[发明专利]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

说明书

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1∶1，深度为1μ～2μ，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，同时缩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。

附图说明：

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