滾輪式紫外線軟壓印方法
2023-12-08 04:05:41
專利名稱：滾輪式紫外線軟壓印方法
技術領域：
本發明屬於微納米器件製作技術領域，具體涉及一種納米壓印方法。
背景技術：
微納米器件製作工藝，為近十多年來興起的隨著光電子應用領域，通訊領域，生物探測領域的發展需要而誕生的高新技術。即在半導體，金屬及其它各種材料上，根據應用需要，製作出尺寸在微米級或納米級的結構，此結構結合材料本身的特性，具有獨特的應用。 微納米器件製作的主要工藝流程，包括電子束寫版技術，紫外光寫版技術，離子體蝕刻技術，金屬蒸鍍技術等。納米壓印技術，是微納米器件製作工藝中的一個重要技術，納米壓印技術最早由 Stephen Y Chou教授在1995年率先提出，這是一種不同與傳統光刻技術的全新圖形轉移技術。納米壓印技術的定義為不使用光線或者輻照使光刻膠感光成形，而是直接在矽襯底或者其它襯底上利用物理學的機理構造納米尺寸圖形，與傳統光刻技術相比，其優點在於
1)不依賴於光學曝光，解析度高；
2)不需要昂貴的雷射器和複雜精密的光學系統，成本低；
3)可以實現並行的圖形轉換；
4)三維複雜結構的一次成型。現有的納米壓印技術主要有三種熱壓印技術、紫外線壓印技術和微接觸納米壓印技術。其中，由於熱壓印技術固有的升降溫過程和高壓過程，目前還存在效率低的問題， 實用中具有相當的技術難度；而紫外線壓印技術是通過在壓印膠中摻入光敏物質使得壓印膠在紫外光照後可以固化從而實現室溫壓印的納米壓印技術，其工藝所要求的壓力也大大降低，因此紫外線壓印技術是一種比較有前途的納米圖形轉換技術，對其進行優化和改進，具有顯著的市場價值。
發明內容
有鑑於此，本發明提供了一種滾輪式紫外線軟壓印方法，可以實現大尺寸樣片的均勻壓印，整個工藝過程簡單，沒有高溫高壓過程，不需要昂貴的雷射器和光學器件，壓印時間短，可控性高。本發明的滾輪式紫外線軟壓印方法，包括以下步驟
1)應用微細加工技術製作硬壓印模；
2)利用硬壓印模翻刻製作軟壓印模；
3)在襯底表面塗覆壓印膠；
4)利用滾輪線性滾壓軟壓印模，將軟壓印模上的壓印圖形壓印到襯底表面的壓印膠
上；
5)使用紫外光對壓印膠進行充分曝光；
6)壓印膠完全固化後，剝離軟壓印模。
進一步，所述步驟1)中，所述微細加工技術為電子束曝光和幹法刻蝕。進一步，所述步驟1)中，所述製作硬壓印模的具體步驟為
A.在硬模板上塗覆電子束膠；
B.按照設計的壓印圖形對電子束膠進行電子束曝光；
C.顯影獲得電子束膠上的壓印圖形；
D.以電子束膠為掩模利用幹法刻蝕進行硬模板的刻蝕；
E.去除殘餘電子束膠完成硬壓印模的製作。進一步，所述電子束膠為ZEP520A或PMMA。進一步，所述硬模板為矽晶片。進一步，所述硬模板為石英板，且在所述步驟A中，在電子束膠上蒸發或澱積導電層。進一步，所述步驟2)中，所述利用硬壓印模翻刻製作軟壓印模的具體步驟為
a.在硬壓印模有壓印圖形的一面上旋轉塗覆高彈性模量的PDMS溶液；
b.在熱板上對高彈性模量的PDMS溶液進行熱固化；
c.在高彈性模量的PDMS表面塗覆低彈性模量的PDMS溶液；
d.在熱板上對低彈性模量的PDMS溶液進行熱固化；
e.將固化的PDMS雙層模從硬壓印模上剝離下來，得到軟壓印模。進一步，所述壓印膠為LR8765、Amonil series 或 OG 146。進一步，所述襯底材料為石英、矽、藍寶石、砷化鎵、銦鎵砷、氮化鎵或各種金屬。本發明的有益效果在於本發明結合了紫外線壓印、軟壓印和滾輪式壓印的優點， 克服了普通硬模壓印在大面積圖形轉換中均勻性問題，減小了襯底彎曲和表面不平整的影響，可以實現大尺寸樣片的均勻壓印，整個工藝過程簡單，沒有高溫高壓過程，不需要昂貴的雷射器和光學器件，壓印時間短，可控性高。
