CN1588232A

CN1588232A - 基于旋涂和键合实现微纳米图案转移的方法

Info

Publication number: CN1588232A
Application number: CN 200410053487
Authority: CN
Inventors: 刘景全; 孙洪文
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2004-08-05
Filing date: 2004-08-05
Publication date: 2005-03-02
Anticipated expiration: 2024-08-05
Also published as: CN1303478C

Abstract

一种基于旋涂和键合实现微纳米图案转移的方法，用于纳米技术领域。本发明首先加工母板及对母板表面进行处理，然后采用旋涂的方法在母板表面旋涂聚合物预聚体并固化，接着在固化的聚合物上键合基片并剥离母板，最后采用反应离子刻蚀除去凹处残留的聚合物便在基底上形成了聚合物的图案，或者将聚合物图案转移到基底上。通过本发明中的旋涂和键合工艺，可减少固化步骤和固化时间，加快工艺流程，且与微电子工艺相兼容，可以用此法廉价而又快速地大规模生产微纳米结构图案和器件。

Description

基于旋涂和键合实现微纳米图案转移的方法

技术领域

本发明涉及一种在母板上旋涂聚合物并在其上键合基片的方法，具体是一种基于旋涂和键合实现微纳米图案转移的方法。用于纳米技术领域。

背景技术

在现有技术中通常采用光学光刻的方法来形成图案，随着光学曝光工具的成本增长，以及波长的减小，出现了许多重要的技术难题，如分辨率及材料的选择；另外，光学光刻还具有不适合加工非平整表面和难以形成三维结构等缺点。在下一代光刻技术中，电子束光刻生产效率太低；X线光刻的工具相当昂贵。微转移模塑是针对光学光刻的不足提出的加工微米纳米结构的新方法，首先采用在母板表面浇铸的方法形成聚二甲基硅氧烷(PDMS)印章，然后在PDMS印章上施加液态预聚物，然后将含有预聚物的印章与基底表面接触，采用紫外或热固化后，剥离PDMS印章即在衬底上形成了聚合物的图案。

经对现有技术的文献检索发现，Xiao-Mei Zhao等人在《Applied PhysicsLetter》，vol71，No.8(1997)pp1017-1019页上撰文：“Demonstration ofwaveguide couplers fabricated using microtransfer molding”(“采用微转移模塑方法加工波导耦合器的研究”，《应用物理快报》)。其中聚合物光学波导的加工采用的即是微转移模塑技术。首先使用标准光学光刻工艺在母板上形成光刻胶图案，接着在光刻胶上浇铸PDMS，固化后剥离母板得到PDMS印章；然后在PDMS上的凹型微结构中填充聚亚安酯液态预聚体，并倒置放在硅基底上用紫外光固化；最后剥离PDMS印章，在基底上制成聚亚安酯的图案。该技术的缺点是固化过程较为繁琐，因为除了PDMS预聚体需固化外，还要固化聚亚安酯液态预聚体；另外，PDMS预聚体采用浇铸的方法，其固化所需时间多于采用旋涂方法所需的时间。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足和缺陷，提供一种基于旋涂和键合实现微纳米图案转移的方法。使其基于在母板上旋涂聚合物并在其上键合基片，实现图案转移，通过旋涂和键合达到加快固化过程和减少固化时间的目的，从而更有利于大规模生产微纳米图案结构和器件。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明首先加工母板及对母板表面进行处理，然后采用旋涂的方法在母板表面旋涂聚合物预聚体并固化，接着在固化的聚合物上键合基片并剥离母板，最后采用反应离子刻蚀除去凹处残留的聚合物便在基底上形成了聚合物的图案，或者将聚合物图案转移到基底上。

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、聚焦离子束刻蚀加工母板。母板可以是硅/二氧化硅等材料。对硅/二氧化硅母板表面应进行硅烷化工艺处理，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(1，1，2，2 H过氟癸基)-三氯硅烷等。

(2)在母板表面旋涂聚合物预聚体并固化

首先将聚合物预聚体和该聚合物对应的固化剂混和搅拌，接着放入真空箱脱气，然后将混和的聚合物通过甩胶台旋涂到母板上，最后放入烘箱中加热固化。

(3)在固化的聚合物上键合基片并剥离母板

首先采用干氧或湿氧方法将硅片氧化，然后采用键合设备将聚合物和基片键合在一起，最后将键合好的聚合物和基片一起剥离母板。

(4)在基底形成图案

采用反应离子刻蚀设备除去凹处残留的聚合物，从而在基底上形成了聚合物的图案。可以进一步以聚合物为掩模，通过采用刻蚀或剥离工艺将图案转移到硅基底上。若采用剥离工艺，在键合前需在基片上溅射一薄层金属。

