专利名称：基于旋涂的纳米复制方法
技术领域：
本发明涉及一种用于纳米压印和软刻蚀技术领域的图案复制工艺，具体是一种基于旋涂的纳米复制方法。
背景技术：
在传统的微电子工艺中，一般采用光学光刻的方法来形成图案。然而光学曝光工具的成本随着波长的减少正以指数增长。光学光刻现在采用深紫外光，然而随着波长的减小，出现了许多新的和重要的技术难题，如分辨率及材料的选择。在下一代光刻技术中，电子束光刻已被证明有非常高的分辨率，但其生产效率太低；X线光刻虽然可具备高产率，但X线光刻的工具相当昂贵。高分辨率的印刷技术是纳米加工中的重要工艺，可实现降低纳米加工的成本，增加图案应用领域。软刻蚀是形成纳米图案的廉价印刷方法。软刻蚀是微接触印刷、微转移模塑、复制模塑、毛细辅助模塑和溶剂辅助模塑等技术的合称。
经文献检索发现，Amit Kumar等人在《Appl.Phys.Lett》，vol633，No.14(1993)pp2002-2004页上撰文“Features of gold having micrometer tocentimeter dimension can be formed through a combination of stamping withan elastomeric stamp and an alkanethiol“ink”followed by chemicaletching”(“结合弹性印章和烷基硫醇“墨”及随后的化学刻蚀可在金上形成从微米至厘米尺度的特征图形”，《应用物理快报》)。其原理是通过弹性印章将其上的纳米图案精确复制到基片上。其中可重复利用的弹性印章的制作是关键，因为印章上的图形质量直接决定了基片上的图形质量。弹性印章由聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成。制作PDMS印章的技术是在母板的表面浇铸PDMS预聚体，并经固化成型。但缺点是需要较长时间才能形成均匀性良好的表面。这是因为PDMS预聚体的粘度较大，流动性差，因此有必要通过外界的作用使它加快流动，为此提出了通过旋涂的方法来加速流动，并使均匀性得到增强。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足和缺陷，提供一种基于旋涂的纳米复制方法，使其通过旋涂工艺得到均匀性比浇铸方法进一步加强的模板，从而实现廉价而又大规模地复制纳米图案的目的。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明方法的核心是通过旋涂复制出纳米图案，首先加工母板及对母板表面进行处理，然后在母板表面旋涂聚合物预聚体并固化成型，最后进行脱模，得到复制出的母板上的图案。
以下对本发明作进一步的说明，具体如下(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、干法或湿法刻蚀和聚焦离子束刻蚀加工母板。对母板表面进行处理除了常规的清洗步骤外，还有一个重要的工艺，即硅烷化工艺，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过氟辛基)-三氯硅烷，(1，1，2，2H过氟癸基)-三氯硅烷等。这样可在表面形成自组装分子层SAM。这种方法的原理是在母板表面形成一层表面自由能较低的分子层，从而使脱模容易。
(2)在母板表面旋涂聚合物预聚体并固化成型对母板表面进行处理后，在表面上旋涂聚合物的预聚体。旋涂在甩胶台上进行。采用的旋涂工艺和甩胶台是微电子工艺中常用的工艺和设备，因此具有与微电子工艺相兼容的优点。常用的聚合物是聚二甲基硅氧烷(PDMS)，它具有表面能小、平整性好的优点。其他可用的聚合物有聚乙烯醇、聚氨酯、聚酰亚胺等。固化的方法有紫外光照和热处理，另外如果对加工周期没有严格要求时，可在室温下自然固化。
(3)脱模最后，将聚合物从母板上揭开，得到聚合物模板，如PDMS模板。得到的模板可以有多种用途，如可用于软刻蚀、紫外压印和步进闪光压印等。
通过本发明中的旋涂工艺，在离心力的作用下，可得到均匀性较高的纳米图案，相对于传统的得到纳米结构的方法具有均匀性好、廉价、方便的优点，且与微电子工艺兼容，可以进行大规模地复制纳米图案。
具体实施例方式
以下通过制作PDMS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用电子束得到较为精细的纳米结构母板，对母板表面进行常规的清洗(将母板放入丙酮，在兆声池中振动5分钟；接着将母板放入乙醇，在兆声池中再振动5分钟；最后放入去离子水，在兆声池中振动2分钟)，接着用(1，1，2，2H过氟辛基)-三氯硅烷进行硅烷化处理。
2、在母板表面旋涂PDMS预聚体并固化成型将PDMS预聚体(罗地亚公司产，V-3040A)与固化剂(V-3040B)按10∶1比例混合，用玻璃棒搅拌均匀，真空脱气30分钟后，浇到母板上，用针尖去除气泡，放在甩胶台的底盘上用真空吸住母板，接着在300rpm的转速下旋转。从而在母板表面形成均匀覆盖的PDMS预聚体。采用热处理的方法固化在65℃度下固化3小时。
3、脱模最后，将固化后的PDMS片从母板表面上揭开，得到PDMS模板(印章)。PDMS模板上的纳米图案较好地复制了母板上的原有图案。这是因为所用的甩胶台是微电子工艺中常用的标准设备，可以较好地控制转速，这样PDMS在离心力的作用下加速流动，使其达到高度的均匀分布，并充分填充母板上的空腔，从而能高保真地复制母板上的图案。
权利要求
1.一种基于旋涂的纳米复制方法，其特征在于，通过旋涂复制出纳米图案，首先加工母板及对母板表面进行处理，然后在母板表面旋涂聚合物预聚体并固化成型，最后进行脱模，得到复制出的母板上的图案。
2.根据权利要求1所述的基于旋涂的纳米复制方法，其特征是，所述的加工母板及对母板表面进行处理，具体如下采用光学光刻、微机械加工、电子束光刻、干法或湿法刻蚀和聚焦离子束刻蚀加工母板，对母板表面进行处理，除了常规的清洗步骤外，还要进行硅烷化工艺，采用烷基硅烷进行处理，在表面形成自组装分子层，从而使脱模容易。
3.根据权利要求2所述的基于旋涂的纳米复制方法，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所述的基于旋涂的纳米复制方法，其特征是，所述的在母板表面旋涂聚合物预聚体并固化成型，具体如下当加工母板和对母板表面进行处理后，在表面上旋涂聚合物的预聚体，旋涂在甩胶台上进行，聚合物采用PDMS，或聚乙烯醇或聚氨酯或聚酰亚胺，固化的方法采用紫外光照或热处理，或者在室温下自然固化。
全文摘要
一种基于旋涂的纳米复制方法，用于微机电系统、纳米压印和软刻蚀领域。本发明通过旋涂覆制出纳米图案，首先加工母板及对母板表面进行处理，然后在母板表面旋涂聚合物预聚体并固化成型，最后进行脱模，得到复制出的母板上的图案。通过本发明，可得到均匀性较高的纳米图案，相对于传统的得到纳米结构的方法具有均匀性好、廉价、方便的优点，且与微电子工艺兼容，可以进行大规模地复制纳米图案。
文档编号B82B3/00GK1562731SQ200410017370
公开日2005年1月12日 申请日期2004年4月1日 优先权日2004年4月1日
发明者刘景全, 孙洪文, 李建华 申请人:上海交通大学