一种高深宽比高保形纳米级正型结构的制备方法与流程

技术领域：

本发明涉及一种高深宽比高保形纳米级正型结构的制备方法，可用于光学领域、生物领域、声学领域。

背景技术：
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高深宽比高保形纳米级正型结构，在光学领域和生物领域有着广阔的应用前景，特别地，传统的光学成像和微纳加工技术受到衍射极限的限制，基于表面等离激元(surfaceplamonpolaritions,spps)的高保形的人工微结构可以通过对光的调制实现超分辨成像；生物领域的细胞培养等对于微纳结构的高深宽比高保形也有一定的要求。

传统的微纳结构的制备是在光刻胶上曝光显影，蒸发功能材料，湿法去除光刻胶，或者直接在显影后进行刻蚀，从而实现把光刻胶上微纳结构图形转移到功能材料上，然而，传统的加工方法由于蒸发无法满足共形填充，以及湿法刻蚀过程中由于毛细力的作用，无法加工出高保形、高深宽比的微纳结构。

技术实现要素：
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本发明的目的是为了克服现有技术中蒸发无法满足共形填充、湿法刻蚀毛细力等导致很难保证高深宽比高保形结构制备的缺点。本发明采用的技术方案是先在聚甲基丙烯酸甲酯上利用电子束曝光显影做出预期的纳米级正型结构，再经磁控溅射进行共形填充、然后旋涂一层sog材料或氢倍半硅氧烷进行平坦化处理、再经斜角离子束抛光直到聚甲基丙烯酸甲酯上表面的材料全部去除、经干法刻蚀去除残余的聚甲基丙烯酸甲酯的方法。

为达到上述技术效果，本专利的具体步骤如下：

一种高深宽比高保形纳米级正型结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、提供衬底，并进行清洗；

步骤二、在衬底上旋涂光刻胶,并进行前烘；

步骤三、对光刻胶进行曝光；

步骤四、对曝光后的样品进行显影；

步骤五、利用镀膜工艺在光刻胶表层沉积功能材料薄膜；

步骤六、在已经沉积功能材料薄膜的衬底上旋涂一层平坦化材料；

步骤七、烘烤，去除平坦化材料中的溶剂，进一步平坦化；

步骤八、利用抛光工艺，将平坦化层及突出的功能材料薄膜去除，直到抛光到下层光刻胶为止；

步骤九、利用选择性去除技术或加热去除剩余光刻胶；从而获得高深宽比高保形纳米级正型结构图形。

进一步的改进，所述步骤二中的光刻胶为聚甲基丙烯酸甲酯，zep520或者正型紫外光刻胶。

进一步的改进，所述步骤三中，利用光刻技术对光刻胶表层进行曝光显影，所述光刻技术为电子束曝光技术、离子束曝光技术、紫外或者极紫外曝光技术、x射线曝光技术、激光干涉光刻技术或纳米压印；显影的时间为30秒以上。

进一步的改进，所述步骤五中的镀膜工艺为原子层沉积、磁控溅射、电镀、离子镀或化学气相沉积；沉积的功能材料薄膜为固态光介质、机械波介质、磁介质或电介质；所述电介质包括金属和半导体材料。

进一步的改进，所述步骤六中的平坦化层为聚甲基丙烯酸甲酯、旋转涂布玻璃或氢倍半硅氧烷。

进一步的改进，所述步骤七中烘烤的温度<100℃，烘烤的时间为5～10分钟。

进一步的改进，所述步骤八中抛光方法为：化学机械抛光、磁流变抛光、或离子束抛光；所述步骤九中选择性去除技术包括：干法刻蚀、湿法刻蚀。

进一步的改进，所述步骤八中抛光全部平坦化层以及光刻胶上层的功能材料薄膜。

进一步的改进，所述步骤九中选择性去除的时间以去除剩余光刻胶或直接热分解去除剩余光刻胶为准。

上述任一一种高深宽比高保形纳米级正型结构的制备方法制作的纳米级正型结构用于制作平面超透镜、纳米间隙表面增强拉曼散射衬底、高密度换能器、高深宽比x射线波带片、标准光栅或高密度特种光栅，或用于超透射或高深宽比电极对、传感器电极。

