一种单层纳米金属光栅的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种单层纳米金属光栅的制备方法，属于纳米制造【技术领域】，所述制备方法包括如下步骤：①先将基底涂上压印胶，再将具有纳米光栅图形的压印模板压入压印胶，得到一维纳米光栅结构的压印胶层，最后将压印残胶层去除；②在基底上有纳米光栅图形的一面沉积金属层，在压印胶层的上面形成上层金属纳米光栅层，在基底的上面形成下层金属纳米光栅层；③将压印胶层去除，得到单层纳米金属光栅，本发明有益效果为工艺步骤简单，操作容易，成本低，制作周期短及适合批量生产。
【专利说明】
一种单层纳米金属光栅的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种单层纳米金属光栅的制备方法，属于纳米制造【技术领域】。
【背景技术】
[0002]单层纳米金属光栅在光学及纳米加工【技术领域】有着重要的地位。在光学领域，带有单层纳米金属光栅的偏振器具有高消光比、高透光率、宽光谱适应性及性能稳定等优点，是偏振光学领域的重要器件。在纳米加工【技术领域】，由于在反应离子刻蚀(Reactive 1nEtching, RIE)及感应親合等离子刻蚀(Inductively Coupled Plasma etching, I CP)等干法刻蚀工艺中，金属相对于硅及二氧化硅等半导体材料具有较高的刻蚀比，是高深宽比纳米光栅结构干法刻蚀加工的首选隐蔽层材料。
[0003]目前单层纳米金属光栅的加工中，在图形定义步骤中，一般利用电子束光刻、干涉光刻及纳米压印光刻。电子束光刻工艺制造成本高，且加工效率低，工艺参数复杂，不适合大批量生产。干涉光刻工艺虽然制造成本不高，但其光刻截面形状难控制，影响光栅制作精度。纳米压印光刻技术(Nano Imprint Lithography, NIL)于二十世纪九十年代美国普林斯顿大学的S.Chou博士首先提出，采用机械模具微复型原理来代替包含光学、化学及光化学反应机理的传统复杂光学光刻，具有超高分辨率、高产量和低成本等优点。目前，基于纳米压印工艺的单层纳米金属光栅制作工艺中，在压印后，主要采用干法刻蚀或剥离工艺完成制作。干法刻蚀工艺利用压印胶或二氧化硅(以压印胶作为隐蔽层，通过干法刻蚀得到)作为隐蔽层，通过干法刻蚀金属得到。韩国LG电子技术大学Seh-Won Ahn等人利用纳米压印及RIE工艺制作出销材料单层纳米金属光栅(Seh-Won Ahn, K1-Dong Lee, Jin-SungKim,Sang Hoon Kim, Sarng H.Lee, Joo-Do Park and Phi 1-Won Yoon.Fabricat1n ofsubwavelength aluminum wire grating using nanoimprint lithography and reactive1n etching.Microelectron.Eng.2005, 78-79:314-318)，这种工艺对RIE刻蚀技术的要求高，工艺步骤及成本也高。剥离工艺首先利用压印胶图形作为隐蔽层，通过干法刻蚀工艺刻蚀压印胶下层polymethylglutarimide (PMGI)材料，并以PMGI作为牺牲层，通过湿法腐蚀工艺剥离其上金属，完成单层纳米金属光栅制作。法国国家科学研宄院Lebib A等人利用纳米压印及剥离工艺制作出单层金属纳米图形结构(Lebib A, Chen Y, Carcenac F, CambrilE, Manin L, Couraud L and Launois H.Tr1-layer systems for nanoimprint lithographywith an improved process latitude.Microelectron.Eng.2000，53 (1-4): 175-178)，这种工艺步骤多，对PMGI材料干法刻蚀工艺难度高，图形侧蚀较难控制，同时PMGI材料的厚度也限制了所制作金属纳米图形的高度。
【发明内容】
[0004]本发明通过一种工艺步骤简单，操作容易，成本低，制作周期短及适合批量生产的单层纳米金属光栅制备方法，解决了上述技术难题。
[0005]本发明提供了一种单层纳米金属光栅的制备方法，所述制备方法包括如下步骤:
