[发明专利]光学曝光方法及其用于制备硅材料竖直中空结构的方法

说明书

技术领域

本发明属于微纳加工技术领域，尤其涉及一种光学曝光方法及其用于制备竖直硅材料中空结构阵列的方法。

背景技术

光学曝光是最早用于半导体集成电路的微细加工技术。目前，光学曝光技术主要是投影式曝光技术，而且主要是面向集成电路大生产的曝光技术，为了追求越来越小的电路尺寸和尽可能高的产额，技术本身的发展越来越复杂，要求投资越来越大，而且成本也越来越高，目前最先进的单台曝光设备的造价达2000万到5000万美元，全世界只有屈指可数的几家大公司能够负担得起购买和运行这些曝光设备的费用。现在超大规模集成电路加工的曝光设备是以每小时100片以上2000mm或3000mm硅片的大规模生产为目标的，尽管这些设备能够实现100纳米以下的图形分辨率。但对于大多数微纳米技术研究人员来说是可望不可及的。

目前，在大学和科研机构的实验室中常用的是各种低成本曝光技术，比如近场曝光，干涉曝光技术等，它们也可以实现纳米尺寸周期形图形的制备，关于这两种技术可分别参见文献1“基于金属银超透镜的突破衍射极限光学图像(Sub-diffraction-limited optical imaging with a silver superlens)”，载于《Science》2005，Vol.308，5721；和文献2“光学干涉曝光纳米技术(Optical and interferometric lithography-nanotechnology enablers)”，载于《Proceedings of the IEEE》2005，Vol.93(10)，1704-1721上。这些技术充分利用了电磁波的干涉原理制备出纳米级尺寸的周期性图形结构，并且这些技术具有设备简单、曝光成本低等优点。然而，以上两种工艺较复杂，如近场曝光时要求光刻胶层要求很薄，而且还存在掩膜制作复杂和图形边缘粗糙度大等缺点，而干涉曝光的不足之处主要是只能形成周期性线条或点阵结构。

因此，需要一种操作简单且成本低的曝光方法。而且，还可以利用该方法制备出纳米级尺寸的周期性图形结构。因为在现实应用中，对结构复杂的图形如纳米尺度环状阵列的需求十分强烈(尤其在生物芯片，光学器件等应用中)。制作这种图形一般通过电子束曝光或紫外曝光技术，其中电子束曝光，成本很高，在实际应用受到限制。利用普通的紫外曝光方法，则需要制备相同尺度的掩膜板，但众所周知，掩膜板的图形尺度越小，价格越昂贵，所以也难于在实际中使用。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的一个目的是提供一种操作简单且成本低的光学曝光方法。

另一个目的是提供一种基于该光学曝光方法，制备硅材料的竖直中空结构的方法。

本发明的上述目的是通过如下技术方案实现的：

根据本发明的一个方面，提供一种用于形成微纳空穴结构的光学曝光方法，包括以下步骤：

1)选取具有掩膜图形的掩膜板，所述掩膜图形为能通过光照产生泊松亮斑的几何实心图形或其阵列；

2)将掩膜板设置于待曝光的正光刻胶的上方进行曝光，其中图形阴影部分后的泊松亮斑同样曝光；

3)显影，在所述正光刻胶上得到具有与所述泊松亮斑相应的空穴的图形。

在上述光学曝光方法中，所述曝光采用硬接触的曝光方式。

在上述光学曝光方法中，所述显影采用浸没式显影方式。

根据本发明的另一个方面，提供一种制备硅材料竖直中空结构的方法，包括以下步骤：

1)选取衬底：选取硅片作为衬底；

2)涂胶：在硅衬底上涂附一层正光刻胶；

3)前烘：将步骤2)得到的涂有正光刻胶的硅衬底进行加热；

4)曝光：选取具有掩膜图形的掩膜板，所述掩膜图形为能通过光照产生泊松亮斑的几何实心图形；然后，将掩膜板设置于所述正光刻胶的上方进行曝光，其中图形阴影部分后的泊松亮斑同样曝光；

5)显影：在显影液中用浸没式显影方式显影，得到在正光刻胶的与所述泊松亮斑相应的区域形成空穴的图形；

6)图形转移：将步骤5)显影得到的图形刻蚀到硅衬底上得到中空结构。

在上述制备方法中，所述刻蚀采用低温刻蚀工艺。

在上述制备方法中，所述显影采用浸没式显影方式。

在上述制备方法中，保持曝光样品在显影时不要晃动，待显影结束后将其慢慢拉出显影液，从而得到环状图形。

在上述制备方法中，在显影液中沿某一方向移动曝光样品，从而得到线对形状的图形。