專利名稱：一種利用兩次膜層沉積和濕法腐蝕制備半圓柱形微細(xì)溝槽的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半圓柱形微細(xì)溝槽的制備方法，尤其涉及一種利用兩次膜層沉積
和濕法腐蝕制備半圓柱形微細(xì)溝槽的方法。
背景技術(shù)：
微/納元件尤其是微/納光學(xué)元件，在科研、軍事、民用等領(lǐng)域都具有巨大的應(yīng)用 潛力。微米和亞微米半圓柱形微細(xì)溝槽的制備是研究的難點(diǎn)。半圓柱形微細(xì)溝槽是制備一 些復(fù)雜結(jié)構(gòu)的微/納光學(xué)元件的基礎(chǔ)。半圓柱形微細(xì)溝槽具有廣闊的應(yīng)用前景，例如，應(yīng)用 于超分辨成像、SPP納米光刻等方面。 半圓柱型槽的制備方法一類是灰度曝光刻蝕，利用不同區(qū)域光刻膠的曝光劑量的 不同使曝光區(qū)域的結(jié)構(gòu)圖形達(dá)到所要求的形狀，再通過刻蝕將圖形轉(zhuǎn)移到襯底上。如灰度 掩模光刻、移動(dòng)掩模光刻等，這些方法適合加工直徑3微米以上的半圓柱型槽結(jié)構(gòu)，其缺點(diǎn) 是很難制備更小特征尺寸的結(jié)構(gòu)。 一些SPP器件需要半圓柱形微細(xì)溝槽結(jié)構(gòu)的直徑為微米 級(jí)甚至百納米級(jí)。電子束、離子束等直寫設(shè)備雖然能夠制備該尺寸的圖形，但其費(fèi)用昂貴且 加工面積僅有微米量級(jí)，難以滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。本方法則只需要使用常規(guī)的薄膜沉積 技術(shù)、光刻技術(shù)、濕法刻蝕技術(shù)，就可以制備得到寬度為一百納米到二微米的細(xì)狹縫和直徑 寬度范圍為700納米到2. 5微米，深度范圍為350納米到1. 25微米的的半圓柱形微細(xì)溝槽。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有微細(xì)加工制作的限制之處，提出一種利用 兩次膜層沉積和濕法腐蝕制備半圓柱形微細(xì)溝槽的方法，該方法只需要采用常規(guī)的薄膜沉 積技術(shù)、光刻技術(shù)、濕法刻蝕技術(shù)，就可以制備得到直徑寬度范圍為700納米到2. 5微米，深 度范圍為350納米到1. 25微米的半圓柱形微細(xì)溝槽。 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種利用兩次膜層沉積和濕法腐蝕 制備半圓柱形微細(xì)溝槽的方法，步驟如下 (1)采用磁控濺射技術(shù)或蒸鍍技術(shù)在石英襯底上沉積膜層，在所述膜層上涂布光 刻膠；石英襯底的厚度為200 3000 y m，膜層的厚度為20 300nm，光刻膠的厚度為100 2000nm ; (2)采用光刻技術(shù)在光刻膠上制備線寬為1微米以上的線條結(jié)構(gòu)； (3)利用光刻膠圖形作掩蔽和濕法腐蝕各向同性的特點(diǎn)，使用腐蝕液刻蝕掉光刻
膠線條邊緣下方的部分膜層，形成寬度范圍在100 1000nm的空氣間隙； (4)在所述步驟(3)后得到的結(jié)構(gòu)表面再次沉積相同材料的膜層，去除光刻膠后
得到對(duì)應(yīng)于空氣間隙寬度的狹縫； (5)以所述步驟(1)和所述步驟(4)沉積的膜層為掩蔽，通過狹縫，以襯底腐蝕溶 液對(duì)襯底進(jìn)行各向同性腐蝕，得到直徑寬度范圍為700納米到2. 5微米，深度范圍為350納
