CN111453692B - 纳米柱阵列及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纳米柱阵列及其制备方法。上述纳米柱阵列的制备方法包括如下步骤：采用电子束抗蚀剂在衬底上形成抗蚀层；将抗蚀层进行曝光和显影，以在抗蚀层上曝光出多个间隔排列的直径为50nm～100nm的图案；在衬底上形成金属层，且金属层遮蔽抗蚀层，金属层的厚度至少为20nm且小于抗蚀层的厚度的三分之一；去除抗蚀层，得到具有多个间隔排列的金属图案的金属层；从衬底形成有金属层的一侧，沿垂直方向对衬底进行离子刻蚀，以使衬底上未被金属图案覆盖的区域被刻蚀，形成多个间隔的柱体；去除衬底上的金属图案，得到纳米柱阵列，纳米柱阵列包括多个间隔排列的纳米柱。上述制备方法能够使纳米柱阵列中的纳米柱直径小于50nm，高宽比大于20。

Description

纳米柱阵列及其制备方法
技术领域
本发明涉及纳米加工技术领域，特别是涉及一种纳米柱阵列及其制备方法。
背景技术
纳米柱的应用十分广泛，从太阳能电池，氮化镓探测器，到人脸识别和生物蛋白研究。传统制备的纳米柱的方法有电沉积法、外延生长、自组装纳米小球等，但是这些方法很难实现纳米柱的有序排列和纳米柱直径尺寸的精确控制。后来发展起来的有纳米压印，和电子束曝光结合刻蚀工艺制备纳米柱。由于电子束曝光系统比纳米压印更容易实现图形多样化和小尺寸的纳米柱分布，而且纳米压印的模具大多也是电子束曝光系统制备，因此以电子束曝光系统为基础的纳米柱制备工艺受到了广泛关注。此工艺的研究，可以极大地促进以纳米柱为基础的产品研发和应用。但传统制备的纳米柱的直径较大、高宽比较小，难以满足对小尺寸、大高宽比纳米柱的需求。
发明内容
基于此，有必要提供一种能够使制备得到的纳米柱阵列中的纳米柱的直径小于50nm且高宽比大于20的纳米柱阵列的制备方法。
此外，还提供一种纳米柱阵列。
一种纳米柱阵列的制备方法，包括如下步骤：
采用电子束抗蚀剂在衬底上形成抗蚀层；
将所述抗蚀层进行曝光和显影，以在所述抗蚀层上形成多个间隔排列的直径为50nm～100nm的圆形图案；
在所述衬底上形成金属层，所述金属层遮蔽所述抗蚀层，所述金属层的厚度至少为20nm且小于所述抗蚀层的厚度的三分之一；
去除所述抗蚀层，得到具有多个间隔排列的金属图案的所述金属层，每个所述金属图案与一个所述圆形图案相对应；
从所述衬底形成有所述金属层的一侧，沿垂直方向对所述衬底进行离子刻蚀，以使所述衬底上未被所述金属图案覆盖的区域被刻蚀，形成多个间隔的柱体；及
去除所述衬底上的所述金属层，得到纳米柱阵列，所述纳米柱阵列包括多个间隔排列的纳米柱。
在其中一个实施例中，所述电子束抗蚀剂选自聚甲基丙烯酸甲酯、ZEP520及AR-P6200中的一种。
在其中一个实施例中，所述将所述抗蚀层进行曝光和显影的步骤中，电子束束流为1nA～15nA，曝光剂量为1C/m2～20C/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～10分钟。
在其中一个实施例中，所述金属层的材料包括铬、铝、金及钛中的一种。
在其中一个实施例中，所述金属层的厚度为20nm～100nm。
在其中一个实施例中，采用去胶剂去除所述抗蚀层，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，所述从所述衬底形成有所述金属层的一侧，沿垂直方向对所述衬底进行离子刻蚀的步骤中，刻蚀气体为SF6和CHF3的混合气体，SF6的流量为6sccm～16sccm，CHF3的流量为50sccm～100sccm。
在其中一个实施例中，所述从所述衬底形成有所述金属层的一侧，沿垂直方向对所述衬底进行离子刻蚀的步骤中，刻蚀功率为100W～1200W，腔体压力为3mTorr～12mTorr。
在其中一个实施例中，所述从所述衬底形成有所述金属层的一侧，沿垂直方向对所述衬底进行离子刻蚀的步骤中，采用电感耦合等离子体刻蚀系统。
