[发明专利]大面积微纳结构软压印方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用软模压印方法实现大面积微纳结构成形的新方法。

背景技术

近年来，随着微纳加工技术和纳米材料的迅速发展，微纳结构的成形和图形转移正受到越来越多的关注。2003年2月，Technology Review报导指出：将改变世界的十大新兴技术中，其中一项便是纳米转印微影技术(Nanoimprint Lithography)。这样一个纳米转印技术概念，可说是源自于日常生活中盖印章的行为：也就是将刻好印模的印章，沾上印泥用力压印在平坦的物体表面上。此动作可将原来在印章上的图案转印到另外一件物体表面上。

纳米转印技术(Nanoimprint technology)是由美国普林斯顿大学S.Y.Chou教授在1996年所提出的一种想法，主要是针对发展100nm以下线宽的微影技术。此技术概念出发点为利用一在表面具有sub-100nm以下之纳米结构精密模板(mold)(可利用电子束直写、X光或离子光刻技术等方式制作)，在一涂布热塑性高分子材料(如PMMA)之基板上，将温度提高至Tg点以上进行此精密模板压印(imprint)，使得此热塑性高分子材料会随着模板表面结构而成形。待温度冷却之后高分子材料固化，移开模板，并以干蚀刻清除残余抗蚀剂，进而将模板上之图案转印至基板上。

上述技术通过硬的模板对高分子材料施压实现纳米级结构的压印成形，因此通常将该技术成为“硬压印”技术。硬压印技术通常需要对高分子有机物在加热或者光照环境下进行施压，因此不需要构建相应的大型设备，但同时工艺参数的微小偏差都会导致大面积上结构的不均匀。

为了克服上述问题，哈佛大学化学与生化系的George M.Whitesides教授发展了以软膜为基础的“软压印”纳米转印技术，该技术利用一种高分子材质当作模板，并将一种具有自我组装功能的高分子材料(SAM，Self-Assembly Monomer)涂布在模板上，并涂满SAM的模板与镀金薄膜基板接触微压，而将模板之凸版处的SAM如墨水般印在基板的金薄膜上不需加温。此SAM材料极易与金属薄膜形成强键结合，故可在金属薄膜上形成纳米图案。此技术结合Top-down的图案定义及Bottom-up的自我组合成形，为两种趋近纳米尺寸技术的最佳结合。此外，由于PDMS模板具有可变形性，可适用于具曲率非平面的基板，在制作光学透镜有较大弹性；

然而上述方法的关键处在于SAM这层自组装高分子材料，该材料在将SAM印在金属薄膜上时，其SAM会如同墨水般之散开，而影响转印的分辨率和线宽大小。目前国外可以实现的最小线宽约为50～100nm，远小于硬压印技术可制备的结构尺度，此外该技术对工艺的一致性要求很高，工艺操作过程中细微的偏差，如不同区域SAM膜的组装时间、金膜与基底的黏结一致性等都将影响图形的质量的大面积范围内的一致性，因此无法快速和批量复制压印。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种大面积微纳结构软压印方法，该方法可在大面积范围内(可大于100mm)实现任意线条图形结构、特征尺寸从几纳米到几微米甚至毫米的图形结构的快速、批量复制压印，且大面积范围内具有高均匀性和一致性的特点。

本发明的技术解决方案：大面积微纳结构软压印方法，其特点在于步骤如下：

(1)首先采用光刻方法在硬质基底表面加工需要微纳图形结构，作为硬质模板；

(2)在加工完成的硬质模板表面涂预聚的有机材料PDMS，完成软质模板的制作；

(3)将软质模板的非图形面黏附于经过双面抛平的基片表面；

(4)将黏附有软质模板的基片放置在旋转设备的吸盘上，并在软质模板的结构面滴加有机材料抗蚀剂进行旋涂，通过调节旋涂速度实现后续工艺中压印有机材料抗蚀剂底胶厚度的控制以及底胶一致性的控制；

(5)准备经过抛光的基片作为微纳图形承载片，将旋涂完后被有机材料抗蚀剂填充的软质模板从基片表面取下，并将软质模板的结构面与基片的抛光面进行紧密接触；

(6)将软质模板从基片表面掀掉，有机材料抗蚀剂材质的微纳结构将被遗留在基片表面；

(7)对有机材料抗蚀剂结构进行热烘焙固化处理，并通过干法刻蚀工艺即可去除底胶或将微纳图形转移至基底表面；

(8)利用软质模板重复步骤(3)-(7)，即可实现快速批量微纳结构的制备。

所述的有机抗蚀剂为AZ系列光刻胶，如AZ3100等。

所述的有机材料抗蚀剂还可以采用传统微电子工艺中的光致抗蚀剂代替。光致抗蚀剂为AZ系列光刻胶、或S系列光刻胶等如：AZ3100、S1805等。