專利名稱：一種絕緣襯底上的電子束曝光圖形化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種絕緣襯底上的電子束曝光圖形化方法。
背景技術(shù)：
圖形化技術(shù)是微納制造過程的核心工藝之一。曝光圖形的分辨率和套刻精度的不斷提高，使得器件的特征尺寸越來越小，集成度不斷提高。隨著納米科技的不斷發(fā)展，各種新型的納米材料及納米結(jié)構(gòu)不斷被制備出來。光刻技術(shù)作為微納器件圖形化過程中的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，推動(dòng)了微電子工業(yè)的特征尺寸進(jìn)入納米時(shí)代，得益于浸沒式光刻技術(shù)的應(yīng)用，器件的特征尺寸已經(jīng)邁向了 28nm的技術(shù)節(jié)點(diǎn)。然而，作為微納加工主流工藝的光學(xué)光刻技術(shù)由于受曝光波長衍射極限的物理限制，其技術(shù)復(fù)雜性和設(shè)備制造成本大幅增加。因此需要尋找更高分辨率的光刻技術(shù)，電子束光刻技術(shù)以其分辨率高，性能穩(wěn)定，功能強(qiáng)大，價(jià)格相對低廉成為人們關(guān)注的下一代光刻技術(shù)之一。
直寫式電子束曝光直接將電子束斑打到表面涂有光刻膠的襯底上，不需要光學(xué)曝光工藝中昂貴和制備費(fèi)時(shí)的掩模，即可將所需要的圖形精確地轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的半導(dǎo)體襯底上，其最高分辨率小于5納米。通常電子束曝光適用于半導(dǎo)體或者導(dǎo)體材料，而當(dāng)采用絕緣材料作為襯底時(shí)，由于樣品表面絕緣層厚度超過20微米時(shí)，電子束斑打在樣品上時(shí)，電荷聚集在樣品表面產(chǎn)生電場導(dǎo)致電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而引起曝光圖形發(fā)生偏移或者失真變形。這對于在絕緣襯底上制備微納器件工藝提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
因此如何解決絕緣襯底上電子束曝光時(shí)襯底表面電荷聚集的問題是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的課題。發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種絕緣襯底上的電子束曝光圖形化方法，用于克服現(xiàn)有技術(shù)中在絕緣襯底上電子束曝光的工藝難關(guān)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種絕緣襯底上的電子束曝光圖形化方法，其至少包括步驟:
—種絕緣襯底上的電子束曝光圖形化方法，所述電子束曝光圖形化方法至少包括以下步驟:
I)提供一絕緣襯底；
2)在所述絕緣襯底上旋涂電子束光刻膠；
3)在所述電子束光刻膠上表面形成金屬薄膜；
4)進(jìn)行電子束曝光得到所需光刻圖形；
5)在得到的光刻圖形上沉積金屬層，形成金屬電極；
6)剝離，去除光刻膠及多余的金屬后得到所需金屬圖形。
優(yōu)選地，所述步驟I)中的絕緣襯底厚度為10 μ m以上。
優(yōu)選地，所述絕緣襯底的材料為Si02、Al2O3或MgO中的一種。優(yōu)選地，所述步驟2)中的具體步驟如下:首先，在所述絕緣襯底上旋涂小分子量的電子束光刻膠；接著再旋涂大分子量的電子束光刻膠。優(yōu)選地，所述步驟3)中形成的金屬薄膜厚度不超過15nm。優(yōu)選地，所述金屬薄膜的材料為Au。優(yōu)選地，所述步驟3)中的金屬薄膜為幾個(gè)納米厚的不連續(xù)薄膜或連續(xù)薄膜。優(yōu)選地，所述步驟3)中的金屬薄膜為連續(xù)薄膜時(shí)，步驟4)將包括超聲振動(dòng)的步驟。本發(fā)明提供的一種絕緣襯底上的電子束曝光圖形化方法具有以下有益效果:采用雙層電子束光刻膠作為電子束抗蝕劑，有利于形成便于剝離工藝的undercut結(jié)構(gòu)。在電子束膠面蒸發(fā)一層金屬薄膜，形成導(dǎo)電層，可以有效的解決絕緣襯底表面電子束曝光時(shí)產(chǎn)生的電荷聚集的問題。


