CN114200797A - 一种用于纳米压印金属光栅拼接对齐的掩模及金属光栅拼接方法 - Google Patents
一种用于纳米压印金属光栅拼接对齐的掩模及金属光栅拼接方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于微纳米加工技术领域，提供了一种用于纳米压印金属光栅拼接对齐的掩模及金属光栅拼接方法。本发明提供的掩模，包括基准掩模和对齐掩模；所述基准掩模设置有若干个基准标记；所述基准标记包括正方形基准点和第一游标；所述正方形基准点设置有十字型狭缝；所述对齐掩模上设有至少一个对齐标记；所述对齐标记包括十字型对齐点和第二游标。本发明的对齐掩模中的对齐标记和基准掩模中的基准标记对齐，能减少金属光栅拼接的误差，提高对齐精度。
Description
技术领域
本发明涉及微纳米加工技术领域，尤其涉及一种用于纳米压印金属光栅拼接对齐的掩模及金属光栅拼接方法。
背景技术
随着纳米技术的发展，纳米科学逐渐延伸到各个领域。各种各样的微纳米结构制备方法也是层出不穷。然而，要获得大面积有序的纳米结构，只能借助自上而下的微纳加工技术实现。纳米压印技术作为1995年被发明的新型加工工艺，突破了光学衍射的极限，可以制备尺度更小的结构；且相较于电子束光刻等技术，不需要昂贵的设备就可以实现有序结构的制备。纳米压印的原理就是将具有纳米级尺度凸凹结构的模具压入到可以变形的材料上，然后材料上留下了具有和模具凸凹结构相反的图案。纳米压印技术具有加工成本低、分辨率高、可以大面积制备的优点，近年来吸引了很多研究者的兴趣。
然而，纳米压印只是一种转印手段，所用的模板很昂贵，尤其是在大面积使用的情况下。所以如果能实现小模板的多次拼接，可以将小模板转化成大模板而减少生产过程中的成本。目前，针对纳米压印的对准主要集中在对设备的研究上，成本高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于纳米压印金属光栅拼接对齐的掩模及金属光栅拼接方法。本发明提供的于纳米压印金属光栅拼接对齐的掩模能够使金属光栅拼接误差小，且成本低。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种用于纳米压印金属光栅拼接对齐的掩模，包括基准掩模和对齐掩模；
所述基准掩模设置有若干个基准标记；所述基准标记包括正方形基准点和第一游标；所述正方形基准点设置有十字型狭缝；
所述对齐掩模上设有至少一个对齐标记；所述对齐标记包括十字型对齐点和第二游标。
优选地，所述基准标记和对齐标记的尺寸为(50～500)μm×(50～500)μm；所述十字型狭缝的宽度为4～20μm；所述第一游标和第二游标的最小线宽为2μm。
优选地，所述正方形基准点包括第一正方形基准点和第二正方形基准点；所述第一正方形基准点为所述基准标记的中心；所述第一游标的个数为4个，4个第一游标分别分布于所述第一正方形基准点的四个边；所述第二正方形基准点的个数为4个，4个第二正方形基准点位于所述第一正方形基准点的四个角。
优选地，所述对齐掩模的尺寸小于压印用模板的尺寸。
优选地，所述对齐掩模还设置有掩模图案。
本发明还提供了一种利用上述技术方案所述的用于纳米压印金属光栅拼接对齐的掩模进行金属光栅拼接方法，包括以下步骤：
(1)基于所述标记掩模，在衬底上依次进行光刻和金属举离，得到基准阵列；
(2)在带有基准阵列的衬底上依次涂覆牺牲层和压印胶层后，将模板压印在所述压印胶层，固化后，揭下所述模板；
(3)将所述对齐掩模的对齐标记和基准阵列对齐，基于所述对齐掩模，进行对准套刻，特定区域被暴露出来；
(4)去除所述特定区域的压印胶层的残余胶和牺牲层，得到负模板；
(5)在所述负模板上镀金属层后，举离牺牲层和压印胶层，得到与所述模板的结构相反的结构；
