TWI639881B - 光刻掩模板及其製備方法 - Google Patents
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Abstract
本發明涉及一種光刻掩模板，其包括：一基板；一奈米碳管層，所述奈米碳管層設置於所述第二基板的表面；一圖案化鉻層，覆蓋於所述奈米碳管層遠離第二基板的表面，且所述圖案化鉻層的圖案與所述奈米碳管層中奈米碳管的排列圖案相同；一遮蓋層，所述遮蓋層覆蓋於所述圖案化鉻層遠離第二基板的表面。本發明還涉及採用光刻掩模板製備奈米微結構的方法以及製備光刻掩模板的方法。
Description
本發明涉及一種光刻掩模板的技術領域，尤其涉及一種用於製備奈米微結構的光刻掩模板。
目前，隨著對微細結構研究的深入，微細結構可被應用於複數領域，如光學器件的特殊表面、疏水材料、減反射面等。例如在光學器件中，為了提高光的出射效率，一般會在導光板等結構中設置微結構。製備微結構的製作方法主要有光刻法、蝕刻法等。在這些方法中，光刻法由於工藝簡單、操作方便、可大面積製備而被廣泛使用。然，一般光刻法中採用塑膠、玻璃或金屬圖案化作掩模，製備得到的微結構尺寸精度低，難以做到奈米級尺寸。
有鑒於此，提供一種可大面積製備、低成本的製備奈米微結構的光刻掩模板實為必要。
一種光刻掩模板，其包括：一基板；一奈米碳管層，所述奈米碳管層設置於所述第二基板的表面；一圖案化鉻層，覆蓋於所述奈米碳管層遠離第二基板的表面，且所述圖案化鉻層的圖案與所述奈米碳管層中奈米碳管的排列圖案相同；一遮蓋層，所述遮蓋層覆蓋於所述圖案化鉻層遠離第二基板的表面。
一種採用光刻掩模板製備奈米微結構的方法，其包括以下步驟：提供一第一基板，所述第一基板的表面上設置有一光刻膠層；將一光刻掩模板
覆蓋至所述光刻膠層的表面，所述光刻掩模板為上述所述的光刻掩模板；採用紫外光照射所述光刻掩模板，並使得該紫外光穿過所述基板及複合層入射至該光刻膠層上，對該光刻膠層進行曝光；對曝光後的光刻膠層進行顯影處理。
一種製備光刻掩模板的方法，其包括以下步驟：提供一基板，在所述基板的表面上設置一奈米碳管層；在所述奈米碳管層遠離所述基板的表面沈積一金屬鉻層，所述金屬鉻層包括一第一圖案化鉻層和一第二圖案化鉻層，所述第一圖案化鉻層沈積於奈米碳管層的奈米碳管表面，所述第二圖案化鉻層沈積在對應於奈米碳管層空隙暴露的基板的表面；將沈積第一圖案化鉻層的奈米碳管層從所述基板的表面轉移至一第二基板的表面，並使該奈米碳管層與所述第二基板的表面接觸設置；在所述第一圖案化鉻層遠離所述第二基板的表面上沈積一遮蓋層。
相較於先前技術，本發明提供的光刻掩模板採用了奈米碳管和金屬鉻對紫外光的吸收較強、透過率低的特點，且奈米碳管層中包括複數微孔，當紫外光照射光刻膠時，利用奈米碳管和金屬鉻與微孔對紫外線的透過率不同，容易製備得到圖案化的光刻膠層，繼而得到圖案化的奈米微結構；採用奈米碳管和金屬鉻製備的掩模可重複使用，節約成本、易於產業化。
100，200，300，400，500，600‧‧‧光刻掩模板
101‧‧‧第四基板
110‧‧‧第二基板
109‧‧‧第三基板
120‧‧‧奈米碳管層
130‧‧‧遮蓋層
140‧‧‧複合層
141‧‧‧奈米碳管複合結構
150‧‧‧第一基板
160‧‧‧光刻膠層
170‧‧‧光刻膠奈米微結構
180‧‧‧紫外光
190‧‧‧預製層
152‧‧‧奈米微結構
121‧‧‧金屬鉻層
122‧‧‧第一圖案化鉻層
123‧‧‧第二圖案化鉻層
圖1為本發明第一實施例提供的所述奈米微結構的製備方法的流程圖。
圖2為本發明採用的奈米碳管拉膜的掃描電鏡照片。
圖3為本發明採用lift-off剝離方法製備奈米微結構的流程圖。
圖4為本發明第二實施例提供的所述奈米微結構的製備方法的流程圖。
圖5為本發明第三實施例提供的所述奈米微結構的製備方法的流程圖。
圖6為本發明第四實施例提供的所述奈米微結構的製備方法的流程圖。
圖7為本發明第四實施例提供的光刻掩模板。
圖8為本發明第四實施例提供的所述光刻掩模板的製備方法的流程圖。
圖9為本發明第五實施例提供的所述奈米微結構的製備方法的流程圖。
圖10為本發明第五實施例提供的光刻掩模板。
圖11為本發明第五實施例提供的所述光刻掩模板的製備方法的流程圖。
圖12為本發明第六實施例提供的所述奈米微結構的製備方法的流程圖。
圖13為本發明第六實施例提供的光刻掩模板。
圖14為本發明第六實施例提供的所述光刻掩模板的製備方法的流程圖。
下面將結合具體實施例，對本發明提供的奈米微結構的製備方法作進一步詳細說明。
請參閱圖1，本發明第一實施例提供的奈米微結構的製備方法，其包括以下步驟：
步驟S11，提供一第一基板150，所述第一基板150的表面上設置有一光刻膠層160；步驟S12，將一光刻掩模板100覆蓋至所述光刻膠層160的表面，所述光刻掩模板100包括一第二基板110和設置於該第二基板110的表面上的一複合層140；步驟S13，採用紫外光180照射所述光刻掩模板100，並使得該紫外光180穿過所述第二基板110及複合層140入射至該光刻膠層160上，對該光刻膠層160進行曝光；步驟S14，從所述光刻膠層160的表面上移除所述光刻掩模板100，對曝光後的光刻膠層進行顯影處理，得到一圖案化光刻膠奈米微結構170。
