使用2D光子光刻和纳米压印来制造亚微米3D结构的3D模具及其工艺.pdf

1、10申请公布号CN101971092A43申请公布日20110209CN101971092ACN101971092A21申请号200980108977222申请日20091123200809489820081222SGG03F1/00200601G03F7/24200601G03F7/4020060171申请人艳阳应用系统公司地址新加坡新加坡市72发明人简锡恒74专利代理机构北京三友知识产权代理有限公司11127代理人李辉吕俊刚54发明名称使用2D光子光刻和纳米压印来制造亚微米3D结构的3D模具及其工艺57摘要公开了一种制造3D模具以制造高产量低成本的亚微米3D结构产品的工艺。该工艺整合使用了

2、双光子激光光刻和3D刻写技术以制备3D结构产品的每一层的3D模型，且利用纳米压印由该层的所述3D模具形成3D结构的每一层的一片聚合物膜。该片聚合物膜的每一层然后制造成亚微米3D结构产品。高产量低成本的亚微米3D结构产品的每一层的3D模具进一步被用于制备主模具，该主模具然后用于形成3D结构的每一层的一片聚合物膜以制造亚微米3D结构产品。还公开了使用该工艺的应用。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2010091486PCT申请的申请数据PCT/SG2009/0004432009112387PCT申请的公布数据WO2010/074659EN2010070151INTCL19中华人民共和国国家

3、知识产权局12发明专利申请权利要求书4页说明书20页附图11页CN101971092A1/4页21一种生产3D模具以制造高产量低成本的亚微米3D结构产品的工艺，所述工艺整合了双光子光刻和纳米压印，其特征在于包括以下步骤使用双光子激光光刻和3D刻写技术来制备该3D结构产品的每一层的3D模具；并利用纳米压印由3D结构的每一层的所述3D模具形成该层的一片聚合物膜；以及制造每一层以获得所述亚微米3D结构产品。2一种高产量低成本的亚微米3D结构产品的层的3D模具，其中，该层的3D模具是这样创建的利用双光子激光光刻和3D刻写技术获得该3D结构产品的每一层的3D模具，并使用纳米压印来形成3D结构的每一层的一

4、片聚合物膜，从而获得所述亚微米3D结构产品的该层的3D模具。3根据前述权利要求中任一项所述的利用整合了双光子光刻和纳米压印的工艺的高产量低成本的亚微米3D结构产品的层的3D模具，其中，该层的3D模具是如下制造的创建3D结构的3D层的设计；利用双光子光刻工具来设立刻写工艺，以产生该3D结构产品的该层的3D图像；将该层的3D图像的光刻胶/聚合物显影在基板上；将一层或多层金属溅射到该层的3D图像的光刻胶/聚合物的表面上，以形成种子金属层；通过电镀工艺来转印涂覆了该种子金属层的3D聚合物图像，以形成3D金属模具；其中，该3D金属模具将被用于制造3D结构产品的同一层的3D图像的拷贝。4根据权利要求3所述

5、的创建亚微米3D结构产品的3D层的模具的设计的步骤，其中，该步骤包括以下处理将3DCAD的底座锚定在该基板的表面上、补偿聚合物收缩，并使其在机械方面足够强以防止该亚微米3D结构在冲洗和干燥工艺中塌陷。5根据权利要求3所述的设立刻写工艺以产生3D层的模具的步骤，其中，每一层的3D图像都是厚度从001微米到150微米的图像。6根据权利要求3所述的设立刻写工艺以产生3D层的模具的步骤，其中，每一层的3D图像优选地都是厚度为100微米的图像。7根据权利要求3所述的设立刻写工艺以产生3D层的模具的步骤，其中，厚度从001微米到100微米的每一层的参数被用作制造该层的模具的输入。8根据权利要求3所述的设立

6、刻写工艺以产生3D层的模具的步骤，其中，优选为100微米的每一层的参数被用作制造该层的模具的输入。9根据前述权利要求中任一项所述的3D层的3D图像，其中，该3D图像的每一层都是从001微米至150微米。10根据权利要求3所述的将该层的3D图像的光刻胶/聚合物显影在基板上的步骤，其中，该步骤包括以下处理清洁该基板，在该基板上涂覆旋涂抗蚀剂，使用溶剂去除该基板背面上的所有光刻胶，如有必要对该基板进行预烘烤，将该基板放置到真空吸盘上，开启真空，对准晶片，输入正确的工艺参数，标记和检查该基板以确保每个器件都正确地定位，以及去除该基板的该层的图像的切片的该光刻胶/聚合物。11根据权利要求3所述的通过将一

