CN103399461B - 一种基于双层胶技术的掩模平坦化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于双层胶技术的掩模平坦化方法，其主要步骤为：在平面或者曲面基底上沉积铬膜层并制备掩模图形，之后在其上先后涂敷光刻胶A和光刻胶B，采用中心波长为365nm的紫外曝光光源从基底的背面入射，使光刻胶B感光，利用光刻胶A在光刻胶B显影液中的溶解速率大于光刻胶B在光刻胶B显影液中的显影速率的特性形成侧向沟槽，再利用电子束蒸镀沉积二氧化硅，厚度和掩模铬层厚度相等。将掩模浸泡于有机溶剂中去除A、B光刻胶，最后得到平坦化的掩模。该方法可以应用到一体式曝光器件的掩模平坦化工艺中，如Superlens和缩小Hyperlens器件的掩模平坦化工艺。
Description
技术领域
本发明涉及一种掩模平坦化的方法，尤其涉及一种基于双层胶技术的掩模平坦化方法。
背景技术
传统光刻的分辨力受到衍射极限的限制。为此，突破衍射极限的超分辨光刻成像研究就显得尤为重要。Superlens和Hyperlens器件以金属和介质膜层周期性的交替构成一种适合倏逝波传输的人工材料，从而实现超分辨光刻成像。目前文献中所报道的Superlens器件都是采用一体式光刻，掩模的平坦化为其中非常关键的工艺。常用的掩模平坦化方法有悬涂法，纳米压印等，聚焦离子束引导沉积的方法也可以应用到掩模平坦化的工艺中。
悬涂法，即悬涂有机材料（如PMMA等）到一定厚度，使原本有结构图形的掩模表面平整化，再回蚀有机材料到20～30nm以满足Superlens和Hyperlens器件光场传播的需要。该方法的缺点是对于一体式光刻，每次掩模清洗工艺后都需要重新进行掩模平坦化，这会影响工艺的重复性。其次，该方法对于能实现缩小功能的Hyperlens器件而言，有机材料在曲面沟槽内的涂敷虽能达到掩模平坦化的目的，但会改变曲面沟槽的曲率，从而影响器件的实际缩小倍率。
文献（Appl.Phys.Lett.96,043102(2010)）报道中也有基于纳米压印平坦化掩模的方法。该方法的缺点是在利用平整的压印模板平坦化掩模后脱模有一定困难。对于一体式光刻，每次掩模清洗工艺后都需要重新进行掩模平坦化，故该方法也存在工艺重复性差的问题。同时，纳米压印平坦化掩模的方法只适用于平面面型的掩模，不适用于曲面面型的掩模。
通过聚焦离子束的引导沉积功能可以实现平面和曲面面型掩模的平坦化，由于沉积的是二氧化硅材料，在掩模清洗工艺中不会对其产生溶解影响，工艺的重复性大大提高。但是该方法是逐点在掩模沟槽内沉积二氧化硅材料，故加工的效率低，且无法满足大面积掩模平坦化要求。同时该方法利用了聚焦离子束设备加工，成本昂贵。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对现有的Superlens和Hyperlens器件掩模的平坦化问题，提出了一种基于双层胶技术的掩模平坦化方法。该方法只需要采用常规的光刻工艺和薄膜沉积技术就可实现大面积的、重复性好、平面和曲面面型掩模的平坦化。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于双层胶技术的掩模平坦化方法，步骤如下：
步骤（1）、在基底上沉积一定厚度的掩模层，并在掩模层上制备掩模图形。
步骤（2）、在掩模图形上涂敷光刻胶A，并进行前烘处理。
步骤（3）、在所述步骤（2）得到的结构上涂敷光刻胶B，并进行前烘处理。
