纳米压印模板及其制作方法和应用与流程

本发明属于纳米压印技术领域，具体来讲，涉及一种纳米压印模板及其制作方法、以及该纳米压印模板用于制作微结构基板的方法。

背景技术：

由于经济原因促使半导体业朝着不断缩小特征尺寸方向发展，随之而来的技术进步导致了设备的成本以指数增长；由于成本的增长，人们对纳米压印技术(以下简称nil技术)这一低成本图形转移技术的关注越来越多。通过避免使用昂贵的光源和投影光学系统，纳米压印技术比传统光刻方法大大降低了成本。

由于省去了光学光刻掩模版和使用光学成像设备的成本，因此nil技术具有低成本、高产出的经济优势；此外，nil技术可应用的范围相当广泛，涵盖纳米电子元件、生物或化学的硅片实验室、微流道装置(微混合器、微反应器)、超高存储密度磁盘、微光学元件等诸多领域。

nil技术在显示领域中的广泛应用主要体现在其可实现滤光、抗反射、增透等较好的光学表现；然而nil技术多受限于其制程工艺，包括母模、软膜的制作，压印过程和蚀刻过程等，其中压印过程中由于模具的材料和压印基板材料之间常常存在一定的相互作用，导致在脱模过程中基板上材料的残留或者微结构的形变，从而也对后续的蚀刻带来较多的困扰。目前针对压印过程中产生的问题还没有较好的解决方法，这也成为阻碍nil技术发展的瓶颈之一。

技术实现要素：

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种纳米压印模板及其制作方法，该纳米压印模板的压印表面体现出良好的耐油性和耐腐蚀性，具有更低的表面能，由此在纳米压印过程中有效改善了脱胶问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种纳米压印模板，包括模板主体、设置在所述模板主体上的若干光刻胶微结构、以及包覆在所述光刻胶微结构外层的氟橡胶聚合物层；其中，所述氟橡胶聚合物层与所述模板主体之间具有键结作用，以使所述氟橡胶聚合物层固定连接在所述模板主体的表面。

进一步地，所述氟橡胶聚合物层的厚度为50nm～100nm。

进一步地，所述氟橡胶聚合物层的材料具有如式1所示的结构：

进一步地，所述氟橡胶聚合物层具有网状结构。

本发明的另一目的在于提供一种纳米压印模板的制作方法，包括步骤：

s1、在模板主体上涂覆光刻胶层，并对所述光刻胶层进行显影蚀刻处理，在所述模板主体上形成若干光刻胶微结构；

s2、将具有所述光刻胶微结构的模板主体浸入含有三甲基三(3-氟丙基)环三硅氧烷和四甲基四乙烯基环四硅氧烷的有机溶液中，在催化剂的作用下，所述三甲基三(3-氟丙基)环三硅氧烷和所述四甲基四乙烯基环四硅氧烷发生催化聚合反应，在所述光刻胶微结构外层包覆形成氟橡胶聚合物层；其中，所述氟橡胶聚合物层通过键结作用固定连接在所述模板主体的表面。

进一步地，所述氟橡胶聚合物层的厚度为50nm～100nm。

进一步地，所述制作方法还包括步骤：s3、对具有所述氟橡胶聚合物层的模板主体进行硫化处理，使所述氟橡胶聚合物层形成网状结构。

进一步地，所述氟橡胶聚合物层的材料具有如式1所示的结构：

本发明的另一目的还在于提供一种微结构基板的制作方法，包括步骤：

q1、在压印基板上涂覆压印胶层；

q2、在所述压印胶层上涂覆聚四氟乙烯粉末层，所述聚四氟乙烯分膜层经煅烧、冷却处理，在所述压印胶层上形成隔离层；

q3、采取如上任一所述的纳米压印模板在所述隔离层上进行压印工艺，在所述压印基板上形成掩膜；

q4、蚀刻未被所述掩膜遮掩的压印基板，并去除所述掩膜，形成微结构基板。

进一步地，所述步骤q2的具体方法包括：在所述压印胶层上喷涂厚度为10nm～30nm的聚四氟乙烯粉末层；将所述聚四氟乙烯分膜层在200℃～250℃下煅烧，并经冷却处理，在所述压印胶层上形成所述隔离层。

