CN117492330A - 一种表面等离子体光刻成像结构 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种表面等离子体光刻成像结构,包括:掩模层、层叠结构、间隔层、光刻胶、反射层以及菲涅尔透镜。层叠结构包括至少2个目标膜组,目标膜组包括至少2层薄膜。掩模层、层叠结构、间隔层、光刻胶和反射层依次层叠设置。菲涅尔透镜设置于第一位置、第二位置、第三位置、第四位置和第五位置中的任意一个位置,第一位置为层叠结构和间隔层之间,第二位置为层叠结构和掩模层之间,第三位置为相邻2个目标膜组之间,第四位置为目标膜组包括的至少2层薄膜之间,第五位置为光刻胶和反射层之间。通过在传统表面等离子体光刻成像结构中增加一个菲涅尔透镜,提高表面等离子体光刻成像的对比度,提高表面等离子体光刻在光刻胶的成像质量。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域,特别涉及一种表面等离子体光刻成像结构。
背景技术
随着半导体相关技术的发展,对半导体器件进行制造时的重要技术之一光刻技术也在飞速发展。表面等离子体光刻技术作为一种主流光刻技术的补充,与传统的光学光刻技术,如深紫外光光刻(Deep Ultraviolet Lithography,DUVL)和极紫外光光刻(ExtremeUltraviolet Lithography,EUVL)有很大的不同。
表面等离子体光刻技术由于利用了包含高频信息的倏逝近场成像,从而可以突破传统光刻中的衍射极限。实验证明,即使使用波长为365纳米(nm)的光源,在单次曝光的条件下,分辨率便可实现小于200nm,甚至达到约20nm,约为光波长(light wavelength)的1/17,并且有可能进一步提高。这种方法为研究低成本、大面积、高效的光刻技术,提供了一条可靠技术途径,因此受到了广泛关注。
随着分辨率的降低,表面等离子体光刻图像的尺寸也逐渐缩小,但是此时表面等离子体光刻图像的对比度较差。因此,当前存在提高表面等离子体光刻图像的对比度的需求。
发明内容
有鉴于此,本申请的目的在于提供一种表面等离子体光刻成像结构,该表面等离子体光刻成像结构能够提高表面等离子体光刻图像的对比度。
为实现上述目的,本申请有如下技术方案:
本申请实施例提供了一种表面等离子体光刻成像结构,包括:掩模层、层叠结构、间隔层、光刻胶、反射层以及菲涅尔透镜;所述层叠结构包括至少2个目标膜组,所述目标膜组包括至少2层薄膜;
所述掩模层、所述层叠结构、所述间隔层、所述光刻胶和所述反射层依次层叠设置;
所述菲涅尔透镜设置于第一位置、第二位置、第三位置、第四位置和第五位置中的任意一个位置,所述第一位置为所述层叠结构和所述间隔层之间,所述第二位置为所述层叠结构和所述掩模层之间,所述第三位置为相邻2个所述目标膜组之间,所述第四位置为所述目标膜组包括的至少2层薄膜之间,所述第五位置为所述光刻胶和所述反射层之间;
所述菲涅尔透镜用于增强表面等离子体光刻成像的对比度。
可选地,所述层叠结构包括第一目标膜组和第二目标膜组,所述第一目标膜组位于所述第二目标膜组靠近所述掩模层的一侧,所述第一目标膜组和所述第二目标膜组分别包括依次层叠的第一膜层和第二膜层;
所述第四位置为所述第一目标膜组包括的第一膜层和第二膜层之间或所述第四位置为所述第二目标膜组包括的第一膜层和第二膜层之间。
可选地,所述菲涅尔透镜包括明暗相间的同心圆环,相邻圆环在进行表面等离子体光刻时的光程差为光源波长的一半。
可选地,明环的数量和暗环的数量相同,所述明环的数量和所述掩模层的掩模数量相同。
可选地,所述明环对光源的透光率大于所述暗环对所述光源的透光率。
可选地,所述明环的材料为有机玻璃,所述暗环的材料为氧化铝。
可选地,在垂直于所述菲涅尔透镜的表面的方向上,菲涅尔透镜的厚度从中心区域至边缘区域保持一致。
可选地,所述菲涅尔透镜的厚度为30纳米。
