CN115598936A - 基于混合表面等离子体波导曝光结构的纳米光刻方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种基于混合表面等离子体波导曝光结构的纳米光刻方法及装置，涉及集成电路制造工艺领域。方法包括：基于所述表面等离子体光刻曝光结构的场强分布数据，结合双曲线拟合方式确定所述表面等离子体光刻曝光结构的曝光图形深度理论解析式；基于所述第一分辨率和所述第二分辨率确定聚焦光斑对称性和增加曝光深度的相关数据；对所述表面等离子体光刻曝光结构对应的所述聚焦光斑对称性和增加曝光深度的相关数据中的景深数据进行定量分析，确定所述景深数据和所述表面等离子体光刻曝光结构的对应关系；对所述表面等离子体光刻曝光结构对应的色散关系数据进行建模分析，确定影响所述表面等离子体光刻曝光结构达到高频模式的关键工艺参数。
Description
技术领域
本申请涉及集成电路制造工艺领域，尤其涉及一种基于混合表面等离子体波导曝光结构的纳米光刻方法及装置。
背景技术
随着集成电路制造产业的不断发展，对微纳加工技术的要求不断提高。其中，光刻技术因其良好的技术兼容性和精密性的光刻技术，成为制备集成电路的核心技术，已经被广泛应用到微电子及其他微纳制造领域。
到目前为止，各种光刻技术已经被广泛应用于各种微纳器件的制造中，如电子束光刻(EBL)、极紫外(EUV)光刻和纳米压印光刻。但是这些光刻技术的制造成本较高，在控制曝光图形缺陷、准确性以及良率方面需要进一步改进。
光学光刻技术是一种利用光化学反应原理将掩模版上的图形传递到硅晶圆上的微纳加工技术，一直是半导体行业发展的驱动力，也是集成电路遵循摩尔定律发展的重要原因。但是，光学光刻技术的分辨率却受到了光波衍射现象的限制。这是因为光刻的衍射极限来自于高频信息只能被倏逝波携带，而倏逝波因其在传播过程中振幅呈指数衰减无法到达成像面，只存在于近场区域，这就导致高频信息不能参与成像，进而限制了光刻系统的分辨率。
如果能够突破传统光学光刻技术中存在的衍射极限瓶颈，且在不极大地缩短入射光源波长地情况下提高光刻分辨率，建立高效、低成本且可实现大面积化生成地光学光刻系统，对于满足微纳加工技术对降低纳米器件特征尺寸的迫切需求具有十分重要的意义。
经过多年的发展，虽然实验结果已经验证了利用表面等离子体光刻技术可以在抗蚀剂上获得小于22nm的光刻分辨力，且在制备微纳结构器件方面具有重要应用前景，但其的实际应用性仍受到多方面因素的制约。主要是由于随光刻图形特征尺寸的不断缩小，表面等离子体光刻的曝光深度比较浅，使得光刻胶内曝光图形的深宽比值(Aspect ratio＝Depth/Width)比较小，进而导致加工而成的纳米器件或是结构无法实现其自身功能。
发明内容
本申请的目的在于提供一种基于混合表面等离子体波导曝光结构的纳米光刻方法及装置，以解决现有的表面等离子体光刻技术中曝光深度比较浅，使得光刻胶内曝光图形的深宽比值比较小，进而导致加工而成的纳米器件或是结构无法实现其自身功能的问题。
第一方面，本申请提供一种基于混合表面等离子体波导曝光结构的纳米光刻方法，所述方法包括：
获取表面等离子体光刻中的单层光刻胶曝光结构，和基于混合表面等离子体波导曝光结构的表面等离子体光刻曝光结构；
利用时域有限差分法分别对所述表面等离子体光刻曝光结构和所述单层光刻胶曝光结构中光刻胶内的场强分布进行定量分析确定场强分布数据；
基于所述表面等离子体光刻曝光结构的场强分布数据，结合双曲线拟合方式确定所述表面等离子体光刻曝光结构的曝光图形深度理论解析式；
确定所述表面等离子体光刻曝光结构的第一分辨率和所述单层光刻胶曝光结构的第二分辨率；
基于所述第一分辨率和所述第二分辨率确定聚焦光斑对称性和增加曝光深度的相关数据；
对所述表面等离子体光刻曝光结构对应的所述聚焦光斑对称性和增加曝光深度的相关数据中的景深数据进行定量分析，确定所述景深数据和所述表面等离子体光刻曝光结构的对应关系；
对所述表面等离子体光刻曝光结构对应的色散关系数据进行建模分析，确定影响所述表面等离子体光刻曝光结构达到高频模式的关键工艺参数。
采用上述技术方案的情况下，本申请实施例提供的基于混合表面等离子体波导曝光结构的纳米光刻方法，可以获取表面等离子体光刻中的单层光刻胶曝光结构，和基于混合表面等离子体波导曝光结构的表面等离子体光刻曝光结构；利用时域有限差分法分别对所述表面等离子体光刻曝光结构和所述单层光刻胶曝光结构中光刻胶内的场强分布进行定量分析确定场强分布数据；基于所述表面等离子体光刻曝光结构的场强分布数据，结合双曲线拟合方式确定所述表面等离子体光刻曝光结构的曝光图形深度理论解析式，基于混合表面等离子体波导曝光结构的表面等离子体光刻曝光结构内的场强分布具有双曲特性，通过对其进行拟合分析后，我们发现该特性能够极大地提高光刻胶内场强分布的均匀性，进而能够有效地改善景深及增加图形的曝光深度；确定所述表面等离子体光刻曝光结构的第一分辨率和所述单层光刻胶曝光结构的第二分辨率；基于所述第一分辨率和所述第二分辨率确定聚焦光斑对称性和增加曝光深度的相关数据；对所述表面等离子体光刻曝光结构对应的所述聚焦光斑对称性和增加曝光深度的相关数据中的景深数据进行定量分析，确定所述景深数据和所述表面等离子体光刻曝光结构的对应关系；对所述表面等离子体光刻曝光结构对应的色散关系数据进行建模分析，确定影响所述表面等离子体光刻曝光结构达到高频模式的关键工艺参数。通过对HPW曝光结构的色散关系进行理论推导，进而获得可调控其间频率选择特性的工艺参数，可为提高表面等离子体光刻曝光图形深宽比提供理论基础。
在一种可能的实现方式中，所述利用时域有限差分法分别对所述表面等离子体光刻曝光结构和所述单层光刻胶曝光结构中光刻胶内的场强分布进行定量分析确定场强分布数据，包括：
利用时域有限差分法对所述单层光刻胶曝光结构中光刻胶内的场强分布进行定量分析确定对应的场强分布数据，单层光刻胶曝光结构中光刻胶内的场强分布数据以指数的形式迅速衰减，无法参与成像，曝光度深度小于预设曝光深度阈值；
利用时域有限差分法对所述表面等离子体光刻曝光结构中光刻胶内的场强分布进行定量分析确定对应的场强分布数据，所述表面等离子体光刻曝光结构中光刻胶内的场强分布数据为基于形成在所述表面等离子体光刻曝光结构中光刻胶内的混合波导模式形成的对倏逝波成分放大增强，参与成像，对应的曝光度深度增大的数据。
在一种可能的实现方式中，所述基于所述表面等离子体光刻曝光结构的场强分布数据，结合双曲线拟合方式确定所述表面等离子体光刻曝光结构的曝光图形深度理论解析式，包括：
基于所述表面等离子体光刻曝光结构中光刻胶内的场强分布数据确定场强衰减特性数据；
