RU2597373C1 - Способ получения металлических пленок заданной формы - Google Patents
Способ получения металлических пленок заданной формы Download PDFInfo
- Publication number
- RU2597373C1 RU2597373C1 RU2015116555/05A RU2015116555A RU2597373C1 RU 2597373 C1 RU2597373 C1 RU 2597373C1 RU 2015116555/05 A RU2015116555/05 A RU 2015116555/05A RU 2015116555 A RU2015116555 A RU 2015116555A RU 2597373 C1 RU2597373 C1 RU 2597373C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- film
- substrate
- electron beam
- irradiated
- metal film
- Prior art date
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 38
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 28
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 38
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims abstract description 35
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 abstract description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 2
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 77
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 19
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 19
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 13
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 9
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 description 9
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 7
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 4
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical compound [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000000609 electron-beam lithography Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электронно-лучевой технологии и может быть использовано в оптике, фотонике, интегральной оптике, наноплазмонике и электронике. Способ получения металлических пленок заданной формы заключается в том, что на подложку с высоким электрическим сопротивлением предварительно наносят пленку металла толщиной 50-100 нм, облучают сканирующим электронным лучом с энергией электронов 3-10 кэВ, дозой 20-100 мКл/см2 и проводят химическое травление металлической пленки до ее исчезновения на участках подложки, не облученных электронами. Достоинством способа является то, что металлические пленки заданной формы могут быть изготовлены на любых диэлектрических или полупроводниковых подложках или пленках с высоким электрическим сопротивлением, а также на химически стойких полимерах. 5 ил.
Description
Изобретение относится к электронно-лучевой технологии и может быть использовано в оптике, фотонике, интегральной оптике, наноплазмонике и электронике.
Известен фотолитографический способ получения металлических пленок заданной формы (Готра З.Ю. Технология микроэлектронных устройств. Справочник. М.: Радио и связь. 1991, 528 с.). Недостатком способа является сложность и многоступенчатость технологического процесса: нанесение пленки металла на подложку, нанесение слоя фоторезиста, облучение фоторезиста через фотошаблон, дубление фоторезиста, травление фоторезиста, травление пленки металла, удаление фоторезиста.
Известен способ получения металлических пленок заданной формы с помощью электронно-лучевой литографии (Готра З.Ю. Технология микроэлектронных устройств. Справочник. М.: Радио и связь. 1991. 528 с.). Недостатком способа является сложность и многоступенчатость технологического процесса: нанесение пленки металла на подложку, нанесение слоя электронного резиста, облучение электронного резиста сканирующим электронным лучом, дубление электронного резиста, травление электронного резиста, травление пленки металла, удаление электронного резиста.
Известен способ получения металлических пленок заданной формы, выбранный в качестве прототипа (B.C. Брунов, О.А. Подсвиров, А.И. Сидоров, Д.В. Чураев. Формирование тонких пленок и наночастиц серебра в серебросодержащих стеклах и на их поверхности при электронном облучении // ЖТФ. Т. 84. №8. 2014. С. 112-117). Способ заключается в облучении сканирующим электронным лучом с энергией электронов 5-10 кэВ подложки из силикатного стекла, содержащего подвижные ионы металла (серебра). При этом в тонком слое стекла вблизи его поверхности формируется слой отрицательного объемного заряда за счет накопления термализованных электронов. Подвижные положительные ионы металла мигрируют в электрическом поле объемного заряда к поверхности стекла, восстанавливаются термализованными электронами до нейтрального состояния и выходят на поверхность стекла, образуя в области воздействия электронного луча металлическую пленку. Недостатком способа является то, что металлическая пленка может быть сформирована только на поверхности стекла, исходно содержащего ионы соответствующего металла.
Изобретение решает задачу расширения номенклатуры материалов подложек, на которых могут быть получены металлические пленки заданной формы.
Сущность заявляемого способа заключается в том, что предварительно на подложку с высоким электрическим сопротивлением наносят пленку металла толщиной 50-100 нм, затем облучают электронным лучом с энергией электронов 3-10 кэВ, дозой 20-100 мКл/см2 и плотностью электронного тока 0,1-40 мкА/см2, после чего проводят травление металлической пленки до ее исчезновения на участках подложки, не облученных электронами.
