CN108089398A - 一种纳米通孔阵列聚合物模板及其制备方法 - Google Patents

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杨铎
吴蒙华
韩飞
王珍
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    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/0002—Lithographic processes using patterning methods other than those involving the exposure to radiation, e.g. by stamping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
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    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00023—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems without movable or flexible elements
    • B81C1/00031—Regular or irregular arrays of nanoscale structures, e.g. etch mask layer

Abstract

本发明公开了一种纳米通孔阵列聚合物模板及其制备方法，其制备方法包括：在基底上形成光刻胶层；在光刻胶层上形成聚合物基体层；制作纳米压印模具；在纳米压印模具上沉积一层抗粘层；将模具与聚合物基体层的上表面叠合，通过纳米压印系统中进行压印至光刻胶层；依次去除模具层、基底、光刻胶层，得到具有纳米通孔阵列的聚合物模板。本发明不仅工艺简单、成本低，而且可以制备具有高深宽比、较小尺寸的通孔阵列的聚合物模板，可在微纳生物、医药、光学、传感、信息等领域获得广泛应用。

Description

一种纳米通孔阵列聚合物模板及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子合成技术领域，更具体地，涉及一种纳米通孔阵列聚合物模板及其制备方法。
背景技术
纳米通孔阵列聚合物模板的制备是一项具有重要应用背景的技术。由于其为微纳米通孔结构且具有较大的深宽比，这种特殊的结构特征赋予了其特殊的功能和应用。例如，3D纳米电穿孔(3D NEP)聚合物生物芯片。
到目前为止，有许多方法被用于制备阵列聚合物模板，如电子曝光刻蚀、电化学刻蚀。但是，上述方法都具有一定的局限性，如电子曝光刻蚀技术效率低，成本高；电化学刻蚀难以制备线宽在100nm以下的通孔模板。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备成本低廉、工艺简单的纳米通孔阵列聚合物模板及其制备方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种纳米通孔阵列聚合物模板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：在基底上形成一层光刻胶层；
步骤S2：在光刻胶层上方形成聚合物基体层；
步骤S3：制作纳米压印模具，在模具表面形成与聚合物基体上的纳米通孔阵列形状、尺寸及间距一致的纳米阵列柱；
步骤S4：在纳米压印模具的具有纳米阵列柱侧沉积一层抗粘层；
步骤S5：将沉积抗粘层后的模具的纳米阵列柱侧与聚合物基体层的上表面叠合，放入到纳米压印系统中进行压印至光刻胶层；
步骤S6：去除模具层；
步骤S7：去除基底；
步骤S8：去除光刻胶层，得到具有纳米通孔阵列的聚合物模板。
优选地，所述聚合物基体的材质为聚甲基丙烯酸甲酯、或环烯烃共聚物、或可降解聚合物。
优选地，所述抗粘层材料为全氟四氢基硅烷；所述纳米压印模具的材质为硅或镍；所述基底的材质为硅或二氧化硅或石英玻璃。
优选地，所述步骤S1和S2中，采用旋涂或涂覆的方法形成光刻胶层和聚合物模板层。
优选地，采用掩模干法或湿法刻蚀工艺制作所述纳米压印模具。
优选地，采用化学气相沉积自组装单分子薄膜的方法制备所述抗粘层。
一种纳米通孔阵列聚合物模板，其特征在于，在聚合物模板上形成有至少一个纳米通孔。
优选地，所述聚合物模板为聚甲基丙烯酸甲酯、或环烯烃共聚物、或可降解聚合物制得的具有一定厚度的模板。
优选地，所述纳米通孔为等直径通孔、或圆台形通孔、或异形通孔。
优选地，所述圆台形通孔的顶面孔直径为200nm～500nm，底面孔直径为1um～2um；所述等直径通孔的孔直径为200nm～2um。
从上述技术方案可以看出，本发明提出的在聚合物模板上制备纳米通孔阵列的方法工艺简单、工艺条件温和，制得的纳米通孔阵列的形状、间距和大小适用范围广，能够满足对极小尺寸通孔的需求。
附图说明
图1是本发明的一种纳米通孔阵列聚合物模板的制备方法的流程示意图；
图2～图9是本发明的一种纳米通孔阵列聚合物模板的制备方法的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
本发明以制备用于NEP的聚合物芯片为例，结合附图详细说明纳米通孔阵列聚合物模板的制备方法，参阅图1～图9，包括以下步骤：
