CN101770164A

CN101770164A - 一种纳米结构压印硬模板

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Publication number: CN101770164A
Application number: CN200910044948A
Authority: CN
Inventors: 刘彦伯; 钮晓鸣; 宋志棠; 闵国全; 周伟民; 张静; 万永中; 张挺; 李小丽; 张剑平; 施利毅; 刘波; 封松林
Original assignee: SHANGHAI NANOTECHNOLOGY PROMOTION CENTER; Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Current assignee: SHANGHAI NANOTECHNOLOGY PROMOTION CENTER; Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Priority date: 2009-01-06
Filing date: 2009-01-06
Publication date: 2010-07-07

Abstract

本发明涉及一种纳米结构压印硬模板，属于纳米制造领域。其特征在于：利用多孔阳极氧化铝(AAO)膜技术制备硬质材料基底多孔模板，通过增加硬质基底和表面修饰处理后直接作压印(自上而下)模板。多孔阳极氧化铝膜可以自组织生长成六度对称的有序多孔结构，孔洞陡直且分布均匀，用它作为模板通过热蒸发、溅射和沉积以及电化学组装等定向组装(自下而上)的加工方法已经制备出各种具有光学、电学和磁学等性能的纳米结构和器件。本发明通过增加硬质材料基底和表面修饰处理将AAO模板技术移植到自上而下的表面微结构加工领域，这种纳米级高密度结构压印硬模板制作方法与目前常用的电子束直写等技术方法相比，具有成本低、周期短、工艺简单的显著特点。可以广泛应用于纳米级、高密度表面纳米结构加工与研究中，在半导体照明、高密度存储等领域前景广阔。同时，由于增加了硬质基底，克服了现有AAO模板脆且易碎的缺点，更利于软模板复制。

Description

一种纳米结构压印硬模板

技术领域

本发明涉及一种纳米结构压印硬模板，属于纳米制造领域。

背景技术

随着芯片特征尺寸的减小，传统光学光刻正面临成本和技术的巨大压力，而纳米压印技术以成本低、效率高、简单易行的突出优势，在纳米加工领域凸显出强大竞争力和广阔应用前景。纳米压印技术用具有纳米图案的模板将基片上的聚合物薄膜压出纳米级图形，再对压印件进行常规的刻蚀、剥离等加工，最终制成纳米结构和器件，这项技术可以大批量重复性地在大面积衬底上制备纳米结构，并且所制作出的高分辨率图案均匀性和重复性好、易与传统IC工艺兼容，适于产业化。但由于目前的高精密压印模板主要靠电子束直写等技术，使得纳米级压印模板制备周期长、成本高，一块1平方厘米的纳米级模板至少三四个月、数十万人民币，高昂的成本严重制约着纳米压印研究。

多孔阳极氧化铝(AAO)膜可以自组织生长成六度对称的有序多孔结构，孔洞陡直且分布均匀，AAO技术已经成熟并已大量应用于定向组装纳米结构研究。用它作为模板通过热蒸发、溅射和沉积以及电化学组装等自下而上的加工方法已经制备出各种光学、电学和磁学等纳米结构材料和器件，如：Sander M.S等利用电子束蒸发法在硅基氧化铝模板上制备出金的纳米点阵列[Sander M.S，Tan L S，Nanoparticale arrys on surfaces fabricated using anodic aluminafilm as template，Adv.Funct.Mater.，2003，13(5)：393-397]，Kim T等利用脉冲电沉积方法在SI/TI/AL复合体系上制备出钯纳米线[Kim T，Sung M，Cho Kyung，Asimple method for formationof metal nanowires on flexible polymer film，Materials Letters，2006，60：352-355]等。

本发明通过增加硬质材料基底和表面修饰处理将AAO模板技术移植到自上而下的表面微结构加工领域，这种大面积纳米级高密度结构硬模板制作方法与目前常用的电子束直写等技术方法相比，具有成本低、周期短、工艺简单、复型精度高的显著特点。本发明提出的方法，可以有效解决纳米结构模板制作难题，能够广泛应用于纳米级、高密度表面纳米结构加工中，在半导体照明、高密度存储等领域前景广阔。

发明内容

本发明目的在于提供一种纳米结构模板，其特征是：利用多孔阳极氧化铝(AAO)模板技术，制备硬质材料基底多孔模板并对其表面修饰处理后用作压印(自上而下)模板，直接移植到自上而下的表面微结构加工领域。