(6)在衬底的空白区域，重复步骤(2)～(5)，实现金属光栅拼接。
优选地，所述基准阵列的材质为铬；所述基准阵列的厚度为5～30nm。
优选地，所述牺牲层的材质包括LOL2000；所述涂覆牺牲层后，还包括牺牲层固化；所述牺牲层固化的温度为100～170℃，时间为1～10min。
优选地，所述压印胶层为紫外光固化压印胶层；所述固化的方式为紫外光固化。
优选地，所述模板为复合模板；所述复合模板由弹性支撑层与刚性结构层构成。
本发明提供了一种用于纳米压印金属光栅拼接对齐的掩模，包括基准掩模和对齐掩模；所述基准掩模设置有若干个基准标记；所述基准标记包括正方形基准点和第一游标；所述正方形基准点设置有十字型狭缝；所述对齐掩模上设有至少一个对齐标记；所述对齐标记包括十字型对齐点和第二游标。本发明的对齐掩模中的对齐标记和基准掩模中的基准标记对齐，能减少金属光栅拼接的误差，提高对齐精度。
本发明还提供了一种利用上述技术方案所述的用于纳米压印金属光栅拼接对齐的掩模进行金属光栅拼接方法，包括以下步骤：(1)基于所述标记掩模，在衬底上依次进行光刻和金属举离，得到基准阵列；(2)在带有基准阵列的衬底上依次涂覆牺牲层和压印胶层后，将模板压印在所述压印胶层，固化后，揭下所述模板；(3)将所述对齐掩模的对齐标记和基准阵列对齐，基于所述对齐掩模，进行对准套刻，特定区域被暴露出来；(4)去除所述特定区域的压印胶层的残余胶和牺牲层，得到负模板；(5)在所述负模板上镀金属层后，举离牺牲层和压印胶层，得到与所述模板的结构相反的结构；(6)在衬底的空白区域，重复步骤(2)～(5)，实现金属光栅拼接。本发明提供的金属光栅拼接方法，无需用其他压印或者是对准的设备，仅需要一台商用的光刻机就可以实现拼接对准，省去了研究设备的成本。且利用掩模最大程度减少在水平方向的误差。
进一步地，由弹性支撑层与刚性结构层构成的模板作为压印模板，弹性支撑层为模板提供良好的共形能力；刚性结构层为模板提供极高的分辨率。使两者紧密结合，有效的避免了压印过程中结构层的开裂及脱落，保证了压印的质量与模板使用寿命。
附图说明
图1为基准掩模的示意图；
图2为基准标记的示意图；
图3为基准标记的示意图；
图4为对齐掩模的示意图；
图5为对齐标记的示意图；
图6为对齐所述基准掩模的基准标记和对齐掩模的对齐标记的示意图；
图7为复合模板的结构示意图；
图8为本发明提供的金属光栅拼接方法的工艺流程图；
图9为实施例1使用的基准掩模中基准标记的示意图；
图10为实施例1中使用的对齐掩模中对齐标记的示意图；
图11为所得一个纳米金属光栅的照片；
图12为所得两个纳米金属光栅的拼接照片；
其中，1为基准标记，11为正方形基准点，111为第一正方形基准点，112为第二正方形基准点，12为第一游标，13为十字型狭缝；2为对齐标记，21为十字型对齐点，211为第一十字型对齐点，212为第二十字型对齐点；22为第二游标；
I为衬底，II为基准阵列，III为牺牲层，IV为压印胶层，V为未曝光光刻胶，VI为曝光光刻胶，VII为金属层。
具体实施方式
本发明提供了一种用于纳米压印金属光栅拼接对齐的掩模，包括基准掩模和对齐掩模；
所述基准掩模设置有若干个基准标记；所述基准标记包括正方形基准点和第一游标；所述正方形基准点设置有十字型狭缝；
所述对齐掩模上设有至少一个对齐标记；所述对齐标记包括十字型对齐点和第二游标。
下面结合图1～6对本发明提供的用于纳米压印金属光栅拼接对齐的掩模进行介绍。
本发明提供的用于纳米压印金属光栅拼接对齐的掩模，包括基准掩模。在本发明中，所述基准掩模的示意图如图1所示。在本发明中，所述基准掩模设置有若干个基准标记1。在本发明中，所述基准标记的示意图如图2所示。如图2所示，所述基准标记1包括正方形基准点11和第一游标12。在本发明中，所述正方形基准点11设置有十字型狭缝13。
