CN103135367B - 电子束曝光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电子束曝光方法，包括：s1、在待加工样品上涂覆一层底层电子束抗蚀剂；s2、在底层的电子束抗蚀剂上形成金属层；s3、在金属层上涂覆一层顶层电子束抗蚀剂；s4、电子束曝光，在顶层电子束抗蚀剂上面形成所需要的纳米尺寸的曝光图形；s5、用顶层电子束抗蚀剂做掩膜刻蚀金属层及底层电子束抗蚀剂，将曝光图形转移到待加工样品上。此种可以消除绝缘材料在电子束曝光过程中产生的电荷积累效应的方法，解决了常规工艺中不能在绝缘材料上进行电子束曝光的难题，可以很好在绝缘材料上实现纳米尺度图形的制作。
Description
技术领域
本发明属于半导体、MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电系统）器件及微光学器件加工领域，尤其涉及一种可以避免电荷积累的电子束曝光方法。
背景技术
电子束光刻技术无需掩膜，使用灵活方便，且极具精细加工的能力，目前通过该技术可以成功制备出小于10nm的结构图形，越来越多的人将该技术用做纳米尺寸结构的加工。但是，该技术也存在一定的局限性，如需基片具有一定导电能力。其在绝缘材料或者导电性差的基片上面进行电子束直写曝光会有很严重的电荷积累效应，这将导致电子束扫描场偏移改变电子束扫描方向造成定位误差和图像失真，严重还会出现火花放电现象，这就使所要加工的材料受到限制。
随着信息技术的发展，新材料微结构加工尤其是在微光学所需的材料上进行微加工越来越多的受到人们的关注并且在众多领域起着关键作用，在科研领域电子束直写光刻无疑是获得微结构器件最便捷、最理想的加工手段，但众多新领域尤其是微光学领域所需器件都采用石英玻璃等一些不良导电材料料作为加工基片，希望在这些材料表面做出纳米尺度结构图形，这点就受到了电子束直写曝光设备本身局限性的限制，所以这一问题亟待解决。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种避免电荷积累的电子束直写曝光方法，此方法可以有效的消除电子束曝光过程中在待加工样品表面形成的电荷积累，成功的在待加工样品表面制作出高密度纳米尺寸图形，其工艺可与现行的微纳加工技术相兼容。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本申请公开了一种电子束曝光方法，包括：
s1、在待加工样品上涂覆一层底层电子束抗蚀剂；
s2、在底层的电子束抗蚀剂上形成金属层；
s3、在金属层上涂覆一层顶层电子束抗蚀剂；
s4、电子束曝光，在顶层电子束抗蚀剂上面形成所需要的纳米尺寸的曝光图形；
s5、用顶层电子束抗蚀剂做掩膜刻蚀金属层及底层电子束抗蚀剂，将曝光图形转移到待加工样品上，
所述的待加工样品为绝缘材料或低电导率的材料，所述的低电导率材料的电导率为
10-18s/m~10-13s/m。
作为本发明的进一步改进，所述的底层电子束抗蚀剂和顶层电子束抗蚀剂选自PMMA、ZEP520或HSQ。
作为本发明的进一步改进，所述底层电子束抗蚀剂的温度耐受性不低于顶层电子束抗蚀剂的温度耐受性。
作为本发明的进一步改进，所述金属层的厚度为5~500nm。
作为本发明的进一步改进，所述的金属层是通过溅射或蒸发的方式获得。
作为本发明的进一步改进，所述的金属层的刻蚀采用反应离子束刻蚀。
作为本发明的进一步改进，所述的底层电子束抗蚀剂采用反应离子刻蚀。
作为本发明的进一步改进，所述步骤s5中，图形转移可采用剥离工艺或干法刻蚀刻蚀工艺获得。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过金属层插入技术用以对待加工样品，特别是绝缘材料进行电子束直写曝光，解决电荷积累问题并具备工艺兼容性强的优势。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示本发明具体实施例中电子束曝光的流程示意图。
具体实施方式
参图1所示，本发明实施例公开了一种电子束的曝光方法，具体包括：
s1、在待加工样品1上涂覆一层底层电子束抗蚀剂2；
s2、在底层的电子束抗蚀剂上形成金属层3；
s3、在金属层上涂覆一层顶层电子束抗蚀剂4；
s4、电子束曝光，在顶层电子束抗蚀剂上面形成所需要的纳米尺寸的曝光图形；
