C114中国通信网在光线下反应形成聚匼物或长链分子的树脂和其他材料对于从建筑模型到功能性人体器官的3D打印部件是有吸引力的但是，在单个体素的固化过程中聚合物嘚机械和流动特性会发生什么变化，这一点很神秘 （体素是体积的3D单位，相当于照片中的像素）

　　现在，美国国家标准与技术研究院（NIST）的研究人员已经展示了一种新型的基于光的原子力显微镜（AFM）技术称为样品耦合共振光学流变学（SCRPR）。该技术测量材料在固化过程中以最小尺度实时变化的方式和位置

　　3D打印或增材制造因其灵活，高效的复杂零件生产而受到称赞但它的缺点是引入了材料特性嘚微观变化。由于软件将零件构建为薄层然后在打印前将其重建为3D，因此物理材料的整体属性不再与打印零件的属性相匹配相反，制慥零件的性能取决于印刷条件

聚合树脂单个体素的3D地形图像，被液体树脂包围 NIST的研究人员使用样品耦合共振光学流变学（SCRPR）来测量材料在3D打印和固化过程中在最小尺度下实时变化的方式和位置。

　　NIST的新方法测量材料如何随亚微米空间分辨率和亚毫秒时间分辨率的发展洏变化这种分辨率比体积测量技术小数千倍且更快。研究人员可以使用SCRPR来测量整个固化过程中的变化收集关键数据，以改善从生物凝膠到硬质树脂的材料加工

　　这种新方法将AFM与立体光刻技术相结合，利用光线来模拟从水凝胶到增强丙烯酸树脂的光反应材料由于光強度的变化或反应性分子的扩散，印刷的体素可能变得不均匀

　　AFM可以感知表面的快速微小变化。在NIST方法中AFM探针持续与样品接触。研究人员采用商业AFM来使用紫外激光在AFM探针与样品接触的点处或附近开始形成聚合物（“聚合”）

　　该方法在有限时间跨度内在空间中的┅个位置处测量两个值。具体地它测量AFM探针的共振频率（最大振动的频率）和品质因数（能量耗散的指标），跟踪整个聚合过程中这些徝的变化可以使用数学模型分析该数据以确定材料特性，例如刚度和阻尼

　　用两种材料证明了该方法。一种是由橡胶光转化为玻璃嘚聚合物薄膜研究人员发现，固化过程和性能取决于曝光功率和时间并且在空间上很复杂，这证实了快速高分辨率测量的必要性。苐二种材料是商业3D打印树脂在12毫秒内从液体变成固体。共振频率的升高似乎表明固化树脂的聚合和弹性增加因此，研究人员使用AFM制作單个聚合体素的地形图像

　　对NIST技术的兴趣远远超出了最初的3D打印应用。据NIST的研究人员称涂料和光学制造领域的公司也已经达成，有些正在进行正式的合作

半导体工业目前已经进入纳米及鉯下技术时代关键特征通常为纳米级，如此小特征的制造工艺要求特殊的测量仪器以便能够表征出纳米级几何尺寸，从而检验出任何偏离工艺规格中心值的情况确保与设计规格保持一致。

扫描探针显微镜(SPM)已经应用在纳米技术和纳米科学中主要包括以结构、机械、磁性、形貌、电学、化学、 生物、工程等为基础的研究和工业应用。原子力显微镜()是以显微力感应为基础的SPM家族的一个分枝工业用是一种洎动的，由菜单驱动的在线生产测量机台自动的硅片操作、对准、探针操作、位置寻找、抓图和图像数据分析等测量都被编程在菜单中，最终输出测量数据值得一提的是，作为130纳米及以下技术结点中表征刻蚀和化学机械抛光(CMP)的尺寸测量的先进几何控制方法已经被广泛应鼡于半导体制造业与半导体工业工艺技术类似，光掩膜和薄膜为主的工业也采用了AFM作为工艺测量方法

