專利名稱：采用聚焦光刻成形亞波長微納結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微納結(jié)構(gòu)的制作方法，特別涉及一種應(yīng)用聚焦光刻成形亞波長微納結(jié) 構(gòu)的制作方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著微納加工技術(shù)和納米材料的迅速發(fā)展，微納金屬結(jié)構(gòu)的電磁學(xué)性質(zhì)正受 到越來越多的關(guān)注；光與表面微納金屬結(jié)構(gòu)的相互作用產(chǎn)生了一系列新的奇異物理現(xiàn)象， 例如，1998年法國科學(xué)家Ebbesen及其合作者發(fā)現(xiàn)通過亞波長金屬孔列陣的光的異常增強(qiáng) 現(xiàn)象(Extraordinary Optical Transmission) ; H. J. Lezec等人的研究進(jìn)一步表明:當(dāng)光透過 亞波長金屬納米孔時，其透過率不僅可以得到增強(qiáng)，而且光束的衍射角度非常小，傳輸方 向不遵循通常電介質(zhì)結(jié)構(gòu)中的衍射規(guī)律。此外，與表面等離子體金屬微納結(jié)構(gòu)有關(guān)新現(xiàn)象 還有光與特殊分布的金屬微結(jié)構(gòu)作用后，出現(xiàn)沿左手規(guī)則傳播的特性，說明材料具有負(fù) 折射率；光通過特定金屬納米孔結(jié)構(gòu)后，光波出射具有極好的方向性等等。微納金屬結(jié)構(gòu) 表面等離子體波的研究已經(jīng)形成一個新的領(lǐng)域，基于微納金屬結(jié)構(gòu)的新型表面等離子體技 術(shù)可以被廣泛應(yīng)用于軍事、醫(yī)療、國家安全等多個領(lǐng)域。
聚焦光刻方法已經(jīng)逐漸發(fā)展成為一種制作微結(jié)構(gòu)的光刻方法，該方法通過采用微透鏡 結(jié)構(gòu)來進(jìn)行聚焦，利用焦點(diǎn)處能量的極高值來進(jìn)行光刻，從而在抗蝕劑上成形微納結(jié)構(gòu)， 但是該方法在制作過程中，由于焦斑大小受到衍射極限的限制，從而所使得制作圖形的尺 寸受到限制，給成形小尺度納米結(jié)構(gòu)帶來了很大的困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對聚焦光刻方法中焦斑大小由于受到衍射極限的限 制，從而無法在光刻膠上成形更小尺寸微納結(jié)構(gòu)的問題，提出了一種通過提高分辨率，減 小焦斑尺寸，采用聚焦光刻成形亞波長微納結(jié)構(gòu)的制作方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案采用聚焦光刻成形亞波長微納結(jié)構(gòu)的制作 方法，其特征在于步驟如下
(1) 選擇合適的基底材料；
(2) 在基底表面旋涂一層抗蝕劑；
(3) 在抗蝕劑表面再蒸鍍一層金屬；
(4) 選擇合適的微透鏡列陣結(jié)構(gòu)對步驟(3)所得結(jié)構(gòu)進(jìn)行聚焦曝光，通過調(diào)節(jié)曝光 時間，在抗蝕劑內(nèi)部形成需要的曝光能量分布；
(5) 曝光之后移走微透鏡列陣結(jié)構(gòu)，緊接著去掉金屬層結(jié)構(gòu)；
(6) 選擇與抗蝕劑相匹配的顯影液，對基底表面的抗蝕劑進(jìn)行顯影，獲得目標(biāo)結(jié)構(gòu)；
(7) 對目標(biāo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行刻蝕，將結(jié)構(gòu)傳遞到基底上。
所述步驟(1)中的基底材料可以為可見光材料二氧化硅,石英，K9玻璃，紅外材料硅，鍺。
所述步驟(2)中旋涂的抗蝕劑可以為正性抗蝕劑，也可以為負(fù)性抗蝕劑。
所述步驟(3)中蒸鍍的金屬材料為能夠激發(fā)表面等離子體的金屬金、銀、銅或鋁，金 屬層的厚度為10nm 100nm。
所述步驟(4)中的聚焦曝光為調(diào)節(jié)微透鏡列陣結(jié)構(gòu)與抗蝕劑頂層之間的距離，使其等 于微透鏡的焦距，從而實現(xiàn)聚焦曝光。
所述步驟(4)中的聚焦曝光的曝光時間為3秒鐘到3分鐘。
所述步驟(4)中的微透鏡列陣結(jié)構(gòu)可以呈各種排布方式，透鏡可以為棱形透鏡，方形 透鏡，環(huán)形透鏡，其排布由所需制作的目標(biāo)結(jié)構(gòu)決定。
所述步驟(5)中采用濕法腐蝕去除金屬層結(jié)構(gòu)，濕法腐蝕的原料根據(jù)具體金屬材料來 選擇。
