[发明专利]一种在绝缘衬底上制备纳米结构的方法

摘要

本发明涉及一种在绝缘衬底上制备纳米结构的方法，该方法包括选择与处理绝缘衬底，利用镀膜设备在衬底上沉积厚度合适的铝膜后，旋涂上电子抗蚀胶；根据要求设计所需表面纳米结构的形状及尺寸，在电子束曝光系统中实现设计图形在衬底表面的精确曝光，通过控制碱液温度、碱液浓度、腐蚀处理时间的过程参数，在电子抗蚀剂和铝双层结构中，在曝光线条位置实现合适的undercut结构，最后再利用镀膜设备实现纳米结构材料的沉积，利用溶脱工艺与碱液处理完成纳米结构的制作。该方法在克服绝缘衬底在电子束曝光系统中电荷积聚效应、实现纳米图形曝光同时，所制作的undercut结构能极其有效地辅助后续的溶脱工艺，从而保证表面纳米结构在绝缘衬底材料上有效、完整、精确地实现。

主权项

1.一种在绝缘衬底上制备纳米结构的方法，包括以下步骤：1)衬底的选择与处理；首先选择绝缘基片为衬底，利用镀膜设备在衬底上沉积铝膜，所述蒸镀铝膜的厚度应该大于目标纳米结构的厚度，同时必须小于结构图形中线条最小间距的1/2；2)电子束抗蚀剂的涂覆：将步骤1)铝膜蒸镀完成后的样品涂覆电子抗蚀剂，然后进行前烘；3)纳米结构图形的设计：根据所要制备纳米结构的尺寸及形状，设计曝光图形；图形中线条的宽度在10-500nm之间，线条之间的最小距离不小于铝膜厚度的两倍；4)纳米结构图形的曝光：在步骤2)制好的样品右下角涂上用于电子束聚焦的导电胶颗粒，并按观察时一致方位放入电子束曝光系统，同时必须使铝膜与样品台导通；根据曝光图形尺寸和电子抗蚀剂的类型及厚度，选择适当的电子枪加速电压与光栅尺寸，建立样品坐标系；利用导电胶颗粒调整电子束的聚焦、象散及电子束的高压中心，调节写场，写场间的拼接误差在10纳米以内；用法拉第杯测电子束束流，根据不同电子束抗蚀剂和图形尺寸的选择合适的曝光剂量与扫描步长进行纳米结构图形的曝光；5)将曝光后样品从电子束曝光系统中取出，经显影、定影后，实现了设计的纳米结构图形已经转移到电子束抗蚀剂层；6)碱液处理：把步骤5)制得的样品置入盛有碱性溶液容器中，其碱性溶液温度保持在15℃至65℃，碱性溶液PH值在8.0～14间；根据Al膜厚度÷Al在该溶液中溶解速度计算浸泡时间，使曝光图形下的Al溶解，并使Al膜与电子束抗蚀层形成undercut结构；经碱液处理后的样品再置于去离子水中清洗，达到将碱液残液清洗干净，并用干燥氮气将样品吹干；7)制备绝缘衬底上纳米结构：利用溅射或蒸发镀膜设备在步骤6)制得的样品上，进行沉积金属材料制作纳米结构，所沉积金属材料的种类和厚度根据纳米结构所需确定；8)溶脱及铝膜清除：将完成了纳米结构金属材料沉积后的样品放入装有丙酮的容器内，浸泡8-12分钟，或加以振动样品或采用超声设备进行短时间的超声辅助，使未曝光区域的金属膜随电子束抗蚀剂一起脱落；9)将步骤8)溶脱完成后的样品置入盛有碱性溶液的容器中，浸泡数分钟至到残余的铝完全溶解为止，再将样品置入去离子水中清洗除去残余碱液，最后用干燥氮气吹干，最终实现在绝缘衬底上纳米结构的制作。