Пленка металла толщиной 50-100 нм имеет относительно высокое электрическое сопротивление. При облучении пленки металла толщиной 50-100 нм электронами с энергией 3-10 кэВ большинство электронов теряют энергию в объеме пленки. В результате этого неравновесная концентрация электронов в пленке в облучаемой зоне повышается, что приводит к возникновению градиента напряженности электрического поля вдоль поверхности пленки. Кроме того, часть электронов, не потерявших всю энергию в пленке металла, проникает в приповерхностные слои диэлектрической или полупроводниковой подложки, создавая в приповерхностном слое подложки отрицательный объемный заряд. Это приводит к дополнительному градиенту напряженности электрического поля вдоль поверхности пленки. Возникновение градиента напряженности электрического поля вдоль поверхности пленки приводит к тому, что положительные ионы металла вырываются электрическим полем из металлической пленки и мигрируют в электрическом поле по поверхности пленки в область отрицательного заряда, сформированного электронным лучом. В результате этого толщина пленки в области воздействия электронного луча увеличивается, а на окружающих участках толщина пленки уменьшается. Уменьшение толщины металлической пленки вокруг области воздействия электронного луча приводит к увеличению электрического сопротивления этих участков пленки. Это приводит к увеличению напряженности электрического поля вдоль поверхности пленки и увеличению эффективности перераспределения ионов металла. После облучения электронным лучом производят химическое травление пленки металла до ее исчезновения на необлученных электронами участках. Так как толщина пленки металла на облученных участках больше, то после травления пленка металла на этих участках сохраняется. Сканированием электронного луча по поверхности пленки можно получать пленки заданной конфигурации. Толщину пленки металла можно варьировать путем изменения режимов травления, например его продолжительности, или изменением дозы электронного облучения. Так как электронный луч может быть сфокусирован в пятно диаметром менее 10 нм, то с помощью заявляемого способа могут быть изготовлены наноразмерные пленки заданной конфигурации.
Совокупность признаков, изложенных в формуле, характеризует способ, заключающийся в том, что на диэлектрическую или полупроводниковую подложку наносят пленку металла толщиной 50-100 нм, облучают электронным лучом с энергией электронов 3-10 кэВ и дозой 20-100 мКл/см2 и проводят травление металлической пленки до ее исчезновения на участках подложки, не облученных электронами. Достоинством способа является то, что металлические пленки заданной конфигурации могут быть изготовлены на любых диэлектрических или полупроводниковых подложках или пленках с высоким электрическим сопротивлением, а также на химически стойких полимерах.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими чертежами:
на фиг. 1 показана фотография поверхности подложки из цветного оптического силикатного стекла с островками пленки алюминия после обработки по заявляемому способу. Диаметр электронного луча - 1.5 мм;
на фиг. 2 показано SEM-изображение островков пленки алюминия на подложке из цветного оптического силикатного стекла с островками пленки алюминия после обработки по заявляемому способу. Диаметр электронного луча - 10 нм. Диаметр островков - 380 нм. Масштаб 200 нм;
на фиг. 3 показана фотография поверхности подложки из натриево-силикатного стекла с островками пленки золота после обработки по заявляемому способу. Диаметр электронного луча - 1.5 мм;
на фиг. 4 показано SEM-изображение островков пленки золота на подложке из цветного оптического силикатного стекла с островками пленки золота после обработки по заявляемому способу. Диаметр электронного луча - 10 нм. Диаметр островков - 400 нм. Масштаб 200 нм;
на фиг. 5 показано изображение островка пленки золота на подложке из силикатного стекла с островками пленки золота после обработки по заявляемому способу. Изображение получено с помощью электронного пучка, падающего под углом 45° к поверхности подложки. Диаметр электронного луча - 10 нм. Диаметр островка - 400 нм. Масштаб 200 нм.
Далее сущность изобретения раскрывается на примерах, которые не должны рассматриваться экспертом как ограничивающие притязания изобретения.
Примеры конкретной реализации изобретения.
Пример 1.
На поверхность подложки из цветного оптического силикатного стекла методом вакуумного напыления наносят сплошную пленку алюминия толщиной 100 нм. Подложку с пленкой алюминия помещают в сканирующий электронный микроскоп и заземляют пленку алюминия. С помощью сканирующего электронного микроскопа производят облучение пленки электронным лучом с энергией электронов 3 кэВ, дозой 50 мКл/см2 и плотностью электронного тока 40 мкА/см2 при диаметре пучка 1.5 мм и энергией 5 кэВ и плотностью тока 2,5 мкА/см2 при диаметре пучка 10 нм, соответственно. Во втором случае форма облученной зоны формировалась сканированием электронного луча по заданной программе. После облучения подложку с пленкой помещают в водный 10% раствор KОН и подвергают химическому травлению в течение 1 мин. Фотография подложки после обработки по описанному способу для диаметра электронного луча 1.5 мм показана на фиг. 1. Из фиг. 1 видно, что на облученных электронами участках подложки пленка алюминия сохранилась, образовав круглые металлические зеркала. SEM-изображение островков пленки алюминия на подложке из цветного оптического силикатного стекла с островками пленки алюминия после обработки по заявляемому способу для диаметра электронного луча 10 нм показано на фиг. 2. Темные участки на изображении соответствуют пленке алюминия, так как коэффициент вторичной электронной эмиссии алюминия меньше коэффициента вторичной электронной эмиссии стекла.
