[发明专利]提高激光热刻蚀图形分辨率的薄膜结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光热刻蚀，具体涉及一种提高激光热刻蚀图形分辨率的薄膜结构及其制备方法。

背景技术

激光热刻蚀技术是2002年由日本的M. Kuwahara等人提出（参考文献：[1] M. Kuwahara, J. M. Li, C. Mihalcea, N. Atoda, J. Tominaga, L. P. Shi, Jpn. J. Appl. Phys. 2002; 41, L1022-L1024.），该技术主要利用激光热刻蚀材料的热变化阈值效应制备高分辨微纳光刻图形。首先利用高斯激光束直接辐照激光热刻蚀薄膜，热刻蚀薄膜吸收光子后产生热效应引起热刻蚀薄膜的物理或化学性质发生变化，最终实现在显影液中选择性显影。该技术具有光刻装置成本低，控制容易，刻蚀工艺简单、制造成本低等优势。目前主要用于以下几个方面：制造高密度光盘母盘；制造微纳光刻图形或纳米压印的模板；制造微纳光学、光子学器件；制备LED器件或太阳能薄膜表面阵列结构增强其发光效率或光电转换效率。（参考文献：[2] K. Yusu, R. Yamamoto, M. Matsumaru, N. Nakamura, S. Katsuda, Jpn. J. Appl. Phys. 2009; 48, o3A068. [3]T. Mori, Jpn. J. Appl. Phys. 2009; 48, 010221. [4] T. Shinagawa, Y. Abe, H. Matsumoto, B. C. Li, K. Murakami, N. Okada, K. Tadatomo, M. Kannaka, H. Fujii, Phys. Status Solidi C 2010, 7, 2165-2167）随着信息技术的不断发展，也越来越要求制备出具有较高分辨率的微纳图形结构。为了满足激光热刻蚀技术在实际应用中的需求，在利用激光热刻蚀材料本身的热变化阈值效应制备微纳图形结构的基础上，如何进一步提高激光热刻蚀图形的分辨率的一个很重要的问题。一般的方法是通过缩小激光作用波长和增大物镜数值孔径来提高制备得到的微纳结构的分辨率。但是随着激光波长的缩短和数值孔径的增大，分辨率提高的也十分有限，并且相匹配的光刻系统的制造成本及技术难度也相应增加，使其在实际应用中受到限制。

发明内容

本发明的目的在于提出一种可以提高激光热刻蚀图形分辨率的薄膜结构及其制备方法，该薄膜结构具有膜层结构简单，制备工艺参数可控性好，重复性高，基片要求低等优点。可以有效提高激光热刻蚀图形的分辨率。

本发明技术解决方案如下：

一种提高激光热刻蚀图形分辨率的薄膜结构，该薄膜结构包括沉积在玻璃基片上的热传导薄膜和激光热刻蚀薄膜，所述的激光热刻蚀薄膜由厚度50~200nm的相变型激光热刻蚀薄膜构成，所述的热传导薄膜由厚度为100~500nm的热导率高于148 W/mK的金属或半导体单质构成，所述的基片为厚度0.5~5mm的玻璃片。

所述的提高激光热刻蚀图形分辨率的薄膜结构的制备方法，包括下列步骤：

①将所述的玻璃基片先后经去离子水浸泡超声清洗和无水乙醇超声清洗两次，每次10分钟，用纯度99.9%的高压氮气吹干，置于干燥器中备用；

②将所述的玻璃基片固定在磁控溅射仪的基片托上，然后把基片托夹持在磁控溅射仪真空腔里的基片座上，然后关闭真空腔盖开始抽真空，当溅射腔内的本底真空度优于3×10^-4Pa时，通氩气，通过气体流量计控制氩气的通入量为80sccm，同时调节磁控溅射仪闸板阀使工作气压维持在0.75-0.85Pa；

③采用直流溅射法在所述的玻璃基片上制备所述的热传导薄膜层；

④采用射频溅射法在所述的热传导薄膜层上制备热刻蚀薄膜层。

本发明利用在激光热刻蚀薄膜的下层添加一热传导层来改变激光热刻蚀薄膜内部的温度场分布，从而可以有效提高激光热刻蚀的分辨率。其原理是：对于单层的激光热刻蚀膜层，当激光作用热刻蚀薄膜之后，膜层内的热量主要沿横向扩散；当在激光热刻蚀膜层下插入热导率高的热传导层后，由于热传导材料的热导率大于激光热刻蚀薄膜，使得原本在热刻蚀膜层内主要沿横向扩散的热量转变为主要沿纵向传导并扩散，即有效减小了热刻蚀膜层内的横向热量扩散，也即是减小了激光热刻蚀材料在激光作用后的有效热变化阈值的尺寸，从而可以提高激光热刻蚀的分辨率。

本发明的技术效果：

本发明利用热传导率高的热传导层改变激光法热刻蚀薄膜内部的热量扩散方向，而有效提高激光热刻蚀图形的分辨率。

附图说明