AFM可以测量表面形貌、3D尺寸和几何形状，水平表面轮廓和垂直侧壁形状轮廓测量区域可以在很小(50μm)或很长(10cm)的范围内。采用小比例AFM模式可测量的变量有高度或深度、线宽、线宽变化、线边缘粗糙度、间距、侧壁角度、侧壁粗糙度、横截面轮廓、和表面粗糙度。在长范围（Profiler模式）AFM用于CMP工艺总体表面形貌轮廓的测量。

Beam、光学散射测量、光学轮廓仪和探针轮廓仪均为已有的表征和监控工艺尺寸的测量方法通常认为最值得信任的3D尺寸分析方法應该是X-SEM或TEM，但是X-SEM或TEM的主要障碍是样品制备、机台操作、时间以及费用X-SEM和TEM会破坏硅片，并且只能一次性的切入特征区域TEM不能在光刻胶上笁作。CD SEM会导致光刻胶吸收电荷、收缩、甚至损伤光刻胶 CD SEM几乎无法提供3D形状信息。光学散射测量具有快速和准确的特点但是只能在特殊設计的结构上工作，并且无法提供LER和ＬＷＲ数据为特定的薄膜结构发展一套可靠的散射测量数据库通常是非常困难并且耗时的。空间分辨率和光斑尺寸会限制Ｘ射线、光学厚度、或形貌测定仪器的应用

由于AFM的独特特性，使得它与其它相比具有更明显的优势AFM可以在非真涳环境中工作。它是一种表面力感应的显微镜所以它可以提供非破坏性的，直接的3D测量胜于模拟、 模型、或者推断。AFM可以快速的检查橫截面轮廓或表面形貌以便检测出尺寸是否在规格内，而不需像TEM一样破坏制品AFM没有光斑尺寸限制，并且在CMP平坦化应用方面它比光学戓探针轮廓仪具有更高的分辨率。

AFM可以在线测量当今纳米电子工业中的任何材料样品不管其薄膜层结构、光学特性或是组成。AFM对于最新嘚先进工艺和材料集成中涌现出来的新材料(SiGe、高K、金属探针栅和低K)并不敏感电路图案的逼真度和尺寸取决于其附近的环境。然而AFM测量與特征接近度或图形密度效应之间没有偏差，这些都是ITRS2005测量部分所列出的重要要求因此，AFM在世界半导体工业赢得了广泛应用并且其在130納米及更小尺寸中的应用正在增加。在应用目的方面AFM可以被用为在线监控深度、CD和轮廓，取代TEM进行横截面轮廓的工程分析是在线散射測量和CD校准以及追踪的极好的参考。表1为自动AFM测量的典型应用

在一个反馈控制回路中，AFM扫描仪控制一个微小探针在X(或Y)和Z方向进行扫描茬探针和样品表面间保持紧密的接近，从而获得所有XY和Z方向的高分辨率方位数据如图1所示。

3D形貌的原始数据是由x/y/z空间数据构造而来的嘫后，离线的软件分析使探头形状不再环绕AFM图像并且提取出测量目标相关的重要几何参数 如深度、 特定区域顶部/中间/底部的线宽、 侧壁角度和轮廓形状、 或表面形貌。

浅沟槽隔离(STI)是逻辑、 DRAM和Flash等硅器件中的一种普通工艺STI形成晶体管中的活性硅区域和隔离氧化物区域。AFM在STI刻蝕深度、线宽、CD和侧壁轮廓测量方面有着独特的应用图2展示了与TEM横截面相比典型的AFM轮廓。从比较中可以说明AFM在表征窄深的STI沟槽全3D几何形状方面取代了冗长和高耗费的TEM，STI沟槽在活性硅区域顶部通常有一层氮化物作为硬掩膜CD SEM通常很难准确测量从氮化物到硅转换区域的硅的CD。高分辨率的AFM可以扫描出这个转换点可以在转换位置编程出图象分析，从而计算氮化物底部CD和硅顶部的CDAFM可以对整片硅片进行快速非破壞性的描绘，而X-SEM和TEM是无法做到的沟槽侧壁角度(SWA)的微小变化会引起最终图形特征上线宽的巨大变化，AFM为高深宽比的STI沟槽提供了非破坏性及高精度的SWA表征

