CN103837919A - 一种基于双层胶纳米压印的光栅结构彩色滤光膜加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于双层胶纳米压印的光栅结构彩色滤光膜加工方法，其主要工艺流程包括：选取基片，制作双层胶膜，紫外纳米压印获得光栅结构图形，利用等离子刻蚀去除底胶，再在胶图形上镀膜，最后去胶，获得设计光栅结构。本发明的优点是利用双层胶纳米压印技术结合剥离工艺，可快速获得金属或其它材料的光栅结构，该光栅结构具有不同周期和线宽的特点，图形传递利用剥离工艺，无需刻蚀金属或其它材料，避免了刻蚀工艺导致的图形保真度不好。

Description

一种基于双层胶纳米压印的光栅结构彩色滤光膜加工方法

技术领域

本发明属于微纳加工技术领域，具体涉及一种基于双层胶纳米压印加工方法制作光栅结构彩色滤光膜。

背景技术

RGB三色滤光片因其色彩饱和度高、亮度大等优点常用于OLED全彩色显示，RGB像素独立发光法是将红（R）绿（G）蓝（B）三色发光材料制作在同一基底上，三色染料独立发光，呈现丰富饱和的色彩。该方法制作工艺复杂、能耗大，且RGB三色滤光片随着时间推移而褪色老化，导致图形对比变差。

因周期性的光栅结构具有滤波作用，利用不同周期、线宽、深度的光栅来代替RGB三色染料发光可以克服褪色老化的问题。光栅结构的传统加工方法是干涉光刻，该方法具有长焦深、高效率、大面积等优势，但是在同一块基底上同时加工不同周期和线宽的光栅结构存在困难。为解决此类光栅结构的制作，考虑紫外固化纳米压印技术。纳米压印技术是由Stephen Y.Chou教授提出的，国际半导体工业协会已将其列为下一代光刻技术。它是一种简单的复制方法，首先需要压印胶填充满压印模板，待压印胶紫外固化之后，需要将压印胶与模板脱模，即可获得压印胶图形结构，压印模板可重复使用。纳米压印技术具有工艺简单、快速、成本低、可重复性高、可批量生产的优点，也存在一些缺陷，如压印胶图形不耐刻蚀，图形传递较难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对光栅结构彩色滤光膜制作难的问题，提供一种基于双层胶纳米压印的光栅结构彩色滤光膜加工方法，利用两层胶膜压印技术结合剥离工艺实现一次性实现不同周期、线宽的光栅结构图形的制作，不仅可以解决干涉光刻加工此类光栅结构的难题，还可以避免压印图形传递复杂困难的缺点，快速实现不同周期和线宽的光栅结构图形制作，无需图形刻蚀传递。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种基于双层胶纳米压印的光栅结构彩色滤光膜加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1，选取基片，对基片表面进行清洗并烘干；

步骤2，在基片上制备双层胶膜，所述双层胶膜是由底层正性光刻胶和顶层纳米压印胶组成，正性光刻胶为薄胶，涂覆厚度为滤光膜光栅深度的2～3倍；纳米压印胶为紫外固化胶，涂覆厚度为45nm～105nm；

步骤3，将双层胶膜基片置于纳米压印设备里，利用压印模板压印，并进行紫外固化，最后脱模，获得压印图形；所述压印模板的设计是根据红、绿、蓝三色滤光膜的结构特点进行的，压印模板设计的特点有两点：其一，模板的光栅结构与三色滤光膜光栅结构的周期和深度相同，线宽互补，即压印模板结构是三色滤光膜光栅结构的负模板。例如，红光光栅周期为420～450nm，线宽为315～338nm，则相对应的模板光栅结构周期为420～450nm，线宽为82～135nm；绿光光栅周期为340～360nm，则相对应的模板光栅结构周期为340～360nm，线宽为70～105nm；蓝光光栅周期为260～280nm，则相对应的模板光栅结构周期为260～280nm，线宽为50～85nm。其二，利用模板通过一次压印即可获得设计所需滤光膜的图形，该图形是由三色光栅子单元组成，各子单元由不同周期和线宽的光栅组成。

步骤4，利用等离子刻蚀去除底胶，底胶包括压印后留下的厚度为5～10nm的压印胶和步骤2涂覆的正性光刻胶；

步骤5，在上述步骤4完成的基片上镀膜层材料，所述膜层材料的厚度为40～100nm；

步骤6，利用剥离工艺去除光刻胶，获得具有光栅结构的滤光膜，所述剥离工艺是将上述完成的基片置于有机溶剂里浸泡，正性光刻胶溶解，压印胶脱离基底，留下具有光栅结构的膜层材料，该结构是理想光栅结构的滤光膜。

