專利名稱：不等深度微納溝槽結構成形方法
技術領域：
本發(fā)明屬于微納結構加工技術領域，具體地說是一種不等深度微納溝槽結構成形方法。
背景技術：
近年來，隨著微納加工技術和納米材料的迅速發(fā)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塵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(fā)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(guī)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(guī)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(yī)療、國家安全等多個領域。
微納金屬結構的成形是表面等離子體實驗研究與應用的基礎。現有的表面等離子體微納結構主要采用以下步驟完成首先采用激光直寫技術以及電子束直寫技術對基底表面的抗蝕劑曝光、顯影得到抗蝕劑材質微納溝槽結構；然后對暴露出的基底進行干法刻蝕，將微納溝槽結構轉移至基底表面。由于暴露的基底總處于干法刻蝕狀態(tài)，而未暴露的部分則不被刻蝕，因此，采用上述方法只能制作出浮雕深度不變的溝槽結構。而不等深度微納金屬溝槽結構可廣泛應用于光波的超分辨成像、聚焦以及光束的偏折。成形不等深度微納溝槽結構對于表面等離子體實驗研究及應用具有重要意義。雖然現有的表面等離子體結構加工方法(如光學光刻、電子束直寫、以及聚焦離子束)可實現從微米級到亞納米級甚至納米級不同線寬微結構的制作，但微納結構的深度調制依然存在很多問題。特別是高深寬比溝槽結構的深度調制存在很大問題。
發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是針對現有技術只適于制作等深度微納溝槽結構的問題，提供一種大面積、不等深度微納溝槽結構成形方法。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案包括以下步驟1)在基底表面熱蒸鍍沉積金屬膜層、涂布抗蝕劑層；在所述抗蝕劑層上制等深度溝槽結構；2)對抗蝕劑溝槽結構底部暴露出的金屬進行腐蝕；3)去除金屬表面抗蝕劑，并在金屬結構表面再次涂布抗蝕劑層，并在所述溝槽結構表面制作連續(xù)面形微結構；4)采用干法刻蝕工藝對連續(xù)面形微結構進行刻蝕，當連續(xù)微結構完全被刻蝕傳遞至基底表面時停止刻蝕；5)去掉所述微結構表面的金屬膜層，得到不等深度微納溝槽結構。
所述步驟1中抗蝕劑層為光刻膠，在所述抗蝕劑層上制等深度溝槽結構通過電子束直寫工藝來完成。
所述步驟2中采用濕法腐蝕或干法腐蝕技術對抗蝕劑溝槽結構底部暴露出的金屬進行腐蝕。
所述步驟3中采用熱熔法、激光直寫法或移動掩模法在所述溝槽結構表面制作連續(xù)面形微結構。
本發(fā)明與現有技術相比具有的有益效果是可實現微納結構溝槽深度的可控調制。本專利方法通過連續(xù)結構對不同位置溝槽的刻蝕時間進行調制，可實現對微納溝槽結構深度的調制。通過設計不同的溝槽深度可極大的提高微納結構對表面等離子體波位相的調制能力。本發(fā)明可用于成形各種功能的表面等離子體微納金屬結構，為表面等離子體實驗研究與應用提供了途徑。
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
圖1是本發(fā)明的一種實施例，在半導體SI表面蒸鍍200nm金屬鉻后的結構。圖中1表示SI基底，2表示金屬鉻。
