CN108693700A - 一种压印模板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种压印模板及其制备方法，属于纳米压印技术领域，其可解决现有的镍模板的内应力较大，会导致镍模板破裂的问题。本发明的压印模板中在镍基材中分散有纳米粒子，纳米粒子的存在可以降低镍模板内应力，提升镍模板抵抗应力的效果，解决了镍模板在复制过程中易破裂的问题。此外，本发明的方法得到的压印模板的底板与底板上的由多个第一凸起构成的图案为一体结构，压印模板在后续应用过程中第一凸起构成的图案不会出现脱落。

Description

一种压印模板及其制备方法
技术领域
本发明属于纳米压印技术领域，具体涉及一种压印模板及其制备方法。
背景技术
纳米压印(nano-imprint lithography，NIL)技术是一种利用图形压模将模版上的图形转移到压印胶上，完成微纳图形制作的的技术。与传统的光刻技术相比，NIL技术得到的图形不受光学衍射极限的限制，所以具有高的分辨率。与高精度的电子束光刻技术相比，NIL技术成本低，生产效率高。NIL技术广泛应用于半导体加工、光电子器件的制备中。
NIL技术工艺中，纳米压印模板是十分关键的工序，纳米压印模板的质量直接决定了压印效果。目前纳米压印模板的制备方法是在硅基底或者石英基底上进行电子束光刻，然后刻蚀成模板。然而由于硅或石英等材料脆性高，硅或者石英形成的模板易被破坏。现有技术也有采用电铸方式复制成镍(Ni)模板，虽然Ni模板机械性能好，使用寿命长，可以满足纳米结构复制，但是发明人发现：在Ni模板复制过程中，由于Ni模板的内应力较大，也会导致Ni模板破裂。
发明内容
本发明针对现有的镍模板的内应力较大，会导致Ni模板破裂的问题，提供一种压印模板及其制备方法。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是：
一种压印模板，包括底板和设于所述底板上的由多个第一凸起构成的图案，所述压印模板的材料包括镍和分散在镍中的纳米粒子。
可选的是，所述纳米粒子为碳纳米粒子。
可选的是，所述压印模板中纳米粒子的含量范围为0.1-20wt％。
可选的是，所述压印模板的宽度大于10nm，所述纳米粒子的粒径为压印模板的宽度尺寸的1％-20％。
可选的是，所述底板的厚度大于100μm，所述第一凸起的高度大于10nm。
本发明还提供一种压印模板的制备方法，包括以下制备步骤：以镍金属为阳极，以基板为阴极，在电解液中进行电铸，在基板的沉积面上沉积形成压印模板；其中，所述电解液中含有镍离子和纳米粒子；所述基板的沉积面上具有第二凸起，所述第二凸起对应压印模板的多个第一凸起的间隔，且所述基板的沉积面导电；
将所述压印模板与所述基板分离。
可选的是，所述电解液中纳米粒子与镍离子的质量比的范围为0.5-20wt％。
可选的是，所述电铸的电流密度1～5A/dm2。
可选的是，所述基板包括树脂基体，所述基体的沉积面上设有导电层。
可选的是，所述电解液中还含有氨基磺酸镍、氯化镍、十二烷基磺酸钠以及硼酸。
附图说明
图1、图2为本发明的实施例1的压印模板的结构示意图；
图3、图4、图5为本发明的实施例2的压印模板的制备方法的流程示意图；
其中，附图标记为：1、第一凸起；2、第二凸起；3、底板；4、纳米粒子；5、树脂基体；6、导电层；7、镍金属；8、基板；9、电解液。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
本实施例提供一种压印模板，如图1所示，包括底板3和设于所述底板3上的由多个第一凸起1构成的图案，所述压印模板的材料包括镍和分散在镍中的纳米粒子4。
本实施例中纳米粒子4的分散状态可以是多种形式存在，例如，纳米粒子4可以均匀有序的分散于镍基材中，也可以杂乱无序的分散于镍基材中。其中，该压印模板应用时，镍基材中纳米粒子4的存在可以降低镍模板受到的内应力，提升镍模板抵抗应力的效果，解决了镍模板在复制过程中易破裂的问题。
本实施例中不对压印模板中纳米粒子4的具体含量进行限定，具体的，可以根据压印模板的具体应用时的受力情况进行选择和改变，作为本实施例中的一种可选实施方案，所述压印模板中纳米粒子4的含量范围为0.1-20wt％。
其中，受工艺条件限制，压印模板中的纳米粒子4含量不能太高，然而当压印模板中纳米粒子4的含量太低时，不能很好的起到缓解内应力的作用，其含量在上述0.1-20wt％的范围内时，利于压印模板的工艺成型，还可以较好的缓解压印模板在应用中的内应力。
本实施例中不对压印模板中纳米粒子4的粒度分布进行限定，其也可以根据实际需要进行选择。优选的是，可以选择粒度分布的窄的纳米粒子4均匀分散于镍基材中，以使得在应用中压印模板均匀的承担内应力。本实施例中也不对压印模板中纳米粒子4的具体粒径范围进行限定，纳米粒子4的具体粒径范围可以根据压印模板的结构需求而调整，通常所述压印模板的宽度大于10nm，所述纳米粒子的粒径为压印模板的宽度尺寸的1％-20％。
本实施例中也不对纳米粒子4的具体材料进行限定，可以根据纳米粒子4相对于镍基材的分散性质或相容性质进行选择，作为本实施例中的一种可选实施方案，所述纳米粒子4为碳纳米粒子。
也就是说，在此选用成本较低的碳纳米粒子分散于镍基材中，需要说明的是，在底板3和第一凸起1构成的图案中均分散有碳纳米粒子，这样在应用中，可以使得压印模板各个位置处受到的内应力较均匀。
