專利名稱：一種利用兩次膜層沉積和濕法腐蝕制備半圓柱形微細溝槽的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半圓柱形微細溝槽的制備方法，尤其涉及一種利用兩次膜層沉積
和濕法腐蝕制備半圓柱形微細溝槽的方法。
背景技術：
微/納元件尤其是微/納光學元件，在科研、軍事、民用等領域都具有巨大的應用 潛力。微米和亞微米半圓柱形微細溝槽的制備是研究的難點。半圓柱形微細溝槽是制備一 些復雜結構的微/納光學元件的基礎。半圓柱形微細溝槽具有廣闊的應用前景，例如，應用 于超分辨成像、SPP納米光刻等方面。 半圓柱型槽的制備方法一類是灰度曝光刻蝕，利用不同區(qū)域光刻膠的曝光劑量的 不同使曝光區(qū)域的結構圖形達到所要求的形狀，再通過刻蝕將圖形轉移到襯底上。如灰度 掩模光刻、移動掩模光刻等，這些方法適合加工直徑3微米以上的半圓柱型槽結構，其缺點 是很難制備更小特征尺寸的結構。 一些SPP器件需要半圓柱形微細溝槽結構的直徑為微米 級甚至百納米級。電子束、離子束等直寫設備雖然能夠制備該尺寸的圖形，但其費用昂貴且 加工面積僅有微米量級，難以滿足實際應用的需要。本方法則只需要使用常規(guī)的薄膜沉積 技術、光刻技術、濕法刻蝕技術，就可以制備得到寬度為一百納米到二微米的細狹縫和直徑 寬度范圍為700納米到2. 5微米，深度范圍為350納米到1. 25微米的的半圓柱形微細溝槽。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是針對現(xiàn)有微細加工制作的限制之處，提出一種利用 兩次膜層沉積和濕法腐蝕制備半圓柱形微細溝槽的方法，該方法只需要采用常規(guī)的薄膜沉 積技術、光刻技術、濕法刻蝕技術，就可以制備得到直徑寬度范圍為700納米到2. 5微米，深 度范圍為350納米到1. 25微米的半圓柱形微細溝槽。 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是一種利用兩次膜層沉積和濕法腐蝕 制備半圓柱形微細溝槽的方法，步驟如下 (1)采用磁控濺射技術或蒸鍍技術在石英襯底上沉積膜層，在所述膜層上涂布光 刻膠；石英襯底的厚度為200 3000 y m，膜層的厚度為20 300nm，光刻膠的厚度為100 2000nm ; (2)采用光刻技術在光刻膠上制備線寬為1微米以上的線條結構； (3)利用光刻膠圖形作掩蔽和濕法腐蝕各向同性的特點，使用腐蝕液刻蝕掉光刻
膠線條邊緣下方的部分膜層，形成寬度范圍在100 1000nm的空氣間隙； (4)在所述步驟(3)后得到的結構表面再次沉積相同材料的膜層，去除光刻膠后
得到對應于空氣間隙寬度的狹縫； (5)以所述步驟(1)和所述步驟(4)沉積的膜層為掩蔽，通過狹縫，以襯底腐蝕溶 液對襯底進行各向同性腐蝕，得到直徑寬度范圍為700納米到2. 5微米，深度范圍為350納
3米到1. 25微米的半圓柱形微細溝槽。 所述步驟(1)中的膜層為金屬、硅或有機膜層，該膜層在后續(xù)的濕法腐蝕石英工 藝中將起到掩蔽作用。 所述步驟(3)中，所述腐蝕液為去鉻液，溫度為20。 25° ，濕法腐蝕鉻層的時間 為3 10分鐘。所述步驟(5)中的對襯底進行濕法腐蝕時需不斷攪拌襯底腐蝕溶液。
所述步驟(5)中，所述腐蝕液為氫氟酸緩沖液，溫度為20。 25° ，濕法腐蝕鉻層 的時間為10 30分鐘。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于本發(fā)明只需要采用常規(guī)的薄膜沉積技術、光 刻技術、濕法刻蝕技術，就可以制備得到直徑寬度范圍為700納米到2. 5微米，深度范圍為 350納米到1. 25微米的半圓柱形微細溝槽；僅需要采用常規(guī)的薄膜沉積技術、光刻技術、濕 法刻蝕技術，可極大降低半圓柱形微細溝槽的制備成本；本發(fā)明可大面積加工，制備的半圓 柱形溝槽微結構的分布面積最大可以達到上百平方厘米；為微/納元器件的加工提供了一 種精確、新穎、方便、高效的加工途徑。


