基于纳米压印光刻的金属图案转移方法以及系统与流程

本发明涉及微纳米加工技术领域，更具体的说，涉及一种基于纳米压印光刻的金属图案转移方法以及系统。

背景技术：

纳米压印光刻(nanoimprintlithography，nil)，作为一种低成本、高效率、大面积的纳米结构图案制造技术，从1995年被提出以来就受到了广泛关注。不同于传统的光学光刻，纳米压印光刻不是通过改变聚合物的光化学特性而实现图案化，而是将模板压在涂有聚合物的基底表面，通过聚合物的受力形变实现图案的转移。因此，这种光刻方式所能实现的最佳分辨率不受衍射、散射、聚合物上可能发生的干涉或来自基底的背散射所影响，而是直接由模板上图案的分辨率决定。

根据聚合物固化方式的不同，纳米压印光刻可以被分为热压印和紫外压印。热压印模式通过将聚合物加热至玻璃转化温度之上，然后使用模板压印，冷却后固化脱模。但是，此过程中的热循环会造成模板和样品的热膨胀，导致图案不匹配。同时，热循环过程耗费太多时间，严重影响生产效率。紫外压印通过将模板与紫外固化材料的直接接触，在紫外光照射下进行固化，然后脱模完成图案的转移。这种方式直接避免了热循环带来的种种缺陷。

纳米压印光刻技术可以将纳米级图形结构从模板上转移到固化后的压印胶上，但要将此图形转移到金属或其他特定材料上，就需要配合其他种类的微纳加工技术，比如蒸镀和等离子体刻蚀。这些工艺主要用来加工硅基或石英基的圆片。对于柔性基底的材料，考虑到等离子体刻蚀金属需要几百度的高温来使生成金属化合物挥发，同时基底表面需要满足一定的平整度，因此刻蚀变得比较困难且难以控制。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明技术方案提供了一种基于纳米压印光刻的金属图案转移方法以及系统，将具有预设图案结构的金属层形成在刚性衬底上，再转移到柔性衬底上，降低了对柔性衬底性能的要求。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于纳米压印光刻的金属图案转移方法，所述方法包括：

