一种掩膜板、光栅及制作方法与流程

文档序号:17692915发布日期:2019-05-17 21:12阅读:407来源:国知局
一种掩膜板、光栅及制作方法与流程

本发明涉及显示技术领域,特别是指一种掩膜板、光栅及制作方法。



背景技术:

随着现代加工技术的蓬勃发展,光栅的制作工艺正向着高精度,低成本,大产量的方向发展,目前主要采用如下方法加工高精度光栅:传统光刻、电子束直写、纳米压印等。其中最普遍使用的制作方法是传统光刻,原理是通过掩膜板对光刻胶进行曝光,可得到微米级分辨率的曝光图案,由于光在通过掩膜板时具有衍射效应,传统光刻图案的分辨率为曝光波长量级。要获得更高分辨率的光栅就必须采用更短的波长,但是短波长光源的技术难度大、成本高,因此限制了传统光刻图样分辨率的进一步提高,也限制了光栅的精度。



技术实现要素:

本发明要解决的技术问题是提供一种掩膜板、光栅及制作方法,能够制备高精度的光栅。

为解决上述技术问题,本发明的实施例提供技术方案如下:

一方面,本发明的实施例提供一种掩膜板,包括:

表面等离子激元激发结构,用于在紫外光的照射下激发等离子干涉光波;

等离子干涉光波传输结构,用于对所述等离子干涉光波进行传输和整形,所述等离子干涉光波传输结构的厚度大于阈值。

进一步地,所述表面等离子激元激发结构包括层叠设置的金属光栅,非金属介质隔离层和透光金属层。

进一步地,所述金属光栅的周期为100~1000nm,占空比为50%。

进一步地,所述非金属介质隔离层采用聚甲基丙烯酸甲酯pmma,所述金属光栅和所述透光金属层采用铝。

进一步地,所述非金属介质隔离层的厚度为40~60nm。

进一步地,所述等离子干涉光波传输结构采用双曲线超材料。

进一步地,所述等离子干涉光波传输结构包括交替层叠设置的透光金属层和透光非金属层,所述透光金属层和所述透光非金属层的层数为3层以上。

进一步地,所述透光金属层采用银,所述透光非金属层采用氧化铝。

本发明实施例还提供了一种光栅的制作方法,包括:

形成光栅材料层;

在所述光栅材料层上形成光刻胶层;

利用如上所述的掩膜板对所述光刻胶层进行曝光,所述等离子干涉光波传输结构与所述光刻胶层接触;

显影后形成多个等间距间隔排布的光刻胶图形,对未被光刻胶图形覆盖的光栅材料层进行刻蚀,去除剩余的光刻胶,形成光栅。

本发明实施例还提供了一种光栅,采用如上所述的制作方法制作得到。

本发明的实施例具有以下有益效果:

上述方案中,掩膜板包括表面等离子激元激发结构和等离子干涉光波传输结构,在制作光栅时,可以在光栅材料层上形成光刻胶,利用掩膜板对光刻胶进行曝光,表面等离子激元激发结构在紫外光的照射下激发等离子干涉光波,等离子干涉光波传输结构对等离子干涉光波进行传输和整形,在光刻胶上能够形成交替排布的曝光区域和未曝光区域,曝光区域和未曝光区域的排列周期大大小于掩膜板中图案的排列周期,从而能够在掩膜板的精度有限的情况下,提高光刻胶图形的分辨率,进而可以利用光刻胶图形来制备高精度的光栅,能够实现低成本、高精度、大面积和周期小于掩膜板周期的光栅加工方法。

附图说明

图1为本发明实施例掩膜板的示意图;

图2为本发明实施例制作光栅的示意图。

附图标记

1表面等离子激元激发结构

2等离子干涉光波传输结构

3光刻胶

4光栅材料层

11金属光栅

12非金属介质隔离层

13透光金属层

21透光金属层

22透光非金属层

31曝光区域

32未曝光区域

具体实施方式

为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

随着现代加工技术的蓬勃发展,光栅的制作工艺正向着高精度,低成本,大产量的方向发展,目前主要采用如下方法加工高精度光栅:传统光刻、电子束直写、纳米压印等。其中最普遍使用的制作方法是传统光刻,原理是通过掩膜板对光刻胶进行曝光,可得到微米级分辨率的曝光图案,由于光在通过掩膜板时具有衍射效应,传统光刻图案的分辨率为曝光波长量级。要获得更高分辨率的光栅就必须采用更短的波长,但是短波长光源的技术难度大、成本高,因此限制了传统光刻图样分辨率的进一步提高,也限制了光栅的精度。

