CN102289015A - 一种制作大高宽比x射线衍射光栅的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，包括：将硅片制作成掩模；在该掩模正面中心部分形成由多个光刻胶线条构成的第一光刻胶图形；在该第一光刻胶图形的光刻胶线条之间形成金层，并用丙酮去除光刻胶线条，形成第一掩模板；将硅片制作成基底；在该基底上旋涂一层光刻胶，将该第一掩模板倒扣于该基底上，使用X射线进行曝光，在该基底表面中心部分形成由多个光刻胶线条构成的第二光刻胶图形；在该第二光刻胶图形的光刻胶线条之间形成金层，形成第一基底；将该第一基底正面中心部分的金层制作成镂空无支撑的图形结构；在该第一基底的正面蒸发金，增加该镂空无支撑的图形结构中光栅线条的厚度，完成器件的制作。
Description
技术领域
本发明涉及纳米尺度元件制作技术领域，尤其涉及一种制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，该大高宽比X射线衍射光栅的高宽比的比值范围为[10，20]。
背景技术
众所周知，随着纳米加工领域的不断发展，所需要的元件越来越精密，并且高宽比要求越来越大。而使用普通的制作工艺，很难制作出高宽比范围为[10，20]的大高宽比的X射线衍射光栅，其原因在于表面张力的影响使得细线条的光刻胶极易倒塌，大的高宽比的光刻胶，很容易粘黏到一块，从而限制了其工艺的进一步发展。
如何避免此问题，制作出高宽比范围为[10，20]的大高宽比的光栅就成为了此事迫切需要解决的问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对大高宽比的光刻胶容易产生倒塌，粘黏的问题，本发明的主要目的在于提供一种制作大高宽比X射线衍射光栅的方法。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，该方法包括：将硅片制作成掩模A；在该掩模A正面中心部分形成由多个光刻胶线条构成的第一光刻胶图形；在该第一光刻胶图形的光刻胶线条之间形成金层，并用丙酮去除光刻胶线条，形成第一掩模板；将硅片制作成基底B；在该基底B上旋涂一层光刻胶，烘干，将该第一掩模板倒扣于该基底B上，使用X射线进行曝光，移除该第一掩模板，显影，在该基底B表面中心部分形成由多个光刻胶线条构成的第二光刻胶图形；在该第二光刻胶图形的光刻胶线条之间形成金层，并用丙酮去除光刻胶线条，形成第一基底；将该第一基底正面中心部分的金层制作成镂空无支撑的图形结构；在该第一基底的正面蒸发金，增加该镂空无支撑的图形结构中光栅线条的厚度，满足光栅线条高宽比要求，完成器件的制作。
上述方案中，所述大高宽比X射线衍射光栅，其高宽比的比值范围为[10，20]。
上述方案中，所述将硅片制作成掩模A包括：在硅片正面旋涂一层厚度为1μm的聚酰亚胺，湿法腐蚀硅片背面的硅，然后在硅片正面的聚酰亚胺上蒸发一层Cr/Au合金电镀种子层，其中Cr的厚度为5nm，Au的厚度为10nm，形成掩模A。
上述方案中，所述在该掩模A正面中心部分形成由多个光刻胶线条构成的第一光刻胶图形包括：在掩模A的正面旋涂一层电子束光刻胶ZEP-520，厚度为500nm，利用电子束对掩模A中心部分的电子束光刻胶ZEP-520进行光刻，并显影，在掩模A中心部分形成由多个光刻胶线条构成的第一光刻胶图形，其中光刻胶线条宽度为150nm。
上述方案中，所述在该第一光刻胶图形的光刻胶线条之间形成金层，并用丙酮去除光刻胶线条，形成第一掩模板，包括：刻蚀掩模A正面第一光刻胶图形所在区域的残胶，并在掩模A边缘刻蚀光刻胶露出Cr/Au合金电镀种子层，形成电极，然后将掩模A的第一光刻胶图形所在区域置于电镀溶液中进行电镀，在第一光刻胶图形的光刻胶线条之间形成金层，直至金层与光刻胶线条的厚度齐平，用丙酮去除光刻胶线条，形成第一掩模板。
