專利名稱：探針誘導(dǎo)光刻薄膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光刻技術(shù)領(lǐng)域，是一種探針誘導(dǎo)光刻薄膜及其制備方法， 用于探針誘導(dǎo)表面等離子體共振光刻的探針誘導(dǎo)光刻薄膜，可以大大降 低刻蝕線寬。
背景技術(shù)：
電子化工材料是電子工業(yè)中關(guān)鍵的基礎(chǔ)材料，電子工業(yè)的發(fā)展要求 電子化工材料與之同歩發(fā)展，不斷更新?lián)Q代，以適應(yīng)其在技術(shù)方面不斷 推陳出新的需要。特別是在集成電路方面，其發(fā)展完全得益于微細(xì)加工 技術(shù)，尤其是光學(xué)光刻技術(shù)的不斷進(jìn)步。目前國(guó)際上通用的縮小光刻尺寸的方法就是減小刻寫光的波長(zhǎng)，現(xiàn)在己經(jīng)發(fā)展到使用極深紫外光(193 nm),甚至Y射線作為微電路的光刻 光源。這類光刻系統(tǒng)技術(shù)復(fù)雜，價(jià)格昂貴。不縮短波長(zhǎng)而縮小光斑尺寸 的另一條途徑是近場(chǎng)光學(xué)技術(shù)。采用通光的SNOM光纖探針，采用傳統(tǒng)的 基底/光刻膠結(jié)構(gòu)，能夠獲得超過光學(xué)衍射極限(超分辨)的光刻線寬到 100nm 以下 (Eric Betzig, Jay K. Trautman, Near-Field Optics: Microscopy, Spectroscopy, and Surface Modification Beyond the Diffaction Limit, SCIENCE, 1992， 257:193)。要想進(jìn)一步縮小線寬，光纖出光孔的尺寸必須進(jìn)一步減小，但 這會(huì)急劇降低激光能量，難以實(shí)用。此外，超分辨近場(chǎng)結(jié)構(gòu)光刻技術(shù)可 以通過超分辨掩膜產(chǎn)生超過衍射極限的近場(chǎng)光耦合作用來實(shí)現(xiàn)快速光 刻，采用基底/掩膜層/光刻膠或者是基底/保護(hù)層/掩膜層/保護(hù)層/光刻膠 的膜層結(jié)構(gòu)，通過激光束作用下掩膜材料發(fā)生光熱開孔效應(yīng)、化學(xué)分解 等來獲得納米尺度的光斑，并在多層膜結(jié)構(gòu)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)超分辨近場(chǎng)刻蝕 (Masashi Kuwahara etc. Less than 0.1 (im linewith fabrication by visible light using super-resolution near-field structure. Microelectronic Engineering. 2001， 57-58: 883-890.)。但是，該技術(shù)需要借助樣品高速旋轉(zhuǎn)過程中的動(dòng)態(tài)超分辨效 應(yīng)，而且要獲得好的超分辨效果需要采用貴金屬(如鉑)和多層結(jié)構(gòu)(目前有的達(dá)到9層)，制作工藝復(fù)雜、成本昂貴，難以靈活應(yīng)用。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問題在于提供一種用于探針誘導(dǎo)表面等離子體共振 光刻的探針誘導(dǎo)光刻薄膜及其制備方法，用于探針誘導(dǎo)表面等離子體共 振光刻，以大大降低光刻線寬。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種用于探針誘導(dǎo)表面等離子體共振光刻的探針誘導(dǎo)光刻薄膜，特 征在于其結(jié)構(gòu)由沉積于玻璃基底上的直寫光刻材料層、介質(zhì)層和表面等 離子體共振層組成，所述的直寫光刻材料層由AgOx或NiOy組成；所述 的介質(zhì)層由Si02組成；所述的表面等離子體共振層由Ag組成。所述的直寫光刻材料層的AgOx,其中x《1，通過控制磁控濺射所 采用的02: Ar氣體流量比來實(shí)現(xiàn)的，AgOx的成分是Ag、 AgO和Ag20 的混合物。所述的直寫光刻材料層的NiOy，其中y《3/2，是通過控制磁控濺 射時(shí)的02: Ar氣體流量比來實(shí)現(xiàn)的，其成分是NiO和Ni203的混合物。所述的直寫光刻材料層的厚度為10-100nm。所述的介質(zhì)層的厚度為10-80nm。所述的表面等離子體共振層的厚度為20-100nm。上述探針誘導(dǎo)光刻薄膜的制備方法，采用磁控濺射的方法制備，濺 射工作氣壓優(yōu)于1.0xl(T3Pa，在高折射率玻璃基底上依次分別采用直流 濺射、射頻濺射和反應(yīng)性直流濺射鍍制表面等離子體共振層、介質(zhì)層 和直寫光刻材料層，其中直寫光刻材料層的AgOx， x《l,通過控制磁控 濺射所采用的02: Ar氣體流量比來實(shí)現(xiàn)的，AgOx的成分是Ag、 AgO 和Ag20的混合物；所述的直寫光刻材料層的NiOy, y《3/2，是通過控 制磁控濺射時(shí)的02: Ar氣體流量比來實(shí)現(xiàn)的，其成分是NiO和Ni203 的混合物。