CN113238310A - 一种平坦化的二维光栅及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种平坦化的二维光栅及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：基材表面二维阵列微孔结构制备；微孔内镀膜；表面平坦化。本发明可解决传统二维光栅抛光工艺效率低，精度差，良品率低的技术问题。

Description

一种平坦化的二维光栅及其制备方法
技术领域
本发明涉及微结构光学元件领域，尤其涉及一种平坦化的二维光栅及其制备方法。
背景技术
微光增强器是微光夜视仪的核心部件，其性能的高低决定了微光夜视仪的质量。微光增强器的核心部件由阴极玻璃输入窗、微通道板、、阳极输出窗等构成。阴极玻璃输入窗内表面涂覆一层光电阴极，可以将光信号转变为电信号，光电阴极的光电转换率直接影响着最终成像的质量。通过在阴极玻璃输入窗与光电阴极之间增加一层二维光栅可显著提升光电阴极的光电转换效率。
二维光栅为亚微米尺寸，制备过程主要包括刻蚀和镀膜两个环节，刻蚀是在基材表面制备一层二维阵列孔结构，镀膜是在孔内镀膜，在孔内镀膜的同时也会镀在孔壁上，导致表面形成高低不平的结构，需要后期制备，使表面平坦化，目前通过各种抛光机械制备效率低，精度差，良品率低，严重影响二维光栅在微光增强器中的推广应用。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种平坦化的二维光栅及其制备方法，用于二维光栅的表面平坦化，大大提高了制备效率、精度、产品良品，具有广阔的市场前景。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本发明提出的一种平坦化的二维光栅的制备方法，包括以下步骤：
S1基材表面二维阵列微孔结构制备：
通过干法刻蚀或湿法刻蚀在基材表面制备一层二维阵列微孔结构；
S2微孔内镀膜：
通过磁控溅射工艺在微孔内镀膜；
S3表面平坦化：
通过等离子工艺对步骤S2中镀膜后的样品表面进行刻蚀，使其平坦化。
进一步地，前述的平坦化的二维光栅的制备方法，其中步骤S1中所述刻蚀为干法刻蚀或湿法刻蚀。
进一步地，前述的平坦化的二维光栅的制备方法，其中步骤S1中，所述干法刻蚀选自光刻胶刻蚀、微球刻蚀、电子束直写或激光刻蚀。
进一步地，前述的平坦化的二维光栅的制备方法，其中步骤S1中，所述基材选自玻璃、氧化物膜层或金属膜层。
进一步地，前述的平坦化的二维光栅的制备方法，其中步骤S1中，所述基材选自氧化物膜层为单氧化物膜层或复合氧化物膜层。
进一步地，前述的平坦化的二维光栅的制备方法，其中步骤S1中，所述单氧化物膜层选自氧化钛、氧化硅、氧化锆、氧化铝、氧化镁或氧化铪的氧化物膜层。
进一步地，前述的平坦化的二维光栅的制备方法，其中步骤S1中，所述复合氧化物膜层为氧化硅/氧化钛复合涂层。
进一步地，前述的平坦化的二维光栅的制备方法，其中步骤S1中，所述金属膜层为Cu、Ag、Fe、Al、Ni、Sn、Pt、Cr膜层或其复合膜层。
进一步地，前述的平坦化的二维光栅的制备方法，其中步骤S1中，所述二维阵列微孔结构为圆柱形、方形、三角形、六边形或五边形的二维阵列微孔结构。
进一步地，前述的平坦化的二维光栅的制备方法，其中步骤S1中，当所述二维阵列微孔结构为圆柱形的二维阵列微孔结构时，其孔径为5nm～2000nm，深度为5nm～2000nm，中心距为5nm～2000nm。
进一步地，前述的平坦化的二维光栅的制备方法，其中步骤S2中，所述膜层材料为金属或金属氧化物；所述金属选自Cu、Ag和Au中的一种；所述金属氧化物选自TiO2、SiO2和ZrO2中的一种。
