專利名稱：制備大高寬比衍射光學(xué)元件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子和光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種制備大高寬比衍射光學(xué)元件的方法。
背景技術(shù)：
常見的衍射光學(xué)元件有波帶片、光子篩、光柵等。在能量很高的射線領(lǐng)域，只有吸收體的厚度達(dá)到一定的值才可以吸收相應(yīng)射線，所以制備大高寬比的衍射光學(xué)元件具有重要意義。而在通常情況下，高寬比大于4的衍射光學(xué)元件可以稱作大高寬比衍射光學(xué)元件。傳統(tǒng)大高寬比衍射光學(xué)元件制作過程主要包括以下步驟步驟一，在涂膠的襯底上曝光；步驟二，對旋涂的光刻膠進(jìn)行顯影；步驟三，顯影完成之后，從顯影液中拿出襯底在吹干的過程中，高寬比很大的圖形光刻膠容易受到顯影液的表面張力的影響而倒塌。在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人意識到現(xiàn)有技術(shù)存在如下缺陷在衍射光學(xué)元件的制備過程中，由于光刻膠結(jié)構(gòu)受顯影液的張力影響很大，很容易倒塌，很難制備出大高寬比的衍射光學(xué)元件。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題為解決上述缺陷，本發(fā)明提供了一種制備大高寬比衍射光學(xué)元件的方法，以制備出大高寬比的衍射光學(xué)元件。(二)技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種制備大高寬比衍射光學(xué)元件的方法。該方法包括在支撐結(jié)構(gòu)上交叉旋涂增粘劑和電子束抗蝕劑至預(yù)設(shè)厚度，形成多層夾心結(jié)構(gòu)，其中，增粘劑用于增強(qiáng)其兩側(cè)電子束抗蝕劑的強(qiáng)度；對支撐結(jié)構(gòu)上所旋涂的若干層增粘劑和電子束抗蝕劑進(jìn)行電子束刻蝕、顯影，將衍射光學(xué)元件的圖形轉(zhuǎn)移至電子束抗蝕劑；在顯影形成的空隙中沉積待制備材料，去除殘留的電子束抗蝕劑，形成大高寬比衍射光學(xué)元件。優(yōu)選地，本發(fā)明制備大高寬比衍射光學(xué)元件的方法中，增粘劑和電子束抗蝕劑的厚度比介于I : 20至I : 40之間。最優(yōu)地，增粘劑為六甲基二硅氮烷HMDS增粘劑，電子束抗蝕劑為ZEP520A，HMDS增粘劑的厚度為5_10nm ；ZEP520A電子束抗蝕劑的厚度為200nm。優(yōu)選地，本發(fā)明制備大高寬比衍射光學(xué)元件的方法中，在支撐結(jié)構(gòu)上依次旋涂若干層增粘劑和電子束抗蝕劑的步驟包括通過控制旋涂裝置的轉(zhuǎn)速，來獲取預(yù)設(shè)厚度的增粘劑層和電子束抗蝕劑層。優(yōu)選地，本發(fā)明制備大高寬比衍射光學(xué)元件的方法中，在支撐結(jié)構(gòu)上依次旋涂若干層增粘劑和電子束抗蝕劑的步驟之前還包括在襯底上，旋涂自支撐層，自支撐層經(jīng)過熱處理形成具有預(yù)設(shè)機(jī)械強(qiáng)度的自支撐薄膜；利用濕法刻蝕在將要進(jìn)行電子束刻蝕、顯影的位置進(jìn)行襯底刻蝕，鏤空的自支撐薄膜形成支撐結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，本發(fā)明制備大高寬比衍射光學(xué)元件的方法中，襯底為Si襯底，自支撐層為聚酰亞胺層。聚酰亞胺層的厚度為1-2 μ m。優(yōu)選地，本發(fā)明制備大高寬比衍射光學(xué)元件的方法中，在支撐結(jié)構(gòu)上依次旋涂若干層增粘劑和電子束抗蝕劑的步驟之前還包括在支撐結(jié)構(gòu)上蒸鍍電鍍種子層；在顯影形成的空隙中沉積待制備材料的步驟包括采用微電鍍方法，在電鍍種子層上電鍍待制備金屬材料。