專利名稱：基于回流技術(shù)減少納米壓印復(fù)制品表面粗糙度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種微機(jī)電技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體地說，是一種基于回流技術(shù)減少納米壓印復(fù)制品表面粗糙度的方法。
背景技術(shù)：
在微電子工藝中，通常采用光學(xué)光刻的方法來形成圖案，但其成本高，而且出現(xiàn)了許多重要的技術(shù)難題，如分辨率及材料的選擇，同時光學(xué)光刻不適合加工非平整表面、不能在表面形成特定的化學(xué)功能基團(tuán)和難以形成三維結(jié)構(gòu)。電子束光刻生產(chǎn)效率太低；X線光刻的工具相當(dāng)昂貴。納米壓印采用高分辨率電子束或離子束等方法將納米結(jié)構(gòu)圖案制在印章上，然后用圖案化的印章使聚合物材料變形而在聚合物上形成結(jié)構(gòu)圖案。具體過程是首先將聚合物旋涂到襯底材料上，然后將印章和襯底一起加熱到聚合物的玻璃化溫度以上，通過施加壓力使聚合物變形，保持高溫高壓一段時間后降溫減壓，使聚合物冷卻到其玻璃化溫度以下，聚合物圖案被固化成型。這樣就可以廉價高效地復(fù)制印章上的圖案結(jié)構(gòu)。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，M.Konijn，M.M.Alkaisi和R.J.Blaikie等人在Microele ctronic Engineering vol 78-79(2005)pp653-658撰文”Nanoimprintlithography of sub-100nm 3D structures”(“亞100nm三維結(jié)構(gòu)的納米壓印“《微電子工程》)。其原理是通過加溫加壓的方式，使聚合物物理變形，聚合物在高溫高壓下開始流動從而填充印章中的空腔，最終印章上的納米圖案被復(fù)制到聚合物中。這樣得到的聚合物結(jié)構(gòu)其表面光潔度不夠，需要措施減少表面粗糙度使其表面光潔度得以提升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提供一種基于回流技術(shù)減少納米壓印復(fù)制品表面粗糙度的方法，使其通過增加回流工藝得到光潔度更高的微納米結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明通過增加回流工藝來改善聚合物表面光潔度，首先加工母板及對母板表面進(jìn)行處理，然后用母板對聚合物實施熱壓或納米壓印得到聚合物微納米結(jié)構(gòu)，最后利用加熱回流以降低聚合物的粗糙度。
以下對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，具體如下(1)加工母板及對母板表面進(jìn)行處理采用聚焦離子束刻蝕加工母板，其工藝條件為加速電壓20-30kV，離子束流1-100pA。母板為硅或金屬材料。硅母板表面必須進(jìn)行硅烷化工藝處理，使隨后的脫模方便，采用烷基硅烷進(jìn)行處理，如(1，1，2，2H過氟癸基)-三氯硅烷，(1，1，2，2H過氟辛基)-三氯硅烷。這樣可在表面形成自組裝分子層，這是一層表面自由能較低的單分子層，從而使脫模容易。對于金屬母板，通過濺射將含氟聚合物薄膜沉積在金屬如鎳母板上，從而也起到抗粘的作用，使脫模方便。含氟聚合物包括CF4/H2或CHF3離子體源。
所述的濺射，其工藝條件為真空度2-9*10-3Pa，濺射速率2～30nm/min，射頻濺射功率0.5-1kW。
(2)用母板對聚合物實施熱壓得到聚合物結(jié)構(gòu)用處理過的母板對聚合物熱壓或納米壓印，常用的設(shè)備是模壓機(jī)和納米壓印機(jī)，它們具有控制精度高、自動化程度高的優(yōu)勢，在要求不是很嚴(yán)格時也可采用在烘箱中加熱加壓的方法實施。可用的聚合物有聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PETG)、聚合物SU8、聚合物mr-I 9020。具體的工藝過程是首先將壓印后聚合物進(jìn)行加熱，加熱溫度比聚合物玻璃化溫度高0-80℃，施加壓力，維持1-10分鐘后，降溫到聚合物玻璃化溫度以下并降壓，最后脫模得到聚合物模具。
