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一种蜡纸掩模及其制备方法

阅读：937发布：2020-05-15

专利汇可以提供一种蜡纸掩模及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种蜡纸掩模的制备方法及其应用，本发明通过将重均分子量为50000～950000的聚甲基丙烯酸甲酯在曝光剂量为210～430μC/cm2的条件下曝光，然后定影，显影得到蜡纸掩模，使得制备得到的蜡纸掩膜在一次性成型的同时，该掩膜同时含有用于纳米颗粒成型的含孔隙的薄膜层以及含较大腔体的支撑层，且支撑层中的空腔位于孔的下方，且空腔的横截面积大于孔隙的横截面积，进而使得该掩膜与衬底能够紧密结合，用于纳米颗粒的成型时，有效降低晕影效应。，下面是一种蜡纸掩模及其制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种蜡纸掩模的制备方法，包括：
对涂覆聚甲基丙烯酸甲酯的样品曝光、显影以及定影，得到蜡纸掩膜，所述聚甲基丙烯酸甲酯的重均分子量为50000～950000；
2
所述曝光的曝光剂量为210～430μC/cm。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述涂覆聚甲基丙烯酸甲酯的样品按照以下方法制备：
在衬底上涂覆聚甲基丙烯酸甲酯溶液，得到涂覆聚甲基丙烯酸甲酯的样品，所述聚甲基丙烯酸甲酯的溶液为聚甲基丙烯酸甲酯的有机溶液，
所述有机溶剂为氯仿和甲醚中的一种或两种。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述聚甲基丙烯酸甲酯溶液中聚甲基丙烯酸甲酯的质量百分含量为1wt％～9wt％。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述涂覆的方式为旋涂。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述旋涂的转速为2000～6000rpm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述涂覆聚甲基丙烯酸甲酯的样品中聚甲基丙烯酸甲酯的厚度为0.1～1.5微米。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述曝光为电子束曝光。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述显影的时间为30秒～120秒。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述定影的时间为30秒～120秒。
10.一种蜡纸掩膜，由权利要求1～9任意一项所述的制备方法制备得到。

说明书全文

一种蜡纸掩模及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于纳米技术领域，尤其涉及一种蜡纸掩模及其制备方法。

背景技术

[0002] 蜡纸印刷术是一种广泛使用的制备微纳结构的技术。它通常使用一层开孔的薄膜作为沉积掩膜，通过薄膜表面的孔隙形貌决定透过的纳米颗粒沉积形成与孔隙形貌相同的纳米结构。蜡纸印刷术具备诸多其它微纳加工手段所不具备的优点：例如不需要使用光刻胶；掩膜可以重复使用；可以用来加工多层结构等。正是由于这些显著的优势使得蜡纸印刷术在现有的科学研究和工业生产中都有着重要的研究前景。

[0003] 但是，目前公开的蜡纸印刷术由于掩膜和衬底之间的固有间隙而产生晕影效应，进而影响得到的纳米结构的物性，即当蜡纸掩膜和衬底接触时，由于宏观表面的局部不平整，使得掩膜和衬底之间总是存在约10微米左右的空隙，此时当纳米颗粒通过掩膜孔隙沉积到衬底表面时，由于针孔效应的存在，实际得到的图形就会有明显的展宽从而影响最终我们得到的纳米结构的物性。此外，蜡纸印刷术在应用过程中还存在诸如掩膜孔隙被堵塞，蜡纸掩膜机械强度不够容易破裂等问题，因而发展新的蜡纸掩膜仍然是当前微纳加工领域重要的研究方向之一。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供蜡纸掩模及其制备方法，本发明提供的蜡纸掩模应用于蜡纸印刷术时，能够显著降低晕影效应。

