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压印模板及压印方法

2021-01-31 19:52:47

压印模板及压印方法

  技术领域

  本发明涉及压印技术领域,特别是指一种压印模板及压印方法。

  背景技术

  纳米压印技术具有高分辨率、工艺过程简单、超低成本、高生产率等优点,被广泛应用于LED(发光二极管)、半导体等微纳制造领域。

  现有的压印模板需要根据待制作光栅的周期线宽的具体需求来设计制作,压印模板的制作成本较高,且制作周期很长,压印模板的制备成本是限制纳米压印工艺应用的一个重大因素。

  现有技术中,压印模板制作的光栅的周期固定,线宽固定,如果要更换光栅的周期与线宽,就需要再次制备压印模板,时间与费用成本过高。

  发明内容

  本发明要解决的技术问题是提供一种压印模板及压印方法,能够制作线宽和周期可调的光栅。

  为解决上述技术问题,本发明的实施例提供技术方案如下:

  一方面,提供一种压印模板,包括:基板和设置在所述基板上的多个相互平行的微结构,沿远离所述基板的方向,所述微结构的横截面的面积与所述横截面与所述基板之间的距离负相关。

  一些实施例中,所述微结构垂直于自身延伸方向上的纵截面为三角形、梯形、半圆形或圆弧形。

  一些实施例中,所述三角形包括直角三角形和等腰三角形。

  本发明实施例还提供了一种压印方法,包括:

  涂覆步骤,在基底上涂覆一层压印胶;

  压印步骤,利用如上所述的压印模板对所述压印胶进行压印,得到压印胶图形,沿远离所述基底的方向,所述压印胶图形的横截面的面积与所述横截面与所述基底之间的距离负相关;

  第一刻蚀步骤,对压印胶图形进行整体减薄,暴露出第一区域的基底;对第一区域的基底进行刻蚀,形成第一凹槽;在刻蚀后的基底上形成填充所述第一凹槽的第一光刻胶;对压印胶图形再次进行整体减薄,暴露出第二区域的基底;对第二区域的基底进行刻蚀,形成第二凹槽;在刻蚀后的基底上形成填充所述第二凹槽的第二光刻胶;

  重复上述第一刻蚀步骤,直至所述第一区域和所述第二区域交替排布在所述基底上;

  第二刻蚀步骤,去除所述第二光刻胶,对第二区域的基底进行刻蚀,形成多个相互平行的凹槽;去除所述第一光刻胶,得到光栅。

  一些实施例中,所述基底采用金属、SiO或a-Si。

  一些实施例中,若所述基底采用SiO,对所述基底进行刻蚀的刻蚀气体为含F气体;若所述基底采用a-Si,对所述基底进行刻蚀的刻蚀气体为CH4。

  一些实施例中,所述第一光刻胶与所述第二光刻胶适用的显影液不同。

  一些实施例中,所述第一区域的线宽等于所述光栅的线宽,所述第二区域的线宽等于所述光栅的间隔,所述光栅的周期等于所述第一区域和所述第二区域的线宽之和。

  一些实施例中,若所述第一刻蚀步骤之后,所述第一区域和所述第二区域仅覆盖所述基底的第一拼接区域,所述第二刻蚀步骤之前,所述方法还包括:

  在所述基底上再次涂覆压印胶,在所述基底的第二拼接区域,重复所述压印步骤和所述第一刻蚀步骤。

  一些实施例中,所述第一拼接区域与所述第二拼接区域部分重叠。

  本发明的实施例具有以下有益效果:

  上述方案中,压印模板包括基板和设置在基板上的多个相互平行的微结构,沿远离基板的方向,微结构的横截面的面积与横截面与基板之间的距离负相关,采用该压印模板对基底上的压印胶进行压印形成压印胶图形之后,通过控制对压印胶图形进行整体减薄的程度,可以控制第一区域和第二区域的线宽,进而控制所形成的光栅的周期和线宽,制备线宽和周期可调的光栅,拓宽了纳米压印技术在大尺寸显示领域的应用。