所述步骤1中的基片为光学玻璃材料。

所述步骤2中的正性光刻胶厚度为滤光膜光栅深度的2～3倍，有利于光栅结构的金属化和图形反转；压印胶厚度需要大于光栅深度5nm，有利于保护压印模板，光栅深度为40～100nm，因此压印胶厚度为45～105nm。

所述步骤3中的压印模板制作是：根据设计的压印模板光栅结构，采用电子束直写设备将光栅结构加工在石英基底上，获得石英模板，最后进行石英模板的防粘处理。三种光栅结构周期、线宽、深度的取值是以能实现红、绿、蓝三色滤光作用为依据而设计的。

所述步骤3中的压印模板可以重复使用，制作多个滤光膜时，需要在步骤1和2中制备多个双层胶膜基片，通过压印完成图形结构制作后，在步骤4、5、6中均可一次性批量化完成，实现多个滤光膜的制作。

所述步骤5中的膜层材料包含铝或银或硅，膜层材料制作是采用真空蒸镀或磁控溅射技术制作，该步骤实现光栅结构的金属化。

所述步骤6中的有机溶剂为丙酮。

所述步骤6是利用剥离技术实现图形反转，简便快捷的获得所需红、绿、蓝三色光栅结构彩色滤光膜。

本发明与现有技术相比所具有的优点：本发明利用两层胶纳米压印技术，可重复、快速、一次性实现具有不同周期和线宽的光栅结构，同时结合剥离工艺实现图形的传递，避免了传统刻蚀工艺带来的图形传递问题。两层胶一般由底层光刻胶和顶层压印胶组成，光刻胶层膜厚较薄，一般为滤光膜光栅深度的2～3倍，压印胶层膜厚根据压印图形深度而定。

附图说明

图1为本发明方法的流程图；

图2为步骤1中的基片示意图；

图3为步骤2中的双层胶膜示意图；

图4为步骤3中的纳米压印操作示意图；

图5为步骤3中的紫外固化示意图；

图6为步骤3中的脱模后，基片上光栅结构示意图；

图7为步骤4中的等离子刻蚀去除底胶后，基片上光栅结构示意图；

图8为步骤5中的镀膜示意图；

图9为步骤6中的剥离工艺后，获得理想设计的不同周期和线宽的光栅结构滤光膜示意图。

图面说明如下：1为基片；2为双层胶膜中的正性光刻胶膜层；3为双层胶膜中的纳米压印胶膜层；4为压印模板；5为膜层材料铝或银或硅。

具体实施方式

下面将参照附图详述本发明方法，而不是要以此对本发明进行限制。附图中给出了示例性实施例，在不同的图中相同的标号表示相同的部分。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例本领域的技术人员即可以实现本发明权利要求的全部内容。

实施例1

参考图1流程，利用本发明的制备方法，采用正性光刻胶AR3170和纳米压印胶在石英玻璃基片上加工由红、绿、蓝三色光组成的光栅结构滤光膜10片，深度均匀40nm，红光的光栅周期420nm，线宽315nm；绿光的光栅周期340nm，线宽255nm；蓝光的光栅周期260nm，线宽195nm；具体包括以下步骤：

（1）选择石英玻璃作为基片：将10片厚度为0.5mm的玻璃依次用丙酮、酒精、去离子水超声清洗，每步清洗5min，用氮气吹干，之后放置于烘箱中120℃，烘烤30min；完成后如图2；

（2）双层胶膜制备：将准备好的基片放入涂胶机里，采用旋涂的方式将正性光刻胶AR3170涂覆在玻璃基片上，旋涂的转速为5000rpm，涂覆的厚度为100nm，之后将基片放置在热板上，100℃烘烤5min，取出待其冷却至室温后再涂覆纳米压印胶，旋涂转速为5500rpm，涂覆厚度为50nm，115℃烘烤2min，完成后如图3；

（3）图形结构压印：将制备好的双层胶膜基片放入压印设备里，用预先加工好的压印模板在双层胶膜上压印（见图4），使压印胶填充压印模板缝隙，再用波长为365nm的紫外光对压印胶进行固化（见图5），最后脱模获得压印胶图形结构，见图6；同一块压印模板上的图形有三种周期和线宽（见图4），第一种是可以产生红光的光栅结构，其周期为420nm，线宽105nm；第二种是可以产生绿光的光栅结构，其周期为340nm，线宽85nm；第三种是可以产生蓝光的光栅结构，其周期为260nm，线宽65nm；深度为40nm；

