专利名称：一种制作高深宽比周期性纳米结构的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种高深宽 比周期性纳米结构的利记博彩app，尤其涉及一种利用干涉光 刻和三层胶技术制作高深宽比周期性纳米结构的方法。
背景技术：
亚波长周期性纳米结构由于其特殊的光学性质和物理效应受到人们的广泛关注。 例如，基于半导体能带理论的光子晶体可以通过引入缺陷来对光波进行操控，使“集成光 路”的实现成为一种可能；基于表面等离子激元(surface ρlasmon polaritions, SPPs)效 应的人工材料可以通过调制光场的幅度和相位分布实现光的负折射，在超分辨成像、SPPs 纳米光刻等领域有着广阔的应用前景。制作光子晶体和可见光波段的人工材料均需要加工出亚波长周期性纳米结构，图 形线宽一般为10 IOOnm范围。传统的光刻技术受光刻波长的限制无法制作亚微米尺度 的结构图形，而目前IOOnm及以下线宽的加工手段，如电子束或聚焦离子束直写技术，因为 采用逐点扫描的工作方式，其工作效率极低，难以加工大面积图形。干涉光刻由于具有长焦深、高效率、大面积等优势，广泛应用于周期性微纳结构的 加工与制作。然而，当利用干涉光刻制作IOOnm甚至以下线宽的纳米结构时，所用光刻胶的 厚度也必须降至IOOnm左右。这是因为在一般情况下，光刻胶的厚度越薄，其分辨率才能越 高；但值得注意的是，光刻胶的厚度越薄，其抗刻蚀性能也越差。因此，IOOnm厚的光刻胶无 法提供足够的抗刻蚀层以满足后期图形刻蚀转移的需求。三层胶技术是一种表层成像技术 (Top-Surface Imaging, TSI)，它可在图形表面轮廓不变的情况下，通过两次不同气体的反 应离子刻蚀有效提高图形深度，实现高深宽比纳米图形的制作。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有IOOnm及以下线宽纳米加工的限制之处， 提出一种干涉光刻结合三层胶技术制作高深宽比周期性纳米结构的方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种制作高深宽比周期性纳米结构 的方法，包括以下步骤(1)选择抛光基片，将其利用丙酮超声清洗干净，用旋涂的方法在其表面涂上一层 厚度> 300nm的聚合物薄膜，并置于热板或烘箱中进行前烘；(2)利用磁控溅射的方法在聚合物薄膜表面沉积一层厚度为20nm-30nm的含硅薄 膜；(3)用旋涂的方法在含硅薄膜表面涂上一层高分辨率光刻胶，并置于热板或烘箱 中进行前烘；(4)利用激光干涉光刻对表层高分辨率光刻胶进行曝光显影，根据扫描电子显微 镜的检测结果，包括线条周期、线条宽度、线条边缘粗糙度以及线条陡直度等指标，调节并 优化入射光的入射角、曝光时间和显影时间，获得IOOnm及以下线宽的周期性线条，并将曝光显影后的样片置于热板或烘箱中对表层的光刻胶图形进行坚膜；(5)利用反应离子刻蚀，选择氟基气体为刻蚀气体，调节刻蚀功率、气体流量以及 刻蚀时间等参数，将表层光刻胶图形传递至含硅薄膜；(6)利用反应离子刻蚀，选用氧气为刻蚀气体，以刻有图形的含硅薄膜为硬掩模 层，调节刻蚀功率、腔体气压、气体流量以及刻蚀时间等参数，将含硅薄膜的图形传递至底 层较厚的聚合物薄膜，从而获得高深宽比图形。所述步骤(1)中的聚合物薄膜可以为PMMA、抗反射涂层或失去感光特性的光刻 胶。所述步骤(2)中的含硅薄膜的材料可以是SiO2或Si。所述步骤(3)中的高分辨率光刻胶的厚度应该比含硅薄膜的厚度大，可以为 50nm-100nmo所述步骤(4)中激光的波长范围可以是193nm 363nm。所述步骤(4)中入射光的入射角范围是50° 65°。所述步骤(4)中的曝光时间范围是IOs 30s。所述步骤(4)中的显影时间范围是20s 60s。所述步骤(5)中的氟基气体可以为SF6、CHF3或CF4。所述步骤(5)中将表层光刻胶图形传递至含硅薄膜时，没受光刻胶保护部分的含 硅薄膜必须刻蚀完全，不留底膜。本发明与现有技术相比所具有的优点本发明利用紫外或深紫外激光干涉光刻， 通过三层胶刻蚀技术，有效提高IOOnm及以下线宽光刻胶图形的深度、陡度和深宽比，满足 后序刻蚀工艺中对光刻胶抗蚀性能的要求；本发明的三层胶技术中，底层胶一般较厚，对 来自基底反射回来的光具有较强的吸收作用，类似于一层抗反射涂层(Anti-reflective coating, ARC)，可有效减小驻波效应对光刻质量的影响；本发明具有低成本、高效率、大面 积和高质量等优点，特别适合周期性纳米结构的制作，在光子晶体和表面等离子体光学的 研究中有广泛的应用前景。