在本发明中，所述正方形基准点11包括第一正方形基准点111和第二正方形基准点112；所述第一正方形基准点111为所述基准标记1的中心；所述第一游标12的个数为4个，4个第一游标分别分布于所述第一正方形基准点111的四个边；所述第二正方形基准点112的个数为4个，4个第二正方形基准点112位于所述第一正方形基准点111的四个角。
在本发明中，所述十字型狭缝13的宽度优选为5～20μm。
在本发明中，所述基准标记1的尺寸优选为(50～500)μm×(50～500)μm，进一步优选为200μm×200μm；所述基准标记1的尺寸如图3中的a所示。
在本发明中，所述第一正方形基准点的尺寸优选为100μm×100μm；在本发明中，所述第一正方形基准点的尺寸如图3中的b所示。
在本发明中，所述第一正方形基准点上狭缝的宽度优选为20μm；在本发明中，所述第一正方形基准点上狭缝的宽度如图3中c所示。
在本发明中，所述第二正方形基准点的尺寸优选为34μm×34μm；所述第二正方形基准点的尺寸如图3中的d所示。
在本发明中，所述第二正方形基准点上狭缝的宽度优选为4μm；在本发明中，所述第二正方形基准点上狭缝的宽度如图3中的e所示。
在本发明中，所述第一游标的精度为7μm；在本发明中，所述第一游标的精度如图3中的f所示。
在本发明中，所述第一游标的最小线宽优选为2μm。在本发明中，所述第一游标的最小线宽如图3中的g所示。
在本发明中，所述第一游标和所述第一正方形基准点的距离优选为10μm。在本发明中，所述第一游标和所述第一正方形基准点的距离如图3中的h所示。
在本发明中，所述第一游标和所述第二正方形基准点的距离优选为8μm。在本发明中，所述第一游标和所述第二正方形基准点的距离优选如图3中的i所示。
本发明提供的用于纳米压印金属光栅拼接对齐的掩模，包括对齐掩模。在本发明中，所述对齐掩模的示意图如图4所示。在本发明中，所述对齐掩模上设有至少一个对齐标记2。在本发明中，所述对齐标记的示意图如图5所示。如图5所示，所述对齐标记2包括十字型对齐点21和第二游标22。
在本发明中，所述十字型对齐点21包括第一十字型对齐点211和第二十字型对齐点212；所述第一十字型对齐点211为所述对齐标记2的中心；所述第二游标22的个数优选为4个，4个第二游标的位置优选与所述基准掩模中的第一游标相对。在本发明中，所述第二十字型对齐点212的个数优选为4个，4个第二十字型对齐点优选与所述基准掩模中第二正方形基准点中的狭缝相匹配。
在本发明中，所述对齐掩模中对齐标记中参数的设置优选与所述基准掩模中基准标记的参数相适应，在此不再赘述。
在本发明中，所述对齐掩模的尺寸优选小于压印用模板的尺寸，进一步：所述对齐掩模的面积为所述压印用模板的面积的80～99％；在本发明的具体实施例中，所述对齐掩模的尺寸具体优选为10mm×10mm。在本发明中，所述对齐掩模上优选设有两个对齐标记；当所述对齐掩模的尺寸具体优选为10mm×10mm时，所述对齐掩模上的两个对齐标记之间的距离优选小于10mm，进一步优选为9.7mm。
在本发明中，所述对齐掩模优选还设有掩模图案。本发明对所述掩模图案不做具体限定，根据实际需要进行设置即可。
在本发明中，所述对齐掩模上的对齐标记优选和所述基准掩模上的基准标记匹配。图6为对齐所述基准掩模的基准标记和对齐掩模的对齐标记的示意图。
本发明还提供了利用上述技术方案所述的用于纳米压印金属光栅拼接对齐的掩模进行金属光栅拼接方法，包括以下步骤：
(1)基于所述标记掩模，在衬底上依次进行光刻和金属举离，得到基准阵列；
(2)在带有基准阵列的衬底上依次涂覆牺牲层和压印胶层后，将模板压印在所述压印胶层，固化后，揭下所述模板；
(3)将所述对齐掩模的对齐标记和基准阵列对齐，基于所述对齐掩模，进行对准套刻，特定区域被暴露出来；
(4)去除所述特定区域的压印胶层的残余胶和牺牲层，得到负模板；