在步驟S11中，所述第一基板150的材料不限，可為二氧化矽、氮化矽等材料形成的絕緣基板、金、鋁、鎳、鉻、銅等材料形成的金屬基板或者矽、氮化鎵、砷化鎵等材料形成的半導體基板。本實施例中，所述第一基板150的材料為矽基底。
所述光刻膠層160的種類不限，可為負性光刻膠或正性光刻膠。所述光刻膠層160可為S9912正性光刻膠、SU8負性光刻膠等。該光刻膠層160可通過旋塗的方法直接塗敷於所述第一基板150的表面上。所述光刻膠層160的厚度為50奈米-200奈米。可以理解，所述光刻膠層160的厚度太薄，會使得光刻後的圖形對比度下降；所述光刻膠層160的厚度太厚，圖形化後的光刻膠容易發生傾倒。本實施例中，所述光刻膠層160的材料為S9912正性光刻膠，厚度為100奈米。
在步驟S12中，所述光刻掩模板100用於提供圖案化掩模。具體地，該光刻掩模板100包括至少一第二基板110和設置於該第二基板110的表面上的一複合層140。其中，該複合層140包括一奈米碳管層120和一遮蓋層130，
所述奈米碳管層120直接設置於所述第二基板110的表面上，所述遮蓋層130覆蓋於所述奈米碳管層120遠離所述第二基板110的表面上。具體地，該遮蓋層130連續且直接附著於該奈米碳管層120的表面，所述遮蓋層130與該奈米碳管層120結合形成一複合層140。可以理解，所述第二基板110未被所述奈米碳管層120覆蓋的部份會被該遮蓋層130覆蓋，沈積於該奈米碳管層120表面的遮蓋層130可將該奈米碳管層120固定於所述第二基板110上。
將所述光刻掩模板100覆蓋至所述光刻膠層160的表面，具體地，該光刻掩模板100設置於所述光刻膠層160遠離所述第一基板150的表面。可選擇地，該光刻掩模板100中所述複合層140與所述光刻膠層160遠離第一基板150的表面接觸設置，所述第二基板110遠離所述光刻膠層160的表面。可選擇地，該光刻掩模板100中所述第二基板110與所述光刻膠層160遠離第一基板150的表面接觸設置，所述複合層140遠離所述光刻膠層160的表面。本實施例中，所述複合層140與所述光刻膠層160的表面接觸設置，所述第二基板110遠離所述光刻膠層160的表面。可以理解，所述複合層140與所述光刻膠層160的表面之間並非完全緊密接觸，部份的複合層140與所述光刻膠層160的表面之間可能存在空氣。
所述第二基板110起支撐作用，該第二基板110的材料可選擇為玻璃、石英等硬性材料，也可選擇塑膠、樹脂等柔性材料。所述柔性材料可為聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醯亞胺等。所述第二基板110的材料不限於上述列舉材料，只要確保該第二基板110相對於紫外光具有較高的透過率即可，如透過率大於60%。本實施例中，所述第二基板110的材料為石英。
所述奈米碳管層120包括複數奈米碳管，該複數奈米碳管平行於所述奈米碳管層120的表面，在延伸方向上相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力首尾
相連。所述複數奈米碳管通過凡得瓦力緊密連接從而使該奈米碳管層120形成一自支撐結構。所謂自支撐結構是指該結構可以無需一支撐體而保持一特定的膜狀結構。因而，所述奈米碳管層120具有自支撐性而可部份懸空設置。所述奈米碳管層120中的奈米碳管包括單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管及多壁奈米碳管中的一種或多種。所述單壁奈米碳管的直徑為0.5奈米~10奈米，雙壁奈米碳管的直徑為1.0奈米~15奈米，多壁奈米碳管的直徑為1.5奈米~50奈米。所述奈米碳管的長度大於50微米。優選地，該奈米碳管的長度為200微米~900微米。
所述奈米碳管層120包括至少一奈米碳管膜、至少一奈米碳管線狀結構或其組合。進一步，所述奈米碳管層120可為純奈米碳管層。所述奈米碳管膜包括複數均勻分佈的奈米碳管。該奈米碳管膜中的複數奈米碳管沿一個方向延伸，該複數奈米碳管組成複數奈米碳管束，所述奈米碳管的延伸方向平行於所述奈米碳管膜的表面。具體地，該奈米碳管膜可包括一奈米碳管拉膜。該奈米碳管線可以為一非扭轉的奈米碳管線或扭轉的奈米碳管線。當所述奈米碳管層120包括複數奈米碳管線時，該複數奈米碳管線相互平行間隔且呈一定角度交叉排列而形成一層狀的奈米碳管結構。該層狀的奈米碳管結構包括複數微孔，該微孔為一貫穿該層狀的奈米碳管結構的厚度方向的通孔。
請參閱圖2，具體地，該奈米碳管拉膜包括複數連續且定向排列的奈米碳管束。該複數奈米碳管束通過凡得瓦力首尾相連。每一奈米碳管束包括複數相互平行的奈米碳管，該複數相互平行的奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合。該奈米碳管束的直徑為10奈米~200奈米，優選的，10奈米~100奈米。該奈米碳管拉膜中的奈米碳管沿同一方向擇優取向排列。所述奈米碳管拉膜包括複數微孔。該微孔為一貫穿該層狀的奈米碳管結構的厚度方向的通孔。該微孔可為孔隙和/或間隙。當所述奈米碳管層120僅包括單層奈米碳管拉膜時，該奈米碳管拉膜中相鄰的奈米碳管片段之間具有間隙，其中，該間隙的尺寸為1奈米~0.5
