本發(fā)明涉及納米級(jí)印刷領(lǐng)域,特別涉及一種壓印模板及其制作方法、壓印裝置、壓印方法和基板。
背景技術(shù):
納米壓印工藝是一種低成本、高效率的納米級(jí)圖案轉(zhuǎn)移技術(shù),可避免光學(xué)光刻瓶頸,制作更小的特征尺寸。研究結(jié)果表明壓印的最小特征尺寸可以達(dá)到10nm?,F(xiàn)有的壓印技術(shù)方法主要有:抗蝕劑涂層加熱壓印、常溫紫外固化壓印、硬模壓印、軟模壓印等;其中,滾對(duì)平的壓印,簡(jiǎn)單方便,易于量產(chǎn)化,受到人們的廣泛關(guān)注。但以配重滾輪為主的壓印部件與壓印模版之間的接觸穩(wěn)定性、及壓印力分布的均勻性比較難以控制,壓印后的殘膠量會(huì)厚薄不一,導(dǎo)致對(duì)后續(xù)的刻蝕圖案造成嚴(yán)重不利影響。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的主要目的是改進(jìn)壓印模版的特性,使其可產(chǎn)生額外的輔助壓印力,進(jìn)而提高壓印模版與壓印部件之間的接觸穩(wěn)定性和保持壓印力的均勻性,本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種壓印模板,所述壓印模板的基材內(nèi)填充有導(dǎo)磁性納米顆粒。所述導(dǎo)磁性納米顆粒可在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生磁性輔助壓印力,為增強(qiáng)所述壓印模板、配重滾輪、待壓印件之間接觸的穩(wěn)定性提供了可能。
優(yōu)選地,所述基材為二甲基硅氧烷,所述導(dǎo)磁性納米顆粒均勻分散于所述二甲基硅氧烷內(nèi)部。
優(yōu)選地,所述磁性納米顆粒為直徑小于或等于12納米的超順磁納米顆粒。
進(jìn)一步地,所述超順磁納米顆粒為鐵鈷鎳的氧化物或者硫化物。
優(yōu)選地,所述導(dǎo)磁性納米顆粒的表面修飾親油性基團(tuán)。
進(jìn)一步地,所述親油性基團(tuán)包括烷烴基;或,含有芳基、醋、醚、胺、酞胺基團(tuán)的烴基;或,含有雙鍵的烴基;或,聚氧丙烯基;或,聚硅氧烷基。
本發(fā)明還提出一種壓印模板的制作方法,包括如下步驟:將導(dǎo)磁性納米顆粒與基材前驅(qū)體溶液混合,形成懸浮液;將所述懸浮液澆筑于納米壓印母板表面,并去除氣泡;固化所述納米壓印母板表面的懸浮液,脫模,形成壓印模板。
根據(jù)上述壓印模板,本發(fā)明還提出一種壓印裝置,與所述的壓印模板配合,以便實(shí)施壓印作業(yè),所述壓印裝置包括適于支撐待壓印件的載臺(tái)、適于將所述壓印模板抵持于待壓印件上的配重滾輪、適于對(duì)所述壓印模板產(chǎn)生磁性輔助壓印力的磁性件;在壓印時(shí),所述配重滾輪處于所述載臺(tái)上方,所述磁性件處于所述載臺(tái)下方,所述配重滾輪與磁性件同步水平移動(dòng)。
優(yōu)選地,所述壓印裝置還包括用于固定所述壓印模板的支架,所述支架上設(shè)有便于所述壓印模板在豎向方向具有預(yù)設(shè)行程的彈性件。
本發(fā)明還提出一種壓印方法,其采用所述的壓印裝置,具體包括如下步驟:
壓印準(zhǔn)備:將待壓印件置于所述載臺(tái)上,并于待壓印件上方預(yù)設(shè)位置處固定所述壓印模板;
壓?。核雠渲貪L輪于所述壓印模板上方以預(yù)設(shè)路徑滾動(dòng),以使所述壓印模板抵持于待壓印件表面;處于所述載臺(tái)下方的所述磁性件與所述配重滾輪同步水平移動(dòng),以產(chǎn)生吸引所述壓印模板的磁性輔助壓印力,使所述壓印模板上的圖案印制于所述待壓印件上。
優(yōu)選地,所述壓印裝置還包括用于固定所述壓印模板的支架,所述支架上設(shè)有便于所述壓印模板在豎向方向具有預(yù)設(shè)行程的彈性件;
所述壓印步驟之后,還包括:
脫模:所述配重滾輪與所述磁性件沿預(yù)設(shè)路徑遠(yuǎn)離所述壓印模板時(shí),所述壓印模板在所述彈性件作用下,以預(yù)設(shè)行程豎向運(yùn)動(dòng),使所述壓印模板與待壓印件分離。
