CN102466980A - 基于电子束光刻和x射线曝光制作多层膜闪耀光栅的方法 - Google Patents
基于电子束光刻和x射线曝光制作多层膜闪耀光栅的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于电子束光刻和X射线曝光制作多层膜闪耀光栅的方法，该方法采用电子束直写制作X射线曝光掩模板，采用接触式曝光，在负性光刻胶上形成闪耀光栅图形，之后在此图形上生长多层膜，形成多层膜闪耀光栅。利用本发明，克服了电子束效率低和难制作闪耀角的缺点，结合了电子束的图形输出能力和X射线的高分辨率、高效率的优点，通过接触式曝光，调整曝光卡具的方向来改变X射线入射角度，完成闪耀光栅图形的生成，然后通过生长多层膜实现多层膜闪耀光栅的制作。
Description
技术领域
本发明涉及半导体微细加工技术领域，特别是一种基于电子束光刻和X射线曝光制作多层膜闪耀光栅的方法。
背景技术
多层膜闪耀光栅是一种二维人造周期晶体，气制备方法是在多层膜上刻蚀光栅或在普通的光上表面沉积多层膜。它将光栅的衍射和多层膜的的布拉格衍射结合起来，具有新的衍射特点，并且充分利用周期性多层膜的高反射效率来提高光栅在高角入射时的反射率，从而把光栅的高分辨率和周期性多层膜的高反射率很好的结合起来。
目前制备多层膜闪耀光栅的方法主要是机械刻划，其优点主要是刻划的图形面积可以很大，但由于机械刻划在刻划每一条栅线条时都需要对准，对环境的温度和湿度要求很高，因此其效率很低，并且由于划刀的限制，制备的栅线密度很有限，通常在1000线/毫米左右。
电子束光刻具有分辨率高，特征尺寸小和具有图形生成能力的特点，是制作X射线光刻掩模的常用方法。X射线具有极高的分辨率，并且效率高，可实现小批量生产。但是由于电子束设备的限制，并且利用电子束很难形成闪耀角，而X射线没有图形发生能力，因此可以将电子束光刻和X射线技术结合在一起。
本发明在接触式X射线曝光时，通过调整所制作的曝光卡具方向来改变X射线入射角，得到光刻胶闪耀角，最后通过精确控制多层膜生长，实现多层膜闪耀光栅的制作。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种基于电子束光刻和X射线曝光制作多层膜闪耀光栅的方法，以解决机械刻划制备多层膜闪耀光栅中效率低和栅线密度低的问题。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种基于电子束光刻和X射线曝光制作多层膜闪耀光栅的方法，该方法采用电子束直写制作X射线曝光掩模板，采用接触式曝光，在负性光刻胶上形成闪耀光栅图形，之后在此图形上生长多层膜，形成多层膜闪耀光栅。该方法具体包括以下步骤：
步骤1：在硅底衬上制作自支撑薄膜；
步骤2：在该自支撑薄膜上蒸镀金属薄膜作为电镀种子层；
步骤3：在该金属薄膜上旋涂电子束抗蚀剂；
步骤4：电子束刻蚀和显影，并反应离子刻蚀，形成矩形光栅掩模图形；
步骤5：微电镀，在电镀种子层上生长金属；
步骤6：去除抗蚀剂和电镀种子层，形成X射线曝光掩模板；
步骤7；利用接触式曝光，根据所需闪耀光栅的闪耀角，调整X射线入射角度，曝光并显影，在负性光刻胶上形成闪耀光栅图形；
步骤8：在闪耀光栅图形上生长多层膜，完成多层膜闪耀光栅的制作。
上述方案中，步骤1中所述自支撑薄膜具有一定的机械强度，在接触式曝光过程中薄膜变形小，能够保证X射线曝光时的图形转移精度。
上述方案中，步骤2中所述蒸镀采用电子束蒸发技术，在自支撑薄膜上先沉积5nm的铬，然后再在铬上沉积10nm的金，作为电镀种子层。
上述方案中，步骤3中所述旋涂，是采用控制旋转台的转速来控制抗蚀剂的厚度。