本發(fā)明的技術(shù)效果與在先技術(shù)相比，本發(fā)明由于表面等離子體共振層的存在，介質(zhì)層 與表面等離子體共振層的界面可產(chǎn)生表面等離子體共振增強(qiáng)場(chǎng)，可以利 用探針引導(dǎo)共振增強(qiáng)的倏逝波在直寫光刻材料層上產(chǎn)生光刻點(diǎn)(線)。由于光刻點(diǎn)(線)尺寸取決于探針針尖尺寸，因此易于在光刻材料層表 面直寫產(chǎn)生納米尺度(小于100nm)的光刻點(diǎn)(線)。所用探針只起到 引導(dǎo)光波的作用，無需通光，克服了在先技術(shù)中通光光纖探針激光能量 降低的缺點(diǎn)。通過移動(dòng)探針和光束位置來實(shí)現(xiàn)任意圖形直刻，克服了在 先技術(shù)中超分辨近場(chǎng)結(jié)構(gòu)需要?jiǎng)討B(tài)旋轉(zhuǎn)樣品的缺點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明探針誘導(dǎo)光刻薄膜的結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明用于探針誘導(dǎo)光刻的記錄原理示意3是本發(fā)明探針誘導(dǎo)光刻薄膜用于探針誘導(dǎo)光刻的實(shí)驗(yàn)結(jié)果具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本 發(fā)明的保護(hù)范圍。先請(qǐng)參閱圖l,圖1是本發(fā)明探針誘導(dǎo)光刻薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖，由 圖可見，本發(fā)明探針誘導(dǎo)光刻薄膜的結(jié)構(gòu)由沉積于玻璃基底4上的直寫 光刻材料層1、介質(zhì)層2和表面等離子體共振層3組成，所述的直寫光 刻材料層由AgOx或NiOy組成所述的介質(zhì)層由Si02組成；所述的表面 等離子體共振層由Ag組成。直寫光刻材料層1由厚度為10-100nm的AgOx或NiOx組成；介質(zhì) 層2由厚度為10-80mn的Si02組成；表面等離子體共振層3由厚度為 20-100nm的Ag組成；基底4為厚度為lmm的高折射率玻璃。所述的直寫光刻材料層l是金屬探針與激光倏逝波相互作用時(shí)能夠 被刻蝕的介質(zhì)材料；所述的介質(zhì)層2起到兩個(gè)作用 一是與表面等離子 體共振金屬層形成光疏條件以便激發(fā)金屬表面的等離子體；二是保護(hù)直 寫光刻材料層避免入射激光的影響；所述的表面等離子體共振層3在激 光入射條件下會(huì)產(chǎn)生表面等離子波，當(dāng)金屬表面等離子波的振動(dòng)頻率與 入射激光本身在介質(zhì)中的振動(dòng)頻率相同時(shí)，便發(fā)生表面等離子體共振， 那么入射激光全部以倏逝波的形式存在于表面等離子體共振金屬層/介 質(zhì)層的界面上，為后面的探針誘導(dǎo)創(chuàng)造條件。探針誘導(dǎo)光刻薄膜的制備過程如下采用磁控濺射的方法(濺射工 作氣壓優(yōu)于1.0xlO-3Pa),在厚度為lmm的高折射率玻璃基底4上依次 采用直流濺射、射頻濺射和反應(yīng)性直流濺射鍍制表面等離子體共振層 3、介質(zhì)層2和直寫光刻材料層1。其中直寫光刻材料層AgOx (x《l) 通過控制磁控濺射時(shí)所采用的02: Ar氣體流量比來實(shí)現(xiàn)的，其成分一 般是由Ag、 AgO和Ag20的混合物組成；NiOx (x《3/2)也是通過控制 磁控濺射時(shí)的02:Ar氣體流量比來實(shí)現(xiàn)的，其成分一般是由NiO和Ni203 的混合物組成。圖2是本發(fā)明用于探針誘導(dǎo)光刻的記錄原理示意圖，激光5通過聚 焦鏡聚光于記錄層上，同時(shí)采用一個(gè)光電探測(cè)器檢測(cè)反射光的強(qiáng)度。根 據(jù)Kretschmami結(jié)構(gòu)的全內(nèi)反射原理，當(dāng)入射角6i增至某個(gè)值(該值與 金屬層、介質(zhì)層的折射率和厚度相關(guān))，會(huì)發(fā)生表面等離子體共振，表現(xiàn) 為反射率的突然下降，同時(shí)在金屬層/介質(zhì)層界面上產(chǎn)生倏逝波，它是在 垂直方向上呈指數(shù)級(jí)衰減的電磁波。當(dāng)探針進(jìn)入倏逝場(chǎng)，倏逝波能量沿 針尖泄漏，針尖處產(chǎn)生局域場(chǎng)增強(qiáng)，即在針尖處獲得高記錄功率，可用 于對(duì)與探針相鄰的記錄層進(jìn)行輔助加熱，使之發(fā)生分解，實(shí)現(xiàn)超小記錄 位納米光刻。