專利名稱：基于旋涂和鍵合實(shí)現(xiàn)微納米圖案轉(zhuǎn)移的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在母板上旋涂聚合物并在其上鍵合基片的方法，具體是一種基于旋涂和鍵合實(shí)現(xiàn)微納米圖案轉(zhuǎn)移的方法。用于納米技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中通常采用光學(xué)光刻的方法來(lái)形成圖案，隨著光學(xué)曝光工具的成本增長(zhǎng)，以及波長(zhǎng)的減小，出現(xiàn)了許多重要的技術(shù)難題，如分辨率及材料的選擇；另外，光學(xué)光刻還具有不適合加工非平整表面和難以形成三維結(jié)構(gòu)等缺點(diǎn)。在下一代光刻技術(shù)中，電子束光刻生產(chǎn)效率太低；X線光刻的工具相當(dāng)昂貴。微轉(zhuǎn)移模塑是針對(duì)光學(xué)光刻的不足提出的加工微米納米結(jié)構(gòu)的新方法，首先采用在母板表面澆鑄的方法形成聚二甲基硅氧烷(PDMS)印章，然后在PDMS印章上施加液態(tài)預(yù)聚物，然后將含有預(yù)聚物的印章與基底表面接觸，采用紫外或熱固化后，剝離PDMS印章即在襯底上形成了聚合物的圖案。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Xiao-Mei Zhao等人在《Applied PhysicsLetter》，vol71，No.8(1997)pp1017-1019頁(yè)上撰文“Demonstration ofwaveguide couplers fabricated using microtransfer molding”(“采用微轉(zhuǎn)移模塑方法加工波導(dǎo)耦合器的研究”，《應(yīng)用物理快報(bào)》)。其中聚合物光學(xué)波導(dǎo)的加工采用的即是微轉(zhuǎn)移模塑技術(shù)。首先使用標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)光刻工藝在母板上形成光刻膠圖案，接著在光刻膠上澆鑄PDMS，固化后剝離母板得到PDMS印章；然后在PDMS上的凹型微結(jié)構(gòu)中填充聚亞安酯液態(tài)預(yù)聚體，并倒置放在硅基底上用紫外光固化；最后剝離PDMS印章，在基底上制成聚亞安酯的圖案。該技術(shù)的缺點(diǎn)是固化過(guò)程較為繁瑣，因?yàn)槌薖DMS預(yù)聚體需固化外，還要固化聚亞安酯液態(tài)預(yù)聚體；另外，PDMS預(yù)聚體采用澆鑄的方法，其固化所需時(shí)間多于采用旋涂方法所需的時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提供一種基于旋涂和鍵合實(shí)現(xiàn)微納米圖案轉(zhuǎn)移的方法。使其基于在母板上旋涂聚合物并在其上鍵合基片，實(shí)現(xiàn)圖案轉(zhuǎn)移，通過(guò)旋涂和鍵合達(dá)到加快固化過(guò)程和減少固化時(shí)間的目的，從而更有利于大規(guī)模生產(chǎn)微納米圖案結(jié)構(gòu)和器件。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明首先加工母板及對(duì)母板表面進(jìn)行處理，然后采用旋涂的方法在母板表面旋涂聚合物預(yù)聚體并固化，接著在固化的聚合物上鍵合基片并剝離母板，最后采用反應(yīng)離子刻蝕除去凹處殘留的聚合物便在基底上形成了聚合物的圖案，或者將聚合物圖案轉(zhuǎn)移到基底上。
以下對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，具體如下(1)加工母板及對(duì)母板表面進(jìn)行處理采用光學(xué)光刻、微機(jī)械加工、電子束光刻、干法或濕法刻蝕、聚焦離子束刻蝕加工母板。母板可以是硅/二氧化硅等材料。對(duì)硅/二氧化硅母板表面應(yīng)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?？刹捎猛榛柰檫M(jìn)行處理，如(1，1，2，2 H過(guò)氟癸基)-三氯硅烷等。