3米到1. 25微米的半圓柱形微細(xì)溝槽。 所述步驟(1)中的膜層為金屬、硅或有機(jī)膜層，該膜層在后續(xù)的濕法腐蝕石英工 藝中將起到掩蔽作用。 所述步驟(3)中，所述腐蝕液為去鉻液，溫度為20。 25° ，濕法腐蝕鉻層的時(shí)間 為3 10分鐘。所述步驟(5)中的對(duì)襯底進(jìn)行濕法腐蝕時(shí)需不斷攪拌襯底腐蝕溶液。
所述步驟(5)中，所述腐蝕液為氫氟酸緩沖液，溫度為20。 25° ，濕法腐蝕鉻層 的時(shí)間為10 30分鐘。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明只需要采用常規(guī)的薄膜沉積技術(shù)、光 刻技術(shù)、濕法刻蝕技術(shù)，就可以制備得到直徑寬度范圍為700納米到2. 5微米，深度范圍為 350納米到1. 25微米的半圓柱形微細(xì)溝槽；僅需要采用常規(guī)的薄膜沉積技術(shù)、光刻技術(shù)、濕 法刻蝕技術(shù)，可極大降低半圓柱形微細(xì)溝槽的制備成本；本發(fā)明可大面積加工，制備的半圓 柱形溝槽微結(jié)構(gòu)的分布面積最大可以達(dá)到上百平方厘米；為微/納元器件的加工提供了一 種精確、新穎、方便、高效的加工途徑。


圖1為本發(fā)明方法的流程圖； 圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中，在石英襯底表面鍍鉻膜和涂布光刻膠后的剖面結(jié)構(gòu)示 意圖； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例1中，采用常規(guī)光刻設(shè)備制作的寬線條圖形的剖面結(jié)構(gòu)示意 圖； 圖4是本發(fā)明實(shí)施例1中，對(duì)襯底表面的鉻膜進(jìn)行濕法腐蝕后得到的微結(jié)構(gòu)圖形 的剖面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本發(fā)明實(shí)施例1中，在圖3所示的結(jié)構(gòu)上濺射50nm厚的鉻層后得到的剖面 結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是本發(fā)明實(shí)施例1中，采用LIFT OFF工藝去除光刻膠后得到的剖面結(jié)構(gòu)示意 圖； 圖7是本發(fā)明實(shí)施例1中，將圖5中的結(jié)構(gòu)置于氫氟酸緩沖液中進(jìn)行各向同性腐 蝕得到的半圓柱形微細(xì)溝槽的剖面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖8是本發(fā)明實(shí)施例1中，去除鉻膜，得到的半圓柱形微細(xì)溝槽的剖面結(jié)構(gòu)示意 圖。
圖中1代表襯底材料石英；2代表鉻膜材料；3代表光刻膠。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
詳細(xì)介紹本發(fā)明。但以下的實(shí)施例僅限于解釋本發(fā) 明，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)包括權(quán)利要求的全部?jī)?nèi)容，而且通過以下實(shí)施例對(duì)領(lǐng)域的技術(shù)人 員即可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明權(quán)利要求的全部?jī)?nèi)容。 實(shí)施例l，制作直徑1微米的半圓柱形微細(xì)溝槽，制作過程如圖1所示，具體如下
(1)選擇厚度為360微米的石英片作為襯底；采用磁控濺射技術(shù)在襯底表面沉積 一層100納米厚的金屬鉻層，在鉻層上涂布厚度為1. 1微米的AR-P3100光刻膠(如圖2所示)。