本發(fā)明還提出一種基板,其采用所述的壓印方法印制而成。
本發(fā)明的有益效果如下:
1、本發(fā)明的壓印模板帶有導(dǎo)磁性納米顆粒,可在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生磁性輔助壓印力,為提高所述壓印模板、壓印部件與待壓印件之間接觸的穩(wěn)定性提供了便利,進(jìn)而可更準(zhǔn)確地控制壓印力的均勻性;同時(shí),本發(fā)明還為這種壓印模板提供了具體的制作方法。
2、本發(fā)明的壓印裝置與所述壓印模板相配合,使配重滾輪于壓印模板上方滾壓產(chǎn)生壓印力,同時(shí)磁性件在載臺(tái)下方對(duì)壓印模板產(chǎn)生同向同步的磁性吸引力,以形成輔助壓印力;且通過(guò)設(shè)置彈性件,可實(shí)現(xiàn)壓印后的自動(dòng)脫模,設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用。
3、本發(fā)明的壓印方法只需將待壓印件置于載臺(tái)上,并于預(yù)設(shè)位置固定壓印模板即可開(kāi)始?jí)河?,由于壓印模板與磁性件之間的磁性吸引力作用,可使配重滾輪與壓印模版的接觸更穩(wěn)定,從而優(yōu)化壓印后形成的基板的殘膠量問(wèn)題,進(jìn)而使印刷出的基板在后續(xù)刻蝕工藝中形成更精準(zhǔn)的圖案。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明所述壓印模板的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2為本發(fā)明所述壓印模板的制作方法中澆筑狀態(tài)的示意圖;
圖3為本發(fā)明所述壓印模板的制作方法中澆筑后、脫模前的示意圖;
圖4為本發(fā)明所述壓印裝置的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖;
圖5為本發(fā)明所述壓印模板壓印出的基板結(jié)構(gòu)實(shí)施例。
標(biāo)號(hào)說(shuō)明:
壓印模板1,基材11,導(dǎo)磁性納米顆粒12,突起部13,待壓印件2,配重滾輪3,載臺(tái)4,磁性件5,支架6,彈性件7,基板8,母板9。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖,對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
本發(fā)明提出一種壓印模板1,如圖1所示的優(yōu)選實(shí)施例,所述壓印模板1的基材11內(nèi)填充有導(dǎo)磁性納米顆粒12。使用時(shí),將壓印模板1帶有圖案的一面抵持于待壓印件2的表面,并施加一定的壓印力,即可將突起部13對(duì)應(yīng)的圖案壓印于待壓印件2表面。其中的導(dǎo)磁性納米顆粒12可在磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生與壓印力方向一致的輔助壓印力,以保持壓印模板1與待壓印件2之間的穩(wěn)定接觸和對(duì)壓印力的精確控制,進(jìn)而為提高壓印效果提供了一種新的途徑。所述磁場(chǎng)可由磁性部件產(chǎn)生,也可由交變電場(chǎng)產(chǎn)生。
所述基材11的固態(tài)硬度應(yīng)高于待壓印件2的硬度,以使突起部13壓入待壓印件2內(nèi),且硬度越高更易形成清晰的壓印圖案;但壓印模板1的硬度越高,其成型的難度也相對(duì)增大。結(jié)合壓印工藝的效果及壓印模板1自身的成型工藝,所述基材11可選用現(xiàn)有的二甲基硅氧烷,簡(jiǎn)稱pdms。pdms固化前,可通過(guò)前驅(qū)體溶液與導(dǎo)磁性納米顆粒12混合,混合均勻后再澆筑于納米壓印母版表面,去氣泡并固化,脫模后即形成與母版表面形狀一致的壓印模板1,再通過(guò)壓印將母版表面的圖案轉(zhuǎn)印于待壓印件2上。為保證壓印效果,混合與澆筑時(shí),應(yīng)注意使所述導(dǎo)磁性納米顆粒12均勻分散于所述二甲基硅氧烷內(nèi)部,以使壓印模板1產(chǎn)生均勻的輔助壓印力。