步骤S1：请参阅图2和图3，在基底01上形成一层光刻胶层02。具体地，基底01可以为硅或二氧化硅或石英玻璃。可以采用旋涂或涂覆的方法形成光刻胶层02。在本实施例中，基底01采用的是硅片，光刻胶层02采用SU-8，采用旋涂的方法在基底01上旋涂一层厚度约≥1μm的光刻胶层。
步骤S2：请参阅图4，在光刻胶层02上方形成聚合物基体层03。具体地，聚合物基体层03的材质可以为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、或环烯烃共聚物(COC)、或可降解聚合物。可以采用旋涂或涂覆的方法形成聚合物基体层03。在本实施例中，聚合物基体03材料是PMMA，也采用旋涂方法在光刻胶层02上方形成厚度大于4um的PMMA层，之后，将基底放在热板上烘焙。
步骤S3：请参阅图5，制作纳米压印模具04，在模具04表面形成与纳米通孔阵列形状、间距、尺寸一致的纳米阵列柱05。纳米阵列柱05的形状、间距、尺寸可以根据聚合物模板的需求进行设定，可以为等直径通孔、或圆台形通孔、或异形通孔。具体地，模具的材质可以为硅或镍。模具以硅模具干法刻蚀制备方法为例：采用深度干法刻蚀硅模具技术，包括如下步骤：1、制作微掩模；2、SF6进行保护；3、采用O2等离子体进行蚀刻；4、重复步骤2和3，以获得所需要的尝试和深宽比；5、去除刻蚀掩模。当然，也可以采用湿法刻蚀的方法制得模具。在聚合物模板上直接刻蚀高深宽比的纳米级通孔，难度较大，尤其100nm以下的尺寸，但是，通过掩模刻蚀硅或镍模板的工艺较成熟，并且，模具上刻蚀掉的部分尺寸较大，对工艺的要求较低，易于实现。在本实施例中，以制作圆锥形纳米阵列柱为例。
步骤S4：在模具04的具有纳米阵列柱05沉积一层抗粘层，针对制作的模板结构,采用化学气相沉积自组装单分子薄膜的方法制备抗粘层，抗粘层有利于后续模具与聚合物基体层的脱离。抗粘层材料优选为全氟四氢基硅烷(F13-TCS)。
步骤S5：请参阅图6，将模具04的纳米阵列柱侧与聚合物基体层03的上表面叠合，放入到纳米压印系统中进行压印至光刻胶层02，在聚合物基体层03上形成圆台形纳米阵列通孔。
步骤S6：请参阅图7，剥离去除模具层04。
步骤S7：请参阅图8，剥离去除基底01。
步骤S8：请参阅图9，去除光刻胶层02，得到具有圆台形纳米阵列通孔的聚合物模板。
请参阅图9，通过上述方法制得的纳米通孔阵列聚合物模板，在聚合物基体上03具有圆台形纳米通孔阵列。圆台形纳米通孔05的顶面孔径D1为200～500nm，底面孔径D2为1um～2um。聚合物基体03的厚度H大于4um。当纳米通孔为等直径通孔时，通孔直径可以为200nm～2um。
综上所述，本发明结构新颖，工艺简单，可以制备出高通量的纳米通孔聚合物模板，可在微纳生物、医药、光学、传感、信息等领域获得广泛应用，解决了在聚合物薄板上生成尺寸均匀的纳米通孔的难题。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种纳米通孔阵列聚合物模板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：在基底上形成一层光刻胶层；
步骤S2：在光刻胶层上方形成聚合物基体层；
步骤S3：制作纳米压印模具，在模具表面形成与聚合物基体上的纳米通孔阵列形状、尺寸及间距一致的纳米阵列柱；
步骤S4：在纳米压印模具的具有纳米阵列柱侧沉积一层抗粘层；
步骤S5：将沉积抗粘层后的模具的纳米阵列柱侧与聚合物基体层的上表面叠合，放入到纳米压印系统中进行压印至光刻胶层；
步骤S6：去除模具层；
步骤S7：去除基底；
步骤S8：去除光刻胶层，得到具有纳米通孔阵列的聚合物模板。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚合物基体的材质为聚甲基丙烯酸甲酯、或环烯烃共聚物、或可降解聚合物。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述抗粘层材料为全氟四氢基硅烷；所述纳米压印模具的材质为硅或镍；所述基底的材质为硅或二氧化硅或石英玻璃。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1和S2中，采用旋涂或涂覆的方法形成光刻胶层和聚合物模板层。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用掩模干法或湿法刻蚀工艺制作所述纳米压印模具。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用化学气相沉积自组装单分子薄膜的方法制备所述抗粘层。
7.一种纳米通孔阵列聚合物模板，其特征在于，在聚合物模板上形成有至少一个纳米通孔。
8.根据权利要求7所述的纳米通孔阵列聚合物模板，其特征在于，所述聚合物模板为聚甲基丙烯酸甲酯、或环烯烃共聚物、或可降解聚合物制得的具有一定厚度的模板。
9.根据权利要求7所述的纳米通孔阵列聚合物模板，其特征在于，所述纳米通孔为等直径通孔、或圆台形通孔、或异形通孔。
10.根据权利要求9所述的纳米通孔阵列聚合物模板，其特征在于，所述圆台形通孔的顶面孔直径为200nm～500nm，底面孔直径为1um～2um；所述等直径通孔的孔直径为200nm～2um。
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