專利名稱：基于旋涂和鍵合實現(xiàn)微納米圖案轉移的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在母板上旋涂聚合物并在其上鍵合基片的方法，具體是一種基于旋涂和鍵合實現(xiàn)微納米圖案轉移的方法。用于納米技術領域。
背景技術：
在現(xiàn)有技術中通常采用光學光刻的方法來形成圖案，隨著光學曝光工具的成本增長，以及波長的減小，出現(xiàn)了許多重要的技術難題，如分辨率及材料的選擇；另外，光學光刻還具有不適合加工非平整表面和難以形成三維結構等缺點。在下一代光刻技術中，電子束光刻生產(chǎn)效率太低；X線光刻的工具相當昂貴。微轉移模塑是針對光學光刻的不足提出的加工微米納米結構的新方法，首先采用在母板表面澆鑄的方法形成聚二甲基硅氧烷(PDMS)印章，然后在PDMS印章上施加液態(tài)預聚物，然后將含有預聚物的印章與基底表面接觸，采用紫外或熱固化后，剝離PDMS印章即在襯底上形成了聚合物的圖案。
經(jīng)對現(xiàn)有技術的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，Xiao-Mei Zhao等人在《Applied PhysicsLetter》，vol71，No.8(1997)pp1017-1019頁上撰文“Demonstration ofwaveguide couplers fabricated using microtransfer molding”(“采用微轉移模塑方法加工波導耦合器的研究”，《應用物理快報》)。其中聚合物光學波導的加工采用的即是微轉移模塑技術。首先使用標準光學光刻工藝在母板上形成光刻膠圖案，接著在光刻膠上澆鑄PDMS，固化后剝離母板得到PDMS印章；然后在PDMS上的凹型微結構中填充聚亞安酯液態(tài)預聚體，并倒置放在硅基底上用紫外光固化；最后剝離PDMS印章，在基底上制成聚亞安酯的圖案。該技術的缺點是固化過程較為繁瑣，因為除了PDMS預聚體需固化外，還要固化聚亞安酯液態(tài)預聚體；另外，PDMS預聚體采用澆鑄的方法，其固化所需時間多于采用旋涂方法所需的時間。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足和缺陷，提供一種基于旋涂和鍵合實現(xiàn)微納米圖案轉移的方法。使其基于在母板上旋涂聚合物并在其上鍵合基片，實現(xiàn)圖案轉移，通過旋涂和鍵合達到加快固化過程和減少固化時間的目的，從而更有利于大規(guī)模生產(chǎn)微納米圖案結構和器件。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明首先加工母板及對母板表面進行處理，然后采用旋涂的方法在母板表面旋涂聚合物預聚體并固化，接著在固化的聚合物上鍵合基片并剝離母板，最后采用反應離子刻蝕除去凹處殘留的聚合物便在基底上形成了聚合物的圖案，或者將聚合物圖案轉移到基底上。
以下對本發(fā)明作進一步的說明，具體如下(1)加工母板及對母板表面進行處理采用光學光刻、微機械加工、電子束光刻、干法或濕法刻蝕、聚焦離子束刻蝕加工母板。母板可以是硅/二氧化硅等材料。對硅/二氧化硅母板表面應進行硅烷化工藝處理，這樣做的目的是使隨后的脫模方便?？刹捎猛榛柰檫M行處理，如(1，1，2，2 H過氟癸基)-三氯硅烷等。
(2)在母板表面旋涂聚合物預聚體并固化首先將聚合物預聚體和該聚合物對應的固化劑混和攪拌，接著放入真空箱脫氣，然后將混和的聚合物通過甩膠臺旋涂到母板上，最后放入烘箱中加熱固化。
(3)在固化的聚合物上鍵合基片并剝離母板首先采用干氧或濕氧方法將硅片氧化，然后采用鍵合設備將聚合物和基片鍵合在一起，最后將鍵合好的聚合物和基片一起剝離母板。
(4)在基底形成圖案采用反應離子刻蝕設備除去凹處殘留的聚合物，從而在基底上形成了聚合物的圖案。可以進一步以聚合物為掩模，通過采用刻蝕或剝離工藝將圖案轉移到硅基底上。若采用剝離工藝，在鍵合前需在基片上濺射一薄層金屬。
通過本發(fā)明中的旋涂和鍵合工藝，可減少固化步驟和固化時間，加快工藝流程，且與微電子工藝相兼容，可以用此法實現(xiàn)廉價而又快速地大規(guī)模生產(chǎn)微納米結構圖案和器件。
具體實施例方式
以下以聚二甲基硅氧烷(PDMSpoly(dimethylsiloxane))為例，通過對轉移微納米圖案的具體實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步描述。
(1)加工母板及對母板表面進行處理采用感應耦合等離子體刻蝕的方法加工一塊母板。母板采用的是硅材料。母板上的圖案是重復的單元，每個單元又有各種不同的圖案，如字母，折線和六邊形等，其線寬從2μm到20μm不等。用(1，1，2，2 H過氟癸基)-三氯硅烷對硅母板表面進行硅烷化工藝處理。
