专利名称：基于热压的聚二甲基硅氧烷印章批量制备方法
技术领域：
本发明涉及一种微纳米尺度印章制备方法，具体是一种基于热压的聚二甲基硅氧烷印章批量制备方法。用于微电子技术领域。
背景技术：
在微电子工艺中，通常采用光学光刻的方法来形成图案，但其成本高，而且出现了大量重要的技术难题，如分辨率及材料的选择，同时光学光刻不适合加工非平整表面、不能在表面形成特定的化学功能基团和难以形成三维结构。电子束光刻生产效率太低；X线光刻的工具相当昂贵。
纳米压印技术和软刻蚀技术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，这两种方法都可实现廉价加工微纳米结构的目的。纳米压印采用高分辨率电子束等方法将纳米结构图案制在印章上，然后用图案化的印章使聚合物材料变形而在聚合物上形成结构图案。在其中的热压工艺中，结构图案通过施压转移到被加热到玻璃化温度以上的聚合物后，通过冷却到聚合物玻璃化温度以下固化；而其中的紫外压印工艺中是将石英或聚二甲基硅氧烷印章和聚合物预聚体接触并通过紫外光聚合来固化的。软刻蚀是微接触印刷、微转移模塑、复制模塑、毛细辅助模塑、溶剂辅助模塑和近场光刻蚀等技术的合称，其共同特征是用聚二甲基硅氧烷弹性印章来转移图形结构。聚二甲基硅氧烷具有优良的光学透明度、特殊的力学性能、无毒性和生物相容性，并且使工艺简单易行、方法灵活。聚二甲基硅氧烷印章可广泛应用于制备微流体器件，如生物化学阵列、微泵、微阀、化学反应器等，还可用于生产气体传感器、晶体管、光学元件和碳纳米管等。
经文献检索发现，Y.Xia等人在《Science》，vol273，No.5273(1996)pp347-349页上撰文“Complex optical surfaces formed by replica molding againstelastomeric masters”(“在弹性母板上用复制模塑方法形成复杂光学表面”，《科学》vol273，No.5273(1996)pp347-349页)。其原理是通过弹性印章将其上的图案精确复制到其他介质上，其中弹性印章的制作是关键，弹性印章由聚二甲基硅氧烷制成。制作聚二甲基硅氧烷印章的技术是在母板的表面浇铸聚二甲基硅氧烷预聚体，并经固化成型，最后从母板表面揭开。但缺点是固化过程需要较长时间，至少几个小时，在温度不允许高的情况下甚至达到24小时，且母板一直被占用，而且母板的加工一般较复杂和耗时，显然这样的方法不适合大规模制备聚二甲基硅氧烷印章。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足和缺陷，提供一种基于热压的聚二甲基硅氧烷印章批量制备方法，使其通过增加简单快速的热压工艺得到大规模生产聚二甲基硅氧烷印章的目的。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明通过增加热压工艺同时制备出大量聚二甲基硅氧烷印章，首先加工母板及对母板表面进行抗粘处理，然后重复用母板热压出大量聚合物模具，最后在得到的聚合物模具上旋涂或浇铸聚二甲基硅氧烷预聚体，经固化成型后揭开聚二甲基硅氧烷，同时得到大量聚二甲基硅氧烷印章。
以下对本发明作进一步的说明，具体步骤如下(1)加工母板及对母板表面进行抗粘处理采用光学光刻、微机械加工、电子束光刻、干法或湿法刻蚀、电铸或聚焦离子束刻蚀加工母板。母板为硅/二氧化硅或金属等材料。硅/二氧化硅母板表面必须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(1，1，2，2H过氟癸基)-三氯硅烷，(1，1，2，2H过氟辛基)-三氯硅烷等。这样可在表面形成自组装分子层，这是一层表面自由能较低的单分子层，从而使脱模容易。对于金属母板，通过溅射将含氟聚合物薄膜可沉积在金属如镍母板上。从而也起到抗粘的作用使脱模方便。含氟聚合物包括CF4/H2或CHF3等离子体源。
(2)重复用母板对聚合物实施热压得到大量聚合物模具用处理过的母板对聚合物热压成形。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)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)等。通过热压可得到大量聚合物模具。