可选地,所述间隔层为空气。
可选地,所述第一膜组包括氧化铝和有机玻璃的叠层。
本申请提供了一种表面等离子体光刻成像结构,包括:掩模层、层叠结构、间隔层、光刻胶、反射层以及菲涅尔透镜。层叠结构包括至少2个目标膜组,即至少2个目标膜组层叠设置,目标膜组包括至少2层薄膜。掩模层、层叠结构、间隔层、光刻胶和反射层依次层叠设置。菲涅尔透镜设置于第一位置、第二位置、第三位置、第四位置和第五位置中的任意一个位置,其中,第一位置为层叠结构和间隔层之间,第二位置为层叠结构和掩模层之间,第三位置为相邻2个目标膜组之间,第四位置为目标膜组包括的至少2层薄膜之间,第五位置为光刻胶和反射层之间。菲涅尔透镜用于增强表面等离子体光刻成像的对比度,也就是说,通过在传统表面等离子体光刻成像结构中增加一个菲涅尔透镜,从而提高表面等离子体光刻成像的对比度,提高表面等离子体光刻在光刻胶的成像质量。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1示出了一种极紫外光光刻技术的曝光示意图;
图2示出了一种表面等离子体光刻成像结构的结构示意图;
图3示出了本申请实施例提供的一种表面等离子体光刻成像结构的结构示意图;
图4示出了本申请实施例提供的另一种表面等离子体光刻成像结构的结构示意图;
图5示出了本申请实施例提供的又一种表面等离子体光刻成像结构的结构示意图;
图6示出了本申请实施例提供的又一种表面等离子体光刻成像结构的结构示意图;
图7示出了本申请实施例提供的又一种表面等离子体光刻成像结构的结构示意图;
图8示出了本申请实施例提供的又一种表面等离子体光刻成像结构的结构示意图;
图9示出了本申请实施例提供的一种菲涅尔透镜的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请,但是本申请还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广,因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
本申请结合示意图进行详细描述,在详述本申请实施例时,为便于说明,表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大,而且所述示意图只是示例,其在此不应限制本申请保护的范围。此外,在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
随着半导体相关技术的发展,对半导体器件进行制造时的重要技术之一光刻技术也在飞速发展。表面等离子体光刻技术作为一种主流光刻技术的补充,与传统的光学光刻技术,如深紫外光光刻(Deep Ultraviolet Lithography,DUVL)和极紫外光光刻(ExtremeUltraviolet Lithography,EUVL)有很大的不同。
参考图1所示,为一种极紫外光光刻技术的曝光示意图。由图可知,传统的光学光刻技术是依靠光源照射到掩模(掩模上有需要转移的图像)通过投影系统,将图像投射到光刻胶上,然后光刻胶发生光化学反应,再经过烘烤和显影清洗等步骤,从而形成光刻图像。
在传统的光学光刻技术中,受光学衍射极限的约束,传统的光学光刻的分辨率只能达到半个波长水平。Resolution=λ×K/NA。其中,resolution代表分辨率,λ代表使用的光源波长,NA代表投影系统的数值孔径,K为常数,通常在0.3附近。比如,使用光源波长为248nm的光刻机,通常用于周期大于260nm的图像的曝光。
