CN110596801B

CN110596801B - 闪耀光栅及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN110596801B
Application number: CN201910857437.XA
Authority: CN
Inventors: 段天利; 张锐; 王尧; 徐康; 马续航; 瞿学选
Original assignee: Southwest University of Science and Technology
Current assignee: Southwest University of Science and Technology
Priority date: 2019-09-10
Filing date: 2019-09-10
Publication date: 2020-11-10
Anticipated expiration: 2039-09-10
Also published as: CN110596801A

Abstract

本发明涉及一种闪耀光栅及其制备方法和应用。上述闪耀光栅的制备方法包括如下步骤：采用第一抗蚀剂在衬底上形成第一抗蚀层；将第一抗蚀层进行曝光和显影，形成具有图案的第一抗蚀层；在衬底上形成金属层，金属层遮盖第一抗蚀层；去除第一抗蚀层，得到具有多个间隔排列的金属条的金属层；在衬底上形成具有多个抗蚀条的第二抗蚀层，多个抗蚀条与多个金属条交替排列，且每个抗蚀条与相邻的一个金属条连接并构成一个图案单元，多个图案单元间隔排列；从衬底形成有第二抗蚀层的一侧对衬底进行离子刻蚀，以使第二抗蚀层被刻蚀，并使衬底上形成多个斜面；去除金属层，得到闪耀光栅。上述闪耀光栅的制备方法简单且能够得到纳米尺寸的闪耀光栅。

Description

闪耀光栅及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及光栅领域，特别是涉及一种闪耀光栅及其制备方法和应用。

背景技术

闪耀光栅是重要的光学元件，可完成分光、滤光等功能，应用非常广泛。可以用于智能眼镜中，例如虚拟现实Virtual Reality(VR)和增强现实Augmented Reality(AR)眼镜。闪耀光栅加工主要有机械刻划技术和全息曝光结合离子束刻蚀。这两种技术只能加工微米尺寸的光栅，而不能得到纳米尺寸的光栅。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够得到纳米尺寸光栅的闪耀光栅的制备方法。

此外，还提供一种闪耀光栅及其应用。

一种闪耀光栅的制备方法，包括如下步骤：

采用第一抗蚀剂在衬底上形成第一抗蚀层；

将所述第一抗蚀层进行曝光和显影，形成具有图案的所述第一抗蚀层；

在所述衬底上形成金属层，且所述金属层遮盖所述第一抗蚀层；

去除所述第一抗蚀层和形成在所述第一抗蚀层上的所述金属层，得到具有多个间隔排列的金属条的所述金属层；

采用第二抗蚀剂在所述衬底上形成具有多个抗蚀条的第二抗蚀层，多个所述抗蚀条与多个所述金属条交替排列，且每个所述抗蚀条与相邻的一个所述金属条连接并构成一个图案单元，多个所述图案单元间隔排列，且每个所述图案单元中的所述金属条具有相对的第一边缘与第二边缘，所述抗蚀条的中心线位于所述金属条的所述第一边缘和所述第二边缘之间，或者所述抗蚀条的中心线与所述第一边缘重合，且所述抗蚀条的边缘不超过所述第二边缘；

从所述衬底形成有所述第二抗蚀层的一侧，对所述衬底进行离子刻蚀，以使所述第二抗蚀层被刻蚀，并使所述衬底上形成多个斜面；及

去除所述衬底上的所述金属层，得到闪耀光栅。

在其中一个实施例中，所述第二抗蚀层的厚度为100nm～500nm。

在其中一个实施例中，所述抗蚀条的宽度为50nm～2μm。

在其中一个实施例中，所述从所述衬底形成有所述第二抗蚀层的一侧，对所述衬底进行离子刻蚀的步骤中，刻蚀气体包括CHF₃，所述CHF₃的流量为60sccm～90sccm，所述刻蚀气体还包括O₂和SF₆中的至少一种，所述O₂的流量为0sccm～30sccm，所述SF₆的流量为0sccm～10sccm，且所述O₂的流量与所述SF₆的流量不同时为0，刻蚀功率为100W～1200W。