进一步地，前述的平坦化的二维光栅的制备方法，其中步骤S2中，所述磁控溅射工艺的操作参数设置如下：靶材为Ti，功率密度为1.8～3.2w/cm2，通气量Ar为30～100sccm，O2为30～60sccm，镀膜气体压力为1～30mtorr，时间为0.5～3h。
进一步地，前述的平坦化的二维光栅的制备方法，其中步骤S3中，所述等离子工艺所用的气体选自Ar、N2、H2、O2、He或Ne。
进一步地，前述的平坦化的二维光栅的制备方法，其中步骤S3中，当所述等离子工艺所用的气体为Ar时，其为氩离子束刻蚀工艺，离子束能量为500～2000ev，刻蚀角度为30～90度，样品旋转速度为10～600r/min。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本发明提出的一种光栅，所述光栅表面的表面粗糙度小于5nm，其通过上述的方法得到。
本发明通过刻蚀在基材表面制备一层二层阵列微孔结构，通过气相沉积工艺上述微孔中沉积镀膜；镀膜后的样品表面高低不平，通常采用等离子体刻蚀工艺对样品表面进行刻蚀，通过调整工艺参数，使刻蚀后样品的表面平坦化，满足指标要求。
相比于现有技术，本发明所述的平坦化的二维光栅及其制备方法具有如下有益效果：
1、本发明可解决传统二维光栅抛光工艺效率低，精度差，良品率低，难以实现亚微米尺寸平坦化的技术问题；
2、本发明采用等离子体刻蚀工艺，对样品表面进行刻蚀，可实现样品的表面平坦化，满足表面高低起伏差距小于1nm的指标要求；
3、本发明所述的制备方法的理论基础合理，操作工艺可行，适用于其他类型微结构的平坦化制备，比如一维周期微结构的平坦化及非周期微结构的平坦化。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
附图说明
图1为本发明实施例1-9及对比例1所述的掩膜结构示意图之一；
图2为本发明实施例1-9及对比例1所述的掩膜结构示意图之二；
图3为本发明实施例1-9及对比例1所述的二维微孔结构示意图之一；
图4为本发明实施例1-9及对比例1所述的二维微孔结构示意图之二。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种二维平坦化的二维光栅及其制备方法其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
以下材料或试剂，如非特别说明，均为市购。
本发明提供了一种平坦化的二维光栅的制备方法，包括以下步骤：
S1基材表面二维阵列微孔结构制备：
通过干法刻蚀或湿法刻蚀在基材表面制备一层二维阵列微孔结构；
S2微孔内镀膜：
通过气相沉积工艺在微孔内镀膜；
S3表面平坦化：
通过等离子工艺对步骤S2中镀膜后的样品表面进行刻蚀，使其平坦化。
具体实施时，步骤S1中所述刻蚀可以为干法刻蚀或湿法刻蚀，优选为干法刻蚀，这是由于一方面湿法刻蚀(酸洗)精度低，另一方面湿法刻蚀要求材料具有酸溶性，对材料酸溶性有要求，故湿法刻蚀(酸洗)通用性不如干法刻蚀好。
具体实施时，步骤S1中，所述干法刻蚀可以选自光刻胶刻蚀、微球刻蚀、电子束直写或激光刻蚀，优选为光刻胶刻蚀如氟化物反应离子刻蚀，这是因为其工艺成熟稳定，通用性好。
具体实施时，步骤S1中，当所述干法刻蚀为氟化物反应离子刻蚀时，所述氟化物反应离子刻蚀的离子束能量可以为200W以上，刻蚀角度为0度。所述氟化物可以六氟化硫、四氟甲烷或三氟甲烷，综合考虑刻蚀速率和精度，优选为六氟化硫，其流量为50-200sccm，一般情况下流量越大，刻蚀越快，尺寸精度越差；综合刻蚀效率和精度，所述六氟化硫的流量优选为150sccm。
具体实施时，步骤S1中，所述基材可以选自玻璃、氧化物膜层或金属膜层。
