纳米压印方法与流程

本发明涉及纳米压印技术领域，特别是涉及一种纳米压印方法。

背景技术：

自从华裔科学家Stephen Chou于1995年提出纳米压印概念至今，纳米压印技术已经发展为科技革命中的核心纳米技术之一。纳米压印技术克服了光刻技术中由于衍射导致的分辨率限制，目前分辨率已经达到了5nm以下，从而为制造小尺寸、高密度集成电路提供了有力的支持。目前，纳米压印技术已经形成了热压印、软刻蚀和紫外压印等三种主要类型。传统的纳米压印方法，在脱模时压印胶的剥离，导致脱模过程中容易出现模具部分损坏，增加了制造成本的同时也会导致产品出现一定的缺陷，从而降低了成品率。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种成品率较高且制造成本低的纳米压印方法。

一种纳米压印方法，包括步骤：提供集成模具；所述集成模具包括平面板以及紧密固定在所述平面板上的多个具有纳米图案的单元模具；提供衬底；在所述衬底表面形成光刻胶层；将所述集成模具压在所述光刻胶层上以将单元模具上的纳米图案复制在所述光刻胶层；分离所述平面板；以及将多个单元模具逐个与所述光刻胶层分离，以完成纳米图案的转移。

在其中一个实施例中，所述提供集成模具的步骤包括：提供模具材料；在模具材料上刻蚀出具有纳米图案的单元模具；将多个单元模具紧密固定在一个平面板上从而形成一个集成模具。

在其中一个实施例中，所述在模具材料上刻蚀出具有纳米图案的单元模具的步骤之后、所述将多个单元模具紧密固定在一个平面板上从而形成一个集成模具的步骤之前还包括步骤：对单元模具的侧面进行抛光处理。

在其中一个实施例中，所述对单元模具的侧面进行抛光处理的步骤中，抛光后的单元模具的侧面的粗糙度小于50纳米。

在其中一个实施例中，所述提供集成模具的步骤之后、所述将所述集成模具压在所述光刻胶层上以将单元模具上的纳米图案复制在所述光刻胶层的步骤之前还包括步骤：在所述集成模具表面形成防粘连层；所述防粘连层用于防止所述集成模具与所述光刻胶层粘连。

在其中一个实施例中，所述防粘连层为烷基硅烷分子层。

在其中一个实施例中，所述在所述衬底表面形成光刻胶层的步骤中，形成的光刻胶层的厚度为10纳米～500纳米。

在其中一个实施例中，所述在所述衬底表面形成光刻胶层的步骤之后、所述将所述集成模具压在所述光刻胶层上以将单元模具上的纳米图案复制在所述光刻胶层的步骤之前还包括步骤：将所述光刻胶层加热至光刻胶的软化温度以上。

在其中一个实施例中，所述将所述集成模具压在所述光刻胶层上以将单元模具上的纳米图案复制在所述光刻胶层的步骤包括：将所述集成模具以0.01兆帕斯卡～10兆帕斯卡的压强压在所述光刻胶层上，并保持0.1小时～1小时。

在其中一个实施例中，所述将所述集成模具压在所述光刻胶层上以将单元模具上的纳米图案复制在所述光刻胶层的步骤之后、所述分离所述平面板的步骤之前还包括步骤：逐渐冷却所述光刻胶层以使得所述光刻胶层的温度低于光刻胶的玻璃化温度。

上述纳米压印方法，采用包括多个具有纳米图案的单元模具的集成模具来实现纳米图案的转移。在脱模过程中，先将平面板分离，然后再将多个单元模具逐个与光刻胶层分离，以最终完成纳米图案的转移。上述纳米压印方法的脱模过程中，每个单元模具的表面应力较小，从而可以有效避免脱模过程中由于表面应力过大导致的模具损坏以及产品缺陷的问题，进而提高了产品成品率并降低了制造成本。

附图说明

图1为一实施例中的纳米压印方法的流程图；

图2为图1中S110提供的集成模具的结构示意图；

图3为图1中S110提供的集成模具的另一结构示意图；

图4为图1中S110的具体流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为一实施例中纳米压印方法的流程图，该纳米压印方法包括以下步骤：

S110，提供集成模具。

图2为提供的集成模具的示意图。参见图2，集成模具包括平面板210和单元模具220。多个单元模具220紧密固定在平面板上。每个单元模具220上均形成有纳米图案230，从而使得得到的集成模具上具有完整的待转移的目标纳米图案。图2中的纳米图案230仅为示例，在实际中可以根据需要设置成各种图案，如图3所示。其中，图3中232、234、236和238表示具有不同纳米图案的单元模具。各模具具有不同的表面形貌和功能或者大小，可以根据用户需要进行自由组合搭配。图2和图3中，为体现多个单元模具220的关系，故将多个单元模具220之间的间距做了放大处理。

