本发明涉及微纳图形制备的技术领域，具体是涉及一种微纳图形的制备方法及其制备系统。
背景技术：
微纳图形制备及转移为微纳加工技术关键步骤。传统微纳图形制备技术主要包括光刻，电子束曝光，聚焦离子束曝光等等，而这些技术都离不开匀胶、曝光、显影等超净间工艺步骤。一方面这些湿法步骤会引入杂质和玷污，另一方需要大型微纳加工设备如光刻机、电子束曝光机等等。同时这些工艺需要在超净间内完成，任何的灰尘或者杂质都会影响后续工艺。
激光直写工艺可以利用高能飞秒激光器直接轰击样品，将设计图形刻写在样品表面，达到图形转移的目的。激光直写工艺无需光刻、显影等超净间工艺，其工艺相对简单，对刻写材料要求不高，从而拥有广泛的应用前景。美国加州大学伯克利分校laserthermallaboratory连续报导了利用高能纳秒激光器刻写在铜薄膜上的纳米孔阵作为oled器件和二氧化硅上纳米孔阵作为生物传感器的技术(见dongwoopaengetal.adv.mater.,2015,27,2762–2767和hojeongjeonetal.nat.mater.,2015,14,918-925)。美国加州大学kanerlab于2014也报导了在利用激光直写制备石墨烯的逻辑单元器件(见maherf.el-kadyetal.acsnano,2014,8,8725–8729)。然而这些直接刻写目标材料的方法制备的微纳结构的边缘相对粗糙，有热损伤层，而且结构均一性仍有待提高。
另外，现有技术还有利用飞秒激光器直接刻写目标材料如半导体衬底、金属材料、有机薄膜等等，但是该种方法中的高能激光的烧灼深度往往无法被精确控制，从而导致目标材料被损伤或者被污染。另一方面高能激光束聚焦不足，能量难以被控制，导致刻写的图案一般都较大且边缘粗糙，难以达到纳米级尺度。
技术实现要素：
本发明实施例提供一种微纳图形的制备方法及其制备系统，以解决现有技术中进行微纳图形制备时存在的图案精度低以及对制备环境条件要求较高的技术问题。
为解决上述问题，本发明实施例一方面提供了一种微纳图形的制备方法，所述方法包括：
在衬底板上形成中间层；
在所述中间层上形成光刻胶层；
利用激光在所述光刻胶层上刻写形成微纳图案；
利用所述被刻写的光刻胶层作为抗蚀层，通过反应离子刻蚀将所述微纳图案传递到所述中间层上；
利用所述刻蚀后的中间层作为掩模，通过反应离子刻蚀将所述微纳图案传递到所述衬底板上。
根据本发明一优选实施例，所述中间层为金属层或者无机材料层；当所述中间层为金属层时，其厚度范围为10nm～200nm；当所述中间层为无机材料层时，其厚度范围为50nm～200nm。
根据本发明一优选实施例，所述利用激光在所述光刻胶层上刻写形成微纳图案的步骤中，具体为利用激光直写系统在所述光刻胶层上刻写形成微纳图案，且激光参数为：波长范围为408nm～1200nm；功率范围为1mw～100mw；脉宽范围为100fs～30ns。
根据本发明一优选实施例，在所述中间层上形成光刻胶层的步骤中，采用蒸镀的方法在所述中间层上形成所述光刻胶层；所述光刻胶层的厚度在50nm～200nm之间。
根据本发明一优选实施例，所述在衬底板上形成中间层的步骤之前还包括对衬底板清洗的步骤，所述对衬底板清洗的步骤包括：将衬底板依次浸于丙酮和异丙醇中进行超声清洗；用去离子水对衬底板进行淋洗；并用氮气将衬底板吹干。
为解决上述技术问题，本发明另一方面还提供一种微纳图形的制备系统，所述系统包括：
中间层形成装置，用于在衬底板上形成中间层；
光刻胶层形成装置，用于在所述中间层上形成光刻胶层；
刻写装置，用于利用激光在所述光刻胶层上刻写形成微纳图案；
蚀刻装置，用于利用所述被刻写的光刻胶层作为抗蚀层，通过反应离子刻蚀将所述微纳图案传递到所述中间层上；以及利用所述刻蚀后的中间层作为掩模，通过反应离子刻蚀将所述微纳图案传递到所述衬底板上。
根据本发明一优选实施例，所述中间层为金属层或者无机材料层；当所述中间层为金属层时，其厚度范围为10nm～200nm；当所述中间层为无机材料层时，其厚度范围为50nm～200nm。
根据本发明一优选实施例，所述刻写装置为激光直写系统，且激光参数为：波长范围为408nm～1200nm；功率范围为1mw～100mw；脉宽范围为100fs～30ns。