随着近场光学的发展,使得对倏逝波的操控和调节成为可能,以表面等离子体(surface plasmons,SPs)为代表的突破衍射极限的方法开始逐步实现。表面等离子体光刻(Surface plasmon lithography)技术,是通过激发金属与介质表面的表面等离极化激元(surface plasmon polaritons,SPPs)或局域表面等离激元(localized surfaceplasmons),使物体(掩模)处的倏逝波被共振放大并参与成像,使得光刻胶中可以曝光成像,最终实现图形转移的光刻技术。
表面等离子体光刻技术由于利用了包含高频信息的倏逝近场成像,从而可以突破传统光刻中的衍射极限。实验证明,即使使用波长为365纳米(nm)的光源,在单次曝光的条件下,分辨率便可实现小于200nm,甚至达到约20nm,约为光波长(light wavelength)的1/17,并且有可能进一步提高。这种方法为研究低成本、大面积、高效的光刻技术,提供了一条可靠技术途径,因此受到了广泛关注。
参考图2所示。图2所示的成像结构为金属/介质交替排布的多层膜结构,包括依次层叠的石英衬底、掩模图形、有机玻璃、金属/介质层叠交替薄膜、光刻胶(PR)和反射层,其中,掩模图形例如为铬(Cr)掩模,金属/介质层叠交替薄膜例如为铝(Al)/氧化硅(SiO2)层叠交替薄膜,反射层例如为铝。
利用表面等离子体光刻成像结构进行等离子体光刻成像过程大致如下:光源入射到掩模图形上发生衍射,产生各种衍射级次,包括低频传输波和高频倏逝波,这些衍射光波会通过掩模图形之后的金属/介质交替排布的多层膜继续传播直到光刻胶层,将掩模图形的信息传递到光刻胶中。在衍射级次传递到光刻胶的过程中,如果高频倏逝衍射级次的波矢与金属/介质交界面的表面等离极化激元的波矢匹配,则能够在金属/介质交界面激发表面等离极化激元,使得高频倏逝波被共振放大并传递到光刻胶层,从而实现光刻分辨率的提升。并且,往往光刻胶层后方还会放置一层反射层,通过反射共振效应进一步提高光刻胶层的成像效果。
也就是说,衍射光波通过掩模图形之后的金属/介质交替排布的多层膜,产生表面等离子体激发效应,增强了倏逝波的传导,使得最终到达光刻胶层的光强保持了较好的对比度,从而在光刻胶层形成对比度较好的掩模图形的像,达到曝光的目的。
随着分辨率的降低,表面等离子体光刻图像的尺寸也逐渐缩小,但是此时表面等离子体光刻图像的对比度较差。因此,当前存在提高表面等离子体光刻图像的对比度的需求。
基于此,本申请提供了一种表面等离子体光刻成像结构,包括:掩模层、层叠结构、间隔层、光刻胶、反射层以及菲涅尔透镜。层叠结构包括至少2个目标膜组,即至少2个目标膜组层叠设置,目标膜组包括至少2层薄膜。掩模层、层叠结构、间隔层、光刻胶和反射层依次层叠设置。菲涅尔透镜设置于第一位置、第二位置、第三位置、第四位置和第五位置中的任意一个位置,其中,第一位置为层叠结构和间隔层之间,第二位置为层叠结构和掩模层之间,第三位置为相邻2个目标膜组之间,第四位置为目标膜组包括的至少2层薄膜之间,第五位置为光刻胶和反射层之间。菲涅尔透镜用于增强表面等离子体光刻成像的对比度,也就是说,通过在传统表面等离子体光刻成像结构中增加一个菲涅尔透镜,从而提高表面等离子体光刻成像的对比度,提高表面等离子体光刻在光刻胶的成像质量。
为了更好地理解本申请的技术方案和技术效果,以下将结合附图对具体的实施例进行详细的描述。
参考图3所示,为本申请实施例提供的一种表面等离子体光刻成像结构的结构示意图,该表面等离子体光刻成像结构包括:
掩模层110、层叠结构120、间隔层130、光刻胶140、反射层150以及菲涅尔透镜160。
在本申请的实施例中,掩模层110、层叠结构120、间隔层130、光刻胶140和反射层150可以按照光波传播方向依次层叠设置。
