[發明專利]一種多層金屬光柵的制備方法

無效

• 申請號: 201310081929.7
• 申請日: 2013-03-14
• 公開（公告）號: CN103149615A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 葉志成
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18;G03F7/00
• 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

本發明涉及一種半導體加工領域的微圖形加工方法，具體是涉及一種基于納米壓印的多層金屬光柵的制備方法。

背景技術

納米壓印技術是采用帶有納米尺度圖形的印章通過熱壓或紫外固化的方法在壓印膠上制作得到納米圖形，具有分辨率高、成本低、產率高等諸多優點，自1995年提出以來已演變出多種壓印技術。目前納米壓印技術主要包括熱壓印、紫外壓印和微接觸印刷等。一般的納米壓印工藝包括四個主要步驟：壓膜制備，壓印過程，脫模和圖形轉移。通常在脫模后需要用反應離子刻蝕等方法除去殘留膠層，而圖形轉移需要運用刻蝕或剝離技術將圖形轉換成所需材質的圖形。

與傳統的偏振片相比，金屬光柵具有更高的偏振對比度，在信息存儲、太陽能電池、平板顯示、生物傳感等領域有著廣泛的應用，由于其本身對光的吸收很小，通過反射自然光的一個偏振而讓另外一個偏振通過，可以使被反射的光通過偏振旋轉再次被回收利用，因此在液晶顯示中具有很大的潛力。困然納米金屬光柵廣泛應用的主要瓶頸是大規模的量產制備工藝難、光學透射效率低。目前制備金屬光柵的常用方法是在利用納米壓印或者半導體刻蝕制備好的單層介質光柵表面利用蒸鍍方式鍍上金屬鋁或者銀等。在文獻Ahn,Kim?and?Guo,J.Vac.Scl.Technol.B25(6)(2007)中，對常用的納米壓印技術進行改進，運用卷對卷的納米壓印技術直接在柔性PET基底上制得納米線柵，然后用電子束蒸鍍機在光柵表面鍍上金屬得到雙層金屬線柵，省去了圖形轉移的步驟，簡化了制備工藝，節約了成本。但這種方法會導致一部分光柵條紋的側壁也會被金屬覆蓋，從而導致光學透射效率降低。為了盡量減少或避免金屬粘附于不應被覆蓋的地方，許多改進方法被相繼提出，譬如文獻Zhaoning?Yu?et?al,Appl.Phys.Lett.77,7(2000)報道了一種在PMMA光柵上鍍Cr和Au以制備雙層金屬光柵的方法，該方法是在5×10^-6Torr的條件下采用電子束蒸鍍金屬，由于在此壓強下被蒸鍍原子的平均自由程較大，電子束可認為是非分散的，故光柵側壁上不會沉積金屬。但是這種方法需要非常高的真空度，對設備的要求高，成本昂貴。另外的一種方式，如文獻Sang?Hoon?Kim?et?al,Nanotechnology17(2006)4436-4438中使用電子束傾斜蒸鍍的方法制作金屬光柵，實驗結果表明，當傾斜角大于60°時只有光柵凸部和側壁的上半部分鍍上了金屬，而傾斜角小于40°時光柵的凸部、凹槽及整個側壁都被金屬覆蓋，很難精確控制金屬的分布。但是這種方式的光學效率也不高，同時很難量產。

發明內容

本發明針對上述現有技術的不足，提出了一種多層金屬光柵的制備方法，不僅省略了圖形轉移的步驟，工藝更簡單，成本更低廉，而且由上述方法得到的金屬膜不會包覆于圖形側壁而影響透射效率，其截面與壓印模具截面形貌嚴格吻合，與采用傳統方法得到的圖形相比，圖形的保真度和光柵的TM透射率及偏振抑制比都更高。

本發明的技術解決方案如下：

一種多層金屬光柵的制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

1）制備或選取壓印模板；

2）在襯底上表面旋涂壓一層壓印膠；

3）在壓印膠的表面鍍一金屬層；

4）在金屬層上表面涂一層保護膜；

5）將壓印模板放置在保護膜上表面進行納米壓印；

6）對壓印膠進行固化處理后，移去壓印模具。

優選的，在步驟4）和步驟5）之間進行步驟4a）：

4a)多次反復步驟2）、3）和4）。

所述的納米壓印為熱納米壓印或者紫外曝光壓印。

所述的壓印模板具有光柵凹槽，光柵是一維周期性或準周期性、二維周期性或準周期性的光柵結構。

所述光柵凹槽的形狀為矩形或圓形，深度依所需圖形高度而定。

步驟2）所述的襯底材料為玻璃、石英、PET、硅、藍寶石或氧化銦錫。

步驟2）所述的壓印膠為聚甲基丙烯酸甲酯、二甲基硅氧烷或SU8膠，厚度依壓印模具深度和所需圖形高度而定。

步驟3）所述的金屬為金、鉑、銀、鋁、銅、鉻、鈦或鎳，厚度為10nm-100nm。

步驟3）所述的鍍金屬層采用磁控濺射法或電子束蒸發鍍膜法。

步驟4）所述的保護膜為聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯或聚四氟乙烯低表面能材料。