在一个具体实施例中，所述底板3的厚度大于100μm，所述第一凸起的高度大于10nm。
需要说明的是，底板3的厚度和第一凸起1的高度都是指在垂直于底板3所在面的方向上的尺寸。其中，若底板3太厚则浪费材料，若底板3太薄，那么其自身抗拉力效果较差，会限制压印模板的应用。第一凸起1的高度及其构成的图形形状根据纳米压印工艺的具体实际需要进行设置。例如，如图2所示，底板3的厚度h1的范围在100μm～250μm之间，第一凸起1的高度h2的范围通常在10nm～50μm之间。
可以理解的是，在本实施例对应的附图所示各结构层的大小、厚度等仅为示意。在工艺实现中，各结构层在衬底上的投影面积可以相同，也可以不同；同时，附图所示结构也不限定各结构层的几何形状，例如可以是附图所示的矩形，还可以是梯形，或其它形状。
实施例2：
本实施例提供一种压印模板的制备方法，包括以下制备步骤：
S01、如图3所示，以镍金属7为阳极，以基板8为阴极，在电解液9中进行电铸，从而在基板8的沉积面上沉积形成压印模板；其中，基板8的沉积面可导电。具体的，可以将镍金属7与阳极连接，带有第二凸起2构成的图形的基板8与阴极连接，将镍金属7和基板8置于电解液9中，调整电流密度，使之发生电化学反应。
需要说明的是，所述电解液9中至少含有镍离子和纳米粒子4；这样，反应过程中纳米粒子4随电解液9中的镍离子电铸至基板8上，又由于所述基板8的沉积面上具有第二凸起2，第二凸起2对应压印模板的多个第一凸起1的间隔，因此电铸后可得到多个第一凸起1构成的图案。
其中，在此不限定基板8的材料，只要基板8的沉积面可导电，且具有与第一凸起1对应的图形即可。例如，可以直接选用导电材料做基板8。
在一个具体实施例中，如图4所示，所述基板8包括树脂基体5，所述基体的沉积面上设有导电层6。
也就是说，树脂基体5本身并不具有导电性，树脂基体5的作用是提供相应的具有第二凸起2的图形，在树脂基体5的图形上形成一层导电层6，该导电层6具有与树脂基体5图形相同的图案。这样设计的好处是，可以如图4所示，控制电铸仅在沉积面上进行，得到的压印模板的多个第一凸起1的间隔刚好对应第二凸起2。更具体的，导电层6可以选用金、银、铜、铝等金属导电材料。
需要说明的是，电解液9可以选用氨基磺酸镍盐体系，并在氨基磺酸镍盐体系中加入相应的纳米粒子4即可。
在一个具体实施例中，所述电解液9中除了镍离子和纳米粒子4，还含有氨基磺酸镍、氯化镍、十二烷基磺酸钠以及硼酸。
其中，电解液9中纳米粒子4和镍离子的含量以及二者的比例对压印模板中镍基材中分散的纳米粒子4的含量有重要影响，具体的，二者的比例可以根据压印模板实际需要对抗内应力的大小进行改变。
在一个具体实施例中，所述电解液9中纳米粒子4与镍离子的质量比的范围为0.5-20wt％，所述电铸的电流密度1～5A/dm2。
S02、如图5所示，将所述压印模板与所述基板8分离，得到产品镍模板。
本实施例的压印模板的制备方法只需在电铸的电解液9中增添纳米粒子4即可，这样在电化学反应过程中，纳米粒子4随电解液9中的镍离子逐步电铸至基板8上，使得最终得到的纳米粒子4在镍模板中分散较均匀。该工艺操作简单、易于控制，适于工业生产。其中，纳米粒子4的存在可以降低镍模板内应力，提升镍模板抵抗应力的效果，解决了镍模板在复制过程中易破裂的问题。此外，采用该方法得到的压印模板的底板与底板上的由多个第一凸起构成的图案为一体结构，压印模板在后续应用过程中第一凸起构成的图案不会出现脱落。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种压印模板，包括底板和设于所述底板上的由多个第一凸起构成的图案，其特征在于，所述压印模板的材料包括镍和分散在镍中的纳米粒子。
2.根据权利要求1所述的压印模板，其特征在于，所述纳米粒子为碳纳米粒子。
3.根据权利要求1所述的压印模板，其特征在于，所述压印模板中纳米粒子的含量范围为0.1-20wt％。
4.根据权利要求1所述的压印模板，其特征在于，所述压印模板的宽度大于10nm，所述纳米粒子的粒径为压印模板的宽度尺寸的1％-20％。
5.根据权利要求1所述的压印模板，其特征在于，所述底板的厚度大于100μm，所述第一凸起的高度大于10nm。
6.一种权利要求1-5任一项所述的压印模板的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
以镍金属为阳极，以基板为阴极，在电解液中进行电铸，在基板的沉积面上沉积形成压印模板；其中，所述电解液中含有镍离子和纳米粒子；所述基板的沉积面上具有第二凸起，所述第二凸起对应压印模板的多个第一凸起的间隔，且所述基板的沉积面导电；
将所述压印模板与所述基板分离。
7.根据权利要求6所述的压印模板的制备方法，其特征在于，所述电解液中纳米粒子与镍离子的质量比的范围为0.5-20wt％。
8.根据权利要求6所述的压印模板的制备方法，其特征在于，所述电铸的电流密度1～5A/dm2。
9.根据权利要求6所述的压印模板的制备方法，其特征在于，所述基板包括树脂基体，所述基体的沉积面上设有导电层。
10.根据权利要求6所述的压印模板的制备方法，其特征在于，所述电解液中还含有氨基磺酸镍、氯化镍、十二烷基磺酸钠以及硼酸。
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