(5)在所述负模板上镀金属层后，举离牺牲层和压印胶层，得到与所述模板的结构相反的结构；
(6)在衬底的空白区域，重复步骤(2)～(5)，实现金属光栅拼接。
在本发明中，如无特殊说明，本发明所用原料均优选为市售产品。
本发明基于所述标记掩模，在衬底上依次进行光刻和举离，得到基准阵列。
在本发明中，所述衬底的材质优选包括硅、氧化硅或石英玻璃，在本发明的具体实施例中，所述衬底的材质优选为硅衬底。
在本发明中，所述光刻优选包括：
对衬底进行预处理，得到预处理衬底；
在所述预处理衬底上涂覆光刻胶层，在所述光刻胶层覆盖基准掩模后，进行光刻和显影，然后镀基准金属层。
在本发明中，所述预处理优选包括依次进行清洗和HMDS预处理。在本发明中，所述清洗的方式优选为氧气等离子体清洗；所述氧气等离子清洗优选在IonWave 10型等离子体清洗机。在本发明中，所述HMDS预处理的时间优选为5～15min，进一步优选为10min；所述HMDS预处理优选在烘箱中进行；所述HMDS预处理能够增强后续光刻胶层与衬底的黏附能力。
在本发明中，所述光刻胶层优选包括AZ5214。在本发明中，所述光刻胶层的厚度优选为1.2～2μm，进一步优选为1.5μm。在本发明中，所述涂覆光刻胶层的方式优选为匀胶；所述匀胶的速率优选为3000～5000rpm，进一步优选为4000rpm。所述涂覆光刻胶层后，本发明优选还包括进行溶剂蒸干；所述溶剂蒸干的温度优选为95～105℃，时间优选为60～120s。
在本发明中，所述光刻的光强优选为35～55mw/cm2；所述光刻的曝光时间优选为1.2～6s。在本发明中，所述光刻优选在光刻机上进行；所述光刻机的型号优选为SUSSMA6BA6。
在本发明中，所述显影的显影液优选为2.38％TMAH；所述显影的时间优选为35s。
所述显影后，本发明优选还包括将衬底依次进行清洗、氮气吹干和去除残胶。在本发明中，所述清洗的试剂优选为去离子水。在本发明中，所述去除残胶的方式优选为氧气等离子体去除残胶。
在本发明中，所述基准金属层的材质优选包括铬；所述基准金属层的厚度优选为5～30nm，进一步优选为15nm。在本发明中，所述镀基准金属层的方式优选为蒸镀；所述蒸镀的参数优选包括：所述蒸镀方式优选为垂直镀；所述蒸镀的速率优选为
进一步优选为
所述蒸镀的真空度优选为5×10-4Pa～3×10-3Pa，进一步优选为2×10-3Pa。在本发明中，基准金属层的材质为铬，能够增加对准时的光学对比度。
在本发明中，所述举离的举离液优选为丙酮；所述举离优选在超声的条件下进行，所述超声的功率优选为80～200W；温度优选为10～60℃，进一步优选为50℃；时间优选为3～10min，进一步优选为5min。
在衬底上得到基准阵列后，本发明在带有基准阵列的衬底上依次涂覆牺牲层和压印胶层后，将模板压印在所述压印胶层，固化后，揭下所述模板。
在本发明中，所述牺牲层的材质优选包括LOL2000。在本发明中，所述牺牲层的厚度优选为150～300nm，进一步优选为200nm。在本发明中，所述涂覆牺牲层的方式优选为匀胶；所述匀胶的速率优选为1000～7000rpm。所述涂覆牺牲层后，本发明优选还包括牺牲层固化；所述牺牲层固化的温度优选为100℃～170℃；时间优选为1～10min。
在本发明中，所述压印胶层优选为紫外光固化压印胶层；所述紫外光固化压印胶层的材质优选为SR-60紫外光固化压印胶。在本发明中，所述压印胶层的厚度优选为20～500nm。在本发明中，所述压印胶层的涂覆方式优选为匀胶，所述匀胶的速率优选为1000～7000rpm。
在本发明中，所述压印的方式优选为放置，即将所述模板放置在液态的压印胶层。本发明对所述模板的线宽、间距和高度不做具体限定，根据实际情况进行选择即可。在本发明中，所述模板优选为复合模板；所述复合模板优选由弹性支撑层与刚性结构层构成。在本发明中，所述复合模板的结构示意图如图7所示。在本发明中，由弹性支撑层与刚性结构层构成的复合模板作为压印模板，弹性支撑层为模板提供良好的共形能力；刚性结构层为模板提供极高的分辨率；使两者紧密结合，有效的避免了压印过程中结构层的开裂及脱落，保证了压印的质量与模板使用寿命。
