一种含氟聚合物紫外纳米压印模板及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种含氟聚合物紫外纳米压印模板及其制备方法。该模板由衬底和位于衬底上的含氟聚合物压印结构层组成，衬底为石英或者含氟聚合物自身。在石英衬底上旋涂CYTOP聚合物溶液，通过加热蒸发除去旋涂的CYTOP聚合物溶液中的残余含氟溶剂，再在纳米压印机上用压印母模板以热纳米压印的方式对石英衬底上的CYTOP固体膜进行压印；或者将CYTOP聚合物溶液浇筑在压印母模板上，待其自动流平并填满母模板的结构，通过加热蒸发除去溶液中的含氟溶剂，得到CYTOP固体膜。最后，分离压印母模板和CYTOP固体膜得到含氟聚合物紫外纳米压印模板。利用本发明的紫外纳米压印模板，能够省去纳米压印模板制备中的防粘处理工艺，并解决模板多次压印后，防粘效果下降的问题。
【专利说明】一种含氟聚合物紫外纳米压印模板及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微纳加工领域，具体涉及一种可用于紫外纳米压印的含氟聚合物模板及其制备方法。
【背景技术】
[0002]纳米压印技术是一种全新的纳米图案复制方法，由普林斯顿大学的S.Y.Chou教授在1995年首先提出。因其具有高分辨率，高产量，低成本等优点，而被纳入国际半导体的发展蓝图，引起各国研究人员的广泛关注。除了在半导体领域，纳米压印技术还广泛应用于生物医学，信息存储，亚波长光学器件，纳米电子学等诸多领域。
[0003]纳米压印技术自出现至今只有短短十几年的时间，还有很多关键问题有待进一步研究并解决。纳米压印技术中最重要的是纳米压印设备，纳米压印模板和纳米压印胶。其中纳米压印模板的品质对纳米压印工艺的影响至关重要。由于纳米图案的高比表面积，纳米压印模板在压印工艺的脱模过程中，会和纳米压印胶产生很强的相互作用力，因此纳米压印模板在压印之前通常需要进行防粘处理来降低这种相互作用力，从而实现顺利的脱模。纳米压印模板表面的防粘处理一般是用气相或液相的方法在模板表面产生一层氟娃烧分子层来实现模板表面自由能的降低，从而减小压印中对压印胶的作用力。但这种方法通常需要对模板进行预处理，使得模板表面生成能与氟硅烷反应的硅羟基，且在防粘过程中需要保持干燥，工艺繁琐，且在多次压印后，防粘效果会有一定程度的下降。另外，氟硅烷这类试剂通常昂贵且具有毒性。
[0004]另一方面，Lee等人[D.Y.Khang, H.Kang, T.Kim, H.H.Lee, NanoLett.4(4), 633(2004)]采用含氟聚合物材料杜邦AF2400直接制作纳米压印的模板，不但省去了防粘处理的工艺，且多次压印仍能保持良好的防粘效果。但这种材料具有较高的玻璃化转变温度，因此制备这种聚合物的纳米压印模板需要较高的温度和压力。
【发明内容】
[0005]鉴于以上情况，本发明的目的在于解决纳米压印中模板的防粘问题，提供一种无需防粘处理且制备容易的含氟聚合物紫外纳米压印模板。本发明的另一个目的是提供该模板的制备方法。
[0006]为实现上述目的，本发明紫外纳米压印模板采取的技术方案为:
[0007]—种含氟聚合物紫外纳米压印模板，其由衬底和位于衬底上的含氟聚合物压印结构层组成，所述衬底为石英或者含氟聚合物自身。
[0008]所述含氟聚合物是商品名称CYTOP的材料。它具有较低的玻璃化转变温度，高的紫外透光率，并能溶解在特定的含氟溶剂中。商品CYTOP是溶解在含氟溶剂的CYTOP聚合物溶液(AGC Chemicals, Japan)，浓度9%，通过旋转涂膜或浇筑成膜的方法得到CYTOP固体膜并用纳米压印模板的制作。
[0009]所述石英衬底在I到3毫米之间，具有高紫外透光率和高表面平整度。CYTOP固体月吴与石英等表面有娃轻基存在的衬底具有很好粘附能力。
[0010]本发明所述紫外纳米压印聚合物模板的制备方法分为两种情况，分别包括以下步骤:
[0011](I)当衬底为石英时，在石英衬底上旋涂CYTOP聚合物溶液；通过加热蒸发除去旋涂的CYTOP聚合物溶液中的残余含氟溶剂，得到CYTOP固体膜；再在纳米压印机上用压印母模板以热纳米压印的方式对石英衬底上的CYTOP固体膜进行压印；最后，在压印完成后分离压印母模板和CYTOP固体膜，得到位于石英衬底上的含氟聚合物紫外纳米压印模板；
