CN101261331B - 基于纳米压印技术的自支撑透射金属光栅制备方法 - Google Patents
基于纳米压印技术的自支撑透射金属光栅制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101261331B CN101261331B CN2008100239110A CN200810023911A CN101261331B CN 101261331 B CN101261331 B CN 101261331B CN 2008100239110 A CN2008100239110 A CN 2008100239110A CN 200810023911 A CN200810023911 A CN 200810023911A CN 101261331 B CN101261331 B CN 101261331B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- grating
- metal
- substrate
- adopt
- metallic film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 97
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 97
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims abstract description 28
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 58
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 44
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims abstract description 27
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims abstract description 21
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 34
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 22
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 19
- 238000004049 embossing Methods 0.000 claims description 17
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 14
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 14
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims description 13
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 12
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 11
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 9
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 9
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 9
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 8
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 8
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 6
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 6
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 claims description 6
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 6
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 6
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 claims description 6
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims description 6
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 5
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N chlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1 MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 4
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 4
- ZNQVEEAIQZEUHB-UHFFFAOYSA-N 2-ethoxyethanol Chemical compound CCOCCO ZNQVEEAIQZEUHB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 3
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 claims description 3
- 238000009281 ultraviolet germicidal irradiation Methods 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 10
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 abstract 1
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical compound N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 4
- 230000004304 visual acuity Effects 0.000 description 4
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 3
- SRCZENKQCOSNAI-UHFFFAOYSA-H gold(3+);trisulfite Chemical compound [Au+3].[Au+3].[O-]S([O-])=O.[O-]S([O-])=O.[O-]S([O-])=O SRCZENKQCOSNAI-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 3
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 238000001015 X-ray lithography Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 2
- 238000000025 interference lithography Methods 0.000 description 2
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- VYWYYJYRVSBHJQ-UHFFFAOYSA-N 3,5-dinitrobenzoic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC([N+]([O-])=O)=CC([N+]([O-])=O)=C1 VYWYYJYRVSBHJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LXAHHHIGZXPRKQ-UHFFFAOYSA-N 5-fluoro-2-methylpyridine Chemical compound CC1=CC=C(F)C=N1 LXAHHHIGZXPRKQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005305 interferometry Methods 0.000 description 1
- 238000003771 laboratory diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
Abstract
