CN102590915A - 一种制作大高宽比x射线衍射光栅的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，包括：制作掩模A；制作X射线光刻的基底B；以及将掩模板A与基底B进行键合，形成大高宽比的X射线衍射光栅。相对于普通的光栅，本发明提供的制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，能制造出大高宽比的X射线衍射光栅。本发明提供的制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，制作工艺简单，成本低廉，能大批量制作。本发明提供的制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，避免了二次电子束直写的复杂，避免了对准不精确问题，能更好的形成精确的大高宽比光栅线条。
Description
技术领域
本发明属于纳米尺度元件技术领域，尤其涉及一种制作大高宽比X射线衍射光栅的方法。
背景技术
众所周知，随着纳米加工领域的不断发展，所需要的元件越来越精密，并且高宽比要求越来越大。通常情况下，在整个器件中特征图形尺寸的高宽比大于4的衍射光学元件被称作大高宽比衍射光学元件。
使用普通的制作工艺，很难制作出高宽比大于4的大高宽比的X射线衍射光栅，其原因在于表面张力的影响使得细线条的光刻胶极易倒塌，大高宽比的光刻胶，其表面张力大于光刻胶的内部应力，很容易粘黏到一块，从而限制了其工艺的进一步发展。
因此，如何克服表面张力的影响，制作出大高宽比的X射线衍射光栅就成为了迫切需要解决的问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对大高宽比的光刻胶容易产生倒塌、粘黏的问题，本发明的主要目的在于提供一种制作大高宽比X射线衍射光栅的方法。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，该方法采用电子束蒸发的方法来制作大高宽比X射线衍射光栅，包括：制作掩模A；制作X射线光刻的基底B；以及将掩模板A与基底B进行键合，形成大高宽比的X射线衍射光栅。
上述方案中，所述制作掩模A具体包括：在硅衬底正面旋涂一层聚酰亚胺PI，从该硅衬底背面对该硅衬底进行湿法腐蚀，直至该聚酰亚胺PI，形成镂空的聚酰亚胺PI薄膜，然后在该聚酰亚胺PI薄膜上蒸发Cr/Au层，形成掩模板A的基片；在该掩模板A的基片正面旋涂一层电子束光刻胶，对该电子束光刻胶进行电子束光刻并显影，形成由该电子束光刻胶构成的光刻胶线条；在形成光刻胶线条的掩模板A的基片的正面电镀金属，在光刻胶线条之间形成金属电极；以及去除电子束光刻胶，形成掩模板A。
上述方案中，所述在聚酰亚胺PI薄膜上蒸发的Cr/Au层中，Cr的厚度为5nm，Au的厚度为10nm。所述在掩模板A的基片正面旋涂的电子束光刻胶为ZEP-520，厚度为500nm，所述光刻胶线条的宽度为100nm。所述在掩模板A的基片的正面电镀金属为金，在光刻胶线条之间形成的电极为金电极。所述电镀金的厚度能挡住X射线即可，占空比要大于1∶1。
上述方案中，所述制作X射线光刻的基底B具体包括：在硅片正面旋涂一层聚酰亚胺PI，在该聚酰亚胺PI上蒸发一层Cr/Au层，然后在Cr/Au层之上旋涂一层光刻胶，之后刻蚀该光刻胶形成一个电极及该电极两侧的显影区域；在形成电极及其两侧显影区域的光刻胶上蒸发Au层，接着在该Au层上旋涂一层光刻胶，形成包含双层光刻胶和双层电镀层的基底B。
上述方案中，所述在聚酰亚胺PI上蒸发的Cr/Au层中，Cr的厚度为5nm，Au的厚度为50nm。所述在Cr/Au层之上旋涂的光刻胶为光刻胶PMMA，厚度为500nm；所述在形成电极及其两侧显影区域的光刻胶上蒸发Au层，其厚度为20nm；所述在Au层上旋涂一层光刻胶为光刻胶PMMA，厚度为700nm。