对所述场强衰减特性数据进行建模分析，结合双曲线拟合方式确定所述曝光图形深度理论解析式：
其中，所述IHPW(z)表示曝光图形深度，所述Ii表示曝光图形深度基础值，所述a和所述b表示扩散函数系数、所述d表示曝光结构直径、所述z表示所述场景衰减特性数据。
在一种可能的实现方式中，所述混合表面等离子体波导曝光结构为金属-介质-金属组成的三明治结构，包括依次设置的蝴蝶结纳米孔径结构、所述光刻胶以及纳米银薄膜反射层。
在一种可能的实现方式中，所述基于所述第一分辨率和所述第二分辨率确定聚焦光斑对称性和增加曝光深度的相关数据，包括：
对所述第一分辨率和所述第二分辨率进行比较分析，所述第一分辨率具有不对称性和较大的场发散性，所述第二分辨率具有对称性和均一的场强分布，确定所述聚焦光斑对称性和增加曝光深度的相关数据。
在一种可能的实现方式中，所述对所述表面等离子体光刻曝光结构对应的所述聚焦光斑对称性和增加曝光深度的相关数据中的景深数据进行定量分析，确定所述景深数据和所述表面等离子体光刻曝光结构的对应关系，包括：
获取所述表面等离子体光刻曝光结构中所述光刻胶内的曝光深度和曝光对比度的对应关系；
基于所述曝光深度和曝光对比度的对应关系，结合整体对比度和所述景深数据，确定所述景深数据和所述表面等离子体光刻曝光结构的对应关系。
在一种可能的实现方式中，所述对所述表面等离子体光刻曝光结构对应的色散关系数据进行建模分析，确定影响所述表面等离子体光刻曝光结构达到高频模式的关键工艺参数，包括：
对所述表面等离子体光刻曝光结构对应的色散关系数据进行建模分析，确定表面等离子体表面波的横向波矢大于真空波矢，所述表面等离子体表面波远小于入射光波，在满足相位匹配的情况下，确定所述关键工艺参数。
在一种可能的实现方式中，所述关键工艺参数包括：所述蝴蝶结纳米孔径结构的孔径特征尺寸，所述光刻胶的厚度以及所述纳米银薄膜反射层的厚度。
第二方面，本申请还提供一种基于混合表面等离子体波导曝光结构的纳米光刻装置，所述装置用于实现第一方面任一所述的基于混合表面等离子体波导曝光结构的纳米光刻方法，所述装置包括：
获取模块，用于获取表面等离子体光刻中的单层光刻胶曝光结构，和基于混合表面等离子体波导曝光结构的表面等离子体光刻曝光结构；
第一确定模块，用于利用时域有限差分法分别对所述表面等离子体光刻曝光结构和所述单层光刻胶曝光结构中光刻胶内的场强分布进行定量分析确定场强分布数据；
第二确定模块，用于基于所述表面等离子体光刻曝光结构的场强分布数据，结合双曲线拟合方式确定所述表面等离子体光刻曝光结构的曝光图形深度理论解析式；
第三确定模块，用于确定所述表面等离子体光刻曝光结构的第一分辨率和所述单层光刻胶曝光结构的第二分辨率；
第四确定模块，用于基于所述第一分辨率和所述第二分辨率确定聚焦光斑对称性和增加曝光深度的相关数据；
第五确定模块，用于对所述表面等离子体光刻曝光结构对应的所述聚焦光斑对称性和增加曝光深度的相关数据中的景深数据进行定量分析，确定所述景深数据和所述表面等离子体光刻曝光结构的对应关系；
第六确定模块，用于对所述表面等离子体光刻曝光结构对应的色散关系数据进行建模分析，确定影响所述表面等离子体光刻曝光结构达到高频模式的关键工艺参数。
在一种可能的实现方式中，所述第一确定模块包括：
第一确定子模块，用于利用时域有限差分法对所述单层光刻胶曝光结构中光刻胶内的场强分布进行定量分析确定对应的场强分布数据，单层光刻胶曝光结构中光刻胶内的场强分布数据以指数的形式迅速衰减，无法参与成像，曝光度深度小于预设曝光深度阈值；
第二确定子模块，用于利用时域有限差分法对所述表面等离子体光刻曝光结构中光刻胶内的场强分布进行定量分析确定对应的场强分布数据，所述表面等离子体光刻曝光结构中光刻胶内的场强分布数据为基于形成在所述表面等离子体光刻曝光结构中光刻胶内的混合波导模式形成的对倏逝波成分放大增强，参与成像，对应的曝光度深度增大的数据。
在一种可能的实现方式中，所述第二确定模块包括：
第三确定子模块，用于基于所述表面等离子体光刻曝光结构中光刻胶内的场强分布数据确定场强衰减特性数据；
第四确定子模块，用于对所述场强衰减特性数据进行建模分析，结合双曲线拟合方式确定所述曝光图形深度理论解析式：
其中，所述IHPW(z)表示曝光图形深度，所述Ii表示曝光图形深度基础值，所述a和所述b表示扩散函数系数、所述d表示曝光结构直径、所述z表示所述场景衰减特性数据。
在一种可能的实现方式中，所述混合表面等离子体波导曝光结构为金属-介质-金属组成的三明治结构，包括依次设置的蝴蝶结纳米孔径结构、所述光刻胶以及纳米银薄膜反射层。
在一种可能的实现方式中，所述第四确定模块包括：
第五确定子模块，用于对所述第一分辨率和所述第二分辨率进行比较分析，所述第一分辨率具有不对称性和较大的场发散性，所述第二分辨率具有对称性和均一的场强分布，确定所述聚焦光斑对称性和增加曝光深度的相关数据。
在一种可能的实现方式中，所述第五确定模块包括：
获取子模块，用于获取所述表面等离子体光刻曝光结构中所述光刻胶内的曝光深度和曝光对比度的对应关系；
第六确定子模块，用于基于所述曝光深度和曝光对比度的对应关系，结合整体对比度和所述景深数据，确定所述景深数据和所述表面等离子体光刻曝光结构的对应关系。
在一种可能的实现方式中，所述第六确定模块包括：
第七确定子模块，用于对所述表面等离子体光刻曝光结构对应的色散关系数据进行建模分析，确定表面等离子体表面波的横向波矢大于真空波矢，所述表面等离子体表面波远小于入射光波，在满足相位匹配的情况下，确定所述关键工艺参数。
在一种可能的实现方式中，所述关键工艺参数包括：所述蝴蝶结纳米孔径结构的孔径特征尺寸，所述光刻胶的厚度以及所述纳米银薄膜反射层的厚度。
第二方面提供的基于混合表面等离子体波导曝光结构的纳米光刻装置的有益效果与第一方面或第一方面任一可能的实现方式描述的基于混合表面等离子体波导曝光结构的纳米光刻方法的有益效果相同，此处不做赘述。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示出了本申请实施例提供的一种基于混合表面等离子体波导曝光结构的纳米光刻方法的流程示意图；
图2示出了本申请实施例提供的另一种基于混合表面等离子体波导曝光结构的纳米光刻方法的流程示意图；
图3示出了本申请实施例提供的两种不同曝光结构下的表面等离子体光刻系统结构示意图；
图4示出了本申请实施例提供的光刻胶内场强分布情况示意图，对于单层光刻胶内场强分布情况；
图5示出了本申请实施例提供的衰减特性曲线图；
图6示出了本申请实施例提供的一种曝光结构分辨率，以及HPW曝光结构内的耦合模式及透过率变化情况的示意图；
图7示出了本申请实施例提供的一种单层光刻胶曝光下线性图形的场强分布情况示意图；
