專利名稱：利用微納光纖進行直寫光刻的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微納加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用微納光纖進行直寫光刻 的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在科技的發(fā)展對微米級別尤其是亞微米級別的加工技術(shù)有迫切的需要，
比如集成電路的制造、微納光子學(xué)器件的制造、高密度存儲設(shè)備的制造、MEMS 器件的制造。
目前的幾種微納加工技術(shù)有各自的優(yōu)勢，但是也都不可避免的存在不足之 處。目前集成電路所用的光刻工藝雖然能加工出幾十納米的特征尺寸，但是它 主要是靠不斷的減小曝光光源的波長來提高分辨率，這對光源以及整個光學(xué)系 統(tǒng)提出了極高的要求，這種技術(shù)需要極大的資金投入，所以主要掌握在少數(shù)的 國際大公司手里。激光直寫是一種簡單靈活的加工方法，但是主要受衍射極限 的限制，分辨率很難達到1微米以下。電子束直寫雖然分辨率高但是需要購買 昂貴的電子束曝光設(shè)備，電子束曝光的步驟相對比較繁瑣，另外它的曝光范圍 也被限制在一個很小的區(qū)域內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對激光直寫方法分辨率低的不足，提供一種微納光纖直 寫光刻的方法，該方法能實現(xiàn)特征線寬小于500納米的圖形的制作。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的 一種利用微納光纖進行直寫 光刻的方法，微納光纖直寫光刻的裝置包括He-Ge激光器、電子快門、光纖耦 合裝置、藍光單模光纖、微納光纖固定裝置、基片、六維電控工作臺、第一顯 微鏡、第二顯微鏡和計算機；該方法包括以下步驟
(1) 用藍光單模光纖制備微納光纖；
(2) 在基片上涂敷一層光刻膠；(3) 將涂敷了一層光刻膠的基片固定在六維電控工作臺上，通過雙顯微鏡觀察 法使微納光纖與基片對準(zhǔn)；
(4) 給藍光單模光纖通光，控制放置基片的六維電控工作臺移動，使微納光纖 在基片上曝光出所需要的圖形；
(5) 顯影、定影、后烘。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明利用微納光纖進行直寫光刻的方法可以獲得 突破衍射極限的加工分辨率，彌補了傳統(tǒng)激光直寫的一大缺憾。另外它還具有 方法簡單，成本低廉的優(yōu)勢，即便在小規(guī)模的科研院所和公司企業(yè)也可以普及
推廣。此方法可以制作的對象也是多種多樣的，例如微納結(jié)構(gòu)的光學(xué)器件，集 成電路，高密度存儲設(shè)備等等，這些都是當(dāng)今高產(chǎn)值的產(chǎn)業(yè)。此方法采用直接 寫入的方式，可以靈活加工所設(shè)計的圖形，無需制作掩模板，簡化了工藝，降 低了成本，縮短了器件制作周期，此外它也可以作為一種掩模板的制作方法， 利于己定型產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)。


圖1是微納光纖直寫光刻裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是微納光纖熔融拉伸的步驟過程示意圖； 圖3是微納光纖濕法刻蝕的步驟過程示意圖； 圖4是微納光纖與基片對準(zhǔn)裝置的原理圖。
具體實施例方式
