一種含氟聚合物紫外納米壓印模板及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種含氟聚合物紫外納米壓印模板及其制備方法。該模板由襯底和位于襯底上的含氟聚合物壓印結(jié)構(gòu)層組成，襯底為石英或者含氟聚合物自身。在石英襯底上旋涂CYTOP聚合物溶液，通過(guò)加熱蒸發(fā)除去旋涂的CYTOP聚合物溶液中的殘余含氟溶劑，再在納米壓印機(jī)上用壓印母模板以熱納米壓印的方式對(duì)石英襯底上的CYTOP固體膜進(jìn)行壓印；或者將CYTOP聚合物溶液澆筑在壓印母模板上，待其自動(dòng)流平并填滿母模板的結(jié)構(gòu)，通過(guò)加熱蒸發(fā)除去溶液中的含氟溶劑，得到CYTOP固體膜。最后，分離壓印母模板和CYTOP固體膜得到含氟聚合物紫外納米壓印模板。利用本發(fā)明的紫外納米壓印模板，能夠省去納米壓印模板制備中的防粘處理工藝，并解決模板多次壓印后，防粘效果下降的問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】一種含氟聚合物紫外納米壓印模板及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微納加工領(lǐng)域，具體涉及一種可用于紫外納米壓印的含氟聚合物模板及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]納米壓印技術(shù)是一種全新的納米圖案復(fù)制方法，由普林斯頓大學(xué)的S.Y.Chou教授在1995年首先提出。因其具有高分辨率，高產(chǎn)量，低成本等優(yōu)點(diǎn)，而被納入國(guó)際半導(dǎo)體的發(fā)展藍(lán)圖，引起各國(guó)研究人員的廣泛關(guān)注。除了在半導(dǎo)體領(lǐng)域，納米壓印技術(shù)還廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)，信息存儲(chǔ)，亞波長(zhǎng)光學(xué)器件，納米電子學(xué)等諸多領(lǐng)域。
[0003]納米壓印技術(shù)自出現(xiàn)至今只有短短十幾年的時(shí)間，還有很多關(guān)鍵問(wèn)題有待進(jìn)一步研究并解決。納米壓印技術(shù)中最重要的是納米壓印設(shè)備，納米壓印模板和納米壓印膠。其中納米壓印模板的品質(zhì)對(duì)納米壓印工藝的影響至關(guān)重要。由于納米圖案的高比表面積，納米壓印模板在壓印工藝的脫模過(guò)程中，會(huì)和納米壓印膠產(chǎn)生很強(qiáng)的相互作用力，因此納米壓印模板在壓印之前通常需要進(jìn)行防粘處理來(lái)降低這種相互作用力，從而實(shí)現(xiàn)順利的脫模。納米壓印模板表面的防粘處理一般是用氣相或液相的方法在模板表面產(chǎn)生一層氟娃燒分子層來(lái)實(shí)現(xiàn)模板表面自由能的降低，從而減小壓印中對(duì)壓印膠的作用力。但這種方法通常需要對(duì)模板進(jìn)行預(yù)處理，使得模板表面生成能與氟硅烷反應(yīng)的硅羥基，且在防粘過(guò)程中需要保持干燥，工藝繁瑣，且在多次壓印后，防粘效果會(huì)有一定程度的下降。另外，氟硅烷這類試劑通常昂貴且具有毒性。
[0004]另一方面，Lee等人[D.Y.Khang, H.Kang, T.Kim, H.H.Lee, NanoLett.4(4), 633(2004)]采用含氟聚合物材料杜邦A(yù)F2400直接制作納米壓印的模板，不但省去了防粘處理的工藝，且多次壓印仍能保持良好的防粘效果。但這種材料具有較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，因此制備這種聚合物的納米壓印模板需要較高的溫度和壓力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于以上情況，本發(fā)明的目的在于解決納米壓印中模板的防粘問(wèn)題，提供一種無(wú)需防粘處理且制備容易的含氟聚合物紫外納米壓印模板。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供該模板的制備方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明紫外納米壓印模板采取的技術(shù)方案為:
[0007]—種含氟聚合物紫外納米壓印模板，其由襯底和位于襯底上的含氟聚合物壓印結(jié)構(gòu)層組成，所述襯底為石英或者含氟聚合物自身。
[0008]所述含氟聚合物是商品名稱CYTOP的材料。它具有較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，高的紫外透光率，并能溶解在特定的含氟溶劑中。商品CYTOP是溶解在含氟溶劑的CYTOP聚合物溶液(AGC Chemicals, Japan)，濃度9%，通過(guò)旋轉(zhuǎn)涂膜或澆筑成膜的方法得到CYTOP固體膜并用納米壓印模板的制作。
[0009]所述石英襯底在I到3毫米之間，具有高紫外透光率和高表面平整度。CYTOP固體月吳與石英等表面有娃輕基存在的襯底具有很好粘附能力。
[0010]本發(fā)明所述紫外納米壓印聚合物模板的制備方法分為兩種情況，分別包括以下步驟:
[0011](I)當(dāng)襯底為石英時(shí)，在石英襯底上旋涂CYTOP聚合物溶液；通過(guò)加熱蒸發(fā)除去旋涂的CYTOP聚合物溶液中的殘余含氟溶劑，得到CYTOP固體膜；再在納米壓印機(jī)上用壓印母模板以熱納米壓印的方式對(duì)石英襯底上的CYTOP固體膜進(jìn)行壓?。蛔詈?，在壓印完成后分離壓印母模板和CYTOP固體膜，得到位于石英襯底上的含氟聚合物紫外納米壓印模板；
[0012](2)當(dāng)襯底為含氟聚合物自身時(shí)，將CYTOP聚合物溶液澆筑在壓印母模板上，待其自動(dòng)流平并填滿母模板的結(jié)構(gòu)；通過(guò)加熱蒸發(fā)除去溶液中的含氟溶劑，得到CYTOP固體膜；最后，小心分離CYTOP固體膜和壓印母模板，得到位于CYTOP聚合物自身為襯底的含氟聚合物紫外納米壓印模板。
[0013]利用上述含氟聚合物紫外納米壓印模板，無(wú)需防粘處理便可直接用于紫外納米壓印，工藝具體包括以下步驟:(I)利用勻膠機(jī)在所需襯底上均勻涂覆一層紫外壓印膠；(2)將所述含氟聚合物紫外納米壓印模板以結(jié)構(gòu)面對(duì)著紫外膠的方式平鋪在襯底上，構(gòu)成壓印組合；(3)對(duì)于位于石英襯底上的含氟聚合物紫外納米壓印模板，將壓印組合放置在壓印機(jī)平臺(tái)上，施加一定壓力，并用紫外汞燈曝光一定時(shí)間，使紫外壓印膠充分固化；(4)對(duì)于位于含氟聚合物自身襯底上的含氟聚合物紫外納米壓印模板，通過(guò)微納結(jié)構(gòu)的毛細(xì)力和紫外膠的吸附力，模板和襯底自然貼合，再將這一組合放置在紫外汞燈下曝光I分鐘時(shí)間，使紫外壓印膠充分固化；(5)揭下模板，完成壓印過(guò)程。
[0014]本發(fā)明提供了一種無(wú)需防粘處理的新型紫外納米壓印模板及其制備方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果是:
[0015](I)本發(fā)明的含氟聚合物紫外納米壓印模板，采用硬質(zhì)含氟聚合物CYTOP作壓印結(jié)構(gòu)層，可以獲得高分辨率的納米結(jié)構(gòu)，如圖5所示。
[0016](2)本發(fā)明的含氟聚合物紫外納米壓印模板所用的硬質(zhì)含氟聚合物CYTOP具有較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(105°C)，因此可以在較低的溫度壓印下用壓印母模板熱壓印得到。
[0017](3)本發(fā)明的含氟聚合物紫外納米壓印模板也可以無(wú)需任何襯底(即以聚合物自身為襯底)，通過(guò)在壓印母模板澆筑成膜的辦法得到，從而不需要壓印機(jī)制備模板。
