CN201174029Y - 探针诱导光刻薄膜 - Google Patents
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Abstract
一种用于探针诱导表面等离子体共振光刻的探针诱导光刻薄膜，特征在于其结构由沉积于玻璃基底上的直写光刻材料层、介质层和表面等离子体共振层组成，所述的直写光刻材料层由AgOx或NiOy组成；所述的介质层由SiO2组成；所述的表面等离子体共振层由Ag组成。采用磁控溅射的方法制备。本实用新型探针诱导光刻薄膜用于探针诱导表面等离子体共振光刻将大大降低刻蚀线宽。
Description
技术领域
本实用新型涉及光刻技术领域，是一种探针诱导光刻薄膜，用于探针诱导表面等离子体共振光刻的探针诱导光刻薄膜，可以大大降低刻蚀线宽。
背景技术
电子化工材料是电子工业中关键的基础材料，电子工业的发展要求电子化工材料与之同步发展，不断更新换代，以适应其在技术方面不断推陈出新的需要。特别是在集成电路方面，其发展完全得益于微细加工技术，尤其是光学光刻技术的不断进步。
目前国际上通用的缩小光刻尺寸的方法就是减小刻写光的波长，现在已经发展到使用极深紫外光(193nm)，甚至γ射线作为微电路的光刻光源。这类光刻系统技术复杂，价格昂贵。不缩短波长而缩小光斑尺寸的另一条途径是近场光学技术。采用通光的SNOM光纤探针，采用传统的基底/光刻胶结构，能够获得超过光学衍射极限(超分辨)的光刻线宽到100nm以下(Eric Betzig，Jay K.Trautman，Near-Field Optics：Microscopy，Spectroscopy，and Surface Modification Beyond the Diffaction Limit，SCIENCE，1992，257：193)。要想进一步缩小线宽，光纤出光孔的尺寸必须进一步减小，但这会急剧降低激光能量，难以实用。此外，超分辨近场结构光刻技术可以通过超分辨掩膜产生超过衍射极限的近场光耦合作用来实现快速光刻，采用基底/掩膜层/光刻胶或者是基底/保护层/掩膜层/保护层/光刻胶的膜层结构，通过激光束作用下掩膜材料发生光热开孔效应、化学分解等来获得纳米尺度的光斑，并在多层膜结构内部实现超分辨近场刻蚀(Masashi Kuwahara etc.Less than 0.1μm linewith fabrication by visible light usingsuper-resolution near-field structure.Microelectronic Engineering.2001，57-58：883-890.)。但是，该技术需要借助样品高速旋转过程中的动态超分辨效应，而且要获得好的超分辨效果需要采用贵金属(如铂)和多层结构(目前有的达到9层)，制作工艺复杂、成本昂贵，难以灵活应用。
发明内容
本实用新型要解决的问题在于提供一种用于探针诱导表面等离子体共振光刻的探针诱导光刻薄膜，用于探针诱导表面等离子体共振光刻，以大大降低光刻线宽。
本实用新型的技术解决方案是：
一种用于探针诱导表面等离子体共振光刻的探针诱导光刻薄膜，特征在于其结构由沉积于玻璃基底上的直写光刻材料层、介质层和表面等离子体共振层组成，所述的直写光刻材料层由AgOx或NiOy组成；所述的介质层由SiO2组成；所述的表面等离子体共振层由Ag组成。
所述的直写光刻材料层的AgOx，其中x≤1，通过控制磁控溅射所采用的O2∶Ar气体流量比来实现的，AgOx的成分是Ag、AgO和Ag2O的混合物。
所述的直写光刻材料层的NiOy，其中y≤3/2，是通过控制磁控溅射时的O2∶Ar气体流量比来实现的，其成分是NiO和Ni2O3的混合物。
所述的直写光刻材料层的厚度为10-100nm。
所述的介质层的厚度为10-80nm。
所述的表面等离子体共振层的厚度为20-100nm。
上述探针诱导光刻薄膜的制备方法，采用磁控溅射的方法制备，溅射工作气压优于1.0×10-3Pa，在高折射率玻璃基底上依次分别采用直流溅射、射频溅射和反应性直流溅射镀制：表面等离子体共振层、介质层和直写光刻材料层，其中直写光刻材料层的AgOx，x≤1，通过控制磁控溅射所采用的O2∶Ar气体流量比来实现的，AgOx的成分是Ag、AgO和Ag2O的混合物；所述的直写光刻材料层的NiOy，y≤3/2，是通过控制磁控溅射时的O2∶Ar气体流量比来实现的，其成分是NiO和Ni2O3的混合物。
本实用新型的技术效果：
与在先技术相比，本实用新型由于表面等离子体共振层的存在，介质层与表面等离子体共振层的界面可产生表面等离子体共振增强场，可以利用探针引导共振增强的倏逝波在直写光刻材料层上产生光刻点(线)。由于光刻点(线)尺寸取决于探针针尖尺寸，因此易于在光刻材料层表面直写产生纳米尺度(小于100nm)的光刻点(线)。所用探针只起到引导光波的作用，无需通光，克服了在先技术中通光光纤探针激光能量降低的缺点。通过移动探针和光束位置来实现任意图形直刻，克服了在先技术中超分辨近场结构需要动态旋转样品的缺点。