[0012](2)当衬底为含氟聚合物自身时，将CYTOP聚合物溶液浇筑在压印母模板上，待其自动流平并填满母模板的结构；通过加热蒸发除去溶液中的含氟溶剂，得到CYTOP固体膜；最后，小心分离CYTOP固体膜和压印母模板，得到位于CYTOP聚合物自身为衬底的含氟聚合物紫外纳米压印模板。
[0013]利用上述含氟聚合物紫外纳米压印模板，无需防粘处理便可直接用于紫外纳米压印，工艺具体包括以下步骤:(I)利用匀胶机在所需衬底上均匀涂覆一层紫外压印胶；(2)将所述含氟聚合物紫外纳米压印模板以结构面对着紫外胶的方式平铺在衬底上，构成压印组合；(3)对于位于石英衬底上的含氟聚合物紫外纳米压印模板，将压印组合放置在压印机平台上，施加一定压力，并用紫外汞灯曝光一定时间，使紫外压印胶充分固化；(4)对于位于含氟聚合物自身衬底上的含氟聚合物紫外纳米压印模板，通过微纳结构的毛细力和紫外胶的吸附力，模板和衬底自然贴合，再将这一组合放置在紫外汞灯下曝光I分钟时间，使紫外压印胶充分固化；(5)揭下模板，完成压印过程。
[0014]本发明提供了一种无需防粘处理的新型紫外纳米压印模板及其制备方法，与现有技术相比具有的有益效果是:
[0015](I)本发明的含氟聚合物紫外纳米压印模板，采用硬质含氟聚合物CYTOP作压印结构层，可以获得高分辨率的纳米结构，如图5所示。
[0016](2)本发明的含氟聚合物紫外纳米压印模板所用的硬质含氟聚合物CYTOP具有较低的玻璃化转变温度(105°C)，因此可以在较低的温度压印下用压印母模板热压印得到。
[0017](3)本发明的含氟聚合物紫外纳米压印模板也可以无需任何衬底(即以聚合物自身为衬底)，通过在压印母模板浇筑成膜的办法得到，从而不需要压印机制备模板。
[0018](4)本发明的含氟聚合物紫外纳米压印模板，无需防粘处理便可直接用于紫外纳米压印，且由于结构层本身是含氟聚合物，因此多次压印后，防粘效果不会下降。这解决了纳米压印中的防粘问题，简化了工艺，降低了成本，提高了产品良率。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1:石英衬底含氟聚合物紫外纳米压印模板示意图；
[0020]图2:聚合物自身作衬底含氟聚合物紫外纳米压印模板示意图；
[0021]图3:石英衬底含氟聚合物紫外纳米压印模板制备流程示意图；
[0022]图4:利用石英衬底含氟聚合物模板进行紫外纳米压印示意图；5:石英衬底含氟聚合物紫外纳米压印模板；6:紫外压印胶；7:硅衬底。
[0023]图5:利用石英衬底含氟聚合物模板进行紫外纳米压印的扫描电子显微镜照片，(a)440nm周期,220nm线宽光栅结构娃母模板；(b)440nm周期,220nm线宽光栅结构含氟聚合物模板；(C)使用过20次的440nm周期，220nm线宽光栅结构含氟聚合物模板；(d)利用含氟聚合物模板紫外纳米压印得到的440nm周期，220nm线宽光栅结构。
[0024]图6:利用石英衬底含氟聚合物模板进行紫外纳米压印的扫描电子显微镜照片，(a)400nm周期,外环直径300nm,线宽50nm,高度40nm,圆环结构娃母模板；(b)圆环结构含氟聚合物模板；(C)利用含氟聚合物模板紫外纳米压印得到圆环结构；(d)与图(a)对应的原子力显微镜图；(e)与图(C)对应的原子力显微镜图；(f)图(d)中截线处截面形貌；(g)图(e)中截线处截面形貌。
[0025]图7:利用石英衬底含氟聚合物模板进行紫外纳米压印的扫描电子显微镜照片，(a) 200nm周期，IOOnm线宽孔洞结构，图中右上角为放大结构；(b) 400nm周期,200nm线宽点阵结构，图中右上角为放大结构。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明:
[0027]本发明的含氟聚合物紫外纳米压印模板的结构见图1和图2，含氟聚合物CYTOP作为模板刚性结构层2，下层衬底是石英片I或是CYTOP聚合物3本身。
[0028]本实施例的含氟聚合物紫外纳米压印模板的具体制作步骤:
[0029]1.石英衬底含氟聚合物紫外纳米压印模板制作步骤如图3所示，具体如下:
[0030](I)将CYTOP聚合物3溶液滴在洁净石英片I上，利用匀胶机将CYTOP薄膜均匀涂覆于石英片I上，薄膜厚度根据母模板纳米图案尺寸选择合适厚度并由匀胶机转速控制，将匀胶涂覆CYTOP薄膜的石英片放在热台加热至150°C维持I小时以去除残留的含氟溶剂。