在本申请的实施例中,掩模层110包括即将转移的图像,该图像可以是电路结构。掩模层110包括透光部分111和不透光部分112,透光部分111的材料可以是石英,不透光部分112的材料可以是铬(Cr)。不透光部分112即为掩模层110的掩模图形,此时为亮场掩模。当透光部分111作为掩模图形时,此时为暗场掩模。在本申请的实施例中,层叠结构120可以包括至少2个目标膜组121,也就是说,层叠结构120是由多个目标膜组121依次层叠设置得到的。目标膜组121用于激发表面等离极化激元。具体的,目标膜组121可以包括至少2层薄膜。目标膜组121可以是由金属层和介质层形成的叠层,也可以是由氧化铝1211和有机玻璃1212形成叠层。有机玻璃1212也称为PMMA。图3中示出了2个目标膜组121依次层叠得到层叠结构120。在同一个目标膜组121中,氧化铝1211相较于有机玻璃1212更为靠近掩模层110,也就是光波首先穿越的是氧化铝1211而后是有机玻璃1212。
光波经过掩模层110形成低频传输波和高频倏逝波之后,高频倏逝衍射级次的波矢与层叠结构120包括的目标膜组121的交界面的表面等离极化激元的波矢匹配,则能够在目标膜组121交界面激发表面等离极化激元,使得高频倏逝波被共振放大并传递到光刻胶140,从而实现光刻分辨率的提升。
在本申请的实施例中,间隔层130可以是空气。也就是说,间隔层130用于将层叠结构120和光刻胶层140之间形成一定距离。间隔层130的厚度可以为30nm。
在本申请的实施例中,光刻胶140用于对传输到的高频倏逝波进行成像,实现将掩模的图形在光刻胶140中进行成像。光刻胶140后方还会放置一层反射层150,通过反射共振效应进一步提高光刻胶140的成像效果。具体的,反射层150的材料可以是金属银。反射层150和待成像结构直接接触,待成像结构可以是晶圆。
在本申请的实施例中,表面等离子体光刻成像结构还包括菲涅尔透镜160,菲涅尔透镜可以设置在表面等离子体光刻成像结构的第一位置、第二位置、第三位置、第四位置和第五位置中的任意一个位置,下面对这5个位置进行具体介绍。
参考图3所示,第一位置为层叠结构120和间隔层130之间,也就是说,菲涅尔透镜160可以设置在层叠结构120和间隔层130之间。具体的,菲涅尔透镜160的表面可以和层叠结构120远离掩模层110的一侧表面直接接触,即和有机玻璃1212表面接触。菲涅尔透镜160和光刻胶140之间具有空气。
参考图4所示,第二位置为层叠结构120和掩模层110之间,也就是说,菲涅尔透镜160可以设置在层叠结构120和掩模层110之间。具体的,菲涅尔透镜160的表面可以分别和层叠结构120的表面以及掩模层110的表面接触。
参考图5所示,第三位置为相邻2个目标膜组121之间,也就是说,菲涅尔透镜160可以设置在相邻2个目标膜组121之间。具体的,菲涅尔透镜160的表面可以分别和靠近掩模层110一侧的目标膜组121包括的有机玻璃1212表面以及和远离掩模层110一侧的目标膜组121包括的氧化铝1211表面接触。
参考图6或图7所示,第四位置为目标膜组包括的至少2层薄膜之间,也就是说,菲涅尔透镜160可以设置于目标膜组121之中。具体的,当表面等离子体光刻成像结构包括多个目标膜组时,菲涅尔透镜160可以设置在不同的不同目标膜组之中,即较多的目标膜组121中的任意一个位置都可以设置菲涅尔透镜160。
作为一种可能的实现方式,层叠结构120包括第一目标膜组121-1和第二目标膜组121-2,第一目标膜组121-1位于第二目标膜组121-2靠近掩模层110的一侧,第一目标膜组121-1和第二目标膜组121-2分别包括依次层叠的第一膜层和第二膜层。其中,第一膜层可以是有机玻璃1212,第二膜层可以是氧化铝1211。
则第四位置可以为第一目标膜组121-1包括的第一膜层和第二膜层之间,即第四位置可以为第一目标膜组121-1包括的有机玻璃1212和氧化铝1211之间,参考图6所示。
作为另一种可能的实现方式,层叠结构120包括第一目标膜组121-1和第二目标膜组121-2,第一目标膜组121-1位于第二目标膜组121-2靠近掩模层110的一侧,第一目标膜组121-1和第二目标膜组121-2分别包括依次层叠的第一膜层和第二膜层。其中,第一膜层可以是有机玻璃1212,第二膜层可以是氧化铝1211。