7、层或多层金属溅射到图像的光刻胶/聚合物的表面上来形成种子金属层的步骤，其中，该步骤包括以下处理核实该基板上没有光刻胶残留物或遗留其它材料，将晶片放置到溅射工具中，将腔体泵降到基础压力，执行简短的等离子体清洗工艺以确保该表面是清洁的，逐层地沉积一个或多个金属层以形成种子金属层，以权利要求书CN101971092A2/4页3及从腔体中取出晶片。12根据权利要求3所述的通过电镀工艺来转印由种子金属层形成的聚合物图像以形成金属模具的步骤，其中，该步骤包括以下处理将具有种子金属层的基板放置到电镀池中，设置电镀参数，进行电镀直到达到期望厚度为止，从支座上取下晶片，从3D模具上去除抗蚀剂，用去离子水彻底冲洗

8、模具，研磨3D模具的背面和边缘以进行尺寸调整，在去离子水中冲洗3D模具，对3D模具的表面执行O2等离子体清洗。13根据权利要求3所述的通过电镀工艺来转印由种子金属层形成的聚合物图像以形成金属模具的步骤，其中，该步骤包括以下处理将具有种子金属层的基板放置到电镀池中，设置电镀参数，进行电镀直到达到期望厚度为止，从支座上取下晶片，从3D模具上去除抗蚀剂，用去离子水彻底冲洗模具，剖切3D模具的背面和边缘以进行尺寸调整，在去离子水中冲洗3D模具，对3D模具的表面执行O2等离子体清洗。14根据权利要求3所述的通过电镀工艺来转印由种子金属层形成的聚合物图像以形成金属模具的步骤，其中，该步骤包括以下处理将具有

9、种子金属层的基板放置到电镀池中，设置电镀参数，进行电镀直到达到期望厚度为止，从支座上取下晶片，从3D模具上去除抗蚀剂，用去离子水彻底冲洗模具，冲压3D模具的背面和边缘以进行尺寸调整，在去离子水中冲洗3D模具，对3D模具的表面执行O2等离子体清洗。15根据权利要求3所述的制造模具的步骤，其中，该步骤包括以下处理用光刻胶来涂覆基板，设置冲压工具的工艺参数，通过一系列冲压和步进序列将3D图像从金属模具转印到大基板上，在处理之后对抗蚀剂进行显影，将抗蚀剂/聚合物从基板上剥离，将基板包裹在夹具上以形成圆筒，对圆筒进行电镀直到达到期望厚度为止，对圆筒进行研磨和抛光以校正光洁度和厚度。16根据权利要求3所述

10、的制造模具的步骤，其中，该模具包括主模具和辅模具。17根据权利要求3所述的在制备2个辊子模具时制造模具的步骤，其中，针对3D结构的层的上表面制备一模具，且针对3D结构的同一层的下表面制备另一模具，其中，随后将各层对准且压在一起以粘合在一起而形成多层结构。18根据权利要求3所述的在纳米压印工艺中使用模具的步骤，其中，该纳米压印工艺包括热NIL或UVNIL或卷对卷NIL。19根据前述权利要求中任一项所述的3D模具，其中，双光子光刻使用专用软件来制造任意形状的3D模具以及可以组合以形成复杂模具的不同形状的模具。20根据前述权利要求中任一项所述的3D模具，其中，与具有垂直或倾斜侧壁的典型灰阶结构相比，

11、初始模板在形状方面是3D的半球或具有弯曲侧壁的其它形状。21根据权利要求1至3中任一项所述的3D模具，其中，由柔性聚合物制成的模具被附接到滚筒的表面上以形成柔性聚合物模具的辊子，用来进行纳米压印。22根据权利要求1至3中任一项所述的3D模具，其中，由金属板制成的模具被附接到滚筒的表面上以形成具有聚合物特征的金属板模具的辊子，用来进行纳米压印。23根据权利要求1至3中任一项所述的3D模具，其中，由铝板制成的模具被附接到滚筒的表面上以利用镍主模具形成压印了金属特征的铝板的辊子，用来进行纳米压印。24根据权利要求1至3中任一项所述的3D模具，其中，由表面上电镀了金属特征的金属板制成的模具被附接到滚筒

12、的表面上以形成具有金属特征的金属板模具的辊子，用来进权利要求书CN101971092A3/4页4行纳米压印。25根据前述权利要求中任一项所述的制造3D模具的工艺，其中，该工艺遵循NIL工艺流程，并包括使用形状库改进模具制造的设计，以建立用于3D器件的批量制造的设计规则，使用这些3D模板来制备模具；使用NIL热冲压、UV、冲压和卷对卷技术。26一种用于生产3D模具以制造高产量低成本的亚微米3D结构产品的系统，整合了双光子光刻和纳米压印的所述系统的特征在于，使用双光子激光光刻和3D刻写技术来制备3D结构的每一层的3D模具；并利用纳米压印由3D模具形成3D结构的每一层的一片聚合物膜；并堆叠3D结构的