圖1-5顯示為本發(fā)明絕緣襯底上的電子束曝光圖形化工藝流程示意圖。其中，圖1顯示為本發(fā)明絕緣襯底上旋涂雙層電子束光刻膠后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2顯示為本發(fā)明襯底上蒸發(fā)Au薄膜并進(jìn)行電子束曝光的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3顯示為本發(fā)明顯影后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4顯示為本發(fā)明表面沉積金屬后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5顯示為本發(fā)明去膠剝離金屬后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6-10顯示為本發(fā)明絕緣襯底上的電子束曝光圖形化工藝另一實(shí)施例的流程示意圖。其中，圖6顯示為本發(fā)明另一實(shí)施例中絕緣襯底上旋涂電子束光刻膠后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7顯示為本發(fā)明另一實(shí)施例中襯底上蒸發(fā)Au薄膜，然后旋涂第二層膠并進(jìn)行電子束曝光的結(jié)構(gòu)不意圖。圖8顯示為本發(fā)明另一實(shí)施例中顯影后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9顯示為本發(fā)明另一實(shí)施例中表面沉積金屬后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖10顯示為本發(fā)明另一實(shí)施例中去膠剝離金屬后的結(jié)構(gòu)示意圖。元件標(biāo)號說明1、10絕緣襯底2、20 底層膠3、30 頂層膠4、40金屬薄層5、50 金屬層
具體實(shí)施例方式以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式
加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
請參閱附圖所示。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
本發(fā)明涉及電子束曝光的器件微納加工方法，具體的是指一種絕緣襯底上的電子束曝光圖形化方法，該方法一般包括以下步驟:
步驟I，清洗基片，烘干；
步驟2，在基片上旋涂PMMAl型抗蝕劑作為雙層膠的底層膠，烘干；
步驟3，在PMMAl層上旋涂PMMA2型電子束抗蝕劑作為頂層膠，前烘；
步驟4，在雙層膠表面蒸發(fā)一層厚度不超過15nm的膨松金屬層；
步驟5，電子束曝光；
步驟6，對曝光后的基片進(jìn)行顯影、定影，吹干，得到所需要的光刻圖形；
步驟7，在得到的圖形上沉積金屬；
步驟8、去除雙層膠，完成剝離工藝，得到所需金屬圖形。
實(shí)施例一
本發(fā)明提供一種絕緣襯底上的電子束曝光圖形化方法，其具體包括如下步驟:
請參閱圖1所示，提供一絕緣襯底1，采用自動(dòng)勻膠機(jī)在該絕緣襯底I的上表面旋涂PMMAl型電子束光刻膠2，該自動(dòng)勻膠機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置為先慢速500rpm，時(shí)間為IOs左右，然后再快速4000rpm，時(shí)間為45s左右，隨后可以采用180°C左右的溫度烘干。接著再旋涂PMMA2型電子束光刻膠3，轉(zhuǎn)速設(shè)置為先慢速500rpm，時(shí)間為IOs左右，然后再快速4000rpm，時(shí)間大致為45s左右，隨后采用溫度為180°C左右烘干。得到的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
其中，所述絕緣襯底的厚度可以超過10微米以上，該絕緣襯底的材料可以為Si02、Al2O3或MgO等,本實(shí)施例中,選擇SiO2襯底。在此步驟中還可以包括絕緣襯底I的清洗步驟，本實(shí)施例中采用標(biāo)準(zhǔn)RCA工藝清洗所述SiO2襯底。
本實(shí)施例中，采用的電子束光刻膠PMMAl和PMMA2分別為小分子量和大分子量光刻膠，經(jīng)過電子束曝光光刻膠中長碳鏈聚合物化學(xué)鍵斷裂，顯影時(shí)小分子量的光刻膠在顯液中的溶解速度比大分子量的光刻膠快，有利于形成undercut結(jié)構(gòu),便于后續(xù)的金屬剝離工藝。
請參閱圖2所示，在旋涂上述雙層電子束光刻膠的絕緣襯底上表面繼續(xù)沉積金屬薄膜4并采用電子束系統(tǒng)進(jìn)行曝光，將所設(shè)計(jì)的圖形轉(zhuǎn)移到電子束光刻膠上。沉積金屬薄膜4的方式可以采用濺射、熱蒸發(fā)或者電子束蒸發(fā)等。本實(shí)施例優(yōu)選為采用電子束蒸發(fā)沉積金屬Au,