步骤（4）、采用中心波长为365nm的紫外曝光光源从所述步骤（3）得到的结构背面入射，对光刻胶B进行曝光，显影。
步骤（5）、在所述步骤（4）得到的结构内沉积二氧化硅层厚度和铬膜的厚度相等。
步骤（6）、将所述步骤（5）得到的结构放到有机溶剂中去除光刻胶A和光刻胶B。
其中，在步骤（1）中的基底材质是石英或者有机透明材料，同时基底可以为平面或曲面。
其中，在步骤（2）中，光刻胶A前烘的温度为150～200℃，前烘的时间为5～30分钟。光刻胶A在光刻胶B的显影液中溶解速率要满足比光刻胶B在光刻胶B显影液中的显影速率快的要求。
其中，在步骤（3）中，光刻胶B前烘的温度为80℃～100℃，前烘的时间为10～30分钟。光刻胶A和光刻胶B不能发生互溶现象。
其中，在步骤（4）中，曝光剂量为光刻胶B的感光剂量，显影时间由光刻胶A和光刻胶B的总厚度决定。
其中，在步骤（5）中，二氧化硅的沉积方式为电子束蒸镀以保证良好的方向性，二氧化硅的厚度由石英晶振仪监控。
本发明与现有技术相比的优点在于：
1、本发明所述的一种基于双层胶技术的掩模平坦化方法不仅可以实现平面面型掩模的平坦化还可以实现曲面面型掩模的平坦化。纳米压印平坦化掩模的方法只能实现平面面型的掩模平坦化，悬涂法虽能平坦化曲面面型掩模，但会改变掩模的曲面面型。
2、本发明所述的一种基于双层胶技术的掩模平坦化方法由于沉积的是二氧化硅材料，而不是悬涂法和纳米压印平坦化掩模方法采用的PMMA等有机物，故在掩模清洗工艺中不会和丙酮等有机溶剂发生反应，工艺重复性好。
3、本发明所述的一种基于双层胶技术的掩模平坦化方法和聚焦离子束平坦化掩模的方法相比，该方法可实现大面积的平面和曲面面型掩模平坦化，且成本低廉。
4、本发明所述的一种基于双层胶技术的掩模平坦化方法只是采用常规的双层胶光刻技术及薄膜沉积技术就可实现平面和曲面面型掩模的平坦化，可操作性比纳米压印和聚焦离子束平坦化掩模的方法强。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2是本发明实施例1中，在曲面圆弧形沟槽基底内沉积铬层并利用FIB在铬层上制作掩模图形的剖面结构示意图；
图3是本发明实施例1中，采用悬涂的方式涂敷光刻胶A和光刻胶B的剖面结构示意图；
图4是本发明实施例1中，采用中心波长为365nm的紫外曝光光源从基底的底面对光刻胶B进行光刻；
图5是本发明实施例1中，对光刻胶B显影后的剖面结构示意图；
图6是本发明实施例1中，在图5所示的结构内利用真空蒸镀沉积二氧化硅的剖面结构示意图；
图7是本发明实施例1中，在用丙酮去掉光刻胶A、光刻胶B及上面的二氧化硅层后的剖面结构示意图；
图8是本发明实施例2中，在平面基底上沉积铬层并利用FIB在铬层上制作掩模图形的剖面结构示意图；
图9是本发明实施例2中，采用悬涂的方式涂敷光刻胶A和光刻胶B的剖面结构示意图；
图10是本发明实施例2中，采用中心波长为365nm的紫外曝光光源从基底的底面对光刻胶B进行光刻；
图11是本发明实施例2中，对光刻胶B显影后的剖面结构示意图；
图12是本发明实施例2中，在图11所示的结构内利用真空蒸镀沉积二氧化硅的剖面结构示意图；
图13是本发明实施例2中，在用丙酮去掉光刻胶A、光刻胶B及上面的二氧化硅层后的剖面结构示意图；
图中：1代表衬底材料石英；2代表铬掩模材料；3代表光刻胶A；4代表未感光的光刻胶B；5代表感光的光刻胶B；6代表中心波长为365nm的紫外曝光光源；7代表二氧化硅材料。
