专利名称：采用聚焦光刻成形亚波长微纳结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微纳结构的制作方法，特别涉及一种应用聚焦光刻成形亚波长微纳结 构的制作方法。
背景技术：
近年来，随着微纳加工技术和纳米材料的迅速发展，微纳金属结构的电磁学性质正受 到越来越多的关注；光与表面微纳金属结构的相互作用产生了一系列新的奇异物理现象， 例如，1998年法国科学家Ebbesen及其合作者发现通过亚波长金属孔列阵的光的异常增强 现象(Extraordinary Optical Transmission) ; H. J. Lezec等人的研究进一步表明:当光透过 亚波长金属纳米孔时，其透过率不仅可以得到增强，而且光束的衍射角度非常小，传输方 向不遵循通常电介质结构中的衍射规律。此外，与表面等离子体金属微纳结构有关新现象 还有光与特殊分布的金属微结构作用后，出现沿左手规则传播的特性，说明材料具有负 折射率；光通过特定金属纳米孔结构后，光波出射具有极好的方向性等等。微纳金属结构 表面等离子体波的研究已经形成一个新的领域，基于微纳金属结构的新型表面等离子体技 术可以被广泛应用于军事、医疗、国家安全等多个领域。
聚焦光刻方法已经逐渐发展成为一种制作微结构的光刻方法，该方法通过采用微透镜 结构来进行聚焦，利用焦点处能量的极高值来进行光刻，从而在抗蚀剂上成形微纳结构， 但是该方法在制作过程中，由于焦斑大小受到衍射极限的限制，从而所使得制作图形的尺 寸受到限制，给成形小尺度纳米结构带来了很大的困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对聚焦光刻方法中焦斑大小由于受到衍射极限的限 制，从而无法在光刻胶上成形更小尺寸微纳结构的问题，提出了一种通过提高分辨率，减 小焦斑尺寸，采用聚焦光刻成形亚波长微纳结构的制作方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案采用聚焦光刻成形亚波长微纳结构的制作 方法，其特征在于步骤如下
(1) 选择合适的基底材料；
(2) 在基底表面旋涂一层抗蚀剂；
(3) 在抗蚀剂表面再蒸镀一层金属；
(4) 选择合适的微透镜列阵结构对步骤(3)所得结构进行聚焦曝光，通过调节曝光 时间，在抗蚀剂内部形成需要的曝光能量分布；
(5) 曝光之后移走微透镜列阵结构，紧接着去掉金属层结构；
(6) 选择与抗蚀剂相匹配的显影液，对基底表面的抗蚀剂进行显影，获得目标结构；
(7) 对目标结构进行刻蚀，将结构传递到基底上。
所述步骤(1)中的基底材料可以为可见光材料二氧化硅,石英，K9玻璃，红外材料硅，锗。
所述步骤(2)中旋涂的抗蚀剂可以为正性抗蚀剂，也可以为负性抗蚀剂。
所述步骤(3)中蒸镀的金属材料为能够激发表面等离子体的金属金、银、铜或铝，金 属层的厚度为10nm 100nm。
所述步骤(4)中的聚焦曝光为调节微透镜列阵结构与抗蚀剂顶层之间的距离，使其等 于微透镜的焦距，从而实现聚焦曝光。
所述步骤(4)中的聚焦曝光的曝光时间为3秒钟到3分钟。
所述步骤(4)中的微透镜列阵结构可以呈各种排布方式，透镜可以为棱形透镜，方形 透镜，环形透镜，其排布由所需制作的目标结构决定。
所述步骤(5)中采用湿法腐蚀去除金属层结构，湿法腐蚀的原料根据具体金属材料来 选择。
所述步骤(6)中的目标结构对应于微透镜结构，可以为点、线、环等形状的微纳结构， 周期由微透镜周期决定。
所述步骤(7)中采用RIE进行刻蚀，刻蚀气体根据基底材料选择，刻蚀时间根据抗蚀 剂的厚度以及基底来确定，为1分钟到60分钟。
本发明与现有技术相比所具有的优点是通过在微透镜底层添加的金属层结构，可以 对聚焦后的光场进行二次调制，进一步减小聚焦光斑的尺寸，因此可以进一步减小制作的 目标结构的尺寸，为微纳米结构的制作提供了很好的方法。
图1为所选用的基底结构示意图2为在基底上面旋涂抗蚀剂之后的结构示意图
图3为在抗蚀剂上面蒸镀金属银之后的结构示意图4采用微透镜列阵对图3中的结构进行聚焦曝光的示意图5为曝光之后采用硝酸溶液腐蚀掉金属银结构后的结构示意图6为显影之后的结构示意图7为采用RIE刻蚀将结构传递到基底上的结构示意图中1为基底材料二氧化硅，2为200nm的抗蚀剂AZ3100， 3为蒸镀的40nm金属银， 4为具有聚焦作用的微透镜列阵结构，5为曝光光源。
具体实施例方式
下面结合具体实施方式