(2)在母板表面旋涂PDMS預聚體并固化首先將PDMS預聚體(羅地亞RTV 3838A)和對應的固化劑(羅地亞RTV3838B)按10∶1混和攪拌，接著放入真空箱脫氣30分鐘，然后將PDMS預聚體通過甩膠臺旋涂到硅母板上，其轉速約為2000rpm。最后放入烘箱，65℃烘烤固化1小時。
(3)在固化的PDMS上鍵合硅圓片并剝離母板首先清洗硅圓片并烘干，采用干氧方法對硅片氧化，然后采用鍵合設備將PDMS和氧化過的硅圓片鍵合在一起，鍵合溫度為200℃，卡盤壓力為300mbar。最后將鍵合好的PDMS和硅圓片一起剝離母板。
(4)在基底形成圖案采用反應離子刻蝕設備除去凹處殘留的PDMS，刻蝕所用氣體為氧氣，時間為40s，從而在基底上形成了PDMS的圖案。
經(jīng)過旋涂和鍵合工藝，并基底上形成了PDMS的圖案，然后通過氧氣反應離子刻蝕將圖案轉移到基底上，在基底上形成的圖案完全地復制了原來母板上的圖案，實現(xiàn)了微納米結構完全從母板轉移到基底上的目的。
權利要求
1.一種基于旋涂和鍵合實現(xiàn)微納米圖案轉移的方法，其特征在于，首先加工母板及對母板表面進行處理，然后采用旋涂的方法在母板表面旋涂聚合物預聚體并固化，接著在固化的聚合物上鍵合基片并剝離母板，最后采用反應離子刻蝕除去凹處殘留的聚合物便在基底上形成了聚合物的圖案，或者將聚合物圖案轉移到基底上。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于旋涂和鍵合實現(xiàn)微納米圖案轉移的方法，其特征是，所述的加工母板及對母板表面進行處理，具體如下采用光學光刻、微機械加工、電子束光刻、干法或濕法刻蝕或聚焦離子束刻蝕加工母板，母板是硅/二氧化硅材料，對硅/二氧化硅母板表面應進行硅烷化工藝處理，使隨后的脫模方便，采用烷基硅烷化進行處理。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于旋涂和鍵合實現(xiàn)微納米圖案轉移的方法，其特征是，所述的烷基硅烷方法包括使用1，1，2，2H過氟辛基-三氯硅烷、1，1，2，2H過氟癸基-三氯硅烷。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于旋涂和鍵合實現(xiàn)微納米圖案轉移的方法，其特征是，所述的在母板表面旋涂聚合物預聚體并固化，具體如下首先將聚合物預聚體和該聚合物對應的固化劑混和攪拌，接著放入真空箱脫氣，然后將聚合物混合物通過甩膠臺旋涂到母板上，再進行固化。
5.根據(jù)權利要求1或者4所述的基于旋涂和鍵合實現(xiàn)微納米圖案轉移的方法，其特征是，所述的聚合物，包括聚二甲基硅氧烷PDMS，聚氨基甲酸酯PU，聚酰亞胺PI。
6.根據(jù)權利要求1或者4所述的基于旋涂和鍵合實現(xiàn)微納米圖案轉移的方法，其特征是，所述的固化，包括在烘箱中加熱和紫外輻照。
7.根據(jù)權利要求1所述的基于旋涂和鍵合實現(xiàn)微納米圖案轉移的方法，其特征是，所述的在固化的聚合物上鍵合基片并剝離母板，具體如下首先采用干氧或濕氧方法將硅片氧化，然后采用鍵合設備將聚合物和基片鍵合在一起，最后將鍵合好的聚合物和基片一起剝離母板。
8.根據(jù)權利要求1所述的基于旋涂和鍵合實現(xiàn)微納米圖案轉移的方法，其特征是，所述的在基底形成圖案，具體如下采用反應離子刻蝕設備除去凹處殘留的聚合物，從而在基底上形成了聚合物的圖案，或者進一步以聚合物為掩模，將圖案轉移到硅襯底上。
9.根據(jù)權利要求8所述的基于旋涂和鍵合實現(xiàn)微納米圖案轉移的方法，其特征是，將將圖案轉移到硅襯底上，包括通過采用刻蝕或剝離工藝將圖案轉移到硅基底上，若采用剝離工藝，在鍵合前需在基片上濺射一薄層金屬。
全文摘要
一種基于旋涂和鍵合實現(xiàn)微納米圖案轉移的方法，用于納米技術領域。本發(fā)明首先加工母板及對母板表面進行處理，然后采用旋涂的方法在母板表面旋涂聚合物預聚體并固化，接著在固化的聚合物上鍵合基片并剝離母板，最后采用反應離子刻蝕除去凹處殘留的聚合物便在基底上形成了聚合物的圖案，或者將聚合物圖案轉移到基底上。通過本發(fā)明中的旋涂和鍵合工藝，可減少固化步驟和固化時間，加快工藝流程，且與微電子工藝相兼容，可以用此法廉價而又快速地大規(guī)模生產(chǎn)微納米結構圖案和器件。
文檔編號G03F7/20GK1588232SQ20041005348
公開日2005年3月2日 申請日期2004年8月5日 優(yōu)先權日2004年8月5日
發(fā)明者劉景全, 孫洪文 申請人:上海交通大學