CN119575755A - 纳米压印模具、制备方法及纳米压印方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米压印模具、制备方法及纳米压印方法，所述纳米压印模具包括基板，所述基板具有相对设置的第一表面和第二表面，所述基板的第二表面上形成有凸出于第二表面的微结构，所述基板的第一表面上形成有凹陷设置的凹槽，所述基板上还设有贯穿凹槽底部与第二表面的多个通孔，所述通孔位于微结构旁侧。本发明通过在微结构旁侧设置通孔，使得微结构与衬底之间不会形成残余的压印胶层，因此不需要后续加工程序，大大降低了加工的工序与难度，提高了目标纳米图案的保真度和质量。

Description

纳米压印模具、制备方法及纳米压印方法

技术领域

本发明属于纳米压印技术领域，具体涉及一种纳米压印模具、制备方法及纳米压印方法。

背景技术

纳米压印技术具有高分辨率、工艺过程简单、超低成本、高生产率等优点，被广泛应用于半导体等微纳制造领域。现如今，传统纳米压印方式包括热压印、紫外线常温压印等方式。其中，由于热压印操作周期长、压力过大造成纳米压印模板损耗、压印对准偏差大，越来越多的设备设计朝着紫外线常温压印方式转变。

而传统紫外线常温压印设备在进行纳米压印时，为了使压印模板与衬底能够完全贴合，需施加一个大气压以上的压强，而为了防止压印中由于模板与衬底相互接触而造成的相互损伤，在实际的压印中，采用衬底上压印胶层的体积略大于压印模板上凹陷结构的体积，即压印胶不仅完全填充压印模板上的凹陷结构，同时在凸起结构与衬底之间还形成残余的压印胶层，使压印模板与衬底隔离开来，而为了进一步传递压印的纳米结构，需要增加一步反应离子束刻蚀工艺来除去压印胶残余层，以暴露出残余层下的衬底，这样大大增加了后续加工的工序与难度，影响了纳米结构的保真度。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种纳米压印模具、制备方法及纳米压印方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米压印模具、制备方法及纳米压印方法，其能够解决纳米压印脱模后衬底留存残胶的问题。

为了实现上述目的，本发明一具体实施例提供的技术方案如下：

一种纳米压印模具，所述纳米压印模具包括基板，所述基板具有相对设置的第一表面和第二表面，所述基板的第二表面上形成有凸出于第二表面的微结构，所述基板的第一表面上形成有凹陷设置的凹槽，所述基板上还设有贯穿凹槽底部与第二表面的多个通孔，所述通孔位于微结构旁侧。

在本发明的一个或多个实施例中，所述微结构呈间隔分布，所述通孔呈间隔分布，所述通孔的尺寸小于或等于微结构的尺寸；和/或，

所述微结构为柱状微结构，且所述柱状微结构呈阵列式间隔分布，所述柱状微结构的尺寸为1μm~1000μm，所述通孔为圆形通孔，且所述圆形通孔呈阵列式间隔分布，所述圆形通孔的尺寸为0.8μm~1000μm，且所述圆形通孔的尺寸小于或等于柱状微结构的尺寸。