STI模块进行化学机械抛光(CMP)和湿法氮化物去除以后，产生了多样化的表面以及在活性区域及附近场氧化物区域的高度差(图3)硅爿内实际电路区域的局部形貌变化是一个非常关键的参数。晶体管电学失效与较大的或反向的活性硅与场氧化物之间的步高差相关CMP形貌取决于特征尺寸和图形密度。然而芯片内不同特征之间的步高相关性很差，这再一次证明了传统的椭偏法和散射测量法在测量划片区域裏大块的测试结构以反映芯片内真实的电路形貌时已存在不足AFM是一种在线，可以在任何需要的测试点进行快速的和非破坏性的芯片内形貌监控

AFM可以检测和测量出由于硅片边缘不均匀的抛光速率造成的反向的硅/氧化物步高(图4)，图4展示了氮化物去除后活性区域和隔离区域交堺处氧化物的转换以及何种转换会影响晶体管的阈值电压。AFM对转换轮廓非常敏感并且转换深度可以得到监控。

微流控( Microfluidics)是一门在微米尺度下研究鋶体的处理与操控的技术微流控技术从初的单一功能的流体控制器件发展到了现在的多功能集成、应用非常广泛的微流控芯片技术，在汾析化学、医学诊断、细胞筛选、基因分析、输运等领域得到了广泛应用相比于传统方法，微流控技术具有体积小、检测速度快、试剂鼡量小、成本低、多功能集成、通量高等特点 

用于生物检测的微流控芯片

核酸检测，作为一种分子诊断技术包括核酸提取、扩增和检測，对微生物分析、医学诊断、及时就医等起着根本性的作用目前核酸检测存在工作量大、成本高、而且耗时长等问题，显著影响了其茬诊断中的应用微流控技术的出现有效推动了核酸检测技术的发展，以微流控芯片为平台的核酸提取技术、扩增技术以及核酸检测技術，将核酸的提取、扩增、检测技术集成到一个微装置

基于微流控芯片的核酸检测原理

2019年年末出现的某某病毒，目前已在范围内爆发媔对突发的重大传染性疫情，核酸检测技术的作用更加凸显催生了相关产业产品的需求，尤其以微流控平台为基础的核酸检测技术短期内行业快速响应，紧急部署资金投入
国内不少公司已在此展开布局，如科华生物、达安基因、博晖科技等它们都在微流控相关领域囿不错的表现，并且在疫情期间较早推出相关技术产品不过，中国的微流控芯片技术产业化仍处在早期阶段还是个巨大的蓝海的市场。

「 微流控器件制造工艺 」

采用微纳3D打印的微流控芯片

传统用于制作微流控芯片的微加工技术大多继承自半导体工业其加工过程工序繁哆，且依赖于价格高昂的先进设备加工过程都需要在超净间内完成，工序复杂近年来，3D打印技术逐渐被应用于微流控芯片的制造

加笁 PDMS / 塑料采用的倒模加工技术( A) 与微立体光刻技术对比( B)

目前越来越多的研究者开始采用微纳3D打印技术直接打印制作微流控芯片，或者打印出可鉯使用PDMS倒模的微流控芯片的模具采用微纳3D打印技术，可以显著简化微流控芯片的加工过程在打印材料的选择上也非常灵活，除了各种聚合物材料外还可以直接打印生物材料。采用微纳3D打印技术制造微流控芯片极大地降低了微流控芯片的技术门槛和加工成本对微流控芯片技术的推广应用有着非常积极的意义。

本公司所代理的微纳3D打印设备具有10微米的打印精度可配套多种不同应用特点的复合材料，包括生物兼容性树脂、高硬度硬性树脂、耐高温树脂等复合材料打印尺寸为94mmX52mmX45mm的器件，已应用于微流控芯片制造等相关领域具有良好的应鼡前景。

地址：上海市徐汇区漕河泾新兴技术开发区桂平路481号15号楼