压印模板及其制作方法、压印装置、压印方法和基板与流程

本发明涉及纳米级印刷领域，特别涉及一种压印模板及其制作方法、压印装置、压印方法和基板。

背景技术：

纳米压印工艺是一种低成本、高效率的纳米级图案转移技术，可避免光学光刻瓶颈，制作更小的特征尺寸。研究结果表明压印的最小特征尺寸可以达到10nm。现有的压印技术方法主要有：抗蚀剂涂层加热压印、常温紫外固化压印、硬模压印、软模压印等；其中，滚对平的压印，简单方便，易于量产化，受到人们的广泛关注。但以配重滚轮为主的压印部件与压印模版之间的接触稳定性、及压印力分布的均匀性比较难以控制，压印后的残胶量会厚薄不一，导致对后续的刻蚀图案造成严重不利影响。

技术实现要素：

本发明的主要目的是改进压印模版的特性，使其可产生额外的辅助压印力，进而提高压印模版与压印部件之间的接触稳定性和保持压印力的均匀性，本发明的技术方案如下：

一种压印模板，所述压印模板的基材内填充有导磁性纳米颗粒。所述导磁性纳米颗粒可在磁场作用下产生磁性辅助压印力，为增强所述压印模板、配重滚轮、待压印件之间接触的稳定性提供了可能。

优选地，所述基材为二甲基硅氧烷，所述导磁性纳米颗粒均匀分散于所述二甲基硅氧烷内部。

优选地，所述磁性纳米颗粒为直径小于或等于12纳米的超顺磁纳米颗粒。

进一步地，所述超顺磁纳米颗粒为铁钴镍的氧化物或者硫化物。

优选地，所述导磁性纳米颗粒的表面修饰亲油性基团。

进一步地，所述亲油性基团包括烷烃基；或，含有芳基、醋、醚、胺、酞胺基团的烃基；或，含有双键的烃基；或，聚氧丙烯基；或，聚硅氧烷基。

本发明还提出一种压印模板的制作方法，包括如下步骤：将导磁性纳米颗粒与基材前驱体溶液混合，形成悬浮液；将所述悬浮液浇筑于纳米压印母板表面，并去除气泡；固化所述纳米压印母板表面的悬浮液，脱模，形成压印模板。

根据上述压印模板，本发明还提出一种压印装置，与所述的压印模板配合，以便实施压印作业，所述压印装置包括适于支撑待压印件的载台、适于将所述压印模板抵持于待压印件上的配重滚轮、适于对所述压印模板产生磁性辅助压印力的磁性件；在压印时，所述配重滚轮处于所述载台上方，所述磁性件处于所述载台下方，所述配重滚轮与磁性件同步水平移动。

优选地，所述压印装置还包括用于固定所述压印模板的支架，所述支架上设有便于所述压印模板在竖向方向具有预设行程的弹性件。

本发明还提出一种压印方法，其采用所述的压印装置，具体包括如下步骤：

压印准备：将待压印件置于所述载台上，并于待压印件上方预设位置处固定所述压印模板；

压印：所述配重滚轮于所述压印模板上方以预设路径滚动，以使所述压印模板抵持于待压印件表面；处于所述载台下方的所述磁性件与所述配重滚轮同步水平移动，以产生吸引所述压印模板的磁性辅助压印力，使所述压印模板上的图案印制于所述待压印件上。

优选地，所述压印装置还包括用于固定所述压印模板的支架，所述支架上设有便于所述压印模板在竖向方向具有预设行程的弹性件；

所述压印步骤之后，还包括：

脱模：所述配重滚轮与所述磁性件沿预设路径远离所述压印模板时，所述压印模板在所述弹性件作用下，以预设行程竖向运动，使所述压印模板与待压印件分离。

本发明还提出一种基板，其采用所述的压印方法印制而成。

本发明的有益效果如下：

1、本发明的压印模板带有导磁性纳米颗粒，可在磁场作用下产生磁性辅助压印力，为提高所述压印模板、压印部件与待压印件之间接触的稳定性提供了便利，进而可更准确地控制压印力的均匀性；同时，本发明还为这种压印模板提供了具体的制作方法。

