利用激光双光子直写技术制作微纳结构器件的方法

专利名称：利用激光双光子直写技术制作微纳结构器件的方法
技术领域：
本发明涉及一种制作微纳结构器件的方法，尤其涉及一种利用激光双光子直写技术制作微纳结构器件的方法。
背景技术：
50多年来，光刻技术占据了微纳米加工技术的统治地位。由于传统的光刻技术通常为单光子平面曝光，加工分辨率受到经典光学衍射极限的限制。为了得到更高的分辨率， 光刻技术使用的光源波长从红外波长发展到深紫外的KrF激光波长048nm)和ArF激光波长(193nm)，加工方法从普通的激光光刻，发展到X射线光亥IJ、电子束光亥IJ、离子束光亥IJ、纳米图形转印等。这些加工技术通过平面工艺、探针工艺或模型工艺可以制备二维平面结构或准三维结构。为了提供更高的精度和更精细的特征尺寸，设备的制造和维护成本急剧上升，同时，现有技术难以获得任意复杂结构的微纳器件。因此，需要一种具有高分辨率、高精度、高效率、低成本、灵活性强的方法来制作微纳器件。飞秒激光直写技术是近年来发展的一种新型超微细加工技术，该技术利用光与物质的非线性光学作用，双光子吸收效应，将激光与物质相互作用的区域局限在焦点附近很小的范围，可实现超衍射极限分辨率的三维加工，获得具有微纳尺度特征尺寸的微纳器件。 飞秒激光直写技术具有高精度、真三维、低成本等优点。2001年，日本大阪大学^toshi Kawata教授等人利用波长为780nm的飞秒脉冲激光借助负性光刻胶SCR500在玻璃基底上实现了 120nm的加工分辨率，并制备出三维纳米牛结构，参见&itoshi Kawata等，Nature, 2001,412(6848) :697_698。2008年，中国科学院理化技术研究所Xian-Zi Dong等人通过控制激光参数，借助负性光刻胶SCR500使用波长为780nm的飞秒脉冲激光在玻璃基底上实现了 50nm 的加工分辨率，参见 Xian-Zi Dong 等，Appl. Phys. Lett.，2008，92 :091113。此外，2007年北京大学Dengfeng Tan等人利用聚合物的收缩效应，在预先加工的长方体间实现了 15nm线宽的悬空聚合物纳米线，参见Dengfeng Tan等，Appl. Phys. Lett. ,2007,90 071106。在正性光刻胶方面，2005年，B. N. Chichkov等采用经一定比例稀释的Siipley公司生产的G线S1813光刻胶获得了 140nm加工分辨率，并且加工了三维中空木堆结构，参见 Claude Phipps, Laser ablation and its applications. Springer. 2007，141一142。现有技术通常将涂敷有光刻胶的玻璃片放置于飞秒激光加工设备的微移动台上， 如图1所示。激光经油浸物镜从玻璃片下方入射，借助油和玻璃之间匹配的折射率获得小的聚焦尺寸从而提高分辨率，同时保护物镜镜头不受损。因此，现有技术的飞秒激光技术仅限于对玻璃衬底进行加工。因此，需要提供一种能够具有广泛应用领域的激光双光子直写技术。半导体器件中的衬底材料，通常是半导体或形成有氧化硅、氮化硅等电介质的玻璃等不透光材料的衬底。现有对玻璃衬底进行加工的飞秒激光直写技术尚不能直接应用于以不透明材料为衬底的半导体器件制作工艺。因此，需要一种通过将飞秒激光双光子直写技术应用于半导体器件制造领域，获得微纳结构器件，特别是微纳结构半导体器件的方法。

发明内容
