用微米级模板构筑亚微米或纳米级模板的方法技术

本发明专利技术涉及一种用微米级模板构筑亚微米或纳米级模板的方法。其是利用纳米压印技术，通过控制聚合物薄膜的厚度和所用模板图案尺寸的比例关系，在聚合物表面制作具有边缘效应结构的双脊结构图案，利用等离子刻蚀技术把这种双脊结构图案转移到基底上；或者直接用聚二甲基硅氧烷（ＰＤＭＳ）翻制边缘结构来构筑软模板；也可以直接用模板压印紫外曝光胶（ｍｒ－ＮＩＬ６０００）得到具有边缘效应的结构，紫外曝光固化后，利用其形成的图案做模板进行纳米压印，从而实现了用微米级模板构筑亚微米或纳米级的模板。利用本方法制作的边缘结构模板，具有成本低廉、工艺简单、耗时短、分辨率高的特点，可以制作大面积的亚微米或纳米级模板。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于构筑有序微结构
，具体涉及一种用微米级模板构筑亚微 米或纳米级模板的方法。
技术介绍
二维的微米或亚微米表面图案的构筑在材料科学、微电子学、超分子化学、 生物化学等领域都有重要的应用价值。这种二维的微米或亚微米表面图案的构筑 可通过多种途径来实现，如微接触印刷法、光刻技术、电子束刻蚀技术、聚焦离 子束刻蚀技术、纳米压印技术等。纳米压印技术(NIL)是由Stephen Y. Chou于1995年首先提出的(Appl. Phys. Lett. 1995,67,3114)，以电子束刻蚀等技术制作一个刚性的模板，在基底上旋涂 一层聚合物薄膜，把模板压在旋涂聚合物薄膜的基底上，再将其加热至聚合物玻 璃化转变温度以上，加压一定时间后，降温至聚合物玻璃化转变温度以下，把模 板与聚合物层分离，与模板互补的图案就被转移到了聚合物薄膜上。纳米压印技 术由于其用时少、分辨率高、造价低廉、制作面积大、重复性好等优点，在众多 的构筑图案化的方法中脱颖而出。亚微米尺寸结构制作成本一般较高，软印刷(U.S.Pat.Nol37，374,968)和纳 米压印(U.S.Pat.No.6,482,742)等方法在制作亚微米(lOOnm)的结构中有着经 济方面的优势，但这些便宜的方法多结合了不同的软印刷和光刻来解决尺寸变小 的问题。对于这些已存在的方法中，最具有潜力的技术就是边缘印刷，边缘印刷 就是将模板的结构转化为边缘结构。1997年，George M. Whitesides等人首次用 近场相转移光刻技术实现了边缘印刷，利用了传统的光刻技术制备了90 100nm 的亚微米结构(Appl.Phys. Lett. 1997,70,2658.)。 1998年，George M. Whitesides 等人又利用无掩膜光刻技术，此方法将压花技术和光刻技术结合制备了 50 250nm的纳米和亚微米尺寸的结构(Appl. Phys. Lett. 1998, 73, 2893.)。 1999 年，他们还利用了单分子阻挡层的边缘刻蚀效应制备了100nm的亚微米结构(J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 8356.)。 2001年，他们利用各向同性的湿法刻蚀技术 制得了50 200nm的结构空隙。2005年，Jurriaan Huskens等人利用边缘拓展印刷 技术制备了200nm以下的金属结构。2008年，Van Santen等人利用压印流动的紫 外曝光胶，固化后制备了100nm的亚微米结构(U.S.Pat.No.7,354，698)。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种通过纳米压印技术，利用微米级模板构筑亚微米或 纳米级模板的方法。本专利技术是在基底表面旋涂一层聚合物薄膜，利用纳米压印技术将刚性模板上 的微结构图案转移到聚合物薄膜上，通过控制聚合物薄膜的厚度和所使用刚性模 板微结构图案尺寸的比例关系，在加热达到聚合物玻璃化转变温度以上时，聚合 物液体不足以完全填充模板微结构的凹陷，同时由于毛细力的作用，聚合物液体 会沿着模板凸起结构的侧壁向上爬升，当降温固化后，聚合物会保持毛细力作用 后的结构，将模板剥离，聚合物薄膜就会形成具有边缘效应的双脊型结构图案， 进而制备得到亚微米或纳米级的模板。此外，还可以通过调节对聚合物薄膜的加热温度、聚合物薄膜的厚度、聚合 物流动的方向等制备边缘形状不规则的结构图案，也可以制备边缘高度不同的结 构图案，实现用微米级模板构筑亚微米或纳米级不规则图案的模板。