2、本发明的压印装置与所述压印模板相配合，使配重滚轮于压印模板上方滚压产生压印力，同时磁性件在载台下方对压印模板产生同向同步的磁性吸引力，以形成辅助压印力；且通过设置弹性件，可实现压印后的自动脱模，设备结构简单实用。

3、本发明的压印方法只需将待压印件置于载台上，并于预设位置固定压印模板即可开始压印，由于压印模板与磁性件之间的磁性吸引力作用，可使配重滚轮与压印模版的接触更稳定，从而优化压印后形成的基板的残胶量问题，进而使印刷出的基板在后续刻蚀工艺中形成更精准的图案。

附图说明

图1为本发明所述压印模板的优选实施例结构示意图；

图2为本发明所述压印模板的制作方法中浇筑状态的示意图；

图3为本发明所述压印模板的制作方法中浇筑后、脱模前的示意图；

图4为本发明所述压印装置的优选实施例结构示意图；

图5为本发明所述压印模板压印出的基板结构实施例。

标号说明：

压印模板1，基材11，导磁性纳米颗粒12，突起部13，待压印件2，配重滚轮3,载台4，磁性件5，支架6，弹性件7，基板8，母板9。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提出一种压印模板1，如图1所示的优选实施例，所述压印模板1的基材11内填充有导磁性纳米颗粒12。使用时，将压印模板1带有图案的一面抵持于待压印件2的表面，并施加一定的压印力，即可将突起部13对应的图案压印于待压印件2表面。其中的导磁性纳米颗粒12可在磁场的作用下产生与压印力方向一致的辅助压印力，以保持压印模板1与待压印件2之间的稳定接触和对压印力的精确控制，进而为提高压印效果提供了一种新的途径。所述磁场可由磁性部件产生，也可由交变电场产生。

所述基材11的固态硬度应高于待压印件2的硬度，以使突起部13压入待压印件2内，且硬度越高更易形成清晰的压印图案；但压印模板1的硬度越高，其成型的难度也相对增大。结合压印工艺的效果及压印模板1自身的成型工艺，所述基材11可选用现有的二甲基硅氧烷，简称pdms。pdms固化前，可通过前驱体溶液与导磁性纳米颗粒12混合，混合均匀后再浇筑于纳米压印母版表面，去气泡并固化，脱模后即形成与母版表面形状一致的压印模板1，再通过压印将母版表面的图案转印于待压印件2上。为保证压印效果，混合与浇筑时，应注意使所述导磁性纳米颗粒12均匀分散于所述二甲基硅氧烷内部，以使压印模板1产生均匀的辅助压印力。

除pdms材料外，所述基材11还可选用硅基橡胶类材料、苯乙烯类热塑性弹性体、聚氨酯类热塑性弹性体、聚烯烃类热塑性弹性体等。这些材料在较高温度下将成为流体，并在压力条件下流动，冷却时再一次形成固体，以方便制成压印模板1。

为使压印模板1产生的辅助压印力与常规压印力快速配合，所述导磁性纳米颗粒为超顺磁纳米颗粒，即带有超顺磁性的超顺磁体纳米颗粒。超顺磁性(superparamagnetism)是指颗粒小于临界尺寸时具有单畴结构的铁磁物质，在温度低于居里温度且高于转变温度(blocktemperature)时表现为顺磁性特点，但在外磁场作用下，其顺磁性磁化率远高于一般顺磁材料的磁化率，称为超顺磁性。超顺磁体没有磁滞现象，当去掉外磁场后，剩磁很快消失。采用超顺磁体纳米颗粒后，可进一步稳定压印力，并可在脱模时迅速解除辅助压印力。

绝大部分导磁性材料的颗粒缩小至纳米级，则成为超顺磁纳米粒子。所述超顺磁纳米颗粒可为铁钴镍的氧化物或者硫化物，例如：小分子γ-氧化铁或四氧化三铁纳米微粒，所述超顺磁纳米颗粒的直径应小于或等于12纳米，以保证顺磁性的所述临界尺寸，以及在基材11内分布的均匀性。

纳米颗粒表面的活性使它们在溶液中很容易团聚在一起，形成尺寸较大的团聚体，从而对导磁性纳米颗粒在基材11中分布的均匀性产生不利影响。为避免团聚体的不利影响，通过化学反应，可在所述导磁性纳米颗粒12的表面修饰亲油性基团，可使其均匀地分散于前驱体溶液中，进而在浇筑和固化后，所述导磁性纳米颗粒12均匀地分散于基材11内，从而在压印过程中保持稳定的磁性辅助压印力。