(3)利用回流減少聚合物表面粗糙度將得到的聚合物結(jié)構(gòu)放在熱板上或烘箱里進(jìn)行加熱，加熱溫度比熱壓溫度高0-20℃，加熱時間在1～10分鐘范圍內(nèi)。在高溫下，聚合物會重新流動，趨向于更光滑，從而使聚合物的粗糙度降低。這里控制回流溫度是關(guān)鍵，且因為不同的聚合物有不同的玻璃化溫度，因此回流溫度也各不相同。如果回流溫度太低，聚合物不能回流；溫度太高，有可能使聚合物過分回流從而降低聚合物結(jié)構(gòu)的深寬比，嚴(yán)重時會導(dǎo)致聚合物結(jié)構(gòu)丟失。
通過本發(fā)明中增加的回流工藝，得到的聚合物結(jié)構(gòu)其粗糙度得到降低，光潔度得到進(jìn)一步提高。
具體實施例方式
實施例1壓印mr-I 9020，140℃回流1分鐘(1)加工母板及對母板表面進(jìn)行處理采用聚焦離子束刻蝕加工母板，其工藝條件為加速電壓25kV，離子束流50pA。硅母板表面必須進(jìn)行硅烷化工藝處理，這樣做的目的是使隨后的脫模方便，可采用烷基硅烷(1，1，2，2H過氟癸基)-三氯硅烷進(jìn)行處理。這樣可在表面形成自組裝分子層，這是一層表面自由能較低的單分子層，從而使脫模容易。
(2)用母板對聚合物實施熱壓得到聚合物結(jié)構(gòu)首先將聚合物mr-I 9020用微電子工業(yè)中常用的甩膠機(jī)旋涂到雙面拋光的硅片上，然后用處理過的硅母板對聚合物實施納米壓印，壓印溫度為140℃，施加壓力800N，維持300s后，降溫到聚合物玻璃化溫度以下40℃，并去除壓力，最后脫模得到聚合物微納米結(jié)構(gòu)。
(3)利用回流減少聚合物表面粗糙度將得到的聚合物結(jié)構(gòu)放在熱板進(jìn)行加熱，加熱溫度略高于聚合物的玻璃化溫度，采用溫度為140℃。回流時間1分鐘。
得到的聚合物結(jié)構(gòu)其粗糙度都得到降低，聚合物會重新流動，趨向于更光滑，從而使聚合物的粗糙度降低。經(jīng)測試表明，其粗糙度可由處理前的118.859nm降至處理后的40.524nm。
實施例2壓印mr-I 9020，150℃回流5分鐘(1)加工母板及對母板表面進(jìn)行處理采用聚焦離子束刻蝕加工母板，其工藝條件為加速電壓25kV，離子束流50pA。硅母板表面必須進(jìn)行硅烷化工藝處理，這樣做的目的是使隨后的脫模方便，可采用烷基硅烷(1，1，2，2H過氟癸基)-三氯硅烷進(jìn)行處理。這樣可在表面形成自組裝分子層，這是一層表面自由能較低的單分子層，從而使脫模容易。
(2)用母板對聚合物實施熱壓得到聚合物結(jié)構(gòu)首先將聚合物mr-I 9020用微電子工業(yè)中常用的甩膠機(jī)旋涂到雙面拋光的硅片上，然后用處理過的硅母板對聚合物實施納米壓印，壓印溫度為140℃，施加壓力800N，維持300s后，降溫到聚合物玻璃化溫度以下40℃，并去除壓力，最后脫模得到聚合物微納米結(jié)構(gòu)。
(3)利用回流減少聚合物表面粗糙度將得到的聚合物結(jié)構(gòu)放在熱板進(jìn)行加熱，加熱溫度略高于聚合物的玻璃化溫度，采用溫度為150℃，回流時間5分鐘。
得到的聚合物結(jié)構(gòu)其粗糙度都得到降低，聚合物會重新流動，趨向于更光滑，從而使聚合物的粗糙度降低。經(jīng)測試表明，其粗糙度可由處理前的118.859nm降至處理后的20.027nm。
實施例3壓印mr-I 9020，160℃回流10分鐘(1)加工母板及對母板表面進(jìn)行處理采用聚焦離子束刻蝕加工母板，其工藝條件為加速電壓25kV，離子束流50pA。硅母板表面必須進(jìn)行硅烷化工藝處理，這樣做的目的是使隨后的脫模方便，可采用烷基硅烷(1，1，2，2H過氟癸基)-三氯硅烷進(jìn)行處理。這樣可在表面形成自組裝分子層，這是一層表面自由能較低的單分子層，從而使脫模容易。
(2)用母板對聚合物實施熱壓得到聚合物結(jié)構(gòu)首先將聚合物mr-I 9020用微電子工業(yè)中常用的甩膠機(jī)旋涂到雙面拋光的硅片上，然后用處理過的硅母板對聚合物實施納米壓印，壓印溫度為140℃，施加壓力800N，維持300s后，降溫到聚合物玻璃化溫度以下40℃，并去除壓力，最后脫模得到聚合物微納米結(jié)構(gòu)。
(3)利用回流減少聚合物表面粗糙度將得到的聚合物結(jié)構(gòu)放在熱板進(jìn)行加熱，加熱溫度略高于聚合物的玻璃化溫度，采用溫度為160℃?；亓鲿r間10分鐘。
得到的聚合物結(jié)構(gòu)其粗糙度都得到降低，聚合物會重新流動，趨向于更光滑，從而使聚合物的粗糙度降低。經(jīng)測試表明，其粗糙度可由處理前的118.859nm降至處理后的30.128nm。
權(quán)利要求
