一种电子束光刻加工圆形阵列的方法技术

本发明专利技术涉及一种电子束光刻加工圆形规则阵列的方法。旨在减小加工弧形线条时的数据量，从而缩短数据处理的时间。本发明专利技术充分利用了高斯型束斑矢量扫描式电子束光刻机的工作模式特点，通过设置特定的扫描步长以及曝光剂量，得到不同直径，不同间距的圆形孔状或者柱状纳米阵列，图形与图形之间最小间隙可小至１０ｎｍ。本发明专利技术可用于不同直径、不同间距的圆形孔状或者柱状纳米阵列的加工，图形与图形之间的最小间隙可至１０ｎｍ。该工艺方法最大的优势在于，与传统直接加工圆形阵列相比，整个流程中不需要使用圆弧状图形数据，使其在数据处理方面花费的时间会大大缩短。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米加工技术，特别涉及一种在特定材料上加工纳米级圆形阵列的方 法，其中所谓圆形阵列为圆孔或圆柱形成的任意形状的阵列结构。
技术介绍
电子束光刻无需掩膜，可通过软件设计任意形状的加工图形，使用灵活方便；并且 其具有极精细的加工能力，目前已经通过该技术得到了 IOnm的线条。目前电子束光刻越来 越多的应用于纳米图形的加工，然而对于很多弧形纳米线条，其在曝光前的数据处理过程 中，一般都需要用大量矩形去无限逼近弧形线条，从而造成处理后数据量巨大，并且需要占 用很多数据处理的时间，这就大大增加了图形加工的成本。以日本JEOL公司的电子束光刻 数据转换为例，将包含10000*10000个直径200nm的圆柱体图形的GDS格式文件转换成机 器格式，费时超过1个小时，最终的机器格式文件大小超过1G。然而对于圆孔或圆柱这种圆形的规则排列的阵列图形，由于其本身具有规则排列 的特点，如果不加以利用而采用原有的技术方法，则会大大增加图形加工的成本。因此，对 能够优化电子束光刻加工圆形规则阵列方法的研究显得十分迫切。
技术实现思路
鉴于上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种电子束光刻加工圆形 阵列的方法，通过该方法得到纳米尺度的不同直径、不同间距的圆孔或圆柱的圆形阵列图 形，单位图形之间最小间隙小可达lOnm，且大大缩短在数据处理方面花费的时间。实现上述本专利技术目的的技术方案为，所述圆形阵列是指圆孔或圆柱形成的任意 形状的规则阵列结构，其特征在于包含如下步骤(1)、图形设计，根据所需加工圆形阵列分布的位置以及大小，在代加工样品对应 位置画出对应大小的矩形图形；(2)、在待加工样品上涂覆电子束光刻胶，并对其按序进行至少包括烘烤、冷却的 处理；(3)、将待加工样品放入电子束光刻机，所述电子束光刻机的工作方式为高斯型束 斑矢量扫描，根据所需加工的圆形阵列图形的宽度、阵列周期、阵列与阵列之间的间隔及孔 径参数设定相应的扫描步长及曝光剂量；(4)、对待加工样品进行电子束直写曝光；(5)、显影、定影后在代加工样品的表面得到所需的纳米尺度的圆形阵列图形。进一步地，前述电子束光刻加工圆形阵列的方法，其中该步骤(1)中所述矩形图 形的位置对应于所需加工圆形阵列分布的位置，矩形图形的大小对应于阵列的大小。比如， 需要加工一个圆孔阵列，阵列总大小5X5微米，阵列中心位置位于坐标(0，0)，则图形设计 时只需画一个5X5微米的矩形，矩形中心坐标位于(0，0)。3进一步地，前述电子束光刻加工圆形阵列的方法，该步骤(2)中所述待加工样品 为具有一定导电性的导体、半导体或覆盖有一定厚度导电膜的绝缘体；所述的电子束光刻 胶为PMMA、ZEP520A等的正性胶或HSQ等负性胶。进一步地，前述电子术光刻加工圆形阵列的方法，该步骤(3)中所述的曝光步长 对应所需加工圆形阵列中单位图形的周期而设定；曝光剂量与曝光步长共同对应于所需加 工圆形阵列中单位图形的直径而设定。本专利技术一种电子术光刻加工圆形阵列的方法，其显著优点是该电子束光刻加工圆形阵列的方法充分利用了高斯型束斑矢量扫描式电子束光 刻机的工作模式特点，通过设置特定的扫描步长以及曝光剂量，得到对应直径、间距圆孔状 或者圆柱状的不同圆形纳米阵列，单位图形之间最小间隙可小至lOnm。由于整个流程中不 需要使用圆弧状图形数据，其在数据处理方面花费的时间大大缩短。以下便结合实施例附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步的详述，以使本专利技术 技术方案更易于理解、掌握。附图说明图1为实施例1所得到的圆形阵列的图形；图2为实施例2所得到的圆形阵列的图形；图3为实施例3所得到的图形阵列的图形。