则第四位置可以为第二目标膜组121-2包括的第一膜层和第二膜层之间,即第四位置可以为第二目标膜组121-2包括的有机玻璃1212和氧化铝1211之间,参考图7所示。参考图8所示,第五位置为光刻胶140和反射层150之间,也就是说,菲涅尔透镜160可以设置在光刻胶140和反射层150之间。具体的,菲涅尔透镜160的表面可以分别和光刻胶140的表面以及反射层150的表面接触。
在本申请的实施例中,无论菲涅尔透镜160设置在第一位置、第二位置、第三位置、第四位置和第五位置中的哪一个位置,都能够实现对于表面等离子体光刻成像的对比度的增强,从而提高表面等离子体光刻成像的成像效果。
在实际应用中,将菲涅尔透镜160设置于第一位置或第五位置处,此时高频倏逝波已经在目标膜组121交界面激发表面等离极化激元,只需利用菲涅尔透镜160进行对比度增强即可,相较于将菲涅尔透镜160设置在第二位置、第三位置或第四位置处,对比度增强效果较好。并且将菲涅尔透镜160设置于第一位置或第五位置处,完整的表面等离子体光刻成像结构较为容易制造。
在本申请的实施例中,菲涅尔透镜160包括明暗相间的同心圆环,每个圆环称为一个半波带,参考图9所示,当菲涅尔透镜160接受到入射光时发生圆孔衍射,经过菲涅尔透镜160的光线在焦点处产生干涉增强,体现透镜聚焦的作用,将这些半波带按照透光率的差异进行区分,透光率较好的称为明环161,较差的则为暗环162,也就是说,明环161对光源的透光率大于暗环162对光源的透光率。经过相邻圆环的光线的光程差为λ/2,其中,λ为光源波长,即相邻圆环在进行表面等离子体光刻时的光程差为光源波长的一半,由此在菲涅尔透镜160的焦点处形成同相位的明环161光线的叠加,从而实现光波经过菲涅尔透镜160之后在成像时的对比度增强。
在本申请的实施例中,明环161的数量和暗环162的数量相同,从而实现有规律的提升成像对比度。具体的,明环161的数量可以和掩模层110的掩模数量相同。
明环161可以选择对光源透过率较高的材料,暗环162可以选择对光源透过率较低的材料,并且由于是表面等离子体光刻成像,因此可以兼顾能够激发表面等离子体共振的材料组合。
作为一种示例,光源波长可以为365nm,则明环161的材料为有机玻璃,暗环162的材料为氧化铝。
在本申请的实施例中,在垂直于菲涅尔透镜160的表面的方向上,菲涅尔透镜160的厚度从中心区域至边缘区域保持一致。也就是说,菲涅尔透镜160的厚度不因为明环161和暗环162的更换而更改,从而保持成像一致性。
作为一种示例,菲涅尔透镜160的厚度可以为30纳米,氧化铝1211和有机玻璃1212的厚度也可以为30纳米。
在本申请的实施例中,菲涅尔透镜160的各个圆环的半径rn可以由以下公式确定:
其中,n为圆环总数,即明环161数量和暗环162数量之和,M为菲涅尔透镜160的放大率,f为菲涅尔透镜160的焦距,λ为光源波长。
作为一种示例,菲涅尔透镜160的焦距可以为间隔层130的厚度,这样可以将光线聚焦在光刻胶140从而实现在光刻胶140中成像并且增强成像对比度。
M可以是0.5,由此,掩模以0.5系数倍缩,比如掩模是周期360nm的线条图形时,此时线宽180nm,间隙180nm,经过菲涅尔透镜160后,成像是180nm周期的线条。
本申请提供了一种表面等离子体光刻成像结构,包括:掩模层、层叠结构、间隔层、光刻胶、反射层以及菲涅尔透镜。层叠结构包括至少2个目标膜组,即至少2个目标膜组层叠设置,目标膜组包括至少2层薄膜。掩模层、层叠结构、间隔层、光刻胶和反射层依次层叠设置。菲涅尔透镜设置于第一位置、第二位置、第三位置、第四位置和第五位置中的任意一个位置,其中,第一位置为层叠结构和间隔层之间,第二位置为层叠结构和掩模层之间,第三位置为相邻2个目标膜组之间,第四位置为目标膜组包括的至少2层薄膜之间,第五位置为光刻胶和反射层之间。菲涅尔透镜用于增强表面等离子体光刻成像的对比度,也就是说,通过在传统表面等离子体光刻成像结构中增加一个菲涅尔透镜,从而提高表面等离子体光刻成像的对比度,提高表面等离子体光刻在光刻胶的成像质量。
