CN103399459B - 一种用于制备金属/介质纳米多层膜高质量断面的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于制备金属/介质纳米多层膜高质量断面的方法，其步骤为：在基底上制备平面或曲面金属/介质纳米多层膜；在多层膜上旋涂光刻胶，前烘，得到样片；用玻璃刀在样片背面划痕，掰断，得到多层膜粗糙断面；在断口边缘处进行掩模移动曝光；显影、坚膜，得到截面边缘平整的光刻胶掩蔽层；坚膜后的样片放入离子束刻蚀设备中，选择合适的离子束流和角度进行刻蚀；刻蚀后，取出样片，去除样片上剩余的光刻胶，金属/介质纳米多层膜高质量断面制作完成。基于离子束流刻蚀制备金属/介质纳米多层膜断面的方法，能得到边缘整齐、低缺陷的金属/介质纳米多层膜高质量断面。
Description
技术领域
本发明属于纳米光刻加工技术领域，具体涉及一种基于离子束来提高金属/介质纳米多层膜断面图形质量的方法。
背景技术
多层膜通常是由两种或多种材料交替沉积得到人工结构材料，其广泛应用于物理、化学、生物、信息技术等领域。而金属/介质纳米多层膜是众多多层膜结构中的一种。金属/介质纳米多层膜在光刻技术（如极紫外光刻反射镜、超分辨成像光刻器件）领域起到了重要的作用。
极紫外光刻反射镜中每层金属与介质的厚度及粗糙度对其反射效率有很大的影响，进而影响极紫外光刻系统的光刻性能；同样，超分辨成像器件中的每层膜层厚度、膜层粗糙度等对光刻质量也有很大的影响。对多层膜断面进行分析，可直观地反应每层膜层的厚度与质量。
一般情况下，制备金属/介质纳米多层膜断面是通过玻璃刀在多层膜的基底上划痕，再用手掰开而制备。但是，由于不同材料的应力不同，在掰开的过程中容易对膜层造成损伤，易产生膜层断裂、边缘不整齐等问题，进而影响对多层膜中每层膜层质量的准确判断。为了提高金属/介质纳米多层膜断面的质量，我们采用离子束刻蚀设备来制备边缘整体的多层膜高质量断面。离子束流之所以能刻蚀出边缘整齐的断面，是因为其以物理轰击的作用来刻蚀样品，轰击过程具有较好的各向异性。
此外，也可采用先进的聚焦粒子束设备来制备金属纳米多层膜高质量断面，但该设备价格昂贵，用其制备金属/介质纳米多层膜高质量断面成本高。然而，用光刻胶做掩蔽层，离子束刻蚀设备来制备金属/介质纳米多层膜高质量断面方法成本低。因为离子束刻蚀设备价格低，且在纳米光刻领域使用普遍。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对使用手掰制备金属/介质纳米多层膜断面出现膜层断裂、边缘不整齐、缺陷多等问题，而提出使用光刻胶做掩蔽层，利用离子束刻蚀设备的离子束流进行刻蚀，制备金属/介质纳米多层膜高质量断面。为金属/介质纳米多层膜质量控制、曲面多层膜的打平以及光刻等工艺服务。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于制备金属/介质纳米多层膜高质量断面的方法，包括以下步骤：
步骤1：在洁净的基底表面制备平面或曲面金属/介质纳米多层膜；
步骤2：在多层膜上旋涂光刻胶，前烘，得到样片；
步骤3：用玻璃刀在样片背面划痕，掰断，得到多层膜粗糙断面；
步骤4：在多层膜断口边缘小于100μm处进行掩模移动曝光；
步骤5：显影、坚膜，得到截面边缘平整的光刻胶掩蔽层；
步骤6：坚膜后的样片放入离子束刻蚀设备中，选择合适的离子束流和角度进行刻蚀；
步骤7：离子束刻蚀完成后，取出样片，去除样片上剩余的光刻胶，金属/介质纳米多层膜高质量断面制作完成。
其中，所述步骤1中的金属/介质多层膜，可以是平面，也可以是曲面；金属可为Ag、Al等，介质可以为SiO2、SiC等；每层膜厚10-50nm。
其中，所述步骤2光刻胶为正性光刻胶，胶厚0.5～2um，光刻胶型号为AR-P3100或其它类似光刻胶。