[0005] 本发明提供了一种蜡纸掩模的制备方法，包括：

[0006] 对涂覆聚甲基丙烯酸甲酯的样品曝光、显影以及定影，得到蜡纸掩膜，[0007] 所述聚甲基丙烯酸甲酯的重均分子量为50000～950000；

[0008] 所述曝光的曝光剂量为210～430μC/cm2。

[0009] 优选的，所述涂覆聚甲基丙烯酸甲酯的样品按照以下方法制备：

[0010] 在衬底上涂覆聚甲基丙烯酸甲酯溶液，得到涂覆聚甲基丙烯酸甲酯的样品，[0011] 所述聚甲基丙烯酸甲酯的溶液为聚甲基丙烯酸甲酯的有机溶液，[0012] 所述有机溶剂为氯仿和甲醚中的一种或两种。

[0013] 优选的，所述聚甲基丙烯酸甲酯溶液中聚甲基丙烯酸甲酯的质量百分含量为1wt％～9wt％。

[0014] 优选的，所述涂覆的方式为旋涂。

[0015] 优选的，所述旋涂的转速为2000～6000rpm。

[0016] 优选的，所述涂覆聚甲基丙烯酸甲酯的样品中聚甲基丙烯酸甲酯的厚度为0.1～1.5微米。

[0017] 优选的，所述曝光为电子束曝光、深紫外曝光、极紫外曝光或X射线曝光。

[0018] 优选的，所述显影的时间为30秒～120秒。

[0019] 优选的，所述定影的时间为30秒～120秒。

[0020] 本发明提供了一种蜡纸掩膜，由本发明提供的蜡纸掩模的制备方法制备得到。

[0021] 与现有技术相比，本发明提供了一种蜡纸掩模的制备方法，通过将重均分子量为2
50000～950000的聚甲基丙烯酸甲酯在曝光剂量为210～430μC/cm的条件下曝光，然后定影，显影得到蜡纸掩模，使得制备得到的蜡纸掩膜在一次性成型的同时，该掩膜同时含有用于纳米颗粒成型的含孔隙的薄膜层以及含腔体较大的支撑层，且支撑层中的空腔位于孔的下方，且空腔的横截面积大于孔隙的横截面积，进而使得该掩膜与衬底能够紧密结合，其中，含空腔的支撑层充当了微间隔间隙，且该支撑层的厚度小于整个蜡纸掩模的厚度，可以低至1微米，所以用于纳米颗粒的成型时，可以明显减小晕影效应。
附图说明

[0022] 图1为蜡纸掩模在不同的处理步骤中的结构示意图；

[0023] 图2为本发明实施例1制备得到的蜡纸掩模背向的SEM图；

[0024] 图3为使用本发明实施例1制备得到的蜡纸掩模进行纳米蜡纸印刷沉积得到的纳米图案的SEM图；

[0025] 图4为本发明实施例2制备得到的蜡纸掩模背向的SEM图。

具体实施方式

[0026] 本发明提供了一种蜡纸掩模的制备方法，包括：

[0027] 对涂覆聚甲基丙烯酸甲酯的样品曝光、显影以及定影，得到蜡纸掩膜，[0028] 所述聚甲基丙烯酸甲酯的重均分子量为50000～950000；

[0029] 所述曝光的曝光剂量为210～430μC/cm2。

[0030] 按照本发明，对涂覆聚甲基丙烯酸甲酯的样品曝光、显影以及定影，得到蜡纸掩膜；

[0031] 其中，所述聚甲基丙烯酸甲酯的重均分子量优选为50000～950000，更优选100000～800000，最优选为450000～600000，最优选为495000～550000；所述涂覆聚甲基丙烯酸甲酯的样品中聚甲基丙烯酸甲酯的厚度优选为1～5微米，更优选为1.2～2微米。

[0032] 所述曝光优选为电子束曝光、深紫外曝光、极紫外曝光或X射线曝光，更优选为2 2
电子束曝光；所述曝光剂量优选为210～430μC/cm，更优选为250～380μC/cm，最优
2
选为300～350μC/cm；当曝光为电子束曝光时，所述电子束的加速电压优选为10KeV～
20KeV；