在其中一个实施例中，所述衬底为硅衬底。
在其中一个实施例中，所述采用电子束抗蚀剂在衬底上形成抗蚀层的步骤之前，还包括：对所述衬底进行清洗的步骤。
在其中一个实施例中，所述对所述衬底进行清洗的步骤包括：先用SC1清洗液清洗所述衬底，再用SC2清洗液清洗所述衬底，其中，所述SCl清洗液包括体积比为1∶1∶(5～10)的NH4OH、H2O2及水，所述SC2清洗液包括体积比为1∶1∶(5～10)的HCl、H2O2及水。
在其中一个实施例中，采用金属清洗液去除所述衬底上的所述金属层，所述金属清洗液选自去铬液、王水及盐酸中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述将所述抗蚀层进行曝光和显影，以在所述抗蚀层上形成多个间隔排列的直径为50nm～100nm的圆形图案的步骤中，相邻两个圆形图案的间距至少为200nm。
一种纳米柱阵列，由上述的纳米柱阵列的制备方法制备得到。
在其中一个实施例中，所述纳米柱阵列包括多个间隔排列的纳米柱，每个所述纳米柱的直径为10nm～50nm，所述纳米柱的高度与直径的比值大于20。
在其中一个实施例中，相邻两个所述纳米柱的间距至少为200nm。
上述纳米柱阵列的制备方法通过先在衬底上形成抗蚀层，再进行曝光和显影，在抗蚀层上形成多个间隔排列的直径为50nm～100nm的圆形图案；然后蒸镀厚度至少20nm且小于抗蚀层的厚度的三分之一，即抗蚀层至少为金属层厚度的3倍以上，上述厚度的金属层能够保护被金属层覆盖的衬底在刻蚀过程中保持图形中间不变，边缘逐渐缩小，从而使直径为50nm～100nm的图案经刻蚀后得到直径小于50nm的纳米柱，且厚度小于抗蚀层的厚度的三分之一，使得在去除抗蚀层的步骤中，覆盖在抗蚀层上的金属层也被去除，仅留下直接形成在衬底上的金属层，使得金属层具有多个间隔排列的金属图案，曝光的图案转移到金属层上。然后对衬底进行刻蚀，相邻金属图案之间未被金属图案覆盖的衬底被刻蚀，形成多个间隔的柱体。最后，去除金属层，被金属层覆盖的衬底则形成纳米柱，从而得到纳米柱阵列。因此，上述纳米柱阵列的制备方法能够使制备得到的纳米柱阵列中的纳米柱的直径小于50nm且高宽比大于20。
附图说明
图1为一实施方式的纳米柱阵列的制备方法的工艺流程图；
图2为图1所示的纳米柱阵列的制备方法的工艺流程图中步骤S120得到的抗蚀层220和衬底210的示意图；
图3为图1所示的纳米柱阵列的制备方法的工艺流程图中步骤S130得到的图案222、抗蚀层220和衬底210的示意图；
图4为图1所示的纳米柱阵列的制备方法的工艺流程图中步骤S140得到的金属层230、抗蚀层220和衬底210的示意图；
图5为图1所示的纳米柱阵列的制备方法的工艺流程图中步骤S150得到的具有多个金属图案232的金属层230和衬底210的示意图；
图6为图1所示的纳米柱阵列的制备方法的工艺流程图中步骤S160离子刻蚀前的衬底210和金属图案232的示意图；
图7为图1所示的纳米柱阵列的制备方法的工艺流程图中步骤S160离子刻蚀过程中衬底210和金属图案232的示意图；
图8为图1所示的纳米柱阵列的制备方法的工艺流程图中步骤S160离子刻蚀过程结束后衬底210和金属图案232的示意图；
图9为图1所示的纳米柱阵列的制备方法的工艺流程图中步骤S170中得到的具有多个纳米柱240的纳米柱阵列的示意图；
图10为实施例1制备得到的纳米柱阵列的SEM图；
图11为实施例2制备得到的纳米柱阵列的SEM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1，一实施方式的纳米柱阵列的制备方法，包括如下步骤：
步骤S110：对衬底进行清洗。
具体地，步骤S110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)。
