專利名稱：一種電子束光刻加工圓形陣列的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米加工技術(shù)，特別涉及一種在特定材料上加工納米級(jí)圓形陣列的方 法，其中所謂圓形陣列為圓孔或圓柱形成的任意形狀的陣列結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
電子束光刻無需掩膜，可通過軟件設(shè)計(jì)任意形狀的加工圖形，使用靈活方便；并且 其具有極精細(xì)的加工能力，目前已經(jīng)通過該技術(shù)得到了 IOnm的線條。目前電子束光刻越來 越多的應(yīng)用于納米圖形的加工，然而對(duì)于很多弧形納米線條，其在曝光前的數(shù)據(jù)處理過程 中，一般都需要用大量矩形去無限逼近弧形線條，從而造成處理后數(shù)據(jù)量巨大，并且需要占 用很多數(shù)據(jù)處理的時(shí)間，這就大大增加了圖形加工的成本。以日本JEOL公司的電子束光刻 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為例，將包含10000*10000個(gè)直徑200nm的圓柱體圖形的GDS格式文件轉(zhuǎn)換成機(jī) 器格式，費(fèi)時(shí)超過1個(gè)小時(shí)，最終的機(jī)器格式文件大小超過1G。然而對(duì)于圓孔或圓柱這種圓形的規(guī)則排列的陣列圖形，由于其本身具有規(guī)則排列 的特點(diǎn)，如果不加以利用而采用原有的技術(shù)方法，則會(huì)大大增加圖形加工的成本。因此，對(duì) 能夠優(yōu)化電子束光刻加工圓形規(guī)則陣列方法的研究顯得十分迫切。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種電子束光刻加工圓形 陣列的方法，通過該方法得到納米尺度的不同直徑、不同間距的圓孔或圓柱的圓形陣列圖 形，單位圖形之間最小間隙小可達(dá)lOnm，且大大縮短在數(shù)據(jù)處理方面花費(fèi)的時(shí)間。實(shí)現(xiàn)上述本發(fā)明目的的技術(shù)方案為一種電子束光刻加工圓形陣列的方法，所述圓形陣列是指圓孔或圓柱形成的任意 形狀的規(guī)則陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于包含如下步驟(1)、圖形設(shè)計(jì)，根據(jù)所需加工圓形陣列分布的位置以及大小，在代加工樣品對(duì)應(yīng) 位置畫出對(duì)應(yīng)大小的矩形圖形；(2)、在待加工樣品上涂覆電子束光刻膠，并對(duì)其按序進(jìn)行至少包括烘烤、冷卻的 處理；(3)、將待加工樣品放入電子束光刻機(jī)，所述電子束光刻機(jī)的工作方式為高斯型束 斑矢量掃描，根據(jù)所需加工的圓形陣列圖形的寬度、陣列周期、陣列與陣列之間的間隔及孔 徑參數(shù)設(shè)定相應(yīng)的掃描步長及曝光劑量；(4)、對(duì)待加工樣品進(jìn)行電子束直寫曝光；(5)、顯影、定影后在代加工樣品的表面得到所需的納米尺度的圓形陣列圖形。進(jìn)一步地，前述電子束光刻加工圓形陣列的方法，其中該步驟(1)中所述矩形圖 形的位置對(duì)應(yīng)于所需加工圓形陣列分布的位置，矩形圖形的大小對(duì)應(yīng)于陣列的大小。比如， 需要加工一個(gè)圓孔陣列，陣列總大小5X5微米，陣列中心位置位于坐標(biāo)(0，0)，則圖形設(shè)計(jì) 時(shí)只需畫一個(gè)5X5微米的矩形，矩形中心坐標(biāo)位于(0，0)。
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進(jìn)一步地，前述電子束光刻加工圓形陣列的方法，該步驟(2)中所述待加工樣品 為具有一定導(dǎo)電性的導(dǎo)體、半導(dǎo)體或覆蓋有一定厚度導(dǎo)電膜的絕緣體；所述的電子束光刻 膠為PMMA、ZEP520A等的正性膠或HSQ等負(fù)性膠。進(jìn)一步地，前述電子術(shù)光刻加工圓形陣列的方法，該步驟(3)中所述的曝光步長 對(duì)應(yīng)所需加工圓形陣列中單位圖形的周期而設(shè)定；曝光劑量與曝光步長共同對(duì)應(yīng)于所需加 工圓形陣列中單位圖形的直徑而設(shè)定。