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，利用双层胶技术平坦化曲面圆弧形沟槽（径宽为700nm，深度为250nm）内线宽100nm，中心间距400nm的掩模图形，制作过程如下：
（1）在以1mm厚的石英为基底制备的曲面圆弧形沟槽上，采用磁控溅射的方法沉积厚度为40nm的铬层，沉积功率为700W，流量为80sccm，加热温度为300℃，沉积时间为50秒。利用FIB在铬层上制备线宽为100nm，中心间距为400nm的掩模图形。如图2所示，1代表衬底材料石英；2代表铬材料。
（2）涂敷Microchem公司的PMGI-SF2型光刻胶和AllResist公司的AR-3170X光刻胶。PMGI-SF2的涂敷转速为5000rpm，涂敷时间为30秒，涂敷后PMGI-SF2型光刻胶在沟槽内的厚度为120nm。在热板上实施前烘工艺，前烘温度为170℃，前烘时间为7min，以确保不会和之后工艺中的AR-3170X发生互溶现象。之后再以7000rpm的转速涂敷AR-3170X光刻胶，涂敷时间为30秒，涂敷后在沟槽内的厚度为80nm。在热板上利用100℃进行前烘，前烘的时间为10min。如图所示，1代表衬底材料石英；2代表铬材料；3代表PMGI-SF2型光刻胶；4代表未感光的AR-3170X型光刻胶。
（3）从基底背面中心波长为365nm的紫外曝光光源对表层的AR-3170X光刻胶进行曝光，曝光的剂量为15MJ，如图4所示，1代表衬底材料石英；2代表铬材料；3代表PMGI-SF2型光刻胶；4代表未感光的AR-3170X型光刻胶；5代表已感光的AR-3170X型光刻胶；6中心波长为365nm的紫外曝光光源。
（4）用和去离子水的体积比为1:1的AR-300-35显影液对表层的AR-3170X显影，显影时间为40秒，因为PMGI-SF2是溶于碱性显影液的，同时溶解的速率大于AR-3170X在AR-300-35显影液中的显影速率，故可形成侧向腐蚀的结构图形。如图5所示，1代表衬底材料石英；2代表铬材料；3代表PMGI-SF2型光刻胶；4代表未感光的AR-3170X型光刻胶。
（5）在图5所示的结构上利用电子束蒸镀在垂直于基底方向沉积二氧化硅膜，沉积束流为25mA，沉积厚度为40nm，厚度由石英晶振仪监控。如图6所示，1代表衬底材料石英；2代表铬材料；3代表PMGI-SF2型光刻胶；4代表未感光的AR-3170X型光刻胶；7代表沉积的二氧化硅材料。
（6）将图6所示的结构放入丙酮溶液中，超声2min后取出，用去离子水冲洗并用氮气吹干即可得到平坦化的径宽为700nm，深度为250nm的曲面圆弧形沟槽掩模的平坦化。如图7所示，1代表衬底材料石英；2代表铬材料；7代表沉积的二氧化硅材料。
实施例2，利用双层胶技术平坦化周期300nm，线宽80nm的平面掩模，制作过程如下：
（1）在1mm厚的石英基底上，采用磁控溅射的方法沉积厚度为80nm的铬层，沉积功率为700W，流量为80sccm，加热温度为300℃，沉积时间为58秒。利用FIB在铬层上制备周期300nm，线宽80nm的掩模图形。如图8所示，1代表衬底材料石英；2代表铬材料。
（2）涂敷Microchem公司的PMGI-SF3型光刻胶和AllResist公司的AR-3170光刻胶。PMGI-SF3的涂敷转速为2000rpm，涂敷时间为30秒，涂敷厚度为100nm。在热板上实施前烘工艺，前烘温度为170℃，前烘时间为5min，以确保不会和之后工艺中的AR-3170发生互溶作用。之后再以6000rpm的转速涂敷AR-3170光刻胶，涂敷时间为30秒，涂敷厚度为80nm。在热板上利用100℃进行前烘，前烘的时间为10min。如图9所示，1代表衬底材料石英；2代表铬材料；3代表PMGI-SF3型光刻胶；4代表未感光的AR-3170型光刻胶。
