CN104459852B - 金属光栅的制备方法 - Google Patents

金属光栅的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104459852B
CN104459852B CN201310429906.0A CN201310429906A CN104459852B CN 104459852 B CN104459852 B CN 104459852B CN 201310429906 A CN201310429906 A CN 201310429906A CN 104459852 B CN104459852 B CN 104459852B
Authority
CN
China
Prior art keywords
mask layer
metal
preparation
nanometers
protuberance
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.)
Active
Application number
CN201310429906.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104459852A (zh
Inventor
朱振东
李群庆
白本锋
范守善
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Original Assignee
Tsinghua University
Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University, Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd filed Critical Tsinghua University
Priority to CN201310429906.0A priority Critical patent/CN104459852B/zh
Priority to TW102134921A priority patent/TWI508148B/zh
Priority to US14/262,808 priority patent/US9442229B2/en
Publication of CN104459852A publication Critical patent/CN104459852A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104459852B publication Critical patent/CN104459852B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1847—Manufacturing methods
    • G02B5/1857—Manufacturing methods using exposure or etching means, e.g. holography, photolithography, exposure to electron or ion beams

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)

Abstract

本发明提供一种金属光栅的制备方法，其包括以下步骤：提供一基底；设置一金属层在所述基底的表面；设置一图形化的掩模层在所述金属层的表面，该图形化的掩模层包括多个凸部以及位于该多个凸部之间的多个凹部，所述金属层的部分表面通过所述多个凹部暴露出来；采用等离子体刻蚀所述金属层通过所述多个凹部暴露出来的部分表面，产生金属颗粒或金属粉末，该金属颗粒或金属粉末附着于所述图形化的掩模层的多个凸部的至少部分侧面，形成多个金属泛边层；以及采用溶剂溶解去除所述图形化的掩模层，在所述图形化的掩模层的溶胀作用下，所述相邻的多个金属泛边层相互搭接，形成多个空心金属结构，并获得一金属光栅。