[0031](2)将压印母模板4的结构面与石英片I上的CYTOP薄膜接触并贴紧，再将这一组合放在纳米压印机压印平台上进行热纳米压印，先加热后加压模式，压印参数:温度170°C，压力0.1-0.5MPa，保温时间5分钟，保压保温时间5分钟。压印完成后，小心分离母模板4和石英片I得到石英衬底含氟聚合物紫外纳米压印模板。
[0032]2.聚合物自身衬底的含氟聚合物紫外纳米压印模板制作步骤:
[0033]将CYTOP聚合物溶液浇筑在压印母模板结构面上，再将母模板放在热台加热至150°C维持4小时以去除含氟溶剂并留下一层CYTOP固体膜在母模板结构面。小心分离母模板和CYTOP固体膜，得到聚合物自身衬底的含氟聚合物紫外纳米压印模板。含氟聚合物模板厚度由浇筑溶液液层厚度决定。
[0034]本实施例利用制备的含氟聚合物紫外纳米压印模板进行紫外纳米压印工艺步骤如图4所示:
[0035](I)利用匀胶机在硅衬底7上以1600转/分钟，40秒均匀涂覆一层紫外压印胶6。
[0036](2)将制作的含氟聚合物紫外纳米压印模板以结构面对着紫外胶的方式平铺在衬底上，构成压印组合。
[0037](3)对于石英衬底含氟聚合物紫外纳米压印模板5，将组合放置在压印机平台上，施加0.3MPa压力，用紫外汞灯曝光I分钟时间，使紫外压印6胶充分固化。
[0038](4)对于聚合物自身衬底含氟聚合物紫外纳米压印模板，通过微纳结构的毛细力和紫外胶的吸附力，模板和衬底自然贴合，再将这一组合放置在紫外汞灯下曝光I分钟时间，使紫外压印胶充分固化。 [0039] (5)揭下模板，完成压印过程。
【权利要求】
1.一种含氟聚合物紫外纳米压印模板，其特征在于，所述模板由衬底和位于衬底上的含氟聚合物压印结构层组成，所述衬底为石英或者含氟聚合物自身。
2.根据权利要求1所述的一种含氟聚合物紫外纳米压印模板，其特征在于，所述含氟聚合物是商品名称CYTOP的材料。
3.根据权利要求1或2所述的一种含氟聚合物紫外纳米压印模板，其特征在于，所述石英衬底的厚度在I到3毫米之间，具有高紫外透光率；所述含氟聚合物自身衬底厚度在0.05到0.1晕米之间。
4.如权利要求1所述的一种含氟聚合物紫外纳米压印模板的制备方法，其特征在于，首先购买商品名称CYTOP的材料，是溶解在含氟溶剂的CYTOP聚合物溶液，浓度为9%，该方法包括以下步骤: (1)当衬底为石英时，在石英衬底上旋涂CYTOP聚合物溶液；通过加热蒸发除去旋涂的CYTOP聚合物溶液中的残余含氟溶剂，得到CYTOP固体膜；再在纳米压印机上用压印母模板以热纳米压印的方式对石英衬底上的CYTOP固体膜进行压印；最后，在压印完成后分离压印母模板和CYTOP固体膜，得到位于石英衬底上的含氟聚合物紫外纳米压印模板； (2)当衬底为含氟聚合物自身时，将CYTOP聚合物溶液浇筑在压印母模板上，待其自动流平并填满母模板的结构；通过加热蒸发除去溶液中的含氟溶剂，得到CYTOP固体膜；最后，小心分离CYTOP固体膜和压印母模板，得到位于CYTOP聚合物自身为衬底的含氟聚合物紫外纳米压印模板。
5.利用如权利要求1所述的一种含氟聚合物紫外纳米压印模板的纳米压印工艺，其特征在于，所述含氟聚合物紫外纳米压印模板无需防粘处理可直接用于紫外纳米压印，工艺具体包括以下步骤:(1)利用匀胶机在所需衬底上均匀涂覆一层紫外压印胶； (2)将所述含氟聚合物紫外纳米压印模板以结构面对着紫外胶的方式平铺在衬底上，构成压印组合； (3)对于位于石英衬底上的含氟聚合物紫外纳米压印模板，将压印组合放置在压印机平台上，施加一定压力，并用紫外汞灯曝光一定时间，使紫外压印胶充分固化； (4)对于位于含氟聚合物自身衬底上的含氟聚合物紫外纳米压印模板，通过微纳结构的毛细力和紫外胶的吸附力，模板和衬底自然贴合，再将这一组合放置在紫外汞灯下曝光I分钟时间，使紫外压印胶充分固化； (5)揭下模板，完成压印过程。
【文档编号】G03F7/00GK103576447SQ201310543038
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月5日 优先权日:2013年11月5日
【发明者】边捷, 袁长胜, 陈延峰 申请人:无锡英普林纳米科技有限公司