图8示出了本申请实施例提供的HPW曝光结构下线性图形的场强分布情况示意图；
图9示出了本申请实施例提供的对光刻胶内的场强进行归一化计算以后场强随曝光深度增加的变化示意图；
图10示出了本申请实施例提供的一种对光刻胶内的场强进行归一化计算以后场强随曝光深度增加的变化情况示意图；
图11示出了本申请实施例提供的一种基于混合表面等离子体波导曝光结构的纳米光刻装置的结构示意图。
具体实施方式
为了便于清楚描述本申请实施例的技术方案，在本申请的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。例如，第一阈值和第二阈值仅仅是为了区分不同的阈值，并不对其先后顺序进行限定。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。
需要说明的是，本申请中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a和b的结合，a和c的结合，b和c的结合，或a、b和c的结合，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
如果能够突破传统光学光刻技术中存在的衍射极限瓶颈，且在不极大地缩短入射光源波长地情况下提高光刻分辨率，建立高效、低成本且可实现大面积化生成地光学光刻系统，对于满足微纳加工技术对降低纳米器件特征尺寸的迫切需求具有十分重要的意义。
近年来，科研人员通过研究和利用表面等离子体(Surface plasmons,SPs)的超衍射光学特性，提出和建立了基于表面等离子体的一系列光刻技术，如表面等离子体干涉光刻，棱镜激发SP干涉，SP超分辨成像光刻，超透镜成像光刻，反射式SP成像光刻，SP共振腔结构成像光刻，SP直写式光刻等。表面等离子体是一种由入射电磁波和金属表面电子相互作用而激发的电子集群振荡现象，是束缚在金属-介质界面上的自由密度波。一方面，由于表面等离子体的波矢大于真空中同频率电磁波的波矢，所以具有亚波长特性可以突破衍射极限进行传输。另一方面，又因为其局域在金属-介质的表面，具有近场场强增强效应，可以极大地提高近场范围内光场强度的作用。因此，基于对高频倏逝波的调控，实现亚波长特性及近场场强局域增强效应，为表面等离子光刻技术能够实现超分辨率奠定了理论依据。
经过多年的发展，虽然实验结果已经验证了利用表面等离子体光刻技术可以在抗蚀剂上获得小于22nm的光刻分辨力，且在制备微纳结构器件方面具有重要应用前景，但其的实际应用性仍受到多方面因素的制约。主要是由于随光刻图形特征尺寸的不断缩小，表面等离子体光刻的曝光深度比较浅，使得光刻胶内曝光图形的深宽比值(Aspect ratio＝Depth/Width)比较小，进而导致加工而成的纳米器件或是结构无法实现其自身功能。一般来说，包括集成电路在内的各种微纳结构器件对光刻图案的深宽比要求是比较高的。比如，只有当光刻胶内的图形深宽比值达到1以上时，才能确保当光刻图案作为蚀刻掩膜时能够被蚀刻到基底里，使得DRAM,α-Si devices，或是其它一些集成电路中的纳米结构器件能够达到较大的电容率，改善一些纳米复合材料的机电灵敏度和能量密度，以及使得纳米射流通道具有较大的进样体积。因此，在增强光刻分辨率的同时，开展改善光刻胶内的图形深宽比的研究，对提高表面等离子体光刻技术的实际应用性具有十分重要的意义。
目前，通过将纳米蝴蝶结型(bowtie)天线与共振成像光刻(金属/介质/金属(MIM))结构相结合(BMIM)，并将其应用到表面等离子体光刻系统中，可在实验中获得半高全宽约28nm的，曝光深度为20nm的焦斑图形，使得曝光图形的深宽比达到0.71。但是，将BMIM结构应用到表面等离子体光刻技术中，虽然能够极大地增加焦斑图形的深度，但是仍未到达微纳器件对其深宽比超过1的需求，而且由于受到bowtie几何结构不对称的影响，入射光经过bowtie以后，场强分布也存在着严重的不对称性，使得在光刻胶表面获得的聚焦光斑呈椭圆形，降低了曝光图形的质量。
目前，还通过将双bowtie结构与共振成像光刻(金属/介质/金属(MIM))结构相结合(DBMIM)，并将其应用到表面等离子体光刻系统中，在采用入射波长为365nm线偏振光作为激励光源下，可在实验中获得半高全宽45nm的圆形对称焦斑。但是，将DBMIM结构作为表面等离子体光刻的曝光结构，虽然利用双bowtie结构可以获得圆形对称焦斑，且在其的开口处可获得相较于入射面电场强度22倍的局域增强场强，但是，由于bowtie结构是一种不对称纳米脊型孔径结构，在其开口处汇聚而成的近场场强具有较强的场发散性以及不对称性。而双bowtie结构的提出虽然能够解决其的场强不对称性，但却进一步增加了其的场发散性，降低了其的分辨率。
为了解决在增强光刻分辨率的同时，开展改善光刻胶内的图形深宽比的研究，对提高表面等离子体光刻技术的实际应用性具有十分重要的意义这一问题，本申请提出一种基于混合表面等离子体波导结构的表面等离子体纳米光刻技术，通过横向及纵向两个表面等离子体波导结构与SP表面波之间强烈的耦合共振效应，在光刻胶表面可获得较高的分辨率且能够极大地曝光图形的深宽比。
图1示出了本申请实施例提供的一种基于混合表面等离子体波导曝光结构的纳米光刻方法的流程示意图，如图1所示，所述基于混合表面等离子体波导曝光结构的纳米光刻方法包括：
步骤101：获取表面等离子体光刻中的单层光刻胶曝光结构，和基于混合表面等离子体波导曝光结构的表面等离子体光刻曝光结构。
在本申请中，所述混合表面等离子体波导曝光结构为金属-介质-金属组成的三明治结构，包括依次设置的蝴蝶结纳米孔径结构、所述光刻胶以及纳米银薄膜反射层。
步骤102：利用时域有限差分法分别对所述表面等离子体光刻曝光结构和所述单层光刻胶曝光结构中光刻胶内的场强分布进行定量分析确定场强分布数据。
在本申请中，可以利用时域有限差分法对所述单层光刻胶曝光结构中光刻胶内的场强分布进行定量分析确定对应的场强分布数据，单层光刻胶曝光结构中光刻胶内的场强分布数据以指数的形式迅速衰减，无法参与成像，曝光度深度小于预设曝光深度阈值；
利用时域有限差分法对所述表面等离子体光刻曝光结构中光刻胶内的场强分布进行定量分析确定对应的场强分布数据，所述表面等离子体光刻曝光结构中光刻胶内的场强分布数据为基于形成在所述表面等离子体光刻曝光结构中光刻胶内的混合波导模式形成的对倏逝波成分放大增强，参与成像，对应的曝光度深度增大的数据。
步骤103：基于所述表面等离子体光刻曝光结构的场强分布数据，结合双曲线拟合方式确定所述表面等离子体光刻曝光结构的曝光图形深度理论解析式。
