CN104483814B - 一种利用光子纳米喷射造成聚焦效应的超分辨纳米光刻方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光刻技术领域，具体为一种利用光子纳米喷射造成聚焦效应的超分辨纳米光刻方法。本发明利用光子在介质微球里发生的纳米喷射过程所造成的聚焦效应进行超分辨纳米光刻，其步骤包括：在硅片表面旋涂一层光刻胶，利用电子束光刻，经过显影之后形成半圆槽阵列，随后用浇注材料浇注形成光刻掩膜版；再在另一块硅片表面旋涂另一种光刻胶，将浇注形成的半圆槽阵列光刻掩膜版盖在光刻胶表面，通过光学光刻，显影之后形成光刻胶上的纳米级线条。本发明方法可实现超衍射极限的光学光刻能力；可进行跨尺度多尺度的复杂纳米图形制作；得到的纳米图形结构形貌可控；可实现高效、大面积制造；与现有半导体基础工艺直接相兼容。
Description
技术领域
本发明属于光刻技术领域，具体涉及一种纳米光刻方法。
背景技术
现有的纳米光刻方法主要是电子束光刻，浸没式透镜短波长紫外光光刻，以及基于表面等离子体共振腔的可调谐纳米光刻，利用由多层介质（PMMA）/银组成的平板超分辨透镜，利用近场表面等离子体增强效应研究纳米近场光刻，基于表面等离子激元（SPP）的近场光刻直写等方式。
然而，这些技术目前都存在结构复杂、强度微弱和兼容性差等缺陷。要具体应用到本研究计划所要制备的集成光栅，其障碍有：（1）无法实现同一表面的多周期光刻；（2）无法实现大面积高效光刻目标；（3）无法进行光刻形貌的控制。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种简单、高效、快速、低成本、大面积，并且与当前半导体基础工艺兼容的纳米光刻方法。
本发明提供的纳米光刻方法，是利用光子在介质微球里发生的纳米喷射过程所造成的聚焦效应，来进行超分辨纳米光刻，具体步骤如下：
（1）清洗硅衬底，在衬底上旋涂UVN-30光刻胶胶，并烘烤使之硬化；
（2）然后使用电子束光刻机光刻；
（3）再烘烤，显影；随后立即在清水中冲洗，获得UVN-30上的半圆槽阵列结构；
（4）使用PDMS等塑料浇注材料浇注在半圆槽阵列结构上，得到浇注膜；
（5）在热板上烘干硬化，取下浇注膜，得到纳米光刻模板；
（6）在另一块硅片上旋涂另一种合适的光刻胶，然后将步骤（5）得到的纳米光刻模板放在所述硅片上方；
（7）最后曝光，显影，获得纳米线条。
本发明步骤（1）中，所述在衬底上旋涂UVN-30光刻胶的步骤为：在衬底上旋涂300-600纳米厚的UVN-30胶，并烘烤使之硬化，烘烤温度为90-130℃，烘烤时间为2-3分钟。
本发明步骤（2）中，所述光刻机光刻的线条为4-20纳米线，剂量为40-500，并利用电子前向散射与背散射的作用使除了纳米线条区域之外的区域曝光。
本发明步骤（3）中，所述烘烤，显影，是在90-130℃的热板上烘2-3分钟；显影条件为在22-24℃的CD-26中显影1-2分钟。
本发明步骤（5）中，所述在热板上烘干硬化，是放在80-120℃的烘箱中放置20-30分钟。
本发明具有以下优点：
（1）实现超衍射极限的光学光刻能力。微纳超透镜阵列的聚焦能力是该技术的核心，决定了可加工的最小特征宽度。通过对结构、工艺和材料的设计控制，该技术可实现50– 100 nm的特征分辨；
（2）可进行跨尺度多尺度的复杂纳米图形制作。微纳超透镜结构和光刻图形具有直接对应关系，通过设计不同结构的微纳超透镜，即可实现不同尺度下复杂图形的光学光刻，以及其他非周期性复杂图形的纳米光刻；
（3）纳米图形结构的形貌可控。结合电子束光刻和纳米压印光刻对图形的精确质量控制，可以改变微纳超透镜的结构和形貌，从而实现光刻纳米图形平滑度、深宽比等形貌特征的调节和优化