及附图对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围并不仅限 于下列实施例，应包括权利要求书中的全部内容，而且本领域技术人员从以下实施例即可 实现权利要求中的全部内容。
下面实施例给出了应用本发明的方法成形亚波长微纳结构，其具体步骤如下-
(1) 选用二氧化硅Si02为基底材料，如图l所示；
(2) 在基底上旋涂第一层200mn的AZ3100抗蚀剂，如图2所示；
(3) 在抗蚀剂表面再蒸镀40nm的金属银，如图3所示；
(4) 采用口径为1000um，矢高为1.54um的微透镜列阵结构对旋涂银层的抗蚀剂进行 聚焦曝光，该微透镜列阵为正方形排布，其焦距为177mm，所以调节微透镜列阵结构跟抗 蚀剂顶层之间的距离为177mm，光源为主波长365nm的紫外光，曝光时间为12s，如图4 所示；
(5) 用硝酸溶液去除银层结构，如图5所示；
(6) 选用AZ300显影液对抗蚀剂进行显影，显影时间为30s，得到目标结构，如图6
所示
(7) 采用RIE对基底进行刻蚀，刻蚀气体为六氟化硫SF6和氧气02，刻蚀时间为3 分钟，将目标结构传递到二氧化硅Si02基底上，如图7所示。
权利要求
1、一种采用聚焦光刻成形亚波长微纳结构的制作方法，其特征在于如下步骤(1)选择合适的基底材料；(2)在基底表面旋涂一层抗蚀剂；(3)在抗蚀剂表面再蒸镀一层金属层；(4)选择合适的微透镜列阵结构对步骤(3)所得结构进行聚焦曝光，通过调节曝光时间，在抗蚀剂内部形成需要的曝光能量分布；(5)曝光之后移走微透镜列阵结构，紧接着去掉金属层结构；(6)选择与抗蚀剂相匹配的显影液，对基底表面的抗蚀剂进行显影，获得目标结构；(7)对目标结构进行刻蚀，将结构传递到基底上。
2、 根据权利要求1所述的一种采用聚焦光刻成形亚波长微纳结构的制作方法，其特征 在于，所述步骤(1)中的基底材料可以为可见光材料二氧化硅，石英，K9玻璃，红外材料 硅，锗。
3、 根据权利要求l所述的一种采用聚焦光刻成形亚波长微纳结构的制作方法，其特征 在于，所述步骤(2)中旋涂的抗蚀剂可以为正性抗蚀剂，也可以为负性抗蚀剂。
4、 根据权利要求1所述的一种采用聚焦光刻成形亚波长微纳结构的制作方法，其特征 在于，所述步骤(3)中蒸镀的金属材料为能够激发表面等离子体的金属金、银、铜或铝， 金属层的厚度为10nm 100nm。
5、 根据权利要求1所述的一种采用聚焦光刻成形亚波长微纳结构的制作方法，其特征 在于，所述步骤(4)中的聚焦曝光为调节微透镜列阵结构与抗蚀剂顶层之间的距离，使其 等于微透镜的焦距，从而实现聚焦曝光。
6、 根据权利要求l所述的一种采用聚焦光刻成形亚波长微纳结构的制作方法，其特征 在于，所述步骤(4)中的聚焦曝光的曝光时间为3秒钟到3分钟。
7、 根据权利要求1所述的一种采用聚焦光刻成形亚波长微纳结构的制作方法，其特征 在于，所述步骤(4)中的微透镜列阵结构可以呈各种排布方式，透镜可以为棱形透镜，方 形透镜，环形透镜，其排布由所需制作的目标结构决定。
8、 根据权利要求1所述的一种采用聚焦光刻成形亚波长微纳结构的制作方法，其特征 在于，所述步骤(5)中采用湿法腐蚀去除金属层结构，湿法腐蚀的原料根据具体金属材料 来选择。
9、 根据权利要求1所述的一种采用聚焦光刻成形亚波长微纳结构的制作方法，其特征在于，所述步骤(6)中的目标结构对应于微透镜结构，可以为点、线、环等形状的微纳结 构，周期由微透镜周期决定。
10、根据权利要求1所述的一种采用聚焦光刻成形亚波长微纳结构的制作方法，其特 征在于，所述步骤(7)中采用RIE进行刻蚀，刻蚀气体根据基底材料选择，刻蚀时间根据 抗蚀剂的厚度以及基底来确定，为1分钟到60分钟。
全文摘要
本发明提供一种采用聚焦光刻成形亚波长微纳结构的制作方法，其特征在于首先选择合适的基底材料；在基底表面旋涂一层抗蚀剂；在抗蚀剂表面再蒸镀一层金属；然后运用微透镜列阵结构对该结构进行聚焦曝光；移走微透镜列阵结构，去掉金属层结构；对抗蚀剂进行显影，获得目标结构；最后对目标结构进行刻蚀，将结构传递到基底上；本发明通过在微透镜底层添加的金属层结构，对聚焦后的光场进行二次调制，进一步减小聚焦光斑的尺寸，因此可以进一步减小制作的目标结构的尺寸，为微纳结构的制作提供了很好的方法。
文档编号G03F7/20GK101206411SQ200710177559
公开日2008年6月25日 申请日期2007年11月16日 优先权日2007年11月16日
发明者史立芳, 李淑红, 杜春雷, 董小春 申请人:中国科学院光电技术研究所