本发明涉及一种基于纳米压印技术制备的，用于深紫外线、软X射线和物质粒子衍射的高密度、自支撑透射金属光栅，金属光栅的线密度＞2000条/毫米，光栅无衬底支撑，光栅金属线条间是镂空的，金属线条由足够强度、较大周期(1～40微米)的金属网络结构支撑，构成光栅的金属材料是金。其制作步骤：1)纳米压印技术、反应离子刻蚀工艺、电化学镀膜工艺在衬底上制备高密度金属光栅；2)光刻工艺和电化学镀膜工艺制备大周期金属网络支撑结构；3)化学刻蚀方法除去衬底使光栅镂空；4)聚焦离子束技术对透射光栅在制作过程中产生的局部缺陷进行修复。本发明以纳米压印技术制备光栅结构，制作方法便捷可靠、大幅度降低了制作成本。
Description
技术领域
本发明属于纳米尺度结构器件以及微纳加工技术制作纳米尺度结构器件领域，具体是制备一种基于纳米压印技术的自支撑透射金属光栅及制备方法，应用于核聚变探测、空间探测等领域。
背景技术
高分辨率(光栅线数＞2000线/毫米)自支撑透射金属光栅是深紫外和软X射线波段，以及原子束、中子束等物质粒子射线中关键的色散元件。当前它最重要的应用领域就是在激光惯性约束核聚变等离子体诊断；X射线激光实验诊断和X射线天体物理学等领域中的光谱测量。由于原子或“物质波”干涉测量法有多种潜在的基础研究和实际应用前景，也引起了人们的极大兴趣，原子束干涉的关键元件是周期在200nm以下的自支撑透射光栅。随着当代科学技术的迅猛发展，它已经开始应用于高密度存储器、平面显示器的发射阵列等民用领域以及激光制导等尖端军事领域。自支撑透射金属光栅的特征是光栅无衬底支撑，光栅金属线条是悬空的，光栅线条间是镂空的，因而避免了对软X射线和物质射线的吸收。光栅的金属细线条由足够强度、较大周期的金属网络结构支撑，避免细小的光栅金属线条由于机械强度不够发生扭曲、断裂、并拢等现象。光栅的色散与其线密度成正比，光栅周期愈短，单位长度光栅线数愈多，线密度愈高，光栅的分辨率愈高，性能愈好。当前实际应用于制备高分辨率自支撑透射金属光栅的方法主要是由美国麻省理工学院纳米结构实验室的H.I.Smith教授研究小组发明的全息干涉光刻技术，它通过干涉光束所产生的一系列明暗相间的光栅条纹在光刻胶上曝光、显影而获得凹凸式光栅图形，条纹的周期由干涉光束的夹角和波长决定，采用短波长的干涉光源就可以获得小周期结构的光栅图形，结合光刻、反应离子刻蚀，电子束蒸发镀膜、电化学镀膜等工艺制备出高分辨率的自支撑光栅。
目前国内外实用的自支撑光栅的光栅图案都是采用干涉光全息光刻技术制备的，但是干涉光全息光刻系统的成本昂贵，特别是采用短波长激光(248nm、193nm)为光源的光刻系统更加复杂、昂贵，同时制备小尺寸纳米图案的光刻工艺复杂、条件苛刻，影响图案质量的因素很多如基片材料的对光的反射性能、光刻胶的性质、光刻胶厚度、曝光强度与曝光量、显影液浓度和温度、显影时间等等。当前科研工作中制备纳米结构普遍采用的电子束光刻法虽然能够获得小周期(＜100nm)的光栅图案，但电子束书写图案的时间长，成本高，且只能制备小面积的结构图案，无法用于批量制作。
纳米压印技术是二十世纪九十年代中期发展起来的一项纳米微加工技术，它的工作原理是，将具有凸凹纳米结构的模板通过一定的压力，压入加热熔融的高分子薄膜或紫外光固化材料内、待高分子材料冷却固化或紫外光固化、纳米结构定型后移去模板，然后通过等离子刻蚀等标准的微电子加工手段把纳米结构进一步转移至基片上。纳米压印技术以高分子材料的模压技术为基础，是一种简单、可靠、成本便宜的纳米结构制备方法，特别适于大面积、高分辨率、规整结构的纳米图案制作，例如高分辨率的条纹型光栅图案。
200610003067.6“一种高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作方法”公开了一种X射线衍射光学元件—高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作方法，步骤如下：1.在自支撑X射线掩模衬基上淀积薄铬薄金层；2.在薄铬薄金层表面上甩电子束光刻胶，得到光栅图形；3.所得片子放在电镀液中电镀出X射线掩模吸收体金图形；4.所得片子去除电子束光刻胶；5.再去除电子束光刻胶图形下的薄铬薄金层；6.玻璃上旋涂聚酰亚胺，并固化；7.在聚酰亚胺表面上淀积金；8.在金表面旋涂X射线光刻胶，完成的高分辨率光栅X射线掩模进行X射线光刻并显影；9.对X射线光刻后的片子进行金去除；10.去除聚酰亚胺；11.去除X射线光刻胶；12.背面腐蚀透玻璃；完成高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作。
200510110054.4“制备纳米光栅的装置和方法”公开了一种制备纳米光栅的装置和方法，本发明的基本构思是：利用KDP晶体将一束激光倍频，形成偏振方向互相垂直两束激光。将这两束激光共光路聚焦到材料表面，在材料上形成周期纳米光栅。通过调节倍频光的能量，可以改变光栅结构的方向。本发明制备纳米光栅的装置，包括一飞秒激光器，并由沿该飞秒激光器输出的飞秒激光脉冲的光轴上依次是格兰棱镜、KDP晶体和聚焦透镜构成，所述的格兰棱镜和KDP晶体具有绕光轴旋转的调节机构。