本发明的实现过程：

1、制备硬质材料基底：硬质材料基底为三层结构(图1)，即硬质材料层、黏合层和铝层，制备步骤为：

(1)硬质材料层：首先准备一块石英玻璃或其他玻璃、氮化镓或其他氮化物、蓝宝石或其他宝石、钨或其他金属或其化合物中的一种或多种组合材料作为硬质材料层，保证其表面平整、清洁，能满足后续工艺要求，外形为0.5～6英寸，厚度在1μm～5mm之间。

(2)黏合层：在硬质材料层上通过蒸镀、溅射或沉积等半导体工艺覆盖一层或多层钛、金、钨、铬或其他具有黏合作用或导电作用的材料，黏合层厚在0～500μm之间。

(3)铝层：在黏合层上通过蒸镀、溅射或沉积等半导体工艺覆盖一层铝，层厚在1nm～2mm之间。

2、用实现过程1制备的硬质材料基底做阳极，通过多孔阳极氧化铝(AAO)模板技术和蚀刻等半导体工艺得到多孔模板(图2)。首先用传统的将铝膜作为阳极材料的阳极氧化法制备多孔氧化铝模板，孔径控制在2～1mm之间。所述多孔工艺分三种情况：

情况一、所述多孔孔底留有铝层厚度控制在0～1999.995μm之间。情况二、所述多孔孔底留有铝层厚度为0，用蚀刻等半导体工艺减薄或去除孔底黏合层，将孔底进入黏合层深度控制在0～500μm之间。当所述多孔孔底进入黏合层深度不为0时，可以根据需要用蚀刻、剥离等半导体工艺去除氧化铝层，也可以不去掉氧化铝层，也可以减薄氧化铝层。

情况三、所述多孔孔底留有黏合层厚度为0，用蚀刻等半导体工艺减薄所述孔底硬质材料层，控制所述孔底进入硬质材料层深度在0～3mm之间。当所述多孔孔底进入硬质材料层深度不为0时，则可以根据需要用蚀刻、剥离等半导体工艺去掉黏合层，也可以不去掉黏合层，也可以减薄黏合层。

1、对实现过程2所述的多孔模板进行表面修饰处理：用氟基化合物或其他能降低所述多孔模板表面能的化合物通过低压喷涂法或气相、液相沉积法对所述多孔模板表面进行修饰处理，形成一层修饰膜来降低其表面能。

4、用实现过程3修饰过的多孔模板直接作为压印模板，用冷压印或热压印工艺在不同衬底表面复制出高密度阵列结构(图3，图4)。

5、直接用所述多孔模板作为母模复制聚合物压印软模板，聚合物为PDMS或PMMA或其改性化合物。

6、用其他无机氧化物多孔膜技术代替多孔阳极氧化铝(AAO)膜技术完成实现过程1至实现过程5。

附图说明

图1硬质材料基底；图2多孔模板；图3压印；图4衬底表面聚合物结构附图中符号说明：

1：铝层 2：黏合层 3：硬质材料层 4：氧化铝孔

5：衬底 6：聚合物 7：衬底受力方向 8：模板受力方向

具体实施方式

下面通过具体实施例进一步阐明本发明的实质性特点和显著的进步。但决非限制本发明，本发明也决非仅局限于实施例。

实施例一：

1、首先在1mm厚2英寸石英玻璃表面通过溅射沉积一层钛，厚1μm。

2、接着在钛层表面通过蒸镀方法覆盖一层铝，厚10μm。做成硬质材料基底(图1)。

3、将硬质材料基底作为阳极，通过多孔阳极氧化铝(AAO)模板技术得到多孔模板(图2)，控制阳极氧化反应终止于铝/钛界面处，在5％(体积分数)磷酸中浸泡除去阻挡层后，再用RIE在CF4(15sccm)/AR(75sccm)混合气体、功率210W条件下蚀刻100s，去掉氧化铝孔底钛层。

