CN109683445A - 一种纳米图案的拼接方法、纳米压印板、光栅及制作方法 - Google Patents

一种纳米图案的拼接方法、纳米压印板、光栅及制作方法 Download PDF

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贺芳
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Abstract

本发明提供一种纳米图案的拼接方法、纳米压印板、光栅及制作方法，涉及显示技术领域。纳米图案的拼接方法包括：压印区域界定步骤：在形成有第一膜层的衬底基板上形成第二膜层，对第二膜层进行构图，形成区域界定图案；压印图案形成步骤：形成压印胶层，对待压印区域和与待压印区域邻接的部分其他区域进行纳米压印，形成压印图案；刻蚀步骤：以压印图案为掩膜，对待压印区域的第一膜层进行刻蚀，形成纳米图案；去除步骤：采用刻蚀工艺，去除区域界定图案；拼接步骤：重复执行压印区域界定步骤、压印图案形成步骤、刻蚀步骤和去除步骤，形成拼接的第一纳米图案。从而，能形成精度高的纳米图案，制作出大尺寸的纳米图案，成本低廉，制作效率高。

Description

一种纳米图案的拼接方法、纳米压印板、光栅及制作方法
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其是涉及一种纳米图案的拼接方法、纳米压印板、光栅及制作方法。
背景技术
近年来，纳米压印技术作为一种微纳加工技术，发展迅猛，该技术通过机械转移的手段，达到了超高的分辨率，有望在未来取代光刻技术而成为微电子、材料领域的重要加工手段。虽然电子束光刻技术可产生极高的分辨率图案，但生产效率极低，完成一块2cm*2cm区域的电子束曝光，所需时间最少也要17h，暂时无法取代纳米压印工艺。
然而，由于纳米压印技术对于压印母板的要求较高，且价格昂贵，母板的尺寸越大，价格也越贵。目前，制作母板的工艺主要包括：电子束曝光、刻蚀、转印、拼接和电铸等，工艺繁琐且成本高，而且，拼接精度只能达到微米级。也可以通过光刻工艺进行纳米图案的拼接，但在纳米图案的制作过程中需要一种水溶性材料，并且首先在该材料上形成纳米图案，然后在该材料上进行压印胶涂覆，最终将压印胶转移到通过光刻工艺完成压印区域界定的基板上，达到拼接目的。但是，需要进行水溶性材料以及与之匹配的压印材料的开发，成本高昂，而且，压印胶涂覆过程中，容易形成压印胶填充不良现象，最终导致纳米图案刻蚀不良。
因此，如何形成精度高的纳米图案，是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种纳米图案的拼接方法、纳米压印板、光栅及制作方法，以解决现有技术中，形成的纳米图案精度低的技术问题。
为解决上述技术问题，第一方面，本发明提供一种纳米图案的拼接方法，包括：
压印区域界定步骤：在形成有第一膜层的衬底基板上形成第二膜层，对所述第二膜层进行构图，形成区域界定图案，其中，所述衬底基板上的未被所述区域界定图案覆盖的区域为待压印区域，被所述区域界定图案覆盖的区域为其他区域；
压印图案形成步骤：在所述衬底基板上形成压印胶层，采用压印母板对所述待压印区域和与所述待压印区域邻接的部分所述其他区域进行纳米压印，形成压印图案；
刻蚀步骤：以所述压印图案为掩膜，对所述待压印区域的所述第一膜层进行刻蚀，形成纳米图案；
去除步骤：采用刻蚀工艺，去除所述区域界定图案；
拼接步骤：重复执行所述压印区域界定步骤、所述压印图案形成步骤、所述刻蚀步骤和所述去除步骤，形成拼接的第一纳米图案。
优选的，所述第二膜层采用不被所述刻蚀步骤中采用的刻蚀气氛影响的材料制成。
优选的，所述刻蚀步骤中采用ICP刻蚀工艺进行刻蚀，所述刻蚀气氛为四氟化碳和氧气的混合气体，所述第二膜层采用ITO、IZO或金属制成。
