[發明專利]高深寬比超分辨納米光刻結構和方法

有效

• 申請號: 201510068981.8
• 申請日: 2015-02-10
• 公開（公告）號: CN104614949A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 張書霞;楊學峰;王耿;李明;劉振深
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 董芙蓉

技術領域

本發明涉及一種納米光刻結構和方法，具體為高深寬比超分辨納米光刻結構和方法。

背景技術

隨著微電子及半導體產業的不斷發展，獲得高分辨力、高質量納米圖形的光刻技術顯得尤為重要。由于傳統的光學成像和微細加工技術受到衍射極限的限制，利用表面等離子體波(Surface?Plasmon?Waves,SPWs)的超衍射特性將為獲得亞波長、甚至更小納米尺寸的結構提供了潛在的技術途徑。SPWs的一種顯著特點就是其波長比在同頻率下的光波要小很多，同時具有近場增強效應的奇異光學特性，能有力地克服倏逝波弱場的缺點，得到尺寸更小的圖形。

高質量的納米光刻圖形，除了高的分辨率，高對比度和高深寬比也是檢驗圖形制備質量的指標。

文獻Mehrotra,P.；Mack,C.A.；Blaikie,R.J.；Opt.Express,2013,21,13710-13725.中公開了一種提高納米光刻圖形深寬比的方法。該方法利用棱鏡的無掩模光刻模式和高數值孔徑的光學系統，在光刻膠下添加一層有效增益介質，利用兩個對稱的斜入射的光束曝光實現。對于未添加增益介質的情況，在棱鏡-光刻膠界面產生的干涉條紋會由于倏逝波的迅速衰減而使得光刻圖形深度有限。添加介質后，棱鏡-光刻膠-增益介質波導內的支持的導波與棱鏡-光刻膠界面生產的倏逝波發生共振，實現高深寬比的超分辨納米光刻圖形。實驗上在405nm工作波長和光學數值孔徑N.A.＝1.824的光學系統，得到半周期為55.5nm、深度為96nm的光刻圖形結構，圖形深寬比為1.73。

采用上述方法雖然可以實現高深刻比的超分辨納米光刻圖形，但是，對于高數值孔徑的光學系統，相應的設備復雜且昂貴。同時對于兩個對稱的光束斜入射的實現也是比較復雜的。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提供一種結構簡單、低成本的光刻結構以實現高深寬比的超分辨納米光刻圖形的制備。

具體的技術方案為：

高深寬比超分辨納米光刻結構，依次包括透明的上基底層、金屬光柵層、光刻膠層、增益介質層、金屬薄膜層和下基底層，所述金屬光柵層、光刻膠層、增益介質層和金屬薄膜層共同構成了基于表面等離子體的四層金屬波導共振腔結構；

上基底層是由石英組成；

金屬光柵層的材料為Cr、Au、Ag或Al，厚度為20nm～200nm，金屬光柵的占空比為0.6～0.85；占空比太小時，靠近狹縫處的干涉光刻條紋強度比兩相鄰狹縫中間光刻膠區域的干涉光刻條紋強度大很多，不利于在光刻膠區域形成強度均勻的干涉條紋；占空比太大時，入射光透過金屬光柵掩模的強度很小，光刻膠區域干涉條紋強度小，影響圖形的曝光。

光刻膠層厚度為20nm～500nm；光刻膠層的厚度由入射光波長，上下兩種金屬及光刻膠下的增益介質的材料和厚度所決定。

增益介質層厚度為5nm～40nm。增益介質太厚會影響光刻膠的厚度，且光刻膠下部分的干涉條紋強度會較小，影響光刻膠整體區域的條紋強度的均勻性。

金屬薄膜層厚度為20nm～50nm。

下基底層由石英、硅或者聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)組成。

高深寬比超分辨納米光刻方法：

利用基于表面等離子體的四層金屬波導共振腔結構的色散關系：