CN101126898B - 一种利用金属层缩小π位相偏移光刻特征尺寸的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用金属层缩小π位相偏移光刻特征尺寸的方法：依据PDMS的折射率计算产生π位相光程差需要的深度H；制作浮雕深度为H的高陡直度结构；将PDMS倾倒于高陡直度结构表面，在30-90℃的环境中固化，冷却后，剥离已经固化的PDMS膜，形成π位相相移光刻模板；将基底表面涂覆光刻胶，并在光刻胶表面蒸镀金属层；将π位相相移光刻模板的图形面与基底表面的金属层紧密贴合；采用TM偏振的偏振光垂直照射PDMS材质的π位相相移光刻模板，进行曝光；然后掀掉PDMS模板，并去掉抗蚀剂表面的金属层；对抗蚀剂进行显影，最后形成需要的光刻线条。本发明采用金属层对从π位相突变结构出射的光场进行二次调制，将出射的线条宽度缩小为原来的1/2，为制备亚百纳米的结构提供了很好的技术途径。
Description
技术领域
本发明属于微纳结构加工技术领域，具体地说是一种利用金属层缩小π位相偏移光刻特征尺寸的方法。
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。
为了实现小特征尺寸结构的制备；美国哈佛大学化学系的G.Whiteside等人提出利用光场在π位相跳跃的结构的边缘存在能量的极大值和极小值的特点进行光刻的方法，采用该方法，采用几微米甚至几十微米的初始结构可以获得特征尺寸小于200nm的亚波长图形。然而，要想进一步缩小光刻线条的特征尺寸存在很大困难。本发明提出了一种利用金属板缩小这种利用π位相边缘光刻最小线宽的方法；分析表明：采用银板可以将光刻最小线宽缩小到原来尺度的1/2；这对于纳尺度结构的制备具有重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对π位相偏移光刻很难进一步缩小特征尺寸的问题，提供一种利用金属层缩小π位相偏移光刻特征尺寸的方法，该方法采用金属层对从π位相突变结构出射的光场进行二次调制，可将出射的线条宽度缩小为原来的1/2，为制备亚百纳米的结构提供了很好的技术途径。
本发明的技术解决方案：一种利用金属层缩小π位相偏移光刻特征尺寸的方法，其特点在于步骤如下：
(1)依据PDMS的折射率计算产生π位相光程差需要的深度H；
(2)制作浮雕深度为H的高陡直度结构；
(3)将PDMS倾倒于高陡直度结构表面，并在30-90℃的环境中固化，取出冷却后，剥离已经固化的PDMS膜，形成π位相相移光刻模板；
(4)将基底表面涂覆光刻胶，并在光刻胶表面蒸镀金属层；
(5)将π位相相移光刻模板的图形面与基底表面的金属层紧密贴合；
(6)采用TM偏振的偏振光垂直照射PDMS材质的π位相相移光刻模板，进行曝光；
(7)曝光完成后，掀掉PDMS模板，并去掉抗蚀剂表面的金属层；
(8)对抗蚀剂进行显影，最后形成需要的光刻线条。
所述步骤(3)中的固化1-4个小时。
所述步骤(4)中的光刻胶的型号S1830，光刻胶的厚度为几十纳米～几微米范围。
所述步骤(4)中的金属层为铝、或金、或银、或铜，金属层的厚度为10nm-100nm。
通过调节曝光时间，使所述步骤(8)中最终形成的结构为线条，或为狭缝；当最终形成的结构为线条时的曝光时间为几秒到几十分钟范围，当最终形成的结构为狭缝时的曝光时间为几秒到几分钟范围。