在本申请中，可以基于所述表面等离子体光刻曝光结构中光刻胶内的场强分布数据确定场强衰减特性数据；
对所述场强衰减特性数据进行建模分析，结合双曲线拟合方式确定所述曝光图形深度理论解析式：
其中，所述IHPW(z)表示曝光图形深度，所述Ii表示曝光图形深度基础值，所述a和所述b表示扩散函数系数、所述d表示曝光结构直径、所述z表示所述场景衰减特性数据。
步骤104：确定所述表面等离子体光刻曝光结构的第一分辨率和所述单层光刻胶曝光结构的第二分辨率。
步骤105：基于所述第一分辨率和所述第二分辨率确定聚焦光斑对称性和增加曝光深度的相关数据。
对所述第一分辨率和所述第二分辨率进行比较分析，所述第一分辨率具有不对称性和较大的场发散性，所述第二分辨率具有对称性和均一的场强分布，确定所述聚焦光斑对称性和增加曝光深度的相关数据。
步骤106：对所述表面等离子体光刻曝光结构对应的所述聚焦光斑对称性和增加曝光深度的相关数据中的景深数据进行定量分析，确定所述景深数据和所述表面等离子体光刻曝光结构的对应关系。
在本申请中，可以获取所述表面等离子体光刻曝光结构中所述光刻胶内的曝光深度和曝光对比度的对应关系；
基于所述曝光深度和曝光对比度的对应关系，结合整体对比度和所述景深数据，确定所述景深数据和所述表面等离子体光刻曝光结构的对应关系。
步骤107：对所述表面等离子体光刻曝光结构对应的色散关系数据进行建模分析，确定影响所述表面等离子体光刻曝光结构达到高频模式的关键工艺参数。
在本申请中，可以对所述表面等离子体光刻曝光结构对应的色散关系数据进行建模分析，确定表面等离子体表面波的横向波矢大于真空波矢，所述表面等离子体表面波远小于入射光波，在满足相位匹配的情况下，确定所述关键工艺参数。
所述关键工艺参数包括：所述蝴蝶结纳米孔径结构的孔径特征尺寸，所述光刻胶的厚度以及所述纳米银薄膜反射层的厚度。
本申请的目的在于提出一种可解决表面等离子体光刻技术中因其近场衰减特性而导致的曝光深度较浅的纳米光刻系统。将bowtie结构与反射式成像(光刻胶/金属薄膜反射层)结构相结合，构成一种新型的混合表面等离子体波导结构(hybrid plasmonicwaveguide，HPW)。
HPW结构作为表面等离子体光刻的曝光结构，不仅能够很好地解决聚焦光斑不对称的问题，且由于bowtie结构本身特有的横向MIM表面等离子体波导结构(Al/air/Al)能够与HPW结构的纵向MIM表面等离子体波导结构(bowtie/光刻胶/金属薄膜反射层)在光刻胶层的上下表面与SP表面波形成强烈的耦合共振效应，当倏逝波和SP表面波横向传播波矢达到匹配，前者就可以耦合进后者的模式中，使得光刻胶内的倏逝波成分得到放大增强，并参与到成像中，在确保整个光刻胶薄膜层内场强分布的均匀性的同时，也极大地增加了曝光图形的深度。
此外，HPW结构的应用使得表面等离子体光刻系统具有较强的空间频率选择特性(spatial frequency selection)，通过对bowtie孔径间隙大小、光刻胶薄膜厚度以及金属反射薄膜层厚度的调控，可以实现高频模式(high-k mode)，使得表面等离子体光刻具有较高的成像对比度以及曝光质量，这对于进一步提高表面等离子体光刻技术的实际应用性具有十分重要的意义。
综上所述，本申请实施例提供的基于混合表面等离子体波导曝光结构的纳米光刻方法，可以获取表面等离子体光刻中的单层光刻胶曝光结构，和基于混合表面等离子体波导曝光结构的表面等离子体光刻曝光结构；利用时域有限差分法分别对所述表面等离子体光刻曝光结构和所述单层光刻胶曝光结构中光刻胶内的场强分布进行定量分析确定场强分布数据；基于所述表面等离子体光刻曝光结构的场强分布数据，结合双曲线拟合方式确定所述表面等离子体光刻曝光结构的曝光图形深度理论解析式，基于混合表面等离子体波导曝光结构的表面等离子体光刻曝光结构内的场强分布具有双曲特性，通过对其进行拟合分析后，我们发现该特性能够极大地提高光刻胶内场强分布的均匀性，进而能够有效地改善景深及增加图形的曝光深度；确定所述表面等离子体光刻曝光结构的第一分辨率和所述单层光刻胶曝光结构的第二分辨率；基于所述第一分辨率和所述第二分辨率确定聚焦光斑对称性和增加曝光深度的相关数据；对所述表面等离子体光刻曝光结构对应的所述聚焦光斑对称性和增加曝光深度的相关数据中的景深数据进行定量分析，确定所述景深数据和所述表面等离子体光刻曝光结构的对应关系；对所述表面等离子体光刻曝光结构对应的色散关系数据进行建模分析，确定影响所述表面等离子体光刻曝光结构达到高频模式的关键工艺参数。通过对HPW曝光结构的色散关系进行理论推导，进而获得可调控其间频率选择特性的工艺参数，可为提高表面等离子体光刻曝光图形深宽比提供理论基础。
图2示出了本申请实施例提供的另一种基于混合表面等离子体波导曝光结构的纳米光刻方法的流程示意图，如图2所示，基于混合表面等离子体波导曝光结构的纳米光刻方法包括：
步骤201：获取表面等离子体光刻中的单层光刻胶曝光结构，和基于混合表面等离子体波导曝光结构的表面等离子体光刻曝光结构。
图3示出了本申请实施例提供的两种不同曝光结构下的表面等离子体光刻系统结构示意图，图3(a)是传统单层光刻胶曝光结构，传统单层光刻胶曝光结构包括：纳米蝴蝶结型孔径结构Bowtie、光刻胶Photoresist和硅衬底Si，图3(b)是基于混合表面等离子体波导曝光结构的表面等离子体光刻曝光结构，其中，所述混合表面等离子体波导曝光结构为金属-介质-金属组成的三明治结构，包括依次设置的蝴蝶结纳米孔径结构Bowtie、所述光刻胶Photoresist以及纳米银薄膜反射层Metal reflector film，和硅衬底Si，其中入射光Incident light的波长为365纳米(nm)，蝴蝶结纳米孔径结构01具有间隙尺寸(gap size)。
步骤202：利用时域有限差分法分别对所述表面等离子体光刻曝光结构和所述单层光刻胶曝光结构中光刻胶内的场强分布进行定量分析确定场强分布数据。
在本申请中，可以利用时域有限差分法(FDTD)对所述单层光刻胶曝光结构中光刻胶内的场强分布进行定量分析确定对应的场强分布数据，单层光刻胶曝光结构中光刻胶内的场强分布数据以指数的形式迅速衰减，无法参与成像，曝光度深度小于预设曝光深度阈值。
具体的，图4示出了本申请实施例提供的光刻胶内场强分布情况示意图，对于单层光刻胶内场强分布情况，如图4(a)所示，在仅有单层光刻胶的曝光结构中，光刻胶内的曝光量是以指数的形式迅速衰减的，因而不能传播到远场，无法参与成像，进而导致曝光深度较浅。
进一步的，可以利用时域有限差分法对所述表面等离子体光刻曝光结构中光刻胶内的场强分布进行定量分析确定对应的场强分布数据，所述表面等离子体光刻曝光结构中光刻胶内的场强分布数据为基于形成在所述表面等离子体光刻曝光结构中光刻胶内的混合波导模式形成的对倏逝波成分放大增强，参与成像，对应的曝光度深度增大的数据。
