基于表面等离子体灰度光刻系统的三维微纳结构制造方法及装置制造方法及图纸

本申请公开一种基于表面等离子体灰度光刻系统的三维微纳结构制造方法及装置，涉及半导体制造领域。方法包括：获取表面等离子体灰度光刻系统在蝴蝶结纳米孔径开口处的场强空间分布特性；基于所述场强空间分布特性确定所述场强空间分布特性和蝴蝶结纳米孔径间隙大小的对应关系；基于所述场强空间分布特性和间隙大小的对应关系对所述表面等离子体灰度光刻系统的曝光剂量进行灰度化调控，确定目标三维微纳结构对应的灰度曝光输入图形；将所述灰度曝光输入图形输入至所述表面等离子体灰度光刻系统的光刻成像模型和光刻胶成像模型进行曝光处理，确定曝光图形对应的图形质量参数，能够极大地提高三维微纳结构的曝光质量，具有较大的实际应用性。具有较大的实际应用性。具有较大的实际应用性。

【技术实现步骤摘要】
基于表面等离子体灰度光刻系统的三维微纳结构制造方法及装置


[0001]本申请涉及半导体制造领域，尤其涉及一种基于表面等离子体灰度光刻系统的三维微纳结构制造方法及装置。

技术介绍

[0002]基于三维微纳结构制造而成的各种微纳器件，因具有更高的集成度和更优异的电学、光学、磁学以及机械特性，可以实现平面二维微纳器件无法获得的应用功能，因此，在包括集成电路、纳米光学、微纳机电系统和仿生科技等领域有着广泛需求。
[0003]目前，三维微纳结构的制造方法主要包括电子束光刻系统(Electron Beam Lithography System，EBL)、聚焦离子束光刻技术(Focused Ion Beam(FIB)milling)、干涉光刻技术、激光三维直写技术和灰度光刻技术等。其中，电子束光刻因具有分辨率高和焦深长的特点，能够制造出特征尺寸为10纳米(nm)以内的微纳米结构，但是其光刻效率太低，不适合应用到大批量的工业生产中。聚焦离子束光刻技术的分辨率及曝光效率虽然都很高，但是由于随着曝光效率的不大提高，曝光图形的边缘会变得越来越粗糙，较低的曝光质量严重限制了三维微纳器件的功能实现。干涉光刻技术在制造大面积、高分辨率微纳结构时具有一定的优势，但由于干涉条纹的相对光强和相位难以控制，且高频信息损耗严重，严重限制了三维结构的曝光质量。激光三维直写技术因需要极其复杂且昂贵的设备，以及扫描效率较低的因素不适合被应用到三维微纳结构的大规模制造中。
[0004]与其他的三维微纳加工技术相比，灰度光刻具有很多优点，表面等离子体光刻技术是一种可突破衍射极限的纳米光学光刻技术，主要是利用蝴蝶结纳米孔径(Bowtie nano
‑
aperture，BAN)结构，在紫外线光源的曝光条件下，可以在BNA开口处产生产生表面等离子激元(Surface Plasmon Polaritons，SPPs)模式及类球形波(Quasi
‑
spherical Waves，QSWs)衍射场，并将曝光图形传递到光刻胶(photoresist，PR)内进而实现超分辨率成像。作为一种高分辨率、低成本的纳米加工技术，表面等离子体光刻技术已被验证可获得10纳米(nm)以下的分辨率，并因其具有良好的纳米特征尺寸可控性和可伸缩性，已成功获得多种表面微纳结构加工结果。然而，随着集成电路中纳米光刻技术的节点降低到14nm以下，以及对三维立体纳米结构器件的需求越来越高，如何在如此小的特征尺寸范围内，成功获得曝光质量较好的三维微纳结构成为了表面等离子体灰度光刻系统中亟待解决的重要问题。
[0005]表面等离子体光刻技术中，可以通过对其曝光光源的脉冲响应进行调制，在已知目标图形的三维立体结构空间特征分布信息的条件下，利用一个反卷积解析过程(deconvolution process)，获得一个由所需目标图形所需曝光时间构成的曝光图形(exposure map)，并将其作为输入图形进行曝光，实验结果验证该方法可以获得特征尺寸从几十纳米到几微米的三维微纳结构。但是，由于该方法在构建反卷积解析过程时，需要对BNA开口处的场强分布进行三维建模分析，以获得特定曝光深度及曝光宽度下目标图形所
需的曝光时间。基于BNA近场场强分布的复杂性以及建模的不精确性，该方法很难获得特征尺寸在20nm及其以下的分辨率，且运算量较大，在制造多特征尺寸且曝光图形轮廓比较复杂的三维立体微纳结构时缺乏一定的实际应用性。