[0018](4)本發(fā)明的含氟聚合物紫外納米壓印模板，無(wú)需防粘處理便可直接用于紫外納米壓印，且由于結(jié)構(gòu)層本身是含氟聚合物，因此多次壓印后，防粘效果不會(huì)下降。這解決了納米壓印中的防粘問(wèn)題，簡(jiǎn)化了工藝，降低了成本，提高了產(chǎn)品良率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1:石英襯底含氟聚合物紫外納米壓印模板示意圖；
[0020]圖2:聚合物自身作襯底含氟聚合物紫外納米壓印模板示意圖；
[0021]圖3:石英襯底含氟聚合物紫外納米壓印模板制備流程示意圖；
[0022]圖4:利用石英襯底含氟聚合物模板進(jìn)行紫外納米壓印示意圖；5:石英襯底含氟聚合物紫外納米壓印模板；6:紫外壓印膠；7:硅襯底。
[0023]圖5:利用石英襯底含氟聚合物模板進(jìn)行紫外納米壓印的掃描電子顯微鏡照片，(a)440nm周期,220nm線寬光柵結(jié)構(gòu)娃母模板；(b)440nm周期,220nm線寬光柵結(jié)構(gòu)含氟聚合物模板；(C)使用過(guò)20次的440nm周期，220nm線寬光柵結(jié)構(gòu)含氟聚合物模板；(d)利用含氟聚合物模板紫外納米壓印得到的440nm周期，220nm線寬光柵結(jié)構(gòu)。
[0024]圖6:利用石英襯底含氟聚合物模板進(jìn)行紫外納米壓印的掃描電子顯微鏡照片，(a)400nm周期,外環(huán)直徑300nm,線寬50nm,高度40nm,圓環(huán)結(jié)構(gòu)娃母模板；(b)圓環(huán)結(jié)構(gòu)含氟聚合物模板；(C)利用含氟聚合物模板紫外納米壓印得到圓環(huán)結(jié)構(gòu)；(d)與圖(a)對(duì)應(yīng)的原子力顯微鏡圖；(e)與圖(C)對(duì)應(yīng)的原子力顯微鏡圖；(f)圖(d)中截線處截面形貌；(g)圖(e)中截線處截面形貌。
[0025]圖7:利用石英襯底含氟聚合物模板進(jìn)行紫外納米壓印的掃描電子顯微鏡照片，(a) 200nm周期，IOOnm線寬孔洞結(jié)構(gòu)，圖中右上角為放大結(jié)構(gòu)；(b) 400nm周期,200nm線寬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，圖中右上角為放大結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明:
[0027]本發(fā)明的含氟聚合物紫外納米壓印模板的結(jié)構(gòu)見圖1和圖2，含氟聚合物CYTOP作為模板剛性結(jié)構(gòu)層2，下層襯底是石英片I或是CYTOP聚合物3本身。
[0028]本實(shí)施例的含氟聚合物紫外納米壓印模板的具體制作步驟:
[0029]1.石英襯底含氟聚合物紫外納米壓印模板制作步驟如圖3所示，具體如下:
[0030](I)將CYTOP聚合物3溶液滴在潔凈石英片I上，利用勻膠機(jī)將CYTOP薄膜均勻涂覆于石英片I上，薄膜厚度根據(jù)母模板納米圖案尺寸選擇合適厚度并由勻膠機(jī)轉(zhuǎn)速控制，將勻膠涂覆CYTOP薄膜的石英片放在熱臺(tái)加熱至150°C維持I小時(shí)以去除殘留的含氟溶劑。
[0031](2)將壓印母模板4的結(jié)構(gòu)面與石英片I上的CYTOP薄膜接觸并貼緊，再將這一組合放在納米壓印機(jī)壓印平臺(tái)上進(jìn)行熱納米壓印，先加熱后加壓模式，壓印參數(shù):溫度170°C，壓力0.1-0.5MPa，保溫時(shí)間5分鐘，保壓保溫時(shí)間5分鐘。壓印完成后，小心分離母模板4和石英片I得到石英襯底含氟聚合物紫外納米壓印模板。
[0032]2.聚合物自身襯底的含氟聚合物紫外納米壓印模板制作步驟:
[0033]將CYTOP聚合物溶液澆筑在壓印母模板結(jié)構(gòu)面上，再將母模板放在熱臺(tái)加熱至150°C維持4小時(shí)以去除含氟溶劑并留下一層CYTOP固體膜在母模板結(jié)構(gòu)面。小心分離母模板和CYTOP固體膜，得到聚合物自身襯底的含氟聚合物紫外納米壓印模板。含氟聚合物模板厚度由澆筑溶液液層厚度決定。
