專利名稱：一種大高寬比衍射光學(xué)元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體微細(xì)加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于電子束光刻和X射線曝光相結(jié)合的技術(shù)制作大高寬比衍射光學(xué)元件的方法。
背景技術(shù)：
大高寬比衍射光學(xué)元件指的是光學(xué)元件中不透光部分的高度遠(yuǎn)大于自身的寬度， 通常在6 1以上?，F(xiàn)有制作大高寬比衍射光學(xué)元件的方法主要包括多層膠工藝方法和電子束直寫(xiě)厚膠工藝方法，但由于顯影過(guò)程中毛細(xì)張力的作用和直寫(xiě)能量不夠等原因，上述的兩種方法存在圖形易倒塌或顯影不徹底的弊端。電子束光刻具有分辨率高，特征尺寸小和具有圖形生成能力的特點(diǎn)，是制作X射線光刻掩模的常用方法。X射線具有極高的分辨率，并且效率高，可實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)。而X 射線沒(méi)有圖形發(fā)生能力，因此可以將電子束光刻技術(shù)和X射線曝光技術(shù)結(jié)合起來(lái)使用。本發(fā)明就是在接觸式曝光時(shí)，兩次利用X射線曝光，第一次完成光學(xué)元件圖形后， 緊接著利用第一次完成的圖形再一次對(duì)背面負(fù)性光刻膠曝光，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)大高寬比衍射光學(xué)元件的制作。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的主要目的是提出了一種基于電子束光刻和X射線曝光相結(jié)合的技術(shù)制作大高寬比衍射光學(xué)元件的方法，以解決制備大高寬比衍射光學(xué)元件時(shí)光刻膠易倒塌的問(wèn)題。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種大高寬比衍射光學(xué)元件的制作方法，該方法采用電子束直寫(xiě)制作X射線曝光掩模板，采用接觸式曝光實(shí)現(xiàn)透射衍射光學(xué)元件的制作， 在透射薄膜襯底面濺射電鍍種子層，然后旋涂負(fù)性光刻膠，再次利用X射線曝光，并顯影電鍍刻蝕電鍍種子層，進(jìn)而形成大高寬比衍射光學(xué)元件。上述方案中，該方法包括以下步驟步驟1 在硅底襯上制作自支撐薄膜；步驟2 在該自支撐薄膜上蒸鍍金屬薄膜作為電鍍種子層；步驟3 在該金屬薄膜上旋涂電子束抗蝕劑；步驟4 電子束光刻、顯影，并反應(yīng)離子刻蝕，形成掩模圖形；步驟5 微電鍍，在種子層上生長(zhǎng)金屬；步驟6 去除抗蝕劑和電鍍種子層，形成X射線曝光掩模板；步驟7 采用接觸式曝光并顯影，在抗蝕劑上形成衍射光學(xué)元件圖形；步驟8 利用微電鍍技術(shù)生長(zhǎng)金屬，并去光除刻膠；步驟9 利用濕法腐蝕去除體硅形成窗口 ；
步驟10 在窗口薄膜面濺射金屬薄膜作為電鍍種子層，并旋涂負(fù)性光刻膠；步驟11 利用X射線從金屬面曝光，并顯影；步驟12 在金屬面旋涂光刻膠覆蓋金屬圖形，然后在窗口薄膜面電鍍金屬；步驟13 去膠，并刻蝕去除電鍍種子層，形成大高寬比衍射光學(xué)元件。上述方案中，步驟1中所述自支撐薄膜具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，在接觸式曝光過(guò)程中該自支撐薄膜變形小，能夠保證X射線曝光時(shí)的圖形轉(zhuǎn)移精度。上述方案中，步驟2中所述蒸鍍采用電子束蒸發(fā)技術(shù)，在自支撐薄膜上先沉積5nm 的鉻，然后在該鉻上沉積IOnm的金作為電鍍種子層；步驟3中所述旋涂是通過(guò)控制旋轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制抗蝕劑的厚度。上述方案中，所述步驟4包括采用電子束直寫(xiě)將衍射光學(xué)元件掩模圖形轉(zhuǎn)移到抗蝕劑上，經(jīng)過(guò)顯影和反應(yīng)離子刻蝕去除殘余抗蝕劑，形成衍射光學(xué)元件的掩模圖形。上述方案中，步驟5中所述微電鍍的金屬為金，其厚度為300nm至500nm ；步驟6中所述去除抗蝕劑采用剝離溶液，去除電鍍種子層采用反應(yīng)離子刻蝕。上述方案中，所述步驟7包括利用X射線曝光卡具使掩模板和樣品片緊密接觸， 降低X射線衍射所造成的圖形展寬，曝光后經(jīng)過(guò)顯影，形成光學(xué)元件光刻膠圖形。