一種復(fù)合納米壓印軟模板的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種納米壓印模板，具體涉及一種復(fù)合納米壓印軟模板，屬于微納米器件領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]由于可以實(shí)現(xiàn)的圖形分辨率避免了傳統(tǒng)技術(shù)中由光衍射或粒子束散射造成的局限，并具有低成本、高分辨率、高產(chǎn)能等優(yōu)點(diǎn)，納米壓印光刻技術(shù)被認(rèn)為是最有應(yīng)用前景的光刻技術(shù)。
[0003]高質(zhì)量的模板是納米壓印光刻技術(shù)的關(guān)鍵部件。相對(duì)于傳統(tǒng)的成本高、易破碎的硬石英和硅模板，由高分子制備的軟模板能夠避免斷裂和永久的變形，同時(shí)還可進(jìn)行曲面壓印，大大提高了壓印的質(zhì)量。
[0004]聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料由于具有良好的透光率、較低的表面能(21.6mJ/cm3)和收縮率、優(yōu)異的抗溶劑性和較低的成本，成為近年來(lái)軟模板制作研究的熱點(diǎn)。但由于PDMS的硬度較小，在壓印過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形等問(wèn)題，目前多采用在PDMS上復(fù)合硬質(zhì)材料的方法來(lái)解決PDMS硬度較小導(dǎo)致的壓印缺陷，比如利用塑料板或玻璃板與PDMS復(fù)合制備了高硬度的復(fù)合模板；但此方法又引發(fā)出硬質(zhì)材料脫落和自裂等新問(wèn)題，無(wú)法進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。
[0005]因此，需要研發(fā)一種新型的復(fù)合納米壓印軟模板，其不僅具有適合的硬度，而且成本低、制備方便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型的目的是提供一種新型的復(fù)合納米壓印軟模板，符合高精度納米壓印的要求。
[0007]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種復(fù)合納米壓印軟模板，包括彈性層與硬質(zhì)層；
[0008]所述彈性層位于硬質(zhì)層上方；
[0009]所述彈性層由至少2層PDMS樹脂層構(gòu)成；
[0010]所述硬質(zhì)層由至少2層UV樹脂層構(gòu)成；
[0011]所述彈性層中，PDMS樹脂層的彈性模量自下而上逐層遞減；
[0012]所述硬質(zhì)層中，UV樹脂層的硬度自下而上逐層遞減；
[0013]所述彈性層的厚度為0.2mm?10mm ；
[0014]所述硬質(zhì)層的厚度為40nm?100 μ mD
[0015]本實(shí)用新型的復(fù)合納米壓印軟模板，包括彈性層與硬質(zhì)層；壓印工作時(shí)，硬質(zhì)層在下，彈性層在上；硬質(zhì)層在下方，硬質(zhì)層下方具有壓印結(jié)構(gòu)，為軟模壓印結(jié)構(gòu)；壓印結(jié)構(gòu)根據(jù)所需制備的結(jié)構(gòu)制作，可以是柱形、孔或者線狀結(jié)構(gòu)。
[0016]上述技術(shù)方案中，所述PDMS樹脂層的彈性模量為1?15Mpa ;所述PDMS樹脂層的厚度為0.1mm?5mm ;所述UV樹脂層的厚度為20nm?50 μπι。
[0017]上述技術(shù)方案中，所述PDMS樹脂層的紫外光透過(guò)率大于95% ;所述UV樹脂層的紫外光透過(guò)率大于95%。
[0018]上述復(fù)合納米壓印軟模板的制造方法，先制備彈性層，再制備硬質(zhì)層，然后將彈性層覆于硬質(zhì)層之上，固化后得到復(fù)合納米壓印軟模板，具體包括如下步驟:
[0019](1)在模具中澆注一層PDMS樹脂，真空固化后得到PDMS樹脂層，為第一層PDMS樹脂層；然后在第一層PDMS樹脂層上澆注一層PDMS樹脂，真空固化后得到PDMS樹脂層，為第二層PDMS樹脂層；重復(fù)PDMS樹脂層制備，得到至少包含2層PDMS樹脂層的彈性層；所述第一層PDMS樹脂層的彈性模量最??；(2)對(duì)母模板表面進(jìn)行防粘處理；在防粘處理后的母模板表面旋涂UV樹脂體系，紫外光固化后得到UV樹脂層，為第一層UV樹脂層；然后在第一層UV樹脂層表面旋涂UV樹脂體系，重復(fù)UV樹脂層的制備；在最后一次旋涂UV樹脂體系后，將步驟⑴的彈性層覆于旋涂的UV樹脂體系上，紫外光固化后得到復(fù)合納米壓印軟模板；所述第一層UV樹脂層的硬度最大。
[0020]本實(shí)用新型中，PDMS樹脂層與UV層可以通過(guò)常規(guī)方法制備，亦可市購(gòu)。彈性層中，固化后的PDMS樹脂層的彈性模量逐層變化，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要選擇合適的固化參數(shù)，以獲得彈性模量逐層變化的PDMS樹脂層；硬質(zhì)層中，UV樹脂層的硬度也是逐層變化的，所述UV樹脂為硬度不同的UV光固化材料，為由丙烯酸酯預(yù)聚物、丙烯酸酯單體、光引發(fā)劑和助劑組成的UV樹脂體系制備的UV光固化材料，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要選擇合適的固化參數(shù)，以獲得硬度逐層變化的UV樹脂層。
[0021]本實(shí)用新型中，分離母模板與樹脂即可得到復(fù)合納米壓印軟模板，由PDMS層組成的彈性層位于由UV樹脂層組成的硬質(zhì)層上方，其中與UV層接觸的PDMS層的彈性模量最大，與PDMS層接觸的UV層的硬度最??；硬質(zhì)層下方，即復(fù)合納米壓印軟模板下方，具有壓印結(jié)構(gòu)，該壓印結(jié)構(gòu)從母模板上復(fù)制而得；所用防粘試劑或者防粘薄膜為現(xiàn)有的。
[0022]由于上述技術(shù)方案的采用，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0023]1.本實(shí)用新型首次公開了彈性模量與硬度多層遞進(jìn)變化的復(fù)合納米壓印軟模板，有效的結(jié)合彈性層與硬質(zhì)層，發(fā)揮兩者相協(xié)調(diào)的優(yōu)點(diǎn)，即獲得了具有高硬度的結(jié)構(gòu)層，又解決了現(xiàn)有技術(shù)中硬質(zhì)層與彈性層容易脫落、開裂的問(wèn)題；得到的復(fù)合模板硬度好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，適合高精密納米壓印工藝應(yīng)用。
[0024]2.本實(shí)用新型公開的復(fù)合納米壓印軟模板中，不僅彈性層彈性逐層變化，硬質(zhì)層硬度也逐層變化，位于模板中部的彈性層彈性最大，硬質(zhì)層硬度最小；該手段創(chuàng)造性的改善了現(xiàn)有軟模板硬度差的缺陷，并解決了現(xiàn)有軟硬材質(zhì)不相容、易開裂的問(wèn)題。
[0025]3.本實(shí)用新型的壓印結(jié)構(gòu)在硬質(zhì)層上，相比現(xiàn)有的壓印結(jié)構(gòu)在彈性層上，硬質(zhì)層構(gòu)成的壓印結(jié)構(gòu)不易變形；并且硬質(zhì)層壓印時(shí)可以復(fù)制高寬比的結(jié)構(gòu)，也可以復(fù)制更小尺寸的結(jié)構(gòu)，適合高精密壓印的要求。
[0026]4.本實(shí)用新型無(wú)需粘接層，直接復(fù)合彈性層與硬質(zhì)層，得到的復(fù)合納米壓印模板結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、性質(zhì)均勻，軟硬材質(zhì)相容好，不會(huì)脫落與開裂；避免了現(xiàn)有技術(shù)需要使用粘接劑的缺陷，取得了意想不到的效果。