具体的，对于HPW曝光结构的场强分布情况，如图4(b)所示，在HPW曝光结构中，蝴蝶结纳米孔径结构形成的横向波动模式不仅可以实现入射波的场强传输，并且可以在光刻胶薄膜层的上表面产生较强的SP表面波，并且由于纳米银薄膜反射层的存在，会在光刻胶与其的界面再次产生SP表面波，而HPW曝光结构中的纵向波导模式会与光刻胶上下界面产生的SP表面波相互耦合，形成束缚在光刻胶内的混合波导模式。与纯SP表面波模式相比，这种混合表面等离子体波导模式具有在实现近场增强效应的同时，又有很好的场约束能力，且能保持较远的传播距离的优点，使得光刻胶内的倏逝波成分得到放大增强，并参与成像，进而促进了曝光深度的增大。
步骤203：基于所述表面等离子体光刻曝光结构中光刻胶内的场强分布数据确定场强衰减特性数据。
在本申请中，点扩散函数(point spread function，PSF)可以用来定量分析光刻胶内的场强分布情况，图5示出了本申请实施例提供的衰减特性曲线图，横轴表示景深(Depth)，FDTD simulation表示仿真发散模拟数据，Theory表示理论数据，纵轴表示PSF，单位为a.u.，表示无量纲单位，对于单层光刻胶曝光结构内的PSF呈指数衰减，如图5(a)所示，单层光刻胶曝光结构内的PSF呈指数衰减，可以用β＝a+bz对其的衰减特性进行定量分析。
图5(b)示出了HPW曝光结构中的PST呈双曲线衰减特性，如图5(b)所示，HPW曝光结构内的场强分布情况呈现出双曲线的衰减特性，因此，本申请中提出用基于公式(1)的方式对其进行拟合计算。
步骤204：对所述场强衰减特性数据进行建模分析，结合双曲线拟合方式确定所述曝光图形深度理论解析式。
如公式2所示：
其中，所述IHPW(z)表示曝光图形深度，所述Ii表示曝光图形深度基础值，所述a和所述b表示扩散函数系数、所述d表示曝光结构直径、所述z表示所述场景衰减特性数据。
可以根据表面等离子体光刻工艺中的成像条件，即曝光图形所需的剂量调制函数(Dose Modulation Function，DMF)应大于或等于图形结构的临界调制传输函数(Criticalmodulation transfer function，CMTF)，DMF≥CMTF，可推导出特定尺寸下的图形的曝光深度理论最大值。
步骤205：确定所述表面等离子体光刻曝光结构的第一分辨率和所述单层光刻胶曝光结构的第二分辨率。
在本申请中，可以对两种表面等离子体光刻系统的分辨率进行比较分析，并揭示HPW结构可以改善聚焦光斑对称性以及增加曝光深度的物理根源。
步骤206：基于所述第一分辨率和所述第二分辨率确定聚焦光斑对称性和增加曝光深度的相关数据。
在本申请中，可以对所述第一分辨率和所述第二分辨率进行比较分析，所述第一分辨率具有不对称性和较大的场发散性，所述第二分辨率具有对称性和均一的场强分布，确定所述聚焦光斑对称性和增加曝光深度的相关数据。
具体的，对于光学光刻系统而言，聚焦光斑的场强分布，是决定其系统分辨率及曝光结果的重要参数之一，直接影响着曝光时间的长度和曝光图形质量的好坏。图6示出了本申请实施例提供的一种曝光结构分辨率，以及HPW曝光结构内的耦合模式及透过率变化情况的示意图，图6(a)是除了两种表面等离子体光刻曝光结构下可达到的分辨率，如图6(a)所示，对于传统的单层光刻胶表面等离子体光刻系统(Single)而言，由于其的聚焦光斑具有严重的不对称性及较大的场发散性，会导致光刻胶内可达到的分辨率(Achievableresolution)具有不对称性且会随着距离的增加变大。而本申请中所提出的HPW曝光结构，是一种金属-介质-金属(MIM)组成的三明治结构，主要包括蝴蝶结纳米孔径结构(bowtienanoaperture，BNA)，光刻胶(photoresist，PR)以及纳米银薄膜反射层(Ag reflector)。该HPW曝光模型包括一个由Al-air-Al构成的横向MIM plasmonic waveguide结构，以及一个由Al-PR-Ag构成的纵向MIM plasmonic waveguide结构。横向的MIM plasmonic waveguide可在光刻胶层的上表面进一步激发表面等离子体的产生，而纵向的MIM plasmonicwaveguide可在光刻胶层的下表面进一步激发表面等离子体的产生，进而在光刻胶层内与SP表面波形成复杂的共振耦合模式，图5(b)示出了本申请实施例提供的一种不同入射光波长下，HPW曝光结构内的耦合模式及透过率变化情况，如图5(b)所示，其中，横轴Wavelength表示波长，纵轴Transmission表示透过率，F-P like resonances表示谐振腔共振，可以看出，整个光刻胶薄膜层内的场强分布具有均一性，不仅能够改善光刻胶内可达到的分辨率，且能进一步增强图形的曝光深度。
步骤207：获取所述表面等离子体光刻曝光结构中所述光刻胶内的曝光深度和曝光对比度的对应关系。
在本申请中，可以对HPW结构可以起到改善表面等离子体光刻技术中景深(depth-of-field)的作用进行定量分析。
具体的，在表面等离子体光刻中，光刻胶内随曝光深度增加而存在的局部对比度可定义为γ(z)≡I1(z)/I0(z)，也即是所述光刻胶内的曝光深度和曝光对比度的对应关系为：γ(z)≡I1(z)/I0(z)。
步骤208：基于所述曝光深度和曝光对比度的对应关系，结合整体对比度和所述景深数据，确定所述景深数据和所述表面等离子体光刻曝光结构的对应关系。
所述光刻胶内的曝光深度和曝光对比度的对应关系为：γ(z)≡I1(z)/I0(z)，而在整个曝光范围内，整体对比度可定义为Γ＝min(I1)/max(I0)，而景深是由来决定的V＝(Γ-1)/(Γ+1)≥0,。因此，通过对单层光刻胶曝光结构及不同HPW曝光结构下，线性图形的场强随曝光深度增加的变化情况进行定量分析，可以分别计算出两种曝光结构下的景深，如图7-10所示。通过定量计算后，可发现HPW结构在改变表面等离子体光刻中的景深具有显著效果。
图7示出了本申请实施例提供的一种单层光刻胶曝光下线性图形的场强分布情况示意图，纵轴Pattern depth表示图案深度，图8示出了本申请实施例提供的HPW曝光结构下线性图形的场强分布情况示意图，图9示出了本申请实施例提供的对光刻胶内的场强进行归一化计算以后场强随曝光深度增加的变化示意图，如图9所示，横轴Pattern depth表示图案深度，纵轴Normalized intensity表示归一化强度，利用单层光刻胶曝光结构进行线性图形曝光时，场强随曝光深度增加的变化情况，可看出其景深较浅，图10示出了本申请实施例提供的一种对光刻胶内的场强进行归一化计算以后场强随曝光深度增加的变化情况示意图，如图10所示，横轴Pattern depth表示图案深度，纵轴Normalized intensity表示归一化强度，利用HPW曝光结构进行线性图形曝光时，场强随曝光深度增加的变化情况，可看出无景深限制。