[0033] 本发明所述涂覆聚甲基丙烯酸甲酯的样品优选按照以下方法制备：

[0034] 在衬底上涂覆聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶液，得到涂覆聚甲基丙烯酸甲酯的样品；其中，本发明对衬底材料的种类没有特殊限定，本领域技术人员公知的可以应用于制备纳米间隙的衬底材料均可，本发明优选为二氧化硅和硅的复合衬底；所述衬底的厚度优选为100nm～1μm，更优选为200nm～800nm，最优选为300nm～500nm；所述聚甲基丙烯酸甲酯的溶液优选为聚甲基丙烯酸甲酯的有机溶液；所述有机溶剂优选为氯仿和甲醚中的一种或两种；所述聚甲基丙烯酸甲酯溶液中聚甲基丙烯酸甲酯的质量百分含量为1wt％～9wt％，更优选为4wt％～6wt％。

[0035] 本发明对涂覆的方式没有特殊限定，本领域公知的涂覆方式均可，本发明优选采用旋涂法将聚甲基丙烯酸甲酯溶液旋涂在衬底上，其中，旋涂的转速优选为2000～6000转/秒，更优选2000转/秒；本发明还包括将涂有聚甲基丙烯酸甲酯的样品烘干，其中烘干的温度优选为170-220℃，更优选180℃，烘干的时间优选为1～5分钟，更优选4分钟。

[0036] 按照本发明，所述显影中，显影时间优选为30秒～120秒，更优选为60秒～90秒；所述定影中，定影时间优选为30秒～120秒，更优选为60秒～80秒。

[0037] 此外，在曝光过中，本发明对曝光区域的选择并没有特殊的限制，本领域技术人员可以根据所需图案根据本领域的公知常识选择曝光区域。

[0038] 按照本发明，本发明还可以将定影后得到的蜡纸掩模与衬底脱离，脱离方式为通过水解将蜡纸掩模与衬底脱离，所述水解在碱性环境下进行，优选的，水解环境的pH值优选为11～14；提供碱性环境的碱为氢氧化钠或氢氧化钾。

[0039] 按照本发明，水解完毕后，本发明还包括将水解得到的蜡纸掩模用去离子水清洗，除去掩模表面残留的氢氧化钠溶液。

[0040] 本发明还提供了一种用本发明提供的方法制备的蜡纸掩模；其中，所述蜡纸掩膜同时具有用于纳米颗粒成型的含孔隙的层以及用于支撑含孔隙的层的支撑层，该支撑层中含有空腔，且支撑层中的空腔位于孔的下方，空腔水平方向的横截面积大于孔的横截面积。具有该结构的蜡纸掩膜用于纳米颗粒的成型时，不会产生晕影效应；具体的，该蜡纸掩模的结构示意图见图1，图1为蜡纸掩模在不同的处理步骤中的结构示意图；具体的，图1中，a为经过显影定影后得到的蜡纸掩膜，b为脱离衬板的蜡纸掩模，c为使用蜡纸掩膜进行蜡纸印刷术的图形制备图。d为a图所述的蜡纸掩模的截面图，从图d可以看出，本发明所述的蜡纸掩模包含有用于纳米离子成型的含孔隙的层以及含孔隙层的下方的含有圆台结构的支撑层，且圆台的上表面的表面积大于孔的截面积，该圆台结构的截面为梯形，且需要指出的是，含孔隙的层与支撑层是一体的，在本发明中是通过使用聚甲基丙烯酸甲酯一次性成型实现的，只是为了描述的需要定义成两层。

[0041] 本发明提供的蜡纸掩模的制备方法，通过将重均分子量为50000～950000的聚甲2
基丙烯酸甲酯在曝光剂量为210～430μC/cm的条件下曝光，然后定影，显影得到蜡纸掩模，使得制备得到的蜡纸掩膜在一次性成型的同时，该掩膜同时含有用于纳米颗粒成型的含孔隙的层以及用于支撑含孔隙的层的支撑层，该支撑层中含有空腔，且支撑层中的空腔位于孔的下方，且空腔的横截面积大于孔隙的横截面积，进而使得该掩膜与衬底能够紧密结合，含空腔的支撑层充当了微间隔区域，该支撑层的厚度小于整个蜡纸掩模的厚度，可以低至1微米，所以用于纳米颗粒的成型时，基本不会产生晕影效应。