上述方案中，所述将掩模板A与基底B进行键合，形成大高宽比的X射线衍射光栅具体包括：将掩模板A倒扣于基底B上，使用X射线从掩模板A背面进行曝光，然后移除掩模板A，对基底B进行显影，吹干后形成由光刻胶PMMA形成的光刻胶线条；刻蚀光刻胶PMMA中间的金层，在光刻胶形成的图形正面镀金，直至金层与光刻胶齐平，最后去除电子束光刻胶PMMA；从该基底B的硅衬底背面对该硅衬底进行湿法腐蚀，直至聚酰亚胺PI，接着使用氧气刻蚀背面的支撑薄膜聚酰亚胺PI，采用干法刻蚀聚酰亚胺PI上的Cr/Au层，使得金层成为镂空，并从该基底B的正面采用干法刻蚀聚酰亚胺PI上的Cr/Au层，完成器件的制作。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、相对于普通的光栅，本发明提供的制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，能制造出大高宽比的X射线衍射光栅。
2、本发明提供的制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，制作工艺简单，成本低廉，能大批量制作。
3、本发明提供的制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，避免了二次电子束直写的复杂，避免了对准不精确问题，能更好的形成精确的大高宽比光栅线条。
附图说明
图1为依照本发明实施例掩模A的基片示意图；
图2为依照本发明实施例电子束光刻后的图形示意图；
图3为依照本发明实施例电镀后掩模A示意图；
图4为依照本发明实施例第一层光刻胶图形；
图5为依照本发明实施例X射线光刻基底B示意图；
图6为依照本发明实施例X射线光刻示意图；
图7为依照本发明实施例显影后示意图；
图8为依照本发明实施例X射线光刻后，电镀形成金层示意图；
图9为依照本发明实施例湿法腐蚀背面的硅并刻蚀金和PI后示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供的制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，不形成大高宽比的光刻胶，将光刻胶分成两层减少了厚度，且在中间蒸发薄金层形成支撑，从而实现高线宽度要求的元器件，具体包括以下步骤：
步骤1：在清洁的硅衬底正面旋涂一层1μm的聚酰亚胺PI，从该硅衬底背面对该硅衬底进行湿法腐蚀，直至该聚酰亚胺PI，形成镂空的聚酰亚胺PI薄膜，然后在该聚酰亚胺PI薄膜上蒸发一层5nmCr/10nmAu作为电镀种子层，形成掩模A的基片，如图1所示；
步骤2：在掩模A的基片正面旋涂一层电子束光刻胶ZEP-520，厚度为500nm，对该电子束光刻胶ZEP-520进行电子束光刻并显影，形成由该电子束光刻胶ZEP-520构成的光刻胶线条，线条宽度为100nm，如图2所示。
步骤3：刻蚀掩模A基片正面光刻胶图形区域的残胶，并在硅片边缘刻蚀光刻胶，形成电极，然后进行将硅片的图形区域置于电镀溶液中，进行电镀，形成金层，直至金层与光刻胶厚度齐平，用丙酮去除光刻胶胶，形成所需的掩膜板A，如图3所示；在本步骤中，电镀金的厚度只要能挡住X射线就行，占空比要略大于1∶1。
步骤4：在清洁的硅片正面旋涂一层1μm的聚酰亚胺，蒸发一层5nmCr/50nmAu形成电镀种子层，然后旋涂一层500nm的PMMA，之后在边缘刻蚀一个电极和两侧显影区域，如图4所示，然后再次进行电子束蒸发一层20nm的Au，之后再次旋涂一层700nm的PMMA，形成基底B，如图5所示；
步骤6：将掩模板A倒扣于基底B上，使用X射线从掩模板A背面进行曝光，如图6所示，曝光完成后移除掩模A，对基底B进行显影，吹干后形成由光刻胶PMMA形成的光刻胶线条，如图7所示；在图7所示显影中，使用两层光刻胶，且光刻胶之间使用金层间隔，金层在显影时起到了支撑的作用，防止大高宽比的光刻胶倒塌。
步骤7：刻蚀基底B正面光刻胶图形区域的残胶，并在硅片边缘刻蚀光刻胶，形成电极，此次电极和上次的电极重叠一般的面积，刻蚀光刻胶中间的金层，然后将硅片的图形区域置于电镀溶液中，电镀的夹子夹住电极整个区域，进行电镀，形成金层，用丙酮去除光刻胶，如图8所示；图8所示电镀前刻蚀掉光栅中间的金层，使得电镀得以顺利进行。
步骤8：湿法腐蚀背面的硅直至聚酰亚胺PI，使用氧气刻蚀背面的支撑薄膜聚酰亚胺PI，采用干法刻蚀聚酰亚胺PI上的Cr/Au层，使得金层成为镂空，并从该基底B的正面采用干法刻蚀聚酰亚胺PI上的Cr/Au层，完成器件的制作，如图9所示。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，其特征在于，包括：