優(yōu)選地，本發(fā)明制備大高寬比衍射光學(xué)元件的方法中，電鍍種子層自支撐結(jié)構(gòu)向上依次為鉻和金；待制備金屬材料為金。電鍍種子層中，鉻層的厚度為5nm ;金層的厚度為 IOnm0(三)有益效果本發(fā)明中，采用增粘劑和電子束抗蝕劑相結(jié)合的方式，提高了電子束抗蝕劑的強(qiáng)度，增強(qiáng)了其抗倒塌性能。此外，采用自支撐薄膜形成的鏤空襯底可以減少電子束背散射。 本發(fā)明的方法具有穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)，且與傳統(tǒng)的光刻工藝兼容，有利于其推廣應(yīng)用。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例制備大高寬比衍射光學(xué)元件方法的流程圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例制備大高寬比衍射光學(xué)元件方法的示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。在本發(fā)明的一示例性實(shí)施例中，提供了一種制備大高寬比衍射光學(xué)元件的方法。 圖I為本發(fā)明實(shí)施例制備大高寬比衍射光學(xué)元件方法的流程圖。如圖I所示，該方法包括步驟S102，在支撐結(jié)構(gòu)上交叉旋涂增粘劑和電子束抗蝕劑至預(yù)設(shè)厚度，形成多層夾心結(jié)構(gòu)，其中，增粘劑用于增強(qiáng)其兩側(cè)電子束抗蝕劑的強(qiáng)度；步驟S104，對支撐結(jié)構(gòu)上所旋涂的若干層增粘劑和電子束抗蝕劑進(jìn)行電子束刻蝕、顯影，將衍射光學(xué)元件的圖形轉(zhuǎn)移至電子束抗蝕劑；步驟S106，在顯影形成的空隙中沉積待制備材料，去除殘留的電子束抗蝕劑，形成大高寬比衍射光學(xué)元件。本實(shí)施例中，為了防止電子束抗蝕劑過厚而影響其強(qiáng)度而造成的倒塌，采用增粘劑和電子束抗蝕劑相結(jié)合的方式，提高了電子束抗蝕劑的強(qiáng)度，增強(qiáng)了其抗倒塌性能。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，增粘劑和電子束抗蝕劑的厚度比介于I : 20至I : 40 之間。其中，增粘劑為5-10nm的六甲基二娃氮燒(Hexamethyldisilizane,簡稱HMDS)增粘劑，電子束抗蝕劑為200nm的ZEP520A。HMDS可以增大抗蝕劑同襯底的接觸角，使得抗蝕劑同襯底的附著性更好，提高抗倒塌能力。電子束抗蝕劑ZEP520A有非常高的分辨率，并且同其它的電子束抗蝕劑如PMMA相比，所需曝光劑量要小很多，因此在提高曝光效率上有很大的優(yōu)勢。在支撐結(jié)構(gòu)上依次旋涂若干層增粘劑和電子束抗蝕劑的步驟包括通過控制旋涂裝置的轉(zhuǎn)速，來獲取預(yù)設(shè)厚度的增粘劑層和電子束抗蝕劑層。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，為了電子束刻蝕的需要，支撐結(jié)構(gòu)采用鏤空的結(jié)構(gòu)。具體來講，在支撐結(jié)構(gòu)上依次旋涂若干層增粘劑和電子束抗蝕劑的步驟之前還包括步驟SlOla，在襯底上，旋涂自支撐層，自支撐層經(jīng)過熱處理形成具有預(yù)設(shè)機(jī)械強(qiáng)度的自支撐薄膜；步驟SlOlb，利用濕法刻蝕在將要進(jìn)行電子束刻蝕、顯影的位置進(jìn)行襯底刻蝕，鏤空的自支撐薄膜形成支撐結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中，襯底為Si襯底，自支撐層為聚酰亞胺層。