專利名稱：基于動態(tài)納米刻劃技術(shù)制作滾筒壓模的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微光學(xué)元件制作方法領(lǐng)域，尤其涉及一種基于動態(tài)納米刻劃技術(shù)制作滾筒壓模的方法。
背景技術(shù)：
卷對卷(roll to roll)連續(xù)式納米壓印技術(shù)可以突破現(xiàn)有平版式壓印技術(shù)的周期長、面積小的瓶頸，具有低成本及連續(xù)生產(chǎn)的顯著優(yōu)勢，是納米壓印產(chǎn)業(yè)化的重要發(fā)展方向。卷對卷連續(xù)式納米壓印制造技術(shù)的原理是以具有納米結(jié)構(gòu)滾筒壓模在柔性基材 上，以連續(xù)性滾壓復(fù)制方式生產(chǎn)大面積具備納米結(jié)構(gòu)的功能性組件。但由于滾筒壓模的制作涉及曲面納米加工。因此滾筒壓模的制作就成了卷對卷納米壓印技術(shù)的技術(shù)瓶頸和研究熱點。就現(xiàn)已公開的滾筒壓模的制作技術(shù)主要有3種首先是包覆法，即加工具有微結(jié)構(gòu)的鎮(zhèn)質(zhì)平面薄膜包覆于滾筒表面(C. Y. Chang, et al. A roller embossing processfor rapid fabrication of microlens arrays on glass substrates. MicrosystemTechnologies, 2006, 12: 754-759)。這是目前應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)。由于鎳薄膜的結(jié)構(gòu)可以使用電子束或干渉曝光結(jié)合電鑄技術(shù)加工，因此可以實現(xiàn)納米尺度的復(fù)制。但是該技術(shù)使得滾筒壓模表面具有明顯的接縫，此外金屬薄膜翹曲及其與金屬滾筒之間滑移也會影響復(fù)制質(zhì)量。其次是直接加工法，使用機械車削或曲面步進光刻，直接在滾筒的金屬表面加工微結(jié)構(gòu)(Tzu-Chien Huang, et al. Direct fabrication of microstructures on meta丄roller using stepped rotating lithography and electroless nickel plating.Microelectronic Engineering. 2009，86: 615-618)。即使?jié)L筒的轉(zhuǎn)動誤差會導(dǎo)致其表面結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)角0°和360°的連接處無法完全對接，即有圖形錯位現(xiàn)象，但是沒有明顯接縫，極大提高了連續(xù)復(fù)制結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，這是該方法的顯著優(yōu)點。但是這種方法受限于曲面加工的精度，目前的可加工的最小線寬約為2 iim，無法實現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)的加工。最后是臺灣國立成功大學(xué)的李永春等人發(fā)明的反向roll to plate滾壓法(李永春等，滾筒模仁之制造方法，申請?zhí)?305753)。該技術(shù)包括以下步驟(I)在待壓滾筒表面形成ー層壓印材料；(2)將待壓滾筒水平架設(shè)于壓印載臺上；(3)設(shè)置一平面壓模于待壓滾筒之上，其中平面壓模的表面結(jié)構(gòu)面向待壓滾筒；(4)設(shè)置ー支撐滾筒，將平面壓模夾設(shè)在待測滾筒與支撐滾筒之間；(5)對壓印材料層進行加熱，以使平面壓模的表面結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)印到待壓滾筒表面的壓印材料中。該方法兼具前兩種方法的優(yōu)點，即具有納米尺度的分辨率，且沒有明顯接縫。但是該方法實施的前提，是需要成本極高的大面積納米結(jié)構(gòu)平面壓模。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于動態(tài)納米刻劃技術(shù)制作滾筒壓模的方法，以實現(xiàn)具有納米尺度線柵的大面積滾筒壓模制作。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案
