專利名稱：一種基于金屬局域化效應的光刻方法
技術領域：
本發(fā)明屬于微納結構加工技術領域，具體地說是一種基于金屬局域化效應的光刻方法。
技術背景近年來，隨著微納加工技術和納米材料的迅速發(fā)展，微納金屬結構的電磁學性質正受 到越來越多的關注。光與表面微納金屬結構的相互作用產生了一系列新的奇異物理現(xiàn)象。 例如，1998年法國科學家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 現(xiàn)象(Extraordinary Optical Transmission)。 H. J. Lezec等人的研究進一步表明當光透過 亞波長金屬納米孔時，其透過率不僅可以得到增強，而且光束的衍射角度非常小，傳輸方 向不遵循通常電介質結構中的衍射規(guī)律。此外，與表面等離子體金屬微納結構有關新現(xiàn)象 還有光與特殊分布的金屬微結構作用后，出現(xiàn)沿左手規(guī)則傳播的特性，說明材料具有負 折射率；光通過特定金屬納米孔結構后，光波出射具有極好的方向性等等。微納金屬結構 表面等離子體波的研究已經形成一個新的領域。基于微納金屬結構的新型表面等離子體技 術可以被廣泛應用于軍事、醫(yī)療、國家安全等多個領域?，F(xiàn)有亞波長尺度結構的制備技術主要包括激光束電子束直寫技術、邊緣光刻技術、 基于PDMS膜的軟光刻技術等。電子束直寫技術可以制作各種不同尺度的結構，然而加工 效率很低且設備昂貴，其它技術如軟光刻技術和邊緣光刻技術雖然方法簡單，但只能制作尺寸大于100nm的結構，對于尺寸小于100nm甚至小于50nm的結構則無能為力。光波 入射到金屬結構表面以后首先轉化為波長更小的表面等離子體波，金屬表面等離子體波將 沿金屬表面?zhèn)鬏敳⒕钟蛴诮饘俳Y構的邊緣幾十納米的范圍內，形成能量的極大值。利用該 極大值即可實現(xiàn)幾十納米尺度結構的成形。基于上述現(xiàn)象，本發(fā)明提出了基于金屬結構的 表面等離子體局域化效應的光刻方法，采用該方法可以制備出特征尺寸小于50nm的結構。 發(fā)明內容本發(fā)明需要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術在加工特征尺寸小于50nm的結構時存 在的問題，提供一種基于金屬局域化效應的光刻方法，采用該方法可以制備出特征尺寸小 于50nm的結構，且制作工藝簡單，不需要釆用復雜的設備，制作效率高。本發(fā)明的技術解決方案 一種基于金屬局域化效應的光刻方法，步驟如下 (1)首先在玻璃表面制作金屬結構；
(2) 將PDMS預聚物傾倒于金屬結構表面，并在3(TC—90'C的高溫環(huán)境中固化，取 出冷卻后，將己經固化的PDMS膜和金屬結構從玻璃表面掀起，金屬結構將嵌套于PDMS 材料之中形成局域化光刻掩膜；(3) 選擇基底材料，并在基底表面涂覆光刻膠；(4) 將PDMS局域化光刻掩模與基底表面的光刻膠緊密貼合；(5) 采用垂直入射光照射光刻掩膜，曝光完成后，掀掉PDMS模板；(6) 對光刻膠進行顯影，最后形成需要的光刻線條。 所述步驟(1)中金屬結構的材料為鋁、或金、或銀、或銅。 所述步驟(1)中的玻璃為K9玻璃。所述步驟(3)中的基底材料可以為各種有機、無機材料。 所述步驟(2)中的固化時間為l一4個小時。所述步驟(3)中光刻膠的厚度為幾十納米到幾微米，光刻膠的材料可以為正性光刻膠， 也可以為負性光刻膠。所述步驟(5 )中曝光時間為幾秒到幾分鐘。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于-(1) 現(xiàn)有亞波長尺度結構的制備方法主要包括激光束電子束直寫技術、邊緣光刻技 術、基于PDMS膜的軟光刻技術等。電子束直寫技術可以制作各種不同尺度的結構，然而 加工效率很低且設備昂貴，其它技術如軟光刻技術和邊緣光刻技術雖然方法簡單，但只 能制作尺寸大于lOOmn的結構，對于尺寸小于100nm甚至小于50nm的結構則無能為力。 為了解決上述問題，本發(fā)明提出了基于金屬結構的表面等離子體局域化效應的光刻方法， 首先利用金屬結構激發(fā)波長遠小于入射波長的表面等離子體波，此后，將激發(fā)的表面等離 子體波局域于金屬邊緣很小的范圍內(小于50nm)，在該區(qū)域內放置光刻膠便可以制備出 特征尺寸小于50nm的結構。(2) 本發(fā)明的制作工藝簡單，不需要采用復雜的設備，且制作效率高。


