传统方法和技术在纳米结构和材料的精密布置上是有问题的。
即，经常需要能够在已知区域中或者按已知图案来布置纳米粒 子、纳米管、量子点以及其它非常小的物体。传统技术在可靠性和精 度上已经不能胜任。
物体的纳米级的布置一般通过自组装或者光学光刻来实现。在很 多情况下，自组装无法在取向和位置方面提供布置的措施。它的实例 包括难以在给定的横向位置和取向上布置碳纳米管。传统的光刻总是 受到光的分辨率的限制。

考虑到传统方法和结构的上述以及其它典型问题、缺陷、和缺点， 本发明的典型特征是提供主要用于压印光刻的方法。
本发明的另一典型特征是提供能够用非常高的精度和准确度，在 已知区域中或者按已知图案，布置纳米粒子、纳米管、量子点以及其 它非常小的物体的方法和结构。
在本发明的第一典型方面中，使用压印光刻的纳米结构的布置的 方法包括：将包含具有预定特性的添加物的混合物涂敷到衬底上，使 衬底和包含起伏结构的模板中的一个与所述衬底和包含起伏结构的模 板中的另一个相互接触，将模板的起伏结构(relief structure)转印到 可图案化(patternable)材料中，固化或固定(fixing)可图案化材料， 以及去除模板以留下模板起伏结构的负片结构(negative)。最后， 图案化材料可以通过化学蚀刻或者反应离子蚀刻进行处理，以在有用 位置和条件中留下添加物(additive)中所包含的材料。
利用本发明的独特而非显而易见的方面，可以在已知区域中或者 按已知图案来布置纳米粒子、纳米管、纳米线、量子点、以及其它非 常小的物体。
附图说明
可以由本发明典型实施方案的下列详细描述结合附图更好地理 解前述和其它典型目的、方面和优点，其中：
图1显示了在工件20上布置包含纳米管的光致抗蚀剂30，并对 准工件20；
图2显示了将模板40在包含纳米管的光致抗蚀剂30中对着工件 20按压；
图3显示了通过透明模板40曝光包含纳米管的光致抗蚀剂；
图4显示了在去除压印模板40后的剩余抗蚀剂结构30；
图5A显示了包含碳纳米管的压印后(post imprint)的光致抗蚀 剂结构30在选择性蚀刻之后的俯视图；
图5B显示了包含碳纳米管的压印后的光致抗蚀剂结构30的透视 图和侧视图，以及他们的相对位置；
图6A显示了包含碳纳米管的光致抗蚀剂结构30的修补蚀刻后 (post touch-up etch)的俯视图；
图6B显示了包含碳纳米管的光致抗蚀剂结构30的修补蚀刻后的 侧面示意图；
图6C显示了包含碳纳米管的光致抗蚀剂结构30的修补蚀刻后的 透视图，并显示了受限制的、对准的、和定位了的碳纳米管；
图6D显示了在选择性蚀刻和将连接结构施加到包含碳纳米管的 抗蚀剂结构之后的图案的侧面示意图；
图6E显示了受限制的、对准的、和定位了的碳纳米管的透视图；
图6F显示了包含碳纳米管的光致抗蚀剂结构的修补蚀刻后的侧 面示意图，其中图案被构造为使得允许选定的纳米管进入模具中的空 腔；
图6G显示了包含碳纳米管的图6F所示的抗蚀剂结构的修补蚀 刻后的透视图，并显示了受限制的、对准的、和定位了的碳纳米管；
图6H显示了受限制的、对准的、和定位了的碳纳米管在选择性 蚀刻和漂洗之后的侧视图；
图6I显示了受限制的、对准的、和定位了的碳纳米管的透视图；
图6J显示了将连接结构添加到受限制的、对准的、和定位了的 碳纳米管的后序处理的侧视图；
图6K显示了连接的碳纳米管的透视图；
图7显示了根据本发明所述的布置纳米粒子的第二典型实施方 案；
