专利名称：基于回流技术减少纳米压印复制品表面粗糙度的方法
技术领域：
本发明涉及的是一种微机电技术领域的方法，具体地说，是一种基于回流技术减少纳米压印复制品表面粗糙度的方法。
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，而且出现了许多重要的技术难题，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。纳米压印采用高分辨率电子束或离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。具体过程是首先将聚合物旋涂到衬底材料上，然后将印章和衬底一起加热到聚合物的玻璃化温度以上，通过施加压力使聚合物变形，保持高温高压一段时间后降温减压，使聚合物冷却到其玻璃化温度以下，聚合物图案被固化成型。这样就可以廉价高效地复制印章上的图案结构。
经对现有技术文献的检索发现，M.Konijn，M.M.Alkaisi和R.J.Blaikie等人在Microele ctronic Engineering vol 78-79(2005)pp653-658撰文”Nanoimprintlithography of sub-100nm 3D structures”(“亚100nm三维结构的纳米压印“《微电子工程》)。其原理是通过加温加压的方式，使聚合物物理变形，聚合物在高温高压下开始流动从而填充印章中的空腔，最终印章上的纳米图案被复制到聚合物中。这样得到的聚合物结构其表面光洁度不够，需要措施减少表面粗糙度使其表面光洁度得以提升。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足和缺陷，提供一种基于回流技术减少纳米压印复制品表面粗糙度的方法，使其通过增加回流工艺得到光洁度更高的微纳米结构。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明通过增加回流工艺来改善聚合物表面光洁度，首先加工母板及对母板表面进行处理，然后用母板对聚合物实施热压或纳米压印得到聚合物微纳米结构，最后利用加热回流以降低聚合物的粗糙度。
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聚焦离子束刻蚀加工母板，其工艺条件为加速电压20-30kV，离子束流1-100pA。母板为硅或金属材料。硅母板表面必须进行硅烷化工艺处理，使随后的脱模方便，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。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离子体源。
所述的溅射，其工艺条件为真空度2-9*10-3Pa，溅射速率2～30nm/min，射频溅射功率0.5-1kW。
(2)用母板对聚合物实施热压得到聚合物结构用处理过的母板对聚合物热压或纳米压印，常用的设备是模压机和纳米压印机，它们具有控制精度高、自动化程度高的优势，在要求不是很严格时也可采用在烘箱中加热加压的方法实施。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)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)、聚合物SU8、聚合物mr-I 9020。具体的工艺过程是首先将压印后聚合物进行加热，加热温度比聚合物玻璃化温度高0-80℃，施加压力，维持1-10分钟后，降温到聚合物玻璃化温度以下并降压，最后脱模得到聚合物模具。
(3)利用回流减少聚合物表面粗糙度将得到的聚合物结构放在热板上或烘箱里进行加热，加热温度比热压温度高0-20℃，加热时间在1～10分钟范围内。在高温下，聚合物会重新流动，趋向于更光滑，从而使聚合物的粗糙度降低。这里控制回流温度是关键，且因为不同的聚合物有不同的玻璃化温度，因此回流温度也各不相同。如果回流温度太低，聚合物不能回流；温度太高，有可能使聚合物过分回流从而降低聚合物结构的深宽比，严重时会导致聚合物结构丢失。
通过本发明中增加的回流工艺，得到的聚合物结构其粗糙度得到降低，光洁度得到进一步提高。
具体实施例方式
实施例1压印mr-I 9020，140℃回流1分钟(1)加工母板及对母板表面进行处理采用聚焦离子束刻蚀加工母板，其工艺条件为加速电压25kV，离子束流50pA。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(1，1，2，2H过氟癸基)-三氯硅烷进行处理。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。
(2)用母板对聚合物实施热压得到聚合物结构首先将聚合物mr-I 9020用微电子工业中常用的甩胶机旋涂到双面抛光的硅片上，然后用处理过的硅母板对聚合物实施纳米压印，压印温度为140℃，施加压力800N，维持300s后，降温到聚合物玻璃化温度以下40℃，并去除压力，最后脱模得到聚合物微纳米结构。
(3)利用回流减少聚合物表面粗糙度将得到的聚合物结构放在热板进行加热，加热温度略高于聚合物的玻璃化温度，采用温度为140℃。回流时间1分钟。
得到的聚合物结构其粗糙度都得到降低，聚合物会重新流动，趋向于更光滑，从而使聚合物的粗糙度降低。经测试表明，其粗糙度可由处理前的118.859nm降至处理后的40.524nm。
