一种基于纳米粒子单层阵列的光刻掩膜制造方法技术

一种基于纳米粒子阵列的光刻掩膜的制造方法，利用喷墨打印可控的水滴阵列，在水滴阵列表面分别对准喷打所需不同直径纳米粒子阵列，纳米粒子分散液与水滴不互溶，在水滴表面上形成纳米粒子单层膜，加热干燥后形成纳米粒子单层阵列，然后将纳米粒子单层阵列转移至柔性透明基底；通过调控不同位置水滴表面喷墨打印的纳米粒子胶体材料和直径，形成制造复杂微纳结构阵列多尺寸的基于纳米粒子单层阵列的光刻掩膜；本发明专利技术通过喷墨打印定域制造不同直径的纳米粒子单层阵列组合，突破了纳米粒子阵列掩膜只能制造单一形貌结构的限制，形成了工艺简单、高效，可控的纳米粒子单层阵列制造技术。术。术。

【技术实现步骤摘要】
一种基于纳米粒子单层阵列的光刻掩膜制造方法


[0001]本专利技术属于微纳米结构光刻加工
，具体涉及一种基于纳米粒子单层阵列的光刻掩膜制造方法。

技术介绍

[0002]阵列化纳米结构在如数据存储、光伏、储能、压电和传感等功能器件的制造领域得到广泛应用，纳米阵列结构的制造方法包括激光加工、电子束刻蚀、聚焦离子束刻蚀、微接触压印技术和光刻技术等，其中光刻技术以其制造效率高、稳定性好以及工艺成本低等优点而得到最广泛的应用。光刻技术中利用掩膜将入射光投影在光刻胶，经显影后在光刻胶上形成纳米结构，掩膜对入射光的投影约束难以制造出具有三维形貌的纳米阵列结构。
[0003]科学家们利用纳米粒子对光场的调控作用，提出以介电纳米粒子单层阵列为掩膜的光刻技术(ACS Appl.Mater.Interfaces 2014,6,20837
‑
20841，doi.org/10.1021/am505221g)，实现了光刻胶层的复杂三维纳米结构直接的制造。然而，纳米粒子掩膜的制造方法目前仅局限于单一纳米粒子的大面积单层阵列成形，难以制造具有多种纳米粒子单层阵列组合形成的复杂光刻掩膜，限制了纳米粒子单层阵列掩膜在纳米器件中制造工艺中的广泛应用。为此，需要发展一种可以简单可控实现多种纳米粒子单层阵列定域排布的复杂掩膜制造方法，助力三维纳米阵列结构的高效制造。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供了一种基于纳米粒子单层阵列的光刻掩膜制造方法，通过喷墨打印定域制造不同直径的纳米粒子单层阵列组合，突破了纳米粒子阵列掩膜只能制造单一形貌结构的限制，形成了工艺简单、高效，可控的纳米粒子单层阵列制造技术。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0006]一种基于纳米粒子阵列的光刻掩膜的制造方法，利用喷墨打印可控的水滴阵列，在水滴阵列表面分别对准喷打所需不同直径纳米粒子阵列，纳米粒子分散液与水滴不互溶，在水滴表面上形成纳米粒子单层膜，加热干燥后形成纳米粒子单层阵列，然后将纳米粒子单层阵列转移至柔性透明基底；通过调控不同位置水滴表面喷墨打印的纳米粒子胶体材料和直径，形成制造复杂微纳结构阵列多尺寸的基于纳米粒子单层阵列的光刻掩膜。
[0007]一种基于纳米粒子阵列的光刻掩膜的制造方法，包括以下步骤：
[0008]1)制备介电纳米粒子胶体墨水；
[0009]2)将基底清洗干净，进行基底表面的疏水处理；
[0010]3)在基底疏水表面进行阵列图形区域内的亲水处理；
[0011]4)以超纯水作为打印墨水，利用喷墨打印机在基底表面的亲水阵列图形区域内进行水滴打印；
[0012]5)以步骤1)制备的介电纳米粒子胶体墨水为打印墨水，在水滴表面喷墨打印介电
纳米粒子胶体墨水，在水滴表面形成纳米粒子单层膜；
[0013]6)对基底加热，待水滴和介电纳米粒子胶体墨水中的分散液完全蒸发，形成纳米粒子单层阵列；
[0014]7)将纳米粒子单层阵列转移至柔性薄膜表面，形成基于纳米粒子单层阵列的光刻掩膜。
[0015]所述的步骤1)中纳米粒子的材料为二氧化硅、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等，纳米粒子形状为球形或球形核壳结构，粒子胶体的分散液为正丁醇、环己烷、正己烷、苯、甲苯、正庚烷、异辛烷等，纳米粒子的直径为300～1200nm，粒子质量分数为8～20％。
[0016]所述的步骤2)中基底的材料为表面平整的玻璃、金属和塑料聚合物，疏水处理过的基底表面接触角θ1满足θ1≥100
°
；
[0017]所述的步骤3)中亲水处理过的阵列图形区域表面接触角θ2满足θ2≤60
°
；
[0018]所述的步骤4)水滴打印中水滴在亲水阵列图形区域单元内铺满后的面积S≥5mm
×
5mm；
[0019]所述的步骤5)中喷墨打印机多喷头在水滴阵列中不同位置的水滴表面喷打不同材料和直径的介电纳米粒子胶体墨水，纳米粒子单层膜的总面积与液滴底面积的比例K满足0.8≤K≤1.2；
