CN114089457B - 一种电子束光刻制备亚微米闪耀光栅压印模板及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电子束光刻制备亚微米闪耀光栅压印模板及其方法，属于半导体技术领域，其特征在于，包括：S1、在片源上涂胶；S2、电子束曝光；S3、显影；S4、SEM表征；S5、制作曝光版图；S6、Beamer软件模拟曝光剂量；S7、二次涂胶；S8、二次电子束曝光；S9、二次显影；S10、坚膜；S11、ICP刻蚀；S12、去胶。本发明提出一种可以制备周期<500nm，闪耀角曲率半径<10nm的闪耀光栅压模板的方法，并且周期在100nm到500nm之间和闪耀角在10°到50°之间可以连续调节。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种电子束光刻制备亚微米闪耀光栅压印模板及其方法。
背景技术
闪耀光栅具有零级分光的特性，使得它在单色仪、精密测量、激光整形、显示技术和光通信等方面具有广泛的应用。微米以上大尺度的闪耀光栅主要通过机械刻划法和全息离子束刻蚀法制备。而亚微米周期的闪耀光栅需要通过电子束光刻的方法制备，亚微米周期的闪耀光栅对结构的加工精度要求较高，周期<500nm，闪耀角曲率半径<10nm，另外，需要进行灰度曝光，闪耀角变化较多，光刻胶和衬底的刻蚀选择比需要控制在1:1。对电子束曝光和刻蚀工艺要求很高，加工难度较大，目前还没有稳定可靠的工艺方法。
发明内容
本发明提供一种电子束光刻制备亚微米闪耀光栅压印模板及其方法，。
本发明的第一目的是提供一种电子束光刻制备亚微米闪耀光栅压印模板的方法，包括：
S1、在片源上涂胶；
S2、电子束曝光；利用EBL曝光多组等线宽的孤立线条，曝光剂量为从小到大等步长变化；
S3、显影；在显影液MIBK:IPA＝1:1中显影60s，定影液IPA中定影30s，将片源吹干；
S4、SEM表征；利用SEM对线条位置的剩余胶厚进行表征，获得剩余胶厚与剂量的变化关系，即对比度曲线；
S5、制作曝光版图；利用L-edit软件画图，将闪耀光栅的一个周期p分成n个连续的线条，其中第1个至第n-1个线条的宽度为5nm，第n个线条的宽度小于5nm，将这n个线条命名为n个不同的图层，一一对应；
S6、Beamer软件模拟曝光剂量；根据需要制备闪耀光栅的闪耀角、周期和高度参数，对应出S5中每个线条位置的理论高度；根据对比度曲线和每个线条期望的剩余胶厚，得出每个线条对应的剂量值；再利用Beamer软件的3D PEC功能，加入邻近效应的影响，调整合适的背散射和前散射系数，模拟出每个线条的曝光剂量；
S7、二次涂胶；先将硅片放在热板上180℃烘烤5min，然后在硅片上旋涂400nm厚的PMMA 950，再在热板上170℃烘烤2min；
S8、二次电子束曝光；按照S6中Beamer软件模拟的每个图层的剂量进行电子束曝光；
S9、二次显影；在显影液MIBK:IPA＝1:1中显影60s，定影液IPA中定影30s，将片源吹干；
S10、坚膜；在120℃热板上烘烤1min；
S11、ICP刻蚀：调整刻蚀参数使得PMMA 950和硅的刻蚀选择比接近1：1，从而让硅片复制光刻胶的形貌；
S12、去胶：将片源依次放入丙酮、IPA、去离子水中超声10min，吹干。
优选地，S1具体为：所述片源为硅片，先将硅片放在热板上180℃烘烤5min，然后在硅片上旋涂400nm厚的PMMA 950，再在热板上170℃烘烤2min。
优选地，在S2中，线宽为5nm。
优选地，在S6中，闪耀光栅每个线条位置的理论高度即是该位置期望的剩余胶厚。
优选地，在S11中，刻蚀参数为：压强pressure为5mtorr，ICP功率为100w，RIE功率为50w，CHF3：SF6＝2：1。
优选地，吹干采用氮气枪实现。
本发明的第二目的是提供一种电子束光刻制备亚微米闪耀光栅压印模板，由上述电子束光刻制备亚微米闪耀光栅压印模板的方法得到。
本发明具有的优点和积极效果是：提出一种可以制备周期<500nm，闪耀角曲率半径<10nm的闪耀光栅压模板的方法，并且周期在100nm到500nm之间和闪耀角在10°到50°之间可以连续调节。
附图说明
图1为本发明优选实施例中曝光版图示意图；
图2为本发明优选实施例步骤7至步骤12的工艺流程图。
其中：1、图层A；2、图层B；3、图层C；4、图层D；5、硅片；6、PMMA 950；7、闪耀光栅压印模板。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
如图1至图2所示，本发明的技术方案为：
一种电子束光刻制备亚微米闪耀光栅压印模板的方法，包括：
1.涂胶：本发明中的片源为硅片5，先将硅片放在热板上180℃烘烤5min，然后在硅片上旋涂400nm厚的PMMA 9506，再在热板上170℃烘烤2min。
2.电子束曝光：EBL(电子束曝光系统，Electron Beam Lithography)曝光多组线宽为5nm的孤立线条，曝光剂量为从小到大等步长变化。