在本发明中，当所述压印胶层优选为紫外光固化压印胶层时，所述固化的方式优选为紫外光固化。在本发明中，所述紫外光固化的光源优选为紫外光灯；所述紫外光灯的波长优选为365nm；所述紫外光灯的光强优选30～100mw/cm2；所述固化的时间优选为1～10min。
本发明对所述揭下模板的操作不做具体限定，采用本领域技术人员熟知的揭下操作即可。在本发明中，当所述模板优选为光栅模板时，本发明在揭下模板时，需要沿着光栅的方向揭光栅模板，防止脱模力道过大损坏光栅模板。
揭下所述模板后，本发明将所述对齐掩模的对齐标记和基准阵列对齐，基于所述对齐掩模，进行对准套刻，特定区域被暴露出来。
在本发明中，所述对准套刻的方式优选为光刻，所述光刻优选包括：
对揭下模板所得的衬底进行预处理，然后在所得预处理衬底上涂覆光刻胶层，在所述光刻胶层覆盖对齐掩模后，进行光刻和显影。
在本发明中，所述预处理优选包括氧气等离子体处理；所述氧气等离子清洗优选在IonWave 10型等离子体清洗机；所述氧气等离子处理的时间优选为4min。
在本发明中，所述光刻胶层优选包括AZ6130光刻胶层。在本发明中，所述光刻胶层的厚度优选为2～5μm，进一步优选为3.7μm。在本发明中，所述涂覆光刻胶层的方式优选为匀胶；所述匀胶的速率优选为2000～3000rpm，进一步优选为2500rpm。所述涂覆光刻胶层后，本发明优选还包括进行溶剂蒸干；所述溶剂蒸干的温度优选为95～105℃，时间优选为60～120s。
在本发明中，所述光刻的光强优选为35～55mw/cm2；所述光刻的曝光时间优选为1.2～6s。在本发明中，所述光刻优选在光刻机上进行；所述光刻机的型号优选为SUSSMA6BA6。
在本发明中，所述显影的显影液优选为2.38％TMAH；所述显影的时间优选为35s。
所述显影后，本发明优选还包括将衬底依次进行清洗、氮气吹干和去除残胶。在本发明中，所述清洗的试剂优选为去离子水。在本发明中，所述去除残胶的方式优选为氧气等离子体去除残胶。
特定区域被暴露出来后，本发明去除所述特定区域的压印胶层的残余胶和牺牲层，得到负模板。
在本发明中，去除压印胶层的残余胶的方式优选为反应离子刻蚀。在本发明中，所述反应离子刻蚀的刻蚀气体优选为CHF3，速率优选为1.2～1.8nm/s。在本发明中，所述反应离子刻蚀优选在爱发科ULVAC CE300I上进行。
在本发明中，去除牺牲层的方式优选为O2刻蚀；所述O2刻蚀的速率优选为2.5～3.5nm/s。在本发明中，所述去除牺牲层能够将模板结构下移。
得到负模板后，本发明在所述负模板上镀金属层后，举离牺牲层和压印胶层，得到与所述模板的结构相反的结构。
本发明对所述金属层的材质不做具体限定，本领域技术人员根据实际需要进行调整。在本发明中，所述金属层的材质优选包括但不限于铬、镍、铝或铜。在本发明中，所述金属层的厚度5～100nm。在本发明中，所述镀金属层的方式优选为蒸镀；所述蒸镀的参数优选包括：所述蒸镀的方式优选为垂直镀，所述蒸镀的速率优选为
进一步优选为
所述蒸镀的真空度优选为5×10-4Pa～3×10-3Pa，进一步优选为9×10-4Pa。
在本发明中，所述举离牺牲层和压印胶层的举离液优选为N-甲基吡咯烷酮(NMP)。在本发明中，所述举离牺牲层和压印胶层的方式优选为超声，所述超声的功率优选为80～200W；温度优选为10～60℃，进一步优选为50℃；时间优选为3～10min，进一步优选为5min。
在本发明中，所述举离牺牲层和压印胶层，本发明就得到了第一金属光栅。
得到与所述模板的结构相反的结构后，本发明在衬底的空白区域重复“在带有标记阵列的产地上依次涂覆医生层和压印胶层，至举离牺牲层和压印胶层”，实现金属光栅的拼接。