為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細描述，其中
圖1為本發明中製作硬壓印模的工藝流程示意圖； 圖2為本發明中製作軟壓印模的工藝流程示意圖； 圖3為本發明中滾輪式紫外線軟壓印的工藝流程示意圖； 圖4為利用本發明的方法在四英寸矽片上壓印結果SEM圖。
具體實施例方式以下將參照附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。紫外線壓印技術是通過在壓印膠中摻入光敏物質使得壓印膠在紫外光照後可以固化從而實現室溫的納米壓印技術，其工藝過程沒有高溫高壓過程，且其所要求的壓力低。 軟壓印技術與普通硬模壓印相比，其優點在於模具材料具有一定的彈性，能夠很好的適應模具和襯底之間的平面度公差和平行度誤差問題，減小了襯底彎曲和表面不平整的影響， 可實現大尺寸樣片的均勻壓印。滾輪式壓印由於工藝自身的連續性，非常適合大面積壓印，並且其線接觸特性也保證了壓印膠對圖形的高填充度和相對小的壓力需求。本發明的滾輪式紫外線軟壓印方法結合了紫外線壓印、軟壓印和滾輪式壓印的優點，包括以下步驟
1)應用微細加工技術製作硬壓印模
本實施例中，應用電子束曝光和幹法刻蝕製作硬壓印模，具體步驟如圖1所示
A.在硬模板1上塗覆電子束膠2(如^P520A或PMMA等)；所述硬模板為矽晶片或石英板等；若硬模板為石英板，則另需在電子束膠上蒸發或澱積導電層(10 20nm金或者鋁等)；
B.按照設計的壓印圖形對電子束膠2進行電子束曝光3;
C.顯影獲得電子束膠2上的壓印圖形；
D.以電子束膠2為掩模利用幹法刻蝕進行硬模板1的刻蝕；
E.去除殘餘電子束膠2完成硬壓印模4的製作。如需硬模板的深刻蝕，可以考慮金屬或者二氧化矽作為硬掩模，這樣需要在步驟A 前進行金屬或者二氧化矽的澱積，在步驟D前加入硬掩模的溼法或者幹法刻蝕。當然，硬壓印模並不限於應用電子束曝光和幹法刻蝕製作，還可以應用其它微細加工技術製作，如套刻技術、雷射直寫技術、幹涉光曝光技術和電鍍工藝等。2)利用硬壓印模翻刻製作軟壓印模
本實施例中，製作軟壓印模的具體步驟如圖2所示
a.在硬壓印模4有壓印圖形的一面上旋轉塗覆高彈性模量的PDMS(聚二甲基矽氧烷， polydimethylsiloxane)溶液 5 ；
b.在熱板上對高彈性模量的PDMS溶液5進行熱固化；
c.在高彈性模量的PDMS表面塗覆低彈性模量的PDMS溶液6；
d.在熱板上對低彈性模量的PDMS溶液6進行熱固化；
e.將固化的PDMS雙層模從硬壓印模4上剝離下來，得到軟壓印模7。可在步驟a前對硬壓印模進行表面處理，如等離子體處理。當然，還可以採用注塑複製等其它方法從硬壓印模翻刻製作軟壓印模。3)在襯底8表面塗覆壓印膠9，如圖3中①所示；所述襯底材料為石英、矽、藍寶石、砷化鎵、銦鎵砷、氮化鎵或各種金屬；所述壓印膠為LR8765、Amonil series或OG 146寸。4)利用滾輪10線性滾壓軟壓印模7，將軟壓印模7上的壓印圖形壓印到襯底8表面的壓印膠9上，如圖3中②所示。5)使用紫外光11對壓印膠9進行充分曝光，如圖3中③所示。6)壓印膠9完全固化後，剝離軟壓印模7，如圖3中④所示。本發明可實現大尺寸樣片的均勻壓印，如圖4所示，在四英寸矽片上均勻壓印出 450nm周期的三角晶格光子晶體結構。最後說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管通過參照本發明的優選實施例已經對本發明進行了描述，但本領域的普通技術人員應當理解，可以在形式上和細節上對其作出各種各樣的改變，而不偏離所附權利要求書所限定的本發明的精神和範圍。
