高分辨多尺度图形的线描电子束光刻加工

电子束曝光是目前分辨率最高、使用最灵活的光刻图形加工技术，在纳米电子学、纳米光学、纳机械系统等领域具有广泛的应用。同时，随着集成电路的关键尺寸不断缩小，电子束曝光技术在整个半导体制造领域扮演着越来越重要的角色。然而，电子束直写作为一种串行加工方法，虽然加工精度高，但同时也具有加工速度慢、加工成本高且邻近效应明显等缺点，极大地限制了其在纳光电器件研发中的应用。尤其是还不能满足需要高密度纳米图形阵列的高密度磁存储、纳米电子器件、集成电以及纳米光学器件应用需求。

为解决这一问题，湖南大学的段辉高教授发明了一种“线描”（Sketch and Peel）电子束光刻技术可大幅度提高电子束直写的加工效率（最高达到400倍）并显著降低了高密度图形加工时的邻近效应，为快速可靠地制作高精度微纳光电器件提供了一种解决方案。电子束线描加工方法流程如图1所示，主要工艺步骤包括基于HSQ光刻胶的图形边框的电子束加工，整个衬底上金属薄膜的沉积，聚合物的旋涂以及脱膜处理，边框上方与边框外部区域的选择性金属脱膜以及光刻胶图形的去除。由于引入了聚合物黏附脱膜这一步骤，在实体图形的曝光路径设计时只需沿图形边框进行，从而大大的缩短了曝光时间与剂量，也进一步有地效地避免了邻近效应。通过之一技术，实现了多尺度金属结构的高精度、高效制备，如图2所示。金属功能结构的最小特征尺寸可大面积均匀地做到15nm，在纳米光学天线、高频电子晶体管以及高效率光电探测器等器件领域具有广泛的应用价值。

图1：线描电子束光刻工艺流程图及加工图形的SEM照片。

图2：通过线描电子束光刻定义的金微纳结构，尺寸从100 nm到25 µm。图中标尺为10 µm。