本发明的目的是提供一种完全与半导体工艺相兼容的利用激光双光子直写技术制作微纳结构器件的方法。通过利用激光双光子直写技术对涂敷在衬底上光刻胶进行曝光，在光刻胶上形成与微纳结构器件相对应的图形，可制作具有微纳尺度特征尺寸的微纳结构器件。根据本发明的激光双光子直写技术制作微纳结构器件的方法，具有低成本、超分
辨、高精度、真三维等有点。根据本发明，提供一种利用激光双光子直写技术制作微纳结构器件的方法，包括以下步骤在衬底上涂敷光刻胶形成光刻胶层；用激光束照射所述光刻胶，通过激光双光子吸收效应对所述光刻胶的指定位置进行曝光； 对所述光刻胶进行显影；将所得到的光刻胶层的图形转移到衬底上。优选地，所述微纳结构器件是半导体器件。优选地，在衬底上涂敷光刻胶形成光刻胶层的步骤后，该方法进一步包括将透明辅助衬底放置在所述光刻胶层上，得到包括衬底、光刻胶层和透明辅助衬底的三明治结构，将所述激光束从所述三明治结构的透明辅助衬底方向照射所述光刻胶，对所述光刻胶的指定位置进行曝光。优选地，所述光刻胶为负性光刻胶或正性光刻胶。优选地，所述正性光刻胶是紫外正性光刻胶或深紫外正性光刻胶。优选地，正性光刻胶层的厚度为10纳米到100微米。优选地，所述衬底选自IV族材料衬底、III-V族材料衬底、II-VI族材料衬底、绝缘体上硅衬底、形成有电介质层的玻璃衬底、玻璃衬底和其上形成有介质层的半导体材料的衬底。优选地，所述利用激光双光子直写技术对所述光刻胶的指定位置进行曝光的步骤进一步包括调节激光光源，将激光光源输出的单一激光束调节至能够使所述光刻胶产生双光子吸收效应的单一波长，或调节激光光源，将激光光源输出的第一激光束和第二激光束分别调节至能够使所述光刻胶产生双光子吸收效应的第一波长和第二波长，且第一波长不同于第二波长，并将第一激光束与第二激光束叠加为沿同一光路行进的叠加激光束；将上述单一激光束或叠加激光束经物镜聚焦于同一个焦点；使聚焦于同一焦点的激光束对所述光刻胶的指定位置进行曝光。优选地，所述单一激光束的平均功率为0. 1 μ ff-lff,曝光时间为lms-lOmin，或所述第一激光束和第二激光束的平均功率分别为0. 1 μ W-1W，曝光时间分别为 Ims-IOmin ；
激光束的偏振态为自然偏振、部分偏振、线偏振、圆偏振或椭圆偏振。优选地，所述单一激光束，或第一激光束和第二激光束的脉冲宽度分别为从纳秒到飞秒范围，重复频率为1Ηζ-200ΜΗζ，波长调节范围为157nm-1064nm。优选地，利用干燥物镜、水浸物镜或油浸物镜将激光束聚焦。优选地，将涂敷有光刻胶层的衬底置于三维微移动台，该三维微移动台在x、y和ζ 方向的移动范围为lnm-300mm。优选地，该方法进一步包括在图形转移步骤后，剥离光刻胶层。优选地，利用湿法腐蚀，干法刻蚀，蒸发或溅射金属，或沉积半导体层或绝缘层的方法将光刻胶层的图形转移到衬底上。本发明的优越性1.本发明的方法采用激光直写技术，省略了常规半导体工艺中形成光刻掩模板， 通过光掩模对光刻胶进行曝光的复杂工艺，缩减了工艺步骤，节省了制备光掩模的成本。2.通过引发光刻胶的双光子吸收效应，对于正性光刻胶可获得约IOOnm的特征尺寸，对于负性光刻胶，可获得约IOOnm以内的特征尺寸，通过图形转移工艺，形成具有微纳级尺度特征尺寸的半导体器件。3.本发明的方法通过调节激光束对光刻胶进行曝光的曝光能量和曝光时间，能够精确控制微纳器件特征尺寸的分辨率和精度。4.本发明的方法可与常规半导体工艺相结合，具有低成本、高效率、操作简单、真三维等优点，在半导体等相关领域具有广泛的应用前景。根据本发明得到的具有半导体器件，其微纳级尺度的特征尺寸远小于现有技术得到的微米级尺度的特征尺寸，使半导体器件的小型化，进一步提高半导体器件的集成度成为可能。


