CN105159028A

CN105159028A - 纳米图案压印掩模版及其制作方法

Info

Publication number: CN105159028A
Application number: CN201510128386.9A
Authority: CN
Inventors: 王金木
Original assignee: SHENZHEN STARMASK OPTOELECTRONICS CO Ltd
Current assignee: SHENZHEN STARMASK OPTOELECTRONICS CO Ltd
Priority date: 2015-03-23
Filing date: 2015-03-23
Publication date: 2015-12-16

Abstract

一种纳米图案压印掩模版及其制作方法，其为玻璃材质，其表面具有由沟槽构成的设定图案，其是利用一基材制成；该基材具有：一基体，其为玻璃材质；覆盖在该基体表面的一镀膜层，其为金属或金属氧化物材质；以及覆盖在该镀膜层上的一光阻层；其中，该镀膜层的厚度范围为50-1000nm；该光阻层厚度范围为500-15000nm。能够很好地满足于纳米压印技术的应用。

Description

纳米图案压印掩模版及其制作方法

技术领域

本发明涉及纳米压印技术，尤其涉及到纳米压印技术所采用的掩模版。

背景技术

纳米压印技术主要包括热压印(HEL)、紫外压印(UV—NIL)(步进－闪光压印(S—FIL))和微接触印刷(μCP)。

压印光刻工艺中压印模版的制作是其关键技术之一，在常温压印光刻中，由于曝光以及多层压印对准的要求，需要采用透明模版，其制作方法通常是电子束直写技术在硅片上刻蚀出图形，优点是可以刻蚀出小于1微米特征尺寸的图形，适用于微机电(MEMS)和集成电路(IC),缺点则是只能在小面积尺寸上采用。纳米压印技术所采用的模具也称为掩模版或印章。模具是NIL(纳米压印光刻)工艺与传统光学光刻工艺最大的区别所在。掩模版作为压印特征的初始载体直接决定着压印图形的质量，能否制作出满足高精度、高均匀、高平整和高保真的压印掩模版是整个压印工艺的核心。不同于传统光学光刻使用的掩模版，纳米压印光刻使用的掩模版是一种非通过曝光方式转移图形的掩模版。其精度要求更高，线条更细，并且图形具有凹凸功能。这种掩模版本身可直接用以压印，也可以电铸出新的金属模具。现有的压印掩模版一般是采用光学树脂的厚胶压印掩模版，其重复使用性较差，不能制作出深宽比较大的线条，且不能直接清洗，不能够很好地满足于纳米压印技术的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提出一种纳米图案压印掩模版及其制作方法，能够很好地满足于纳米压印技术的应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种纳米图案压印掩模版，其为玻璃材质，其表面具有由沟槽构成的设定图案，其是利用一基材制成；该基材具有：一基体，其为玻璃材质；覆盖在该基体表面的一镀膜层，其为金属或金属氧化物材质；以及覆盖在该镀膜层上的一光阻层；其中，该镀膜层的厚度范围为50-1000nm；该光阻层厚度范围为500-15000nm。

在一些实施例中，所述的玻璃材质是指：石英、苏打、钠玻璃、钙玻璃或硼玻璃；该镀膜层是采用真空蒸镀或真空溅射镀膜工艺制成的，所述的金属或金属氧化物材质选用：铜+铜的氧化物，或者，铬+铬的氧化物。

在一些实施例中，构成该设定图案的沟槽的深度范围1-100um；构成该设定图案的沟槽的宽度范围1-500um。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种制作上述的纳米图案压印掩模版的方法，包括以下步骤：对该基材上的光阻层进行光刻并采用碱性显影液进行显影处理，以局部去除该光阻层；然后，采用金属刻蚀液对该基材上的镀膜层进行蚀刻处理，以局部去除该镀膜层；然后，采用玻璃刻蚀液对该基材上的基体进行蚀刻处理，以在该基体的表面得到设定图案，该玻璃刻蚀液为氢氟酸和铵的酸性水溶液。

在一些实施例中，该碱性显影液选用：质量百分比浓度为1-2.38％的TMAH(四甲基氢氧化铵)水溶液；或者，质量百分比浓度为0.1-0.8％的KOH/NaOH水溶液。

