專利名稱：一種納米壓印模板的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模板的制備方法，具體涉及一種用于納米壓印的模板的制備方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體制造業(yè)的發(fā)展依賴于低成本微圖形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移技術(shù)的提升，但隨著圖形特征尺寸的不斷減小，基于光波波長的傳統(tǒng)光刻技術(shù)逐漸顯得力不從心。納米壓印技術(shù)(NIL) 是一種直接利用機械接觸擠壓，使被壓印材料在模板和基底之間發(fā)生再分布的方法。與傳統(tǒng)的光刻技術(shù)相比，具有分辨率高等特點；與高分辨率的聚焦離子束光刻、電子束光刻、X 射線光刻等技術(shù)相比，它又有產(chǎn)率高、成本低、可大規(guī)模生產(chǎn)等特點，因而成為最具前景的下一代光科技術(shù)。但目前，納米壓印初始模板的制備還要依賴于常用的光亥IJ、電子束光刻、X 射線光刻和聚焦離子束光刻等技術(shù)，因此代價非常昂貴，很難滿足大面積工業(yè)生產(chǎn)的要求。 基于此，發(fā)明一種可大面積制備的價格低廉、微納尺寸可調(diào)的用于納米壓印的初始模板是非常有意義的。多孔氧化鋁模板(PAT)是一種成熟的納米陣列結(jié)構(gòu)材料，它的制備過程簡單、成本低廉、微納尺寸在一定范圍可調(diào)，并且可以做到高度的規(guī)整性，目前已有很成熟的制備工藝，可通過實驗參數(shù)的調(diào)整獲得所需的納米孔徑結(jié)構(gòu)，這些特點都使得PAT成為一種很具潛力的納米壓印初始模板，如何將二者結(jié)合一直是相關(guān)領(lǐng)域科研工作者潛心研究的目標(biāo)。 但PAT自身為一種硬質(zhì)模板，將其直接運用于OTL將會遇到常規(guī)硬壓印所固有的問題，比如 1 表面雜質(zhì)將導(dǎo)致失敗的圖形轉(zhuǎn)移，并且對初始模板造成損傷；2 在不平表面無法實現(xiàn)大面積圖形轉(zhuǎn)移，另外，PAT自身固有的表面不平整性也限制了它在納米壓印中的運用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種新型納米壓印模板的制備方法，克服表面不平整和雜質(zhì)顆粒對圖形轉(zhuǎn)移帶來的影響，真正實現(xiàn)大面積、低成本、高精度微圖形轉(zhuǎn)移。為達到上述目的，本發(fā)明采用的制備步驟為(I)PAT表面旋涂緩沖層；
(2)緩沖層上貼布粘連層；(3)粘連層上粘附硬質(zhì)襯底；(4)壓?。?5)去除基底層；(6)兩步干法刻蝕；本發(fā)明所述的多孔陽極氧化鋁模板(PAT)采用兩步陽極氧化法制備，工藝成熟， 簡單易行，所述PAT包括Al基底層和多孔氧化層，目前孔徑從IOnm到1. 2um的PAT已有報道，且孔徑范圍有望進一步延伸。本發(fā)明所述的緩沖層為熱可固化或紫外可固化光刻膠經(jīng)旋涂烘烤后凝固而成，具有一定的黏性和彈塑性，既可以保證去除Al基后圖形膜層的完整性同時可滿足后續(xù)壓印對形變的要求。本發(fā)明所述的粘連層透明且具有高黏性，用于將下層結(jié)構(gòu)固定于襯底。本發(fā)明所述的襯底對紫外透明，硬質(zhì)，厚度在幾百微米量級。本發(fā)明所述的壓印能夠保證緩沖層材料對PAT孔洞結(jié)構(gòu)的充分填充。本發(fā)明所述Al基的去除采用低溫(10°C以下)低濃度(質(zhì)量分數(shù)低于10% )下的置換反應(yīng)實現(xiàn)，可避免置換反應(yīng)中高產(chǎn)熱對孔洞結(jié)構(gòu)以及光刻膠的破壞。本發(fā)明所述的兩步干法刻蝕包括第一步干法刻蝕和第二步干法刻蝕，其中，第一步干法刻蝕可在Cl2、BCl3或Ar氣氛中進行，用于對去除Al基后多孔氧化層底部的阻擋層進行刻蝕；第二步干法刻蝕可在純A氣氛中進行，用于對多孔氧化層孔洞中的光刻膠進行刻蝕，以得到所需要的圖形深度。本發(fā)明以超薄PAT作為初始模板，所制得的四層結(jié)構(gòu)納米壓印模板具有自適應(yīng)功能，能夠克服壓印中表面顆粒和局部不平整帶來的影響，真正實現(xiàn)大面積高精度圖形轉(zhuǎn)移的目的，同時，結(jié)構(gòu)上的特殊性，使得壓印后能夠方便完整的將超薄PAT表面多孔層層剝離到襯底表面，從而實現(xiàn)孔狀和柱狀圖形復(fù)制的功能。所用原材料均廉價易得，制作工藝簡單便捷，滿足大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的需求。


