用。

這些優勢使得納米壓印技術在特定應用領域，如半導體制造、光學器件、LED制造、生物醫學檢測等，展現出了替代或補充傳統光刻技術的潛力。

納米壓印技術面臨的挑戰

雖然前面提到了不少納米壓印技術的優勢，甚至被奉為新的行業希望，但納米壓印也存在以下幾個難點：

Particle控制問題：納米壓印是通過物理接觸方式加工，容易引入外來的細小垃圾和灰塵等particle，尤其是在集成電路方面的應用，細小的particle會導致產品短路。要實現實用化，必須進行制造技術和運用方面的改良，嚴格控制好particle。

對準精度不高：壓印模板需要與承載壓印膠的基臺精確對準與貼合，但壓印有過程中有垂直或者左右方向的壓印運動，所以會帶來多方向的偏差。目前雖然Canon最新設備的對準可以達到納米級別，但是大多數的壓印設備的對準精度仍處于微米級別，遠不如光刻設備。

壓印底膠問題：如在壓印占空比差異較大的結構時，壓印后底膠會很不均勻；如果是壓印完直接做功能性產品可能影響不大；但是如果是需要壓印再刻蝕，會嚴重影響刻蝕；由于這種結構往往追求高折射率的壓印膠，而現有的高折射率壓印膠會在膠中摻入一些氧化鈦或者氧化鋯納米顆粒，這會導致使用等離子去除底膠變得困難，這限制了納米壓印更廣泛。

水晶納米技術應用展示

隨著水晶在微納光學領域的不斷深入研究，在納米壓印方面取得了一系列的技術成果，也為客戶提供了更豐富的定制化解決方案。以下是水晶在微納光學領域內具體產品如DOE/Diffuser/PBS/菲尼爾透鏡/金屬光柵/斜光柵等方面的應用實例:

展望

納米壓印技術作為納米科技領域的一次革命性突破，正逐步滲透到各個高科技產業，推動著從基礎研究到工業應用的全方位創新。隨著技術的不斷成熟和完善，納米壓印技術已經在LED、屏幕顯示、DNA測序、AR/VR、傳感等領域實現了產業化應用，并且預計在未來將有更廣泛的應用。納米壓印技術必將在未來的精密制造領域扮演更加重要的角色，為人類社會的科技進步和產業升級貢獻不可估量的力量。

微納研究所

水晶光電微納研究所，專注于微納光學新產品市場技術調研及研發工作。通過自編算法與設計，配備同行業高端設備，具備芯片鍍膜、晶圓光刻、干/濕法刻蝕、納米壓印等核心技術開發和量產能力。目前微納所已開發的產品包括DOE、擴散片、PBS偏振片、超透鏡等，廣泛應用于消費電子、車載HUD等領域，可以根據客戶需求提供從產品設計開發到量產制造一站式服務。