制备压印模具，所述压印模具包括刚性衬底，所述刚性衬底具有相反的第一表面以及第二表面，所述第一表面具有预设图案结构的金属层；

将所述压印模具与一柔性衬底压合固定，所述柔性衬底表面具有液体胶层，所述金属层朝向所述胶层；

固化所述胶层；

使得所述刚性衬底与所述金属层分离，所述金属层通过所述胶层粘结固定在所述柔性基板上。

优选的，在上述系统中，所述制备压印模具包括：

提供一所述刚性衬底；

对所述刚性衬底做预设处理，在所述第一表面形成抗黏层；

在所述抗黏层表面形成具有预设图案结构的所述金属层。

优选的，在上述系统中，所述刚性衬底为硅片，或是石英片；

所述对所述刚性衬底做预设处理包括：将抛光后的所述刚性衬底浸入全氟癸基三氯硅烷溶液设定时间后，取出所述刚性衬底，对其进行烘烤，以在所述刚性衬底表面形成所述抗黏层。

优选的，在上述系统中，所述在所述抗黏层表面形成具有预设图案结构的所述金属层包括：

在所述抗黏层表面蒸镀未图案化处理的所述金属层；

在所述金属层表面形成具有所述预设图案结构的光刻胶层；

以所述光刻胶层作为掩膜，对所述金属层进行图案化处理，形成所述预设图案结构。

优选的，在上述系统中，所述刚性衬底可以透过紫外光；所述液体胶层为紫外固化胶；

所述固化所述胶层包括：采用紫外光照射所述第二表面，以固化所述胶层。

本发明还提供了一种基于纳米压印光刻的金属图案转移系统，所述系统包括：

胶辊设备，所述胶辊设备用于拉伸展平柔性衬底；

涂胶设备，所述涂胶设备用于向所述柔性衬底的表面涂覆液态胶层；

升降平台，所述升降平台用于固定压印模具，所述压印模具包括刚性衬底，所述刚性衬底具有相反的第一表面以及第二表面，所述第一表面具有预设图案结构的金属层；

其中，在进行金属图案转移时，通过所述升降平台将所述压印模具与所述柔性衬底压合固定，所述胶层固化后，所述金属层通过所述胶层粘结固定在所述柔性基板上，通过所述升降平台带动所述刚性衬底，使得所述刚性衬底与所述金属层分离。

优选的，在上述方法中，所述胶辊设备包括收卷辊、放卷辊以及多个传动辊，所述柔性衬底的两端分别缠绕在所述收卷辊以及所述放卷辊上，其中间部分通过所述传动辊拉伸展平。

优选的，在上述方法中，所述胶辊设备还包括张力传感器，用于检测所述柔性衬底的张力。

优选的，在上述方法中，所述刚性衬底可以透过紫外光；所述胶层为紫外固化胶；

所述系统还包括紫外曝光设备，所述紫外曝光设备用于在所述压印模具与所述柔性衬底压合固定时，发射紫外光，照射所述第二表面，以固化所述胶层。

优选的，在上述方法中，所述涂胶设备包括：

槽体，用于盛放胶液；

至少一个涂胶辊，其中一个所述涂胶辊与一所述传动辊相对设置，以在二者之间的所述柔性衬底表面涂覆胶液；

刮刀，所述刮刀用于平整所述涂胶辊表面的胶液。

通过上述描述可知，本发明技术方案提供的基于纳米压印光刻的金属图案转移方法以及系统中，将具有预设图案结构的金属层临时形成在刚性衬底表面，在柔性衬底表面形成液体胶层，在具有所述金属层的刚性衬底与所述柔性衬底压合固定后，固化所述胶层，这样，所述刚性衬底与所述金属层分离后，所述金属层通过所述胶层粘结固定在所述柔性基板上。可见，本发明技术方案，先将具有预设图案结构的金属层形成在刚性衬底上，再转移到柔性衬底上，具有预设图案结构的金属层形成工艺不会对柔性衬底造成不良影响，保证了产品质量，降低了对柔性衬底性能的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于纳米压印光刻的金属图案转移方法的方法流程图；

图2-图10为本发明实施例提供的一种基于纳米压印光刻的金属图案转移方法的工艺流程图；

图11为采用本发明实施例提供所述方法制作的表面具有透明金属网格电极的柔性衬底的结构示意图；

图12为采用本发明实施例提供所述方法制作的透明金属网格电极的透过率曲线；

图13为本发明实施例提供的一种基于纳米压印光刻的金属图案转移系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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做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。

现有技术通过纳米压印光刻技术在衬底表面形成预设图案结构的金属层时，一般是直接在衬底表面形成未图案化处理的金属层，然后通过纳米压印光刻技术在金属层表面形成具有设定图形的光刻胶层，以所述光刻胶层为掩膜，对所述金属层进行刻蚀，形成具有预设图案结构的金属层，最后剥离所述光刻胶层。在该过程中，一般通过蒸镀工艺形成未图案化处理的金属层，通过等离子体刻蚀工艺所述金属层，蒸镀工艺以及等离子体刻蚀工艺均需要较高温度，对柔性衬底耐温要求较高。

为了解决上述问题，本发明技术方案提供了一种基于纳米压印光刻的金属图案转移方法以及系统，无需基于柔性衬底进行刻蚀就可以在柔性衬底上形成具有预设图案结构的金属层。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图1，图1为本发明实施例提供的一种基于纳米压印光刻的金属图案转移方法的方法流程图，该方法包括：

