專利名稱：光刻定位自組裝填充方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制作列陣化的金屬納米陣列結構的方法，特別是一種采用光刻定位技術配合納米球自組裝技術的光刻定位自組裝填充方法。
背景技術：
近幾年，隨著微納加工技術和納米材料的發(fā)展，納米金屬結構的電磁學性質(zhì)正受到越來越多的關注，光與納米金屬結構的相互作用產(chǎn)生了一系列嶄新的物理現(xiàn)象。當電磁波入射到納米金屬列陣結構表面時，產(chǎn)生的局域表面等離子體LSP(Local Surface Plasmons)將使電磁能量劇烈地匯聚和增強?；谶@一特性，局域表面等離子體LSP在能量存儲、轉(zhuǎn)換、傳感等領域有廣泛的應用前景?；谠撛順嫵傻纳飩鞲衅髟贒NA、蛋白、病毒等生物分子的標記、識別和檢測方面具有比傳統(tǒng)的生物傳感器更快的檢測速度和靈敏度。
在激發(fā)局域表面等離子體的納米金屬結構的制作方面，目前國內(nèi)外普遍采用的方法有電子束光刻、離子束光刻和自組裝技術，但這些方法都存在一定的局限性，電子束或離子束光刻制作圖形面積有限，效率很低；而僅靠自組裝技術制作的納米結構，不僅結構會存在較多缺陷，而且也不易實現(xiàn)所制作納米結構的列陣化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術解決問題是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種可以大大減少結構缺陷，實現(xiàn)納米結構列陣化的光刻定位自組裝填充方法。
本發(fā)明的技術解決方案是光刻定位自組裝填充方法，其特點在于包括下列步驟(1)設計列陣型微區(qū)掩模，根據(jù)設計結果制作出列陣型微區(qū)掩模板，每個微區(qū)均用坐標值定位；(2)選取基底材料，在基底材料表面旋涂抗蝕劑；(3)采用制作的陣型微區(qū)掩模板對抗蝕劑進行曝光，顯影后即可獲得抗蝕劑材質(zhì)的微浮雕結構，根據(jù)目標浮雕結構的深度確定需要施加的曝光量，以及顯影液濃度、顯影時間參數(shù)，通過曝光、顯影首先在抗蝕劑表面獲得定位微區(qū)結構；(4)通過進一步溶液腐蝕，將抗蝕劑圖形轉(zhuǎn)移到基底材料上，最終制作出定位微區(qū)模版；(5)利用定位微區(qū)模版的坐標定位功能，采用納升級移液器在定位微區(qū)模版坐標值對應的微區(qū)里自組裝聚苯乙烯納米球，單層聚苯乙烯納米球結構；(6)將已組裝了單層聚苯乙烯納米球結構的定位微區(qū)模板低溫(18～21℃)干燥后放入真空鍍膜系統(tǒng)的工作腔，在高真空(真空度4.0×10-4Pa)下在模版表面沉積一層金屬膜；(7)去除聚苯乙烯納米球自組裝層，僅留下球與球的間隙處的金屬，得到陣列化的金屬納米列陣結構。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比主要有以下優(yōu)點(1)傳統(tǒng)的納米球自組裝技術，是在較大的區(qū)域里進行自組裝，其自組裝過程是完全不受控制的，因此制作的納米結構會出現(xiàn)很多缺陷，而本發(fā)明的制作方法是把納米球的自組裝過程局限在一個個微型區(qū)域里進行的，因此能大大減少結構缺陷。
(2)本發(fā)明采用微細加工技術與納米加工技術相結合的方法，實現(xiàn)了金屬納米結構的列陣化分布，在生物傳感領域可以實現(xiàn)多種生物分子的并行檢測。
(3)此外，本發(fā)明由于采用了納升級的移液器來進行聚苯乙烯納米水溶膠在微區(qū)的滴入操作，保證了微區(qū)里納米球自組裝條件的一致性，從而保證了制作納米球結構的一致性。
(4)本發(fā)明制作簡單，效率高。


圖1是本發(fā)明采用光刻加工方法制作的定位微區(qū)模板的示意圖，圖中坐標的一個小格代表1mm；圖2是本發(fā)明實施例1在某個微區(qū)里利用聚苯乙烯納米球自組裝獲得的單層納米球結構的示意圖；圖3是本發(fā)明實施例1通過對圖2結構進行金屬填充，去球處理制作的金屬納米結構圖，圖3a是采用直徑400nm的聚苯乙烯納米球制作的三角形金屬納米粒子結構；圖3b是采用直徑500nm的聚苯乙烯納米球制作的三角形金屬納米粒子結構。
具體實施例方式
實施例1，是通過本發(fā)明的方法制作的特征尺寸小于70納米的列陣型納米金屬結構。
