一种利用斜蒸发加工薄膜结构的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用斜蒸发加工薄膜结构的方法，本发明专利技术属于薄膜结构处理技术领域，包括清洗步骤、覆胶步骤、曝光步骤、显影步骤、镀膜步骤和剥离步骤，是一种利用斜蒸发处理薄膜结构的方法，以实现微纳尺寸特定、参数可控的侧面薄膜的蒸镀，而满足实际需求的蒸发蒸镀微纳柱侧边膜结构的方法。

A Method of Processing Thin Film Structure by Oblique Evaporation

The invention discloses a method for processing thin film structure by oblique evaporation, which belongs to the technical field of thin film structure processing, including cleaning steps, gluing steps, exposure steps, developing steps, coating steps and stripping steps. It is a method for treating thin film structure by oblique evaporation, in order to realize evaporation of side thin film with specific micro-nano size and controllable parameters, and meet the requirements of reality. The method of evaporating and evaporating the side film structure of micro-nano column according to the demand.

【技术实现步骤摘要】
一种利用斜蒸发加工薄膜结构的方法
本专利技术属于薄膜结构处理
，具体涉及一种利用斜蒸发加工薄膜结构的方法。
技术介绍
突飞猛进的半导体技术带来了芯片、MEMS等产业的发展，在单位面积及单位体积内集成的功能结构越来越多，而能够在更微小结构的加工制造是整个半导体工艺领域的追求。而微纳器件的立体结构加工是实现器件体积压缩的一种有效途径，目前，常用的技术方案为通过外延生长特定的多层立体柱结构，或者通过top-down设计刻蚀外延层形成所需的柱状结构，再将特定的功能结构集成在多层柱状微小结构上，从而有效节省空间；在此技术基础上，在这些微纳柱状结构的侧面蒸镀特定的侧面电极或者功能薄膜，能更加有效的对柱状结构进行合理调控和性质、功能改善，提高可控性，拓展其功能应用。但是现有技术中采用蒸镀方法加工侧边膜结构的过程中，存在以下问题：1、采用垂直蒸发方法只能加工包覆式的结构，难以实现特定微纳形状以及参数可控的侧面薄膜的蒸镀；2、采用普通的斜蒸发工艺无法解决微纳柱侧壁靠近顶端部分(包括柱顶面边缘)会暴露在蒸镀束流中而被蒸镀上金属的问题，因此也不能实现薄膜结构上端的图形化，从而使得在侧壁上加工任意形状膜结构不能完全实现。因此，寻找避免柱顶附近侧壁在斜蒸发过程中镀上金属的方法，从而实现微纳尺寸特定、参数可控的任意形状侧面薄膜的制备，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。在薄膜制备中，悬胶蒸发方法是一种重要的工艺手段，如在现有技术中公开号为CN103869637A，公开时间为2014年6月18日，名称为“采用光刻胶剥离制备斜坡状边缘金属膜的工艺方法”的中国专利技术专利文献，公开了一种采用光刻胶剥离制备斜坡状边缘金属膜的工艺方法，至少包括采用多层光刻胶的胶膜结构作为镀膜的牺牲层材料，图形化后上层胶比下层胶要多伸出一段距离悬空，悬挂在基板的上方一定高度，然后带胶镀膜，剥离成膜，具体包括基板涂覆下层胶，固化；继续涂覆上层胶，固化；与基板原有图形对准，图形化，形成上窄下宽式镀膜窗口；利用物理气相淀积、蒸发、溅射、电镀镀膜方式，基板上淀积薄膜结构；剥离去掉胶牺牲层，留在基板上的镀膜图形带有斜坡状边缘。