CN105506547A - 一种光学元件金属化镀膜的纳米掩膜方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光学元件金属化镀膜的纳米掩膜方法，包括如下步骤：准备基片和纳米掩膜模板，将基片清洗干净并烘干；通过纳米掩膜模板覆盖基片上，再通过蒸镀、电镀或者印刷中的一种方法将纳米掩膜材料覆盖在基片上，完成后取下纳米掩膜模板，再在整个基片上形成金属层，完成后去除液进行反应，得到具有金属化图案的光学元件。本发明的有益效果为：本发明纳米掩膜一次成形，方法简单方便，可提高产品产量和良率；在基片上形成掩膜以后，方便后续处理；纳米掩膜的实现方法有多种，可根据实际情况灵活选择；本发明的纳米掩膜法制备光学元件金属化镀膜的制备成本低，经济实惠。

Description

一种光学元件金属化镀膜的纳米掩膜方法
技术领域
本发明涉及一种纳米掩膜方法，特别涉及一种光学元件金属化镀膜的纳米掩膜方法。
背景技术
随着科学技术的发展，人们对光学元件表面金属化图案的要求越来越高。目前传统的表面金属图案的加工方法主要是通过光刻来实现。首先在整个元件表面镀金属膜，再通过光刻的方法实现图案化；或者首先在元件表面进行光刻，光刻胶图案与目标图案互补，再在整个元件上镀金属层，通过去掉光刻胶来形成金属化图案。利用光刻的方法实现金属层图案化步骤繁杂，出错几率大，成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光学元件金属化镀膜的纳米掩膜方法。
一种光学元件金属化镀膜的纳米掩膜方法，包括如下步骤：
(1)准备基片和纳米掩膜模板，将基片清洗干净并烘干，所述纳米掩膜模板选自纳米掩膜夹具或者网板；
(2)通过纳米掩膜模板覆盖基片上，再通过蒸镀、电镀或者印刷中的一种方法将纳米掩膜材料覆盖在基片上，完成后取下纳米掩膜模板；
(3)通过蒸镀、电镀中的一种方法，在室温-160度温度下，在整个基片上形成金属层；
(4)镀有纳米掩膜层和金属层的基片一起与去除液进行反应，得到具有金属化图案的光学元件；
(5)将步骤(4)得到的光学元件清洗、烘干、待用。
进一步的，所述基片选自玻璃、石英、蓝宝石、硅、锗、硫化锌、硒化锌光学基片材料中的一种。
进一步的，所述纳米掩膜层材料选自Ag、Cu、Al、CaCO3、CaO、NaCl、ZnS、感光胶、PI胶和ZnSe容易溶解于酸、碱、有机溶剂中的一种。
进一步的，所述步骤(2)中实施温度为室温至160℃。
进一步的，所述步骤(3)中的形成的金属层为一层或者多层，所述多层为2-20层。
进一步的，所述金属层的料选自Au、Ag、Cu、Pt、Ni、Ti、Ti、W、Cr中的一种或多种。
进一步的，所述去除液选自盐酸、硝酸、硫酸、氢氧化钠、氢氧化钾、有机溶剂乙醇、乙醚、丙酮、IPA、石油醚中的一种或几种。
进一步的，所述纳米掩膜夹具材料选自不锈钢、铝、铜或铁容易加工的金属中的一种，其形状根据需要进行设计。
相较其他的技术方案，本发明的优点在于：
(1)本发明纳米掩膜一次成形，方法简单方便，可提高产品产量和良率；
(2)本发明中所选掩膜材料可以与一些酸、碱或酒精、丙酮等有机溶剂反应，在基片上形成掩膜以后，方便后续处理；
(3)纳米掩膜可以与去除液在整个接触面同时反应，可以被快速去除掉；
(4)纳米掩膜的实现方法有多种，可根据实际情况灵活选择；
(5)本发明的纳米掩膜法制备光学元件金属化镀膜的制备成本低，经济实惠。
附图说明
图1是本发明具体实施例1中的光学元件金属化镀膜的纳米掩膜方法的设计方案；
图2是本发明具体实施例5中的光学元件金属化镀膜的纳米掩膜方法的设计方案；
图3是本发明具体实施例6中的光学元件金属化镀膜的纳米掩膜方法的设计方案。
附图标记