图4为提供集成模具的具体流程图，包括以下子步骤：

S310，提供模具材料。

模具材料可以为如Polydimethylsiloxane(聚二甲基硅氧烷)、PVC(聚氯乙烯)、PVA(聚乙烯醇)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)等软模材料，也可以为二氧化硅、硅、镍或者石英玻璃等硬模材料。

S320，在模具上刻蚀出具有纳米图案的单元模具。

单元模具的制备方法可以采用极紫外光刻蚀、电子束刻蚀、离子束刻蚀或者采用传统机械方法制备得到。在本实施例中，在得到单元模具后还会对单元模具的侧面进行抛光，使得侧面的表面粗糙度小于50nm。通过降低单元模具的侧面粗糙度，有利于单元模具在平面板上的拼接，提高使用面积。

S330，将多个单元模具紧密固定在一个平面板上从而形成一个集成模具。

可以采用背面涂布磁性材料的方式将单元模具固定在平面板上。平面板的材料采用金属镍或者陶瓷。可以理解，也采用本领域其他常用的固定方式对单元模具进行固定。在本实施例中，在形成集成模具之后，还会在集成模具的表面(用于与光刻胶层压合的一面)涂覆防粘连层。防粘连层用于防止脱模时集成模具与光刻胶层中的光刻胶粘接，以确保单元模具在脱模时不易损坏，进而降低产品缺陷，提高产品的成品率并降低制造成本。具体地，防粘连层可以为烷基硅烷分子层。

S120，提供衬底。

衬底作为待制备器件的基体，其材料可以根据需要进行设定。

S130，在衬底表面形成光刻胶层。

在衬底表面旋涂一层厚度为50nm～500nm的聚合物，形成均匀的光刻胶层。聚合物可以为PVA(聚乙烯醇)或者PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)。

S140，将集成模具压在光刻胶层上以将单元模具上的纳米图案复制在光刻胶层上。

在本实施例中，在将集成模具压在光刻胶上时，会先对光刻胶层进行加热。将光刻胶层加热至光刻胶的软化温度以上，以使得光刻胶软化。在光刻胶软化后，将集成模具以0.01～10Mpa的压强压在光刻胶上，并保持0.1～1h，以使得集成模具上的图案完全复制到光刻胶上。

S150，分离平面板。

在集成模具上的图案完全复制到光刻胶上后，开始逐渐冷却光刻胶层以使得光刻胶层的温度低于光刻胶的玻璃化温度。然后，将平面板从集成模具上分离开。

S160，将多个单元模具逐个与光刻胶层分离，以完成纳米图案的转移。

在将平面板分离后，采用剥离的方法将多个单元模具逐个与光刻胶分离，从而逐个释放单元模具，最终实现纳米图案的转移。

上述纳米压印方法，采用包括多个具有纳米图案的单元模具的集成模具来实现纳米图案的转移。在脱模过程中，先将平面板分离，然后再将多个单元模具逐个与光刻胶层分离，以最终完成纳米图案的转移。上述纳米压印方法的脱模过程中，每个单元模具的表面应力较小，从而可以有效避免脱模过程中由于表面应力过大导致的模具损坏以及产品缺陷的问题，进而提高了产品成品率并降低了制造成本。上述纳米压印方法尤其适合用于大面积的压印过程中。

下面结合一具体实施例对上述纳米压印方法做进一步的详细说明。

首先，采用高分辨率的电子束，在面积为20×20mm²的硅片上刻蚀方形的单元模具。对单元模具四周的侧面进行抛光，使得侧面的表面粗糙度的小于50nm。将5×5块这样的单元模具紧密地组合在一个平面板上，形成一块面积为100×100mm²的集成模具。图2中为2×2的集成模具的立体示意图。为了防止脱模时模具与衬底上的光刻胶粘连，在集成模具的表面形成烷基硅烷分子层，并将集成模具装到纳米压印机上。

接着，在平面衬底上旋涂一层厚度约为200nm的PMMA，形成均匀的光刻胶层。把光刻胶加热到180℃，使其软化。将得到的集成模具以5Mpa的压强压在光刻胶上，并保持0.5h。等集成模具上的图案已经完全转移到光刻胶上，开始逐渐冷却使得光刻胶温度低于其玻璃化温度。将平面板分离，再逐个释放单元模具，最终实现大面积的图案转移。

通过上述方法压印出来的产品图案几乎无缺陷，单元模具并没损坏，重复上述方法证明，采用上述方法的成品率高于70％，有效地实现了大面积纳米压印。更多的实施例参见下表：

上表中，x表示横单元模具的数量，y表示纵向模具的数量。通过以上多次试验后的统计，制备出来的大面积图案缺陷低于10％，成品率高于70％，成功地实现大面积纳米压印。该方法制备效率高，无需大面积更换模具，有效地降低维护与制备成本，从而为太阳能电池、光子晶体、液晶显示等提供了有力的支持。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。