13、每一层，以制造该亚微米3D结构产品。27根据权利要求22所述的生产3D模具以制造高产量低成本的亚微米3D结构产品的系统，其中，该系统利用3D刻写技术来对用于3D模具的模板进行构图。28根据权利要求22所述的制造高产量低成本的亚微米3D结构产品的系统，其中，纳米压印是热NIL或UVNIL或卷对卷纳米压印。29根据前述权利要求中任一项所述的用于制造器官/组织框架的多个3D模具，其中，创建诸如肾脏或肝脏这样的复杂器官的完整器官框架的3D结构的图像的多个层，包括以下方面A通过将框架的3DCAD设计剖切为多个层而制造的器官/组织框架，每一层都是使用纳米压印单独制造的，重叠和结合所有层以形成最终的框架，创

14、建这种框架，这些框架在解剖学上类似于活体物理环境中创建的框架，B组织工程框架，C医学可植入器件的制造。30根据前述权利要求中任一项所述的用于经单次操作来制造诸如正弦结构和半球之类的简单3D结构的3D模具，其中，在制造光子学器件、LCD产业、全息标签、用于聚焦的微透镜、包带中使用单次冲压纳米压印工艺。31根据前述权利要求中任一项所述的用于制造简单3D结构的3D模具，其中，NIL工艺中使用的材料既可以是合成材料也可以是生物材料。32根据前述权利要求中任一项所述的多个3D模具在制造用于组织工程的框架方面的应用，该应用包括以下步骤A使用双光子光刻来创建3D模板，B根据工艺所需的模具类型柔性、硬质、尺寸

15、、表面属性以及分辨率，通过电铸或任意类型的成型技术，例如电子束光刻或光学光刻，将3D图像转印到3D模具上，C利用计算机辅助设计程序CAD来设计结构，D使用以3DCAD绘图作为输入的专用软件来自动将所述结构剖切为多个层，E去除具有重复图案的层，F制造用于模具制备的模板，G为每一层制造主模具，以产生用于冲压/卷对卷纳米压印工具的硬质/柔性模具，H将产生的每一层彼此层叠以形成物理尺寸与实际天然框架接近的完整器官框架。33根据权利要求1至3中任一项所述的3D模具在制造医学器件方面的应用，所述医权利要求书CN101971092A4/4页5学器件例如是用于需要物理治疗的神经和骨骼以引导神经和骨头生长的桥接

16、体，该应用包括以下步骤A使用双光子光刻来创建3D模板，B根据工艺所需的模具类型柔性、硬质、尺寸、表面属性以及分辨率，通过电铸或任意类型的成型技术，例如电子束光刻或光学光刻，将3D图像转印到模具上，C利用计算机辅助设计程序CAD来设计结构，D利用以3DCAD绘图作为输入的专用软件来自动将所述结构剖切为多个层，E去除具有重复图案的层，F制造用于模具制备的模板，G为每一层制造主模具，以产生用于冲压/卷对卷纳米压印工具的硬质/柔性模具，H将产生的每一层彼此层叠以形成物理尺寸与实际天然框架接近的完整器官框架。34根据权利要求1至3中任一项所述的3D模具在制造定制微透镜以形成更多功能的光学膜方面的应用，该

17、应用包括以下步骤A使用双光子光刻来创建3D模板，B根据工艺所需的模具类型柔性、硬质、尺寸、表面属性以及分辨率，通过电铸或任意类型的成型技术，例如电子波束光刻或光学光刻，将3D图像转印到模具上，C利用计算机辅助设计程序CAD来设计结构，D利用以3DCAD绘图作为输入的专用软件来自动将所述结构剖切为多个层，E去除具有重复图案的层，F制造用于模具制备的模板，G为每一层制造主模具，以产生用于冲压/卷对卷纳米压印工具的硬质/柔性模具，H将产生的每一层彼此层叠以形成完全由具有定制设计曲率的复合微透镜制成的完整光学膜，其中，该光学膜可以结合到薄膜的表面上或玻璃的薄层上，以减小反射、全内反射、收集光和将收集的

18、光聚焦到有源器件上。权利要求书CN101971092A1/20页6使用2D光子光刻和纳米压印来制造亚微米3D结构的3D模具及其工艺技术领域0001本发明涉及一种利用整合了双光子光刻和纳米压印技术的工艺来制造亚微米3D结构从而制造出高产量和低成本的亚微米3D结构的3D模具。背景技术0002双光子光刻是一种从液体光敏材料得到复杂三维结构的非常强大但又十分简单的技术。双光子聚合TPP基于两个光子的同时吸收，这在透明矩阵MATRIX内的起动分子与单体之间引发了化学反应。两个光子的吸收需要极高的峰值强度，因而，需要超短脉冲激光器来提供这种高强度。先前，双光子吸收TPA最常见的应用是双光子共聚焦显微镜，其

19、中在以TPI方式被激励之后观察到染色分子的荧光。在标准光子和立体光刻技术中使用的单光子吸收本质上是二维的，因为紫外光在最初的几微米内被树脂吸收。因为光敏树脂在近红外NIR区域中是透明的，所以NIR激光脉冲可以聚焦到树脂的体积内。当激光焦点在树脂的体积内三维移动时，沿着允许制造任意3D微结构的路径开始聚合处理。0003TPA的速率是非线性的或者与入射强度成平方关系，因此，能够在聚合结构中实现比100NM更好的横向分辨率。对于需要3D结构的很多应用，诸如组织工程框架、生物医学植入、微透镜、微光器件和在几微米内需要3D分辨率的其它微型器件MEMS，TPP工艺提供了快速且简单的方法来实现所需的分辨率。

