一種納米光刻裝置及制備超衍射極限圖形的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米光刻技術(shù)領(lǐng)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(shù)】
[0002]納米光刻是微納加工技術(shù)中非常重要的一個(gè)步驟，它利用光化學(xué)反應(yīng)將電路圖形轉(zhuǎn)移到襯底(比如硅襯底)上。由于光具有亞微米級(jí)的波長(zhǎng)，因此光學(xué)光刻可以實(shí)現(xiàn)精密的微納結(jié)構(gòu)加工。
[0003]隨著納米加工工藝的要求越來(lái)越高以及集成電路特征尺寸越來(lái)越小，光刻技術(shù)變得越來(lái)越復(fù)雜。由于光學(xué)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(xù)減小。目前而言，縮小光刻中的曝光波長(zhǎng)是最為有效的解決方法。納米光刻中的曝光波長(zhǎng)從最初的365納米(i線)進(jìn)一步減小到如今的193nm。同時(shí)人們也在研究深紫外波長(zhǎng)(EUV，13nm)的相關(guān)技術(shù)，以滿(mǎn)足將來(lái)的器件尺寸的要求。同時(shí)，人們還想出了許多技術(shù)手段來(lái)克服衍射極限，如相移掩膜技術(shù)、油浸光刻、二次成像技術(shù)等。然而，隨著波長(zhǎng)的減小，納米光刻中涉及到的技術(shù)難題也越來(lái)越多，研發(fā)、生產(chǎn)成本也隨之迅速增長(zhǎng)。以浸沒(méi)式光刻為例。高折射率浸沒(méi)液體會(huì)污染光刻膠，影響后續(xù)加工;浸沒(méi)液體中的氣泡也會(huì)使光刻圖形發(fā)生形變;同時(shí)浸沒(méi)液體的引入也使得整個(gè)加工流程變得復(fù)雜。為了實(shí)現(xiàn)高分辨率的成像，浸沒(méi)式光刻中所用的光學(xué)透鏡組體積龐大、造價(jià)昂貴。此外，高效穩(wěn)定的193nm光源也是需要解決的技術(shù)難題。
[0004]表面等離子體激元(Surface Plasmon Polaritons，SPPs)是指在金屬表面電子密度振動(dòng)與光子相互作用的結(jié)合體。在半無(wú)限大金屬界面，金屬的介電常數(shù)是實(shí)部為負(fù)的復(fù)數(shù)，金屬表面介質(zhì)的介電常數(shù)是正的實(shí)數(shù)。根據(jù)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(zhǎng)，其場(chǎng)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(xué)科的一個(gè)重要的研究方向，它受到了包括物理學(xué)家，化學(xué)家材料學(xué)家，生物學(xué)家等多個(gè)領(lǐng)域人士的極大的關(guān)注，在突破衍射極限，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，顯微鏡，太陽(yáng)能電池和生物傳感等方面都有著廣泛的研究。
[0005]近年來(lái)，關(guān)于利用表面等離子激元效應(yīng)在納米光刻中突破光學(xué)衍射極限研究已被連續(xù)報(bào)道，例如利用表面等離子體激元的干涉實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)尺度的干涉圖形，將365nm的兩束輸入光通過(guò)棱鏡以一定角度入射至金屬薄膜上，在金屬的下表面就會(huì)形成穩(wěn)定的干涉條紋。其條紋寬度約為lOOnm。然而受限于所使用的材料及波長(zhǎng)，該方法所實(shí)現(xiàn)的光刻條紋尺度和周期不能進(jìn)一步的縮小。限制了其在納米光刻中的應(yīng)用，同時(shí)干涉方法難以獲得不規(guī)則圖形，因而無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際光刻需求中復(fù)雜圖形的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)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(xiàn)有技術(shù)中光刻圖形的尺寸不能進(jìn)一步縮小，且難以制備超衍射極限復(fù)雜圖形的問(wèn)題。
[0007]為此目的，本發(fā)明提出了以下技術(shù)方案。