  附图说明

  图1(a)-图1(h)为现有技术制作光栅的示意图;

  图2-图6为本发明实施例压印模板的结构示意图;

  图7-图29为本发明实施例压印方法的示意图。

  具体实施方式

  为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

  图1(a)-图1(h)为现有技术制作光栅的示意图,如图1(a)-图1(h)所示,其中,1为光栅的基底,2为压印胶,现有压印模板的周期固定,线宽固定,一块压印模板只能制作一种周期和线宽的光栅,如果要更换光栅的周期与线宽,就需要再次制备压印模板,时间与费用成本过高。

  本发明实施例提供一种压印模板及压印方法,能够制作线宽和周期可调的光栅。

  本发明实施例提供一种压印模板3,如图2-图7所示,包括:基板31和设置在所述基板31上的多个相互平行的微结构32,沿远离所述基板31的方向,所述微结构32的横截面的面积与所述横截面与所述基板31之间的距离负相关。

  其中,微结构的横截面是微结构在平行于基板方向上的横截面,微结构的横截面的面积与所述横截面与所述基板之间的距离负相关,即微结构的横截面与基板的距离越大,横截面的面积越小,微结构具有高度梯度,微结构不同区域存在不同的高度差,且存在高度差的区域要连续。

  一些实施例中,所述微结构32垂直于自身延伸方向上的纵截面为三角形、梯形、半圆形或圆弧形。一些实施例中,所述三角形包括直角三角形和等腰三角形。其中,微结构的纵截面与基板垂直。

  如图2所示,微结构32垂直于自身延伸方向上的纵截面为直角三角形;如图3所示,微结构32垂直于自身延伸方向上的纵截面为等腰三角形;如图4所示,微结构32垂直于自身延伸方向上的纵截面为梯形;如图5所示,微结构32垂直于自身延伸方向上的纵截面为半圆形;如图6所示,微结构32垂直于自身延伸方向上的纵截面为圆弧形。

  本发明实施例还提供了一种压印方法,包括:

  涂覆步骤,在基底上涂覆一层压印胶;

  压印步骤,利用如上所述的压印模板对所述压印胶进行压印,得到压印胶图形,沿远离所述基底的方向,所述压印胶图形的横截面的面积与所述横截面与所述基底之间的距离负相关;

  第一刻蚀步骤,对压印胶图形进行整体减薄,暴露出第一区域的基底;对第一区域的基底进行刻蚀,形成第一凹槽;在刻蚀后的基底上形成填充所述第一凹槽的第一光刻胶;对压印胶图形再次进行整体减薄,暴露出第二区域的基底;对第二区域的基底进行刻蚀,形成第二凹槽;在刻蚀后的基底上形成填充所述第二凹槽的第二光刻胶;

  重复上述第一刻蚀步骤,直至所述第一区域和所述第二区域交替排布在所述基底上;

  第二刻蚀步骤,去除所述第二光刻胶,对第二区域的基底进行刻蚀,形成多个相互平行的凹槽;去除所述第一光刻胶,得到光栅,所述第一区域的线宽等于所述光栅的线宽,所述第二区域的线宽等于所述光栅的间隔,所述光栅的周期等于所述第一区域和所述第二区域的线宽之和。

  本实施例中,压印模板包括基板和设置在基板上的多个相互平行的微结构,沿远离基板的方向,微结构的横截面的面积与横截面与基板之间的距离负相关,采用该压印模板对基底上的压印胶进行压印形成压印胶图形之后,通过控制对压印胶图形进行整体减薄的程度,可以控制第一区域和第二区域的线宽,进而控制所形成的光栅的周期和线宽,制备线宽和周期可调的光栅,拓宽了纳米压印技术在大尺寸显示领域的应用。

  一些实施例中,所述基底可以采用金属、SiO或a-Si。若所述基底采用SiO,对所述基底进行刻蚀的刻蚀气体为含F气体;若所述基底采用a-Si,对所述基底进行刻蚀的刻蚀气体为CH4。