制作掩模A；
制作X射线光刻的基底B；以及
将掩模板A与基底B进行键合，形成大高宽比的X射线衍射光栅。
2.根据权利要求1所述的制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，其特征在于，所述制作掩模A具体包括：
在硅衬底正面旋涂一层聚酰亚胺PI，从该硅衬底背面对该硅衬底进行湿法腐蚀，直至该聚酰亚胺PI，形成镂空的聚酰亚胺PI薄膜，然后在该聚酰亚胺PI薄膜上蒸发Cr/Au层，形成掩模板A的基片；
在该掩模板A的基片正面旋涂一层电子束光刻胶，对该电子束光刻胶进行电子束光刻并显影，形成由该电子束光刻胶构成的光刻胶线条；
在形成光刻胶线条的掩模板A的基片的正面电镀金属，在光刻胶线条之间形成金属电极；以及
去除电子束光刻胶，形成掩模板A。
3.根据权利要求2所述的制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，其特征在于，所述在聚酰亚胺PI薄膜上蒸发的Cr/Au层中，Cr的厚度为5nm，Au的厚度为10nm。
4.根据权利要求2所述的制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，其特征在于，所述在掩模板A的基片正面旋涂的电子束光刻胶为ZEP-520，厚度为500nm，所述光刻胶线条的宽度为100nm。
5.根据权利要求2所述的制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，其特征在于，所述在掩模板A的基片的正面电镀金属为金，在光刻胶线条之间形成的电极为金电极。
6.根据权利要求5所述的制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，其特征在于，所述电镀金的厚度能挡住X射线即可，占空比要大于1∶1。
7.根据权利要求1所述的制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，其特征在于，所述制作X射线光刻的基底B具体包括：
在硅片正面旋涂一层聚酰亚胺PI，在该聚酰亚胺PI上蒸发一层Cr/Au层，然后在Cr/Au层之上旋涂一层光刻胶，之后刻蚀该光刻胶形成一个电极及该电极两侧的显影区域；
在形成电极及其两侧显影区域的光刻胶上蒸发Au层，接着在该Au层上旋涂一层光刻胶，形成包含双层光刻胶和双层电镀层的基底B。
8.根据权利要求7所述的制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，其特征在于，所述在聚酰亚胺PI上蒸发的Cr/Au层中，Cr的厚度为5nm，Au的厚度为50nm。
9.根据权利要求7所述的制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，其特征在于，所述在Cr/Au层之上旋涂的光刻胶为光刻胶PMMA，厚度为500nm；所述在形成电极及其两侧显影区域的光刻胶上蒸发Au层，其厚度为20nm；所述在Au层上旋涂一层光刻胶为光刻胶PMMA，厚度为700nm。
10.根据权利要求1所述的制作大高宽比X射线衍射光栅的方法，其特征在于，所述将掩模板A与基底B进行键合，形成大高宽比的X射线衍射光栅具体包括：
将掩模板A倒扣于基底B上，使用X射线从掩模板A背面进行曝光，然后移除掩模板A，对基底B进行显影，吹干后形成由光刻胶PMMA形成的光刻胶线条；
刻蚀光刻胶PMMA中间的金层，在光刻胶形成的图形正面镀金，直至金层与光刻胶齐平，最后去除电子束光刻胶PMMA；
从该基底B的硅衬底背面对该硅衬底进行湿法腐蚀，直至聚酰亚胺PI，接着使用氧气刻蚀背面的支撑薄膜聚酰亚胺PI，采用干法刻蚀聚酰亚胺PI上的Cr/Au层，使得金层成为镂空，并从该基底B的正面采用干法刻蚀聚酰亚胺PI上的Cr/Au层，完成器件的制作。
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