[發(fā)明專利]光學曝光方法及其用于制備硅材料豎直中空結構的方法

有效

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• 申請日: 2011-11-16
• 公開（公告）號: CN102495526A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發(fā)明（設計）人: 顧長志;田士兵;李俊杰;夏曉翔;楊海方
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;G03F7/00;G03F7/30;B81C1/00
• 代理公司: 北京泛華偉業(yè)知識產(chǎn)權代理有限公司 11280
• 代理人: 王勇

技術領域

本發(fā)明屬于微納加工技術領域，尤其涉及一種光學曝光方法及其用于制備豎直硅材料中空結構陣列的方法。

背景技術

光學曝光是最早用于半導體集成電路的微細加工技術。目前，光學曝光技術主要是投影式曝光技術，而且主要是面向集成電路大生產(chǎn)的曝光技術，為了追求越來越小的電路尺寸和盡可能高的產(chǎn)額，技術本身的發(fā)展越來越復雜，要求投資越來越大，而且成本也越來越高，目前最先進的單臺曝光設備的造價達2000萬到5000萬美元，全世界只有屈指可數(shù)的幾家大公司能夠負擔得起購買和運行這些曝光設備的費用。現(xiàn)在超大規(guī)模集成電路加工的曝光設備是以每小時100片以上2000mm或3000mm硅片的大規(guī)模生產(chǎn)為目標的，盡管這些設備能夠實現(xiàn)100納米以下的圖形分辨率。但對于大多數(shù)微納米技術研究人員來說是可望不可及的。

目前，在大學和科研機構的實驗室中常用的是各種低成本曝光技術，比如近場曝光，干涉曝光技術等，它們也可以實現(xiàn)納米尺寸周期形圖形的制備，關于這兩種技術可分別參見文獻1“基于金屬銀超透鏡的突破衍射極限光學圖像(Sub-diffraction-limited?optical?imaging?with?a?silver?superlens)”，載于《Science》2005，Vol.308，5721；和文獻2“光學干涉曝光納米技術(Optical?and?interferometric?lithography-nanotechnology?enablers)”，載于《Proceedings?of?the?IEEE》2005，Vol.93(10)，1704-1721上。這些技術充分利用了電磁波的干涉原理制備出納米級尺寸的周期性圖形結構，并且這些技術具有設備簡單、曝光成本低等優(yōu)點。然而，以上兩種工藝較復雜，如近場曝光時要求光刻膠層要求很薄，而且還存在掩膜制作復雜和圖形邊緣粗糙度大等缺點，而干涉曝光的不足之處主要是只能形成周期性線條或點陣結構。

因此，需要一種操作簡單且成本低的曝光方法。而且，還可以利用該方法制備出納米級尺寸的周期性圖形結構。因為在現(xiàn)實應用中，對結構復雜的圖形如納米尺度環(huán)狀陣列的需求十分強烈(尤其在生物芯片，光學器件等應用中)。制作這種圖形一般通過電子束曝光或紫外曝光技術，其中電子束曝光，成本很高，在實際應用受到限制。利用普通的紫外曝光方法，則需要制備相同尺度的掩膜板，但眾所周知，掩膜板的圖形尺度越小，價格越昂貴，所以也難于在實際中使用。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明的一個目的是提供一種操作簡單且成本低的光學曝光方法。

另一個目的是提供一種基于該光學曝光方法，制備硅材料的豎直中空結構的方法。

本發(fā)明的上述目的是通過如下技術方案實現(xiàn)的：

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種用于形成微納空穴結構的光學曝光方法，包括以下步驟：

1)選取具有掩膜圖形的掩膜板，所述掩膜圖形為能通過光照產(chǎn)生泊松亮斑的幾何實心圖形或其陣列；

2)將掩膜板設置于待曝光的正光刻膠的上方進行曝光，其中圖形陰影部分后的泊松亮斑同樣曝光；

3)顯影，在所述正光刻膠上得到具有與所述泊松亮斑相應的空穴的圖形。

在上述光學曝光方法中，所述曝光采用硬接觸的曝光方式。

在上述光學曝光方法中，所述顯影采用浸沒式顯影方式。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種制備硅材料豎直中空結構的方法，包括以下步驟：

1)選取襯底：選取硅片作為襯底；

2)涂膠：在硅襯底上涂附一層正光刻膠；

3)前烘：將步驟2)得到的涂有正光刻膠的硅襯底進行加熱；

4)曝光：選取具有掩膜圖形的掩膜板，所述掩膜圖形為能通過光照產(chǎn)生泊松亮斑的幾何實心圖形；然后，將掩膜板設置于所述正光刻膠的上方進行曝光，其中圖形陰影部分后的泊松亮斑同樣曝光；

5)顯影：在顯影液中用浸沒式顯影方式顯影，得到在正光刻膠的與所述泊松亮斑相應的區(qū)域形成空穴的圖形；

6)圖形轉移：將步驟5)顯影得到的圖形刻蝕到硅襯底上得到中空結構。

在上述制備方法中，所述刻蝕采用低溫刻蝕工藝。

在上述制備方法中，所述顯影采用浸沒式顯影方式。

在上述制備方法中，保持曝光樣品在顯影時不要晃動，待顯影結束后將其慢慢拉出顯影液，從而得到環(huán)狀圖形。

在上述制備方法中，在顯影液中沿某一方向移動曝光樣品，從而得到線對形狀的圖形。