專利名稱：基于pdms的功能性高分子圖案化方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高分子圖案化方法，尤其涉及一種基于PDMS的功能性高分子圖
案化方法。
背景技術：
近年來隨著對功能性高分子研究的日益深化，功能性有機高分子薄膜的微納結構化在其相應領域的應用中越來越多的被關注。比如，發(fā)光高分子在發(fā)光材料上的廣泛應用，導電高分子在半導體領域的日新月異，鐵電高分子在存儲領域的異軍突起，等等。這些都和不同功能高分子的圖案化有著密不可分的關系。在圖案化功能性高分子的制備過程中，主要有自上而下和自下而上兩種手段。自下而上主要利用高分子的自組裝，此法雖可獲得大面積的樣品，但是結構的漲落較大，不可控因素也比較多，在應用器件的性能上會存在較大的損耗。自上而下是目前高分子圖案化比較主流的方法，主要通過各種刻蝕和壓印的方法，獲得圖案化高分子，此間納米壓印的方法因其在制備過程中的物理化學穩(wěn)定性和高分辨率，得到了最廣泛的關注。自1997年美國普林斯頓大學的S.Y.Chou教授提出了納米壓印這一方法以后，該技術得到了廣泛的使用，但是納米壓印過程中的模板就成為了整個流程中的關鍵步驟，硬模板價格昂貴，制備工藝復雜，而且整個工藝中的微小偏差都會對硬模板造成不可逆的破壞，因此軟模板轉印技術應運而生，最早由哈佛大學化學與生化系的George M.Whitesides教授提出。雖然經歷了多年的發(fā)展，軟模板轉印技術得到了長足的進步，但是其根源仍然是硬質模板，需要硬質模板為各類壓印過程提供初始結構的定義。硅基、玻璃基底或者寶石基底的硬模板機械韌性差，獲取步驟繁瑣，且價格相當昂貴，這一直是限制納米壓印技術平民化的關鍵制約。如何實現(xiàn)初始結構的定義在成本和難度上的突破，是納米壓印技術大范圍推廣的關鍵。`

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有技術中存在的上述問題，提供一種基于PDMS的功能性高分子圖案化方法。本發(fā)明的目的通過以下技術方案來實現(xiàn):基于PDMS的功能性高分子圖案化方法，其包括以下步驟:步驟①，采用光刻方法在涂有光刻膠的硬質基底A表面加工出需要的微納結構圖形，獲取帶有圖案化光刻膠的硬質基底A，作為壓印轉移過程中的結構定義的原始基板。步驟②，在帶有圖案化光刻膠的硬質基底A表面璇涂或是滴涂有機材料PDMS，并置于真空干燥箱內，可以在65°C，干燥I小時。步驟③，待充分交聯(lián)后，將PDMS軟模板從上述硬質基底A上揭下來，待用。步驟④，選取對應的硬質基底B，用于承載最后的圖案化功能性高分子，在硬質基底B表面璇涂功能性高分子薄膜，將從硬質基底A上撕下的PDMS軟模板有結構的面覆蓋在璇涂有高分子的基底B上，放入壓印機，選擇合適的壓印條件，實現(xiàn)功能性高分子薄膜的圖案化。步驟⑤，通過干法刻蝕工藝，去除底膠。步驟⑥，重復步驟④、步驟⑤，實現(xiàn)快速批量微納結構的高保真壓印。上述的基于PDMS的功能性高分子圖案化方法，其中:步驟①所述的光刻膠為PMMA系列電子束曝光光刻膠。進一步地，上述的基于PDMS的功能性高分子圖案化方法，其中:所述的有機材料PDMS配比為10: I。具體來說，可以在65°C，干燥I小時。更進一步地，上述的基于PDMS的功能性高分子圖案化方法，其中:步驟④所述的璇涂速度為500rpm至8000rpm,璇涂厚度為50nm至2um。再進一步地，上述的基于PDMS的功能性高分子圖案化方法，其中:步驟④所述的合適的壓印條件包括溫度、壓強、固化條件，所述的壓強為0-70bar，所述的溫度為室溫-300攝氏度，所述的固化條件為紫外壓印。本發(fā)明技術方案的優(yōu)點主要體現(xiàn)在:無需硬質模板作為初始結構定義，只需光刻膠圖案化即可。同時，初始定義所用的PMMA模板無需防粘處理，即可對PDMS的圖形轉移，減少實驗步驟，降低轉移成本，提高圖案的保真度。并且，對PDMS軟模板無需防粘處理，還可以減少對表層功能性高分子的表面勢產生擾動，不會改變其物理化學性質。同時，對最終襯底B平整度要求低，可以實現(xiàn)大范圍特征結構的壓印。


本發(fā)明的目的、優(yōu)點和特點，將通過下面優(yōu)選實施例的非限制性說明進行圖示和解釋。這些實施例僅是應用本發(fā)明技術方案的典型范例，凡采取等同替換或者等效變換而形成的技術方案，均落在本發(fā)明要求保護的范圍之內。這些附圖當中，