具体地，对衬底进行清洗的步骤之后，还包括：将衬底放入BOE(Buffered OxideEtch缓冲氧化物刻蚀剂)浸泡10s～30s，然后用水清洗衬底并将衬底干燥，最后烘烤清洗后的衬底。
通过对衬底进行清洗能够除去衬底上的杂质，避免后续对纳米柱阵列的制备造成污染。
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，衬底还可以为其他衬底，可以根据所要制备的纳米柱阵列的用途进行选择。
需要说明的是，当衬底表面满足纳米柱阵列的制备过程中的要求时，步骤S110也可以省略。
步骤S120：采用电子束抗蚀剂在衬底上形成抗蚀层。
其中，电子束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，抗蚀剂并不限于上述抗蚀剂，还可以为本领域常用的其他抗蚀剂。
具体地，采用旋涂的方式在衬底上形成抗蚀层。在其中一个实施例中，步骤S120为：利用涂胶机和电子束抗蚀剂在衬底上旋涂形成抗蚀层。
步骤S130：将抗蚀层进行曝光和显影，在抗蚀层上形成多个间隔排列的直径为50nm～100nm的圆形图案。
具体地，将抗蚀层进行曝光的步骤中，加速电压为80kV，电子束束流为1nA～15nA，曝光剂量为1C/m2～20C/m2。在其中一个实施例中，曝光过程中采用的电子束曝光设备为nanobeam NB5。
将曝光后的抗蚀层显影的步骤中，所用到的显影液为异丙醇(IPA)∶甲基异丁基甲酮(MIBK)＝1∶1～3∶1(体积比)，显影时间为1分钟～10分钟。采用上述曝光和显影参数，能够形成直径为50nm～100nm的圆形图案。具体地，相邻两个圆形图案之间的间距至少为200nm。设置相邻两个圆形图案之间的间距至少为200nm能够使得后续在剥离的过程中容易剥离抗蚀层。
在实际过程中，当步骤S120中所用到的电子束抗蚀剂为PMMA，步骤S130中曝光出的圆形图案的直径最小可以为30nm。当步骤S120中所用到的电子束抗蚀剂为ZEP520和AR-P6200时，步骤S130中曝光出的圆形图案的直径可以小于10nm。因此，采用上述电子束抗蚀剂能够经过曝光和显影得到直径为50nm～100nm的圆形图案。
步骤S140：在衬底上形成金属层，且金属层遮蔽抗蚀层，金属层的厚度至少为20nm且小于抗蚀层的厚度的三分之一。
具体地，采用蒸镀的方式在衬底上形成金属层。在其中一个实施例中，蒸镀过程中所用到的设备为电子束蒸镀设备。
其中，金属层的材料为铬Cr、铝Al、金Au或钛Ti等金属。金属层能够在离子刻蚀过程中抵挡刻蚀，使得被金属层保护的衬底不被离子刻蚀。具体地，金属层的厚度为20nm～100nm。且步骤S120中得到的抗蚀层的厚度至少为金属层厚度的3倍。金属层的厚度太薄，金属可能在后续离子刻蚀的过程中被消耗，不能阻挡刻蚀，而且使刻蚀后形成的图形容易变形。金属层的厚度太厚，金属层在离子刻蚀过程中会保持不变，不利于刻蚀。而上述厚度的金属层，能保证被金属层保护的衬底图形在离子刻蚀过程中，中间保持不变，而边缘在刻蚀过程中逐渐缩减，从而刻蚀后得到直径小于50nm的纳米柱。另外，金属层的厚度小于抗蚀层的厚度的三分之一，使得在后续去除抗蚀层的步骤中，覆盖在抗蚀层上的金属层也被去除，仅留下直接形成在衬底上的金属层，使得金属层具有多个间隔排列的金属图案，曝光的图案转移到金属层上。
在其中一个实施例中，金属层的材料为铬，金属层的厚度为30nm。
步骤S150：去除抗蚀层，得到具有多个间隔排列的金属图案的金属层，每个金属图案与一个圆形图案相对应。
具体地，采用去胶剂去除抗蚀层。在其中一个实施例中，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。采用去胶剂去除抗蚀层的同时，形成在抗蚀层上的金属层也被去除，只留下多个间隔排列的金属图案。另外，采用上述去胶剂去除抗蚀层，不会对衬底及金属层造成影响。