微米。可以理解，在由多層奈米碳管拉膜組成的奈米碳管層120中，相鄰兩個奈米碳管拉膜中的奈米碳管的排列方向有一夾角α，且0°<α90°，從而使相鄰兩層奈米碳管拉膜中的奈米碳管相互交叉組成一網狀結構，該網狀結構包括複數孔隙，該複數孔隙均勻且規則分佈於奈米碳管層120中，其中，該孔隙直徑為1奈米~0.5微米。所述奈米碳管拉膜的厚度為0.01微米~100微米。所述奈米碳管拉膜可以通過拉取一奈米碳管陣列直接獲得。所述奈米碳管拉膜的結構及其製備方法請參見范守善等人於2007年2月12日申請的，於2010年7月11日公告的第I327177號台灣公告專利“奈米碳管薄膜結構及其製備方法”，申請人：鴻海精密工業股份有限公司。為節省篇幅，僅引用於此，但上述申請所有技術揭露也應視為本發明申請技術揭露的一部份。
所述非扭轉的奈米碳管線包括複數沿該非扭轉的奈米碳管線長度方向排列的奈米碳管。具體地，該非扭轉的奈米碳管線包括複數奈米碳管片段，該複數奈米碳管片段通過凡得瓦力首尾相連，每一奈米碳管片段包括複數相互平行並通過凡得瓦力緊密結合的奈米碳管。該奈米碳管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該非扭轉的奈米碳管線長度不限，直徑為0.5奈米~100微米。非扭轉的奈米碳管線為將奈米碳管拉膜通過有機溶劑處理得到。具體地，將有機溶劑浸潤所述奈米碳管拉膜的整個表面，在揮發性有機溶劑揮發時產生的表面張力的作用下，奈米碳管拉膜中的相互平行的複數奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合，從而使奈米碳管拉膜收縮為一非扭轉的奈米碳管線。該有機溶劑為揮發性有機溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本實施例中採用乙醇。通過有機溶劑處理的非扭轉的奈米碳管線與未經有機溶劑處理的奈米碳管膜相比，比表面積減小，黏性降低。
所述扭轉的奈米碳管線為採用一機械力將所述奈米碳管拉膜兩端沿相反方向扭轉獲得。該扭轉的奈米碳管線包括複數繞該扭轉的奈米碳管線軸
向螺旋排列的奈米碳管。具體地，該扭轉的奈米碳管線包括複數奈米碳管片段，該複數奈米碳管片段通過凡得瓦力首尾相連，每一奈米碳管片段包括複數相互平行並通過凡得瓦力緊密結合的奈米碳管。該奈米碳管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該扭轉的奈米碳管線長度不限，直徑為0.5奈米~100微米。進一步地，可採用一揮發性有機溶劑處理該扭轉的奈米碳管線。在揮發性有機溶劑揮發時產生的表面張力的作用下，處理後的扭轉的奈米碳管線中相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合，使扭轉的奈米碳管線的比表面積減小，密度及強度增大。
所述奈米碳管線狀結構及其製備方法請參見范守善等人於2002年11月5日申請的，於2008年11月21日公告的第I303239號台灣公告專利“一種奈米碳管繩及其製造方法”，申請人：鴻海精密工業股份有限公司，以及於2005年12月16日申請的，於2009年7月21日公告的第I312337號台灣公告專利申請“奈米碳管絲及其製作方法”，申請人：清華大學，鴻富錦精密工業(深圳)有限公司。為節省篇幅，僅引用於此，但上述申請所有技術揭露也應視為本發明申請技術揭露的一部份。
本實施例中，所述奈米碳管層120為兩層垂直交叉設置的奈米碳管拉膜，所述奈米碳管拉膜直接從生長好的奈米碳管陣列拉取得到，該奈米碳管層120中的複數奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連且沿同一方向排列。
所述奈米碳管層120可以直接設置於所述第二基板110的表面上，即，將所述奈米碳管層120直接平鋪於所述第二基板110的表面。由於所述奈米碳管層120具有複數微孔，因而所述第二基板110的表面部份通過該複數微孔暴露出來。
將所述奈米碳管層120設置於所述第二基板110的表面之後，進一步還可以包括一通過溶劑對所述奈米碳管層120進行處理，使所述奈米碳管層
120貼附在所述第二基板110表面的步驟。當向所述奈米碳管層120的表面滴加溶劑，所述溶劑會浸潤所述奈米碳管層120，並將所述奈米碳管層120與所述第二基板110的表面之間的空氣排出。當所述溶劑被去除後，所述奈米碳管層120與所述第二基板110的表面形成緊密的接觸。所述溶劑可為水、有機溶劑等。所述有機溶劑為揮發性有機溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷及氯仿。本實施例中，所述溶劑為乙醇，通過將所述乙醇滴加於所述奈米碳管層120的表面，然後自然風乾，使得所述奈米碳管層120緊密貼附於所述第二基板110的表面上。
所述遮蓋層130的材料可為金、鎳、鈦、鐵、鋁等金屬、氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、氧化鉿等金屬氧化物、或者金屬硫化物等中的至少一種。可以理解，所述遮蓋層130的材料不限於上述列舉材料，還可以為二氧化矽等非金屬氧化物等，只要確保該遮蓋層130相對於紫外光具有較高的透過率即可，如透過率大於60%。
