掩膜遮蔽变角度沉积制作纳米周期结构图形的方法技术

掩膜遮蔽变角度沉积制作纳米周期结构图形的方法，包括以下步骤：利用掩模版进行曝光光刻；根据所要制作纳米结构图形的线宽和周期、光刻胶图形的高度、蒸发源与基片的距离等参数，计算出相应的蒸发源入射角度；调节蒸发入射角依次沉积金属薄膜和牺牲层；剥离光刻胶和牺牲层。本发明专利技术主要利用ｌｉｆｔ－ｏｆｆ技术以及金属沉积时光刻胶的遮蔽效应，以角位移来代替纳米精度的线位移，实现纳米图形的制作。利用本发明专利技术已经制作出周期为４μｍ，线宽为２５０ｎｍ，图形区为１０ｍｍ×１０ｍｍ的光栅线条。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微细加工技术中微纳结构的制作方法，特别是适用于周期性深亚微米以及纳米结构的采用。
技术介绍
利用普通光刻设备所作的微结构最小周期只能在微米量级，如果要制作亚微米、深亚微米和纳米图形，必需采用其他的手段。目前制作纳米图形的方法有很多，比较成熟的主要是采用电子束曝光、聚焦离子束曝光等光刻手段来制作纳米图形。光学曝光的分辨力和焦深主要受到光源波长和透镜数值孔径的限制，而电子束的辐射波长则可以通过增大能量来缩短，因此电子束曝光的分辨力远超过光学光刻的分辨力。电子束曝光的原理是利用电磁场将电子束聚焦成极细束，辐照在电子抗蚀剂上。通过电磁场控制电子束的偏转，将纳米图形直接写在基片上，由电子束曝光制作的纳米图形尺寸可以达到10～20nm。但是由于电子束是将纳米图形一个一个像素的逐点扫描曝光，因此速度极慢，不适于制作大面积的纳米图形结构。聚焦离子束曝光的原理是利用原子被离化后形成的离子束作为光源，对抗蚀剂进行曝光，目前主要有扫描离子束曝光技术和投影离子束曝光技术。其中扫描离子束曝光技术与电子束曝光技术相类似，也是采用逐点方式进行扫描曝光，速度很慢，同样不适于制作大面积的纳米图形。而投影离子束曝光技术尚存在着掩模版的制作困难等问题，尚处于研究阶段。因此聚焦离子束曝光目前主要用于对于光学掩模版的修补和集成电路芯片的修复上。无论是电子束曝光技术还是聚焦离子束曝光技术，它们都普遍存在着设备昂贵、制作周期长，无法制作大面积纳米图形结构，也无法适应大工业生产的需要等问题。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是针对目前普遍采用电子束曝光和聚焦离子束曝光制作纳米结构图形时，所存在的不足之处，提出了，该方法利用金属沉积时光刻胶的遮蔽效应，以较大的角位移来代替纳米精度的线位移，然后通过lift-off技术来实现纳米图形的制作，采用该方法可以制作大面积的纳米周期结构图形。本专利技术的技术解决方案是，其特征在于以较大的角位移来代替线位移，通过控制基片与蒸发源的入射角度来实现纳米图形的制作，其具体步骤如下(1)基片清洗分别用HF溶液、去离子水和丙酮+乙醇溶液清洗单晶硅基片，然后将基片放入烘箱内烘干；(2)旋涂光刻胶在聚酰亚胺牺牲层上涂覆光刻胶层，光刻胶层厚度为1-2μm；(3)光刻在所述的光刻胶层上采用掩模版光刻出最小线宽和周期为光刻设备曝光极限的微结构图形；(4)多次重复调节蒸发入射角，依次沉积金属薄膜和牺牲层根据所要制作纳米结构图形的线宽和周期参数，计算出相应的蒸发源入射角度，利用转台调节金属蒸发源与基片的夹角，依次沉积金属薄膜和牺牲层；蒸发源入射角度计算公式如下α=arctan(hW-L)]]>式中α-蒸发源为入射角；h-为光刻胶图形的高度； W-为裸露基底的宽度；L-为需要沉积金属和牺牲层的宽度；(5)剥离光刻胶和牺牲层用丙酮溶液及牺牲层腐蚀液剥离光刻胶和牺牲层，沉积在光刻胶和牺牲层上的金属薄膜同时剥离，而沉积在基底上的金属薄膜保存下来。本专利技术主要利用lift-off技术以及金属沉积时光刻胶的遮蔽效应，以角位移来代替纳米精度的线位移，即通过精确控制基片与蒸发源的入射角度来制作纳米精度的线宽图形。当入射角度α为35°，蒸发源的入射角度变化Δα为0.1°时，图形的线宽变化ΔL为5nm。一般手动转台精度可达到0.03°，因此利用该原理可以制作出线宽为数十纳米量级的图形结构。本专利技术与现有技术的比较的优点在于本专利技术与电子束曝光机和聚焦离子束曝光机直接制作纳米周期结构图形相比，掩膜遮蔽变角度沉积制作纳米周期结构图形对仪器设备的要求不高、速度快、精度高并可制作大面积的周期纳米结构图形。附图说明图1制作方法步骤图；图2为本专利技术的掩模版示意图，用于曝光光刻，图1中阴影区域为不透光区，白色区域为透光区。