基於回流技術減少納米壓印複製品表面粗糙度的方法
2023-06-06 00:04:26
專利名稱：基於回流技術減少納米壓印複製品表面粗糙度的方法
技術領域：
本發明涉及的是一種微機電技術領域的方法，具體地說，是一種基於回流技術減少納米壓印複製品表面粗糙度的方法。
背景技術：
在微電子工藝中，通常採用光學光刻的方法來形成圖案，但其成本高，而且出現了許多重要的技術難題，如解析度及材料的選擇，同時光學光刻不適合加工非平整表面、不能在表面形成特定的化學功能基團和難以形成三維結構。電子束光刻生產效率太低；X線光刻的工具相當昂貴。納米壓印採用高解析度電子束或離子束等方法將納米結構圖案制在印章上，然後用圖案化的印章使聚合物材料變形而在聚合物上形成結構圖案。具體過程是首先將聚合物旋塗到襯底材料上，然後將印章和襯底一起加熱到聚合物的玻璃化溫度以上，通過施加壓力使聚合物變形，保持高溫高壓一段時間後降溫減壓，使聚合物冷卻到其玻璃化溫度以下，聚合物圖案被固化成型。這樣就可以廉價高效地複製印章上的圖案結構。
經對現有技術文獻的檢索發現，M.Konijn，M.M.Alkaisi和R.J.Blaikie等人在Microele ctronic Engineering vol 78-79(2005)pp653-658撰文」Nanoimprintlithography of sub-100nm 3D structures」(「亞100nm三維結構的納米壓印「《微電子工程》)。其原理是通過加溫加壓的方式，使聚合物物理變形，聚合物在高溫高壓下開始流動從而填充印章中的空腔，最終印章上的納米圖案被複製到聚合物中。這樣得到的聚合物結構其表面光潔度不夠，需要措施減少表面粗糙度使其表面光潔度得以提升。
發明內容
本發明的目的在於針對現有技術的不足和缺陷，提供一種基於回流技術減少納米壓印複製品表面粗糙度的方法，使其通過增加回流工藝得到光潔度更高的微納米結構。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明通過增加回流工藝來改善聚合物表面光潔度，首先加工母板及對母板表面進行處理，然後用母板對聚合物實施熱壓或納米壓印得到聚合物微納米結構，最後利用加熱回流以降低聚合物的粗糙度。
以下對本發明作進一步的說明，具體如下(1)加工母板及對母板表面進行處理採用聚焦離子束刻蝕加工母板，其工藝條件為加速電壓20-30kV，離子束流1-100pA。母板為矽或金屬材料。矽母板表面必須進行矽烷化工藝處理，使隨後的脫模方便，採用烷基矽烷進行處理，如(1，1，2，2H過氟癸基)-三氯矽烷，(1，1，2，2H過氟辛基)-三氯矽烷。這樣可在表面形成自組裝分子層，這是一層表面自由能較低的單分子層，從而使脫模容易。對於金屬母板，通過濺射將含氟聚合物薄膜沉積在金屬如鎳母板上，從而也起到抗粘的作用，使脫模方便。含氟聚合物包括CF4/H2或CHF3離子體源。
所述的濺射，其工藝條件為真空度2-9*10-3Pa，濺射速率2～30nm/min，射頻濺射功率0.5-1kW。
(2)用母板對聚合物實施熱壓得到聚合物結構用處理過的母板對聚合物熱壓或納米壓印，常用的設備是模壓機和納米壓印機，它們具有控制精度高、自動化程度高的優勢，在要求不是很嚴格時也可採用在烘箱中加熱加壓的方法實施。可用的聚合物有聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PETG)、聚合物SU8、聚合物mr-I 9020。具體的工藝過程是首先將壓印後聚合物進行加熱，加熱溫度比聚合物玻璃化溫度高0-80℃，施加壓力，維持1-10分鐘後，降溫到聚合物玻璃化溫度以下並降壓，最後脫模得到聚合物模具。
