CN101126900A - 一种基于金属局域化效应的光刻方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于金属局域化效应的光刻方法：(1)首先在玻璃表面制作金属结构；(2)将PDMS预聚物倾倒于金属结构表面，并在30℃－90℃的高温环境中固化，取出冷却后，将已经固化的PDMS膜和金属结构从玻璃表面掀起，金属结构将嵌套于PDMS材料之中形成局域化光刻掩膜；(3)选择基底材料，并在基底表面涂覆光刻胶；(4)将PDMS局域化光刻掩模与基底表面的光刻胶紧密贴合；(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)对光刻胶进行显影，最后形成需要的光刻线条。本发明可以制备出特征尺寸小于50nm的结构，且制作工艺简单，不需要采用复杂的设备，制作效率高。

Description

一种基于金属局域化效应的光刻方法
技术领域
本发明属于微纳结构加工技术领域，具体地说是一种基于金属局域化效应的光刻方法。
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。
现有亚波长尺度结构的制备技术主要包括：激光束电子束直写技术、边缘光刻技术、基于PDMS膜的软光刻技术等。电子束直写技术可以制作各种不同尺度的结构，然而加工效率很低且设备昂贵，其它技术如：软光刻技术和边缘光刻技术虽然方法简单，但只能制作尺寸大于100nm的结构，对于尺寸小于100nm甚至小于50nm的结构则无能为力。光波入射到金属结构表面以后首先转化为波长更小的表面等离子体波，金属表面等离子体波将沿金属表面传输并局域于金属结构的边缘几十纳米的范围内，形成能量的极大值。利用该极大值即可实现几十纳米尺度结构的成形。基于上述现象，本发明提出了基于金属结构的表面等离子体局域化效应的光刻方法，采用该方法可以制备出特征尺寸小于50nm的结构。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是：针对现有技术在加工特征尺寸小于50nm的结构时存在的问题，提供一种基于金属局域化效应的光刻方法，采用该方法可以制备出特征尺寸小于50nm的结构，且制作工艺简单，不需要采用复杂的设备，制作效率高。
本发明的技术解决方案：一种基于金属局域化效应的光刻方法，步骤如下：
(1)首先在玻璃表面制作金属结构：
(2)将PDMS预聚物倾倒于金属结构表面，并在30℃-90℃的高温环境中固化，取出冷却后，将已经固化的PDMS膜和金属结构从玻璃表面掀起，金属结构将嵌套于PDMS材料之中形成局域化光刻掩膜；
(3)选择基底材料，并在基底表面涂覆光刻胶；
(4)将PDMS局域化光刻掩模与基底表面的光刻胶紧密贴合；
(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)对光刻胶进行显影，最后形成需要的光刻线条。
所述步骤(1)中金属结构的材料为铝、或金、或银、或铜。
所述步骤(1)中的玻璃为K9玻璃。
所述步骤(3)中的基底材料可以为各种有机、无机材料。
所述步骤(2)中的固化时间为1-4个小时。
所述步骤(3)中光刻胶的厚度为几十纳米到几微米，光刻胶的材料可以为正性光刻胶，也可以为负性光刻胶。
所述步骤(5)中曝光时间为几秒到几分钟。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)现有亚波长尺度结构的制备方法主要包括：激光束电子束直写技术、边缘光刻技术、基于PDMS膜的软光刻技术等。电子束直写技术可以制作各种不同尺度的结构，然而加工效率很低且设备昂贵，其它技术如：软光刻技术和边缘光刻技术虽然方法简单，但只能制作尺寸大于100nm的结构，对于尺寸小于100nm甚至小于50nm的结构则无能为力。为了解决上述问题，本发明提出了基于金属结构的表面等离子体局域化效应的光刻方法，首先利用金属结构激发波长远小于入射波长的表面等离子体波，此后，将激发的表面等离子体波局域于金属边缘很小的范围内(小于50nm)，在该区域内放置光刻胶便可以制备出特征尺寸小于50nm的结构。
(2)本发明的制作工艺简单，不需要采用复杂的设备，且制作效率高。
附图说明
图1为本发明的实施例中采用传统光刻方法制作的金属银微结构；
图2为本发明的实施例将已经固化的PDMS膜和金属银结构从玻璃表面掀起，金属银结构嵌套于PDMS材料之中形成局域化光刻掩膜示意图；
图3为本发明实施例中将PDMS局域化光刻掩模与基底表面的光刻胶紧密贴合后的结构图；
图4为本发明实施例中曝光15秒，并显影后得到的亚百纳米结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式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。
在本发明中，金属金层或者金属银层以及铝都是作为激发和局域表面等离子体的材料使用，二者起的作用是完全相同的，不同金属的制备工艺也完全相同的。此外，无论是有机材料还是无机材料起的作用也是完全相同的，工艺操作步骤也是完全相同的。因此，本发明只给出一个实施例，实现  其它实施方式与该实施例完全相同。
实施例
本发明的具体步骤如下：
(1)首先采用传统投影或者接近、接触式光刻方法，在K9玻璃1表面制作金属银微米级结构2，如图1所示；
(2)将PDMS预聚物倾倒于金属银微米级结构2表面，并在60℃的高温环境中固化2个小时，取出冷却后，将已经固化的PDMS膜3和金属银微米级结构2从K9玻璃1表面掀起，金属银微米级结构2将嵌套于PDMS材料之中形成局域化光刻掩膜，如图2所示；
(3)对于可见光波段，选择石英材料作为基底5，并在基底表面涂覆AZ3100光刻胶4，光刻胶4的厚度为100nm；
(4)将PDMS局域化光刻掩模与基底表面的AZ3100光刻胶4紧密贴合，如图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)对光刻胶进行显影10秒，最后形成需要的光刻线条，如图4所示。

Claims (8)

1.一种基于金属局域化效应的光刻方法，其特征在于步骤如下：
(1)首先在玻璃表面制作金属结构；
(2)将PDMS预聚物倾倒于金属结构表面，并在30℃-90℃的高温环境中固化，取出冷却后，将已经固化的PDMS膜和金属结构从玻璃表面掀起，金属结构将嵌套于PDMS材料之中形成局域化光刻掩膜；
(3)选择基底材料，并在基底表面涂覆光刻胶；
(4)将PDMS局域化光刻掩模与基底表面的光刻胶紧密贴合；
(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)对光刻胶进行显影，最后形成需要的光刻线条。
2.根据权利要求1所述的一种基于金属局域化效应的光刻方法，其特征在于：所述步骤(1)中金属结构的材料为铝、或金、或银、或铜。
3.根据权利要求1所述的一种基于金属局域化效应的光刻方法，其特征在于：所述步骤(1)中的玻璃为K9玻璃。
4.根据权利要求1所述的一种基于金属局域化效应的光刻方法，其特征在于：所述步骤(2)中的固化时间为1-4个小时。
5.根据权利要求1所述的一种基于金属局域化效应的光刻方法，其特征在于：所述步骤(3)中的基底材料为各种有机、或无机材料。
6.根据权利要求1所述的一种基于金属局域化效应的光刻方法，其特征在于：所述步骤(3)中光刻胶的厚度为几十纳米到几微米。
7.根据权利要求1所述的一种基于负折射率透镜的亚波长连续面形微结构制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中光刻胶的材料可以为正性光刻胶，或为负性光刻胶。
8.根据权利要求1所述的一种基于负折射率透镜的亚波长连续面形微结构制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中曝光时间为几秒到几分钟。
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