CN103499913A - 一种表面等离激元成像光刻结构 - Google Patents
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Abstract
一种表面等离激元成像光刻结构，其特征在于：由超透镜结构（1）、第一光栅（2）、抗蚀剂层（5）、基底（6）和第二光栅（7）组成。第一光栅（2）和第二光栅（7）位于超透镜结构（1）的上方，抗蚀剂层（5）位于超透镜结构（1）的下方。本发明利用光栅从两端激发SPP，二者发生干涉，形成干涉条纹，然后利用超透镜结构放大消逝波，在抗蚀剂上形成超分辨的像，进而完成曝光，既充分利用了SPP的短波长特性，又利用了超透镜的超分辨能力，从而实现超高的光刻分辨率。同时还能实现远场成像光刻，有助于改善焦深。
Description
技术领域
本发明涉及一种表面等离激元成像光刻结构，属于半导体光电子器件技术领域。
背景技术
光刻技术是半导体器件微细加工的典型技术，随着科技的不断发展，器件的尺寸越来越小，集成度越来越高，对光刻技术的分辨率要求也越来越高。但由于受衍射极限的限制，光刻分辨率的提高受限于曝光波长，很难突破半波长量级的分辨率，无法实现纳米量级的光刻。近年来，对金属表面等离激元SPP的研究取得了长足的进展。SPP是指由外部电磁场(如光波)诱导金属微纳结构表面自由电子的集体振荡,它具有两大突出特点，一是巨大的局部场共振增强效应（Surface Plasmon Resonance，SPR），增强可达千倍；二是超强的能量积聚效应，可将电磁场能量聚集在纳米量级范围，突破传统衍射极限。因此，目前已经有研究小组提出将SPP应用于光刻技术来提高分辨率。比如，专利CN 200510011971.7（基于等离子波的纳米光刻装置）公开了一种利用金属掩膜激发SPP获得高分辨纳米图形的方法，又如专利CN 201210116763.3（表面等离子体纳米光刻结构及方法）公开了一种SPP共振腔双曝光结构实现纳米点阵图形制备。不过在现有技术中，都只是利用了SPP的短波长特性，其分辨率大约在一倍SPP波长λspp，本发明则提出了利用SPP干涉特性的成像光刻结构，可以提高光刻分辨率。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种表面等离激元成像光刻结构，充分利用SPP波的干涉和成像特性，提高光刻分辨率。
本发明的技术解决方案是：
一种表面等离激元成像光刻结构由超透镜结构(1)、第一光栅(2)、抗蚀剂层(5)、基底(6)和第二光栅(7)组成。第一光栅(2)和第二光栅(7)位于超透镜结构(1)的上方，抗蚀剂层(5)位于超透镜结构(1)的下方。
所述的超透镜结构(1)由多层介质膜(3)和多层金属膜(4)交替构成，膜厚为10nm~100nm。介质膜(3)的材料为二氧化硅或氧化镁或聚甲基丙烯酸甲酯，金属膜(4)的材料为金或银或铝。
所述的第一光栅(2)和第二光栅(7)结构相同，周期为0.2~0.4倍入射波长，厚度50nm~80nm，材料为金或银或铝；第一光栅(2)和第二光栅(7)对称排布在超透镜结构(1)之上，间距为4~10倍光栅周期。
所述的抗蚀剂层(5)厚度为50nm~200nm。
本发明与现有技术相比有如下优点：
1. 超高的光刻分辨率。本发明利用光栅从两端激发SPP，二者发生干涉，形成干涉条纹，然后利用超透镜结构放大消逝波，在抗蚀剂上形成超分辨的像，进而完成曝光，既充分利用了SPP的短波长特性，又利用了超透镜的超分辨辨能力，从而实现超高的光刻分辨率。
2. 能实现远场成像光刻，有助于改善焦深。通常的SPP光刻焦深很短，通常都在近场条件下光刻，而本结构可以实现远场成像光刻，有助于焦深的改善。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明由超透镜结构(1)、第一光栅(2)、抗蚀剂层(5)，基底(6)和第二光栅(7)组成。第一光栅(2)和第二光栅(7)位于超透镜结构(1)的上方，抗蚀剂层(5)位于超透镜结构(1)的下方。超透镜结构(1)由多层介质膜(3)和多层金属膜(4)交替构成。当第一光栅(2)、第二光栅(7)为金、介质膜(3)的材料为二氧化硅，金属膜(4)材料为金或银或铝，介质膜(3)和金属膜(4)厚10nm~100nm时，为i线365nm光刻所用的表面等离激元成像光刻结构。
用365nm紫外光源照明时，第一光栅(2)和第二光栅(7)提供附加的倒格矢，当周期为0.2~0.4倍入射波长，厚度为50nm~80nm时，入射光波和金属表面等离子体波矢匹配，激发出金属表面等离子体波。金属表面等离子体波沿第一光栅(2)、第二光栅(7)和超透镜结构(1)的界面相向传输，在第一光栅(2)和第二光栅(7)的间距处发生干涉，间距为4~10倍光栅周期。超透镜结构(1)将干涉的金属表面等离子波成像于抗蚀剂层(5)上曝光，抗蚀剂层(5)厚度为50nm~200nm。
本发明的具体制作步骤如下：a. 依据曝光波长在基底上旋涂抗蚀剂50nm~200nm，烘干；b. 真空环境下采用磁控溅射镀或金或银或铝膜和介质膜制备超透镜结构，膜厚10nm~100nm；c. 真空环境下在超透镜结构上采用磁控溅射镀金膜50nm~80nm；d. 依据曝光波长选定光栅周期和间距，设计电子束光刻用数据文件，采用电子束光刻方法制备该光栅结构；e. 清洗、烘干，完成制作。
Claims (6)
1.一种表面等离激元成像光刻结构，其特征在于：由超透镜结构（1）、第一光栅（2）、抗蚀剂层（5）、基底（6）和第二光栅（7）组成,第一光栅（2）和第二光栅（7）位于超透镜结构（1）的上方，抗蚀剂层（5）位于超透镜结构(1)的下方。
2.根据权利要求1所述的表面等离激元成像光刻结构，其特征在于：所述的超透镜结构（1）由多层介质膜（3）和多层金属膜(4)交替构成，膜厚为10nm~100nm。
3.根据权利要求2所述的表面等离激元成像光刻结构，其特征在于：所述的介质膜(3)的材料为二氧化硅或氧化镁或聚甲基丙烯酸甲酯，金属膜(4)的材料为金或银或铝。
4.根据权利要求1所述的表面等离激元成像光刻结构，其特征在于：所述的第一光栅(2)和第二光栅(7)结构相同，周期为0.2~0.4倍入射波长，厚度50nm~80nm，材料为金或银或铝。
5.根据权利要求1所述的表面等离激元成像光刻结构，其特征在于：所述的第一光栅(2)和第二光栅(7)对称排布在超透镜结构(1)之上，间距为4~10倍光栅周期。
6.根据权利要求1所述的表面等离激元成像光刻结构，其特征在于：所述的抗蚀剂层(5)厚度为50nm~200nm。
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