上述方案中，所述步骤4包括：电子束直写将矩形光栅掩模图形转移到抗蚀剂上，经过显影，反应离子刻蚀去除残余抗蚀剂，形成矩形光栅掩模图形。
上述方案中，步骤5中所述微电镀的金属为金，厚度为300nm至500nm，金用于作为X射线吸收层。
上述方案中，步骤6中所述去除抗蚀剂是利用合适的剥离溶液去除抗蚀剂，去除电镀种子层是采用反应离子刻蚀方法。
上述方案中，所述步骤7包括：利用X射线曝光卡具使掩模板和样品片紧密接触，降低X射线衍射所造成的图形展宽；根据所需闪耀角，调整卡具方向来改变X射线入射角度，X射线的入射角和闪耀角大小一样，经过显影，形成闪耀光栅图形。
(三)有益效果
本发明提供的基于电子束光刻和X射线曝光制作多层膜闪耀光栅的方法，克服了电子束效率低和难制作闪耀角的缺点，结合了电子束的图形输出能力和X射线的高分辨率、高效率的优点，通过接触式曝光，调整曝光卡具的方向来改变X射线入射角度，完成闪耀光栅图形的生成，然后通过生长多层膜实现多层膜闪耀光栅的制作。
附图说明
为了更进一步说明本发明的内容，以下结合附图及实施例子，对本发明做详细描述。
图1是本发明提供的基于电子束光刻和X射线曝光制作多层膜闪耀光栅的方法流程图；
图2-1至图2-9是本发明实施例基于电子束光刻和X射线曝光制作多层膜闪耀光栅的工艺流程图。
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。
本发明利用电子束直写X射线曝光掩模，利用接触式曝光，调整曝光卡具方向改变X射线入射角度，在负性光刻胶上形成闪耀光栅图形，之后在此图形上生长多层膜，形成多层膜闪耀光栅。
如图1所示，图1是本发明提供的基于电子束光刻和X射线曝光制作多层膜闪耀光栅的方法流程图，该方法采用电子束直写制作X射线曝光掩模板，采用接触式曝光，在负性光刻胶上形成闪耀光栅图形，之后在此图形上生长多层膜，形成多层膜闪耀光栅。该方法具体包括以下步骤：
步骤1：在硅底衬上制作自支撑薄膜；该自支撑薄膜具有一定的机械强度，在接触式曝光过程中薄膜变形小，能够保证X射线曝光时的图形转移精度。
步骤2：在该自支撑薄膜上蒸镀金属薄膜作为电镀种子层；该蒸镀采用电子束蒸发技术，在自支撑薄膜上先沉积5nm的铬，然后再在铬上沉积10nm的金，作为电镀种子层。
步骤3：在该金属薄膜上旋涂电子束抗蚀剂；其中，旋涂是采用控制旋转台的转速来控制抗蚀剂的厚度。
步骤4：电子束刻蚀和显影，并反应离子刻蚀，形成矩形光栅掩模图形；具体包括：电子束直写将矩形光栅掩模图形转移到抗蚀剂上，经过显影，反应离子刻蚀去除残余抗蚀剂，形成矩形光栅掩模图形。
步骤5：微电镀，在电镀种子层上生长金属；该微电镀的金属为金，厚度为300nm至500nm，金用于作为X射线吸收层。
步骤6：去除抗蚀剂和电镀种子层，形成X射线曝光掩模板；所述去除抗蚀剂是利用合适的剥离溶液去除抗蚀剂，去除电镀种子层是采用反应离子刻蚀方法。
步骤7；利用接触式曝光，根据所需闪耀光栅的闪耀角，调整X射线入射角度，曝光并显影，在负性光刻胶上形成闪耀光栅图形；具体包括：利用X射线曝光卡具使掩模板和样品片紧密接触，降低X射线衍射所造成的图形展宽；根据所需闪耀角，调整卡具方向来改变X射线入射角度，X射线的入射角和闪耀角大小一样，经过显影，形成闪耀光栅图形。
步骤8：在闪耀光栅图形上生长多层膜，完成多层膜闪耀光栅的制作。
基于图1所示的基于电子束光刻和X射线曝光制作多层膜闪耀光栅的方法流程图，图2-1至图2-9示出了本发明实施例基于电子束光刻和X射线曝光制作多层膜闪耀光栅的工艺流程图。