圖1是覆蓋有圖案化光刻膠的硬質基底A示意圖；圖2是滴涂或者璇涂預配的PDMS膜示意圖；圖3是待預配的PDMS軟模充分交聯(lián)后揭下得到的PDMS軟模板示意圖；圖4是將PDMS軟模板有圖案的面朝下，壓印功能性高分子的示意圖；圖5是圖案化的功能性高分子薄膜示意圖；圖6是根據應用要求，去除功能性高分子的殘余層示意圖。
具體實施例方式基于PDMS的功能性高分子圖案化方法，其與眾不同之處在于包括以下步驟:步驟①，采用光刻方法在涂有光刻膠的硬質基底A表面加工出需要的微納結構圖形，獲取帶有圖案化光刻膠的硬質基底A，作為壓印轉移過程中的結構定義的原始基板。步驟②，在帶有圖案化光刻膠的硬質基底A表面璇涂或是滴涂有機材料PDMS，并置于真空干燥箱內。具體來說，可以在65°C，干燥I小時。步驟③，待充分交聯(lián)后，將PDMS軟模板從上述硬質基底A上揭下來，待用。步驟④，選取對應的硬質基底B，用于承載最后的圖案化功能性高分子，在硬質基底B表面璇涂功能性高分子薄膜，將從硬質基底A上撕下的PDMS軟模板有結構的面覆蓋在璇涂有高分子的基底B上，放入壓印機，選擇合適的壓印條件，實現(xiàn)功能性高分子薄膜的圖案化。步驟⑤，通過干法刻蝕工藝，去除底膠。步驟⑥，重復步驟④、步驟⑤，實現(xiàn)快速批量微納結構的高保真壓印。就本發(fā)明一較佳的實施方式來看，步驟①所述的光刻膠為PMMA系列電子束曝光光刻膠。考慮到可以提高光刻膠的效果，采用傳統(tǒng)的光刻技術或是電子束曝光均可。同時，有機材料PDMS配比為10: I。并且，為了實施的便利，PDMS和交聯(lián)劑均可從市場購買。進一步來看，步驟④璇涂速度為500rpm至8000rpm,璇涂厚度為50nm至2um。璇涂設備為甩膠機或可用于液體和膠體甩涂的設備，旋轉速度通常大于lOOOrpm。同時，為了能夠提高制造的便利性，合適的壓印條件包括溫度、壓強、固化條件，壓強為0-70bar，溫度為室溫-300攝氏度，固化條件為紫外壓印。并且，固化條件為冷卻固化或者紫外壓印。硬質基底B可以是平整度較高的硬質襯底，如硅基襯底、石英襯底或者寶石襯底。也可以是粗糙度較大的利用氣象沉積或者外延法生長的襯底如氮化鎵、砷化鎵等襯
。結合本發(fā)明的實際使用情況來看，如圖1-6所示，其制作過程如下:(I)首先利用現(xiàn)有的電子束曝光技術在電子束光刻膠表面，使其圖案化，線條的特征尺寸為200nm，圖1為覆有圖案化光刻膠的硬質基底A，I代表光刻膠，如PMMA950K。(2)將PDMS材料滴涂在圖案化光刻膠表面，圖2為滴涂PDMS以后的剖面圖，2為PDMS。(3)帶PDMS材料充分交聯(lián)后，揭下PDMS軟膜，獲得PDMS軟模板，如圖3所示。(4)將PDMS軟模板有圖案的一面朝下，貼合在涂有功能性高分子層的硬質基底B上，3是功能性高分子層，4是硬質基底B，此例中選擇PF0。(5)在納米壓印機中，對PFO進行壓印，即可獲得大面積均勻的圖案化PFO薄膜。(6)利用干刻技術，如氧等離子體刻蝕，即可實現(xiàn)對殘余層的去除。重復步驟4-6，即可實現(xiàn)大量的所需結構的壓印制備。通過上述的文字表述可以看出，采用本發(fā)明后，有如下優(yōu)點:(I)無需硬質模板作為初始結構定義，只需光刻膠圖案化即可，免除掩膜和刻蝕過程中帶入的缺陷，同時降低了初始定義的成本；傳統(tǒng)硬質模板的制作工藝復雜，其制作過程包括光刻膠圖案化、圖案金屬化和刻蝕，三個重要步驟，每一步的微小失誤都會導致最終結構的失敗，因此實驗條件苛刻，制作難度大，但是從外部購買又相當昂貴，這就大大增加了實驗探索的成本。本發(fā)明直接用覆蓋圖案化光刻膠的硬質模板A代替?zhèn)鹘y(tǒng)的圖案化的硬質模板，縮短了初始結構定義用硬質模板A的制作時間，降低了制作成本和制作難度，提高了實驗的靈活度。(2)初始定義所用的PMMA模板無需防粘處理，即可對PDMS的圖形轉移，減少實驗步驟，降低轉移成本，提高圖案的保真度；根據上述配比的PDMS在充分交聯(lián)以后，在圖案結構從光刻膠往PDMS轉移的過程中并不會與PMMA發(fā)生粘連，因此很容易從圖案化光刻膠表面揭下，并將光刻膠上的圖案高保真的拓下來。此法并不需要像傳統(tǒng)的壓印工藝那樣，對硬質模板進行防粘處理。在防粘處理的過程中精細結構的溝角處因為其表面能較低，極易導致防粘試劑的堆積，使得原來的尖銳結構發(fā)生鈍化，這樣在轉移過程中很容易使圖形走樣。本發(fā)明中的PDMS材料在復制結構的過程中交聯(lián)，這樣可以高保真的對初始結構定義用的光刻膠圖案化進行復制，這就保證了轉移過程中結構的還原。

