[发明专利]基于弹性模板的微纳米热压印设备及其方法

说明书

本发明公开了一种基于弹性模板的微纳米热压印设备，涉及微纳米热压印相关技术领域，包括底板，所述底板的上表面中部设置有微波加热器，微波加热器的外侧设置有四个呈矩形分布的支撑板，支撑板的顶端固定连接有加热板。本发明通过限位板和活动片来限位弹性模板，使得模板发生损坏时可以随时更换新的模板。本发明还公开了一种基于弹性模板的微纳米热压印工艺，包括以下步骤：A：制备母版、B：制备弹性模板、C：涂布热可塑性材料薄膜、D：微纳米热压印、E：刻蚀。本发明不仅能保留微纳米热压印工艺所具备的低成本、能够加工高精度3D微结构方面的优势，又避免了该工艺在模板寿命、加工误差、良品率和生产效率等方面的不足。

技术领域

本发明涉及微纳米热压印相关技术领域，特别涉及一种基于弹性模板的微纳米热压印设备及其方法。

背景技术

集成电路、MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)器件、衍射光学元件(DOE–Diffractive Optical Elements)、集成光通信器件、光芯片以及生化检测芯片等产品制造的核心是能够把特征尺寸为微米和纳米的图形加工在衬底表面的微纳米加工技术。

目前，使用最为广泛的微纳米加工技术是紫外线光刻技术。紫外线光刻通过光化学反应把掩模版上的图形转移到衬底上的感光材料(光刻胶)薄膜上。紫外线光刻要求衬底为绝对平面，加工工艺复杂，周期长，成本高，所用到的光刻设备和光刻胶等耗材极其昂贵，光化学反应中所用到的蚀刻液对环境有较大危害。紫外线光刻也被称为薄膜技术，使用该技术加工出的微结构的深宽比(Aspect Ratio)低，很难超过0.5，而MEMS器件、微光学元件常常需要1以上的深宽比。紫外线光刻是一种2.5D的加工技术，要加工出3D浮雕结构需要使用多次光刻，用台阶状结构来模拟弧面，这就导致工艺复杂、加工出的器件性能差，无法满足制造MEMS器件和微光学元件的需求。紫外线光刻的加工精度与紫外线波长成反比，目前工艺所用的紫外光源的波长已经接近紫外光谱的波长下限，加工精度的提升空间也已趋近于饱和。

新兴的微纳米热压印技术是通过热压印工艺把模板上的图形转移到衬底上的热可塑性材料薄膜中。微纳米热压印是一个纯物理过程，对环境更加友好，工艺和设备简单，加工精度高、良品率高、加工周期短、效率高、成本低，适合于大规模生产，而且能够方便地加工出高深宽比的微结构和高精度的3D浮雕结构。但是该技术方案仍然存在不足，微纳米热压印模板的制备一般是通过电子束直写光刻在硅或者二氧化硅晶圆的表面加工出微纳米图形，然后在其表面镀上一层金属薄膜作为抗黏层，模板的制备周期长、成本高，但模板的使用寿命短。压模和脱模的过程中过量的力会使模板发生断裂。脱模后少量热塑性材料仍可能黏连在模板表面，尤其是高温和长时间的加热会令热塑性材料分解或降解成难以去除的成分，导致模板局部受损。微纳米热压印要经历一个升温和降温的过程，模板和热塑性材料在热膨胀系数上的较大差异容易导致转移后的图形尺寸的偏差，影响加工的精度。微纳米热压印要求模板和被加工的衬底都是绝对的平面，表面轻微的不平整会导致局部图形转移失败，压模过程中施力的不均匀也会导致局部图形转移失败，造成良品率低。所以在大面积压印时，需要使用小模板和多次压印来覆盖衬底的整个幅面，限制了生产效率的提升。因此，提出一种基于弹性模板的微纳米热压印设备及其方法来解决上述问题很有必要。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于弹性模板的微纳米热压印设备及其方法，解决了现有的微纳米热压印设备上模板的制备周期长、成本高，且模板的使用寿命短的问题。

(二)技术方案