利用电子束光刻技术进行光栅纳米压印模板制作方法与流程

本发明涉及光栅纳米压印模板的技术领域，具体涉及利用电子束光刻技术进行光栅纳米压印模板制作方法。

背景技术：

纳米压印技术自从上世纪被提出，被认为是最具前景的纳米器件制造技术之一，为大规模，高度有序的纳米器件阵列提供了低成本制造的可能。目前，由于这一技术的独特性，也被广泛用于光学器件的研发。在纳米压印的过程中，模板的制作是核心，模板的质量会直接影响压印结构完整性和均一性。现有的技术方案中，通常会采用在硅，石英玻璃等硬材料作为衬底材料，通过掩模板对旋涂在硬衬底上的光刻胶进行光刻曝光，然后通过显影，得到所需结构，或者可采用机械刻划法、电子束直写曝光、激光直写曝光、激光干涉曝光、所以模板加工时间长、成本高，价格昂贵。

现有技术的光栅模板制作具有以下的缺点：1、利用对光刻胶曝光制作的压印模板，需要单独设计掩模版，而且制作的结构由有机高分子材料构成，所以强调不够，经过多次压印后，结构会有损坏，影响压印的结构精度；2、利用热固化的过程中，在压印模板上的由有机高分子材料构成的结构由于温度升高，会发生形变，影响压印精度；3、利用紫外线对光刻胶曝光所制作的压印模板，由于光刻的精度限制，通常能做到微米级，做不到纳米级模板。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提出利用电子束光刻技术进行光栅纳米压印模板制作方法，在硅，或玻璃上利用电子束光刻结合感应耦合等离子刻蚀，反应离子束刻蚀的技术，进行纳米级压印模板的制作；其目的是将模板的制作工艺提升至纳米级，并提高模板的稳定性，纳米结构的均一性，提高压印质量和精度。

为实现上述目的，本发明包含以下操作步骤：

s1：利用autocad或电子束光刻设计软件对纳米结构光栅进行设计；

s2：利用磁控溅射或者离子束沉积的方式将金属材料沉积到硅或者石英衬底上；

s3：利用旋涂技术将一定量的电子束胶或者pmma材料均匀覆盖在金属薄膜上，形成一层均匀的有机高分子薄膜

s4：将涂覆有电子束胶或者pmma材料的衬底通过烤箱进行完全烘干，烘干后再进行冷却；

s5：将光栅设计图传输到仪器中进行识别和参数设定；

s6：根据电子束胶的厚度和特性对电子束光刻所需要的电压进行调整；

s7：利用电子束光刻将结构刻在电子胶或者pmma薄膜上；

s8：通过显影液进行显影，再通过定影剂进行定影后得到所需结构；

s9：利用感应耦合的离子刻蚀对金属薄膜进行刻蚀；

s10：利用去胶机去掉电子束胶或者pmma，可得到纳米压印模板所需结构；

s11：去掉金属材料，得到具有倾斜角度的光栅。

采用上述技术方案后，本发明有益效果为：省去了光刻过程中掩模板的制作，节省了材料和时间；提高了压印模板上光栅结构的尺寸，可做到真正的纳米级结构，由于光栅压印模板的材料为金属，硅或者石英；硬度远高于有机高分子材料，可延长薄板使用寿命，并且耐高温，即使需要高温固化的材料也不受温度影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