1-基片；2-纳米掩膜模板；3-纳米掩膜层；4-金属层；5-金属化图案的光学元件。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。以下通过附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
一种光学元件金属化镀膜的纳米掩膜方法，包括如下步骤：
(1)准备基片1和纳米掩膜模板2，将基片1清洗干净并烘干，所述纳米掩膜模板选自纳米掩膜夹具或者印刷网板；
(2)通过纳米掩膜模板2覆盖基片1上，再通过蒸镀、电镀或者印刷中的一种方法将纳米掩膜材料覆盖在基片1上，得到一层纳米掩膜层，完成后取下纳米掩膜模板2；
(3)通过蒸镀、电镀中的一种方法，在室温-160度温度下，在整个基片上形成金属层4；
(4)镀有纳米掩膜层3和金属层4的基片一起与去除液进行反应，得到具有金属化图案的光学元件5；
(5)将步骤(4)得到的光学元件清洗、烘干、待用。
所述基片选自玻璃、石英、蓝宝石、硅、锗、硫化锌、硒化锌光学基片材料中的一种。
所述纳米掩膜层材料选自Ag、Cu、Al、CaCO3、CaO、NaCl、ZnS、感光胶、PI胶和ZnSe容易溶解于酸、碱、有机溶剂中一种。
所述步骤(2)中实施温度为室温至160℃。
所述步骤(3)中的形成的金属层为一层或者多层，所述多层为2-20层。
所述金属层的料选自Au、Ag、Cu、Pt、Ni、Ti、W、Cr中的一种或多种。
所述去除液选自盐酸、硝酸、硫酸、氢氧化钠、氢氧化钾、有机溶剂乙醇、乙醚、丙酮、IPA、石油醚中的一种或几种。
所述纳米掩膜夹具材料选自不锈钢、铝、铜或铁容易加工的金属中的一种，其形状根据需要进行设计。
本发明中的纳米掩膜层3和金属层4不能是同一种金属，也需要有相异的特性。例如纳米掩膜层3为Ag是需用稀硝酸作为去除液去除，则金属层4不能设定为Cu等可被稀硝酸腐蚀的金属层，也就是如果想要金属层4为Cu，则纳米掩膜层3避免使用Ag等。这个需要本领域技术人员进行自行调整和设置。
本发明中纳米掩膜材料可以通过蒸镀、电镀或者印刷的方式覆盖在基片上，其中一些材料可以用多种方法，本领域技术人员可以根据需要选择一种方式进行，优选的是金属可以用蒸镀和电镀。感光胶和PI胶用印刷的方式进行。
本发明中多层金属层可以是一次掩膜，在其纳米掩膜层上覆盖多层金属层，也可以是将一层金属层覆盖完成后，利用去除液去除纳米掩膜层，在重复制作步骤(2)-(4)，覆盖多层金属层，本发明中覆盖的金属层可以达到20层，另外本发明中每一次金属层的掩膜方式可以不一样，根据具体的情况进行操作。
实施例1
参阅图1，以片状硅材料作为基片，利用不锈钢为纳米掩膜夹具，将纳米掩膜夹具设计成需要的形状，本实施例中设计为圆环形；将纳米掩膜夹具夹住硅基片，利用蒸镀法在80℃下蒸镀NaCl；蒸镀完成后，取下纳米掩膜夹具；在140℃下，在其上蒸镀一层Ti，再进一步蒸镀Au金属层，完成后将镀有NaCl纳米掩膜层和Ti/Au金属层的硅基片一起放置于纯水中溶解，最后留下一个环形的Au金属层。
实施例2
以玻璃为作为基片，利用不锈钢为纳米掩膜夹具，将纳米掩膜夹具设计成需要的形状；将纳米掩膜夹具夹住玻璃基片，利用蒸镀法在80℃下蒸镀Al；蒸镀完成后，取下纳米掩膜夹具；在150℃下，再在其上进一步蒸镀Cr金属层，完成后将镀有Al纳米掩膜层和Cr金属层的硅基片一起放置于氢氧化钠溶液中反应，Al纳米掩膜层会与氢氧化钠溶液反应，最后留下一个具有特定形状的Cr金属层。
实施例3
以蓝宝石为作为基片，利用不锈钢为纳米掩膜夹具，将纳米掩膜夹具设计成需要的形状；将纳米掩膜夹具夹住蓝宝石基片，利用蒸镀法在基片上蒸镀Ag；蒸镀完成后，取下纳米掩膜夹具；在再在其上进一步电镀一层Au金属层，完成后将镀有Ag纳米掩膜层和Au金属层的硅基片一起放置于稀硝酸溶液中反应，Ag纳米掩膜层会与稀硝酸溶液反应，最后留下一个具有特定形状的Au金属层。
实施例4
