[发明专利]一种三维纳米结构制作方法

说明书

本申请公开了一种三维纳米结构制作方法，包括以下步骤：提供基底；在所述基底上设置光刻材料形成与三维纳米结构尺寸对应的薄膜；基于预先输入的三维纳米结构图形使用电子束对所述薄膜中设定的区域进行电子束三维直写曝光得到待显影三维纳米结构；对所述待显影三维纳米结构显影定影得到与所述三维纳米结构图形对应的三维纳米结构。本发明能够实现在优于100nm(甚至≤15nm)的分辨率下在平面或者曲面基底上利用电子束方便、快速直写悬浮、镂空、大深宽比等基于上述光刻材料的复杂三微纳米结构。

技术领域

本发明涉及电子束光刻技术领域，特别涉及一种三维纳米结构制作方法。

背景技术

三维纳米结构在纳米力学、微纳电子/光子/光电器件、微流控芯片、生物医学等技术领域有着巨大的应用需求，这对在高精度下加工复杂三维纳米结构的能力提出了许多新的挑战。

当前三维纳米结构加工方法主要有：面投影微立体光刻技术(Projection MicroStereolithography,PμSL)、激光直写技术(Direct Laser Writing,DLW)、热扫描探针光刻技术(Thermal Scanning Probe Lithography,T-SPL)、电子束诱导沉积(Electron-Beam-Induced Deposition,EBID)和离子束诱导沉积(Ion beam-induced deposition，IBID)技术等。PμSL加工三维纳米结构的特点：材料需具有光敏性，在紫外光的作用下能够发生光聚合反应从而固化；依赖数字动态掩模来产生特定图形；受光学衍射极限的约束，加工分辨率在数百纳米左右。DLW加工三维纳米结构的特点：材料需具有双光子吸收特性，对单光子无响应；受光学衍射极限的影响，加工分辨率仅为百纳米左右。T-SPL加工三维纳米结构的特点：材料需具有热敏感特性，在高温下可分解蒸发；难以加工悬浮、镂空、大深宽比等复杂三维纳米结构。EBID和IBID加工三维纳米结构的特点：材料需有相应的前体，可被汽化或升华；实验装置过于复杂，需要使用精密管路将前体材料准确递送至真空环境中的沉积腔；最终材料纯度欠佳，易被加工过程中的分解产物或高能离子污染；加工效率较慢，多为nm/s量级。

因此，亟需提供一种三维纳米结构制作方法，能够解决当前三维纳米加工方法无法满足在优于100nm(甚至≤15nm)的分辨率下方便、快速直写悬浮、镂空、大深宽比等复杂三微纳米结构的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明公开了一种三维纳米结构制作方法，包括以下步骤：

提供基底；

在所述基底上设置光刻材料形成与三维纳米结构尺寸对应的薄膜；

基于预先输入的三维纳米结构图形使用电子束对所述薄膜中设定的区域进行电子束三维直写曝光得到待显影三维纳米结构；

对所述待显影三维纳米结构显影定影得到与所述三维纳米结构图形对应的三维纳米结构。

进一步地、所述基于预先输入的三维纳米结构图形使用电子束对所述薄膜中设定的区域进行电子束三维直写曝光得到待显影三维纳米结构，包括：

依照所述三维纳米结构图形的加工线宽、结构力学性质、结构高度要求设置不同曝光层的曝光剂量；

通过控制加速电压，结合工作距离，动态调节电子束的曝光焦点，实现在所述薄膜内部进行电子束三维直写曝光得到待显影三维纳米结构。

进一步地、所述在所述基底上设置光刻材料形成与三维纳米结构尺寸对应的薄膜，包括：

在所述基底上设置光刻材料，前烘焙，形成单层薄膜；

重复执行：在所述单层薄膜上设置光刻材料，前烘焙，直至形成所述薄膜。

进一步地、每个单层薄膜的厚度为0.1nm-1000μm。