將沉積金屬薄膜4的絕緣襯底放入顯影液MIBK中進(jìn)行顯影，隨后放入IPA中定影，N2吹干。如圖3所示顯影后的結(jié)構(gòu)示意圖。所述的雙層電子束光刻膠由于分子量不同(底層膠PMMAl和頂層膠PMMA2分別為小分子量和大分子量光刻膠)，經(jīng)過曝光顯影時(shí)，底層膠PMMAl在顯影液中溶解速度快，而PMMA2的溶解速度慢，這樣就很容易形成圖3所示的undercut結(jié)構(gòu)。所述金屬薄膜4為幾個(gè)納米厚的不連續(xù)薄膜,可以直接通過控制顯影時(shí)間，定影并吹干，獲得需要的圖形。若厚度為幾個(gè)納米的連續(xù)薄膜時(shí)，在后續(xù)的顯影過程中可以根據(jù)樣品的實(shí)際情況，將樣品放在顯影液中進(jìn)行超聲振動(dòng)，再進(jìn)行后續(xù)工藝，得到所需要的曝光圖形結(jié)構(gòu)。上述絕緣襯底在進(jìn)行電子束曝光時(shí)，由于電子束光刻膠上表面的金屬薄膜4可以導(dǎo)電，能夠避免電荷在襯底表面聚集形成電場，造成電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)使得曝光圖形變形失真或者偏移。請參閱圖4所示表面沉積金屬電極后的結(jié)構(gòu)示意圖,在上述步驟之后獲得的結(jié)構(gòu)上表面沉積金屬電極5,本實(shí)施例中優(yōu)選Ti/Au作為電極材料。請參閱圖5所示去膠剝離金屬后的結(jié)構(gòu)示意圖，將沉積金屬電極5后的結(jié)構(gòu)放入丙酮去膠并剝離，去除多余的光刻膠及金屬，獲得所需圖形結(jié)構(gòu)。所述剝離可以在熱丙酮中進(jìn)行，可獲得更好的剝離效果。實(shí)施例二本實(shí)施例提供另一種絕緣襯底上的電子束曝光圖形化方法，其具體包括如下步驟:首先，請參閱圖6所示，提供一絕緣襯底10，采用自動(dòng)勻膠機(jī)旋涂PMMAl型電子束光刻膠20，轉(zhuǎn)速設(shè)置為先慢速500rpm，時(shí)間為IOs ;然后快速4000rpm，時(shí)間為45s左右，隨后180°C左右烘干，得到的結(jié)構(gòu)圖形如圖6所示。所述絕緣襯底10的厚度可以超過10微米以上，該襯底可以為Si02、A1203、Mg0等，本實(shí)施例中，優(yōu)選為SiO2襯底。在此步驟之前還包括絕緣襯底10的清洗步驟，本實(shí)施例中采用標(biāo)準(zhǔn)RCA工藝清洗所述SiO2襯底。其次，在旋涂PMMAl型電子束光刻膠20的絕緣襯底10上表面沉積金屬薄膜40，接著再采用自動(dòng)勻膠機(jī)旋涂PMMA2型電子束光刻膠30，轉(zhuǎn)速設(shè)置為慢速500rpm，時(shí)間為IOs ；快速4000rpm，時(shí)間為45s左右。隨后180°C左右烘干。得到的結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示。并采用電子束系統(tǒng)進(jìn)行曝光，將所設(shè)計(jì)的圖形轉(zhuǎn)移到電子束膠上。沉積金屬薄膜的方式包括濺射系統(tǒng)、熱蒸發(fā)或者電子束蒸發(fā)等，本實(shí)施例優(yōu)選為采用電子束蒸發(fā)沉積金屬Au。將上述結(jié)構(gòu)放入顯影液MIBK中進(jìn)行顯影，隨后放入IPA中定影，N2吹干。如圖8所示。金屬薄膜上下兩層電子束光刻膠由于分子量不同，經(jīng)過曝光顯影時(shí)，底層膠PMMAl在顯影液中溶解速度快，而PMMA2的溶解速度慢,這樣就很容易形成undercut結(jié)構(gòu)。所述金屬薄膜40為幾個(gè)納米厚的不連續(xù)疏松薄膜結(jié)構(gòu)，因此顯影時(shí)液體很容易透過金屬對底層膠進(jìn)行刻蝕，定影并吹干，獲得需要的圖形。若厚度為幾個(gè)納米的連續(xù)薄膜時(shí)，在后續(xù)的顯影過程中可以根據(jù)樣品的實(shí)際情況，將樣品放在顯影液中進(jìn)行超聲振動(dòng)，再進(jìn)行后續(xù)工藝，得到所需要的曝光圖形結(jié)構(gòu)。所述的的襯底在進(jìn)行電子束曝光時(shí)，由于電子束膠表面金屬薄膜40可以導(dǎo)電，能夠避免電荷在襯底表面聚集形成電場，造成電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)使得曝光圖形變形失真或者偏移。再次,請參閱圖9所示表面沉積金屬后的結(jié)構(gòu)示意圖，在上述步驟之后的結(jié)構(gòu)上表面沉積金屬電極50,本實(shí)施例優(yōu)選Ti/Au作為電極材料。最后，將所述的襯底放入丙酮去膠并剝離，去除多余的膠及金屬，獲得所需圖形結(jié)構(gòu)。如圖10所示。所述剝離可以在熱丙酮中進(jìn)行，可獲得更好的剝離效果。