(3)利用回流減少聚合物表面粗糙度將得到的聚合物結構放在熱板上或烘箱裡進行加熱，加熱溫度比熱壓溫度高0-20℃，加熱時間在1～10分鐘範圍內。在高溫下，聚合物會重新流動，趨向於更光滑，從而使聚合物的粗糙度降低。這裡控制回流溫度是關鍵，且因為不同的聚合物有不同的玻璃化溫度，因此回流溫度也各不相同。如果回流溫度太低，聚合物不能回流；溫度太高，有可能使聚合物過分回流從而降低聚合物結構的深寬比，嚴重時會導致聚合物結構丟失。
通過本發明中增加的回流工藝，得到的聚合物結構其粗糙度得到降低，光潔度得到進一步提高。
具體實施例方式
實施例1壓印mr-I 9020，140℃回流1分鐘(1)加工母板及對母板表面進行處理採用聚焦離子束刻蝕加工母板，其工藝條件為加速電壓25kV，離子束流50pA。矽母板表面必須進行矽烷化工藝處理，這樣做的目的是使隨後的脫模方便，可採用烷基矽烷(1，1，2，2H過氟癸基)-三氯矽烷進行處理。這樣可在表面形成自組裝分子層，這是一層表面自由能較低的單分子層，從而使脫模容易。
(2)用母板對聚合物實施熱壓得到聚合物結構首先將聚合物mr-I 9020用微電子工業中常用的甩膠機旋塗到雙面拋光的矽片上，然後用處理過的矽母板對聚合物實施納米壓印，壓印溫度為140℃，施加壓力800N，維持300s後，降溫到聚合物玻璃化溫度以下40℃，並去除壓力，最後脫模得到聚合物微納米結構。
(3)利用回流減少聚合物表面粗糙度將得到的聚合物結構放在熱板進行加熱，加熱溫度略高於聚合物的玻璃化溫度，採用溫度為140℃。回流時間1分鐘。
得到的聚合物結構其粗糙度都得到降低，聚合物會重新流動，趨向於更光滑，從而使聚合物的粗糙度降低。經測試表明，其粗糙度可由處理前的118.859nm降至處理後的40.524nm。
實施例2壓印mr-I 9020，150℃回流5分鐘(1)加工母板及對母板表面進行處理採用聚焦離子束刻蝕加工母板，其工藝條件為加速電壓25kV，離子束流50pA。矽母板表面必須進行矽烷化工藝處理，這樣做的目的是使隨後的脫模方便，可採用烷基矽烷(1，1，2，2H過氟癸基)-三氯矽烷進行處理。這樣可在表面形成自組裝分子層，這是一層表面自由能較低的單分子層，從而使脫模容易。
(2)用母板對聚合物實施熱壓得到聚合物結構首先將聚合物mr-I 9020用微電子工業中常用的甩膠機旋塗到雙面拋光的矽片上，然後用處理過的矽母板對聚合物實施納米壓印，壓印溫度為140℃，施加壓力800N，維持300s後，降溫到聚合物玻璃化溫度以下40℃，並去除壓力，最後脫模得到聚合物微納米結構。
(3)利用回流減少聚合物表面粗糙度將得到的聚合物結構放在熱板進行加熱，加熱溫度略高於聚合物的玻璃化溫度，採用溫度為150℃，回流時間5分鐘。
得到的聚合物結構其粗糙度都得到降低，聚合物會重新流動，趨向於更光滑，從而使聚合物的粗糙度降低。經測試表明，其粗糙度可由處理前的118.859nm降至處理後的20.027nm。
實施例3壓印mr-I 9020，160℃回流10分鐘(1)加工母板及對母板表面進行處理採用聚焦離子束刻蝕加工母板，其工藝條件為加速電壓25kV，離子束流50pA。矽母板表面必須進行矽烷化工藝處理，這樣做的目的是使隨後的脫模方便，可採用烷基矽烷(1，1，2，2H過氟癸基)-三氯矽烷進行處理。這樣可在表面形成自組裝分子層，這是一層表面自由能較低的單分子層，從而使脫模容易。
(2)用母板對聚合物實施熱壓得到聚合物結構首先將聚合物mr-I 9020用微電子工業中常用的甩膠機旋塗到雙面拋光的矽片上，然後用處理過的矽母板對聚合物實施納米壓印，壓印溫度為140℃，施加壓力800N，維持300s後，降溫到聚合物玻璃化溫度以下40℃，並去除壓力，最後脫模得到聚合物微納米結構。
