[发明专利]一种制作高深宽比周期性纳米结构的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高深宽比周期性纳米结构的制作方法，尤其涉及一种利用干涉光刻和三层胶技术制作高深宽比周期性纳米结构的方法。

技术背景

亚波长周期性纳米结构由于其特殊的光学性质和物理效应受到人们的广泛关注。例如，基于半导体能带理论的光子晶体可以通过引入缺陷来对光波进行操控，使“集成光路”的实现成为一种可能；基于表面等离子激元(surface plasmon polaritions，SPPs)效应的人工材料可以通过调制光场的幅度和相位分布实现光的负折射，在超分辨成像、SPPs纳米光刻等领域有着广阔的应用前景。

制作光子晶体和可见光波段的人工材料均需要加工出亚波长周期性纳米结构，图形线宽一般为10～100nm范围。传统的光刻技术受光刻波长的限制无法制作亚微米尺度的结构图形，而目前100nm及以下线宽的加工手段，如电子束或聚焦离子束直写技术，因为采用逐点扫描的工作方式，其工作效率极低，难以加工大面积图形。

干涉光刻由于具有长焦深、高效率、大面积等优势，广泛应用于周期性微纳结构的加工与制作。然而，当利用干涉光刻制作100nm甚至以下线宽的纳米结构时，所用光刻胶的厚度也必须降至100nm左右。这是因为在一般情况下，光刻胶的厚度越薄，其分辨率才能越高；但值得注意的是，光刻胶的厚度越薄，其抗刻蚀性能也越差。因此，100nm厚的光刻胶无法提供足够的抗刻蚀层以满足后期图形刻蚀转移的需求。三层胶技术是一种表层成像技术(Top-Surface Imaging，TSI)，它可在图形表面轮廓不变的情况下，通过两次不同气体的反应离子刻蚀有效提高图形深度，实现高深宽比纳米图形的制作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有100nm及以下线宽纳米加工的限制之处，提出一种干涉光刻结合三层胶技术制作高深宽比周期性纳米结构的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种制作高深宽比周期性纳米结构的方法，包括以下步骤：

(1)选择抛光基片，将其利用丙酮超声清洗干净，用旋涂的方法在其表面涂上一层厚度≥300nm的聚合物薄膜，并置于热板或烘箱中进行前烘；

(2)利用磁控溅射的方法在聚合物薄膜表面沉积一层厚度为20nm-30nm的含硅薄膜；

(3)用旋涂的方法在含硅薄膜表面涂上一层高分辨率光刻胶，并置于热板或烘箱中进行前烘；

(4)利用激光干涉光刻对表层高分辨率光刻胶进行曝光显影，根据扫描电子显微镜的检测结果，包括线条周期、线条宽度、线条边缘粗糙度以及线条陡直度等指标，调节并优化入射光的入射角、曝光时间和显影时间，获得100nm及以下线宽的周期性线条，并将曝光显影后的样片置于热板或烘箱中对表层的光刻胶图形进行坚膜；

(5)利用反应离子刻蚀，选择氟基气体为刻蚀气体，调节刻蚀功率、气体流量以及刻蚀时间等参数，将表层光刻胶图形传递至含硅薄膜；

(6)利用反应离子刻蚀，选用氧气为刻蚀气体，以刻有图形的含硅薄膜为硬掩模层，调节刻蚀功率、腔体气压、气体流量以及刻蚀时间等参数，将含硅薄膜的图形传递至底层较厚的聚合物薄膜，从而获得高深宽比图形。

所述步骤(1)中的聚合物薄膜可以为PMMA、抗反射涂层或失去感光特性的光刻胶。

所述步骤(2)中的含硅薄膜的材料可以是SiO₂或Si。

所述步骤(3)中的高分辨率光刻胶的厚度应该比含硅薄膜的厚度大，可以为50nm-100nm。

所述步骤(4)中激光的波长范围可以是193nm～363nm。

所述步骤(4)中入射光的入射角范围是50°～65°。

所述步骤(4)中的曝光时间范围是10s～30s。

所述步骤(4)中的显影时间范围是20s～60s。

所述步骤(5)中的氟基气体可以为SF₆、CHF₃或CF₄。

所述步骤(5)中将表层光刻胶图形传递至含硅薄膜时，没受光刻胶保护部分的含硅薄膜必须刻蚀完全，不留底膜。