激光干涉光刻技术的开发与应用研究

【摘要】：激光干涉光刻是一种在材料表面大面积加工亚微米尺度周期性结构的方法,由于其具有成本低廉、不需要掩模板、简单高效等优点,正受到人们极大的重视。材料表面的周期性微纳结构,由于其小尺度和形貌特征,这些结构在微纳光学、微纳电子学、微纳生物学等领域有很多特殊性质,可以广泛的应用在纳米压印模板加工、生物传感以及新型半导体器件加工等方面。 目前国际上激光干涉光刻研究近年来已经取得很大进展,不仅加工出了大面积的小尺度微纳结构,在应用性研究上也得到了许多优秀成果。但激光干涉光刻工艺在成本控制、质量稳定性,以及实用性应用方面仍有很多缺陷。本论文以国际上热门的劳厄干涉光刻结构为基础,搭建了一套激光干涉光刻设备并基于这套设备,进行了以下有一定创新性研究： 一.区别于国外干涉光刻使用的昂贵的光刻胶种类,在未使用抗反射层的前提下,本文首次实现了利用廉价的国产光刻胶加工出质量优异的纳米结构图形,包括光栅、点阵以及线阵结构,并且其尺度范围可以从300nm到3um,其面积可达数平方厘米。对比了了几种不同光刻胶在干涉光刻中的工艺于性能参数,研究了光刻胶上图形向衬底转移工艺,为激光干涉光刻工艺的发展打下坚实基础。 二.以干涉光刻加工出的图形结构为基础,较为系统的研究了这些结构的新型应用。研究了表面该工艺加工的表面纳米针尖状阵列结构的润湿性特点,证明了该结构良好的疏水性,以及其疏水性大小与结构的周期间的关系。同时研究了该工艺加工的纳米针尖状结构在淀积金属层后的表面等离子体共振现象,发现不同周期会对吸收峰的位置有明显的调制现象,证明了这种结构在生物检测领域的重要应用价值。 三.为了干涉光刻工艺得到更加广泛的应用,本文对传统的干涉光刻工艺进行了创新。在使用透明衬底时,使用背向曝光工艺成功的在透明衬底表面加工出高质量的纳米结构图形。研究了通过双层胶结构对于干涉光刻结果的改善,以及光刻图形的浇注转移工艺。为激光干涉光刻在更加广泛的领域内应用打下基础。 本文研究的使用激光干涉光刻大面积制作表面结构的工艺,在微纳光学、微纳流体、微纳传感等领域不仅具有较为重要的科学研究价值,而且具有非常广阔的应用前景。