[0020]所述的步骤6)中利用热板对基底加热，加热时间为2～6min，热板温度为50～90℃；
[0021]所述的步骤7)中在纳米粒子单层阵列表面涂覆聚二甲基硅氧烷(PDMS)固化后形成厚度为3～8mm的薄膜作为均匀稳定的透明柔性基底，将纳米粒子单层阵列转移至PDMS薄膜中形成光刻掩膜。
[0022]和现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0023]常规的掩膜光刻工艺，只能得到复刻掩膜的准三维结构，很难制造在垂直掩膜方向上结构变化的三维结构。本专利技术利用喷墨打印工艺定域制造多尺寸纳米粒子单层阵列，并将纳米粒子单层阵列转移至柔性透明基底形成光刻掩模，纳米粒子单层阵列掩膜可以调控透射光场的能量分布，可以在光刻胶层中直接制造出复杂三维结构，而且有望形成可以突破衍射极限的可分辨光刻结构；此外，由于纳米粒子单层阵列结构光刻掩膜基于柔性薄膜，容易与光刻胶表面，特别是微曲基底的光刻胶表面，形成紧密贴合，提高光刻工艺的均匀性和稳定性。
附图说明
[0024]图1为本专利技术表面平整光滑的基底示意图。
[0025]图2为本专利技术基底表面疏水处理的示意图。
[0026]图3为本专利技术表面图形化亲水处理的基底示意图。
[0027]图4为本专利技术基底亲水区域内打印水滴阵列的示意图。
[0028]图5为本专利技术在水滴表面对准打印纳米粒子胶体的示意图。
[0029]图6为本专利技术水滴表面形成不同纳米粒子单层膜阵列示意图。
[0030]图7为本专利技术定域多尺寸纳米粒子单层阵列示意图。
[0031]图8为本专利技术基于纳米粒子单层阵列的柔性掩膜示意图。
[0032]图9为入射光365nm的紫外光通过直径400nm聚苯乙烯球形粒子阵列掩膜后，在EPG533光刻胶基底表面的电场分布。
[0033]图10为入射光365nm的紫外光通过直径400nm聚苯乙烯球形粒子阵列掩膜后在EPG533光刻胶层的光刻结构图。
具体实施方式
[0034]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0035]一种基于纳米粒子阵列的光刻掩膜的制造方法，包括以下步骤：
[0036]1)选择直径为400nm的聚苯乙烯球形粒子以质量分数11％分散于正丁醇中，形成均匀稳定的纳米粒子胶体墨水；
[0037]2)参照图1，以厚度为1mm的载玻片作为基底1，并依次采用丙酮、乙醇和去离子水进行超声清洗，氮气吹干并在150℃鼓风干燥箱中干燥1h；参照图2，使用等离子化学沉积方法在基底1表面沉积C4F8薄膜，得到疏水表面2，疏水处理过的基底表面接触角θ1为12本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于纳米粒子阵列的光刻掩膜的制造方法，其特征在于：利用喷墨打印可控的水滴阵列，在水滴阵列表面分别对准喷打所需不同直径纳米粒子阵列，纳米粒子分散液与水滴不互溶，在水滴表面上形成纳米粒子单层膜，加热干燥后形成纳米粒子单层阵列，然后将纳米粒子单层阵列转移至柔性透明基底；通过调控不同位置水滴表面喷墨打印的纳米粒子胶体材料和直径，形成制造复杂微纳结构阵列多尺寸的基于纳米粒子单层阵列的光刻掩膜。2.一种基于纳米粒子阵列的光刻掩膜的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：1)制备介电纳米粒子胶体墨水；2)将基底清洗干净，进行基底表面的疏水处理；3)在基底疏水表面进行阵列图形区域内的亲水处理；4)以超纯水作为打印墨水，利用喷墨打印机在基底表面的亲水阵列图形区域内进行水滴打印；5)以步骤1)制备的介电纳米粒子胶体墨水为打印墨水，在水滴表面喷墨打印介电纳米粒子胶体墨水，在水滴表面形成纳米粒子单层膜；6)对基底加热，待水滴和介电纳米粒子胶体墨水中的分散液完全蒸发，形成纳米粒子单层阵列；7)将纳米粒子单层阵列转移至柔性薄膜表面，形成基于纳米粒子单层阵列的光刻掩膜。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的步骤1)中纳米粒子的材料为二氧化硅、聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯，纳米粒子形状为球形或球形核壳结构，粒子胶体的分散液为正丁醇、环己...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨欢，韩一平，崔志伟，汪加洁，赵文娟，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：