上述方案中，所述将硅片制作成基底B，包括：在硅片正面旋涂一层厚度为1μm的聚酰亚胺，然后在聚酰亚胺上蒸发一层Cr/Au合金电镀种子层，其中Cr的厚度为5nm，Au的厚度为10nm，形成基底B。
上述方案中，所述在该基底B上旋涂一层光刻胶，是在该基底B上旋涂一层厚度为700nm的光刻胶PMMA。
上述方案中，所述在该第二光刻胶图形的光刻胶线条之间形成金层，并用丙酮去除光刻胶线条，形成第一基底，包括：刻蚀基底B表面第二光刻胶图形所在区域的残胶，并刻蚀基底B边缘的光刻胶露出Cr/Au合金电镀种子层，形成电极，然后将基底B第二光刻胶图形所在区域置于电镀溶液中进行电镀，在第二光刻胶图形的光刻胶线条之间形成金层，直至金层与光刻胶线条的厚度齐平，用丙酮去除光刻胶线条，形成第一基底。
上述方案中，所述将该第一基底正面中心部分的金层制作成镂空无支撑的图形结构，包括：湿法腐蚀该第一基底背面的硅，刻蚀该第一基底正面的Cr/Au合金电镀种子层，并在该第一基底的背面采用氧气刻蚀金层下方的聚酰亚胺，使得该第一基底正面中心部分的金层成为镂空无支撑的图形结构。
上述方案中，所述在该第一基底的正面蒸发金，增加该镂空无支撑的图形结构中光栅线条的厚度，满足光栅线条高宽比要求，包括：在该第一基底的正面电子束蒸发一层金，使得该镂空无支撑的图形结构中光栅线条的金厚度增加到3μm，光栅线条高宽比达到20∶1，满足光栅线条高宽比要求。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，能制造出高宽比为20：1的大高宽比的X射线衍射光栅。
2、本发明提供的制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，制作工艺简单，成本低廉，能大批量制作。
3、本发明提供的制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，避免了二次匀胶，二次电子束直写的复杂，避免了对准不精确问题，能更好的形成精确的大高宽比光栅线条。
4、本发明提供的制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，不形成大高宽比的光刻胶，只是在普通光栅的基础上，进行电子束蒸发，从而实现高线宽度要求的元器件。
附图说明
图1为依照本发明实施例形成的掩模A的示意图；
图2为依照本发明实施例在掩模A中心部分得到第一光刻胶图形的示意图；
图3为依照本发明实施例电镀后形成的第一掩模板的示意图；
图4为依照本发明实施例形成的基底B的示意图；
图5为依照本发明实施例将第一掩模板倒扣于基底B上进行X射线光刻的示意图；
图6为依照本发明实施例X射线光刻显影后在基底B表面中心部分形成第二光刻胶图形的示意图；
图7为依照本发明实施例在X射线光刻后电镀形成金层的示意图；
图8为依照本发明实施例湿法腐蚀背面的硅并刻蚀底金和PI后形成镂空无支撑的图形结构的示意图；
图9为依照本发明实施例在镂空无支撑的图形结构上电子束蒸发一层金层使得光栅线条增厚的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供的这种制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，包括以下步骤：将硅片制作成掩模A；在该掩模A正面中心部分形成由多个光刻胶线条构成的第一光刻胶图形；在该第一光刻胶图形的光刻胶线条之间形成金层，并用丙酮去除光刻胶线条，形成第一掩模板；将硅片制作成基底B；在该基底B上旋涂一层光刻胶，烘干，将该第一掩模板倒扣于该基底B上，使用X射线进行曝光，移除该第一掩模板，显影，在该基底B表面中心部分形成由多个光刻胶线条构成的第二光刻胶图形；在该第二光刻胶图形的光刻胶线条之间形成金层，并用丙酮去除光刻胶线条，形成第一基底；将该第一基底正面中心部分的金层制作成镂空无支撑的图形结构；在该第一基底的正面蒸发金，增加该镂空无支撑的图形结构中光栅线条的厚度，满足光栅线条高宽比要求，完成器件的制作。其中，该大高宽比X射线衍射光栅的高宽比的比值范围为[10，20]。