下面根據(jù)附圖詳細說明本發(fā)明，本發(fā)明的目的和效果將變得更加明顯。 微納光纖是近幾年出現(xiàn)的一個新興的技術(shù)領(lǐng)域，受到了廣泛的關(guān)注。微納 光纖的特點是對光極強的約束能力、低的光傳輸損耗、高比例的倏逝場分量、 顯著的場增強作用、大的波導(dǎo)色散等。這些特點使得微納光纖有很大應(yīng)用空間， 比如說可以直接把它制作成各種微納光子學(xué)器件。微納光纖應(yīng)用在微納加工技 術(shù)領(lǐng)域無疑也具有很大優(yōu)勢，比如它對光極強的約束能力可以把傳輸光束的直 徑限制得比激光直寫的聚焦光斑還要小，他有很高比例的倏逝場分量，可以把 較高的能量耦合到光刻膠層。另外，微納光纖的制備也是非常方便的。所以本 發(fā)明利用微納光纖進行直寫光刻的方法具有很強的普適性。
如圖1所示，微納光纖直寫光刻的裝置包括He-Ge激光器1、電子快門2、
4光纖耦合裝置3、藍光單模光纖4、微納光纖固定裝置5、基片6、六維電控工 作臺7、第一顯微鏡8、第二顯微鏡9和計算機10。其中，He-Ge激光器l作為 曝光光源給系統(tǒng)提供波長442納米的激光；電子快門2控制激光束的通斷；光 纖耦合裝置3由一個20倍顯微物鏡和一個五維調(diào)節(jié)架組成，將激光束聚焦耦合 到藍光單模光纖4中；藍光單模光纖4的一端通過本發(fā)明方法的步驟(1)制備 成光刻用微納光纖4;微納光纖4固定裝置5固定微納光纖，它是一種磁性夾具; 基片6按照本發(fā)明方法的步驟(2)涂好光刻膠；六維電控工作臺7用來放置基 片6并控制基片6運動使得微納光纖在基片6上寫出圖形；第一顯微鏡8和第 二顯微鏡9的光軸垂直固定，組成微納光纖和基片6的對準(zhǔn)裝置，它們從側(cè)面 傾斜對準(zhǔn)基片6，并且自帶CCD，可將獲取的圖像傳給計算機10;計算機10控 制電子快門2的開合和六維電控工作臺7的運動。光束的通斷和基片6的運動 二者相配合就可以使微納光纖4在基片6的光刻膠層上曝光出預(yù)先設(shè)計的圖案。 具體地，本發(fā)明利用微納光纖進行直寫光刻的方法，包括以下步驟
1. 將藍光單模光纖4的一端制備形成微納光纖 所述光刻用微納光纖4的制備包括熱熔拉伸和濕法刻蝕兩個步驟。
如圖2所示為光刻用微納光纖的制備方法的第一個步驟——熱熔拉伸。首 先將藍光單模光纖4 一端剝?nèi)ケＷo層，然后用酒精清潔干凈，將其置于酒精燈 火焰的外焰加熱，在其熔化的過程中，手工拉伸光纖兩端，此時施力應(yīng)是由慢 轉(zhuǎn)快，直至拉斷，保證拉出的錐不能太長，但要盡量尖銳。
如圖3所示為光刻用微納光纖的制備方法的第二個步驟——濕法刻蝕。首 先由氫氟酸，氟化氨和去離子水配制氫氟酸溶液，其中，氫氟酸，氟化氨和去 離子水的質(zhì)量配比為3: 6: 9。將配制好的氫氟酸溶液滴在塑料基片11上，因 為有表面張力，所以塑料基片11上會形成一個穩(wěn)定的氫氟酸液滴12。將這一塑 料基片11放置在顯微鏡物鏡13下，然后將第一步拉伸好的光纖4從側(cè)面緩慢 插入氫氟酸液滴12。對顯微鏡調(diào)焦，觀察到清晰的液滴中的光纖4，觀察其刻 蝕過程，待光纖被刻蝕到直徑為400 600納米時取出，并用去離子水洗凈，藍 光單模光纖的這一端就已經(jīng)制備成微納光纖，可將其固定在直寫裝置上。
2. 在基片上涂敷一層光刻膠
基片6為平整潔凈粗糙度極小的基片如Si02、 Si3N4、 A1203、 MgO、 CaO、 Si、 Ge、 GaAs、 GaN、 GaP、 GaSb、 AlAs、 InAs、 InP、 InSb、 SiC、 ZnO、 ZnS、 CdS、 CdTe、金剛石。光刻膠層為高度稀釋的普通正性光刻膠，光刻膠旋涂的轉(zhuǎn)速在 2500轉(zhuǎn)/分鐘以上，最后所得到的膠層厚度控制在為100 500納米，遠薄于傳 統(tǒng)光刻工藝的膠層。之所以使用薄膠層進行微納光纖直寫光刻，是因為微納光纖4的倏逝場在耦合到光刻膠后的穿透能力有限，太厚的膠會導(dǎo)致線條邊沿的 質(zhì)量下降。
3. 將基片固定在直寫裝置的六維電控工作臺上，用雙顯微鏡觀察法來使微 納光纖與基片對準(zhǔn)
