CN102608864A - 一种制作纳米尺度大高宽比器件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制作纳米尺度大高宽比器件的方法，包括：制作掩模A；制作基底B；以及将掩模板A与基底B进行键合，形成纳米尺度大高宽比器件。本发明提供的制作纳米尺度大高宽比器件的方法，能制造出大高宽比的X射线衍射光学元器件。本发明提供的制作纳米尺度大高宽比器件的方法，制作工艺简单，成本低廉，能大批量制作，避免了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学元器件线条。
Description
技术领域
本发明属于纳米尺度元件技术领域，尤其涉及一种制作纳米尺度大高宽比器件的方法。
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。通常情况下，在整个器件中特征图形尺寸的高宽比大于4的衍射光学元件被称作大高宽比衍射光学元件。
使用普通的制作工艺，很难制作出高宽比大于4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，大高宽比的光刻胶，其表面张力大于光刻胶的内部应力，很容易粘黏到一块，从而限制了其工艺的进一步发展。
因此，如何克服表面张力的影响，制作出纳米尺度大高宽比器件就成为了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纳米尺度大高宽比器件的方法。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种制作纳米尺度大高宽比器件的方法，该方法采用电子束蒸发的方法来制作纳米尺度大高宽比器件，包括：制作掩模A；制作基底B；以及将掩模板A与基底B进行键合，形成纳米尺度大高宽比器件。
上述方案中，所述制作掩模A具体包括：在硅衬底正面旋涂一层聚酰亚胺PI，从该硅衬底背面对该硅衬底进行湿法腐蚀，直至该聚酰亚胺PI，形成镂空的聚酰亚胺PI薄膜，然后在该聚酰亚胺PI薄膜上电子束蒸发一层Cr/Au作为电镀种子层，形成掩模A的基片；在掩模A的基片正面旋涂一层电子束光刻胶，对该电子束光刻胶进行电子束光刻并显影，形成由该电子束光刻胶构成的光刻胶线条图形；刻蚀掩模A基片正面光刻胶图形区域的残胶，并在硅片边缘刻蚀光刻胶，暴露出电镀种子层中的金形成电极，然后进行将硅片的图形区域置于电镀溶液中，在电极上加电压，进行电镀形成金层，至金层与光刻胶厚度齐平时，将硅片置于去胶溶液中，去除光刻胶，形成掩膜板A。
上述方案中，所述在聚酰亚胺PI上蒸发的Cr/Au层中，Cr的厚度为5nm，Au的厚度为10nm。所述在掩模板A的基片正面旋涂的电子束光刻胶为ZEP-520，厚度为300nm，所述光刻胶线条的宽度为50nm。所述掩模板A是用电子束进行直写，电镀金的厚度能挡住X射线即可，占空比大于1∶1。
上述方案中，所述制作基底B具体包括：在石英片正面蒸发一层Cr/Au，然后旋涂一层聚酰亚胺PI并烘烤，之后在聚酰亚胺PI上蒸发一层Cr/Au，然后旋涂一层光刻胶PMMA，形成基底B。
上述方案中，所述在石英片正面蒸发的Cr/Au层中，Cr的厚度为5nm，Au的厚度为10nm；所述在Cr/Au层之上旋涂的聚酰亚胺PI厚度为1μm；所述烘烤是在120℃下烘烤30分钟；在聚酰亚胺PI上蒸发的Cr/Au层中，Cr的厚度为5nm，Au的厚度为50nm～80nm；所述旋涂的光刻胶PMMA层厚度为400nm。