根据本发明一优选实施例，所述光刻胶层形成装置采用蒸镀的方法在所述中间层上形成所述光刻胶层；所述光刻胶层的厚度在50nm～200nm之间。
根据本发明一优选实施例，所述制备系统还包括衬底板清洗装置，所述衬底板清洗装置用于对衬底板进行清洗，具体用于将衬底板依次浸于丙酮和异丙醇中进行超声清洗；用去离子水对衬底板进行淋洗；并用氮气将衬底板吹干。
相对于现有技术，本发明提供的微纳图形的制备方法及其制备系统，具有如下优点：1、通过可蒸镀光刻胶蒸镀到样品(设有中间层的衬底板)表面，其厚度可以精确控制；2、利用飞秒激光刻写光刻胶层形成微纳图案，再通过反应离子刻蚀将光刻胶层上的微纳图案传递到中间层，从而避免了传统的直接对中间层进行刻写的方法对中间层和衬底板产生的物理损伤的情况；3、由于光刻胶易挥发，因此无需大功率激光，从而光斑的高斯(电磁)热量分布也较小，曝光能量易于控制，可制备的图案精度较高，可以写到纳米级尺寸；4、通过激光刻写光刻胶层表面直接得到图案，无需光刻、显影等超净间湿法工艺，对制备环境条件要求较低，易于操作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明微纳图形的制备方法一优选实施例的流程示意图；
图2是对衬底板进行清洗步骤的流程图；
图3是在衬底板上形成中间层和光刻胶层的结构示意图；
图4是在光刻胶层上刻写形成微纳图案的局部结构示意简图；
图5是将微纳图案从光刻胶层传递到中间层的结构示意图；
图6是将微纳图案从中间层传递到衬底板的结构示意图；以及
图7是本发明微纳图形的制备系统一优选实施例的结构组成框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本发明，但不对本发明的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本发明的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
微纳图形的制备方法实施例1
请参阅图1，图1是本发明微纳图形的制备方法一优选实施例的流程示意图，该制备方法包括但不限于以下步骤。
步骤s100，在衬底板上形成中间层。
在该步骤中，中间层可以为金属层，该金属层通过在上述衬底板表面利用蒸镀或溅射的方法沉积而成，其厚度范围优选为10nm～200nm。
优选地，在该步骤之前，还包括对衬底板进行清洗的步骤，请参阅图2，图2是对衬底板进行清洗步骤的流程图，其中，对衬底板清洗的步骤具体包括：s21将衬底板依次浸于丙酮和异丙醇中进行超声清洗；s22用去离子水对衬底板进行淋洗；以及s23用氮气将衬底板吹干。
步骤s110，在中间层上形成光刻胶层。
在步骤s110中，采用蒸镀的方法在中间层上形成光刻胶层；其中，光刻胶层的厚度优选在50nm～200nm之间。该光刻胶层的材料为可蒸镀光刻胶。请参阅图3，图3是在衬底板上形成中间层和光刻胶层的结构示意图，其中，标号11为衬底板，标号12为中间层，而标号13为光刻胶层。
步骤s120，利用激光在光刻胶层上刻写形成微纳图案。
在该步骤中，利用激光直写系统在光刻胶层上刻写形成微纳图案，且激光参数优选为：波长范围为408nm～1200nm；功率范围为1mw～100mw；脉宽范围为100fs～30ns。进一步优选采用飞秒激光设备，利用蒸镀光刻胶的可挥发性，在飞秒激光器刻写时无需大功率即可对光刻胶层进行刻写。
其中，该飞秒激光设备可以利用形发生器控制飞秒激光刻写光刻胶表面，无需光刻、显影等超净间工艺，对制备环境要求较低；另外，该飞秒激光设备还利用高精度位移器控制载样台，可以进行大面积、高精确刻写光刻胶层。可以避免普通激光直写设备只利用激光振镜(激光扫描器)，而无法完成大面积刻写样品的问题。
请参阅图4，图4是在光刻胶层上刻写形成微纳图案的局部结构示意简图。图中光刻胶层的缺口部分(标号130)即为微纳图案的局部结构示意。
步骤s130，利用被刻写的光刻胶层作为抗蚀层，通过反应离子刻蚀将微纳图案传递到中间层上。
请参阅图5，图5是将微纳图案从光刻胶层传递到中间层的结构示意图，图中中间层上的缺口部分(标号120)即为微纳图案的局部结构示意。
