技术领域
[0001] 本
发明涉及一种等离子体
光刻模板成形方法，具体地说是一种利用湿法
腐蚀工艺制作局域化
表面等离子体光刻模板，并进一步获得表面等离子体微纳结构的方法。
背景技术
[0002] 近年来，随着微纳加工技术和
纳米材料的迅速发展，微纳金属结构的
电磁学性质正受到越来越多的关注。光与表面微纳金属结构的相互作用产生了一系列新的奇异物理现象。例如，1998年法国科学家Ebbesen及其合作者发现通过亚
波长金属孔列阵的光的异常增强现象(Extraordinary Optical Transmission)。H.J.Lezec等人的研究进一步表明：当光透过亚波长金属纳米孔时，其透过率不仅可以得到增强，而且光束的衍射
角度非常小，传输方向不遵循通常
电介质结构中的衍射规律。此外，与表面等离子体金属微纳结构有关新现象还有：光与特殊分布的金属微结构作用后，出现沿左手规则传播的特性，说明材料具有负折射率；光通过特定金属纳米孔结构后，光波出射具有极好的方向性等等。微纳金属结构表面
等离子体波的研究已经形成一个新的领域。基于微纳金属结构的新型表面等离子体技术可以被广泛应用于军事、医疗、国家安全等多个领域。
[0003] 微纳金属结构的成形是表面等离子体实验研究与应用的
基础。实现微纳金属结构的成形对于表面等离子体实验研究及应用具有重要意义。由于表面等离子体微纳金属结构要求线宽为亚微米甚至
纳米级，因此采用常规的微光刻技术已经无法实现。目前，表面等离子体微纳金属结构主要采用
电子束、离子束等直写设备进行加工，但这种方法加工方法不仅需要昂贵的加工设备，而且制作的微纳结构面积很难突破200微米。其次采用自组装技术也可以制作纳米级的结构，而且结构面积也可以做大，但自组装技术只能制作点阵列，很难用于制作线阵列、环阵列以及其它非阵列的微纳结构。这给需要大面积、细线宽、任意结构的表面等离子体的实验研究以及初步应用带来了很大的问题。
发明内容
[0004] 本发明要解决的技术问题是解决
现有技术的不足，提供一种可实现大面积、任意线条图形结构、细线宽表面制作表面等离子体微纳结构的方法。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
[0006] 选择腐蚀材料作为基底；
[0008] 在所述掩蔽膜层材料表面涂上
光刻胶，并根据目标结构中的线条分布情况，采用光刻工艺使所述光刻胶和掩蔽膜层图形化；
[0009] 将带有图形化的掩蔽膜层以及光刻胶层的基底放置在湿法腐蚀液中进行腐蚀；
[0010] 基底材料与掩蔽膜层无连接时，停止腐蚀，去掉基底材料表面的掩蔽膜层和光刻胶层，获得带有纳米级线条的基底模板；
[0011] 利用所述基底模板制得表面等离子体微纳结构。
[0013] 所述掩蔽膜层为金属层。
[0014] 通过蒸镀的方法在所述基底材料表面镀上掩蔽膜层。
[0015] 通过
旋涂的方法在所述掩蔽膜层材料表面涂上光刻胶。
[0016] 所述利用所述基底模板制得表面等离子体微纳结构的方法为：以所述带有纳米级线条的基底为模板进行模压复制，得到纳米级的线条分布。
[0017] 所述利用所述基底模板制得表面等离子体微纳结构的方法为：将所述基底模板表面涂布吸光材料，仅使基底模板的微结构尖端透光，在另一
块基底材料表面镀有金属材料，金属层表面涂敷光刻胶，以基底模板为掩模板在光刻胶表面进行曝光；曝光、显影完成后，去除暴露的金属，清洗掉光刻胶，得到与基底模板的微结构尖端尺寸相当金属线条结构。
[0018] 本发明与现有技术相比具有以下优点：
[0019] 1.采用湿法实现微纳结构加工，因此不需要昂贵的电子束以及聚焦离子束直写设备即可制作出亚微米甚至纳米级的线条结构，微纳结构的面积可以达到几百毫米。
[0020] 2.成形的微纳结构图形可以是环形、直线形以及任意曲线，图形可以是阵列排布、也可以是不规则排布；微纳结构可以是金属结构，也可以非金属结构。
[0021] 3.除了具有制作高
自由度微结构图形的能
力之外，将湿法制作的微纳结构模板与复制工艺或光刻工艺结合，可极大降低微结构的制作成本。
[0022] 4.可用于成形各种功能的表面等离子体微纳金属结构，为表面等离子体实验研究与应用提供了途径。
附图说明
[0023] 下面结合附图和
实施例对本发明进一步说明。
[0024] 图1是实施例一中要制作的环形表面等离子体微纳金属结构俯视图。最大圆环口径2000微米，最小线宽10纳米。
[0025] 图2是实施例一中要制作的环形表面等离子体微纳金属结构剖面图。