(3)用得到的聚合物模具通过旋涂或浇铸聚二甲基硅氧烷预聚体，经固化成型揭开，得到大量聚二甲基硅氧烷印章。
通过本发明中增加的热压工艺得到的中间聚合物模具，可同时得到大量二甲基硅氧烷印章，相对于传统的得到聚二甲基硅氧烷印章的方法具有高效的优点，可以进行大规模地生产聚二甲基硅氧烷印章。得到的印章上的图案完全复制出了母板上的原图案。
具体实施例方式
以下通过制备聚二甲基硅氧烷印章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硅和对硅结构微电铸镍，得到金属镍母板。采用CHF3等离子体源通过离子溅射的方法沉积含氟薄膜。得到表面自由能较低的薄层，从而使脱模容易。
(2)用母板对聚合物实施热压得到聚合物模具用处理过的母板对聚合物聚碳酸酯(PC)热压，采用的设备是模压机。具体工艺过程是首先将母板和片状聚合物进行加热到180℃，施加压力2500N，维持50s后，降温降压，最后脱模得到聚合物模具。重复本步骤得到大量聚合物PC模具。
(3)用聚合物模具制备聚二甲基硅氧烷印章首先将聚二甲基硅氧烷预聚体(RTV 3838A，Rhodia)和对应的固化剂(RTV3838B，Rhodia)按10∶1混和搅拌，接着放入真空箱脱气30分钟，然后将聚二甲基硅氧烷通过甩胶台旋涂到PC聚合物模具上。放入烘箱65℃烘烤固化1小时。最后从PC模具上揭开聚二甲基硅氧烷，得到批量的聚二甲基硅氧烷印章。
得到的PDMS印章上的图案完全复制出了母板上的原图案，呈现与母板上图案完全相同的图形结构。
权利要求
1.一种基于热压的聚二甲基硅氧烷印章批量制备方法，其特征在于，通过增加热压工艺同时制备出大量聚二甲基硅氧烷印章，首先加工母板及对母板表面进行抗粘处理，然后重复用母板热压出大量聚合物模具，最后在得到的聚合物模具上旋涂或浇铸聚二甲基硅氧烷预聚体，经固化成型后揭开聚二甲基硅氧烷，同时得到大量聚二甲基硅氧烷印章。
2.根据权利要求1所述的基于热压的聚二甲基硅氧烷印章批量制备方法，其特征是，以下对本发明作进一步的限定，具体步骤如下(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、电铸或聚焦离子束刻蚀加工母板，采用烷基硅烷进行处理，在表面形成自组装分子层，这是一层表面自由能较低的单分子层，从而使脱模容易；对于金属母板，通过溅射将含氟聚合物薄膜沉积在金属母板上；(2)重复用母板对聚合物实施热压得到大量聚合物模具，用处理过的母板对聚合物热压成形；(3)用得到的聚合物模具通过旋涂或浇铸聚二甲基硅氧烷预聚体，经固化成型揭开，得到大量聚二甲基硅氧烷印章。
3.根据权利要求2所述的基于热压的聚二甲基硅氧烷印章批量制备方法，其特征是，所述的烷基硅烷，包括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或者2所述的基于热压的聚二甲基硅氧烷印章批量制备方法，其特征是，所述的母板为硅/二氧化硅或金属材料，硅/二氧化硅母板表面必须进行硅烷化工艺处理。
5.根据权利要求2所述的基于热压的聚二甲基硅氧烷印章批量制备方法，其特征是，所述的含氟聚合物包括CF4/H2或CHF3等离子体源。
6.根据权利要求1或者2所述的基于热压的聚二甲基硅氧烷印章批量制备方法，其特征是，所述的聚合物包括聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯，通过热压得到大量聚合物模具。
全文摘要
一种基于热压的聚二甲基硅氧烷印章批量制备方法，用于微电子技术领域。通过增加热压工艺同时制备出大量聚二甲基硅氧烷印章，首先加工母板及对母板表面进行抗粘处理，然后重复用母板热压出大量聚合物模具，最后在得到的聚合物模具上旋涂或浇铸聚二甲基硅氧烷预聚体，经固化成型后揭开聚二甲基硅氧烷，同时得到大量聚二甲基硅氧烷印章。本发明通过本发明中增加的热压工艺得到的中间聚合物模具，可同时得到大量聚二甲基硅氧烷印章，相对于传统的得到聚二甲基硅氧烷印章的方法具有高效的优点，可以进行大规模地生产聚二甲基硅氧烷印章。
文档编号B41K1/02GK1583413SQ200410024890
公开日2005年2月23日 申请日期2004年6月3日 优先权日2004年6月3日
发明者刘景全, 孙洪文 申请人:上海交通大学