[发明专利]通过选择性模板移除来进行微米和纳米制造的方法

说明书

公开了一种移除薄膜材料的、否则会均匀地沉积在一模板上的选定部分的方法。该方法依赖于一适当的灌封材料来封装并移除沉积在所述模板顶点上的材料。该方法可在单个处理步骤中产生一个和/或两个器件：(i)具有由模板顶点形状限定的微米孔和/或纳米孔的薄膜材料，以及(ii)通过模板顶点的设计而成形和定位在灌封材料中的微米和/或纳米颗粒。用这种方法制成的器件可以应用于机械、化学、电气和光学器件的制造中。

技术领域

本发明总体上涉及微米和纳米结构的制造方法。更具体地，本发明涉及通过选择性地移除沉积在微米或纳米结构模板上的薄膜材料来制造微米结构和纳米结构的方法。

背景技术

在常规的微米和纳米制造中，存在多种情况，其中可能需要制造特定式样的薄膜材料。例子可以包括在电子芯片上生产微米或纳米结构的带式样的薄膜电触点；等离子体装置中的微米或纳米结构式样的穿孔金属膜；用于光伏电池、等离子设备、超材料设备、光学过滤器、生物传感器、气体检测器、光学偏振器、显示器、文件安全特征等的微米或纳米结构的带纹理的电极。

在常规的微米和纳米加工中，还存在多种情况，其中可能需要进行精确成形的微米或纳米颗粒的特定空间设置。例子可包括可用于上述那些应用中的微米或纳米颗粒和结构的生产。

常规已知的方法依赖于已有的微米或纳米制造工艺，该工艺可提供微米或纳米结构的制造，如在在先列出的应用中所使用。通常，这种常规工艺常常用于在共享的大晶片(例如硅晶片)上制造许多单独的和分开的小器件。生产微米或纳米结构晶圆的总制造成本将在同一晶圆上制造的许多独立器件之间分配；因此，每个器件的常规制造成本通常由包含多个常规小型器件的晶片的单位面积成本来定义。

但是，在某些情况下，最终的基于微米或纳米结构的器件的面积需要很大(例如1cm²)。对于许多潜在的应用，使用常规的已知的晶片级的微米或纳米制造方法通常将使这种大面积器件昂贵或不可行。例如，等离子体彩色过滤器可包括30nm的金属膜，该金属膜上穿孔有100nm直径的孔，这些孔周期性地排列在200nm间距或周期的晶格中。例如，对于照明或摄影应用，基于等离激元的彩色过滤器的理想尺寸应在约25cm²的范围内，过滤效率应较高，且此类应用的所需价格应较低(每片过滤器1美元或更少)。如果过滤器是一次性的，则应合理地生产大量(数百万或数十亿)的此类设备。使用常规已知的制造工艺不可能实现这样的相对较大的面积和相对便宜的单位设备价格，其中这种纳米结构的过滤器设备的成本通常比这种应用所期望的价格高一个或多个数量级。

在一种常规方法中，光学光刻技术可以用于在薄膜材料中制造微米或纳米结构。该工艺通常包括：(i)光刻胶涂覆、曝光和显影步骤，(ii)薄膜材料涂覆步骤，以及(iii)转移光刻胶图案到所述薄膜的步骤(例如湿法蚀刻、干法蚀刻和剥离)。在光学光刻中，可以使用一个单个的通常昂贵的光学掩模对许多晶片进行构图；由于对最终器件进行构图需要很多步骤，最终晶片的每单位面积成本可能仍保持明显高于所希望的成本，因此掩模的成本可以在许多最终构图的晶片之间分配。而且，光学光刻通常覆盖最小特征尺寸的范围，该最小特征尺寸的范围大于上面列出的那些应用通常可能需要的尺寸。特别令人关注的是，对于精密纳米结构的制造，光学光刻通常可能会提供较差的结果。存在多种常规的直接(即，无掩模)制造方法，其可以用于以微米或纳米尺寸直接图案化最终晶片。

在一种常规的无掩模方法中，聚焦离子束(FIB)可用于由沉积在平面基材上的薄膜材料制成微米或纳米结构。FIB可用于铣削薄膜中甚至小于15nm的特征。但是，这种方法的缺点是产量非常低，这通常将实际装置面积限制到不希望的小尺寸(例如＜1cm²)。