步骤209：对所述表面等离子体光刻曝光结构对应的色散关系数据进行建模分析，确定影响所述表面等离子体光刻曝光结构达到高频模式的关键工艺参数。
在本申请中，可以对所述表面等离子体光刻曝光结构对应的色散关系数据进行建模分析，确定表面等离子体表面波的横向波矢大于真空波矢，所述表面等离子体表面波远小于入射光波，在满足相位匹配的情况下，确定所述关键工艺参数。
其中，所述关键工艺参数包括：所述蝴蝶结纳米孔径结构的孔径特征尺寸，所述光刻胶的厚度以及所述纳米银薄膜反射层的厚度。
具体的，对基于HPW结构的表面等离子体光刻系统的色散关系进行建模分析，获得可影响其达到高频模式(high-k mode)的关键工艺参数。相较于传统的单层光刻胶曝光结构，HPW曝光结构是由表面等离子体波导模式与SP表面波模式相互耦合而构成的，通过分析其的色散关系，可以发现HPW曝光结构中SP表面波的横向波矢kx比真空波矢k0大得多，也就是SP表面波要比入射光波长小很多，这一特性不仅可以实现表面等离子体光刻工艺中对亚波长模式的束缚，即高分辨率，同时也能实现近场增强效应。因此，通过基于HPW曝光结构的色散特性分析，在满足相位匹配的条件下，如何对蝴蝶结纳米孔径的特征尺寸，光刻胶以及纳米银薄膜反射层的厚度的进行优化，改变SP表面波的横向波矢kx，进而实现高频空间滤波(spatial frequency selection)的特性。
本申请提出了一种基于混合表面等离子体波导模式的表面等离子体光刻方法，并对其的成像特点进行了理论分析及仿真验证。(1)HPW曝光结构及其在表面等离子体光刻系统中的应用。将bowtie结构与反射式成像(光刻胶/金属薄膜反射层)结构相结合，并将其应用到表面等离子体光刻工艺中，本申请中通过理论解析及仿真结果已验证，该结构特有的混合表面等离子体波导模式与SP表面波之间产生的复杂且强烈的耦合共振效应，能够有效地改善其系统的分辨率及曝光图形深宽比。(2)对HPW曝光结构的场强衰减特性进行的定量建模分析。不同于传统的表面等离子体光刻曝光系统，场强在光刻胶内呈指数衰减，HPW曝光结构内的场强分布具有双曲特性，通过对其进行拟合分析后，我们发现该特性能够极大地提高光刻胶内场强分布的均匀性，进而能够有效地改善景深及增加图形的曝光深度。(3)HPW曝光结构的空间频率选择特性，及对其调控参数的确定。表面等离子体光刻曝光系统中，能够达到较高的空间频率模式(high-kmode)，具有较高的传播波矢，是其能够突破衍射极限，改善其系统分辨率，成像分辨率及图形质量的必要物理条件之一。因此，通过对HPW曝光结构的色散关系进行理论推导，进而获得可调控其间频率选择特性的工艺参数，可为提高表面等离子体光刻曝光图形深宽比提供理论基础。
本申请中所提出的HPW曝光结构不仅能够有效地改善表面等离子体光刻系统中因聚焦元件bowtie的几何不对称性而导致的聚焦光斑不对称性的问题，并且通过表面等离子体波导与SP表面波之间复杂且强烈的耦合共振效应，降低了bowtie开口处场强的发散性，使得光刻胶内的倏逝波具有更强的场约束性且能够被放大增强，确保了整个光刻胶薄膜层内的场强分布均匀，增加了图形的曝光深度。此外，由于HPW曝光结构具有较强的空间频率选择过滤特性，因此，可以通过对bowtie纳米孔径结构的间隙大小，光刻胶的薄膜厚度以及金属薄膜反射层的厚度进行调控，而使其达到高频模式，获得较高的横向传播波矢，可极大提高表面等离子体光刻的成像对比度的同时，也改善了曝光图形的深宽比。这对于满足微纳器件加工工艺中，对光刻图形的深宽比必须大于1的要求，进而实现表面等离子体光刻工艺的实际应用性意义重大。
综上所述，本申请实施例提供的基于混合表面等离子体波导曝光结构的纳米光刻方法，可以获取表面等离子体光刻中的单层光刻胶曝光结构，和基于混合表面等离子体波导曝光结构的表面等离子体光刻曝光结构；利用时域有限差分法分别对所述表面等离子体光刻曝光结构和所述单层光刻胶曝光结构中光刻胶内的场强分布进行定量分析确定场强分布数据；基于所述表面等离子体光刻曝光结构的场强分布数据，结合双曲线拟合方式确定所述表面等离子体光刻曝光结构的曝光图形深度理论解析式，基于混合表面等离子体波导曝光结构的表面等离子体光刻曝光结构内的场强分布具有双曲特性，通过对其进行拟合分析后，我们发现该特性能够极大地提高光刻胶内场强分布的均匀性，进而能够有效地改善景深及增加图形的曝光深度；确定所述表面等离子体光刻曝光结构的第一分辨率和所述单层光刻胶曝光结构的第二分辨率；基于所述第一分辨率和所述第二分辨率确定聚焦光斑对称性和增加曝光深度的相关数据；对所述表面等离子体光刻曝光结构对应的所述聚焦光斑对称性和增加曝光深度的相关数据中的景深数据进行定量分析，确定所述景深数据和所述表面等离子体光刻曝光结构的对应关系；对所述表面等离子体光刻曝光结构对应的色散关系数据进行建模分析，确定影响所述表面等离子体光刻曝光结构达到高频模式的关键工艺参数。通过对HPW曝光结构的色散关系进行理论推导，进而获得可调控其间频率选择特性的工艺参数，可为提高表面等离子体光刻曝光图形深宽比提供理论基础。
图11示出了本申请实施例提供的一种基于混合表面等离子体波导曝光结构的纳米光刻装置的结构示意图，用于实现本申请任一所述的基于混合表面等离子体波导曝光结构的纳米光刻方法，如图11所示，所述基于混合表面等离子体波导曝光结构的纳米光刻装置300包括：
获取模块301，用于获取表面等离子体光刻中的单层光刻胶曝光结构，和基于混合表面等离子体波导曝光结构的表面等离子体光刻曝光结构；
第一确定模块302，用于利用时域有限差分法分别对所述表面等离子体光刻曝光结构和所述单层光刻胶曝光结构中光刻胶内的场强分布进行定量分析确定场强分布数据；
第二确定模块303，用于基于所述表面等离子体光刻曝光结构的场强分布数据，结合双曲线拟合方式确定所述表面等离子体光刻曝光结构的曝光图形深度理论解析式；
第三确定模块304，用于确定所述表面等离子体光刻曝光结构的第一分辨率和所述单层光刻胶曝光结构的第二分辨率；
第四确定模块305，用于基于所述第一分辨率和所述第二分辨率确定聚焦光斑对称性和增加曝光深度的相关数据；
第五确定模块306，用于对所述表面等离子体光刻曝光结构对应的所述聚焦光斑对称性和增加曝光深度的相关数据中的景深数据进行定量分析，确定所述景深数据和所述表面等离子体光刻曝光结构的对应关系；