上述方案中，所述将掩模板A与基底B进行键合，形成纳米尺度大高宽比器件具体包括：将掩模板A倒扣于基底B上，置于卡具中压紧，使用X射线从掩模板A背面进行曝光，曝光完成后移除掩模A，将基底B置于显影溶液中进行显影，定影，吹干后形成由光刻胶PMMA形成的光刻胶线条；干法刻蚀中间的金层，然后用氧气刻蚀下层的聚酰亚胺PI直至底层的金，此时上层的光刻胶PMMA已经被刻蚀掉，形成图形；在基底B边缘区域刻蚀聚酰亚胺，露出金层，形成电极，将基底B上的图形置于电镀溶液中，进行电镀，直至金层与聚酰亚胺齐平，然后将其置于AZ5214的碱性溶液中去除聚酰亚胺，完成器件的制作。
上述方案中，所述将基底B置于显影溶液中进行显影的步骤中，使用两层光刻胶，且光刻胶之间使用金层间隔，金层在显影时起支撑的作用，防止大高宽比的光刻胶倒塌。
(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、相对于普通的光栅，本发明提供的制作纳米尺度大高宽比器件的方法，能制造出大高宽比的X射线衍射光学元器件。
2、本发明提供的制作纳米尺度大高宽比器件的方法，制作工艺简单，成本低廉，能大批量制作。
3、本发明提供的制作纳米尺度大高宽比器件的方法，避免了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学元器件线条。
附图说明
图1为依照本发明实施例掩模A的基片示意图；
图2为依照本发明实施例电子束光刻后的图形示意图；
图3为依照本发明实施例电镀后掩模A示意图；
图4为依照本发明实施例X射线光刻基底B示意图；
图5为依照本发明实施例X射线光刻示意图；
图6为依照本发明实施例显影后示意图；
图7为依照本发明实施例刻蚀PI后的示意图；
图8为依照本发明实施例最终完成的器件的示意图。
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。
本发明提供的制作纳米尺度大高宽比器件的方法，不形成大高宽比的光刻胶，使用薄胶形成光学图形，然后用刻蚀的方法在聚酰亚胺上形成大高宽比的图形，从而实现高线宽度要求的元器件，具体包括以下步骤：
步骤1：在清洁的硅衬底正面旋涂一层聚酰亚胺PI，从该硅衬底背面对该硅衬底进行湿法腐蚀，直至该聚酰亚胺PI，形成镂空的聚酰亚胺PI薄膜，然后在该聚酰亚胺PI薄膜上电子束蒸发一层5nmCr/10nmAu作为电镀种子层，形成掩模A的基片，如图1所示；
步骤2：在掩模A的基片正面旋涂一层电子束光刻胶ZEP-520，厚度为300nm，对该电子束光刻胶ZEP-520进行电子束光刻并显影，形成由该电子束光刻胶ZEP-520构成的光刻胶线条图形，最小线条宽度为50nm，如图2所示；在本步骤中，掩模板A需要用电子束进行直写，电镀金的厚度只要能挡住X射线就行，占空比要略大于1∶1。
步骤3：刻蚀掩模A基片正面光刻胶图形区域的残胶，并在硅片边缘刻蚀光刻胶，暴露出电镀种子层中的金形成电极，然后进行将硅片的图形区域置于电镀溶液中，在电极上加电压，进行电镀形成金层，至金层与光刻胶厚度齐平时，将硅片置于去胶溶液ZDMAC中，去除光刻胶，形成所需的掩膜板A，如图3所示。
步骤4：在清洁的石英片正面蒸发一层5nmCr/10nmAu之后旋涂一层1μm后的聚酰亚胺PI，在120℃下烘烤30分钟，之后又蒸发一层5nmCr/50nm～80nm Au，然后旋涂一层400nm的PMMA，形成基底B，如图4所示。
步骤5：将掩模板A倒扣于基底B上，置于卡具中压紧，使用X射线从掩模板A背面进行曝光，如图5所示，曝光完成后移除掩模A，将基底B置于显影溶液中进行显影，定影，吹干后形成由光刻胶PMMA形成的光刻胶线条，如图6所示；在图6所示显影中，使用两层光刻胶，且光刻胶之间使用金层间隔，金层在显影时起到了支撑的作用，防止大高宽比的光刻胶倒塌。
步骤6：干法刻蚀中间的金层，然后用氧气刻蚀下层的聚酰亚胺PI直至底层的金，此时上层的光刻胶PMMA已经被刻蚀掉，形成图形，如图7所示；
步骤7：在基底B边缘区域刻蚀聚酰亚胺，露出金层，形成电极，将基底B上的图形置于电镀溶液中，进行电镀，直至金层与聚酰亚胺齐平，然后将其置于AZ5214的碱性溶液中去除聚酰亚胺，如图8所示，完成器件的制作。