参看图1所示，本具体实施方式采用的技术方案是：

s1：利用autocad或电子束光刻设计软件对纳米结构光栅进行设计；

s2：利用磁控溅射或者离子束沉积的方式将金属材料沉积到硅或者石英衬底上；

s3：利用旋涂技术将一定量的电子束胶或者pmma材料均匀覆盖在金属薄膜上，形成一层均匀的有机高分子薄膜

s4：将涂覆有电子束胶或者pmma材料的衬底通过烤箱进行完全烘干，烘干后再进行冷却；

s5：将光栅设计图传输到仪器中进行识别和参数设定；

s6：根据电子束胶的厚度和特性对电子束光刻所需要的电压进行调整；

s7：利用电子束光刻将结构刻在电子胶或者pmma薄膜上；

s8：通过显影液进行显影，再通过定影剂进行定影后得到所需结构；

s9：利用感应耦合的离子刻蚀对金属薄膜进行刻蚀；

s10：利用去胶机去掉电子束胶或者pmma，可得到纳米压印模板所需结构；

s11：去掉金属材料，得到具有倾斜角度的光栅。

本发明步骤s2中的金属材料为金属cr。

本发明步骤s3中有机高分子薄膜的厚度为200nm-1μm。

本发明步骤s6中调整电压为30kv-150kv。

本发明步骤s10中得到纳米压印模板所需结构后，对石英衬底进行加工，并加工出带一定角度的结构，利用反应离子束刻蚀工艺，并在加工过程中通入氩气和氟基气体。

本发明方案非常灵活，可以使用软件设计任何结构，并使用电子束光刻的方法实现结构的加工，精度可达到10nm左右；且能够用于沉浸显示的一维和二维光栅的纳米压印制作；省去了传统光刻过程中掩模板的制作，节省了材料和时间；提高了掩模板上光栅结构的精度，可做到真正的纳米级模板。本发明使用的光栅结构的材料为金属，硅或者石英；硬度远高于有机高分子材料，可延长薄板使用寿命，并且耐高温，即使需要高温固化的材料也不受温度影响。

以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：

1.利用电子束光刻技术进行光栅纳米压印模板制作方法，其特征在于：包括以下步骤：

s1：利用autocad或电子束光刻设计软件对纳米结构光栅进行设计；

s2：利用磁控溅射或者离子束沉积的方式将金属材料沉积到硅或者石英衬底上；

s3：利用旋涂技术将一定量的电子束胶或者pmma材料均匀覆盖在金属薄膜上，形成一层均匀的有机高分子薄膜

s4：将涂覆有电子束胶或者pmma材料的衬底通过烤箱进行完全烘干，烘干后再进行冷却；

s5：将光栅设计图传输到仪器中进行识别和参数设定；

s6：根据电子束胶的厚度和特性对电子束光刻所需要的电压进行调整；

s7：利用电子束光刻将结构刻在电子胶或者pmma薄膜上；

s8：通过显影液进行显影，在通过定影剂进行定影后得到所需结构；

s9：利用感应耦合的离子刻蚀对金属薄膜进行刻蚀；

s10：利用去胶机去掉电子束胶或者pmma，得到纳米压印模板所需结构；

s11：去掉金属材料，得到具有倾斜角度的光栅。

2.根据权利要求1所述的利用电子束光刻技术进行光栅纳米压印模板制作方法，其特征在于上述步骤s2中的金属材料为金属cr。

3.根据权利要求1所述的利用电子束光刻技术进行光栅纳米压印模板制作方法，其特征在于上述步骤s3中有机高分子薄膜的厚度为200nm-1μm。

4.根据权利要求1所述的利用电子束光刻技术进行光栅纳米压印模板制作方法，其特征在于上述步骤s6中调整电压为30kv-150kv。

5.根据权利要求1所述的利用电子束光刻技术进行光栅纳米压印模板制作方法，其特征在于上述步骤s10中得到纳米压印模板所需结构后，对石英衬底进行加工，并加工出带一定角度的结构，利用反应离子束刻蚀工艺，并在加工过程中通入氩气和氟基气体。

技术总结
利用电子束光刻技术进行光栅纳米压印模板制作方法，它涉及一种在硅，或玻璃上利用电子束光刻结合感应耦合等离子刻蚀，反应离子束刻蚀的技术，进行纳米级压印模板的制作；其目的是将模板的制作工艺提升至纳米级，并提高模板的稳定性，纳米结构的均一性，提高压印质量和精度。

技术研发人员：马国斌;宋强;赵朔;汪涛
受保护的技术使用者：深圳珑璟光电技术有限公司
技术研发日：2019.12.05
技术公布日：2020.05.15