图8A显示了根据本发明第二典型实施方案所述的包含纳米粒子 的蚀刻后的保护结构的俯视图；
图8B显示了保护图案的侧面示意图，其中添加物被防止穿透到 空腔(凹陷区域)中；
图8C显示了在选择性蚀刻包含添加物粒子的抗蚀剂结构之后的 图案的侧面示意图；
图8D显示了受限制的、对准的、和定位了的添加物的透视图；
图9显示了根据本发明典型实施方案所述的方法900。
具体实施方案
现在参考附图，更确切地说，参考图1到9，显示了根据本发明 所述方法和结构的典型实施方案。
典型实施方案
如上所述，本发明提出了纳米结构和材料的精密布置的问题。经 常需要能够在已知区域中或者按已知图案布置纳米粒子、纳米管、量 子点以及其它非常小的物体。
本发明利用压印光刻的特定的新颖优点以实现该目标。
对于本发明，“压印光刻”是指，将非常少量的粘性材料压到工件 (或衬底)和图案化模板(比如，通常是蚀刻了的石英)之间，然后 通过经由模板进行曝光(在光聚合物诸如光致抗蚀剂的情况中)来固 化材料(通常为聚合物)或者将材料暴露于热量，以交联和硬化图案 化材料的工艺。
该工艺的特征在于使用少量的光聚合物(比如纳升量级)以覆盖 数百平方毫米的面积。处理和布置该少量材料，可以通过使用纳升注 射器(injector)或者其它诸如此类的可以被认为其操作与喷墨或其它 合适工具相似的工具来实现。
将少量的给定的所关注的示踪(trace)材料(纳米管、纳米线、 放射性示踪粒子、量子点等)添加到用来覆盖芯片大小的图案所需的 少量光聚合物中，使得可以实现所添加示踪材料的高度有效集中 (concentration)。这是关键优点，因为所关注的示踪材料经常是昂 贵的和/或只可用极少量。因此图案化光聚合物(比如抗蚀剂)从而在 所需位置的图案中包含所需的示踪材料浓度。
下文中，将描述两种示意性的、典型的情况，包括纳米管布置和 磁性粒子布置。
典型实施方案I：纳米管布置
已经表明诸如场效应管(FET)的器件可以通过在碳纳米管末端 制造金属接触来制造。这项工作可以通过在工件上找寻随机定位的纳 米管然后进行连接来完成。
为了让这些器件有用，它们的横向布置应该受控以使得可以大量 地、可靠地构建阵列和电路。本发明提供这样做的实用方法(和相应 系统)。
本发明使用压印光刻工艺来定位纳米结构以几何地限制上述结 构。发明方法的优点在于其精密地定位结构使得可以使用传统方法构 建复杂阵列和电路。
本发明提供：
1.在工件上精密定位纳米结构的装置；以及
2.对准和布置诸如与纳米结构相关的金属连接的后序结构的装 置。
二者都是实现实用的商业器件的重要方面。
现在转而参考附图，更确切地说，参考图1，在本发明的工艺中， 抗蚀剂层10被旋涂到工件20(例如，硅晶片或者具有事先已图案化 并已处理的材料的衬底等)上。优选地，抗蚀剂层10的厚度为约100 nm到约500nm。
包含添加物(例如，在本典型应用中的碳纳米管)的少量(比如， 约1nl到约100nl的范围)的光致抗蚀剂30被放置在工件20的抗蚀 剂层10上。
透光性的压印模板(例如，由石英、蓝宝石或者玻璃等形成的) 或者模具(掩模)40在之后被降下(例如，在箭头45的方向及其垂 直方向上可移动)到光致抗蚀剂30上，由此使抗蚀剂30横向地和垂 直地流动到模板40中的空腔50中，如图2所示。
如图3所示，通过让紫外光50传播通过压印掩模40来曝光抗蚀 剂30直到其被完全固化。图4显示在去除压印模板40之后剩余的抗 蚀剂结构。
