[发明专利]一种用于制备金属/介质纳米多层膜高质量断面的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米光刻加工技术领域，具体涉及一种基于离子束来提高金属/介质纳米多层膜断面图形质量的方法。

背景技术

多层膜通常是由两种或多种材料交替沉积得到人工结构材料，其广泛应用于物理、化学、生物、信息技术等领域。而金属/介质纳米多层膜是众多多层膜结构中的一种。金属/介质纳米多层膜在光刻技术（如极紫外光刻反射镜、超分辨成像光刻器件）领域起到了重要的作用。

极紫外光刻反射镜中每层金属与介质的厚度及粗糙度对其反射效率有很大的影响，进而影响极紫外光刻系统的光刻性能；同样，超分辨成像器件中的每层膜层厚度、膜层粗糙度等对光刻质量也有很大的影响。对多层膜断面进行分析，可直观地反应每层膜层的厚度与质量。

一般情况下，制备金属/介质纳米多层膜断面是通过玻璃刀在多层膜的基底上划痕，再用手掰开而制备。但是，由于不同材料的应力不同，在掰开的过程中容易对膜层造成损伤，易产生膜层断裂、边缘不整齐等问题，进而影响对多层膜中每层膜层质量的准确判断。为了提高金属/介质纳米多层膜断面的质量，我们采用离子束刻蚀设备来制备边缘整体的多层膜高质量断面。离子束流之所以能刻蚀出边缘整齐的断面，是因为其以物理轰击的作用来刻蚀样品，轰击过程具有较好的各向异性。

此外，也可采用先进的聚焦粒子束设备来制备金属纳米多层膜高质量断面，但该设备价格昂贵，用其制备金属/介质纳米多层膜高质量断面成本高。然而，用光刻胶做掩蔽层，离子束刻蚀设备来制备金属/介质纳米多层膜高质量断面方法成本低。因为离子束刻蚀设备价格低，且在纳米光刻领域使用普遍。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对使用手掰制备金属/介质纳米多层膜断面出现膜层断裂、边缘不整齐、缺陷多等问题，而提出使用光刻胶做掩蔽层，利用离子束刻蚀设备的离子束流进行刻蚀，制备金属/介质纳米多层膜高质量断面。为金属/介质纳米多层膜质量控制、曲面多层膜的打平以及光刻等工艺服务。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于制备金属/介质纳米多层膜高质量断面的方法，包括以下步骤：

步骤1：在洁净的基底表面制备平面或曲面金属/介质纳米多层膜；

步骤2：在多层膜上旋涂光刻胶，前烘，得到样片；

步骤3：用玻璃刀在样片背面划痕，掰断，得到多层膜粗糙断面；

步骤4：在多层膜断口边缘小于100μm处进行掩模移动曝光；

步骤5：显影、坚膜，得到截面边缘平整的光刻胶掩蔽层；

步骤6：坚膜后的样片放入离子束刻蚀设备中，选择合适的离子束流和角度进行刻蚀；

步骤7：离子束刻蚀完成后，取出样片，去除样片上剩余的光刻胶，金属/介质纳米多层膜高质量断面制作完成。

其中，所述步骤1中的金属/介质多层膜，可以是平面，也可以是曲面；金属可为Ag、Al等，介质可以为SiO₂、SiC等；每层膜厚10-50nm。

其中，所述步骤2光刻胶为正性光刻胶，胶厚0.5～2um，光刻胶型号为AR-P3100或其它类似光刻胶。

其中，所述步骤3中样片先用玻璃刀在背面划一下，再用手掰开。目的是得到均匀光刻胶截面，避免光刻胶的边缘不均匀对刻蚀传递带来不利的影响。

其中，所述步骤4中只对多层膜断口处100um以内的边缘进行曝光，采用掩模移动的模式曝光。以便得到边缘平滑、陡直的光刻胶掩蔽层。

其中，所述步骤5中坚膜温度不低于120℃，时间10-30min。若坚膜温度不够，所刻多层膜断面易出现毛刺状物质。

其中，所述步骤6中离子束刻蚀束流不超过60mA，束流与样片法线的夹角25～30°，连续刻蚀时间最好不超过5min。

其中，所述步骤7中可以用丙酮浸泡去除剩余的光刻胶，或反应离子束刻蚀剩余的光刻胶，用氧气作反应气体。

本发明与现有技术相比所具有的优点：

（1）一方面，传统制备金属纳米多层膜断面的方法是基于手掰的方法而制备，这样多层膜易出现膜层断裂、边缘粗糙、不整齐等问题，会影响对多层膜中每层膜层质量的准确判断；而使用光刻胶做掩蔽层，离子束刻蚀设备的束流来刻蚀多层膜断面的方法，可大大提高金属/介质纳米多层膜断面的质量，解决金属/介质纳米多层膜断面质量差的问题。