进一步地，所述亲油性基团优选地可以包括烷烃基；或，含有芳基、醋、醚、胺、酞胺基团的烃基；或，含有双键的烃基；或，聚氧丙烯基；或，聚硅氧烷基。

根据上述压印模板的结构，本发明还提出一种所述压印模板的制作方法，如图2和图3所示，包括如下步骤：将导磁性纳米颗粒12与基材前驱体溶液混合，形成悬浮液；将所述悬浮液浇筑于纳米压印母板9表面，并去除气泡，如图2所示；固化所述纳米压印母板9表面的悬浮液，脱模，形成图1所示的压印模板1。其中，将导磁性纳米颗粒12与基材前驱体溶液混合时，应尽量混合均匀并使导磁性纳米颗粒12分散均匀。当导磁性纳米颗粒12为超顺磁纳米颗粒，基材11为pdms时，由于超顺磁纳米颗粒自身的特性，其很容易悬浮于pdms前驱体溶液中，不易沉降。

所述悬浮液浇筑于母板9表面后，通过多次滚压或按压，使悬浮液充分进入所述母版9的凹槽内，以形成与母版9对应的图案，并在母版9的上表面形成平整的平面，如图3所示。制成压印模板1的大致形状之后、固化之前，应通过真空干燥箱进一步去除气泡。去除气泡的具体方式可以为：将图3所示的母版9与压印模板1置于真空干燥箱抽真空-从真空干燥箱内取出静置等待气泡消去-再置于真空干燥箱抽真空-再从真空干燥箱内取出静置等待气泡消去……如此反复若干次，可达到良好的去气泡效果。去除气泡后，再根据基材11的材料选择合适的固化方式；若选用pdms作为超顺磁纳米颗粒的基材，则采用加热使其固化。固化后，将压印模板1自母版9上脱模，形成含有导磁性米颗粒的压印模版1。

为实施压印过程，本发明还提出一种压印装置，如图4所示的优选实施例，其与所述的压印模板1配合，以便实施压印作业；所述压印装置包括适于支撑待压印2的载台4、适于将所述压印模板1抵持于待压印件2上的配重滚轮3、适于对所述压印模板1产生磁性辅助压印力的磁性件5；在压印时，所述配重滚轮3处于所述载台4上方，所述磁性件5处于所述载台4下方，所述配重滚轮3与磁性件5同步水平移动。

下面以图4的优选实施例为例，描述配重滚轮3运动过程中的受力：当配重滚轮3沿图示方位从左向右滚动时，载台4下方的磁性件5与配重滚轮3同步从左向右水平移动，以使磁性件5与其正上方的、压印模板1内的导磁性纳米颗粒12产生磁性吸引力，从而使压印模板1同时受到配重滚轮3的压印力与向下的磁性辅助压印力；进而将压印模板1的压印面从左至右的依次压印于待压印件2上，形成完整的压印图案。所述磁性辅助压印力可使配重滚轮3在滚动过程中，与压印模板1、待压印件2之间的接触更稳定，压印力更易于控制。

所述的磁性件5可以为平面、滚轮或其它立体形状，只需使压印模板1产生与配重滚轮3方向一致的辅助压印力即可；所述辅助压印力的大小可根据具体情况而定。在该实施例中，所述磁性件5为磁性滚轮，与配重滚轮3保持同步水平滚动，以使磁性辅助压印力的方向与配重滚轮3的压印力方向大致一致。

在图4所示的优选实施例中，所述压印装置还包括用于固定所述压印模板1的支架6，所述支架6上设有便于所述压印模板1在竖向方向具有预设行程的弹性件7。该弹性件7在竖向方向上的预设行程，可使压印模板1在受到向下的压印力和辅助压印力时，以预设行程向下运动；压印完成后，压印力和辅助压印力小于弹性件7的回弹力，弹性件7的竖向的回弹力作用下，向上弹起，同时带动压印模板1向上运动，从而使压印模板1从压印好的待压印件2上自动脱模。所述弹性件可以为橡胶件、弹簧等；从其实现的功能考虑，也可进一步设计为可上下运动的气缸活塞、机械部件等。