优点：方便实用简单可靠，成本低，薄膜表面顺滑无毛刺，膜层边缘结合力好，避免断裂或分层剥离，斜坡坡度灵活可控，适用于MEMS、IC、NEMS中的声、气敏、压阻薄膜传感器、集成电路。再比如现有技术中公开号为CN101083301，公开时间为2007年12月05日，名称为“一种纳米级交叉线阵列结构有机分子器件的制备方法”的中国专利技术专利文献，公开了一种纳米级交叉线阵列结构有机分子器件的制备方法。其步骤如下：1.在基片表面上淀积绝缘层薄膜；2.在绝缘层薄膜表面上旋涂电子束抗蚀剂，电子束曝光、显影得到下电极图形；3.蒸发制备下电极金属；4.金属剥离得到交叉线下电极；5.在下电极上覆盖生长有机分子薄膜；6.在有机分子薄膜上蒸发制备金属保护层；7.在保护层上面旋涂双层光刻胶，电子束曝光、显影得到上电极图形；8.斜向蒸发制备上电极金属薄膜；9.金属剥离得到交叉线上电极；10.干法刻蚀保护层，完成交叉线有机分子器件的制备。但是现有技术的方法虽然采用了悬胶结构，但其加工的过程并非是在侧壁上实现任意形状结构的加工，而是在水平底面上进行的结构加工实现特定的边缘形状或者交叠结构的加工。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术的不足，而提出了一种利用斜蒸发处理薄膜结构的方法，以实现微纳尺寸特定、参数可控的侧面薄膜的蒸镀，而满足实际需求。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种利用斜蒸发加工薄膜结构的方法，其特征在于，包括如下步骤：清洗步骤，清洗带有微纳柱结构的基片；覆胶步骤，在经过清洗步骤的基片上旋涂一层能通过低剂量电子束进行曝光的光刻胶Ⅰ，然后进行烘烤使光刻胶Ⅰ覆在基片表面，然后再旋涂一层能通过高剂量电子束进行曝光的光刻胶Ⅱ，然后进行烘烤使光刻胶Ⅱ覆在光刻胶Ⅰ表面；烘烤是标准处理方法，意在使胶的溶剂蒸发，固化失去流动性，保证掩膜结构的稳定性；而这里的剂量是曝光剂量，指曝光过程中照射在单位面积上的电子的电荷总量，低剂量电子束和高剂量电子束的高与低是相对而言的，在其它曝光设置相同的情况下，剂量高低表现为曝光时间的长短不同；电子束光刻胶曝光剂量实际参数与具体曝光工艺环境和条件有关，工艺人员可以在具体条件下通过简单剂量测试获得。这里的高低剂量并非由于限定光刻胶Ⅰ、光刻胶Ⅱ的具体曝光特性，而是强调这两种胶的组合应当具有的特征，其核心在于完成曝光需要的剂量有较大区分度，是相对的高低，即高剂量电子束可以对光刻胶Ⅰ、光刻胶Ⅱ进行曝光，而低剂量电子束仅对光刻胶Ⅰ进行曝光。曝光步骤，通过控制电子束的剂量对经过覆胶步骤后的基片上的光刻胶Ⅰ和光刻胶Ⅱ按照设计形状进行曝光形成掩膜结构图形，掩膜结构图形中间位置采用高剂量电子束进行曝光，使得中间位置的光刻胶Ⅰ和光刻胶Ⅱ均被曝光，靠近基片的微纳柱结构侧壁的位置则采用低剂量电子束进行曝光，仅有下层的光刻胶Ⅰ被曝光去除掉，而上层光刻胶Ⅱ形成悬胶结构阻挡层；光刻胶Ⅰ和光刻胶Ⅱ根据设计需要，用不同的曝光剂量进行电子束曝光。其中未曝光部分两层胶显影后均保留；高剂量曝光部分显影后两层胶均被显影液溶解去掉，露出基片表面；低剂量曝光部分显影后对应位置电子束光刻胶Ⅰ被显影液溶解，电子束光刻胶Ⅱ不溶解，受周围区域连接的胶层支撑以悬胶的方式存在，一般的，图形窗口在距离基片上待加工微纳柱侧壁一定距离的区域，这个距离由具体设计需求决定，是由图形窗口靠近纳米柱的一侧的图形设计决定，可以用于在斜蒸发过程中遮挡微纳柱的顶部。在斜蒸发的过程中，蒸镀束流可以将图形窗口的形状通过悬胶结构下方空隙投影到微纳柱侧壁，形成所需的图形结构。显影步骤，将经过曝光步骤的基片放入显影液中进行显影，在曝光步骤中被高剂量电子束曝光过的光刻胶Ⅰ和光刻胶Ⅱ以及被低剂量电子束曝光过的光刻胶Ⅰ部分被显影液溶解，使基片上的光刻胶Ⅰ和光刻胶Ⅱ按照掩膜结构图形显影出图像窗口，图像窗口底部露出基片上表面；镀膜步骤，将经过显影步骤的基片贴在蒸镀盘上，用电子束蒸发或者热蒸发蒸镀的方法、通过基片的图像窗口处根据需求向基片的微纳柱结构镀上薄膜材料，且镀膜过程中电子束与基片的上表面之间形成0～90°的夹角；剥离步骤，将经过蒸发步骤的基片在剥离液中剥离剩余的光刻胶Ⅰ和光刻胶Ⅱ及镀膜步骤中附在光刻胶Ⅰ和光刻胶Ⅱ上的薄膜材料，仅留下附着在微纳柱上的薄膜结构。