專利名稱：一種利用金屬層縮小π位相偏移光刻特征尺寸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微納結(jié)構(gòu)加工技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種利用金屬層縮?。粁位相偏移光刻 特征尺寸的方法。
技術(shù)背景近年來，隨著微納加工技術(shù)和納米材料的迅速發(fā)展，微納金屬結(jié)構(gòu)的電磁學(xué)性質(zhì)正受 到越來越多的關(guān)注。光與表面微納金屬結(jié)構(gòu)的相互作用產(chǎn)生了一系列新的奇異物理現(xiàn)象。 例如，1998年法國科學(xué)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(qiáng) 現(xiàn)象(Extraordinary Optical Transmission)。 H. J. Lezec等人的研究進(jìn) 一歩表明當(dāng)光透過 亞波長金屬納米孔時，其透過率不僅可以得到增強(qiáng)，而且光束的衍射角度非常小，傳輸方 向不遵循通常電介質(zhì)結(jié)構(gòu)中的衍射規(guī)律。此外，與表面等離子體金屬微納結(jié)構(gòu)有關(guān)新現(xiàn)象 還有光與特殊分布的金屬微結(jié)構(gòu)作用后，出現(xiàn)沿左手規(guī)則傳播的特性，說明材料具有負(fù) 折射率光通過特定金屬納米孔結(jié)構(gòu)后，光波出射具有極好的方向性等等。微納金屬結(jié)構(gòu) 表面等離子體波的研究已經(jīng)形成一個新的領(lǐng)域?；谖⒓{金屬結(jié)構(gòu)的新型表面等離子體技 術(shù)可以被廣泛應(yīng)用于軍事、醫(yī)療、國家安全等多個領(lǐng)域。為了實(shí)現(xiàn)小特征尺寸結(jié)構(gòu)的制備；美國哈佛大學(xué)化學(xué)系的G.Whiteside等人提出利用光 場在71位相跳躍的結(jié)構(gòu)的邊緣存在能量的極大值和極小值的特點(diǎn)進(jìn)行光刻的方法，采用該 方法，采用幾微米甚至幾十微米的初始結(jié)構(gòu)可以獲得特征尺寸小3二 200nm的亞波長圖形。 然而，要想進(jìn)一歩縮小光刻線條的特征尺寸存在很大困難。本發(fā)明提出了一種利用金屬板 縮小這種利用兀位相邊緣光刻最小線寬的方法；分析表明采用銀板可以將光刻最小線寬 縮小到原來尺度的1/2;這對于納尺度結(jié)構(gòu)的制備具有重要意義。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對a位相偏移光刻很難進(jìn)一步縮小特征尺寸的問題， 提供一種利用金屬層縮小n位相偏移光刻特征尺寸的方法，該方法采用金屬層對從兀位相 突變結(jié)構(gòu)出射的光場進(jìn)行二次調(diào)制，可將出射的線條寬度縮小為原來的1/2，為制備亞百納 米的結(jié)構(gòu)提供了很好的技術(shù)途徑。本發(fā)明的技術(shù)解決方案 一種利用金屬層縮小71位相偏移光刻特征尺寸的方法，其特 點(diǎn)在于步驟如下
(1 )依據(jù)PDMS的折射率計(jì)算產(chǎn)生Ji位相光程差需要的深度H:(2) 制作浮雕深度為H的高陡直度結(jié)構(gòu)(3) 將PDMS傾倒于高陡直度結(jié)構(gòu)表面，并在30—卯'C的環(huán)境中固化，取出冷卻后， 剝離己經(jīng)固化的PDMS膜，形成；i位相相移光刻模板；(4) 將基底表面涂覆光刻膠，并在光刻膠表面蒸鍍金屬層；(5) 將;t位相相移光刻模板的圖形面與基底表面的金屬層緊密貼合；(6) 采用TM偏振的偏振光垂直照射PDMS材質(zhì)的7i位相相移光刻模板，進(jìn)行曝光;(7) 曝光完成后，掀掉PDMS模板，并去掉抗蝕劑表面的金屬層(8) 對抗蝕劑進(jìn)行顯影，最后形成需要的光刻線條。 