优选的，所述第二膜层的厚度为40至70纳米。
第二方面，本发明还提供一种纳米压印板的制作方法，包括采用上述的纳米图案的拼接方法形成拼接的第一纳米图案的步骤。
第三方面，本发明还提供一种光栅的制作方法，包括采用上述的纳米图案的拼接方法形成拼接的第一纳米图案的步骤。
优选的，所述第一膜层包括：从靠近所述衬底基板至远离所述衬底基板的方向上设置的金属层和无机材料层，所述第一纳米图案形成于所述无机材料层上；
所述拼接步骤之后还包括：
以所述第一纳米图案为硬掩膜，对所述金属层进行刻蚀，形成金属纳米图案。
第四方面，本发明还提供一种纳米压印板，采用上述的纳米压印板的制作方法制作而成。
第五方面，本发明还提供一种光栅，采用上述的光栅的制作方法制作而成。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：区别于现有技术的情况，本发明能够形成精度高的纳米图案，能够制作出大尺寸的纳米图案，成本低廉，制作效率高。
附图说明
图1为本发明实施例一的纳米图案的拼接方法的流程示意图；
图2-4为本发明实施例的制作区域界定图案的示意图；
图5-21为本发明一具体应用场景的制作第一纳米图案的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1是本发明实施例一的纳米图案的拼接方法的流程示意图。所述纳米图案的拼接方法包括以下步骤：
步骤11：压印区域界定步骤：在形成有第一膜层的衬底基板上形成第二膜层，对所述第二膜层进行构图，形成区域界定图案，其中，所述衬底基板上的未被所述区域界定图案覆盖的区域为待压印区域，被所述区域界定图案覆盖的区域为其他区域；
步骤12：压印图案形成步骤：在所述衬底基板上形成压印胶层，采用压印母板对所述待压印区域和与所述待压印区域邻接的部分所述其他区域进行纳米压印，形成压印图案；
步骤13：刻蚀步骤：以所述压印图案为掩膜，对所述待压印区域的所述第一膜层进行刻蚀，形成纳米图案；
步骤14：去除步骤：采用刻蚀工艺，去除所述区域界定图案；
步骤15：拼接步骤：重复执行所述压印区域界定步骤、所述压印图案形成步骤、所述刻蚀步骤和所述去除步骤，形成拼接的第一纳米图案。
采用本发明实施例的纳米图案的拼接方法，能够形成精度高的纳米图案，能够制作出大尺寸的纳米图案，成本低廉，制作效率高。
在本发明的一些优选实施例中，所述对所述第二膜层进行构图，形成区域界定图案的步骤包括：
在第二膜层上形成光刻胶层，采用光刻工艺，对光刻胶层进行构图，形成对应待压印区域的光刻胶去除区和对应其他区域的光刻胶保留区；
去除光刻胶去除区的光刻胶层，对待压印区域中的第二膜层进行刻蚀，形成区域界定图案；
去除光刻胶保留区的光刻胶层。
以图2-4为示例，图2-4是本发明实施例的制作区域界定图案的示意图。显示基板20包括：衬底基板21、第一膜层22、第二膜层23。在第二膜层23上涂覆光刻胶(PR)，形成光刻胶层24，如图2所示。对光刻胶层24进行紫外线(ultraviolet，UV)曝光、显影等工序，对光刻胶层24进行构图，形成对应待压印区域201的光刻胶去除区241和对应其他区域202的光刻胶保留区242，如图3所示。去除光刻胶去除区241的光刻胶，裸露出第二膜层23，采用刻蚀工艺，对待压印区域中的第二膜层23进行刻蚀，形成区域界定图案231，再采用光刻胶剥离工艺，去除光刻胶保留区242的光刻胶，如图4所示。
上述实施例中，光刻胶为正性光刻胶。
优选的，所述第二膜层的厚度为40至70纳米。
具体而言，压印胶层的涂覆厚度约为90-110纳米(优选为100纳米)，第二膜层的厚度为40至70纳米，第二膜层的厚度比压印胶层的厚度小很多，因此，不会在待压印区域的边缘形成段差，从而不会导致压印不良的现象发生，能够进一步提升形成的纳米图案的精度。