（4）等离子刻蚀去除底胶：将上述压印完成的图形结构10片放入反应离子刻蚀设备里，采用氧气或六氟化硫气体刻蚀，去除底胶，完成后如图7；

（5）镀膜：利用蒸空镀膜设备在去除底胶的10片基片上镀铝，厚度为40nm，完成后如图8；

（6）剥离：将完成镀膜的10片基片置于丙酮溶液里超声10s后取出，用去离子水冲洗1min，最后用氮气吹干，获得如图9所示的光栅结构滤光膜10片，该滤光膜由红、绿、蓝三色光的光栅组成，红光周期为420nm，线宽315nm；绿光周期为340nm，线宽255nm；蓝光周期为260nm，线宽195nm。

实施例2

参考图1流程，利用本发明的制备方法，采用正性光刻胶AR3170和纳米压印胶在石英玻璃基片上加工由红、绿、蓝三色光组成的光栅结构滤光膜，深度均匀100nm，红光的光栅周期450nm，线宽338nm；绿光的光栅周期360nm，线宽270nm；蓝光的光栅周期280nm，线宽210nm；具体包括以下步骤：

（1）选择石英玻璃作为基片：将厚度为1mm的玻璃依次用丙酮、酒精、去离子水超声清洗，每步清洗5min，用氮气吹干，之后放置于烘箱中120℃，烘烤30min；完成后如图2所示；

（2）双层胶膜制备：将准备好的基片放入涂胶机里，采用旋涂的方式将正性光刻胶AR3170涂覆在玻璃基片上，旋涂的转速为3000rpm，涂覆的厚度为300nm，之后将基片放置在热板上，100℃烘烤5min，取出待其冷却至室温后再涂覆纳米压印胶，旋涂转速为2500rpm，涂覆厚度为105nm，115℃烘烤2min，完成后如图3所示；

（3）图形结构压印：将制备好的双层胶膜基片放入压印设备里，用预先加工好的压印模板在双层胶膜上压印（见图4所示），使压印胶填充压印模板缝隙，再用波长为365nm的紫外光对压印胶进行固化（见图5所示），最后脱模获得压印胶图形结构，见图6所示；同一块压印模板上的图形有三种周期和线宽（见图4所示），第一种是可以产生红光的光栅结构，其周期为450nm，线宽112nm；第二种是可以产生绿光的光栅结构，其周期为360nm，线宽90nm；第三种是可以产生蓝光的光栅结构，其周期为280nm，线宽70nm；深度为100nm；

（4）等离子刻蚀去除底胶：利用反应离子刻蚀设备，采用氧气或六氟化硫气体刻蚀，去除底胶，完成后如图7所示；

（5）镀膜：利用蒸空镀膜设备在去除底胶的基片上镀铝，厚度为100nm，完成后如图8所示；

（6）剥离：将完成镀膜的基片置于丙酮溶液里超声10s后取出，用去离子水冲洗1min，最后用氮气吹干，获得如图9所示的光栅结构滤光膜，该滤光膜由红、绿、蓝三色光的光栅组成，红光周期为450nm，线宽338nm；绿光周期为360nm，线宽270nm；蓝光周期为280nm，线宽210nm。

实施例3

参考图1流程，利用本发明的制备方法，采用正性光刻胶AR3170和纳米压印胶在石英玻璃基片上加工由红、绿、蓝三色光组成的光栅结构滤光膜，深度均匀60nm，红光的光栅周期450nm，线宽338nm；绿光的光栅周期360nm，线宽270nm；蓝光的光栅周期280nm，线宽210nm；具体包括以下步骤：

（1）选择石英玻璃作为基片：将厚度为1mm的玻璃依次用丙酮、酒精、去离子水超声清洗，每步清洗5min，用氮气吹干，之后放置于烘箱中120℃，烘烤30min；完成后如图2；

（2）双层胶膜制备：将准备好的基片放入涂胶机里，采用旋涂的方式将正性光刻胶AR3170涂覆在玻璃基片上，旋涂的转速为4000rpm，涂覆的厚度为180nm，之后将基片放置在热板上，100℃烘烤5min，取出待其冷却至室温后再涂覆纳米压印胶，旋涂转速为4000rpm，涂覆厚度为65nm，115℃烘烤2min，完成后如图3；

（3）图形结构压印：将制备好的双层胶膜基片放入压印设备里，用预先加工好的压印模板在双层胶膜上压印（见图4所示），使压印胶填充压印模板缝隙，再用波长为365nm的紫外光对压印胶进行固化（见图5所示），最后脱模获得压印胶图形结构，见图6所示；同一块压印模板上的图形有三种周期和线宽（见图4所示），第一种是可以产生红光的光栅结构，其周期为430nm，线宽100nm；第二种是可以产生绿光的光栅结构，其周期为350nm，线宽90nm；第三种是可以产生蓝光的光栅结构，其周期为270nm，线宽70nm；深度为60nm；