Сканированием электронного луча по поверхности пленки алюминия можно получать пленки заданной конфигурации. Толщину формируемой пленки алюминия можно варьировать путем изменения режимов травления, например его продолжительности, или изменением дозы электронного облучения. Так как электронный луч может быть сфокусирован в пятно диаметром около 10 нм, то с помощью заявляемого способа могут быть изготовлены наноразмерные пленки заданной конфигурации.
Пример 2.
На поверхность подложки из натриево-силикатного стекла методом вакуумного напыления наносят сплошную пленку золота толщиной 50 нм. Подложку с пленкой золота помещают в сканирующий электронный микроскоп и заземляют пленку золота. С помощью сканирующего электронного микроскопа производят облучение пленки электронным лучом с энергией электронов 5 кэВ, дозой 30 мКл/см2 и плотностью электронного тока 40 мкА/см2 при диаметре пучка 1,5 мм; и энергией 5 кэВ и плотностью тока - 0,1 мкА/см2 при диаметре пучка 10 нм, соответственно. Во втором случае форма облученной зоны формировалась сканированием электронного луча по заданной программе. После облучения подложку с пленкой помещают в водный 10% раствор (KI+I2) и подвергают химическому травлению в течение 5 мин. Фотография подложки после обработки по описанному способу для диаметра электронного луча, равного 1,5 мм, показана на фиг. 3. Из фиг. 3 видно, что на облученных электронами участках подложки пленка золота сохранилась, образовав круглые металлические зеркала. SEM-изображение островков пленки золота на подложке из силикатного стекла с островками пленки золота после обработки по заявляемому способу для диаметра электронного луча 10 нм показано на фиг. 4. Темные участки на изображении соответствуют пленке золота, так как коэффициент вторичной электронной эмиссии золота меньше коэффициента вторичной электронной эмиссии стекла. На фиг. 5 показано изображение островка пленки золота на подложке из силикатного стекла с островками пленки золота после обработки по заявляемому способу. Изображение получено с помощью электронного пучка, падающего под углом 45° к поверхности подложки. Из фиг. 5 видно, что островок пленки золота имеет форму сегмента сферы высотой примерно 100-150 нм.
Сканированием электронного луча по поверхности пленки золота можно получать пленки заданной конфигурации. Толщину формируемой пленки золота можно варьировать путем изменения режимов травления, например его продолжительности, или изменением дозы электронного облучения. Так как электронный луч может быть сфокусирован в пятно диаметром около 10 нм, то с помощью заявляемого способа могут быть изготовлены наноразмерные пленки золота заданной конфигурации.
Промышленная применимость изобретения.
Изготовление отражающих оптических элементов: микрозеркал, амплитудных дифракционных решеток, мир.
Изготовление устройств наноплазмоники: плазмонных волноводов, наноантенн, плазмонных фотонных кристаллов, нанорезонаторов и др.
Изготовление микро- и нанопроводников электрического тока для устройств фотоники, электроники и микрофлюидики.
Изготовление печатных форм для микро- и наноразмерной печати.
Изготовление фотошаблонов для фотолитографии.
Достоинством способа является то, что металлические пленки заданной конфигурации могут быть изготовлены на любых диэлектрических или полупроводниковых подложках или пленках с высоким электрическим сопротивлением, а также на химически стойких полимерах.
Claims (1)
- Способ получения металлических пленок заданной формы, заключающийся в облучении подложки сканирующим по заданной траектории электронным лучом и образовании на ее поверхности металлической пленки, отличающийся тем, что предварительно на диэлектрическую или полупроводниковую подложку наносят пленку металла толщиной 50-100 нм, затем облучают электронным лучом с энергией электронов 3-10 кэВ, дозой 20-100 мКл/см2, после чего проводят травление металлической пленки до ее исчезновения на участках подложки, не облученных электронами.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015116555/05A RU2597373C1 (ru) | 2015-04-29 | 2015-04-29 | Способ получения металлических пленок заданной формы |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015116555/05A RU2597373C1 (ru) | 2015-04-29 | 2015-04-29 | Способ получения металлических пленок заданной формы |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2597373C1 true RU2597373C1 (ru) | 2016-09-10 |
Family
ID=56892500