3.显影：在显影液MIBK:IPA＝1:1中显影60s，定影液IPA中定影30s，用氮气枪将片源吹干。
4.SEM(扫描电子显微镜,Scanning Electron Microscope)表征：利用SEM对线条位置的剩余胶厚进行表征，获得剩余胶厚与剂量的变化关系，即对比度曲线。
5.制作曝光版图：利用L-edit软件画图，将闪耀光栅的一个周期p分成n个连续的线条，其中第1个至第n-1个线条的宽度为5nm，第n个线条的宽度<5nm。将这n个线条命名为n个不同的图层，并一一对应，即图层A1、图层B2、图层C3、图层D4...图层n-1、图层n。
6.Beamer软件模拟曝光剂量：根据需要制备闪耀光栅的闪耀角、周期和高度等参数，对应出步骤5所述每个线条位置的理论高度。因为在后续步骤ICP刻蚀中，会将PMMA 950和硅的刻蚀选择比调整到接近1：1，所以闪耀光栅每个线条位置的理论高度即是该位置期望的剩余胶厚。根据对比度曲线和每个线条期望的剩余胶厚，得出每个线条对应的剂量值。再利用Beamer软件的3D PEC功能，加入邻近效应的影响，调整合适的背散射和前散射系数，模拟出每个线条的曝光剂量。
7.涂胶：先将硅片放在热板上180℃烘烤5min，然后在硅片上旋涂400nm厚的PMMA950，再在热板上170℃烘烤2min。
8.电子束曝光：按照步骤6中Beamer软件模拟的每个图层的剂量进行电子束曝光。
9.显影：在显影液MIBK:IPA＝1:1中显影60s，定影液IPA中定影30s，用氮气枪将片源吹干。
10.坚膜：在热板上120℃烘烤1min，进一步烘干溶剂，增强PMMA的硬度。
11.ICP刻蚀：调整刻蚀参数使得PMMA 950和硅的刻蚀选择比接近1：1，从而让硅片复制光刻胶的形貌。本发明使用的刻蚀参数为：压强pressure为5mtorr，ICP功率为100w，RIE功率为50w，CHF3：SF6＝2：1。
12.去胶：将片源依次放入丙酮、IPA、去离子水中超声10min，氮气枪吹干。最终得到闪耀光栅压印模板7。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种电子束光刻制备亚微米闪耀光栅压印模板的方法，其特征在于，包括：
S1、在片源上涂胶；
S2、电子束曝光；利用EBL曝光多组等线宽的孤立线条，曝光剂量为从小到大等步长变化；
S3、显影；在显影液MIBK:IPA＝1:1中显影60s，定影液IPA中定影30s，将片源吹干；
S4、SEM表征；利用SEM对线条位置的剩余胶厚进行表征，获得剩余胶厚与剂量的变化关系，即对比度曲线；
S5、制作曝光版图；利用L-edit软件画图，将闪耀光栅的一个周期p分成n个连续的线条，其中第1个至第n-1个线条的宽度为5nm，第n个线条的宽度小于5nm，将这n个线条命名为n个不同的图层，一一对应；
S6、Beamer软件模拟曝光剂量；根据需要制备闪耀光栅的闪耀角、周期和高度参数，对应出S5中每个线条位置的理论高度；根据对比度曲线和每个线条期望的剩余胶厚，得出每个线条对应的剂量值；再利用Beamer软件的3D PEC功能，加入邻近效应的影响，调整合适的背散射和前散射系数，模拟出每个线条的曝光剂量；
S7、二次涂胶；先将硅片放在热板上180℃烘烤5min，然后在硅片上旋涂400nm厚的PMMA950，再在热板上170℃烘烤2min；
S8、二次电子束曝光；按照S6中Beamer软件模拟的每个图层的剂量进行电子束曝光；
S9、二次显影；在显影液MIBK:IPA＝1:1中显影60s，定影液IPA中定影30s，将片源吹干；
S10、坚膜；在120℃热板上烘烤1min；
S11、ICP刻蚀：调整刻蚀参数使得PMMA 950和硅的刻蚀选择比接近1：1，从而让硅片复制光刻胶的形貌；
S12、去胶：将片源依次放入丙酮、IPA、去离子水中超声10min，吹干。
2.根据权利要求1所述的电子束光刻制备亚微米闪耀光栅压印模板的方法，其特征在于：S1具体为：所述片源为硅片，先将硅片放在热板上180℃烘烤5min，然后在硅片上旋涂400nm厚的PMMA 950，再在热板上170℃烘烤2min。
3.根据权利要求1所述的电子束光刻制备亚微米闪耀光栅压印模板的方法，其特征在于，在S2中，线宽为5nm。
4.根据权利要求1所述的电子束光刻制备亚微米闪耀光栅压印模板的方法，其特征在于，在S6中，闪耀光栅每个线条位置的理论高度即是该位置期望的剩余胶厚。
5.根据权利要求1所述的电子束光刻制备亚微米闪耀光栅压印模板的方法，其特征在于，在S11中，刻蚀参数为：压强pressure为5mtorr，ICP功率为100w，RIE功率为50w，CHF3：SF6＝2：1。
6.根据权利要求1所述的电子束光刻制备亚微米闪耀光栅压印模板的方法，其特征在于，吹干采用氮气枪实现。
7.一种电子束光刻制备亚微米闪耀光栅压印模板，其特征在于，由权利要求1-6任一项所述电子束光刻制备亚微米闪耀光栅压印模板的方法得到。
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