所述歩驟(3)中的固化1一4個小時。所述步驟(4)中的光刻膠的型號S1830,光刻膠的厚度為幾十納米 幾微米范圍。 所述步驟(4)中的金屬層為鋁、或金、或銀、或銅，金屬層的厚度為10nm—100nm。 通過調(diào)節(jié)曝光時間，使所述步驟(8)中最終形成的結(jié)構(gòu)為線條，或?yàn)楠M縫當(dāng)最終形成的結(jié)構(gòu)為線條時的曝光時間為幾秒到幾十分鐘范圍，當(dāng)最終形成的結(jié)構(gòu)為狹縫時的曝光時間為幾秒到幾分鐘范圍。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于現(xiàn)有的利用；r位相突變結(jié)構(gòu)進(jìn)行亞微米結(jié)構(gòu)光刻的技術(shù)受到位相調(diào)制能力的限制，只能成形特征尺寸在200nm附近的線條結(jié)構(gòu)，即使通過調(diào)節(jié)模板硬度也只能將線寬縮小到100nm。本發(fā)明采用金屬層對從7i位相突變結(jié)構(gòu)出射的光場進(jìn)行二次調(diào)制，可將出射的線條寬度縮小為原來的1/2，為制備亞百納米的結(jié)構(gòu)提供了很好的技術(shù)途徑。


圖1為本發(fā)明的一種實(shí)施例中采用傳統(tǒng)光刻方法制作的浮雕深度為456nm的結(jié)構(gòu)，圖 中1代表結(jié)構(gòu)材質(zhì)為k9玻璃；圖2為本發(fā)明將Tl位相相移光刻模板的圖形面與石英基底表面的金屬銀層緊密貼合后形成的結(jié)構(gòu)，圖中2為PDMS模板，3為金屬銀膜，4為光刻膠層，5為石英基底材料。 圖3為本發(fā)明的曝光30秒，并顯影后得到的亞百納米結(jié)構(gòu)，6為成形的光刻膠線條結(jié)構(gòu)，5為石英基底材料；圖4為本發(fā)明的曝光15秒，并顯影后得到的亞百納米結(jié)構(gòu)；7為成形的光刻膠線條狹縫結(jié)構(gòu)，5為石英基底材料。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于下列
實(shí)施例，應(yīng)包括權(quán)利要求書中的全部內(nèi)容。在本發(fā)明具體實(shí)施方式
中，只以金屬銀為例，鋁、金、銅金與銀的主要相同均作為負(fù) 折射率透鏡使用，二者起的作用是完全相同的，成膜的技術(shù)也是完全相同的，本發(fā)明只給 出 一 個實(shí)施例，實(shí)現(xiàn)上其它實(shí)施方式與該實(shí)施例完全相同。本發(fā)明的方法制作亞百納米線條結(jié)構(gòu)的過程如下(1) 依據(jù)PDMS的折射率1.4，計(jì)算產(chǎn)生曝光光源365nm譜線對應(yīng)的；r位相光程差需 要的深度H二456nm;(2) 采用現(xiàn)有光刻技術(shù)制作圖l所示的k9玻璃材質(zhì)的浮雕深度為456nm的高陡直度結(jié)構(gòu)；(3) 將PDMS傾倒于高陡直度結(jié)構(gòu)表面，并在60'C的環(huán)境中固化1.5個小時，取出 冷卻后，剝離已經(jīng)固化的PDMS膜，形成7i位相相移光刻模板；(4) 取石英作為基底，并在表面涂覆光刻膠AZ3100厚度400nm,光刻膠表面再蒸鍍 60nra的金屬銀層；(5) 將7i位相相移光刻模板的圖形面與石英基底表面的金屬銀層緊密貼合，如圖2所示；(6) 采用TM偏振的偏振光垂直照射PDMS材質(zhì)的7i位相相移光刻模板，曝光30秒；(7) 曝光完成后，掀掉PDMS模板，并去掉抗蝕劑表面的金屬層；(8) 對抗蝕劑進(jìn)行顯影，最后在抗蝕劑表面與圖一中結(jié)構(gòu)的邊緣對應(yīng)的區(qū)域形成需 要的小于100nm的光刻線條，如圖3所示；(9) 如果步驟(6)中，采用TM偏振的偏振光垂直照射PDMS材質(zhì)的7i位相相移光 刻模板，曝光15秒，并經(jīng)過顯影后將獲得85納米的狹縫結(jié)構(gòu)，如圖4所示。