[0006]①先将基底涂上压印胶，再将具有纳米光栅图形的压印模板压入压印胶，得到一维纳米光栅结构的压印胶层，最后将压印残胶层去除；
[0007]②在基底上有纳米光栅图形的一面沉积金属层，在压印胶层的上面形成上层金属纳米光栅层，在基底的上面形成下层金属纳米光栅层；
[0008]③将压印胶层去除，得到单层纳米金属光栅。
[0009]本发明优选为所述将基底旋涂上压印胶。
[0010]本发明优选为所述压印残胶层采用氧反应离子刻蚀技术去除。
[0011]本发明优选为所述压印胶层采用氧等离子去胶技术去除。
[0012]本发明有益效果为:
[0013]本发明采用纳米压印技术定义纳米图形，且压印胶既有定义金属纳米光栅图形作用，又有牺牲层作用，采用氧等离子去胶工艺直接去除压印胶层及上层金属纳米光栅层，从而得到单层纳米金属光栅，避免了复杂的金属层及剥离层干法刻蚀工艺，极大简化了工艺步骤，易于操作，成本低，制作周期短，可以完成多种金属材料单层纳米图形的大面积制备，得到的图形分辨率高，适合批量生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]本发明附图6幅，
[0015]图1为实施例1中步骤①压印过程的结构示意图；
[0016]图2为实施例1中步骤②沉积铝层后的结构示意图；
[0017]图3为实施例1中步骤③去除压印胶层后得到的单层纳米铝光栅结构示意图；
[0018]图4为实施例1中步骤②沉积铝层后的扫描电镜图；
[0019]图5为实施例1得到的单层纳米铝光栅剖面扫描电镜图；
[0020]图6为实施例1得到的单层纳米铝光栅俯视扫描电镜图；
[0021]其中，1、基底，2、具有纳米光栅图形的压印模板，3、压印胶层，4、压印残胶层，5、下层铝纳米光栅层，6、上层铝纳米光栅层。
【具体实施方式】
[0022]下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
[0023]下述基底为石英；
[0024]下述压印模板为购于Obducat AB公司的柔性压印材料Intermediate PolymerSheet(IPS)；
[0025]下述压印胶为购于Obducat AB公司的TU-7。
[0026]实施例1
[0027]一种单层纳米铝光栅的制备方法，所述制备方法包括如下步骤:
[0028]①先将基底旋涂上压印胶，再将具有纳米光栅图形的压印模板压入压印胶，采用紫外纳米压印，转移纳米图形，分离压印模板和基底，压印胶形成与压印模板结构互补的纳米光栅图形，即得到一维纳米光栅结构的压印胶层，最后将压印残胶层采用氧反应离子刻蚀技术去除；
[0029]②采用热蒸镀方法在基底上有纳米光栅图形的一面沉积90nm铝层，在压印胶层的上面形成上层铝纳米光栅层，在基底的上面形成下层铝纳米光栅层；
[0030]③将压印胶层采用氧等离子去胶技术去除的同时上层铝纳米光栅层也被去除，基底上仅剩下层铝纳米光栅层，得到单层纳米铝光栅。
[0031]通过附图4、5和6得，实施例1得到的单层纳米铝光栅的光栅线宽120nmX高90nm，周期为 200nm。
【权利要求】
1.一种单层纳米金属光栅的制备方法，其特征在于:所述制备方法包括如下步骤: ①先将基底涂上压印胶，再将具有纳米光栅图形的压印模板压入压印胶，得到一维纳米光栅结构的压印胶层，最后将压印残胶层去除； ②在基底上有纳米光栅图形的一面沉积金属层，在压印胶层的上面形成上层金属纳米光栅层，在基底的上面形成下层金属纳米光栅层； ③将压印胶层去除，得到单层纳米金属光栅。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述将基底旋涂上压印胶。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述压印残胶层采用氧反应离子刻蚀技术去除。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述压印胶层采用氧等离子去胶技术去除。
【文档编号】G02B5/18GK104503012SQ201410802449
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月18日 优先权日:2014年12月18日
【发明者】张然, 褚金奎, 刘泽, 王志文, 王倩怡 申请人:大连理工大学