圖4是微納光纖與基片對準(zhǔn)裝置的原理圖。光刻用的微納光纖4由固定裝 置5固定在待曝光的基片。固定兩個監(jiān)控顯微鏡8和9時要使他們的光軸相互 垂直，并且顯微物鏡傾斜對準(zhǔn)工作臺表面，兩個監(jiān)控顯微鏡8和9獲取的圖像 被顯微鏡中的CCD (圖中未示出)接收，并在計算機10顯示。微納光纖4頭部 的一段是與基片光刻膠相接觸的，所以我們需要確定這一段光纖在基片上擺放 的朝向。測量兩組顯微鏡圖像中接觸段微納光纖4的長度，按照坐標(biāo)軸投影原 理就可計算出微納光纖4在基片上擺放的角度。
4. 給光纖通光，控制放置基片的電控工作臺移動，使微納光纖在基片上曝 光出所需要的圖形；
5. 顯影、定影、后烘。
所述顯影的時間應(yīng)該控制在大約半分鐘，因為光刻膠層是非常薄的。顯影 后立即將基片放入去離子水中沖洗，完成定影。最后將基片放入120攝氏度烘 箱，后烘20分鐘。
權(quán)利要求
1. 一種利用微納光纖進行直寫光刻的方法，微納光纖直寫光刻的裝置包括He-Ge激光器、電子快門、光纖耦合裝置、藍光單模光纖、微納光纖固定裝置、基片、六維電控工作臺、第一顯微鏡、第二顯微鏡和計算機。其特征在于，包括以下步驟(1)將藍光單模光纖的一端制備形成微納光纖。(2)在基片上涂敷一層光刻膠。(3)將涂敷了一層光刻膠的基片固定在六維電控工作臺上，通過雙顯微鏡觀察法使微納光纖與基片對準(zhǔn)。(4)給藍光單模光纖通光，控制放置基片的六維電控工作臺移動，使微納光纖在基片上曝光出所需要的圖形；(5)顯影、定影、后烘。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用微納光纖進行直寫光刻的方法，其特征在于，所 述步驟(1)包括熱熔拉伸和濕法刻蝕兩個步驟。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用微納光纖進行直寫光刻的方法，其特征在于，所 述熱熔拉伸具體為將藍光單模光纖一端剝?nèi)ケＷo層，然后用酒精清潔干凈， 將其置于酒精燈火焰的外焰加熱，在其熔化的過程中，手工拉伸光纖兩端直至 拉斷。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用微納光纖進行直寫光刻的方法，其特征在于，所 述濕法刻蝕具體為取氫氟酸，氟化氨和去離子水，按照質(zhì)量配比氫氟酸氟 化氨去離子水=3: 6: 9配制氫氟酸溶液，將配制好的氫氟酸溶液滴在塑料基 片上形成氫氟酸液滴；將塑料基片放置在顯微鏡物鏡下，將經(jīng)過熱熔拉伸的藍光單模光纖從側(cè)面緩慢插入氫氟酸液滴中刻蝕。通過顯微鏡觀察刻蝕過程，待藍光單模光纖被刻蝕到直徑為400 600納米時取出，用去離子水洗凈，得到微 納光纖。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用微納光纖進行直寫光刻的方法，其特征在于，所 述步驟(2)中，所述光刻膠的厚度為100 500納米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微納光纖直寫光刻的方法，該方法首先用藍光單模光纖制備微納光纖；然后在基片上涂敷一層光刻膠并將此基片固定在六維電控工作臺上，通過雙顯微鏡觀察法使微納光纖與基片對準(zhǔn)后；給藍光單模光纖通光，控制放置基片的六維電控工作臺移動，使微納光纖在基片上曝光出所需要的圖形，顯影、定影、后烘。本發(fā)明利用微納光纖進行直寫光刻的方法可以獲得突破衍射極限的加工分辨率，彌補了傳統(tǒng)激光直寫的一大缺憾；方法簡單，成本低廉，便于普及推廣。
文檔編號G03F7/20GK101424880SQ20081016313
公開日2009年5月6日 申請日期2008年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月18日
發(fā)明者徐建峰, 楊國光, 梁宜勇, 豐 田, 劍 白 申請人:浙江大學(xué)