在一些实施例中，该镀膜层的材质为铬+铬的氧化物；该金属刻蚀液为硝酸铈铵的酸性水溶液或者王水。

在一些实施例中，该氢氟酸和铵的酸性水溶液的质量配比为：氢氟酸：5－40％；无机酸：10－60％；铵的化合物：0.1-10％，其中，无机酸为硫酸、硝酸或盐酸。

在一些实施例中，该基材的制作过程包括：在洁净的玻璃表面进行真空镀膜，用以在该基体上形成该镀膜层；然后，在洁净的金属薄膜表面涂上一层光刻胶，并在90℃的恒温条件烘烤50分钟，用以在该镀膜层上形成该光阻层。

本发明的有益效果在于，通过光刻显影、镀膜层蚀刻以及玻璃蚀刻可以在基体上形成由沟槽构成的设定图案，可重复使用，能制作出的深宽比大于三以上的线条，并能直接清洗，从而能够很好地满足于纳米压印技术的应用。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明纳米图案压印掩模版的制作方法的流程示意。

图2为本发明掩模版上线条在三千倍下的平面图。

图3为本发明掩模版上线条在三万倍扫描电镜下的平面图。

图4为本发明掩模版上线条在一千倍立体显微镜下的立体剖面图。

图5为采用本发明掩模版的紫外压印的流程示意。

图6a和6b为本发明掩模版的结构示意，其中，图6a示出了整体，图6b示出了局部的设定图案。

图7为本发明掩模版上的设定图案的多种情形示意。

具体实施方式

现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。

参见图1至图7，图1为本发明纳米图案压印掩模版的制作方法的流程示意。图2为本发明掩模版上线条在三千倍下的平面图。图3为本发明掩模版上线条在三万倍扫描电镜下的平面图。图4为本发明掩模版上线条在一千倍立体显微镜下的立体剖面图。图5为采用本发明掩模版的紫外压印的流程示意。图6a和6b为本发明掩模版的结构示意，其中，图6a示出了整体，图6b示出了局部的设定图案。图7为本发明掩模版上的设定图案的多种情形示意。本发明提供一种纳米图案压印掩模版，其为玻璃材质，其表面具有由沟槽构成的设定图案，其是利用一基材制成；该基材具有：一基体，其为玻璃材质；覆盖在该基体表面的一镀膜层，其为金属和/或金属氧化物材质，采用真空蒸镀或真空溅射镀膜工艺制成；以及覆盖在该镀膜层上的一光阻层；其中，该镀膜层的厚度范围为50-1000nm；该光阻层厚度范围为500-15000nm。在本实施例中，所述的玻璃材质是指：石英、苏打、钠玻璃、钙玻璃或硼玻璃；所述的金属或金属氧化物材质选用：铜+铜的氧化物，或者，铬+铬的氧化物。优选地，该镀膜层的材质为铬+铬的氧化物。在本实施例中，构成该设定图案的沟槽的深度范围1-100um,构成该设定图案的沟槽的宽度范围1-500um，可制作出深宽比大于3以上的线条，这种掩模版能更好地在后续过程中进一步电铸出所需的压印模具。

参见图1，制作上述的纳米图案压印掩模版的方法，大致包括以下步骤：

S1、为该基材的制作过程之一，在洁净的玻璃表面进行真空镀膜，用以在该基体上形成该镀膜层。

S2、为该基材的制作过程之另一，在洁净的金属薄膜表面涂上一层光刻胶，并在90℃的恒温条件烘烤50分钟，用以在该镀膜层上形成该光阻层；其中，烘烤可以在热板上或者烘箱中进行。

S3、进行光刻显影，具体包括：用激光或电子束光刻机对该光阻层进行曝光，用碱性显影液对曝光后的基材进行显影处理，以局部去除该光阻层；并进行缺陷检查，必要时对多余或缺少的镀膜层进行修补；其中，所用激光或电子束光刻机选用德国产的VPG系列光刻机或瑞典MP和LRS系列光刻机；该碱性显影液选用：质量百分比浓度为1-2.38％的TMAH(四甲基氢氧化铵)水溶液；或者，质量百分比浓度为0.1-0.8％的KOH/NaOH水溶液。

S4、采用金属刻蚀液对该基材上的镀膜层进行蚀刻处理，以局部去除该镀膜层；在本实施例中，采用湿法蚀刻，在该镀膜层的材质为铬+铬的氧化物时，该金属刻蚀液为硝酸铈铵的酸性水溶液(如硝酸、高氯酸、醋酸等)或者王水；在其他实施例中，也可采用干法(RIEICP微波干刻等)。