本發(fā)明一種電子術(shù)光刻加工圓形陣列的方法，其顯著優(yōu)點(diǎn)是該電子束光刻加工圓形陣列的方法充分利用了高斯型束斑矢量掃描式電子束光 刻機(jī)的工作模式特點(diǎn)，通過設(shè)置特定的掃描步長以及曝光劑量，得到對(duì)應(yīng)直徑、間距圓孔狀 或者圓柱狀的不同圓形納米陣列，單位圖形之間最小間隙可小至lOnm。由于整個(gè)流程中不 需要使用圓弧狀圖形數(shù)據(jù)，其在數(shù)據(jù)處理方面花費(fèi)的時(shí)間大大縮短。以下便結(jié)合實(shí)施例附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳述，以使本發(fā)明 技術(shù)方案更易于理解、掌握。


圖1為實(shí)施例1所得到的圓形陣列的圖形；圖2為實(shí)施例2所得到的圓形陣列的圖形；圖3為實(shí)施例3所得到的圖形陣列的圖形。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1以硅為待加工樣品(以下簡稱硅襯底)，需要在該樣品上形成圖1所示的雙行Il 周期lOOnm，直徑30nm的圓孔陣列，陣列與陣列之間間隔為600nm，陣列長度為10 μ m。(1)圖形設(shè)計(jì)，畫出矩形(長10 μ m，寬200nm)，矩形與矩形之間間隔600nm。(2)硅襯底經(jīng)必要清洗后，以4000轉(zhuǎn)/分鐘的工藝參數(shù)涂覆PMMA A4光刻膠，之后 經(jīng)熱板上烘烤90秒，并再冷卻2分鐘。(3)對(duì)樣品進(jìn)行電子束曝光，采用JBX5500ZA電子束光刻機(jī)，束流ΙΟΟρΑ，曝光劑量 200 μ C/cm2,掃描步長 100nm。(4)取出樣品，采用MIBK: IPA顯影90秒，IPA定影30秒，形成所需圖形。實(shí)施例2相同的待加工樣品，需要在該樣品上形成圖2所示的直徑為55nm，周期為IOOnm的 圓孔陣列。(1)圖形設(shè)計(jì)，先在硅襯底上畫出矩形(根據(jù)圓孔陣列大小而定，此處沒有規(guī)定具 體大小)。(2)然后將襯底硅經(jīng)必要清洗后，以4000轉(zhuǎn)/分鐘的工藝參數(shù)涂覆PMMAA4光刻 膠，之后再經(jīng)熱板上烘烤90秒，并再冷卻2分鐘。(3)對(duì)樣品進(jìn)行電子束曝光，采用JBX5500ZA電子束光刻機(jī)，束流100pA，曝光劑量 500 μ C/cm2,掃描步長 100nm。(4)取出樣品，采用MIBK: IPA顯影90s，IPA定影30s，形成所需圖形。
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實(shí)施例3相同的待加工樣品，需要在該樣品上形成圖3所示的三行///周期50nm、直徑約為 20nm的圓孔陣列。(1)圖形設(shè)計(jì)，先在硅襯底上畫出矩形(根據(jù)圓孔陣列大小而定，長ΙΟμπι，寬 150nm)，矩形與矩形之間間隔50nm。(2)然后將襯底硅經(jīng)必要清洗后，以4000轉(zhuǎn)/分鐘的工藝參數(shù)涂覆PMMAA4光刻 膠，之后經(jīng)熱板上烘烤90秒，并再冷卻2分鐘。(3)對(duì)樣品進(jìn)行電子束曝光，采用JBX5500ZA電子束光刻機(jī)，束流ΙΟΟρΑ，曝光劑量 200 μ C/cm2,掃描步長 50nm。(4)取出樣品，采用MIBK: IPA顯影90秒，IPA定影30秒，形成所需圖形。需要提醒注意的是以上三個(gè)實(shí)施例中，所用的光刻膠涂覆、固化、冷卻等工藝以 及對(duì)樣品的顯影、定影等工藝參數(shù)均為結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需要所取得的較佳值，但并不是嚴(yán)格 限定的唯一取值。光刻膠涂覆設(shè)備的轉(zhuǎn)速以及其它工藝的時(shí)間長短在合理范圍內(nèi)可取任何 值。而且，該些工藝技術(shù)參數(shù)并不主要決定本發(fā)明實(shí)質(zhì)性的技術(shù)方案。綜上所述，本發(fā)明一種電子束光刻加工圓形陣列的方法通過實(shí)施例的具體描述， 其電子束光刻加工圓形陣列的具體方法已被詳細(xì)地公示。然而，以上三個(gè)詳細(xì)描述的實(shí)施 例僅為深入理解本發(fā)明創(chuàng)新實(shí)質(zhì)而提供，并非以此限制本發(fā)明具體實(shí)施方式
