一种异型表面上纳米尺寸的光刻方法和光刻设备技术

本发明专利技术属于纳米光刻技术领域，具体为一种异型表面上纳米尺寸的光刻方法和光刻设备。本发明专利技术将近场光刻和纳米反压印相结合，其步骤包括：在已制作好光刻掩模图形的石英衬底上旋涂紫外光刻胶，使用平行紫外光从掩模板背面曝光后显影，完成对光刻胶的近场光刻，接着利用纳米反压印的方法将曝光后的光刻胶转移到目标衬底上，即达到利用近场光刻和纳米反压印相结合的方法实现在任意衬底上产生光刻胶图形的目的。本发明专利技术方法便捷快速，同时成本低廉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米光刻
，具体涉及一种光刻方法及其设备。
技术介绍
近年来，随着电子芯片、微纳电子器件以及光电子器件的快速发展，其尺寸不断减 小，光学光刻受到衍射极限的限制，其尺寸能力得到极大的挑战。对于光刻技术，即使有深 紫外、极紫外光刻，X射线光刻以及电子束光刻等先进技术将光刻的极限尺寸不断延伸，但 是由于设备昂贵，且光刻周期长，其经济成本和时间成本大大增加，导致其无法大范围的推 广。为了解决这一难题，多种廉价便捷快速的其他光刻技术便应运而生，例如近场光刻技术 和纳米压印技术等。近场光刻技术，是一种利用近场光场的能量对光刻胶曝光的一种技术。普通光学 光刻在远场条件下，由于紫外光透过掩模板图形后在其反面发生衍射，导致掩模板图形不 能达到阻光目的。而在近场范围内，由于距离极短，掩模图形附近的一段范围内，光场仍旧 不能覆盖，于是这部分范围即可用于近场光学光刻，以实现利用光学光刻获得纳米尺寸。纳米压印技术是一种用具有深度图形的硬模板利用压力和温度压入光刻胶中，从 而将模板上的图形转移到光刻胶中的技术。纳米反压印技术则是一种将已经形成纳米图形 的光刻胶通过加热加压的方法转移到其他目标衬底上的技术。纳米(反)压印技术不受衍射 极限的限制，因此，也是一项具有广泛前景的纳米尺度光刻技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种便捷快速，同时成本低廉的纳米光刻方法，来实现在 任意形状和材料的衬底上的纳米光刻；本专利技术的另一目的在于提出实施上述光刻方法的设备。本专利技术提出的纳米光刻方法，是将近场光刻和纳米反压印相结合的纳米光刻的方 法。具体步骤如下1)在掩模板有图形的一面旋涂光刻胶；2)对所述光刻胶进行曝光并显影以形成光刻胶图形，其中在曝光过程中所述掩模板有 图形的一面背朝曝光光源；3)通过纳米反压印将所述光刻胶图形转移到衬底上。本专利技术中，所述曝光光源为紫外光源。本专利技术中，所述曝光步骤还包括利用透镜系统对曝光光源进行平行扩束。本专利技术中，曝光光源可透射掩模板的无图形部分。本专利技术中，还包括前烘所述经旋涂的光刻胶。本专利技术中，还包括后烘经曝光的光刻胶。本专利技术中，所述纳米反压印的步骤包括 1)加热带有光刻胶图形的掩模板；2)将衬底一侧置于光刻胶图形上方，对衬底另一侧施加压力并进行冷却；3)在保持压力的情况下停止加热掩模板；以及4)将衬底与掩模板分离。步骤1)所述加热带有光刻胶图形的掩模板是将带有光刻胶的掩模板加热至高 于光刻胶玻璃化温度。步骤2)所述在对衬底施加压力并进行冷却的过程中，光刻胶图形朝向掩模板处于 熔融状态，而另一侧处于固化状态。本专利技术还提供实施上述光刻方法的光刻设备。该光刻设备包括 用于在掩模板有图形的一面旋涂光刻胶的装置；用于对所述光刻胶进行曝光并显影以形成光刻胶图形的装置，其中在曝光过程中所述 掩模板有图形的一面背朝曝光光源；用于通过纳米反压印将所述光刻胶图形转移到衬底上的装置。本专利技术中，最初的光刻掩模板，可以根据其尺寸要求利用电子束光刻、双光子干涉 光刻、深紫外光刻等方法制作。在有了光刻掩模板之后就可以利用本专利技术的方法进行光学 光刻。本专利技术使用近场光刻和纳米反压印结合的光刻方法，在使用近场光刻的过程中，其特 点为直接将光刻胶旋涂在光刻掩模版的图形上方，从掩模板背面进行紫外曝光，从而确保 最大限度地利用掩模板图形上方不被曝光的区域范围，获得纳米级特征的光刻胶图形。