探針誘導(dǎo)光刻的模擬實(shí)驗(yàn)，當(dāng)采用時(shí)域有限差分法對(duì)上述材料結(jié)構(gòu) 進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，探針針尖處的局域場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)非常明顯，記錄層 表面的相對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度振幅的對(duì)比度最大，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。探針能 在記錄層表面形成針尖尺寸大小的記錄光斑，顯示出其在近場(chǎng)光刻方面 的可行性。理論上，近場(chǎng)探針與記錄層之間相互作用所產(chǎn)生的記錄點(diǎn)大小取決 于探針針尖的尺寸，但是由于針尖形狀不規(guī)則導(dǎo)致光的反射和散射有可 能使記錄點(diǎn)略大于針尖尺寸，鑒于目前針尖可以做到原子級(jí)，所以產(chǎn)生 納米尺度(小于100mn)的記錄點(diǎn)是可行的。
權(quán)利要求
1. 一種用于探針誘導(dǎo)表面等離子體共振光刻的探針誘導(dǎo)光刻薄膜，特征在于其結(jié)構(gòu)由沉積于玻璃基底(4)上的直寫光刻材料層(1)、介質(zhì)層(2)和表面等離子體共振層(3)組成，所述的直寫光刻材料層由AgOx或NiOy組成；所述的介質(zhì)層由SiO2組成；所述的表面等離子體共振層由Ag組成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的探針誘導(dǎo)光刻薄膜，其特征在于所述的 直寫光刻材料層的AgOx，其中x《1，通過控制磁控濺射所采用的02: Ar氣體流量比來實(shí)現(xiàn)的，AgOx的成分是Ag、 AgO和Ag20的混合物。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的探針誘導(dǎo)光刻薄膜，其特征在于所述的 直寫光刻材料層的NiOy，其中y《3/2，是通過控制磁控濺射時(shí)的02: Ar氣體流量比來實(shí)現(xiàn)的，其成分是NiO和Ni203的混合物。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2或3所述的探針誘導(dǎo)光刻薄膜，其特征在于 所述的直寫光刻材料層的厚度為10-100nm。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的探針誘導(dǎo)光刻薄膜，其特征在于所述的 介質(zhì)層的厚度為10-80nm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的探針誘導(dǎo)光刻薄膜，其特征在于所述的 表面等離子體共振層的厚度為20-100nm。
7、 權(quán)利要求1所述的探針誘導(dǎo)光刻薄膜的制備方法，其特征在于 是采用磁控濺射的方法制備，濺射工作氣壓優(yōu)于1.0xl(T3Pa，在高折射 率玻璃基底(4)上依次分別采用直流濺射、射頻濺射和反應(yīng)性直流濺射 鍍制表面等離子體共振層(3)、介質(zhì)層(2)和直寫光刻材料層(1)， 其中直寫光刻材料層的AgOx， x《l，通過控制磁控濺射所采用的02: Ar氣體流量比來實(shí)現(xiàn)的，AgOx的成分是Ag、 AgO和Ag20的混合物； 所述的直寫光刻材料層的NiOy， y《3/2,是通過控制磁控濺射時(shí)的02: Ar氣體流量比來實(shí)現(xiàn)的，其成分是NiO和Ni;j03的混合物。
全文摘要
一種用于探針誘導(dǎo)表面等離子體共振光刻的探針誘導(dǎo)光刻薄膜及其制備方法，該探針誘導(dǎo)光刻薄膜的結(jié)構(gòu)由沉積于玻璃基底上的直寫光刻材料層、介質(zhì)層和表面等離子體共振層組成，所述的直寫光刻材料層由AgO_x或NiO_y組成；所述的介質(zhì)層由SiO₂組成；所述的表面等離子體共振層由Ag組成。采用磁控濺射的方法制備。本發(fā)明探針誘導(dǎo)光刻薄膜用于探針誘導(dǎo)表面等離子體共振光刻將大大降低刻蝕線寬。
文檔編號(hào)G03F7/075GK101256353SQ20081003532
公開日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2008年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者唐曉東, 徐文東, 李小剛, 洪小剛, 陽 王, 趙成強(qiáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所