圖1為多層結(jié)構(gòu)化處理后的模板；圖2為去除鋁基后的模板；圖3為一步干法刻蝕后的模板；圖4為兩步干法刻蝕后的模板(未過刻蝕模板)。圖5為襯底表面起伏較平緩時的納米壓印示意圖(未過刻蝕模板)。圖6為襯底表面起伏較劇烈或帶有雜質(zhì)時的納米壓印示意圖(未過刻蝕模板)。圖7為兩步干法刻蝕后的模板(過刻蝕模板)。圖8為模板(過刻蝕模板)用于納米壓印以及脫模過程示意圖。其中1A1基底層2多孔氧化層3SU8光刻膠4雙面膠5石英玻璃6表面起伏較緩襯底7表面起伏劇烈或帶有雜質(zhì)襯底8納米壓印膠9平整襯底10壓印后未被填充部分
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步描述實施例11、將PAT用去離子水反復(fù)沖洗3 5次，隨后用N2氣槍吹干并置于60°C熱板表面烘烤10分鐘。所述PAT包括多孔氧化層和Al基底層分別如圖1中2和1所示，微結(jié)構(gòu)圖形參數(shù)為孔深 600nm，孔徑 500nm，孔間距 800nm ；2、將上述處理后的PAT于真空環(huán)境下旋涂一層光刻膠(圖1中3)，本實施例優(yōu)選 SU8-25系列光刻膠，其旋涂參數(shù)為st印1 :500r 10s, step2 :2300r 30s。然后進行熱板烘烤，烘烤參數(shù)為st印1 :75°C 3min,step2 :105°C 7min。隨后在上述光刻膠表面貼上一層雙面膠(圖1中4)，所述雙面膠對紫外透明，且具有較強粘附力。接著將上述雙面膠的另一面粘附于石英玻璃(圖1中5)表面并進行壓印處理(Obducat AB, Eitre3系列壓印機)， 壓印目的是讓光刻膠與PAT圖案進行完全填充，所用壓強20bar，時間為120s。最后，對光刻膠進行曝光處理，紫外光源由石英玻璃表面垂直入射，光源強度lOmw/cm2，曝光時間20s。 以上即為模板的多層結(jié)構(gòu)化處理，經(jīng)處理后的模板如圖1所示。經(jīng)上述步驟處理后，SU8-25 光刻膠厚度 20um ；3、對上述經(jīng)多層結(jié)構(gòu)化處理后的模板進行Al基底的剝離，所用溶液為5%的 CuCl2水溶液，溫度恒定在5°C。剝離過程中，Al基底單面浸泡于溶液中，直至不再有氣泡產(chǎn)生即Al基底被完全剝離，然后隨即用大量去離子水沖洗并于空氣中自然晾干。去除Al基底后的模板如圖2所示；4、對上述剝離Al基底的模板進行兩步干法刻蝕，第一步干法刻蝕在C12、BC13* Ar 氣氛中進行，用于對多孔氧化層底部的阻擋層進行刻蝕，刻蝕后的模板如圖3所示；第二步干法刻蝕在純A氣氛中進行，用于對孔隙中SU8-25膠進行刻蝕，得到所需要的圖形深度， 此處刻蝕深度為500nm(因為刻蝕深度未超過了多孔層深度，這里簡稱“未過刻蝕”)，經(jīng)第二步干法刻蝕后的模板(未過刻蝕模板)如圖4所示。以上即為其中一種納米壓印模版的制備方法，由于采用了低溫低濃度置換反應(yīng)來去除Al基底，以及后續(xù)的兩步干法刻蝕，超薄多孔層圖案能夠很完整的轉(zhuǎn)移到新模板表面且納米孔洞的深度可以精確的控制。所制得的模板取放方便，而且由于其結(jié)構(gòu)上的特殊性， 能夠克服納米壓印中基底不平和雜質(zhì)帶來的影響，真正實現(xiàn)完整圖形轉(zhuǎn)移的需求。如圖5 所示，當(dāng)所壓印襯底(圖5中6)表面起伏較平緩時(或原PAT模板表面起伏較平緩時)，模板表面能夠產(chǎn)生相應(yīng)的變形，自動匹配襯底起伏，從而實現(xiàn)不平表面大面積圖案復(fù)制的需求。如圖6所示，當(dāng)所壓印襯底(圖6中7)表面起伏較劇烈或帶有雜質(zhì)時(或原PAT模板表面起伏較劇烈時)，多孔氧化層也能發(fā)生斷裂性變形，自動匹配實現(xiàn)圖案轉(zhuǎn)移的目的。