(1)首先應用Autocad軟件設計定位微區(qū)模板，確定微區(qū)的大小、形狀、陣列數(shù)。設計的微區(qū)形狀為圓形、尺寸0.2mm×0.2mm，陣列數(shù)4×5，再根據(jù)設計的定位微區(qū)模板數(shù)據(jù)制作出的掩模板；(2)選取鍍鉻玻璃板作為基底材料，在其表面旋涂一層AZ3100抗蝕劑，轉(zhuǎn)速6000rpm/min，時間30S；(3)采用制作的微區(qū)掩模板對抗蝕劑進行曝光，顯影；根據(jù)抗蝕劑的深度，采用曝光量10uJ/cm2，希普列公司顯影液MF319，濃度100％、顯影時間40-50s。通過曝光、顯影在抗蝕劑表面獲得所需的微區(qū)結構，通過進一步溶液腐蝕，將膠圖性轉(zhuǎn)移到鉻圖形最終制作出定位微區(qū)模版，見圖1；(4)利用定位微區(qū)模版的坐標定位功能，采用納升級的移液器有選擇的在模板的部分微區(qū)里滴入直徑為400nm聚苯乙烯納米球(濃度2％、滴入量0.2微升)，在另一部分微區(qū)里滴入直徑為500nm的聚苯乙烯納米球(濃度2％、滴入量0.2微升)，通過聚苯乙烯納米球的自組裝得到單層規(guī)則排布的納米球結構，見圖2；(5)將已組裝了單層聚苯乙烯納米球結構的模板低溫(18℃～21℃)干燥后放入真空鍍膜系統(tǒng)的工作腔，在高真空(真空度4.0×10-4Pa)下通過電阻蒸發(fā)在模板表面垂直蒸鍍一層銀膜(銀純度99.99％)；膜層厚度47nm。
(6)去除聚苯乙烯納米球和覆蓋在聚苯乙烯納米球表面的金屬膜，留下成六角形分布的銀納米列陣結構，見圖3a和3b，圖3a中的白色標尺為400nm，特征尺寸＜70nm；圖3b中的白色標尺為500nm，特征尺寸＜100nm。
權利要求
1.光刻定位自組裝填充方法，其特征在于包括下列步驟(1)設計列陣型微區(qū)掩模，根據(jù)設計結果制作出列陣型微區(qū)掩模板，每個微區(qū)均用坐標值定位；(2)選取基底材料，在基底材料表面旋涂抗蝕劑；(3)采用制作的陣型微區(qū)掩模板對抗蝕劑進行曝光，顯影后即可獲得抗蝕劑材質(zhì)的微浮雕結構，根據(jù)目標浮雕結構的深度確定需要施加的曝光量，以及顯影液濃度、顯影時間參數(shù)，通過曝光、顯影首先在抗蝕劑表面獲得定位微區(qū)結構；(4)通過進一步溶液腐蝕，將抗蝕劑圖形轉(zhuǎn)移到基底材料上，最終制作出定位微區(qū)模版；(5)利用定位微區(qū)模版的坐標定位功能，采用納升級移液器在定位微區(qū)模版坐標值對應的微區(qū)里自組裝聚苯乙烯納米球，單層聚苯乙烯納米球結構；(6)將已組裝了單層聚苯乙烯納米球結構的定位微區(qū)模板低溫18～21℃干燥后放入真空鍍膜系統(tǒng)的工作腔，在高真空4.0×10-4Pa下，在模版表面沉積一層金屬膜；(7)去除聚苯乙烯納米球自組裝層，僅留下球與球的間隙處的金屬，得到陣列化的金屬納米列陣結構。
2.根據(jù)權利要求1所述的光刻定位自組裝填充方法，其特征在于所述步驟(1)中采用激光直寫機制作列陣型微區(qū)掩模板，激光直寫機的分辨率大于0.5微米。
3.根據(jù)權利要求1所述的光刻定位自組裝填充方法，其特征在于所述步驟(2)中的基底材料采用鍍鉻硅酸鹽玻璃。
4.根據(jù)權利要求1所述的光刻定位自組裝填充方法，其特征在于所述步驟(2)中抗蝕劑為AZ3100。
全文摘要
光刻定位自組裝填充方法，其特征在于包括下列步驟(1)設計列陣型微區(qū)掩模，根據(jù)設計結果采用激光直寫機制作出列陣型微區(qū)掩模板，每個微區(qū)均用坐標值定位；(2)選取鍍鉻玻璃板作為基底材料，應用曝光、顯影、溶液腐蝕等微細加工的方法把定位微區(qū)掩模板圖形轉(zhuǎn)印到鍍鉻玻璃基板上制作定位微區(qū)模版；(3)在定位微區(qū)模版的微區(qū)里自組裝一層聚苯乙烯納米球；(4)采用真空鍍膜的方法在制作了聚苯乙烯納米球自組裝層的微區(qū)模版表面沉積一層金屬膜；用聚苯乙烯納米球自組裝層作模具在其球與球的間隙處填充金屬；(5)去除聚苯乙烯納米球自組裝層，得到可由陣列化的金屬納米列陣結構。利用本發(fā)明制作的陣列化的金屬納米列陣結構可應用于生物傳感領域，實現(xiàn)多種生物分子的多通道快速檢測。
文檔編號G03F9/00GK101051185SQ20071009949
公開日2007年10月10日 申請日期2007年5月23日 優(yōu)先權日2007年5月23日
發(fā)明者李飛, 朱少麗, 杜春雷, 羅先剛 申請人:中國科學院光電技術研究所