的多樣性，但 凡基于上述實(shí)施例及其加工圓形陣列的方法所作的等效替換或簡單修改，均應(yīng)該被包含于 本發(fā)明專利請(qǐng)求的專利保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種電子束光刻加工圓形陣列的方法，所述圓形陣列是指樣品上圓孔或圓柱形成的任意形狀的規(guī)則陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于包含如下步驟(1)、圖形設(shè)計(jì)，根據(jù)所需加工圓形陣列分布的位置及大小，在待加工樣品對(duì)應(yīng)位置畫出對(duì)應(yīng)大小的矩形圖形；(2)、在待加工樣品上涂覆電子束光刻膠，并對(duì)其按序進(jìn)行至少包括烘烤、冷卻的處理；(3)、將待加工樣品放入電子束光刻機(jī)，所述電子束光刻機(jī)的工作方式為高斯型束斑矢量掃描，根據(jù)所需加工的圓形陣列圖形的寬度、陣列周期、陣列與陣列之間的間隔及孔徑參數(shù)設(shè)定相應(yīng)的掃描步長及曝光劑量；(4)、對(duì)待加工樣品進(jìn)行電子束直寫曝光；(5)、經(jīng)顯影、定影后在待加工樣品表面得到所需的納米尺度的圓形陣列圖形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電子束光刻加工圓形陣列的方法，其特征在于步驟(1) 中所述矩形圖形的位置對(duì)應(yīng)于所需加工圓形陣列分布的位置；矩形圖形的大小對(duì)應(yīng)于陣列 的大小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電子束光刻加工圓形陣列的方法，其特征在于步驟(2) 中所述待加工樣品為具有一定導(dǎo)電性的導(dǎo)體、半導(dǎo)體或覆蓋有一定厚度導(dǎo)電膜的絕緣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電子束光刻加工圓形陣列的方法，其特征在于步驟(2) 中所述的電子束光刻膠為至少包含PMMA、ZEP520A的正性膠。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電子束光刻加工圓形陣列的方法，其特征在于步驟(2) 中所述的電子束光刻膠為至少包含HSQ的負(fù)性膠。
6.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種電子束光刻加工圓形陣列的方法，其特征在于步驟 (3)中所述的掃描步長對(duì)應(yīng)所需加工圓形陣列中單位圖形的周期設(shè)定；曝光劑量與掃描步 長共同對(duì)應(yīng)于所需加工圓形陣列中單位圖形的直徑要求設(shè)定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電子束光刻加工圓形規(guī)則陣列的方法。旨在減小加工弧形線條時(shí)的數(shù)據(jù)量，從而縮短數(shù)據(jù)處理的時(shí)間。本發(fā)明充分利用了高斯型束斑矢量掃描式電子束光刻機(jī)的工作模式特點(diǎn)，通過設(shè)置特定的掃描步長以及曝光劑量，得到不同直徑，不同間距的圓形孔狀或者柱狀納米陣列，圖形與圖形之間最小間隙可小至10nm。本發(fā)明可用于不同直徑、不同間距的圓形孔狀或者柱狀納米陣列的加工，圖形與圖形之間的最小間隙可至10nm。該工藝方法最大的優(yōu)勢(shì)在于，與傳統(tǒng)直接加工圓形陣列相比，整個(gè)流程中不需要使用圓弧狀圖形數(shù)據(jù)，使其在數(shù)據(jù)處理方面花費(fèi)的時(shí)間會(huì)大大縮短。
文檔編號(hào)G03F7/00GK101916038SQ20101022700
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月15日
發(fā)明者周健, 時(shí)文華, 曾春紅, 王逸群, 董艷, 鐘飛 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所