不過在以上情況下，由于模板需要在每次壓印中都產(chǎn)生相應(yīng)的形變，因此單個模板的使用壽命受到限制，但與其廉價的制備成本和在納米壓印中優(yōu)秀的圖案轉(zhuǎn)移精度相比，模板壽命可以忽略不計，并且大部分壓印作業(yè)都是在表面較平整且雜質(zhì)較少場合下進行的。本發(fā)明所述PAT尺寸不限于本實施例的孔深 600nm，孔徑 500nm，孔間距 800nm，后續(xù)的緩沖層、粘連層和硬質(zhì)襯底也不限于SU8光刻膠、雙面膠和石英玻璃，滿足本發(fā)明所需要求的材料都可以。所述的壓印參數(shù)依據(jù)光刻膠的類型以及壓印設(shè)備的型號而有所不同，也可以為熱壓印。所述的置換反應(yīng)溶液也不局限于CuCl2溶液，只要可與Al發(fā)生置換反應(yīng)的溶液均可。所述的兩步干法刻蝕所用的氣體也不局限于本實施例中所采用的Cl2、 BC13、Ar和02，滿足最終刻蝕需求的其他刻蝕條件也可以采用。實施例21、將PAT用去離子水反復(fù)沖洗3 5次，隨后用N2氣槍吹干并置于60°C熱板表面烘烤10分鐘，然后利用全氟辛基三氯硅烷CF3(CF2)5(CH2)2SiCl3或過氟奎基三氯硅烷 CF3(CF2)7(CH2)2SiCl3等含有Si ε X(其中X為商族元素)化學(xué)鍵的硅烷分子采用真空加熱揮發(fā)沉積的方式，在PAT表面自組裝一層單分子防粘層。所述PAT微結(jié)構(gòu)圖形參數(shù)與實施例1相同。本實施例采用的自組裝單分子防粘層制作方式也可以是液相自組裝防粘方式；2、將上述處理后的PAT于真空環(huán)境下旋涂一層SU8-2系列光刻膠(圖1中3)，旋涂參數(shù)為st印1 :500r 10s,step2 :2000r 30s。然后進行熱板烘烤，烘烤參數(shù)為st印1 :75°C lmin, st印2 105°C 3min。隨后在上述光刻膠表面貼上一層雙面膠(圖1中4)，所述雙面膠對紫外透明，且具有較強粘附力。接著將上述雙面膠的另一面粘附于石英玻璃(圖1中 5)表面并進行壓印處理(Obducat AB，Eitre3系列壓印機)，壓印目的是讓光刻膠與PAT圖案進行完全填充，所用壓強20bar，時間為120s。最后，對光刻膠進行曝光處理，紫外光源由石英玻璃表面垂直入射，光源強度lOmw/cm2，曝光時間2s。經(jīng)上述步驟處理后，SU8-2光刻膠厚度 2um ；3、對上述經(jīng)多層結(jié)構(gòu)化處理后的模板進行Al基底的剝離，所用溶液為5%的 CuCl2水溶液，溫度恒定在5°C。剝離過程中，Al基底單面浸泡于溶液中，直至不再有氣泡產(chǎn)生即Al基底被完全剝離，然后隨即用大量去離子水沖洗并于空氣中自然晾干。去除Al基底后的模板如圖2所示；4、對上述剝離Al基底的模板進行兩步干法刻蝕，第一步干法刻蝕在Cl2、BCl3和 Ar氣氛中進行，用于對多孔氧化層底部的阻擋層進行刻蝕，刻蝕后的模板如圖3所示；第二步干法刻蝕在純A氣氛中進行，用于對孔隙中SU8-2膠進行刻蝕，得到所需要的圖形深度， 此處刻蝕深度為800nm(因為刻蝕深度超過了多孔層深度，這里簡稱“過刻蝕”)，經(jīng)第二步干法刻蝕后的模板(過刻蝕模板)如圖7所示。本實施例與實施例1的區(qū)別在于，PAT模板進行了防粘處理，且干法刻蝕之后孔洞深度800nm，比原PAT模板孔深(600nm)增加了 200nm，這樣的處理使得所制備的模板具有其獨特的性能。如圖8所示，由于PAT經(jīng)過了防粘處理，且采用過刻蝕降低了 SU8膠(圖8 中3)與多孔氧化層(圖8中2)的接觸面積，并且當(dāng)進行納米壓印后，由于納米壓印膠一般膠薄(50 300nm)，過刻蝕模板孔洞不會被完全填充(如圖8中10所示)，基于以上原因， 納米壓印后多孔氧化層(圖8中2)能夠輕易的與SU8膠(圖8中3)相分離，分離后的多孔氧化層(圖8中2)被保留在納米壓印膠(圖8中8)中，因而實現(xiàn)了大面積超薄多孔氧化層的無損轉(zhuǎn)移，這是非常有意義的，因為后續(xù)的處理可以有兩種選擇，1 以多孔氧化層(圖 8中2、為掩膜，采用刻蝕的方式將圖形轉(zhuǎn)移到平整襯底(圖8中9)上得到孔狀圖形平整襯底，2 先將多孔氧化層(圖8中2)去除，再以納米壓印膠(圖8中8)為掩膜將圖形轉(zhuǎn)移到平整襯底(圖8中9)上得到柱狀圖形平整襯底。所述平整襯底可以是Si、SiO2, SiC或 Ni等可作為納米壓印初始模板的材料，因而，帶有孔狀或柱狀圖形的平整襯底實際上就是傳統(tǒng)的納米壓印初始模板。因此，實施例2所制備的過刻蝕模板(如圖7所示)可以很方便的用于制備常規(guī)孔狀或柱狀圖形的納米壓印初始模板，這樣就避開了常規(guī)納米壓印初始模板制備中需采用電子束光刻的限制，極大的簡化了制備過程和降低了生產(chǎn)成本。