图1是本发明第一步的制作示意图；图2是本发明第二步的制作示意图；图3是本发明第三步的制作示意图；图4是本发明第四步的制作示意图；图5是本发明第五步的制作示意图；图6是本发明第六步的制作示意图。图中1为表面抛光的基底；2为旋转涂覆的一层聚合物；3为溅射沉积的一层含 硅薄膜；4为高分辨率光刻胶。
具体实施例方式下面结合附图及具体实施方式
详细介绍本发明。但以下的实施例仅限于解释本发 明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例对本领域的技术人员即可以实现本发明权利要求的全部内容。 实施例1如图1所示，本发明第一步的制作示意图；首先选择一块硅基片，并将其表面抛 光，然后在抛光的硅基片表面旋转涂覆一层厚度为500nm的光刻胶，并置于烘箱中以140°C 高温烘烤使其失去感光性能；如图2所示，本发明第二步的制作示意图；利用磁控溅射的方法在聚合物薄膜2表 面沉积一层厚度为30nm的SiO2薄膜；如图3所示，本发明第三步的制作示意图；用旋涂的方法在SiO2薄膜表面涂上一 层厚度为IOOnm高分辨率光刻胶；如图4所示，本发明第四步的制作示意图；利用波长为363nm的氩离子激光干涉光 刻对表层高分辨率光刻胶进行曝光显影，曝光时入射光的入射角为65°，曝光时间为30s， 显影时间为20s，获得线宽为IOOnm的周期性线条；如图5所示，本发明第五步的制作示意图，利用反应离子刻蚀，选择CHF3为刻蚀 气体，将表层光刻胶图形传递至SiO2薄膜，刻蚀完成后，带有图形的SiO2薄膜的厚度仍为 30nm，其上的图形深度也为30nm ；如图6所示，本发明第六步的制作示意图，利用反应离子刻蚀，选用氧气为刻蚀气 体，以刻有图形的SiO2薄膜为硬掩模层，将SiO2薄膜上的图形传递至底层光刻胶上，从而线 宽为lOOnm，深度为500nm的高陡度图形。实施例2如图1所示，本发明第一步的制作示意图；首先选择一块硅基片，并将其表面抛 光，然后在抛光的硅基片表面旋转涂覆一层厚度为400nm的PMMA ；如图2所示，本发明第二步的制作示意图；利用磁控溅射的方法在聚合物薄膜2表 面沉积一层厚度为25nm的Si薄膜；如图3所示，本发明第三步的制作示意图；用旋涂的方法在Si薄膜表面涂上一层 厚度为SOnm高分辨率光刻胶；如图4所示，本发明第四步的制作示意图；利用经过倍频后波长为248nm的氩离子 激光干涉光刻对表层高分辨率光刻胶进行曝光显影，曝光时入射光的入射角为50°，曝光 时间为20s，显影时间为40s，获得线宽为SOnm的周期性线条；如图5所示，本发明第五步的制作示意图，利用反应离子刻蚀，选择SF6为刻蚀气 体，将表层光刻胶图形传递至Si薄膜，刻蚀完成后，带有图形的Si薄膜的厚度仍为25nm，其 上的图形深度也为25nm;如图6所示，本发明第六步的制作示意图，利用反应离子刻蚀，选用氧气为刻蚀气 体，以刻有图形的Si薄膜为硬掩模层，将Si薄膜上的图形传递至底层凭密码PMMA上，从而 线宽为80nm，深度为400nm的高陡度图形。实施例3如图1所示，本发明第一步的制作示意图；首先选择一块硅基片，并将其表面抛 光，然后在抛光的硅基片表面旋转涂覆一层厚度为300nm的抗反射涂层ARC ；如图2所示，本发明第二步的制作示意图；利用磁控溅射的方法在聚合物薄膜2表 面沉积一层厚度为20nm的SiO2薄膜；
如图3 所示，本发明第三步的制作示意图；用旋涂的方法在SiO2薄膜表面涂上一 层厚度为50nm高分辨率光刻胶；如图4所示，本发明第四步的制作示意图；利用波长为193nm的氟化氩准分子激光 干涉光刻对表层高分辨率光刻胶进行曝光显影，曝光时入射光的入射角为60°，曝光时间 为10s，显影时间为60s，获得线宽为55nm的周期性线条；如图5所示，本发明第五步的制作示意图，利用反应离子刻蚀，选择SF6为刻蚀 气体，将表层光刻胶图形传递至SiO2薄膜，刻蚀完成后，带有图形的SiO2薄膜的厚度仍为 20nm，其上的图形深度也为20nm ；如图6所示，本发明第六步的制作示意图，利用反应离子刻蚀，选用氧气为刻蚀气 体，以刻有图形的Si薄膜为硬掩模层，将Si薄膜上的图形传递至底层凭密码PMMA上，从而 线宽为60nm，深度为300nm的高陡度图形。
