专利名称：一种具有光子晶体结构的低成本大面积纳米压印模版制备技术的制作方法
技术领域：
一种具有光子晶体结构的大面积纳米压印模版的制备技术，涉及模版 的结构和制备技术，属于纳米加工技术领域。
背景技术：
纳米压印技术是一种新颖的纳米结构图形转移技术，是当今最具前景 的纳米制造技术之一，很可能成为未来亚微米/纳米电子与光电子产业的基 本技术。只有实现低成本、具有量产能力的纳米结构图形转移方法和技术， 才能使纳米制造技术进入工业生产。纳米压印曝光技术被纳入国际半导体
蓝图，用于32纳米。
纳米压印曝光技术，图形是通过按压具有纳米凹凸结构的印章(纳米 压印模版)到涂覆着聚合物薄层的衬底(纳米压印基板)上实现图形转移。 对纳米压印模版和纳米压印基板构成的压印组件进行加热或紫外照射(对 应国际上公认的两种纳米压印工艺)，当印章去除后，衬底上留下原始凹凸 纳米结构图形的压印。这些工艺在小型的易于操作和完全计算机控制的装 置中进行，每一基片压印流程只需几分钟。图1是基于热压的纳米压印工 艺流程和基于紫外固化的纳米压印工艺流程比较。
对于基于热压的纳米压印工艺，其压印设备及模版较基于紫外固化的 纳米压印工艺容易实现。对于基于紫外固化的纳米压印工艺，由于是通过 紫外线实现聚合物薄层纳米结构的固化，因此，模版必须能够透过紫外线。 同时，由于是纳米结构，模版必须具有一定硬度， 一般是采用石英模版， 基板可以是硅片或其它材料。模版是纳米压印工艺的核心组件。
要实现低成本、可量产的纳米结构压印转移技术的广泛应用，纳米结构压印模版的制备是其核心技术和应用瓶颈，也是纳米压印技术整个工艺 流程中价格最昂贵的部分。现有的纳米压印模版制备采用电子束曝光和等 离子刻蚀技术。
在电子束曝光技术中，聚焦电子束需通过扫描方式实现逐点曝光，因 此，即使对于纳米结构图形面积是1毫米X 1毫米、结构最小尺寸在100 纳米的纳米点阵结构的纳米压印模版，往往也需要几小时的扫描时间。设 备和效率都导致价格十分昂贵。目前，国际上只有少数研究机构能够制备
纳米压印模版，1 2家公司提供商业化加工制备服务，例如，2008年丹麦 NILT专业纳米压印模版制备公司，对于纳米结构图形面积是1毫米X 1毫 米、结构最小尺寸在100纳米的纳米点阵结构纳米压印模版，价格在7500 美元。
紫外压印用的模版需要对紫外波段透明，常用的是石英基材。利用电 子束曝光技术，先将图形写在光刻胶上，再通过刻蚀技术转移到石英基片 上。利用这种方法在石英基片上构建纳米结构图形，耗时长，成本高，无 法制备大面积模版，目前已成为纳米压印技术发展的主要瓶颈之一。
因此，研发低成本、大面积的紫外纳米压印模版成为当前纳米压印技 术领域的主要方向之一。
发明内容
本发明的目的在于克服现有电子束曝光制备纳米压印模版在制造成本 高、图形面积小等不足，采用常规集成电路掩膜版制造技术，发明了一种 低成本、大面积具有光子晶体结构的纳米压印模版的制备技术，涉及模版 的结构和制备技术。模版的结构是二维交错排列的周期性纳米凸起光子晶 体结构，见图2。
根据后续制备工艺，初始模版的结构需进行特殊设计。要获得凸起光子晶体结构模版，初始模版需是二维交错排列的圆孔状周期性光子晶体结
构，占空比为l: 1，深度为ly 2u，面积随设备条件在1英寸 12英寸
可调，如图3。具有二维交错排列的圆孔状周期性光子晶体结构模版，称为 阴模版，周期性结构尺寸为微米级；接下来，利用恰当的湿法刻蚀工艺， 将具有二维交错排列的圆孔型周期性光子晶体结构的阴模版转换成具有二 维交错排列的周期性凸起结构的阳模版，同时縮小结构的尺寸至纳米级。
本发明的特点是结合现有的微电子模版制备工艺和湿法刻蚀工艺， 通过巧妙的结构设计和工艺控制，制备了二维交错排列的具有纳米尺寸的 周期性凸起光子晶体结构的纳米压印模版，提供了一种大面积低成本制备 纳米压印模版的方法。
根据光子晶体理论，亚波长光子晶体厚膜结构对光波增透效应，是由 于在结构小于波长的周期性结构中存在光子能带，亚波长光子晶体厚膜结 构对光波的增透效率是由光子晶体对光波能带密度决定的。本发明的二维 交错排列的周期性纳米凸起光子晶体结构，可以直观看作为是二层二维周 期性凸起结构的错位叠加，因此增加了光子晶体对光波的能带密度。该结 构具有增透效应。
图1两种纳米压印工艺流程比较