上述方案中，步驟8中所述微電鍍的金屬為金，其厚度為300nm至500nm;所述去光除刻膠采用丙酮和酒精。上述方案中，所述步驟9包括利用氫氟酸、冰乙酸和硝酸在摩爾比為12 :2:1 的比例下濕法腐蝕去除體硅，完成鏤空窗口。上述方案中，所述步驟10包括采用電子束蒸發(fā)技術(shù)，在自支撐薄膜上先沉積5nm 的鉻，再在鉻上沉積IOnm的金，作為電鍍種子層，然后在鏤空窗口薄膜面旋涂負(fù)性光刻膠。上述方案中，步驟12中所述在金屬面旋涂光刻膠覆蓋金屬圖形，是在金屬光柵線條上旋涂光刻膠，使其覆蓋金屬線條作為下一步電鍍工藝的保護(hù)層。上述方案中，所述步驟13包括在去膠液中去除兩面的光刻膠，并利用反應(yīng)離子刻蝕去除電鍍種子層，形成大高寬比衍射光學(xué)元件。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明提供的這種基于電子束光刻和X射線曝光相結(jié)合的技術(shù)制作大高寬比衍射光學(xué)元件的方法，利用電子束直寫(xiě)制備X射線光刻掩模，利用X射線進(jìn)行兩次曝光的方法，制備出高寬比可以達(dá)到10 1衍射光學(xué)元件。這種方法具有穩(wěn)定可靠、易于批量制備且與傳統(tǒng)的光刻工藝兼容的優(yōu)點(diǎn)。


為了更進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的內(nèi)容，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例子，對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)描述，圖1是本發(fā)明提供基于電子束光刻和X射線曝光相結(jié)合的技術(shù)制作大高寬比衍射光學(xué)元件的方法流程圖；圖2-1至圖2-16是本發(fā)明實(shí)施例中制作大高寬比衍射光學(xué)元件的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明提供的這種基于電子束光刻和X射線曝光相結(jié)合的技術(shù)制作大高寬比衍射光學(xué)元件的方法，采用電子束直寫(xiě)制作X射線曝光掩模板，采用接觸式曝光實(shí)現(xiàn)透射衍射光學(xué)元件的制作，在透射薄膜襯底面濺射電鍍種子層，然后旋涂負(fù)性光刻膠，再次利用X 射線曝光，并顯影電鍍刻蝕電鍍種子層，進(jìn)而形成大高寬比衍射光學(xué)元件。如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供基于電子束光刻和X射線曝光相結(jié)合的技術(shù)制作大高寬比衍射光學(xué)元件的方法流程圖，該方法具體包括以下步驟步驟1 在硅底襯上制作自支撐薄膜；該自支撐薄膜具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，在接觸式曝光過(guò)程中該自支撐薄膜變形小，能夠保證X射線曝光時(shí)的圖形轉(zhuǎn)移精度。步驟2 在該自支撐薄膜上蒸鍍金屬薄膜作為電鍍種子層；該蒸鍍采用電子束蒸發(fā)技術(shù)，在自支撐薄膜上先沉積5nm的鉻，然后在該鉻上沉積IOnm的金作為電鍍種子層。步驟3 在該金屬薄膜上旋涂電子束抗蝕劑；該旋涂是通過(guò)控制旋轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制抗蝕劑的厚度。步驟4 電子束光刻、顯影，并反應(yīng)離子刻蝕，形成掩模圖形；具體包括采用電子束直寫(xiě)將衍射光學(xué)元件掩模圖形轉(zhuǎn)移到抗蝕劑上，經(jīng)過(guò)顯影和反應(yīng)離子刻蝕去除殘余抗蝕齊U，形成衍射光學(xué)元件的掩模圖形。步驟5 微電鍍，在種子層上生長(zhǎng)金屬；該微電鍍的金屬為金，其厚度為300nm至 500nmo步驟6 去除抗蝕劑和電鍍種子層，形成X射線曝光掩模板；其中，去除抗蝕劑采用剝離溶液，去除電鍍種子層采用反應(yīng)離子刻蝕。步驟7 采用接觸式曝光并顯影，在抗蝕劑上形成衍射光學(xué)元件圖形；具體包括 利用X射線曝光卡具使掩模板和樣品片緊密接觸，降低X射線衍射所造成的圖形展寬，曝光后經(jīng)過(guò)顯影，形成光學(xué)元件光刻膠圖形。步驟8 利用微電鍍技術(shù)生長(zhǎng)金屬，并去光除刻膠；該微電鍍的金屬為金，其厚度為300nm至500nm ；所述去光除刻膠采用丙酮和酒精。步驟9 利用濕法腐蝕去除體硅形成窗口 ；具體包括利用氫氟酸、冰乙酸和硝酸在摩爾比為12 2 1的比例下濕法腐蝕去除體硅，完成鏤空窗口。