在本发明的一些优选实施例中，所述第二膜层采用不被所述刻蚀步骤中采用的刻蚀气氛影响的材料制成。
优选的，所述刻蚀步骤中采用电导耦合等离子刻蚀工艺(inductively coupledplasma，ICP)刻蚀工艺进行刻蚀，所述刻蚀气氛为四氟化碳和氧气的混合气体，所述第二膜层采用ITO、IZO或金属制成。
优选的，所述第二膜层采用ITO制成。由于ITO膜层的沉积厚度最小可达到10纳米左右，远小于压印胶层的厚度，因此，不会在待压印区域的边缘形成段差，形成的纳米图案的精度更高。
以图5-21为示例，对本发明一具体应用场景的纳米图案的拼接方法进行详细解释。
步骤5.1：在形成有第一膜层52的衬底基板51上形成第二膜层53。
第一膜层可以为无机材料层。在本应用场景中，第一膜层52包括：从靠近衬底基板51至远离衬底基板51的方向上依次设置的氮化硅(SiNx)膜层521、氮氧化硅(SiON)膜层522和二氧化硅(SiO2)膜层523，如图5所示。
在本发明的其他应用场景中，第一膜层可以包括：氮化硅膜层和二氧化硅膜层；或者，氮氧化硅膜层和二氧化硅膜层。
第一膜层也可以包括金属层和无机材料层。例如：从靠近衬底基板至远离衬底基板的方向上依次设置的铝膜层和二氧化硅膜层；或者，从靠近衬底基板至远离衬底基板的方向上依次设置的氮化硅膜层、铝膜层和二氧化硅膜层。
其中，氮化硅膜层和/或氮氧化硅膜层能够减少应力。
在本应用场景中，第二膜层53为ITO膜层。
在本发明的另一些应用场景中，第二膜层也可以为IZO膜层或金属膜层。
步骤5.2：对第二膜层53进行构图，形成区域界定图案。
请参阅图6，在第二膜层53上涂覆光刻胶，形成光刻胶层54。采用光刻工艺，利用掩膜版55，对光刻胶层54进行曝光、显影等操作，去除光刻胶去除区541的光刻胶，完成对待压印区域501和其他区域502的界定，如图6-7所示。采用湿法刻蚀工艺，对待压印区域501中的第二膜层53进行刻蚀，形成区域界定图案531，如图8所示。剥离光刻胶保留区542的光刻胶，如图9所示。
步骤5.3：在衬底基板51上形成压印胶层55，采用压印母板对待压印区域501和与待压印区域501邻接的部分其他区域502进行纳米压印，形成压印图案。
其中，压印胶层55的涂覆厚度根据实际需求确定，如：根据压印母板的图案的尺寸确定，又如：根据后续形成纳米图案的刻蚀工艺确定，等等。形成的压印胶层55如图10所示。
压印母板的图案区域要稍微大于待压印区域，能够保证压印母板压印压印胶层55时，压印区域的边缘的压印效果，提高拼接精度，形成的压印图案如图11所示。
步骤5.4：以压印图案为掩膜，对待压印区域501的第一膜层52进行刻蚀，形成纳米图案62。
可以采用ICP刻蚀工艺进行刻蚀，刻蚀气氛为四氟化碳和氧气的混合气体，在刻蚀过程中，压印胶层55被刻蚀气氛氧化并去除。而且，刻蚀气氛与ITO材料不发生反应，最终会在二氧化硅膜层523上形成纳米图案62，如图12所示。
步骤5.5：采用刻蚀工艺，去除区域界定图案531。
可以采用湿法刻蚀工艺，去除区域界定图案531，如图13所示。
步骤5.6：重复执行步骤5.1至步骤5.5，形成拼接的第一纳米图案。
以重复执行步骤5.1至步骤5.5一次为例，再次进行第二膜层143的沉积，如图14所示；再次在第二膜层143上形成光刻胶层144，进行曝光、显影等操作，对第二膜层143进行构图，形成新的区域界定图案1431，如图14-18所示；再次形成压印胶层145，采用压印母板对待压印区域1401和与待压印区域1401邻接的部分其他区域1402进行纳米压印，形成新的压印图案，如图19所示；以新的压印图案为掩膜，对待压印区域1401的第一膜层52进行刻蚀，形成拼接的第一纳米图案2001，再去除区域界定图案1431，如图20-21所示。