20、0004纳米压印0005纳米压印的原理是很简单的。图3中示出了原型NIL工艺中发展出的工艺方案。包含微米纳米尺度表面起伏的硬质模具在受控的温度和压力下被压入锻造在基板上的聚合物材料中，由此产生聚合物材料中的厚度反差。聚合物材料的薄残留层保留在模具突起下方且用作软垫层，该软垫层防止硬质模具对基板的直接影响且有效地保护模具表面上的精细纳米尺度特征。对于大多数应用，这种残留层需要通过各向异性的O2等离子体蚀刻工艺去除以完成图案定义。0006说明书CN101971092A2/20页70007目前已经发展出了被称为步进闪光压印光刻SFIL或UV纳米压印光刻的纳米压印的变型。在这种技术中，如下面所述，使用

21、透明模具和可UV固化的前体液体来定义图案，从而能够在室温下实施该工艺。0008说明书CN101971092A3/20页80009现有技术的讨论0010在制造用于纳米压印的3D模板/模具中使用双光子光刻0011当前的NIL技术取决于电子束光刻、激光刻写器和光学光刻技术来将器件的设计写入到NIL模板上。不幸的是，这些技术本质上是2D刻写技术，且不能制造很多NIL应用所需要的3D结构。尽管当前设计者通过多层工艺来解决这个问题，但是没有有效的长期制造解决方案来获得低成本的3D纳米结构。多层工艺产生的灰度的阶梯STEP或影响在很多应用中也是不可接受的。0012在纳米压印模板制造中提议使用双光子光刻是新颖

22、的。对于存在简单3D需求的应用如半球结构，可以在单一步骤中执行冲压工艺，从而不再需要多个冲压堆叠工艺。0013与常规激光刻写器600NM相比，双光子光刻具有极高的刻写分辨率100NM。而且，类似于常规激光刻写器，与电子束刻写器相比，双光子光刻具有相当高的刻写速度，使得该技术对于除要求小于100NM的分辨率的应用之外的大多数刻写应用是非常理想的。说明书CN101971092A4/20页90014在组织工程和其它应用中使用3D纳米压印0015目前，存在很多已知的致力于研究使用3D纳米压印技术来发展器官/组织框架的工作组。压印结构彼此堆叠的叠层将使得该快速成型技术具有高分辨率和相当高的产量。与其它快

23、速成型工艺相比，该工艺不会受到很多的材料限制，因为它取决于物理压印工艺来限定其特征。0016在本发明下发展出的技术的应用可以在聚合物薄膜上制造独特光子结构中使用以产生功能膜。这种膜的示例可以是制造这种构造的微透镜。使用诸如双光子光刻工具之类的高分辨率工具来制造微透镜的优点在于，可以使用非常薄的膜来实现透镜的曲率。这种方法的优点是00174较低的材料成本；00185光滑的透镜表面将导致较少的光损耗；以及00196较薄的聚合物的使用将确保较少的光吸收。0020尽管NIL方法被设计为提供下一代半导体晶片制造中的光刻解决方案，但是科学家和工程师已经致力于混合塑料电子器件、有机电子器件、新型硅器件、新型

24、砷化镓器件、有机激光器、光子器件、非线性光学聚合物结构、高分辨率有机发光二极管OLED像素、衍射光学元件、宽带偏振器、硬盘驱动器、DNA操控、纳米尺度蛋白构图和细胞烘烤养中的很多应用。当前，NIL技术被硬驱行业在制造硬件介质中所使用。0021NIL中的关键技术步骤可以分为00224模具制造；00235光刻胶；以及00246处理。0025本发明的工艺使用整合了现有技术的多个状态的高产量亚微米3D结构技术，00261双光子光刻；00272纳米压印；以及00283卷对卷纳米压印。0029通过平衡每项技术的优势可以低成本地生产亚微米3D结构。该方法类似于半导体晶片制造行业中的方法，其中利用用于高真空生

25、产的很多昂贵的资产设备在硅晶片上制造集成电路，同时减小了每个单独组件的成本。0030本发明工艺的技术源于常规NIL技术，从模具制造步骤开始。常规NIL模板是利用电子束光刻或光学光刻进行构图的，基本上这些构图技术本质上是2D的。然而，本发明提出使用双光子光刻和3D刻写技术来对模板进行构图。构图出的模具将是3D的。发明内容0031本发明的第一目的是一种制造3D模具以制造高产量和低成本的亚微米3D结构产品的工艺，所述工艺整合了双光子光刻和纳米压印，其特征在于，使用双光子激光光刻和3D刻写技术来制备3D结构产品的每一层的3D模具，且利用纳米压印从该层的所述3D模具形成3D结构的每一层的一片聚合物膜，制