所述遮蓋層130可通過原子層沈積法沈積於所述奈米碳管層120的表面。具體地，在所述奈米碳管層120鋪於所述第二基板110表面後，再將該遮蓋層130沈積於所述奈米碳管層120的表面，用以將所述奈米碳管層120固定於所述第二基板110的表面。可以理解，所述沈積的方法不限於上述列舉的方法，還可以為磁控濺射法、電子束蒸鍍法等氣相沈積法，只要保證所述遮蓋層130能夠連續沈積在所述奈米碳管層120的表面並且在沈積的過程中不破壞所述奈米碳管層的結構即可。所述遮蓋層130的厚度為5奈米-20奈米。可以理解，所述遮蓋層130的厚度過厚如大於20奈米，會嚴重降低紫外光線的透過率。本實施例中，所述遮蓋層的材料為氧化鋁，該遮蓋層的厚度為5奈米。
進一步，當所述奈米碳管層120為一自支撐結構時，該奈米碳管層120可不通過第二基板110的支撐而與所述遮蓋層130形成所述複合層140。
這時，該複合層140可單獨作為光刻模板使用，而不需要該第二基板110的支撐固定。
在步驟S13中，當紫外光180照射所述光刻掩模板100時，由於所述第二基板110及所述遮蓋層130對紫外光具有較高的透過率，紫外光在穿過該第二基板110及遮蓋層130時的損失可忽略不計。而由於奈米碳管本身對紫外光的吸收較強，透過率幾乎為零，因此紫外光在穿過奈米碳管層120時，照射在奈米碳管結構上的光線幾乎全部被吸收，而照射在奈米碳管間的微孔處的光線則會直接穿過奈米碳管層120而不會產生損失。紫外光180穿過所述光刻掩模板100時，會直接照射至所述光刻膠層160的表面上而產生曝光。因此，在所述光刻膠層160的表面上，對應於奈米碳管間的微孔的表面會受到紫外光的照射產生曝光，而對應於奈米碳管結構的表面由於奈米碳管對紫外光的吸收而不會受到紫外光的照射。所述光刻膠層160的曝光時間為2s-7s。本實施例中，所述光刻膠層160的曝光時間為2s。
在步驟S14中，所述光刻膠層160與所述光刻掩模板100的接觸僅為物理接觸，即所述光刻膠層160與所述光刻掩模板100之間的結合力遠小於所述複合層140與所述第二基板110之間的結合力，所以只需對該光刻掩模板100施加遠離光刻膠層160表面的作用力，即可使得所述光刻掩模板100與所述光刻膠層160分離開，且不會破壞所述光刻掩模板100的本身結構。所述光刻掩模板100在從所述光刻膠層160的表面分離後，由於整體結構不會被破壞，因此，該光刻掩模板100仍可重新被用作掩模模板，即可反復用於步驟S12-S13中。
將曝光後的光刻膠層160進行顯影處理，具體方法為：將曝光後的光刻膠層160置於一顯影溶液中一段時間，所述顯影液為含0.4%的NaOH+1%的NaCl溶液，所述光刻膠層160在顯影液中顯影時間為20s。其中，所述顯影液不限於上述一種，只要滿足光刻膠顯影即可。所述顯影時間根據顯影液成分、
濃度等確定。所述顯影液的成分可為NaOH溶液和NaCl溶液的混合溶液，所述混合溶液中NaOH的品質含量為0.2%-1%，NaCl的品質含量為0.5%-2%。該光刻膠層160顯影處理後，得到一圖案化的光刻膠奈米微結構170。可以理解，所述光刻膠奈米微結構170所形成的圖形，與所述複合層140在第一基板150正向投影所形成的圖形是一致的。因此，通過顯影處理得到的所述光刻膠奈米微結構170包括複數凸條結構及相鄰凸條之間的複數微孔，所述微孔為孔隙或間隙。所述凸條的寬度尺寸及所述微孔的直徑尺寸與所述複合層140中奈米碳管的直徑及微孔有關。所述微孔的直徑尺寸是指孔隙的孔徑尺寸或間隙的間隔尺寸。該複數微孔基本為貫穿於整個光刻膠奈米微結構170的厚度方向上的通孔，所述微孔及凸條的厚度尺寸與所述光刻膠層160的厚度一致。所述光刻膠奈米微結構170中所述凸條的寬度為20奈米~200奈米，所述微孔的直徑尺寸為20奈米~300奈米。
請參閱圖3，進一步，根據上述製備得到圖案化的光刻膠奈米微結構170，還可進一步製備由其它非光刻膠材料形成的奈米微結構152。具體地，可通過lift-off剝離方法、蝕刻或其組合等方法在所述第一基板150表面製備得到奈米微結構152。可以理解，通過圖案化的光刻膠奈米微結構170製備奈米微結構152的方法不限於此，只要能夠得到相應的圖案化的奈米微結構即可。本實施例中，採用lift-off剝離方法製備得到奈米微結構152。
具體地，採用lift-off剝離方法製備得到奈米微結構152的方法包括以下步驟：一、在所述光刻膠奈米微結構170遠離第一基板150的表面及第一基板150暴露的表面上沈積一預製層190；二、將整體結構浸入丙酮，去除該光刻膠奈米微結構170，在所述第一基板150的表面上得到圖案化的奈米微結構152。
在步驟一中，所述預製層190可為金、銀、鋁、鎳、鉻、銅等金屬材料，也可為二氧化矽、氮化矽等絕緣材料或者矽、氮化鎵、砷化鎵等半導體材料。可以理解，所述預製層190的材料不限於此，只需在步驟二中滿足不與丙酮發生反應即可。所述預製層190可通過磁控濺射法、蒸鍍法、CVD等方法沈積形成。在製備預製層190時，所述預製層190被沈積於所述光刻膠奈米微結構170遠離第一基板150的表面上及第一基板150暴露的表面上，且覆蓋於所述光刻膠奈米微結構170上的預製層190是不連續的，以使得在後續步驟二中丙酮可與所述光刻膠奈米微結構170直接接觸並反應。本實施例中，所述預製層190的材料為鋁，所述預製層190通過蒸鍍法沈積而成。
