CN108594595A - 一种具有微纳图形结构的掩膜板制作方法和纳米光刻方法 - Google Patents
一种具有微纳图形结构的掩膜板制作方法和纳米光刻方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108594595A CN108594595A CN201810202020.5A CN201810202020A CN108594595A CN 108594595 A CN108594595 A CN 108594595A CN 201810202020 A CN201810202020 A CN 201810202020A CN 108594595 A CN108594595 A CN 108594595A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nano
- micro
- polymer
- graphic structure
- silicon chip
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 72
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 title claims description 23
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 109
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 49
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 44
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 44
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 44
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 25
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 13
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 40
- 238000011161 development Methods 0.000 claims description 8
- 238000001459 lithography Methods 0.000 claims description 8
- 125000000118 dimethyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 claims description 6
- 229920005573 silicon-containing polymer Polymers 0.000 claims description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 claims description 5
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 4
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 claims description 4
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 claims description 4
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N octamethyltrisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 claims description 4
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims description 4
- 229920000260 silastic Polymers 0.000 claims description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims 1
- 238000005329 nanolithography Methods 0.000 abstract description 22
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 12
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 11
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 10
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 10
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 10
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 7
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 5
- 241000209094 Oryza Species 0.000 description 3
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 3
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 3
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 3
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000000609 electron-beam lithography Methods 0.000 description 2
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000227425 Pieris rapae crucivora Species 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- UQEAIHBTYFGYIE-UHFFFAOYSA-N hexamethyldisiloxane Polymers C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C UQEAIHBTYFGYIE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000001527 near-field phase shift lithography Methods 0.000 description 1
- 235000012149 noodles Nutrition 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010129 solution processing Methods 0.000 description 1
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
- G03F1/52—Reflectors
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
- G03F1/68—Preparation processes not covered by groups G03F1/20 - G03F1/50
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
本发明涉及纳米图形化领域，具体涉及一种具有微纳图形结构的掩膜板制作方法和纳米光刻工艺，在硅片衬底上，利用图形化工艺定义需要进行刻蚀的图形；对硅片表面进行各向异性刻蚀，通过控制刻蚀过程，在硅片上制备特定形状和特定尺寸的微纳图形排列结构；将聚合物溶液涂在具有特定形状的微纳图形排列结构的硅片表面上，将硅片表面的微纳图形结构转印在聚合物上；取出转印后的聚合物，具有微纳图形结构的聚合物作为光刻掩膜板，用于光刻制备微纳图形。本发明同时具备成本低、简单、高效、可灵活调控图形的特征尺寸和几何形状的优点，该工艺可通过调整聚合物掩膜版的图形尺寸，实现全反射式的光刻曝光技术。
Description
技术领域
本发明涉及纳米图形化领域，具体涉及一种具有微纳图形结构的掩膜板制作方法和纳米光刻方法。
背景技术
在纳米图形化领域，大尺寸、可控、高效地制备纳米特征尺寸图形尤为重要。纳米图形化工艺具有非常多的应用，可应用于多个研究领域，包括化学、物理、生物和电子。
目前，在纳米图形化研究领域，按照是否需要掩膜板，可分为光刻掩膜图形化技术和无掩膜图形化技术。目前，已经有许多无掩模纳米光刻技术，如电子束光刻（EBL）、基于扫描探针光刻（SPL）、纳米压印等。但是这些纳米光刻技术，存在成本太高、不可灵活调控图形的特征尺寸和几何形状等缺点。而光刻掩膜图形化技术，直到现在，仍是工业界和学术界图形化领域使用最为广泛的方法之一。然而，光刻图形化存在衍射极限，无法直接实现亚波长特征尺寸。虽然已经开发了许多方法来克服衍射极限，如相移掩模技术、近场光刻、移相边缘光刻等。然而，它仍存在生产成本高，而且无法实现低于100nm的微纳图形等缺点。而束笔光刻（BPL）和相关技术也使亚波长结构的任意形状广泛应用于各种技术领域，但存在束笔制备困难、容易损耗等缺点。
在这里，我们发明了一种具有微纳图形结构的聚合物掩膜板及纳米光刻工艺。该工艺成本低、简单、而且可高效实现灵活调控图形的特征尺寸和几何形状。本工艺可通过调整聚合物掩膜板的图形尺寸，实现全反射式的光刻曝光技术。而且该技术方案可突破光学衍射极限，用于制备纳米级别的微纳图形，可应用于多个研究领域，包括化学、物理、生物和电子。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种具有微纳图形结构的掩膜板制作方法和纳米光刻方法，该方法能够突破光学衍射极限，实现纳米级别图形的图形化，同时具备成本低、简单、高效、可灵活调控图形的特征尺寸和几何形状的优点，该工艺可通过调整聚合物掩膜版的图形尺寸，实现全反射式的光刻曝光技术。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种具有微纳图形结构的聚合物掩膜板制作方法，包括有以下步骤：
S101：在硅片上，利用图形化工艺定义需要进行刻蚀的图形；
S102：步骤S101完成后，对硅片表面进行各向异性刻蚀，通过控制刻蚀过程，在硅片上制备特定形状和特定尺寸的微纳图形排列结构；