Description

金属光栅的制备方法
技术领域
本发明涉及一种金属光栅的制备方法，尤其涉及一种中空金属光栅的制备方法。
背景技术
表面等离子体纳米结构是一种经过微纳精细加工设计出来的微纳结构，其结构间的纳米间隙(通常在数十纳米到小于十纳米)在特定激发条件下，能实现几个数量级的场增强，从而实现光的操控、调制，实现亚波长的超高分辨率。
科研工作者们已经制备研究了多种表面等离子体纳米结构，其中包括贵金属纳米粒子、纳米球及其核壳结构、纳米粒子对、自相似纳米粒子链、纳米星形粒子、纳米月亮以及纳米光栅等等。其中，亚波长金属光栅是表面等离子体纳米结构的典型代表之一。这些表面等离子体纳米结构具有优越的潜在应用潜力，主要包括材料痕量分析、光整形、光学仪器、生化传感和计量标准等。
目前，这些表面等离子体纳米结构的制备方法主要有：化学、胶体化学合成以及基于刻蚀工艺的电子束刻蚀、纳米球刻蚀、全息光刻等。然而，这些方法中有的方法成本昂贵，有的方法工艺复杂，有的方法制备精细结构的可控性差，因此制约了表面等离子体纳米结构尤其是亚波长金属光栅的研究和应用。
中空金属光栅是一类特殊的杂化纳米结构，其以亚波长光栅为载体，能实现了诸多等离子体物化特性，且不需要构筑特定的精细纳米结构，给纳米制备提供了多种选择方案，方便加工。然而，目前，还没有发展出一种制备该种中空金属光栅的方法。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种中空金属光栅的制备方法以及利用该方法制备获得的金属光栅。
一种金属光栅的制备方法，其包括以下步骤：
提供一基底；
设置一金属层在所述基底的表面；
设置一图形化的掩模层在所述金属层的表面，该图形化的掩模层包括多个凸部以及位于该多个凸部之间的多个凹部，所述金属层的部分表面通过所述多个凹部暴露出来；
采用等离子体刻蚀所述金属层通过所述多个凹部暴露出来的部分表面，产生金属颗粒或金属粉末，该金属颗粒或金属粉末附着于所述图形化的掩模层的多个凸部的至少部分侧面，形成多个金属泛边层；以及
采用溶剂溶解去除所述图形化的掩模层，在所述图形化的掩模层的溶胀作用下，所述相邻的多个金属泛边层相互搭接，形成多个空心金属结构，并获得一金属光栅。
与现有技术相比，本发明利用物理性刻蚀气体在刻蚀金属层时所产生的泛边现象制备多个“中空”或“空心”纳米结构，且该多个“中空”或“空心”纳米结构形成大面积的纳米结构阵列。另外，该方法工艺简单、成本低廉。
附图说明
图1为本发明实施例提供的制备金属光栅的工艺流程图。
图2为制备掩模层的工艺流程图。
图3为图1中金属光栅的立体结构示意图。
图4为图1中金属光栅的剖面结构示意图。
图5为图4中金属光栅的扫描电镜照片。
图6为图5中金属光栅的尺寸具体参数。
图7为金属光栅的另一立体结构示意图。
主要元件符号说明
基底 10
金属层 12
第一掩模层 142
第一凸部 1422
第一凹部 1424
第二掩模层 144
第二凸部 1442
第二凹部 1444
模板 18
第三凸部 182
第三凹部 184
金属光栅 30
金属泛边层 32
弯折部 34
贴合部 36
第一侧边 222
第二侧边 224
外表面 342
内表面 344
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施例对本发明提供的金属光栅的制备方法以及利用该方法制备得到的金属光栅作进一步的详细说明。
请参见图1，本发明实施例提供一种金属光栅30的制备方法，其包括以下步骤：
步骤S1，提供一基底10；
步骤S2，设置一金属层12在所述基底10的表面；
步骤S3，设置一图形化的第一掩模层142在所述金属层12的表面，该图形化的第一掩模层142包括多个间隔设置的第一凸部1422以及位于该多个第一凸部1422之间的多个第一凹部1424，并使所述金属层12的部分表面通过所述多个第一凹部1424暴露出来；
步骤S4，采用等离子体刻蚀所述金属层12通过所述多个第一凹部1424暴露出来的部分表面，产生金属颗粒或金属粉末，该金属颗粒或金属粉末附着于所述多个第一凸部1422的至少部分侧面，形成多个金属泛边层32；以及
步骤S5，采用溶剂溶解所述第一掩模层142，在所述第一掩模层142的溶胀作用下，所述相邻的多个金属泛边层32相互搭接，形成多个空心金属结构，并获得一金属光栅30。