(3)對PDMS軟模板無需防粘處理，還可以減少對表層功能性高分子的表面勢產生擾動，不會改變其物理化學性質；
由于防粘處理后，硬質模板表層的防粘試劑在壓印的過程中確實存在脫落的問題，因此在壓印的過程中不可避免的沾污最終的目標功能性高分子，不但步驟繁瑣，而且可能對表層功能性高分子的表面是產生擾動，在未來的應用中，不可避免的影響其物理化學性質。本發(fā)明在圖案轉移壓印的全過程中并未引入任何有機試劑，而且合理避免了硬質模板A和軟模板的防粘處理，屏蔽了對功能性高分子薄膜壓印過程中有可能引入的污染，最大程度了保證功能性高分子的純度，對未來的應用提供了有力保障。(4)對最終襯底B平整度要求低，可以實現(xiàn)大范圍特征結構的壓印。(特征結構可以是幾十納米到幾十微米，甚至幾毫米)。壓印模板A和目標壓印基底B的平整度一直是壓印過程中直接影響圖形轉移成功率的關鍵步驟?；纵p微的不平整，就會嚴重影響圖像轉移的質量，甚至破壞模板或者目標壓印基底。PDMS軟模板因為具有機械韌性，所以目標壓印基底B如果存在不平整或者突起，可以通過PDMS的柔韌性來彌補，并不會阻礙其他區(qū)域的結構復制。這樣就使得PDMS模板既可用于表面平整的硅基或者寶石基底的硬質基底，又能應用于一些表面粗糙度較大的利用外延法生長的一些半導體基底，如砷化鎵、氮化鎵之類，這樣就可以大大的拓展納米壓印技術的適用范圍，使其獲·得更大的適用領域。
權利要求
1.基于PDMS的功能性高分子圖案化方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟①，采用光刻方法在涂有光刻膠的硬質基底A表面加工出需要的微納結構圖形，獲取帶有圖案化光刻膠的硬質基底A，作為壓印轉移過程中的結構定義的原始基板； 步驟②，在帶有圖案化光刻膠的硬質基底A表面璇涂或是滴涂有機材料PDMS，并置于真空干燥箱內； 步驟③，待充分交聯(lián)后，將PDMS軟模板從上述硬質基底A上揭下來，待用； 步驟④，選取對應的硬質基底B，用于承載最后的圖案化功能性高分子，在硬質基底B表面璇涂功能性高分子薄膜，將從硬質基底A上撕下的PDMS軟模板有結構的面覆蓋在璇涂有高分子的基底B上，放入壓印機，選擇合適的壓印條件，實現(xiàn)功能性高分子薄膜的圖案化； 步驟⑤，通過干法刻蝕工藝，去除底膠； 步驟⑥，重復步驟④、步驟⑤，實現(xiàn)快速批量微納結構的高保真壓印。
2.根據權利要求1所述的基于PDMS的功能性高分子圖案化方法，其特征在于:步驟①所述的光刻膠為PMMA系列電子束曝光光刻膠。
3.根據權利要求1所述的基于PDMS的功能性高分子圖案化方法，其特征在于:步驟②所述的有機材料PDMS配比為10: I。
4.根 據權利要求1所述的基于PDMS的功能性高分子圖案化方法，其特征在于:步驟④所述的璇涂速度為500rpm至8000rpm,璇涂厚度為50nm至2um。
5.根據權利要求1所述的基于PDMS的功能性高分子圖案化方法，其特征在于:步驟④所述的合適的壓印條件包括溫度、壓強、固化條件，所述的壓強為0-70bar，所述的溫度為室溫-300攝氏度，所述的固化條件為紫外壓印。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于PDMS的功能性高分子圖案化方法，首先采用光刻方法在光刻膠表面獲得所需的微納尺寸的圖形，在圖案化的光刻膠表面涂未交聯(lián)的有機材料PDMS，待交聯(lián)后揭下，完成軟模板的制作，將軟模板有結構的一面壓在璇涂有功能性高分子的襯底上，通過熱壓印或者紫外壓印，即可實現(xiàn)不同功能性高分子的圖案化。無需硬質模板作為初始結構定義，只需光刻膠圖案化即可。同時，初始定義所用的PMMA模板無需防粘處理，即可對PDMS的圖形轉移，減少實驗步驟，降低轉移成本，提高圖案的保真度。并且，對PDMS軟模板無需防粘處理。同時，對最終襯底B平整度要求低，可以實現(xiàn)大范圍特征結構的壓印。
文檔編號G03F7/00GK103235482SQ20131015240
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月28日 優(yōu)先權日2013年4月28日
發(fā)明者翁雨燕, 胡志軍 申請人:蘇州大學