26、造每一层以制备亚微米3D结构产品。0032本发明的第二目的是一种高产量低成本的亚微米3D结构产品的层的3D模具，其中，该层的3D模具是这样创建的利用双光子激光光刻和3D刻写技术获得3D结构产品的说明书CN101971092A5/20页10每一层的3D模具，并使用纳米压印来形成3D结构的每一层的一片聚合物膜，从而获得所述亚微米3D结构产品的该层的3D模具。0033优选的是，如前述权利要求中任意一个所述，高产量和低成本亚微米3D结构产品的层的3D模具使用整合了双光子光刻和纳米压印的工艺，其中该层的3D模具按以下方式制造0034创建3D结构的3D层的设计；0035利用双光子光刻工具来设立SETUP刻

27、写工艺以产生3D结构产品的该层的3D图像；0036将该层的3D图像的光刻胶/聚合物显影在基板上；0037将一层或更多层金属溅射到该层的3D图像的光刻胶/聚合物的表面上以形成种子金属层。0038通过电镀工艺来转印覆盖了种子金属层的3D聚合物图像以形成3D金属模具；0039其中，3D金属模具将被用于制造3D结构产品的同一层的3D图像的拷贝。0040有利的是，创建亚微米3D结构产品的3D层的模具的设计的步骤包括在基板的表面锚定ANCHOR3DCAD的底座，补偿聚合物收缩且使其机械方面足够强以防止亚微米3D结构在冲洗和干燥工艺中塌陷。0041有利的是，在设立刻写工艺以产生3D层的模具的步骤中，每一层的

28、3D图像都是从001微米到150微米厚的图像。0042有利的是，对于设立刻写工艺以产生3D层的模具的步骤，每一层的3D图像优选地都是100微米厚的图像。0043有利的是，对于设立刻写工艺以产生3D层的模具的步骤，从001微米到100微米厚的每一层的参数用作制造该层的模具的输入。0044有利的是，对于设立刻写工艺以产生3D层的模具的步骤，优选地是100微米的每一层的参数被用作制造该层的模具的输入。0045优选的是，3D图像的每一层都从001微米至150微米。0046有利的是，对于将该层的3D图像的光刻胶/聚合物显影在基板上的步骤，该步骤包括以下处理清洁该基板，在该基板上涂覆旋涂抗蚀剂，使用溶剂去

29、除基板背面上的所有光刻胶，如有必要预烘烤该基板，将该基板放置到真空吸盘上，开启真空，对准晶片，输入正确的工艺参数，标记和检查该基板以确保每个器件都正确地定位，以及去除该基板的该层的图像的切片的光刻胶/聚合物。0047有利的是，对于通过将一层或多层金属溅射到图像的光刻胶/聚合物的表面上来形成种子金属层的步骤，该步骤包括以下处理核实基板上没有光刻胶或其它材料残留，将晶片放置到溅射工具中，将腔体泵降PUMPDOWN到基础压力，执行简短的等离子体清洗工艺以确保该表面是清洁的，逐层地沉积一个或多个金属层以形成种子金属层，以及从腔体中取出晶片。0048有利的是，对于通过电镀工艺来转印从种子金属层形成的聚合

30、物图像以形成金属模具的步骤，该步骤包括以下处理将具有种子金属层的基板放置到电镀池中，设置电镀参数，进行电镀直到达到期望厚度为止，从支座上取下晶片，从3D模具上去除抗蚀剂，使用去离子水彻底冲洗模具，研磨3D模具的背面和边缘以进行尺寸调整，在去离子水中冲洗3D模说明书CN101971092A6/20页11具，对3D模具的表面执行O2等离子体清洗。0049有利的是，对于通过电镀工艺来转印从种子金属层形成的聚合物图像以形成金属模具的步骤，该步骤包括以下处理将具有种子金属层的基板放置到电镀池中，设置电镀参数，进行电镀直到达到期望厚度为止，从支座上取下晶片，从3D模具上去除抗蚀剂，使用去离子水彻底冲洗模具

31、，剖切3D模具的背面和边缘以进行尺寸调整，在去离子水中冲洗3D模具，对3D模具的表面执行O2等离子体清洗。0050有利的是，对于通过电镀工艺来转印从种子金属层形成的聚合物图像以形成金属模具的步骤，该步骤包括以下处理将具有种子金属层的基板放置到电镀池中，设置电镀参数，进行电镀直到达到期望厚度为止，从支座上取下晶片，从3D模具上去除抗蚀剂，使用去离子水彻底冲洗模具，冲压3D模具的背面和边缘以进行尺寸调整，在去离子水中冲洗3D模具，对3D模具的表面执行O2等离子体清洗。0051有利的是，对于制造模具的步骤，该步骤包括以下处理使用光刻胶来涂覆基板，设置冲压工具的工艺参数，通过一系列冲压和步进序列STE