如图2-1所示，在硅衬底上，旋涂1至3um聚酰亚胺(PI)自支撑层，经过热处理形成薄膜；利用湿法腐蚀形成聚酰亚胺薄膜窗口；在聚酰亚胺薄膜面电子束蒸发5nm铬和10nm金，作为下一步电镀的导电层；
如图2-2所示，在导电层上旋涂500至600nm厚的电子束抗蚀剂ZEP520A；
如图2-3所示，利用电子束光刻，写出光学元件图形，并显影，形成衍射光学元件抗蚀剂图形；
如图2-4所示，利用微电镀技术将金转移到抗蚀剂中；
如图2-5所示，利用甲基丙烯酸甲酯去除ZEP520A抗蚀剂，形成金图形；
如图2-6所示，利用Ar等离子体反应刻蚀，去除导电层，最终形成X射线光刻的掩模；
如图2-7所示，利用X射线接近式曝光，调整X射线的入射角度进行曝光；
如图2-8所示，经过显影得到HSQ抗蚀剂闪耀光栅图形；
如图2-9所示，在闪耀光栅图形上蒸镀钼硅多层膜形成多层膜闪耀光栅。
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 (9)
1.一种基于电子束光刻和X射线曝光制作多层膜闪耀光栅的方法，其特征在于，该方法采用电子束直写制作X射线曝光掩模板，采用接触式曝光，在负性光刻胶上形成闪耀光栅图形，之后在此图形上生长多层膜，形成多层膜闪耀光栅。
2.根据权利要求1所述的基于电子束光刻和X射线曝光制作多层膜闪耀光栅的方法，其特征在于，该方法具体包括：
步骤1：在硅底衬上制作自支撑薄膜；
步骤2：在该自支撑薄膜上蒸镀金属薄膜作为电镀种子层；
步骤3：在该金属薄膜上旋涂电子束抗蚀剂；
步骤4：电子束刻蚀和显影，并反应离子刻蚀，形成矩形光栅掩模图形；
步骤5：微电镀，在电镀种子层上生长金属；
步骤6：去除抗蚀剂和电镀种子层，形成X射线曝光掩模板；
步骤7；利用接触式曝光，根据所需闪耀光栅的闪耀角，调整X射线入射角度，曝光并显影，在负性光刻胶上形成闪耀光栅图形；
步骤8：在闪耀光栅图形上生长多层膜，完成多层膜闪耀光栅的制作。
3.根据权利要求2所述的基于电子束光刻和X射线曝光制作多层膜闪耀光栅的方法，其特征在于，步骤1中所述自支撑薄膜具有一定的机械强度，在接触式曝光过程中薄膜变形小，能够保证X射线曝光时的图形转移精度。
4.根据权利要求2所述的基于电子束光刻和X射线曝光制作多层膜闪耀光栅的方法，其特征在于，步骤2中所述蒸镀采用电子束蒸发技术，在自支撑薄膜上先沉积5nm的铬，然后再在铬上沉积10nm的金，作为电镀种子层。
5.根据权利要求2所述的基于电子束光刻和X射线曝光制作多层膜闪耀光栅的方法，其特征在于，步骤3中所述旋涂，是采用控制旋转台的转速来控制抗蚀剂的厚度。
6.根据权利要求2所述的基于电子束光刻和X射线曝光制作多层膜闪耀光栅的方法，其特征在于，所述步骤4包括：
电子束直写将矩形光栅掩模图形转移到抗蚀剂上，经过显影，反应离子刻蚀去除残余抗蚀剂，形成矩形光栅掩模图形。
7.根据权利要求2所述的基于电子束光刻和X射线曝光制作多层膜闪耀光栅的方法，其特征在于，步骤5中所述微电镀的金属为金，厚度为300nm至500nm，金用于作为X射线吸收层。
8.根据权利要求2所述的基于电子束光刻和X射线曝光制作多层膜闪耀光栅的方法，其特征在于，步骤6中所述去除抗蚀剂是利用合适的剥离溶液去除抗蚀剂，去除电镀种子层是采用反应离子刻蚀方法。
9.根据权利要求2所述的基于电子束光刻和X射线曝光制作多层膜闪耀光栅的方法，其特征在于，所述步骤7包括：
利用X射线曝光卡具使掩模板和样品片紧密接触，降低X射线衍射所造成的图形展宽；根据所需闪耀角，调整卡具方向来改变X射线入射角度，X射线的入射角和闪耀角大小一样，经过显影，形成闪耀光栅图形。
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