本发明的实施例针对上述问题,提供一种掩膜板、光栅及制作方法,能够制备高精度的光栅。

由于现有制作光栅的掩膜板的精度有限,因此,研究周期小于掩膜板图案周期的光刻胶图形,是目前光栅制造领域的热点和难点。目前可以实现周期减小的光刻胶图形形成方法主要有表面等离子刻蚀、极紫外干涉刻蚀和talbot干涉刻蚀。其中表面等离子刻蚀是利用表面等离子干涉批量生产分辨率为几十纳米,甚至几纳米的微结构图案,因此表面等离子刻蚀拥有很广的应用前景。表面等离子刻蚀中的表面等离子激元(surfaceplasmonpolaritons,spps)是金属表面的自由电子在受到外来电磁波照射时沿金属表面产生集体震荡的现象。在纳米加工技术的支持下,表面等离子激元已经广泛用于生物医学,化学传感器和航空航天等领域。其中,利用表面等离子体波产生的相互干涉进行刻蚀的微结构加工方法被称为表面等离子体干涉刻蚀。

本发明的实施例提供一种掩膜板,如图1所示,包括:

表面等离子激元激发结构1,用于在紫外光的照射下激发等离子干涉光波;

等离子干涉光波传输结构2,用于对所述等离子干涉光波进行传输和整形,所述等离子干涉光波传输结构的厚度大于阈值。

本实施例中,掩膜板包括表面等离子激元激发结构和等离子干涉光波传输结构,在制作光栅时,可以在光栅材料层上形成光刻胶,利用掩膜板对光刻胶进行曝光,表面等离子激元激发结构在紫外光的照射下激发等离子干涉光波,等离子干涉光波传输结构对等离子干涉光波进行传输和整形,在光刻胶上能够形成交替排布的曝光区域和未曝光区域,曝光区域和未曝光区域的排列周期大大小于掩膜板中图案的排列周期,从而能够在掩膜板的精度有限的情况下,提高光刻胶图形的分辨率,进而可以利用光刻胶图形来制备高精度的光栅,能够实现低成本、高精度、大面积和周期小于掩膜板周期的光栅加工方法。

其中,等离子干涉光波传输结构2需要具有足够的厚度,这样等离子干涉光波能够在等离子干涉光波传输结构2中传输足够的距离,以便等离子干涉光波传输结构2对等离子干涉光波进行整形。

一具体实施例中,所述表面等离子激元激发结构1包括层叠设置的金属光栅11,非金属介质隔离层12和透光金属层13,利用表面等离子干涉原理来产生周期减小的干涉图案。在光对表面等离子激元激发结构1进行照射时,光波与表面等离子激元激发结构1中金属表面的自由电子产生谐振,从而激发了金属表面的电磁震荡,进而产生等离子干涉光波。

其中,所述金属光栅1的周期可以为100~1000nm,占空比为50%,由于制备精度的制约,金属光栅1的周期不能制备的很小,分辨率在100nm以上。

具体地,所述非金属介质隔离层12可以采用聚甲基丙烯酸甲酯pmma,所述金属光栅11和所述透光金属层13可以采用铝。当然,非金属介质隔离层12并不局限于采用pmma,还可以采用其他透明绝缘材料;金属光栅11和透光金属层13也不局限于采用铝,还可以采用其他金属,透光金属层13为整层透明的金属层,厚度为纳米级。

其中,通过调整非金属介质隔离层12的厚度可以调整利用掩膜板曝光形成的光刻胶图形的周期,具体地,所述非金属介质隔离层的厚度可以为40~60nm。

等离子干涉光波传输结构2是由金属-非金属按一定比例堆叠而成的近零折射率超材料结构,等离子干涉光波传输结构2的作用是对表面等离子激元激发结构1产生的等离子干涉光波进行传输和整形,对入射光和其他杂散光进行滤波,从而在光刻胶层得到理想的光刻胶图形。

具体地,等离子干涉光波传输结构2可以采用双曲线超材料,包括交替层叠设置的透光金属层21和透光非金属层22,所述透光金属层21和所述透光非金属层22的层数优选为3层以上,这样等离子干涉光波传输结构2具有足够的厚度,等离子干涉光波能够在等离子干涉光波传输结构2中传输足够的距离,以便等离子干涉光波传输结构2对等离子干涉光波进行整形。

