CN102683167A - 基于纳米岛衬底制备大高宽比x射线衍射光学元件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于纳米岛衬底制备大高宽比X射线衍射光学元件的方法，该方法将电子束抗蚀剂固定在纳米岛上，并且镂空硅衬底减小电子束的背散射，以此增强电子束抗蚀剂的抗倒塌能力，并通过电子束直写、显影、电镀和刻蚀电镀种子层，形成大高宽比衍射光学元件。本发明采用薄膜衬底减少电子束背散射和增强抗蚀剂同衬底粘附性相结合的方法，有效增强了抗蚀剂的抗倒塌性能，可以制备出高宽比可以达到10∶1以上的X射线衍射光学元件。这种方法具有稳定可靠，工艺方法易实现，且与传统的光刻工艺兼容的优点。
Description
技术领域
本发明涉及半导体学中的微细加工技术领域，特别是一种基于纳米岛衬底制备大高宽比X射线衍射光学元件的方法。
背景技术
电子束光刻技术具有可直接刻画精细图案的优点，且高能电子的波长短(＜1nm)，可避免绕射效应的困扰，是实验室制作微小纳米元件最佳的选择，是制作高分辨率X射线光学元件的常用方法。
通常情况下，大高宽比X射线衍射光学元件是指在整个器件中，特征图形尺寸的高宽比大于4的衍射光学元件可以称作大高宽比衍射光学元件。
现有技术中，制作大高宽比X射线衍射光学元件一般采用多层胶工艺方法，具体包括以下步骤：
步骤一，在处理好的硅片上旋涂电子束抗蚀剂，热处理；
步骤二，在热处理后的抗蚀剂上旋涂增粘剂，热处理；
步骤三，循环步骤一和步骤二，保证抗蚀剂的厚度达到要制备的大高宽比衍射光学元件的高度要求；
步骤四，电子束曝光和显影，得到大高宽比衍射光学元件抗蚀剂图形。
通过上述方法可以看出，现有制作大高宽比X射线衍射光学元件的方法具有以下缺点：电子束抗蚀剂旋涂工艺步骤复杂，并且由于电子束抗蚀剂之间的互溶，很难保证抗蚀剂厚度的均匀性，对后续工艺造成影响。
本发明通过在薄膜上电子束直写减少背散射效应，利用纳米岛结构增加抗蚀剂与衬底的粘附力，达到加强图形抗倒塌能力的目的，完成大高宽比衍射光学元件制作。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于纳米岛衬底制备大高宽比X射线衍射光学元件的方法，通过增加一步简单的刻蚀工艺，提高抗蚀剂和衬底的粘附力，达到大高宽比抗蚀剂图形在显影时不易倒塌的目的。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种基于纳米岛衬底制备大高宽比X射线衍射光学元件的方法，该方法将电子束抗蚀剂固定在纳米岛上，并且镂空硅衬底减小电子束的背散射，以此增强电子束抗蚀剂的抗倒塌能力，并通过电子束直写、显影、电镀和刻蚀电镀种子层，形成大高宽比衍射光学元件。
所述基于纳米岛衬底制备大高宽比X射线衍射光学元件的方法，具体步骤如下：
步骤1：在硅底衬上制作自支撑薄膜；
步骤2：利用反应离子刻蚀技术刻蚀该自支撑薄膜形成纳米岛；
步骤3：在该自支撑薄膜上蒸镀金属薄膜作为电镀种子层，并在该电镀种子层上旋涂电子束抗蚀剂；
步骤4：电子束光刻、显影和反应离子刻蚀，形成大高宽比衍射光学元件抗蚀剂图形；
步骤5：微电镀，在该电镀种子层上生长金属；
步骤6：去除抗蚀剂和电镀种子层，形成大高宽比衍射光学元件。
上述方案中，步骤1中所述自支撑薄膜采用聚酰亚胺薄膜，厚度为2μm-3μm。
上述方案中，步骤2中所述利用反应离子刻蚀技术刻蚀该自支撑薄膜形成纳米岛，其中，反应离子刻蚀技术采用的反应气体为氧气，流量为180sccm，刻蚀功率为400w。
上述方案中，所述步骤3包括：采用电子束蒸发在自支撑薄膜上先后沉积5nm的铬和10nm的金作为电镀种子层，铬层增加金层和自支撑薄膜的粘覆性；在金属种子层上旋涂电子束抗蚀剂，通过控制旋转速度得到特定的抗蚀剂厚度。
上述方案中，步骤4中所述电子束光刻是采用电子束直写将衍射光学元件图形转移到抗蚀剂上。
上述方案中，步骤5中所述微电镀采用的金属为金，作为X射线吸收层。
上述方案中，步骤6中所述去除抗蚀剂和电镀种子层，是利用剥离溶液去除抗蚀剂，反应离子刻蚀去除电镀种子层。
(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：
本发明提供的这种基于纳米岛衬底制备大高宽比X射线衍射光学元件的方法，采用薄膜衬底减少电子束背散射和增强抗蚀剂同衬底粘附性相结合的方法，有效增强了抗蚀剂的抗倒塌性能，可以制备出高宽比可以达到10∶1以上的X射线衍射光学元件。这种方法具有稳定可靠，工艺方法易实现，且与传统的光刻工艺兼容的优点。
附图说明