步驟10 在窗口薄膜面濺射金屬薄膜作為電鍍種子層，并旋涂負(fù)性光刻膠；具體包括采用電子束蒸發(fā)技術(shù)，在自支撐薄膜上先沉積5nm的鉻，再在鉻上沉積IOnm的金，作為電鍍種子層，然后在鏤空窗口薄膜面旋涂負(fù)性光刻膠。步驟11 利用X射線從金屬面曝光，并顯影；步驟12 在金屬面旋涂光刻膠覆蓋金屬圖形，然后在窗口薄膜面電鍍金屬；其中， 在金屬面旋涂光刻膠覆蓋金屬圖形，是在金屬光柵線條上旋涂光刻膠，使其覆蓋金屬線條作為下一步電鍍工藝的保護(hù)層。步驟13 去膠，并刻蝕去除電鍍種子層，形成大高寬比衍射光學(xué)元件；其中去膠是在去膠液中去除兩面的光刻膠，刻蝕是利用反應(yīng)離子刻蝕方法。基于上述圖1所示本發(fā)明提供基于電子束光刻和X射線曝光相結(jié)合的技術(shù)制作大高寬比衍射光學(xué)元件的方法流程圖，圖2-1至圖2-16示出了本發(fā)明實(shí)施例中制作大高寬比衍射光學(xué)元件的工藝流程圖，具體包括如圖2-1所示，在硅襯底上，旋涂l-3um聚酰亞胺(PI)自支撐層，經(jīng)過(guò)熱處理形成薄膜；利用濕法腐蝕形成聚酰亞胺薄膜窗口 ；在聚酰亞胺薄膜面電子束蒸發(fā)5nm鉻和IOnm 金，作為下一步電鍍的導(dǎo)電層；如圖2-2所示，在導(dǎo)電層上旋涂500-600nm厚的電子束抗蝕劑^P520A ；如圖2-3所示，利用電子束光刻，寫(xiě)出光學(xué)元件圖形，并顯影，形成衍射光學(xué)元件抗蝕劑圖形；如圖2-4所示，利用微電鍍技術(shù)將金轉(zhuǎn)移到抗蝕劑中；如圖2-5所示，利用甲基丙烯酸甲酯去除ZEP520A抗蝕劑，形成金圖形；如圖2-6所示，利用Ar等離子體反應(yīng)刻蝕，去除導(dǎo)電層，最終形成X射線光刻的掩模。如圖2-7所示，利用電子束掩模進(jìn)行X射線接近式曝光；如圖2-8所示，顯影形成抗蝕劑圖形；如圖2-9所示，利用微電鍍技術(shù)將金轉(zhuǎn)移到抗蝕劑圖形上；如圖2-10所示，利用甲基丙烯酸甲酯去除抗蝕劑形成金圖形；如圖2-11所示，利用Ar等離子體刻蝕去除電鍍導(dǎo)電層，利用濕法腐蝕形成聚酰亞胺薄膜窗口；如圖2-12所示，在聚酰亞胺薄膜窗口面電子束蒸發(fā)5nm鉻和IOnm金，并旋涂 500-600nm厚負(fù)性抗蝕劑SAL601 ；如圖2-13所示，利用X射線對(duì)衍射光學(xué)元件進(jìn)行自曝光；如圖2-14所示，對(duì)曝光結(jié)果進(jìn)行顯影，顯影液為MF33，得到抗蝕劑圖形；如圖2-15所示，利用微電鍍技術(shù)，在抗蝕劑圖形上生長(zhǎng)金，得到金圖形；如圖2-16所示，去除抗蝕劑，并利用Ar等離子體刻蝕去除導(dǎo)電層，得到大高寬比衍射光學(xué)元件。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種大高寬比衍射光學(xué)元件的制作方法，其特征在于，該方法采用電子束直寫(xiě)制作 X射線曝光掩模板，采用接觸式曝光實(shí)現(xiàn)透射衍射光學(xué)元件的制作，在透射薄膜襯底面濺射電鍍種子層，然后旋涂負(fù)性光刻膠，再次利用X射線曝光，并顯影電鍍刻蝕電鍍種子層，進(jìn)而形成大高寬比衍射光學(xué)元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大高寬比衍射光學(xué)元件的制作方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟1 在硅底襯上制作自支撐薄膜；步驟2 在該自支撐薄膜上蒸鍍金屬薄膜作為電鍍種子層；步驟3 在該金屬薄膜上旋涂電子束抗蝕劑；步驟4 電子束光刻、顯影，并反應(yīng)離子刻蝕，形成掩模圖形；步驟5 微電鍍，在種子層上生長(zhǎng)金屬；步驟6 去除抗蝕劑和電鍍種子層，形成X射線曝光掩模板；步驟7 采用接觸式曝光并顯影，在抗蝕劑上形成衍射光學(xué)元件圖形；步驟8 利用微電鍍技術(shù)生長(zhǎng)金屬，并去光除刻膠；步驟9 利用濕法腐蝕去除體硅形成窗口 ；步驟10 在窗口薄膜面濺射金屬薄膜作為電鍍種子層，并旋涂負(fù)性光刻膠； 步驟11 利用X射線從金屬面曝光，并顯影；步驟12 在金屬面旋涂光刻膠覆蓋金屬圖形，然后在窗口薄膜面電鍍金屬； 步驟13 去膠，并刻蝕去除電鍍種子層，形成大高寬比衍射光學(xué)元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大高寬比衍射光學(xué)元件的制作方法，其特征在于，步驟1中所述自支撐薄膜具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，在接觸式曝光過(guò)程中該自支撐薄膜變形小，能夠保證X 