CN117471849A - 一种无损伤纳米压印转印方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无损伤纳米压印转印方法及其应用，属于微纳加工技术领域。本方法包括如下步骤：(1)以正性光刻胶为模板材料，制作纳米压印模板图案；(2)所述纳米压印模板图案的空隙由不溶解于碱性溶液的转印材料完成填充，得到填充胶板；(3)所述填充胶板中的转印材料进行成型，利用紫外光对模板材料进行辐照，得到碱溶性胶板；(4)所述碱溶性胶板浸于碱性溶液，使模板材料完全溶解，得到转印结构图案，完成纳米压印转印。本发明采用溶解法脱模转印，避免了图样与模板间的转印缺陷，实现了无应力、无损伤的纳米压印转印，用于微纳加工领域，可实现高精度、无损的转印流程，应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明涉及微纳加工技术领域，尤其涉及一种无损伤纳米压印转印方法及其应用。
背景技术
纳米压印技术可以较低的成本、功耗完成高分辨率图形的制备，其压印模板可重复利用，具有产能更高的优势。
专利CN116243557A公开了一种制备大幅面无缝拼接UV纳米压印模板的方法及装置，该方法步骤如下：在纳米压印衬底上根据定位点间隔排布纳米压印模板，覆盖柔性薄膜并在两者之间涂敷UV胶压平，固定曝光模板后，固化UV胶；分离纳米压印模板和转印图案，擦除未固化的UV胶；将纳米压印模板转移至下次曝光处，重复上述步骤即得；其中，纳米压印衬底上设置有用于周期性结构纳米压印模板定位的定位点，该定位点使相邻纳米压印模板压印位置边沿重叠。该发明通过在纳米压印定位衬底上设计用于周期性结构纳米压印模板定位的定位点，保证两次压印重叠位置可控，再通过曝光模板实现分段曝光，可以成功制备得到肉眼无法识别拼接缝的大幅面纳米压印模板。该技术方案中，纳米压印模板图案在转印过程中，由于转印材料与模板间的附着力和摩擦力，导致机械性脱模有较强的应力，转印缺陷率较高，尤其是采用高深宽比模板，此类缺陷更加明显。
为了较好的解决转印缺陷，专利CN112305859A则提供了一种纳米压印模板及其制备方法和应用，该纳米压印模板包括依次层叠设置的硬质承载背板、弹性层和硬质模板层；所述硬质模板层包括至少两个互不接触的压印模块，所述压印模块包括层叠设置的第一模板层和第二模板层，所述第二模板层靠近所述弹性层；在垂直于所述硬质承载背板方向，所述第一模板层的投影面积小于所述第二模板层的投影面积；所述第一模板层上设置有压印图形区，所述压印图形区周围存在贯通式沟道结构的应力分化区。所述应力分化区用于调整压印过程中图形区的受压应力。该发明提供的纳米压印模板显著提升了压印模板/压印胶界面微区应力分布的均一性，及模块之间应力应变容许度，从而显著提升了单次大面积压印成功率。该方案纳米压印模板的转印过程中，转印材料与模板间仍然接触，其虽对模板应力应变容许度进行了优化，但应力造成的转印缺陷依旧存在，无法实现无损伤的转印。
因此，在传统的机械法脱模转印方式外，提供一种无应力、无损伤的转印方法对提高微纳加工的精度及良品率具有重要意义。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，在本发明的第一方面，提供了一种无损伤、无应力的纳米压印转印方法，包括如下步骤：
(1)以正性光刻胶为模板材料，制作纳米压印模板图案；
(2)所述纳米压印模板图案的空隙由不溶解于碱性溶液的转印材料完成填充，得到填充胶板；
(3)所述填充胶板中的转印材料进行成型，利用紫外光对模板材料进行辐照，得到碱溶性胶板；
(4)所述碱溶性胶板浸于碱性溶液，使模板材料完全溶解，得到转印结构图案，完成纳米压印转印。
本领域中，正性光刻胶是由溶解抑制剂和碱性可溶性树脂及溶剂组成的商用材料，在受紫外光照射后，光照区的溶解抑制剂曝光分解，使正性光刻胶可溶于碱性溶液。本方案以正性光刻胶作为模板材料制作纳米压印模板图案，由于其光照后溶解于碱性溶液的性质具有普遍性，因此原料类型的选择可以是多样的，市售的正性光刻胶类型(例如AZ4000系列、AZ4500系列、S1800系列、PR1系列、ma-P 1275系列等等)均可满足本方法加工需求。
纳米压印模板图案可以采用本领域通用工艺(例如光刻)制成，并根据使用需求加工为合适的图样。基于精密加工的需要，优选的，所述步骤(1)中，所述纳米压印模板图案利用3D光刻或掩模版光刻进行制作。
纳米压印领域中可采用聚合物或金属作为转印材料，其中聚合物是一种取材广泛且加工方便的特别合适的类型。聚合物的选择具有多样性，例如根据固化(成型)方式的不同，可采用光固型或热固型的聚合物。优选的，所述步骤(2)中，所述转印材料可采用聚合物或金属；聚合物包括光敏胶、聚二甲基硅氧烷、聚氯乙烯中的一种。
以上步骤中，转印材料成型和模板材料受紫外光辐照的加工次序可以根据具体采用的材料类型进行调整，无特别规定的顺序。例如使用光固型聚合物时，可以采用紫外光辐照同步完成模板材料、转印材料的处理；而采用热固型聚合物或金属时，亦可在完成转印材料的成型后，再用紫外光辐照处理模板材料，使其曝光。
本领域常见的碱性显影液(即碱性溶液)可用于溶解并移除模板材料，达到获得转印结构图案的技术目的。从取材方便、成本和效果考量，优选的，所述碱性溶液包括氢氧化钾水溶液、氢氧化钠水溶液、四甲基氢氧化铵水溶液中的至少一种。