附图说明
图1是本实用新型探针诱导光刻薄膜的结构示意图
图2是本实用新型用于探针诱导光刻的记录原理示意图
图3是本实用新型探针诱导光刻薄膜用于探针诱导光刻的实验结果
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明，但不应以此限制本实用新型的保护范围。
先请参阅图1，图1是本实用新型探针诱导光刻薄膜的结构示意图，由图可见，本实用新型探针诱导光刻薄膜的结构由沉积于玻璃基底4上的直写光刻材料层1、介质层2和表面等离子体共振层3组成，所述的直写光刻材料层由AgOx或NiOy组成；所述的介质层由SiO2组成；所述的表面等离子体共振层由Ag组成。
直写光刻材料层1由厚度为10-100nm的AgOx或NiOx组成；介质层2由厚度为10-80nm的SiO2组成；表面等离子体共振层3由厚度为20-100nm的Ag组成；基底4为厚度为1mm的高折射率玻璃。
所述的直写光刻材料层1是金属探针与激光倏逝波相互作用时能够被刻蚀的介质材料；所述的介质层2起到两个作用：一是与表面等离子体共振金属层形成光疏条件以便激发金属表面的等离子体；二是保护直写光刻材料层避免入射激光的影响；所述的表面等离子体共振层3在激光入射条件下会产生表面等离子波，当金属表面等离子波的振动频率与入射激光本身在介质中的振动频率相同时，便发生表面等离子体共振，那么入射激光全部以倏逝波的形式存在于表面等离子体共振金属层/介质层的界面上，为后面的探针诱导创造条件。
探针诱导光刻薄膜的制备过程如下：采用磁控溅射的方法(溅射工作气压优于1.0×10-3Pa)，在厚度为1mm的高折射率玻璃基底4上依次采用直流溅射、射频溅射和反应性直流溅射镀制：表面等离子体共振层3、介质层2和直写光刻材料层1。其中直写光刻材料层AgOx(x≤1)通过控制磁控溅射时所采用的O2∶Ar气体流量比来实现的，其成分一般是由Ag、AgO和Ag2O的混合物组成；NiOx(x≤3/2)也是通过控制磁控溅射时的O2∶Ar气体流量比来实现的，其成分一般是由NiO和Ni2O3的混合物组成。
图2是本实用新型用于探针诱导光刻的记录原理示意图，激光5通过聚焦镜聚光于记录层上，同时采用一个光电探测器检测反射光的强度。根据Kretschmann结构的全内反射原理，当入射角θi增至某个值(该值与金属层、介质层的折射率和厚度相关)，会发生表面等离子体共振，表现为反射率的突然下降，同时在金属层/介质层界面上产生倏逝波，它是在垂直方向上呈指数级衰减的电磁波。当探针进入倏逝场，倏逝波能量沿针尖泄漏，针尖处产生局域场增强，即在针尖处获得高记录功率，可用于对与探针相邻的记录层进行辅助加热，使之发生分解，实现超小记录位纳米光刻。
探针诱导光刻的模拟实验，当采用时域有限差分法对上述材料结构进行模拟实验时发现，探针针尖处的局域场增强效应非常明显，记录层表面的相对电场强度振幅的对比度最大，实验结果如图3所示。探针能在记录层表面形成针尖尺寸大小的记录光斑，显示出其在近场光刻方面的可行性。
理论上，近场探针与记录层之间相互作用所产生的记录点大小取决于探针针尖的尺寸，但是由于针尖形状不规则导致光的反射和散射有可能使记录点略大于针尖尺寸，鉴于目前针尖可以做到原子级，所以产生纳米尺度(小于100nm)的记录点是可行的。
Claims (6)
1、一种用于探针诱导表面等离子体共振光刻的探针诱导光刻薄膜，特征在于其结构由沉积于玻璃基底(4)上的直写光刻材料层(1)、介质层(2)和表面等离子体共振层(3)组成，所述的直写光刻材料层由AgOx或NiOy组成；所述的介质层由SiO2组成；所述的表面等离子体共振层由Ag组成。
2、根据权利要求1所述的探针诱导光刻薄膜，其特征在于所述的直写光刻材料层的AgOx，其中x≤1，通过控制磁控溅射所采用的O2∶Ar气体流量比来实现的，AgOx的成分是Ag、AgO和Ag2O的混合物。
3、根据权利要求1所述的探针诱导光刻薄膜，其特征在于所述的直写光刻材料层的NiOy，其中y≤3/2，是通过控制磁控溅射时的O2∶Ar气体流量比来实现的，其成分是NiO和Ni2O3的混合物。
4、根据权利要求1、2或3所述的探针诱导光刻薄膜，其特征在于所述的直写光刻材料层的厚度为10-100nm。
5、根据权利要求1所述的探针诱导光刻薄膜，其特征在于所述的介质层的厚度为10-80nm。
6、根据权利要求1所述的探针诱导光刻薄膜，其特征在于所述的表面等离子体共振层的厚度为20-100nm。
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| CN102880010A (zh) * | 2012-09-05 | 2013-01-16 | 中国科学院光电技术研究所 | 基于金属—介质—探针结构的表面等离子体超衍射光刻方法 |
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