所述步驟(6)中的目標(biāo)結(jié)構(gòu)對應(yīng)于微透鏡結(jié)構(gòu)，可以為點(diǎn)、線、環(huán)等形狀的微納結(jié)構(gòu)， 周期由微透鏡周期決定。
所述步驟(7)中采用RIE進(jìn)行刻蝕，刻蝕氣體根據(jù)基底材料選擇，刻蝕時間根據(jù)抗蝕 劑的厚度以及基底來確定，為1分鐘到60分鐘。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)是通過在微透鏡底層添加的金屬層結(jié)構(gòu)，可以 對聚焦后的光場進(jìn)行二次調(diào)制，進(jìn)一步減小聚焦光斑的尺寸，因此可以進(jìn)一步減小制作的 目標(biāo)結(jié)構(gòu)的尺寸，為微納米結(jié)構(gòu)的制作提供了很好的方法。


圖1為所選用的基底結(jié)構(gòu)示意圖2為在基底上面旋涂抗蝕劑之后的結(jié)構(gòu)示意圖
圖3為在抗蝕劑上面蒸鍍金屬銀之后的結(jié)構(gòu)示意圖4采用微透鏡列陣對圖3中的結(jié)構(gòu)進(jìn)行聚焦曝光的示意圖5為曝光之后采用硝酸溶液腐蝕掉金屬銀結(jié)構(gòu)后的結(jié)構(gòu)示意圖6為顯影之后的結(jié)構(gòu)示意圖7為采用RIE刻蝕將結(jié)構(gòu)傳遞到基底上的結(jié)構(gòu)示意圖中1為基底材料二氧化硅，2為200nm的抗蝕劑AZ3100， 3為蒸鍍的40nm金屬銀， 4為具有聚焦作用的微透鏡列陣結(jié)構(gòu)，5為曝光光源。
具體實施例方式
下面結(jié)合具體實施方式
及附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限 于下列實施例，應(yīng)包括權(quán)利要求書中的全部內(nèi)容，而且本領(lǐng)域技術(shù)人員從以下實施例即可 實現(xiàn)權(quán)利要求中的全部內(nèi)容。
下面實施例給出了應(yīng)用本發(fā)明的方法成形亞波長微納結(jié)構(gòu)，其具體步驟如下-
(1) 選用二氧化硅Si02為基底材料，如圖l所示；
(2) 在基底上旋涂第一層200mn的AZ3100抗蝕劑，如圖2所示；
(3) 在抗蝕劑表面再蒸鍍40nm的金屬銀，如圖3所示；
(4) 采用口徑為1000um，矢高為1.54um的微透鏡列陣結(jié)構(gòu)對旋涂銀層的抗蝕劑進(jìn)行 聚焦曝光，該微透鏡列陣為正方形排布，其焦距為177mm，所以調(diào)節(jié)微透鏡列陣結(jié)構(gòu)跟抗 蝕劑頂層之間的距離為177mm，光源為主波長365nm的紫外光，曝光時間為12s，如圖4 所示；
(5) 用硝酸溶液去除銀層結(jié)構(gòu)，如圖5所示；
(6) 選用AZ300顯影液對抗蝕劑進(jìn)行顯影，顯影時間為30s，得到目標(biāo)結(jié)構(gòu)，如圖6
所示
(7) 采用RIE對基底進(jìn)行刻蝕，刻蝕氣體為六氟化硫SF6和氧氣02，刻蝕時間為3 分鐘，將目標(biāo)結(jié)構(gòu)傳遞到二氧化硅Si02基底上，如圖7所示。
權(quán)利要求
1、一種采用聚焦光刻成形亞波長微納結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于如下步驟(1)選擇合適的基底材料；(2)在基底表面旋涂一層抗蝕劑；(3)在抗蝕劑表面再蒸鍍一層金屬層；(4)選擇合適的微透鏡列陣結(jié)構(gòu)對步驟(3)所得結(jié)構(gòu)進(jìn)行聚焦曝光，通過調(diào)節(jié)曝光時間，在抗蝕劑內(nèi)部形成需要的曝光能量分布；(5)曝光之后移走微透鏡列陣結(jié)構(gòu)，緊接著去掉金屬層結(jié)構(gòu)；(6)選擇與抗蝕劑相匹配的顯影液，對基底表面的抗蝕劑進(jìn)行顯影，獲得目標(biāo)結(jié)構(gòu)；(7)對目標(biāo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行刻蝕，將結(jié)構(gòu)傳遞到基底上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用聚焦光刻成形亞波長微納結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征 在于，所述步驟(1)中的基底材料可以為可見光材料二氧化硅，石英，K9玻璃，紅外材料 硅，鍺。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種采用聚焦光刻成形亞波長微納結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征 在于，所述步驟(2)中旋涂的抗蝕劑可以為正性抗蝕劑，也可以為負(fù)性抗蝕劑。