[發(fā)明專利]一種精密數(shù)字化微納米壓印的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710132387.6
• 申請日: 2007-09-13
• 公開（公告）號: CN101131537A
• 公開（公告）日: 2008-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 申溯;陳林森;魏國軍;周雷;周小紅;解正東;吳智華
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州蘇大維格數(shù)碼光學有限公司;蘇州大學
• 主分類號: G03F7/00
• 分類號: G03F7/00
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標事務(wù)所有限公司
• 代理人: 陶海鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種精密加工方法，具體涉及一種利用微納米加工技術(shù)進行壓印的方法，尤其是關(guān)于數(shù)字化精密微區(qū)微納米壓印方法，采用該方法可實現(xiàn)具有復雜微納米結(jié)構(gòu)的光電子器件的快速壓印復制。

背景技術(shù)

自20世紀60年代以來，集成電路一直按照摩爾定律不斷換代更新，即單個芯片中集成的晶體管數(shù)目每18個月翻一番。隨著電路中器件尺寸的不斷變小，光學光刻技術(shù)將接近其物理極限。線寬小于100nm的復雜微光電子結(jié)構(gòu)的光學光刻方法雖然已經(jīng)取得進展，但這種制造方法成本非常昂貴，每臺設(shè)備造價高達數(shù)千萬至數(shù)億美元。

微納米壓印技術(shù)是一種用于大批量重復制備微納米圖形結(jié)構(gòu)的新興技術(shù)，首先由美國普林斯頓大學納米結(jié)構(gòu)實驗室研究人員提出。它的基本思想是：在高溫、高壓下，將一具有納米圖案的模版(模仁)以機械力在涂有高分子材料的基板上等比例壓印復制納米圖案，其加工分辨率只與模版圖案的尺寸有關(guān)，而不受光學光刻最短曝光波長的物理限制，具有高分辨、高產(chǎn)出、低成本的優(yōu)勢。

目前微納米壓印技術(shù)主要包括以下幾種：

1)熱壓印。首先采用堅硬的壓模毛坯加工成壓模，然后在基片上旋涂高分子聚合物材料，將其放入壓印機加熱并把壓模壓在基片上的聚合物層上，緊接著把溫度降低至聚合物凝固點附近并且把壓模和聚合物層相分離，聚合物層上就留下了與壓模互補的微納米結(jié)構(gòu)，可以用作進一步的圖形轉(zhuǎn)移處理。

2)紫外壓印。紫外壓印的過程基本與熱壓印相同，只不過采用可在紫外光照射下固化的聚合物作為壓印層材料，無需采用加熱的方式，但是要求壓模材料(或基板材料)對紫外波段透明。

3)微接觸壓印。微接觸壓印技術(shù)中首先得到壓印模版，模具材料的化學前體在模版中固化，聚合成型后從模版中脫離，得到壓印模具。然后將模具浸入特定的化學試劑中，最后取出壓在基板上。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)有機分子的自組裝，在生物傳感器領(lǐng)域有著廣泛的用途。

實現(xiàn)微納米壓印的裝置一般由壓力裝置、運動保證組件、模版、基板平臺、加熱組件(或紫外照明燈)等部分組成。施壓裝置一般采用機械或者液/氣壓力驅(qū)動；運動保證組件控制壓印頭與基板保持平行和在壓印過程的機械穩(wěn)定性；加熱組件負責給待壓印基板加溫。

總的看來，微納米壓印技術(shù)相對其它光電子器件微加工技術(shù)具有以下一些優(yōu)勢：1)設(shè)備及操作成本低；2)可以較容易地制作某些三維微納結(jié)構(gòu)；3)高分子材料直接壓印成形，避免了長時間或者大面積的刻蝕工藝；4)可以簡單制作出高深寬比結(jié)構(gòu)。如果僅從技術(shù)成本上考慮，微納米壓印技術(shù)是未來最有可能成功的納米制作技術(shù)，在量子存儲、DNA電泳芯片、GaAs光檢測器、場效應(yīng)二極管、高密度磁結(jié)構(gòu)、GaAs量子元件、微波元件等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。

然而，由于需要實現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)圖形的轉(zhuǎn)移，必須保證模仁壓入的平衡、均勻及其與基板表面的垂直性，任何壓入的微小不平衡、非均勻、與表面的不垂直，都會導致圖形轉(zhuǎn)移中發(fā)生畸變。因而，在制備過程中，對機械精度要求極高，當模仁面積增大時，發(fā)生圖形畸變的可能性也隨之增大。

現(xiàn)有技術(shù)中，人們在解決壓印的平衡、均勻性方面作了很多研究，如中國發(fā)明專利CN1624586A公開了一種真空負壓納米壓印方法，即試圖通過改變壓力提供及傳遞的方式，來保證壓印過程中的平衡及均勻性；美國專利US6994541公開了一種均衡壓印裝置，也是通過改善施壓系統(tǒng)性能，來提高壓印的質(zhì)量。然而，通過改善施壓系統(tǒng)的性能，雖然能在一定程度上實現(xiàn)平衡、均勻的壓印，但其作用有限，目前能處理的晶片(基板)的尺寸通常為3～8英寸。實際的產(chǎn)品，如瑞典Obducat公司的壓印設(shè)備只能壓印10×10mm～203×203mm尺寸的圖形，不能在更小或者更大幅面上制作微納結(jié)構(gòu)。顯然，制作大面積的壓印模板，制造成本非常高，且對壓印設(shè)備提出了很高的要求。

因而，尋求一種能以較低的成本實現(xiàn)較大幅面的微納米壓印的方法，是本領(lǐng)域技術(shù)人員所面對的難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種微納米壓印的方法，通過方法的改進，降低對設(shè)備的要求，以實現(xiàn)較大幅面的微納米壓印，擴展其應(yīng)用范圍，制作各類基于復雜微納結(jié)構(gòu)的光電子器件。

為達到上述目的，本發(fā)明的總體構(gòu)思是，通過對小面積壓印結(jié)構(gòu)的拼接，實現(xiàn)大幅面的微納結(jié)構(gòu)圖形制作，其中，小面積壓印模仁的微納結(jié)構(gòu)空間取向在工作中可由計算機控制予以改變；微結(jié)構(gòu)的壓印深度通過壓力進行控制。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種精密數(shù)字化微納米壓印的方法，包括下列步驟：

(1)將待壓印的微納結(jié)構(gòu)圖形劃分為微區(qū)單元陣列；