具体实施时，步骤S1中，所述基材可以选自氧化物膜层为单氧化物膜层或复合氧化物膜层。
具体实施时，步骤S1中，所述单氧化物膜层可以选自氧化钛、氧化硅、氧化锆、氧化铝、氧化镁或氧化铪的氧化物膜层，优选为氧化硅的氧化物膜层，这是因为其容易刻蚀，刻蚀速率快。
具体实施时，步骤S1中，所述复合氧化物膜层为氧化硅/氧化钛复合涂层，二者材料易得，镀膜工艺成熟稳定。
具体实施时，步骤S1中，所述金属膜层可以为Cu、Ag、Fe、Al、Ni、Sn、Pt、Cr膜层或其复合膜层，优选为Cu膜层或Ni、Cr的复合膜层，这是因为Cu膜层的涂层稳定，不易氧化，成本低，而Ni、Cr复合膜层，抗氧化效果好。
具体实施时，步骤S1中，所述二维阵列微孔结构可以为圆柱形、方形、三角形、六边形或五边形的二维阵列微孔结构。
具体实施时，步骤S1中，当所述二维阵列微孔结构为圆柱形的二维阵列微孔结构时，其孔径为5nm～2000nm，深度为5nm～2000nm，中心距为5nm～2000nm；根据用途(对特定波长的光发生衍射)设计，优选的孔径为500nm，深度为600nm，中心距为750nm。
具体实施时，步骤S2中，所述膜层材料根据具体应用可以是金属或金属氧化物；所述金属选自Cu、Ag和Au中的一种；所述金属氧化物选自TiO2、SiO2和ZrO2中的一种，优选考虑成膜性能和成膜工艺和成本，所述金属根据用途优选为Cu，涂层稳定，不易氧化，成本低；所述金属氧化物根据用途优选为SiO2，涂层稳定，成本低。
具体实施时，步骤S2中，所述磁控溅射工艺的操作参数设置如下：靶材为Ti，功率密度为1.8～3.2w/cm2，通气量Ar为30～100sccm，O2为30～60sccm，镀膜气体压力为1～30mtorr，时间为0.5～3h；兼顾膜层质量和效率，所述操作参数优选为：靶材为Ti，功率密度为2.7w/cm2，通气量Ar为50sccm，O2为35sccm，镀膜气体压力为3mtorr，时间为1h。
具体实施时，步骤S3中，所述等离子工艺所用的气体可以选自Ar、N2、H2、O2、He或Ne等，优选为Ar，这是因为Ar是惰性气体，成本低，原子量适中。
具体实施时，步骤S3中，当所述等离子工艺所用的气体为Ar时，其为氩离子束刻蚀工艺，离子束能量为500～2000ev，刻蚀角度为30～90度，样品旋转速度为10～600r/min；综合考虑刻蚀速率与尺寸精度，优选的离子束能量为1000ev，刻蚀角度为70度，样品旋转速度为60r/min。
本发明还提供了一种光栅，所述光栅表面的表面粗糙度小于5nm，其通过上述的方法得到。
本发明中的“平坦化”是指对二维周期性高低不平结构平整化处理，表面高低起伏差距小于1nm。
以下结合具体的实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
本实施例提供了一种二维平坦化的二维光栅的制备方法，包括以下步骤：
(1)在匀胶台上对光栅基材表面涂覆BP212光刻胶(涂胶厚度为700nm)，转速为2000r/min，时间为15s，涂覆后在90℃条件下烘烤2min；
(2)采用Kari suss MA-6光刻机，通过如图1-图2所示的设计好的掩膜(根据最终制备的二维微孔结构设计，在本实施例中所述掩膜的孔径D1为500nm，中心距S1为750nm)对步骤(1)得到的光刻胶进行曝光，曝光时间5s；
(3)将经过步骤(2)曝光的光刻胶浸入质量分数0.5wt％的NaOH熔液中进行显影，时间为50s，显影后在90℃下保温2min进行坚膜；