（3）从基底背面中心波长为365nm的紫外曝光光源对表层的AR-3170光刻胶进行曝光，曝光的剂量为13MJ，如图10所示，1代表衬底材料石英；2代表铬材料；3代表PMGI-SF3型光刻胶；4代表未感光的AR-3170型光刻胶；5代表已感光的AR-3170型光刻胶；6中心波长为365nm的紫外曝光光源。
（4）用和去离子水的体积比为1:1的AR-300-35显影液对表层的AR-3170显影，显影时间为30秒，因为PMGI-SF3是溶于碱性显影液的，同时溶解的速率大于AR-3170在AR-300-35显影液中的显影速率，故可形成侧向腐蚀的结构图形。如图11所示，1代表衬底材料石英；2代表铬材料；3代表PMGI-SF3型光刻胶；4代表未感光的AR-3170型光刻胶。
（5）在图11所示的结构上利用电子束蒸镀在垂直于基底方向沉积二氧化硅膜，沉积束流为25mA，沉积厚度为80nm，厚度由石英晶振仪监控。如图6所示，1代表衬底材料石英；2代表铬材料；3代表PMGI-SF2型光刻胶；4代表未感光的AR-3170型光刻胶；7代表沉积的二氧化硅材料。
（6）将图12所示的结构放入丙酮溶液中，超声2min后取出，用去离子水冲洗并用氮气吹干即可得到平坦化的周期300nm，线宽80nm的平面掩模。如图13所示，1代表衬底材料石英；2代表铬材料；7代表沉积的二氧化硅材料。
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 (4)
1.一种基于双层胶技术的掩模平坦化方法，其特征步骤如下：
步骤(1)、在基底上沉积一定厚度的掩模层，并在掩模层上制备掩模图形；
步骤(2)、在掩模图形上涂敷光刻胶A，并进行前烘处理；
其中，所述步骤(2)中，光刻胶A前烘的温度为150～200℃，前烘的时间为5～30分钟，光刻胶A在光刻胶B的显影液中溶解速率要满足比光刻胶B在光刻胶B的显影液中显影速率快的要求；
步骤(3)、在所述步骤(2)得到的结构上涂敷光刻胶B，并进行前烘处理；
其中，所述步骤(3)中，光刻胶B前烘的温度为80℃～100℃，前烘的时间为10～30分钟，光刻胶A和光刻胶B不能发生互溶现象；
步骤(4)、采用中心波长为365nm的紫外曝光光源从所述步骤(3)得到的结构背面入射，对光刻胶B进行曝光，显影；
步骤(5)、在所述步骤(4)得到的结构内沉积二氧化硅层，厚度和铬膜的厚度相等；
步骤(6)、将所述步骤(5)得到的结构放到有机溶剂中去除光刻胶A和光刻胶B。
2.根据权利要求1所述的一种基于双层胶技术的掩模平坦化方法，其特征在于：所述步骤(1)中的基底材质是石英或者有机透明材料，同时基底为平面或曲面。
3.根据权利要求1所述的一种基于双层胶技术的掩模平坦化方法，其特征在于：所述步骤(4)中，曝光剂量为光刻胶B的感光剂量，显影时间由光刻胶A和光刻胶B的总厚度决定。
4.根据权利要求1所述的一种基于双层胶技术的掩模平坦化方法，其特征在于：所述步骤(5)中，二氧化硅的沉积方式为电子束蒸镀以保证良好的方向性，二氧化硅的厚度由石英晶振仪监控。
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