光栅线条的线宽为2μm，周期为4μm，图形区面积为10mm×10mm；图3为本专利技术的步骤(2)的示意图，即在已经清洗好的硅基片表面上旋涂一层光刻胶层1；图4为本专利技术的步骤(3)的示意图，即在所述的光刻胶层上采用掩模版光刻出最小线宽和周期为光刻设备曝光极限的微结构图形，目前光刻最小线宽和周期分别为2μm和4μm，图中阴影区域为光刻显影后的光刻胶层1，其宽度为2μm，高度为1μm；图5为本专利技术的步骤(4)的示意图，即根据所要制作纳米结构图形的线宽和周期、光刻胶图形的高度、蒸发源与基片的距离等参数，计算出相应的蒸发源入射角度，然后利用转台调节金属蒸发源与基片的夹角为所计算的角度，依次沉积金属薄膜2和牺牲层。实验中只需要通过调节金属蒸发源与基片的夹角，沉积一次金属薄膜2就可以满足制作要求。图中黑色箭头表示金属薄膜的沉积方向；图6为本专利技术的步骤(5)的示意图，即用丙酮溶液及牺牲层腐蚀液剥离光刻胶和牺牲层，沉积在光刻胶和牺牲层上的金属薄膜同时剥离，而沉积在基底上的金属薄膜保存下来。由于实验中并没有沉积牺牲层，故只需用丙酮将沉积在光刻胶上的金属薄膜剥离，而沉积在基底上的金属薄膜4则保留下来；图7为本专利技术制作光栅线条的原子力显微镜(AFM)照片，显示制作的金属光栅线宽为250nm，照片中金属线条左边尚有部分残余光刻胶；图8为本专利技术制作光栅线条的原子力显微镜(AFM)3D；图9为本专利技术制作光栅线条的光学显微镜照片(放大1000倍)，图中细亮的线条为金属，暗色区域为基底。从图中可以看到利用本专利技术制作的金属线条分布均匀，线条边缘清晰且无断线。具体实施例方式本专利技术的一个典型实施例，是利用掩膜遮蔽变角度沉积制作纳米周期结构图形技术，制作周期为4μm，线宽为250nm，图形区为10mm×10mm的光栅线条。其制作过程如下(1)基片清洗基片清洗的目的，是为了清除基片表面的各种有机和无机杂质，增强光刻胶与基片表面的粘附力，提高成品率。第一步，用10％HF洗去单晶硅基片表面的氧化层，再用去离子水(电阻率≥16MΩ)超声波清洗15min；第二步，将基片在离心机上用丙酮+乙醇溶液清洗，甩干；第三步，将基片放入烘箱，200℃温度下烘120min。(2)旋涂光刻胶在基片上涂覆光刻胶层1，光刻胶层1的厚度约2.0μm，在热板上100℃温度下烘干时间120s，如图2所示。(3)曝光光刻掩模版用于曝光光刻，其版图如图1所示，图中阴影区域为不透光区，白色区域为透光区。将用这块掩模版在光刻胶层上制作出最小线宽和周期为光刻设备曝光极限的微结构图形。采用如图1所示的掩模版在光刻胶上曝光48s，室温下在AZ300MIF碱性显影液中显影。正性光刻胶在曝光后受到紫外光照射的那部分光刻胶会由于光化学反应而降解，溶于显影液，而未受到紫外光照射的光刻胶不会溶于显影液，这样在基片上制作出与掩模版相同的光刻胶图形。显影后的光刻胶层1的厚度为1μm，如图3所示。(4)多次重复调节蒸发入射角依次沉积金属薄膜和牺牲层根据所要制作纳米结构图形的线宽和周期、光刻胶图形的高度、蒸发源与基片的距离等参数，计算出相应的蒸发源入射角度(计算公式如前所述)，然后利用转台调节金属蒸发源与基片的夹角为所计算的角度，依次沉积金属薄膜2和牺牲层。由于实验中掩模版的周期已经为4μm，如果要制作宽度为250nm的金属线条，只需要通过调节金属蒸发源与基片的夹角为14.9°，沉积一次金属薄膜2就可以满足制作要求，如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
掩膜遮蔽变角度沉积制作纳米周期结构图形的方法，其特征在于具体步骤如下：（１）对基片进行清洗；（２）旋涂光刻胶；（３）采用光刻方法，在光刻胶层上制作出最小线宽和周期为光刻设备曝光极限的微结构图形；（４）重复调节 蒸发入射角，沉积金属薄膜和牺牲层；（５）剥离光刻胶和牺牲层，使沉积在光刻胶和牺牲层上的金属薄膜同时剥离，而沉积在基底上的金属薄膜保存下来。

【技术特征摘要】
1.掩膜遮蔽变角度沉积制作纳米周期结构图形的方法，其特征在于具体步骤如下(1)对基片进行清洗；(2)旋涂光刻胶；(3)采用光刻方法，在光刻胶层上制作出最小线宽和周期为光刻设备曝光极限的微结构图形；(4)重复调节蒸发入射角，沉积金属薄膜和牺牲层；(5)剥离光刻胶和牺牲层，使沉积在光刻胶和牺牲层上的金属薄膜同时剥离，而沉积在基底上的金属薄膜保存下来。2.根据权利要求1所述的掩膜遮蔽变角度沉积制作纳米周期结构图形的方法，其特征在于所述的步骤(4)中根据所需要的线宽和周期调节金属蒸发源与基片的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵泽宇，潘丽，杜春雷，罗先刚，侯德胜，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]