一種基于動態(tài)納米刻劃技術(shù)制作滾筒壓模的方法，將具有納米結(jié)構(gòu)的平面壓模與待加工滾筒表面接觸，利用平面壓模的斷開面的邊緣在待加工滾筒表面刻劃出納米尺度的線柵。優(yōu)選的，在上述基于動態(tài)納米刻劃技術(shù)制作滾筒壓模的方法中，所述平面壓模為娃片。本發(fā)明還公開了ー種平面壓模的制作方法，包括如下步驟
I、通過具有納米結(jié)構(gòu)的第一平板對第一滾筒進行壓印，在第一滾筒表面形成與所述第一平板表面納米結(jié)構(gòu)互補的結(jié)構(gòu)；
n、通過第一滾筒對第二平板進行壓印，在第二平板的表面形成與第一滾筒表面納米結(jié)構(gòu)互補的結(jié)構(gòu)，獲得平面壓模。優(yōu)選的，在上述平面壓模的制作方法中，所述步驟I中，所述第一滾筒的表面均勻涂布有UV固化材料或熱塑性材料。優(yōu)選的，在上述平面壓模的制作方法中，所述步hn中，所述第二平板的制作步驟具體包括
(一)在第二平板表面上均勻涂布UV固化材料或熱塑性材料；
(ニ)通過第一滾筒對第二平板進行壓印，在UV固化材料或熱塑性材料上形成與第一滾筒表面納米結(jié)構(gòu)互補的結(jié)構(gòu)；
(三)通過等離子刻蝕技術(shù)將UV固化材料或熱塑性材料上的納米結(jié)構(gòu)傳遞到第二平板中，形成具有表面微觀結(jié)構(gòu)的平板，即平面壓模。優(yōu)選的，在上述平面壓模的制作方法中，所述第一平板為硅片。優(yōu)選的，在上述平面壓模的制作方法中，所述第一平板的長度大于等于所述第一滾筒的周長。優(yōu)選的，在上述平面壓模的制作方法中，所述第二平板的長度等于所述待加工滾筒的待加工表面的長度。優(yōu)選的，在上述平面壓模的制作方法中，所述步驟I中，所述第一平板對第一滾筒進行壓印之前，還需在所述第一平板的表面通過氣相沉積法制作ー層抗粘層，所述抗粘層
為全氟辛基三氯硅烷。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于
(1)采用具有納米結(jié)構(gòu)的平面壓模，在滾筒待壓表面上直接刻劃出納米尺度的線柵欄，該方法可以由小面積的納米圖案，制備大面積的納米圖案，平面壓模僅需很小的面積，大大降低了成本；
(2)通過刻劃在滾筒表面獲得納米級別的結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)卷對卷的連續(xù)式的壓印，進而可以大批量生產(chǎn)；(3)將小面積納米級模板，放大成大面積的納米級模板，成本低，解決了大面積納米級模具制備難得問題。


為了更清楚地說明本申請實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的ー些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I所示為本發(fā)明具體實施例中滾筒壓模制作的エ藝流程示意 圖2a所示為本發(fā)明具體實施例中第一滾筒的結(jié)構(gòu)示意 圖2b所示為本發(fā)明具體實施例中第一平板對第一滾筒進行壓印的示意圖； 圖3a所示為本發(fā)明具體實施例中第一滾筒對第二平板進行壓印的示意 圖3b所示為本發(fā)明具體實施例中對第二平板進行等離子刻蝕的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明實施例公開了ー種基于動態(tài)納米刻劃技術(shù)制作滾筒壓模的方法，將具有納米結(jié)構(gòu)的平面壓模與待加工滾筒表面接觸，利用平面壓模的斷開面的邊緣在待加工滾筒表面刻劃出納米尺度的線柵。本發(fā)明實施例還公開了ー種平面壓模的制作方法，包括如下步驟
I、通過具有納米結(jié)構(gòu)的第一平板對第一滾筒進行壓印，在第一滾筒表面形成與所述第
一平板表面納米結(jié)構(gòu)互補的結(jié)構(gòu)；
II、通過第一滾筒對第二平板進行壓印，在第二平板的表面形成與第一滾筒表面納米結(jié)構(gòu)互補的結(jié)構(gòu)，獲得平面壓模。下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行詳細的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。如圖I所示，首先準備一片邊長為a的第一平板11，第一平板11為正方形的石英片。該石英片表面具有周期200nm、線寬80nm、高度80nm的矩形線柵結(jié)構(gòu)(納米結(jié)構(gòu))。