專利名稱：表面等離子體納米光刻結(jié)構(gòu)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光刻領(lǐng)域，具體涉及一種表面等離子體納米光刻結(jié)構(gòu)及方法。
背景技術(shù)：
隨著科技的不 斷發(fā)展，器件的尺寸越來越小，集成度越來越高，光刻蝕微影法由于其易于復(fù)制，制作成本廉價(jià)以及適合大區(qū)域制作等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。但是其加工尺寸受到光學(xué)衍射極限的限制，很難突破半波長量級的分辨率。目前提高分辨率的一種主要方法是使用更短波長的光源，如極紫外光，軟X光，原子束，但是短波長的光源難于制作，使用壽命短，實(shí)驗(yàn)中難以選擇相匹配的透鏡以及掩模板，同時(shí)短波長光源光刻膠的開發(fā)比較困難，導(dǎo)致這些方法的成本提高，工藝方法較為復(fù)雜，提高分辨率的能力受到一定的制約。其他一些提高分辨率的方法有電子束光刻法，離子束光刻法，蘸筆納米光刻法以及奈米光刻法，但同樣受到制作成本高，工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)，在應(yīng)用上受到限制。最近幾年科學(xué)家們對表面等離子體激元(SPP)進(jìn)行了大量的研究，發(fā)現(xiàn)在相同光頻率下，SPP波矢比普通光源的波矢大很多，因此許多研究小組都致力于將其應(yīng)用于光刻中，并取得了很好的效果。利用基于表面等離子體激元效應(yīng)的光刻技術(shù)所得到條紋分辨率比傳統(tǒng)的衍射極限大很多。此外，利用基于表面等離子激元效益的光刻技術(shù)還可以得到超衍射極限的納米點(diǎn)陣。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種表面等離子體納米光刻結(jié)構(gòu)及方法，其分辨率高，且具有良好的曝光深度。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種表面等離子體納米光刻結(jié)構(gòu)，包括上基底層、下基底層、共振腔和金屬光柵層，所述共振腔和金屬光柵層設(shè)于所述上基底層和下基底層之間，尤其是，所述金屬光柵層包括第一光柵層和第二光柵層，所述共振腔位于所述第一光柵層和所述第二光柵層之間，所述共振腔包括光刻膠層。優(yōu)選的，在上述表面等離子體納米光刻結(jié)構(gòu)中，所述共振腔還包括第一金屬層和第二金屬層，所述光刻膠層設(shè)于所述第一金屬層和第二金屬層之間。優(yōu)選的，在上述表面等離子體納米光刻結(jié)構(gòu)中，所述第一金屬層和第二金屬層的材料均為銀。優(yōu)選的，在上述表面等離子體納米光刻結(jié)構(gòu)中，所述第一金屬層和第二金屬層的厚度為IOnm 80nm。優(yōu)選的，在上述表面等離子體納米光刻結(jié)構(gòu)中，所述第一光柵層和第二光柵層的材料選自鋁、鉻或硅。優(yōu)選的，在上述表面等離子體納米光刻結(jié)構(gòu)中，所述第一光柵層和第二光柵層的狹縫相垂直。
優(yōu)選的，在上述表面等離子體納米光刻結(jié)構(gòu)中，所述光刻膠層的厚度為IOnm 60nmo優(yōu)選的，在上述表面等離子體納米光刻結(jié)構(gòu)中，所述第一光柵層和第二光柵層的狹縫的寬度小于80nm。優(yōu)選的，在上述表面等離子體納米光刻結(jié)構(gòu)中，所述第一光柵層和第二光柵層均為一維光柵。
本發(fā)明還公開了一種表面等離子體納米光刻方法，提供上述的表面等離子體納米光刻結(jié)構(gòu)，入射光分別從上基底層和下基底層進(jìn)行入射，并在所述光刻膠層上實(shí)現(xiàn)曝光。由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明中，第一金屬層、第二金屬層以及光刻膠層構(gòu)成共振腔，分別利用第一光柵層和第二光柵層來激發(fā)第一金屬層與光刻膠層以及第二金屬層與光刻膠層界面的表面等離子波，從而可以大大提高光刻技術(shù)的分辨率；另外，本發(fā)明采用雙光束曝光，可以實(shí)現(xiàn)良好的曝光深度和可見度。