步骤s140，利用刻蚀后的中间层作为掩模，通过反应离子刻蚀将微纳图案传递到衬底板上。关于利用反应离子刻蚀将微纳图案传递到衬底板上的具体实施步骤，在本领域技术人员的理解范围内，此处不再赘述。
请参阅图6，图6是将微纳图案从中间层传递到衬底板的结构示意图，图中衬底板上的缺口部分(标号110)即为微纳图案的局部结构示意。
另外，实施例中还包括去除掉衬底板上的金属层(中间层)以及光刻胶层的步骤，这些步骤本领域技术人员可以根据需要自行完成，此处亦不再详述。
微纳图形的制备方法实施例2
请继续参阅图1，图1是本发明微纳图形的制备方法一优选实施例的流程示意图，该制备方法包括但不限于以下步骤。
步骤s100，在衬底板上形成中间层。
在该步骤中，与上一实施例不同的是，该实施例中中间层为无机材料层，同样可以起到微纳图案传递的中间过渡作用，该无机材料层可以为二氧化硅等材料，利用上下层材料的刻蚀高选择比，将二氧化硅作为刻蚀掩模将图案传递到衬底板上。该无机材料层通过在上述衬底板表面利用蒸镀的方法沉积而成，其厚度范围优选为50nm～200nm。
优选地，在该步骤之前，还包括对衬底板进行清洗的步骤，请参阅图2，图2是对衬底板进行清洗的流程图，其中，对衬底板清洗的步骤具体包括：s21将衬底板依次浸于丙酮和异丙醇中进行超声清洗；s22用去离子水对衬底板进行淋洗；以及s23用氮气将衬底板吹干。
步骤s110，在中间层上形成光刻胶层。
在步骤s110中，采用蒸镀的方法在中间层上形成光刻胶层；其中，光刻胶层的厚度优选在50nm～200nm之间。该光刻胶层的材料为可蒸镀光刻胶。请参阅图3，图3是形成中间层和光刻胶层的结构示意图，其中，标号11为衬底板，标号12为中间层，而标号13为光刻胶层。
步骤s120，利用激光在光刻胶层上刻写形成微纳图案。
在该步骤中，利用激光直写系统在光刻胶层上刻写形成微纳图案，且激光参数优选为：波长范围为408nm～1200nm；功率范围为1mw～100mw；脉宽范围为100fs～30ns。进一步优选采用飞秒激光设备，利用蒸镀光刻胶的可挥发性，在飞秒激光器刻写时无需大功率即可对光刻胶层进行刻写。
其中，该飞秒激光设备可以利用形发生器控制飞秒激光刻写光刻胶表面，无需光刻、显影等超净间工艺，对制备环境要求较低；另外，该飞秒激光设备还利用高精度位移器控制载样台，可以进行大面积、高精确刻写光刻胶层。可以避免普通激光直写设备只利用激光振镜(激光扫描器)，而无法完成大面积刻写样品的问题。
请参阅图4，图4是在光刻胶层上刻写形成微纳图案的局部结构示意简图。图中光刻胶层的缺口部分(标号130)即为微纳图案的局部结构示意。
步骤s130，利用被刻写的光刻胶层作为抗蚀层，通过反应离子刻蚀将微纳图案传递到中间层上。
请参阅图5，图5是将微纳图案从光刻胶层传递到中间层的结构示意图，图中中间层上的缺口部分(标号120)即为微纳图案的局部结构示意。
步骤s140，利用刻蚀后的中间层作为掩模，通过反应离子刻蚀将微纳图案传递到衬底板上。关于利用反应离子刻蚀将微纳图案传递到衬底板上的具体实施步骤，在本领域技术人员的理解范围内，此处不再赘述。
请参阅图6，图6是将微纳图案从中间层传递到衬底板的结构示意图，图中衬底板上的缺口部分(标号110)即为微纳图案的局部结构示意。
另外，实施例中还包括去除掉衬底板上的无机材料层(中间层)以及光刻胶层的步骤，这些步骤本领域技术人员可以根据需要自行完成，此处亦不再详述。
相对于现有技术，上述发明实施例提供的微纳图形制备方法，具有如下优点：1、通过可蒸镀光刻胶蒸镀到样品(设有中间层的衬底板)表面，其厚度可以精确控制；2、利用飞秒激光刻写光刻胶层形成微纳图案，再通过反应离子刻蚀将光刻胶层上的微纳图案传递到中间层，从而避免了传统的直接对中间层进行刻写的方法对中间层和衬底板产生的物理损伤的情况；3、由于光刻胶易挥发，因此无需大功率激光，从而光斑的高斯(电磁)热量分布也较小，曝光能量易于控制，可制备的图案精度较高，可以写到纳米级尺寸；4、通过激光刻写光刻胶层表面直接得到图案，无需光刻、显影等超净间湿法工艺，对制备环境条件要求较低，易于操作。