在步驟二中，由於所述光刻膠奈米微結構170為圖案化的光刻膠，且該光刻膠奈米微結構170的兩側面未被所述預製層190完全覆蓋，當浸入丙酮後，丙酮會與光刻膠反應，從而去除光刻膠。這時，覆蓋於所述光刻膠奈米微結構170遠離第一基板150的表面上的預製層材料也會隨之被去掉。因此，步驟一中在第一基板150暴露的表面上沈積的預製層材料，即形成為圖案化的奈米微結構152。本實施例中，所述奈米碳管層120為兩層垂直交叉設置的奈米碳管拉膜時，從而得到的圖案化的奈米微結構152為垂直交叉的條形結構，設所述條形結構在垂直於延伸方向上的寬度為1。所述奈米微結構152的條形結構的尺寸1大小為20奈米~200奈米，在垂直於條形結構的延伸方向上相鄰的兩個寬度之間的間距為20奈米~300奈米。所述奈米微結構152的厚度可根據預製層190的厚度決定。
可選擇地，所述奈米微結構152也可通過蝕刻的方法形成。具體地，將所述光刻膠奈米微結構170為模板，乾式蝕刻被暴露的第一基板150的表面。所述乾式蝕刻是指通入一氣體在電場作用下得到一電漿體，該電漿體可
與被蝕刻物質發生反應而得到揮發性物質，比如：電漿蝕刻、反應性離子蝕刻(RIE)。
具體地，在蝕刻所述第一基板150的過程中，所述蝕刻氣體與被暴露的第一基板150的部份發生化學反應，而並不與光刻膠奈米微結構170發生化學反應或者與光刻膠奈米微結構170發生化學反應的速度和程度遠遠小於蝕刻氣體與第一基板150發生的化學反應。由於光刻膠奈米微結構170與所述第一基板150的表面緊密結合，因而該第一基板150被所述光刻膠奈米微結構170覆蓋的表面所形成的圖形，與所述光刻膠奈米微結構170的圖形一致。即最後得到的圖案化的奈米微結構152的整體圖案與所述光刻膠奈米微結構170的整體圖案基本相一致。
進一步，在蝕刻完成後可包括一去除所述光刻膠奈米微結構170的步驟。所述去除光刻膠奈米微結構170的方法不限，可為超聲法、撕除法、氧化法等。本實施例中，採用超聲法去除所述光刻膠奈米微結構170。
請參閱圖4，本發明第二實施例提供的奈米微結構的製備方法，其包括以下步驟：步驟S21，提供一第一基板150，所述第一基板150的表面上設置有一光刻膠層160；步驟S22，將一光刻掩模板200覆蓋至所述光刻膠層160的表面，所述光刻掩模板200包括至少兩個第二基板110和分別設置於每個第二基板110的表面上的一複合層140；步驟S23，採用紫外光180照射所述光刻掩模板200，並使得該紫外光180穿過所述第二基板110及複合層140入射至該光刻膠層160上，對該光刻膠層160進行曝光；
步驟S24，從所述光刻膠層160的表面上移除所述光刻掩模板200，對曝光後的光刻膠層160進行顯影處理，得到一圖案化光刻膠奈米微結構170。
本發明第二實施例提供的奈米微結構的製備方法與第一實施例提供的奈米微結構的製備方法基本相同，其區別在於，第二實施例中，所述光刻掩模板200包括複數第二基板110和複數複合層140，其中，每個第二基板110及設置於該第二基板110的表面上的該複合層140可看作為一光刻掩模板單元，即該光刻掩模板200包括複數光刻掩模板單元。所述複數光刻掩模板單元層疊設置，所述光刻掩模板單元中的奈米碳管可為沿一個方向平行排列，也可沿複數方向交叉排列。
所述光刻掩模板200的掩模圖案可通過選擇具有不同排列奈米碳管的光刻掩模板單元來調節，以滿足不同的圖案形狀及尺寸需求。具體地，若所述光刻掩模板200的掩模圖案為網路交叉圖案，則該掩模圖案可通過直接選擇具有交叉排列奈米碳管的光刻掩模板單元得到；也可選擇兩個具有沿同一方向排列的奈米碳管的光刻掩模板單元，再將兩光刻掩模板單元層疊設置，並使得兩光刻掩模板單元中的奈米碳管呈交叉排列，交叉的角度可根據需要選擇。若所述光刻掩模板200的掩模圖案為間隔距離為1的條狀圖案，可選擇兩個間隔距離分別為21的平行排列的奈米碳管的刻掩模板單元，再將兩光刻掩模板單元層疊設置，並保持重疊後的掩模圖案的投影為間隔距離為1的條狀圖案。
請參閱圖5，本發明第三實施例提供的奈米微結構的製備方法，其包括以下步驟：步驟S31，提供一第一基板150，所述第一基板150的表面上設置有一光刻膠層160；
步驟S32，將一光刻掩模板300覆蓋至所述光刻膠層160的表面，所述光刻掩模板300包括層疊設置的一第二基板110、一第三基板109以及夾在兩基板之間的的一奈米碳管層120；步驟S33，採用紫外光180照射所述光刻掩模板300，並使得該紫外光180穿過所述光刻掩模板300入射至該光刻膠層160上，對該光刻膠層160進行曝光；步驟S34，從所述光刻膠層160的表面上移除所述光刻掩模板300，對曝光後的光刻膠層進行顯影處理，得到一圖案化光刻膠奈米微結構170。
本發明第三實施例提供的奈米微結構的製備方法與第一實施例提供的奈米微結構的製備方法基本相同，其區別在於，在第三實施例中，所述光刻掩模板300包括層疊的兩基板110、109及設置於兩基板之間的奈米碳管層120。所述第三基板109所起的作用與第二基板110相同，所述第三基板109的材料可選擇與所述第二基板的材料相同。將所述奈米碳管層120設置於第二基板110、一第三基板109之間並接觸設置，以使得所述第二基板110和第三基板109對所述奈米碳管層120起到固定、夾持的作用。其中，所述奈米碳管層120被牢固固定於兩基板之間，並在該奈米碳管層所在平面上以及垂直於該平面的方向上均不會移動。所述光刻掩模板300的結構製備簡單，不需要通過沈積遮蓋層的步驟，即可得到具備固定奈米碳管層的光刻掩模板。