基于上述制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，以下结合具体的实施例对该方法进一步详细说明，该实施例包括以下步骤：
步骤1：在清洁的硅片正面旋涂一层厚度为1μm的聚酰亚胺(PI)，湿法腐蚀硅片背面的硅，然后在硅片正面的聚酰亚胺(PI)上蒸发一层Cr/Au合金电镀种子层，其中Cr的厚度为5nm，Au的厚度为10nm，形成掩模A，如图1所示。
步骤2：在掩模A的正面旋涂一层电子束光刻胶ZEP-520，厚度为500nm，利用电子束对掩模A中心部分的电子束光刻胶ZEP-520进行光刻，并显影，在掩模A中心部分得到由多个光刻胶线条构成的第一光刻胶图形，其中光刻胶线条宽度为150nm，如图2所示。
步骤3：刻蚀掩模A正面第一光刻胶图形所在区域的残胶，并在掩模A边缘刻蚀光刻胶露出Cr/Au合金电镀种子层，形成电极，然后将掩模A的第一光刻胶图形所在区域置于电镀溶液中进行电镀，在第一光刻胶图形的光刻胶线条之间形成金层，直至金层与光刻胶线条的厚度齐平，用丙酮去除光刻胶线条，形成第一掩模板，如图3所示。
步骤4：在清洁的硅片正面旋涂一层厚度为1μm的聚酰亚胺，然后在聚酰亚胺上蒸发一层Cr/Au合金电镀种子层，其中Cr的厚度为5nm，Au的厚度为10nm，形成基底B，如图4所示。
步骤5：在基底B上旋涂一层厚度为700nm的光刻胶PMMA，烘干，将所述第一掩模板倒扣于基底B上，如图5所示，使用X射线进行曝光，移除该第一掩模板，显影，在基底B表面中心部分形成由多个光刻胶线条构成的第二光刻胶图形，如图6所示。
步骤6：刻蚀基底B表面第二光刻胶图形所在区域的残胶，并刻蚀基底B边缘的光刻胶露出Cr/Au合金电镀种子层，形成电极，然后将基底B第二光刻胶图形所在区域置于电镀溶液中进行电镀，在第二光刻胶图形的光刻胶线条之间形成金层，直至金层与光刻胶线条的厚度齐平，用丙酮去除光刻胶线条，形成所需的第一基底，如图7所示。
步骤7：湿法腐蚀第一基底背面的硅，刻蚀第一基底正面的Cr/Au合金电镀种子层，并在第一基底的背面采用氧气刻蚀金层下方的聚酰亚胺，使得第一基底正面中心部分的金层成为镂空的、无支撑的图形结构，如图8所示。
步骤8：在第一基底的正面蒸发一层金，使得该镂空无支撑的图形结构中光栅线条的金厚度增加到3μm，这样，高宽比就达到了20∶1，完成最终器件，如图9所示。
其中，在制作第一掩模板的步骤中，该第一光刻胶图形需要用电子束进行直写，电镀的金层的厚度只要能挡住X射线就行，占空比要略大于1∶1。
在基底B表面中心部分形成由多个光刻胶线条构成的第二光刻胶图形的步骤中，是使用X射线光刻复制形成所需的衍射光栅，并且大部分被金层挡住。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，其特征在于，该方法包括：
将硅片制作成掩模(A)；
在该掩模(A)正面中心部分形成由多个光刻胶线条构成的第一光刻胶图形；
在该第一光刻胶图形的光刻胶线条之间形成金层，并用丙酮去除光刻胶线条，形成第一掩模板；
将硅片制作成基底(B)；
在该基底(B)上旋涂一层光刻胶，烘干，将该第一掩模板倒扣于该基底(B)上，使用X射线进行曝光，移除该第一掩模板，显影，在该基底(B)表面中心部分形成由多个光刻胶线条构成的第二光刻胶图形；
在该第二光刻胶图形的光刻胶线条之间形成金层，并用丙酮去除光刻胶线条，形成第一基底；
将该第一基底正面中心部分的金层制作成镂空无支撑的图形结构；
在该第一基底的正面蒸发金，增加该镂空无支撑的图形结构中光栅线条的厚度，满足光栅线条高宽比要求，完成器件的制作。
2.根据权利要求1所述的制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，其特征在于，所述大高宽比X射线衍射光栅，其高宽比的比值范围为[10，20]。
