一种纳米光刻装置及制备超衍射极限图形的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种纳米光刻装置及制备超衍射极限图形的方法，其中装置包括基底、位于基底之上的下层模板、位于下层模板之上的光刻胶、位于光刻胶之上的上层模板、位于上层模板之上的透光基板和曝光光源；上层模板具有光刻图形，上、下层模板组成光刻掩膜版，其材质均为金属或合金材质，在光刻时上、下层模板形成局域表面等离子体激元结构。本发明专利技术利用双层金属/合金光刻掩膜版，能在光刻时形成局域表面等离子体激元模式，制备线宽比光刻掩膜版上的光刻图形更小的超衍射极限复杂光刻图形，同时可以通过改变光刻掩膜版以及周围介质材料、光刻胶的厚度、曝光源波长、控制曝光功率、曝光时间等条件，对超衍射图形的线宽、深宽比进行调控。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米光刻
，特别是涉及。
技术介绍
纳米光刻是微纳加工技术中非常重要的一个步骤，它利用光化学反应将电路图形转移到衬底(比如硅衬底)上。由于光具有亚微米级的波长，因此光学光刻可以实现精密的微纳结构加工。随着纳米加工工艺的要求越来越高以及集成电路特征尺寸越来越小，光刻技术变得越来越复杂。由于光学衍射极限的存在，光刻的特征尺寸也因此受到限制，难以继续减小。目前而言，缩小光刻中的曝光波长是最为有效的解决方法。纳米光刻中的曝光波长从最初的365纳米(i线)进一步减小到如今的193nm。同时人们也在研究深紫外波长(EUV，13nm)的相关技术，以满足将来的器件尺寸的要求。同时，人们还想出了许多技术手段来克服衍射极限，如相移掩膜技术、油浸光刻、二次成像技术等。然而，随着波长的减小，纳米光刻中涉及到的技术难题也越来越多，研发、生产成本也随之迅速增长。以浸没式光刻为例。高折射率浸没液体会污染光刻胶，影响后续加工;浸没液体中的气泡也会使光刻图形发生形变;同时浸没液体的引入也使得整个加工流程变得复杂。为了实现高分辨率的成像，浸没式光刻中所用的光学透镜组体积庞大、造价昂贵。此外，高效稳定的193nm光源也是需要解决的技术难题。表面等离子体激元(Surface Plasmon Polaritons，SPPs)是指在金属表面电子密度振动与光子相互作用的结合体。在半无限大金属界面，金属的介电常数是实部为负的复数，金属表面介质的介电常数是正的实数。根据maxwell方程，与同频率的光波相比，表面等离子体激元具有更大的波矢，即更小的等效波长，其场分布高度局域在金属界面处。由于其奇特的电磁特性，表面等离子体激元是目前纳米光电子学科的一个重要的研究方向，它受到了包括物理学家，化学家材料学家，生物学家等多个领域人士的极大的关注，在突破衍射极限，数据存储，显微镜，太阳能电池和生物传感等方面都有着广泛的研究。近年来，关于利用表面等离子激元效应在纳米光刻中突破光学衍射极限研究已被连续报道，例如利用表面等离子体激元的干涉实现远小于波长尺度的干涉图形，将365nm的两束输入光通过棱镜以一定角度入射至金属薄膜上，在金属的下表面就会形成稳定的干涉条纹。其条纹宽度约为lOOnm。然而受限于所使用的材料及波长，该方法所实现的光刻条纹尺度和周期不能进一步的缩小。限制了其在纳米光刻中的应用，同时干涉方法难以获得不规则图形，因而无法满足实际光刻需求中复杂图形的要求。
技术实现思路