請參閱圖6，本發明第四實施例提供的奈米微結構的製備方法，其包括以下步驟：步驟S41，提供一第一基板150，所述第一基板150的表面上設置有一光刻膠層160；
步驟S42，將一光刻掩模板400覆蓋至所述光刻膠層160的表面，所述光刻掩模板400包括一第二基板110、一第一圖案化鉻層122、一奈米碳管層120以及一遮蓋層130；步驟S43，採用紫外光180照射所述光刻掩模板400，並使得該紫外光180穿過所述光刻掩模板400入射至該光刻膠層160上，對該光刻膠層160進行曝光；步驟S44，從所述光刻膠層160的表面上移除所述光刻掩模板400，對曝光後的光刻膠層進行顯影處理，得到一圖案化光刻膠奈米微結構170。
本發明第四實施例提供的奈米微結構的製備方法與第一實施例提供的奈米微結構的製備方法基本相同，其區別在於，該第四實施例中所述光刻掩模板400包括一第二基板110、一第一圖案化鉻層122、一奈米碳管層120以及一遮蓋層130。其中，所述第一圖案化鉻層122的圖案與所述奈米碳管層120的圖案一致且重合。可以理解，所述光刻掩模板400也可作為一光刻掩模板單元，複數光刻掩模板單元組合使用。由於金屬鉻對紫外光的吸收率較高，因此，所述第一圖案化鉻層122可使得所述光刻掩模板400對紫外光的吸收效果更好。同時，由於該第一圖案化鉻層122與所述奈米碳管層120的圖案重合，紫外光在穿過掩模板時，設置奈米碳管、第一圖案化鉻層的位置與未設置奈米碳管、第一圖案化鉻層的位置處對紫外光的吸收率差距增大，從而使用該光刻掩模板400製備的奈米微結構的精度更高。
請參閱圖7，本發明第四實施例的光刻掩模板400包括：一第二基板110；一第一圖案化鉻層122，覆蓋於所述第二基板110的表面；一奈米碳管層120，所述奈米碳管層120設置於所述第一圖案化鉻層122遠離第二基板110的表面，且所述奈米碳管層120中奈米碳管的排列圖案與所述第一圖案化鉻層
122的圖案相同；一遮蓋層130，所述遮蓋層130覆蓋於所述奈米碳管層120遠離第二基板110的表面。
具體地，該遮蓋層130連續且直接覆蓋於該奈米碳管層120的表面。所述奈米碳管層120中奈米碳管的排列圖案與所述第一圖案化鉻層122的圖案相同，該遮蓋層130同時覆蓋於所述奈米碳管層120與所述第一圖案化鉻層122上。可以理解，所述第二基板110未被所述奈米碳管層120及第一圖案化鉻層122覆蓋的部份會被該遮蓋層130覆蓋，沈積於該奈米碳管層120表面的遮蓋層130可將該奈米碳管層120固定於所述第二基板110上。
本發明第四實施例提供的光刻掩模板400與第一實施例提供的光刻掩模板100基本相同，其區別在於，所述光刻掩模板400中，在所述奈米碳管層120與第二基板110之間設置了一第一圖案化鉻層122。其中，所述第一圖案化鉻層122的圖案與奈米碳管排列形成的圖案一致。由於金屬鉻對紫外光的吸收率較高，所述第一圖案化鉻層122與所述奈米碳管層120共同作為掩模，對紫外光的吸收效果更好。因此，在對應奈米碳管的位置與奈米碳管空隙的位置處接收紫外光的強度差別更加明顯，從而在採用所述光刻掩模板400製備奈米微結構時，得到的奈米微結構的尺寸精度更高。進一步，當採用金屬鉻與奈米碳管共同作為掩模時，紫外光照射掩模時不容易發生散射，從而製備的奈米微結構的精度更高。
請參閱圖8，本發明第四實施例進一步提供製備所述光刻掩模板400的方法，其包括以下步驟：步驟S51，提供一第二基板110，在所述第二基板110的表面上沈積一金屬鉻層121；步驟S52，將一奈米碳管層120設置在所述金屬鉻層121的表面，從而使所述金屬鉻層121的部份表面暴露；
步驟S53，以該奈米碳管層120為掩模蝕刻所述金屬鉻層121，從而得到一第一圖案化鉻層122；步驟S54，在所述奈米碳管層120遠離所述第二基板110的表面上沈積一遮蓋層130。
在步驟S51中，所述第二基板110與前述實施例中所述第二基板110描述相同。在所述第二基板110的表面上沈積所述金屬鉻層121的方法不限，可採用電子束蒸發、離子束濺射、原子層沈積、磁控濺射、蒸鍍、化學氣相沈積等方式。所述金屬鉻層121連續沈積於所述第二基板110的表面，該金屬鉻層121的厚度為10-50奈米。本實施例中，該金屬鉻層121通過蒸鍍沈積於所述第二基板110的表面，且該金屬鉻層121的厚度為20奈米。
在步驟S52中，所述奈米碳管層120與前述實施例中所述的奈米碳管層120相同，對所述奈米碳管層120的處理方法與前述實施例中相同。從而使所述奈米碳管層120貼附於所述金屬鉻層121上，所述金屬鉻層121表面對應於所述奈米碳管層120空隙的位置暴露出來。
在步驟S53中，所述蝕刻方法與前述實施例中蝕刻第一基板150的蝕刻方法相同。其中，蝕刻的氣體及參數根據蝕刻基板的材料而定，只要保證所述金屬鉻層121被蝕刻得到所述第一圖案化鉻層122且所述奈米碳管層120不與蝕刻氣體反應即可，因此製備得到的所述第一圖案化鉻層122的圖案與所述奈米碳管層120中奈米碳管排列的圖案一致。