S5、采用玻璃刻蚀液对该基材上的基体进行蚀刻处理，以在该基体的表面得到该设定图案，该玻璃刻蚀液为氢氟酸和铵的酸性水溶液，该氢氟酸和铵的酸性水溶液的质量配比为：氢氟酸：5－40％；无机酸：10－60％；铵的化合物：0.1-10％，其中，无机酸为硫酸、硝酸或盐酸。

S6、在必要时，重复前述的步骤S4，蚀刻去除玻璃上的金属膜后并清洗。

在本发明的掩模版的一个制作及应用的具体实施例中，具体有：首先，使用德国VPG800的10mm直写一张6英寸掩模版，缝宽1.5um，掩模版表面光阻为AZ1500，厚度0.5um；曝光能量使用28当量，使用2.38％TMAH的显影液显影50秒，再用铬刻蚀液刻蚀90秒，得到线条的精度为0.1um。然后，使用HF：HNO3：NH4F：H2O＝1：3：0.5:6的刻蚀液刻蚀2分钟。然后，用大量的纯水漂洗并干燥。然后，用3D显微镜量测玻璃线宽及沟槽深度。上述过程制得的掩模版如图6a和图6b所示。参见图7，掩模版上的设定图案可以多种多样。然后，对玻璃掩模版进行处理并填充纳米银，再涂布PDMS聚合物进行翻印，固化脱膜后成品。

本发明采用激光或电子束直写技术在涂有金属(或金属氧化物)层及光阻的不同尺寸(最小尺寸：5cm*5cm；最大尺寸：120cm*120cm)石英或玻璃进行直写曝光，再对曝光后的光阻进行显影，然后分别对金属(或金属氧化物)及玻璃进行刻蚀，进而得到所需的沟槽图案，可应用于平板显示(FPD)中的触摸屏(TP)、线路板(PCB)、微机电(MEMS)、集成电路(IC)及LED各行业领域的表面微加工技术的压印模版的制作。

本发明的掩模版可应用于热压印、紫外压印以及微接触印刷等各种纳米压印技术。参见图5，为将本发明的掩模版应用于紫外压印的流程示意。

应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部技术特征进行等同替换；而这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种纳米图案压印掩模版，其为玻璃材质，其表面具有由沟槽构成的设定图案，其是利用一基材制成；其特征在于，该基材具有：一基体，其为玻璃材质；覆盖在该基体表面的一镀膜层，其为金属或金属氧化物材质；以及覆盖在该镀膜层上的一光阻层；其中，该镀膜层的厚度范围为50-1000nm；该光阻层厚度范围为500-15000nm。

2.根据权利要求1所述的纳米图案压印掩模版，其特征在于：所述的玻璃材质是指：石英、苏打、钠玻璃、钙玻璃或硼玻璃；该镀膜层是采用真空蒸镀或真空溅射镀膜工艺制成的，所述的金属或金属氧化物材质选用：铁+铁的氧化物，或者，铬+铬的氧化物。

3.根据权利要求1所述的纳米图案压印掩模版，其特征在于：构成该设定图案的沟槽的深度范围1-100um；构成该设定图案的沟槽的宽度范围1-500um。

4.一种制作权利要求1至3任一项所述的纳米图案压印掩模版的方法，包括以下步骤：对该基材上的光阻层进行光刻并采用碱性显影液进行显影处理，以局部去除该光阻层；然后，采用金属刻蚀液对该基材上的镀膜层进行蚀刻处理，以局部去除该镀膜层；然后，采用玻璃刻蚀液对该基材上的基体进行蚀刻处理，以在该基体的表面得到设定图案，该玻璃刻蚀液为氢氟酸和铵的酸性水溶液。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：该碱性显影液选用：质量百分比浓度为1-2.38％的TMAH水溶液；或者质量百分比浓度为0.1-0.8％的KOH/NaOH水溶液。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：该镀膜层的材质为铬+铬的氧化物；该金属刻蚀液为硝酸铈铵的酸性水溶液或者王水。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：该氢氟酸和铵的酸性水溶液的质量配比为：氢氟酸：5－40％；无机酸：10－60％；铵的化合物：0.1-10％，其中，无机酸为硫酸、硝酸或盐酸。

8.根据权利要求4至7任一项所述的方法，其特征在于：该基材的制作过程包括：在洁净的玻璃表面进行真空镀膜，用以在该基体上形成该镀膜层；然后，在洁净的金属薄膜表面涂上一层光刻胶，并在90℃的恒温条件烘烤50分钟，用以在该镀膜层上形成该光阻层。