在步骤S1中，所述基底10为一具有光滑表面的绝缘基底或半导体基底。具体地，所述基底10的材料可以为氮化镓、砷化镓、蓝宝石、氧化铝、氧化镁、硅、二氧化硅、氮化硅、石英或玻璃等。进一步地，所述基底10的材料也可以为掺杂的半导体材料，如P型氮化镓、N型氮化镓等。所述基底10的大小、厚度和形状不限，可以根据实际需要进行选择。
进一步地，在保证所述基底10的表面粗糙度及后续步骤要求的情况下，可对该基底10可进行亲水处理，以改善所述基底10表面的亲水性。当所述基底10的材料为氮化镓时，所述亲水处理的方法包括以下步骤：首先，清洗所述基底10，清洗时采用超净间标准工艺清洗。然后，采用微波等离子体处理上述基底10。具体地，可将所述基底10放置于微波等离子体系统中，该微波等离子体系统的一感应功率源可产生氧等离子体、氯等离子体或氩等离子体。等离子体以较低的离子能量从产生区域扩散并漂移至所述基底10的表面，进而改善该基底10的亲水性。
本实施例中，所述基底10的材料为二氧化硅，所述亲水处理包括以下步骤：首先，清洗所述基底10，清洗时采用超净间标准工艺清洗。然后，在温度为30℃～100℃，体积比为NH3·H2O:H2O2:H2O＝x:y:z的溶液中温浴30分钟～60分钟，进行亲水处理，之后用去离子水冲洗2次～3次。其中，x的取值为0.2～2，y的取值为0.2～2，z的取值为1～20。最后，用氮气吹干。
在步骤S2中，所述金属层12可通过电子束蒸发、离子束溅射等方法沉积在所述基底10的表面。所述金属层12的材料为具有表面等离子激元的金属，如金、银等贵金属，及铜或铝等。要使沉积的金属层12在去除掩模层14后仍然具有自支撑性，需要所述金属层12的厚度大于10纳米。当所述金属层12的厚度大于20纳米时，制备得到的中空金属光栅30具有较好的结构稳定性和强度。优选地，所述金属层12的厚度为20纳米～200纳米。更优选地，所述金属层12的厚度为100纳米～200纳米。本实施例中，所述金属层12为一金膜，该金膜的厚度为100纳米。
在步骤S3中，所述图形化的第一掩模层142可为正型掩膜层，也可为负型掩模层。优选地，本实施例中，所述图形化的第一掩模层142为一正型掩模层。所述图形化的第一掩模层142包括多个间隔设置的第一凸部1422。相邻的第一凸部1422之间具有第一凹部1424，所述第一凹部1424沿该图形化的掩模层142的厚度方向贯穿。所述金属层12表面的部分区域通过所述第一凹部1424暴露出来，其余部分被所述多个第一凸部1422覆盖。所述第一凸部1422的形状可根据所要得到的金属光栅30的种类而选择，如需要设计一一维光栅，则该第一凸部1422可为一条带形结构，如需要设计一二维光栅，则该第一凸部1422可为一方格形结构。本实施例中，所述第一凸部1422为一条带形结构，且该多个条带形结构相互平行间隔设置。所述第一凸部1422的高度在150纳米～420纳米之间，优选地，所述第一凸部1422的高度在200纳米～370纳米之间。所述第一凸部1422的宽度为20纳米～500纳米，优选地，所述第一凸部1422的宽度为100纳米～250纳米。所述第一凹部1424的宽度为80纳米～500纳米，优选地，所述第一凹部1424的宽度为100纳米～250纳米。
所述图形化的第一掩模层142可通过纳米压印的方式形成于所述金属层12的表面，还可通过刻蚀(光学刻蚀、等离子体刻蚀、电子束刻蚀、聚焦离子束刻蚀等)、热压印等方式制备获得。优选地，本实施例中，所述图形化的第一掩模层142通过纳米压印的方式获得。与其它制备方法相比，通过纳米压印的方式制备图形化的掩模层，具有精度高、效率高、能耗低、可室温操作、成本低等优点。所述第一掩模层142的材料可为各种化学放大胶，比如JEP-520胶、PMMA(Polymethylmethacrylate)、PS(Polystyrene)、ZEP520、SAL601和ARZ720等。这些化学放大胶都有化学放大作用或溶胀作用，即，当这些化学放大胶在被有机溶剂溶解时，会产生体积膨胀效果。本实施例中，选用ZEP520作为第一掩模层142的材料。
如图2所示，所述图形化的第一掩模层142还可通过纳米压印和刻蚀的方式获得，其包括以下具体步骤：
步骤S31，在所述金属层12远离基底10的表面依次形成完整的第一掩模层142和完整的第二掩模层144。
