CN1562731A - 基于旋涂的纳米复制方法 - Google Patents

Abstract

一种基于旋涂的纳米复制方法，用于微机电系统、纳米压印和软刻蚀领域。本发明通过旋涂覆制出纳米图案，首先加工母板及对母板表面进行处理，然后在母板表面旋涂聚合物预聚体并固化成型，最后进行脱模，得到复制出的母板上的图案。通过本发明，可得到均匀性较高的纳米图案，相对于传统的得到纳米结构的方法具有均匀性好、廉价、方便的优点，且与微电子工艺兼容，可以进行大规模地复制纳米图案。

Description

基于旋涂的纳米复制方法

技术领域

本发明涉及一种用于纳米压印和软刻蚀技术领域的图案复制工艺，具体是一种基于旋涂的纳米复制方法。

背景技术

在传统的微电子工艺中，一般采用光学光刻的方法来形成图案。然而光学曝光工具的成本随着波长的减少正以指数增长。光学光刻现在采用深紫外光，然而随着波长的减小，出现了许多新的和重要的技术难题，如分辨率及材料的选择。在下一代光刻技术中，电子束光刻已被证明有非常高的分辨率，但其生产效率太低；X线光刻虽然可具备高产率，但X线光刻的工具相当昂贵。高分辨率的印刷技术是纳米加工中的重要工艺，可实现降低纳米加工的成本，增加图案应用领域。软刻蚀是形成纳米图案的廉价印刷方法。软刻蚀是微接触印刷、微转移模塑、复制模塑、毛细辅助模塑和溶剂辅助模塑等技术的合称。

经文献检索发现，Amit Kumar等人在《Appl.Phys.Lett》，vol633，No.14(1993)pp2002-2004页上撰文：“Features of gold having micrometer tocentimeter dimension can be formed through a combination of stamping withan elastomeric stamp and an alkanethiol“ink”followed by chemicaletching”(“结合弹性印章和烷基硫醇“墨”及随后的化学刻蚀可在金上形成从微米至厘米尺度的特征图形”，《应用物理快报》)。其原理是通过弹性印章将其上的纳米图案精确复制到基片上。其中可重复利用的弹性印章的制作是关键，因为印章上的图形质量直接决定了基片上的图形质量。弹性印章由聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成。制作PDMS印章的技术是在母板的表面浇铸PDMS预聚体，并经固化成型。但缺点是需要较长时间才能形成均匀性良好的表面。这是因为PDMS预聚体的粘度较大，流动性差，因此有必要通过外界的作用使它加快流动，为此提出了通过旋涂的方法来加速流动，并使均匀性得到增强。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足和缺陷，提供一种基于旋涂的纳米复制方法，使其通过旋涂工艺得到均匀性比浇铸方法进一步加强的模板，从而实现廉价而又大规模地复制纳米图案的目的。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明方法的核心是通过旋涂复制出纳米图案，首先加工母板及对母板表面进行处理，然后在母板表面旋涂聚合物预聚体并固化成型，最后进行脱模，得到复制出的母板上的图案。

以下对本发明作进一步的说明，具体如下：

(1)加工母板及对母板表面进行处理

采用光学光刻、微机械加工、电子束光刻、干法或湿法刻蚀和聚焦离子束刻蚀加工母板。对母板表面进行处理除了常规的清洗步骤外，还有一个重要的工艺，即硅烷化工艺，这样做的目的是使随后的脱模方便。可采用烷基硅烷进行处理，如(1，1，2，2H过氟辛基)-三氯硅烷，(1，1，2，2H过氟癸基)-三氯硅烷等。这样可在表面形成自组装分子层SAM。这种方法的原理是在母板表面形成一层表面自由能较低的分子层，从而使脱模容易。

(2)在母板表面旋涂聚合物预聚体并固化成型

对母板表面进行处理后，在表面上旋涂聚合物的预聚体。旋涂在甩胶台上进行。采用的旋涂工艺和甩胶台是微电子工艺中常用的工艺和设备，因此具有与微电子工艺相兼容的优点。常用的聚合物是聚二甲基硅氧烷(PDMS)，它具有表面能小、平整性好的优点。其他可用的聚合物有聚乙烯醇、聚氨酯、聚酰亚胺等。固化的方法有紫外光照和热处理，另外如果对加工周期没有严格要求时，可在室温下自然固化。

(3)脱模

最后，将聚合物从母板上揭开，得到聚合物模板，如PDMS模板。得到的模板可以有多种用途，如可用于软刻蚀、紫外压印和步进闪光压印等。

通过本发明中的旋涂工艺，在离心力的作用下，可得到均匀性较高的纳米图案，相对于传统的得到纳米结构的方法具有均匀性好、廉价、方便的优点，且与微电子工艺兼容，可以进行大规模地复制纳米图案。

具体实施方式

以下通过制作PDMS印章的具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述。

1、加工母板及对母板表面进行处理

用电子束得到较为精细的纳米结构母板，对母板表面进行常规的清洗(将母板放入丙酮，在兆声池中振动5分钟；接着将母板放入乙醇，在兆声池中再振动5分钟；最后放入去离子水，在兆声池中振动2分钟)，接着用(1，1，2，2H过氟辛基)-三氯硅烷进行硅烷化处理。

2、在母板表面旋涂PDMS预聚体并固化成型

将PDMS预聚体(罗地亚公司产，V-3040A)与固化剂(V-3040B)按10∶1比例混合，用玻璃棒搅拌均匀，真空脱气30分钟后，浇到母板上，用针尖去除气泡，放在甩胶台的底盘上用真空吸住母板，接着在300rpm的转速下旋转。从而在母板表面形成均匀覆盖的PDMS预聚体。采用热处理的方法固化：在65℃度下固化3小时。

3、脱模

最后，将固化后的PDMS片从母板表面上揭开，得到PDMS模板(印章)。PDMS模板上的纳米图案较好地复制了母板上的原有图案。这是因为所用的甩胶台是微电子工艺中常用的标准设备，可以较好地控制转速，这样PDMS在离心力的作用下加速流动，使其达到高度的均匀分布，并充分填充母板上的空腔，从而能高保真地复制母板上的图案。

Claims (4)

1、一种基于旋涂的纳米复制方法，其特征在于，通过旋涂复制出纳米图案，首先加工母板及对母板表面进行处理，然后在母板表面旋涂聚合物预聚体并固化成型，最后进行脱模，得到复制出的母板上的图案。

2、根据权利要求1所述的基于旋涂的纳米复制方法，其特征是，所述的加工母板及对母板表面进行处理，具体如下：

采用光学光刻、微机械加工、电子束光刻、干法或湿法刻蚀和聚焦离子束刻蚀加工母板，对母板表面进行处理，除了常规的清洗步骤外，还要进行硅烷化工艺，采用烷基硅烷进行处理，在表面形成自组装分子层，从而使脱模容易。

3、根据权利要求2所述的基于旋涂的纳米复制方法，其特征是，所述的烷基硅烷，包括：1，1，2，2H过氟辛基-三氯硅烷、1，1，2，2H过氟癸基-三氯硅烷。

4、根据权利要求1所述的基于旋涂的纳米复制方法，其特征是，所述的在母板表面旋涂聚合物预聚体并固化成型，具体如下：

当加工母板和对母板表面进行处理后，在表面上旋涂聚合物的预聚体，旋涂在甩胶台上进行，聚合物采用PDMS，或聚乙烯醇或聚氨酯或聚酰亚胺，固化的方法采用紫外光照或热处理，或者在室温下自然固化。