一種利用光子納米噴射造成聚焦效應的超分辨納米光刻方法
【專利摘要】本發明屬于光刻【技術領域】，具體為一種利用光子納米噴射造成聚焦效應的超分辨納米光刻方法。本發明利用光子在介質微球里發生的納米噴射過程所造成的聚焦效應進行超分辨納米光刻，其步驟包括：在硅片表面旋涂一層光刻膠，利用電子束光刻，經過顯影之后形成半圓槽陣列，隨后用澆注材料澆注形成光刻掩膜版；再在另一塊硅片表面旋涂另一種光刻膠，將澆注形成的半圓槽陣列光刻掩膜版蓋在光刻膠表面，通過光學光刻，顯影之后形成光刻膠上的納米級線條。本發明方法可實現超衍射極限的光學光刻能力；可進行跨尺度多尺度的復雜納米圖形制作；得到的納米圖形結構形貌可控；可實現高效、大面積制造；與現有半導體基礎工藝直接相兼容。
【專利說明】一種利用光子納米噴射造成聚焦效應的超分辨納米光刻方 法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于光刻【技術領域】，具體涉及一種納米光刻方法。
【背景技術】
[0002] 現有的納米光刻方法主要是電子束光刻，浸沒式透鏡短波長紫外光光刻，以及基 于表面等離子體共振腔的可調諧納米光刻，利用由多層介質（PMMA) /銀組成的平板超分辨 透鏡，利用近場表面等離子體增強效應研究納米近場光刻，基于表面等離子激元（SPP)的近 場光刻直寫等方式。
[0003] 然而，這些技術目前都存在結構復雜、強度微弱和兼容性差等缺陷。要具體應用到 本研究計劃所要制備的集成光柵，其障礙有：（1)無法實現同一表面的多周期光刻；（2)無 法實現大面積高效光刻目標；（3)無法進行光刻形貌的控制。
【發明內容】
[0004] 針對上述問題，本發明的目的是提供一種簡單、高效、快速、低成本、大面積，并且 與當前半導體基礎工藝兼容的納米光刻方法。
[0005] 本發明提供的納米光刻方法，是利用光子在介質微球里發生的納米噴射過程所造 成的聚焦效應，來進行超分辨納米光刻，具體步驟如下： (1) 清洗硅襯底，在襯底上旋涂UVN-30光刻膠膠，并烘烤使之硬化； (2) 然后使用電子束光刻機光刻； (3) 再烘烤，顯影；隨后立即在清水中沖洗，獲得UVN-30上的半圓槽陣列結構； (4) 使用PDMS等塑料澆注材料澆注在半圓槽陣列結構上，得到澆注膜； (5) 在熱板上烘干硬化，取下澆注膜，得到納米光刻模板； (6) 在另一塊硅片上旋涂另一種合適的光刻膠，然后將步驟（5)得到的納米光刻模板放 在所述娃片上方； (7) 最后曝光，顯影，獲得納米線條。
[0006] 本發明步驟（1)中，所述在襯底上旋涂UVN-30光刻膠的步驟為：在襯底上旋涂 300-600納米厚的UVN-30膠，并烘烤使之硬化，烘烤溫度為90-130°C，烘烤時間為2-3分 鐘。
[0007] 本發明步驟（2)中，所述光刻機光刻的線條為4-20納米線，劑量為 40-500 /^7，并利用電子前向散射與背散射的作用使除了納米線條區域之外的區域曝 光。
[0008] 本發明步驟（3)中，所述烘烤，顯影，是在90-130°C的熱板上烘2-3分鐘；顯影條件 為在22-24°C的CD-26中顯影1-2分鐘。
[0009]本發明步驟（5)中，所述在熱板上烘干硬化，是放在80_120°C的烘箱中放置20-30 分鐘。
[0010] 本發明具有以下優點： (1) 實現超衍射極限的光學光刻能力。微納超透鏡陣列的聚焦能力是該技術的核心， 決定了可加工的最小特征寬度。通過對結構、工藝和材料的設計控制，該技術可實現50 -100nm的特征分辨； (2) 可進行跨尺度多尺度的復雜納米圖形制作。微納超透鏡結構和光刻圖形具有直接 對應關系，通過設計不同結構的微納超透鏡，即可實現不同尺度下復雜圖形的光學光刻，以 及其他非周期性復雜圖形的納米光刻； (3) 納米圖形結構的形貌可控。結合電子束光刻和納米壓印光刻對圖形的精確質量控 制，可以改變微納超透鏡的結構和形貌，從而實現光刻納米圖形平滑度、深寬比等形貌特征 的調節和優化 (4) 微納超透鏡陣列的一體化設計。不同于光鑷或者自組裝的微納透鏡控制方法，一體 化的微納超透鏡陣列具有更好的一致性，操作簡單，從而滿足工業化量產對于工藝鏈可控 性的需求； (5) 與現有半導體基礎工藝直接相兼容。