本实施例中，所述完整的第一掩模层142的制备方法包括以下步骤：首先，在所述金属层12远离基底10的表面旋涂光刻胶ZEP520，旋涂转速为500转/分钟～6000转/分钟，时间为0.5分钟～1.5分钟。其次，在140℃～180℃温度下烘烤3分钟～5分钟，从而在所述金属层12远离基底10的表面形成一完整的第一掩模层142。该完整的第一掩模层142的厚度为150纳米～420纳米。
所述完整的第二掩模层144应具有可在室温下压印、结构稳定性好以及压印分辨率可达到10nm以下的高分辨率等特性，具体地，所述完整的第二掩模层144的材料可为HSQ、SOG(Silicon on glass)或其他有机硅类低聚物等。所述完整的第二掩模层144的厚度为100纳米～220纳米，优选为100纳米～150纳米。由于所述完整的第二掩模层144易于机械压印，因此可确保后续刻蚀第一掩模层142中形成的纳米图形的精度，并进一步提高后续对所述金属层12刻蚀的精度，保证刻蚀形成的金属光栅结构的精确度。本实施例中，所述完整的第二掩模层144的材料为HSQ。
所述完整的第二掩模层144的制备方法包括以下步骤：首先，在所述完整的第一掩模层142的表面旋涂所述抗蚀剂HSQ，旋涂转速为2500转/分钟～7000转/分钟，旋涂时间为0.5分钟～2分钟，该抗蚀剂HSQ的旋涂在高压下进行。其次，固化所述抗蚀剂HSQ，形成所述完整的第二掩模层144。
步骤S32，提供一表面具有纳米图案的模板18。
该模板18可为一负型模板，也可为一正型模板，优选地，本实施例中，该模板18为一负型模板。该模板18的纳米图案为多个间隔设置的第三凹部184以及相邻第三凹部184之间的第三凸部182。其中，所述第三凹部184可为条带形凸部或方格形凸部。该模板18的纳米图案恰好与所述图形化的第一掩模层142的纳米图案互补。
所述模板18的材料可为硬性材料，如镍、硅、二氧化硅等。该模板18的材料也可为柔性材料，如PET、PMMA、PS、PDMS等。本实施例中，该模板18的材料为二氧化硅。
本实施例中，所述多个第三凹部184为平行且间隔设置的多个条带形凹部，相邻的条带形凹部之间形成所述第三凸部182。优选地，所述条带形凹部的两端沿同一方向分别延伸至所述模板18相对的两边缘。所述条带形凹部184及所述第三凸部182的宽度可相等或不相等。所述纳米图案的周期为100纳米～1微米，具体地，所述条带形凹部的宽度为80纳米～500纳米，所述第三凸部182的宽度为20纳米～500纳米。本实施例中，所述条带形凹部的宽度为172纳米，所述第三凸部182的宽度为220纳米，所述第三凸部182的高度为200纳米。
步骤S33，将所述模板18具有纳米图案的表面与所述完整的第二掩模层144贴合，并在常温下挤压所述模板18与基底10后，脱模；使所述完整的第二掩模层144表面形成多个与所述第三凸部182相对应的第二凹部1444以及与所述第三凹部184相对应的第二凸部1442，即形成一图形化的第二掩模层144，所述图形化的第二掩模层144可为正型掩膜层，也可为负型掩模层。优选地，本实施例中，所述图形化的第二掩模层144为一正型掩模层。
常温下通过所述模板18向基底10施加压力，使得所述模板18上的纳米图案转移到所述第二掩模层144。具体地，使所述模板18形成有纳米图案的表面与所述基底10上的第二掩模层144贴合，并在真空度为1×10-1mbar～1×10-5mbar，施加压力为2磅/平方英尺～100磅/平方英尺(Psi)的压印条件下，保持2分钟～30分钟，最后将所述模板18与基底10分离，从而该模板18表面的纳米图案复制到所述第二掩模层144。在所述第二掩模层144形成的纳米图案包括相互平行的多个条带形第二凸部1442，相邻的第二凸部1442之间形成一第二凹部1444。所述第二掩模层144中第二凹部1444的大小及形状与模板18中的第三凸部182相对应，所述第二掩模层144中第二凸部1442的大小及形状与模板18中的第三凹部184相对应。在施加压力的过程中，与所述模板18对应位置处的第二掩模层144被所述模板18的第三凸部182压缩而变薄，在所述第二掩模层144中形成第二凹部1444。所述第二凹部1444底部位置处的第二掩模层144形成一薄层，贴附于所述第一掩模层142的表面。所述第二凹部1444的深度在90纳米～210纳米之间。即所述第二凹部1444的深度略小于所述第二掩模层144的厚度。
步骤S34，通过刻蚀去除位于所述第二凹部1444底部对应位置的剩余的第二掩模层144，从而露出对应位置处的第一掩模层142。