图1示出现有技术中对玻璃衬底上的光刻胶进行激光双光子曝光的示意图；图2示出根据本发明的制作微纳结构器件的方法的流程图；图3示出图2所示制作微纳结构器件的方法中对光刻胶进行曝光步骤的流程图；图4示出根据本发明方法的对衬底上的光刻胶进行激光双光子曝光的示意图；图5为按照本发明的实例1在SOI衬底上形成光刻胶层的截面示意图；图6为按照本发明的实例1将在光刻胶中形成的指定图形；图7为图5所示结构在曝光及显影后的结构截面示意图；图8为对图7所示结构进行图形转移后的结构截面示意图；图9为对图8所示结构剥离光刻胶后的结构截面示意图；图10为图7所示结构对应的扫描电子显微镜照片；图11为图9所示结构对应的扫描电子显微镜照片；图12为按照本发明的实例1得到的器件截面示意图；图13A-D示出根据本发明实例2的形成半导体器件的条栅结构的示意图；图14A-B示出根据本发明实例3得到的具有二维金属点阵结构的器件的示意图15A-G示出根据本发明实例4的形成半导体器件的T型栅结构的示意图。
具体实施例方式下面将参照附图结合本发明的优选实施例进行详细说明。应当理解，在下面的说明书中，提供许多具体的细节以便于对本发明实施例的全面了解。然而，本领域普通技术人员应当理解，本发明不仅适用于一个或多个具体的描述，且适用于其它结构元件，波长和材料等。说明书下文中所列举的实施例是示意性的而非限制性的。在飞秒激光直写技术中，激光束并不在其通过的所有区域与物质发生作用，而仅仅在达到一定阈值，可以使物质产生双光子吸收引发光化学反应的区域进行。对于一束激光束入射的情况，材料同时吸收两个光子，吸收效率正比于焦点处激光光强的平方，加工分辨率由激光焦点处的光强分布函数的平方决定。对于两束具有不同波长的激光束入射的情况，材料吸收两个不同频率的光子，吸收效率正比于焦点处两束激光光强的乘积，加工分辨率由两束激光在焦点处的光强分布函数的乘积决定。下面以将激光直写技术与半导体工艺结合为例，具体说明根据本发明的制作微纳器件的方法。图2示出根据本发明的制作微纳结构器件的方法的流程图，该方法包括以下步骤在衬底上涂敷光刻胶，形成光刻胶层，S201 ；利用激光双光子吸收效应对该光刻胶的指定位置进行曝光，S202 ；将曝光后的光刻胶进行显影，在光刻胶层得到与器件结构相对应的图形，S203 ；将光刻胶层的图形转移到衬底上，S204。为了制备具有微纳结构的半导体器件，该衬底的材料通常为IV族材料、III-V族材料或II-VI族材料，例如硅Si，氮化镓GaN，砷化镓GaAs等，或者衬底可以是绝缘体上硅 S0I，其上形成有例如氧化硅、氮化硅等电介质的玻璃衬底，玻璃，以及其上形成有介质层的半导体衬底等。这些衬底通常是不透射可见光且不透射激光的。为了使形成在光刻胶上的激光束斑具有纳米尺度，使光刻胶对激光束具有良好的双光子吸收效应，需要将激光束从光刻胶的远离衬底的方向进入光刻胶。图3示出如图2所示制作例如微纳结构半导体器件的方法中对光刻胶进行曝光步骤的流程图。在如图2所示的步骤S201将光刻胶涂敷在衬底上形成光刻胶层后，将透明辅助衬底例如玻璃覆盖在涂敷的光刻胶上，得到依次由透明辅助衬底，光刻胶层和衬底构成的三明治结构，S301。将得到的三明治结构放置在激光微纳加工系统的微移动台上，其中三明治结构中的透明辅助衬底朝向激光入射方向，S302。三明治结构与激光双光子加工设备物镜的位置关系如图4所示。在光刻胶和用于聚焦的物镜之间提供透明辅助衬底，可以避免光刻胶对物镜的污染。