使用全氟辛基三氯硅烷，通過氣相沉積的辦法在第一平板11表面制作ー層抗粘層，以保證后續(xù)壓印的順利脫摸。然后如圖2a所示，在第一滾筒12的表面涂布ー層こ烯-四氟こ烯共聚物(Ethylene tetrafluoroethylene, ETFE) 121,膜厚 I U m。由第一平板 11 底部加熱至200° C，同時對第一滾筒12內(nèi)部通加熱油，使其加熱至150° C。將第一滾筒12壓印到第一平板11表面，第一滾筒12與第一平板11作如圖2b所示的相對運動。由此通過第一滾筒12與第一平板11之間的非等溫壓印，將第一平板11表面的納米結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到第一滾筒12表面。此時的第一滾筒12表面具有周期200nm、線寬120nm、高度80nm的矩形線柵結(jié)構(gòu)。在其他實施例中，第一滾筒12的表面也可以均勻涂布有其他UV固化材料或熱塑性材料。
如圖3a所示，在第二平板13表面涂布聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)131，厚度150nm。第二平板13優(yōu)選為硅片。然后類似的，由第二平板13底部加熱至160° C，同時對第一滾筒12內(nèi)部通加熱油，使其加熱至100° C。將第一滾筒12壓印到第二平板13表面，第一滾筒12與第二平板13作如圖3a所示的相對運動。由此通過第一滾筒12與第二平板13之間的非等溫壓印，將第一滾筒12表面的納米結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到第二平板13表面。此時的第二平板13表面的PMMA31具有周期200nm、線寬80nm、高度80nm的矩形線柵結(jié)構(gòu)，殘留層厚度約50nm。第二平板13的寬度與第一滾筒12的寬度相同，也是a ;第二平板13的長度為1，大于等于第一滾筒12的周長R，且第二平板13的長度I等于待加工滾筒15的待加工表面的長度。因此可以發(fā)現(xiàn)，這一歩操作使得線柵的寬度顯著延拓。在其他實施例中，第二平板13的表面也可以均勻涂布有其他UV固化材料或熱塑性材料。如圖3b所示，使用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)技術(shù)，將厚度約50nm的殘留層清除?？涛g參數(shù)如下02流量40SCCM，壓強4Pa，功率100 W。然后繼續(xù)使用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)，將PMMA31的納米結(jié)構(gòu)傳遞到第二平板13中，刻蝕參數(shù)如下O2流量1.4 SCCM, CHF3 50 SCCM，壓強4Pa，功率60 W。刻蝕完畢后，第二平板13被制作為表面具有周期200nm、線寬lOOnm、高度IOOnm矩形線柵結(jié)構(gòu)的平板(平面壓模)。 目前的納米量級平面壓模都是用電子束寫入技術(shù)做的，這種技術(shù)的寫入速度非常慢，而且極其昂貴。而面向于大規(guī)模生產(chǎn)，當然希望其使用的壓膜面積盡可能的大，這樣生產(chǎn)效率才會比較高。本實施例通過上述技術(shù)方案，可以將小面積納米級模板(第一平板11)，放大成大面積的納米級模板(第二平板13)，成本低，可以應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)。最后將第二平板13沿長度I方向裁開，取其中一半作為平板14。在待加工滾筒15表面涂布一層こ烯_四氟こ烯共聚物(Ethylene tetrafluoroethylene,ETFE),膜厚I ii m。對待加工滾筒15內(nèi)部通加熱油，使其加熱至150° C，同時將平板14加熱至200° C?；谄桨?4的新鮮斷裂面沿待加工滾筒15的表面刻劃，形成納米尺度的線柵。綜上所述，本發(fā)明的優(yōu)點在于
(1)采用具有納米結(jié)構(gòu)的平面壓模，在滾筒待壓表面上直接刻劃出納米尺度的線柵欄，該方法可以由小面積的納米圖案，制備大面積的納米圖案，平面壓模僅需很小的面積，大大降低了成本；
(2)通過刻劃在滾筒表面獲得納米級別的結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)卷對卷的連續(xù)式的壓印，進而可以大批量生產(chǎn)；