除pdms材料外,所述基材11還可選用硅基橡膠類材料、苯乙烯類熱塑性彈性體、聚氨酯類熱塑性彈性體、聚烯烴類熱塑性彈性體等。這些材料在較高溫度下將成為流體,并在壓力條件下流動(dòng),冷卻時(shí)再一次形成固體,以方便制成壓印模板1。
為使壓印模板1產(chǎn)生的輔助壓印力與常規(guī)壓印力快速配合,所述導(dǎo)磁性納米顆粒為超順磁納米顆粒,即帶有超順磁性的超順磁體納米顆粒。超順磁性(superparamagnetism)是指顆粒小于臨界尺寸時(shí)具有單疇結(jié)構(gòu)的鐵磁物質(zhì),在溫度低于居里溫度且高于轉(zhuǎn)變溫度(blocktemperature)時(shí)表現(xiàn)為順磁性特點(diǎn),但在外磁場(chǎng)作用下,其順磁性磁化率遠(yuǎn)高于一般順磁材料的磁化率,稱為超順磁性。超順磁體沒(méi)有磁滯現(xiàn)象,當(dāng)去掉外磁場(chǎng)后,剩磁很快消失。采用超順磁體納米顆粒后,可進(jìn)一步穩(wěn)定壓印力,并可在脫模時(shí)迅速解除輔助壓印力。
絕大部分導(dǎo)磁性材料的顆??s小至納米級(jí),則成為超順磁納米粒子。所述超順磁納米顆??蔀殍F鈷鎳的氧化物或者硫化物,例如:小分子γ-氧化鐵或四氧化三鐵納米微粒,所述超順磁納米顆粒的直徑應(yīng)小于或等于12納米,以保證順磁性的所述臨界尺寸,以及在基材11內(nèi)分布的均勻性。
納米顆粒表面的活性使它們?cè)谌芤褐泻苋菀讏F(tuán)聚在一起,形成尺寸較大的團(tuán)聚體,從而對(duì)導(dǎo)磁性納米顆粒在基材11中分布的均勻性產(chǎn)生不利影響。為避免團(tuán)聚體的不利影響,通過(guò)化學(xué)反應(yīng),可在所述導(dǎo)磁性納米顆粒12的表面修飾親油性基團(tuán),可使其均勻地分散于前驅(qū)體溶液中,進(jìn)而在澆筑和固化后,所述導(dǎo)磁性納米顆粒12均勻地分散于基材11內(nèi),從而在壓印過(guò)程中保持穩(wěn)定的磁性輔助壓印力。
進(jìn)一步地,所述親油性基團(tuán)優(yōu)選地可以包括烷烴基;或,含有芳基、醋、醚、胺、酞胺基團(tuán)的烴基;或,含有雙鍵的烴基;或,聚氧丙烯基;或,聚硅氧烷基。
根據(jù)上述壓印模板的結(jié)構(gòu),本發(fā)明還提出一種所述壓印模板的制作方法,如圖2和圖3所示,包括如下步驟:將導(dǎo)磁性納米顆粒12與基材前驅(qū)體溶液混合,形成懸浮液;將所述懸浮液澆筑于納米壓印母板9表面,并去除氣泡,如圖2所示;固化所述納米壓印母板9表面的懸浮液,脫模,形成圖1所示的壓印模板1。其中,將導(dǎo)磁性納米顆粒12與基材前驅(qū)體溶液混合時(shí),應(yīng)盡量混合均勻并使導(dǎo)磁性納米顆粒12分散均勻。當(dāng)導(dǎo)磁性納米顆粒12為超順磁納米顆粒,基材11為pdms時(shí),由于超順磁納米顆粒自身的特性,其很容易懸浮于pdms前驅(qū)體溶液中,不易沉降。
所述懸浮液澆筑于母板9表面后,通過(guò)多次滾壓或按壓,使懸浮液充分進(jìn)入所述母版9的凹槽內(nèi),以形成與母版9對(duì)應(yīng)的圖案,并在母版9的上表面形成平整的平面,如圖3所示。制成壓印模板1的大致形狀之后、固化之前,應(yīng)通過(guò)真空干燥箱進(jìn)一步去除氣泡。去除氣泡的具體方式可以為:將圖3所示的母版9與壓印模板1置于真空干燥箱抽真空-從真空干燥箱內(nèi)取出靜置等待氣泡消去-再置于真空干燥箱抽真空-再?gòu)恼婵崭稍锵鋬?nèi)取出靜置等待氣泡消去……如此反復(fù)若干次,可達(dá)到良好的去氣泡效果。去除氣泡后,再根據(jù)基材11的材料選擇合適的固化方式;若選用pdms作為超順磁納米顆粒的基材,則采用加熱使其固化。固化后,將壓印模板1自母版9上脫模,形成含有導(dǎo)磁性米顆粒的壓印模版1。