进一步地，采用去胶剂去除抗蚀层的步骤中，在超声条件下进行。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处理。该功率的超声波不仅不会对衬底及金属层造成破坏，而且能够加快抗蚀层的剥离，提高剥离效果和制作效率。
通过步骤S150能够在衬底形成具有多个间隔排列的金属图案的金属层。金属图案的尺寸即为步骤S130中圆形图案的尺寸。相邻两个金属图案的间距即为步骤S130中相邻两个圆形图案的间距。
步骤S160：从衬底形成有金属层的一侧，沿垂直方向对衬底进行离子刻蚀，以使衬底上未被金属图案覆盖的区域被刻蚀，形成多个间隔的柱体。
其中，从衬底形成有金属层的一侧对衬底进行离子刻蚀的步骤中，刻蚀气体为SF6和CHF3，SF6的流量为6sccm～16sccm。CHF3的流量为50sccm～100sccm。进一步地，离子刻蚀过程中的刻蚀功率为100W～1200W，腔体压力为3mTorr～12mTorr。在其中一个实施例中，离子刻蚀过程中，采用电感耦合等离子体刻蚀系统(ICP)。电感耦合等离子体刻蚀系统的偏置功率为20W～600W。
在离子刻蚀硅衬底时使用SF6反应气体，同时引入CHF3气体。CHF3分解会自动在刻蚀表面形成刻蚀钝化层。需要指出的是，虽然所有的刻蚀表面都沉积了钝化层，但是垂直方向的刻蚀表面由于受到离子的轰击，钝化层被离子溅射清除，使反应离子刻蚀在垂直方向上得以继续进行，而侧壁则因为受钝化层的保护而得以保留。在刻蚀的过程中，通过改变CHF3气体流量和调整其他刻蚀条件可以有效控制刻蚀的各项异性度，有利于形成高宽比的纳米柱。
步骤S170：去除衬底上的金属层，得到纳米柱阵列，纳米柱阵列包括多个间隔排列的纳米柱。
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，但上述溶液不会对得到的纳米柱阵列的结构造成影响。
通过步骤S110～步骤S170能够制备得到密集的纳米柱阵列，纳米柱阵列包括多个间隔排列的纳米柱，每个纳米柱的直径为10nm～50nm，纳米柱的高度与直径的比值大于20。。相邻两个纳米柱的间距至少为200nm。
具体地，上述纳米柱阵列的制备过程的示意图请参阅图2～图9。图2为步骤S120得到的抗蚀层220和衬底210的示意图。抗蚀层220均匀形成在衬底210上。图3为步骤S130得到的圆形图案222、抗蚀层220和衬底210的示意图。通过曝光和显影，抗蚀层220的部分区域上的电子束抗蚀剂被去除，从而在抗蚀层220上曝光出多个间隔排列的圆形图案222。图4为步骤S140得到的金属层230、抗蚀层220和衬底210的示意图。在衬底上210上形成金属层230，金属层230覆盖抗蚀层220以及抗蚀层220上的圆形图案222。图5为步骤S150得到的具有多个金属图案232的金属层230和衬底21O的示意图。通过剥离去除抗蚀层220，覆盖在抗蚀层220上的金属也被去除，仅留下直接形成在衬底210上的金属，从而得到具有多个金属图案232的金属层230，每个金属图案232对应步骤S130中的一个圆形图案222。
图6为步骤S160离子刻蚀前的衬底210和金属图案232的示意图。图7为步骤S160离子刻蚀过程中衬底210和金属图案232的示意图。在离子刻蚀过程中，未被金属图案232覆盖的衬底210受到离子轰击而被刻蚀，从而得到柱体，被金属图案232保护的衬底210的中间不会被刻蚀，边缘在刻蚀过程中逐渐缩小。图8为步骤S160离子刻蚀过程结束后衬底210和金属图案232的示意图。图9为步骤S170中得到的具有多个纳米柱240的纳米柱阵列的示意图。
需要说明的是，在实际制备过程中，步骤S130中抗蚀层上曝光的图案的直径大于步骤S170制备得到的纳米柱的直径。这是因为，在离子刻蚀的过程中，纳米柱的侧壁不可避免会被部分刻蚀，若曝光的图案的直径太小，在刻蚀过程中，纳米柱的侧壁被刻蚀，导致纳米柱过细而发生断裂。因此，在步骤S130中圆形图案的直径大于得到的纳米柱的直径。在刻蚀过程中，金属层的边缘的电场大于中间部分，因此离子刻蚀速率也大，就出现了金属层边缘被逐渐刻蚀的现象。
