一种大面积图案化蓝宝石衬底的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种大面积图案化蓝宝石衬底的制备方法。首先利用EBL技术在单晶硅上制备得到一定周期的点阵结构硅模板；之后利用化学电镀的方法在该硅模板表面电镀金属镍，分离硅模板和金属镍层得到一个周期与硅模板相同、结构相反的金属镍模板；然后在经过处理的蓝宝石衬底表面旋涂热压印胶并利用之前制备得到的金属镍模板进行热压并辅以ICP刻蚀压印胶残余层得到一个热压胶结构；在热压胶结构上利用电子束蒸镀的方法沉积一层金属镍，经过举离后得到镍的点阵结构；再以镍点阵结构为掩膜，用ICP刻蚀蓝宝石衬底，并洗去残余金属掩膜层最终得到图案化蓝宝石衬底。此方法成本低廉，高产量，并且Ni模板易于清洁，在纳米压印中能多次重复使用。
【专利说明】一种大面积图案化蓝宝石衬底的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微纳米加工领域，具体涉及利用纳米压印方法制备大面积纳米图案化蓝宝石衬底的方法。
【背景技术】
[0002]当前资源匮乏、能源紧张已成为全球性问题，在如此大环境下，世界各国均不约而同的开始将目光投向新型照明光源的研发制备和产业化上。上世纪九十年代LED技术取得了重大的突破，目前LED在大面积显示，交通灯，照明，通信等方面发挥着重大作用。特别是照明方面，LED作为第四代光源，对比白炽灯和节能灯在节能和寿命方面有着极大的优势。理论上可实现只消耗白炽灯10%的能耗，比荧光灯节能50%，而寿命则是荧光灯的10倍、白炽灯的100倍。然而由于工业生产条件的限制，LED存在发光亮度不足、发光效率不高的缺点。研究表明，图案化蓝宝石衬底设计是目前用于提高LED发光效率的一个普遍做法。
[0003]纳米压印技术是1995年由St印hen Chou首先提出，由于其高产量、高分辨率、低成本的优点，被列为下一代集成电路生产工艺之一，有利于大规模的工业生产应用。热纳米压印技术中，纳米压印模板需要具备能够多次重复使用并且表面易于清洁的特点。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种合适的方法制备可多次使用的纳米压印模板，并利用该模板进行纳米压印制备大面积图案化蓝宝石衬底的方法，用于提高LED发光效率。
[0005]本发明采用的技术方案为:
[0006]一种大面积图案化蓝宝石衬底的制备方法，具体步骤如下:
[0007](I)制备纳米压印用的金属Ni模板:a)在(100)硅片上用EBL制备纳米孔阵硅模板A ；b)利用电子束蒸镀设备在硅模板A上沉积IOnm厚的金属Ni ；c)将步骤b)制备的硅模板A在Ni的电镀液中电镀金属Ni层至所需厚度，然后将电镀的金属Ni层与硅模板A分离，得到金属Ni点阵模板B，其周期与硅模板A相同，但是其结构与硅模板A相反；
[0008](2)利用(I)中制备的金属Ni模板进行热压印以及电子束蒸镀、举离工艺:a)在蓝宝石衬底上旋涂特定厚度的热压印胶，利用(I)中得到的金属Ni点阵模板B进行热压印；金属Ni模板表面易于清洁，可以在热压印中多次使用；b)利用热压印得到的热压胶结构，在O2等离子体中刻蚀至蓝宝石衬底露出；c)利用电子束蒸镀在刻蚀完的蓝宝石衬底表面沉积一层金属，再举离得到表面具有金属点阵掩膜结构的蓝宝石衬底；
[0009](3)利用⑵中得到的金属点阵掩膜层进行蓝宝石衬底的刻蚀:将(2)中得到的蓝宝石衬底在ICP中用Cl2和BCl3进行刻蚀，将残余金属点阵掩膜层洗去，得到纳米图案化的蓝宝石衬底。
[0010]使用本发明方法制备纳米图案化蓝宝石衬底具有以下有益效果:(1)纳米压印方法制备图案化衬底具有高产率、低成本、高分辨率的优点，适合大规模工业生产；(2) Ni模板表面能低，易于清洁，强度高，可以多次重复在热压印中使用；(3)利用金属掩膜进行刻 蚀蓝宝石衬底方向性好、刻蚀选择比高。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明图案化蓝宝石衬底制备流程图，其中，1-硅衬底；2-电子束光刻胶；3-金属镍；4_蓝宝石衬底；5_热压胶；6-图案化蓝宝石衬底。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0013]实施例1
[0014](I)制备400nm周期金属Ni点阵结构
[0015]a)在处理过的(100)硅片旋涂一层200nm左右厚度的PMMA，之后利用EBL曝光显影得到400nm周期的纳米孔阵PMMA结构，利用PMMA为刻蚀掩膜，将结构转移至硅衬底上，得到硅模板A ;