在本发明的一个或多个实施例中，所述凹槽的深度大于或等于微结构的高度。

在本发明的一个或多个实施例中，所述凹槽内设有若干分隔部，所述分隔部的底部与凹槽底壁相接触，分隔部的两侧分别与凹槽侧壁相接触。

在本发明的一个或多个实施例中，所述纳米压印模具的表面以及通孔内壁覆有抗粘附膜。

在本发明的一个或多个实施例中，所述抗粘附膜的抗粘附材料包括全氟辛基三氯硅烷、聚四氟乙烯、全氟癸基三氯硅烷中的一种；和/或，

所述抗粘附膜的厚度范围为4nm~16nm。

在本发明的一个或多个实施例中，所述凹槽底部的通孔处设有多个微控开关，所述微控开关用于控制通孔的导通或关断。

本发明另一具体实施例提供的技术方案如下：

一种纳米压印模具的制备方法，所述方法包括：

在基板的第一表面上制备凹陷设置的凹槽；

在基板的第二表面上制备凸出于第二表面的微结构；

在基板上制备贯穿凹槽底部与第二表面的多个通孔，所述通孔位于微结构旁侧。

本发明另一具体实施例提供的技术方案如下：

一种纳米压印方法，所述方法包括：

提供衬底以及纳米压印模具；

将纳米压印模具的微结构与衬底对准压合，并向凹槽内填充胶液，以使胶液通过通孔填充至衬底与纳米压印模具之间；

对胶液进行固化处理；

剥离纳米压印模具，并在衬底上获得目标纳米压印图案。

在本发明的一个或多个实施例中，所述方法还包括：通过微控开关控制通孔关断，并向凹槽内填充胶液；

通过微控开关控制通孔导通以使胶液通过通孔填充至衬底与纳米压印模具之间。

与现有技术相比，本发明的纳米压印模具、制备方法及纳米压印方法，通过在微结构旁侧设置通孔，使得微结构与衬底之间不会形成残余的压印胶层，因此不需要后续加工程序，大大降低了加工的工序与难度，提高了目标纳米图案的保真度和质量；

通过在凹槽内设置分隔部精确控制胶液量，胶液在各个子凹槽内能够实现均匀分布，确保了纳米压印的一致性和准确性，且提高了压印效率；

通过在纳米压印模具的表面以及通孔内壁设置抗粘附膜，避免胶液残留，提升纳米压印质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中一种纳米压印模具的截面示意图；

图2为本发明实施例1中一种纳米压印模具的第二表面示意图；

图3为本发明实施例1中一种纳米压印模具的凹槽示意图；

图4为本发明实施例1中另一种纳米压印模具的凹槽示意图；

图5为本发明实施例1中另一种纳米压印模具的截面示意图；

图6为本发明实施例2中纳米压印模具的制备方法流程图；

图7为本发明实施例2中纳米压印模具的制备方法流程图；

图8为本发明实施例2中纳米压印模具的制备方法流程图；

图9为本发明实施例3中纳米压印方法的流程图；

图10为本发明实施例3中纳米压印方法的流程图；

图11为本发明实施例3中目标纳米压印图案的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

说明书中的“耦接”或“连接”或“相连”既包含直接连接，也包含间接连接。间接连接为通过中间媒介进行的连接，如通过电传导媒介进行的连接，其可具有寄生电感或寄生电容；间接连接还可包括在实现相同或相似功能目的的基础上通过其他有源器件或无源器件的连接，如通过开关、跟随电路等电路或部件的连接。另外，在本发明中，例如“第一”、“第二”之类的词语主要用于区分一个技术特征与另一个技术特征，而并不一定要求或暗示这些技术特征之间存在某种实际的关系、数量或者顺序。

在说明书的详细描述中，参考形成其一部分的附图，其中相同的附图标记始终表示相同的部件，并且其中通过可以实施的示例性实施例的方式示出。应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以进行结构或逻辑改变。因此，以下详细描述不应被视为具有限制意义。

说明书中的各种操作可以以最有助于理解所要求保护的主题的方式依次被描述为多个离散动作或操作。然而，描述的顺序不应被解释为暗示这些操作必须是顺序相关的。具体地，这些操作可以不按照呈现的顺序执行。所描述的操作可以以与所描述的实施例不同的顺序来执行。在附加实施例中可以执行各种附加操作和/或可以省略所描述的操作。

说明书描述使用短语“本实施例中”或“在其他实施例中”或“在一些实施例中”，其可以各自指代相同或不同实施例中的一个或多个。此外，关于本公开的实施例使用的术语“包括”，“包含”，“具有”等是同义的。

实施例1：

如图1和图2所示，本实施例提供一种纳米压印模具，纳米压印模具包括基板10，基板10具有相对设置的第一表面11和第二表面12，基板10的第二表面12上形成有凸出于第二表面12的微结构30，基板的第一表面11上形成有凹陷设置的凹槽20，基板上还设有贯穿凹槽20底部与第二表面12的多个通孔40，通孔位于微结构30旁侧。