(3)利用回流減少聚合物表面粗糙度將得到的聚合物結構放在熱板進行加熱，加熱溫度略高於聚合物的玻璃化溫度，採用溫度為160℃。回流時間10分鐘。
得到的聚合物結構其粗糙度都得到降低，聚合物會重新流動，趨向於更光滑，從而使聚合物的粗糙度降低。經測試表明，其粗糙度可由處理前的118.859nm降至處理後的30.128nm。
權利要求
1.一種基於回流技術減少納米壓印複製品表面粗糙度的方法，其特徵在於，首先加工母板及對母板表面進行處理，然後用母板對聚合物實施熱壓或納米壓印得到聚合物微納米結構，最後利用加熱回流以降低聚合物的粗糙度。
2.根據權利要求1所述的基於回流技術減少納米壓印複製品表面粗糙度的方法，其特徵是，所述的加工母板及對母板表面進行處理，其方法如下採用聚焦離子束刻蝕加工母板，其工藝條件為加速電壓20-30kV，離子束流1-100pA，母板是矽或金屬材料，對於矽母板，表面必須進行矽烷化工藝處理，矽烷化工藝採用烷基矽烷化進行處理，對於金屬母板，通過濺射將含氟聚合物薄膜沉積在金屬母板上。
3.根據權利要求2所述的基於回流技術減少納米壓印複製品表面粗糙度的方法，其特徵是，所述的烷基矽烷，包括1，1，2，2H過氟辛基-三氯矽烷、1，1，2，2H過氟癸基-三氯矽烷。
4.根據權利要求2所述的基於回流技術減少納米壓印複製品表面粗糙度的方法，其特徵是，所述的含氟聚合物，包括CF4/H2或CHF3等離子體源。
5.根據權利要求1所述的基於回流技術減少納米壓印複製品表面粗糙度的方法，其特徵是，所述的用母板對聚合物實施熱壓或納米壓印得到聚合物微納米結構，其方法如下首先將母板和聚合物進行加熱，加熱溫度比聚合物玻璃化溫度高0-80℃，施加壓力，維持1～10分鐘後，降溫到聚合物玻璃化溫度以下並降壓，最後脫模得到聚合物微納米結構。
6.根據權利要求1所述的基於回流技術減少納米壓印複製品表面粗糙度的方法，其特徵是，所述的熱壓或納米壓印，其採用的工具包括模壓機、納米壓印機或烘箱。
7.根據權利要求5所述的基於回流技術減少納米壓印複製品表面粗糙度的方法，其特徵是，所述的聚合物，包括塊狀聚合物板材聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚合物mr-I 9020、聚合物SU8。
8.根據權利要求1所述的基於回流技術減少納米壓印複製品表面粗糙度的方法，其特徵是，所述的加熱回流，其方法如下將得到的聚合物結構進行加熱，加熱溫度比熱壓溫度高0-20℃，加熱時間在1～10分鐘範圍內。
9.根據權利要求8所述的基於回流技術減少納米壓印複製品表面粗糙度的方法，其特徵是，所述的加熱包括熱板加熱、烘箱加熱。
10.根據權利要求2所述的基於回流技術減少納米壓印複製品表面粗糙度的方法，其特徵是，所述的濺射，其工藝條件為真空度2-9*10-3Pa，濺射速率2～30nm/min，射頻濺射功率0.5-1kW。
全文摘要
一種基於回流技術減少納米壓印複製品表面粗糙度的方法，屬於微納米聚合物結構和器件、微機電技術領域。本發明通過增加回流工藝來改善聚合物表面光潔度，首先加工母板及對母板表面進行處理，然後用母板對聚合物實施熱壓或納米壓印得到聚合物複製品，最後用加熱回流的方式使聚合物重新流動。本發明通過增加的回流工藝可使聚合物微納米結構的粗糙度大大降低，光潔度得到進一步提高。
文檔編號H01L21/00GK1727994SQ200510028218
公開日2006年2月1日 申請日期2005年7月28日 優先權日2005年7月28日
發明者劉景全, 孫洪文, 陳迪, 顧盼, 朱軍 申請人:上海交通大學