图1是本发明提供的基于纳米岛衬底制备大高宽比X射线衍射光学元件的方法流程图；
图2-1至图2-6是依照本发明实施例的基于纳米岛衬底制备大高宽比X射线衍射光学元件的工艺流程图。
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。
本发明提供的这种基于纳米岛衬底制备大高宽比X射线衍射光学元件的方法，采用薄膜衬底减少电子束背散射和增强抗蚀剂同衬底粘附性相结合的方法，将电子束抗蚀剂固定在纳米岛上，并且镂空硅衬底减小电子束的背散射，以此增强电子束抗蚀剂的抗倒塌能力，并通过电子束直写、显影、电镀和刻蚀电镀种子层，形成大高宽比衍射光学元件。
图1是本发明提供的基于纳米岛衬底制备大高宽比X射线衍射光学元件的方法流程图，具体步骤如下：
步骤1：在硅底衬上制作自支撑薄膜；
步骤2：利用反应离子刻蚀技术刻蚀该自支撑薄膜形成纳米岛；
步骤3：在该自支撑薄膜上蒸镀金属薄膜作为电镀种子层，并在该电镀种子层上旋涂电子束抗蚀剂；
步骤4：电子束光刻、显影和反应离子刻蚀，形成大高宽比衍射光学元件抗蚀剂图形；
步骤5：微电镀，在该电镀种子层上生长金属；
步骤6：去除抗蚀剂和电镀种子层，形成大高宽比衍射光学元件。
图2-1至图2-6示出了依照本发明实施例的基于纳米岛衬底制备大高宽比X射线衍射光学元件的工艺流程图，具体包括：
如图2-1所示，在硅衬底上，旋涂2μm-3μm聚酰亚胺自支撑层，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；利用反应离子刻蚀技术刻蚀支撑薄膜形成纳米岛。
如图2-2所示，在聚酰亚胺薄膜纳米岛面电子束蒸发5nm铬和10nm金，作为下一步电镀的导电层，并在导电层上旋涂所需厚度的电子束抗蚀剂ZEP520A。
如图2-3所示，利用电子束光刻直写光学元件图形，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，形成金属图形。
如图2-6所示，利用Ar等离子体反应刻蚀，去除导电层，最终形成大高宽比衍射光学元件。
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 (8)
1.一种基于纳米岛衬底制备大高宽比X射线衍射光学元件的方法，其特征在于，该方法将电子束抗蚀剂固定在纳米岛上，并且镂空硅衬底减小电子束的背散射，以此增强电子束抗蚀剂的抗倒塌能力，并通过电子束直写、显影、电镀和刻蚀电镀种子层，形成大高宽比衍射光学元件。
2.根据权利要求1所述的基于纳米岛衬底制备大高宽比X射线衍射光学元件的方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1：在硅底衬上制作自支撑薄膜；
步骤2：利用反应离子刻蚀技术刻蚀该自支撑薄膜形成纳米岛；
步骤3：在该自支撑薄膜上蒸镀金属薄膜作为电镀种子层，并在该电镀种子层上旋涂电子束抗蚀剂；
步骤4：电子束光刻、显影和反应离子刻蚀，形成大高宽比衍射光学元件抗蚀剂图形；
步骤5：微电镀，在该电镀种子层上生长金属；
步骤6：去除抗蚀剂和电镀种子层，形成大高宽比衍射光学元件。
3.根据权利要求2所述的基于纳米岛衬底制备大高宽比X射线衍射光学元件的方法，其特征在于，步骤1中所述自支撑薄膜采用聚酰亚胺薄膜，厚度为2μm-3μm。
4.根据权利要求2所述的基于纳米岛衬底制备大高宽比X射线衍射光学元件的方法，其特征在于，步骤2中所述利用反应离子刻蚀技术刻蚀该自支撑薄膜形成纳米岛，其中，反应离子刻蚀技术采用的反应气体为氧气，流量为180sccm，刻蚀功率为400w。
5.根据权利要求2所述的基于纳米岛衬底制备大高宽比X射线衍射光学元件的方法，其特征在于，所述步骤3包括：
采用电子束蒸发在自支撑薄膜上先后沉积5nm的铬和10nm的金作为电镀种子层，铬层增加金层和自支撑薄膜的粘覆性；在金属种子层上旋涂电子束抗蚀剂，通过控制旋转速度得到特定的抗蚀剂厚度。
6.根据权利要求2所述的基于纳米岛衬底制备大高宽比X射线衍射光学元件的方法，其特征在于，步骤4中所述电子束光刻是采用电子束直写将衍射光学元件图形转移到抗蚀剂上。
7.根据权利要求2所述的基于纳米岛衬底制备大高宽比X射线衍射光学元件的方法，其特征在于，步骤5中所述微电镀采用的金属为金，作为X射线吸收层。
8.根据权利要求2所述的基于纳米岛衬底制备大高宽比X射线衍射光学元件的方法，其特征在于，步骤6中所述去除抗蚀剂和电镀种子层，是利用剥离溶液去除抗蚀剂，反应离子刻蚀去除电镀种子层。
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