其中，所述步骤3中样片先用玻璃刀在背面划一下，再用手掰开。目的是得到均匀光刻胶截面，避免光刻胶的边缘不均匀对刻蚀传递带来不利的影响。
其中，所述步骤4中只对多层膜断口处100um以内的边缘进行曝光，采用掩模移动的模式曝光。以便得到边缘平滑、陡直的光刻胶掩蔽层。
其中，所述步骤5中坚膜温度不低于120℃，时间10-30min。若坚膜温度不够，所刻多层膜断面易出现毛刺状物质。
其中，所述步骤6中离子束刻蚀束流不超过60mA，束流与样片法线的夹角25～30°，连续刻蚀时间最好不超过5min。
其中，所述步骤7中可以用丙酮浸泡去除剩余的光刻胶，或反应离子束刻蚀剩余的光刻胶，用氧气作反应气体。
本发明与现有技术相比所具有的优点：
（1）一方面，传统制备金属纳米多层膜断面的方法是基于手掰的方法而制备，这样多层膜易出现膜层断裂、边缘粗糙、不整齐等问题，会影响对多层膜中每层膜层质量的准确判断；而使用光刻胶做掩蔽层，离子束刻蚀设备的束流来刻蚀多层膜断面的方法，可大大提高金属/介质纳米多层膜断面的质量，解决金属/介质纳米多层膜断面质量差的问题。
（2）另一方面，也可采用先进的聚焦粒子束设备来制备金属纳米多层膜高质量断面，但该设备价格上千万，用其备金属/介质纳米多层膜高质量断面成本高。然而，用光刻胶做掩蔽层，离子束刻蚀设备来制备金属/介质纳米多层膜高质量断面方法成本低。因为离子束刻蚀设备价格低，且在纳米光刻领域使用普遍。
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是本发明第五步的制作示意图；
图6是本发明第六步的制作示意图；
图7是本发明第七步的制作示意图；
图8是本发明流程图示意图。
图中：1为表面抛光的K9玻片或石英基底等；2为金属薄膜；3为介质薄膜；4为光刻胶；5为掩模板上的Cr层；6为掩模板的衬底；7为紫外汞灯光辐射；8为刻蚀多层膜的Ar+离子束流。
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。
实施例1，光刻胶做掩蔽层，利用离子束刻蚀平面Ag与SiO2多层膜高质量断面的制作过程如下：
（1）在厚度3mm的K9玻璃基底上，利用磁控溅射法制备Ag与SiO2多层膜，共14层，每层膜厚20nm，总厚280nm。如说明书附图中图1所示，1代表K9玻璃基底，2代表20nm厚的Ag膜，3代表20nm厚的SiO2膜；
（2）在多层膜上旋涂约1.5um厚的AZ-1500光刻胶，旋涂速度6000RPM，时间40s。然后于100℃热板上前烘10min，取出自然冷却，得到样片。如说明书附图中图2所示，4代表未曝光的AZ-1500光刻胶层；
（3）用玻璃刀在样片的背面划出痕迹，再小心掰断，如说明书附图中图3所示；
（4）用中心波长为365nm的紫外曝光机，用Cr掩模对多层膜断口边缘处的AZ-1500光刻胶进行曝光，曝光剂量约150mJ，曝光时采用掩模移动曝光，断口边缘的曝光距离小于100um，如说明书附图中图4所示，5代表掩模上的Cr层，6代表掩模板的衬底；7代表中心波长为365nm的紫外光源；
（5）用AR-300-35显影液对上述曝光区进行显影，显影时间约60s，然后将显影后的样片放于120℃的烘箱中煎膜10min，得到光刻胶掩蔽层，如说明书附图中图5所示，4代表经过120℃的烘箱煎膜后的AZ-1500光刻胶层；
（6）利用离子束刻蚀设备，对曝光、煎膜后的样片进行刻蚀。刻蚀条件是：刻蚀角度30°，离子束流60mA，样品台5℃，共刻蚀32min（为便于观察，一般情况下都会对多层膜进行过刻），每刻蚀4min，停5min。刻蚀过程如说明书附图中图6所示，8为刻蚀多层膜的Ar+离子束流；
（7）将离子束刻蚀后的样品，放到丙酮溶液中浸泡2h，除去离子束刻蚀剩余的光刻胶层，最后得到平面Ag与SiO2多层膜高质量断面。