调节激光双光子设备的激光源，将激光束的束斑聚焦到光刻胶和衬底的界面，从该界面开始，按照指定的位置，利用激光双光子吸收效应对光刻胶进行曝光。目前的激光微纳加工系统中，通常采用油浸物镜对激光束进行聚焦。因为油与玻璃的折射率比较接近，激光束在经过折射率相匹配的介质形成束斑时，能够获得更小的聚焦尺寸从而提高分辨率。同时，使用油浸物镜并在油浸物镜和光刻胶层直接提供透明辅助衬底，可以保护物镜镜头不受损坏。因此，所述透明辅助衬底优选为折射率与油介质折射率相匹配以得到小的束斑尺寸的衬底。根据上述优选实施方式，通过形成不透光衬底、光刻胶层和辅助透明衬底的三明治结构，并使激光束通过辅助透明衬底对光刻胶进行曝光，可以实现激光双光子对涂敷在半导体器件的衬底上的光刻胶层的直写。将本发明的该优选实施方式应用于半导体器件的制造，不需要使用常规半导体工艺中的光掩模即可对形成在衬底上的光刻胶直接曝光，节省了光掩模的制造流程和制造成本，可显著降低半导体器件的制造成本，并可获得具有微纳尺度，例如约10-约100纳米，特征尺寸的半导体器件。涂敷在衬底上的光刻胶是可以产生激光双光子吸收的正性光刻胶或负性光刻胶。 正性光刻胶例如可以是紫外正性光刻胶或深紫外正性光刻胶，光刻胶涂覆层的厚度例如为 10纳米到100微米。可以采用单一激光束或第一激光束和第二激光束的叠加激光束对光刻胶进行曝光。调节激光微纳加工系统中的微移动台，使上述单一激光束或叠加激光束的焦点在光刻胶层中移动对光刻胶进行曝光。根据所使用的光刻胶的种类选择相应的激光束波长、合适的曝光能量、曝光时间和微移动台的移动速度。光刻胶经激光双光子曝光而分解，经显影在光刻胶上形成孔或槽等特征结构。将光刻胶上的图形转移到例如半导体衬底的衬底上的方法包括蒸发或溅射金属， 沉积电介质或半导体材料，和湿法腐蚀或干法刻蚀等。借助这些本领域技术人员公知的技术，可将光刻胶上形成的图形转移到半导体衬底上，得到形成具有结构特征的半导体结构。进一步，为得到完整的具有微纳尺度结构特征的半导体器件，可以对如上得到的半导体结构，继续进一步加工。所述进一步加工包括，但不限于，激光双光子直写、蒸发或溅射金属、和蚀刻等方法。下面将参照具体实例对本发明进行进一步的说明。实例 1以下结合图5-12，以在SOI衬底上制作FinFET器件为例对本发明的方法进行详细地说明。首先，在SOI衬底上涂敷光刻胶形成光刻胶层。将商品名为SCR500的负性光刻胶涂敷在SOI衬底上，得到光刻胶层501，如图5所示。该SOI衬底自上而下由顶层硅502、氧化硅绝缘层503和硅衬底504构成。其中顶层硅的厚度例如为^nm,氧化硅绝缘层的厚度例如为150nm。其次，借助激光双光子吸收对光刻胶层曝光，在光刻胶层中曝光出FinFET器件图形。打开激光微纳加工系统中的激光光源。该激光光源选用钛宝石飞秒脉冲激光器， 其输出波长为800nm，脉冲宽度为lOOfs，脉冲重复频率为82MHz，光束直径为1. 8mm，偏振态为线偏振的激光束。利用分束器将该激光束分成两条光路。在第一条光路上放置一块厚度为Imm的I型BBO倍频晶体和过滤SOOnm波长的干涉滤波器，得到波长为400nm的第一激光束。分别将第一条光路的400nm波长的第一激光束与第二条光路的SOOnm波长的第二激光束进行扩束后，通过例如半透半反镜将第一激光束和第二激光束叠加为沿同一光路行进的叠加激光束。该叠加激光束通过数值孔径为1. 45、放大倍数为100倍的油浸物镜，聚焦于放置在计算机操纵的三维微移动台上的光刻胶501中。对衬底上的光刻胶进行激光双光子曝光的示意图如图4所示。