S103：步骤S102完成后，将聚合物溶液涂在具有特定形状的微纳图形排列结构的硅片表面上，将硅片表面的微纳图形结构转印在聚合物上；
S104：步骤S103完成后，取出转印后的聚合物，具有微纳图形结构的聚合物作为光刻掩膜板，用于光刻制备微纳图形。
本发明中，首先在硅片衬底上，利用图形化工艺定义需要进行刻蚀的图形，图形定义完成后，根据定义的图形在硅片上进行各向异性刻蚀，对刻蚀过程进行精准控制，实现在硅片上制备特定形状和特定尺寸的微纳图形结构的目的。
在硅片衬底上刻蚀完成后，将聚合物溶液涂在硅片表面上，聚合物溶液与硅片充分接触，将硅片表面的微纳图形结构转印在聚合物上，在聚合物上形成微纳图形结构。取出转印后的聚合物，具有微纳图形结构的聚合物作为光刻掩膜板，用于光刻制备微纳图形。
在一个实施方式中，各向异性刻蚀所得的硅片表面的微纳图形结构包含平面部分、侧壁部分和尖端部分；尖端部分的长度值最小为20nm，平面部分的长度值最小为60nm。
通过控制各向异性刻蚀的过程，得出具有特定结构的微纳图形结构，微纳图形结构包括有平面部分、侧壁部分和尖端部分，平面部分允许光线的摄入，侧壁部分对光线进行折射，尖端部分允许光线射出。在掩膜板使用过程中，若光的波长大于平面特征尺寸的长度，光无法从平面部分透过，只能从聚合物掩膜板的尖端部分射出；若光的波长小于平面特征尺寸的长度，光能穿过平面部分，从聚合物掩膜板的平面部分和尖端部分射出。
可选地，聚合物溶液为聚二甲基硅氧烷溶液或液体硅橡胶，聚二甲基硅氧烷溶液中PDMS与固化剂组分比例范围为1:1~20:1。
本发明提供微纳图形结构的聚合物掩膜板的纳米光刻工艺，包括有以下步骤：
S201：在衬底上涂装光刻胶，并对光刻胶进行热烘，实现光刻胶的固化处理；
S202：步骤S201完成后，将聚合物掩膜板作为光刻掩膜版，利用光源对衬底进行曝光；
S203：步骤S202完成后，对曝光处理后的衬底进行显影处理，在衬底上获得纳米图形。
在步骤S202中，能够通过控制曝光剂量来调节曝光图形的大小和形状，曝光图形的最小特征尺寸为60nm。
进行纳米光刻工艺时，在需要光刻的衬底上涂装光刻胶，涂装完成后，对光刻胶进行热烘，光刻胶实现固化。
可选地，在衬底上涂装光刻胶，涂装完成后，光刻胶进行热烘，热烘时间2min，温度为120℃，实现光刻胶的固化处理。涂装光刻胶时选择旋涂，转速2000rpm，时间为40 s -60s。
根据需要光刻的图形事先制成掩膜板，掩膜板作为光刻掩膜版，与涂装光刻胶的衬底贴合，利用光源照射掩膜板，通过曝光掩膜板对衬底进行光刻。
在曝光处理完成后，对衬底进行显影处理，在显影液中对处理后的衬底进行显影处理，可选地，显影时间为10 s。
本发明提供一种具有微纳图形结构的掩膜板制作方法和纳米光刻方法，制备所得的聚合物掩膜版，可用于纳米光刻图形。本工艺可通过调整聚合物掩膜版的图形尺寸，实现全反射式的光刻曝光技术。而制备所得的纳米级别的微纳图形，可应用于多个研究领域，包括但不仅限于化学、物理、生物。
附图说明
图1 是本发明实施例一种具有微纳图形结构的掩膜板制作方法和纳米光刻方法的流程图；
图2 是本发明实施例一种具有微纳图形结构的聚合物掩膜版以及对光的调节示意；
图3是本发明实施例基于具有纳米线条图形结构的聚合物掩膜版及纳米光刻工艺在大尺寸平面衬底硅片上制备纳米线条的工艺流程图；
图4 是本发明实施例基于具有纳米线条图形结构的聚合物掩膜版及纳米光刻工艺在大尺寸平面衬底硅片上制备所得的纳米线条；（a）经显影所得的具有纳米线条的硅片；（b）经显影所得的具有纳米线条的扫描电镜图（SEM）；
图5是本发明实施例，在非平面衬底玻璃棒上，基于具有纳米点图形结构的聚合物掩膜版及纳米光刻工艺制备的纳米点的工艺流程图；
图6是本发明实施例，在非平面衬底玻璃棒（直径500μm）上，基于具有纳米点图形结构的聚合物掩膜版及纳米光刻工艺制备所得的纳米点；
图7是本发明实施例，基于具有纳米线图形结构的聚合物掩膜版及纳米光刻工艺，在平面衬底上，通过调节曝光剂量来实现调节曝光图形的大小和形状，来实现制备不同的纳米线条的工艺流程图；
图 8是本发明实施例，基于具有纳米线图形结构的聚合物掩膜版及纳米光刻工艺，在平面衬底上，通过调节曝光剂量来实现调节曝光图形的大小和形状，来实现制备不同的纳米线条；
图9是本发明实施例，基于具有纳米椭圆图形结构的聚合物掩膜版及纳米光刻工艺，在平面衬底上用负性光刻胶制备纳米椭圆的工艺流程图；
图10是本发明实施例，基于具有纳米椭圆图形结构的聚合物掩膜版及纳米光刻工艺，在平面衬底上用负性光刻胶制备所得的纳米椭圆。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。
实施例1
如图1所示，本发明提供一种具有微纳图形结构的聚合物掩膜板制作方法，包括有以下步骤：
S101：在硅片上，利用图形化工艺定义需要进行刻蚀的图形；
S102：步骤S101完成后，对硅片表面进行各向异性刻蚀，通过控制刻蚀过程，在硅片上制备特定形状和特定尺寸的微纳图形排列结构；
S103：步骤S102完成后，将聚合物溶液涂在具有特定形状的微纳图形排列结构的硅片表面上，将硅片表面的微纳图形结构转印在聚合物上；
S104：步骤S103完成后，取出转印后的聚合物，具有微纳图形结构的聚合物作为光刻掩膜板，用于光刻制备微纳图形。
首先在硅片12上，利用图形化工艺定义图形，可以采用传统的图形化工艺。对图形定义完成后，根据定义的图形在硅片12上进行各向异性刻蚀，对刻蚀过程进行精准控制，实现在硅片12上制备特定形状和特定尺寸的微纳图形结构的目的。