（4）等离子刻蚀去除底胶：利用反应离子刻蚀设备，采用氧气或六氟化硫气体刻蚀，去除底胶，完成后如图7所示；

（5）镀膜：利用蒸空镀膜设备在去除底胶的基片上镀铝，厚度为60nm，完成后如图8所在地示；

（6）剥离：将完成镀膜的基片置于丙酮溶液里超声10s后取出，用去离子水冲洗1min，最后用氮气吹干，获得如图9所示的光栅结构滤光膜，该滤光膜由红、绿、蓝三色光的光栅组成，红光周期为430nm，线宽330nm；绿光周期为350nm，线宽260nm；蓝光周期为270nm，线宽200nm。

从上述各实施例阐述了利用双层胶纳米压印技术结合剥离工艺，在同一基片上一次性制作具有不同周期和线宽的金属光栅结构的具体实施过程，从加工过程可以看出本发明具有制作简便、快速、可批量制作的优点，解决了传统工艺繁琐的加工内容，达到了方法发明目的，在前面的发明方法与现有技术比较中已经进行了说明。

需要说明的是，按照本发明上述各实施例，本领域技术人员是完全可以实现本发明独立权利要求及从属权利的全部范围的，实现过程及方法同上述各实施例；且本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于双层胶纳米压印的光栅结构彩色滤光膜加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1，选取基片，对基片表面进行清洗并烘干；

步骤2，在基片上制备双层胶膜，所述双层胶膜是由底层正性光刻胶和顶层纳米压印胶组成，正性光刻胶为薄胶，涂覆厚度为滤光膜光栅深度的2～3倍；纳米压印胶为紫外固化胶，涂覆厚度为45～105nm；

步骤3，将双层胶膜基片置于纳米压印设备里，利用压印模板压印，并进行紫外固化，最后脱模，获得压印图形；所述压印模板是根据红、绿、蓝三色滤光膜的结构特点进行的，压印模板的光栅结构与三色滤光膜光栅结构的周期和深度相同，线宽互补，即压印模板结构是三色滤光膜光栅结构的负模板，对于红光光栅周期为420～450nm，线宽为315～338nm，则相对应的模板光栅结构周期为420～450nm，线宽为82～135nm；绿光光栅周期为340～360nm，则相对应的模板光栅结构周期为340～360nm，线宽为70～105nm；蓝光光栅周期为260～280nm，则相对应的模板光栅结构周期为260～280nm，线宽为50～85nm；利用模板通过一次压印即获得设计所需滤光膜的图形，该图形是由三色光栅子单元组成，各子单元由不同周期和线宽的光栅组成；

步骤4，利用等离子刻蚀去除底胶，底胶包括压印后留下的厚度为5～10nm的压印胶和步骤2涂覆的正性光刻胶；

步骤5，在上述步骤4完成的基片上镀膜层材料，所述膜层材料的厚度为40～100nm；

步骤6，利用剥离工艺去除光刻胶，获得具有光栅结构的滤光膜，所述剥离工艺是将上述完成的基片置于有机溶剂里浸泡，正性光刻胶溶解，压印胶脱离基底，留下具有光栅结构的膜层材料，该结构是理想光栅结构的滤光膜。

2.根据权利要求1所述的基于双层胶纳米压印的光栅结构彩色滤光膜加工方法，其特征在于：所述步骤1中的基片为光学玻璃材料。

3.根据权利要求1所述的基于双层胶纳米压印的光栅结构彩色滤光膜加工方法，其特征在于：所述步骤2中的正性光刻胶厚度为滤光膜光栅深度的2～3倍，有利于光栅结构的金属化和图形反转；压印胶厚度需要大于光栅深度5nm，有利于保护压印模板，光栅深度为40～100nm，因此压印胶厚度为45～105nm。

4.根据权利要求1所述的基于双层胶纳米压印的光栅结构彩色滤光膜加工方法，其特征在于：所述步骤3中的的压印模板制作是：根据设计的压印模板光栅结构，采用电子束直写设备将光栅结构加工在石英基底上，获得石英模板，最后进行石英模板的防粘处理。

5.根据权利要求1所述的基于双层胶纳米压印的光栅结构彩色滤光膜加工方法，其特征在于：所述步骤3中的压印模板能够重复使用，制作多个滤光膜时，需要在步骤1和2中制备多个双层胶膜基片，通过压印完成图形结构制作后，在步骤4、5、6中均可一次性批量化完成，实现多个滤光膜的制作。

6.根据权利要求1所述的基于双层胶纳米压印的光栅结构彩色滤光膜加工方法，其特征在于：所述步骤5中的膜层材料包含铝或银或硅。

7.根据权利要求1所述的基于双层胶纳米压印的光栅结构彩色滤光膜加工方法，其特征在于：所述步骤6中的有机溶剂为丙酮。

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