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用聚焦光刻成形亞波長微納結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征 在于，所述步驟(3)中蒸鍍的金屬材料為能夠激發(fā)表面等離子體的金屬金、銀、銅或鋁， 金屬層的厚度為10nm 100nm。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用聚焦光刻成形亞波長微納結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征 在于，所述步驟(4)中的聚焦曝光為調(diào)節(jié)微透鏡列陣結(jié)構(gòu)與抗蝕劑頂層之間的距離，使其 等于微透鏡的焦距，從而實現(xiàn)聚焦曝光。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種采用聚焦光刻成形亞波長微納結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征 在于，所述步驟(4)中的聚焦曝光的曝光時間為3秒鐘到3分鐘。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用聚焦光刻成形亞波長微納結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征 在于，所述步驟(4)中的微透鏡列陣結(jié)構(gòu)可以呈各種排布方式，透鏡可以為棱形透鏡，方 形透鏡，環(huán)形透鏡，其排布由所需制作的目標(biāo)結(jié)構(gòu)決定。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用聚焦光刻成形亞波長微納結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征 在于，所述步驟(5)中采用濕法腐蝕去除金屬層結(jié)構(gòu)，濕法腐蝕的原料根據(jù)具體金屬材料 來選擇。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用聚焦光刻成形亞波長微納結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述步驟(6)中的目標(biāo)結(jié)構(gòu)對應(yīng)于微透鏡結(jié)構(gòu)，可以為點(diǎn)、線、環(huán)等形狀的微納結(jié) 構(gòu)，周期由微透鏡周期決定。
10、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用聚焦光刻成形亞波長微納結(jié)構(gòu)的制作方法，其特 征在于，所述步驟(7)中采用RIE進(jìn)行刻蝕，刻蝕氣體根據(jù)基底材料選擇，刻蝕時間根據(jù) 抗蝕劑的厚度以及基底來確定，為1分鐘到60分鐘。
全文摘要
本發(fā)明提供一種采用聚焦光刻成形亞波長微納結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于首先選擇合適的基底材料；在基底表面旋涂一層抗蝕劑；在抗蝕劑表面再蒸鍍一層金屬；然后運(yùn)用微透鏡列陣結(jié)構(gòu)對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行聚焦曝光；移走微透鏡列陣結(jié)構(gòu)，去掉金屬層結(jié)構(gòu)；對抗蝕劑進(jìn)行顯影，獲得目標(biāo)結(jié)構(gòu)；最后對目標(biāo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行刻蝕，將結(jié)構(gòu)傳遞到基底上；本發(fā)明通過在微透鏡底層添加的金屬層結(jié)構(gòu)，對聚焦后的光場進(jìn)行二次調(diào)制，進(jìn)一步減小聚焦光斑的尺寸，因此可以進(jìn)一步減小制作的目標(biāo)結(jié)構(gòu)的尺寸，為微納結(jié)構(gòu)的制作提供了很好的方法。
文檔編號G03F7/20GK101206411SQ200710177559
公開日2008年6月25日 申請日期2007年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月16日
發(fā)明者史立芳, 李淑紅, 杜春雷, 董小春 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所