调节计算机操纵的三维微移动台使叠加激光束的焦点从SOI衬底的顶层硅与光刻胶的界面开始扫描，并按照图6所示指定的位置对光刻胶进行曝光，得到包括用于制作源极和漏极的台面结构601和602，和有源区603的图形。通过调节位于波长为400nm的第一激光束光路的光衰减器使第一激光束的平均功率为1. 5 μ W，调节位于波长为SOOnm的第二激光束光路的光衰减器使第二激光束的平均功率为4. 43mff,并设置三维微移动台的运动速度为SOnm/ms，可将图6的有源区603形成为具有分辨率为96nm的纳米线结构。进一步，经过显影，在光刻胶上得到FinFET器件结构的图形。曝光结束后，例如用无水乙醇溶液将未曝光的光刻胶部分去除，在光刻胶层得到 FinFET器件结构图形，其截面图如图7所示，其显微照片如图10所示。进一步，将光刻胶层的图形转移到SOI衬底上。以光刻胶上的FinFET结构图形作为掩膜，利用感应耦合等离子体ICP刻蚀技术， 采用shall0W2 LR3模式刻蚀15s，露出无掩膜区域的隐埋氧化硅绝缘层，如图8所示。将样品浸入体积比为3 1的浓硫酸与双氧水混合溶液，在200°C温度下浸泡20分钟，除去作为掩膜的光刻胶部分，得到结构的截面图如图9所示。图11为对应图9所示结构的显微照片。从该显微照片可以看出，利用本发明的激光双光子直写技术得到的硅纳米线宽度为66nm。进一步，利用常规半导体工艺对所得到的结构进行处理，得到所希望的半导体器件。例如，对图11所示得到的含有硅鳍(Fin)结构的台面结构进行热氧化，形成二氧化硅(SiO2)介质层。在SiO2介质之上通过低压化学气相沉积(LPCVD)形成掺杂多晶硅。 通过对形成的掺杂多晶硅进行光刻，例如光学光刻、电子束直写光刻、飞秒激光直写光刻， 将所述多晶硅形成为多晶硅栅极。以形成的多晶硅栅极作为掩膜，进行台面区域进行自对准离子注入和快速退火工艺，得到源漏区。利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)氧化硅保护层。利用光刻，例如光学光刻、电子束直写光刻、飞秒激光直写光刻等技术在沉积的氧化硅保护层上用于形成金属布线的开孔。进行常规的金属化工艺，形成各个电极。由此得到如图12所示的器件结构。实例2下面参照图13，以在GaAs衬底上制备金属条栅结构为例，对本发明的方法进行详细说明。首先，在GaAs衬底1301上涂敷一层厚度为180nm的正性光刻胶AZ4620，形成光刻胶层1302，如图13A所示。该光刻胶的前烘温度例如为95°C，前烘时间为90s。其次，利用激光双光子吸收效应对该正性光刻胶进行曝光。调节激光微纳加工系统中的激光光源，将激光的输出波长调节至能够使所涂敷的光刻胶产生双光子效应的单一波长，即780nm。通过调节激光光路上的光间将曝光时间调节为lms-lOmin。调节激光光路的光衰减器，将激光功率调节为0. 1 μ W-1W。调节位于激光光路的波片改变激光的偏振状态为自然偏振、部分偏振、线偏振、圆偏振或椭圆偏振。将激光束经物镜聚焦于焦点，并将涂覆光刻胶的样品置于微移动台上，对衬底上的光刻胶进行激光双光子曝光的示意图如图4所示。按照指定的位置对光刻胶进行曝光。将商用配套显影液以1 4比例稀释，对曝光后的光刻胶进行显影，在光刻胶中形成沟槽。在该实例中，通过调节激光功率为1. 34mW、调节微移动台的扫描速度为lOnm/ms， 在光刻胶中可形成宽度为290nm的沟槽，如图1 所示。进一步，将形成有沟槽的光刻胶作为掩膜，利用电子束蒸发技术沉积厚度例如为 50nm的NiCr合金1303，如图13C所示。