專利名稱：一種納米光刻方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米光刻技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種納米光刻方法及裝置。
背景技術(shù)：
納米光刻是微納加工技術(shù)中非常重要的一個(gè)步驟。然而由于光學(xué)衍射極限的存在，納米光刻不能進(jìn)一步的縮小器件尺寸、提高加工精度。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)人們也在研究極深紫外波長(zhǎng)(EUV，13nm)的相關(guān)技術(shù)，以滿足將來(lái)的器件尺寸的要求。減小波長(zhǎng)的同時(shí)，人們還想出了許多技術(shù)手段輔以改善目前光刻的加工精度，如相移掩膜技術(shù)、油浸光刻、二次成像技術(shù)等。然后，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。表面等離子體(Surface Plasmons, SPs)是指在金屬表面存在的自由振動(dòng)的電子與光子相互作用產(chǎn)生的沿著金屬表面?zhèn)鞑サ碾娮邮杳懿?。在兩種半無(wú)限大、各向同性介質(zhì)構(gòu)成的界面，介質(zhì)的介電常數(shù)是正的實(shí)數(shù)，金屬的介電常數(shù)是實(shí)部為負(fù)的復(fù)數(shù)。根據(jù)maxwell方程，與同頻率的光波相比，表面等離子體具有更大的波矢，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。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。雙光子吸收是一種三階非線性效應(yīng)。通常這種三階非線性效應(yīng)需要在很高的峰值功率水平下才能發(fā)生，比如利用飛秒激光器所產(chǎn)生的超短光脈沖。與單光子吸收現(xiàn)象相t匕，光刻膠的雙光子吸收現(xiàn)象有兩個(gè)顯著的特點(diǎn)1.光刻膠的雙光子吸收幾率與入射光強(qiáng)度的平方成正比；2.雙光子吸收對(duì)入射光功率有很高的要求。通過(guò)控制光斑大小和光斑的功率，可以通過(guò)雙光子吸收效應(yīng)在光刻膠上形成超衍射的圖形。因此，人們?cè)陔p光子加工上進(jìn)行了很多研究，并且得到了很多三維的微納尺度圖形。然而目前主流的雙光子加工大多是基于激光聚焦直寫的方式，在對(duì)大面積圖形制作時(shí)非常耗時(shí)且不穩(wěn)定，無(wú)法適用于大面積芯片的規(guī)模生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何通過(guò)表面等離子激元效應(yīng)和雙光子吸收光刻解決在大面積制備的條件下得到超衍射極限條紋的問(wèn)題。(二)技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種納米光刻裝置，其特征在于，該裝置包括基底，用于得到超衍射極限條紋；位于基底之上的光刻膠，用于對(duì)光刻掩膜版形成的圖形進(jìn)行壓縮和記錄；

位于光刻膠之上的光刻掩膜版，用于掩膜光刻；位于光刻掩膜版之上的透光基板，用于生成光刻掩膜版；飛秒激光器，用作進(jìn)行光刻的曝光源。所述光刻掩膜版的材料包括Au及其合金、Ag及其合金、Al及其合金、Zn及其合金、Pt及其合金、Ti及其合金、金屬陶瓷、半導(dǎo)體材料、石墨烯或碳化娃。所述光刻掩膜版具有表面等離子激元激勵(lì)結(jié)構(gòu)，所述表面等離子激元激勵(lì)結(jié)構(gòu)用于形成光刻圖案。所述表面等離子激元激勵(lì)結(jié)構(gòu)包括條形光柵、同心圓光柵、圓孔陣列或方孔陣列。所述光刻掩膜版具有表面等離子激元效應(yīng)。所述光刻膠具有雙光子吸收效應(yīng)。一種制備超衍射極限條紋的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟SI :在所述透光基板上形成設(shè)定厚度的薄膜層，并在所述薄膜層上生成表面等離子激元激勵(lì)結(jié)構(gòu)得到所述光刻掩膜版；S2 :在所述基底上旋涂上所述光刻膠，并置于熱板上烘烤；S3 :將所述光刻掩膜版和所述光刻膠接觸，并用所述飛秒激光器照射所述透光基板，在所述基底上得到超衍射極限條紋。