  一些实施例中,所述第一光刻胶与所述第二光刻胶适用的显影液不同。

  一些实施例中,若所述第一刻蚀步骤之后,所述第一区域和所述第二区域仅覆盖所述基底的第一拼接区域,所述第二刻蚀步骤之前,所述方法还包括:

  在所述基底上再次涂覆压印胶,在所述基底的第二拼接区域,重复所述压印步骤和所述第一刻蚀步骤。

  一些实施例中,所述第一拼接区域与所述第二拼接区域部分重叠。

  下面以压印模板为图2所示的压印模板为例,结合附图对本发明的压印方法进行具体介绍:

  如图7所示,在基底1上涂覆压印胶2,利用图2所示的压印模板3进行压印;

  如图8所示,压印后得到如图8所示的压印胶图形21。

  如图9所示,对压印胶图形21进行灰化得到压印胶图形22,灰化气体可以为O2,压印胶图形21灰化使用RIE(反应性离子刻蚀)或者ICP(感应耦合等离子体刻蚀)均可,目的是让存在高度差的压印胶图形21结构整体减薄,于是压印胶图形21结构最薄部分对应的基底1暴露了出来。由于接下来要对暴露出的基底1进行刻蚀,可以简称图9-图10的过程为width(光栅的线宽)选区刻蚀。

  如图10所示,对基底1进行刻蚀,刻蚀气体根据基底1的材料选择。若基底选择SiO,则刻蚀气体选择含F气体,例如CHF3。若基底选择a-Si,则刻蚀气体选择CH4。

  如图11所示,涂覆第一光刻胶3,第一光刻胶3的材料根据压印胶的材料选择。压印胶与第一光刻胶3的选择条件为,二者对于某一刻蚀气体具有很大差异的刻蚀选择比。(比如对于某一刻蚀气体的刻蚀选择比大于10),这样在对压印胶进行灰化时,基本不会影响到第一光刻胶3;在对第一光刻胶3进行灰化时,基本不会影响到压印胶。由于此时的第一光刻胶3保护住了基底1不受刻蚀影响,可以简称图11-图12过程为width选区保护。

  如图12所示,对第一光刻胶3进行刻蚀,使得第一光刻胶3不超出基底1表面。

  图9-图10所示的步骤,压印胶灰化实现width选区刻蚀,图11-图12所示的步骤,涂覆第一光刻胶3实现width选区保护。

  如图13所示,继续对压印胶图形22进行灰化,得到压印胶图形23,此时部分基底1会暴露出来。

  如图14所示,对基底1进行刻蚀,可以采用如图9所示相同的刻蚀气体对基底1进行刻蚀,图13-图14过程为space(光栅的间隔)选区刻蚀。

  如图15所示,涂覆第二光刻胶4,第二光刻胶4与第一光刻胶3适用的显影液不同。压印胶与第二光刻胶4的选择条件为,二者对于某一刻蚀气体具有很大差异的刻蚀选择比(比如对于某一刻蚀气体的刻蚀选择比大于10),这样在对压印胶进行灰化时,基本不会影响到第二光刻胶4;在对第二光刻胶4进行灰化时,基本不会影响到压印胶。

  如图16所示,灰化第二光刻胶4,使得第二光刻胶4不超出基底1表面。图15-图16过程为space选区保护。

  之后只需重复width的选区刻蚀与选区保护,space的选区刻蚀与选区保护这些步骤即可。如图17所示,所有步骤重复完毕,基底1上第一光刻胶3和第二光刻胶4交替排布。

  如图18所示,去除第二光刻胶4,第一光刻胶3和第二光刻胶4可用不同的溶剂清洗。

  如图19所示,对未被第二光刻胶4覆盖的基底1进行刻蚀。

  如图20所示,去除第一光刻胶3,之后即可形成光栅。

  使用本发明的压印模板可以制备线宽周期可调的光栅,重点在于对压印胶图形灰化时间的控制,压印胶图形的灰化时间决定了最终光栅的width与space,于是最终光栅的周期也就决定了。本发明压印模板的周期=N×最终光栅的(space+width),其中,N为正整数。