如图2所示，通过对刻蚀过程的控制，各向异性刻蚀所得的硅片12表面的微纳图形结构，当聚合物掩膜版13的平面部分22a的特征尺寸大于光波长（L>λ），光21可从聚合物掩膜版13的平面部分22a和尖端部分24a穿过去，而在聚合物掩膜版13的侧壁23a会发生全反射，通过控制光14的曝光剂量，可选择性地曝光聚合物掩膜版13与衬底16接触的尖端。
当聚合物掩膜版13的平面部分22b的特征尺寸小于光波长（L<λ），光25从聚合物掩膜版13的平面部分22b穿过去的强度很弱，而在聚合物掩膜版13的侧壁23b会发生全反射，最终，光只能从聚合物掩膜版13与衬底16接触的尖端24b射出，曝光接触的尖端。
通过对各向异性刻蚀的精确控制，尖端部分的长度值最小可达到20nm，平面部分的长度值最小可达到60nm。
刻蚀完成后，对微纳图形结构进行转印。将聚合物溶液涂在硅片12表面，聚合物溶液填充微纳图形，待聚合物溶液凝固后，微纳图形结构转印到聚合物上，形成聚合物掩膜板13。
本实施例中，聚合物溶液选用聚二甲基硅氧烷，溶液中PDMS与固化剂组分比例为10:1。同时，聚合物溶液还可以选用其他种类，包括但不限于液体硅橡胶等。
转印完成后，取出转印后的聚合物，具有微纳图形结构的聚合物掩膜板13作为光刻掩膜板，用于光刻制备微纳图形。利用具有微纳图形结构的聚合物掩膜板13，可制备规则图形，如点、线、格子、椭圆和不规则图形，如同心圆、同心方格等形状。聚合物掩膜板13是透明的，可利用光的反射、折射和散射效应等，对普通白光光源或UV光源进行调节，对正性或负性的光刻胶15进行曝光。
为了适应对不同类型衬底16的曝光，聚合物掩膜板13具有弹性，实现形变的可能，适用于平面或非平面的衬底16的曝光。
本发明提供微纳图形结构的光刻掩膜板的纳米光刻工艺，包括有以下步骤：
S201：在衬底上涂装光刻胶，并对光刻胶进行热烘，实现光刻胶的固化处理；
S202：步骤S201完成后，将聚合物掩膜板作为光刻掩膜版，利用光源对衬底进行曝光；
S203：步骤S202完成后，对曝光处理后的衬底进行显影处理，在衬底上获得纳米图形。
进行纳米光刻工艺时，在衬板16上涂装光刻胶15，涂装完成后，光刻胶15进行热烘，热烘时间2min，温度为120℃，实现光刻胶15的固化处理。涂装光刻胶15时选择旋涂，转速2000rpm，时间为40 s -60s。
根据需要光刻的图形，事先制成聚合物掩膜板13，聚合物掩膜板13作为光刻掩膜版，与涂装光刻胶15的衬底16贴合，利用聚合物掩膜板13对光14的调控，对光刻胶15进行曝光。
在曝光处理完成后，对光刻胶15进行显影处理，在显影液中进行显影，显影时间为10 s。
实施例2
本实施例中，在4英寸的大尺寸平面衬底31硅片上，基于具有微纳图形结构的掩膜板制作方法和纳米光刻工艺，制备纳米线条，其中聚合物掩膜版34的纳米图形的平面部分的特征尺寸小于光波长（L<λ），可实现全反射式的光刻曝光技术。
如图1所示，在硅片12上，利用光刻图形化工艺，定义图案11，对硅片12进行各向异性刻蚀，在硅片12上制备特定形状的微纳图形结构，生成具有微纳图形结构的硅片12。
将聚合物溶液涂在具有特定形状的微纳图形结构的硅片12表面上，聚合物溶液为聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）溶液，其中PDMS与其固化剂比例为10:1，待聚合物溶液固化后，将硅片12表面的微纳图形结构转印在聚合物上，形成具有微纳图形结构的聚合物掩膜版34。
如图3所示，按照纳米光刻工艺流程，先在4英寸的衬底31上，旋涂正性光刻胶32，转速2000rpm，时间60s，接着放在120℃的热板上，热烘2min，固化正性光刻胶32。再用具有微纳图形结构的聚合物掩膜版34，作为光刻掩膜版。用UV光源33作为曝光光源，曝光时间为0.4s。接着，将样品放在显影液中显影，显影时间为10s，获得纳米图形35。
如图4所示，显影后得到的具有纳米图形的样品，见图4（a），其扫描电子显微镜图（SEM）见图4（b），特征线宽为93nm。
实施例3
本发明实施例还提供了一种在非平面衬底玻璃棒（直径500μm）上，基于具有纳米点图形结构的聚合物掩膜版及纳米光刻工艺制备的纳米点，其中纳米图形的平面部分的特征尺寸大于光波长（L>λ）。
首先按照图1，制备具有纳米点图形结构的聚合物掩膜版。接着按照图5的工艺流程，在非平面衬底玻璃棒（直径500μm）上，基于具有纳米点图形结构的聚合物掩膜版，用纳米光刻工艺制备纳米点。
如图5所示，首先在非平面衬底玻璃棒51（500μm）表面，涂布正性光刻胶52，接着放在120℃的热板上，热烘2min，固化正性光刻胶52。再用具有微纳图形结构的聚合物掩膜版54，作为光刻掩膜版。用白光光源53作为曝光光源，光强为40mW/cm2，曝光时间为10s。接着，将样品放在显影液中显影，显影时间为10s，获得纳米图形55。再用磁控溅射蒸镀10nm的金属铬（Cr）56。如图6所示，将样品泡在丙酮中，浸泡10min，去掉光刻胶52，获得金属铬（Cr）纳米图形57，纳米点直径为90nm。
实施例4
本发明实施例还提供了一种在平面衬底上基于具有纳米线图形结构的聚合物掩膜版及纳米光刻工艺，通过调节曝光剂量来实现调节曝光图形的大小和形状，来实现制备不同的纳米线条。其中具有纳米线图形结构的聚合物掩膜版的平面部分的特征尺寸大于光波长（L>λ）。
首先按照图1，制备具有纳米点图形结构的聚合物掩膜版。如图1所示的工艺流程，在平面衬底上，基于具有纳米线图形结构的聚合物掩膜版及纳米光刻工艺，通过调节曝光剂量来实现调节曝光图形的大小和形状，来实现制备不同的纳米线条。其中具有纳米线图形结构的聚合物掩膜版的平面部分的特征尺寸大于光波长（L＞λ）。
如图7所示，首先在平面衬底701表面，旋涂正性光刻胶702，转速为2000rpm，时间为40s，接着放在120℃的热板上，热烘2min，固化正性光刻胶702。再用具有微纳图形结构的聚合物掩膜版704，作为光刻掩膜版。