步骤s11：制备压印模具，所述压印模具包括刚性衬底，所述刚性衬底具有相反的第一表面以及第二表面，所述第一表面具有预设图案结构的金属层。

步骤s12：将所述压印模具与一柔性衬底压合固定，所述柔性衬底表面具有液体胶层，所述金属层朝向所述胶层。

步骤s13：固化所述胶层。

步骤s14：使得所述刚性衬底与所述金属层分离，所述金属层通过所述胶层粘结固定在所述柔性基板上。

本发明实施例所述方法中，将具有预设图案结构的金属层临时形成在刚性衬底表面，在柔性衬底表面形成液体胶层，在具有所述金属层的刚性衬底与所述柔性衬底压合固定后，固化所述胶层，这样，所述刚性衬底与所述金属层分离后，所述金属层通过所述胶层粘结固定在所述柔性基板上。可见，本发明技术方案，先将具有预设图案结构的金属层形成在刚性衬底上，再转移到柔性衬底上，具有预设图案结构的金属层形成工艺不会对柔性衬底造成不良影响，保证了产品质量，降低了对柔性衬底性能的要求。

参考图2-图10，图2-图10为本发明实施例提供的一种基于纳米压印光刻的金属图案转移方法的工艺流程图，该方法具体包括：

如图2-图6所示，制备压印模具，制备压印模具的方法包括：如图1所示，提供一所述刚性衬底11；再如图2所示，对所述刚性衬底11做预设处理，在所述第一表面形成抗黏层12；再如图3-6所示，在所述抗黏层表面12形成具有预设图案结构的所述金属层13。

可选的，所述刚性衬底11为硅片，或是石英片；所述对所述刚性衬底11做预设处理包括：将抛光后的所述刚性衬底11浸入全氟癸基三氯硅烷溶液设定时间后，取出所述刚性衬底11，对其进行烘烤，以在所述刚性衬底11表面形成所述抗黏层12。浸泡时间可以根据反应温度以及溶液浓度等参数设定，如可以设定为10min，本发明实施例对浸泡时间不作具体限定。

采用硅片，或是石英片作为刚性衬底11，一方面，使得刚性衬底11可以在全氟癸基三氯硅烷溶液中与溶液发生反应，全氟癸基三氯硅烷可以与刚性衬底表面硅的氢氧基反应形成共价键，从而在刚性衬底11表面形成抗黏层12。全氟癸基三氯硅烷与硅的氢氧基形成抗黏层，与刚性衬底通过化学键，故抗黏层12可以稳定牢固的附着在刚性衬底11的表面，而抗黏层背12由于其固有特性，其背离刚性衬底11的一侧表面附着其他结构的附着力较小，在后续转移金属层13过程中，在胶层22固化后，可以直接基于胶层22固定金属层22的粘结力使得金属层13和刚性衬底11分离；另一方面，使得刚性衬底11可以透过紫外线，故在后续固化胶层13的过程中，可以使得紫外线透过刚性衬底11以照射固化胶层13，实现胶层13的光固化，无需高温，以适用于柔性衬底21的表面胶层13固化。

其中，在所述抗黏层表面12形成具有预设图案结构的所述金属层13的方法包括：如图4所示，在所述抗黏层12表面蒸镀未图案化处理的所述金属层13；再如图5所示，在所述金属层13表面形成具有所述预设图案结构的光刻胶层14；再如图6所示，以所述光刻胶层14作为掩膜，对所述金属层13进行图案化处理，形成所述预设图案结构。可以通过紫外光刻的方式在光刻胶层14上形成预设图案结构。可以通过等离子体刻蚀工艺刻蚀金属层13，对其进行图案化处理，具体可以采用电感耦合式等离子体刻蚀的方法刻蚀金属层13。完成金属层13刻蚀后，去除光刻胶层14，将具有预设图案结构金属层13的刚性衬底11作为压印模具。