在步驟S54中，所述遮蓋層130的製備方法與上述實施例中所述遮蓋層130的製備方法相同。該遮蓋層130連續且直接附著於該奈米碳管層120的表面，並同時覆蓋所述第一圖案化鉻層122，將該奈米碳管層120固定於所述第二基板110上。
請參閱圖9，本發明第五實施例提供的奈米微結構的製備方法，其包括以下步驟：步驟S61，提供一第一基板150，所述第一基板150的表面上設置有一光刻膠層160；步驟S62，將一光刻掩模板500覆蓋至所述光刻膠層160的表面，所述光刻掩模板500包括一第二基板110、一第一圖案化鉻層122、一奈米碳管層120以及一遮蓋層130；步驟S63，採用紫外光180照射所述光刻掩模板500，並使得該紫外光180穿過所述光刻掩模板500入射至該光刻膠層160上，對該光刻膠層160進行曝光；步驟S64，從所述光刻膠層160的表面上移除所述光刻掩模板500，對曝光後的光刻膠層進行顯影處理，得到一圖案化光刻膠奈米微結構170。
本發明第五實施例提供的奈米微結構的製備方法與第四實施例提供的奈米微結構的製備方法基本相同，其區別在於，第五實施例的所述光刻掩模板500中，所述第一圖案化鉻層122覆蓋於所述奈米碳管層120遠離第二基板110的表面上。所述第一圖案化鉻層122的圖案與所述奈米碳管層120的圖案一致且重合。由於所述第一圖案化鉻層與所述奈米碳管層對紫外光的吸收率較高，因此，所述光刻掩模板500作為掩模製備的奈米微結構的精度更高。
請參閱圖10，本發明第五實施例的所述光刻掩模板500，其包括：一第二基板110；一奈米碳管層120，所述奈米碳管層120設置於所述第二基板110的表面；一第一圖案化鉻層122，覆蓋於所述奈米碳管層120遠離第二基板110的表面，且所述第一圖案化鉻層122的圖案與所述奈米碳管層120中奈米碳管的排列圖案相同；一遮蓋層130，所述遮蓋層130覆蓋於所述第一圖案化鉻層122遠離第二基板110的表面。
本發明第五實施例提供的光刻掩模板500與第四實施例提供的光刻掩模板400基本相同，其區別在於，第五實施例中，所述第一圖案化鉻層122覆蓋於所述奈米碳管層120遠離第二基板110的表面上。由於所述第一圖案化鉻層122的圖案與所述奈米碳管層120中奈米碳管的排列圖案一致且重合，從而在採用所述光刻掩模板500製備奈米微結構時，得到的奈米微結構的尺寸精度較高。
請參閱圖11，本發明第五實施例進一步提供製備所述光刻掩模板500的方法，其包括以下步驟：步驟S71，提供一第四基板101，在所述第四基板101的表面上設置一奈米碳管層120；步驟S72，在所述奈米碳管層120遠離所述第四基板101的表面沈積一金屬鉻層121，所述金屬鉻層121包括一第一圖案化鉻層122和一第二圖案化鉻層123，所述第一圖案化鉻層122沈積於奈米碳管層的奈米碳管表面，所述第二圖案化鉻層123沈積在對應於奈米碳管層空隙暴露的第四基板101的表面；步驟S73，將沈積第一圖案化鉻層122的奈米碳管層120從所述第四基板101的表面轉移至一第二基板110的表面，並使該奈米碳管層120與所述第二基板110的表面接觸設置；步驟S74，在所述第一圖案化鉻層122遠離所述第二基板110的表面上沈積一遮蓋層130。
在步驟S72中，在所述奈米碳管層120的表面沈積金屬鉻層121時，當所述金屬鉻層121的厚度小於所述奈米碳管層120的厚度時，該金屬鉻層121為非連續結構，分成間隔設置的一第一圖案化鉻層122和一第二圖案化鉻層123。其中，所述第一圖案化鉻層122僅覆蓋於奈米碳管的表面，而所述第二圖
案化鉻層123則覆蓋於第四基板101的部份表面，該部份表面對應於奈米碳管間的空隙處。
在步驟S73中，由於所述金屬鉻層121為一非連續的層狀結構，因此，表面沈積有第一圖案化鉻層122的奈米碳管層120可直接從所述第四基板101的表面脫離。同時，當所述第二圖案化鉻層與所述第四基板的結合力大於所述第二圖案化鉻層與所述第一圖案化鉻層或奈米碳管層的結合力時，在所述第一圖案化鉻層與奈米碳管層轉移後，所述第二圖案化鉻層的結構不會受到破壞並保持不變，因此，表面沈積有第二圖案化鉻層123的第四基板101也可作為光刻掩模板使用。
請參閱圖12，本發明第六實施例提供的奈米微結構的製備方法，其包括以下步驟：步驟S81，提供一第一基板150，所述第一基板150的表面上設置有一光刻膠層160；步驟S82，將一光刻掩模板600覆蓋至所述光刻膠層160的表面，所述光刻掩模板600包括一第二基板110、一奈米碳管複合結構141，以及一遮蓋層130；步驟S83，採用紫外光180照射所述光刻掩模板600，並使得該紫外光180穿過所述光刻掩模板600入射至該光刻膠層160上，對該光刻膠層160進行曝光；步驟S84，從所述光刻膠層160的表面上移除所述光刻掩模板600，對曝光後的光刻膠層進行顯影處理，得到一圖案化光刻膠奈米微結構170。
本發明第六實施例提供的奈米微結構的製備方法與第四實施例提供的奈米微結構的製備方法基本相同，其區別在於，所述光刻掩模板600中所述奈米碳管複合結構141設置於所述第二基板110的表面，所述奈米碳管複合結
構141包括一奈米碳管層120及包裹於該奈米碳管層120的一金屬鉻層121，具體地，所述金屬鉻層將所述奈米碳管層中的每一個奈米碳管完全包覆。