在其中一个实施例中，所述从所述衬底形成有所述第二抗蚀层的一侧，对所述衬底进行离子刻蚀的步骤中，压强为3mTorr～50mTorr。

在其中一个实施例中，所述将所述第一抗蚀层进行曝光和显影的步骤中，曝光剂量为1C/m²～10C/m²，显影液为体积比为1∶1～3∶1的异丙醇与甲基异丁基甲酮的混合液，显影时间为1分钟～5分钟。

在其中一个实施例中，所述金属层的材料选自铬、铝及钛中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述去除所述第一抗蚀层的步骤中，所用的试剂为去胶剂，所述去胶剂选自丙酮、N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮及二价酸酯中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述去除所述衬底上的所述金属层的步骤中，采用去铬液、王水及盐酸中的至少一种去除所述金属层。

一种闪耀光栅，所述闪耀光栅由上述闪耀光栅的制备方法制备得到。

在其中一个实施例中，所述闪耀光栅包括多个光栅单元，多个所述光栅单元间隔排列，每个所述光栅单元的高度为50nm～1μm，且所述光栅单元的截面为直角梯形，所述直角梯形的斜角大于40°且小于100°。

上述闪耀光栅在制备智能眼镜中的应用。

上述闪耀光栅的制备方法中，通过先在衬底上形成具有图案的第一抗蚀层，然后在衬底上形成金属层，并去除第一抗蚀层和形成在第一抗蚀层上的金属层，从而在衬底上形成具有多个间隔排列的金属条的金属层，金属层在离子刻蚀过程中能够保护衬底不被刻蚀。然后在衬底和金属层上形成具有多个抗蚀条的第二抗蚀层，且每个抗蚀条与一个金属条连接并构成一个图案单元，多个图案单元间隔排列，每个图案单元中的抗蚀条的中心线位于金属条的第一边缘和第二边缘之间，因此，在衬底上还存在未被第二抗蚀层和金属层保护的区域。在离子刻蚀过程中，金属层的抗蚀能力更强，不会被刻蚀，而第二抗蚀层的抗蚀能力较弱，第二抗蚀层在离子刻蚀过程中从抗蚀条的两侧边缘向中间逐渐发生损耗，从而使衬底上被第二抗蚀层保护的区域逐渐被刻蚀，从而形成斜面。最后去除未被刻蚀的金属层，得到纳米尺寸的闪耀光栅。上述制备方法工艺简单，且能够得到纳米尺寸的闪耀光栅。

附图说明

图1为一实施方式的闪耀光栅的制备方法的工艺流程图；

图2为图1所示的闪耀光栅的制备方法的工艺流程图中步骤S130得到的第一抗蚀层和衬底的示意图；

图3为图1所示的闪耀光栅的制备方法的工艺流程图中步骤S140得到的金属层、第一抗蚀层和衬底的示意图；

图4为图1所示的闪耀光栅的制备方法的工艺流程图中步骤S150得到的金属层和衬底的示意图；

图5为图1所示的闪耀光栅的制备方法的工艺流程图中步骤S160中得到的第二抗蚀层、金属层及衬底的示意图；

图6-a、图6-b和图6-c分别为图1所示的闪耀光栅的制备方法的工艺流程图中步骤S170中离子刻蚀初期、中期和后期的衬底、金属层和第二抗蚀层的示意图，图6-d为图1所示的闪耀光栅的制备方法的工艺流程图中步骤S170中离子刻蚀结束后的衬底和金属层的示意图；

图7为图1所示的闪耀光栅的制备方法的工艺流程图中步骤S180中得到的闪耀光栅的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将结合具体实施方式对本发明进行更全面的描述。具体实施方式中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

请参阅图1，一实施方式的闪耀光栅的制备方法，包括如下步骤：

步骤S110：根据要制备的闪耀光栅，绘制版图。

具体地，采用L-Edit软件绘制版图。利用L-Edit软件绘制版图的步骤可以为本领域常用的步骤，在此不再赘述。通过L-Edit软件绘制版图能够模拟得到版图的形状，以利于后续工艺。

步骤S120：采用第一抗蚀剂在衬底上形成第一抗蚀层。

在一些实施例中，第一抗蚀剂为电子束抗蚀剂。具体地，第一抗蚀剂选自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、ZEP520及AR-P6200中的一种。其中，ZEP520为日本zeon公司生产的电子束抗蚀剂，AR-P6200为德国All resist公司生产的电子束抗蚀剂。可以理解，第一抗蚀剂并不限于上述抗蚀剂，还可以为本领域常用的抗蚀剂。