图2 二维交错排列的周期性纳米凸起光子晶体结构俯视示意图
图3二维交错排列的圆孔型周期性光子晶体结构(阴模版)俯视示意图
图4本发明的制备过程示意图
图5从阴模版向阳模版的转化过程示意图
图6从阴模版向阳模版转化的SEM和AFM图
图7周期性纳米凸起光子晶体结构转移至光刻胶表面的SEM图本发明的具体实施方案
一、 阴模版的制备
(1) 在l英寸的石英表面涂敷一层金属铬和电子束光刻胶，利用电子 束曝光技术和显影技术在光刻胶表面形成二维交错排列的微米级圆 孔型光子晶体结构，占空比为l: 1;
(2) 利用反应粒子刻蚀工艺将光刻胶表面的图形转移到铬层，再以铬 层为阻挡层，将图形转移到石英基底表面，然后去除石英表面的光 刻胶，转移到石英玻璃表面的结构为二维交错排列的微米级圆孔型 光子晶体结构(阴模版)。
二、 阴模版转化为阳模版，同时縮小尺寸
配置BOE刻蚀溶液(40%NH4F: 49%HF=5:1)，将石英阴模版放置在BOE 刻蚀溶液中，温度控制在2(TC 25'C，超声，5 8分钟后，石英玻璃表面 二维交错排列的微米级孔洞型光子晶体结构(阴模版)便转换为二维交错 排列的纳米级具有塔型凸起结构光子晶体结构(阳模版)，塔型凸起的尺寸 在90 300纳米可调，深度控制在100 200纳米，周期与阴模版周期保持不变。
制备过程示意图见图4，阴模板向阳模板转化的示意图和中间过程的 SEM、 AFM图见图5，图6。
光子晶体具有十分广泛的应用。通过本发明方法制备的光子晶体结构 纳米压印模版，采用纳米压印技术制备的光子晶体结构，在高清晰平版显 示器表面、LED发光效率增强表面、光学增透表面、超疏水表面等具有重 要应用。
应用举例1:
6在硅片上涂敷一层紫外固化的光刻胶，以上述过程制备的二维交错排 列的具有纳米尺寸的周期性塔型凸起光子晶体结构作为模版，通过紫外纳 米压印过程，能够成功地将模版上的结构转移到光刻胶上，见图7。
应用举例2:
用在太阳能电池表面，提高对太阳光波的吸收率。在太阳能电池表面 的减反射膜上，直接压印这种周期性塔型凸起光子晶体结构，可减少太阳 光在表面的反射，增加透射，从而提高太阳能电池对光波的利用效率。
权利要求
1.一种具有光子晶体结构的大面积纳米压印模版制备技术，结构是二维交错排列的周期性纳米凸起光子晶体结构，凸起尺寸为几十到几百纳米，周期为1～2微米。
2. 根据权利要求l所述的二维交错排列的周期性纳米凸起光子晶体结构，其 制备技术包括先用电子束曝光和反应粒子刻蚀在石英表面形成具有二维交 错排列的微米级圆孔型光子晶体阴模版结构，然后利用恰当的湿法刻蚀工 艺，将阴模版转换为二维交错排列的周期性纳米凸起光子晶体结构等系列 工艺。
3. 根据权利要求2所述的制备技术的系列工艺中，湿法刻蚀工艺包括刻蚀溶 液的配比为40%NH4F: 49%HF=5:1，温度控制为20。C，刻蚀时间为5 — 8 分钟，超声条件下进行。
全文摘要
一种具有光子晶体结构的大面积纳米压印模版的制备技术，涉及模版的结构和制备技术。模版的结构是二维交错排列的周期性纳米凸起的光子晶体结构。模版的制备技术包括(1)在石英表面涂敷一层金属铬和电子束光刻胶，利用电子束曝光技术和显影技术在光刻胶表面形成二维交错排列的微米级圆孔型光子晶体结构，占空比为1∶1；(2)利用反应粒子刻蚀工艺将光刻胶表面的图形转移到铬层，再以铬层为阻挡层，将图形转移到石英基底表面，然后去除石英表面的光刻胶，转移到石英玻璃表面的结构为二维交错排列的微米级圆孔型光子晶体结构(阴模版)；(3)配置BOE刻蚀溶液(40％NH4F∶49％HF＝5∶1)，将石英阴模版放置在BOE刻蚀溶液中，温度控制在20℃～25℃，超声，5～8分钟后，石英玻璃表面二维交错排列的微米级圆孔型光子晶体周期结构(阴模版)便转换为二维交错排列的纳米凸起光子晶体周期结构(阳模版)，凸起的尺寸在90～300纳米可调，深度控制在100～200纳米，周期与阴模版周期保持不变。本发明的纳米压印模版的制备技术成本低，能大面积制作，适合于纳米压印工艺。本发明属于纳米加工技术领域。
文档编号B82B3/00GK101665234SQ20081004241
公开日2010年3月10日 申请日期2008年9月3日 优先权日2008年9月3日
发明者万永中, 刘彦伯, 周伟民, 静 张, 李小丽, 王庆康 申请人:上海市纳米科技与产业发展促进中心