第六确定模块307，用于对所述表面等离子体光刻曝光结构对应的色散关系数据进行建模分析，确定影响所述表面等离子体光刻曝光结构达到高频模式的关键工艺参数。
在一种可能的实现方式中，所述第一确定模块包括：
第一确定子模块，用于利用时域有限差分法对所述单层光刻胶曝光结构中光刻胶内的场强分布进行定量分析确定对应的场强分布数据，单层光刻胶曝光结构中光刻胶内的场强分布数据以指数的形式迅速衰减，无法参与成像，曝光度深度小于预设曝光深度阈值；
第二确定子模块，用于利用时域有限差分法对所述表面等离子体光刻曝光结构中光刻胶内的场强分布进行定量分析确定对应的场强分布数据，所述表面等离子体光刻曝光结构中光刻胶内的场强分布数据为基于形成在所述表面等离子体光刻曝光结构中光刻胶内的混合波导模式形成的对倏逝波成分放大增强，参与成像，对应的曝光度深度增大的数据。
在一种可能的实现方式中，所述第二确定模块包括：
第三确定子模块，用于基于所述表面等离子体光刻曝光结构中光刻胶内的场强分布数据确定场强衰减特性数据；
第四确定子模块，用于对所述场强衰减特性数据进行建模分析，结合双曲线拟合方式确定所述曝光图形深度理论解析式：
其中，所述IHPW(z)表示曝光图形深度，所述Ii表示曝光图形深度基础值，所述a和所述b表示扩散函数系数、所述d表示曝光结构直径、所述z表示所述场景衰减特性数据。
在一种可能的实现方式中，所述混合表面等离子体波导曝光结构为金属-介质-金属组成的三明治结构，包括依次设置的蝴蝶结纳米孔径结构、所述光刻胶以及纳米银薄膜反射层。
在一种可能的实现方式中，所述第四确定模块包括：
第五确定子模块，用于对所述第一分辨率和所述第二分辨率进行比较分析，所述第一分辨率具有不对称性和较大的场发散性，所述第二分辨率具有对称性和均一的场强分布，确定所述聚焦光斑对称性和增加曝光深度的相关数据。
在一种可能的实现方式中，所述第五确定模块包括：
获取子模块，用于获取所述表面等离子体光刻曝光结构中所述光刻胶内的曝光深度和曝光对比度的对应关系；
第六确定子模块，用于基于所述曝光深度和曝光对比度的对应关系，结合整体对比度和所述景深数据，确定所述景深数据和所述表面等离子体光刻曝光结构的对应关系。
在一种可能的实现方式中，所述第六确定模块包括：
第七确定子模块，用于对所述表面等离子体光刻曝光结构对应的色散关系数据进行建模分析，确定表面等离子体表面波的横向波矢大于真空波矢，所述表面等离子体表面波远小于入射光波，在满足相位匹配的情况下，确定所述关键工艺参数。
在一种可能的实现方式中，所述关键工艺参数包括：所述蝴蝶结纳米孔径结构的孔径特征尺寸，所述光刻胶的厚度以及所述纳米银薄膜反射层的厚度。本申请实施例提供的基于混合表面等离子体波导曝光结构的纳米光刻装置，可以获取表面等离子体光刻中的单层光刻胶曝光结构，和基于混合表面等离子体波导曝光结构的表面等离子体光刻曝光结构；利用时域有限差分法分别对所述表面等离子体光刻曝光结构和所述单层光刻胶曝光结构中光刻胶内的场强分布进行定量分析确定场强分布数据；基于所述表面等离子体光刻曝光结构的场强分布数据，结合双曲线拟合方式确定所述表面等离子体光刻曝光结构的曝光图形深度理论解析式，基于混合表面等离子体波导曝光结构的表面等离子体光刻曝光结构内的场强分布具有双曲特性，通过对其进行拟合分析后，我们发现该特性能够极大地提高光刻胶内场强分布的均匀性，进而能够有效地改善景深及增加图形的曝光深度；确定所述表面等离子体光刻曝光结构的第一分辨率和所述单层光刻胶曝光结构的第二分辨率；基于所述第一分辨率和所述第二分辨率确定聚焦光斑对称性和增加曝光深度的相关数据；对所述表面等离子体光刻曝光结构对应的所述聚焦光斑对称性和增加曝光深度的相关数据中的景深数据进行定量分析，确定所述景深数据和所述表面等离子体光刻曝光结构的对应关系；对所述表面等离子体光刻曝光结构对应的色散关系数据进行建模分析，确定影响所述表面等离子体光刻曝光结构达到高频模式的关键工艺参数。通过对HPW曝光结构的色散关系进行理论推导，进而获得可调控其间频率选择特性的工艺参数，可为提高表面等离子体光刻曝光图形深宽比提供理论基础。
本申请提供的一种基于混合表面等离子体波导曝光结构的纳米光刻装置，可以实现如图1至图10任一所示的基于混合表面等离子体波导曝光结构的纳米光刻的方法，为避免重复，这里不再赘述。
尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
尽管结合具体特征及其实施例对本申请进行了描述，显而易见的，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本申请的示例性说明，且视为已覆盖本申请范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种基于混合表面等离子体波导曝光结构的纳米光刻方法，其特征在于，所述方法包括：
获取表面等离子体光刻中的单层光刻胶曝光结构，和基于混合表面等离子体波导曝光结构的表面等离子体光刻曝光结构；
利用时域有限差分法分别对所述表面等离子体光刻曝光结构和所述单层光刻胶曝光结构中光刻胶内的场强分布进行定量分析确定场强分布数据；
基于所述表面等离子体光刻曝光结构的场强分布数据，结合双曲线拟合方式确定所述表面等离子体光刻曝光结构的曝光图形深度理论解析式；
确定所述表面等离子体光刻曝光结构的第一分辨率和所述单层光刻胶曝光结构的第二分辨率；
基于所述第一分辨率和所述第二分辨率确定聚焦光斑对称性和增加曝光深度的相关数据；
对所述表面等离子体光刻曝光结构对应的所述聚焦光斑对称性和增加曝光深度的相关数据中的景深数据进行定量分析，确定所述景深数据和所述表面等离子体光刻曝光结构的对应关系；
对所述表面等离子体光刻曝光结构对应的色散关系数据进行建模分析，确定影响所述表面等离子体光刻曝光结构达到高频模式的关键工艺参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用时域有限差分法分别对所述表面等离子体光刻曝光结构和所述单层光刻胶曝光结构中光刻胶内的场强分布进行定量分析确定场强分布数据，包括：
利用时域有限差分法对所述单层光刻胶曝光结构中光刻胶内的场强分布进行定量分析确定对应的场强分布数据，单层光刻胶曝光结构中光刻胶内的场强分布数据以指数的形式迅速衰减，无法参与成像，曝光度深度小于预设曝光深度阈值；