进一步地，本发明实施例还提供一种微纳图形的制备系统，请参阅图7，图7是本发明微纳图形的制备系统一优选实施例的结构组成框图。
微纳图形的制备系统实施例
该制备系统包括但不限于以下结构组成单元：中间层形成装置710、光刻胶层形成装置720、刻写装置730、蚀刻装置740以及衬底板清洗装置750。
具体而言，中间层形成装置710用于在衬底板上形成中间层。其中，中间层可以为金属层或者无机材料层，该中间层可以通过在上述衬底板表面利用蒸镀或溅射的方法沉积而成，当中间层为金属材料时，其厚度范围优选为10nm～200nm，可以采用蒸镀或溅射的方法沉积而成；当中间层为无机材料时，其厚度范围优选为50nm～200nm，可以采用蒸镀的方法沉积而成；该无机材料层可以为二氧化硅等材料，利用上下层材料的刻蚀高选择比，将二氧化硅作为刻蚀掩模将图案传递到衬底板上。
光刻胶层形成装置720用于在中间层上形成光刻胶层。该光刻胶层形成装置720采用蒸镀的方法在中间层上形成光刻胶层；其中，光刻胶层的厚度优选在50nm～200nm之间。该光刻胶层的材料为可蒸镀光刻胶。请参阅图3，图3是形成中间层和光刻胶层的结构示意图，其中，标号11为衬底板，标号12为中间层，而标号13为光刻胶层。
刻写装置730用于利用激光在光刻胶层上刻写形成微纳图案。其中，该刻写装置730可以为激光直写系统，利用激光直写系统在光刻胶层上刻写形成微纳图案，且激光参数优选为：波长范围为408nm～1200nm；功率范围为1mw～100mw；脉宽范围为100fs～30ns。进一步优选地，该刻写装置730为飞秒激光设备，利用蒸镀光刻胶的可挥发性，在飞秒激光器刻写时无需大功率即可对光刻胶层进行刻写。
其中，该飞秒激光设备可以利用形发生器控制飞秒激光刻写光刻胶表面，无需光刻、显影等超净间工艺，对制备环境要求较低；另外，该飞秒激光设备还利用高精度位移器控制载样台，可以进行大面积、高精确刻写光刻胶层。可以避免普通激光直写设备只利用激光振镜(激光扫描器)，而无法完成大面积刻写样品的问题。
请参阅图4，图4是在光刻胶层上刻写形成微纳图案的局部结构示意简图。图中光刻胶层的缺口部分(标号130)即为微纳图案的局部结构示意。
蚀刻装置740用于利用被刻写的光刻胶层作为抗蚀层，通过反应离子刻蚀法将微纳图案传递到中间层上，以及利用刻蚀后的中间层作为掩模，通过反应离子刻蚀法将微纳图案传递到衬底板上。
请一并参阅图5和图6，图5是将微纳图案从光刻胶层传递到中间层的结构示意图，图6是将微纳图案从中间层传递到衬底板的结构示意图，图中中间层上的缺口部分(标号120)即为微纳图案的局部结构示意；图中衬底板上的缺口部分(标号110)即为微纳图案的局部结构示意。关于利用反应离子刻蚀将微纳图案传递到衬底板上的具体实施步骤，在本领域技术人员的理解范围内，此处不再赘述。
优选地，在该制备系统还包括衬底板清洗装置750，该衬底板清洗装置750用于对衬底板进行清洗，请参阅图2，图2是对衬底板进行清洗的流程图，其中，衬底板清洗装置750对衬底板清洗的步骤具体包括：s21将衬底板依次浸于丙酮和异丙醇中进行超声清洗；s22用去离子水对衬底板进行淋洗；以及s23用氮气将衬底板吹干。
另外，该制备系统还可以包括去除掉衬底板上的金属层(中间层)和光刻胶层的装置以及其他相关装置，这些装置本领域技术人员可以根据需要自行选取，此处亦不再详述。
相对于现有技术，本实施例提供的微纳图形制备系统，具有如下优点：1、通过可蒸镀光刻胶蒸镀到样品(设有中间层的衬底板)表面，其厚度可以精确控制；2、利用飞秒激光刻写光刻胶层形成微纳图案，再通过反应离子刻蚀将光刻胶层上的微纳图案传递到中间层，从而避免了传统的直接对中间层进行刻写的方法对中间层和衬底板产生的物理损伤的情况；3、由于光刻胶易挥发，因此无需大功率激光，从而光斑的高斯(电磁)热量分布也较小，曝光能量易于控制，可制备的图案精度较高，可以写到纳米级尺寸；4、通过激光刻写光刻胶层表面，无需光刻、显影等超净间湿法工艺，对制备环境条件要求较低，易于操作。
以上所述仅为本发明的部分实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。