  本实施例的压印模板结合不同的压印胶图形的灰化时间可以实现width与space的选区保护与选区刻蚀可调。当需要大线宽的光栅时,加长width区灰化时间;当需要小线宽的光栅时,减短width区灰化时间,从而实现光栅的线宽可调。光栅的Space可调原理同上。光栅周期由线宽width与space决定,线宽与space可调,于是光栅的周期也可以实现调控。

  本实施例的压印模板的制备可采用电子束直写实现。

  本实施例的技术方案可以制作金属光栅,只要基底1采用金属即可。在不同的显示场景中,对金属光栅的要求不一样,例如在金属光栅作为偏振片时需要高偏振度,于是width+space越小越好;然而将其用于透射显示时,随着width+space降低又会带来透过率下降的问题,此时需要width+space越大越好;将其用于反射显示时,又需要大width,小space的光栅结构。不同的应用场景使用不同的光栅,本发明的压印模板可以制备满足不同场合需要的光栅。

  本实施例的技术方案除利用一块压印模板结合不同的选区灰化时间,实现周期线宽可调的光栅结构的制备之外。还可以实现大尺寸的光栅的无缝拼接。

  如图21所示,在第一拼接区域利用压印模板3对压印胶2进行压印。

  如图22所示,重复图9-图17的步骤在第一拼接区域形成交替排布的第一光刻胶3和第二光刻胶4。

  如图23所示,剥离压印胶2。可以采用干刻的方式去除压印胶2,如果采用溶剂除胶方式要同时防止第一光刻胶3和第二光刻胶4被剥离。

  如图24所示,再次涂覆压印胶2,在第二拼接区域利用压印模板3对压印胶2进行压印。压印时必须保证第一拼接区域与第二拼接区域重叠,重叠部分的大小无要求。

  如图25所示,灰化第二拼接区域的压印胶2。由于压印胶的刻蚀气体(O2)与光刻胶的刻蚀气体(Cl2,SF6)不同,压印胶灰化时光刻胶并不会受到影响,所以第一拼接区域与第二拼接区域的重叠部分结构并不会受到影响。

  如图26和图28所示,重复图9-图17的步骤在第二拼接区域形成交替排布的第一光刻胶3和第二光刻胶4。之后重复图18-图20的步骤,利用图26所示的结构可以得到如图27所示的光栅;利用图28所示的结构可以得到如图29所示的光栅。

  为了保证无拼接缝存在,在拼接处会出现单根光栅过宽(如图27所示)或者过窄(如图29所示)的缺陷,该缺陷的尺度与目标光栅的宽度近似,远小于目前微米级别的拼接技术,实现了无缝拼接。

  上述实施例以存在两个拼接区域(第一拼接区域和第二拼接区域)为例进行说明,在实际应用中,还可以实现更多拼接区域比如三个拼接区域、四个拼接区域或更多个拼接区域的无缝拼接,即可获得大尺寸无缝的光栅。本发明的压印模板可以把拼接缺陷的尺度缩小到光栅宽度的数量级上面,使得肉眼无法观察到该拼接缺陷,将纳米压印技术推广到更大面积的显示应用上。

  在本发明各方法实施例中,所述各步骤的序号并不能用于限定各步骤的先后顺序,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,对各步骤的先后变化也在本发明的保护范围之内。

  需要说明,本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其,对于实施例而言,由于其基本相似于产品实施例,所以描述得比较简单,相关之处参见产品实施例的部分说明即可。

  除非另外定义,本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同,而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接,而是可以包括电性的连接,不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系,当被描述对象的绝对位置改变后,则该相对位置关系也可能相应地改变。

  可以理解,当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时,该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”,或者可以存在中间元件。

  在上述实施方式的描述中,具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

  以上所述,仅为本公开的具体实施方式,但本公开的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此,本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

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