上述两种制造高分辨率光栅图案的方法都可以获得线密度＞2000线/毫米的高分辨率光栅图案，但制造设备昂贵、实验工艺复杂。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，采用纳米压印技术作为制备高密度光栅图案的基本方法，提供一种技术可靠、成本低廉、工艺简单、可批量制备的高分辨率自支撑透射金属光栅及其制作的方法。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种基于纳米压印技术的自支撑透射金属光栅，包括金属结构和基片，金属结构设在基片上。金属结构包括光栅金属线条和支撑光栅金属线条的金属网络结构；所述光栅金属线条间是镂空的，基片上光栅金属线条位置对应处是镂空的；光栅金属线条嵌在金属网络结构的各个网格内；所述光栅金属线条构成的光栅金属条纹的线密度＞2000条/毫米，光栅金属线条厚度300～500纳米。目前采用100nm周期结构的纳米压印模板，光栅金属条纹的最大线密度可达10000条/毫米。所述金属网络结构周期是1～40微米，金属膜厚度1～2微米。所述光栅金属线条采用的金属是金。这是因为金对X射线的吸收能力良好，机械强度高，同时电镀金工艺成熟而简单方便。所述基片材料是单晶硅、石英、玻璃。
上述金属光栅的制备方法包括步骤：
先用纳米压印技术、反应离子刻蚀工艺、电化学镀膜工艺在衬底上制备高密度金属光栅；然后用光刻工艺和电化学镀膜工艺制备大周期金属网络支撑结构；再用化学刻蚀方法除去衬底使光栅镂空；最后聚焦离子束技术对透射光栅在制作过程中产生的局部缺陷进行修复。
具体而言，步骤包括：
(1)选取适当大小、表面洁净的基片；
(2)在硅基片的背面涂光刻负胶，采用光刻曝光、显影工艺在光刻负胶上形成与光通口径一致的窗口，露出基片；
(3)在基片的正面采用镀金属薄膜；
(4)分别在基片的正面涂纳米压印胶的传递层和紫外光固化压印层；
(5)采用纳米压印技术，把具有光栅图案的模板压入纳米压印胶中，并在紫外光照射下固化，移去模板后，模板的光栅图案被复制于纳米压印胶上；
(6)通过反应离子刻蚀工艺把紫外光固化压印层的光栅结构传递到传递层，光栅结构传递至露出的金属薄膜；
(7)以金属薄膜作为阳极，有光栅图案的基片为阴极，用电化学镀膜工艺，在光栅空白处露出基片上金属薄膜的部分沉积光栅金属；
(8)当沉积的光栅金属达到要求厚度后，溶解传递层，在金属薄膜上形成光栅；
(9)在金属光栅上镀金属薄膜，然后涂光刻正胶；再通过光刻曝光、显影工艺在光刻正胶上形成网络结构，并露出金属薄膜衬底；
(10)用电化学镀膜工艺，在金属薄膜上形成金属网络结构；直至电镀膜达到要求厚度后，溶解光刻正胶；
(11)基片背面腐蚀除去光刻胶未覆盖的光通窗口处的基片材料，形成光通窗口，使光栅金属结构镂空；
(12)刻蚀掉金属光栅底部作为电化学镀膜用金属薄膜，获得自支撑金属透射光栅。
步骤2)中采用旋涂工艺涂光刻负胶；光刻曝光、显影工艺是接触式光刻曝光、显影工艺；
步骤3)中采用电子束蒸镀工艺蒸镀薄铬薄金金属薄膜；
步骤4)中涂传递层和紫外光固化压印层是采用旋涂工艺；
步骤5)中模板的材质是石英；
步骤(7)中的电化学镀膜工艺，是以所述金属薄膜作为阳极，采用光栅金属所用金属的盐溶液脉冲电化学镀膜工艺，沉积光栅金属；
步骤9)中用电子束蒸镀工艺蒸镀金属薄膜，然后用旋涂工艺涂光刻正胶；再通过接触式光刻曝光、显影工艺在光刻正胶上形成网络结构；
步骤(10)中的电化学镀膜工艺，是以所述金属薄膜作为阳极，采用金属网络结构采用金属的盐溶液脉冲电化学镀膜工艺，沉积网络金属；采用丙酮、乙二醇单甲醚等有机溶剂溶解光刻正胶；
步骤(12)中刻蚀掉金属光栅底部的金属薄膜采用氩离子束刻蚀工艺。
所述步骤(4)中，所述紫外光固化压印层含有一定硅元素的多官能团丙烯酸酯可紫外光固化预聚物，传递层为可溶解在甲苯、氯苯、丙酮等有机溶剂中的不含硅的C、H、O高分子材料，上层厚度为60～100nm，下层厚度为300～500nm，压印层和传递层的膜层厚度可通过调节压印胶溶液的浓度和旋转涂膜的速度来控制。
所述步骤(6)中，反应离子刻蚀工艺是O2反应离子刻蚀工艺；通过O2反应离子刻蚀把槽深浅的光栅图案转化为槽深较深的光栅图案，并暴露出光栅凹槽底部的金属薄膜。
所述基片材料是硅、石英或玻璃；所述步骤(11)中，基片背面腐蚀除去光刻胶未覆盖的光通窗口处的基片材料，对于硅基片采用KOH湿法刻蚀，对于石英和玻璃基片采用HF湿法刻蚀。
所述步骤(12)后还包括步骤(13)：采用聚焦离子束技术对透射金属光栅的形貌进行检测，并对观测到的的局部缺陷进行实时修复。
本发明中，光栅金属线条和金属网络结构所采用的金属最佳选择是金，所以步骤(3)中镀的金属薄膜的材质也是金。
