CN104820341A - 一种基于激光干涉光刻技术制备纳米图形的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于激光干涉光刻技术制备纳米图形的方法，包括以下步骤：将硅片超声清洗，然后用氮气枪吹干；烘烤去水分；利用光刻胶处理；烘烤去除多余的有机溶剂；曝光；显影；用去离子水冲洗，氮气枪吹干。本发明方法采用薄胶方法，通过激光干涉光刻平台在硅片上制备出高均匀性的纳米图形，这种方法有效地避免了驻波效应，并能够为干法刻蚀提供很好的掩膜图形，制作大面积的点阵或者孔阵材料提供很好的基础，从而利用薄胶方法使用相对廉价的系统，减小了成本压力，而且也为实现产业化提供了很好的基础。本发明作为一种基于激光干涉光刻技术制备纳米图形的方法可广泛应用于半导体领域。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域，尤其是一种基于激光干涉光刻技术制备纳米图形的方法。
背景技术
纳米图形有广泛的应用，例如在LED、太阳能电池、量子点以及探测器方面等，可用来制作图形衬底，以提高器件的各种性能。制备图形的光刻技术有很多种，像紫外曝光、电子束曝光、激光干涉等等，而利用激光干涉制备图形具有更高的优势。
激光干涉光刻技术是一种高效、低成本的光刻技术，其能够制备大面积的光刻胶图形，并且制得的图形有较好的均匀性。激光干涉光刻是利用两束激相干光进行干涉，利用其明暗相见干涉条纹进行光刻。并且，根据以下公式，图形的周期是可调的，这就意味着可以得到不同尺寸的光刻图形。
，
其中，是入射光波长，n是空气的折射率，是入射光与基底法线的夹角。
目前，制备图形时大多使用的是厚胶，但是厚胶就会带来一些复杂的工艺，引入后烘和抗反射层，并且，厚胶在制备图形过程中，也会加大曝光的剂量，对成本有较高的要求，所以薄胶图形就有更多的使用空间。
通常在制备纳米级的图形时，过厚的光刻胶涂层会带来驻波效应，其原理是：由于光刻胶的折射率和衬底的折射率不匹配，衬底的反射光与入射光相互干涉形成驻波，这就会在光刻胶上形成参差不齐的周期性边界，这就是驻波效应。而目前克服驻波效应的方法主要是使用抗反射层和后烘。抗反射层能够直接减少基底的反射光，从而杜绝驻波的形成，后烘是通过温度梯度促使光刻胶中的PAC由浓度高的地方向浓度低的地方扩散，进而减少驻波效应的影响。
驻波的周期为可由以下表示：
其中是入射光波长，n1是光刻胶中的折射率，是入射光与基底法线的夹角。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是：提供一种低成本实现避免驻波效应的基于激光干涉光刻制备纳米图形的方法。
本发明所采用的技术方案是：一种基于激光干涉光刻技术制备纳米图形的方法，包括有以下步骤：
A、将硅片依次用酒精、丙酮、去离子水循环超声清洗，然后用氮气枪吹干；
B、在热板上烘烤，去除表面残余水分；
C、利用光刻胶处理，胶厚为100nm；
D、在热板上烘烤，去除多余的有机溶剂；
E、利用激光干涉光刻系统进行曝光，激光的入射角为20.7°，得到图形的周期为460nm；
F、配置显影液，利用显影液显影；
G、用去离子水冲洗，氮气枪吹干。
进一步，述步骤A中将硅片依次用酒精、丙酮、去离子水循环超声清洗各5分钟。
进一步，所述步骤B具体为：在180℃的热板上烘烤2分钟，去除表面残余水分。
进一步，所述步骤C中使用的光刻胶为AR-P 3840光刻胶，所述光刻胶的稀释比例为光刻胶：稀释剂=1：3.5。
进一步，所述步骤C中利用光刻胶处理的甩胶速度为每分钟4000转，持续时间为2分钟。
进一步，所述步骤D具体为：在90℃的热板上烘烤2分钟，去除多余的有机溶剂。
进一步，所述步骤E中激光的波长为325nm。
进一步，所述步骤E中曝光时，曝光时间为290秒一次，随后旋转样品90°进行第二次曝光。
进一步，所述步骤F中使用的为KMP PD 3600-Ⅱ型显影液，配置比例为显影液：去离子水=3:2，显影时间为30秒。
本发明的有益效果是：本发明方法采用薄胶方法，通过激光干涉光刻平台在硅片上制备出高均匀性的纳米图形，这种方法有效地避免了驻波效应，并能够为干法刻蚀提供很好的掩膜图形，制作大面积的点阵或者孔阵材料提供很好的基础，从而利用薄胶方法使用相对廉价的系统，减小了成本压力，而且也为实现产业化提供了很好的基础。
附图说明
图1为本发明方法的步骤流程图；
图2为本发明中激光干涉光刻设备示意图；
图3为光刻流程示意图；
图4为显影后的SEM测试结果。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
参照图1，一种基于激光干涉光刻技术制备纳米图形的方法，包括有以下步骤：
A、将硅片依次用酒精、丙酮、去离子水循环超声清洗，然后用氮气枪吹干；
B、在热板上烘烤，去除表面残余水分；
C、利用光刻胶处理，胶厚为100nm；
D、在热板上烘烤，去除多余的有机溶剂；
E、利用激光干涉光刻系统进行曝光，激光的入射角为20.7°，得到图形的周期为460nm；
F、配置显影液，利用显影液显影；
G、用去离子水冲洗，氮气枪吹干。
进一步作为优选的实施方式，述步骤A中将硅片依次用酒精、丙酮、去离子水循环超声清洗各5分钟。
进一步作为优选的实施方式，所述步骤B具体为：将上述洗干净的硅片正面向上放在180℃的热板上烘烤2分钟，去除表面残余水分。
进一步作为优选的实施方式，所述步骤C中使用的光刻胶为AR-P 3840光刻胶，所述光刻胶的稀释比例为光刻胶：稀释剂=1：3.5。
AR-P 3840光刻胶由Allresist 公司生产。光刻胶的主要成分为酚醛清漆树脂与重氮基萘醌的化合物，溶解在安全的有机溶剂中，有机溶剂为混合物试剂，主要成分为丙烯乙二醇甲基乙醚醋酸盐。
进一步作为优选的实施方式，所述步骤C中利用光刻胶处理，将120ul的光刻胶滴在硅片上并立即启动甩胶机，甩胶速度为每分钟4000转，持续时间为2分钟。
进一步作为优选的实施方式，所述步骤D具体为：将涂覆有光刻胶的硅片在90℃的热板上烘烤2分钟，去除多余的有机溶剂。
由于光刻胶中溶剂的成分大约占到65%-85%，在甩胶之后仍有10%-30%的溶剂残留，所以烘烤能大幅减少溶剂的含量，使之减少至达到5%左右。
进一步作为优选的实施方式，所述步骤E中激光的波长为325nm。
进一步作为优选的实施方式，所述步骤E中曝光时，曝光时间为290秒一次，随后旋转样品90°进行第二次曝光。光栅一次曝光剂量翻倍，即一次曝光时间为580s。
进一步作为优选的实施方式，所述步骤F中使用的为KMP PD 3600-Ⅱ型显影液，配置比例为显影液：去离子水=3:2，将样品用镊子夹紧后放入显影液中并晃动，显影30秒后迅速拿出。
由上述步骤处理后的硅片进行具体测试，得到结果参照图4，SEM图像为观察图形结构提供了很好的平台，通过图像结果，这种方法制得的图形没有驻波效应的影响，点阵图形的正圆相似性较高，并且整片的均匀性约为4.3%。该条件下的图形尺寸大多在130-180nm之间。结合SEM图像，可见点粒具有较高的完整性，其侧面没有出现台阶等其他问题，说明控制了驻波效应。点粒质量对后续的刻蚀工艺有着很大的影响，较好的点粒就具有更重要的意义。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可以作出种种的等同变换或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (9)
1.一种基于激光干涉光刻技术制备纳米图形的方法，其特征在于：包括有以下步骤：
A、将硅片依次用酒精、丙酮、去离子水循环超声清洗，然后用氮气枪吹干；
B、在热板上烘烤，去除表面残余水分；
C、利用光刻胶处理，胶厚为100nm；
D、在热板上烘烤，去除多余的有机溶剂；
E、利用激光干涉光刻系统进行曝光，激光的入射角为20.7°，得到图形的周期为460nm；
F、配置显影液，利用显影液显影；
G、用去离子水冲洗，氮气枪吹干。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光干涉光刻技术制备纳米图形的方法，其特征在于：所述步骤A中将硅片依次用酒精、丙酮、去离子水循环超声清洗各5分钟。
3.根据权利要求1所述的一种基于激光干涉光刻技术制备纳米图形的方法，其特征在于：所述步骤B具体为：在180℃的热板上烘烤2分钟，去除表面残余水分。
4.根据权利要求1所述的一种基于激光干涉光刻技术制备纳米图形的方法，其特征在于：所述步骤C中使用的光刻胶为AR-P 3840光刻胶，所述光刻胶的稀释比例为光刻胶：稀释剂=1：3.5。
5.根据权利要求4所述的一种基于激光干涉光刻技术制备纳米图形的方法，其特征在于：所述步骤C中利用光刻胶处理的甩胶速度为每分钟4000转，持续时间为2分钟。
6.根据权利要求1所述的一种基于激光干涉光刻技术制备纳米图形的方法，其特征在于：所述步骤D具体为：在90℃的热板上烘烤2分钟，去除多余的有机溶剂。
7.根据权利要求1所述的一种基于激光干涉光刻技术制备纳米图形的方法，其特征在于：所述步骤E中激光的波长为325nm。
8.根据权利要求1所述的一种基于激光干涉光刻技术制备纳米图形的方法，其特征在于：所述步骤E中曝光时，曝光时间为290秒一次，随后旋转样品90°进行第二次曝光。
9.根据权利要求1所述的一种基于激光干涉光刻技术制备纳米图形的方法，其特征在于：所述步骤F中使用的为KMP PD 3600-Ⅱ型显影液，配置比例为显影液：去离子水=3:2，显影时间为30秒。
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