[發(fā)明專利]一種基于移相原理提高分辨率的超衍射成像器件及其制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010617826.4
• 申請日: 2010-12-22
• 公開（公告）號: CN102096334A
• 公開（公告）日: 2011-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王長濤;方亮;羅先剛;劉玲;馮沁;賴之安;楊歡
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;G03F1/08;G03F1/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 盧紀(jì)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于移相原理提高分辨率的超衍射成像器件及其制作方法。

技術(shù)背景

自2000年P(guān)endry提出“完美透鏡”和“超透鏡”的概念以后，基于表面等離子體的超分辨成像光刻技術(shù)以其低成本、高效率以及高分辨率等優(yōu)點而受到人們的廣泛關(guān)注。2005年Xiang.Z.首次從實驗上利用“超透鏡”在365nm光源下獲得60nm的超分辨光刻，新西蘭R.J.Blaikie也對超透鏡成像光刻做了更深入的研究。然而，盡管“超透鏡”可突破衍射極限，但它仍然會由于損耗、散射等因素而限制其分辨率，目前文獻所報道的超透鏡成像光刻所獲得的最小線寬為60nm。

傳統(tǒng)成像光刻工藝中，移相掩模技術(shù)常被用來提高光刻系統(tǒng)的分辨率，它通過在相鄰?fù)腹鈪^(qū)引入π相位差，在像的邊緣部分產(chǎn)生干涉相消的作用，以提高像的對比度，從而提高成像分辨率。根據(jù)這一原理可知，若將移相掩模技術(shù)應(yīng)用于超分辨成像光刻中，也將有效提高光刻分辨率。然而，傳統(tǒng)移相掩模的加工需要在掩模圖形區(qū)域沉積約一個波長的移相層，這對于線寬只有20nm～40nm的超分辨光刻掩模來說，要在寬度只有20nm～40nm范圍內(nèi)加工如此厚的移相層顯然是不現(xiàn)實的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：針對現(xiàn)有超分辨成像光刻難以實現(xiàn)40nm及以下光刻分辨力的問題，提供一種提高分辨率的移相超衍射成像器件及其制作方法，該成像器件具有能有效提高分辨率、容易加工等優(yōu)點，可以滿足40nm以下線寬的超衍射光刻應(yīng)用需求。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種基于移相原理提高分辨率的超衍射成像器件，其特征在于：最底部的紫外光透明基片和其上帶有圖形的鉻膜組成鉻掩模，鉻掩模的透光部分交替填充著PMMA和金屬銀材料，填充的PMMA和金屬銀材料的厚度與鉻膜的厚度相等，保證交替填充材料之后鉻掩模的表面平整度，鉻掩模及填充材料之上分別為厚度為25nm～55nm?PMMA匹配層和厚度為30nm～35nm金屬銀層。所述鉻膜的厚度為50nm，以保證鉻膜對波長365nm的紫外光透過率在5％以內(nèi)，并使填充材料后鉻膜上相鄰?fù)腹鈪^(qū)的相位差約為π；；25nm～55nm的PMMA匹配層和30nm～35nm金屬銀層能夠很好的實現(xiàn)表面等離子體的動量匹配，盡可能的傳遞包含高頻信息在內(nèi)的各種信息，實現(xiàn)超分辨成像。

制作上述用于提高超透鏡成像光刻分辨率的移相掩模，步驟如下：

(1)選擇石英或氟化鈣等材料制作紫外光透明基片；

(2)利用濺射或蒸鍍方法在紫外光透明基片一面上加工厚度50nm的鉻膜，使鉻膜對波長365nm的紫外光透過率在5％以內(nèi)；

(3)利用聚焦離子束在所述鉻膜上加工20nm～40nm的密集納米圖形；

(4)通過電子束誘導(dǎo)沉積，使相互間隔的圖形凹槽中填充金屬銀材料；

(5)利用旋涂的方法在樣片上涂上100nm～200nm的PMMA，使PMMA填滿剩下的凹糟，并使樣片表面粗糙度小于1nm；

(6)利用反應(yīng)離子刻蝕機將鉻膜之上的PMMA刻蝕至25～55nm的厚度；

(7)利用濺射或蒸鍍方法在PMMA表面沉積一層30～35nm的金屬銀膜，即可制成用于提高超透鏡成像光刻分辨率的移相掩模。

所述步驟(3)中聚焦離子束加工的圖形深度應(yīng)當(dāng)大于等于鉻膜的厚度，以保證透光區(qū)徹底透光。

所述步驟(4)中銀的厚度與鉻膜的厚度相等，其誤差不得大于5％，以保證填充材料后的鉻掩模的表面為一個平面。

所述步驟(5)中旋涂PMMA的次數(shù)可為2次及以上，使PMMA充分填滿凹糟，并保證樣片的表面粗糙度小于1nm。

所述步驟(6)中反應(yīng)離子刻蝕的氣體可以為O₂。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明在普通鉻掩模的相鄰?fù)腹鈪^(qū)交替填充對紫外光分別具有正負(fù)介電系數(shù)的PMMA和金屬銀材料，分別對透射光進行相位延遲和相位超前的調(diào)制，從而大大增強相鄰?fù)腹鈪^(qū)相位差的調(diào)制效率，使移相層在較薄的厚度范圍內(nèi)即可獲得π相位差，提高成像分辨率。此外，在紫外光波段，金屬銀還能對含有亞波長信息的消逝波進行放大，抵消由于吸收所帶來的能量損耗，提高光能利用率。