[0027]5.本實(shí)用新型公開的產(chǎn)品制備方法簡(jiǎn)單，制備過(guò)程合理，可以得到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、性質(zhì)均勻、牢固、不易變形、符合高精度納米壓印要求的復(fù)合納米壓印軟模板，并且產(chǎn)品使用壽命長(zhǎng)，適合工業(yè)化應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1為實(shí)施例一的復(fù)合納米壓印軟模板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2為實(shí)施例一的復(fù)合軟模板壓印出的孔狀結(jié)構(gòu)SEM圖；
[0030]圖3為實(shí)施例二的復(fù)合納米壓印軟模板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖4為實(shí)施例二的復(fù)合軟模板壓印出的柱狀結(jié)構(gòu)SEM圖；
[0032]圖5為實(shí)施例二的復(fù)合軟模板壓印出的柱狀結(jié)構(gòu)SEM圖；
[0033]圖6為實(shí)施例三的復(fù)合納米壓印軟模板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖7為實(shí)施例三的復(fù)合軟模板壓印出的線狀結(jié)構(gòu)SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖以及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述:
[0036]實(shí)施例一
[0037](1)在模具中澆注一層PDMS樹脂(GE Silicones公司，A、B組分比例為10: 1)，于60°C真空固化2小時(shí)后得到彈性模量為3.0MPa的PDMS樹脂層，為第一層PDMS樹脂層；然后在第一層PDMS樹脂層上澆注一層PDMS樹脂，于80°C真空固化4小時(shí)后得到彈性模量為lOMPa的PDMS樹脂層，為第二層PDMS樹脂層；由2層PDMS樹脂層組成彈性層。
[0038](2)在硅片模板表面旋涂防粘試劑(1H, 1H, 2H, 2H-全氟癸基三氯硅烷);在防粘處理后的母模板表面旋涂UV樹脂體系，經(jīng)紫外線曝光2min，紫外光能量為1500mJ/cm2，固化后得到UV樹脂層，為第一層UV樹脂層；然后在第一層UV樹脂層表面旋涂UV樹脂體系，將步驟(1)的彈性層覆于旋涂UV樹脂體系之上，經(jīng)紫外線曝光lmin，紫外光能量為500mJ/cm2，分離母模板，得到復(fù)合納米壓印軟模板。所述第一層UV樹脂層的邵氏硬度為50，第二層UV樹脂層的邵氏硬度為30。
[0039]UV樹脂體系中，丙烯酸酯預(yù)聚物為甲基丙烯酸酯化多面體齊聚倍半硅氧烷預(yù)聚物(MA0717) 20%、丙烯酸酯單體為四氫糠基丙烯酸酯(THFA) 25%，季戊醇六丙烯酸酯(DPHA)50%、光引發(fā)劑為1-羥基-環(huán)已基-苯基甲酮(184)1.5%，2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(1173) 1.5%，2，4，6_三甲基苯甲?；?二苯基氧化膦(ΤΡ0) 1%，助劑為流平劑0.5%,紫外線吸收劑0.5%。
[0040]附圖1為上述復(fù)合納米壓印軟模板的結(jié)構(gòu)示意圖，其具有四層結(jié)構(gòu)，為第一層PDMS樹脂層1 (厚度為0.5mm)、第二層PDMS樹脂層2 (厚度為1.0mm)、第二層UV樹脂層3(厚度為20nm)、第一層UV樹脂層4 (厚度為50 μ m);復(fù)合納米壓印軟模板下方，具有孔狀壓印結(jié)構(gòu)，該壓印結(jié)構(gòu)從母模板上復(fù)制而得。
[0041]圖2為使用上述復(fù)合軟模板壓印出的孔狀結(jié)構(gòu)SEM圖，直徑為500nm ;可以看出，本實(shí)用新型的復(fù)合軟模板壓印出的制品結(jié)構(gòu)清晰、均勻穩(wěn)定、精密度高；優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)制備的廣品。
[0042]實(shí)施例二
[0043](1)在模具