图8为本发明提供的金属光栅拼接方法的工艺流程图。
下面结合实施例对本发明提供的用于纳米压印金属光栅拼接对齐的掩模及金属光栅拼接方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
步骤一，首先在清洗干净的Si衬底上用氧气等离子体(IonWave 10型等离子体清洗机)处理4min，然后放入HMDS预处理烘箱10min增强光刻胶与衬底的黏附能力，将处理好的硅片冷却后开始匀胶，采用光刻胶为AZ5214，匀胶速率为4000rpm，此时获得的胶厚为1.5μm，放上105℃热台60s蒸发掉残留溶剂，待冷却后，放置基准掩模，所述基准掩模如图9所示，图9中，数字的单位为μm；用光刻机(SUSS MA6BA6)曝光1.2s，光刻机光强为55mw/cm2，曝光完成后放入2.38％TMAH显影液中显影35s，然后立即放入去离子水中并用大量清水冲洗，氮气吹干后再用氧气等离子体去除残胶。
步骤二，光刻工艺完成后，采用电子束蒸发(ModelZZS500-2/D)的方法镀一层金属铬层，镀铬的目的为了增加对准时的光学对比度，Cr层厚度控制在15nm左右，蒸镀方式为垂直镀，蒸镀的速率大约为
真空度2×10-3Pa，然后举离掉光刻胶，举离液为丙酮，在50℃下超声5min即可去除掉全部光刻胶。
步骤三，在步骤二获得的衬底上旋涂一层可溶性牺牲层LOL2000，匀胶速率为3000rpm，然后放入热台170℃固化，固化时间为5min，此时可获得约200nm的厚度。
步骤四，在LOL2000上继续旋涂SR-60紫外光固化压印胶，匀胶速率为3000rpm，匀胶时间40s，该步骤与上一步匀胶后的区别是，压印胶旋涂完仍然为液体，再将制好的复合模板小心覆盖在衬底表面的压印胶上，避免出现气泡。然后在氮气氛围中，利用波长为365nm、光强为80mw/cm2的紫外光照射1分钟以上，使压印胶充分交联固化，从而实现纳米图案的复制。
本次实验中模板采用的是光栅模板，线宽为139nm，占空比为0.5，高度为110nm；因为压印胶通过毛细力填充间隙，所以只需要55nm的压印胶即可以填满全部的光栅间隙，其余的胶则成为残余层，在后续显影步骤中可以作为掩膜保护牺牲层。
步骤五，固化完成后，揭下复合模板(复合模板的结构示意图如图7所示，尺寸为12mm×12mm)就可以得到与模板结构互补的压印结构。
步骤六，将步骤五获得的样品氧气等离子体处理4min，氧气处理的目的是将衬底处理为浸润态，提高匀胶的均匀性，然后在2500rpm的转速下旋涂AZ6130光刻胶，在此条件下匀胶的厚度为3.7μm，放上100℃热台3min蒸发掉残留溶剂，待冷却后，铺设对齐掩模(对齐掩模的尺寸10×10mm2，即开窗面积；对齐掩模上设置有两个对齐标记；两个对齐标记之间的距离为9.7mm；对齐标记如图10所示，图10中数字的单位为μm)后，用光刻机曝光3.0s，光刻机光强为55mw/cm2，曝光时需要注意此次光刻需要对准，设置接触方式为硬接触，对准的间距为40μm，在光刻机显微镜下找到对齐掩模与衬底的第一个互补基准标记组对齐然后完成曝光；放入2.38％TMAH显影液中显影35s，然后立即放入去离子水中并用大量清水冲洗，氮气吹干后再用氧气等离子体去除残胶。
步骤七，用反应离子刻蚀(爱发科ULVAC CE300I)首先刻蚀UV胶的残余层，刻蚀气体为CHF3，刻蚀速率为1.5nm/s，在此期间需要用膜厚仪实时监测剩余的残胶厚度，为了能保证UV胶残余层能够被刻蚀完全，一般采用过量刻蚀20％的工艺，即原残余层55nm，实际工艺中采用剩余45nm。LOL2000采用O2刻蚀，该材料容易与O2反应离子的作用生成CO2、H2O等气体被快速刻蚀掉，而含硅的紫外压印胶在O2反应离子的作用下被氧化成为类二氧化硅的无机材料，能够阻挡O2反应离子的进一步刻蚀，仍然采用20％的过刻工艺，刻蚀速率为3.5nm/s。