圖1為本發(fā)明方法的流程圖； 圖2是本發(fā)明實施例1中，在石英襯底表面鍍鉻膜和涂布光刻膠后的剖面結構示 意圖； 圖3是本發(fā)明實施例1中，采用常規(guī)光刻設備制作的寬線條圖形的剖面結構示意 圖； 圖4是本發(fā)明實施例1中，對襯底表面的鉻膜進行濕法腐蝕后得到的微結構圖形 的剖面結構示意圖； 圖5是本發(fā)明實施例1中，在圖3所示的結構上濺射50nm厚的鉻層后得到的剖面 結構示意圖； 圖6是本發(fā)明實施例1中，采用LIFT OFF工藝去除光刻膠后得到的剖面結構示意 圖； 圖7是本發(fā)明實施例1中，將圖5中的結構置于氫氟酸緩沖液中進行各向同性腐 蝕得到的半圓柱形微細溝槽的剖面結構示意圖； 圖8是本發(fā)明實施例1中，去除鉻膜，得到的半圓柱形微細溝槽的剖面結構示意 圖。
圖中1代表襯底材料石英；2代表鉻膜材料；3代表光刻膠。
具體實施例方式
下面結合附圖及具體實施方式
詳細介紹本發(fā)明。但以下的實施例僅限于解釋本發(fā) 明，本發(fā)明的保護范圍應包括權利要求的全部內容，而且通過以下實施例對領域的技術人 員即可以實現(xiàn)本發(fā)明權利要求的全部內容。 實施例l，制作直徑1微米的半圓柱形微細溝槽，制作過程如圖1所示，具體如下
(1)選擇厚度為360微米的石英片作為襯底；采用磁控濺射技術在襯底表面沉積 一層100納米厚的金屬鉻層，在鉻層上涂布厚度為1. 1微米的AR-P3100光刻膠(如圖2所示)。
(2)通過曝光、顯影、堅模，在光刻膠上制備出如圖3所示的線條結構。
(3)如圖4所示，利用光刻膠圖形作掩蔽和濕法腐蝕各向同性的特點，使用腐蝕液 刻蝕掉光刻膠線條圖形邊緣下方的金屬鉻層。腐蝕液為去鉻液，其配比為100ml水，13ml高 氯酸，50g的硝酸四銨，腐蝕溫度為23t:，濕法腐蝕鉻層的時間為3分30秒，得到的空氣間 隙的寬度為200納米。 (4)在濕法腐蝕后的結構表面再次沉積鉻膜(如圖5所示)，去除光刻膠以及第二 次鍍鉻中附著于光刻膠上的鉻膜，得到如圖6所示的和空氣間隙相同寬度的鉻膜狹縫。
(5)通過鉻膜狹縫，以氫氟酸緩沖液對襯底進行各向同性腐蝕(如圖7所示)，腐 蝕液中氫氟酸和氟化銨的摩爾比為l : 6，溫度為23t:，濕法腐蝕石英的時間為12分鐘。用 去鉻液去除殘留的掩蔽膜層，得到如圖8所示的直徑為1微米，深度為500納米的半圓柱形 微細溝槽。 實施例2制作直徑700納米的半圓柱形微細溝槽，制作過程如圖1所示，具體如 下 (1)選擇厚度為1000微米的石英片作為襯底；采用磁控濺射技術在襯底表面沉積 一層50納米厚的金屬鉻層，在鉻膜上涂布厚度為1. 1微米的AR-P3100光刻膠(如圖2所示)。 (2)通過曝光、顯影、堅模，在光刻膠上制備出如圖3所示的線條結構。 (3)如圖4所示，利用光刻膠圖形作掩蔽和濕法腐蝕各向同性的特點，使用腐蝕液
刻蝕掉光刻膠線條圖形邊緣下方的金屬鉻層。腐蝕液為去鉻液，其配比為100ml水，13ml高
氯酸，50g的硝酸四銨，腐蝕溫度為23t:，濕法腐蝕鉻層的時間為2分，得到的空氣間隙的寬
度為150納米。 (4)在濕法腐蝕后的結構表面再次沉積鉻膜(如圖5所示)，去除光刻膠以及第二 次鍍鉻中附著于光刻膠上的鉻膜，得到如圖6所示的和空氣間隙相同寬度的鉻膜狹縫。實 施例應給出具體的鉻膜狹縫寬度。 (5)通過狹縫，以氫氟酸緩沖液對襯底進行各向同性腐蝕(如圖7所示)，腐蝕液 中氫氟酸和氟化銨的摩爾比為l : 6，溫度為23t:，濕法腐蝕石英的時間為7分鐘。用去鉻 液去除殘留的掩蔽膜層，得到如圖8所示的直徑寬度范圍為700納米，深度范圍350納米的 半圓柱形微細溝槽。 實施例3制作直徑2微米的半圓柱形微細溝槽，制作過程如圖1所示，具體如下