具体实施例方式实施例1以硅为待加工样品(以下简称硅衬底)，需要在该样品上形成图1所示的双行Il 周期lOOnm，直径30nm的圆孔阵列，阵列与阵列之间间隔为600nm，阵列长度为10 μ m。(1)图形设计，画出矩形(长10 μ m，宽200nm)，矩形与矩形之间间隔600nm。(2)硅衬底经必要清洗后，以4000转/分钟的工艺参数涂覆PMMA A4光刻胶，之后 经热板上烘烤90秒，并再冷却2分钟。(3)对样品进行电子束曝光，采用JBX5500ZA电子束光刻机，束流ΙΟΟρΑ，曝光剂量 200 μ C/cm2,扫描步长 100nm。(4)取出样品，采用MIBK: IPA显影90秒，IPA定影30秒，形成所需图形。实施例2相同的待加工样品，需要在该样品上形成图2所示的直径为55nm，周期为IOOnm的 圆孔阵列。(1)图形设计，先在硅衬底上画出矩形(根据圆孔阵列大小而定，此处没有规定具 体大小)。(2)然后将衬底硅经必要清洗后，以4000转/分钟的工艺参数涂覆PMMAA4光刻 胶，之后再经热板上烘烤90秒，并再冷却2分钟。(3)对样品进行电子束曝光，采用JBX5500ZA电子束光刻机，束流100pA，曝光剂量 500 μ C/cm2,扫描步长 100nm。(4)取出样品，采用MIBK: IPA显影90s，IPA定影30s，形成所需图形。4实施例3相同的待加工样品，需要在该样品上形成图3所示的三行///周期50nm、直径约为 20nm的圆孔阵列。(1)图形设计，先在硅衬底上画出矩形(根据圆孔阵列大小而定，长ΙΟμπι，宽 150nm)，矩形与矩形之间间隔50nm。(2)然后将衬底硅经必要清洗后，以4000转/分钟的工艺参数涂覆PMMAA4光刻 胶，之后经热板上烘烤90秒，并再冷却2分钟。(3)对样品进行电子束曝光，采用JBX5500ZA电子束光刻机，束流ΙΟΟρΑ，曝光剂量 200 μ C/cm2,扫描步长 50nm。(4)取出样品，采用MIBK: IPA显影90秒，IPA定影30秒，形成所需图形。需要提醒注意的是以上三个实施例中，所用的光刻胶涂覆、固化、冷却等工艺以 及对样品的显影、定影等工艺参数均为结合实际生产需要所取得的较佳值，但并不是严格 限定的唯一取值。光刻胶涂覆设备的转速以及其它工艺的时间长短在合理范围内可取任何 值。而且，该些工艺技术参数并不主要决定本专利技术实质性的技术方案。综上所述，本专利技术通过实施例的具体描述， 其电子束光刻加工圆形阵列的具体方法已被详细地公示。然而，以上三个详细描述的实施 例仅为深入理解本专利技术创新实质而提供，并非以此限制本专利技术具体实施方式的多样性，但 凡基于上述实施例及其加工圆形阵列的方法所作的等效替换或简单修改，均应该被包含于 本专利技术专利请求的专利保护范围之内。权利要求，所述圆形阵列是指样品上圆孔或圆柱形成的任意形状的规则阵列结构，其特征在于包含如下步骤(1)、图形设计，根据所需加工圆形阵列分布的位置及大小，在待加工样品对应位置画出对应大小的矩形图形；(2)、在待加工样品上涂覆电子束光刻胶，并对其按序进行至少包括烘烤、冷却的处理；(3)、将待加工样品放入电子束光刻机，所述电子束光刻机的工作方式为高斯型束斑矢量扫描，根据所需加工的圆形阵列图形的宽度、阵列周期、阵列与阵列之间的间隔及孔径参数设定相应的扫描步长及曝光剂量；(4)、对待加工样品进行电子束直写曝光；(5)、经显影、定影后在待加工样品表面得到所需的纳米尺度的圆形阵列图形。2.根据权利要求1所述的，其特征在于步骤(1) 中所述矩形图形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子束光刻加工圆形阵列的方法，所述圆形阵列是指样品上圆孔或圆柱形成的任意形状的规则阵列结构，其特征在于包含如下步骤：（１）、图形设计，根据所需加工圆形阵列分布的位置及大小，在待加工样品对应位置画出对应大小的矩形图形；（２）、在待加工样品上涂覆电子束光刻胶，并对其按序进行至少包括烘烤、冷却的处理；（３）、将待加工样品放入电子束光刻机，所述电子束光刻机的工作方式为高斯型束斑矢量扫描，根据所需加工的圆形阵列图形的宽度、阵列周期、阵列与阵列之间的间隔及孔径参数设定相应的扫描步长及曝光剂量；（４）、对待加工样品进行电子束直写曝光；（５）、经显影、定影后在待加工样品表面得到所需的纳米尺度的圆形阵列图形。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：时文华，钟飞，王逸群，曾春红，董艳，周健，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]