射線曝光時(shí)的圖形轉(zhuǎn)移精度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大高寬比衍射光學(xué)元件的制作方法，其特征在于，步驟2中所述蒸鍍采用電子束蒸發(fā)技術(shù)，在自支撐薄膜上先沉積5nm的鉻，然后在該鉻上沉積IOnm的金作為電鍍種子層；步驟3中所述旋涂是通過(guò)控制旋轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制抗蝕劑的厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大高寬比衍射光學(xué)元件的制作方法，其特征在于，所述步驟4 包括采用電子束直寫(xiě)將衍射光學(xué)元件掩模圖形轉(zhuǎn)移到抗蝕劑上，經(jīng)過(guò)顯影和反應(yīng)離子刻蝕去除殘余抗蝕劑，形成衍射光學(xué)元件的掩模圖形。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大高寬比衍射光學(xué)元件的制作方法，其特征在于，步驟5中所述微電鍍的金屬為金，其厚度為300nm至500nm ；步驟6中所述去除抗蝕劑采用剝離溶液， 去除電鍍種子層采用反應(yīng)離子刻蝕。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大高寬比衍射光學(xué)元件的制作方法，其特征在于，所述步驟7 包括利用X射線曝光卡具使掩模板和樣品片緊密接觸，降低X射線衍射所造成的圖形展寬， 曝光后經(jīng)過(guò)顯影，形成光學(xué)元件光刻膠圖形。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大高寬比衍射光學(xué)元件的制作方法，其特征在于，步驟8中所述微電鍍的金屬為金，其厚度為300nm至500nm ；所述去光除刻膠采用丙酮和酒精。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大高寬比衍射光學(xué)元件的制作方法，其特征在于，所述步驟9包括利用氫氟酸、冰乙酸和硝酸在摩爾比為12 2 1的比例下濕法腐蝕去除體硅，完成鏤空窗口。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大高寬比衍射光學(xué)元件的制作方法，其特征在于，所述步驟 10包括采用電子束蒸發(fā)技術(shù)，在自支撐薄膜上先沉積5nm的鉻，再在鉻上沉積IOnm的金，作為電鍍種子層，然后在鏤空窗口薄膜面旋涂負(fù)性光刻膠。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大高寬比衍射光學(xué)元件的制作方法，其特征在于，步驟12中所述在金屬面旋涂光刻膠覆蓋金屬圖形，是在金屬光柵線條上旋涂光刻膠，使其覆蓋金屬線條作為下一步電鍍工藝的保護(hù)層。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大高寬比衍射光學(xué)元件的制作方法，其特征在于，所述步驟 13包括在去膠液中去除兩面的光刻膠，并利用反應(yīng)離子刻蝕去除電鍍種子層，形成大高寬比衍射光學(xué)元件。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種大高寬比衍射光學(xué)元件的制作方法，該方法采用電子束直寫(xiě)制作X射線曝光掩模板，采用接觸式曝光實(shí)現(xiàn)透射衍射光學(xué)元件的制作，在透射薄膜襯底面濺射電鍍種子層，然后旋涂負(fù)性光刻膠，再次利用X射線曝光，并顯影電鍍刻蝕電鍍種子層，進(jìn)而形成大高寬比衍射光學(xué)元件。本發(fā)明利用電子束直寫(xiě)制備X射線光刻掩模，利用X射線進(jìn)行兩次曝光的方法，制備出高寬比可以達(dá)到10∶1衍射光學(xué)元件。這種方法具有穩(wěn)定可靠、易于批量制備且與傳統(tǒng)的光刻工藝兼容的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02B5/18GK102466967SQ201010544430
公開(kāi)日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月12日
發(fā)明者劉明, 史麗娜, 朱效立, 李海亮, 謝常青 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所