进一步，剥离GaAs表面的光刻胶，同时剥离掉光刻胶上面的NiCr合金，得到NiCr 合金结构的条型栅结构，其扫描电镜的显微照片如图13D所示。根据本发明的方法，利用激光双光子直写技术可实现对光刻胶的复杂构图，借助图形转移，可以形成复杂特征结构的半导体器件。实例3下面以在玻璃基片上制备二维金属点阵为例，对本发明进行详细说明。首先，在玻璃基片上涂一层厚度为120nm的正性光刻胶AZ6130。光刻胶前烘温度为90°C，前烘时间为IOOs ；其次，利用单一波长激光束的双光子吸收效应对该正性光刻胶进行曝光。通过调节激光功率为1. 99mW和曝光时间为IOms来控制光刻胶的曝光条件，可形成孔径为370nm 的孔阵列，如图14A所示。进一步，将形成有孔阵列的光刻胶作为掩膜，蒸发厚度例如为60nm的Au层。进一步，剥离玻璃表面的光刻胶，同时剥离掉光刻胶上面的Au层，得到Au结构的二维点阵，其扫描电镜的显微照片图14B所示，所形成的Au点的直径为369nm。实例 4下面参照图15A-G，以在GaN衬底上制备金属T型栅结构为例，对本发明的方法进行详细说明。首先，在GaN衬底1501表面淀积一层50nm的Si3N4作为牺牲层1502 ；然后，在Si3N4表面涂敷一层厚度为ISOnm的正性光刻胶AZ4620，形成第一光刻胶层1503，如图15A所示。光刻胶前烘温度为95°C，前烘时间为90s。进一步，利用单一波长激光束的双光子吸收效应对该正性光刻胶进行曝光。参照实例2详细说明的步骤，按照指定的位置对光刻胶进行曝光。将商用配套显影液以1 4比例稀释，对曝光后的光刻胶进行显影，在光刻胶中形成沟槽，如图15B所示。随后，利用感应耦合等离子体技术(ICP)对Si3N4层进行刻蚀，将光刻胶的图形转移到Si3N4层上，得到的结构如图15C所示。随后，清洗掉Si3N4层上的光刻胶后，涂敷厚度为500nm的AZ4620光刻胶，形成第二光刻胶层1504，如图15D所示。经热板在95°C下进行120s的前烘。利用单一波长激光束的双光子吸收效应对该第二光刻胶层进行曝光。通过调节激光功率和移动台的扫描速度来控制曝光区域的大小，从而控制将要形成的栅极的尺寸。经显影在光刻胶形成具有台阶的沟槽1505，如图15E所示。显影过程中所用显影液为商用配套显影液，并按照1 4比例稀释，显影时间为120s。随后，用电子束蒸发金属Ni/Au，得到厚度为20nm/200nm的Ni/Au层1506，如图 15F所示。随后，剥离衬底表面的光刻胶，同时剥离掉光刻胶上面的M/Au层，得到M/Au的T型栅1506结构，如图15G所示。以上给出了本发明实施例的描述，以便理解本发明。应该明确的是，本发明并不只限于此处所描述的特殊实施例，而是可以做各种不偏离本技术领域范畴的、对本领域技术人员来说是显而易见的修正、重整以及替代。因此，规定下列的权利要求涵盖了所有这种符合本发明精髓和范畴的修正和变更。本发明获得国家973计划(2010CB934100)资助。
权利要求
1.一种利用激光双光子直写技术制作微纳结构器件的方法，包括以下步骤在衬底上涂敷光刻胶形成光刻胶层；用激光束照射所述光刻胶，通过激光双光子吸收效应对所述光刻胶的指定位置进行曝光；对所述光刻胶进行显影；将所得到的光刻胶层的图形转移到衬底上。
2.根据权利要求1所述的利用激光双光子直写技术制作微纳结构器件的方法，其特征在于，所述微纳结构器件是半导体器件。