采用常用的紫外光源(如40511111/35111111/32511111 等)，無需193nm或其它極紫外、軟X射線光源，特殊材料或特殊光學系統設計等，利用現有 光刻設備及光刻材料，光刻圖形特征線寬可能可達50nm; (6) 可實現大面積制造。單次曝光面積由微納超透鏡陣列面積決定，并可進行大面積拼 接，實現高效納米圖形制造； (7) 批量性、高效性、低成本性。微透鏡聚光器制得后，通過一次曝光即可獲得納米圖 形，工藝簡單。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011] 圖1到圖6按照本發明上述的制作步驟的順序。
[0012] 圖1對應步驟1:在硅表面旋涂UVN-30。
[0013] 圖2對應步驟2-4 :光刻，顯影，使UVN-30表面形成半圓槽陣列。
[0014] 圖3對應步驟5 :燒注半圓槽陣列。
[0015] 圖4對應步驟6 :熱烘，固形后取下，獲得光刻掩膜。
[0016] 圖5對應步驟7-8:取另一塊干凈的硅片，旋涂合適的光刻膠，烘干；蓋上光刻掩膜 版，光刻。
[0017] 圖6對應步驟9:顯影，獲得納米線條結構。
【具體實施方式】
[0018] 下面結合附圖和實施例進一步具體描述本發明。
[0019]本發明的具體操作步驟如下： (1) 清洗硅襯底，在襯底上旋涂400納米厚的UVN-30膠，并烘烤使之硬化，典型的烘烤 溫度在130攝氏度，時間為3分鐘；參見圖1; (2) 使用電子束光刻光刻，光刻圖形為500納米周期的細線條，利用前向散射以及背散 射效應，使電子對除了納米細線條以外的部分區域同樣進行曝光； (3) 在130攝氏度熱板上后烘2分鐘； (4) 在23攝氏度的⑶-26溶液中顯影1分鐘，隨后立刻在清水中沖洗，獲得UVN-30上 的半圓槽陣列結構；參見圖2 ; (5) 使用PDMS等塑料澆注材料澆注在半圓槽陣列結構上；參見圖3 ; (6) 在120攝氏度的熱板上烘20分鐘，取下澆注膜，獲得納米光刻模板；參見圖4 ; (7) 在熱板上烘干硬化，取下澆注膜，獲得納米光刻模板； (8) 在另一塊硅片上旋涂合適的光刻膠，將納米光刻模板放在上方；參見圖5 ; (9) 曝光，顯影，獲得納米線條，參見圖6。
【權利要求】
1. 一種利用光子納米噴射造成聚焦效應的超分辨納米光刻方法，其特征在于利用光 子在介質微球里發生的納米噴射過程所造成的聚焦效應，來進行超分辨納米光刻，具體步 驟如下： (1) 清洗硅襯底，在襯底上旋涂UVN-30光刻膠膠，并烘烤使之硬化； (2) 然后使用電子束光刻機光刻； (3) 再烘烤，顯影；隨后立即在清水中沖洗，獲得UVN-30上的半圓槽陣列結構； (4) 使用PDMS等塑料澆注材料澆注在半圓槽陣列結構上，得到澆注膜； (5) 在熱板上烘干硬化，取下澆注膜，得到納米光刻模板； (6) 在另一塊硅片上旋涂另一種光刻膠，然后將步驟（5)得到的納米光刻模板放在所述 娃片上方； (7) 最后曝光，顯影，獲得納米線條。
2. 根據權利要求1所述的納米光刻方法，其特征在于步驟（1)中所述在襯底上旋涂 UVN-30光刻膠的步驟為：在襯底上旋涂300-600納米厚的UVN-30膠，并烘烤使之硬化，烘 烤溫度為90-130°C，烘烤時間為2-3分鐘。
3. 根據權利要求1所述的納米光刻方法，其特征在于步驟（2)中所述光刻機光刻的線 條為4-20納米線，劑量為40-500 ，并利用電子前向散射與背散射的作用使除了納 米線條區域之外的區域曝光。
4. 根據權利要求1所述的納米光刻方法，其特征在于步驟（3)中所述烘烤、顯影，烘烤 是在90-130°C的熱板上烘2-3分鐘，顯影為在22-24°C的CD-26中顯影1-2分鐘。
5. 根據權利要求1所述的納米光刻方法，其特征在于步驟（5)中所述在熱板上烘干硬 化，是放在80-120°C的烘箱中放置20-30分鐘。
【文檔編號】G03F7/20GK104483814SQ201410722282
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月3日 優先權日:2014年12月3日
【發明者】陳宜方, 徐晨, 陸冰睿 申請人:復旦大學