所述第二凹部1444底部对应位置的第二掩模层144可以通过等离子体刻蚀的方法去除，所述刻蚀气体可根据所述第二掩模层144的材料进行选择，以保证其具有较高的刻蚀速率。本实施例中，所述第二凹部1444底部残留的第二掩模层144可以采用碳氟(CF4)反应性等离子体刻蚀去除，以露出所述第一掩模层142。具体地，可将上述形成有纳米图案的结构放置于一反应性等离子体刻蚀系统中，该反应性等离子体刻蚀系统的一感应功率源产生CF4等离子体，CF4等离子体以较低的离子能量从产生区域扩散并漂移至所述基底10的第二掩模层144，此时该第二凹部1444底部的第二掩模层144被所述CF4等离子体刻蚀。CF4等离子体系统的功率可为10瓦～150瓦，所述CF4等离子体的通入速率可为2～100标况毫升每分(standard-state cubic centimeter per minute，sccm)，形成的气压可为1帕～15帕，采用CF4等离子体刻蚀时间可为2秒～4分钟。本实施例中，所述等离子体刻蚀的条件为：等离子体系统的功率为40W，等离子体的通入速率为26sccm，气压为2Pa，刻蚀时间为10秒。通过上述方法，所述第二凹部1444底部的第二掩模层144被刻蚀掉，露出所述第一掩模层142，且所述第二掩模层144的第二凸部1442也同时被刻蚀变薄，但所述第二掩模层144纳米图案的完整形态依然保持完整。所述减薄的第二凸部1442的高度在100纳米～200纳米之间。
步骤S35，通过刻蚀去除通过所述第二掩模层144的第二凹部1444暴露的部分第一掩模层142，以露出部分所述金属层12。
所述第二凹部1444底部相应位置的第一掩模层142可以在一氧等离子体系统中采用氧等离子体去除。所述氧等离子体系统的功率可为10瓦～150瓦，氧等离子体的通入速率可为2～100sccm，形成的气压可为0.5帕～15帕，采用氧等离子体刻蚀时间可为5秒～5分钟。本实施例中，所述等离子系统的功率为40W，等离子体的通入速率为40sccm，气压为2Pa，刻蚀时间为120秒。通过上述方法，所述第二凹部1444底部相应位置的第一掩模层142被去除，露出部分所述金属层12。采用氧等离子体刻蚀所述第一掩模层142过程中，与所述第二凹部1444对应的第一掩模层142被氧化而刻蚀掉，所述第二掩模层144对所述第一掩模层142中被所述第二凸部1442覆盖的部分区域起到良好的保护作用，进而在刻蚀过程中有效保持所述第一掩模层142的分辨率。可以理解，在刻蚀所述第一掩模层142的过程中，所述第二掩模层144中第二凸部1442也会被少量刻蚀，但其刻蚀速率远小于所述气体对第一掩模层142的刻蚀速率，因此，所述第二掩模层144能保持其纳米图案的完整性。
步骤S36，去除所述图形化的第二掩模层144，露出所述图形化的第一掩模层142。
在步骤S36中，所述图形化的第二掩模层144可通过有机溶剂去除，该有机溶剂只能溶解所述第二掩模层144，而不能溶解所述第一掩模层142，从而达到将第二掩模层144去除而露出第一掩模层142的目的。
通过上述纳米压印和刻蚀的方式获得的图形化的第一掩模层142，与直接通过纳米压印的方式获得的图形化的第一掩模层142相比，具有更高的图案精密度，即具有更高的分辨率。
在步骤S4中，将步骤S3中得到的结构放置于一刻蚀系统中，利用物理性刻蚀气体对所述金属层12的暴露区域进行刻蚀。所述金属层12的暴露区域被物理性刻蚀气体所刻蚀去除。
所述图形化的第一掩模层142中的第一凸部1422具有一第一侧面222和一与该第一侧面222相对的第二侧面224。所述物理性刻蚀气体在对金属层12进行物理刻蚀的过程中，会产生金属颗粒或粉末。该金属颗粒或粉末会附着在所述第一凸部1422的第一侧面222和第二侧面224上，定义为一金属泛边层32。随着刻蚀的进行，所述金属泛边层32沿着第一侧面222和第二侧面224由下往上可逐渐铺满所述第一掩模层142的第一凸部1422的整个第一侧面222和整个第二侧面224。
所述物理性刻蚀气体为氩气或氦气等。所述物理性刻蚀气体可根据金属层12的材料进行选择，以保证所述刻蚀气体对所述金属层12具有较高的刻蚀速率。比如，当所述金属层12的材料为金、铂或钯时，所述物理性刻蚀气体为氩气。当所述金属层12的材料为铜时，所述物理性刻蚀气体为氦气。当所述金属层12的材料为铝时，所述物理性刻蚀气体为氩气。
