[發明專利]一種納米光刻裝置及制備超衍射極限圖形的方法

在審

• 申請號: 201610064552.8
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105549336A
• 公開（公告）日: 2016-05-04
• 發明（設計）人: 劉仿;黃翊東;葉宇;張偉駿;馮雪;崔開宇;張巍
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 李相雨

技術領域

本發明涉及納米光刻技術領域，特別是涉及一種納米光刻裝置及 制備超衍射極限圖形的方法。

背景技術

納米光刻是微納加工技術中非常重要的一個步驟，它利用光化 學反應將電路圖形轉移到襯底(比如硅襯底)上。由于光具有亞微 米級的波長，因此光學光刻可以實現精密的微納結構加工。

隨著納米加工工藝的要求越來越高以及集成電路特征尺寸越來 越小，光刻技術變得越來越復雜。由于光學衍射極限的存在，光刻 的特征尺寸也因此受到限制，難以繼續減小。目前而言，縮小光刻 中的曝光波長是最為有效的解決方法。納米光刻中的曝光波長從最 初的365納米(i線)進一步減小到如今的193nm。同時人們也在研 究深紫外波長(EUV，13nm)的相關技術，以滿足將來的器件尺寸 的要求。同時，人們還想出了許多技術手段來克服衍射極限，如相 移掩膜技術、油浸光刻、二次成像技術等。然而，隨著波長的減小， 納米光刻中涉及到的技術難題也越來越多，研發、生產成本也隨之 迅速增長。以浸沒式光刻為例。高折射率浸沒液體會污染光刻膠， 影響后續加工；浸沒液體中的氣泡也會使光刻圖形發生形變；同時 浸沒液體的引入也使得整個加工流程變得復雜。為了實現高分辨率 的成像，浸沒式光刻中所用的光學透鏡組體積龐大、造價昂貴。此 外，高效穩定的193nm光源也是需要解決的技術難題。

表面等離子體激元(SurfacePlasmonPolaritons，SPPs)是指在 金屬表面電子密度振動與光子相互作用的結合體。在半無限大金屬 界面，金屬的介電常數是實部為負的復數，金屬表面介質的介電常 數是正的實數。根據maxwell方程，與同頻率的光波相比，表面等 離子體激元具有更大的波矢，即更小的等效波長，其場分布高度局 域在金屬界面處。由于其奇特的電磁特性，表面等離子體激元是目 前納米光電子學科的一個重要的研究方向，它受到了包括物理學家， 化學家材料學家，生物學家等多個領域人士的極大的關注，在突破 衍射極限，數據存儲，顯微鏡，太陽能電池和生物傳感等方面都有 著廣泛的研究。

近年來，關于利用表面等離子激元效應在納米光刻中突破光學 衍射極限研究已被連續報道，例如利用表面等離子體激元的干涉實 現遠小于波長尺度的干涉圖形，將365nm的兩束輸入光通過棱鏡以 一定角度入射至金屬薄膜上，在金屬的下表面就會形成穩定的干涉 條紋。其條紋寬度約為100nm。然而受限于所使用的材料及波長， 該方法所實現的光刻條紋尺度和周期不能進一步的縮小。限制了其 在納米光刻中的應用，同時干涉方法難以獲得不規則圖形，因而無 法滿足實際光刻需求中復雜圖形的要求。

發明內容

本發明提供一種納米光刻裝置及制備超衍射極限圖形的方法，以 解決現有技術中光刻圖形的尺寸不能進一步縮小，且難以制備超衍射 極限復雜圖形的問題。

為此目的，本發明提出了以下技術方案。

一方面，本發明提供一種納米光刻裝置，包括基底、位于所述基 底之上的下層模板、位于所述下層模板之上的光刻膠、位于所述光刻 膠之上的上層模板、位于所述上層模板之上的透光基板和曝光光源；

所述上層模板具有光刻圖形，所述上層模板和所述下層模板組成

光刻掩膜版，用于掩膜光刻；所述上層模板的材質為金屬或合金 材質，所述下層模板的材質為金屬或合金材質；在光刻時所述下層模 板與上層模板的光刻圖形形成局域表面等離子體激元結構；

所述光刻膠用于對光刻掩膜版形成的光刻圖形進行記錄；

所述曝光光源位于透光基板之上，用于提供光刻的光源。

優選地，所述上層模板為單層薄膜層或多層薄膜層，所述上層模 板為多層薄膜層時，各薄膜層逐層疊加設置。

可選地，所述上層模板為多層薄膜層時，包括第一薄膜層和第二 薄膜層，所述第二薄膜層位于所述光刻膠之上，所述第一薄膜層位于 所述第二薄膜層之上，所述透光基板位于所述第一薄膜層之上。

優選地，所述裝置還包括透鏡，所述透鏡位于所述透光基板和所 述曝光光源之間，所述透鏡用于對從所述曝光光源發射的光線進行調 控。

可選地，所述曝光光源為汞燈光源、紫外激光光源和飛秒脈沖激 光光源中的任意一種。

另一方面，本發明還提供一種利用上述任一種裝置制備超衍射極 限圖形的方法，所述方法包括：