32、PSEQUENCE将3D图像从金属模具转印到大基板上，在处理之后显影光刻胶，将光刻胶/聚合物从基板上剥离，将基板包裹在夹具上以形成圆筒CYLINDER，对圆筒进行电镀直到达到期望厚度为止，研磨和抛光圆筒以校正光洁度FINISH和厚度。0052有利的是，制造模具的步骤包括主模具和辅模具。0053有利的是，对于制造模具的步骤，针对3D结构的层的上表面制备一模具，且针对3D结构的同一层的下表面制备另一模具，然后将各层对准且扣在一起以粘合在一起而形成多层结构。0054有利的是，对于在纳米压印工艺中使用模具的步骤，纳米压印工艺包括热NIL或UVNIL或卷对卷NIL。0055优选的是，对于3D模具的制造，

33、双光子光刻使用专用软件来制造任意形状的3D模具以及可以组合以形成复杂模具的不同形状的模具。0056优选的是，对于3D模具的制造，与具有垂直或倾斜侧壁的典型灰阶结构相比，初始模板在形状方面是3D的半球或具有弯曲侧壁的其它形状。0057优选的是，对于3D模具，由柔性聚合物制成的模具被附接到圆筒的表面上以形成柔性聚合物模具的锟子，用来进行纳米压印。0058优选的是，对于3D模具，由金属板制成的模具被附接到圆筒的表面上以形成具有聚合物特征的金属板的锟子，用来进行纳米压印。0059优选的是，对于3D模具，由铝板制成的模具被附接到圆筒的表面上以利用镍主模具形成压印了金属特征的铝板的锟子，用来进行纳米压印。

34、0060优选的是，对于3D模具，由表面上电镀了金属特征的金属板制成的模具被附接到圆筒的表面上以形成具有金属特征的金属板模具的锟子，用来进行纳米压印。0061优选的是，制造3D模具的工艺遵循NIL工艺流程，且包括0062使用形状库改善模具制造的设计以确立用于3D器件批量制造的设计规则，使用这些3D模板来制备模具；0063使用NIL热冲压、UV、冲压和卷对卷工艺。0064本发明的第三目的是一种用于制造3D模具以制造高产量和低成本亚微米3D结构说明书CN101971092A7/20页12产品的系统，整合了双光子光刻和纳米压印的所述系统的特征在于，通过使用双光子激光光刻和3D刻写技术来制备3D结构的每

35、一层的3D模具，且利用纳米压印从3D模具形成3D结构的每一层的一片聚合物膜，且堆叠3D结构的每一层以制造亚微米3D结构产品。0065优选的是，制造3D模具以制造高产量和低成本亚微米3D结构产品的所述系统使用3D刻写技术来对用于3D模具的模板进行构图。0066优选的是，制造高产量和低成本亚微米3D结构产品的所述系统使用纳米压印，该纳米压印是热NIL或UVNIL或卷对卷技术。0067本发明的第四目的是制造器官/组织框架的多个3D模具，其中，创建诸如肾脏或肝脏这样的复杂器官的完整器官框架的3D结构的图像的多层，包括以下方面0068A通过将框架的3DCAD设计剖切为多层而制造的器官/组织框架，每一层都

36、是使用纳米压印独立制造的，重叠和结合所有层以形成最终的框架，创建这种框架，该框架在解剖学上类似于活体物理环境中创建的框架。0069B组织工程框架。0070C医学可植入器件的制造。0071本发明的第五目的是一种3D模具，该3D模具用于经单次操作来制造诸如正弦结构和半球之类的简单3D结构，其中在制造光子学器件、LCD产业、全息标签、用于聚焦的微透镜、包带中使用单次冲压纳米压印工艺。0072优选的是，对于用于制造简单3D结构的3D模具，NIL工艺中使用的材料既可以是合成材料也可以是生物材料。0073本发明的第六目的是用于制造用于组织工程框架的多个3D模具，包含以下步骤0074A使用双光子光刻来创建3

37、D模板，0075B取决于工艺所需的模具类型柔性、硬质、尺寸、表面属性以及分辨率，通过电镀或任意类型的成型技术，如电子束光刻或光学光刻，将3D图像转印到模具上，0076C使用计算机辅助设计程序CAD来设计结构，0077D利用以3DCAD绘图作为输入的专用软件来自动将所述结构剖切为多层，0078E去除具有重复图案的层，0079F制造用于模具制备的模板，0080G为每一层制造主模具以产生用于冲压/卷对卷纳米压印工具的硬质/柔性模具，0081H将产生的每一层彼此层叠以形成物理尺寸与实际天然框架接近的完整器官框架。0082本发明的第七目的是用于制造医学器件的3D模具，诸如用于需要物理治疗的神经和骨骼的引