3.根据权利要求1所述的利用激光双光子直写技术制作微纳结构器件的方法，其特征在于，在衬底上涂敷光刻胶形成光刻胶层的步骤后，该方法进一步包括将透明辅助衬底放置在所述光刻胶层上，得到包括衬底、光刻胶层和透明辅助衬底的三明治结构，将所述激光束从所述三明治结构的透明辅助衬底方向照射所述光刻胶，对所述光刻胶的指定位置进行曝光。
4.根据权利要求1所述的利用激光双光子直写技术制作微纳结构器件的方法，其特征在于，所述光刻胶为负性光刻胶或正性光刻胶。
5.根据权利要求4所述的利用激光双光子直写技术制作微纳结构器件的方法，其特征在于，所述正性光刻胶是紫外正性光刻胶或深紫外正性光刻胶。
6.根据权利要求4所述的利用激光双光子直写技术制作微纳结构器件的方法，其特征在于，正性光刻胶层的厚度为10纳米到100微米。
7.根据权利要求1所述的利用激光双光子直写技术制作微纳结构器件的方法，其特征在于，所述衬底选自IV族材料衬底、III-V族材料衬底、II-VI族材料衬底、绝缘体上硅衬底、形成有电介质层的玻璃衬底、玻璃衬底和其上形成有介质层的半导体材料的衬底。
8.根据权利要求1所述的利用激光双光子直写技术制作微纳结构器件的方法，其特征在于，所述利用激光双光子直写技术对所述光刻胶的指定位置进行曝光的步骤进一步包括调节激光光源，将激光光源输出的单一激光束调节至能够使所述光刻胶产生双光子吸收效应的单一波长，或调节激光光源，将激光光源输出的第一激光束和第二激光束分别调节至能够使所述光刻胶产生双光子吸收效应的第一波长和第二波长，且第一波长不同于第二波长，并将第一激光束与第二激光束叠加为沿同一光路行进的叠加激光束；将上述单一激光束或叠加激光束经物镜聚焦于同一个焦点；使聚焦于同一焦点的激光束对所述光刻胶的指定位置进行曝光。
9.根据权利要求8所述的利用激光双光子直写技术制作微纳结构器件的方法，其特征在于，所述单一激光束的平均功率为0. 1 μ ff-lff,曝光时间为lms-lOmin，或所述第一激光束和第二激光束的平均功率分别为0. 1 μ W-1W，曝光时间分别为 Ims-IOmin ；激光束的偏振态为自然偏振、部分偏振、线偏振、圆偏振或椭圆偏振。
10.根据权利要求8所述的利用激光双光子直写技术制作微纳结构器件的方法，其特征在于，所述单一激光束，或第一激光束和第二激光束的脉冲宽度分别为从纳秒到飞秒范围，重复频率为1Ηζ-200ΜΗζ，波长调节范围为157nm-1064nm。
11.根据权利要求1所述的利用激光双光子直写技术制作微纳结构器件的方法，其特征在于，利用干燥物镜、水浸物镜或油浸物镜将激光束聚焦。
12.根据权利要求1所述的利用激光双光子直写技术制作微纳结构器件的方法，其特征在于，该方法进一步包括在图形转移步骤后，剥离光刻胶层。
13.根据权利要求1所述的利用激光双光子直写技术制作微纳结构器件的方法，其特征在于，利用湿法腐蚀，干法刻蚀，蒸发或溅射金属，或沉积半导体层或绝缘层的方法将光刻胶层的图形转移到衬底上。
全文摘要
本发明涉及一种利用激光双光子直写技术制作微纳结构器件的方法。该方法包括以下步骤在衬底上涂敷光刻胶形成光刻胶层；用激光束照射所述光刻胶，通过激光双光子吸收效应对所述光刻胶的指定位置进行曝光；对所述光刻胶进行显影；将所得到的光刻胶层的图形转移到衬底上。
文档编号B23K26/36GK102320553SQ201110185710
公开日2012年1月18日 申请日期2011年7月4日 优先权日2011年7月4日
发明者张严波, 曹洪忠, 杨富华, 段宣明, 董贤子, 赵震声, 陈述, 韩伟华, 颜伟 申请人:中国科学院理化技术研究所