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I所示為本發(fā)明實(shí)施例所提供的表面等離子體納米光刻結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2a 2c所不分別為本發(fā)明光刻膠層于5nm、15nm、25nm深度的平面內(nèi)的電場強(qiáng)度分布圖；圖3a 3c所不為本發(fā)明光刻膠層的厚度分別為40nm、30nm、20nm時(shí)的電場分布圖；圖4a所示為SPP波矢在不同的光刻膠層厚度下與入射光波長的色散關(guān)系；圖4b所示為納米點(diǎn)陣周期在不同的光刻膠層厚度下與入射光波長的色散關(guān)系；圖5a 5c所不為不同光柵材料下光刻膠層中電場的分布情況；圖6a 6e所不為在不同光柵狹縫寬度時(shí)光刻膠層中電場的分布；圖7a 7e所不為在不同入射光波長下光刻膠層中電場的分布；圖8a 8d所不為第一金屬層和第二金屬層為不同厚度時(shí)光刻膠層中電場的分布情況；圖9所示為圖8b中虛線處電場強(qiáng)度的分布圖。
具體實(shí)施例方式為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對本發(fā)明權(quán)利要求的限制。本發(fā)明實(shí)施例公開了一種表面等離子體納米光刻結(jié)構(gòu)，包括上基底層、下基底層、共振腔和金屬光柵層，所述共振腔和金屬光柵層設(shè)于所述上基底層和下基底層之間，所述共振腔包括第一金屬層、第二金屬層和光刻膠層，所述光刻膠層設(shè)于所述第一金屬層和第二金屬層之間，所述金屬光柵層包括第一光柵層和第二光柵層，所述第一光柵層位于所述上基底層和第一金屬層之間，所述第二光柵層位于所述下基底層和第二金屬層之間。上基底層和下基底層的材料優(yōu)選自玻璃板或二氧化娃；第一金屬層和第二金屬層的材料優(yōu)選為銀；第一光柵層和第二光柵層的材料優(yōu)選自鋁、鉻或硅，更優(yōu)選為鋁；光刻膠層為金屬光刻膠、半導(dǎo)體光刻膠或絕緣體光刻膠。本發(fā)明實(shí)施例還公開了一種表面等離子體納米光刻方法，提供上述的表面等離子體納米光刻結(jié)構(gòu)，入射光分別從上基底層和下基底層進(jìn)行入射，并在所述光刻膠層上實(shí)現(xiàn)曝光。第一金屬層、第二金屬層以及光刻膠層構(gòu)成共振腔，分別利用第一光柵層和第二光柵層來激發(fā)第一金屬層與光刻膠層以及第二金屬層與光刻膠層界面的表面等離子波，從 而可以大大提高光刻技術(shù)的分辨率；本發(fā)明采用雙光束曝光，可以實(shí)現(xiàn)良好的曝光深度和可見度。第一光柵層和第二光柵層均為一維光柵。其周期可以做的比較大，因此掩模板易于制作。易于想到，在其他實(shí)施例中，也可不設(shè)置第一金屬層和第二金屬層。第一金屬層和第二金屬層的設(shè)置可以更好地提高納米點(diǎn)陣的分辨率和改善光柵狹縫的邊緣效應(yīng)。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方案的原理進(jìn)行描述。由圖I可以看出，表面等離子體納米光刻結(jié)構(gòu)10自上而下分別為上基底層11、第一光柵層15、第一金屬層13、光刻膠層17、第二金屬層14、第二光柵層16和下基底層12。第一金屬層13 (Ag層)-光刻膠層17-第二金屬層14 (Ag層)組成的共振腔，Al光柵(第一光柵層15、第二光柵層16)用來激發(fā)Ag層與光刻膠層17界面的表面等離子波。第一光柵層15、第二光柵層16相互垂直，入射光分別從共振腔結(jié)構(gòu)頂部和底部入射，當(dāng)僅有上入射光入射時(shí)，會(huì)激發(fā)出沿X方向的SPP波,僅有下入射光入射時(shí),會(huì)激發(fā)出沿y方向的SPP波，從在雙光束入射下SPP波相互干涉進(jìn)而在光刻膠中得到納米點(diǎn)陣圖案。模擬軟件使用FDTD Solutions。在其他實(shí)施例中，第一金屬層13和第二金屬層14的材質(zhì)還可以為Al。對于圖I中的結(jié)構(gòu)，表面等離子被激發(fā)在第一金屬層13、第二金屬層14和光刻膠層17表面，為了簡化起見，我們試著用金屬-介質(zhì)-金屬(MIM)模型來近似地描述圖I的結(jié)構(gòu)。在以下的討論中，我們發(fā)現(xiàn)MIM模型分析結(jié)果與用FDTD方法嚴(yán)格計(jì)算的結(jié)果相一致。