所述基片为加工有方形微纳柱结构的Si/SiO2基片。所述清洗步骤中，清洗基片是依次使用丙酮、异丙醇和去离子水在超声波状态下分别清洗5min。覆胶步骤中，所述光刻胶Ⅰ和光刻胶Ⅱ在经过各自对应剂量的电子束曝光后，可以被相同的显影液溶解完成显影。所述光刻胶Ⅰ为PMMA/MAA混合电子束光刻胶，光刻胶Ⅱ为PMMA电子束光刻胶。所述剥离液为丙酮。所述剥离步骤中，将经过蒸发步骤的基片在剥离液中静置4小时以上剥离掉掩膜结构。本专利技术的斜蒸发加工薄膜结构的方法，因为悬胶结构的阻挡，解决了普通斜蒸发的过程中微纳柱侧壁顶部一定会镀上薄膜材料(普通掩膜加工中为了确保露出柱子侧壁，设计柱顶掩膜时应当略小于柱顶，因此柱顶面边缘也会镀上，这通常会对顶面工艺造成影响)的问题；悬胶结构本身可以进行图形设计，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用斜蒸发加工薄膜结构的方法，其特征在于，包括如下步骤：清洗步骤，清洗带有微纳柱结构的基片；覆胶步骤，在经过清洗步骤的基片上旋涂一层能通过低剂量电子束进行曝光的光刻胶Ⅰ，然后进行烘烤使光刻胶Ⅰ覆在基片表面，然后再旋涂一层能通过高剂量电子束进行曝光的光刻胶Ⅱ，然后进行烘烤使光刻胶Ⅱ覆在光刻胶Ⅰ表面；曝光步骤，通过控制电子束的剂量对经过覆胶步骤后的基片上的光刻胶Ⅰ和光刻胶Ⅱ按照设计形状进行曝光形成掩膜结构图形，掩膜结构图形中间位置采用高剂量电子束进行曝光，使得中间位置的光刻胶Ⅰ和光刻胶Ⅱ均被曝光，靠近基片的微纳柱结构侧壁的位置则采用低剂量电子束进行曝光，仅有下层的光刻胶Ⅰ被曝光去除掉，而上层光刻胶Ⅱ形成悬胶结构阻挡层；显影步骤，将经过曝光步骤的基片放入显影液中进行显影，在曝光步骤中被高剂量电子束曝光过的光刻胶Ⅰ和光刻胶Ⅱ以及被低剂量电子束曝光过的光刻胶Ⅰ部分被显影液溶解，使基片上的光刻胶Ⅰ和光刻胶Ⅱ按照掩膜结构图形显影出图像窗口，图像窗口底部露出基片上表面；镀膜步骤，将经过显影步骤的基片贴在蒸镀盘上，用电子束蒸发或者热蒸发蒸镀的方法、通过基片的图像窗口处根据需求向基片的微纳柱结构镀上薄膜材料，且镀膜过程中电子束与基片的上表面之间形成0~90°的夹角；剥离步骤，将经过蒸发步骤的基片在剥离液中剥离剩余的光刻胶Ⅰ和光刻胶Ⅱ及镀膜步骤中附在光刻胶Ⅰ和光刻胶Ⅱ上的薄膜材料，仅留下附着在微纳柱上的薄膜结构。...

【技术特征摘要】
1.一种利用斜蒸发加工薄膜结构的方法，其特征在于，包括如下步骤：清洗步骤，清洗带有微纳柱结构的基片；覆胶步骤，在经过清洗步骤的基片上旋涂一层能通过低剂量电子束进行曝光的光刻胶Ⅰ，然后进行烘烤使光刻胶Ⅰ覆在基片表面，然后再旋涂一层能通过高剂量电子束进行曝光的光刻胶Ⅱ，然后进行烘烤使光刻胶Ⅱ覆在光刻胶Ⅰ表面；曝光步骤，通过控制电子束的剂量对经过覆胶步骤后的基片上的光刻胶Ⅰ和光刻胶Ⅱ按照设计形状进行曝光形成掩膜结构图形，掩膜结构图形中间位置采用高剂量电子束进行曝光，使得中间位置的光刻胶Ⅰ和光刻胶Ⅱ均被曝光，靠近基片的微纳柱结构侧壁的位置则采用低剂量电子束进行曝光，仅有下层的光刻胶Ⅰ被曝光去除掉，而上层光刻胶Ⅱ形成悬胶结构阻挡层；显影步骤，将经过曝光步骤的基片放入显影液中进行显影，在曝光步骤中被高剂量电子束曝光过的光刻胶Ⅰ和光刻胶Ⅱ以及被低剂量电子束曝光过的光刻胶Ⅰ部分被显影液溶解，使基片上的光刻胶Ⅰ和光刻胶Ⅱ按照掩膜结构图形显影出图像窗口，图像窗口底部露出基片上表面；镀膜步骤，将经过显影步骤的基片贴在蒸镀盘上，用电子束蒸发或者热蒸发蒸镀的方法、通过基片的图像窗口处根据需求向基片的微纳柱结构镀上薄膜材料，且镀膜过...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文杰，李舒啸，谢武泽，安宁，李倩，曾建平，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51