4、用气相沉积法进行修饰处理，修饰剂为CF3-(CF2)7-(CH2)2-SiCl3。

5、用冷压印工艺在硅基底表面复制出纳米级高密度阵列结构(图3，图4)，压印胶为德国AMO公司生产的AMONIL04。

实施例二：

1、首先在0.5mm厚2英寸石英玻璃表面通过溅射沉积一层铬，2μm厚。

2、接着在铬层表面通过蒸镀方法覆盖一层铝，100μm厚。做成硬质材料基底(图1)。

3、将硬质材料基底作为阳极，通过多孔阳极氧化铝(AAO)模板技术得到多孔模板(图2)，控制氧化铝孔底留有铝层厚度在10μm。

4、用低压喷涂法进行修饰处理，形成一层修饰膜来降低其表面能。修饰剂为CF3-(CF2)7-(CH2)2-SiCl3。

5、用热压印工艺在硅基底表面复制出高密度结构(图3，图4)。

上述实施例将有助于理解本发明，但并不限制本发明的内容。

Claims

1.一种纳米结构压印硬模板，其特征是：通过多孔阳极氧化铝(AAO)膜技术制备硬质材料基底多孔模板并对其表面修饰处理后直接用作压印模板。

2.按照权利要求1所述的硬质材料基底，其特征在于硬质材料基底结构为三层，即硬质材料层、黏合层和铝层：

(1)所述硬质材料层为石英玻璃或其他玻璃、氮化镓或其他氮化物、蓝宝石或其他宝石、硅及其化合物、砷化物、钨或其他金属及其化合物中的一种或多种组合。硬质材料厚度在1μm～5mm之间。

(2)所述黏合层为钛、金、钨、铬或其他具有黏合作用或导电作用或能够做硬质材料层蚀刻阻挡层的材料，通过蒸镀、溅射或沉积等半导体工艺获得，黏合层厚在0～500μm之间。

(3)所述铝层为高纯铝，通过蒸镀等半导体工艺获得的1nm～2mm厚铝膜。

3.按照权利要求1所述的多孔模板，是通过多孔阳极氧化铝(AAO)模板技术和蚀刻等半导体工艺得到，其特征是：

(1)所述多孔阳极氧化铝(AAO)模板技术，是指传统的将铝膜作为阳极材料的阳极氧化法制备多孔氧化铝模板技术，所述多孔氧化铝孔径在2～1mm之间，孔洞陡直且分布均匀。

(2)所述多孔加工工艺分三种情况，其特征分别是：

情况一：所述多孔孔底留有铝层厚度在0～1999.995μm之间。

情况二：所述多孔孔底留有铝层厚度为0，孔底进入黏合层深度在0～500μm之间，孔底黏合层用蚀刻等半导体工艺减薄或去除。若所述孔底进入黏合层深度不为0，则可以根据需要用蚀刻、剥离等半导体工艺去掉氧化铝层，也可以不去掉氧化铝层，也可以减薄氧化铝层。

情况三：所述多孔孔底留有黏合层厚度为0，孔底进入硬质材料层深度在0～3mm之间，孔底硬质材料层用蚀刻等半导体工艺减薄。若所述孔底进入硬质材料层深度不为0，则可以根据需要用蚀刻、剥离等半导体工艺去掉黏合层，也可以不去掉黏合层，也可以减薄黏合层。

4.按照权利要求1所述的多孔模板表面修饰处理，目的在于降低多孔模板表面能，减小压印脱模时模板与压印胶黏附力，保证复型精度。其特征是：

(1)所述模板表面修饰处理方法为低压喷涂法或气相、液相沉积法。所述低压喷涂法特征是：在真空度小于0.6个大气压的环境下，向多孔模板喷涂修饰剂，并在5s时间内迅速用对应溶剂喷洗或浸洗一次，时间不超过3s；或迅速用氮气吹扫2s。所述气相沉积法为气相CVD，所述液相沉积法为传统液相沉积法。

(2)所述表面修饰处理剂为氟基化合物或其他能降低AAO表面能的化合物。

5.按照权利要求1所述的直接用作压印模板，其特征在于：将上述制作和修饰获得的多孔模板直接用于压印工艺，在不同衬底表面复制出高密度阵列复型结构。所述压印工艺为冷压印(也叫紫外压印)或热压印或微接触印刷。所述衬底材料为硅或其化合物、玻璃、氮化镓或其他氮化物、蓝宝石或其他宝石、砷化物、钨或其他金属化合物中的一种或多种组合，所述衬底材料表面覆盖或不覆盖转移层，所述衬底和转移层之间增加或不增加黏附层。

6.按照权利要求1所述的模板，直接用于软模复制的母模。

7.按照权利要求1所述的多孔阳极氧化铝(AAO)膜技术也可以用多孔氧化硅或其他无机氧化物多孔膜技术代替。