权利要求
1.一种制作高深宽比周期性纳米结构的方法，其特征在于包括以下步骤(1)选择抛光基片，将抛光基片利用丙酮超声清洗干净，采用旋涂的方法在抛光基片表 面涂上一层厚度> 300nm的聚合物薄膜，并置于热板或烘箱中进行前烘；(2)利用磁控溅射的方法在聚合物薄膜表面沉积一层厚度为20nm-30nm的含硅薄膜；(3)采用旋涂的方法在含硅薄膜表面涂上一层光刻胶，并置于热板或烘箱中进行前-Ht ./V、 (4)利用激光干涉光刻对表层高分辨率光刻胶进行曝光显影，根据扫描电子显微镜的 检测结果，包括线条周期、线条宽度、线条边缘粗糙度以及线条陡直度指标，调节并优化入 射光的入射角、曝光时间和显影时间，获得IOOnm及以下线宽的周期性线条，并将曝光显影 后的样片置于热板或烘箱中对表层的光刻胶图形进行坚膜；(5)利用反应离子刻蚀，选择氟基气体为刻蚀气体，调节刻蚀功率、气体流量以及刻蚀 时间等参数，将表层光刻胶图形传递至含硅薄膜；(6)利用反应离子刻蚀，选用氧气为刻蚀气体，以刻有图形的含硅薄膜为硬掩模层，调 节刻蚀功率、腔体气压、气体流量以及刻蚀时间等参数，将含硅薄膜的图形传递至底层较厚 的聚合物薄膜，从而获得高深宽比图形。
2.根据权利要求1所述的一种制作高深宽比周期性纳米结构的方法，其特征在于所 述步骤(1)中的聚合物薄膜为PMMA、抗反射涂层或失去感光特性的光刻胶。
3.根据权利要求1所述的一种制作高深宽比周期性纳米结构的方法，其特征在于所 述步骤(2)中的含硅薄膜的材料可以是SiO2或Si。
4.根据权利要求1所述的一种制作高深宽比周期性纳米结构的方法，其特征在于所 述步骤(3)中光刻胶的厚度大于含硅薄膜的厚度，为50nm lOOnm。
5.根据权利要求1所述的一种制作高深宽比周期性纳米结构的方法，其特征在于所 述步骤(4)中激光的波长范围是193nm 363nm。
6.根据权利要求1所述的一种制作高深宽比周期性纳米结构的方法，其特征在于所 述步骤(4)中入射光的入射角范围是50° 65°。
7.根据权利要求1所述的一种制作高深宽比周期性纳米结构的方法，其特征在于所 述步骤(4)中的曝光时间范围是IOs 30s。
8.根据权利要求1所述的一种制作高深宽比周期性纳米结构的方法，其特征在于所 述步骤(4)中的显影时间范围是20s 60s。
9.根据权利要求1所述的一种制作高深宽比周期性纳米结构的方法，其特征在于所 述步骤(5)中的氟基气体为SF6、CHF3或CF4。
10.根据权利要求1所述的一种制作高深宽比周期性纳米结构的方法，其特征在于所 述步骤(5)中将表层光刻胶图形传递至含硅薄膜时，没受光刻胶保护部分的含硅薄膜必须 刻蚀完全，不留底膜。
全文摘要
一种制作高深宽比周期性纳米结构的方法，其特征在于选择抛光基片，用旋涂的方法在其表面涂上一层厚度≥300nm的光刻胶；采用磁控溅射的方法在光刻胶表面沉积一层厚度为20nm的SiO2薄膜；用旋涂的方法在SiO2薄膜表面涂上一层厚度为50nm-100nm的高分辨率光刻胶；利用激光干涉光刻对表层高分辨率光刻胶进行曝光显影；将三层胶结构置于热板或烘箱中进行坚膜；选择氟基气体，利用反应离子刻蚀将表层光刻胶图形传递至SiO2层；再选用氧气，以SiO2层为硬掩模层，利用反应离子刻蚀将SiO2层的图形传递至底层光刻胶，即可获得高分辨率、高深宽比光刻胶图形。本发明成本低廉、加工图形区域面积大，在亚波长光栅和光子晶体的制作及应用研究方面具有广阔的应用前景。
文档编号B82Y40/00GK102096317SQ20101061779
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月22日 优先权日2010年12月22日
发明者冯沁, 刘玲, 方亮, 杨欢, 王长涛, 罗先刚, 赖之安 申请人:中国科学院光电技术研究所