利用时域有限差分法对所述表面等离子体光刻曝光结构中光刻胶内的场强分布进行定量分析确定对应的场强分布数据，所述表面等离子体光刻曝光结构中光刻胶内的场强分布数据为基于形成在所述表面等离子体光刻曝光结构中光刻胶内的混合波导模式形成的对倏逝波成分放大增强，参与成像，对应的曝光度深度增大的数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述表面等离子体光刻曝光结构的场强分布数据，结合双曲线拟合方式确定所述表面等离子体光刻曝光结构的曝光图形深度理论解析式，包括：
基于所述表面等离子体光刻曝光结构中光刻胶内的场强分布数据确定场强衰减特性数据；
对所述场强衰减特性数据进行建模分析，结合双曲线拟合方式确定所述曝光图形深度理论解析式：
其中，所述IHPW(z)表示曝光图形深度，所述Ii表示曝光图形深度基础值，所述a和所述b表示扩散函数系数、所述d表示曝光结构直径、所述z表示所述场强衰减特性数据。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合表面等离子体波导曝光结构为金属-介质-金属组成的三明治结构，包括依次设置的蝴蝶结纳米孔径结构、所述光刻胶以及纳米银薄膜反射层。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一分辨率和所述第二分辨率确定聚焦光斑对称性和增加曝光深度的相关数据，包括：
对所述第一分辨率和所述第二分辨率进行比较分析，所述第一分辨率具有不对称性和较大的场发散性，所述第二分辨率具有对称性和均一的场强分布，确定所述聚焦光斑对称性和增加曝光深度的相关数据。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述表面等离子体光刻曝光结构对应的所述聚焦光斑对称性和增加曝光深度的相关数据中的景深数据进行定量分析，确定所述景深数据和所述表面等离子体光刻曝光结构的对应关系，包括：
获取所述表面等离子体光刻曝光结构中所述光刻胶内的曝光深度和曝光对比度的对应关系；
基于所述曝光深度和曝光对比度的对应关系，结合整体对比度和所述景深数据，确定所述景深数据和所述表面等离子体光刻曝光结构的对应关系。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对所述表面等离子体光刻曝光结构对应的色散关系数据进行建模分析，确定影响所述表面等离子体光刻曝光结构达到高频模式的关键工艺参数，包括：
对所述表面等离子体光刻曝光结构对应的色散关系数据进行建模分析，确定表面等离子体表面波的横向波矢大于真空波矢，所述表面等离子体表面波远小于入射光波，在满足相位匹配的情况下，确定所述关键工艺参数。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述关键工艺参数包括：所述蝴蝶结纳米孔径结构的孔径特征尺寸，所述光刻胶的厚度以及所述纳米银薄膜反射层的厚度。
9.一种基于混合表面等离子体波导曝光结构的纳米光刻装置，其特征在于，用于实现权利要求1-8任一所述的基于混合表面等离子体波导曝光结构的纳米光刻方法，所述装置包括：
获取模块，用于获取表面等离子体光刻中的单层光刻胶曝光结构，和基于混合表面等离子体波导曝光结构的表面等离子体光刻曝光结构；
第一确定模块，用于利用时域有限差分法分别对所述表面等离子体光刻曝光结构和所述单层光刻胶曝光结构中光刻胶内的场强分布进行定量分析确定场强分布数据；
第二确定模块，用于基于所述表面等离子体光刻曝光结构的场强分布数据，结合双曲线拟合方式确定所述表面等离子体光刻曝光结构的曝光图形深度理论解析式；
第三确定模块，用于确定所述表面等离子体光刻曝光结构的第一分辨率和所述单层光刻胶曝光结构的第二分辨率；
第四确定模块，用于基于所述第一分辨率和所述第二分辨率确定聚焦光斑对称性和增加曝光深度的相关数据；
第五确定模块，用于对所述表面等离子体光刻曝光结构对应的所述聚焦光斑对称性和增加曝光深度的相关数据中的景深数据进行定量分析，确定所述景深数据和所述表面等离子体光刻曝光结构的对应关系；
第六确定模块，用于对所述表面等离子体光刻曝光结构对应的色散关系数据进行建模分析，确定影响所述表面等离子体光刻曝光结构达到高频模式的关键工艺参数。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一确定模块包括：
第一确定子模块，用于利用时域有限差分法对所述单层光刻胶曝光结构中光刻胶内的场强分布进行定量分析确定对应的场强分布数据，单层光刻胶曝光结构中光刻胶内的场强分布数据以指数的形式迅速衰减，无法参与成像，曝光度深度小于预设曝光深度阈值；
第二确定子模块，用于利用时域有限差分法对所述表面等离子体光刻曝光结构中光刻胶内的场强分布进行定量分析确定对应的场强分布数据，所述表面等离子体光刻曝光结构中光刻胶内的场强分布数据为基于形成在所述表面等离子体光刻曝光结构中光刻胶内的混合波导模式形成的对倏逝波成分放大增强，参与成像，对应的曝光度深度增大的数据。
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|---|---|---|---|
| CN202211338625.XA CN115598936A (zh) | 2022-10-28 | 2022-10-28 | 基于混合表面等离子体波导曝光结构的纳米光刻方法及装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| CN115598936A true CN115598936A (zh) | 2023-01-13 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116401921A (zh) * | 2023-04-07 | 2023-07-07 | 安徽大学 | 一种各项异性磁化等离子体媒质处理方法及系统 |
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2022
- 2022-10-28 CN CN202211338625.XA patent/CN115598936A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116401921A (zh) * | 2023-04-07 | 2023-07-07 | 安徽大学 | 一种各项异性磁化等离子体媒质处理方法及系统 |
| CN116401921B (zh) * | 2023-04-07 | 2024-01-30 | 安徽大学 | 一种各项异性磁化等离子体媒质处理方法及系统 |
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