以上所述仅是本申请的优选实施方式,虽然本申请已以较佳实施例披露如上,然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员,在不脱离本申请技术方案范围情况下,都可利用上述揭示的方法和技术内容对本申请技术方案做出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。因此,凡是未脱离本申请技术方案的内容,依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何的简单修改、等同变化及修饰,均仍属于本申请技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种表面等离子体光刻成像结构,其特征在于,包括:掩模层、层叠结构、间隔层、光刻胶、反射层以及菲涅尔透镜;所述层叠结构包括至少2个目标膜组,所述目标膜组包括至少2层薄膜;
所述掩模层、所述层叠结构、所述间隔层、所述光刻胶和所述反射层依次层叠设置;
所述菲涅尔透镜设置于第一位置、第二位置、第三位置、第四位置和第五位置中的任意一个位置,所述第一位置为所述层叠结构和所述间隔层之间,所述第二位置为所述层叠结构和所述掩模层之间,所述第三位置为相邻2个所述目标膜组之间,所述第四位置为所述目标膜组包括的至少2层薄膜之间,所述第五位置为所述光刻胶和所述反射层之间;
所述菲涅尔透镜用于增强表面等离子体光刻成像的对比度。
2.根据权利要求1所述的结构,其特征在于,所述层叠结构包括第一目标膜组和第二目标膜组,所述第一目标膜组位于所述第二目标膜组靠近所述掩模层的一侧,所述第一目标膜组和所述第二目标膜组分别包括依次层叠的第一膜层和第二膜层;
所述第四位置为所述第一目标膜组包括的第一膜层和第二膜层之间或所述第四位置为所述第二目标膜组包括的第一膜层和第二膜层之间。
3.根据权利要求1所述的结构,其特征在于,所述菲涅尔透镜包括明暗相间的同心圆环,相邻圆环在进行表面等离子体光刻时的光程差为光源波长的一半。
4.根据权利要求3所述的结构,其特征在于,明环的数量和暗环的数量相同,所述明环的数量和所述掩模层的掩模数量相同。
5.根据权利要求3所述的结构,其特征在于,所述明环对光源的透光率大于所述暗环对所述光源的透光率。
6.根据权利要求5所述的结构,其特征在于,所述明环的材料为有机玻璃,所述暗环的材料为氧化铝。
7.根据权利要求1所述的结构,其特征在于,在垂直于所述菲涅尔透镜的表面的方向上,菲涅尔透镜的厚度从中心区域至边缘区域保持一致。
8.根据权利要求7所述的结构,其特征在于,所述菲涅尔透镜的厚度为30纳米。
9.根据权利要求1-7任意一项所述的结构,其特征在于,所述间隔层为空气。
10.根据权利要求1-7任意一项所述的结构,其特征在于,所述第一膜组包括氧化铝和有机玻璃的叠层。
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---|---|---|---|
CN202311313396.0A CN117492330A (zh) | 2023-10-11 | 2023-10-11 | 一种表面等离子体光刻成像结构 |
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- 2023-10-11 CN CN202311313396.0A patent/CN117492330A/zh active Pending
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