具体地，采用旋涂的方式在衬底上形成第一抗蚀层。

具体地，第一抗蚀层的厚度为60nm～300nm。

进一步地，步骤S110之后，步骤S120之前，还包括：清洗衬底的步骤。

具体地，清洗衬底的步骤包括：先用SC1清洗液清洗衬底，再用SC2清洗液清洗衬底。其中，SC1清洗液包括NH₄OH、H₂O₂及水。SC1清洗液中NH₄OH、H₂O₂及水的体积之比为1∶1∶(5～10)。SC2清洗液包括HCl、H₂O₂及水。SC2清洗液中HCl、H₂O₂及水的体积之比为1∶1∶(5～10)。

SC1清洗液能够去除衬底上的颗粒物质，SC2清洗液能够去除衬底上的重金属，以防止后续对闪耀光栅的制备造成污染。

在本实施方式中，衬底为硅衬底，可以理解，在其他实施方式中，衬底还可以根据要制备的闪耀光栅的用途进行选择。

清洗衬底的步骤之后，还包括：将衬底放入BOE(Buffered Oxide Etch缓冲氧化物刻蚀剂)浸泡10s～30s，最后用水清洗衬底并将衬底干燥。然后进行烘烤。将衬底放入BOE中浸泡的作用是去掉衬底上的氧化物。

烘烤衬底的步骤中，烘烤温度为120℃～180℃，烘烤时间为1min～30min。烘烤衬底一方面能够除去清洗衬底过程中的水汽，另一方面还能够增加后续电子束抗蚀剂对衬底的粘附作用，使得到的闪耀光栅不容易从衬底上脱落。

步骤S130：将第一抗蚀层进行曝光和显影，形成具有图案的第一抗蚀层。

其中，将第一抗蚀层进行曝光的过程中，曝光剂量为1C/m²～10C/m²。电子束束流为1nA～15nA。加速电压为80kV。采用上述参数，能够使第一抗蚀层的图案的宽度为纳米尺度。进一步地，曝光过程中采用的电子束曝光设备为nanobeam NB5。该曝光设备的曝光精度能够达到纳米尺度。

将曝光后的第一抗蚀层进行显影的步骤中，采用异丙醇(IPA)：甲基异丁基甲酮(MIBK)＝1∶1～3∶1的显影液进行显影，显影时间为1分钟～5分钟。

具体地，第一抗蚀层具有多个光刻条，多个光刻条间隔排列。每个光刻条的宽度为50nm～1000nm。相邻两个光刻条的间距至少为50nm。图2为具有图案的第一抗蚀层220和衬底210的示意图。

步骤S140：在衬底上形成金属层，且金属层遮盖第一抗蚀层。

具体地，通过蒸镀金属在具有图案的第一抗蚀层远离衬底的一侧形成金属层。具体地，金属层的材料选自铬、铝及钛中的至少一种。上述金属能够在离子刻蚀过程中抵挡刻蚀，被金属层保护的衬底不会被离子刻蚀。金属层的厚度为20nm～100nm。在本实施方式中，金属层的厚度小于或等于第一抗蚀层的厚度的1/3。将金属层的厚度设置为上述值，主要是方便通过剥离工艺形成金属层，小于1/3更容易剥离。

进一步地，在本实施方式中，采用电子束蒸镀设备蒸镀金属。

图3为步骤S140得到的金属层230、第一抗蚀层220和衬底210的示意图。

步骤S150：去除第一抗蚀层，得到具有多个间隔排列的金属条的金属层。

具体地，在本实施方式中，去除第一抗蚀层的同时，形成在第一抗蚀层上的金属层也被去除。具体地，采用去胶剂去除第一抗蚀层。去胶剂选自丙酮、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N-乙基吡咯烷酮(NEP)及二价酸酯(NME)中的至少一种。

步骤S150可以在超声条件下进行，也可以在非超声条件下进行。具体地，在非超声条件下，采用去胶剂去除第一抗蚀层的步骤为：将衬底在去胶剂中浸泡，以使第一抗蚀层溶解。或者，采用去胶剂去除第一抗蚀层的步骤为：用去胶剂冲淋衬底，以使第一抗蚀层溶解。