為實(shí)施壓印過(guò)程,本發(fā)明還提出一種壓印裝置,如圖4所示的優(yōu)選實(shí)施例,其與所述的壓印模板1配合,以便實(shí)施壓印作業(yè);所述壓印裝置包括適于支撐待壓印2的載臺(tái)4、適于將所述壓印模板1抵持于待壓印件2上的配重滾輪3、適于對(duì)所述壓印模板1產(chǎn)生磁性輔助壓印力的磁性件5;在壓印時(shí),所述配重滾輪3處于所述載臺(tái)4上方,所述磁性件5處于所述載臺(tái)4下方,所述配重滾輪3與磁性件5同步水平移動(dòng)。
下面以圖4的優(yōu)選實(shí)施例為例,描述配重滾輪3運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的受力:當(dāng)配重滾輪3沿圖示方位從左向右滾動(dòng)時(shí),載臺(tái)4下方的磁性件5與配重滾輪3同步從左向右水平移動(dòng),以使磁性件5與其正上方的、壓印模板1內(nèi)的導(dǎo)磁性納米顆粒12產(chǎn)生磁性吸引力,從而使壓印模板1同時(shí)受到配重滾輪3的壓印力與向下的磁性輔助壓印力;進(jìn)而將壓印模板1的壓印面從左至右的依次壓印于待壓印件2上,形成完整的壓印圖案。所述磁性輔助壓印力可使配重滾輪3在滾動(dòng)過(guò)程中,與壓印模板1、待壓印件2之間的接觸更穩(wěn)定,壓印力更易于控制。
所述的磁性件5可以為平面、滾輪或其它立體形狀,只需使壓印模板1產(chǎn)生與配重滾輪3方向一致的輔助壓印力即可;所述輔助壓印力的大小可根據(jù)具體情況而定。在該實(shí)施例中,所述磁性件5為磁性滾輪,與配重滾輪3保持同步水平滾動(dòng),以使磁性輔助壓印力的方向與配重滾輪3的壓印力方向大致一致。
在圖4所示的優(yōu)選實(shí)施例中,所述壓印裝置還包括用于固定所述壓印模板1的支架6,所述支架6上設(shè)有便于所述壓印模板1在豎向方向具有預(yù)設(shè)行程的彈性件7。該彈性件7在豎向方向上的預(yù)設(shè)行程,可使壓印模板1在受到向下的壓印力和輔助壓印力時(shí),以預(yù)設(shè)行程向下運(yùn)動(dòng);壓印完成后,壓印力和輔助壓印力小于彈性件7的回彈力,彈性件7的豎向的回彈力作用下,向上彈起,同時(shí)帶動(dòng)壓印模板1向上運(yùn)動(dòng),從而使壓印模板1從壓印好的待壓印件2上自動(dòng)脫模。所述彈性件可以為橡膠件、彈簧等;從其實(shí)現(xiàn)的功能考慮,也可進(jìn)一步設(shè)計(jì)為可上下運(yùn)動(dòng)的氣缸活塞、機(jī)械部件等。
圖4示出了一種彈性件7為彈簧的具體實(shí)施例。支架6為兩組,對(duì)稱地固設(shè)于載臺(tái)4兩端,且其內(nèi)側(cè)分別設(shè)置有彈簧作為彈性件7;彈簧的下端固定,上端可在豎向方向上運(yùn)動(dòng),并分別與壓印模板1的兩端連接。壓印時(shí),彈簧在壓印力和輔助壓印力作用下被壓縮,使壓印模板1與待壓印件2接觸并壓?。粔河⊥戤厱r(shí),配重滾輪3和磁性件5遠(yuǎn)離壓印模板1,壓印力和輔助壓印力小于彈簧的回彈力,彈簧在回彈力作用下向上伸長(zhǎng),從而帶動(dòng)壓印模板1向上抬起,自所述待壓印件2上脫離。
由于壓印模板1具有一定的長(zhǎng)度和韌性,加之在具體壓印過(guò)程中,配重滾輪3的滾壓位置變化,兩端的彈簧可分別受力,產(chǎn)生不同的壓縮量,甚至于一端的彈簧處于被壓縮狀態(tài),另一端的彈簧處于伸長(zhǎng)狀態(tài)。例如在圖4中,當(dāng)配重滾輪3運(yùn)動(dòng)至壓印模板1右側(cè)時(shí),左側(cè)的壓印完成,左側(cè)彈簧可處于伸長(zhǎng)狀態(tài),使壓印模板1左側(cè)逐漸抬起;右側(cè)正處于壓印狀態(tài),故右側(cè)的彈簧處于壓縮狀態(tài);當(dāng)右側(cè)壓印完畢后,配重滾輪3和磁性件5自壓印模板1右側(cè)逐漸離去,右側(cè)彈簧才逐漸伸長(zhǎng),使壓印模板1的右側(cè)逐漸抬起,脫模。所述彈簧的固定高度與預(yù)設(shè)行程可根據(jù)待壓印件2的厚度、壓印深度、以及壓印模板1自身的特性參數(shù)等因素確定。