圖1為本發(fā)明的實施例中采用傳統(tǒng)光刻方法制作的金屬銀微結構；圖2為本發(fā)明的實施例將已經固化的PDMS膜和金屬銀給構從玻璃表面掀起，金屬銀結構嵌套于PDMS材料之中形成局域化光刻掩膜示意圖；圖3為本發(fā)明實施例中將PDMS局域化光刻掩模與基底表面的光刻膠緊密貼合后的結構圖；圖4為本發(fā)明實施例中曝光15秒,"并顯影后得到的亞百納米結狗示意圖。
具體實施方式
下面結合具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍并不僅限于下列 實施例，應包括權利要求書中的全部內容。在本發(fā)明中，金屬金層或者金屬銀層以及鋁都是作為激發(fā)和局域表面等離子體的材料 使用，二者起的作用是完全相同的，不同金屬的制備工藝也完全相同的。此外，無論是有 機材料還是無機材料起的作用也是完全相同的，工藝操作步驟也是完全相同的。因此，本 發(fā)明只給出一個實施例，實現(xiàn)其它實施方式與該實施例完全相同。 實施例本發(fā)明的具體步驟如下(1) 首先采用傳統(tǒng)投影或者接近、接觸式光刻方法，在K9玻璃l表面制作金屬銀微 米級結構2，如圖1所示；(2) 將PDMS預聚物傾倒于金屬銀微米級結構2表面，并在60'C的高溫環(huán)境中固化 2個小時，取出冷卻后，將已經固化的PDMS膜3和金屬銀微米級結構2從K9玻璃1表面 掀起，金屬銀微米級結構2將嵌套于PDMS材料之中形成局域化光刻掩膜，如屈2所示；(3) 對于可見光波段，選擇石英材料作為基底5，并在基底表面涂覆AZ3100光刻膠 4，光刻膠4的厚度為100nm;(4) 將PDMS局域化光刻掩模與基底表面的AZ3100光刻膠4緊密貼合，如圖3所示；(5) 采用垂直入射光照射光刻掩膜20秒，曝光完成后，掀掉PDMS模板；(6) 對光刻膠進行顯影10秒，最后形成需要的光刻線條，如圖4所示。
權利要求
1、一種基于金屬局域化效應的光刻方法，其特征在于步驟如下(1)首先在玻璃表面制作金屬結構；(2)將PDMS預聚物傾倒于金屬結構表面，并在30℃-90℃的高溫環(huán)境中固化，取出冷卻后，將已經固化的PDMS膜和金屬結構從玻璃表面掀起，金屬結構將嵌套于PDMS材料之中形成局域化光刻掩膜；(3)選擇基底材料，并在基底表面涂覆光刻膠；(4)將PDMS局域化光刻掩模與基底表面的光刻膠緊密貼合；(5)采用垂直入射光照射光刻掩膜，曝光完成后，掀掉PDMS模板；(6)對光刻膠進行顯影，最后形成需要的光刻線條。
2、 根據(jù)權利要求l所述的一種基于金屬局域化效應的光刻方法，其特征在于所述步 驟(1)中金屬結構的材料為鋁、或金、或銀、或銅。
3、 根據(jù)^K利要求1所述的一種基于金屬局域化效應的光刻方法，其特征在于所述步 驟(1)中的玻璃為K9玻璃。
4、 根據(jù)權利要求1所述的一種基于金屬局域化效應的光刻方法，其特征在于所述步 驟(2)中的固化時間為l一4個小時。
5、 根據(jù)權利要求l所述的一種基于金屬局域化效應的光刻方法，其特征在于所述步 驟(3)中的基底材料為各種有機、或無機材料。
6、 根據(jù)權利要求l所述的一種基于金屬局域化效應的光刻方法，其特征在于所述步 驟(3)中光刻膠的厚度為幾十納米到幾微米。
7、 根據(jù)權利要求1所述的一種基于負折射率透鏡的亞波長連續(xù)面形微結構制備方法，其特征在于所述步驟(3)中光刻膠的材料可以為正性光刻膠，或為負性光刻膠。
8、 根據(jù)權利要求1所述的一種基于負折射率透鏡的亞波長連續(xù)面形微結構制備方法， 其特征在于所述步驟(5 )中曝光時間為幾秒到幾分鐘。
全文摘要
一種基于金屬局域化效應的光刻方法(1)首先在玻璃表面制作金屬結構；(2)將PDMS預聚物傾倒于金屬結構表面，并在30℃-90℃的高溫環(huán)境中固化，取出冷卻后，將已經固化的PDMS膜和金屬結構從玻璃表面掀起，金屬結構將嵌套于PDMS材料之中形成局域化光刻掩膜；(3)選擇基底材料，并在基底表面涂覆光刻膠；(4)將PDMS局域化光刻掩模與基底表面的光刻膠緊密貼合；(5)采用垂直入射光照射光刻掩膜，曝光完成后，掀掉PDMS模板；(6)對光刻膠進行顯影，最后形成需要的光刻線條。本發(fā)明可以制備出特征尺寸小于50nm的結構，且制作工藝簡單，不需要采用復雜的設備，制作效率高。
文檔編號B81C1/00GK101126900SQ20071012124
公開日2008年2月20日 申請日期2007年8月31日 優(yōu)先權日2007年8月31日
發(fā)明者杜春雷, 羅先剛, 董小春, 鄧啟凌, 魏興戰(zhàn) 申請人:中國科學院光電技術研究所