技术实现思路

[0006]本申请的目的在于提供一种基于表面等离子体灰度光刻系统的三维微纳结构制造方法及装置，以解决现有的基于蝴蝶结纳米孔径近场场强分布的复杂性以及建模的不精确性，该方法很难获得特征尺寸在20纳米及其以下的分辨率，且运算量较大，在制造多特征尺寸且曝光图形轮廓比较复杂的三维立体微纳结构时缺乏一定的实际应用性的问题。
[0007]第一方面，本申请提供一种基于表面等离子体灰度光刻系统的三维微纳结构制造方法，所述方法包括：
[0008]获取表面等离子体灰度光刻系统在蝴蝶结纳米孔径开口处的场强空间分布特性；
[0009]基于所述场强空间分布特性确定所述场强空间分布特性和蝴蝶结纳米孔径间隙大小的对应关系；
[0010]基于所述场强空间分布特性和间隙大小的对应关系对所述表面等离子体灰度光刻系统的曝光剂量进行灰度化调控，确定目标三维微纳结构对应的灰度曝光输入图形；
[0011]将所述灰度曝光输入图形输入至所述表面等离子体灰度光刻系统的光刻成像模型和光刻胶成像模型进行曝光处理，确定曝光图形对应的图形质量参数。
[0012]采用上述技术方案的情况下，本申请实施例提供的基于表面等离子体灰度光刻系统的三维微纳结构制造方法，可以获取表面等离子体灰度光刻系统在蝴蝶结纳米孔径开口处的场强空间分布特性，基于所述场强空间分布特性确定所述场强空间分布特性和蝴蝶结纳米孔径间隙大小的对应关系，基于所述场强空间分布特性和间隙大小的对应关系对所述表面等离子体灰度光刻系统的曝光剂量进行灰度化调控，确定目标三维微纳结构对应的灰度曝光输入图形，将所述灰度曝光输入图形输入至所述表面等离子体灰度光刻系统的光刻成像模型和光刻胶成像模型进行曝光处理，确定曝光图形对应的图形质量参数，通过对表面等离子体光刻特有的近场衰减特性进行定量分析后，发现BNA开口处激发产生的等离子体近场衰减特性与其的间隙大小之间存在着一定的尺寸缩放行为特性，并且通过对表面等离子体光刻系统以及传统光学光刻系统的光刻胶对比度出现进行比价后发现，由于受到近场衰减特性的影响，表面等离子体光刻的光刻胶对比度更宽，也就是单位体积内对所需曝光剂量的可调控性更高。此外，灰度化曝光输入图形的提出是表面等离子体光刻系统能够进行三维立体微纳结构加工的物理本质。通过对表面等离子体光刻系统进行曝光时的目标图形输入图形进行灰度化，并且通过引入子像素以及脉冲响应的非连续性分布，同时对目标三维微纳结构的特征尺寸以及所需曝光剂量的空间分布进行调控，不仅能够获得分辨率较高的多尺寸三维立体微纳结构，且能够通过的灰度化曝光输入图形的校对，降低曝光图形与目标图形间的特征误差，获得保真度较高的三维曝光结果。因此，本申请中所提出的表面等离子体灰度光刻技术能够极大地提高三维微纳结构的曝光质量，具有较大的实际应用性，将灰度化图形曝光方式应用到无掩模式表面等离子体光刻技术中，是获得高分辨率及高保真度三维微纳结构的主要途径，这对于进一步开展低成本、大面积、高质量的三维微纳结构的加工制造究具有十分重要的意义。
[0013]在一种可能的实现方式中，所述获取表面等离子体灰度光刻系统在蝴蝶结纳米孔径开口处的场强空间分布特性，包括：
[0014]通过仿真软件获取所述表面等离子体灰度光刻系统在蝴蝶结纳米孔径开口处的点扩展函数；
[0015]基于所述点扩展函数确定横向场强衰减特性和纵向场强衰减特性。