[0026] 图3为蒸镀有100纳米铬层的K9玻璃基底。
[0027] 图4为经过曝光、显影后，以及去铬液腐蚀后得到图形化的光刻胶线条结构和金属铬线条结构。
[0028] 图5为带有光刻胶线条以及金属铬线条的K9玻璃基底在湿法腐蚀过程中的某个中间状态。
[0029] 图6为K9玻璃基底与金属铬层不再连接，停止湿法腐蚀后得到的K9玻璃材质的微纳结构。
[0030] 图7为采用湿法制作的K9玻璃模板进行复制过程。
[0031] 图8为采用K9玻璃湿法腐蚀模板进行模压复制后得到的带有微纳环形线条的结构。
[0032] 图9是实施例二中要制作的直线形表面等离子体微纳金属结构俯视图。最小线宽10纳米。
[0033] 图10是实施例二中要制作的直线形表面等离子体微纳金属结构剖面图。
[0034] 图11为停止湿法腐蚀后得到的K9玻璃材质的微纳结构。
[0035] 图12为在微结构表面涂布阻光材料后的微结构，微结构仅在尖端透光。3代表K9玻璃材质结构。
[0036] 图13为采用涂布有阻光材料的微纳结构作为掩
模版进行曝光，图中1代表目标结构基底材料。
[0037] 图14为经过曝光显影并采用去铬液去除暴露的金属铬后得到的纳米级金属狭缝结构。
具体实施方式
[0038] 实施例一是通过本发明的方法制作如图1和图2所示的口径φ＝2000μm，线条宽度h＝10nm的表面等离子体环形金属结构，图中1代表基底材料。2代表线条结构材料，实施例一中的线条结构材料为模压复制材料。其制作过程如下：
[0039] 1)首先选择K9玻璃1作为基底材料；K9玻璃的腐蚀速率较快，且材料价格低廉，根据需要也可以选择其他腐蚀材料作基底，例如石英、硅、锗或其他类型的玻璃；
[0040] 2)在K9玻璃基底材料1表面蒸镀一层100nm的掩蔽膜层金属铬Cr，剖面如附图3所示，图中3代表K9玻璃，4代表金属铬层；
[0041] 3)在金属膜层材料表面旋涂光刻胶S1830，厚度1微米，并对光刻胶进行曝光，在相应
位置得到光刻胶线条，然后采用去铬液去除暴露出的金属铬，使光刻胶和金属膜层图形化，剖面如附图4所示，图中5代表光刻胶层；
[0042] 4)将带有图形化的金属膜层以及光刻胶层的基底放置在HF腐蚀液中进行腐蚀。腐蚀中间状态如附图5所示；
[0043] 5)腐蚀过程中，金属膜层下面的K9玻璃材料不断被侧向腐蚀掉，被金属掩盖的K9玻璃材料不断变细，当K9玻璃材料与掩蔽层金属无连接时，停止腐蚀，去掉表面的金属层和光刻胶层，即可获得几十纳米甚至几纳米的线条宽度，剖面如附图6所示；
[0044] 6)以带有纳米级线条的基底为模板进行模压复制，即可得到纳米级的线条分布，模压过程见附图7所示，模压结果剖面如附图8所示，图中1代表目标结构基底材料，2代表目标结构线条材料，3为K9玻璃湿法腐蚀模板。
[0045] 本发明实施例二是制作一个如图9和图10所示的线宽50纳米的光刻胶直线线条阵列，图中图中1代表基底材料。2代表线条结构金属材料铬。过程如下：
[0046] 1)选择K9玻璃作为模板材料；
[0047] 2)在K9玻璃基底材料表面蒸镀一层100nm掩蔽膜层金属铬Cr；
[0048] 3)在金属膜层材料表面旋涂光刻胶S1830，厚度1微米，对光刻胶进行曝光，在相应位置得到光刻胶线条，然后采用去铬液去除暴露出的金属铬，使光刻胶和金属膜层图形化；
[0049] 4)将带有图形化的金属膜层以及光刻胶层的基底放置在HF腐蚀液中进行腐蚀；
[0050] 5)腐蚀过程中，金属膜层下面的基底材料不断被侧向腐蚀掉，被金属掩盖的基底材料不断变细，当基底材料与掩蔽层金属无连接时停止腐蚀，去掉表面的金属层和光刻胶层，即可获得几十纳米甚至几纳米的线条宽度，剖面如附图11所示，图中3代表K9玻璃材质结构；
[0051] 6)将微图形表面大部分区域涂布吸光材料，仅使微结构尖端透光，剖面如附图12所示，图中6代表涂布于微结构表面的阻光材料；
[0052] 7)在另一块基底材料表面镀有金属材料铬，并在铬层表面涂敷20纳米光刻胶，最后以微结构为掩模板在抗蚀剂表面进行曝光，曝光过程如图13所示，图中2代表金属铬层，3代表K9玻璃材质微纳结构，6代表涂布于微纳结构表面的阻光材料，7代表涂布于金属铬层表面的光刻胶层；
[0053] 8)曝光、显影完成后，采用去铬液去除暴露的金属铬。最后清洗掉光刻胶，即可得到与微结构尖端尺寸相当的金属线条结构，剖面如附图14所示，图中1代表目标结构基底材料，2代表金属铬层。