本发明与现有技术相比的优点在于：现有的利用π位相突变结构进行亚微米结构光刻的技术受到位相调制能力的限制，只能成形特征尺寸在200nm附近的线条结构，即使通过调节模板硬度也只能将线宽缩小到100nm。本发明采用金属层对从π位相突变结构出射的光场进行二次调制，可将出射的线条宽度缩小为原来的1/2，为制备亚百纳米的结构提供了很好的技术途径。
附图说明
图1为本发明的一种实施例中采用传统光刻方法制作的浮雕深度为456nm的结构，图中1代表结构材质为k9玻璃；
图2为本发明将π位相相移光刻模板的图形面与石英基底表面的金属银层紧密贴合后形成的结构，图中2为PDMS模板，3为金属银膜，4为光刻胶层，5为石英基底材料。
图3为本发明的曝光30秒，并显影后得到的亚百纳米结构，6为成形的光刻胶线条结构，5为石英基底材料；
图4为本发明的曝光15秒，并显影后得到的亚百纳米结构；7为成形的光刻胶线条狭缝结构，5为石英基底材料。
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。
在本发明具体实施方式中，只以金属银为例，铝、金、铜金与银的主要相同均作为负折射率透镜使用，二者起的作用是完全相同的，成膜的技术也是完全相同的，本发明只给出一个实施例，实现上其它实施方式与该实施例完全相同。
本发明的方法制作亚百纳米线条结构的过程如下：
(1)依据PDMS的折射率1.4，计算产生曝光光源365nm谱线对应的π位相光程差需要的深度H＝456nm；
(2)采用现有光刻技术制作图1所示的k9玻璃材质的浮雕深度为456nm的高陡直度结构；
(3)将PDMS倾倒于高陡直度结构表面，并在60℃的环境中固化1.5个小时，取出冷却后，剥离已经固化的PDMS膜，形成π位相相移光刻模板；
(4)取石英作为基底，并在表面涂覆光刻胶AZ3100厚度400nm，光刻胶表面再蒸镀60nm的金属银层；
(5)将π位相相移光刻模板的图形面与石英基底表面的金属银层紧密贴合，如图2所示；
(6)采用TM偏振的偏振光垂直照射PDMS材质的π位相相移光刻模板，曝光30秒；
(7)曝光完成后，掀掉PDMS模板，并去掉抗蚀剂表面的金属层；
(8)对抗蚀剂进行显影，最后在抗蚀剂表面与图一中结构的边缘对应的区域形成需要的小于100nm的光刻线条，如图3所示；
(9)如果步骤(6)中，采用TM偏振的偏振光垂直照射PDMS材质的π位相相移光刻模板，曝光15秒，并经过显影后将获得85纳米的狭缝结构，如图4所示。
Claims (3)
1.一种利用金属层缩小π位相偏移光刻特征尺寸的方法，包括以下步骤：
(1)依据PDMS的折射率计算产生π位相光程差需要的深度H；
(2)制作浮雕深度为H的高陡直度结构；
(3)将PDMS倾倒于高陡直度结构表面，并在30-90℃的环境中固化，取出冷却后，剥离已经固化的PDMS膜，形成π位相相移光刻模板；
(4)将基底表面涂覆光刻胶，并在光刻胶表面蒸镀金属层；所述金属层中的金属为铝、或金、或银、或铜；所述金属层的厚度为10nm-100nm；
(5)将π位相相移光刻模板的图形面与基底表面的金属层紧密贴合；
(6)采用TM偏振的偏振光垂直照射PDMS材质的π位相相移光刻模板，进行曝光；
(7)曝光完成后，掀掉PDMS模板，并去掉抗蚀剂表面的金属层；
(8)对抗蚀剂进行显影，最后形成需要的光刻线条。
2.根据权利要求1所述的利用金属层缩小π位相偏移光刻特征尺寸的方法，其特征在于：所述步骤(3)中的固化时间为1-4个小时。
3.根据权利要求1所述的利用金属层缩小π位相偏移光刻特征尺寸的方法，其特征在于：通过调节曝光时间，使所述步骤(8)中最终形成的结构为线条，或为狭缝。
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