[发明专利]一种多层金属光栅的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体加工领域的微图形加工方法，具体是涉及一种基于纳米压印的多层金属光栅的制备方法。

背景技术

纳米压印技术是采用带有纳米尺度图形的印章通过热压或紫外固化的方法在压印胶上制作得到纳米图形，具有分辨率高、成本低、产率高等诸多优点，自1995年提出以来已演变出多种压印技术。目前纳米压印技术主要包括热压印、紫外压印和微接触印刷等。一般的纳米压印工艺包括四个主要步骤：压膜制备，压印过程，脱模和图形转移。通常在脱模后需要用反应离子刻蚀等方法除去残留胶层，而图形转移需要运用刻蚀或剥离技术将图形转换成所需材质的图形。

与传统的偏振片相比，金属光栅具有更高的偏振对比度，在信息存储、太阳能电池、平板显示、生物传感等领域有着广泛的应用，由于其本身对光的吸收很小，通过反射自然光的一个偏振而让另外一个偏振通过，可以使被反射的光通过偏振旋转再次被回收利用，因此在液晶显示中具有很大的潜力。困然纳米金属光栅广泛应用的主要瓶颈是大规模的量产制备工艺难、光学透射效率低。目前制备金属光栅的常用方法是在利用纳米压印或者半导体刻蚀制备好的单层介质光栅表面利用蒸镀方式镀上金属铝或者银等。在文献Ahn,Kim and Guo,J.Vac.Scl.Technol.B25(6)(2007)中，对常用的纳米压印技术进行改进，运用卷对卷的纳米压印技术直接在柔性PET基底上制得纳米线栅，然后用电子束蒸镀机在光栅表面镀上金属得到双层金属线栅，省去了图形转移的步骤，简化了制备工艺，节约了成本。但这种方法会导致一部分光栅条纹的侧壁也会被金属覆盖，从而导致光学透射效率降低。为了尽量减少或避免金属粘附于不应被覆盖的地方，许多改进方法被相继提出，譬如文献Zhaoning Yu et al,Appl.Phys.Lett.77,7(2000)报道了一种在PMMA光栅上镀Cr和Au以制备双层金属光栅的方法，该方法是在5×10^-6Torr的条件下采用电子束蒸镀金属，由于在此压强下被蒸镀原子的平均自由程较大，电子束可认为是非分散的，故光栅侧壁上不会沉积金属。但是这种方法需要非常高的真空度，对设备的要求高，成本昂贵。另外的一种方式，如文献Sang Hoon Kim et al,Nanotechnology17(2006)4436-4438中使用电子束倾斜蒸镀的方法制作金属光栅，实验结果表明，当倾斜角大于60°时只有光栅凸部和侧壁的上半部分镀上了金属，而倾斜角小于40°时光栅的凸部、凹槽及整个侧壁都被金属覆盖，很难精确控制金属的分布。但是这种方式的光学效率也不高，同时很难量产。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提出了一种多层金属光栅的制备方法，不仅省略了图形转移的步骤，工艺更简单，成本更低廉，而且由上述方法得到的金属膜不会包覆于图形侧壁而影响透射效率，其截面与压印模具截面形貌严格吻合，与采用传统方法得到的图形相比，图形的保真度和光栅的TM透射率及偏振抑制比都更高。

本发明的技术解决方案如下：

一种多层金属光栅的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1）制备或选取压印模板；

2）在衬底上表面旋涂压一层压印胶；

3）在压印胶的表面镀一金属层；

4）在金属层上表面涂一层保护膜；

5）将压印模板放置在保护膜上表面进行纳米压印；

6）对压印胶进行固化处理后，移去压印模具。

优选的，在步骤4）和步骤5）之间进行步骤4a）：

4a)多次反复步骤2）、3）和4）。

所述的纳米压印为热纳米压印或者紫外曝光压印。

所述的压印模板具有光栅凹槽，光栅是一维周期性或准周期性、二维周期性或准周期性的光栅结构。

所述光栅凹槽的形状为矩形或圆形，深度依所需图形高度而定。

步骤2）所述的衬底材料为玻璃、石英、PET、硅、蓝宝石或氧化铟锡。

步骤2）所述的压印胶为聚甲基丙烯酸甲酯、二甲基硅氧烷或SU8胶，厚度依压印模具深度和所需图形高度而定。

步骤3）所述的金属为金、铂、银、铝、铜、铬、钛或镍，厚度为10nm-100nm。

步骤3）所述的镀金属层采用磁控溅射法或电子束蒸发镀膜法。

步骤4）所述的保护膜为聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯或聚四氟乙烯低表面能材料。