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1、------------------------------------------------------------------------------------------------高质量二维光子晶体结构刻蚀掩膜版的制作方法第27卷 第9期2006年9月半 导 体 学 报CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSVol.27 No.9Sep.,2006杜 伟1,?? 许兴胜1 韩伟华2 王春霞1 张 杨2 杨富华2 陈弘达1(1中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点联合实验室,北京 100083)(2中国科学院半导体研究所
2、半导体集成技术工程研究中心,北京 100083)3摘要:结合制作光子晶体结构的具体要求,研究了电子束曝光得到的电子束胶上(GaAs衬底)随实验条件变化的图形.结果表明,胶的厚度、曝光剂量、显影/定影时间等参数对图形的质量有重要影响.通过合理优化这些参数,我们得到了高质量的掩膜图形.关键词:光子晶体;电子束曝光;PMMA掩膜PACC:4270Q中图分类号:TN30517文献标识码:A文章编号:025324177(2006)0921640205——————————————————————————————————————--------------------
3、----------------------------------------------------------------------------验参数.1 引言近些年来光子晶体成为人们的研究热点之一[1].由于光子晶体中光子禁带的存在,使得某些特定频率的光不能通过,这种特性可以用于实现多种具有优异特性的光电子器件,如光子晶体激光器、光子晶体大角度弯曲波导等.高质量光子晶体的制作是决定光子晶体能否实现应用的关键.二维平板结构光子晶体是目前研究的重要方向之一.二维平板结构的光子晶体是指在平面内利用光子晶体的带隙特性对光进行控制,在垂直于平面的方向上利
4、用高折射率波导层将光限制在其内[2].在某些特定的领域中其功能完全可以代替三维光子晶体,而加工又相对简单得多.现阶段,制作二维光子晶体的一种重要加工方法就是曝光同干法刻蚀相结合.加工小尺寸的(晶格常数在百纳米量级)光子晶体,常规光学曝光的分辨率是不够的,需要应用纳米级的曝光工艺技术,然后再进行干法刻蚀.电子束曝光(elec2tron2beamlithography,EBL)技术是通常定义光子晶体图形的曝光方法.由于电子束的德布罗意波长小于0101nm,因此EBL技术不受衍射效应的影响,可获得极高的分辨率和焦深.电子束曝光能直接产生图形,线宽可以小于10n
5、m,它是用于加工纳米器件结构的主要方法[6].在工艺流程中,第一步的掩膜层制作(即将图形转移到胶层上)是至关重要的.掩膜层上图形质量的好坏,将决定最终刻蚀的结果.本文比较了在不同的实验条件下得到的掩膜层上的图形,总结出了能够获得高质量电子束曝光图形的实3国家自然科学基金资助项目(批准——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------号:60
6、345008,60377011,60537010)??通信作者.Email:duwei@red.semi.ac.cn 2006203208收到,2006205216定稿2 电子束曝光工艺流程及结果分析 电子束曝光主要工艺可分为匀胶、曝光、显影和定影等几个步骤.下面对影响光子晶体图形质量的主要因素以及结果分别进行说明.2.1 匀胶电子束曝光大多使用聚甲基丙烯酸甲酯(poly2methylmethacrylate)作为掩膜胶,一般称之为PMMA胶.该胶在存放和使用时都是按一定的浓度溶解在有机溶剂中.实验中我们使用的是Süss80T2型匀胶机,转速、时间都可
7、以自行设定.同种胶在不同的转速下形成胶层的厚度是不一样的,每种胶都有一个厚度随转速变化的曲线图,见图1.从图1中可以看出,PMMA浓度为7%的C7胶的厚度随转速变化很明显,而浓度为2%的C2胶的厚度则随转速变化不大.实验时尽可能地选择曲线较平稳、变化较小的区间,这样得到的实际胶层的厚度和图中的数值最为接近.例如选用C7或C4胶时,匀胶转速尽量选择在3000～4000r/min.需要说明的是,胶层越薄,曝光的分辨率越高,但是在刻蚀的时候抗刻蚀能力就比较差.反之胶层越厚,其抗刻蚀能力越强,但是分辨率就要下降.因此过薄或者过厚的胶都是不合适的,要根据所需要的图
8、形的细致程度和刻蚀条件来选择合适的胶厚度.半导体材料的大小对甩胶的均匀性有很大的