本发明的有益效果在于，解决了现有光学及生物领域微纳制造中无法满足高深宽比高保形结构的制备的问题，采用此方法可在衬底上制备具有高深宽比高保形、尺寸精度、低表面粗糙度、结构应力小等特点的纳米级正型结构，为光学领域和生物领域极小尺度、极高精度加工提供了一种有效的方法。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步详细的描述，其中：

图1是在衬底上甩上聚甲基丙烯酸甲酯之后的结构示意图

图2是对聚甲基丙烯酸甲酯进行曝光显影后的结构示意图

图3是利用磁控溅射进行共形沉积后的示意图

图4是沉积平坦化材料氢倍半硅氧烷之后的示意图

图5是斜角离子束抛光后的示意图

图6是聚甲基丙烯酸甲酯去除后的效果图

图中简单符号说明：

1晶片(即衬底)2光刻胶:聚甲基丙烯酸甲酯

3聚甲基丙烯酸甲酯经曝光显影后的图案4功能材料金属al

5平坦化材料：氢倍半硅氧烷6抛光后的功能材料金属al

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步详细描述。

(1)提供衬底：选择单晶硅衬底、并先用丙酮超声清洗300s，再用异丙醇超声300s，并用氮气吹干。

如图1所示效果图，先在衬底上滴上3％的聚甲基丙烯酸甲酯并以1000r/s旋转5s，然后再4000r/s旋转60s，并置于热板或烘箱中以180℃烘烤300s；

如图2所示效果图，利用电子束曝光设备raith150two，以高压为30kv，30μm光阑对聚甲基丙烯酸甲酯进行定点曝光，并把曝光后的片子在mibk(甲基异丁基酮):ipa(异丙胺)＝1：3的显影液中显影60s，然后用ipa定影60s(至少30s)，并用氮气吹干。

如图3所示，利用磁控溅射，在偏压为80v，电流为0.8a，真空度为1帕的条件下溅射镀膜280秒。

如图4所示效果图，先在图(3)处理后的样品上滴上几滴氢倍半硅氧烷溶液，并用旋涂机以2000r/s旋涂60s。

把经过旋涂氢倍半硅氧烷薄膜的样品在热板上以50℃(不高于100℃均可)烘烤300s(5-10分钟均可)。

如图(5)所示，利用斜角离子束设备，以高压为500ev，束流100ma,角度为10°对样品进行抛光处理，直到聚甲基丙烯酸甲酯上层的金属全部去除为止。

如图(6)所示，把经图(5)处理过的样品利用氧等离子处理2-5min,直到残余的聚甲基丙烯酸甲酯全部去除为止，从而获得高深宽比高保形金属图形。

技术特征：

技术总结
本发明揭示了一种高深宽比高保形纳米级正型结构的制备方法，本发明用旋涂的方法在提供的衬底上旋涂一层正性光刻胶聚甲基丙烯酸甲酯，并置于热板上前烘；利用电子束曝光技术对样品进行曝光显影得到预期的聚甲基丙烯酸甲酯微纳结构；利用磁控溅射镀膜沉积技术在样品上共形沉积一层功能材料薄膜；利用旋涂的方式在溅射处理后的样品上旋涂一层平坦化层氢倍半硅氧烷；然后把样品置于热板上低温烘烤以去除平坦化材料中的溶剂；再对样品用斜角离子束抛光设备以角度小于90°的夹角进行抛光处理直到除去聚甲基丙烯酸甲酯上表面所有金属为止；最后用氧等离子对样品进行处理以达到去除聚甲基丙烯酸甲酯并进行无应力释放最终的高深宽比高保形纳米级正型结构。

技术研发人员：段辉高;刘卿;陈艺勤
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：2017.09.29
技术公布日：2018.03.06