所述步骤(4～6)中，通过旋转涂膜的方法在基片分别形成上下两层膜，上层为含有有机硅材料的紫外光固化压印层，下层为由C、H、O组成的高分子传递层。把具有凹凸式光栅图案的透紫外光压印模板压入纳米压印胶中，紫外光照固化，模板上的凹凸式光栅图案被复制到紫外光固化纳米压印层上；含硅的光固化层与C、H、O的高分子传递层材料对O2反应离子刻蚀的选择性不同(上层刻蚀速度慢，下层刻蚀速度快)，通过O2反应离子刻蚀把槽深浅的(＜80nm)光栅图案转化为槽深较深的(＞200nm)光栅图案，并暴露出光栅凹槽底部的金属薄膜。
所述步骤(7)中，以金属薄膜的金作为阳极，有光栅图案的基片为阴极，采用无氰的亚硫酸金盐脉冲电化学镀金工艺，在光栅空白处暴露出基片上金膜的部分沉积金，形成金属线条。
本发明还利用聚焦离子束技术对自支撑光栅在制作过程中产生的局部缺陷进行修复。
本发明与现有技术相比具有的优点：
1、纳米压印技术制备光栅图案的特点就是采用同一块具有特定周期结构凸凹式光栅图案的模板，可以批量复制出具有相同参数的光栅图案，制备光栅图案的工艺简单、成本低、效率高，光栅图案重复可靠，适合于大批量生产。
2、利用聚焦离子束技术优点对透射金属光栅的形貌进行检测，并可对在制作过程中产生的局部缺陷进行实时修复。
附图说明
图1为本发明光栅的制作过程示意图。
图2为本发明光栅的俯视示意图。
图3为本发明光栅的扫描电子显微镜实物图。
硅基片1、光刻负胶2、金属薄膜3、纳米压印胶的传递层4、紫外光固化压印层5、石英模板6、紫外光7、光栅结构8、光栅9、网络结构10、光通窗口11
具体实施方式
结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明。
例1、以P型(100)硅基片为例：
(1)选取适当大小、表面洁净的P型(100)硅基片1作为制备光栅的基片材料；
(2)在硅基片的背面旋涂SU-8光刻负胶2，采用接触式光刻曝光、显影工艺在光刻胶上形成与光通口径一致的窗口，暴露出基板材料；
(3)在硅基片的正面采用电子束蒸镀工艺蒸镀5nm厚的Cr，蒸镀15nm厚的Au金属薄膜3；Cr层和Au层共同构成了金属薄膜，Cr层与基片接触，Au层与Cr层接触，增加Au与基片的粘附性能；
(4)分别在基片的正面旋涂纳米压印胶的传递层4(NXR-3000，美Nanonex公司)和紫外光固化压印层5(NXR-2000)，压印层为含有一定硅元素的多官能团丙烯酸酯可紫外光固化预聚物，传递层为可溶解在一定溶剂中的不含硅的C、H、O高分子材料，上层厚度为60~100nm，下层厚度为300~500nm；压印层和传递层的厚度可通过调节压印胶溶液的浓度和旋转涂膜的速度来控制；
(5)采用纳米压印技术，把具有200nm周期光栅图案的石英模板6压入纳米压印胶中，并紫外光7固化，移去模板后，模板的光栅图案被复制于纳米压印胶上；
(6)通过CHF2反应离子刻蚀工艺把纳米压印层的光栅结构传递到传递层，O2反应离子刻蚀工艺把光栅结构8传递至暴露出的底板；
(7)以纯金(纯度＞99.99％)作为阳极，刻蚀后的光栅基片为阴极，在无氰的亚硫酸盐镀金液中进行，配方为：Na3Au(SO2)2 20g/L；Na2SO3 100g/L；NH4Cl120g/L；EDTA二钠35g/L；柠檬酸30g/L；3，5-二硝基苯甲酸5g/L；pH 8-9(氨水调节)；温度45℃左右；电流密度0.4A/dm2；脉冲频率1000Hz；通断时间比1∶10；
(8)当电镀金膜达到要求厚度后，溶剂溶解传递层高分子材料，在基板上形成周期200nm、金层厚300-500nm的光栅9；
(9)旋涂1~2μm厚的光刻正胶AZ5214；
(10)通过接触式光刻曝光、显影工艺在光刻胶上形成网络结构，并暴露出衬底，以纯金(纯度＞99.99％)作为阳极，刻蚀后的光栅基片为阴极，在无氰的亚硫酸盐镀金液中进行脉冲电镀；
(11)当电镀金膜达到要求厚度后，溶剂丙酮、乙二醇单甲醚等有机溶剂溶解光刻正胶，在基板上形成周期2-4μm、金层厚1~2μm的网络结构10；
(12)用KOH溶液湿刻法从基片背面腐蚀除去光刻胶未覆盖的光通窗口处的硅基片材料，形成光通窗口11，使光栅金属结构镂空；
(13)采用氩离子束刻蚀工艺刻蚀掉金属光栅底部作为电化学镀膜用金属薄膜，获得分辨率5000线/毫米的自支撑金属透射光栅；
(14)聚焦离子束技术(聚焦离子刻蚀仪，型号Strata FIB201)对透射金属光栅的形貌进行检测，并对观测到的的局部缺陷进行实时修复。由于聚焦离子束技术用于纳米加工在现有技术中应用比较普遍，在此不做过多限制。
例2、以玻璃为基片
除了步骤(12)外，其它与例1步骤相同。本例中，步骤(12)用HF溶液湿刻法从基片背面腐蚀除去光刻胶未覆盖的光通窗口处的玻璃基片材料，形成光通窗口11，使光栅金属结构镂空。
例3、以石英为基片
步骤与例2相同。
Claims (6)