(1)選擇厚度為1000微米的石英片作為襯底；采用磁控濺射技術在襯底表面沉積 一層150納米厚的金屬鉻層，在鉻膜上涂布厚度為1. 1微米的AR-P3100光刻膠(如圖2所示)。 (2)通過曝光、顯影、堅模，在光刻膠上制備出如圖3所示的線條結構。 (3)如圖4所示，利用光刻膠圖形作掩蔽和濕法腐蝕各向同性的特點，使用腐蝕液
刻蝕掉光刻膠線條圖形邊緣下方的金屬鉻層。腐蝕液為去鉻液，其配比為100ml水，13ml高
氯酸，50g的硝酸四銨，腐蝕溫度為23t:，濕法腐蝕鉻層的時間為5分鐘，得到的空氣間隙的
寬度為400納米。 (4)在濕法腐蝕后的結構表面再次沉積鉻膜(如圖5所示)，去除光刻膠以及第二次鍍鉻中附著于光刻膠上的鉻膜，得到如圖6所示的和空氣間隙相同寬度的狹縫。
(5)通過狹縫，以氫氟酸緩沖液對襯底進行各向同性腐蝕(如圖7所示)，腐蝕液 中HF和NH4F的摩爾比為1 : 6，溫度為23t:，濕法腐蝕石英的時間為30分鐘。用去鉻液 去除殘留的掩蔽膜層，得到如圖8所示的直徑寬度為2微米，深度為l微米的半圓柱形微細 溝槽。 本發(fā)明未詳細闡述的部分屬于本領域的公知常識。
權利要求
一種利用兩次膜層沉積和濕法腐蝕制備半圓柱形微細溝槽的方法，其特征在于步驟如下(1)采用磁控濺射技術或蒸鍍技術在石英襯底上沉積膜層，在所述膜層上涂布光刻膠，石英襯底的厚度為200～2000μm，膜層的厚度為20～300nm，光刻膠的厚度為100～2000nm；(2)采用光刻技術在光刻膠上制備線寬為1微米以上的線條結構；(3)利用光刻膠圖形作掩蔽和濕法腐蝕各向同性的特點，使用腐蝕液刻蝕掉光刻膠線條邊緣下方的部分膜層，形成寬度范圍在100～1000nm的空氣間隙；(4)在所述步驟(3)后得到的結構表面再次沉積相同材料的膜層，去除光刻膠后得到對應于空氣間隙寬度的膜層狹縫；(5)以所述步驟(1)和所述步驟(4)沉積的膜層為掩蔽，通過膜層狹縫，以襯底腐蝕溶液對襯底進行各向同性腐蝕，得到直徑寬度范圍為700納米到2.5微米，深度范圍為350納米到1.25微米的半圓柱形微細溝槽。
2. 根據權利要求1所述的一種利用兩次膜層沉積和濕法腐蝕制備半圓柱形微細溝槽 的方法，其特征在于所述步驟(1)中的膜層為金屬、硅或有機膜層。
3. 根據權利要求1所述的一種利用兩次膜層沉積和濕法腐蝕制備半圓柱形微細溝槽 的方法，其特征在于所述步驟(3)中，所述腐蝕液為去鉻液，溫度為20。 25° ，濕法腐蝕 鉻層的時間為3 IO分鐘。
4. 根據權利要求1所述的一種利用兩次膜層沉積和濕法腐蝕制備半圓柱形微細溝槽 的方法，其特征在于所述步驟(5)中的對襯底進行濕法腐蝕時需不斷攪拌襯底腐蝕溶液。
5. 根據權利要求1所述的一種利用兩次膜層沉積和濕法腐蝕制備半圓柱形微細溝槽 的方法，其特征在于所述步驟(5)中，所述腐蝕液為氫氟酸緩沖液，溫度為20。 25° ，濕 法腐蝕石英襯底的時間為10 30分鐘。
全文摘要
一種利用兩次膜層沉積和濕法腐蝕制備半圓柱形微細溝槽的方法步驟為采用常規(guī)技術在石英襯底上沉積膜層，在膜層上涂布光刻膠，進行光刻、顯影、堅模；利用光刻膠圖形作掩蔽和濕法腐蝕各向同性的特點，使用腐蝕液刻蝕掉光刻膠圖形邊緣下方的膜層，形成一定寬度的空氣間隙；濕法腐蝕后得到的結構表面再次沉積相同材料的膜層，去除光刻膠后得到和空氣間隙寬度相同的狹縫；再利用膜層為掩蔽，通過狹縫，使用氫氟酸緩沖液對石英襯底進行各向同性腐蝕，得到半圓柱形微細溝槽。該方法不需要電子束、粒子束、干法刻蝕等昂貴的設備就可制備得到寬度范圍在700納米到2.5微米的狹縫，通過控制濕法腐蝕的條件進而得到直徑寬度范圍為700納米到2.5微米，深度范圍為350納米到1.25微米的半圓柱形微細溝槽。
文檔編號B81C1/00GK101723307SQ20091024354
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月25日 優(yōu)先權日2009年12月25日
發(fā)明者馮沁, 劉凱鵬, 劉堯, 劉玲, 潘麗, 王長濤, 羅先剛, 邢卉 申請人:中國科學院光電技術研究所