(4)采用离子束对上述样品表面进行刻蚀(采用氟化物反应离子刻蚀(在本实施例所述氟化物为六氟化硫，其流量为150sccm(mL/min))，离子束能量为300W)，形成如图3-图4所示的二维微孔结构(在本实施例中孔径D2为500nm，深度H2为600nm，中心距S2为750nm，其形貌与上述的掩模结构的形貌一致)；
(5)采用磁控溅射工艺，靶材为Ti，功率密度2.7w/cm2，通气量Ar为50sccm，O2为35sccm，镀膜气体压力3mtorr，时间1h，在步骤(4)得到的样品表面沉积一层TiO2(厚度为600nm)，填充微孔；
(6)采用等离子刻蚀工艺对步骤(5)得到的样品表面进行抛光，得到平坦化的二维光栅；所述等离子刻蚀工艺具体为氩离子束刻蚀，离子束能量为1000ev，刻蚀角度为70度，样品旋转速度为60r/min；抛光后的样品表面粗糙度小于5nm。
实施例2
本实施例提供了一种平坦化的二维光栅的制备方法，包括以下步骤：
(1)在匀胶台上对光栅基材表面涂覆BP212光刻胶(涂胶厚度为700nm)，转速为2000r/min，时间为15s。涂覆后在90℃条件下烘烤2min；
(2)采用Kari suss MA-6光刻机，通过如图1-图2所示的设计好的掩膜(根据最终制备的二维微孔结构设计，在本实施例中所述掩膜的孔径D1为550nm，中心距S1为750nm)对步骤(1)得到的光刻胶进行曝光，曝光时间5s；
(3)将经过步骤(2)曝光的光刻胶浸入质量分数0.5％的NaOH熔液中进行显影，时间为50s，显影后在90℃下保温2min进行坚膜；
(4)采用离子束对上述样品表面进行刻蚀(采用氟化物反应离子刻蚀(在本实施例所述氟化物为四氟甲烷，其流量为150sccm(mL/min))，离子束能量为300W)，形成如图3-图4所示的二维微孔结构(在本实施例中孔径D2为550nm，深度H2为650nm，中心距S2为750nm，其形貌与上述的掩模结构的形貌一致)；
(5)采用磁控溅射工艺，靶材为Ti，功率密度为2.8w/cm2，通气量Ar为60sccm，O2为35sccm，镀膜气体压力4mtorr，时间1.5h，在步骤(4)得到的样品表面沉积一层TiO2(厚度为600nm)，填充微孔；
(6)采用等离子刻蚀工艺对步骤(5)得到的样品表面进行抛光，得到平坦化的二维光栅；所述等离子刻蚀工艺具体为氩离子束刻蚀，离子束能量为1500ev，刻蚀角度为60度，样品旋转速度为80r/min；抛光后样品的表面粗糙度小于5nm。
实施例3
本实施例提供了一种平坦化的二维光栅的制备方法，包括以下步骤：
(1)在匀胶台上对光栅基材表面涂覆BP212光刻胶(涂胶厚度为700nm)，转速为2000r/min，时间为15s。涂覆后在90℃条件下烘烤2min；
(2)采用Kari suss MA-6光刻机，通过如图1-图2所示的设计好的掩膜(根据最终制备的二维微孔结构设计，在本实施例中所述掩膜的孔径D1为400nm，中心距S1为800nm)对步骤(1)得到的光刻胶进行曝光，曝光时间5s；
(3)将经过曝光的光刻胶浸入质量分数0.5wt％的NaOH熔液中进行显影，时间50s。显影后在90℃下保温2min进行坚膜；
(4)采用离子束对上述样品表面进行刻蚀(采用氟化物反应离子刻蚀(在本实施例所述氟化物为六氟化硫，其流量为150sccm(mL/min))，离子束能量为300W)，形成如图3-图4所示的二维微孔结构(在本实施例中孔径D2为400nm，深度H2为800nm，中心距S2为750nm，其形貌与上述的掩模结构的形貌一致)；
(5)采用磁控溅射工艺，靶材为Ti，功率密度2.7w/cm2，通气量Ar为50sccm，O2为36sccm，镀膜气体压力3mtorr，时间2h，在步骤(4)得到的样品表面沉积一层TiO2(厚度为600nm)，填充微孔；
