CN102636965B - 一种表面等离子体超分辨干法光刻方法 - Google Patents

一种表面等离子体超分辨干法光刻方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种表面等离子体超分辨干法光刻方法，其步骤为：1)清洗基片；2)在基片上镀一层无机光刻胶TeOx；3)于TeOx膜层上镀一层金属薄膜；4)如此反复镀若干周期，最后一层为无机光刻胶；5)将多层膜置于一定图形的掩模板下进行曝光；6)曝光后的多层膜进行干法显影；7)去除残余的Ag层，制作完成。本发明利用干法对无机光刻胶进行显影，能得到边缘规则、陡直的图形，克服了传统有机光刻胶所存在的溶剂膨胀效应导致的图形边缘不规则，及后烘容易带来图形线条坍塌等问题；此外，金属层可以放大倏矢波的传播，降低在曝光过程中光的衍射效应。因此，可实现对SP光刻图形质量的提高。

Description

一种表面等离子体超分辨干法光刻方法
技术领域
本发明属于纳米光刻加工技术领域，具体涉及一种表面等离子体超分辨干法光刻方法，其为一种基于无机光刻胶材料的干法光刻技术来提高SP光刻图形质量的方法。
背景技术
新型无机光刻胶TeOx(0<x<2)薄膜，以其具有适宜的相变临界温度而受到国内外学者的广泛关注。沉积态TeOx薄膜是有金属Te分散在TeO2网格中，在激光辐射后TeO2网格中Te由非晶态转变为晶态，Te晶粒发生偏析和重聚,使得激光辐照的区域分布于Te基晶粒之间的TeO2相形成连通相。激光辐射前后的TeOx薄膜具有不同的结构，因而具有不同的抗刻蚀选择性，基于此可实现无机光刻胶TeOx的干法显影。
表面等离子体（Surface Plasmons，SP）是一种沿金属表面传播的波，当入射光子照射到金属表面时，由于光子和金属表面的自由电子之间的相互作用，金属表面的自由电子受入射光的激发会处于一种震荡状态，当这个电子震荡达到一定程度时就会产生共振，这种共振状态的波就叫表面等离子体波。SP波可以携带高频信息成分，用于超分辨光学光刻。
传统SP光刻图形的制作是使用有机光刻胶，用湿法显影来传递光刻图形。然而，有机光刻胶存在溶剂膨胀效应，易导致图形边缘线条粗糙、形状不规则。同时有机光刻胶在显影后需要一个后烘过程，以提高光刻胶的抗刻蚀能力，但是后烘容易带来图形线条坍塌的问题。而使用新型无机光刻胶TeOx，用干法显影就可以克服传统有机光刻胶存在的溶剂膨胀效应以及线条坍塌问题。因此，新型无机光刻胶的干法显影可实现对SP光刻图形质量的提高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对传统有机光刻胶在显影过程存在溶剂膨胀效应而导致图形的边缘不规则、形状不规则、陡直度不好，以及显影后的光刻胶在后烘过程极易造成图形坍塌等问题，据此提出一种利用无机光刻胶TeOx，利用其在激光辐射前后的结构发生变化而导致具有不同的抗刻蚀性，可以利用IBE刻蚀来进行图形的显影，即干法显影，用来提高SP光刻图形的质量。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种表面等离子体超分辨干法光刻方法，该方法包括以下步骤：
步骤（1）选择抛光较好的基片，将其放于清洗液中煮沸30min，再分别用水、乙醇、丙酮进行超声清洗，最后于烘箱中烘干；
步骤（2）在洁净的基片上，先用磁控反应溅射镀一层厚20nm无机光刻胶TeOx；
步骤（3）再于TeOx膜层上镀一层厚20nm的金属层；
步骤（4）反复镀TeOx/金属多层膜，最后一层为TeOx；
步骤（5）在Cr掩模板下，对多层膜进行曝光；
步骤（6）用IBE对曝光后的多层膜进行刻蚀；
步骤（7）去除残余的Ag层，图形制作完成。
优选的，所述步骤（1）中的基片可以是硅片或玻片，清洗液可以为1:3的H2O2与浓H2SO4，烘箱温度100～150℃。
优选的，所述步骤（2）中的磁控反应溅射电源为射频，无机光刻胶TeOx中x值的要求是：0<x<2。
优选的，所述步骤（3）中的金属层可以是Ag或Au，使用直流磁控溅射镀膜。
优选的，所述步骤（4）多层膜的层数由实际干法显影中的刻蚀选择比决定。
优选的，所述步骤（5）中的曝光要选择激光束斑小于1μm，强度约20mW/cm2的纳秒脉冲激光，激光波长可以是蓝光或紫外光。
优选的，所述步骤（6）中的IBE刻蚀深度由电镜结果来判断。
优选的，所述步骤（7）可以用王水或去铬液来去除残余的Ag。
本发明与现有技术相比所具有的优点：
一方面，利用干法对无机光刻胶进行显影，能得到边缘规则、陡直的图形，克服了传统有机光刻胶所存在的溶剂膨胀效应导致的图形边缘不规则，以及后烘易带来图形线条坍塌等问题。此外，相比于有机光刻胶，无机光刻胶分子量小，晶态与非晶态的分界在蓝光加热后更明显，且无机光刻胶具有更强的吸收能力，即在同样的光辐射条件下，无机光刻胶的升温速度要比有机光刻胶大；
另一方面，金属层可以放大倏矢波的传播，降低在曝光过程中光的衍射效应。因此，可实现对SP光刻图形光滑度及边缘清晰度等方面图形质量的提高。
附图说明
图1是本发明第一步的制作示意图；
图2是本发明第二步的制作示意图；
图3是本发明第三步的制作示意图；
图4是本发明第四步的制作示意图；
图5本发明第五步的制作示意图；
图6本发明第六步的曝光之后的多层膜示意图；
图7本发明第七步的制作示意图；
图8是本发明第八步制作示意图；
图9是本发明制备的图形结构示意图；
图中：1为表面抛光的硅片或K9玻片基底；2为磁控溅射沉积的TeOx薄膜；3为磁控溅射沉积的Ag或Au膜；4为掩模板图形；5掩模板衬底；6为纳秒脉冲激光；7为经激光辐射之后TeOx薄膜的结构变化区；8为IBE刻蚀过程中达到多层膜上的Ar+离子流。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例对领域的技术人员即可以实现本发明权利要求的全部内容。
如图1所示，本发明第一步的制作示意图；首先选择一块硅基片或K9玻片1，并将其表面抛光，然后进行进一步的清洗与干燥；
如图2所示，本发明第二步的制作示意图；在基片1表面射频反应磁控溅射溅射沉积一层厚度约20nm的TeOx薄膜；
如图3所示，本发明第三步的制作示意图；在TeOx薄膜上再直流磁控溅射沉积一层Ag或Au薄膜；
如图4所示，本发明第四步的制作示意图；交替沉积若干层TeOx薄膜与Ag或Au薄膜，最后一层为TeOx薄膜；
如图5所示，本发明第五步的制作示意图，放置具有一定图形的金属Cr掩模，进行激光曝光；
如图6所示，本发明第六步曝光之后的多层膜示意图，受激光辐射区的TeOx薄膜结构发生变化；
如图7所示，本发明第七步的制作示意图，利用TeOx薄膜结构变化区域与未变化区域的刻蚀比不同进行IBE刻蚀，刻蚀终点根据电镜结果来判断；
如图8所示，本发明第八步的IBE刻蚀之后的示意图，上面的膜层逐渐被IBE刻蚀掉；
如图9所示，本发明第九步的制作示意图，利用王水或去铬液来去除残余的Ag。
本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。