图4示出了一种弹性件7为弹簧的具体实施例。支架6为两组，对称地固设于载台4两端，且其内侧分别设置有弹簧作为弹性件7；弹簧的下端固定，上端可在竖向方向上运动，并分别与压印模板1的两端连接。压印时，弹簧在压印力和辅助压印力作用下被压缩，使压印模板1与待压印件2接触并压印；压印完毕时，配重滚轮3和磁性件5远离压印模板1，压印力和辅助压印力小于弹簧的回弹力，弹簧在回弹力作用下向上伸长，从而带动压印模板1向上抬起，自所述待压印件2上脱离。

由于压印模板1具有一定的长度和韧性，加之在具体压印过程中，配重滚轮3的滚压位置变化，两端的弹簧可分别受力，产生不同的压缩量，甚至于一端的弹簧处于被压缩状态，另一端的弹簧处于伸长状态。例如在图4中，当配重滚轮3运动至压印模板1右侧时，左侧的压印完成，左侧弹簧可处于伸长状态，使压印模板1左侧逐渐抬起；右侧正处于压印状态，故右侧的弹簧处于压缩状态；当右侧压印完毕后，配重滚轮3和磁性件5自压印模板1右侧逐渐离去，右侧弹簧才逐渐伸长，使压印模板1的右侧逐渐抬起，脱模。所述弹簧的固定高度与预设行程可根据待压印件2的厚度、压印深度、以及压印模板1自身的特性参数等因素确定。

在实际应用中，压印模板1的固定方式有多种，而并不限于图示实施例中的两端固定。例如，当多组压印模板1联合压印时，可在载台4中部设置弹性支撑点，以辅助支撑压印模板1的中部位置，防止压印模板1中部下垂引起压印瑕疵；或可在压印模板1四周设置支架，以更稳定地固定压印模板1。其压印方向也可根据情况变动，例如斜压或侧压等，而不限于图示的水平压印。

根据上述压印装置，本发明还提出一种压印方法，具体包括如下步骤：

压印准备：将待压印件2置于所述载台4上，并于待压印件2上方预设位置处固定所述压印模板1；

压印：所述配重滚轮3于所述压印模板1上方以预设路径滚动，以使所述压印模板1抵持于待压印件2表面；处于所述载台4下方的所述磁性件5与所述配重滚轮3同步水平移动，以产生吸引所述压印模板1的磁性辅助压印力，使所述压印模板1上的图案印制于所述待压印件2上。

在压印准备步骤中，放置待压印件2与固定压印模板1的顺序可调，即可预先固定所述压印模板1，再将待压印件2移动至压印模板1下方适合的位置。固定所述压印模板1的预设位置可根据待压印件2的厚度、压印深度等因素确定。

在压印步骤中，配重滚轮3的预设路径可以为多个方向，也可为多次往复运动；所述磁性件5可与载台4下方接触，也可不接触，但其与所述导磁性纳米颗粒12之间的磁力不应被载台4等部件所阻挡。

为方便压印后的脱模步骤，可采用前述带有支架6的压印装置进行压印，即：所述压印装置可包括用于固定所述压印模板1的支架6，所述支架6上设有便于所述压印模板1在竖向方向具有预设行程的弹性件7；

所述压印步骤之后，还包括：

脱模：所述配重滚轮3与所述磁性件5沿预设路径远离所述压印模板1时，所述压印模板1在所述弹性件7作用下，以预设行程竖向运动，使所述压印模板1与待压印件2分离。

如前所述，当配重滚轮3与磁性件5远离压印模板1时，配重滚轮3产生的压印力与磁性件5产生的磁性辅助压印力逐渐减小，直至其合力小于弹性件7的回弹力时，弹性件7开始回弹伸长，从而带动压印模板1竖上抬起，自所述待压印件2上分离，完成脱模过程。

根据所述压印方法，本发明还提出一种基板8，如图5所示，其前述的压印方法印制而成。其印制过程包含压印准备、压印步骤，也可分别包括若干次的压印准备和压印步骤，后续也可包括对应次数的脱模步骤，其具体步骤的组合及压印次数的设定，可根据后续的蚀刻等工艺步骤确定。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。