所述物理性刻蚀气体的体积流量为20sccm(标况毫升每分)～80sccm，其形成的压强为10帕～50帕，所述刻蚀系统的功率为50瓦～150瓦，刻蚀时间可为5秒～5分钟。本实施例中，所述金属层12的材料为金，所述刻蚀气体为氩气，氩气的体积流量为48sccm，其形成的压强为26帕，所述刻蚀系统的功率为70瓦，刻蚀时间为50秒。
步骤S5中，采用有机溶剂溶解去除所述图形化的第一掩模层142。由于该第一掩模层142为化学放大胶，因此，所述第一掩模层142具有化学放大作用或溶胀作用。当所述金属泛边层32铺满所述第一凸部1422的至少部分第一侧面222和部分第二侧面224时，在所述第一掩模层142的溶胀作用下，所述金属泛边层32向远离其附着的第一凸部1422的方向倾倒，并与相邻第一凸部1422中相邻一侧的金属泛边层32连接形成一“中空”或“空心”金属结构。同时，所述第一掩模层142被有机溶剂去除，如此，得到所述“中空”或“空心”金属光栅30。
所述第一掩模层142可通过有机溶剂如四氢呋喃(THF)、丙酮、丁酮、环己烷、正己烷、甲醇或无水乙醇等无毒或低毒环保溶剂作为剥离剂，溶解所述第一掩模层142的方法去除，从而形成所述金属光栅30。本实施例中，所述有机溶剂为丁酮，所述第一掩模层142溶解在所述丁酮中，从而与所述金属层12脱离。
请一并参见图3至图7，本发明提供一种利用上述制备方法所制备的金属光栅30。
所述金属光栅30包括一基底10和一金属层12，所述金属层12设置于基底10的一表面。所述金属层12包括多个弯折部34和多个贴合部36，所述多个贴合部36与基底10的所述表面接触。所述多个弯折部34向远离所述基底10的表面的方向弯折且与所述基底10的表面间隔设置。所述多个贴合部36和多个弯折部34连续交替设置，且相邻的弯折部34和贴合部36一体成型。
所述弯折部34可以为条带形，该条带形弯折部34沿同一方向延伸且彼此平行间隔设置于基底10的表面，形成条带形阵列，即，多个条形弯折部34在基底10的表面以一维阵列形式分布，请参见图3。所述相邻的两个条带形弯折部34之间的间距范围为80纳米至500纳米，优选为100纳米至250纳米之间。所述弯折部34也可以为方格形，该方格形弯折部34形状及大小一致，且相邻方格之间具有相同的间距，形成方格形阵列，请参见图7。本实施例中，所述弯折部34为条带形。所述弯折部34与所述基底10构成一空心结构，优选地，所述空心结构的横截面为一矩形。所述贴合部36平行于所述基底10的表面设置。
所述弯折部34具有一外表面342和一与该外表面342相对的内表面344。在垂直于基底10的方向上，所述弯折部34的外表面342的高度范围为70纳米至400纳米，所述外表面342的高度是指基底10的表面至外表面342之间的距离。所述金属层12的厚度范围为20纳米至200纳米，所述金属层12的厚度是指：在弯折部34是指外表面342与内表面344之间的距离，在贴合部36是指金属层12的高度。
所述金属光栅30的线宽范围是20纳米至500纳米，所述线宽是指弯折部34在平行于基底10的方向上的宽度。所述金属光栅30的周期范围是100纳米至1微米，一个周期是指：弯折部34在平行于基底10的方向上的宽度与贴合部36在平行于基底10的方向上的宽度之和。
当所述金属光栅30的周期为200纳米，线宽为100纳米，外表面342的高度为220纳米时，金属层12的厚度为50纳米。当所述金属光栅30的周期为200纳米，线宽为100纳米，外表面342的高度为400纳米时，金属层12的厚度为200纳米。当所述金属光栅30的周期为1000纳米，线宽为200纳米，外表面342的高度为200纳米时，金属层12的厚度为100纳米。当所述金属光栅30的周期为1000纳米，线宽为200纳米，外表面342的高度为400纳米时，金属层12的厚度为200纳米。本实施例中，所述金属光栅30的周期为392纳米，线宽为220纳米，外表面342的高度为130.2纳米，金属层12的厚度为43.4纳米，如图6所示。
相较于现有技术，本发明提供的金属光栅的制备方法具有以下优点：第一、本发明利用物理性刻蚀气体刻蚀金属层所产生的泛边现象制备多个“中空”或“空心”纳米结构，且该多个“中空”或“空心”纳米结构形成大面积的纳米结构阵列；第二、所述金属光栅的制备方法工艺简单、成本低廉。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (12)