当曝光剂量较低时，使用白光光源703作为曝光光源，光强为40mW/cm2，曝光时间为10s。接着，将样品放在显影液中显影，显影时间为10s，获得纳米图形705，仅平面衬底701与聚合物掩膜版704尖端部分接触的部分被完全曝光，见图8 b。
用磁控溅射蒸镀6nm的金属铬（Cr）706。最后将样品泡在丙酮中，浸泡10min，去掉光刻胶702，获得金属铬（Cr）纳米图形707，纳米线的特征宽度为60nm，见图8 d。
当曝光剂量较高时，使用白光光源708作为曝光光源，光强为105mW/cm2，曝光时间为10s。接着，将样品放在显影液中显影，显影时间为10s，获得纳米图形709 和纳米图形710，平面衬底701与聚合物掩膜版704的尖端部分接触的部分被完全曝光，平台部分也被完全曝光，见图8 f。
再用磁控溅射蒸镀6nm的金属铬（Cr）711。最后将样品泡在丙酮中，浸泡10min，去除光刻胶702，获得金属铬（Cr）的纳米图形712和纳米图形713，纳米线712的特征宽度为90nm，纳米线713的特征宽度为500nm，见图8 h。
当具有纳米线图形结构的聚合物掩膜版的平面部分的特征尺寸大于光波长（L＞λ），基于具有纳米线图形结构的聚合物掩膜版及纳米光刻工艺，通过调节曝光剂量，可以实现调节曝光图形的大小和形状，实现制备不同的纳米线条。
实施例5
本发明实施例还提供了一种在平面衬底上基于具有纳米椭圆图形结构的聚合物掩膜版及纳米光刻工艺，用负性光刻胶，来实现制备纳米椭圆。其中具有纳米椭圆图形结构的聚合物掩膜版的平面部分的特征尺寸大于光波长（L＞λ）。
如图1所示，制备具有纳米椭圆图形结构的聚合物掩膜版。接着按照图9的工艺流程，在平面衬底91上，基于具有纳米椭圆图形结构的聚合物掩膜板及纳米光刻工艺，用负性光刻胶，来实现制备纳米椭圆。其中具有纳米椭圆图形结构的聚合物掩膜版的平面部分的特征尺寸大于光波长（L＞λ）。
首先在平面衬底91表面，旋涂负性光刻胶92，转速为2000rpm，时间为40s，接着放在120℃的热板上，热烘2min，固化正性光刻胶92。再用具有纳米椭圆图形结构的聚合物掩膜版94，作为光刻掩膜版。用UV光源93作为曝光光源，曝光时间为1s。接着，将样品放在显影液中显影，显影时间为12s，获得纳米图形95。显影后得到的具有纳米图形的样品，其扫描电子显微镜图（SEM）见图10，特征线宽为200nm。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有微纳图形结构的聚合物掩膜板制作方法，其特征在于，包括有以下步骤：
S101：在硅片上，利用图形化工艺定义需要进行刻蚀的图形；
S102：步骤S101完成后，对硅片表面进行各向异性刻蚀，通过控制刻蚀过程，在硅片上制备特定形状和特定尺寸的微纳图形排列结构；
S103：步骤S102完成后，将聚合物溶液涂在具有特定形状的微纳图形排列结构的硅片表面上，将硅片表面的微纳图形结构转印在聚合物上；
S104：步骤S103完成后，取出转印后的聚合物，具有微纳图形结构的聚合物作为光刻掩膜板，用于光刻制备微纳图形。
2.根据权利要求1所述的具有微纳图形结构的聚合物掩膜板制作方法，其特征在于，在步骤S102中，各向异性刻蚀所得的硅片表面的微纳图形结构包含平面部分、侧壁部分和尖端部分；所述尖端部分的特征尺寸最小为20nm，所述平面部分的特征尺寸最小为60nm。
3.根据权利要求2所述的具有微纳图形结构的聚合物掩膜板制作方法，其特征在于，聚合物掩膜版能够对光进行调控，若光的波长大于平面部分特征尺寸的长度，光从聚合物掩膜板的尖端部分射出；若光的波长小于平面部分特征尺寸的长度，光能够从聚合物掩膜板的平面部分和尖端部分射出。
4.根据权利要求1所述的具有微纳图形结构的聚合物掩膜板制作方法，其特征在于，所述聚合物溶液为聚二甲基硅氧烷溶液或液体硅橡胶，聚二甲基硅氧烷溶液中PDMS与固化剂组分比例范围为1:1~20:1。
5.微纳图形结构的聚合物掩膜板的纳米光刻方法，其特征在于，包括有以下步骤：
S201：在衬底上涂装光刻胶，并对光刻胶进行热烘，实现光刻胶的固化处理；
S202：步骤S201完成后，将聚合物掩膜板作为光刻掩膜版，利用光源对衬底进行曝光；
S203：步骤S202完成后，对曝光处理后的衬底进行显影处理，在衬底上获得纳米图形。
6.根据权利要求5所述的微纳图形结构的聚合物掩膜板的纳米光刻方法，其特征在于，在步骤S202中，能够通过控制曝光剂量来调节曝光图形的大小和形状，曝光图形的最小特征尺寸为60nm。
7.根据权利要求5所述的微纳图形结构的聚合物掩膜板的纳米光刻方法，其特征在于，在步骤S202中，聚合物掩膜版具有弹性，适用于平面衬底和非平面衬底的曝光。
8.一种根据权利要求1至4任一项所述的具有微纳图形结构的聚合物掩膜板制作方法，制备的聚合物掩膜板。
9.一种根据权利要求5至7任一项所述的微纳图形结构的聚合物掩膜板的纳米光刻方法，制作的纳米图形。
10.如权利1至9任一项所述，一种具有微纳图形结构的聚合物掩膜版及纳米光刻方法，任一所述制备方法制备的聚合物掩膜版或纳米图形，可应用于多个研究领域，包括但不仅限于化学、物理、生物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810202020.5A CN108594595B (zh) | 2018-03-12 | 2018-03-12 | 一种具有微纳图形结构的掩膜板制作方法和纳米光刻方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810202020.5A CN108594595B (zh) | 2018-03-12 | 2018-03-12 | 一种具有微纳图形结构的掩膜板制作方法和纳米光刻方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108594595A true CN108594595A (zh) | 2018-09-28 |
