非传统衬底上基于转移硬掩膜的纳米加工方法

非传统衬底主要是指那些与传统的纳米尺度制备工艺很难兼容的衬底，如衬底的尺寸太小或形状特殊（光纤表面、原子力针尖曲面、半导体激光器上的微小区域等）、能量束辐照容易受损、导电性能较差或与湿法工艺不兼容等。对于这些衬底如何实现纳米尺度图形的制备呢？

最近，麻省理工学院电子工程与计算机科学系的Li 等发展了一种转移硬掩膜方法，在非传统衬底上实现了纳米尺度图形的制备，其过程不涉及到能量束辐照、湿法工艺与光刻胶，所加工的样品亦不受衬底尺寸、大小及导电性等的限制。此外，在传统制备工艺（硬掩膜图形）的基础上，利用原子层沉积（ALD）可以进一步缩小掩模图形的尺寸，有利于突破传统工艺的加工极限。这一方法的工艺步骤（如图1所示）包括首先利用常规的纳米加工方法在单晶硅无框模上制备纳米尺度图形做为接触硬掩膜，然后利用W针尖借助于PDMS黏附作用将制备的硅硬掩膜提取并转移放置到目标衬底上，接着利用反应离子刻蚀、剥离或离子注入等方式实现掩模图形的转移，最后进行硬掩膜移除（硬掩膜可以重复使用多次）。这一方法的难点在于硅硬掩膜的转移和放置，本文中作者采用了两种方式解决该问题，实现了100%转移成功率及极高的空间精度，位置精度达到1 µm，角度精度优于1.5°。采用此技术，作者在厚度为亚微米，面积为百微米的金刚石薄膜上制备了如图2所示光子晶体结构，在光纤端面上制备了如图3所示金纳米点阵结构。这一研究为进一步深入开展自由形貌表面多材料体系上微纳米结构的加工提供了新的方法。相关成果发表在近期Scientific Reports | 5 : 7802 | DOI: 10.1038/srep07802 1上。

图1：硅纳米硬掩膜图形的制备及其转移方法。

图2：百微米金刚石薄膜上光子晶体结构的接触掩膜刻蚀加工：（a）工艺过程；(b)百微米金刚石膜上Si图形掩膜放置后的光学照片； (c)金刚石光子晶体结构的SEM照片。

图3：光纤表面制备金点阵结构的SEM照片。