在本领域中，制备直径小于50nm，深宽比大于20的密集纳米柱，存在几个难点：
(1)小于50nm图形需要很高的分辨率的电子束曝光设备。
(2)小于50nm图形的密集图形在做剥离的时候，容易造成图形破损。
(3)小于50nm图形在刻蚀的过程中，很容易出现断裂。
而上述纳米柱阵列的制备方法至少具有以下优点：
(1)上述纳米柱阵列的制备方法通过先在衬底上形成抗蚀层，再进行曝光和显影，以在抗蚀层上形成多个间隔排列的直径为50nm～100nm的图案；然后蒸镀厚度至少20nm且小于抗蚀层的厚度的三分之一，即抗蚀层至少为金属层厚度的3倍以上，上述厚度的金属层能够使得后续刻蚀过程中，被金属层保护的衬底的中间不变，而边缘在刻蚀的过程中逐渐缩小，从而通过后续刻蚀形成直径小于50nm的纳米柱。在去除抗蚀层的步骤中，覆盖在抗蚀层上的金属层也被去除，仅留下直接形成在衬底上的金属层，使得金属层具有多个间隔排列的金属图案。然后对衬底进行刻蚀，相邻金属图案之间未被金属图案盖的衬底被沿垂直方向被刻蚀，形成多个间隔的柱体，避免出纳米柱断裂现象。最后，去除金属层，被金属层覆盖的衬底则形成纳米柱，从而得到纳米柱阵列。因此，上述纳米柱阵列的制备方法能够使制备得到的纳米柱阵列中的纳米柱的直径小于50nm且高宽比大于20。
(2)上述纳米柱阵列的制备方法在离子刻蚀硅衬底时使用SF6反应气体，同时引入CHF3气体。CHF3分解会自动在刻蚀表面形成刻蚀钝化层。虽然所有的刻蚀表面都沉积了钝化层，但是垂直方向的刻蚀表面由于受到离子的轰击，钝化膜被离子溅射清除，使反应离子刻蚀在垂直方向上得以继续进行，而侧壁则因为受钝化层的保护而得以保留。在刻蚀的过程中，通过改变CHF3气体流量和调整其他刻蚀条件可以有效控制刻蚀的各项异性度，即侧壁的刻蚀速率，有利于形成高宽比的纳米柱。
一实施方式的纳米柱阵列，由上述实施方式的纳米柱阵列的制备方法制备得到。上述纳米柱阵列包括多个间隔排列的纳米柱，每个纳米柱的直径为10nm～50nm。相邻两个纳米柱的间距至少为200nm。进一步地，每个纳米柱的高宽比均大于20。上述纳米柱阵列的尺寸较小，且高宽比较大，能够用于太阳能电池、氮化镓探测器、人脸识别和生物蛋白研究等领域中。
一实施方式的纳米柱阵列在制备太阳能电池或制备氮化镓探测器中的应用。
以下为具体实施例部分：
需要说明的是，在以下实施例中，所用到的衬底均为硅衬底。
实施例1
本实施例的纳米柱阵列的制备过程具体如下：
(1)先用NH4OH、H2O2及水体积比为1∶1∶10的SCl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，再将衬底放入BOE中浸泡10s，用水清洗衬底，并干燥，然后再在180℃下烘烤衬底10min。
(2)在清洗后的衬底的一侧旋涂电子束抗蚀剂PMMA，形成厚度为130nm的抗蚀层。
(3)将衬底置于nanobeam NB5电子束曝光设备中，设置加速电压为80kV，电子束束流为2nA，曝光剂量为20C/m2，使抗蚀层进行曝光，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，以在抗蚀层曝光出多个间隔排列的圆形图案，其中每个圆形图案的直径为75nm，相邻两个圆形图案的间距为500nm。
(4)在抗蚀层和衬底上通过蒸镀金属Cr形成厚度为30nm的金属层。
(5)将衬底在去胶剂丙酮中浸泡，以使抗蚀层溶解，得到具有多个间隔排列的金属图案的金属层，每个金属图案的宽度为75nm。
(6)采用电感耦合等离子体刻蚀系统对形成有金属层的衬底进行离子刻蚀，离子刻蚀过程中，刻蚀气体为SF6和CHF3的混合气体。其中，SF6的流量为10sccm，CHF3的流量为70sccm。反应室的压强为5mTorr，刻蚀功率为150W。刻蚀时间为300s。