(6)采用等离子刻蚀工艺对步骤(5)得到的样品表面进行抛光，得到平坦化的二维光栅；所述等离子刻蚀工艺具体为氩离子束刻蚀，离子束能量为800ev，刻蚀角度为50度，样品旋转速度为30r/min；抛光后样品的表面粗糙度小于5nm。
实施例4
本实施例提供了一种平坦化的二维光栅的制备方法，包括以下步骤：
(1)在匀胶台上对光栅基材表面涂覆BP212光刻胶(涂胶厚度为700nm)，转速为2000r/min，时间为15s。涂覆后在90℃条件下烘烤2min；
(2)采用Kari suss MA-6光刻机，通过如图1-图2所示的设计好的掩膜(根据最终制备的二维微孔结构设计，在本实施例中所述掩膜的孔径D1为200nm，中心距S1为200nm)对步骤(1)得到的光刻胶进行曝光，曝光时间5s；
(3)将经过曝光的光刻胶浸入质量分数0.5wt％的NaOH熔液中进行显影，时间50s，显影后在90℃下保温2min进行坚膜；
(4)采用离子束对上述样品表面进行刻蚀(采用氟化物反应离子刻蚀(在本实施例所述氟化物为三氟甲烷，其流量为100sccm(mL/min))，离子束能量为300W)，形成如图3-图4所示的二维微孔结构(在本实施例中孔径D2为200nm，深度H2为200nm，中心距S2为350nm，其形貌与上述的掩模结构的形貌一致)；
(5)采用磁控溅射工艺，靶材为Ti，功率密度2.7w/cm2，通气量Ar为50sccm，O2为36sccm，镀膜气体压力3mtorr，时间2h，在步骤(4)得到的样品表面沉积一层TiO2(厚度为600nm)，填充微孔；
(6)采用等离子刻蚀工艺对步骤(5)得到的样品表面进行抛光，得到平坦化的二维光栅；所述等离子刻蚀工艺具体为氩离子束刻蚀，离子束能量为600ev，刻蚀角度为30度，样品旋转速度为30r/min；抛光后样品的表面粗糙度小于5nm。
实施例5
本实施例提供了一种平坦化的二维光栅的制备方法，包括以下步骤：
(1)在匀胶台上对光栅基材表面涂覆BP212光刻胶(涂胶厚度为700nm)，转速为2000r/min，时间为15s。涂覆后在90℃条件下烘烤2min；
(2)采用Kari suss MA-6光刻机，通过如图1-图2所示的设计好的掩膜(根据最终制备的二维微孔结构设计，在本实施例中所述掩膜的孔径D1为800nm，中心距S1为900nm)对步骤(1)得到的光刻胶进行曝光，曝光时间5s；
(3)将经过曝光的光刻胶浸入质量分数0.5wt％的NaOH熔液中进行显影，时间50s。显影后在90℃下保温2min进行坚膜；
(4)采用离子束对上述样品表面进行刻蚀(采用氟化物反应离子刻蚀(在本实施例所述氟化物为六氟化硫，其流量为150sccm(mL/min))，离子束能量为500W)，形成如图3-图4所示的二维微孔结构(在本实施例中孔径D2为800nm，深度H2为900nm，中心距S2为950nm，其形貌与上述的掩模结构的形貌一致)；
(5)采用磁控溅射工艺，靶材为Ti，功率密度2.7w/cm2，通气量Ar为50sccm，O2为36sccm，镀膜气体压力3mtorr，时间2h，在步骤(4)得到的样品表面沉积一层TiO2(厚度为600nm)，填充微孔；
(6)采用等离子刻蚀工艺对步骤(5)得到的样品表面进行抛光，得到平坦化的二维光栅；所述等离子刻蚀工艺具体为氩离子束刻蚀，离子束能量为1500ev，刻蚀角度为50度，样品旋转速度为30r/min；抛光后样品的表面粗糙度小于5nm。
实施例6
本实施例提供了一种平坦化的二维光栅的制备方法，包括以下步骤：
(1)在匀胶台上对光栅基材表面涂覆BP212光刻胶(涂胶厚度为700nm)，转速为2000r/min，时间为15s。涂覆后在90℃条件下烘烤2min；
