CN105006266B - 自对准双层x射线波带片的制备方法 - Google Patents

自对准双层x射线波带片的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于纳米结构制备技术领域，具体为一种自对准双层X射线波带片的制备方法。其步骤包括：在基片或者隔膜上淀积金属导电种子层，再在基片或者隔膜的正反两面旋涂光刻胶，利用电子束曝光技术进行曝光并显影得到设计的图形；然后利用纳米电镀的工艺,得到双层的X射线波带片结构；利用丙酮等有机溶液将光刻胶溶解，最后通过离子反应刻蚀将表面的种子层刻蚀，得到具有双层结构的X射线的波带片。本发明工艺条件稳定、可控制，图形的一致性好，且成本低；制备出的X射线波带片具有超高高宽比，衍射效率高，空间分辨率高。

Description

自对准双层X射线波带片的制备方法
技术领域
本发明属于纳米结构制备技术领域，具体涉及一种自对准双层X射线波带片的制备方法。
背景技术
X射线波长短、穿透深度大，不仅具有对厚样品进行纳米分辨成像的潜力，而且成像机制多样化(如吸收、位相、荧光等)，衬度来源丰富，因而可以观察分析多种微观物理、化学和纳米结构，实现对较厚的物质的内部三维结构的观察，在生物医学和材料科学中有广泛的应用，因此X射线显微成像技术越来越受到人们的重视。
波带片是在X射线成像系统中的重要原件（透镜），波带片的最环宽度决定了空间分辨率的大小，要产生2π相位差就决定了波带片金属的厚度要很高。因此制备高分辨率高效率的硬X射线波带片具有一定的难度。
本发明采用自对准的电子束曝光技术，可以制备出具有双层的结构，从而有效的解决了分辨率低和效率低的问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种简单、方便、高精度采用自对准曝光的方法，制作具有双层结构的高高宽比X射线波带片的方法。
本发明提出自对准双层X射线波带片的制备方法，是将电子束光刻技术和纳米电镀的技术结合起来，制作具有双层结构的高高宽比X射线波带片，具体步骤如下：
(1)在基底上制备一金属层，作为电镀的导电种子层；
(2)在带有导电种子层的基底的正反两面旋涂合适的光刻胶，利用电子束曝光机进行曝光处理，再对光刻胶进行显影，得到X射线波带片的光刻胶的图形；
(3)采用纳米电镀技术，对带有图形的基底进行电镀，在显影掉的地方电镀上一金属层；
(4)将经电镀的基底放入丙酮等有机溶剂中，清洗，去除表面的光刻胶，将纳米图形转移为金属的X射线波带片；
(5) 用刻蚀的方法将暴露的导电种子层去除。
本发明中，步骤（1）中所述的基底材料可为石英或者氮化硅隔膜，厚度为10nm -100nm。
本发明中，步骤（1）中所述的金属层材料为Cr/Au，或Ti/Au，厚度为(5-10)nm/(10-20) nm(前面5-10 nm 范围指的是Cr或者Ti的厚度， 10- 20 nm 指的是Au的厚度)；可采用热蒸发或者物理气相淀积的方法制备。
本发明中，步骤（2）中所述基底正反两面的光刻胶可以是同种类型的，也可以是不同类型的光刻胶；所述光刻胶可为PMMA或者SU-8光刻胶。
本发明中，步骤（3）中所述纳米电镀的材料为金、镍或银等；金属层厚度在1um以上，金属层厚度一般为1um--50um为宜。
本发明中，步骤（5）中所述去掉基底表面的导电种子层的方法为干法刻蚀，或者湿法腐蚀。
本发明方法的具体操作步骤如下
（1）在合适的基底上面，淀积一层金属作为电镀的导电种子层；该金属导电层和基底具有良好的粘附性，同时具有很好的导电性能。如5nm/10nm的Cr/Au；
（2）在带有导电种子层的基底的正反两面上旋涂光刻胶，并进行前烘处理；
（3）将带有光刻胶的基底，在电子束曝光机下进行曝光处理；
（4）对光刻胶进行显影，形成X射线波带片的图形；保证这些X射线波带片结构可以转移到金属层；
（5）利用纳米电镀技术，对带有图形的基底进行电镀，在显影掉的地方电镀上一层合适的金属；
（6）用丙酮有机溶剂进行清洗，去除表面的光刻胶；将纳米图形转移为金属的X射线波带片；
（7）利用刻蚀的方法，将样片表面多余的金属层去掉，保证样片的光学特性。
上述操作步骤可以分为四个部分：
第一部分，即第1步，主要是导电的种子层的制备：是利用热蒸发或者物理汽相淀积的方法在基底上制备和基底粘附性好的、导电的种子层，为电镀用；
第二部分，即第2到第4步，主要是图形的产生：利用电子束光刻技术在带有光刻胶的基底上制备出设计的X射线波带片的图形；
第三部分，即第5到第6步，纳米图形的转移：利用纳米电镀的方法，在具有X射线波带片图形结构的基底上进行电镀，将纳米图形转移为金属的X射线波带片；
第四部分，即第7步，多余种子层的刻蚀：为了提高应用范围，将多余的种子层刻蚀掉，保证其具有良好的光学特性。
本发明采用自上而下的自对准曝光技术制备双层波带片，工艺条件稳定、可控制，图形的一致性好，且成本低；制备出的X射线波带片具有超高高宽比，衍射效率高，空间分辨率高。
附图说明
图1到图6按照本发明上述的制作步骤的顺序，分别对应前述操作步骤和实施例1中6个步骤中的6个（样品结构发生变化）。图7和图12为针对实施例2中的6步进行了说明。
为了便于理解，对于同一步骤之后的样品结构分别给出样品的剖面图。
实施例1：
图1对应步骤1：在厚度为50nm的氮化硅隔膜上淀积5nm/10nm的Cr/Au种子层。
图2对应步骤2：在样品的正面两面旋涂500nm厚度的PMMA光刻胶。
图3对应步骤3：EBL曝光后显影的图形。
图4对应步骤4：进行电镀后得到的图形。
图5对应步骤5：去掉光刻胶后的得到的图形。
图6对应步骤6：样品经过RIE刻蚀后的图形。
实施例2：
图7对应步骤1：在厚度为50nm氮化硅隔膜上淀积5nm/10nm的Cr/Au种子层。
图8对应步骤2：在样品正面旋涂500nm厚度的PMMA，背面旋涂500nm厚度的UVIII光刻胶。
图9对应步骤3：EBL曝光后显影得到的图形。
图10对应步骤4：电镀后得到的图形。
图11对应步骤5：去掉光刻胶后得到的图形。
图12对应步骤6：经过RIE刻蚀以后得到的图形。
图13为图1~12中各个填充纹对应标号的图例说明。
图中标号：1为硅， 2为氮化硅，3为Cr/Au种子层，4为金，5为PMMA，6为UVII。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施以实例方式作进一步描述，但本发明不仅限于实例。凡是对实例中的工艺参数进行了简单的改变，都属于本发明保护范围之内。
实施例1：利用自对准曝光技术制作双层的高高宽比X射线波带片：
（1）选用50nm厚度的氮化硅隔膜基底材料。在基底上利用物理气相淀积的方法淀积5nm/10nm的Cr/Au作为导电金属层如图1所示。
（2）在带有金属层的基底正面旋涂一层HMDS作为粘附层，接着再旋涂500nm的PMMA光刻胶，之后背面也做同样的处理；并在180℃的条件下烘1小时处理。结果如图2所示。
（3）将样品在电子束曝光机下进行曝光处理，用1:3的MIBK和IPA对曝光的样品进行显影，时间为1分钟，显影温度23℃；并在IPA中清洗30秒。结果如图3所示。
（4）用纳米电镀技术在显影完毕的样片表面进行电镀Au，电镀的条件为：PH：8.5，温度50℃，电流密度0.3ASD，电镀时间为30分钟。结果如图4所示。
（5）将电镀后的样品放入丙酮中进行清洗，时间为15分钟。结果如图5所示。
（6）利用RIE刻蚀的方法将表面的多余的金属层刻蚀掉，提高其光学特性。结果如图6所示。
实施例2：利用自对准曝光技术制备应用于硬X射线的双层波带片：
（1）选用50nm厚度的氮化硅的隔膜作为基底材料。在基底上利用物理气相淀积的方法淀积5nm/10nm的Cr/Au作为导电金属层如图7所示。
（2）在带有金属层的基底正面旋涂一层HMDS作为粘附层，接着再旋涂500nm的PMMA光刻胶，并在180℃的条件下烘1小时处理；之后在样品的背面旋涂一层HMDS作为粘附层，旋涂500nmVUIII光刻胶，在130℃条件下烘1分钟。结果如图8所示。
（3）将样品在电子束曝光机下进行曝光处理；曝光后，将样品在130℃条件下烘90s，并用碱性显影液显影1分钟，用去离子水清洗并用氮气吹干后再用1:3（体积比）的MIBK和IPA对曝光的样品进行显影，时间为1分钟，显影温度23℃；并在IPA中清洗30秒。结果如图9所示。
（4）用纳米电镀技术在显影完毕的样片表面进行电镀Au，电镀的条件为：PH：8.5，温度50℃，电流密度0.3ASD，电镀时间为50分钟。结果如图10所示。
（5）将电镀后的样品放入丙酮中进行清洗，时间为15分钟。结果如图11所示。
（6）利用RIE刻蚀的方法将表面的多余的金属层刻蚀掉，提高其光学特性。结果如图12所示。

Claims (5)

1.一种自对准双层X射线波带片的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)在基底上制备一金属层，作为电镀的导电种子层；
(2)在带有导电种子层的基底的正反两面旋涂合适的光刻胶，利用电子束曝光机进行曝光处理，再对光刻胶进行显影，得到X射线波带片的光刻胶的图形；
(3)采用纳米电镀技术，对带有图形的基底进行电镀，在显影掉的地方电镀上一金属层；
(4)将经电镀的基底放入丙酮等有机溶剂中，清洗，去除表面的光刻胶，将纳米图形转移为金属的X射线波带片；
(5) 用刻蚀的方法将暴露的导电种子层去除；
其中：
所述的基底材料为石英或者氮化硅，厚度为10nm -100nm；
基底正反两面的光刻胶是同类型的；
所述光刻胶选自PMMA。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述的金属层材料为Cr/Au，或Ti/Au，厚度为(5-10)nm/(10-20)nm；采用热蒸发或者物理气相淀积的方法制备。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于步骤（3）中所述纳米电镀的材料为金、镍或银。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于步骤（3）中所述纳米电镀的金属层的厚度都在1um以上。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于步骤（5）中所述去掉基底表面的导电种子层的方法为干法刻蚀，或者湿法腐蚀。
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