在超声条件下，采用去胶剂去除第一抗蚀层的步骤具体为：将衬底浸泡在去胶剂中，然后在超声功率为5W～10W、超声频率为10kHz～40kHz的条件下对衬底进行超声波处理。该功率的超声波不仅不会对闪耀光栅造成破坏，而且能够加快第一抗蚀层的溶解，提高制作效率。

每个金属条的宽度至少为50nm。具体地，金属条的宽度与步骤S140中的第一抗蚀层的相邻两个光刻条的间距相同。相邻两个金属条的间距与步骤S140中的第一抗蚀层的光刻条的宽度相同。

图4为步骤S150得到的金属层230和衬底210的示意图。从图4中可以看出，通过步骤S150能够去除第一抗蚀层以及形成在第一抗蚀层表面的金属层，而留下直接形成在衬底上的金属层，从而得到具有多个金属条的金属层。

步骤S160：采用第二抗蚀剂在衬底上形成具有多个抗蚀条的第二抗蚀层，多个抗蚀条与多个金属条交替排列，且每个抗蚀条与相邻的一个金属条连接并构成一个图案单元，多个图案单元间隔排列，且每个图案单元中的金属条具有相对的第一边缘与第二边缘，抗蚀条的中心线位于金属条的第一边缘和第二边缘之间，或者抗蚀条的中心线与第一边缘重合，且抗蚀条的边缘不超过第二边缘。

具体地，第二抗蚀层的厚度为100nm～500nm。在相同条件下，第二抗蚀层的厚度较薄时，得到的闪耀光栅的深度较浅。第二抗蚀层的厚度较厚时，得到的闪耀光栅的深度较深。

具体地，采用第二抗蚀剂在衬底上形成具有多个抗蚀条的第二抗蚀层的步骤包括：

采用第二抗蚀剂在衬底上形成第二抗蚀层，且第二抗蚀层遮盖金属层；

将第二抗蚀层进行曝光和显影，得到具有多个抗蚀条的第二抗蚀层。

具体地，第二抗蚀剂为电子束抗蚀剂。具体地，第二抗蚀剂选自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、ZEP520及AR-P6200中的一种。其中，ZEP520为日本zeon公司生产的电子束抗蚀剂，AR-P6200为德国All resist公司生产的电子束抗蚀剂。可以理解，第二抗蚀剂并不限于上述抗蚀剂，还可以为本领域常用的抗蚀剂。步骤S160中所用到的第二抗蚀剂可以与步骤S120中所用到的第一抗蚀剂可以相同，也可以不同。

将第二抗蚀层进行曝光和显影的步骤与步骤S130中将第一抗蚀层进行曝光和显影的步骤相同，在此不再赘述。

第二抗蚀层的抗蚀条的宽度为50nm～2μm。

需要说明的是，在本文中，抗蚀条的中心线指沿抗蚀条的宽度方向的中心线。

具体地，每个抗蚀条与相邻的一个金属条连接并构成一个图案单元，多个图案单元间隔排列。因此，衬底上还存在未被第二抗蚀层和金属层保护的区域。衬底上未被第二抗蚀层和金属层保护的区域在刻蚀过程中各部分的刻蚀速率均相同，发生垂直方向的刻蚀。

图5为步骤S160得到的具有图案的第二抗蚀层240、金属层230及衬底210的示意图。

步骤S170：从衬底形成有第二抗蚀层的一侧对衬底进行离子刻蚀，以使第二抗蚀层被刻蚀，并使衬底上形成多个斜面。

具体地，离子刻蚀的过程中，抗蚀条从两侧边缘到中间逐渐发生损耗。

具体地，在其中一个实施例中，刻蚀气体包括CHF₃，CHF₃的流量为60sccm～90sccm，刻蚀气体还包括O₂和SF₆中的至少一种，O₂的流量为0sccm～30sccm，SF₆的流量为0sccm～10sccm，且O₂的流量与SF₆的流量不同时为0。刻蚀功率为100W～1200W。腔体压强为3mTorr～50mTorr。此时，衬底可以为硅衬底。可以理解，当衬底为其他衬底或采用的设备不同时，步骤S170中的各参数并不限于上述值。