3.根据权利要求1所述的制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，其特征在于，所述将硅片制作成掩模(A)包括：
在硅片正面旋涂一层厚度为1μm的聚酰亚胺，湿法腐蚀硅片背面的硅，然后在硅片正面的聚酰亚胺上蒸发一层Cr/Au合金电镀种子层，其中Cr的厚度为5nm，Au的厚度为10nm，形成掩模(A)。
4.根据权利要求1所述的制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，其特征在于，所述在该掩模(A)正面中心部分形成由多个光刻胶线条构成的第一光刻胶图形包括：
在掩模(A)的正面旋涂一层电子束光刻胶ZEP-520，厚度为500nm，利用电子束对掩模(A)中心部分的电子束光刻胶ZEP-520进行光刻，并显影，在掩模(A)中心部分形成由多个光刻胶线条构成的第一光刻胶图形，其中光刻胶线条宽度为150nm。
5.根据权利要求1所述的制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，其特征在于，所述在该第一光刻胶图形的光刻胶线条之间形成金层，并用丙酮去除光刻胶线条，形成第一掩模板，包括：
刻蚀掩模(A)正面第一光刻胶图形所在区域的残胶，并在掩模(A)边缘刻蚀光刻胶露出Cr/Au合金电镀种子层，形成电极，然后将掩模(A)的第一光刻胶图形所在区域置于电镀溶液中进行电镀，在第一光刻胶图形的光刻胶线条之间形成金层，直至金层与光刻胶线条的厚度齐平，用丙酮去除光刻胶线条，形成第一掩模板。
6.根据权利要求1所述的制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，其特征在于，所述将硅片制作成基底(B)，包括：
在硅片正面旋涂一层厚度为1μm的聚酰亚胺，然后在聚酰亚胺上蒸发一层Cr/Au合金电镀种子层，其中Cr的厚度为5nm，Au的厚度为10nm，形成基底(B)。
7.根据权利要求1所述的制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，其特征在于，所述在该基底(B)上旋涂一层光刻胶，是在该基底(B)上旋涂一层厚度为700nm的光刻胶PMMA。
8.根据权利要求1所述的制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，其特征在于，所述在该第二光刻胶图形的光刻胶线条之间形成金层，并用丙酮去除光刻胶线条，形成第一基底，包括：
刻蚀基底(B)表面第二光刻胶图形所在区域的残胶，并刻蚀基底(B)边缘的光刻胶露出Cr/Au合金电镀种子层，形成电极，然后将基底(B)第二光刻胶图形所在区域置于电镀溶液中进行电镀，在第二光刻胶图形的光刻胶线条之间形成金层，直至金层与光刻胶线条的厚度齐平，用丙酮去除光刻胶线条，形成第一基底。
9.根据权利要求1所述的制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，其特征在于，所述将该第一基底正面中心部分的金层制作成镂空无支撑的图形结构，包括：
湿法腐蚀该第一基底背面的硅，刻蚀该第一基底正面的Cr/Au合金电镀种子层，并在该第一基底的背面采用氧气刻蚀金层下方的聚酰亚胺，使得该第一基底正面中心部分的金层成为镂空无支撑的图形结构。
10.根据权利要求1所述的制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，其特征在于，所述在该第一基底的正面蒸发金，增加该镂空无支撑的图形结构中光栅线条的厚度，满足光栅线条高宽比要求，包括：
在该第一基底的正面电子束蒸发一层金，使得该镂空无支撑的图形结构中光栅线条的金厚度增加到3μm，光栅线条高宽比达到20∶1，满足光栅线条高宽比要求。
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