[0008]—方面，本發(fā)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；
[0009]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
[0010]光刻掩膜版，用于掩膜光刻;所述上層模板的材質(zhì)為金屬或合金材質(zhì)，所述下層模板的材質(zhì)為金屬或合金材質(zhì);在光刻時(shí)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(jié)構(gòu)；
[0011]所述光刻膠用于對(duì)光刻掩膜版形成的光刻圖形進(jìn)行記錄；
[0012]所述曝光光源位于透光基板之上，用于提供光刻的光源。
[0013]優(yōu)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(shí)，各薄膜層逐層疊加設(shè)置。
[0014]可選地，所述上層模板為多層薄膜層時(shí)，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。
[0015]優(yōu)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(duì)從所述曝光光源發(fā)射的光線進(jìn)行調(diào)控。
[0016]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。
[0017]另一方面，本發(fā)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:
[0018]SI，在基底上形成第一設(shè)定厚度的下層模板，在透光基板上形成第二設(shè)定厚度的具有光刻圖形的上層模板，所述下層模板和所述上層模板組成光刻掩膜版;所述上層模板的材質(zhì)為金屬或合金材質(zhì)，所述下層模板的材質(zhì)為金屬或合金材質(zhì)；
[0019]S2，在所述下層模板之上旋涂第三設(shè)定厚度的光刻膠，并置于熱板上烘烤；
[0020]S3，將所述透光基板與所述基底壓合，使所述透光基板上的上層模板接觸所述基底上的光刻膠；
[0021 ] S4，采用曝光光源照射所述透光基板，經(jīng)過(guò)對(duì)所述光刻膠顯影，定影后，在所述光刻膠上得到超衍射極限圖形。
[0022]當(dāng)所述上層模板為單層薄膜層時(shí)，所述步驟SI中在透光基板上形成上層模板包括:
[0023]在透光基板上形成第一薄膜層；
[0024]所述步驟S3包括:將所述透光基板與所述基底壓合，使所述透光基板上的第一薄膜層接觸所述基底上的光刻膠；
[0025]優(yōu)選地，當(dāng)所述上層模板為多層薄膜層時(shí)，所述在透光基板上形成第一薄膜層后還包括:
[0026]在第一薄膜層上形成第二薄膜層；
[0027]所述步驟S3包括:將所述透光基板與所述基底壓合，使所述透光基板上的第二薄膜層接觸所述基底上的光刻膠。
[0028]可選地，所述在基底上形成第一設(shè)定厚度的下層模板包括:通過(guò)磁控濺射、沉積、蒸鍍或電子束蒸發(fā)在所述基底上形成第一設(shè)定厚度的下層模板；
[0029]所述在透光基板上形成第二設(shè)定厚度的具有光刻圖形的上層模板包括:
[0030]通過(guò)磁控濺射、沉積、蒸鍍或電子束蒸發(fā)在所述透光基板上形成第二設(shè)定厚度的上層模板；
[0031 ]通過(guò)聚焦離子束刻蝕或電子束刻蝕在所述上層模板上形成光刻圖形。
[0032]優(yōu)選地，所述步驟S4具體包括:從所述曝光光源發(fā)射的光線通過(guò)透鏡進(jìn)行調(diào)控后，照射到所述透光基板，經(jīng)過(guò)顯影定影后，在所述光刻膠上得到超衍射極限圖形。
[0033]具體地，所述在光刻膠上得到的超衍射極限圖形的線寬和深寬比通過(guò)控制下層模板的材質(zhì)、下層模板的厚度、上層模板的材質(zhì)、上層模板的厚度、曝光光源的波長(zhǎng)、曝光光源的曝光功率、曝光光源的曝光時(shí)間中的至少一種來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0034]本發(fā)明的有益效果為:
[0035]本發(fā)明提供的納米光刻裝置及方法，通過(guò)在基底上形成金屬或合金材質(zhì)的下層模板，在透光基板上形成金屬或合金材質(zhì)的上層模板，由上層模板和下層模板組成雙層的光刻掩膜版，在光刻時(shí)，由于下層模板與上層模板構(gòu)成局域表面等離子體激元結(jié)構(gòu)，能激勵(lì)局域表面等離子體激元模式，局域表面