權(quán)利要求
1、一種利用金屬層縮小π位相偏移光刻特征尺寸的方法，包括以下步驟(1)依據(jù)PDMS的折射率計(jì)算產(chǎn)生π位相光程差需要的深度H；(2)制作浮雕深度為H的高陡直度結(jié)構(gòu)；(3)將PDMS傾倒于高陡直度結(jié)構(gòu)表面，并在30-90℃的環(huán)境中固化，取出冷卻后，剝離已經(jīng)固化的PDMS膜，形成π位相相移光刻模板；(4)將基底表面涂覆光刻膠，并在光刻膠表面蒸鍍金屬層；(5)將π位相相移光刻模板的圖形面與基底表面的金屬層緊密貼合；(6)采用TM偏振的偏振光垂直照射PDMS材質(zhì)的π位相相移光刻模板，進(jìn)行曝光；(7)曝光完成后，掀掉PDMS模板，并去掉抗蝕劑表面的金屬層；(8)對抗蝕劑進(jìn)行顯影，最后形成需要的光刻線條。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用金屬層縮小兀位相偏移光刻特征尺、士的方法，其特征在 于所述步驟(3)中的固化時間為l一4個小時。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用金屬層縮小兀位相偏移光刻特征尺寸的方法，其特征在 于所述歩驟(4)中的光刻膠的厚度為幾十納米 幾微米范圍。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用金屬層縮小兀位相偏移光刻特征尺寸的方法，其特征在 于所述步驟(4)中的金屬層為鋁、或金、或銀、或銅。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用金屬層縮小7!位相偏移光刻特征尺寸的方法，其特征在于所述步驟(4)中金屬層的厚度為10nm—100nm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用金屬層縮小7t位相偏移光刻特征尺寸的方法，其特征在 于通過調(diào)節(jié)曝光時間，使所述步驟(8)中最終形成的結(jié)構(gòu)為線條，或?yàn)楠M縫；
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的利用金屬層縮小兀位相偏移光刻特征尺寸的方法，其特 征在于在所述的步驟(7)中，當(dāng)所述步驟(8)中最終形成的結(jié)構(gòu)為線條時的曝光時間 為幾秒到約IO分鐘，當(dāng)所述的步驟(8)中最終形成的結(jié)構(gòu)為狹縫時的曝光時間約為幾秒 到幾分鐘范圍。
全文摘要
一種利用金屬層縮小π位相偏移光刻特征尺寸的方法依據(jù)PDMS的折射率計(jì)算產(chǎn)生π位相光程差需要的深度H；制作浮雕深度為H的高陡直度結(jié)構(gòu)；將PDMS傾倒于高陡直度結(jié)構(gòu)表面，在30-90℃的環(huán)境中固化，冷卻后，剝離已經(jīng)固化的PDMS膜，形成π位相相移光刻模板；將基底表面涂覆光刻膠，并在光刻膠表面蒸鍍金屬層；將π位相相移光刻模板的圖形面與基底表面的金屬層緊密貼合；采用TM偏振的偏振光垂直照射PDMS材質(zhì)的π位相相移光刻模板，進(jìn)行曝光；然后掀掉PDMS模板，并去掉抗蝕劑表面的金屬層；對抗蝕劑進(jìn)行顯影，最后形成需要的光刻線條。本發(fā)明采用金屬層對從π位相突變結(jié)構(gòu)出射的光場進(jìn)行二次調(diào)制，將出射的線條寬度縮小為原來的1/2，為制備亞百納米的結(jié)構(gòu)提供了很好的技術(shù)途徑。
文檔編號B81C1/00GK101126898SQ20071012124
公開日2008年2月20日 申請日期2007年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月31日
發(fā)明者史立芳, 杜春雷, 董小春 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所