聚酰亞胺層的厚度為 1-2 μ m,并且具有一定的機(jī)械強(qiáng)度。聚酰亞胺薄膜要平整，保證電子束直寫過程中抗蝕劑在同一焦面，且對刻蝕用電子束的背散射程度降到最低。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，采用電鍍的沉積方式進(jìn)行衍射光學(xué)元件的制備。具體來講，在支撐結(jié)構(gòu)上依次旋涂若干層增粘劑和電子束抗蝕劑的步驟之前還包括在支撐結(jié)構(gòu)上蒸鍍電鍍種子層；在顯影形成的空隙中沉積待制備材料的步驟包括采用微電鍍方法，在電鍍種子層上電鍍待制備金屬材料。其中，電鍍種子層自支撐結(jié)構(gòu)向上依次為鉻和金；鉻層的厚度為5nm ;金層的厚度為10nm。待制備金屬材料為金。電鍍種子層可以保證制備的金薄膜層具有良好的導(dǎo)電性； 而鉻層增加金層和聚酰亞胺薄膜的粘覆性。以下將用具體的實(shí)現(xiàn)方式來描述本發(fā)明。需要說明的是，以下實(shí)施例中各技術(shù)特征僅用于說明本發(fā)明，而并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。圖2為本發(fā)明實(shí)施例制備大高寬比衍射光學(xué)元件方法的示意圖。如圖2所示，本實(shí)施例的方法包括步驟S202，在硅襯底上，旋涂1-2 μ m聚酰亞胺(PI)自支撐層，經(jīng)過熱處理形成薄膜；利用濕法腐蝕形成聚酰亞胺薄膜窗口 ；在聚酰亞胺薄膜面電子束蒸發(fā)5nm鉻和IOnm 金，作為下一步電鍍的導(dǎo)電層，如圖步驟S202所示；步驟S204，在導(dǎo)電層上依次旋涂若干層5-10nm的HMDS增粘劑和200nm厚的電子束抗蝕劑ZEP520A，使抗蝕劑形成夾心層結(jié)構(gòu)，如圖步驟S204所示；步驟S206，利用電子束光刻直寫光學(xué)元件圖形，并顯影形成衍射光學(xué)元件抗蝕劑圖形，如圖步驟S206所示；步驟S208，利用微電鍍技術(shù)將金層轉(zhuǎn)移到抗蝕劑中，如圖步驟S208所示；步驟S210，利用甲基丙烯酸甲酯去除ZEP520A抗蝕劑，形成金屬圖形，如圖步驟 S210所示；步驟S212，利用氬Ar等離子體反應(yīng)刻蝕，去除導(dǎo)電層，最終形成大高寬比衍射光學(xué)元件，如圖步驟S212所示。綜上所述，本發(fā)明提供的這種采用薄膜襯底減少電子束背散射和多層膠相結(jié)合的方法，有效增強(qiáng)了抗蝕劑的抗倒塌性能，可以制備出高寬比可以達(dá)到10 I以上的衍射光學(xué)元件。這種方法具有穩(wěn)定可靠且與傳統(tǒng)的光刻工藝兼容的優(yōu)點(diǎn)。以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制備大高寬比衍射光學(xué)元件的方法，其特征在于，該方法包括在支撐結(jié)構(gòu)上交叉旋涂增粘劑和電子束抗蝕劑至預(yù)設(shè)厚度，形成多層夾心結(jié)構(gòu)，其中， 所述增粘劑用于增強(qiáng)其兩側(cè)電子束抗蝕劑的強(qiáng)度；對所述支撐結(jié)構(gòu)上所旋涂的若干層增粘劑和電子束抗蝕劑進(jìn)行電子束刻蝕、顯影，將衍射光學(xué)元件的圖形轉(zhuǎn)移至所述電子束抗蝕劑；在所述顯影形成的空隙中沉積待制備材料，去除殘留的電子束抗蝕劑，形成大高寬比衍射光學(xué)元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備大高寬比衍射光學(xué)元件的方法，其特征在于，所述增粘劑和所述電子束抗蝕劑的厚度比介于I : 20至I : 40之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備大高寬比衍射光學(xué)元件的方法，其特征在于，所述增粘劑為六甲基二硅氮烷HMDS增粘劑，所述電子束抗蝕劑為ZEP520A ;所述HMDS增粘劑的厚度為5-10nm ;所述ZEP520A電子束抗蝕劑的厚度為200nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備大高寬比衍射光學(xué)元件的方法，其特征在于，所述在支撐結(jié)構(gòu)上依次旋涂若干層增粘劑和電子束抗蝕劑的步驟包括通過控制旋涂裝置的轉(zhuǎn)速， 來獲取預(yù)設(shè)厚度的增粘劑層和電子束抗蝕劑層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的制備大高寬比衍射光學(xué)元件的方法，其特征在于，所述在支撐結(jié)構(gòu)上依次旋涂若干層增粘劑和電子束抗蝕劑的步驟之前還包括在襯底上，旋涂自支撐層，所述自支撐層經(jīng)過熱處理形成具有預(yù)設(shè)機(jī)械強(qiáng)度的自支撐薄膜；利用濕法刻蝕在將要進(jìn)行所述電子束刻蝕、顯影的位置進(jìn)行襯底刻蝕，所述鏤空的自支撐薄膜形成所述支撐結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備大高寬比衍射光學(xué)元件的方法，其特征在于，所述襯底為Si襯底，所述自支撐層為聚酰亞胺層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的制備大高寬比衍射光學(xué)元件的方法，其特征在于，所述聚酰亞胺層的厚度為1-2 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備大高寬比衍射光學(xué)元件的方法，其特征在于，所述在支撐結(jié)構(gòu)上依次旋涂若干層增粘劑和電子束抗蝕劑的步驟之前還包括在所述支撐結(jié)構(gòu)上蒸鍍電鍍種子層；所述在顯影形成的空隙中沉積待制備材料的步驟包括采用微電鍍方法，在所述電鍍種子層上電鍍待制備金屬材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備大高寬比衍射光學(xué)元件的方法，其特征在于，所述電鍍種子層自所述支撐結(jié)構(gòu)向上依次為鉻和金；所述待制備金屬材料為金。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備大高寬比衍射光學(xué)元件的方法，其特征在于，所述電鍍種子層中，所述鉻層的厚度為5nm ;所述金層的厚度為10nm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備大高寬比衍射光學(xué)元件的方法。該方法包括在支撐結(jié)構(gòu)上交叉旋涂增粘劑和電子束抗蝕劑至預(yù)設(shè)厚度，形成多層夾心結(jié)構(gòu)，其中，增粘劑用于增強(qiáng)其兩側(cè)電子束抗蝕劑的強(qiáng)度；對支撐結(jié)構(gòu)上所旋涂的若干層增粘劑和電子束抗蝕劑進(jìn)行電子束刻蝕、顯影，將衍射光學(xué)元件的圖形轉(zhuǎn)移至電子束抗蝕劑；在顯影形成的空隙中沉積待制備材料，去除殘留的電子束抗蝕劑，形成大高寬比衍射光學(xué)元件。本發(fā)明制備大高寬比衍射光學(xué)元件的方法中，采用增粘劑和電子束抗蝕劑相結(jié)合的方式，提高了電子束抗蝕劑的強(qiáng)度，增強(qiáng)了其抗倒塌性能。
文檔編號G03F7/00GK102608863SQ20111002735
公開日2012年7月25日 申請日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者史麗娜, 朱效立, 李海亮, 謝常青 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所