[发明专利]一种灰度曝光制备2.5D微纳结构的方法

说明书

本发明公开了一种灰度曝光制备2.5D微纳结构的方法，属于半导体学中的微观结构技术领域。包括：将2.5D微纳结构的高度分成2^N个等级，建立对应的N张二元曝光版图，其中N＞I；再获取所述N张二元曝光版图的并集，建立一个额外的补偿版图；在硅片上旋涂光刻胶后进行N+1次分层曝光，获取包含2^N种高度的光刻胶层；以光刻胶层作掩膜进行干法刻蚀制备纳米压印模板，通过软膜热固化纳米压印，再加上紫外固化纳米压印的二次转印即可批量生产。本发明的纳米压印模板图形精度高，具有2^N个不同高度，且通过软膜转印、纳米压印、干法刻蚀制备的微纳结构效率高、成品率高、尺寸精确。

技术领域

本发明属于半导体学中的微观结构领域，更具体地，涉及一种灰度曝光制备2.5D微纳结构的方法。

背景技术

随着半导体技术的发展进步，微观结构加工精度已达到纳米尺度。其中，激光直写、紫外光刻、电子束曝光和纳米压印都能够制作灰度曝光图形。而2.5D微纳结构(具有不同高度等级的微纳结构)大面积制备仍然存在成本高、制作困难等问题。

以空间光滤波器为例，目前2.5D压印模板一般采用无掩膜激光直写和干法刻蚀技术来制备，但激光直写灰度曝光存在写场拼接误差大、尺寸精度不高等问题。电子束灰度曝光和干法刻蚀相结合的方法也可以制作2.5D压印模板，具有拼接误差小、尺寸精度高的特点。其中，电子束曝光的难点不仅在于曝光参数的控制、如何防止出现过曝光或者曝光不足等导致图形出现缺陷的问题，还存在高度等级划分呈指数增加时，曝光次数呈指数增加的问题；滤波器压印模板的干法刻蚀参数也直接影响着光栅模板的精度以及侧壁的垂直度和粗糙度。此外，2.5D压印模板的制备还可以采用紫外光刻套刻技术，但是当高度等级指数增加时，套刻次数呈指数增加，会产生严重的套刻误差。

采用纳米压印和干法刻蚀相结合的方式可以批量制备具有2.5D微纳结构的空间光滤波器，其难点在于压印模板的制备，模板的精度决定了滤波器产品的质量。普通滤波器制作的时候只有一种高度，无法满足编辑具有不同高度模板的要求。综上，如何灵活控制微纳结构的高度等级，调整灰度曝光参数是现阶段的一个难题。

发明内容

针对相关技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种灰度曝光制备2.5D微纳结构的方法，旨在解决微纳结构高度等级不便于灵活控制的问题，从而使所制备的压印模板具有2^N种不同高度，同时套刻次数仅呈线性增加，且成品具有表面光滑和衍射效率高的特点。

为实现上述目的，本发明提供了一种灰度曝光制备2.5D微纳结构的方法，包括以下步骤：

S1.将2.5D微纳结构的高度分成2^N个等级，建立对应的N张二元曝光版图，其中N＞I；再获取所述N张二元曝光版图的并集，建立一个额外的补偿版图；

S2.在硅片上旋涂光刻胶后进行N+1次分层曝光，获取包含2^N种高度的光刻胶层；

S3.以光刻胶层作掩膜进行干法刻蚀制备纳米压印模板，将所述纳米压印模板上的2.5D结构转移至热固化透明软膜上，并在衬底上旋涂紫外固化压印胶；

S4.通过纳米压印方法将热固化透明软膜上的2.5D结构转移至紫外固化压印胶上；

S5.以紫外固化压印胶为掩膜，利用干法刻蚀方法，将紫外固化压印胶上的2.5D图形转移至衬底上。

进一步地，步骤S1中，建立对应的N张二元曝光版图包括：

将所述纯相位全息矩阵中每个元素的相位连续N次除以2取相应的余数，从而得到N张二元曝光版图。