自1995年納米壓印技術(shù)提出以來，人們希望通過該技術(shù)實(shí)現(xiàn)低成本、高分辨率、高效率、大面積的批量制備納米結(jié)構(gòu)。但是，傳統(tǒng)的熱壓印技術(shù)需要加熱、高壓環(huán)節(jié)，從而造成壓印環(huán)節(jié)復(fù)雜、難于控制。1999年，美國(guó)得克薩斯州大學(xué)的研究小組提出一種在室溫、低壓環(huán)境下利用紫外光固化聚合物的紫外納米壓印技術(shù)，業(yè)已成為納米壓印技術(shù)研究的主要方向[l-2]。通過對(duì)該技術(shù)的研究，我們篩選了一種較為適合紫外壓印技術(shù)的紫外固化膠，同時(shí)利用傳統(tǒng)紫外光刻機(jī)實(shí)現(xiàn)了套刻對(duì)準(zhǔn)功能。在實(shí)驗(yàn)中，制備了具有100 nm特征尺寸的5 cm×5 cm面積石英玻璃透明模板，并且成功轉(zhuǎn)移復(fù)制了模板上的微細(xì)結(jié)構(gòu)。

2 紫外壓印原理

圖1為紫外壓印技術(shù)原理，將具有紫外固化功能的聚合物材料通過滴管滴在基片上，再用模板將其展開，其壓力控制小于1×106pa。然后通過紫外光照射，固化聚合物，從而實(shí)現(xiàn)模板上圖形的轉(zhuǎn)移，其中模板材料通常為石英玻璃等透光材料。脫模分離后，通常還會(huì)通過反應(yīng)離子刻蝕將殘留層去除，在無紫外固化膠凸起圖形的地方暴露出基片。

在紫外壓印過程中，聚合物是圖形轉(zhuǎn)移的中間媒介。聚合物的黏度系數(shù)、收縮率和彈性系數(shù)以及光固化時(shí)間等參數(shù)直接決定著壓印后聚合物薄膜的殘留厚度、壓印速度和最終壓印質(zhì)量。所以選用的聚合物可以為高分子光敏固化樹脂，在性能上應(yīng)具有高感光速度、低黏度系數(shù)以及盡可能小的彈性形變和固化收縮率[3-4]。由于聚合物具有流動(dòng)性，根據(jù)navier-stokes方程，留膜厚度的計(jì)算方程為：

其中，hr為壓印后殘留聚合物的厚度，f為施加的壓力，η為聚合物粘度，υ為壓印速度。

從式中可以看出，要使聚合物殘留厚度越小，施加的壓力要越大，且聚合物的黏度要越小越好。

模板和基片對(duì)準(zhǔn)加壓后，采用紫外光固化聚合物，紫外光固化聚合物的基本原理如下[5]：

在uv的輻射下，液態(tài)聚合物中的光引發(fā)劑受激發(fā)變?yōu)樽杂苫蜿栯x子，從而引發(fā)聚合物中含不飽和雙鍵物質(zhì)問的化學(xué)反應(yīng)，形成了固化的體系結(jié)構(gòu)，使聚合物固化。

3 透明模板制備

首先，采用電子束直寫刻蝕技術(shù)在鍍有cr的5 cm×5 cm面積的石英玻璃上刻蝕具有100 nm特征尺寸的模板，即在石英玻璃表面形成具有高度140 nm、最小線寬為100 nm的凸起物為cr的微細(xì)圖形。然后，將該模板放置在反應(yīng)離子刻蝕機(jī)中刻蝕二氧化硅，其表面的cr作為保護(hù)層，最后使用濕法腐蝕法去除二氧化硅表面的cr，形成表面具有100 nm特征尺寸，高度50 nm的透明二氧化硅模板。圖2為用光學(xué)顯微鏡觀察的二氧化硅透明模板，圖案主要有深孔陣列和環(huán)形波帶圖形。

4 壓印設(shè)備

本實(shí)驗(yàn)采用的是傳統(tǒng)紫外光刻機(jī)自帶的紫外光源，波長(zhǎng)為365 nm，主要因?yàn)樵摴饪虣C(jī)使用超高壓球形汞燈發(fā)光，譜能量在可見和紫外區(qū)，主要集中在幾個(gè)狹窄的譜帶，如313．2 nm、334．1 nm、365/366．3 nm、404．7 nm、434．8/435．8 nm、540．1 nm、577 nm等；其中在波長(zhǎng)為365~366.3 nm的能量輻射最強(qiáng)，是一種很好的紫外光源，其能量分布如圖3所示。

利用紫外光刻設(shè)備的對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，可進(jìn)行紫外壓印的套刻對(duì)準(zhǔn)，圖4為傳統(tǒng)的紫外光刻機(jī)的對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)。首先使用該設(shè)備的球形找平平臺(tái)使待壓基片和透明模板平行，再通過x、y軸平移臺(tái)、雙目雙視顯微鏡對(duì)準(zhǔn)。將紫外固化膠滴到基片表面，再通過對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)自身的升降臺(tái)擠壓基片和透明模板。完成以上步驟后，即可使用紫外壓印系統(tǒng)的自身的紫外光源照射模板，聚合物完全固化后卸載模板、基片。該系統(tǒng)自身產(chǎn)生的力范圍為0．1～40 n，因而壓印的殘留層較厚，如需較薄的殘留層則不適合在該系統(tǒng)壓印。

5 壓印實(shí)驗(yàn)

紫外固化膠為ep0-tek公司牛產(chǎn)的型號(hào)為ogl54的紫外固化膠[6],該膠為單一組分，固化前為白色透明液體，固化后顏色為白色透明，但當(dāng)紫外固化時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，膠體顏色會(huì)泛微黃色。該紫外固化膠的固化紫外功率100 mw/cm2，當(dāng)固化膠體的厚度在300～400 nm時(shí)所需的固化時(shí)間為l～2 min。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該聚合物具有良好的抗粘性，與玻璃、硅片等表面潔凈光滑的基片材料不會(huì)發(fā)生粘連，非常容易剝離。由于該聚合物很難附著在硅片上，通常將其附著在紙張上實(shí)驗(yàn)，或者壓印后該聚合物獨(dú)立形成一層具有微結(jié)構(gòu)的薄片。圖5為用0g154聚合物紫外壓印的在掃描探針顯微鏡下的局部圖形，結(jié)果表明基本完成對(duì)石英模板微結(jié)構(gòu)的復(fù)制。

6 結(jié)論

隨著紫外光固化技術(shù)的發(fā)展，紫外固化聚合物的性質(zhì)主要關(guān)注附著力、熱穩(wěn)定性、機(jī)械性能等[7]。然而，紫外納米壓印技術(shù)還要達(dá)到必要的圖形分辨率、精度、均勻性，還需考慮紫外固化聚合物的特性、紫外光能量、固化速度、固化環(huán)境等因素。

大面積高精度圖形的套刻對(duì)準(zhǔn)是影響納米壓印技術(shù)發(fā)展的障礙，采用通常光學(xué)對(duì)準(zhǔn)最高只能達(dá)到水平對(duì)準(zhǔn)精度100 nm量級(jí)，受溫度、壓力、圖形面積造成