完成压印模具制备后，如图7所示，提供一柔性衬底21，再如图8所示，在柔性衬底21表面形成液态胶层22。

然后，通过所述压印模具将具有预设图案结构的金属层13转移到柔性衬底21表面。

在转移金属层13时，如图9所示，将压印模具与柔性衬底21压合固定后，对胶层13进行固化。可选的，为了避免柔性衬底21处于高温环境，可以设置所述刚性衬底11可以透过紫外光；所述液体胶层13为紫外固化胶。这样，在固化胶层13时，固化所述胶层13的方法包括：采用紫外光照射所述第二表面，以固化所述胶层13。

在转移金属层13过程中，可以通过胶辊传递柔性衬底21，胶液通过胶辊和柔性衬底21之间的挤压传递到柔性衬底21表面，通过刮刀刮涂使得胶层厚度均匀，以在柔性衬底21表面形成厚度均匀的液态胶层22。通过胶辊将涂覆有液态胶层22的柔性衬底21水平拉伸展平。可以将压印模具固定在一可以上下移动的升降平台上，具体的，将表面涂覆有液态胶层22的柔性衬底21水平拉伸展开后，胶层22朝上设置，通过升降平台带动压印模具将其压合固定在柔性衬底21上，知道柔性衬底21受到一定大小的压力。然后打开紫外曝光等照射刚性衬底11的第二表面，以固化胶层22，最后，提升升降平台，使得抗黏层12和金属层13分离，将金属层13通过胶层22固定在柔性衬底21表面。本发明中，金属层13可以为透明金属网格电极。透明金属网格的网格线宽为纳米量级，由于线宽为纳米量级，对于人眼分辨率而言无法辨识，故在人眼视觉看来，相当于是透明的。采用本发明实施例所述方法在柔性衬底表面制备的透明金属网格电极，产品如图11所示，图11为采用本发明实施例提供所述方法制作的表面具有透明金属网格电极的柔性衬底的结构示意图，图11左图为宏观可见光图片，图11右图为扫描电子显微镜图像，透明金属网格线宽为500n，周期为20μm，可以看到金属网格图案的均匀性和线条质量非常好，没有扭曲、坏点以及图案缺失。

参考图12，图12为采用本发明实施例提供所述方法制作的透明金属网格电极的透过率曲线，图12中横轴为波长，单位是nm，纵轴为透过率，由图12可知，通过光谱仪测得的转移前具有透明金属网格电极的刚性衬底(以石英quartz为例)透过率和转以后具有透明金属网格电极的柔性衬底(以pet塑料为例)透过率几乎完全一样，且透过率均可以达到95％。转移前后，透明金属网格电极的面电阻通过四探针方法进行测量，结果显示面电阻均为6ω/□，对透明薄膜电极而言面电阻数值范围非常理想。可见，使用本发明实施例所述方法在柔性衬底上制作的金属图案质量较好，性能不受制作过程影响。

本发明实施例所述方法，先将具有预设图案结构的金属层13形成在刚性衬底11上，再转移到柔性衬底21上，可以通过蒸镀工艺以及等离子体刻蚀工艺在刚性衬底11表面形成具有预设图案结构的金属层13，故蒸镀工艺以及等离子体工艺对应的高温条件不会对柔性衬底21造成不利影响，从而降低了对柔性衬底21的要求，也避免了由于高温导致的柔性衬底21形变或是受损问题。可见，本发明实施例所述方法中，克服了蒸镀工艺以及等离子体工艺不适用于柔性衬底的技术问题，能够在常温条件下直接将具有预设图案结构的金属层13从刚性衬底11转移到柔性衬底21上，同时具有刚性衬底11容易更换、在刚性衬底11上易形成均匀图案结构等优点，可以用于制作大面积的柔性电子器件，比如应用于在触摸屏上的透明金属电极薄膜。