即，一旦抗蚀剂30被固化，就执行修补蚀刻(touch-up etch)， 余留下包含碳纳米管55的光致抗蚀剂的离散区域。其俯视图如图5 所示，其中显示了纳米管在抗蚀剂结构下方。
图5A显示了包含碳纳米管55的压印后的光致抗蚀剂结构的俯视 图，而图6A为包含碳纳米管55的抗蚀剂结构的修补蚀刻后的俯视图。
图5B显示了保护图案以及纳米管相对蚀刻前模具结构的相对位 置的透视图和侧视图。在本实例中，纳米管在空间上(spatially)被 空腔所排斥。
后序处理可以暴露纳米管的末端并附加金属接触和连接以形成 电路。因此，比如，可以在纳米管的边缘上布线并且其可以容易地形 成阵列。
图6B显示了包含碳纳米管的抗蚀剂结构的修补蚀刻后的侧面示 意图。
图6C显示了包含碳纳米管的抗蚀剂结构的修补蚀刻后的透视 图，并且显示了受限制的、对准的、和定位了的碳纳米管(添加物)。
图6D显示了在选择性蚀刻以及将连接结构施加到包含碳纳米管 的抗蚀剂结构之后，图案的侧面示意图。
图6E显示了受限制的、对准的、和定位了的碳纳米管的透视图；
图6F显示了包含碳纳米管的与图6B类似的抗蚀剂结构的修补 蚀刻后的侧面示意图，其中图案被构造为使得允许选定的纳米管进入 模具中的空腔；
图6G显示了包含碳纳米管的附图6F所示的抗蚀剂结构的修补 蚀刻后的透视图，并显示了与附图6C相似的受限制的、对准的、和 定位了的碳纳米管(添加物)；
图6H显示了受限制的、对准的、和定位了的碳纳米管在选择性 蚀刻和冲洗之后的侧视图；
图6I显示了受限制的、对准的、和定位了的碳纳米管的透视图；
图6J显示了将连接结构添加到受限制的、对准的、和定位了的 碳纳米管的后序处理的侧视图；
图6K显示了连接的碳纳米管的透视图；
典型实施方案2：磁性粒子布置
在该第二典型情况中，如图7所示，具有已知尺寸的磁性粒子70 被布置在光聚合物抗蚀剂30中。
该抗蚀剂30使用与附图2和3中所示相似的周期性模板 (periodic)40来图案化。
第二实施方案的处理与第一典型实施方案相似，只是在该情况中 所需的磁性材料70在修补蚀刻之后被留在抗蚀剂中，如图8A所示。
通过涂敷抗蚀剂、将模具盖压到抗蚀剂中、并对抗蚀剂进行紫外 光照曝光以使其聚合来将包含磁性粒子70的抗蚀剂图案化。该图案在 之后受到反应离子蚀刻(RIE)以在图案化区域中留下所包含的材料。 所得的周期性图案构成了离散的磁介质。
图8B显示了保护图案的侧面示意图，其中附加物被防止穿透到 空腔(凹陷区域)中；
图8C显示了在选择性蚀刻包含添加物的抗蚀剂结构之后，图案 的侧面示意图；
图8D显示了受限制的、对准的、和定位了的添加物的透视图。
在上述两种情况中，通过使用压印光刻法来限制材料从而创造纳 米结构。因此，对图案化材料在空间上的限制是压印光刻或者模压 (embossing)的独特属性。
相比之下，标准材料处理诸如半导体工业中常用的光刻和反应离 子蚀刻使用图案减去法(subtractive method of patterning)而无法进 行空间限制。
通过利用功能性添加物(functional additive)制定图案化材料的 配方(formulation)，空间限制导致了功能性添加物的优选定位和/ 或取向，并因此可以导致图案化材料表现出新颖和独特的特性。
本发明适用于半导体制造技术领域、生物芯片制造技术领域、纳 米技术制造技术领域、封装技术领域、以及探索研究技术领域。此外， 通过在空间上限制功能性添加物，能制造很多应用和产品。空间限制 和定位碳纳米管的任务对开发下一代逻辑器件的研究者而言是一项挑 战。通过利用压印光刻和/或模压的空间限制，使得开发基于纳米技术 的电路诸如碳纳米管变得可行。