（4）微纳超透镜阵列的一体化设计。不同于光镊或者自组装的微纳透镜控制方法，一体化的微纳超透镜阵列具有更好的一致性，操作简单，从而满足工业化量产对于工艺链可控性的需求；
（5）与现有半导体基础工艺直接相兼容。采用常用的紫外光源（如405nm/351nm/325nm等），无需193 nm或其它极紫外、软X射线光源，特殊材料或特殊光学系统设计等，利用现有光刻设备及光刻材料，光刻图形特征线宽可能可达50 nm；
（6）可实现大面积制造。单次曝光面积由微纳超透镜阵列面积决定，并可进行大面积拼接，实现高效纳米图形制造；
（7）批量性、高效性、低成本性。微透镜聚光器制得后，通过一次曝光即可获得纳米图形，工艺简单。
附图说明
图1到图6按照本发明上述的制作步骤的顺序。
图1对应步骤1：在硅表面旋涂UVN-30。
图2对应步骤2-4：光刻，显影，使UVN-30表面形成半圆槽阵列。
图3对应步骤5：浇注半圆槽阵列。
图4对应步骤6：热烘，固形后取下，获得光刻掩膜。
图5对应步骤7-8：取另一块干净的硅片，旋涂合适的光刻胶，烘干；盖上光刻掩膜版，光刻。
图6对应步骤9：显影，获得纳米线条结构。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步具体描述本发明。
本发明的具体操作步骤如下：
（1）清洗硅衬底，在衬底上旋涂400纳米厚的UVN-30胶，并烘烤使之硬化，典型的烘烤温度在130摄氏度，时间为3分钟；参见图1；
（2）使用电子束光刻光刻，光刻图形为500纳米周期的细线条，利用前向散射以及背散射效应，使电子对除了纳米细线条以外的部分区域同样进行曝光；
（3）在130摄氏度热板上后烘2分钟；
（4）在23摄氏度的CD-26溶液中显影1分钟，随后立刻在清水中冲洗，获得UVN-30上的半圆槽阵列结构；参见图2；
（5）使用PDMS等塑料浇注材料浇注在半圆槽阵列结构上；参见图3；
（6）在120摄氏度的热板上烘20分钟，取下浇注膜，获得纳米光刻模板；参见图4；
（7）在热板上烘干硬化，取下浇注膜，获得纳米光刻模板；
（8）在另一块硅片上旋涂合适的光刻胶，将纳米光刻模板放在上方；参见图5；
（9）曝光，显影，获得纳米线条，参见图6。
Claims (5)
1.一种利用光子纳米喷射造成聚焦效应的超分辨纳米光刻方法，其特征在于利用光子在介质微球里发生的纳米喷射过程所造成的聚焦效应，来进行超分辨纳米光刻,具体步骤如下：
（1）清洗硅衬底，在衬底上旋涂UVN-30光刻胶胶，并烘烤使之硬化；
（2）然后使用电子束光刻机光刻；
（3）再烘烤，显影；随后立即在清水中冲洗，获得UVN-30上的半圆槽阵列结构；
（4）使用PDMS塑料浇注材料浇注在半圆槽阵列结构上，得到浇注膜；
（5）在热板上烘干硬化，取下浇注膜，得到纳米光刻模板；
（6）在另一块硅片上旋涂另一种光刻胶，然后将步骤（5）得到的纳米光刻模板放在所述硅片上方；
（7）最后曝光，显影，获得纳米线条。
2.根据权利要求1所述的纳米光刻方法，其特征在于步骤（1）中所述在衬底上旋涂UVN-30光刻胶的步骤为：在衬底上旋涂300-600纳米厚的UVN-30胶，并烘烤使之硬化，烘烤温度为90-130℃，烘烤时间为2-3分钟。
3.根据权利要求1所述的纳米光刻方法，其特征在于步骤（2）中所述光刻机光刻的线条为4-20纳米线，剂量为40-500，并利用电子前向散射与背散射的作用使除了纳米线条区域之外的区域曝光。
4.根据权利要求1所述的纳米光刻方法，其特征在于步骤（3）中所述烘烤、显影，烘烤是在90-130℃的热板上烘2-3分钟，显影为在22-24℃的CD-26中显影1-2分钟。
5.根据权利要求1所述的纳米光刻方法，其特征在于步骤（5）中所述在热板上烘干硬化，是放在80-120℃的烘箱中放置20-30分钟。
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