步骤八，采用电子束蒸发(ModelZZS500-2/D)的方法镀一层金属铝层，Al层厚度控制在50nm左右，蒸镀方式为垂直镀，蒸镀的速率大约为
真空度9×10-4Pa。然后举离掉牺牲层LOL2000，举离液为NMP，超声功率(200W)60％，超声温度50℃，时间5min，即可得到占空比仍为0.5的纳米金属光栅。所得一个纳米金属光栅的照片如图11所示。金属光栅的边界由于光刻胶的举离而被剪切掉，所以标记之外没有金属光栅的结构，便于与第二次镀金属拼接起来。
步骤九，后面的工艺从步骤三开始重复至步骤八，不同的区别就是压印的位置在第二个图形区域标记内，且光刻开窗的位置需要对准至下一个标记从而与第一次的结构拼接起来。所得两个纳米金属光栅的拼接照片如图12所示。从图12可以看出：通过两次拼接对准，得到间距为0.5微米以下的拼接间隙，光栅结构的周围由于被光刻胶保护而未受到污染。
以上所述仅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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于纳米压印金属光栅拼接对齐的掩模，其特征在于，包括基准掩模和对齐掩模；
所述基准掩模设置有若干个基准标记；所述基准标记包括正方形基准点和第一游标；所述正方形基准点设置有十字型狭缝；
所述对齐掩模上设有至少一个对齐标记；所述对齐标记包括十字型对齐点和第二游标。
2.根据权利要求1所述的掩模，其特征在于，所述基准标记和对齐标记的尺寸为(50～500)μm×(50～500)μm；所述十字型狭缝的宽度为4～20μm；所述第一游标和第二游标的最小线宽为2μm。
3.根据权利要求1或2所述的掩模，其特征在于，所述正方形基准点包括第一正方形基准点和第二正方形基准点；所述第一正方形基准点为所述基准标记的中心；所述第一游标的个数为4个，4个第一游标分别分布于所述第一正方形基准点的四个边；所述第二正方形基准点的个数为4个，4个第二正方形基准点位于所述第一正方形基准点的四个角。
4.根据权利要求1所述的掩模，其特征在于，所述对齐掩模的尺寸小于压印用模板的尺寸。
5.根据权利要求1所述的掩模，其特征在于，所述对齐掩模还设置有掩模图案。
6.一种利用权利要求1～5任一项所述的用于纳米压印金属光栅拼接对齐的掩模进行金属光栅拼接方法，包括以下步骤：
(1)基于所述标记掩模，在衬底上依次进行光刻和金属举离，得到基准阵列；
(2)在带有基准阵列的衬底上依次涂覆牺牲层和压印胶层后，将模板压印在所述压印胶层，固化后，揭下所述模板；
(3)将所述对齐掩模的对齐标记和基准阵列对齐，基于所述对齐掩模，进行对准套刻，特定区域被暴露出来；
(4)去除所述特定区域的压印胶层的残余胶和牺牲层，得到负模板；
(5)在所述负模板上镀金属层后，举离牺牲层和压印胶层，得到与所述模板的结构相反的结构；
(6)在衬底的空白区域，重复步骤(2)～(5)，实现金属光栅拼接。
7.根据权利要求6所述的金属光栅拼接方法，其特征在于，所述基准阵列的材质为铬；所述基准阵列的厚度为5～30nm。
8.根据权利要求6所述的金属光栅拼接方法，其特征在于，所述牺牲层的材质包括LOL2000；所述涂覆牺牲层后，还包括牺牲层固化；所述牺牲层固化的温度为100～170℃，时间为1～10min。
9.根据权利要求6所述的金属光栅拼接方法，其特征在于，所述压印胶层为紫外光固化压印胶层；所述固化的方式为紫外光固化。
10.根据权利要求6所述的金属光栅拼接方法，其特征在于，所述模板为复合模板；所述复合模板由弹性支撑层与刚性结构层构成。
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