(2)采用Kari suss MA-6光刻机，通过如图1-图2所示的设计好的掩膜(根据最终制备的二维微孔结构设计，在本实施例中所述掩膜的孔径D1为1500nm，中心距S1为1800nm)对步骤(1)得到的光刻胶进行曝光，曝光时间5s；
(3)将经过曝光的光刻胶浸入质量分数0.5wt％的NaOH熔液中进行显影，时间50s。显影后在90℃下保温2min进行坚膜；
(4)采用离子束对上述样品表面进行刻蚀(采用氟化物反应离子刻蚀(在本实施例所述氟化物为六氟化硫，其流量为200sccm(mL/min))，离子束能量为500W)，形成如图3-图4所示的二维微孔结构(在本实施例中孔径D2为1500nm，深度H2为1800nm，中心距S2为900nm，其形貌与上述的掩模结构的形貌一致)；
(5)采用磁控溅射工艺，靶材为Ti，功率密度2.7w/cm2，通气量Ar为50sccm，O2为36sccm，镀膜气体压力3mtorr，时间2h，在步骤(4)得到的样品表面沉积一层TiO2(厚度为600nm)，填充微孔；
(6)采用等离子刻蚀工艺对步骤(5)得到的样品表面进行抛光，得到平坦化的二维光栅；所述等离子刻蚀工艺具体为氩离子束刻蚀，离子束能量为1300ev，刻蚀角度为50度，样品旋转速度为30r/min；抛光后样品的表面粗糙度小于5nm。
实施例7
本实施例提供了一种平坦化的二维光栅的制备方法，包括以下步骤：
(1)在匀胶台上对光栅基材表面涂覆BP212光刻胶(涂胶厚度为700nm)，转速为2000r/min，时间为15s。涂覆后在90℃条件下烘烤2min；
(2)采用Kari suss MA-6光刻机，通过如图1-图2所示的设计好的掩膜(根据最终制备的二维微孔结构设计，在本实施例中所述掩膜的孔径D1为100nm，中心距S1为100nm)对步骤(1)得到的光刻胶进行曝光，曝光时间5s；
(3)将经过曝光的光刻胶浸入质量分数0.5wt％的NaOH熔液中进行显影，时间50s。显影后在90℃下保温2min进行坚膜；
(4)采用离子束对上述样品表面进行刻蚀(采用氟化物反应离子刻蚀(在本实施例所述氟化物为六氟化硫，其流量为50sccm(mL/min))，离子束能量为300W)，形成如图3-图4所示的二维微孔结构(在本实施例中孔径D2为100nm，深度H2为100nm，中心距S2为150nm，其形貌与上述的掩模结构的形貌一致)；
(5)采用磁控溅射工艺，靶材为Ti，功率密度2.7w/cm2，通气量Ar为50sccm，O2为36sccm，镀膜气体压力3mtorr，时间2h，在步骤(4)得到的样品表面沉积一层TiO2(厚度为600nm)，填充微孔；
(6)采用等离子刻蚀工艺对步骤(5)得到的样品表面进行抛光，得到平坦化的二维光栅；所述等离子刻蚀工艺具体为氩离子束刻蚀，离子束能量为500ev，刻蚀角度为50度，样品旋转速度为100r/min；抛光后样品的表面粗糙度小于5nm。
实施例8
本实施例提供了一种平坦化的二维光栅的制备方法，包括以下步骤：
(1)在匀胶台上对光栅基材表面涂覆BP212光刻胶(涂胶厚度为700nm)，转速为2000r/min，时间为15s。涂覆后在90℃条件下烘烤2min；
(2)采用Kari suss MA-6光刻机，通过如图1-图2所示的设计好的掩膜(根据最终制备的二维微孔结构设计，在本实施例中所述掩膜的孔径D1为50nm，中心距S1为100nm)对步骤(1)得到的光刻胶进行曝光，曝光时间5s；
(3)将经过曝光的光刻胶浸入质量分数0.5wt％的NaOH熔液中进行显影，时间50s。显影后在90℃下保温2min进行坚膜；
(4)采用离子束对上述样品表面进行刻蚀(采用氟化物反应离子刻蚀(在本实施例所述氟化物为六氟化硫，其流量为50sccm(mL/min))，离子束能量为300W)，形成如图3-图4所示的二维微孔结构(在本实施例中孔径D2为50nm，深度H2为100nm，中心距S2为100nm，其形貌与上述的掩模结构的形貌一致)；