[0034]本實(shí)施例利用制備的含氟聚合物紫外納米壓印模板進(jìn)行紫外納米壓印工藝步驟如圖4所示:
[0035](I)利用勻膠機(jī)在硅襯底7上以1600轉(zhuǎn)/分鐘，40秒均勻涂覆一層紫外壓印膠6。
[0036](2)將制作的含氟聚合物紫外納米壓印模板以結(jié)構(gòu)面對(duì)著紫外膠的方式平鋪在襯底上，構(gòu)成壓印組合。
[0037](3)對(duì)于石英襯底含氟聚合物紫外納米壓印模板5，將組合放置在壓印機(jī)平臺(tái)上，施加0.3MPa壓力，用紫外汞燈曝光I分鐘時(shí)間，使紫外壓印6膠充分固化。
[0038](4)對(duì)于聚合物自身襯底含氟聚合物紫外納米壓印模板，通過(guò)微納結(jié)構(gòu)的毛細(xì)力和紫外膠的吸附力，模板和襯底自然貼合，再將這一組合放置在紫外汞燈下曝光I分鐘時(shí)間，使紫外壓印膠充分固化。 [0039] (5)揭下模板，完成壓印過(guò)程。
【權(quán)利要求】
1.一種含氟聚合物紫外納米壓印模板，其特征在于，所述模板由襯底和位于襯底上的含氟聚合物壓印結(jié)構(gòu)層組成，所述襯底為石英或者含氟聚合物自身。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含氟聚合物紫外納米壓印模板，其特征在于，所述含氟聚合物是商品名稱CYTOP的材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種含氟聚合物紫外納米壓印模板，其特征在于，所述石英襯底的厚度在I到3毫米之間，具有高紫外透光率；所述含氟聚合物自身襯底厚度在0.05到0.1暈米之間。
4.如權(quán)利要求1所述的一種含氟聚合物紫外納米壓印模板的制備方法，其特征在于，首先購(gòu)買商品名稱CYTOP的材料，是溶解在含氟溶劑的CYTOP聚合物溶液，濃度為9%，該方法包括以下步驟: (1)當(dāng)襯底為石英時(shí)，在石英襯底上旋涂CYTOP聚合物溶液；通過(guò)加熱蒸發(fā)除去旋涂的CYTOP聚合物溶液中的殘余含氟溶劑，得到CYTOP固體膜；再在納米壓印機(jī)上用壓印母模板以熱納米壓印的方式對(duì)石英襯底上的CYTOP固體膜進(jìn)行壓?。蛔詈?，在壓印完成后分離壓印母模板和CYTOP固體膜，得到位于石英襯底上的含氟聚合物紫外納米壓印模板； (2)當(dāng)襯底為含氟聚合物自身時(shí)，將CYTOP聚合物溶液澆筑在壓印母模板上，待其自動(dòng)流平并填滿母模板的結(jié)構(gòu)；通過(guò)加熱蒸發(fā)除去溶液中的含氟溶劑，得到CYTOP固體膜；最后，小心分離CYTOP固體膜和壓印母模板，得到位于CYTOP聚合物自身為襯底的含氟聚合物紫外納米壓印模板。
5.利用如權(quán)利要求1所述的一種含氟聚合物紫外納米壓印模板的納米壓印工藝，其特征在于，所述含氟聚合物紫外納米壓印模板無(wú)需防粘處理可直接用于紫外納米壓印，工藝具體包括以下步驟:(1)利用勻膠機(jī)在所需襯底上均勻涂覆一層紫外壓印膠； (2)將所述含氟聚合物紫外納米壓印模板以結(jié)構(gòu)面對(duì)著紫外膠的方式平鋪在襯底上，構(gòu)成壓印組合； (3)對(duì)于位于石英襯底上的含氟聚合物紫外納米壓印模板，將壓印組合放置在壓印機(jī)平臺(tái)上，施加一定壓力，并用紫外汞燈曝光一定時(shí)間，使紫外壓印膠充分固化； (4)對(duì)于位于含氟聚合物自身襯底上的含氟聚合物紫外納米壓印模板，通過(guò)微納結(jié)構(gòu)的毛細(xì)力和紫外膠的吸附力，模板和襯底自然貼合，再將這一組合放置在紫外汞燈下曝光I分鐘時(shí)間，使紫外壓印膠充分固化； (5)揭下模板，完成壓印過(guò)程。
【文檔編號(hào)】G03F7/00GK103576447SQ201310543038
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月5日
【發(fā)明者】邊捷, 袁長(zhǎng)勝, 陳延峰 申請(qǐng)人:無(wú)錫英普林納米科技有限公司