(3)將小面積納米級模板，放大成大面積的納米級模板，成本低，解決了大面積納米級模具制備難得問題。需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將ー個實體或者操作與另ー個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括ー個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。以上所述僅是本申請的具體實施方式
，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本申請原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng) 視為本申請的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于動態(tài)納米刻劃技術(shù)制作滾筒壓模的方法，其特征在于將具有納米結(jié)構(gòu)的平面壓模與待加工滾筒表面接觸，利用平面壓模的斷開面的邊緣在待加工滾筒表面刻劃出納米尺度的線柵。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于動態(tài)納米刻劃技術(shù)制作滾筒壓模的方法，其特征在于所述平面壓模為硅片。
3.權(quán)利要求I或2所述的平面壓模的制作方法，其特征在于，包括如下步驟 I、通過具有納米結(jié)構(gòu)的第一平板對第一滾筒進行壓印，在第一滾筒表面形成與所述第一平板表面納米結(jié)構(gòu)互補的結(jié)構(gòu)； II、通過第一滾筒對第二平板進行壓印，在第二平板的表面形成與第一滾筒表面納米結(jié)構(gòu)互補的結(jié)構(gòu)，獲得平面壓模。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的平面壓模的制作方法，其特征在于，所述步驟I中，所述第一滾筒的表面均勻涂布有UV固化材料或熱塑性材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的平面壓模的制作方法，其特征在于，所述步驟II中，所述第二平板的制作步驟具體包括 (一)在第二平板表面上均勻涂布UV固化材料或熱塑性材料； (二)通過第一滾筒對第二平板進行壓印，在UV固化材料或熱塑性材料上形成與第一滾筒表面納米結(jié)構(gòu)互補的結(jié)構(gòu)； (三)通過等離子刻蝕技術(shù)將UV固化材料或熱塑性材料上的納米結(jié)構(gòu)傳遞到第二平板中，形成具有表面微觀結(jié)構(gòu)的平板，即平面壓模。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的平面壓模的制作方法，其特征在于，所述第一平板為硅片。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的平面壓模的制作方法，其特征在于，所述第一平板的長度大于等于所述第一滾筒的周長。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的平面壓模的制作方法，其特征在于，所述第二平板的長度等于所述待加工滾筒的待加工表面的長度。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的平面壓模的制作方法，其特征在于，所述步驟I中，所述第一平板對第一滾筒進行壓印之前，還需在所述第一平板的表面通過氣相沉積法制作一層抗粘層，所述抗粘層為全氟辛基三氯硅烷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于動態(tài)納米刻劃技術(shù)制作滾筒壓模的方法，將具有納米結(jié)構(gòu)的平面壓模與待加工滾筒表面接觸，利用平面壓模的斷開面的邊緣在待加工滾筒表面刻劃出納米尺度的線柵。本發(fā)明還公開了一種平面壓模的制作方法。本發(fā)明的方法中產(chǎn)生的線條寬度可以達到納米級，并且在滾筒上進行的壓模，使生產(chǎn)中成本降低，并且可以實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)的顯著優(yōu)勢；通過將小面積納米級模板，放大成大面積的納米級模板，解決了大面積納米級模具制備難得問題。
文檔編號B82Y40/00GK102866579SQ20121036370
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月26日
發(fā)明者高育龍, 崔錚 申請人:中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所