微结构30呈间隔分布，通孔40呈间隔分布，并且通孔40的尺寸小于或等于微结构30的尺寸。本实施例所称尺寸可以理解为直径或宽度。

如图2所示，一实施例中微结构30为柱状微结构，柱状微结构30呈阵列式间隔分布，柱状微结构30的尺寸（即柱状微结构30的横截面直径）为1μm~1000μm。通孔40为圆形通孔，圆形通孔40呈阵列式间隔分布，圆形通孔40的尺寸（即圆形通孔40的直径）为柱状微结构的尺寸的0.8倍~1倍，即圆形通孔40的尺寸（即圆形通孔40的直径）的尺寸为0.8μm~1000μm。

一实施例中凹槽20的深度大于或等于微结构30的高度，可以理解的是，凹槽20用于容纳胶液，控制凹槽20的深度大于或等于微结构30的高度，可以保证一次性在凹槽20内注入足量胶液。

如图3所示，一实施例中纳米压印模具设置一个凹槽20，且凹槽20的大小可以覆盖所有微结构30。

如图4所示，另一实施例中，凹槽20内设有分隔部21，分隔部21的底部与凹槽20底壁相接触，分隔部21的两侧分别与凹槽20侧壁相接触，分隔部21将凹槽20划分为多个不互相连通的子凹槽，例如第一子凹槽211和第二子凹槽212。通过设置分隔部21可以更精确控制胶液的量，胶液在各个子凹槽内能够更容易实现均匀分布，确保了纳米压印的一致性和准确性，提高了压印效率。

进一步地，纳米压印模具的表面（包括微结构30的表面、第一表面11、第二表面12、凹槽20的内表面）以及通孔40内壁覆有抗粘附膜。抗粘附膜可以防止胶液停留至纳米压印模具的表面以及通孔40内壁。抗粘附膜的抗粘附材料包括全氟辛基三氯硅烷、聚四氟乙烯、全氟癸基三氯硅烷中的一种。优选地，抗粘附膜的厚度范围为4nm~16nm。

本实施例中纳米压印模具的材料包括硅。

如图5所示，一实施例中凹槽20底部的通孔40处设有多个微控开关50，微控开关50用于控制通孔40的导通或关断。微控开关50在第一状态下，微控开关50覆盖通孔40以使通孔40关断，微控开关50在第二状态下，微控开关50打开以使通孔40导通。可选地，微控开关50为MEMS（Micro Electro Mechanical Systems）开关。

基于本实施例提出的纳米压印模具结合衬底进行纳米压印时，微结构30与衬底之间不会形成残余的压印胶层，因此不需要后续加工程序（例如增加一步反应离子束刻蚀工艺来除去压印胶残余层），大大降低了加工的工序与难度，提高了目标纳米结构的保真度。

实施例2：

如图6和图7所示，本实施例提供一种纳米压印模具的制备方法，方法包括：

S11，在基板的第一表面11上制备凹陷设置的凹槽20。本实施例中的基板的材料为硅，在基板的第一表面11上通过刻蚀或腐蚀的方式获得凹槽20。

S12，在基板的第二表面12上通过制备凸出于第二表面12的微结构30。

S13，在基板10上制备贯穿凹槽20底部与第二表面12的多个通孔40，通孔40位于微结构30旁侧。优选地，采用激光刻蚀通孔40。

进一步地，本实施例中制备方法还包括：在纳米压印模具的表面以及通孔40内壁制备抗粘附膜。具体地，在真空条件下，采用加热蒸发方式蒸发抗粘附材料（全氟辛基三氯硅烷、聚四氟乙烯、全氟癸基三氯硅烷中的一种）并使之气化，抗粘附材料粒子飞至纳米压印模具的表面以及通孔40内壁并凝聚成抗粘附膜。

如图8所示，进一步地，本实施例中制备方法还包括：在凹槽20底部的通孔40处设置多个微控开关50，微控开关50用于控制通孔40的导通或关断。可选地，微控开关50为MEMS（Micro Electro Mechanical Systems）开关。

实施例3：

如图9和图10所示，本实施例提供一种纳米压印方法，方法包括：

S21，提供衬底60以及纳米压印模具。

S22，将纳米压印模具的微结构30与衬底60对准压合，并向凹槽20内填充胶液，以使胶液通过通孔40填充至衬底60与纳米压印模具之间。将微结构30与衬底60对准压合时，施加一定的压力以使衬底60与纳米压印模具完全贴覆。