權(quán)利要求
1.一種納米壓印模板的制備方法，包括如下步驟(1)在多孔陽極氧化鋁模板(PAT)表面旋涂緩沖層；(2)在所述緩沖層上貼布粘連層；(3)在粘連層上粘附硬質(zhì)襯底；(4)對經(jīng)步驟( 處理后的模板進行壓印處理；(5)去除壓印處理后的模板的基底層；(6)對去除基底層后的模板進行兩步干法刻蝕，即獲得納米壓印模板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米壓印模板的制備方法，其特征在于，所述的多孔陽極氧化鋁模板(PAT)包括Al基底層和多孔氧化層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的納米壓印模板的制備方法，其特征在于，所述的緩沖層為熱可固化或紫外可固化的光刻膠經(jīng)旋涂烘烤后凝固而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的納米壓印模板的制備方法，其特征在于，所述粘連層對紫外光透明。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的納米壓印模板的制備方法，其特征在于，所述硬質(zhì)襯底對紫外光透明。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的納米壓印模板的制備方法，其特征在于，所述Al基的去除是通過在溫度在10°c以下、質(zhì)量分數(shù)低于10%的低溫低濃度下采用置換反應(yīng)實現(xiàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2-6之一所述的納米壓印模板的制備方法，其特征在于，所述兩步干法刻蝕包括第一步干法刻蝕和第二步干法刻蝕，其中，第一步干法刻蝕在ci2、BCl3或Ar氣氛中進行，用于對去除Al基底層后的多孔氧化層底部的阻擋層進行刻蝕；第二步干法刻蝕在純A氣氛中進行，用于對多孔氧化層孔洞中的光刻膠進行刻蝕，以得到所需要的圖形深度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的納米壓印模板的制備方法，其特征在于，所述第二步干法刻蝕的刻蝕深度高于多孔氧化層的孔洞深度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的納米壓印模板的制備方法，其特征在于，所述第二步干法刻蝕的刻蝕深度低于多孔氧化層的孔洞深度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9之一所述的納米壓印模板的制備方法，其特征在于，在旋涂所述緩沖層前，先在多孔氧化層表面自組裝一層單分子防粘層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米壓印模板的制備方法，包括如下步驟(1)在多孔陽極氧化鋁模板(PAT)表面旋涂緩沖層；(2)在所述緩沖層上貼布粘連層；(3)在粘連層上粘附硬質(zhì)襯底；(4)壓??；(5)去除Al基底；(6)進行兩步干法刻蝕。本發(fā)明以多孔氧化鋁模板作為初始模板，所制得的四層結(jié)構(gòu)納米壓印模板具有自適應(yīng)功能，能夠克服常規(guī)納米壓印中表面顆粒和局部不平整帶來的影響，真正實現(xiàn)大面積高精度圖形轉(zhuǎn)移的目的，同時，結(jié)構(gòu)和制備工藝上的特殊性，使得壓印后能夠方便完整的將PAT表面多孔層剝離到襯底表面，進而實現(xiàn)孔狀和柱狀圖形復(fù)制的功能，所用原材料廉價易得，制作工藝簡單便捷，滿足大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的需求。
文檔編號G03F7/00GK102436140SQ201110316409
公開日2012年5月2日 申請日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月18日
發(fā)明者劉 文, 孫堂友, 徐曉麗, 徐智謀, 李程程, 羅敏, 趙文寧 申請人:華中科技大學(xué)