通过调节刻蚀过程中的刻蚀气体及流量、刻蚀功率等参数，能够得到不同高度及不同斜角的闪耀光栅。迄今为止，没有任何一种理论模型能够定量的解释和预测反应离子刻蚀结果，因此反应离子刻蚀技术是一项非常实验性的技术。只能给出每种参数变化可能会引起的刻蚀结果的变化趋势。被刻蚀材料表面的原子与反应气体离子或自由基相互反应生成气体产物是反应离子刻蚀的主导过程，因此刻蚀速率直接与反应气体供给的速率有关。功率增加将导致电子能量增加，使电离概率增加，进而增加刻蚀速率。反应离子刻蚀一般都工作在低气压条件下，因为在低气压条件下，气体分子密度降低，电子自由程增加，因此电子在碰撞之间的能量增加，使电离概率增加。低气压的另一个好处是离子之间、离子与原子之间的碰撞减少，离子对材料表面刻蚀的方向性改善，即横向刻蚀降低，使刻蚀的各向异性增强。

进一步地，在本实施方式中，离子刻蚀的过程中采用电感耦合等离子体刻蚀系统(ICP)。采用ICP刻蚀具有刻蚀精度高、重复性和均匀性好等优点。

具体地，离子刻蚀过程请参阅图6-a～图6-d。在离子刻蚀初期，衬底、第二抗蚀层和金属层的示意图如图6-a所示。

随着离子刻蚀的进行，衬底上未被第二抗蚀层和金属层保护的区域和第二抗蚀层均被刻蚀，但由于刻蚀时间短，第二抗蚀层被刻蚀的厚度不太明显，第二抗蚀层的不同位置的刻蚀速率相同，衬底上被第二抗蚀层保护的区域不发生刻蚀。而金属层由于抗蚀能力较第二抗蚀层的抗蚀能力强，在离子刻蚀过程中不会被刻蚀，因此，衬底上被金属层保护的区域也不发生刻蚀，仅衬底上未被第二抗蚀层保护和未被金属层保护的区域进行垂直方向的刻蚀，如图6-b所示。

随着离子刻蚀的进行，长时间暴露在刻蚀环境中，第二刻蚀层的厚度逐渐变薄，当第二抗蚀层的厚度达到一定厚度时，如10nm，第二抗蚀层的边缘和中间的刻蚀速率不同，第二抗蚀层的边缘的刻蚀速率大于中间的刻蚀速率，因此，第二抗蚀层从边缘到中间逐渐发生损耗，从而使衬底上被第二刻蚀层保护的部分形成斜面，如图6-c所示。

刻蚀结束后，第二抗蚀层完全被刻蚀掉，衬底上形成多个斜面，而金属层未被刻蚀，如图6-d所示。

需要说明的是，在刻蚀的过程中，抗蚀条被刻蚀到中心线上时，需要停止刻蚀，否则会造成以金属层为阻挡层的刻蚀，形成斜面的整体下移。刻蚀过程中，由于光栅的长度(毫米级别)远远大于光栅的宽度(纳米级别)，因此宽度方向的刻蚀，我们一般忽略不计。

步骤S180：去除衬底上的金属层，得到闪耀光栅。

具体地，采用金属清洗液去除金属层。具体地，金属清洗液选自去铬液、王水及盐酸中的至少一种。金属能够溶解在上述溶液中，从而除去金属层，但上述溶液不会对衬底及得到的闪耀光栅的结构造成影响。

通过步骤S180能够得到如图7所示的闪耀光栅。闪耀光栅包括多个光栅单元，多个光栅单元间隔排列，每个光栅单元的高度为50nm～1μm，且光栅单元的截面为直角梯形，直角梯形的斜角大于40°且小于100°。

需要说明的是，上述闪耀光栅的制备方法也能够制备得到微米级尺寸的闪耀光栅。当制备的闪耀光栅的尺寸在微米级时，步骤S120和步骤S160中使用的电子束抗蚀剂也可以用紫外光刻胶进行替换，此时步骤S130和步骤S160中所用到的曝光设备为紫外曝光机。

