[发明专利]一种在衬底上制备图案的方法

说明书

本发明涉及一种在衬底上制备图案的方法，先在衬底材料的一表面上制备基材层，在基材层上制备具有凹凸结构的图案；在图案的凹槽中填充掩膜材料；对基材层和衬底材料进行刻蚀；去除掩膜材料，在衬底材料上获得具有凹凸结构的图案。本发明的方法成本低，不需要使用蒸镀等高耗能方法制备掩膜层；可以简单、低能耗、高效率地制备厚度较大的掩膜层，大大降低高深宽比微纳米结构图案制备的困难度。

技术领域

本发明涉及一种在衬底上制备图案的方法，尤其涉及一种在衬底上制备微纳米结构图案的方法。

背景技术

具有微纳米结构图案的产品应用领域广泛，特别是在半导体领域、光学器件、LED器件、MEMS器件、光电子器件、生物芯片、生物传感器等领域具有巨大的应用前景。现有技术中，制备微纳米结构图案的方法包括紫外压印、热压印、微接触印刷、电子束曝光等方法。通常采用电子束曝光工艺或者纳米压印工艺制作微纳米图案，但是直接采高分子材料（PMMA或者纳米压印胶）作为掩膜用ICP刻蚀衬底难以制作高深宽比的微纳米图案。一般都先在衬底表面电子束蒸镀2~3层不同金属层，在金属层上涂布PMMA电子束曝光，或者在金属层上采用纳米压印的方法制作微纳米图案，然后采用几组合适的RIE刻参数逐步刻蚀不同的金属层，最后以衬底最表面的金属层作为刻蚀掩膜对衬底刻蚀而得到微纳米图案。以PontusForsberg等在“High aspect ratio optical grating in diamond”的论文中提到的方法为例，先在衬底表面蒸镀AL、Si、AL，然后再涂布UV光刻胶，紫外纳米压印后，以UV光刻胶作为掩膜对最上层铝进行刻蚀，然后以AL作为掩膜层对Si层刻蚀，再以Si作为掩膜层对AL层刻蚀，最后以AL为掩膜对衬底刻蚀而得到高深宽比的微纳米图案。

另外一种制作微纳米图案比较普遍的方式是电子束曝光和lift-off结合的工艺方法，如Jun Taniguchi在”Diamond nanoimprint lithography”中提到的，先在衬底上涂布PMMA，电子束曝光后，蒸镀一层金属层，然后湿法去除PMMA而只在衬底表面留下金属掩膜层，再以此金属掩膜层用ICP-RIE刻蚀衬底而得到衬底微纳图形。

然而，电子束曝光方法制作微纳图形效率低下，而且采用LIFT-OFF工艺，很难制作比较厚的金属掩膜，否则难以LIFT-OFF成功，因而难以得到高深宽比的微纳米图案，如10:1或者数微米深的微纳米图案；采用不同金属层交替作为掩膜层的方法，虽然可以得到高深宽比的微纳米图案，但是刻蚀各金属层用的刻蚀参数复杂，难以得到合适刻蚀参数（不同掩膜不同基底的刻蚀选择比），而且各金属层的刻蚀界面（深度或时间）难以控制，容易出现过刻或刻蚀不够的现象。而且反复更换刻蚀参数去刻蚀不同基材（金属层或金刚石）效率低下，成本高。

发明内容

本发明针对现有技术中工艺复杂、成本高、效率低的技术问题，提供一种在衬底上制备图案的方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种在衬底上制备图案的方法，包括如下步骤：

（1）在衬底材料的一表面上制备基材层，在基材层上制备具有凹凸结构的图案；

（2）在步骤（1）中图案的凹槽中填充掩膜材料；

（3）对基材层和衬底材料进行刻蚀；

（4）去除掩膜材料，在衬底材料上获得具有凹凸结构的图案。

步骤（1）中，可根据需要制备出凹槽深度较大的微纳米结构图案，为获得具有高深宽比的微纳米结构图案做准备。

进一步地，步骤（1）中，制备凹凸结构图案的方法包括任何的形成凹凸结构图案的方法；优选地，步骤（1）中，基材层上的图案的制备方法包括热压印法、紫外压印法、电子束曝光法、自组装法中的一种或多种。