CN113707357A - 一种高深宽比波带片的制备方法 - Google Patents

一种高深宽比波带片的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高深宽比波带片的制备方法，目的是高效可靠地制备高深宽比纳米级波带片。本发明首先采用电子束曝光技术得到HSQ光刻波带片图案硬掩膜，然后进行深刻蚀，将图案转移到衬底上，得到高深宽比的波带片模板，再使用原子层沉积进行材料填充，最后进行离子束抛光去除了多余的材料。该工艺可以提高纳米级波带片的深宽比，而且采用全干法工艺，提升了器件制备的可靠性，使成品率提升，适用于工业化量产。总体而言，该制备方法具有高效率、高可靠性等优点，可实现大批量、大面积的制备。

Description

一种高深宽比波带片的制备方法
技术领域
本发明属于微纳制造领域，尤其涉及一种高深宽比波带片的制备方法。
背景技术
在可见光波段，波带片的的衍射效率限制了其具体应用，但在X射线波段，唯有通过波带片才可以达到衍射极限。目前，X射线显微成像技术在材料、环境、化工、能源等领域应用广泛，其分辨率由最外层的环带厚度决定，研究人员也开发了许多制备X射线波带片的工艺，比如激光全息曝光法、电子束光刻法、电子束光刻和金属电镀相结合、电子束光刻与原子层沉积技术相结合、溅射镀膜切片法等方法。但是依然很难实现波带片极小的最外环宽度，而且高宽比也不容易提高。电子束曝光是一种可以实现亚10纳米分辨率的光刻技术，利用电子束曝光技术制备X射线波带片，可提高X射线波带片分辨率和衍射效率。但是，由于力学稳定性的影响，如何在保证小的最外环宽度的情况下，同时实现大高宽比成为了通过该工艺进行X射线菲涅尔波带片制备的关键难题，也是菲涅尔波带片研究的重点。
针对上述问题，本发明提供一种可以高效可靠的高深宽比波带片加工方法，该方法通过原子层沉积技术在电子束曝光的模板上沉积材料，随后采用离子束抛光去除了多余材料，极大地改善了工艺稳定性，增加了波带片制备的可靠性，使成品率提升，提升了器件制备的效率，适用于高深宽比的X射线菲涅尔波带片的高效制备。
发明内容
本发明采用以下技术方案：利用电子束光刻技术对衬底上的负型光刻胶HSQ进行曝光，得到X射线菲涅尔波带片硬掩膜，随后进行反应离子束刻蚀，将掩膜图案转移到衬底上，再进行原子层沉积对结构进行填充，平坦化处理后利用斜角离子束抛光直至全部去除，从而得到高深宽比的X射线波带片。
具体步骤如下：
一种用于高深宽比波带片的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、提供硅衬底，并对衬底进行清洗处理；
步骤二、在衬底上旋涂一层高分辨HSQ光刻胶；
步骤三、利用光刻技术对光刻胶进行图案曝光；
步骤四、利用显影液对曝光后的样品进行显影操作得到显影后的光刻胶掩膜图案；
步骤五、利用电感耦合等离子体反应离子刻蚀工艺将光刻胶上的图案转移到硅衬底上，再使用干法刻蚀去除HSQ模板；
步骤六、利用原子层沉积技术在衬底上逐层生长氧化铝材料；
步骤七、利用斜角离子束抛光，对样品进行平坦化处理直至衬底之上的氧化铝全部去除；
进一步的改进，所述步骤一的衬底为X射线透过率较低的材料衬底。
所述步骤一中清洗衬底后，用离子体清洗机对衬底表面进行处理，依靠等离子体中活性粒子的活化作用，去除衬底表面污渍。
进一步的改进，所述步骤二中的负型光刻胶包括HSQ、NR26-25000P、SU-8、SPR220等。
进一步的改进，所述步骤三中的光刻技术包括电子束曝光技术、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、激光直写技术、激光干涉光刻技术和纳米压印技术。
进一步的改进，所述步骤四中的显影液为负型光刻胶显影液，包括HSQ、NR26-25000P、SU-8、SPR220等显影液。
进一步的改进，所述步骤五中的刻蚀工艺包括深反应离子刻蚀工艺工艺、离子束刻蚀工艺和电感耦合等离子体反应离子刻蚀工艺等。
进一步的改进，所述步骤六中的原子层沉积的材料包括氧化铝等X射线透过率较高的材料。
进一步的改进，所述步骤七中的离子束抛光的角度范围为0～90度，刻蚀的时间为0-120分钟。