当然，在本发明的其他实施例中，可以多次重复执行压印区域界定步骤、压印图案形成步骤、刻蚀步骤和去除步骤，能够制作出更大尺寸的第一纳米图案，且成本低廉。
基于同样的发明构思，本发明实施例二还提供一种纳米压印板的制作方法，包括上述实施例一的纳米图案的拼接方法形成拼接的第一纳米图案的步骤。
从而，本发明能够制作出大尺寸的纳米压印板，且成本低廉，效率更高。
基于同样的发明构思，本发明实施例三还提供一种光栅的制作方法，包括上述实施例一的纳米图案的拼接方法形成拼接的第一纳米图案的步骤。
从而，本发明能够制作出大尺寸的光栅，且成本低廉，效率更高。
优选的，所述第一膜层包括：从靠近所述衬底基板至远离所述衬底基板的方向上设置的金属层和无机材料层，所述第一纳米图案形成于所述无机材料层上；
所述拼接步骤之后还包括：
以所述第一纳米图案为硬掩膜，对所述金属层进行刻蚀，形成金属纳米图案。
进一步的，所述金属层采用铝制成；所述无机材料层包括：二氧化硅膜层。
具体而言，在二氧化硅膜层上形成第一纳米图案后，由于二氧化硅膜层的厚度可以是根据实际需求调整、设置的值，以第一纳米图案为硬掩膜，对金属层进行刻蚀，形成金属纳米图案，制得铝光栅。
基于同样的发明构思，本发明实施例四还提供一种纳米压印板，采用本发明实施例二的纳米压印板的制作方法制作而成。
基于同样的发明构思，本发明实施例五还提供一种光栅，采用本发明实施例三的光栅的制作方法制作而成。
通过上述方式，本发明能够制作出精度高的纳米图案，能够制作出大尺寸的纳米图案，制作出的纳米图案的精度可达百纳米级甚至更低，且成本低廉，制作效率高。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种纳米图案的拼接方法，其特征在于，包括：
压印区域界定步骤：在形成有第一膜层的衬底基板上形成第二膜层，对所述第二膜层进行构图，形成区域界定图案，其中，所述衬底基板上的未被所述区域界定图案覆盖的区域为待压印区域，被所述区域界定图案覆盖的区域为其他区域；
压印图案形成步骤：在所述衬底基板上形成压印胶层，采用压印母板对所述待压印区域和与所述待压印区域邻接的部分所述其他区域进行纳米压印，形成压印图案；
刻蚀步骤：以所述压印图案为掩膜，对所述待压印区域的所述第一膜层进行刻蚀，形成纳米图案；
去除步骤：采用刻蚀工艺，去除所述区域界定图案；
拼接步骤：重复执行所述压印区域界定步骤、所述压印图案形成步骤、所述刻蚀步骤和所述去除步骤，形成拼接的第一纳米图案。
2.如权利要求1所述的拼接方法，其特征在于，所述第二膜层采用不被所述刻蚀步骤中采用的刻蚀气氛影响的材料制成。
3.如权利要求2所述的拼接方法，其特征在于，所述刻蚀步骤中采用ICP刻蚀工艺进行刻蚀，所述刻蚀气氛为四氟化碳和氧气的混合气体，所述第二膜层采用ITO、IZO或金属制成。
4.如权利要求1所述的拼接方法，其特征在于，所述第二膜层的厚度为40至70纳米。
5.一种纳米压印板的制作方法，其特征在于，包括采用如权利要求1-4中任一项所述的纳米图案的拼接方法形成拼接的第一纳米图案的步骤。
6.一种光栅的制作方法，其特征在于，包括采用如权利要求1-4中任一项所述的纳米图案的拼接方法形成拼接的第一纳米图案的步骤。
7.如权利要求6所述的光栅的制作方法，其特征在于，所述第一膜层包括：从靠近所述衬底基板至远离所述衬底基板的方向上设置的金属层和无机材料层，所述第一纳米图案形成于所述无机材料层上；
所述拼接步骤之后还包括：
以所述第一纳米图案为硬掩膜，对所述金属层进行刻蚀，形成金属纳米图案。
8.一种纳米压印板，其特征在于，采用如权利要求5所述的纳米压印板的制作方法制作而成。
9.一种光栅，其特征在于，采用如权利要求6或7所述的光栅的制作方法制作而成。
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