本發明提供的所述奈米微結構的製備方法，採用了奈米碳管和金屬鉻對紫外光的吸收較強、透過率低的特點，且奈米碳管層中包括複數微孔，當紫外光照射光刻膠時，利用奈米碳管、金屬鉻與微孔對紫外線的透過率不同，可容易製備得到圖案化的光刻膠層，繼而得到圖案化的奈米微結構；通過沈積遮蓋層將奈米碳管層固定於第二基板上作為一整體結構，當紫外光照射時作為掩模遮擋，照射結束後可整體移開，拆卸方便，並能反復使用、節約成本，相較於直接採用奈米碳管本身作為掩模更便捷簡單、可重複利用，可大面積生產製備。
請參閱圖13，本發明第六實施例提供一種光刻掩模板600，其包括：一第二基板110；一奈米碳管複合結構141，設置於所述第二基板110的表面，所述奈米碳管複合結構141包括一奈米碳管層120及包裹於該奈米碳管層120的一金屬鉻層121；一遮蓋層130，所述遮蓋層130覆蓋於所述奈米碳管複合結構141遠離第二基板110的表面。
本發明第六實施例提供的光刻掩模板600與第五實施例提供的光刻掩模板500基本相同，其區別在於，第六實施例中，所述金屬鉻層121僅包裹於所述奈米碳管層120中奈米碳管的表面上，且奈米碳管間的空隙不被金屬鉻層121掩蓋。由於金屬鉻僅包裹於奈米碳管的表面，由此形成的所述光刻掩模板600在製備奈米微結構時，得到的奈米微結構的尺寸精度較高。
請參閱圖14，本發明第六實施例進一步提供製備所述光刻掩模板600的方法，其包括以下步驟：步驟S91，提供一奈米碳管複合結構141，該奈米碳管複合結構141包括一奈米碳管層120及包裹於該奈米碳管層120表面的一金屬鉻層121；
步驟S92，提供一第二基板110，將所述奈米碳管複合結構141設置於所述第二基板110的表面上，並使所述第二基板110的部份表面暴露；步驟S93，在所述奈米碳管複合結構141遠離所述第二基板110的表面上沈積一遮蓋層130。
本發明第六實施例提供的光刻掩模板600的製備方法與第五實施例提供的光刻掩模板500的製備方法基本相同，其區別在於，第六實施例中，金屬鉻將所述奈米碳管層120中的奈米碳管的整個表面全部包裹。在使用所述光刻掩模板600製備奈米微結構時，當紫外光穿過該光刻掩模板600時會兩次穿過金屬鉻層，從而使得圖案化的結構對紫外光的吸收效果更好。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
Claims (10)
- 一種光刻掩模板，其改進在於，其包括：一基板；一奈米碳管層，所述奈米碳管層設置於所述基板的表面；一圖案化鉻層，覆蓋於所述奈米碳管層遠離所述基板的表面，且所述圖案化鉻層的圖案與所述奈米碳管層中奈米碳管的排列圖案相同；一遮蓋層，所述遮蓋層覆蓋於所述圖案化鉻層遠離所述基板的表面。
- 如請求項1所述的光刻掩模板，其中，所述基板對於紫外光的透過率大於60%。
- 如請求項1所述的光刻掩模板，其中，所述奈米碳管層為複數奈米碳管通過凡得瓦力結合形成的自支撐結構。
- 如請求項1所述的光刻掩模板，其中，所述奈米碳管層包括至少一奈米碳管膜，所述奈米碳管膜中的奈米碳管平行於所述奈米碳管膜的表面且沿同一方向延伸，在延伸方向上相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連，所述奈米碳管膜中至少部份奈米碳管平行且間隔設置。
- 如請求項4所述的光刻掩模板，其中，所述奈米碳管層包括複數層疊設置的奈米碳管膜，相鄰的兩個奈米碳管膜中奈米碳管的延伸方向成一α角度，0°<α90°。
- 如請求項1所述的光刻掩模板，其中，所述遮蓋層的材料為金、鎳、鈦、鐵、鋁、氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、氧化鉿、金屬硫化物中的一種。
- 一種採用光刻掩模板製備奈米微結構的方法，其包括以下步驟：提供一第一基板，所述第一基板的表面上設置有一光刻膠層；將一光刻掩模板覆蓋至所述光刻膠層的表面，所述光刻掩模板為請求項1-6中任一項所述的光刻掩模板；採用紫外光照射所述光刻掩模板，並使得該紫外光穿過所述基板及複合層入射至該光刻膠層上，對該光刻膠層進行曝光；對曝光後的光刻膠層進行顯影處理。
- 一種製備光刻掩模板的方法，其包括以下步驟：提供一基板，在所述基板的表面上設置一奈米碳管層；在所述奈米碳管層遠離所述基板的表面沈積一金屬鉻層，所述金屬鉻層包括一第一圖案化鉻層和一第二圖案化鉻層，所述第一圖案化鉻層沈積於奈米碳管層的奈米碳管表面，所述第二圖案化鉻層沈積在對應於奈米碳管層空隙暴露的基板的表面；將沈積第一圖案化鉻層的奈米碳管層從所述基板的表面轉移至一第二基板的表面，並使所述奈米碳管層與所述第二基板的表面接觸設置；在所述第一圖案化鉻層遠離所述第二基板的表面上沈積一遮蓋層。
- 如請求項8所述的光刻掩模板的製備方法，其中，所述金屬鉻層連續沈積於所述基板的表面，所述金屬鉻層的厚度為10-50奈米。
- 如請求項8所述的光刻掩模板的製備方法，其中，所述第二圖案化鉻層與所述基板的結合力大於所述第二圖案化鉻層與所述第一圖案化鉻層或所述奈米碳管層的結合力。
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