碱性溶液的浓度建议控制在合适的范围，浓度低则影响反应速度，过高则存在安全隐患。从高效安全的角度出发，优选的，所述碱性溶液的浓度为2wt.％～5wt.％。
为了加快溶解的速度，使模板材料溶解更充分，优选的，所述步骤(4)中，通过超声处理辅助模板材料溶于碱性溶液。
在本发明的第二方面，提供了一种纳米压印转印方法的应用，具体是用于微纳加工制备流程中的转印。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
本发明提供了一种纳米压印转印方法，采用溶解法脱模转印，避免了图样与模板间的转印缺陷，实现了无应力、无损伤的纳米压印转印。
本发明提供了一种纳米压印转印方法的应用，用于微纳加工领域，实现了高精度、无损的转印流程，应用前景广阔。
附图说明
图1为实施例1中纳米压印模板图案的加工示意图
图2为实施例1中填充胶板的纳米压印示意图；
图3为实施例1中碱溶性胶板的纳米压印脱模前紫外光辐照示意图；
图4为实施例1中碱溶性胶板的纳米压印模板溶解脱模示意图；
图5为实施例1中无损伤转印的结果示意图；
图6为纳米压印转印方法(溶解法转印)和传统的机械法转印所制成品对比图；
以上图中，100代表纳米压印模板图案，200代表转印材料，301代表光刻，302代表压平，303代表紫外光固化，304代表碱性溶液，305代表超声处理。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
实施例1
纳米压印转印方法，步骤如下：
(1)如图1所示，以正性光刻胶(AZ4562)为模板材料，利用3D光刻技术制作纳米压印模板图案；
(2)如图2所示，在纳米压印模板图案的光刻胶板和柔性基底间涂覆光敏胶并压平，使光敏胶填充纳米压印模板图案的空隙，得到填充胶板；
(3)如图3所示，利用紫外光固化灯(功率500W，主波长395nm的LED灯)辐照填充胶板1min使光敏胶固化，让图案定型，同时使正性光刻胶中的溶解抑制剂曝光分解，从而大幅提高正性光刻胶在碱性溶液中的溶解度，得到碱溶性胶板；
(4)如图4所示，将碱溶性胶板浸泡在5wt.％的氢氧化钾水溶液中，并可通过超声处理(40kHz，100W)加速溶解过程，因固化后的光敏胶不溶于上述溶液，故待正性光刻胶完全溶解，即可在无应力损伤下得到转印结构图案(即图5)，完成无损伤的纳米压印转印。
采用扫描电子显微镜(SEM)观察对比在其他工艺条件、纳米压印模板相同的情况下，本发明提出的溶解法转印与传统机械法转印最终所得成品的微观形貌，结果如图6所示。由图6可以看出，溶解法转印良率高，而传统方法中模板会有不同程度的断裂，残留在转印结果中，良率低。
实施例2
纳米压印转印方法，步骤如下：
(1)以正性光刻胶(AZ4562)为模板材料，利用掩模版光刻技术制作纳米压印模板图案；
(2)在纳米压印模板图案的光刻胶板和柔性基底间涂覆聚二甲基硅氧烷并压平，使聚二甲基硅氧烷填充纳米压印模板图案的空隙，得到填充胶板；
(3)填充胶板在70℃下加热2h使聚二甲基硅氧烷固化，让图案定型，随后再利用紫外光固化灯(功率500W，主波长395nm的LED灯)使正性光刻胶中的溶解抑制剂曝光分解，得到碱溶性胶板；
(4)将碱溶性胶板浸泡在2.38wt.％的四甲基氢氧化铵水溶液中，通过超声处理(40kHz，100W)加速溶解过程，固化后的聚二甲基硅氧烷不溶于上述溶液，待正性光刻胶完全溶解，即可在无应力损伤下得到转印结构图案，完成无损伤的纳米压印转印。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种纳米压印转印方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)以正性光刻胶为模板材料，制作纳米压印模板图案；
(2)所述纳米压印模板图案的空隙由不溶解于碱性溶液的转印材料完成填充，得到填充胶板；
(3)所述填充胶板中的转印材料进行成型，利用紫外光对模板材料进行辐照，得到碱溶性胶板；
(4)所述碱溶性胶板浸于碱性溶液，使模板材料完全溶解，得到转印结构图案，完成纳米压印转印。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述纳米压印模板图案利用3D光刻或掩模版光刻进行制作。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述转印材料可采用聚合物或金属；聚合物包括光敏胶、聚二甲基硅氧烷、聚氯乙烯中的一种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述碱性溶液包括氢氧化钾水溶液、氢氧化钠水溶液、四甲基氢氧化铵水溶液中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述碱性溶液的浓度为2wt.％～5wt.％。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，通过超声处理辅助模板材料溶于碱性溶液。
7.一种如权利要求1～6任一项所述的纳米压印转印方法的应用，其特征在于：用于图纹面制备流程中的转印。
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