1.一种基于纳米压印技术的自支撑透射金属光栅制备方法，所述金属光栅包括金属结构和基片，金属结构设在基片上；金属结构包括光栅金属线条和支撑光栅金属线条的金属网络结构；所述光栅金属线条间是镂空的，基片上光栅金属线条位置对应处是镂空的；光栅金属线条嵌在金属网络结构的各个网格内；所述光栅金属线条构成的光栅金属条纹的线密度范围是2000条/毫米～10000条/毫米；光栅金属线条厚度范围是300～500纳米；其特征是包括步骤：
(1)选取适当大小、表面洁净的基片；
(2)在基片的背面涂光刻负胶，采用光刻曝光、显影工艺在光刻负胶上形成与光通口径一致的窗口，露出基片；
(3)在基片的正面采用镀金属薄膜，作为电镀衬基；
(4)分别在基片的正面涂纳米压印胶的传递层和紫外光固化压印层；所述传递层与金属薄膜相邻，紫外光固化压印层与传递层相邻；
(5)采用纳米压印技术，把具有光栅图案的模板压入纳米压印胶中，并在紫外光照射下固化，移去模板后，模板的光栅图案被复制于纳米压印胶上；
(6)通过反应离子刻蚀工艺把紫外光固化压印层的光栅结构传递到传递层，光栅结构传递至露出的金属薄膜；
(7)以金属薄膜作为阳极，有光栅图案的基片为阴极，用电化学镀膜工艺，在光栅空白处露出基片上金属薄膜的部分沉积光栅金属；
(8)当沉积的光栅金属达到要求厚度后，溶解传递层，在金属薄膜上形成光栅；
(9)在金属光栅上镀金属薄膜，然后涂光刻正胶；再通过光刻曝光、显影工艺在光刻正胶上形成网络结构，并露出金属薄膜衬底；
(10)用电化学镀膜工艺，在金属薄膜上形成金属网络结构；直至电镀膜达到要求厚度后，溶解光刻正胶；
(11)基片背面腐蚀除去光刻胶未覆盖的光通窗口处的基片材料，形成光通窗口，使光栅金属结构镂空；
(12)刻蚀掉金属光栅底部作为电化学镀膜用金属薄膜，获得自支撑金属透射光栅；
所述步骤(2)中采用旋涂工艺涂光刻负胶；光刻曝光、显影工艺是接触式光刻曝光、显影工艺；
步骤(3)中采用电子束蒸镀工艺蒸镀薄铬薄金金属薄膜；
步骤(4)中涂传递层和紫外光固化压印层是采用旋涂工艺；
步骤(5)中模板的材质是石英；
步骤(7)中的电化学镀膜工艺，是以所述金属薄膜作为阳极，采用光栅金属所用金属的盐溶液脉冲电化学镀膜工艺，沉积光栅金属；
步骤(9)中用电子束蒸镀工艺蒸镀金属薄膜，然后用旋涂工艺涂光刻正胶；再通过接触式光刻曝光、显影工艺在光刻正胶上形成网络结构；
步骤(10)中的电化学镀膜工艺，是以所述金属薄膜作为阳极，采用金属网络结构采用金属的盐溶液脉冲电化学镀膜工艺，沉积网络金属；采用丙酮、乙二醇单甲醚有机溶剂溶解光刻正胶；
步骤(12)中刻蚀掉金属光栅底部的金属薄膜采用氩离子束刻蚀工艺；
所述步骤(4)中，所述紫外光固化压印层含有一定硅元素的多官能团丙烯酸酯可紫外光固化预聚物；传递层为可溶解在甲苯、氯苯、丙酮有机溶剂中的不含硅的C、H、O高分子材料，上层厚度为60～100nm，下层厚度为300～500nm，压印层和传递层的厚度可通过调节压印胶溶液的浓度和旋转涂膜的速度来控制。
2.根据权利要求1所述的基于纳米压印技术的自支撑透射金属光栅制备方法，其特征是所述步骤(6)中，反应离子刻蚀工艺是O2反应离子刻蚀工艺；通过O2反应离子刻蚀把槽深浅的光栅图案转化为槽深较深的光栅图案，并暴露出光栅凹槽底部的金属薄膜。
3.根据权利要求1所述的基于纳米压印技术的自支撑透射金属光栅制备方法，其特征是所述基片材料是硅、石英或玻璃；所述步骤(11)中，基片背面腐蚀除去光刻胶未覆盖的光通窗口处的基片材料，对于硅基片采用KOH湿法刻蚀，对于石英和玻璃基片采用HF湿法刻蚀。
4.根据权利要求1所述的基于纳米压印技术的自支撑透射金属光栅制备方法，其特征所述步骤(12)后还包括步骤(13)：采用聚焦离子束技术对透射金属光栅的形貌进行检测，并对观测到的的局部缺陷进行实时修复。
5.根据权利要求1所述的基于纳米压印技术的自支撑透射金属光栅制备方法，其特征是所述金属网络结构的周期是1～40微米，金属网络结构的金属厚度1～2微米。
6.根据权利要求1所述的基于纳米压印技术的自支撑透射金属光栅制备方法，其特征是所述光栅金属线条、金属网络结构采用的金属是金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008100239110A CN101261331B (zh) | 2008-04-21 | 2008-04-21 | 基于纳米压印技术的自支撑透射金属光栅制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008100239110A CN101261331B (zh) | 2008-04-21 | 2008-04-21 | 基于纳米压印技术的自支撑透射金属光栅制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101261331A CN101261331A (zh) | 2008-09-10 |
| CN101261331B true CN101261331B (zh) | 2010-07-07 |
Family
ID=39961913