有益效果：

(1)根据本发明的纳米压印模板通过在一般的若干光刻胶微结构表面包覆一层氟橡胶聚合物层，一方面，该氟橡胶聚合物层对光刻胶微结构具有包覆作用，同时，该氟橡胶聚合物层的材料的主链中的硅氧原子基团与模板主体中的硅氧原子基团形成相互作用，增强了氟橡胶聚合物层与模板主体之间的键结力，从而对光刻胶微结构起到保护作用，以防止该纳米压印模板在使用过程中发生形变，从而提高纳米压印的工艺品质；另一方面，该氟橡胶聚合物层的材料的侧链中含有较多氟原子，能够改善该纳米压印模板压印表面的耐油性和耐腐蚀性，使其表面具有更低的表面能，从而在压印使用过程中可有效改善脱胶问题；

(2)根据本发明的纳米压印模板在制作过程中，仅需通过一步催化聚合反应，即可在光刻胶微结构表面形成氟橡胶聚合物层；并且优选可继续对该形成的氟橡胶聚合物层进行高温硫化处理，从而使氟橡胶聚合物层形成网状结构，进一步加强韧性和强度，从而加强对光刻胶微结构的保护作用；该制作方法工艺简单，易于操作；

(3)根据本发明的微结构基板的制作方法，一方面，通过在压印基板上的压印胶层上再设置一层隔离层，从而使待压印的表面具有耐腐蚀、高润滑不粘性，继而结合上述纳米压印模板的低表面能的压印表面，从而进一步保证了压印过程中顺利脱模；另一方面，该隔离层的设置还可在后续蚀刻过程中保护掩膜中的压印胶部分不被过分蚀刻，也可进一步确保所形成的微结构基板的微结构尺寸及形状。

附图说明

通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：

图1是根据本发明的实施例1的纳米压印模板的结构示意图；

图2是根据本发明的实施例1的纳米压印模板的制作方法的步骤流程图；

图3-图5是根据本发明的实施例1的纳米压印模板的制作方法的工艺流程图；

图6-图10是根据本发明的实施例2的微结构基板的制作方法的工艺流程图。

具体实施方式

以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。在附图中，为了清楚起见，可以夸大元件的形状和尺寸，并且相同的标号将始终被用于表示相同或相似的元件。

实施例1

本实施例提供了一种全新的纳米压印模板，参照图1，该纳米压印模板包括模板主体11、设置在模板主体11上的若干光刻胶微结构12、以及包覆在光刻胶微结构12外层的氟橡胶聚合物层13。

进一步地，氟橡胶聚合物层12的厚度为50nm～100nm。

更进一步地，氟橡胶聚合物层12的材料具有如式1所示的结构：

在式1中，n表示聚合度，此处不进行特别限定。

从式1的结构式可以看出，一方面，该氟橡胶聚合物层13的材料的主链中的硅氧原子基团可与模板主体11中的硅氧原子基团形成相互作用，氟橡胶聚合物层13与模板主体11之间可形成键结力的作用，从而该橡胶聚合物层13即可罩住光刻胶微结构12并牢牢固定连接在模板主体11的表面；由此，该纳米压印模板即可在使用过程中使光刻胶微结构12保持既有形状而防止形变，从而提高纳米压印的工艺品质。

另一方面，该氟橡胶聚合物层13的材料的侧链中含有较多氟原子，能够改善该纳米压印模板压印表面的耐油性和耐腐蚀性，使其表面具有更低的表面能，从而在压印使用过程中可有效改善脱胶问题。

优选地，该氟橡胶聚合物层13具有网状结构，网状结构能够加强该氟橡胶聚合物层13的韧性和强度，从而对光刻胶微结构12起到更好的保护作用。

以下将结合附图对本实施例提供的纳米压印模板的制作方法进行详细的描述。

参照图2，根据本实施例的纳米压印模板的制作方法包括下述步骤：

步骤s1、在模板主体11上涂覆光刻胶层12a，并对光刻胶层12a进行显影蚀刻处理，在模板主体11上形成若干光刻胶微结构12。

在模板主体11一般为二氧化硅基板或石英基板。

具体来说，首先在模板主体11上涂布一层光刻胶，形成光刻胶层12a，如图3所示；然后采用光罩12b并进行显影蚀刻处理，去除残胶后在模板主体11上形成若干光刻胶微结构12，如图4、图5所示；在图4中，箭头表示光照方向。

