專利名稱：凹模熱壓印中應(yīng)用光刻膠整形改善填充和減少殘膠的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微納米加工方法，涉及一種凹模熱壓印中應(yīng)用光刻膠整形改善填充和
降低殘膠的方法。
背景技術(shù)：
應(yīng)用納米壓印和反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)可以將復(fù)雜且昂貴的三維結(jié)構(gòu)高產(chǎn)出且低成本的復(fù)制到各種各樣的基底材料上。 熱壓印是納米壓印技術(shù)的一個(gè)分支，由St印hen Y. Chou于1995年首次提出并申請(qǐng)專利，參見(jiàn)專利US5772905 "Nanoimprint lithogr即hy"。相較于紫外壓印，熱壓印擁有很廣闊的聚合物選擇范圍，設(shè)備簡(jiǎn)單成本低，且對(duì)透明模板沒(méi)有要求，因此得到了廣泛的關(guān)注。 熱壓印中凸模要比凹模具有更好的填充效果。但是在很多情況下，凹模壓印是不可避免的。 特別是對(duì)于頂端尖銳的三維結(jié)構(gòu)，如果采用陽(yáng)模，頂端在接近硬質(zhì)基底的時(shí)候非常容易壓碎；而凹模結(jié)構(gòu)四周凸起的區(qū)域會(huì)防止圖形的頂部接觸到基底，因此可以極大延長(zhǎng)昂貴壓模的使用壽命。 此外復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的常用加工方法多為直寫技術(shù)，在使用正膠的情況下(相對(duì)于負(fù)膠，正膠具有更高的分辨率)，凹模加工所需曝光時(shí)間要顯著小于凸模。且在很多曝光范圍有限的情況下，制作凸模是極為困難的。 然而將凹模壓印到基片上的薄光刻膠里是個(gè)很困難的工作?，F(xiàn)有技術(shù)中，常用的方法是倒壓印(1. T. Borzenko， et al. Polymer bonding process fornanolithogr即hy.APPLIED PHYSICS LETTERS. 2001，76(14) :2246-2248. 2. X. D. Huang， et al. Reversalimprinting by transferring polymer from mold to substrate. JOURNAL OF VACUUMSCIENCE&TECHN0L0GY B 2002,20(6) :2872-2876.)。但是在我們的實(shí)驗(yàn)和他人的文獻(xiàn)中，發(fā)現(xiàn)倒壓印具有以下缺點(diǎn)(l)因?yàn)閴耗Ｗ鲞^(guò)抗粘連處理，所以甩膠十分困難；(2)由于得用粘度較大的膠，結(jié)果殘膠較厚；(3)對(duì)于非周期的結(jié)構(gòu)，光刻膠無(wú)法均勻附著；(4)甩膠時(shí)光刻膠邊緣處會(huì)出現(xiàn)較大高度的隆起，增大了壓印難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種凹模熱壓印中應(yīng)用光刻膠整形改善填充和減少殘膠的方法，以實(shí)現(xiàn)凹模和凸模各自優(yōu)點(diǎn)的結(jié)合，即凹模壽命長(zhǎng)，凸模易填充、殘膠厚度小。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是在熱壓印之前加入了以下兩個(gè)步驟 ①對(duì)基片上的光刻膠薄層整形，獲得與壓模圖案區(qū)域一致的光刻膠區(qū)域； ②將壓模與整形后的光刻膠區(qū)域?qū)?zhǔn)。 所述的凹模熱壓印中應(yīng)用光刻膠整形改善填充和減少殘膠的方法，光刻膠薄層整形包括光刻和刻蝕。 所述的凹模熱壓印中應(yīng)用光刻膠整形改善填充和減少殘膠的方法，整形并對(duì)準(zhǔn)后
壓模無(wú)圖案區(qū)域下方?jīng)]有或者僅有少量光刻膠。 本發(fā)明的良好效果在于 (1)使凹模熱壓印獲得與凸模完全等效的填充過(guò)程，因而可以顯著改善填充效果，縮短壓印時(shí)間，提高壓印效率； (2)可以獲得更小的殘膠厚度，這對(duì)于后續(xù)的刻蝕傳遞意義重大； (3)光刻膠整形精度與對(duì)準(zhǔn)精度要求較低，數(shù)十微米量級(jí)，易于操作和實(shí)現(xiàn)； (4)在凹模的無(wú)圖案區(qū)域下方?jīng)]有光刻膠的粘附作用，減小了脫模所需的斷裂能；
此外沒(méi)有光刻膠的空隙使刀片插入變得容易，并為刀片提供一個(gè)支點(diǎn)，因此顯著降低了脫
模難度。


圖1為應(yīng)用光刻膠整形的壓印過(guò)程。 (a)涂膠； (b)光刻膠整形； (c)對(duì)準(zhǔn)； (d)壓?。?(e)反應(yīng)離子刻蝕。 圖2為凹模即同心圓結(jié)構(gòu)的連續(xù)浮雕微光學(xué)元件示意圖及表面輪廓圖。 (a)凹模示意圖； (b)凹模中央環(huán)帶及邊緣環(huán)帶表面輪廓圖。 圖3為相同壓印參數(shù)條件下，傳統(tǒng)凹模壓印與光刻膠整形后壓印的填充效果對(duì)比。 (a)傳統(tǒng)凹模壓印中央環(huán)帶填充結(jié)果； (b)傳統(tǒng)凹模壓印邊緣環(huán)帶填充結(jié)果； (c)光刻膠整形后壓印中央環(huán)帶填充結(jié)果； (d)光刻膠整形后壓印邊緣環(huán)帶填充結(jié)果； 圖4為相同壓印參數(shù)條件下，傳統(tǒng)凹模壓印與光刻膠整形后壓印的殘膠對(duì)比。 (a)傳統(tǒng)凹模壓印的殘膠； (b)經(jīng)整形后光刻膠圓半徑為5. 05mm時(shí)的殘膠； (c)經(jīng)整形后光刻膠圓半徑為5mm時(shí)的殘膠。 圖5為應(yīng)用光刻膠整形，壓印并刻蝕后的結(jié)果。 (a)中央環(huán)帶SEM測(cè)試結(jié)果； (b)邊緣環(huán)帶SEM測(cè)試結(jié)果； (c)中央環(huán)帶輪廓； (d)邊緣環(huán)帶輪廓。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)例進(jìn)行詳細(xì)描述。 本發(fā)明所提供的凹模熱壓印中應(yīng)用光刻膠整形改善填充和減少殘膠的方法，其過(guò) 程包括以下步驟(l)將光刻膠均勻涂覆在基片上；(2)采用光刻或刻蝕工藝對(duì)涂覆在基片 上的光刻膠整形，獲得與壓模圖形區(qū)域一致光刻膠區(qū)域；(3)將壓模與整形后的光刻膠對(duì) 準(zhǔn)；(4)熱壓??；(5)圖形傳遞。 如圖1所示，本發(fā)明在熱壓印復(fù)制連續(xù)浮雕微光學(xué)元件中應(yīng)用光刻膠整形技術(shù)的 過(guò)程，具體包括以下步驟 如圖l(a)所示，通過(guò)甩膠將光刻膠均勻附著于熔融石英基片上。光刻膠材料為 75Kg/mol聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，涂覆厚度為640nm。 本實(shí)例所用壓模為同心圓結(jié)構(gòu)的連續(xù)浮雕的微光學(xué)元件，如圖2所示。壓模圖案 區(qū)域的半徑為5mm，壓模半徑7mm，圖案四周徑向?qū)挾?mm的圓環(huán)區(qū)域?yàn)楦叱鲋醒敫〉耥敳?110nm的無(wú)圖案區(qū)域。 如圖l(b)所示，采用反應(yīng)離子刻蝕對(duì)光刻膠整形，獲得半徑為5mm的光刻膠圓區(qū) 域。 如圖1 (c)所示，將壓模與整形后的光刻膠對(duì)準(zhǔn)。 如圖l(d)所示，與凸模壓印完全等效的凹模壓印過(guò)程，壓印參數(shù)18(TC，1000N， 15min。 相同壓印參數(shù)條件下，傳統(tǒng)凹模壓印與光刻膠整形后壓印的填充效果對(duì)比如圖3 所示。傳統(tǒng)凹模壓印的中央環(huán)帶和邊緣環(huán)帶的還存在著大量的不完全填充，如圖3(a) (b) 所示；經(jīng)光刻膠整形后壓印的中央環(huán)帶和邊緣環(huán)帶已經(jīng)達(dá)到了完全填充，如圖3(c) (d)所 示。 相同壓印參數(shù)條件下，傳統(tǒng)凹模壓印與光刻膠整形后壓印的殘膠對(duì)比如圖4所 示。傳統(tǒng)凹模壓印時(shí)圖案區(qū)域殘膠厚466nm，如圖4(a)所示；經(jīng)整形后光刻膠圓半徑為 5. 05mm時(shí)，壓印殘膠后厚208nm，如圖4(b)所示；與光刻膠圓半徑為5mm時(shí)的殘膠厚度幾 乎一致，如圖4(c)所示。這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明(l)經(jīng)光刻膠整形后壓印殘膠厚度顯著降低； (2)該方法對(duì)光刻膠整形精度及對(duì)準(zhǔn)精度要求較低。 如圖l(e)所示，通過(guò)反應(yīng)離子刻蝕將光刻膠結(jié)構(gòu)傳遞到石英基片上，刻蝕參數(shù)
功率60w，氣壓5Pa， 02流量1. 4sccm， CHF3流量50sccm，刻蝕結(jié)果如圖5。 綜上所述，本發(fā)明提供的三維凹模壓印中應(yīng)用光刻膠整形改善填充和減少殘膠的
方法實(shí)現(xiàn)了凹模壓印和凸模壓印各自優(yōu)點(diǎn)的結(jié)合，兼具壓模壽命長(zhǎng)，易填充、殘膠厚度小，
容易脫模的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
一種凹模熱壓印中應(yīng)用光刻膠整形改善填充和減少殘膠的方法，其特征在于在熱壓印之前加入了以下兩個(gè)步驟①首先對(duì)基片上的光刻膠薄層整形，獲得與壓模圖案區(qū)域一致的光刻膠區(qū)域；②將壓模與整形后的光刻膠區(qū)域?qū)?zhǔn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的凹模熱壓印中應(yīng)用光刻膠整形改善填充和減少殘膠的方法， 其特征在于光刻膠薄層整形包括光刻和刻蝕。
全文摘要
凹模熱壓印中應(yīng)用光刻膠整形改善填充和減少殘膠的方法，屬于微納米加工方法；該方法在熱壓印之前加入了以下兩個(gè)步驟①首先對(duì)基片上的光刻膠薄層整形，獲得與壓模圖案區(qū)域一致的光刻膠區(qū)域；②將壓模與整形后的光刻膠區(qū)域?qū)?zhǔn)；本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了凹模壓印和凸模壓印各自優(yōu)點(diǎn)的結(jié)合，兼具壓模壽命長(zhǎng)，易填充、殘膠厚度小，容易脫模的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G03F7/00GK101702077SQ200910073198
公開(kāi)日2010年5月5日 申請(qǐng)日期2009年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月13日
發(fā)明者李偉, 譚久彬, 金鵬, 高育龍 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)