1.一種基于回流技術(shù)減少納米壓印復(fù)制品表面粗糙度的方法，其特征在于，首先加工母板及對母板表面進(jìn)行處理，然后用母板對聚合物實施熱壓或納米壓印得到聚合物微納米結(jié)構(gòu)，最后利用加熱回流以降低聚合物的粗糙度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于回流技術(shù)減少納米壓印復(fù)制品表面粗糙度的方法，其特征是，所述的加工母板及對母板表面進(jìn)行處理，其方法如下采用聚焦離子束刻蝕加工母板，其工藝條件為加速電壓20-30kV，離子束流1-100pA，母板是硅或金屬材料，對于硅母板，表面必須進(jìn)行硅烷化工藝處理，硅烷化工藝采用烷基硅烷化進(jìn)行處理，對于金屬母板，通過濺射將含氟聚合物薄膜沉積在金屬母板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于回流技術(shù)減少納米壓印復(fù)制品表面粗糙度的方法，其特征是，所述的烷基硅烷，包括1，1，2，2H過氟辛基-三氯硅烷、1，1，2，2H過氟癸基-三氯硅烷。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于回流技術(shù)減少納米壓印復(fù)制品表面粗糙度的方法，其特征是，所述的含氟聚合物，包括CF4/H2或CHF3等離子體源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于回流技術(shù)減少納米壓印復(fù)制品表面粗糙度的方法，其特征是，所述的用母板對聚合物實施熱壓或納米壓印得到聚合物微納米結(jié)構(gòu)，其方法如下首先將母板和聚合物進(jìn)行加熱，加熱溫度比聚合物玻璃化溫度高0-80℃，施加壓力，維持1～10分鐘后，降溫到聚合物玻璃化溫度以下并降壓，最后脫模得到聚合物微納米結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于回流技術(shù)減少納米壓印復(fù)制品表面粗糙度的方法，其特征是，所述的熱壓或納米壓印，其采用的工具包括模壓機(jī)、納米壓印機(jī)或烘箱。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于回流技術(shù)減少納米壓印復(fù)制品表面粗糙度的方法，其特征是，所述的聚合物，包括塊狀聚合物板材聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚合物mr-I 9020、聚合物SU8。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于回流技術(shù)減少納米壓印復(fù)制品表面粗糙度的方法，其特征是，所述的加熱回流，其方法如下將得到的聚合物結(jié)構(gòu)進(jìn)行加熱，加熱溫度比熱壓溫度高0-20℃，加熱時間在1～10分鐘范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于回流技術(shù)減少納米壓印復(fù)制品表面粗糙度的方法，其特征是，所述的加熱包括熱板加熱、烘箱加熱。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于回流技術(shù)減少納米壓印復(fù)制品表面粗糙度的方法，其特征是，所述的濺射，其工藝條件為真空度2-9*10-3Pa，濺射速率2～30nm/min，射頻濺射功率0.5-1kW。
全文摘要
一種基于回流技術(shù)減少納米壓印復(fù)制品表面粗糙度的方法，屬于微納米聚合物結(jié)構(gòu)和器件、微機(jī)電技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過增加回流工藝來改善聚合物表面光潔度，首先加工母板及對母板表面進(jìn)行處理，然后用母板對聚合物實施熱壓或納米壓印得到聚合物復(fù)制品，最后用加熱回流的方式使聚合物重新流動。本發(fā)明通過增加的回流工藝可使聚合物微納米結(jié)構(gòu)的粗糙度大大降低，光潔度得到進(jìn)一步提高。
文檔編號H01L21/00GK1727994SQ200510028218
公開日2006年2月1日 申請日期2005年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月28日
發(fā)明者劉景全, 孫洪文, 陳迪, 顧盼, 朱軍 申請人:上海交通大學(xué)