[0016]b)利用电子束蒸镀设备在硅模板A上沉积IOnm金属Ni，在Ni电镀液中电镀金属Ni层至150微米厚，将电镀Ni层与模板A分离，得到金属Ni点阵模板B，其周期与硅模板A相同，但是其结构与硅模板A相反；电镀液主要成分为:硫酸镍、氯化钠、硼酸；电镀时间为6h ；
[0017](2)利用(I)中制备的Ni点阵模板B进行热纳米压印
[0018]a)在蓝宝石衬底表面旋涂200nm厚度的PMMA热压胶；转速3000r/m，时间Imin ；
[0019]b)用金属Ni模板B压印旋涂好压印胶的蓝宝石衬底，压力为0.6MPa，压印时间为5min ；
[0020]c)将蓝宝石衬底与金属Ni模板B分离，得到具有400nm孔阵PMMA结构的蓝宝石衬底C;
[0021](3)利用(2)中压印得到的蓝宝石衬底C制备图案化蓝宝石衬底
[0022]a)在RIE刻蚀设备中刻蚀蓝宝石衬底C，刻蚀条件为:0210sccm，RF50w,刻蚀时间Imin ；
[0023]b)将a)中得到的蓝宝石衬底放在在电子束蒸镀设备中，沉积50nm厚度的金属Ni,在氯苯溶剂中举离,得到50nm高，400nm周期的金属Ni点阵掩膜；
[0024]c)将b)蓝宝石衬底在ICP中刻蚀5min,刻蚀条件为:Cl230sccm, BCl3IOsccm,ICP300wbias RF180w ;在HNO3中将金属Ni掩膜除去。
[0025]实施例2
[0026](4)制备600nm周期金属Ni点阵结构
[0027]a)在处理过的(100)硅片旋涂一层200nm左右厚度的PMMA，之后利用EBL曝光显影得到600nm周期的纳米孔阵PMMA结构，利用PMMA为刻蚀掩膜，将结构转移至硅衬底上，娃模板D ；
[0028]b)利用电子束蒸镀设备在硅模板D上沉积IOnm金属Ni，在Ni电镀液中电镀金属Ni层至150微米厚，将电镀Ni层与模板D分离，得到金属Ni点阵模板E，周期与模板D相同，结构相反；电镀液主要成分为:硫酸镍、氯化钠、硼酸；电镀时间为6h ；
[0029](5)利用(4)中制备的Ni点阵模板E进行热纳米压印[0030]a)在蓝宝石衬底表面旋涂200nm厚度的PMMA热压胶；；转速3000r/m，时间Imin ；
[0031]b)用金属Ni模板E压印旋涂好压印胶的蓝宝石衬底，压力为0.6MPa，压印时间为5min ；
[0032]c)将蓝宝石衬底与金属Ni点阵模板E分离，得到具有600nm孔阵PMMA结构的蓝宝石衬底F ；
[0033](6)利用(5)中压印得到的蓝宝石衬底F制备图案化蓝宝石衬底
[0034]a)在RIE刻蚀设备中刻蚀蓝宝石衬底F，刻蚀条件为:0210sccm，RF50w,刻蚀时间Imin ；
[0035]b)将a)中得到的蓝宝石衬底放在在电子束蒸镀设备中，沉积50nm厚度的金属Ni,在氯苯溶剂中举离,得到50nm高，600nm周期的金属Ni点阵掩膜；
[0036]c)将b)蓝宝石衬底在ICP中刻蚀5min,刻蚀条件为:Cl230sccm, BCl3IOsccm,ICP300wbias RF180w ;在HN03中将金属Ni掩膜除去。
【权利要求】
1.一种大面积图案化蓝宝石衬底的制备方法，其特征在于，具体步骤如下: (1)制备纳米压印用的金属Ni模板 a)在(100)硅片上用EBL制备纳米孔阵硅模板A; b)利用电子束蒸镀设备在硅模板A上沉积IOnm厚的金属Ni； c)将步骤b)制备的硅模板A在Ni的电镀液中电镀金属Ni层至所需厚度，然后将电镀的金属Ni层与硅模板A分离，得到金属Ni点阵模板B，其周期与硅模板A相同，但是其结构与娃模板A相反； (2)利用(I)中制备的金属Ni模板进行热压印以及电子束蒸镀、举离工艺 a)在蓝宝石衬底上旋涂特定厚度的热压印胶，利用⑴中得到的金属Ni点阵模板B进行热压印； b)利用热压印得到的热压胶结构，在O2等离子体中刻蚀至蓝宝石衬底露出； c)利用电子束蒸镀在刻蚀完的蓝宝石衬底表面沉积一层金属，再举离得到表面具有金属点阵掩膜结构的蓝宝石衬底； (3)利用(2)中得到的金属点阵掩膜层进行蓝宝石衬底的刻蚀 将(2)中得到的蓝宝石衬底在ICP中用Cl2和BCl3进行刻蚀，将残余金属点阵掩膜层洗去，得到纳米图案化的蓝宝石衬底。
2.根据权利要求1所述的一种大面积图案化蓝宝石衬底的制备方法，其特征在于，所述(I)步骤c)中，电镀金属Ni层的厚度为100-300微米。
【文档编号】H01L33/00GK103579421SQ201310549792
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月7日 优先权日:2013年11月7日
【发明者】倪蒙阳, 郭旭, 袁长胜 申请人:无锡英普林纳米科技有限公司