步骤s2、在光刻胶微结构12的表面上包覆形成氟橡胶聚合物层13。

具体来讲，将具有光刻胶微结构12的模板主体11浸入含有三甲基三(3-氟丙基)环三硅氧烷和四甲基四乙烯基环四硅氧烷的有机溶液中，在催化剂的作用下，三甲基三(3-氟丙基)环三硅氧烷和四甲基四乙烯基环四硅氧烷发生催化聚合反应，在光刻胶微结构12外层包覆形成氟橡胶聚合物层13；如此，即形成图1所示的纳米压印模板。

优选地，氟橡胶聚合物层的厚度为50nm～100nm。

进一步地，该氟橡胶聚合物层的材料具有如式1所示的结构：

如此，该形成的氟橡胶聚合物层13也通过键结作用固定连接在模板主体11的表面。

优选地，为了进一步加强氟橡胶聚合物层13的韧性和强度，上述制作方法还包括如下步骤：

步骤s3、对具有氟橡胶聚合物层13的模板主体11进行硫化处理，使氟橡胶聚合物层13形成网状结构。

由此，根据本实施例的纳米压印模板不仅可使其中的光刻胶微结构12在压印使用过程中保持既有形状而不发生形变，从而提高纳米压印的工艺品质；而且该纳米压印模板的压印表面具有更低的表面能，从而在压印使用过程中可有效改善脱胶问题。

实施例2

本实施例的目的在于提供一种如上述实施例1所述的纳米压印模板在纳米压印技术中的应用，即应用上述实施例1中的纳米压印模板制作微结构基板。

以下将参照图6-图10对本实施例的微结构基板的制作方法进行详细的描述。根据本实施例的微结构基板的制作方法包括下述步骤：

步骤q1、在压印基板21上涂覆压印胶层22；如图6所示。

压印基板21一般选自玻璃基板、硅基板、蓝宝石基板等柔性基板。

步骤q2、在压印胶层22上涂覆聚四氟乙烯粉末层，并经煅烧、冷却处理，在压印胶层22上形成隔离层23；如图7所示。

具体来讲，首先在压印胶层22上喷涂厚度为10nm～30nm的聚四氟乙烯粉末层(图中未示出)；然后将聚四氟乙烯分膜层在200℃～250℃下煅烧，并经冷却处理，即在压印胶层22上形成了隔离层23。

聚四氟乙烯具有如下式2所示的结构：

在式2中，n表示聚合度，此处不进行特别限定。

从式2中可以看出，其结构中具有多个氟原子，由此该隔离层23的表面即呈现出耐腐蚀性、高润滑不粘性，即具有较低的表面能，并且化学性能稳定；同时氟原子也可以和压印胶层22中氢原子形成氢键作用，更为稳固地覆盖在压印胶层22之上。

步骤q3、采取纳米压印模板1在隔离层23上进行压印工艺，在压印基板21上形成掩膜24；如图8和图9所示。

具体来讲，本步骤中所用纳米压印模板1即上述实施例1中的纳米压印模板，使该纳米压印模板1中的氟橡胶聚合物层朝向隔离层23。

步骤q4、蚀刻未被掩膜24遮掩的压印基板21，并去除掩膜24，形成微结构基板2；如图10所示。

一般采用反应离子刻蚀(简称rie)或反应耦合等离子体刻蚀(简称icp)来蚀刻未被掩膜24遮掩的压印基板21；再利用能够溶解对应压印胶材料的有机溶液溶解去除掩膜24，由此获得微结构基板2。

本实施例提供的微结构基板的制作方法，一方面通过在压印基板21上的压印胶层22上再设置一层隔离层23，利用该隔离层23形成低表面能的待压印表面，继而结合所使用的纳米压印模板1的低表面能的压印表面，从而进一步保证了压印过程中顺利脱模；另一方面，该隔离层23的设置在后续蚀刻过程中保护掩膜24中的压印胶部分不被过分蚀刻，也可进一步确保所形成的微结构基板2的微结构尺寸及形状。

虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。