[發明專利]一種利用金屬層縮小π位相偏移光刻特征尺寸的方法

有效

• 申請號: 200710121243.0
• 申請日: 2007-08-31
• 公開（公告）號: CN101126898A
• 公開（公告）日: 2008-02-20
• 發明（設計）人: 董小春;史立芳;杜春雷
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G03F7/00
• 分類號: G03F7/00;B81C1/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司
• 代理人: 賈玉忠;盧紀

技術領域

本發明屬于微納結構加工技術領域，具體地說是一種利用金屬層縮小π位相偏移光刻特征尺寸的方法。

背景技術

近年來，隨著微納加工技術和納米材料的迅速發展，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象。例如，1998年法國科學家Ebbesen及其合作者發現通過亞波長金屬孔列陣的光的異常增強現象(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律。此外，與表面等離子體金屬微納結構有關新現象還有：光與特殊分布的金屬微結構作用后，出現沿左手規則傳播的特性，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、醫療、國家安全等多個領域。

為了實現小特征尺寸結構的制備；美國哈佛大學化學系的G.Whiteside等人提出利用光場在π位相跳躍的結構的邊緣存在能量的極大值和極小值的特點進行光刻的方法，采用該方法，采用幾微米甚至幾十微米的初始結構可以獲得特征尺寸小于200nm的亞波長圖形。然而，要想進一步縮小光刻線條的特征尺寸存在很大困難。本發明提出了一種利用金屬板縮小這種利用π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；這對于納尺度結構的制備具有重要意義。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：針對π位相偏移光刻很難進一步縮小特征尺寸的問題，提供一種利用金屬層縮小π位相偏移光刻特征尺寸的方法，該方法采用金屬層對從π位相突變結構出射的光場進行二次調制，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構提供了很好的技術途徑。

本發明的技術解決方案：一種利用金屬層縮小π位相偏移光刻特征尺寸的方法，其特點在于步驟如下：

(1)依據PDMS的折射率計算產生π位相光程差需要的深度H；

(2)制作浮雕深度為H的高陡直度結構；

(3)將PDMS傾倒于高陡直度結構表面，并在30-90℃的環境中固化，取出冷卻后，剝離已經固化的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材質的π位相相移光刻模板，進行曝光；

(7)曝光完成后，掀掉PDMS模板，并去掉抗蝕劑表面的金屬層；

(8)對抗蝕劑進行顯影，最后形成需要的光刻線條。

所述步驟(3)中的固化1-4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。

通過調節曝光時間，使所述步驟(8)中最終形成的結構為線條，或為狹縫；當最終形成的結構為線條時的曝光時間為幾秒到幾十分鐘范圍，當最終形成的結構為狹縫時的曝光時間為幾秒到幾分鐘范圍。

本發明與現有技術相比的優點在于：現有的利用π位相突變結構進行亞微米結構光刻的技術受到位相調制能力的限制，只能成形特征尺寸在200nm附近的線條結構，即使通過調節模板硬度也只能將線寬縮小到100nm。本發明采用金屬層對從π位相突變結構出射的光場進行二次調制，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構提供了很好的技術途徑。

附圖說明

圖1為本發明的一種實施例中采用傳統光刻方法制作的浮雕深度為456nm的結構，圖中1代表結構材質為k9玻璃；

圖2為本發明將π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構，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為本發明的曝光30秒，并顯影后得到的亞百納米結構，6為成形的光刻膠線條結構，5為石英基底材料；

圖4為本發明的曝光15秒，并顯影后得到的亞百納米結構；7為成形的光刻膠線條狹縫結構，5為石英基底材料。

具體實施方式