權利要求
1.一種滾輪式紫外線軟壓印方法，其特徵在於包括以下步驟1)應用微細加工技術製作硬壓印模；2)利用硬壓印模翻刻製作軟壓印模；3)在襯底表面塗覆壓印膠；4)利用滾輪線性滾壓軟壓印模，將軟壓印模上的壓印圖形壓印到襯底表面的壓印膠上；5)使用紫外光對壓印膠進行充分曝光；6)壓印膠完全固化後，剝離軟壓印模。
2.根據權利要求1所述的滾輪式紫外線軟壓印方法，其特徵在於所述步驟1)中，所述微細加工技術為電子束曝光和幹法刻蝕。
3.根據權利要求2所述的滾輪式紫外線軟壓印方法，其特徵在於所述步驟1)中，所述製作硬壓印模的具體步驟為A.在硬模板上塗覆電子束膠；B.按照設計的壓印圖形對電子束膠進行電子束曝光；C.顯影獲得電子束膠上的壓印圖形；D.以電子束膠為掩模利用幹法刻蝕進行硬模板的刻蝕；E.去除殘餘電子束膠完成硬壓印模的製作。
4.根據權利要求3所述的滾輪式紫外線軟壓印方法，其特徵在於所述電子束膠為 ZEP520A 或 PMMA。
5.根據權利要求3所述的滾輪式紫外線軟壓印方法，其特徵在於所述硬模板為矽晶片。
6.根據權利要求3所述的滾輪式紫外線軟壓印方法，其特徵在於所述硬模板為石英板，且在所述步驟A中，在電子束膠上蒸發或澱積導電層。
7.根據權利要求1所述的滾輪式紫外線軟壓印方法，其特徵在於所述步驟2)中，所述利用硬壓印模翻刻製作軟壓印模的具體步驟為a.在硬壓印模有壓印圖形的一面上旋轉塗覆高彈性模量的PDMS溶液；b.在熱板上對高彈性模量的PDMS溶液進行熱固化；c.在高彈性模量的PDMS表面塗覆低彈性模量的PDMS溶液；d.在熱板上對低彈性模量的PDMS溶液進行熱固化；e.將固化的PDMS雙層模從硬壓印模上剝離下來，得到軟壓印模。
8.根據權利要求1至7任意一項所述的滾輪式紫外線軟壓印方法，其特徵在於所述壓印膠為 LR8765、Amonil series 或 OG 146。
9.根據權利要求1至7任意一項所述的滾輪式紫外線軟壓印方法，其特徵在於所述襯底材料為石英、矽、藍寶石、砷化鎵、銦鎵砷、氮化鎵或各種金屬。
全文摘要
本發明公開了一種滾輪式紫外線軟壓印方法，包括以下步驟1)應用微細加工技術製作硬壓印模；2)利用硬壓印模翻刻製作軟壓印模；3)在襯底表面塗覆壓印膠；4)利用滾輪線性滾壓軟壓印模，將軟壓印模上的壓印圖形壓印到襯底表面的壓印膠上；5)使用紫外光對壓印膠進行充分曝光；6)壓印膠完全固化後，剝離軟壓印模。本發明結合了紫外線壓印、軟壓印和滾輪式壓印的優點，克服了普通硬模壓印在大面積圖形轉換中均勻性問題，減小了襯底彎曲和表面不平整的影響，可以實現大尺寸樣片的均勻壓印，整個工藝過程簡單，沒有高溫高壓過程，不需要昂貴的雷射器和光學器件，壓印時間短，可控性高。
文檔編號G03F7/00GK102183875SQ20111011834
公開日2011年9月14日 申請日期2011年5月9日 優先權日2011年5月9日
發明者史曉華, 陳沁 申請人:蘇州光舵微納科技有限公司