实施例2压印mr-I 9020，150℃回流5分钟(1)加工母板及对母板表面进行处理采用聚焦离子束刻蚀加工母板，其工艺条件为加速电压25kV，离子束流50pA。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(1，1，2，2H过氟癸基)-三氯硅烷进行处理。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。
(2)用母板对聚合物实施热压得到聚合物结构首先将聚合物mr-I 9020用微电子工业中常用的甩胶机旋涂到双面抛光的硅片上，然后用处理过的硅母板对聚合物实施纳米压印，压印温度为140℃，施加压力800N，维持300s后，降温到聚合物玻璃化温度以下40℃，并去除压力，最后脱模得到聚合物微纳米结构。
(3)利用回流减少聚合物表面粗糙度将得到的聚合物结构放在热板进行加热，加热温度略高于聚合物的玻璃化温度，采用温度为150℃，回流时间5分钟。
得到的聚合物结构其粗糙度都得到降低，聚合物会重新流动，趋向于更光滑，从而使聚合物的粗糙度降低。经测试表明，其粗糙度可由处理前的118.859nm降至处理后的20.027nm。
实施例3压印mr-I 9020，160℃回流10分钟(1)加工母板及对母板表面进行处理采用聚焦离子束刻蚀加工母板，其工艺条件为加速电压25kV，离子束流50pA。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(1，1，2，2H过氟癸基)-三氯硅烷进行处理。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。
(2)用母板对聚合物实施热压得到聚合物结构首先将聚合物mr-I 9020用微电子工业中常用的甩胶机旋涂到双面抛光的硅片上，然后用处理过的硅母板对聚合物实施纳米压印，压印温度为140℃，施加压力800N，维持300s后，降温到聚合物玻璃化温度以下40℃，并去除压力，最后脱模得到聚合物微纳米结构。
(3)利用回流减少聚合物表面粗糙度将得到的聚合物结构放在热板进行加热，加热温度略高于聚合物的玻璃化温度，采用温度为160℃。回流时间10分钟。
得到的聚合物结构其粗糙度都得到降低，聚合物会重新流动，趋向于更光滑，从而使聚合物的粗糙度降低。经测试表明，其粗糙度可由处理前的118.859nm降至处理后的30.128nm。
权利要求
1.一种基于回流技术减少纳米压印复制品表面粗糙度的方法，其特征在于，首先加工母板及对母板表面进行处理，然后用母板对聚合物实施热压或纳米压印得到聚合物微纳米结构，最后利用加热回流以降低聚合物的粗糙度。
2.根据权利要求1所述的基于回流技术减少纳米压印复制品表面粗糙度的方法，其特征是，所述的加工母板及对母板表面进行处理，其方法如下采用聚焦离子束刻蚀加工母板，其工艺条件为加速电压20-30kV，离子束流1-100pA，母板是硅或金属材料，对于硅母板，表面必须进行硅烷化工艺处理，硅烷化工艺采用烷基硅烷化进行处理，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。
3.根据权利要求2所述的基于回流技术减少纳米压印复制品表面粗糙度的方法，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2所述的基于回流技术减少纳米压印复制品表面粗糙度的方法，其特征是，所述的含氟聚合物，包括CF4/H2或CHF3等离子体源。
5.根据权利要求1所述的基于回流技术减少纳米压印复制品表面粗糙度的方法，其特征是，所述的用母板对聚合物实施热压或纳米压印得到聚合物微纳米结构，其方法如下首先将母板和聚合物进行加热，加热温度比聚合物玻璃化温度高0-80℃，施加压力，维持1～10分钟后，降温到聚合物玻璃化温度以下并降压，最后脱模得到聚合物微纳米结构。
6.根据权利要求1所述的基于回流技术减少纳米压印复制品表面粗糙度的方法，其特征是，所述的热压或纳米压印，其采用的工具包括模压机、纳米压印机或烘箱。
7.根据权利要求5所述的基于回流技术减少纳米压印复制品表面粗糙度的方法，其特征是，所述的聚合物，包括块状聚合物板材聚氯乙烯、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、聚合物mr-I 9020、聚合物SU8。
8.根据权利要求1所述的基于回流技术减少纳米压印复制品表面粗糙度的方法，其特征是，所述的加热回流，其方法如下将得到的聚合物结构进行加热，加热温度比热压温度高0-20℃，加热时间在1～10分钟范围内。
9.根据权利要求8所述的基于回流技术减少纳米压印复制品表面粗糙度的方法，其特征是，所述的加热包括热板加热、烘箱加热。
10.根据权利要求2所述的基于回流技术减少纳米压印复制品表面粗糙度的方法，其特征是，所述的溅射，其工艺条件为真空度2-9*10-3Pa，溅射速率2～30nm/min，射频溅射功率0.5-1kW。
全文摘要
一种基于回流技术减少纳米压印复制品表面粗糙度的方法，属于微纳米聚合物结构和器件、微机电技术领域。本发明通过增加回流工艺来改善聚合物表面光洁度，首先加工母板及对母板表面进行处理，然后用母板对聚合物实施热压或纳米压印得到聚合物复制品，最后用加热回流的方式使聚合物重新流动。本发明通过增加的回流工艺可使聚合物微纳米结构的粗糙度大大降低，光洁度得到进一步提高。
文档编号H01L21/00GK1727994SQ200510028218
公开日2006年2月1日 申请日期2005年7月28日 优先权日2005年7月28日
发明者刘景全, 孙洪文, 陈迪, 顾盼, 朱军 申请人:上海交通大学