本专利所述方法具有制作成本低廉、工艺简单、耗时短的特点，可用于制备 高分辨率、大面积的亚微米或纳米级模板。本专利技术基于纳米压印技术，利用微米级模板制作亚微米或纳米级模板，有如 下三个并列的方法(参见图l):方法A、对基底表面进行清洁处理，在基底表面旋涂50 300nm厚的聚合物薄 膜，利用纳米压印技术，在聚合物薄膜的表面构筑亚微米或纳米级的双脊结构图 案；然后再利用等离子体刻蚀(R正)除去聚合物薄膜中较薄的部分(聚合物残 留层)，留下亚微米或纳米级聚合物双脊结构图案，并以双脊结构图案为阻挡层， 进一步利用等离子体刻蚀基底，将该聚合物双脊结构图案转移到基底上，从而得到亚微米或纳米级的基底材料的模板；方法B、对基底表面进行清洁处理，在基底表面旋涂50 300nm厚的聚合物薄 膜，利用纳米压印技术，在聚合物薄膜的表面构筑亚微米或纳米级的双脊结构图 案；然后在该双脊结构图案的表面上直接翻制PDMS软模板，从而得到与双脊结 构互补的亚微米或纳米级的PDMS软模板，进一步利用该PDMS软模板压印其它 的聚合物薄膜，得到亚微米或纳米级双脊结构图案；方法C、对基底表面进行清洁处理，在基底表面旋涂50 300nm厚的 mr-NIL6000薄膜，利用纳米压印技术，在mr-NIL6000薄膜的表面构筑亚微米或 纳米级的双脊结构图案；对该双脊结构图案进行紫外曝光固化，形成亚微米或纳 米级的mr-NIL6000模板，进一步利用该mr-NIL6000模板压印其它聚合物薄膜， 得到与上述mr-NIL6000模板结构图案互补的结构。下面以单晶硅基底(或是)为例，对本专利所述 方法进行进一步的说明。硅基底的清洁处理主要有两种方法第一种方法是依次用丙酮、氯仿、无水乙醇、去离子水对硅基底进行超声清 洗，超声功率为50 100W，每次4 15min，再用氮气吹干；然后用氧等离子体系 统对基底表面进行处理，目的是除去表面吸附的有机物，氧气流速50 150ml/min， 功率100 300W，处理时间5 30min;再用去离子水对基底表面超声清洗2 3次， 超声功率为50 100W，每次时间为2 5min，使表面彻底清洁；第二种方法是将硅基底在NHyH20: H202: H20 (去离子水)=1~2: 1~3: 1~7 (体积比)的溶液中，在40 13(TC的温度下浸泡20 120min;然后在功率为 50~100W超声清洗仪中清洗2 5min;再用高纯水超声清洗2 3次，超声功率为 50~100W，每次时间为2 5min。然后用氮气吹干。其它基底的清洁处理可根据具体的基底分别进行处理，目的是除去表面吸附 的有机物，使表面彻底清洁。大多数基底可以依次用丙酮、氯仿、无水乙醇、去 离子水超声清洗2 15min，超声功率为50~100W。上述方法中，利用纳米压印技术在聚合物薄膜或mr-NIL6000薄膜的表面构 筑具有边缘效应的亚微米或纳米级双脊结构图案的步骤是1、 以光刻或电子束刻蚀的方法制得具有微米级凹槽微结构的刚性模板，然 后用气相组装的方法将氟代硅垸化试剂组装到刚性模板的表面，此组装的目的是 将刚性模板的表面处理成低表面能的表面，防止在用此刚性模板压印其它聚合物 时，聚合物与模板相粘而损害模板；再将此刚性模板压印到己旋涂50 300nm厚 的聚合物薄膜或mr-NIL6000薄膜的石英、玻璃、ITO玻璃、金属、硅片、氧化 硅或金属氧化物基底上；2、 在比聚合物薄膜或mr-NIL6000薄膜玻璃化转变温度Tg高10 10(TC的温 度条件下，保持10~70Bar的压力2 30min，使熔融的聚合物或mr-NIL6000液体 流入刚性模板的凹槽内，由于聚合物薄膜或mr-NIL本文档来自技高网...

【技术保护点】
用微米级模板构筑亚微米或纳米级模板的方法，其步骤如下：对基底表面进行清洁处理，在基底表面旋涂５０～３００ｎｍ厚的聚合物薄膜，利用纳米压印技术在聚合物薄膜的表面构筑亚微米或纳米级的双脊结构图案；然后再利用等离子体刻蚀除去聚合物残留层，留下亚微米或纳米级聚合物双脊结构图案，并以双脊结构图案为阻挡层，进一步利用等离子体刻蚀基底，将该聚合物双脊结构图案转移到基底上，从而得到亚微米或纳米级的基底材料的模板。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕男，高立国，王伟峰，郝娟媛，迟力峰，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]