CN107857236A - 一种高深宽比高保形纳米级负型结构的制备方法 - Google Patents

一种高深宽比高保形纳米级负型结构的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种高深宽比高保形纳米级负型结构的制备方法，本发明用旋涂的方法在提供的衬底上旋涂一层氢倍半硅氧烷(HSQ)；利用电子束曝光技术对样品进行曝光显影得到预期的HSQ柱状纳米结构；利用磁控溅射镀膜沉积技术在样品上共形沉积一层功能材料薄膜；利用旋涂的方式在溅射处理后的样品上旋涂一层平坦化层HSQ；然后把样品置于热板上低温烘烤以去除平坦化材料中的溶剂；再对样品用斜角离子束抛光设备以角度小于10°的夹角进行抛光处理直到HSQ柱子上表面的金属材料全部去除；最后用湿法刻蚀将样品用氢氟酸进行处理以去除HSQ柱子结构从而得到我们所需的高深宽比高保形的纳米级负型结构。

Description

一种高深宽比高保形纳米级负型结构的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种高深宽比高保形纳米级负型结构的制备方法，可用于光学领域、生物领域。
背景技术：
基于表面等离激元共振的高深宽比高保形纳米级负型结构阵列在光学领域的超透射、化学生物领域的DNA检测、分子过滤等有着广泛的应用前景。
传统的纳米级负型结构的制备主要有三种方法：一是在负型光刻胶上曝光显影制备柱状纳米结构，蒸发功能材料，刻蚀去除光刻胶，从而把光刻胶的柱状结构转移成功能材料的孔状结构；二是在正型光刻胶上曝光显影制备孔状纳米结构，然后利用刻蚀的方法，把光刻胶上的孔状结构转移到下层材料，从而获得所需的纳米级负型结构状结构；三是直接利用聚焦离子束刻蚀在功能材料上打孔；然而，传统的加工方法由于蒸发无法满足共形填充、刻蚀过程中选择比、聚焦离子束加工的保形性等问题，对所能加工的材料限制非常大，而且很难加工出高保形、高深宽比的纳米结构。
发明内容：
本发明的目的是为了克服现有技术中蒸发无法满足共形填充、以及刻蚀过程中刻蚀的方向性和选择比等问题导致很难保证高深宽比高保形纳米级负型结构制备的缺点。本发明采用的技术方案是先在HSQ上利用电子束曝光显影做出预期的纳米柱阵列结构，再经磁控溅射进行共形填充、然后旋涂一层SOG材料或HSQ进行平坦化处理、再经斜角离子束抛光直到HSQ柱子上表面的金属材料全部去除、再进行刻蚀去除HSQ柱状结构从而得到我们所需的纳米级负型结构的方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种高深宽比高保形纳米级负型结构的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、提供衬底，并清洗衬底；
步骤二、在衬底上旋涂光刻胶；
步骤三、利用光刻技术对光刻胶进行曝光；
步骤四、对曝光后的样品进行显影；
步骤五、利用镀膜工艺沉积一层功能材料薄膜；
步骤六、利用旋涂的方法在已经沉积金属薄膜的衬底上旋涂一层平坦化材料；
步骤七、烘烤，去除平坦化材料中的溶剂、进一步平坦化；
步骤八、利用斜角离子束抛光，将平坦化层及突出金属薄膜去除，直到抛光到下层光刻胶为止；
步骤九、利用选择性刻蚀去除残余的光刻胶；从而获得高深宽比高保形纳米级负型结构图形。
进一步的改进，所述步骤二中的光刻胶为负光刻胶，所述负光刻胶为氢倍半硅氧烷、SU-8、负型紫外光刻胶或基于金属纳米粒子的光刻胶。
进一步的改进，所述步骤三中光刻技术为电子束曝光技术、离子束曝光技术、紫外或者极紫外曝光技术、X射线曝光技术、激光干涉光刻技术或纳米压印技术。
进一步的改进，所述步骤四中显影用的显影液为氢氧化钠显影液、SU-8显影液PG或负型紫外光刻胶显影液，显影时间为30s以上。
进一步的改进，所述步骤五中的镀膜工艺为磁控溅射、电镀、化学气相沉积或原子层沉积；沉积的功能材料薄膜为固态光介质、机械波介质、磁介质或电介质；所述电介质包括金属和半导体材料。
进一步的改进，所述步骤六中的平坦化层为溶液状的介质材料或溶胶凝胶制备的材料，所述溶液状的介质材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、旋转涂布玻璃和氢倍半硅氧烷。
进一步的改进，所述步骤七中烘烤的温度范围为50℃～1000℃，烘烤的时间2～600分钟。
进一步的改进，所述步骤八中抛光全部平坦化层直到露出步骤三中负光刻胶上表面为止。
进一步的改进，所述步骤九中的选择性去除的方法为湿法刻蚀或干法刻蚀。
上述一种高深宽比高保形纳米级负型结构的制备方法制作的纳米结构用于制作平面超透镜、纳米间隙表面增强拉曼散射衬底、高密度换能器、高深宽比X射线波带片、标准光栅或高密度特种光栅，或用于超透射或高深宽比电极对、传感器电极。
本发明的有益效果在于，解决了现有光学及生物领域微纳制造中无法满足高深宽比高保形纳米级负型结构的制备的问题，采用此方法可在衬底上制备具有高深宽比、高保形、尺寸精度、低表面粗糙度、结构应力小等特点的纳米级负型结构，为光学领域和生物领域极小尺度、极高精度、极高深宽比高保形纳米级负型结构的加工提供了一种有效的方法。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步详细的描述，其中：
图1是在衬底上甩上HSQ的效果图。
图2是对HSQ曝光显影后的纳米柱状效果图。
图3是利用磁控溅射进行共形沉积后的示意图。
图4是沉积平坦化材料HSQ之后的示意图。
图5是斜角离子束抛光示意图
图6是去除HSQ柱状结构之后的效果图。
图中简单符号说明：
1 晶片 2 光刻胶HSQ
3 HSQ经曝光显影后的柱状图 4 功能材料金属AU
5 平坦化材料HSQ 6 抛光后的金属AU
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步详细描述。
(1)提供衬底：选择单晶硅衬底、并先用丙酮超声清洗300s，再用异丙醇超声300s，并用氮气吹干。
如图(1)所示，先在衬底上滴上6％的HSQ并以4000r/s旋涂60s。
如图(2)所示效果图，利用电子束曝光设备Raith 150two，以高压为30KV，30μm光阑对HSQ进行定点曝光，并把曝光后的片子在氢氧化钠显影液中显影60s，然后用IPA冲洗60s，并用氮气吹干。
如图(3)所示，利用磁控溅射，在偏压为80V，电流为0.8A，真空度为1帕的条件下溅射镀膜280秒。
如图(4)所示效果图，先在图(3)处理后的样品上滴上几滴HSQ溶液，并用旋涂机以2000r/s旋涂60s。
把经过旋涂HSQ薄膜的样品在热板上以50℃(低于100摄氏度均可)烘烤300s(5到10分钟均可)
如图(5)所示，利用斜角离子束设备，以高压为500ev，束流100mA,角度为10°对样品进行抛光处理，直到HSQ柱子上表面的金属材料全部去除。
如图(6)所示，把经图(5)处理过的样品利用氢氟酸进行刻蚀,直到残余的HSQ柱状结构全部去除为止，从而获得高深宽高保形的金纳米级负型结构。

Claims (10)

1.一种高深宽比高保形纳米级负型的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、提供衬底，并清洗衬底；
步骤二、在衬底上旋涂光刻胶；
步骤三、利用光刻技术对光刻胶进行曝光；
步骤四、对曝光后的样品进行显影；
步骤五、利用镀膜工艺沉积一层功能材料薄膜；
步骤六、利用旋涂的方法在已经沉积金属薄膜的衬底上旋涂一层平坦化材料；
步骤七、烘烤，去除平坦化材料中的溶剂、进一步平坦化；
步骤八、利用抛光工艺，将平坦化层及突出金属薄膜去除，直到抛光到下层光刻胶为止；
步骤九、利用选择性刻蚀去除残余的光刻胶；从而获得高深宽比高保形纳米级负型结构图案。
2.根据权利要求1所述的一种高深宽比高保形纳米级负型结构的制备方法，其特征在于：所述步骤二中的光刻胶为负光刻胶，所述负光刻胶为氢倍半硅氧烷、SU-8、负型紫外光刻胶或基于金属纳米粒子的光刻胶。
3.根据权利要求1所述的一种高深宽比高保形纳米级负型结构的制备方法，其特征在于：所述步骤三中光刻技术为电子束曝光技术、离子束曝光技术、紫外或者极紫外曝光技术、X射线曝光技术、激光干涉光刻技术或纳米压印技术。
4.根据权利要求1所述的一种高深宽比高保形纳米级负型结构的制备方法，其特征在于：所述步骤四中显影用的显影液为氢氧化钠显影液、SU-8显影液PG或负型紫外光刻胶显影液，显影时间为30s以上。
5.根据权利要求1所述的一种高深宽比高保形纳米级负型结构的制备方法，其特征在于：所述步骤五中的镀膜工艺为磁控溅射、电镀、化学气相沉积或原子层沉积；沉积的功能材料薄膜为固态光介质、机械波介质、磁介质或电介质；所述电介质包括金属和半导体材料。
6.根据权利要求1所述的一种高深宽比高保形纳米级负型结构的制备方法，其特征在于：所述步骤六中的平坦化层为溶液状的介质材料或溶胶凝胶制备的材料，所述溶液状的介质材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、旋转涂布玻璃和氢倍半硅氧烷。
7.根据权利要求1所述的一种高深宽比高保形纳米级负型结构的制备方法，其特征在于：所述步骤七中烘烤的温度范围为50℃～1000℃，烘烤的时间2～600分钟。
8.根据权利要求1所述的一种高深宽比高保形纳米级负型结构的制备方法，其特征在于：所述步骤八中抛光全部平坦化层直到露出步骤三中负光刻胶上表面为止。
9.根据权利要求1所述的一种高深宽比高保形纳米级负型结构的制备方法，其特征在于：所述步骤九中的选择性去除的方法为湿法刻蚀或干法刻蚀。
10.权利要求1到9的任意一种高深宽比高保形纳米级负型结构的制备方法制作的纳米结构用于制作平面超透镜、纳米间隙表面增强拉曼散射衬底、高密度换能器、高深宽比X射线波带片、标准光栅或高密度特种光栅，或用于超透射或高深宽比电极对、传感器电极。
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