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015116555/05A RU2597373C1 (ru) | 2015-04-29 | 2015-04-29 | Способ получения металлических пленок заданной формы |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2597373C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5073233A (en) * | 1989-06-07 | 1991-12-17 | Ciba-Geigy Corporation | Method of making a metallic pattern on a substrate |
| RU2193927C2 (ru) * | 1994-03-30 | 2002-12-10 | Пинэкл Рисерч Инститьют, Инк. | Способ изготовления усовершенствованного устройства для накопления энергии |
| US20060068173A1 (en) * | 2004-09-30 | 2006-03-30 | Ebara Corporation | Methods for forming and patterning of metallic films |
| US7833582B2 (en) * | 2004-06-28 | 2010-11-16 | Leonhard Kurz Stiftung & Co. Kg | Method for producing a metallic coating in certain areas of a substrate, transfer film, and use thereof |
| RU2507516C2 (ru) * | 2008-06-04 | 2014-02-20 | Г. Пэйтел | Мониторная система, основанная на травлении металлов |
-
2015
- 2015-04-29 RU RU2015116555/05A patent/RU2597373C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5073233A (en) * | 1989-06-07 | 1991-12-17 | Ciba-Geigy Corporation | Method of making a metallic pattern on a substrate |
| RU2193927C2 (ru) * | 1994-03-30 | 2002-12-10 | Пинэкл Рисерч Инститьют, Инк. | Способ изготовления усовершенствованного устройства для накопления энергии |
| US7833582B2 (en) * | 2004-06-28 | 2010-11-16 | Leonhard Kurz Stiftung & Co. Kg | Method for producing a metallic coating in certain areas of a substrate, transfer film, and use thereof |
| US20060068173A1 (en) * | 2004-09-30 | 2006-03-30 | Ebara Corporation | Methods for forming and patterning of metallic films |
| RU2507516C2 (ru) * | 2008-06-04 | 2014-02-20 | Г. Пэйтел | Мониторная система, основанная на травлении металлов |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| БРУНОВ В.С. И ДР. ФОРМИРОВАНИЕ ТОНКИХ ПЛЕНОК И НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА В СЕРЕБРОСОДЕРЖАЩИХ СТЕКЛАХ И НА ИХ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ЭЛЕКТРОННОМ ОБЛУЧЕНИИ. ЖТФ. Т.84, N8 2014, С.112-117. * |
| БРУНОВ В.С. И ДР. ФОРМИРОВАНИЕ ТОНКИХ ПЛЕНОК И НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА В СЕРЕБРОСОДЕРЖАЩИХ СТЕКЛАХ И НА ИХ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ЭЛЕКТРОННОМ ОБЛУЧЕНИИ. ЖТФ. Т.84, N8 2014, С.112-117. ГОТРА З.Ю. ТЕХНОЛОГИЯ МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ. СПРАВОЧНИК. МОСКВА. РАДИО И СВЯЗЬ. 1991. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6815363B2 (en) | Method for nanomachining high aspect ratio structures | |
| US8084365B2 (en) | Method of manufacturing a nano structure by etching, using a substrate containing silicon | |
| KR20240067993A (ko) | 마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크, 및 반도체 디바이스의 제조 방법 | |
| JP4815010B2 (ja) | ブロックコポリマーの自己組織化促進方法及びそれを用いたブロックコポリマーの自己組織化パターン形成方法 | |
| JP4815011B2 (ja) | ブロックコポリマーの自己組織化促進方法及びそれを用いたブロックコポリマーの自己組織化パターン形成方法 | |
| EP3043375A1 (en) | Reflective photomask and production method therefor | |
| CN108217578A (zh) | 一种微纳弯曲结构的制备方法 | |
| RU2597373C1 (ru) | Способ получения металлических пленок заданной формы | |
| JP6129773B2 (ja) | パターン形成方法 | |
| RU2632581C2 (ru) | Подложка для электронной литографии высокого разрешения и соответствующий способ литографии | |
| US9841674B2 (en) | Patterning method, and template for nanoimprint and producing method thereof | |
| KR100682887B1 (ko) | 나노구조 형성방법 | |
| CN103969963A (zh) | 用于光刻系统的图案生成器 | |
| Zhang et al. | Versatile nanosphere lithography technique combining multiple-exposure nanosphere lens lithography and nanosphere template lithography | |
| KR102164381B1 (ko) | 나노 구조체 제조 방법 및 이를 이용하여 제조한 나노 구조체 | |
| CN110244520A (zh) | 用电子束光刻实现加工硅纳米圆柱的方法 | |
| CN115308828A (zh) | 一种二氧化钛光栅的制备方法及其二氧化钛光栅 | |
| US9835949B2 (en) | Lithographic pattern development process for amorphous fluoropolymer | |
| US10248024B2 (en) | Method for making a micro- or nano-scale patterned layer of material by photolithography | |
| EP3845356A1 (en) | Molding die and lens | |
| Meng et al. | A straightforward and CMOS-compatible nanofabrication technique of periodic SiO2 nanohole arrays | |
| JP2004268206A (ja) | 被加工基板の湿式エッチング方法 | |
| CN111512199B (zh) | 图案形成方法和偏光板的制造方法 | |
| Con | Nanolithography on non-planar surfaces and self-assembly of metal salt-polymer nanomaterials | |
| JP5515843B2 (ja) | 多層型ステンシルマスクの製造方法 |