[發明專利]一種在非平整襯底表面制備納米結構基質的方法

無效

• 申請號: 201010129612.2
• 申請日: 2010-03-19
• 公開（公告）號: CN101813884A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: 蔡洪冰;張琨;于欣欣;王曉平
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G03F7/00
• 分類號: G03F7/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢

技術領域

本發明屬于納米科技領域，涉及一種在非平整襯底表面制備納米結構基質的方 法。

背景技術

為了精確的控制制備得到的納米結構的尺寸和形狀，人們發明了眾多由上而下的 制備納米結構的方法，例如紫外深紫外曝光系統，X射線曝光系統，電子束曝光系統， 離子束直寫系統等。但是傳統的曝光系統，由于光刻膠勻膠平整度的需求或者是曝光 所用射線聚焦的需求，一般都要求襯底為光滑平整的表面，而無法在諸如柱面，正三 角柱面等非平整襯底上進行微納加工。

而在諸多的光學器件和一些電子器件中，彎曲表面的微納加工是一個很重要的步 驟。為了解決普通曝光系統無法在非平整表面進行微納加工的缺陷，一些研究組發明 了一些其他的替代方法，例如通過在硬質薄膜上刻蝕納米圖形再進行金屬沉積，或者 是通過軟印章的方式進行壓印等。但這些方法本身也存在著一些缺點，比如硬質薄膜 掩膜板加工困難，極易破碎且由于非緊密接觸帶來的衍射效應十分明顯；而軟印章的 方式能夠加工的納米結構的時候所適用的材料有限且無法精確進行位置和力量控制。

發明內容

本發明的目的是提供一種在非平整襯底表面制備納米結構基質的方法。

本發明提供的在非平整襯底表面制備納米結構基質的方法，包括如下步驟：

1)在襯底上涂覆光刻膠的有機溶液并烘干，得到烘干后的光刻膠；

2)將所述烘干后的光刻膠依次進行曝光、顯影和定影，得到掩膜板；

3)在pH值為11-14的條件下，將所述掩膜板水解，得到懸浮的掩膜板，洗凈；

4)用具有非平整表面的襯底撈起所述懸浮的掩膜板，烘干，沉積目標材料；

5)去掉所述掩膜板，在所述具有非平整表面的襯底得到所述納米結構基質。

該方法的步驟1)中，所述構成襯底的材料為二氧化硅，所述襯底的厚度為 100nm～1um，優選300nm；所述光刻膠為聚甲基丙烯酸甲酯，所述聚甲基丙烯酸甲 酯的重均分子量為50,000～950,000，優選495,000或950,000，所述聚甲基丙烯 酸甲酯的有機溶液中，溶劑為氯仿和甲醚中的至少一種，所述聚甲基丙烯酸甲酯的有 機溶液的質量百分濃度為1-9％，優選1％或6％。涂覆步驟中，涂覆的方法為旋涂法； 所述旋涂法中，轉速為2000～6000轉/秒，優選2000轉/秒或4000轉/秒；烘干步驟中， 溫度為170-220℃，優選180℃，時間為1～5分鐘，優選2分鐘或4分鐘。不同厚度 的光刻膠，其對應的烘膠、顯影和曝光步驟的工藝參數均有所不同，而厚度的不同則 決定了掩膜板的開孔尺寸的分辨率的不同，光刻膠分子量越小，越稀，則甩膠得到的 PMMA厚度越薄，分辨率越高，但越容易損壞，因此需要根據不同的需求選擇不同的 光刻膠。

所述步驟2)曝光步驟中，曝光方法為電子束曝光，所述電子束的加速電壓為 10KeV～20KeV，曝光劑量為70～210uAS/cm²；所述顯影步驟中，顯影時間為30秒～ 2分鐘；所述定影步驟中，時間為30s～2分鐘，優選1分鐘。

所述步驟3)中，所述pH值為11-14的條件為氫氧化鉀水溶液，所述氫氧化鉀水 溶液的濃度為0.5-1.5Mol/L，優選1Mol/L，所述洗凈步驟中，洗滌溶劑為去離子水。

所述步驟4)烘干步驟中，溫度為20-90℃，優選40℃。沉積步驟中，根據實驗 目的的不同，可以選擇不同的沉積方式和沉積材料，沉積的方法為氬離子濺射沉積法、 激光濺射沉積法、熱蒸發沉積法或電子束熱蒸發沉積法，優選熱蒸發沉積法，所述目 標材料選自金、銀、銅、鈦和二氧化硅中的至少一種。

當所述納米結構基質的最小尺寸大于500nm時，所述步驟1)為：在所述襯底上 旋涂所述聚甲基丙烯酸甲酯的有機溶液并在180℃烘干4分鐘后，得到所述烘干后的 光刻膠；其中，所述聚甲基丙烯酸甲酯的有機溶液的質量百分濃度為6％，所述聚甲 基丙烯酸甲酯的重均分子量為950,000；所述烘干步驟中，溫度為180℃，時間為4 分鐘；所述旋涂步驟中，轉速為4000轉/秒；所述步驟2)為：將所述烘干后的光刻膠 依次進行電子束曝光、顯影和定影，得到所述掩膜板；所述電子束曝光步驟中，加速 電壓為15KeV，曝光劑量為150uAS/cm²，顯影時間為60秒，定影時間為一分鐘；