然 后利用纳米反压印技术将已经形成的光刻胶图形转移到目标衬底上。根据本专利技术的光刻方法，可进行如下具体操作 1)在光刻掩模板图形上方旋涂先在光刻掩模板有图形的一面旋涂光刻胶，光刻胶可以选择各种紫外光刻胶，例如正 胶-MIII或者PMMA等，或者负胶SU-8等。光刻胶的厚度可以适用的选择范围很大，旋涂 速度可以一致选为2800-3500转/秒。为了利于紫外光的透射光刻，掩模板的材料和普通 光刻掩模板相同，一般为石英。2)对光刻胶进行曝光并显影将涂有光刻胶的光刻掩模板背面朝向平行曝光光源(例如紫外光源)，确保光刻胶和曝 光光源分别在掩模图形的两边。如果光刻掩模板的面积较大，曝光光源的照射范围不足，则 需要用平行扩束的透镜系统扩束，该系统为常用光学元件系统，可于市场购得。曝光光源的 波长选择由选用的光刻胶决定，例如，UVIII和PMMA均使用波长为250nm的紫外光源，SU-8 选用波长为365nm的紫外光源。将样品置于紫外光下曝光3(Γ90秒，取下，使用各光刻胶所 需的方法进行显影，获得曝光后的图形。对于正胶如UVIII和ΡΜΜΑ，曝光和显影后所留下的 光刻胶图形和原有掩模板图形相同；对于负胶如SU-8，曝光和显影后留下的光刻胶图形与 原有掩模板图形成互补图形。3)利用纳米反压印将图形转移到目标衬底利用纳米反压印的方法可以将光学掩模板上的光刻胶图形转移到目标衬底上。目标衬 底的形状和材料选择范围都很广，可有不规则形状，例如，硅片、Pyrex (一种特殊的光学玻 璃，在光学中有广泛应用)、玻璃棒侧壁、光纤截面等；也可有各种材料，例如，硅基等半导体 材料(导电及非导电材料)、有机聚合物材料、金属材料等。转移时，将带有光刻胶的光学掩 模板加热至高于光刻胶玻璃化温度(Tg )，例如UVIII加热温度为16(Tl7(TC，PMMA的加热温度为19(T20(TC，SU-8的加热温度为18(Γ190 。在加热光学掩模板的同时将目标衬底 置于其上方，表面面向光刻胶，对其施加压力并对目标衬底一侧进行冷却。此时光刻胶朝向 掩模板一侧温度较高，处于熔融状态，而另一侧温度较低，处于固化状态，因此光刻胶便可 转移到温度较低的目标衬底上。保持压力约30飞0秒后，在继续保持压力的状态下停止加 热直至冷却至室温。此时将目标衬底与光学掩模板分离开，则可以成功将光刻胶图形转移 到目标衬底上。本专利技术方法便捷快速，同时成本低廉。 附图说明图1 一图6描述的是以正胶光刻胶为例，将近场光刻和纳米反压印光刻技术相结 合的纳米光学光刻的工艺流程，其中图1描述的是一个正面朝上有光刻图形的掩模板的剖面图。图2描述的是在图1的上方旋涂一层紫外曝光光刻胶后的剖面示意图。图3描述的是在图2背面进行紫外平行光扩束照射，对图2正面上方的光刻胶进 行曝光的示意图。图4描述的是将图3经过显影步骤之后剩余光刻胶图形的剖面示意图。图5描述的是将图4在加热加压并同时冷却目标衬底的状态下对光刻胶进行反压 印的剖面示意图。图6描述的是图5完成纳米反压印之后光刻胶图形转移到目标衬底上的剖面图。图中标号1为光刻掩模板，2为掩模板上方的金属光刻图形，3为掩模板上方旋涂 的光刻胶，4为紫外光源，5为光学扩束系统，6为目标衬底。具体实施例方式下文结合附图1-图6对本方法进行进一步具体说明。在该示例性实施例中使用500nm线宽，Ιμπι周期的光栅，选用UVIII正胶作为转 移用胶，Pyrex玻璃为目标衬底。1、光刻掩模板材料为石英，光栅图形使用电子束光刻直写后淀积金属形成(图 1)。首先用光刻胶旋涂机在光刻掩模版1上有金属图形2的一面旋涂(图2)。根据所需光 刻胶的厚度，转速可选为3000rpm，所得厚度为500nm。旋涂完后在130°C下前烘90秒以去 除光刻胶中有机溶剂。在替换实施例中，如果光刻胶为PMMA，则涂胶之后要在18本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陆冰睿，陈宜方，刘冉，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：31