上述闪耀光栅的制备方法至少具有以下优点：

(1)上述闪耀光栅的制备方法中，通过先在衬底上形成具有图案的第一抗蚀层，然后在衬底上形成金属层，并去除第一抗蚀层和形成在第一抗蚀层上的金属层，从而在衬底上形成具有多个间隔排列的金属条的金属层，金属层在离子刻蚀过程中能够保护衬底不被刻蚀。然后在衬底和金属层上形成具有多个抗蚀条的第二抗蚀层，且每个抗蚀条与一个金属条连接并构成一个图案单元，多个图案单元间隔排列，因此，在衬底上还存在未被第二抗蚀层和金属层保护的区域。在离子刻蚀过程中，金属层的抗蚀能力更强，不会被刻蚀，而第二抗蚀层的抗蚀能力较弱，且由于每个图案单元中的抗蚀条的中心线与金属条的一边重合，第二抗蚀层在离子刻蚀过程中从两侧边缘到中间逐渐发生损耗，从而使衬底上被第二抗蚀层保护的区域逐渐被刻蚀，从而形成斜面。最后去除未被刻蚀的金属层，得到纳米尺寸的闪耀光栅。在刻蚀的过程中，抗蚀条被刻蚀到中心线上时，需要停止刻蚀，否则会造成以金属层为阻挡层的刻蚀，形成斜面的整体下移。

(2)上述闪耀光栅的制备方法中通过调整离子刻蚀的刻蚀气体类型、流量和刻蚀功率，以及第二抗蚀层的厚度和抗蚀条的宽度，能够调整闪耀光栅的尺寸大小和斜角的角度。

(3)上述闪耀光栅的制备方法工艺简单，能够形成纳米级闪耀光栅。

一实施方式的闪耀光栅由上述闪耀光栅的制备方法制备得到。具体地，该闪耀光栅包括多个光栅单元，多个光栅单元间隔排列，每个光栅单元的高度为50nm～1μm，且光栅单元的截面为直角梯形，直角梯形的斜角大于40°且小于100°。

需要说明的是，在本文中，直角梯形的斜角指的是直角梯形的下底边与斜边的夹角。

一实施方式的闪耀光栅在制备智能眼镜中的应用。

以下为具体实施例部分：

需要说明的是，实施例中刻蚀的时间均以抗蚀条被刻蚀到中心线位置处停止刻蚀。

实施例1

本实施例的闪耀光栅的制备过程具体如下：

(1)根据要制备的闪耀光栅，绘制版图。

(2)先用NH₄OH、H₂O₂及水体积比为1∶1∶10的SC1清洗液清洗衬底10min，再用HCl、H₂O₂及水的体积之比为1∶1∶10的SC2清洗液清洗衬底10min。然后将衬底放入BOE中浸泡10s，用水清洗衬底，并干燥，最后在180℃下烘烤衬底10min。

(3)在清洗后的衬底的一侧旋涂电子束抗蚀剂PMMA，形成厚度为300nm的第一抗蚀层。

(4)将衬底置于nanobeam NB5电子束曝光设备中，使第一抗蚀层进行曝光，然后将曝光后的抗蚀层采用异丙醇：甲基异丁基甲酮＝3∶1(体积比)的显影液进行显影，得到具有多个光刻条的第一抗蚀层，其中光刻条的宽度为300nm，相邻两个光刻条的间距为200nm。

(5)在具有图案的第一抗蚀层和衬底上通过蒸镀金属Cr形成厚度为100nm的金属层。

(6)将衬底在去胶剂丙酮中浸泡，以使第一抗蚀层溶解，得到具有多个金属条的金属层，金属层的每个金属条的宽度为200nm。

(7)在衬底和具有图案的金属层上旋涂电子束抗蚀剂PMMA，形成厚度为100nm的第二抗蚀层。

(8)将衬底置于nanobeam NB5电子束曝光设备中，使第二抗蚀层进行曝光，然后将曝光后的第二抗蚀层采用异丙醇：甲基异丁基甲酮＝3∶1(体积比)的显影液进行显影，得到具有多个抗蚀条的第二抗蚀层，每个抗蚀条与其中一个金属条连接，且每个抗蚀条与另一个金属条间隔，每个抗蚀条的宽度为200nm。