(2)通過曝光、顯影、堅(jiān)模，在光刻膠上制備出如圖3所示的線條結(jié)構(gòu)。
(3)如圖4所示，利用光刻膠圖形作掩蔽和濕法腐蝕各向同性的特點(diǎn)，使用腐蝕液 刻蝕掉光刻膠線條圖形邊緣下方的金屬鉻層。腐蝕液為去鉻液，其配比為100ml水，13ml高 氯酸，50g的硝酸四銨，腐蝕溫度為23t:，濕法腐蝕鉻層的時(shí)間為3分30秒，得到的空氣間 隙的寬度為200納米。 (4)在濕法腐蝕后的結(jié)構(gòu)表面再次沉積鉻膜(如圖5所示)，去除光刻膠以及第二 次鍍鉻中附著于光刻膠上的鉻膜，得到如圖6所示的和空氣間隙相同寬度的鉻膜狹縫。
(5)通過鉻膜狹縫，以氫氟酸緩沖液對(duì)襯底進(jìn)行各向同性腐蝕(如圖7所示)，腐 蝕液中氫氟酸和氟化銨的摩爾比為l : 6，溫度為23t:，濕法腐蝕石英的時(shí)間為12分鐘。用 去鉻液去除殘留的掩蔽膜層，得到如圖8所示的直徑為1微米，深度為500納米的半圓柱形 微細(xì)溝槽。 實(shí)施例2制作直徑700納米的半圓柱形微細(xì)溝槽，制作過程如圖1所示，具體如 下 (1)選擇厚度為1000微米的石英片作為襯底；采用磁控濺射技術(shù)在襯底表面沉積 一層50納米厚的金屬鉻層，在鉻膜上涂布厚度為1. 1微米的AR-P3100光刻膠(如圖2所示)。 (2)通過曝光、顯影、堅(jiān)模，在光刻膠上制備出如圖3所示的線條結(jié)構(gòu)。 (3)如圖4所示，利用光刻膠圖形作掩蔽和濕法腐蝕各向同性的特點(diǎn)，使用腐蝕液
刻蝕掉光刻膠線條圖形邊緣下方的金屬鉻層。腐蝕液為去鉻液，其配比為100ml水，13ml高
氯酸，50g的硝酸四銨，腐蝕溫度為23t:，濕法腐蝕鉻層的時(shí)間為2分，得到的空氣間隙的寬
度為150納米。 (4)在濕法腐蝕后的結(jié)構(gòu)表面再次沉積鉻膜(如圖5所示)，去除光刻膠以及第二 次鍍鉻中附著于光刻膠上的鉻膜，得到如圖6所示的和空氣間隙相同寬度的鉻膜狹縫。實(shí) 施例應(yīng)給出具體的鉻膜狹縫寬度。 (5)通過狹縫，以氫氟酸緩沖液對(duì)襯底進(jìn)行各向同性腐蝕(如圖7所示)，腐蝕液 中氫氟酸和氟化銨的摩爾比為l : 6，溫度為23t:，濕法腐蝕石英的時(shí)間為7分鐘。用去鉻 液去除殘留的掩蔽膜層，得到如圖8所示的直徑寬度范圍為700納米，深度范圍350納米的 半圓柱形微細(xì)溝槽。 實(shí)施例3制作直徑2微米的半圓柱形微細(xì)溝槽，制作過程如圖1所示，具體如下
(1)選擇厚度為1000微米的石英片作為襯底；采用磁控濺射技術(shù)在襯底表面沉積 一層150納米厚的金屬鉻層，在鉻膜上涂布厚度為1. 1微米的AR-P3100光刻膠(如圖2所示)。 (2)通過曝光、顯影、堅(jiān)模，在光刻膠上制備出如圖3所示的線條結(jié)構(gòu)。 (3)如圖4所示，利用光刻膠圖形作掩蔽和濕法腐蝕各向同性的特點(diǎn)，使用腐蝕液
刻蝕掉光刻膠線條圖形邊緣下方的金屬鉻層。腐蝕液為去鉻液，其配比為100ml水，13ml高
氯酸，50g的硝酸四銨，腐蝕溫度為23t:，濕法腐蝕鉻層的時(shí)間為5分鐘，得到的空氣間隙的
寬度為400納米。 (4)在濕法腐蝕后的結(jié)構(gòu)表面再次沉積鉻膜(如圖5所示)，去除光刻膠以及第二次鍍鉻中附著于光刻膠上的鉻膜，得到如圖6所示的和空氣間隙相同寬度的狹縫。
(5)通過狹縫，以氫氟酸緩沖液對(duì)襯底進(jìn)行各向同性腐蝕(如圖7所示)，腐蝕液 中HF和NH4F的摩爾比為1 : 6，溫度為23t:，濕法腐蝕石英的時(shí)間為30分鐘。用去鉻液 去除殘留的掩蔽膜層，得到如圖8所示的直徑寬度為2微米，深度為l微米的半圓柱形微細(xì) 溝槽。 本發(fā)明未詳細(xì)闡述的部分屬于本領(lǐng)域的公知常識(shí)。