以硅为作为基片，利用铝为纳米掩膜夹具，将纳米掩膜夹具设计成需要的形状；将纳米掩膜夹具夹住硅基片，在85℃下利用蒸镀法在基片上蒸镀ZnS；蒸镀完成后，取下纳米掩膜夹具；在再在其上进一步蒸镀一层Au金属层，完成后将镀有ZnS纳米掩膜层和Au金属层的硅基片一起放置于稀盐酸溶液中反应，ZnS纳米掩膜层会与稀盐酸溶液反应，最后留下一个具有特定形状的Au金属层。
实施例5
参阅图2，以硅为作为基片1，将印刷网板(相当于模板2)设计成需要的形状；将感光胶即纳米掩膜层3印刷在基片1上，印刷完成后，取下基片；再在基片1上进一步蒸镀一层Ti金属层4，再向其中电镀一层W金属层，将镀有感光胶与Ti和W金属层4的硅基片置于丙酮中，感光胶纳米掩膜层会与丙酮溶液反应，得到一个具有特定形状的Ti/W金属层的硅元件。
实施例6
参阅图3，以锗为作为基片1，利用铝为纳米掩膜夹具2，将纳米掩膜夹具2设计成需要的形状；将纳米掩膜夹具夹2住锗基片1，利用蒸镀法在90℃下蒸镀Cu；蒸镀完成后，取下纳米掩膜夹具2；在150℃下，再在其上进一步蒸镀Ni金属层，完成后将镀有Cu纳米掩膜层3和Ni金属层4的锗基片1一起放置于稀硝酸溶液中反应，Cu纳米掩膜层3会与稀硝酸溶液反应，最后留下一个具有特定形状的Ni金属层4的锗元件。再以其他特定形状的铝为纳米掩膜夹具2夹住具有Ni金属层的基片，然后在其上蒸镀NaCl纳米掩膜层3，取下纳米掩膜夹具2，再蒸镀Ti金属层4，最后将蒸镀后的基片放置于水中，NaCl纳米掩膜层溶解，得到镀有Ni/Ti两者金属的锗元件。
最后所应说明的是，以上实，施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种光学元件金属化镀膜的纳米掩膜方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）准备基片和纳米掩膜模板，将基片清洗干净并烘干，所述纳米掩膜模板选自纳米掩膜夹具或者印刷网板；
（2）通过纳米掩膜模板覆盖基片上，再通过蒸镀、电镀或者印刷中的一种方法将纳米掩膜材料覆盖在基片上，完成后取下纳米掩膜模板；
（3）通过蒸镀、电镀中的一种方法，在室温-160度温度下，在整个基片上形成金属层；
（4）镀有纳米掩膜层和金属层的基片一起与去除液进行反应，得到具有金属化图案的光学元件；
（5）将步骤（4）得到的光学元件清洗、烘干、待用。
2.根据权利要求1所述的光学元件金属化镀膜的纳米掩膜方法，其特征在于所述基片选自玻璃、石英、蓝宝石、硅、锗、硫化锌、硒化锌光学基片材料中的一种。
3.根据权利要求1所述的光学元件金属化镀膜的纳米掩膜方法，其特征在于所述纳米掩膜层材料选自Ag、Cu、Al、CaCO3、CaO、NaCl、ZnS、感光胶、PI胶或ZnSe容易溶解于酸、碱、有机溶剂溶液中的一种。
4.根据权利要求1所述的光学元件金属化镀膜的纳米掩膜方法，其特征在于所述步骤（2）中实施温度为室温至160℃。
5.根据权利要求1所述的光学元件金属化镀膜的纳米掩膜方法，其特征在于所述步骤（3）中的形成的金属层为一层或者多层，所述多层为2-20层。
6.根据权利要求1所述的光学元件金属化镀膜的纳米掩膜方法，其特征在于所述金属层的料选自Au、Ag、Cu、Pt、Ni、Ti、Ti、W、Cr中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的光学元件金属化镀膜的纳米掩膜方法，其特征在于所述去除液选自盐酸、硝酸、硫酸、氢氧化钠、氢氧化钾、有机溶剂乙醇、乙醚、丙酮、IPA、石油醚中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的光学元件金属化镀膜的纳米掩膜方法，其特征在于所述纳米掩膜夹具材料选自不锈钢、铝、铜或铁容易加工的金属中的一种，其形状根据需要进行设计。
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