(9)采用电感耦合等离子体刻蚀系统对形成有金属层和第二抗蚀层的衬底进行离子刻蚀，离子刻蚀过程中，刻蚀气体为O₂和CHF₃的混合气体。其中，O₂的流量为4sccm，CHF₃的流量为80sccm。反应室的压强为10mTorr，刻蚀功率为600W。

(10)离子刻蚀结束后，将衬底置于去铬液中，以除去金属层，得到闪耀光栅。

实施例2

实施例2的闪耀光栅的制备过程与实施例1的闪耀光栅的制备过程相似，区别在于：本实施例的步骤(7)中，第二抗蚀层的厚度为200nm。

实施例3

实施例3的闪耀光栅的制备过程与实施例1的闪耀光栅的制备过程相似，区别在于：本实施例的步骤(7)中，第二抗蚀层的厚度为500nm。

实施例4

实施例4的闪耀光栅的制备过程与实施例1的闪耀光栅的制备过程相似，区别在于：本实施例的步骤(9)中，O₂的流量为2sccm。

实施例5

实施例5的闪耀光栅的制备过程与实施例1的闪耀光栅的制备过程相似，区别在于：本实施例的步骤(9)中，O₂的流量为8sccm。

实施例6

实施例6的闪耀光栅的制备过程与实施例1的闪耀光栅的制备过程相似，区别在于：本实施例的步骤(9)中，刻蚀功率为100W。

实施例7

实施例7的闪耀光栅的制备过程与实施例1的闪耀光栅的制备过程相似，区别在于：本实施例的步骤(9)中，刻蚀功率为1000W。

实施例8

实施例8的闪耀光栅的制备过程与实施例1的闪耀光栅的制备过程相似，区别在于：

本实施例的步骤(4)中，第一抗蚀层的光刻条的宽度为100nm；

本实施例的步骤(8)中，第二抗蚀层的抗蚀条的宽度为100nm。

实施例9

实施例9的闪耀光栅的制备过程与实施例1的闪耀光栅的制备过程相似，区别在于：

本实施例的步骤(4)中，第一抗蚀层的光刻条的宽度为600nm；

本实施例的步骤(8)中，第二抗蚀层的抗蚀条的宽度为300nm。

实施例10

实施例10的闪耀光栅的制备过程与实施例1的闪耀光栅的制备过程相似，区别在于：

本实施例的步骤(9)中，反应室压力为5mTorr。

实施例11

实施例11的闪耀光栅的制备过程与实施例1的闪耀光栅的制备过程相似，区别在于：

本实施例的步骤(9)中，反应室压力为30mTorr

实施例12

实施例12的闪耀光栅的制备过程与实施例1的闪耀光栅的制备过程相似，区别在于：

本实施例的步骤(9)中，SF₆流量为8sccm。

实施例13

实施例13的闪耀光栅的制备过程与实施例1的闪耀光栅的制备过程相似，区别在于：

本实施例的步骤(9)中，SF₆流量为12sccm。

上述实施例1～实施例13的闪耀光栅的制备过程中的工艺参数如下表1和表2所示。

表1各实施例和对比例的闪耀光栅的制备过程的工艺参数

表2各实施例和对比例的闪耀光栅的制备过程的工艺参数

采用扫描电子显微镜(SEM)对上述实施例1～实施例13中制备得到的闪耀光栅的光栅单元的高度和斜角进行观测，测试结果如下表3所示。

表3各实施例和对比例的闪耀光栅的测试数据

从上述表3中可以看出：

(1)随着第二抗蚀层的厚度的增加，光栅单元的高度增加；

(2)随着刻蚀气体O₂流量的增加，所获得直角梯形的斜角的角度越小；

(3)随着刻蚀功率的增加，所获得直角梯形的斜角的角度越小；

(4)随着刻蚀反应室压力的增加，所获得直角梯形的斜角的角度越小；

(5)随着刻蚀SF₆流量的增加，所获得直角梯形的斜角的角度越大。

需要说明的是，上述实施例中所用到的电子束抗蚀剂均以PMMA为例，其他电子束抗蚀剂，如ZEP520、AR-P 6200也可以用于制备闪耀光栅中，且得到的闪耀光栅与采用PMMA为电子束抗蚀剂得到的闪耀光栅类似，在此不再赘述。