38、导神经和骨头生长的桥接体BRIDGE，包含以下步骤0083A使用双光子光刻来创建3D模板。0084B取决于工艺所需的模具类型柔性、硬质、尺寸、表面属性以及分辨率，通过电铸或任意类型的成型技术，如电子束光刻或光学光刻，将3D图像转印到模具上。0085C使用计算机辅助设计程序CAD来设计结构。0086D利用以3DCAD绘图作为输入的专用软件来自动将所述结构剖切为多层。0087E去除具有重复图案的层。说明书CN101971092A8/20页130088F制造用于模具制备的模板。0089G为每一层制造主模具以产生用于冲压/卷对卷压纳米压印工具的硬质/柔性模具。0090H将产生的每一层彼此层叠以形成物理

39、尺寸与实际天然框架接近的完整器官框架。0091本发明的第八目的是用于制造定制微透镜以形成更多功能的光学膜的3D模具，包含以下步骤0092A使用双光子光刻来创建3D模板。0093B取决于工艺所需的模具类型柔性、硬质、尺寸、表面属性以及分辨率，通过电铸或任意类型的成型技术，如电子波束光刻或光学光刻，将3D图像转印到模具上，0094C利用计算机辅助设计程序CAD来设计结构，0095D利用以3DCAD绘图作为输入的专用软件来自动将所述结构剖切为多层，0096E去除具有重复图案的层。0097F制造用于模具制备的模板。0098G为每一层制造主模具以产生用于冲压/卷对卷纳米压印工具的硬质/柔性模具。0099

40、H将产生的每一层彼此层叠以形成完全由具有定制设计曲率的复合微透镜制成的完整光学膜。0100其中，光学膜可以结合到薄膜的表面上或玻璃的薄层上以减小反射、全内反射、收集光和将收集的光聚焦到有源器件。0101毋庸置疑，本发明的这些和其它目的将对于本领域技术人员在研究下文后变得明显，或可以通过本发明的实践来了解。附图说明0102附图结合到本说明书中且构成本说明书的一部分，附图示出了本发明中引用的工艺的示例，且与发明概述一起用于解释本发明的原理。0103图1是本发明工艺的制造亚微米3D模具中的步骤的工艺流程。0104图2是用于创建作为本发明工艺的双光子光刻步骤的输入的3DCAD设计的第一步骤的工艺流程。

41、0105图3是本发明工艺中用于设立刻写步骤的双光子光刻工具的工艺流程。0106图4是本发明工艺中用于置备双光子光刻扫描步骤的基板的工艺流程。0107图5是本发明工艺中用于显影光刻胶的步骤的工艺流程。0108图6是本发明工艺中用于形成被溅射到光刻胶/聚合物的表面上的种子金属层的步骤。0109图7是金属化以形成本发明工艺的金属模具的步骤，其中，利用电镀工艺来执行聚合物图像的转印，该电镀工艺利用了溅射到光刻胶/聚合物的表面的种子金属材料。0110图8是本发明工艺中的制造辅模具的步骤。0111图9是本发明工艺中的制造辊子NIL模具的步骤。0112图10是用于制备柔性聚合物模具或模板的工艺流程的说明。说

42、明书CN101971092A9/20页140113图11是利用铝板的物理冲压来制备金属模具或模板的工艺流程的说明。0114图12是制备表面上电镀了金属特征的金属板模具或模板的工艺流程的说明。0115图13是制备具有聚合物特征的金属板模具或模板的工艺流程的说明。0116图14是制造侧发光SIDEEMITTING薄膜层中的微透镜的纳米压印聚合物膜的说明。具体实施方式0117图1中示出了本发明工艺的制造亚微米3D模具中的步骤的工艺流程。一般工艺过程和步骤如下01181将3DCAD设计输入到本发明工艺的双光子光刻步骤中。01192然后通过工具软件对文件进行预处理，其中3D设计被剖切为100NM厚的多个

43、层。01203然后将每一层扫描到涂覆有光刻胶的晶片/基板的表面上。01214然后显影光刻胶。01225接下来在光刻胶模板上沉积金属种子层。01236接着是电镀步骤。01247现在准备好模具来冲压或用作主模具来生产辅模具或辊子压印模具。0125图2至图9说明了一般工艺过程中的每个步骤。0126图2是用于创建用作本发明的双光子光刻的输入的3DCAD设计的第一步骤的工艺流程。3D结构的设计是按照以下方式创建的且作为STL文件格式导出为3D设计01271机械3D设计，应使用本领域已知的3DCAD程序绘制结构。01282必须遵循的设计规则0129A3D设计的底座将必须锚定在基板的表面；这是为了防止结构在

44、标记过程中漂移。0130B结构必须设计为使得在显影过程中使用的溶剂能够去除未曝光的聚合物。0131C结构必须设计为使得其能够补偿显影之后的聚合物收缩。0132D结构必须设计为机械方面足够强，以防止在冲洗和干燥工艺中器件塌陷。0133这些3D结构的设计被导出为STL文件格式以供进一步处理。0134图3是本发明工艺中用于建立刻写步骤的双光子光刻工具的工艺流程。此处描述的是一般工艺，为了满足特定需求将会忽略或添加相应的工艺步骤01351首先将带有3DCAD设计的STL文件导入到本领域已知的定制的激光扫描软件中。01362接下来，校正图像的尺寸以确保输入到定制激光扫描软件中的图像的尺寸与正确的物理尺寸

