CN113448004B - 一种在二维材料上加工光栅的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在二维材料上加工光栅的方法,属于半导体材料加工技术领域,其特征在于,包括如下步骤:S1、FIB加工套刻标记;S2、SEM拍照;S3、制作加工版图;S4、片源预处理;S5、涂胶;S6、EBL套刻;S7、显影;S8、RIE刻蚀;S9、去胶。本发明通过FIB在待加工位置周边直接刻蚀标记,然后将包括标记和待加工位置的SEM照片导入画图软件,根据SEM照片可以直观的判断出待加工位置的相对坐标和方向,然后通过EBL自动套刻的方式,将图形曝光在待加工区域。该方法可以实现加工位置误差小于500nm,角度误差小于0.1°;并且该方法工艺步骤较少,成本低,出错率低。
Description
技术领域
本发明属于半导体材料加工技术领域,具体涉及一种在二维材料上加工光栅的方法。
背景技术
众所周知,二维材料中的过渡金属硫化物,例如二硫化钼、二硒化钨等,具有优异的光学与电学性能,这类材料具有可调的光子带隙结构,已经成为纳米光电子材料器件研究领域的研究热点之一。单层过渡金属硫化物具有直接带隙,其在可见光波段,自由空间单层二硫化钼的吸收为10-20%。近年来,基于过渡金属硫化物类二维材料的光电器件研究快速发展,在能源、光电检测、生物传感等领域展示出重要的应用价值。
针对机械剥离办法制备的二维材料,由于机械剥离制备的二维材料在片源上是随机位置和角度分布的,并且尺寸较小,所以想在特定二维材料的特定位置和方向上加工,需要一种高定位精度的加工方法。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题,提供一种在二维材料上加工光栅的方法,通过FIB在待加工位置周边直接刻蚀标记,然后将包括标记和待加工位置的SEM照片导入画图软件,根据SEM照片可以直观的判断出待加工位置的相对坐标和方向,然后通过EBL自动套刻的方式,将图形曝光在待加工区域。该方法可以实现加工位置误差小于500nm,角度误差小于0.1°;并且该方法工艺步骤较少,成本低,出错率低。
本发明的目的是提供一种在二维材料上加工光栅的方法,包括如下步骤:
S1、FIB加工套刻标记:利用FIB在距离二维材料待加工区域200微米的位置刻蚀1个大十字标记和4个小十字标记,刻蚀深度大于200nm,四个小十字标记的周期为200微米,大十字标记在小十字标记左上方向300微米处,后续EBL曝光找标记时,先找大标记;
S2、SEM拍照:将4个小十字标记的方向转正,在合适的放大倍数下,将小十字标记和待加工区域移到同一个视场下拍照;
S3、制作加工版图:首先在L-edit软件中画出上述1个大十字标记和4个小十字标记,然后将SEM照片导入L-edit软件中,调整SEM照片的单个像素点的大小以及照片的旋转角度,使得SEM照片上的每个标记与版图中对应的每个标记重叠,此时在SEM图片中二维材料上待加工的位置画出需要加工的图形;
S4、片源预处理:将片源放在180℃热板烘烤5min,然后使用氮气枪吹扫片源,去除表面颗粒污染物;
S5、涂胶:利用涂胶机旋涂电子束光刻胶ZEP 520A,使用180℃热板烘烤2min,去除光刻胶中多余溶剂;
S6、EBL套刻:将涂好光刻胶的片源放入EBL设备后,先在背散射电子探头下寻找大十字标记,然后再通过大十字标记和小十字标记的相对坐标,找到小十字标记,最后根据小标记和待加工位置的相对坐标进行自动套刻;
S7、显影:常温下,在ZEDN50中显影90s,接着在IPA中定影30S;进行高温坚膜烘烤,使用120℃热板烘烤2min;
S8、RIE刻蚀:对做好光刻胶图形的二维材料进行RIE刻蚀,气体为Ar,流量为25sccm,偏压功率为50W,时间为30s-1min,将光刻胶的图形转移到二维材料上;
S9、去胶:将片源放入70℃去胶液中静态浸泡10min-30min,去除表面光刻胶。
优选地,所述二维材料为二硫化钼或二硒化钨。
优选地,所述大十字标记的尺寸为200微米×10微米。
优选地,所述小十字标记的尺寸为100微米×5微米。
本发明具有的优点和积极效果是:
本发明主要针对机械剥离办法制备的二维材料,通过FIB在待加工位置周边直接刻蚀标记,然后将包括标记和待加工位置的SEM照片导入画图软件,根据SEM照片可以直观的判断出待加工位置的相对坐标和方向,然后通过EBL自动套刻的方式,将图形曝光在待加工区域。该方法可以实现加工位置误差小于500nm,角度误差小于0.1°;并且该方法工艺步骤较少,成本低,出错率低。
附图说明
图1为本发明优选实施例的工艺流程图;
图2为本发明优选实施例的套刻标记示意图;
其中:1、二硫化钼;2、Si衬底;3、套刻标记;4、ZEP 520A;5、曝光图形;6、光栅;7、大十字标记;8、小十字标记。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效,兹例举以下实施例,并配合附图详细说明如下:
如图1和图2所示,本发明的技术方案为:
一种在二维材料上加工光栅的方法,二维材料为二硫化钼或二硒化钨,此处以二硫化钼为例;包括如下步骤:
步骤一、FIB(聚焦离子束,Focused Ion Beam)加工套刻标记3:利用FIB在硅衬底2上距离二硫化钼1待加工区域200微米的位置刻蚀1个大十字标记7(200微米×10微米)和4个小十字标记8(100微米×5微米),刻蚀深度不能太浅,需要大于200nm,太浅的话,EBL(电子束曝光系统,Electron Beam Lithography)无法自动检测到标记从而影响套刻精度。加工过程避免离子束扫到二硫化钼,对其产生损坏。如图2所示,四个小十字标记的周期为200微米,使其在FIB的一个写场内加工,保证其周期的准确性;大十字标记在小十字标记左上方向300微米处,后续EBL(100KV)曝光找标记时,先找大十字标记,避免高能电子束扫到待曝光区域,破坏图形。
步骤二、SEM(扫描电子显微镜Scanning Electron Microscope)拍照:在SEM下,将4个小十字标记按照附图2所示的方向尽量转正,在合适的放大倍数下,将小十字标记和待加工区域移到同一个视场下拍照。
步骤三、制作加工版图:首先在L-edit软件中画出步骤1所述的5个标记(1个大十字标记和4个小十字标记),然后将SEM照片导入L-edit软件中,调整SEM照片的单个像素点的大小以及照片的旋转角度,使得SEM照片上的每个标记与版图中对应的每个标记重叠,此时在SEM图片中二硫化钼上待加工的位置画出想要加工的图形。
步骤四、片源预处理:将片源放在180℃热板烘烤5min,然后使用氮气枪吹扫片源,去除表面颗粒污染物。
步骤五、涂胶:利用涂胶机旋涂电子束光刻胶ZEP 520A4,为了增强光刻胶的稳定性和强度,使用180℃热板烘烤2min,去除光刻胶中多余溶剂。
步骤六、EBL套刻:将涂好光刻胶的片源放入EBL设备后,先在背散射电子探头下寻找大十字标记,由于大十字标记距离待曝光区域较远,可以避免高能电子束扫到待曝光区域,破坏图形;然后再通过大十字标记和小十字标记的相对坐标,找到小十字标记,最后根据小十字标记和待加工位置的相对坐标进行自动套刻曝光。
步骤七、显影:常温下,在ZEDN50中显影90s,接着在IPA中定影30S,得到曝光图形5。为了增加电子束光刻胶ZEP 520A的抗刻蚀性以及套刻标记的稳定性,进行高温坚膜烘烤,使用120℃热板烘烤2min。
步骤八、RIE刻蚀:对已经做好光刻胶图形的二硫化钼进行RIE刻蚀,气体Ar,流量25sccm,偏压功率50W,时间30s-1min,将光刻胶的图形转移到二硫化钼上,得到二硫化钼光栅6。
步骤九、去胶:将片源放入70℃去胶液中静态浸泡10min-30min,去除表面光刻胶。
本发明通过FIB在待加工位置周边直接刻蚀标记,然后将包括标记和待加工位置的SEM照片导入画图软件,根据SEM照片可以直观的判断出待加工位置的相对坐标和方向,然后通过EBL自动套刻的方式,将图形曝光在待加工区域。该方法可以实现加工位置误差小于500nm,角度误差小于0.1°;并且该方法工艺步骤较少,成本低,出错率低。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改,等同变化与修饰,均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (4)
1.一种在二维材料上加工光栅的方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、FIB加工套刻标记:利用FIB在距离二维材料待加工区域200微米的位置刻蚀1个大十字标记和4个小十字标记,刻蚀深度大于200nm,四个小十字标记的周期为200微米,大十字标记在小十字标记左上方向300微米处,后续EBL曝光找标记时,先找大标记;
S2、SEM拍照:将4个小十字标记的方向转正,在合适的放大倍数下,将小十字标记和待加工区域移到同一个视场下拍照;
S3、制作加工版图:首先在L-edit软件中画出上述1个大十字标记和4个小十字标记,然后将SEM照片导入L-edit软件中,调整SEM照片的单个像素点的大小以及照片的旋转角度,使得SEM照片上的每个标记与版图中对应的每个标记重叠,此时在SEM图片中二维材料上待加工的位置画出需要加工的图形;
S4、片源预处理:将片源放在180℃热板烘烤5min,然后使用氮气枪吹扫片源,去除表面颗粒污染物;
S5、涂胶:利用涂胶机旋涂电子束光刻胶ZEP 520A,使用180℃热板烘烤2min,去除光刻胶中多余溶剂;
S6、EBL套刻:将涂好光刻胶的片源放入EBL设备后,先在背散射电子探头下寻找大十字标记,然后再通过大十字标记和小十字标记的相对坐标,找到小十字标记,最后根据小标记和待加工位置的相对坐标进行自动套刻;
S7、显影:常温下,在ZEDN50中显影90s,接着在IPA中定影30S;进行高温坚膜烘烤,使用120℃热板烘烤2min;
S8、RIE刻蚀:对做好光刻胶图形的二维材料进行RIE刻蚀,气体为Ar,流量为25sccm,偏压功率为50W,时间为30s-1min,将光刻胶的图形转移到二维材料上;
S9、去胶:将片源放入70℃去胶液中静态浸泡10min-30min,去除表面光刻胶。
2.根据权利要求1所述在二维材料上加工光栅的方法,其特征在于,所述二维材料为二硫化钼或二硒化钨。
3.根据权利要求1或2所述在二维材料上加工光栅的方法,其特征在于,所述大十字标记的尺寸为200微米×10微米。
4.根据权利要求1或2所述在二维材料上加工光栅的方法,其特征在于,所述小十字标记的尺寸为100微米×5微米。
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