對于雙光束表面等離子模型，我們可以先對單入射光分析。當(dāng)僅有上入射光入射時(shí)，得到的SPP色散關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種表面等離子體納米光刻結(jié)構(gòu)，包括上基底層、下基底層、共振腔和金屬光柵層，所述共振腔和金屬光柵層設(shè)于所述上基底層和下基底層之間，其特征在于所述金屬光柵層包括第一光柵層和第二光柵層，所述共振腔位于所述第一光柵層和所述第二光柵層之間，所述共振腔包括光刻膠層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的表面等離子體納米光刻結(jié)構(gòu)，其特征在于所述共振腔還包括第一金屬層和第二金屬層，所述光刻膠層設(shè)于所述第一金屬層和第二金屬層之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的表面等離子體納米光刻結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一金屬層和第二金屬層的材料均為銀。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的表面等離子體納米光刻結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一金屬層和第二金屬層的厚度為IOnm 80nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的表面等離子體納米光刻結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一光柵層和第二光柵層的材料選自鋁、鉻或硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的表面等離子體納米光刻結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一光柵層和第二光柵層的狹縫相垂直。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的表面等離子體納米光刻結(jié)構(gòu)，其特征在于所述光刻膠層的厚度為IOnm 60nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的表面等離子體納米光刻結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一光柵層和第二光柵層的狹縫的寬度小于80nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的表面等離子體納米光刻結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一光柵層和第二光柵層均為一維光柵。
10.一種表面等離子體納米光刻方法，其特征在于提供權(quán)利要求I所述的表面等離子體納米光刻結(jié)構(gòu)，入射光分別從上基底層和下基底層進(jìn)行入射，并在所述光刻膠層上實(shí)現(xiàn)曝光。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種表面等離子體納米光刻結(jié)構(gòu)，包括上基底層、下基底層、共振腔和金屬光柵層，所述共振腔和金屬光柵層設(shè)于所述上基底層和下基底層之間，所述共振腔包括第一金屬層、第二金屬層和光刻膠層，所述光刻膠層設(shè)于所述第一金屬層和第二金屬層之間，所述金屬光柵層包括第一光柵層和第二光柵層，所述第一光柵層位于所述上基底層和第一金屬層之間，所述第二光柵層位于所述下基底層和第二金屬層之間。本發(fā)明還公開了一種表面等離子體納米光刻方法。利用第一光柵層和第二光柵層來激發(fā)第一金屬層與光刻膠層以及第二金屬層與光刻膠層界面的表面等離子波，從而可以大大提高光刻技術(shù)的分辨率；另外，本發(fā)明采用雙光束曝光，可以實(shí)現(xiàn)良好的曝光深度和可見度。
文檔編號G03F7/00GK102636967SQ20121011676
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月19日
發(fā)明者曹冰, 樓益民, 王欽華, 許富洋, 陳根華 申請人:蘇州大學(xué)