(5)采用磁控溅射工艺，靶材为Ti，功率密度2.7w/cm2，通气量Ar为50sccm，O2为36sccm，镀膜气体压力3mtorr，时间2h，在步骤(4)得到的样品表面沉积一层TiO2(厚度为600nm)，填充微孔；
(6)采用等离子刻蚀工艺对步骤(5)得到的样品表面进行抛光，得到平坦化的二维光栅；所述等离子刻蚀工艺具体为氩离子束刻蚀，离子束能量为500ev，刻蚀角度为30度，样品旋转速度为30r/min；抛光后样品的表面粗糙度小于5nm。
实施例9
本实施例提供了一种平坦化的二维光栅的制备方法，包括以下步骤：
(1)在匀胶台上对光栅基材表面涂覆BP212光刻胶(涂胶厚度为700nm)，转速为2000r/min，时间为15s。涂覆后在90℃条件下烘烤2min；
(2)采用Kari suss MA-6光刻机，通过如图1-图2所示的设计好的掩膜(根据最终制备的二维微孔结构设计，在本实施例中所述掩膜的孔径D1为1800nm，中心距S1为1800nm)对步骤(1)得到的光刻胶进行曝光，曝光时间5s；
(3)将经过曝光的光刻胶浸入质量分数0.5wt％的NaOH熔液中进行显影，时间50s。显影后在90℃下保温2min进行坚膜；
(4)采用离子束对上述样品表面进行刻蚀(采用氟化物反应离子刻蚀(在本实施例所述氟化物为六氟化硫，其流量为200sccm(mL/min))，离子束能量为500W)，形成如图3-图4所示的二维微孔结构(在本实施例中孔径D2为1800nm，深度H2为1800nm，中心距S2为2000nm，其形貌与上述的掩模结构的形貌一致)；
(5)采用磁控溅射工艺，靶材为Ti，功率密度2.7w/cm2，通气量Ar为50sccm，O2为36sccm，镀膜气体压力3mtorr，时间2h，在步骤(4)得到的样品表面沉积一层TiO2(厚度为600nm)，填充微孔；
(6)采用等离子刻蚀工艺对步骤(5)得到的样品表面进行抛光，得到平坦化的二维光栅；所述等离子刻蚀工艺具体为氩离子束刻蚀，离子束能量为1800ev，刻蚀角度为30度，样品旋转速度为200r/min；抛光后样品的表面粗糙度小于5nm。
对比例1
本实施例提供了一种平坦化的二维光栅的制备方法，包括以下步骤：
(1)在匀胶台上对光栅基材表面涂覆BP212光刻胶(涂胶厚度为700nm)，转速为2000r/min，时间为15s。涂覆后在90℃条件下烘烤2min；
(2)采用Kari suss MA-6光刻机，通过如图1-图2所示的设计好的掩膜(根据最终制备的二维微孔结构设计，在本对比例中所述掩膜的孔径D1为500nm，中心距S1为750nm)对步骤(1)得到的光刻胶进行曝光，曝光时间5s；
(3)将经过曝光的光刻胶浸入质量分数0.5wt％的NaOH熔液中进行显影，时间50s，显影后在90℃下保温2min进行坚膜；
(4)采用离子束对上述样品表面进行刻蚀(采用氟化物反应离子刻蚀(在本实施例所述氟化物为六氟化硫，其流量为150sccm(mL/min))，离子束能量为300W)，形成如图3-图4所示的二维微孔结构(在本对比例中孔径D2为500nm，深度H2为600nm，中心距S2为750nm，其形貌与上述的掩模结构的形貌一致)；
(5)采用磁控溅射工艺，靶材为Ti，功率密度2.7w/cm2，通气量Ar为50sccm，O2为35sccm，镀膜气体压力3mtorr，时间1h，在上述样品表面沉积一层TiO2(厚度为600nm)，填充微孔；