通过本发明中的旋涂和键合工艺，可减少固化步骤和固化时间，加快工艺流程，且与微电子工艺相兼容，可以用此法实现廉价而又快速地大规模生产微纳米结构图案和器件。

具体实施方式

以下以聚二甲基硅氧烷(PDMS：poly(dimethylsiloxane))为例，通过对转移微纳米图案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

采用感应耦合等离子体刻蚀的方法加工一块母板。母板采用的是硅材料。母板上的图案是重复的单元，每个单元又有各种不同的图案，如字母，折线和六边形等，其线宽从2μm到20μm不等。用(1，1，2，2 H过氟癸基)-三氯硅烷对硅母板表面进行硅烷化工艺处理。

(2)在母板表面旋涂PDMS预聚体并固化

首先将PDMS预聚体(罗地亚RTV 3838A)和对应的固化剂(罗地亚RTV3838B)按10∶1混和搅拌，接着放入真空箱脱气30分钟，然后将PDMS预聚体通过甩胶台旋涂到硅母板上，其转速约为2000rpm。最后放入烘箱，65℃烘烤固化1小时。

(3)在固化的PDMS上键合硅圆片并剥离母板

首先清洗硅圆片并烘干，采用干氧方法对硅片氧化，然后采用键合设备将PDMS和氧化过的硅圆片键合在一起，键合温度为200℃，卡盘压力为300mbar。最后将键合好的PDMS和硅圆片一起剥离母板。

(4)在基底形成图案

采用反应离子刻蚀设备除去凹处残留的PDMS，刻蚀所用气体为氧气，时间为40s，从而在基底上形成了PDMS的图案。

经过旋涂和键合工艺，并基底上形成了PDMS的图案，然后通过氧气反应离子刻蚀将图案转移到基底上，在基底上形成的图案完全地复制了原来母板上的图案，实现了微纳米结构完全从母板转移到基底上的目的。

Claims

1、一种基于旋涂和键合实现微纳米图案转移的方法，其特征在于，首先加工母板及对母板表面进行处理，然后采用旋涂的方法在母板表面旋涂聚合物预聚体并固化，接着在固化的聚合物上键合基片并剥离母板，最后采用反应离子刻蚀除去凹处残留的聚合物便在基底上形成了聚合物的图案，或者将聚合物图案转移到基底上。

2、根据权利要求1所述的基于旋涂和键合实现微纳米图案转移的方法，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、干法或湿法刻蚀或聚焦离子束刻蚀加工母板，母板是硅/二氧化硅材料，对硅/二氧化硅母板表面应进行硅烷化工艺处理，使随后的脱模方便，采用烷基硅烷化进行处理。

3、根据权利要求2所述的基于旋涂和键合实现微纳米图案转移的方法，其特征是，所述的烷基硅烷方法包括使用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所述的基于旋涂和键合实现微纳米图案转移的方法，其特征是，所述的在母板表面旋涂聚合物预聚体并固化，具体如下：

首先将聚合物预聚体和该聚合物对应的固化剂混和搅拌，接着放入真空箱脱气，然后将聚合物混合物通过甩胶台旋涂到母板上，再进行固化。

5、根据权利要求1或者4所述的基于旋涂和键合实现微纳米图案转移的方法，其特征是，所述的聚合物，包括聚二甲基硅氧烷PDMS，聚氨基甲酸酯PU，聚酰亚胺PI。

6、根据权利要求1或者4所述的基于旋涂和键合实现微纳米图案转移的方法，其特征是，所述的固化，包括在烘箱中加热和紫外辐照。

7、根据权利要求1所述的基于旋涂和键合实现微纳米图案转移的方法，其特征是，所述的在固化的聚合物上键合基片并剥离母板，具体如下：

8、根据权利要求1所述的基于旋涂和键合实现微纳米图案转移的方法，其特征是，所述的在基底形成图案，具体如下：

采用反应离子刻蚀设备除去凹处残留的聚合物，从而在基底上形成了聚合物的图案，或者进一步以聚合物为掩模，将图案转移到硅衬底上。

9、根据权利要求8所述的基于旋涂和键合实现微纳米图案转移的方法，其特征是，将将图案转移到硅衬底上，包括通过采用刻蚀或剥离工艺将图案转移到硅基底上，若采用剥离工艺，在键合前需在基片上溅射一薄层金属。