| CN108594595B CN108594595B (zh) | 2021-01-22 |
Family
ID=63626141
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810202020.5A Active CN108594595B (zh) | 2018-03-12 | 2018-03-12 | 一种具有微纳图形结构的掩膜板制作方法和纳米光刻方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108594595B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113772621A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-12-10 | 浙江工业大学 | 一种浸润性梯度表面的加工方法 |
| CN113772621B (zh) * | 2021-07-28 | 2024-06-07 | 浙江工业大学 | 一种浸润性梯度表面的加工方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101122739A (zh) * | 2007-08-31 | 2008-02-13 | 中国科学院光电技术研究所 | 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 |
| CN101203743A (zh) * | 2005-06-23 | 2008-06-18 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 使用亚波长孔径或狭缝的发光传感器 |
| US20110305996A1 (en) * | 2009-02-18 | 2011-12-15 | Northwestern University | Beam Pen Lithography |
| WO2016018880A1 (en) * | 2014-07-29 | 2016-02-04 | Northwestern University | Apertureless cantilever-free tip arrays for scanning optical lithography and photochemical printing |
| CN105929633A (zh) * | 2016-04-25 | 2016-09-07 | 南京工业大学 | 一种制备大面积亚波长级纳米图案的方法 |
-
2018
- 2018-03-12 CN CN201810202020.5A patent/CN108594595B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101203743A (zh) * | 2005-06-23 | 2008-06-18 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 使用亚波长孔径或狭缝的发光传感器 |
| CN101122739A (zh) * | 2007-08-31 | 2008-02-13 | 中国科学院光电技术研究所 | 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 |
| US20110305996A1 (en) * | 2009-02-18 | 2011-12-15 | Northwestern University | Beam Pen Lithography |
| WO2016018880A1 (en) * | 2014-07-29 | 2016-02-04 | Northwestern University | Apertureless cantilever-free tip arrays for scanning optical lithography and photochemical printing |
| CN105929633A (zh) * | 2016-04-25 | 2016-09-07 | 南京工业大学 | 一种制备大面积亚波长级纳米图案的方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| JIN WU等: "Production of centimeter-scale sub-wavelength nanopatterns by controlling the light path of adhesive photomasks", 《JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY C》 * |
| 张彤等: "《光电子物理及应用》", 31 October 2015, 东南大学出版社 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113772621A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-12-10 | 浙江工业大学 | 一种浸润性梯度表面的加工方法 |