權(quán)利要求
一種利用兩次膜層沉積和濕法腐蝕制備半圓柱形微細(xì)溝槽的方法，其特征在于步驟如下(1)采用磁控濺射技術(shù)或蒸鍍技術(shù)在石英襯底上沉積膜層，在所述膜層上涂布光刻膠，石英襯底的厚度為200～2000μm，膜層的厚度為20～300nm，光刻膠的厚度為100～2000nm；(2)采用光刻技術(shù)在光刻膠上制備線寬為1微米以上的線條結(jié)構(gòu)；(3)利用光刻膠圖形作掩蔽和濕法腐蝕各向同性的特點(diǎn)，使用腐蝕液刻蝕掉光刻膠線條邊緣下方的部分膜層，形成寬度范圍在100～1000nm的空氣間隙；(4)在所述步驟(3)后得到的結(jié)構(gòu)表面再次沉積相同材料的膜層，去除光刻膠后得到對(duì)應(yīng)于空氣間隙寬度的膜層狹縫；(5)以所述步驟(1)和所述步驟(4)沉積的膜層為掩蔽，通過膜層狹縫，以襯底腐蝕溶液對(duì)襯底進(jìn)行各向同性腐蝕，得到直徑寬度范圍為700納米到2.5微米，深度范圍為350納米到1.25微米的半圓柱形微細(xì)溝槽。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用兩次膜層沉積和濕法腐蝕制備半圓柱形微細(xì)溝槽 的方法，其特征在于所述步驟(1)中的膜層為金屬、硅或有機(jī)膜層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用兩次膜層沉積和濕法腐蝕制備半圓柱形微細(xì)溝槽 的方法，其特征在于所述步驟(3)中，所述腐蝕液為去鉻液，溫度為20。 25° ，濕法腐蝕 鉻層的時(shí)間為3 IO分鐘。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用兩次膜層沉積和濕法腐蝕制備半圓柱形微細(xì)溝槽 的方法，其特征在于所述步驟(5)中的對(duì)襯底進(jìn)行濕法腐蝕時(shí)需不斷攪拌襯底腐蝕溶液。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用兩次膜層沉積和濕法腐蝕制備半圓柱形微細(xì)溝槽 的方法，其特征在于所述步驟(5)中，所述腐蝕液為氫氟酸緩沖液，溫度為20。 25° ，濕 法腐蝕石英襯底的時(shí)間為10 30分鐘。
全文摘要
一種利用兩次膜層沉積和濕法腐蝕制備半圓柱形微細(xì)溝槽的方法步驟為采用常規(guī)技術(shù)在石英襯底上沉積膜層，在膜層上涂布光刻膠，進(jìn)行光刻、顯影、堅(jiān)模；利用光刻膠圖形作掩蔽和濕法腐蝕各向同性的特點(diǎn)，使用腐蝕液刻蝕掉光刻膠圖形邊緣下方的膜層，形成一定寬度的空氣間隙；濕法腐蝕后得到的結(jié)構(gòu)表面再次沉積相同材料的膜層，去除光刻膠后得到和空氣間隙寬度相同的狹縫；再利用膜層為掩蔽，通過狹縫，使用氫氟酸緩沖液對(duì)石英襯底進(jìn)行各向同性腐蝕，得到半圓柱形微細(xì)溝槽。該方法不需要電子束、粒子束、干法刻蝕等昂貴的設(shè)備就可制備得到寬度范圍在700納米到2.5微米的狹縫，通過控制濕法腐蝕的條件進(jìn)而得到直徑寬度范圍為700納米到2.5微米，深度范圍為350納米到1.25微米的半圓柱形微細(xì)溝槽。
文檔編號(hào)B81C1/00GK101723307SQ20091024354
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者馮沁, 劉凱鵬, 劉堯, 劉玲, 潘麗, 王長(zhǎng)濤, 羅先剛, 邢卉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所