[0042] 下面将结合本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

[0043] 实施例1

[0044] 将Si和SiO2组成的复合衬底(其中，Si片的晶格取向为111，SiO2层的厚度为300纳米)切割成1cm×1cm的小块，通过丙酮、无水乙醇、去离子水分别超声五分钟，氮气吹干备用，得到衬底。

[0045] 在衬底上以4000rmp的速度旋涂重均分子量为950000的PMMA 671.06的氯仿溶液(PMMA的质量百分浓度为6wt％)，热台180℃烘胶4分钟，得到厚度为1.2微米的涂覆聚甲基丙烯酸甲酯的样品。

[0046] 将旋涂有PMMA的样品放入电子束曝光机(Raith e_Line)中，在15KV的加速电压2
下，以300μC/cm的剂量，25.6nm的最小步距曝光得到预先设计的图形，显影90秒，定影一分钟，得到含有衬底的蜡纸掩模；此时曝光得到的PMMA光刻胶图形为的切面为图1-d中所示的形状；

[0047] 将含有衬底的蜡纸掩模浸没于1mol/L的KOH溶液中，85摄氏度浸泡10分钟，带有纳米孔隙的PMMA薄膜从衬底表面脱离形成独立的薄膜，使用大量去离子水清洗薄膜表面残余的KOH溶液，得到脱离衬底的蜡纸掩模。

[0048] 通过用扫描电镜对得带的蜡纸掩模进行观察，结果见图2，图2为本发明实施例1制备得到的蜡纸掩模背向的SEM图，从图中可以看出，蜡纸掩模的椭圆形孔下方有个底面为椭圆形的空腔。

[0049] 将得到的蜡纸掩膜应用于纳米粒子的成型，结果见图3，图3为使用本发明实施例1制备得到的蜡纸掩模进行纳米蜡纸印刷沉积得到的纳米棒的SEM图，从图中可以看中，通过使用本发明实施例制备的纳米掩膜来制备得到的纳米棒的结构几乎没有明显的尺寸扩展，远小于周围腔体的尺寸。

[0050] 实施例2

[0051] 将Si和SiO2组成的复合衬底(其中，Si片的晶格取向为111，SiO2层的厚度为300纳米)切割成1cm×1cm的小块，通过丙酮、无水乙醇、去离子水分别超声五分钟，氮气吹干备用，得到衬底。

[0052] 在衬底上以4000rmp的速度旋涂重均分子量为950000的PMMA 671.06的氯仿溶液(PMMA的质量百分浓度为6wt％)，热台180℃烘胶4分钟，得到厚度为1.2微米的涂覆聚甲基丙烯酸甲酯的样品。

[0053] 将旋涂有PMMA的样品放入电子束曝光机(Raith e_Line)中，在15KV的加速电压2
下，以430μC/cm的剂量，25.6nm的最小步距曝光得到预先设计的图形，显影90秒，定影一分钟，得到含有衬底的蜡纸掩模；此时曝光得到的PMMA光刻胶图形为的切面为图1-d中所示的形状；

[0054] 将含有衬底的蜡纸掩模浸没于1mol/L的KOH溶液中，85摄氏度浸泡10分钟，带有纳米孔隙的PMMA薄膜从衬底表面脱离形成独立的薄膜，使用大量去离子水清洗薄膜表面残余的KOH溶液，得到脱离衬底的蜡纸掩模。

[0055] 通过用扫描电镜对得带的蜡纸掩模进行观察，结果见图4，图4为本发明实施例2制备得到的蜡纸掩模背向的SEM图，从图中可以看出，蜡纸掩模的椭圆形孔下方有个底面为圆形的空腔。

[0056] 以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

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