(6)采用传统机械抛光技术对上述样品表面进行抛光，得到平坦化的二维光栅；抛光后膜层厚度不均，样品的差别(此处是指膜层厚度，这也是导致良品率低的原因，制备时有些地方磨削量大，有些磨削量小，导致膜层厚度不均)大于10％，且其粗糙度为10nm左右。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
本发明中所述的数值范围包括此范围内所有的数值，并且包括此范围内任意两个数值组成的范围值。本发明所有实施例中出现的同一指标的不同数值，可以任意组合，组成范围值。
本发明权利要求和/或说明书中的技术特征可以进行组合，其组合方式不限于权利要求中通过引用关系得到的组合。通过权利要求和/或说明书中的技术特征进行组合得到的技术方案，也是本发明的保护范围。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种平坦化的二维光栅的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1基材表面二维阵列微孔结构制备：
通过干法刻蚀或湿法刻蚀在基材表面制备一层二维阵列微孔结构；
S2微孔内镀膜：
通过磁控溅射工艺在微孔内镀膜；
S3表面平坦化：
通过等离子工艺对步骤S2中镀膜后的样品表面进行刻蚀，使其平坦化。
2.如权利要求1所述的平坦化的二维光栅的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述刻蚀为干法刻蚀或湿法刻蚀。
3.如权利要求1所述的平坦化的二维光栅的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述干法刻蚀选自光刻胶刻蚀、微球刻蚀、电子束直写或激光刻蚀；所述基材选自玻璃、氧化物膜层或金属膜层。
4.如权利要求1所述的平坦化的二维光栅的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述二维阵列微孔结构为圆柱形、方形、三角形、六边形或五边形的二维阵列微孔结构。
5.如权利要求4所述的平坦化的二维光栅的制备方法，其特征在于，步骤S1中，当所述二维阵列微孔结构为圆柱形的二维阵列微孔结构时，其孔径为5nm～2000nm，深度为5nm～2000nm，中心距为5nm～2000nm。
6.如权利要求1所述的平坦化的二维光栅的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述膜层材料为金属或金属氧化物；所述金属选自Cu、Ag和Au中的一种；所述金属氧化物选自TiO2、SiO2和ZrO2中的一种。
7.如权利要求1所述的平坦化的二维光栅的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述磁控溅射工艺的操作参数设置如下：靶材为Ti，功率密度为1.8～3.2w/cm2，通气量Ar为30～100sccm，O2为30～60sccm，镀膜气体压力为1～30mtorr，时间为0.5～3h。
8.如权利要求1所述的平坦化的二维光栅的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述等离子工艺所用的气体选自Ar、N2、H2、O2、He或Ne。
9.如权利要求8所述的平坦化的二维光栅的制备方法，其特征在于，步骤S3中，当所述等离子工艺所用的气体为Ar时，其为氩离子束刻蚀工艺，离子束能量为500～2000ev，刻蚀角度为30～90度，样品旋转速度为10～600r/min。
10.一种平坦化的二维光栅，其特征在于，所述二维光栅的表面粗糙度小于5nm，其通过权利要求1-9任一项所述的方法得到。
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