需要说明的是，上述实施例中所用到的金属层的材料均以Cr为例，去胶剂均以丙酮为例，清洗液均以去铬液为例，本文中所列的其他金属层的材料、去胶剂及清洗液也可以用于制备闪耀光栅中，且得到的闪耀光栅与采用实施例中所用到的金属、去胶剂及清洗液等所得到的闪耀光栅类似，在此不再赘述。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种闪耀光栅的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

采用第一抗蚀剂在衬底上形成第一抗蚀层；

去除所述第一抗蚀层，得到具有多个间隔排列的金属条的所述金属层；

采用第二抗蚀剂在所述衬底上形成具有多个抗蚀条的第二抗蚀层，多个所述抗蚀条与多个所述金属条交替排列，且每个所述抗蚀条与相邻的一个所述金属条连接并构成一个图案单元，多个所述图案单元间隔排列，且每个所述图案单元中的所述金属条具有相对的第一边缘与第二边缘，所述抗蚀条的中心线位于所述金属条的所述第一边缘和所述第二边缘之间，或者所述抗蚀条的中心线与所述第一边缘重合，且所述抗蚀条的边缘均不超过所述第二边缘；

从所述衬底形成有所述第二抗蚀层的一侧对所述衬底进行离子刻蚀，以使所述第二抗蚀层被刻蚀，并使所述衬底上形成多个斜面；及

去除所述衬底上的所述金属层，得到闪耀光栅；

其中，所述去除所述第一抗蚀层，得到具有多个间隔排列的金属条的所述金属层的步骤具体为：去除所述第一抗蚀层及形成在所述第一抗蚀层表面的金属层，留下直接形成在所述衬底上的金属层，得到具有多个金属条的所述金属层。

2.根据权利要求1所述的闪耀光栅的制备方法，其特征在于，所述第二抗蚀层的厚度为100nm～500nm。

3.根据权利要求1或2所述的闪耀光栅的制备方法，其特征在于，所述抗蚀条的宽度为50nm～2μm。

4.根据权利要求1所述的闪耀光栅的制备方法，其特征在于，所述从所述衬底形成有所述第二抗蚀层的一侧，对所述衬底进行离子刻蚀的步骤中，刻蚀气体包括CHF₃，所述CHF₃的流量为60sccm～90sccm，所述刻蚀气体还包括O₂和SF₆中的至少一种，所述O₂的流量为0sccm～30sccm，所述SF₆的流量为0sccm～10sccm，且所述O₂的流量与所述SF₆的流量不同时为0，刻蚀功率为100W～1200W。

5.根据权利要求1或4所述的闪耀光栅的制备方法，其特征在于，所述从所述衬底形成有所述第二抗蚀层的一侧，对所述衬底进行离子刻蚀的步骤中，压强为3mTorr～50mTorr。

6.根据权利要求1所述的闪耀光栅的制备方法，其特征在于，所述将所述第一抗蚀层进行曝光和显影的步骤中，曝光剂量为1C/m²～10C/m²，显影液为体积比为1:1～3:1的异丙醇与甲基异丁基甲酮的混合液，显影时间为1分钟～5分钟。

7.根据权利要求1所述的闪耀光栅的制备方法，其特征在于，所述金属层的材料选自铬、铝及钛中的至少一种；及/或，

所述去除所述第一抗蚀层的步骤中，所用的试剂为去胶剂，所述去胶剂选自丙酮、N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮及二价酸酯中的至少一种；及/或，

所述去除所述衬底上的所述金属层的步骤中，采用去铬液、王水及盐酸中的至少一种去除所述金属层。

8.一种闪耀光栅，其特征在于，所述闪耀光栅由权利要求1～7任一项所述的闪耀光栅的制备方法制备得到。

9.根据权利要求8所述的闪耀光栅，其特征在于，所述闪耀光栅包括多个光栅单元，多个所述光栅单元间隔排列，每个所述光栅单元的高度为50nm～1μm，且所述光栅单元的截面为直角梯形，所述直角梯形的斜角大于40°且小于100°。

10.权利要求8或9所述的闪耀光栅在制备智能眼镜中的应用。