[發(fā)明專利]基于熱壓印技術(shù)的金屬材料反射式微光學(xué)元件加工方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810063985.7
• 申請日: 2008-02-04
• 公開（公告）號: CN101221359A
• 公開（公告）日: 2008-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 金鵬;高育龍;朱鵬;譚久彬
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G03F7/00
• 分類號: G03F7/00;G03F7/20;C23C14/14
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微光學(xué)元件制作方法，涉及一種基于熱壓印技術(shù)的金屬材料反射式微光學(xué)元件加工方法。

背景技術(shù)

以閃耀光柵與微鏡陣列為代表的反射式微光學(xué)元件因其許多卓越的、傳統(tǒng)光學(xué)難以具備的功能而被廣泛研究和應(yīng)用。

基于熱壓印技術(shù)制作反射式微光學(xué)元件具有工藝簡單、速度快、重復(fù)性好、費(fèi)用低、產(chǎn)率高等優(yōu)點，可以實現(xiàn)批量生產(chǎn)。

熱壓印(Hot?Embossing?Lithography，HEL)是納米壓印技術(shù)的一個分支，由Stephen?Y.Chou于1995年首次提出并提出專利申請，參見專利US5772905“Nanoimprint?lithography”。

美國麻省理工大學(xué)的Chih-Hao?Chang等人在2003-2004年公開納米壓印制作鋸齒形閃耀光柵的方法(1.C.H.Chang，et?al.Fabrication?of?Saw-tooth?DiffractionGratings?Using?Nanoimprint?Lithography.Vacuum?Science?and?Technology?B.2003，21：2755-2759?2.C.-H.Chang，et?al.High?Fidelity?Blazed?Grating?Replication?UsingNanoimprint?Lithography.Vacuum?Science?and?Technology?B.2004，21：3260-3264)。

該技術(shù)包括以下步驟：(1)使用光刻結(jié)合反應(yīng)離子刻蝕制作壓模，壓模材料為硅；(2)使用納米壓印技術(shù)將壓模的結(jié)構(gòu)壓印到聚合物薄片上；(3)在聚合物表面蒸鍍一層鉻(Cr)或者金(Au)，提高反射率。

臺灣大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)的H.L.Chen等人于2006年提出了一種名為NIMB(nanoimprinting?in?metal/polymer?bi-layer?structures)的技術(shù)，可以在較低的溫度和壓力下直接將壓模壓印到金屬表面(H.L.Chen，et?al.Directly?patterningmetal?films?by?nanoimprint?lithography?with?low-temperature?and?low-pressure.Microelectronic?Engineering.2006，83：893-896)。

該技術(shù)包括以下步驟：(1)使用電子束直寫結(jié)合反應(yīng)離子刻蝕制作具有鋒利切口的壓模，壓模材料為硅；(2)在聚合物薄片上蒸鍍一層30-50nm厚的金屬薄膜；(3)利用壓模鋒利的切口和加熱后金屬薄膜下面的軟襯底，在較低的壓力和溫度下使用熱壓印將壓模的結(jié)構(gòu)直接壓印到金屬薄膜上。

然而上述技術(shù)具有一個共同的缺陷：該技術(shù)所得到的閃耀光柵是三種材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)。這一缺陷所帶來的問題在于：(1)由于不同材料的熱膨脹系數(shù)不一致，在溫度變化劇烈的工作環(huán)境下，穩(wěn)定性較差，結(jié)構(gòu)易脫落；(2)聚合物的輻射穩(wěn)定性較差，在強(qiáng)輻射的工作環(huán)境下易發(fā)生交聯(lián)、接枝或裂解；(3)聚合物的變相點較低，一般在100℃～300℃，無法工作在高溫環(huán)境下。

以金屬材料取代上述的聚合物材料是解決此類缺陷的有效途徑。

瑞士Paul?Scherrer大學(xué)微納米技術(shù)實驗室的L.J.Heyderman于2001年將熱壓印與微電鑄技術(shù)相結(jié)合制作了納米尺度的鎳電極(L.J.Heyderman，et?al.Nanofabrication?using?hot?embossing?lithography?and?electroforming.MicroelectronicEngineering.2001，57-58：375-380)。韓國大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)的研究人員也進(jìn)行了此類技術(shù)的研究，并制作出了特征尺寸50nm的鎳印章(1.S.H.Hong，et?al.Fabrication?of?50nm?patterned?nickel?stamp?with?hot?embossing?and?electroformingprocess.Microelectronic?Engineering.2007，84：977-979?2.Kyeong-Jae?Byeon，et?al.Thermal?imprint?lithography?using?sub-micron?sized?nickel?template?coated?with?thin

SiO₂layer.Microelectronic?Engineering?2007，84：1003-1006)。