相对于传统通过该纳米级压印方式制造纳米级金属图案的方法，本发明实施例所述方法可以实现基于柔性衬底21的大面积均匀的百纳米级金属图案的压印，同时压印模具中刚性衬底11便于更换，利用表面具有抗黏层13的刚性衬底11，可以简单快捷的将金属层13由刚性衬底11转移并可靠固定到柔性衬底21上，克服了等离子体刻蚀不适用于柔性衬底21的问题，通过本发明实施例所述方法，可以在柔性衬底21上制作图案质量更好、无坏点的金属层13，使得转移前后金属层13图案结构完全一样。

基于上述实施例，本发明另一实施例还提供了一种基于纳米压印光刻的金属图案转移系统，所述系统如图13所示，图13为本发明实施例提供的一种基于纳米压印光刻的金属图案转移系统的结构示意图，该系统包括：

胶辊设备31，所述胶辊设备31用于拉伸展平柔性衬底21；

涂胶设备33，所述涂胶设备33用于向所述柔性衬底21的表面涂覆液态胶层22；

升降平台32，所述升降平台32用于固定压印模具，所述压印模具的结构与上述实施例相同，所示压印模具包括刚性衬底，所述刚性衬底具有相反的第一表面以及第二表面，所述第一表面具有预设图案结构的金属层；

其中，在进行金属图案转移时，通过所述升降平台32将所述压印模具与所述柔性衬底21压合固定，所述胶层22固化后，所述金属层通过所述胶层22粘结固定在所述柔性基板21上，通过所述升降平台32带动所述刚性衬底，使得所述刚性衬底与所述金属层分离。

如图13所示，所述胶辊设备31包括收卷辊312、放卷辊311以及多个传动辊313，所述柔性衬底21的两端分别缠绕在所述收卷辊312以及所述放卷辊311上，其中间部分通过所述传动辊313拉伸展平。可选的，所述胶辊设备31还包括张力传感器315，用于检测所述柔性衬底21的张力。可以通过检测张力检测其受到压合模具的压力。

可选的，所述刚性衬底可以透过紫外光；所述胶层22为紫外固化胶；所述系统还包括紫外曝光设备34，所述紫外曝光设备34用于在所述压印模具与所述柔性衬底21压合固定时，发射紫外光，照射所述第二表面，以固化所述胶层22。所述紫外曝光设备34包括紫外曝光灯，用于出射紫外光。

可选的，所述涂胶设备33包括：槽体331，所述槽体331用于盛放胶液；至少一个涂胶辊312，其中一个所述涂胶辊312与一所述传动辊313相对设置，以在二者之间的所述柔性衬底21表面涂覆胶液，在柔性衬底21表面形成液体胶层22；刮刀33，所述刮刀33用于平整所述涂胶辊表面的胶液。在图13所示方式中，所述涂胶设备33具有两个涂胶辊，其中一个与一个传动辊313相对设置。

在图13所示方式中，所述胶辊设备31包括三个传动辊313，其中两个用于承载柔性衬底21涂覆有胶层22且被拉伸展平的区域，另一个传动辊313与一个涂胶辊332相对设置，以实现柔性衬底21表面的涂胶操作。

本发明实施例所述系统可以用于上述实施例所述方法，先将具有预设图案结构的金属层形成在刚性衬底上，再转移到柔性衬底上，可以通过蒸镀工艺以及等离子体刻蚀工艺在刚性衬底表面形成具有预设图案结构的金属层，故蒸镀工艺以及等离子体工艺对应的高温条件不会对柔性衬底造成不利影响，从而降低了对柔性衬底的要求，也避免了由于高温导致的柔性衬底形变或是受损问题。克服了蒸镀工艺以及等离子体工艺不适用于柔性衬底的技术问题，能够在常温条件下直接将具有预设图案结构的金属层从刚性衬底转移到柔性衬底上，同时具有刚性衬底容易更换、在刚性衬底上易形成均匀图案结构等优点，可以用于制作大面积的柔性电子器件，比如应用于在触摸屏上的透明金属电极薄膜。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。