1.一种金属光栅的制备方法，其包括以下步骤：
提供一基底；
设置一金属层在所述基底的表面；
设置一图形化的掩模层在所述金属层的表面，该图形化的掩模层包括多个凸部以及位于该多个凸部之间的多个凹部，所述金属层的部分表面通过所述多个凹部暴露出来；
采用等离子体刻蚀所述金属层通过所述多个凹部暴露出来的部分表面，产生金属颗粒或金属粉末，该金属颗粒或金属粉末附着于所述图形化的掩模层中多个凸部的至少部分侧面，形成多个金属泛边层；以及
采用溶剂溶解去除所述图形化的掩模层，在所述图形化的掩模层的溶胀作用下，所述相邻的多个金属泛边层相互搭接，形成多个空心金属结构，并获得一金属光栅。
2.如权利要求1所述的金属光栅的制备方法，其特征在于，所述图形化的掩模层的制备包括以下步骤：
在所述金属层远离基底的表面依次形成完整的第一掩模层和完整的第二掩模层；
提供一表面具有纳米图案的模板，该模板的纳米图案与所述图形化的掩模层的纳米图案互补；
将该模板具有纳米图案的表面与所述完整的第二掩模层贴合，并在常温下进行压印后脱模，使所述纳米图案转移至所述第二掩模层，从而形成一图形化的第二掩模层；
以所述第二掩模层为掩模，刻蚀去除部分第一掩模层，从而形成一图形化的第一掩模层；以及
去除所述图形化的第二掩模层，暴露出所述图形化的第一掩模层。
3.如权利要求2所述的金属光栅的制备方法，其特征在于，所述第二掩模层的材料为HSQ或SOG。
4.如权利要求2所述的金属光栅的制备方法，其特征在于，所述第一掩模层的材料为化学放大胶。
5.如权利要求1所述的金属光栅的制备方法，其特征在于，所述图形化的掩模层包括多个相互平行且间隔设置的条带形凸部以及位于该多个条带形凸部之间的凹部，且每个条带形凸部具有相对的两个侧边。
6.如权利要求5所述的金属光栅的制备方法，其特征在于，所述图形化的掩模层中的多个凸部的高度在150纳米～420纳米之间，宽度在20纳米～500纳米之间。
7.如权利要求5所述的金属光栅的制备方法，其特征在于，所述图形化的掩模层中的多个凹部的宽度在80纳米～500纳米之间。
8.如权利要求5所述的金属光栅的制备方法，其特征在于，所述金属泛边层附着在所述条带形凸部的两个侧边。
9.如权利要求8所述的金属光栅的制备方法，其特征在于，采用溶剂溶解去除所述图形化的掩模层，同时附着于所述相对的两个侧边的金属泛边层向远离该条带形凸部的方向倾倒，并与相邻条带形凸部中相邻一侧的金属泛边层连接形成所述多个空心金属结构。
10.如权利要求1所述的金属光栅的制备方法，其特征在于，所述金属层的厚度为20纳米～200纳米。
11.如权利要求1所述的金属光栅的制备方法，其特征在于，所述等离子体刻蚀通过采用一物理性刻蚀气体对所述金属层通过所述多个凹部暴露出来的部分表面进行刻蚀，所述物理性刻蚀气体的体积流量为20sccm～80sccm，其形成的压强为10帕～50帕，刻蚀功率为50瓦～150瓦，刻蚀时间为5秒～5分钟。
12.如权利要求11所述的金属光栅的制备方法，其特征在于，所述金属层为金，所述物理性刻蚀气体为氩气，所述氩气的体积流量为48sccm，压强为26帕，功率为70瓦，刻蚀时间为50秒。
CN201310429906.0A 2013-09-22 2013-09-22 金属光栅的制备方法 Active CN104459852B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310429906.0A CN104459852B (zh) 2013-09-22 2013-09-22 金属光栅的制备方法
TW102134921A TWI508148B (zh) 2013-09-22 2013-09-27 金屬光柵的製備方法
US14/262,808 US9442229B2 (en) 2013-09-22 2014-04-28 Method of manufacturing hollow-structure metal grating