(2)在母板表面旋涂聚合物預(yù)聚體并固化首先將聚合物預(yù)聚體和該聚合物對(duì)應(yīng)的固化劑混和攪拌，接著放入真空箱脫氣，然后將混和的聚合物通過(guò)甩膠臺(tái)旋涂到母板上，最后放入烘箱中加熱固化。
(3)在固化的聚合物上鍵合基片并剝離母板首先采用干氧或濕氧方法將硅片氧化，然后采用鍵合設(shè)備將聚合物和基片鍵合在一起，最后將鍵合好的聚合物和基片一起剝離母板。
(4)在基底形成圖案采用反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備除去凹處殘留的聚合物，從而在基底上形成了聚合物的圖案?？梢赃M(jìn)一步以聚合物為掩模，通過(guò)采用刻蝕或剝離工藝將圖案轉(zhuǎn)移到硅基底上。若采用剝離工藝，在鍵合前需在基片上濺射一薄層金屬。
通過(guò)本發(fā)明中的旋涂和鍵合工藝，可減少固化步驟和固化時(shí)間，加快工藝流程，且與微電子工藝相兼容，可以用此法實(shí)現(xiàn)廉價(jià)而又快速地大規(guī)模生產(chǎn)微納米結(jié)構(gòu)圖案和器件。
具體實(shí)施例方式
以下以聚二甲基硅氧烷(PDMSpoly(dimethylsiloxane))為例，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)移微納米圖案的具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。
(1)加工母板及對(duì)母板表面進(jìn)行處理采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕的方法加工一塊母板。母板采用的是硅材料。母板上的圖案是重復(fù)的單元，每個(gè)單元又有各種不同的圖案，如字母，折線和六邊形等，其線寬從2μm到20μm不等。用(1，1，2，2 H過(guò)氟癸基)-三氯硅烷對(duì)硅母板表面進(jìn)行硅烷化工藝處理。
(2)在母板表面旋涂PDMS預(yù)聚體并固化首先將PDMS預(yù)聚體(羅地亞RTV 3838A)和對(duì)應(yīng)的固化劑(羅地亞RTV3838B)按10∶1混和攪拌，接著放入真空箱脫氣30分鐘，然后將PDMS預(yù)聚體通過(guò)甩膠臺(tái)旋涂到硅母板上，其轉(zhuǎn)速約為2000rpm。最后放入烘箱，65℃烘烤固化1小時(shí)。
(3)在固化的PDMS上鍵合硅圓片并剝離母板首先清洗硅圓片并烘干，采用干氧方法對(duì)硅片氧化，然后采用鍵合設(shè)備將PDMS和氧化過(guò)的硅圓片鍵合在一起，鍵合溫度為200℃，卡盤壓力為300mbar。最后將鍵合好的PDMS和硅圓片一起剝離母板。
(4)在基底形成圖案采用反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備除去凹處殘留的PDMS，刻蝕所用氣體為氧氣，時(shí)間為40s，從而在基底上形成了PDMS的圖案。
經(jīng)過(guò)旋涂和鍵合工藝，并基底上形成了PDMS的圖案，然后通過(guò)氧氣反應(yīng)離子刻蝕將圖案轉(zhuǎn)移到基底上，在基底上形成的圖案完全地復(fù)制了原來(lái)母板上的圖案，實(shí)現(xiàn)了微納米結(jié)構(gòu)完全從母板轉(zhuǎn)移到基底上的目的。
權(quán)利要求
1.一種基于旋涂和鍵合實(shí)現(xiàn)微納米圖案轉(zhuǎn)移的方法，其特征在于，首先加工母板及對(duì)母板表面進(jìn)行處理，然后采用旋涂的方法在母板表面旋涂聚合物預(yù)聚體并固化，接著在固化的聚合物上鍵合基片并剝離母板，最后采用反應(yīng)離子刻蝕除去凹處殘留的聚合物便在基底上形成了聚合物的圖案，或者將聚合物圖案轉(zhuǎn)移到基底上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于旋涂和鍵合實(shí)現(xiàn)微納米圖案轉(zhuǎn)移的方法，其特征是，所述的加工母板及對(duì)母板表面進(jìn)行處理，具體如下采用光