制具有纳米尺度的大面积由金属膜覆盖的金属结构的方法

摘要

本发明涉及一种制作具有纳米尺度的大面积由金属膜覆盖的金属结构的方法，采用清洗干净的基片，在该基片上涂覆底层电子束抗蚀剂PMMA，经前烘再旋涂顶层抗蚀剂HSQ层，根据所需的金属结构图形进行图形曝光；再对曝光图形显影及定影；进一步反应离子刻蚀产生具有底切结构的抗蚀剂结构；金属层的沉积和利用溶脱剥离工艺实现最终的金属结构。该方法采用目前分辨率最高的负性电子束抗蚀剂HSQ及剥离效果好的正性电子束抗蚀剂PMMA相结合的双层抗蚀剂工艺，并且通过控制刻蚀的条件来精确的控制双层抗蚀剂的剖面结构，形成有利于剥离的具有底切结构的负性抗蚀剂图形。该方法是一种高效具有加工时间短、分辨率高、可靠的在基片上制作大面积金属覆盖纳米尺度结构的方法。

主权项

1. 一种制具有纳米尺度的大面积由金属膜覆盖的金属结构的方法，包括以下步骤：1)基片的选择及清洗：选定要加工金属结构图形所用的基片，并对所选定的基片进行相应材料的清洗，之后将清洗完的基片在热板上烘烤，以去除基片表面的水；2)电子束抗蚀剂的涂覆：将步骤1)清洗好的基片放入涂胶机里，采用旋涂的方式首先将底层电子束抗蚀剂PMMA涂覆在基片表面，旋涂的转速为1000-5000rpm，或多次旋涂，旋涂的底层PMMA抗蚀剂层的厚度至少为所需金属膜厚度的一倍，然后对旋涂有底层PMMA抗蚀剂的基片进行前烘烤，其中前烘的温度为150-180℃，烘烤1-5分钟；然后将烘烤后的基片再次放入旋涂设备中，再进行顶层HSQ抗蚀剂层的涂覆，该HSQ抗蚀剂层的厚度为50～200nm；旋涂后再将基片进行前烘；其中对于HSQ抗蚀剂层的前烘温度为160-200℃，烘烤时间为2-5分钟；3)结构图形的设计：根据所需的金属结构图形设计曝光图形，曝光图形是非金属覆盖区域的图形；4)图形的曝光和显影及定影：将步骤2)涂好PMMA抗蚀剂层和HSQ抗蚀剂层的基片放入电子束曝光设备，其中曝光电压根据电子束抗蚀剂的厚度在1keV-30keV之间进行调节，光阑选值为7.5、10、20、30、60或120微米；将曝光后的基片进行显影及定影，得到具有HSQ抗蚀剂的图形；其中显影液为2.5％的四甲基氢氧化铵，显影时间为1分钟，定影采用去离子水清洗10秒，再用干燥氮气吹干；5)反应离子刻蚀产生具有底切结构的抗蚀剂结构：将步骤4)具有HSQ抗蚀剂图形的基片放入反应离子刻蚀设备中，利用顶层HSQ抗蚀剂层做掩膜，采用氧气等离子体对底层的PMMA抗蚀剂层进行刻蚀，得到所需要的底切结构；其中采用氧气的流量为20sccm-50sccm、刻蚀压力为20mTorr-50mTorr、刻蚀功率采用100W，刻蚀时间为120秒钟-300秒钟；6)金属膜的沉积：将步骤5)得到的具有底切结构的负性抗蚀剂图形的基片，放到金属沉积薄膜设备中进行金属膜层的沉积，沉积金属层厚度为底层PMMA抗蚀剂层厚度的1/3～1/2；7)利用溶脱剥离工艺实现最终的金属结构：将镀好金属膜的样品放入装有丙酮的容器内，浸泡约10分钟左右，并不时晃动容器使抗蚀剂上面的金属膜随电子束抗蚀剂一起脱落，从而在基片上得到具有纳米尺度的大面积由金属膜覆盖的金属结构。