(7)离子刻蚀结束后，将衬底置于去铬液中，以除去金属层，得到纳米柱阵列。
实施例1制备得到的纳米柱阵列的扫描电子显微镜图如图10所示。
实施例2
本实施例的纳米柱阵列的制备过程具体如下：
(1)先用NH4OH、H2O2及水体积比为1∶1∶10的SCl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，再将衬底放入BOE中浸泡10s，用水清洗衬底，并干燥，然后再在180℃下烘烤衬底10min。
(2)在清洗后的衬底的一侧旋涂电子束抗蚀剂PMMA，形成厚度为130nm的抗蚀层。
(3)将衬底置于nanobeam NB5电子束曝光设备中，设置加速电压为80kV，电子束束流为2nA，曝光剂量为20C/m2，使抗蚀层进行曝光，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，以在抗蚀层曝光出多个间隔排列的圆形图案，其中每个圆形图案的直径为75nm，相邻两个图案的间距为200nm。
(4)在抗蚀层和衬底上通过蒸镀金属Cr形成厚度为30nm的金属层。
(5)将衬底在去胶剂丙酮中浸泡，以使抗蚀层溶解，得到具有多个间隔排列的金属图案的金属层，每个金属图案的宽度为75nm。
(6)采用电感耦合等离子体刻蚀系统对形成有金属层的衬底进行离子刻蚀，离子刻蚀过程中，刻蚀气体为SF6和CHF3的混合气体。其中，SF6的流量为10sccm，CHF3的流量为70sccm。反应室的压强为5mTorr，刻蚀功率为150W。刻蚀时间为300s。
(7)离子刻蚀结束后，将衬底置于去铬液中，以除去金属层，得到纳米柱阵列。
实施例2制备得到的纳米柱阵列的扫描电子显微镜图如图11所示。
实施例3
本实施例的纳米柱阵列的制备过程与实施例1的纳米柱阵列的制备过程相似，区别在于：
本实施例的步骤(3)中，电子束曝光剂量为20C/m2，每个圆形图案的直径均为115nm，相邻两个圆形图案的间距为1μm。
实施例4
本实施例的纳米柱阵列的制备过程与实施例1的纳米柱阵列的制备过程相似，区别在于：
本实施例的步骤(3)中，电子束曝光剂量为12C/m2，每个圆形图案的直径均为95nm，相邻两个圆形图案的间距为1μm。
实施例5
本实施例的纳米柱阵列的制备过程与实施例1的纳米柱阵列的制备过程相似，区别在于：本实施例的步骤(4)中，金属层的厚度为100nm。
实施例6
本实施例的纳米柱阵列的制备过程与实施例1的纳米柱阵列的制备过程相似，区别在于：本实施例的步骤(4)中，金属层的厚度为60nm。
实施例7
本实施例的纳米柱阵列的制备过程与实施例1的纳米柱阵列的制备过程相似，区别在于：本实施例的步骤(6)中，CHF3的流量为50sccm。
实施例8
本实施例的纳米柱阵列的制备过程与实施例1的纳米柱阵列的制备过程相似，区别在于：本实施例的步骤(6)中，CHF3的流量为100sccm。
实施例9
本实施例的纳米柱阵列的制备过程与实施例1的纳米柱阵列的制备过程相似，区别在于：本实施例的步骤(6)中，SF6的流量为6sccm。
实施例10
本实施例的纳米柱阵列的制备过程与实施例1的纳米柱阵列的制备过程相似，区别在于：本实施例的步骤(6)中，SF6的流量为16sccm。
实施例11
本实施例的纳米柱阵列的制备过程与实施例1的纳米柱阵列的制备过程相似，区别在于：本实施例的步骤(6)中，刻蚀功率为100W。
实施例12
本实施例的纳米柱阵列的制备过程与实施例1的纳米柱阵列的制备过程相似，区别在于：本实施例的步骤(6)中，刻蚀功率为1200W。
实施例13
本实施例的纳米柱阵列的制备过程与实施例1的纳米柱阵列的制备过程相似，区别在于：本实施例的步骤(6)中，反应室的压强为3mTorr。
实施例14
本实施例的纳米柱阵列的制备过程与实施例1的纳米柱阵列的制备过程相似，区别在于：本实施例的步骤(6)中，反应室的压强为12mTorr。
上述实施例1～实施例14的纳米柱阵列的制备过程中的工艺参数如下表1所示。