學(xué)光刻、微機(jī)械加工、電子束光刻、干法或濕法刻蝕或聚焦離子束刻蝕加工母板，母板是硅/二氧化硅材料，對(duì)硅/二氧化硅母板表面應(yīng)進(jìn)行硅烷化工藝處理，使隨后的脫模方便，采用烷基硅烷化進(jìn)行處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于旋涂和鍵合實(shí)現(xiàn)微納米圖案轉(zhuǎn)移的方法，其特征是，所述的烷基硅烷方法包括使用1，1，2，2H過(guò)氟辛基-三氯硅烷、1，1，2，2H過(guò)氟癸基-三氯硅烷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于旋涂和鍵合實(shí)現(xiàn)微納米圖案轉(zhuǎn)移的方法，其特征是，所述的在母板表面旋涂聚合物預(yù)聚體并固化，具體如下首先將聚合物預(yù)聚體和該聚合物對(duì)應(yīng)的固化劑混和攪拌，接著放入真空箱脫氣，然后將聚合物混合物通過(guò)甩膠臺(tái)旋涂到母板上，再進(jìn)行固化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或者4所述的基于旋涂和鍵合實(shí)現(xiàn)微納米圖案轉(zhuǎn)移的方法，其特征是，所述的聚合物，包括聚二甲基硅氧烷PDMS，聚氨基甲酸酯PU，聚酰亞胺PI。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或者4所述的基于旋涂和鍵合實(shí)現(xiàn)微納米圖案轉(zhuǎn)移的方法，其特征是，所述的固化，包括在烘箱中加熱和紫外輻照。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于旋涂和鍵合實(shí)現(xiàn)微納米圖案轉(zhuǎn)移的方法，其特征是，所述的在固化的聚合物上鍵合基片并剝離母板，具體如下首先采用干氧或濕氧方法將硅片氧化，然后采用鍵合設(shè)備將聚合物和基片鍵合在一起，最后將鍵合好的聚合物和基片一起剝離母板。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于旋涂和鍵合實(shí)現(xiàn)微納米圖案轉(zhuǎn)移的方法，其特征是，所述的在基底形成圖案，具體如下采用反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備除去凹處殘留的聚合物，從而在基底上形成了聚合物的圖案，或者進(jìn)一步以聚合物為掩模，將圖案轉(zhuǎn)移到硅襯底上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于旋涂和鍵合實(shí)現(xiàn)微納米圖案轉(zhuǎn)移的方法，其特征是，將將圖案轉(zhuǎn)移到硅襯底上，包括通過(guò)采用刻蝕或剝離工藝將圖案轉(zhuǎn)移到硅基底上，若采用剝離工藝，在鍵合前需在基片上濺射一薄層金屬。
全文摘要
一種基于旋涂和鍵合實(shí)現(xiàn)微納米圖案轉(zhuǎn)移的方法，用于納米技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明首先加工母板及對(duì)母板表面進(jìn)行處理，然后采用旋涂的方法在母板表面旋涂聚合物預(yù)聚體并固化，接著在固化的聚合物上鍵合基片并剝離母板，最后采用反應(yīng)離子刻蝕除去凹處殘留的聚合物便在基底上形成了聚合物的圖案，或者將聚合物圖案轉(zhuǎn)移到基底上。通過(guò)本發(fā)明中的旋涂和鍵合工藝，可減少固化步驟和固化時(shí)間，加快工藝流程，且與微電子工藝相兼容，可以用此法廉價(jià)而又快速地大規(guī)模生產(chǎn)微納米結(jié)構(gòu)圖案和器件。
文檔編號(hào)G03F7/20GK1588232SQ20041005348
公開(kāi)日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月5日
發(fā)明者劉景全, 孫洪文 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)