在本发明上述实施例中，使用X射线光刻复制形成所需的衍射光学元器件，并且大部分被金层挡住。使用的光刻胶都非常薄，可以制作非常精细的线条。使用光刻胶做掩模刻蚀金，形成图形，然后用金层做掩模刻蚀聚酰亚胺形成图形。聚酰亚胺的加温温度应低于120℃，从而在AZ5214的碱性溶液中能够很快的被溶解掉。
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)
1.一种制作纳米尺度大高宽比器件的方法，其特征在于，包括：
制作掩模A；
制作基底B；以及
将掩模板A与基底B进行键合，形成纳米尺度大高宽比器件。
2.根据权利要求1所述的制作纳米尺度大高宽比器件的方法，其特征在于，所述制作掩模A具体包括：
在硅衬底正面旋涂一层聚酰亚胺PI，从该硅衬底背面对该硅衬底进行湿法腐蚀，直至该聚酰亚胺PI，形成镂空的聚酰亚胺PI薄膜，然后在该聚酰亚胺PI薄膜上电子束蒸发一层Cr/Au作为电镀种子层，形成掩模A的基片；
在掩模A的基片正面旋涂一层电子束光刻胶，对该电子束光刻胶进行电子束光刻并显影，形成由该电子束光刻胶构成的光刻胶线条图形；
刻蚀掩模A基片正面光刻胶图形区域的残胶，并在硅片边缘刻蚀光刻胶，暴露出电镀种子层中的金形成电极，然后进行将硅片的图形区域置于电镀溶液中，在电极上加电压，进行电镀形成金层，至金层与光刻胶厚度齐平时，将硅片置于去胶溶液中，去除光刻胶，形成掩膜板A。
3.根据权利要求2所述的制作纳米尺度大高宽比器件的方法，其特征在于，所述在聚酰亚胺PI上蒸发的Cr/Au层中，Cr的厚度为5nm，Au的厚度为10nm。
4.根据权利要求2所述的制作纳米尺度大高宽比器件的方法，其特征在于，所述在掩模板A的基片正面旋涂的电子束光刻胶为ZEP-520，厚度为300nm，所述光刻胶线条的宽度为50nm。
5.根据权利要求2所述的制作纳米尺度大高宽比器件的方法，其特征在于，所述掩模板A是用电子束进行直写，电镀金的厚度能挡住X射线即可，占空比大于1∶1。
6.根据权利要求1所述的制作纳米尺度大高宽比器件的方法，其特征在于，所述制作基底B具体包括：
在石英片正面蒸发一层Cr/Au，然后旋涂一层聚酰亚胺PI并烘烤，之后在聚酰亚胺PI上蒸发一层Cr/Au，然后旋涂一层光刻胶PMMA，形成基底B。
7.根据权利要求6所述的制作纳米尺度大高宽比器件的方法，其特征在于，
所述在石英片正面蒸发的Cr/Au层中，Cr的厚度为5nm，Au的厚度为10nm；
所述在Cr/Au层之上旋涂的聚酰亚胺PI厚度为1μm；
所述烘烤是在120℃下烘烤30分钟；
在聚酰亚胺PI上蒸发的Cr/Au层中，Cr的厚度为5nm，Au的厚度为50nm～80nm；
所述旋涂的光刻胶PMMA层厚度为400nm。
8.根据权利要求1所述的制作纳米尺度大高宽比器件的方法，其特征在于，所述将掩模板A与基底B进行键合，形成纳米尺度大高宽比器件具体包括：
将掩模板A倒扣于基底B上，置于卡具中压紧，使用X射线从掩模板A背面进行曝光，曝光完成后移除掩模A，将基底B置于显影溶液中进行显影，定影，吹干后形成由光刻胶PMMA形成的光刻胶线条；
干法刻蚀中间的金层，然后用氧气刻蚀下层的聚酰亚胺PI直至底层的金，此时上层的光刻胶PMMA已经被刻蚀掉，形成图形；
在基底B边缘区域刻蚀聚酰亚胺，露出金层，形成电极，将基底B上的图形置于电镀溶液中，进行电镀，直至金层与聚酰亚胺齐平，然后将其置于AZ5214的碱性溶液中去除聚酰亚胺，完成器件的制作。
9.根据权利要求8所述的制作纳米尺度大高宽比器件的方法，其特征在于，所述将基底B置于显影溶液中进行显影的步骤中，使用两层光刻胶，且光刻胶之间使用金层间隔，金层在显影时起支撑的作用，防止大高宽比的光刻胶倒塌。
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