[0016]在一种可能的实现方式中，所述基于所述场强空间分布特性确定所述场强空间分布特性和蝴蝶结纳米孔径间隙大小的对应关本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于表面等离子体灰度光刻系统的三维微纳结构制造方法，其特征在于，所述方法包括：获取表面等离子体灰度光刻系统在蝴蝶结纳米孔径开口处的场强空间分布特性；基于所述场强空间分布特性确定所述场强空间分布特性和蝴蝶结纳米孔径间隙大小的对应关系；基于所述场强空间分布特性和间隙大小的对应关系对所述表面等离子体灰度光刻系统的曝光剂量进行灰度化调控，确定目标三维微纳结构对应的灰度曝光输入图形；将所述灰度曝光输入图形输入至所述表面等离子体灰度光刻系统的光刻成像模型和光刻胶成像模型进行曝光处理，确定曝光图形对应的图形质量参数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取表面等离子体灰度光刻系统在蝴蝶结纳米孔径开口处的场强空间分布特性，包括：通过仿真软件获取所述表面等离子体灰度光刻系统在蝴蝶结纳米孔径开口处的点扩展函数；基于所述点扩展函数确定横向场强衰减特性和纵向场强衰减特性。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述场强空间分布特性确定所述场强空间分布特性和蝴蝶结纳米孔径间隙大小的对应关系，包括：对所述蝴蝶结纳米孔径开口处对应的所述横向场强衰减特性和纵向场强衰减特性进行建模分析，确定在横向和纵向上场强分布均与所述蝴蝶结纳米孔径间隙之间存在尺寸缩放行为特性。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述尺寸缩放行为特性为无论所述蝴蝶结纳米孔径间隙大小为多少，所述蝴蝶结纳米孔径开口处均存在着较强的场强衰减特性，并且随着所述蝴蝶结纳米孔径曝光图形特征尺寸的不断减小，所述场强衰减特性变强但衰减趋势保持不变。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述基于所述场强空间分布特性确定所述场强空间分布特性和蝴蝶结纳米孔径间隙大小的对应关系之后，所述基于所述场强空间分布特性和间隙大小的对应关系对所述表面等离子体灰度光刻系统的曝光剂量进行灰度化调控，确定目标三维微纳结构对应的灰度曝光输入图形之前，所述方法还包括：分别获取所述表面等离子体灰度光刻系统对应的第一光刻胶对比曲线和传统光学光刻系统对应的第二光刻胶对比度曲线；对所述第一光刻胶对比度曲线的第一带宽和所述第二光刻胶对比度曲线的第二带宽进行比较，确定所述第一带宽大于所述第二带宽；在所述第一带宽大于所述第二带宽的情况下，确定单位体积内所述表面等离子体灰度光刻系统对所需曝光剂量的可调控性高于所述传统光学光刻对所需曝光剂量的可调控性。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述场强空间分布特性和间隙大小的对应关系对所述表面等离子体灰度光刻系统的曝光剂量进行灰度化调控，...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩丹丹，韦亚一，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：