本专利技术提供，以解决现有技术中光刻图形的尺寸不能进一步缩小，且难以制备超衍射极限复杂图形的问题。为此目的，本专利技术提出了以下技术方案。—方面，本专利技术提供一种纳米光刻装置，包括基底、位于所述基底之上的下层模板、位于所述下层模板之上的光刻胶、位于所述光刻胶之上的上层模板、位于所述上层模板之上的透光基板和曝光光源；所述上层模板具有光刻图形，所述上层模板和所述下层模板组成光刻掩膜版，用于掩膜光刻;所述上层模板的材质为金属或合金材质，所述下层模板的材质为金属或合金材质;在光刻时所述下层模板与上层模板的光刻图形形成局域表面等离子体激元结构；所述光刻胶用于对光刻掩膜版形成的光刻图形进行记录；所述曝光光源位于透光基板之上，用于提供光刻的光源。优选地，所述上层模板为单层薄膜层或多层薄膜层，所述上层模板为多层薄膜层时，各薄膜层逐层叠加设置。可选地，所述上层模板为多层薄膜层时，包括第一薄膜层和第二薄膜层，所述第二薄膜层位于所述光刻胶之上，所述第一薄膜层位于所述第二薄膜层之上，所述透光基板位于所述第一薄膜层之上。优选地，所述装置还包括透镜，所述透镜位于所述透光基板和所述曝光光源之间，所述透镜用于对从所述曝光光源发射的光线进行调控。可选地，所述曝光光源为汞灯光源、紫外激光光源和飞秒脉冲激光光源中的任意一种。另一方面，本专利技术还提供一种利用上述任一种装置制备超衍射极限图形的方法，所述方法包括:SI，在基底上形成第一设定厚度的下层模板，在透光基板上形成第二设定厚度的具有光刻图形的上层模板，所述下层模板和所述上层模板组成光刻掩膜版;所述上层模板的材质为金属或合金材质，所述下层模板的材质为金属或合金材质；S2，在所述下层模板之上旋涂第三设定厚度的光刻胶，并置于热板上烘烤；S3，将所述透光基板与所述基底压合，使所述透光基板上的上层模板接触所述基底上的光刻胶； S4，采用曝光光源照射所述透光基板，经过对所述光刻胶显影，定影后，在所述光刻胶上得到超衍射极限图形。当所述上层模板为单层薄膜层时，所述步骤SI中在透光基板上形成上层模板包括:在透光基板上形成第一薄膜层；所述步骤S3包括:将所述透光基板与所述基底压合，使所述透光基板上的第一薄膜层接触所述基底上的光刻胶；优选地，当所述上层模板为多层薄膜层时，所述在透光基板上形成第一薄膜层后还包括:在第一薄膜层上形成第二薄膜层；所述步骤S3包括:将所述透光基板与所述基底压合，使所述透光基板上的第二薄膜层接触所述基底上的光刻胶。可选地，所述在基底上形成第一设定厚度的下层模板包括:通过磁控溅射、沉积、蒸镀或电子束蒸发在所述基底上形成第一设定厚度的下层模板；所述在透光基板上形成第二设定厚度的具有光刻图形的上层模板包括:通过磁控溅射、沉积、蒸镀或电子束蒸发在所述透光基板上形成第二设定厚度的上层模板；通过聚焦离子束刻蚀或电子束刻蚀在所述上层模板上形成光刻图形。优选地，所述步骤S4具体包括:从所述曝光光源发射的光线通过透镜进行调控后，照射到所述透光基板，经过显影定影后，在所述光刻胶上得到超衍射极限图形。具体地，所述在光刻胶上得到的超衍射极限图形的线宽和深宽比通过控制下层模板的材质、下层模板的厚度、上层模板的材质、上层模板的厚度、曝光光源的波长、曝光光源的曝光功率、曝光光源的曝光时间中的至少一种来实现。本专利技术的有益效果为:本专利技术提供的纳米光刻装置及方法，通过在基底上形成金属或合金材质的下层模板，在透光基板上形成金属或合金材质的上层模板，由上层模板和下层模板组成双层的光刻掩膜版，在光刻时，由于下层模板与上层模板构成局域表面等离子体激元结构，能激励局域表面等离子体激元模式，局域表面当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米光刻装置，其特征在于，包括基底、位于所述基底之上的下层模板、位于所述下层模板之上的光刻胶、位于所述光刻胶之上的上层模板、位于所述上层模板之上的透光基板和曝光光源；所述上层模板具有光刻图形，所述上层模板和所述下层模板组成光刻掩膜版，用于掩膜光刻；所述上层模板的材质为金属或合金材质，所述下层模板的材质为金属或合金材质；在光刻时所述下层模板与上层模板的光刻图形形成局域表面等离子体激元结构；所述光刻胶用于对光刻掩膜版形成的光刻图形进行记录；所述曝光光源位于透光基板之上，用于提供光刻的光源。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘仿，黄翊东，叶宇，张伟骏，冯雪，崔开宇，张巍，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11