实施例2，光刻胶做掩蔽层，利用离子束刻蚀带沟槽的Ag与SiO2多层膜高质量断面的制作过程如下：
（1）在厚度1mm的石英基底上，先制备宽700nm，深200nm的沟槽，再利用磁控溅射法制备Ag与SiO2多层膜，共14层，每层膜厚20nm，总厚280nm；
（2）在有沟槽的多层膜上旋涂AZ-3100光刻胶，旋涂速度4000RPM，时间30s，然后于100℃热板上前烘12min，取出自然冷却，用台阶仪测得平面处光刻胶厚度约1um，得到样片；
（3）在垂直于沟槽方向，用玻璃刀在样片的背面划出痕迹，再小心掰断，得到粗糙多层膜断面；
（4）用中心波长为365nm的紫外曝光机，利用Cr掩模对多层膜断口边缘处的AZ-3100光刻胶进行曝光，曝光剂量约180mJ（由于沟槽内的光刻胶略厚于平面处的，所以要对光刻胶进行一定的过曝），曝光时采用掩模移动曝光，断口边缘的曝光距离小于100um；
（5）用AR-300-35显影液对上述曝光区进行显影，显影时间约60s，然后将显影后的样片放于120℃的烘箱中煎膜12min，得到光刻胶掩蔽层；
（6）利用离子束刻蚀设备，对曝光、煎膜后的样片进行刻蚀。刻蚀条件：刻蚀角度30°，离子束流60mA，样品台5℃，共刻蚀36min（为便于观察，一般情况下都会对多层膜进行过刻），每刻蚀4min，停5min；
（7）将离子束刻蚀后的样品，放到丙酮溶液中浸泡2h，除去离子束刻蚀剩余的光刻胶层，最后得到Ag与SiO2曲面多层膜高质量断面。
本发明未详细公开的部分属于本领域的公知技术。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (6)
1.一种用于制备金属/介质纳米多层膜高质量断面的方法，其特征在于以下步骤：
步骤1：在洁净的基底表面制备平面或曲面金属/介质纳米多层膜；
步骤2：在多层膜上旋涂光刻胶，前烘，得到样片；
步骤3：用玻璃刀在样片背面划痕，掰断，得到金属/介质纳米多层膜粗糙断面；
步骤4：在断口边缘小于100μm处进行掩模移动曝光；
步骤5：显影、坚膜，得到截面边缘平整的光刻胶掩蔽层；
步骤6：坚膜后的样片放入离子束刻蚀设备中，选择合适的离子束流和角度进行刻蚀；
步骤7：离子束刻蚀完成后，取出样片，去除样片上剩余的光刻胶，金属/介质纳米多层膜高质量断面制作完成。
2.根据权利要求1所述的一种用于制备金属/介质纳米多层膜高质量断面的方法，其特征在于：所述步骤1中的金属/介质纳米多层膜，金属可为Ag、Al，介质可以为SiO2或SiC；每层膜厚10-50nm。
3.根据权利要求1所述的一种用于制备金属/介质纳米多层膜高质量断面的方法，其特征在于：所述步骤2光刻胶为正性光刻胶，胶厚0.5～2um。
4.根据权利要求1所述的一种用于制备金属/介质纳米多层膜高质量断面的方法，其特征在于：所述步骤5中坚膜温度不低于120℃，时间10-30min。
5.根据权利要求1所述的一种用于制备金属/介质纳米多层膜高质量断面的方法，其特征在于：所述步骤6中离子束刻蚀束流不超过60mA，束流与样片法线的夹角25～30°，连续刻蚀时间最好不超过5min。
6.根据权利要求1所述的一种用于制备金属/介质纳米多层膜高质量断面的方法，其特征在于：所述步骤7中可以用丙酮浸泡去除剩余的光刻胶，或反应离子束刻蚀剩余的光刻胶，氧气作为反应气体。
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| CN102092675A (zh) * | 2011-01-14 | 2011-06-15 | 中国科学院物理研究所 | 一种自掩模单结多端三维纳米结构的制备方法 |
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