高深宽比超分辨纳米光刻结构和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种纳米光刻结构和方法，具体为高深宽比超分辨纳米光刻结构和方 法。
【背景技术】
[0002] 随着微电子及半导体产业的不断发展，获得高分辨力、高质量纳米图形的光刻技 术显得尤为重要。由于传统的光学成像和微细加工技术受到衍射极限的限制，利用表面等 离子体波（SurfacePlasmonWaves,SPWs)的超衍射特性将为获得亚波长、甚至更小纳米尺 寸的结构提供了潜在的技术途径。SPWs的一种显著特点就是其波长比在同频率下的光波要 小很多，同时具有近场增强效应的奇异光学特性，能有力地克服倏逝波弱场的缺点，得到尺 寸更小的图形。
[0003] 高质量的纳米光刻图形，除了高的分辨率，高对比度和高深宽比也是检验图形制 备质量的指标。
[0004]文献Mehrotra,P. ；Mack,C.A. ；Blaikie,R.J. ； 0pt. Express, 2013, 21，13710-13725?中公开了一种提高纳米光刻图形深宽比的方法。该方法 利用棱镜的无掩模光刻模式和高数值孔径的光学系统，在光刻胶下添加一层有效增益介 质，利用两个对称的斜入射的光束曝光实现。对于未添加增益介质的情况，在棱镜-光刻胶 界面产生的干涉条纹会由于倏逝波的迅速衰减而使得光刻图形深度有限。添加介质后，棱 镜-光刻胶-增益介质波导内的支持的导波与棱镜-光刻胶界面生产的倏逝波发生共振， 实现高深宽比的超分辨纳米光刻图形。实验上在405nm工作波长和光学数值孔径N.A.= 1. 824的光学系统，得到半周期为55. 5nm、深度为96nm的光刻图形结构，图形深宽比为 1. 73。
[0005] 采用上述方法虽然可以实现高深刻比的超分辨纳米光刻图形，但是，对于高数值 孔径的光学系统，相应的设备复杂且昂贵。同时对于两个对称的光束斜入射的实现也是比 较复杂的。
【发明内容】
[0006] 针对上述技术问题，本发明提供一种结构简单、低成本的光刻结构以实现高深宽 比的超分辨纳米光刻图形的制备。
[0007] 具体的技术方案为：
[0008] 高深宽比超分辨纳米光刻结构，依次包括透明的上基底层、金属光栅层、光刻胶 层、增益介质层、金属薄膜层和下基底层，所述金属光栅层、光刻胶层、增益介质层和金属薄 膜层共同构成了基于表面等离子体的四层金属波导共振腔结构；
[0009] 上基底层是由石英组成；
[0010] 金属光栅层的材料为Cr、Au、Ag或A1，厚度为20nm?200nm，金属光栅的占空比 为0. 6?0. 85 ;占空比太小时，靠近狭缝处的干涉光刻条纹强度比两相邻狭缝中间光刻胶 区域的干涉光刻条纹强度大很多，不利于在光刻胶区域形成强度均匀的干涉条纹；占空比 太大时，入射光透过金属光栅掩模的强度很小，光刻胶区域干涉条纹强度小，影响图形的曝 光。
[0011] 光刻胶层厚度为20nm?500nm;光刻胶层的厚度由入射光波长，上下两种金属及 光刻胶下的增益介质的材料和厚度所决定。
[0012] 增益介质层厚度为5nm?40nm。增益介质太厚会影响光刻胶的厚度，且光刻胶下 部分的干涉条纹强度会较小，影响光刻胶整体区域的条纹强度的均匀性。
[0013] 金属薄膜层厚度为20nm?50nm〇
[0014] 下基底层由石英、硅或者聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET)组成。
[0015] 高深宽比超分辨纳米光刻方法：
[0016] 利用基于表面等离子体的四层金属波导共振腔结构的色散关系：
【主权项】
1. 高深宽比超分辨纳米光刻结构，其特征在于：依次包括透明的上基底层、金属光栅 层、光刻胶层、增益介质层、金属薄膜层和下基底层，所述金属光栅层、光刻胶层、增益介质 层和金属薄膜层共同构成了基于表面等离子体的四层金属波导共振腔结构； 上基底层是由石英组成； 金属光栅层的材料为Cr、Au、Ag或A1，厚度为20nm?200nm，金属光栅的占空比为0? 6?0? 85 ; 光刻胶层厚度为20nm?500nm; 增益介质层厚度为5nm?40nm; 金属薄膜层厚度为20nm?50nm; 下基底层由石英、硅或者聚对苯二甲酸乙二醇酯组成。
2. 根据权利要求1所述的高深宽比超分辨纳米光刻结构，其特征在于：高深宽比超分 辨纳米光刻方法，利用基于表面等离子体的四层金属波导共振腔结构的色散关系：
其中，金属光栅层，介电常数为^，厚度为d1; 光刻胶层，介电常数为e2，厚度为d; 增益介质层，介电常数为e3，厚度为s; 金属薄膜层，介电常数为e4,厚度为d4; 0、&分别表示金属波导支持的波矢和真空中光的波矢； 通过方程（1)和方程（2)分析出对于一个入射光波长下，通过优化增益介质层的材料 折射率及其厚度，得到纳米图形深宽比值。
【专利摘要】本发明涉及一种纳米光刻结构和方法，具体为高深宽比超分辨纳米光刻结构，依次包括透明的上基底层、金属光栅层、光刻胶层、增益介质层、金属薄膜层和下基底层，所述金属光栅层、光刻胶层、增益介质层和金属薄膜层共同构成了基于表面等离子体的四层金属波导共振腔结构。本发明提供的高深宽比超分辨纳米光刻结构，金属波导结构有金属光栅、光刻胶层、增益介质和金属薄膜层等四层金属波导组成，生成的纳米图形的深宽比，突破了现有的表面等离子体光刻技术。产生的纳米光刻条纹的深宽比相比于现有基于表面等离子体光刻方法提高很多，该光刻技术方法可以通过调节增益介质的材料和厚度来调节纳米图形分辨率和深宽比。
【IPC分类】G03F7-20
【公开号】CN104614949
【申请号】CN201510068981
【发明人】张书霞, 杨学峰, 王耿, 李明, 刘振深
【申请人】河南理工大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年2月10日