| CN113772621B (zh) * | 2021-07-28 | 2024-06-07 | 浙江工业大学 | 一种浸润性梯度表面的加工方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108594595B (zh) | 2021-01-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6005117B2 (ja) | 近接場リソグラフィのためのマスクの製造方法 | |
| US9465296B2 (en) | Nanopatterning method and apparatus | |
| JP5023324B2 (ja) | カラーフィルタ装置及びその製造方法 | |
| Chang et al. | From two-dimensional colloidal self-assembly to three-dimensional nanolithography | |
| CN104937697B (zh) | 曝光装置 | |
| KR20120123413A (ko) | 나노패터닝 방법 및 장치 | |
| WO2013049367A2 (en) | Plasmonic lithography using phase mask | |
| CN113126428A (zh) | 一种纳米压印方法 | |
| CN108469644B (zh) | 光栅及其制备方法 | |
| CN108594595A (zh) | 一种具有微纳图形结构的掩膜板制作方法和纳米光刻方法 | |
| CN104765247A (zh) | 一种亚微米光栅的制作方法 | |
| Chen et al. | Beam pen lithography based on arrayed polydimethylsiloxane (PDMS) micro-pyramids spin-coated with carbon black photo-resist | |
| CN104483814B (zh) | 一种利用光子纳米喷射造成聚焦效应的超分辨纳米光刻方法 | |
| Škriniarová et al. | Investigation of the AZ 5214E photoresist by the laser interference, EBDW and NSOM lithographies | |
| Zhang et al. | Nanopillar array with a λ/11 diameter fabricated by a kind of visible CW laser direct lithography system | |
| KR101542142B1 (ko) | 나노리소그래피용 마이크로팁 어레이, 이의 제조방법 및 이를 이용한 나노리소그래피 방법 | |
| Huelsen et al. | Replication of sub-100 nm structures using h-and s-PDMS composite stamps | |
| CN109541893A (zh) | 一种分辨率可调的浸没式表面等离激元干涉光刻方法 | |
| Dhima et al. | Nanoimprint combination techniques | |
| Petruškevičius et al. | E-beam lithography of computer generated holograms using a fully vectorial 3D beam propagation method | |
| CN105044902B (zh) | 电润湿显示装置基板的制备方法、电润湿显示装置 | |
| Khanna et al. | Top-down nanofabrication | |
| JP2008227337A (ja) | 近接場露光方法 | |
| Bourgin et al. | Periodic sub-100nm structures fabricated by proximity i-line mask-aligner lithography (and self-aligned double patterning) | |
| Škriniarová et al. | Standard AZ 5214E photoresist in laser interference and EBDW lithographies |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20180928 Assignee: ZHONGSHAN AISCENT TECHNOLOGIES Co.,Ltd. Assignor: SUN YAT-SEN University Contract record no.: X2023980053519 Denomination of invention: A mask fabrication method and nanolithography method with micro/nano patterned structures Granted publication date: 20210122 License type: Common License Record date: 20231221 |