本发明的有益效果：本发明提供了一种高深宽比波带片的制备方法,结合电子束曝光和反应离子束刻蚀可以制备亚10nm分辨率高深宽比的模板，再利用原子层沉积实现均匀可控的材料填充，最后使用离子束抛光对多余的材料进行抛光，得到所需的X射线波带片。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，且构成说明书的一部分，与本发明的具体实施方式一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是在衬底上旋涂负型光刻胶的示意图。
图2是对负型光刻胶曝光显影后的示意图。
图3是进行深离子束刻蚀后的示意图。
图4是去除HSQ模板后的示意图。
图5是进行原子层沉积之后的示意图。
图6是采用离子束抛光之后的示意图。
图中简单符号说明：
1.衬底 2.负型光刻胶 3.原子层沉积材料
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，应当理解，此处所描述的实施方式用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
提供衬底：选择硅衬底、并先用丙酮、乙醇、去离子水各超声清洗10min，用氮气吹干。如图1所示，先在衬底上滴上几滴HSQ覆盖衬底的三分之二即可，并用匀胶机以4000r/min的转速旋涂60s，使得HSQ均匀覆盖在衬底上，将样品放在热板上0℃烘烤s烘烤后，厚度约为200nm；如图2所示，利用电子束曝光设备Raith 150two，高压30KV，30um光阑对光刻胶进行曝光，并把曝光后的片子在盐显影液中显影60s，再用去离子水冲洗30s，然后用异丙醇冲洗60s，并用氮气吹干；如图3所示，采用低温感应耦合等离子刻蚀系统设备(OxfordPlasmalab System 100ICP 180,Oxford Company,UK)，在零下110℃的条件下进行刻蚀，将HSQ光刻胶图案转移到衬底上，再利用反应离子刻蚀去除HSQ模板，如图4所示，对样品进行原子层沉积，直到间隙被完全填充；如图5所示，采用斜角离子束抛光设备，以高压为500ev，束流100mA,角度为80°对样品进行抛光处理500s，将全部去除；如图6所示，得到所需的X射线波带片。
上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高深宽比波带片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、提供硅衬底，并对衬底进行清洗处理；
步骤二、在衬底上旋涂一层高分辨HSQ光刻胶；
步骤三、利用光刻技术对光刻胶进行图案曝光；
步骤四、利用显影液对曝光后的样品进行显影操作得到显影后的光刻胶掩膜图案；
步骤五、利用电感耦合等离子体反应离子刻蚀工艺将光刻胶上的图案转移到硅衬底上，再使用干法刻蚀去除HSQ模板；
步骤六、利用原子层沉积技术在衬底上逐层生长氧化铝材料；
步骤七、利用斜角离子束抛光，对样品进行平坦化处理直至衬底之上的氧化铝全部去除。
2.根据权利要求1所述的一种高深宽比波带片的制备方法，其特征在于：所述步骤一的衬底为X射线透过率较低的材料衬底；所述步骤一中清洗衬底后，用离子体清洗机对衬底表面进行处理，依靠等离子体中活性粒子的活化作用，去除衬底表面污渍。
3.根据权利要求1所述的一种高深宽比波带片的制备方法，其特征在于：所述步骤二中的负型光刻胶包括HSQ、NR26-25000P、SU-8、SPR220。
4.根据权利要求1所述的一种高深宽比波带片的制备方法，其特征在于：所述步骤三中的光刻技术包括电子束曝光技术、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、激光直写技术、激光干涉光刻技术和纳米压印技术。
5.根据权利要求1所述的一种高深宽比波带片的制备方法，其特征在于：所述步骤四中的显影液为负型光刻胶显影液，包括HSQ、NR26-25000P、SU-8、SPR220显影液。
6.根据权利要求1所述的一种高深宽比波带片的制备方法，其特征在于：所述步骤五中的刻蚀工艺包括深反应离子刻蚀工艺工艺、离子束刻蚀工艺和电感耦合等离子体反应离子刻蚀工艺。
7.根据权利要求1所述的一种高深宽比波带片的制备方法，其特征在于：所述步骤六中的原子层沉积的材料包括氧化铝X射线透过率较高的材料。
8.根据权利要求1所述的一种高深宽比波带片的制备方法，其特征在于：所述步骤七中的离子束抛光的角度范围为0～90度，刻蚀的时间为0-120分钟。
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