虽然以上描述了本发明的两种典型实施方案，但是如本领域普通 技术人员所应知，本发明肯定不只限于这样的实例。
即，以上讨论的发明技术可以一般地被应用于传统压印光刻技术 和模压技术。
转而参考图9，其显示了如上所述的本发明的通用方法900，首 先，在步骤910中，具有特殊特性的添加物(例如，碳纳米管、磁性 粒子、硅纳米线、锗纳米线等)被添加到可图案化材料诸如聚合物或 者反应性单体中。
然后，在步骤920中，该混合物(例如，优选地为10nl到约100 nl的量)被涂敷到衬底上。
在步骤930中，使包含所需的起伏结构的模具与衬底相接触。施 加压力、热、和/或光来将模具的起伏结构转印到可图案化材料中。
此后，在步骤940中，可图案化材料被固化或固定，而在步骤950 中，模具被去除，由此留下模具的起伏结构的负片结构。
根据增加到配方中的添加物的尺寸、形状、和类型，可以相应地 设计模具。有两个表示本发明的工艺机理的可确认的典型情况：i)添 加物比起伏结构的特征尺寸小，或者ii)添加物比起伏结构的特征尺 寸大。
当添加物比起伏结构的特征尺寸小时(如在上述磁性粒子布置实 施方案中)，添加物自由地进入模具的起伏结构的空腔，并且可以或 可以不关于起伏结构的形状取向。不在凹陷区域中的一些添加物将被 定向在名义上(nominally)平行于衬底的平面中。这些添加物的取向 将关于衬底的法线随机地成角度地分布。在这种情况中，通常目的是 衬底的后续蚀刻会留下起伏结构并消除残余层。所得的图案包含具有 已知密度的功能性添加物的定位结构。图案化了的磁介质就是一个实 例。
对于收到特别关注的该情况的子范畴(比如，当添加物小于起伏 结构的特征尺寸)是当起伏结构具有两个或以上特征尺寸时(比如， 矩形框)。
即，如果添加物具有长度L、和宽度W＜＜L，而矩形框具有长度 A、和宽度B，那么如果B＜L＜A，则仅当添加物名义上对准起伏结构 纵向时，添加物可以存在于矩形起伏中，并且其可以围绕主纵向轴旋 转一些角度。
在第二种情况中(比如，当添加物大于起伏结构的特征尺寸时)， 添加物被禁止进入起伏结构，由此产生将添加物集中在衬底和模具的 名义表面之间的手段。上述关于碳纳米管布置的典型实施方案在此适 用。
即，添加物的取向将平行于衬底表面，但可以是平行于衬底表面 的平面内的随机取向。在模具的凹陷区域内的图案化材料从而作为用 于未被集中的功能性材料区域的掩模。不在凹陷区域中的一些添加物 将被定向在名义上平行于衬底的平面中。这些添加物的取向将关于衬 底的法线随机地成角度地分布。
注意，添加物可以是包括昂贵或难以制造的(胶体金、量子点等) 材料的任何材料。
即，因为所使用的添加物的量少，所以使用这样的材料的代价将 相对较低。因此，任何有用的物体都可以被布置到光致抗蚀剂中，并 且添加物可以被(例如，与线等)对准。
可以制成具有光学特性的量子点或者用于制造图案化磁介质的 磁性粒子，它们将允许印刷(printing)低达5nm。本发明的典型测 试显示了印刷为约50nm。
利用本发明，可以使所用光致抗蚀剂的用量最小化，并且功能性 材料(添加物)可以被含入光致抗蚀剂中然后通过各种工具定位。
虽然已经根据几种典型实施方案描述了本发明，但是本领域技术 人员应认识到本发明可以利用在所附权利要求的精神和范围内的修改 来实现。
此外，注意，申请人的目的是要包含全部要求要素的等同权利， 即使在后续的程序期间被修改。