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310429906.0A CN104459852B (zh) 2013-09-22 2013-09-22 金属光栅的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104459852A CN104459852A (zh) 2015-03-25
CN104459852B true CN104459852B (zh) 2017-02-01

Family

ID=52691315

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310429906.0A Active CN104459852B (zh) 2013-09-22 2013-09-22 金属光栅的制备方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9442229B2 (zh)
CN (1) CN104459852B (zh)
TW (1) TWI508148B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104849791B (zh) * 2015-05-29 2017-09-22 苏州大学 一种亚波长反射式一维金属波片及其制备方法
WO2021003734A1 (en) * 2019-07-11 2021-01-14 Boe Technology Group Co., Ltd. Nanoimprint mold and manufacturing method thereof, and pattern transfer method using nanoimprint mold

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011017741A1 (en) * 2009-08-10 2011-02-17 Securency International Pty Ltd Optically variable devices and method of manufacture

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4103064A (en) * 1976-01-09 1978-07-25 Dios, Inc. Microdevice substrate and method for making micropattern devices
KR930000293B1 (ko) * 1987-10-26 1993-01-15 마쯔시다덴기산교 가부시기가이샤 미세패턴형성방법
JPH06326059A (ja) * 1993-05-17 1994-11-25 Fujitsu Ltd 銅薄膜のエッチング方法
US6762880B2 (en) * 2001-02-21 2004-07-13 Ibsen Photonics A/S Grating structures and methods of making the grating structures
TWI238513B (en) 2003-03-04 2005-08-21 Rohm & Haas Elect Mat Coaxial waveguide microstructures and methods of formation thereof
US7368229B2 (en) * 2004-04-28 2008-05-06 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Composite layer method for minimizing PED effect
KR20070046024A (ko) * 2004-08-31 2007-05-02 각코우호우징 메이조다이가쿠 반도체 발광 소자 제조 방법 및 반도체 발광 소자
US8183113B2 (en) * 2005-08-24 2012-05-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods of forming recessed gate structures including blocking members, and methods of forming semiconductor devices having the recessed gate structures
WO2008060266A2 (en) * 2005-10-03 2008-05-22 Massachusetts Institute Of Technology Nanotemplate arbitrary-imprint lithography
US7898356B2 (en) * 2007-03-20 2011-03-01 Nuvotronics, Llc Coaxial transmission line microstructures and methods of formation thereof
WO2009062837A1 (de) 2007-11-16 2009-05-22 Nanogate Advanced Materials Gmbh Solarzelle mit optischen verstärkungsstrukturen
JP5590828B2 (ja) * 2008-07-28 2014-09-17 キヤノン株式会社 光学素子の製造方法および光学素子
US9400219B2 (en) * 2009-05-19 2016-07-26 Iowa State University Research Foundation, Inc. Metallic layer-by-layer photonic crystals for linearly-polarized thermal emission and thermophotovoltaic device including same
US8415611B2 (en) * 2009-11-19 2013-04-09 Seiko Epson Corporation Sensor chip, sensor cartridge, and analysis apparatus
TWI475729B (zh) 2011-07-14 2015-03-01 Univ Nat Taiwan Science Tech 偏極化白光發光二極體
EP2942821A1 (en) * 2012-04-02 2015-11-11 Asahi Kasei E-materials Corporation Optical substrate, semiconductor light-emitting element and method of manufacturing semiconductor light-emitting element

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011017741A1 (en) * 2009-08-10 2011-02-17 Securency International Pty Ltd Optically variable devices and method of manufacture

Also Published As

Publication number Publication date
US20150087152A1 (en) 2015-03-26
TWI508148B (zh) 2015-11-11
US9442229B2 (en) 2016-09-13
TW201513181A (zh) 2015-04-01
CN104459852A (zh) 2015-03-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104459854B (zh) 金属光栅的制备方法
CN103901516B (zh) 光栅的制备方法
CN103091747B (zh) 一种光栅的制备方法
TWI338615B (en) Self-aligned process for fabricating imprint templates containing variously etched features
CN103030106B (zh) 三维纳米结构阵列
TWI544528B (zh) 金屬光柵的製備方法
KR20050075580A (ko) 나노 임프린트 리쏘그라피를 이용한 대면적 스탬프 제작방법
US9261777B2 (en) Method for making three-dimensional nano-structure array
CN104986725A (zh) 一种周期性碗状结构模板及其制备方法
Kim et al. Fabrication of inverse micro/nano pyramid structures using soft UV-NIL and wet chemical methods for residual layer removal and Si-etching
CN114994817A (zh) 一种微纳光栅的制备方法
Shi et al. High aspect ratio arrays of Si nano-pillars using displacement Talbot lithography and gas-MacEtch
CN104459852B (zh) 金属光栅的制备方法
JP2010014857A (ja) マイクロレンズモールド製造方法、マイクロレンズモールド、マイクロレンズ
CN104459853B (zh) 金属光栅
CN105502281A (zh) 一种金属图形化方法
TW201839176A (zh) 松樹狀金屬奈米光柵的製備方法
CN109727858A (zh) 定向自组装模板转移方法
KR101078812B1 (ko) 비구면 형태의 실리콘 몰드, 마이크로 렌즈 어레이 및 상기 실리콘 몰드와 마이크로 렌즈 어레이를 제조하는 방법
Si et al. The NanoTuFe—Fabrication of large area periodic nanopatterns with tunable feature sizes at low cost
Li et al. Large area nanosize array stamp for UV-based nanoimprint lithography fabricated by size reduction process
TW201903383A (zh) 單分子檢測的方法
CN103091748B (zh) 光栅
KR20130005353A (ko) 임프린트 리소그래피와 다층 박막을 이용한 패터닝 방법 및 이로 인해 제조된 반도체 소자
Ho et al. Wafer-Scale, Highly-Ordered Silicon Nanowires Produced by Step-and-Flash Imprint Lithography and Metal-Assisted Chemical Etching

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant