CN110923623A - 一种磁场吸附辅助掩模蒸镀微纳结构的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微纳结构技术领域，具体公开了一种磁场吸附辅助掩模蒸镀微纳结构的制备方法，它包括以下步骤：a)利用丙酮和异丙醇清洗处理自支撑的氮化硅(或氧化硅)硅片，并用氮气吹干；b)利用镀膜技术，在自支撑硅片正面蒸镀100～200nm厚度的磁性金属膜；c)利用聚焦离子束刻蚀，在自支撑硅片进行图案化刻蚀，聚焦离子束刻蚀将把镀膜后的自支撑硅片刻穿，形成镂空掩模板；d)将镂空掩模板正面贴于所需制备纳米结构的衬底上，并在衬底背面负载上磁铁，利用磁铁吸引，实现镂空掩模板与衬底的紧密贴合，本发明通过引入磁场辅助吸附，实现了掩模板与衬底的紧密贴合，有效防止镀膜过程中镀膜材料在间隙处的扩散，从而实现高精度纳米结构。

Description

一种磁场吸附辅助掩模蒸镀微纳结构的制备方法
技术领域
本发明涉及微纳加工技术领域，具体是一种磁场吸附辅助掩模蒸镀微纳结构的制备方法。
背景技术
微纳加工技术是芯片制造的关键技术，在半导体产业，发光显示，传感，生物分析等微纳器件相关领域有着重要的应用，图案化技术是微纳加工技术的重要步骤之一，所谓图案化技术，主要是指如何将所设计的器件架构、材料结构在所需衬底上实现的过程，现有的图案化技术利用光刻胶/电子束曝光胶，需要先将抗刻蚀胶在衬底上图案化，再以蒸镀、刻蚀等手段将设计的图案结构传递至所需材料膜层中，最终将不必要的抗刻蚀胶洗去，现有的图案化技术严重依赖抗刻蚀胶，在涂敷抗刻蚀胶和洗去抗刻蚀胶时无法避免溶剂的使用，而溶剂的使用会对很多材料造成溶解、腐蚀、改性，这使得很多薄膜材料在微纳器件加工领域受到了阻碍，为了解决这些问题，现在出现了镂空掩模板技术，镂空掩模板技术是利用图案化镂空的掩模板，在镀膜过程中直接将镀膜材料填充在镂空空白中，在没有任何溶剂干扰的前提下实现镀膜材料的图案化，是高效的“干法”图案化技术。但是，目前现有的镂空掩模板蒸镀技术的分辨率不高，极限分辨率仅在数百微米，而光刻胶的图案化技术已经实现纳米精度的分辨率，这主要是因为现有的镂空掩模板多为不锈钢薄片通过激光切割而成，加工精度不高，而且掩模板材料存在应力翘曲，无法与衬底材料很好的贴合，之间的缝隙导致镀膜材料在不必要区域的扩散，阻碍了高精度制备结构的实现。
因此，为了解决当前镂空掩模板镀膜技术中，结构精度无法提高、掩模板与衬底间缝隙导致镀膜材料扩散的问题，设计了一种磁场吸附辅助掩模蒸镀微纳结构的制备方法，解决现有镂空掩模板镀膜技术中的不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁场吸附辅助掩模蒸镀微纳结构的制备方法，用以解决上述背景技术中提出的当前镂空掩模板镀膜技术中，结构精度无法提高、掩模板与衬底间缝隙导致镀膜材料扩散的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种磁场吸附辅助掩模蒸镀微纳结构的制备方法，它包括以下步骤：
a)利用丙酮和异丙醇清洗处理自支撑的氮化硅(或氧化硅)硅片，并用氮气吹干；
b)利用镀膜技术，在自支撑硅片正面蒸镀100～200nm厚度的磁性金属膜；
c)利用聚焦离子束刻蚀，在自支撑硅片进行图案化刻蚀，聚焦离子束刻蚀将把镀膜后的自支撑硅片刻穿，形成镂空掩模板；
d)将镂空掩模板正面贴于所需制备纳米结构的衬底上，并在衬底背面负载上磁铁，利用磁铁吸引，实现镂空掩模板与衬底的紧密贴合；
e)进行镀膜，镀膜结束后移开磁铁和镂空掩模板，实现衬底上的纳米结构制备。
优选的，所述镂空掩模板表面含有100～200nm厚度的磁性金属膜。
优选的，所述镀膜技术可为电子束蒸发、热蒸发、磁控溅射的一种，所述磁性金属膜是指镍、钴、铁等一种或者多种合金的磁性膜。
优选的，所述镂空掩模板对外加磁场存在吸附响应，可使镂空掩模板会与衬底紧密贴合。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
①：本发明的工艺流程短，设备简单，规避了以往抗刻蚀胶图案化方法所需要的溶剂，不会对敏感和脆弱材料造成额外的影响，使得微纳加工所用的镀膜材料普适化。
②：本发明通过引入磁场辅助吸附，解决了掩模板与衬底存在间隙的问题，实现了掩模板与衬底的紧密贴合，有效防止镀膜过程中镀膜材料在间隙处的扩散，从而实现高精度纳米结构。
③：本发明改进的掩模蒸镀技术，一步实现纳米精度的结构制备、环境友好，工艺参数简单可控，与现有工艺结合性好，便于实现技术推广，具有广阔的市场前景。
附图说明
图1为本发明磁性辅助吸附的镂空掩模板的示意图；
图2为本发明镂空掩模板上所制备微米镂空结构的示意图；
图3为本发明镂空掩模板上所制备的纳米级镂空结构的示意图；
图4为本发明利用微米图案镂空掩模板上蒸镀制备得到的最终微米结构的示意图；
图5为本发明利用纳米图案镂空掩模板上蒸镀制备得到的最终纳米结构的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细地说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护苑围。
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1
一种磁场吸附辅助掩模蒸镀微纳结构的制备方法，步骤如下：
将150nm厚的自支撑Si3N4薄膜用丙酮和异丙醇清洗，并用氮气吹干，继而用O2等离子体清洗30s。清洗完成后在正面镀镍薄膜100nm，随后利用聚焦离子束刻蚀，在自支撑Si3N4薄膜表面刻蚀出所需要的镂空图案，得到磁性辅助吸附的镂空掩模板；
将所制备的镂空掩模板正面贴附于所需镀膜的衬底表面，并在衬底背后负载上磁铁，磁场将吸附带有磁性薄膜的镂空掩模板，形成磁性辅助吸附效果，实现掩模板与衬底的理想贴合。继而进行镀膜，实现纳米精度的镂空掩模板蒸镀技术。
进一步的，在本实施例中，对所开发的磁场吸附辅助掩模蒸镀微纳结构的制备方法进行测试，附图1-3为所制备的掩模板，附图4-5为掩模板制备纳米结构测试效果。
从图1-3可以看出，所制备的掩模板达到精度为200nm。从图4-5可以看出，以所制备的掩模板实现的纳米掩模蒸镀技术实现的纳米结构尺寸为200nm，可见一种磁场吸附辅助掩模蒸镀微纳结构的制备方法可以实现大面积纳米结构。
实施例2
一种磁场吸附辅助掩模蒸镀微纳结构的制备方法，步骤如下：
将150nm厚的自支撑SiO2薄膜用丙酮和异丙醇清洗，并用氮气吹干，继而用O2等离子体清洗30s。清洗完成后在正面镀镍薄膜100nm，随后利用聚焦离子束刻蚀，在自支撑SiO2薄膜表面刻蚀出所需要的镂空图案，得到磁性辅助吸附的镂空掩模板；
将所制备的镂空掩模板正面贴附于所需镀膜的衬底表面，并在衬底背后负载上磁铁，磁场将吸附带有磁性薄膜的镂空掩模板，形成磁性辅助吸附效果，实现掩模板与衬底的理想贴合。继而进行镀膜，实现纳米精度的镂空掩模板蒸镀技术。
实施例3
一种磁场吸附辅助掩模蒸镀微纳结构的制备方法，步骤如下：
将150nm厚的自支撑Si3N4薄膜用丙酮和异丙醇清洗，并用氮气吹干，继而用O2等离子体清洗30s。清洗完成后在正面镀钴薄膜100nm，随后利用聚焦离子束刻蚀，在自支撑Si3N4薄膜表面刻蚀出所需要的镂空图案，得到磁性辅助吸附的镂空掩模板；
将所制备的镂空掩模板正面贴附于所需镀膜的衬底表面，并在衬底背后负载上磁铁，磁场将吸附带有磁性薄膜的镂空掩模板，形成磁性辅助吸附效果，实现掩模板与衬底的理想贴合。继而进行镀膜，实现纳米精度的镂空掩模板蒸镀技术。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种磁场吸附辅助掩模蒸镀微纳结构的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：a）利用丙酮和异丙醇清洗处理自支撑的氮化硅（或氧化硅）硅片，并用氮气吹干；b）利用镀膜技术，在自支撑硅片正面蒸镀100~200 nm厚度的磁性金属膜；c）利用聚焦离子束刻蚀，在自支撑硅片进行图案化刻蚀，聚焦离子束刻蚀将把镀膜后的自支撑硅片刻穿，形成镂空掩模板；d）将镂空掩模板正面贴于所需制备纳米结构的衬底上，并在衬底背面负载上磁铁，利用磁铁吸引，实现镂空掩模板与衬底的紧密贴合；e）进行镀膜，镀膜结束后移开磁铁和镂空掩模板，实现衬底上的纳米结构制备。
2.根据权利要求1所述的一种磁场吸附辅助掩模蒸镀微纳结构的制备方法，其特征在于，所述镂空掩模板表面含有100~200 nm厚度的磁性金属膜。
3.根据权利要求1所述的一种磁场吸附辅助掩模蒸镀微纳结构的制备方法，其特征在于，所述镀膜技术可为电子束蒸发、热蒸发、磁控溅射的一种，所述磁性金属膜是指镍、钴、铁等一种或者多种合金的磁性膜。
4.根据权利要求1所述的一种磁场吸附辅助掩模蒸镀微纳结构的制备方法，其特征在于，所述镂空掩模板对外加磁场存在吸附响应，可使镂空掩模板会与衬底紧密贴合。
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