在實(shí)際應(yīng)用中,壓印模板1的固定方式有多種,而并不限于圖示實(shí)施例中的兩端固定。例如,當(dāng)多組壓印模板1聯(lián)合壓印時(shí),可在載臺(tái)4中部設(shè)置彈性支撐點(diǎn),以輔助支撐壓印模板1的中部位置,防止壓印模板1中部下垂引起壓印瑕疵;或可在壓印模板1四周設(shè)置支架,以更穩(wěn)定地固定壓印模板1。其壓印方向也可根據(jù)情況變動(dòng),例如斜壓或側(cè)壓等,而不限于圖示的水平壓印。
根據(jù)上述壓印裝置,本發(fā)明還提出一種壓印方法,具體包括如下步驟:
壓印準(zhǔn)備:將待壓印件2置于所述載臺(tái)4上,并于待壓印件2上方預(yù)設(shè)位置處固定所述壓印模板1;
壓?。核雠渲貪L輪3于所述壓印模板1上方以預(yù)設(shè)路徑滾動(dòng),以使所述壓印模板1抵持于待壓印件2表面;處于所述載臺(tái)4下方的所述磁性件5與所述配重滾輪3同步水平移動(dòng),以產(chǎn)生吸引所述壓印模板1的磁性輔助壓印力,使所述壓印模板1上的圖案印制于所述待壓印件2上。
在壓印準(zhǔn)備步驟中,放置待壓印件2與固定壓印模板1的順序可調(diào),即可預(yù)先固定所述壓印模板1,再將待壓印件2移動(dòng)至壓印模板1下方適合的位置。固定所述壓印模板1的預(yù)設(shè)位置可根據(jù)待壓印件2的厚度、壓印深度等因素確定。
在壓印步驟中,配重滾輪3的預(yù)設(shè)路徑可以為多個(gè)方向,也可為多次往復(fù)運(yùn)動(dòng);所述磁性件5可與載臺(tái)4下方接觸,也可不接觸,但其與所述導(dǎo)磁性納米顆粒12之間的磁力不應(yīng)被載臺(tái)4等部件所阻擋。
為方便壓印后的脫模步驟,可采用前述帶有支架6的壓印裝置進(jìn)行壓印,即:所述壓印裝置可包括用于固定所述壓印模板1的支架6,所述支架6上設(shè)有便于所述壓印模板1在豎向方向具有預(yù)設(shè)行程的彈性件7;
所述壓印步驟之后,還包括:
脫模:所述配重滾輪3與所述磁性件5沿預(yù)設(shè)路徑遠(yuǎn)離所述壓印模板1時(shí),所述壓印模板1在所述彈性件7作用下,以預(yù)設(shè)行程豎向運(yùn)動(dòng),使所述壓印模板1與待壓印件2分離。
如前所述,當(dāng)配重滾輪3與磁性件5遠(yuǎn)離壓印模板1時(shí),配重滾輪3產(chǎn)生的壓印力與磁性件5產(chǎn)生的磁性輔助壓印力逐漸減小,直至其合力小于彈性件7的回彈力時(shí),彈性件7開(kāi)始回彈伸長(zhǎng),從而帶動(dòng)壓印模板1豎上抬起,自所述待壓印件2上分離,完成脫模過(guò)程。
根據(jù)所述壓印方法,本發(fā)明還提出一種基板8,如圖5所示,其前述的壓印方法印制而成。其印制過(guò)程包含壓印準(zhǔn)備、壓印步驟,也可分別包括若干次的壓印準(zhǔn)備和壓印步驟,后續(xù)也可包括對(duì)應(yīng)次數(shù)的脫模步驟,其具體步驟的組合及壓印次數(shù)的設(shè)定,可根據(jù)后續(xù)的蝕刻等工藝步驟確定。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例,并非因此限制本發(fā)明的專利范圍,凡是在本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思下,利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換,或直接/間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域均包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。