Claims (8)

1.一种表面等离子体超分辨干法光刻方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤（1）选择抛光较好的基片，将其放于清洗液中煮沸30min，再分别用水、乙醇、丙酮进行超声清洗，最后于烘箱中烘干；
步骤（2）在洁净的基片上，先用磁控反应溅射镀一层厚20nm无机光刻胶TeOx；
步骤（3）再于TeOx膜层上镀一层厚20nm的金属层；
步骤（4）反复镀TeOx/金属多层膜，最后一层为TeOx；
步骤（5）在Cr掩模板下，对多层膜进行曝光；
步骤（6）用IBE对曝光后的多层膜进行刻蚀；
步骤（7）去除残余的金属层，图形制作完成。
2.根据权利要求1所述的表面等离子体超分辨干法光刻方法，其特征在于：所述步骤（1）中的基片是硅片或玻片，清洗液为1:3的H2O2与浓H2SO4，烘箱温度100～150℃。
3.根据权利要求1所述的表面等离子体超分辨干法光刻方法，其特征在于：所述步骤（2）中的磁控反应溅射电源为射频，无机光刻胶TeOx中x值的要求是：0<x<2。
4.根据权利要求1所述的表面等离子体超分辨干法光刻方法，其特征在于：所述步骤（3）中的金属层是Ag或Au，使用直流磁控溅射镀膜。
5.根据权利要求1所述的表面等离子体超分辨干法光刻方法，其特征在于：所述步骤（4）多层膜的层数由实际干法显影中的刻蚀选择比决定。
6.根据权利要求1所述的表面等离子体超分辨干法光刻方法，其特征在于：所述步骤（5）中的曝光要选择激光束斑小于1μm，强度约20mW/cm2的纳秒脉冲激光。
7.根据权利要求1所述的表面等离子体超分辨干法光刻方法，其特征在于：所述步骤（6）中的IBE刻蚀深度由电镜结果来判断。
8.根据权利要求1所述的表面等离子体超分辨干法光刻方法，其特征在于：所述步骤（7）用王水或去铬液来去除残余的金属层的金属。
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