綜上所述，本發(fā)明提供一種絕緣襯底上的電子束曝光圖形化技術(shù)，采用雙層電子束光刻膠進(jìn)行曝光，顯影可以獲得有利于后續(xù)金屬剝離工藝的undercut結(jié)構(gòu)，在雙層膠表面蒸發(fā)不連續(xù)的金屬薄膜，再進(jìn)行電子束曝光，能有效地將絕緣襯底表面的電荷導(dǎo)走，形成精確的曝光圖形。本發(fā)明提供的圖形化技術(shù)適用于各種絕緣襯底上的微納器件加工工藝，所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。
上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種絕緣襯底上的電子束曝光圖形化方法，其特征在于，所述電子束曝光圖形化方法至少包括以下步驟: 1)提供一絕緣襯底； 2)在所述絕緣襯底上旋涂電子束光刻膠； 3)在所述電子束光刻膠上表面形成金屬薄膜； 4)采用電子束系統(tǒng)進(jìn)行曝光將所設(shè)計(jì)的圖形轉(zhuǎn)移至電子束光刻膠上； 5)在得到的光刻圖形上沉積金屬層，形成金屬電極； 6)剝離，去除光刻膠，及多余的金屬后得到所需金屬圖形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣襯底上的電子束曝光圖形化方法，其特征在于:所述步驟I)中的絕緣襯底厚度為IOiim以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣襯底上的電子束曝光圖形化方法，其特征在于:所述絕緣襯底的材料為SiO2、Al2O3或MgO中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣襯底上的電子束曝光圖形化方法，其特征在于:所述步驟2)中的具體步驟如下:首先，在所述絕緣襯底上旋涂小分子量的電子束光刻膠；接著再旋涂大分子量的電子束光刻膠。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣襯底上的電子束曝光圖形化方法，其特征在于:所述步驟3)中形成的金屬薄膜厚度不超過15nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求4、5所述的絕緣襯底上的電子束曝光圖形化方法，其特征在于:所述金屬薄膜的材料為Au。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣襯底上的電子束曝光圖形化方法，其特征在于:所述步驟3)中的金屬薄膜厚度為15nm以內(nèi)的不連續(xù)薄膜或連續(xù)薄膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的絕緣襯底上的電子束曝光圖形化方法，其特征在于:所述步驟3)中的金屬薄膜為連續(xù)薄膜時(shí)，所述步驟4)中還包括超聲振動(dòng)的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣襯底上的電子束曝光圖形化方法，其特征在于:所述步驟I)還包括將該絕緣襯底清洗并烘干的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣襯底上的電子束曝光圖形化方法，其特征在于:所述步驟3)和步驟4)之間還包括旋涂另一光刻膠層的步驟，所述另一光刻膠層為大分子量的電子束光刻膠；所述步驟2)中的光刻膠層為小分子量的電子束光刻膠。
全文摘要
本發(fā)明提供一種絕緣襯底上的電子束曝光圖形化方法，所述電子束曝光圖形化方法包括以下步驟1)提供一絕緣襯底；2)在所述絕緣襯底上旋涂電子束光刻膠；3)在所述電子束光刻膠上表面形成金屬薄膜；4)進(jìn)行電子束曝光得到所需光刻圖形；5)在得到的光刻圖形上沉積金屬層，形成金屬電極；6)剝離，去除光刻膠及多余金屬后得到所需金屬圖形。本發(fā)明采用雙層電子束光刻膠進(jìn)行曝光，顯影可以獲得有利于后續(xù)金屬剝離工藝的undercut結(jié)構(gòu)，在雙層膠上蒸發(fā)不連續(xù)的金屬薄膜，再進(jìn)行電子束曝光，能有效地將絕緣襯底表面的電荷導(dǎo)走，形成精確的曝光圖形。本發(fā)明提供的圖形化技術(shù)適用于各種絕緣襯底上的微納器件加工工藝，克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。
文檔編號G03F7/20GK103176354SQ201310090689
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月20日
發(fā)明者謝紅, 王浩敏, 孫秋娟, 劉曉宇, 謝曉明 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所