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2008100239110A Expired - Fee Related CN101261331B (zh) | 2008-04-21 | 2008-04-21 | 基于纳米压印技术的自支撑透射金属光栅制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101261331B (zh) |
Families Citing this family (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011230430A (ja) * | 2010-04-28 | 2011-11-17 | Toshiba Corp | テンプレート補修方法、パターン形成方法及びテンプレート補修装置 |
| CN102012633B (zh) * | 2010-09-25 | 2012-11-21 | 合肥工业大学 | 基于su-8光刻胶的纳米流体系统自支撑结构的制作方法 |
| CN102060262B (zh) * | 2010-12-03 | 2012-09-26 | 合肥工业大学 | 低压键合制作微纳米流控系统的方法 |
| CN102736152A (zh) * | 2011-04-13 | 2012-10-17 | 中国科学院微电子研究所 | 一种偶次级透射光栅 |
| CN102331593B (zh) * | 2011-07-07 | 2013-06-05 | 西北工业大学 | 高占空比自支撑纳米透射光栅及其制作方法 |
| CN102508411A (zh) * | 2011-11-25 | 2012-06-20 | 中国科学院微电子研究所 | 制备x射线衍射光学元件的方法 |
| CN102402118A (zh) * | 2011-11-25 | 2012-04-04 | 中国科学院微电子研究所 | 制备x射线衍射光学元件的方法 |
| CN102629073B (zh) * | 2012-04-13 | 2013-09-18 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种用于表面等离子体光刻的纳米光栅掩模制备方法 |
| CN103713341B (zh) * | 2013-12-12 | 2017-02-01 | 南京邮电大学 | 一种非周期高对比度光栅 |
| CN103760681B (zh) * | 2014-01-21 | 2017-08-25 | 国家纳米科学中心 | 一种基于金属纳米光栅的微偏振片阵列的制作方法 |
| CN104181624A (zh) * | 2014-09-04 | 2014-12-03 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种自支撑单级衍射光栅的制作方法 |
| CN105759332B (zh) * | 2016-05-18 | 2018-04-13 | 江南大学 | 一种动态调控导模共振滤波器反射光谱带宽大小的方法 |
| CN107093487B (zh) * | 2017-04-25 | 2023-06-27 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 高密度光栅的制作方法 |
| EP3435156A1 (de) * | 2017-07-26 | 2019-01-30 | Covestro Deutschland AG | Schutzschicht für photopolymer |
| CN107797337A (zh) * | 2017-09-27 | 2018-03-13 | 联想(北京)有限公司 | 一种背光模组以及电子设备 |
| CN109801733B (zh) * | 2018-12-29 | 2020-10-27 | 深圳大学 | X射线吸收光栅制作方法及其x射线吸收光栅 |
| CN111403340B (zh) * | 2019-01-03 | 2023-04-18 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 半导体器件的形成方法 |
| CN109491102B (zh) * | 2019-01-09 | 2020-10-16 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种大口径薄膜衍射透镜光刻胶微结构的制备方法及工装 |
| CN110609344B (zh) * | 2019-08-16 | 2021-02-19 | 诚瑞光学(常州)股份有限公司 | 表面浮雕光栅结构的制作方法 |
