[發明專利]有機無機復合激光熱刻蝕薄膜和微納圖形制備的方法

有效

• 申請號: 201110238541.4
• 申請日: 2011-08-19
• 公開（公告）號: CN102338986A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發明（設計）人: 李豪;耿永友;吳誼群
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G03F7/09
• 分類號: G03F7/09;G03F7/00;G03F7/20
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明屬于激光熱刻蝕光刻領域，具體涉及到一種有機無機復合激光熱刻蝕薄膜和微納圖形制備的方法。

背景技術

激光熱刻蝕技術是2002年由日本的M.Kuwahara等人提出(參考文獻：[1]M.Kuwahara，J.M.Li，C.Mihalcea，N.Atoda，J.Tominaga，L.P.Shi，Jpn.J.Appl.Phys.2002；41，L1022-L1024.)，該技術主要利用激光熱刻蝕材料的熱變化閾值效應實現超分辨光刻。首先利用脈沖激光直接輻照熱刻蝕薄膜，熱刻蝕薄膜吸收光子后產生熱效應引起熱刻蝕薄膜的物理或化學性質發生變化，最終實現在顯影液中選擇性顯影。該技術具有光刻裝置成本低，控制容易，光刻工藝簡單、制造成本低等優勢。當前主要用于以下幾個方面：制造高密度藍光光盤母盤；制造光刻或納米壓印模板；微納光學、光子學器件；制備LED器件或太陽能薄膜表面陣列結構增強其發光效率或光電轉換效率。

2006年H.Miura等把ZnS-SiO₂(80mol％∶20mol％)薄膜用于激光熱刻蝕，并獲得了小于激光衍射極限的的微納圖形結構，并采用干法刻蝕將制備的微納圖形結構轉移到了石英基片上。(參考文獻[2]：H.Miura，N.Toyoshima，Y.Hayashi，S.Sangu，N.Iwata，J.Takahashi，Jpn.J.Appl.Phys.2006；45，1410-1413.參考文獻[3]：M.Hiroshi，T.Nobuaki，T.Kohji，M.Tetsuji，H.Katsunari，I.Noriyuki，Ricoh?Technical?Report?2007；33，36-43.)。這說明ZnS-SiO₂(80mol％∶20mol％)薄膜具有比較高的熱刻蝕分辨率。但是ZnS-SiO₂(80mol％∶20mol％)薄膜在可見光區對光基本不吸收，所以直接把ZnS-SiO₂(80mol％∶20mol％)薄膜用于激光熱刻蝕制備微納圖形結構時需要比較大的激光輻照功率才能使ZnS-SiO₂(80mol％∶20mol％)薄膜發生結構變化。

發明內容

本發明的目的在于提出一種有機無機復合激光熱刻蝕薄膜和微納圖形制備的方法，該有機無機復合激光熱刻蝕薄膜結構簡單，制備工藝參數可控性好，重復性高，結合了有機薄膜光敏感性好、光熱轉化效率高、結構與吸收波長易于調節和無機薄膜分辨率高的特點，可以在較低的激光輻照條件下制備出超越激光衍射極限的微納圖形結構。該微納圖形結構在光盤母盤、光刻或納米壓印模板、光學器件、二維光子晶體制備等方面有較大的應用前景。

本發明技術解決方案如下：

一種有機無機復合激光熱刻蝕薄膜，其特點在于：包括沉積在基片上的ZnS-SiO₂薄膜和旋涂在該ZnS-SiO₂薄膜上的腙類金屬螯合物有機薄膜；所述的基片為厚度0.1～3mm的Si片或聚碳酸酯片；所述的ZnS-SiO₂薄膜的厚度為50～500nm，該ZnS-SiO₂薄膜的ZnS-SiO₂的成分比為80mol％∶20mol％；所述的腙類金屬螯合物有機薄膜為厚度50～150nm，的腙鎳螯合物、或腙鈷螯合物、或腙銅螯合物、或腙鋅螯合物。

所述的有機無機復合激光熱刻蝕薄膜的制備方法，其特點在于：該方法包括下列步驟：

①基片清洗：所述的Si基片表面粗糙度小于2nm，Si基片經去離子水浸泡超聲清洗，無水乙醇超聲清洗，最后取出用純度99.9％的高壓氮氣吹干，置于干燥器中備用；所述的PC片表面粗糙度小于2nm，制備薄膜之前用純度99.9％的高壓氮氣清潔；

②基片和濺射靶材安裝：將所述的基片固定在磁控濺射儀的基片托上，然后把基片托夾持在磁控濺射儀真空腔里的基片座上，把所述的ZnS-SiO₂靶材置于靶基座上固定好，調節靶材與基片之間的距離到6cm，然后關閉真空腔蓋開始抽真空，直至腔內真空度優于2×10^-4Pa；