具体地,所述透光金属层21可以采用银,所述透光非金属层22可以采用氧化铝,当然,透光金属层21并不局限于采用银,还可以采用其他金属;所述透光非金属层22并不局限于采用氧化铝,还可以采用其他非金属材料。

本发明实施例还提供了一种光栅的制作方法,包括:

形成光栅材料层;

在所述光栅材料层上形成光刻胶层;

利用如上所述的掩膜板对所述光刻胶层进行曝光,所述等离子干涉光波传输结构与所述光刻胶层接触;

显影后形成多个等间距间隔排布的光刻胶图形,对未被光刻胶图形覆盖的光栅材料层进行刻蚀,去除剩余的光刻胶,形成光栅。

本实施例中,掩膜板包括表面等离子激元激发结构和等离子干涉光波传输结构,在制作光栅时,可以在光栅材料层上形成光刻胶,利用掩膜板对光刻胶进行曝光,表面等离子激元激发结构在紫外光的照射下激发等离子干涉光波,等离子干涉光波传输结构对等离子干涉光波进行传输和整形,在光刻胶上能够形成交替排布的曝光区域和未曝光区域,曝光区域和未曝光区域的排列周期大大小于掩膜板中图案的排列周期,从而能够在掩膜板的精度有限的情况下,提高光刻胶图形的分辨率,进而可以利用光刻胶图形来制备高精度的光栅,能够实现低成本、高精度、大面积和周期小于掩膜板周期的光栅加工方法。

具体地,如图2所示,在制备光栅时,首先可以在载体(未示出)上形成光栅材料层4,如果要制备金属光栅,则光栅材料层4为金属层,之后在光栅材料层4上形成光刻胶层3,光刻胶层3可以采用正性光刻胶或者负性光刻胶;之后,利用上述实施例所述的掩膜板对光刻胶层3进行曝光,其中,等离子干涉光波传输结构2与光刻胶层3接触,具体地,采用紫外光对光刻胶层3进行曝光,其中,曝光光源发出的光线为普通的紫外光,波长为405nm。

在受到紫外光照射后,表面等离子激元激发结构1受到激发产生等离子干涉光波,等离子干涉光波在等离子干涉光波传输结构2中传输,等离子干涉光波传输结构2对等离子干涉光波进行传输和整形,对入射光和其他杂散光进行滤波,在光刻胶层3上形成交替排布的曝光区域31和未曝光区域32,可以看出,曝光区域31和未曝光区域32的排列周期均大大小于表面等离子激元激发结构1中金属光栅11的排列周期。在光刻胶层3采用正性光刻胶时,显影后未曝光区域32得以保留,形成多个等间距间隔排布的光刻胶图形;在光刻胶层3采用负性光刻胶时,显影后曝光区域31得以保留,形成多个等间距间隔排布的光刻胶图形,因此,显影后光刻胶图形的排列周期也大大小于表面等离子激元激发结构1中金属光栅11的排列周期,具体地,光刻胶图形的排列周期为金属光栅11的排列周期的1/n,n为偶数。之后对未被光刻胶图形覆盖的光栅材料层4进行刻蚀,去除剩余的光刻胶,形成光栅。

这样在掩膜板的制备精度有限,不能将金属光栅11的周期制备的很小(比如为几十纳米,或者几纳米)的情况下,能够减小利用掩膜板曝光得到的光刻胶图形的排列周期,提高光刻胶图形的分辨率,使得光刻胶图形的分辨率可以达到几十纳米,甚至几纳米,进而可以利用光刻胶图形来制备高精度的光栅,本实施例将表面等离子激元激发结构与双曲线超材料相结合,利用普通紫外光源(波长为405nm)和等离子干涉光波能够实现低成本、高精度、大面积的光栅制备。

本发明实施例还提供了一种光栅,采用如上所述的制作方法制作得到,本实施例的光栅的周期小于掩膜板中图案的排列周期,可以为掩膜板中图案的排列周期的1/n,n为偶数。

除非另外定义,本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同,而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接,而是可以包括电性的连接,不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系,当被描述对象的绝对位置改变后,则该相对位置关系也可能相应地改变。

可以理解,当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时,该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”,或者可以存在中间元件。

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。

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