圖2是在金屬鉻表面涂布電子束直寫光刻膠100nm后的結構。圖中1為SI基底，2為金屬鉻，3為100nm電子束光刻膠。
圖3為激光直寫對抗蝕劑進行曝光后的微浮雕結構。圖中1為SI基底，2為金屬鉻，3為100nm電子束光刻膠。
圖4為對圖3中結構濕法腐蝕，去掉暴露出的金屬鉻后的結構。圖中1為SI基底，2為金屬鉻，3為100nm電子束光刻膠。
圖5為在金屬鉻微納溝槽結構表面添加連續(xù)面形抗蝕劑結構。圖中1為SI基底，2為金屬鉻，3為100nm電子束光刻膠。
圖6采用干法刻蝕工藝將抗蝕劑材質連續(xù)面形結構完全刻蝕完畢后，得到的不等深度微納溝槽結構。圖中1為SI基底，2為金屬鉻。
具體實施例方式
一種通過本發(fā)明的方法制作溝槽深度被線性調制的微納結構的過程如下1)首先選擇半導體材料SI作為基底材料，并在SI材料表面蒸鍍200nm金屬鉻，如圖1所示；2)在金屬鉻表面涂布電子束直寫光刻膠100nm作為抗蝕劑，如圖2所示；3)采用電子束直寫技術或其他現有技術制作抗蝕劑材質等深度微納結構，如圖3所示；4)用去鉻液去掉抗蝕劑材質等深度微納結構處暴露出的金屬鉻，如圖4所示；5)去掉上述結構表面的光刻膠，重新涂布光刻膠2微米；并采用現有的連續(xù)面形微結構成形方法(如熱熔技術、激光直寫技術、灰度掩模技術、移動掩模技術等)在微納溝槽結構表面制作連續(xù)面形浮雕，如圖5所示；6)采用干法刻蝕工藝將連續(xù)面形抗蝕劑結構與基底SI材料同時刻蝕。利用連續(xù)面形對溝槽深度進行調制，光刻膠刻蝕完畢后得到微納結構需要的不等深度微納結構，如圖6所示；7)去掉微結構表面的金屬膜層，得到不等深度微納溝槽結構的最終產品。
權利要求
1.不等深度微納溝槽結構成形方法，包括以下步驟1)在基底表面熱蒸鍍沉積金屬膜層、涂布抗蝕劑層；在所述抗蝕劑層上制等深度溝槽結構；2)對抗蝕劑溝槽結構底部暴露出的金屬進行腐蝕；3)去除金屬表面抗蝕劑，在金屬結構表面再次涂布抗蝕劑層，并在所述溝槽結構表面制作連續(xù)面形微結構；4)采用干法刻蝕工藝對連續(xù)面形微結構進行刻蝕，當連續(xù)微結構完全被刻蝕傳遞至基底表面時停止刻蝕；5)去掉所述微結構表面的金屬膜層，得到不等深度微納溝槽結構。
2.根據權利要求1所述的不等深度微納溝槽結構成形方法，其特征在于，所述步驟1中抗蝕劑層為光刻膠，在所述抗蝕劑層上制等深度溝槽結構通過電子束直寫工藝來完成。
3.根據權利要求1所述的不等深度微納溝槽結構成形方法，其特征在于，所述步驟2中采用濕法腐蝕或干法腐蝕技術對抗蝕劑溝槽結構底部暴露出的金屬進行腐蝕。
4.根據權利要求1所述的不等深度微納溝槽結構成形方法，其特征在于，所述步驟3中采用熱熔法、激光直寫法或移動掩模法在所述溝槽結構表面制作連續(xù)面形微結構。
全文摘要
本發(fā)明提供一種不等深度微納溝槽結構成形方法，通過以下步驟實現首先在二元微納溝槽陣列結構表面制作特定面形的連續(xù)結構，然后通過各向異性干法刻蝕技術將連續(xù)面形結構與溝槽結構特定區(qū)域同時刻蝕。干法刻蝕傳遞過程中，連續(xù)面形結構將對溝槽結構特定區(qū)域進行調制。最終獲得溝槽深度經連續(xù)調制的微納結構。該方法可成形各種不等深度的亞微米甚至納米級溝槽結構；此類結構可很好的實現表面等離子體波的位相操控。為實用化表面等離子體波結構的制作提供了途徑。
文檔編號B82B3/00GK101022078SQ200710064689
公開日2007年8月22日 申請日期2007年3月23日 優(yōu)先權日2007年3月23日
發(fā)明者董小春, 杜春雷, 羅先剛 申請人:中國科學院光電技術研究所