s5、用顶层电子束抗蚀剂做掩膜刻蚀金属层及底层电子束抗蚀剂，将曝光图形转移到待加工样品上
所述的待加工样品为绝缘材料或低电导率的材料，所述的低电导率材料的电导率为
10-18s/m~10-13s/m。
在步骤s1之前，需对待加工样品进行必要的处理，包括清洗、烘干、粘附剂的涂覆等。
在电子束曝光过程中，电子枪打到衬底上面的电子要及时传导出去，否则会出现电荷积累效应，在绝缘体材料表面进行电子束曝光时，由于材料导电性不好，导致电荷积累，从而影响曝光质量，而在插入一层金属后可以有效地消除电荷积累，从而可以在绝缘材料上面进行电子束曝光。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明以不导电材料石英玻璃为待加工样品，以下简称石英衬底。底层电子束抗蚀剂选择PMMA-A4，顶层电子束抗蚀剂选择ZEP520。
（1）、石英衬底经过标准清洗后在热板上烘烤两分钟，将表面水汽烘干，冷却两分钟，以4000转/分钟的工艺参数涂覆PMMA-A4电子束光刻胶30S，之后在180℃的热板上烘烤90S，并再次冷却两分钟。
（2）、对涂覆完光刻胶的石英衬底蒸镀一层金属，设备为FHR溅射台，金属为10nm金。（可以用其它的蒸镀设备，如电子束蒸发等，蒸镀金属可以多样选择，只要导电性好就可以，厚度可以自由调节，范围可控制在5nm-500nm之间。）
（3）、对蒸镀完金属的样品再次旋转涂覆一层电子束光刻胶，此胶为抗刻蚀性较好的ZEP520光刻胶，同样采用4000转/分钟涂覆30S，然后在180℃的热板上烘烤90S，而后冷却两分钟。
（4）、版图设计，设计不同宽度的线条，长度要大于100um，方便检验曝光后的曝光效果。
（5）、对样品进行电子束曝光，采用JBX5500电子束曝光机，束流为100pA，曝光剂量为130μC/cm2。
（6）、显影定影，电子束曝光完成后取出样品，用乙酸正戊酯对其进行显影60S，然后用IPA定影30S，形成所需要的图形。
（7）、图形转移，将已经制作出图形的样品用IBE进行刻蚀，刻蚀时间根据金属厚度及底层胶的厚度而定，将顶层胶上面的图形成功转移到衬底上。
需要提醒注意的是：在上述实施例中，所用的光刻胶涂覆、固化、冷却等工艺和对样品的显影、定影以及溅射金属的厚度和刻蚀时间等工艺参数均为结合实际生产所取得的较佳值，但并不是严格限定的唯一取值，例如光刻胶涂覆的时间或者显影的时间长短在合理范围内可取任何值。而且，该工艺参数并不主要决定本发明实质性的技术方案。
综上所述，本发明通过金属层插入技术用以对待加工样品，特别是绝缘材料进行电子束直写曝光，可以消除绝缘材料在电子束曝光过程中产生的电荷积累效应，解决了常规工艺中不能在绝缘材料上进行电子束曝光的难题，可以很好在绝缘材料上实现纳米尺度图形的制作。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (7)
1.一种电子束曝光方法，其特征在于，包括：
s1、在待加工样品上涂覆一层底层电子束抗蚀剂；
s2、在底层的电子束抗蚀剂上形成金属层；
s3、在金属层上涂覆一层顶层电子束抗蚀剂，所述底层电子束抗蚀剂的温度耐受性不低于顶层电子束抗蚀剂的温度耐受性；
s4、电子束曝光，在顶层电子束抗蚀剂上面形成所需要的纳米尺寸的曝光图形；
s5、用顶层电子束抗蚀剂做掩膜刻蚀金属层及底层电子束抗蚀剂，将曝光图形转移到待加工样品上，
所述的待加工样品为绝缘材料或低电导率的材料，所述的低电导率材料的电导率为 。
2.根据权利要求1所述的电子束曝光方法，其特征在于，所述的底层电子束抗蚀剂和顶层电子束抗蚀剂选自PMMA、ZEP520或HSQ。
3.根据权利要求1所述的电子束曝光方法，其特征在于，所述金属层的厚度为5~500nm。
4.根据权利要求1所述的电子束曝光方法，其特征在于，所述的金属层是通过溅射或蒸发的方式获得。
5.根据权利要求1所述的电子束曝光方法，其特征在于，所述的金属层的刻蚀采用离子束刻蚀。
6.根据权利要求1所述的电子束曝光方法，其特征在于，所述的底层电子束抗蚀剂采用反应离子刻蚀。
7.根据权利要求1所述的电子束曝光方法，其特征在于，所述步骤s5中，图形转移可采用剥离工艺或干法刻蚀工艺获得。
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