| CN112526660B (zh) * | 2020-11-11 | 2022-12-09 | 歌尔股份有限公司 | 在弯曲表面上制造纳米光栅的方法、光学器件及电子设备 |
| WO2022109995A1 (zh) * | 2020-11-27 | 2022-06-02 | 深圳大学 | 大视场x射线吸收光栅及其制作方法 |
| CN113862770B (zh) * | 2021-09-28 | 2023-12-26 | 北京航空航天大学杭州创新研究院 | 一种采用退镀工艺制备图案化电极的方法 |
| CN114415277B (zh) * | 2021-11-26 | 2022-10-25 | 西安交通大学 | 在金刚石薄膜上制备软x射线-极紫外透射光栅的方法 |
-
2008
- 2008-04-21 CN CN2008100239110A patent/CN101261331B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101261331A (zh) | 2008-09-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101261331B (zh) | 基于纳米压印技术的自支撑透射金属光栅制备方法 | |
| Seo et al. | Nanopatterning by laser interference lithography: applications to optical devices | |
| US6875544B1 (en) | Method for the fabrication of three-dimensional microstructures by deep X-ray lithography | |
| US20050159019A1 (en) | Method for manufacturing large area stamp for nanoimprint lithography | |
| CN110412684A (zh) | 一种近眼显示器衍射光栅波导的制备方法 | |
| US20070176320A1 (en) | Mold for imprint, process for producing minute structure using the mold, and process for producing the mold | |
| CN100501461C (zh) | 一种高分辨率自支撑全镂空透射光栅的制作方法 | |
| CN110673238B (zh) | 微透镜阵列的制作方法 | |
| KR20110036875A (ko) | 광학 소자 | |
| CN101799569A (zh) | 一种制作凸面双闪耀光栅的方法 | |
| CN108563099A (zh) | 一种纳米压印模板制备方法 | |
| CN105259739A (zh) | 基于紫外宽光谱自成像制备二维周期阵列的光刻方法及装置 | |
| CN108279550A (zh) | 一种双光束微纳光学制造方法 | |
| Wei | Laser Heat-Mode Lithography | |
| CN102466980A (zh) | 基于电子束光刻和x射线曝光制作多层膜闪耀光栅的方法 | |
| CN1794093A (zh) | 掩膜遮蔽变角度沉积制作纳米周期结构图形的方法 | |
| CN102838082A (zh) | 一种基于激光干涉光刻在材料表面制作微纳结构的方法 | |
| US20030209819A1 (en) | Process for making micro-optical elements from a gray scale etched master mold | |
| CN101051185B (zh) | 光刻定位自组装填充方法 | |
| CN102495526B (zh) | 光学曝光方法及其用于制备硅材料竖直中空结构的方法 | |
| JPS60230650A (ja) | 微細パタ−ンの製作法 | |
| Tae-Woo et al. | Direct laser patterning on opaque substrate in two-photon polymerization | |
| CN102466832A (zh) | 一种制作大高宽比光子筛的方法 | |
| JP2021170104A (ja) | ホログラフィックセキュリティラベルの製造方法 | |
| JP2013110330A (ja) | ナノインプリント用テンプレートの欠陥修正方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100707 Termination date: 20130421 |