表1各实施例的纳米柱阵列的制备过程中的工艺参数
采用扫描电子显微镜(SEM)对上述实施例1～实施例14制备得到的纳米柱阵列的每个纳米柱的高度、直径进行观测，测试结果如下表2所示。
表2各实施例的纳米柱阵列的测试数据
从上表2中可以看出：
曝光和显影后形成的圆形图案的直径过小的话，在后续离子刻蚀过程中容易造成纳米柱图形的坍塌，而不能得到直径小于50nm的纳米柱。
金属层的厚度太厚，使得刻蚀过程中被金属层保护的衬底的图形的中间及边缘均不易被刻蚀，从而得到的纳米柱的直径与曝光形成的圆形图案的直径相同或减少较少，不能得到直径小于50nm的纳米柱。
刻蚀过程中CHF3的流量较小的话，在刻蚀表面形成的刻蚀钝化层较薄，侧壁受到刻蚀的程度变大，难以得到高度较大的纳米柱；合理选择CHF3的流量，有利于得到直径较小、高度较大的纳米柱。
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 (10)

1.一种纳米柱阵列的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
采用电子束抗蚀剂在衬底上形成抗蚀层；
将所述抗蚀层进行曝光和显影，在所述抗蚀层上形成多个间隔排列的直径为50nm~100nm的圆形图案；
在所述衬底上形成金属层，所述金属层遮蔽所述抗蚀层，所述金属层的厚度至少为20nm且小于所述抗蚀层的厚度的三分之一；
去除所述抗蚀层，得到具有多个间隔排列的金属图案的所述金属层，每个所述金属图案与一个所述圆形图案相对应；
从所述衬底形成有所述金属层的一侧，沿垂直方向对所述衬底进行离子刻蚀，以使所述衬底上未被所述金属图案覆盖的区域被刻蚀，形成多个间隔的柱体；及
去除所述衬底上的所述金属层，得到纳米柱阵列，所述纳米柱阵列包括多个间隔排列的纳米柱；
所述从所述衬底形成有所述金属层的一侧，沿垂直方向对所述衬底进行离子刻蚀的步骤中，刻蚀气体为SF6和CHF3的混合气体；
所述纳米柱的直径小于50nm。
2.根据权利要求1所述的纳米柱阵列的制备方法，其特征在于，所述电子束抗蚀剂选自聚甲基丙烯酸甲酯、ZEP520及AR-P6200中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的纳米柱阵列的制备方法，其特征在于，所述将所述抗蚀层进行曝光和显影的步骤中，电子束束流为1nA~15nA，曝光剂量为1C/m2~20C/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~10分钟。
4.根据权利要求1所述的纳米柱阵列的制备方法，其特征在于，所述金属层的材料包括铬、铝、金及钛中的一种。
5.根据权利要求1或4所述的纳米柱阵列的制备方法，其特征在于，所述金属层的厚度为20nm~100nm。
6.根据权利要求1所述的纳米柱阵列的制备方法，其特征在于，采用去胶剂去除所述抗蚀层，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。
7.根据权利要求1所述的纳米柱阵列的制备方法，其特征在于，SF6的流量为6sccm~16sccm，CHF3的流量为50sccm~100sccm。
8.根据权利要求1或7所述的纳米柱阵列的制备方法，其特征在于，所述从所述衬底形成有所述金属层的一侧，沿垂直方向对所述衬底进行离子刻蚀的步骤中，刻蚀功率为100W~1200W，腔体压力为3mTorr~12mTorr。
9.一种纳米柱阵列，其特征在于，由权利要求1~8任一项所述的纳米柱阵列的制备方法制备得到。
10.根据权利要求9所述的纳米柱阵列，其特征在于，所述纳米柱阵列包括多个间隔排列的纳米柱，每个所述纳米柱的直径为大于等于10nm且小于50nm，所述纳米柱的高度与直径的比值大于20。
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