S23，对胶液进行固化处理，例如采用紫外线固化。

S24，剥离纳米压印模具，并在衬底60上获得目标纳米压印图案70。

如图10所示，方法还包括：通过微控开关50控制通孔关断，向凹槽20内填充胶液；

通过微控开关50控制通孔导通以使胶液通过通孔40填充至衬底60与纳米压印模具之间；

通过微控开关50控制通孔关断。可选地，微控开关50为MEMS（Micro ElectroMechanical Systems）开关。

如图10所示，基于如图2所示纳米压印模具得到的目标纳米压印图案。微结构30与衬底之间不会形成残余的压印胶层，因此不需要后续加工程序（例如增加一步反应离子束刻蚀工艺来除去压印胶残余层），大大降低了加工的工序与难度，提高了目标纳米结构的保真度。

由以上技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

本发明通过设置通孔40以及微结构30，微结构30与衬底60之间不会形成残余的压印胶层，因此不需要后续加工程序（例如增加一步反应离子束刻蚀工艺来除去压印胶残余层），大大降低了加工的工序与难度，提高了目标纳米图案的保真度和质量；

通过在凹槽20内设置分隔部21精确控制胶液量，胶液在凹槽内能够实现均匀分布，确保了纳米压印的一致性和准确性，且提高了压印效率；

通过在纳米压印模具的表面以及通孔40内壁设置抗粘附膜，避免胶液残留，提升纳米压印质量。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种纳米压印模具，其特征在于，所述纳米压印模具包括基板，所述基板具有相对设置的第一表面和第二表面，所述基板的第二表面上形成有凸出于第二表面的微结构，所述基板的第一表面上形成有凹陷设置的凹槽，所述基板上还设有贯穿凹槽底部与第二表面的多个通孔，所述通孔位于微结构旁侧。

2.根据权利要求1所述的纳米压印模具，其特征在于，所述微结构呈间隔分布，所述通孔呈间隔分布，所述通孔的尺寸小于或等于微结构的尺寸；和/或，

所述微结构为柱状微结构，所述柱状微结构呈阵列式间隔分布，所述柱状微结构的尺寸为1μm~1000μm，所述通孔为圆形通孔，所述圆形通孔呈阵列式间隔分布，所述圆形通孔的尺寸为0.8μm~1000μm，且所述圆形通孔的尺寸小于或等于柱状微结构的尺寸。

3.根据权利要求1所述的纳米压印模具，其特征在于，所述凹槽的深度大于或等于微结构的高度。

4.根据权利要求1所述的纳米压印模具，其特征在于，所述凹槽内设有若干分隔部，所述分隔部的底部与凹槽底壁相接触，分隔部的两侧分别与凹槽侧壁相接触。

5.根据权利要求1所述的纳米压印模具，其特征在于，所述纳米压印模具的表面以及通孔内壁覆有抗粘附膜。

6.根据权利要求5所述的纳米压印模具，其特征在于，所述抗粘附膜的抗粘附材料包括全氟辛基三氯硅烷、聚四氟乙烯、全氟癸基三氯硅烷中的一种；和/或，

所述抗粘附膜的厚度范围为4nm~16nm。

7.根据权利要求1所述的纳米压印模具，其特征在于，所述凹槽底部的通孔处设有多个微控开关，所述微控开关用于控制通孔的导通或关断。

8.一种纳米压印模具的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

在基板的第一表面上制备凹陷设置的凹槽；

在基板的第二表面上制备凸出于第二表面的微结构；

在基板上制备贯穿凹槽底部与第二表面的多个通孔，所述通孔位于微结构旁侧。

9.一种纳米压印方法，其特征在于，所述方法包括：

提供衬底以及如权利要求1~7中任一项所述的纳米压印模具；

将纳米压印模具的微结构与衬底对准压合，并向凹槽内填充胶液，以使胶液通过通孔填充至衬底与纳米压印模具之间；

对胶液进行固化处理；

剥离纳米压印模具，并在衬底上获得目标纳米压印图案。

10.根据权利要求9所述的纳米压印方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过微控开关控制通孔关断，并向凹槽内填充胶液；

通过微控开关控制通孔导通以使胶液通过通孔填充至衬底与纳米压印模具之间。