45、恰好相符。01373将激光焦点的位置输入到系统中以提供初始晶片对准。01384将图像剖切为100NM厚的片该厚度可基于最终器件的所需分辨率而不同。01395输入工艺中所使用的聚合物的正确参数。0140A激光功率主要控制作业的分辨率和扫描时间。0141B扫描速度扫描速度将影响分辨率光斑尺寸。说明书CN101971092A10/20页150142C校正文件它由作业所使用的透镜类型和聚合物决定。通过选择正确的校正文件，图像失真将最小化。0143D摇晃通过摇晃激光，激光的有效光斑尺寸可以增大。这将增加系统的产量，并且提供制造出的器件表面上的不同纹理。0144E阴影阴影将决定用于填充需填充区域所执行的线

46、扫描的次数。改变阴影图案也将影响制造出的器件的表面纹理。0145F将影响扫描的器件的其它因素跳跃速度拐角锐度、加速度恒定的线厚度、场尺寸较大的扫描场意味着器件可能更倾向于在场边缘失真、激光的对接位置如果不正确地对接，散射的激光将部分地聚合光刻胶，步进尺寸结构之间的缝隙和巷道，也将影响较大器件的拼接、步进图案影响器件到器件的精度。0146图4是制备用于双光子光刻的基板的工艺流程。基板类型的选择取决于在辅模具的生产、器件制造中所使用的冲压工具的类型。对于热NIL，标准硅基板/工艺就足够了且选择硅晶片的工艺典型地具有用于激光刻写的最佳表面低均方根粗糙度和平整度。对于SFIL，将需要诸如玻璃晶片或基板

47、这样的透明基板。0147由于以下的差异，基板的选择将影响扫描工艺0148A将必须使用粘合剂层，0149B玻璃具有较小的反射，且需要较高的扫描功率，0150C玻璃晶片不像硅晶片那样平整，且激光扫描工艺可能产生较低产量。0151下面将参照图4的工艺流程来描述一般的硅工艺。对于其它类型的基板，需要一些改动。01521取决于最终应用，将不同的基板装载到工具中。0153A对于大多数热NIL工艺，为硅基板。0154B对于SFIL应用，为玻璃和其它透明基板。01552对硅晶片执行过氧硫酸清洗利用诸如“SILICONPROCESSINGFORTHEVSLIERAVOL1PROCESSTECHNOLOGYCHA

48、PTER15，“WETPROCESSINGCLEANINGANDETCHING”BYSTANLEYWOLFRICHARDNTAUBER，1986LATTICEPRESS中描述的热硫酸清洗工艺。01563对于玻璃基板，将晶片浸入稀释氢氟酸中30秒并使用去离子“DI”水冲洗2分钟。吹干基板然后玻璃基板就可以使用了。01574将正确的粘合剂层取决于光刻胶和基板类型，这可能会不同旋涂/蒸发到基板上。01585将正确的光刻胶旋涂到基板上。同样这将取决于应用而明显不同。01596使用正确的溶剂去除基板的背面上的所有光刻胶。01607如有必要，对进行基板预烘烤这将去除过剩溶剂且使处理之后结构的收缩最小化。0

49、1618将基板放置到真空吸盘上且开启真空。01629复位工作台HOMETHESTAGE。016310对准晶片，针对正确的基板类型、光刻胶输入正确的工艺参数。016411开始标记工艺。说明书CN101971092A11/20页16016512在工艺完成之后，检查基板以确保每个器件都正确地布置了双光子光刻工具的内置对比CONTRAST特征。016613最后去除基板进行光刻胶显影。0167图5说明了本发明工艺中的用于对进行显影光刻胶进行显影的步骤的工艺流程。用于光刻胶显影的工艺流程对于不同类型的光刻胶有所不同。下面针对玻璃或硅晶片上的基于PMMA的光刻胶来描述工艺流程。取决于应用、厚度和标记工艺，可以用其它化学制品来调整显影液的使用。0168必须引入其它预防措施以确保3D器件的干燥工艺不会导致器件塌陷，并且必须执行诸如基板的临界点干燥的标准MEMS处理技术。01691将晶片放置到晶片支座上。01702将晶片浸入显影液中。这将基于使用的光刻胶的类型而不同。01713晶片在显影液中的浸泡时间取决于使用的光刻胶的厚度以及设计中是否存在深的切口。01724在将晶片浸泡在显影液内足够时长之后，将晶片在新的显影液中再浸泡一个小时。01735使用正确的溶剂或使用DI水来冲洗晶片。01746最后使晶片干燥。使用旋转干燥工艺、空气干燥或临界点干燥均可。01757样品这是可以进一步处理了。0176取决于