所述在所述透光基板上形成設(shè)定厚度的薄膜層具體包括通過(guò)磁控濺射、蒸鍍或電子束蒸發(fā)在所述透光基板上形成設(shè)定厚度的薄膜層。所述在所述薄膜層上生成表面等離子激元激勵(lì)結(jié)構(gòu)具體包括通過(guò)聚焦離子束刻蝕或反應(yīng)離子刻蝕在所述薄膜層上生成表面等離子激元激勵(lì)結(jié)構(gòu)。所述在所述基底上得到超衍射極限條紋是通過(guò)控制所述飛秒激光器的輸出功率和曝光時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)的。。(三)有益效果I.本發(fā)明能在光刻掩膜版上形成特定的超衍射極限的圖形(條形陣列、圓型點(diǎn)陣、方形點(diǎn)陣、三角點(diǎn)陣、同心圓環(huán)陣列等)；并且通過(guò)調(diào)控光刻掩膜版材料、改變光刻掩膜版上表面等離子激元激勵(lì)結(jié)構(gòu)(條形光柵、同心圓光柵、圓孔陣列、方孔陣列等)和調(diào)節(jié)曝光波長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)超衍射極限圖形的形狀、分布、及大小(50nm左右)的調(diào)控。2.本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了利用表面等離子體效應(yīng)形成超衍射極限的圖形分布；通過(guò)控制曝光劑量(飛秒激光器的輸出功率和曝光時(shí)間)對(duì)雙光子吸收形成的曝光條紋大小和形狀進(jìn)行調(diào)控；通過(guò)改變曝光波長(zhǎng)進(jìn)一步克服衍射極限的影響。


圖I是本發(fā)明的示意圖；圖2是圖I形成的干涉條紋示例；圖3是飛秒激光器照射平整透光基板的示意圖；圖4是通過(guò)表面等離子激元效應(yīng)激勵(lì)起的干涉條紋場(chǎng)強(qiáng)、場(chǎng)強(qiáng)的平方與雙光子吸收閾值之間的關(guān)系示意圖；虛線為歸一化后光場(chǎng)強(qiáng)度的空間分布；實(shí)線為光場(chǎng)強(qiáng)度的平方的空間分布；點(diǎn)線為雙光子吸收的閾值；圖5是由表面等離子激元效應(yīng)產(chǎn)生的超衍射圖形的周期隨曝光波長(zhǎng)變化的曲線；實(shí)線為干涉條紋周期隨著激勵(lì)光源波長(zhǎng)的變化曲線；虛線為干涉條紋的對(duì)比度隨著激勵(lì)光 源波長(zhǎng)的曲線；圖6是超衍射圖形的周期隨掩膜版的介電常數(shù)變化的曲線；實(shí)線為干涉條紋周期隨著掩膜版材料介電常數(shù)的變化曲線；虛線為干涉條紋的對(duì)比度隨著掩膜版材料介電常數(shù)的變化曲線；圖7是金屬結(jié)構(gòu)為超透明小孔的示意圖；圖8是圖7的光刻掩膜版；圖9是金屬結(jié)構(gòu)為狹縫結(jié)構(gòu)的示意圖；圖10是圖9的光刻掩膜版；圖11是增加各向異性層的示意圖；圖12是掩膜版與光刻膠間隔一定距離時(shí)的示意圖；圖13是金屬結(jié)構(gòu)為正交周期光柵的示意圖；圖14是圖13的光刻掩膜版及干涉圖樣示例；圖15是金屬結(jié)構(gòu)為圓環(huán)周期光柵的示意圖；圖16是圖15的光刻掩膜版及干涉圖樣示例；附圖中各標(biāo)識(shí)的含義為1 一飛秒激光器；2 —平整透光基板；3 —光刻掩膜版；4 一光刻膠；5 —基底；6 —金屬結(jié)構(gòu)；7 —由表面等尚子激兀形成的干涉條紋；8 —各向異性層；9 一方形點(diǎn)陣干涉圖樣；10 —圓環(huán)干涉圖樣；11 一透鏡。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說(shuō)明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。本發(fā)明的裝置包括以下幾個(gè)部分基底，用于得到超衍射極限條紋；位于基底之上的光刻膠，用于對(duì)光刻掩膜版形成的圖形進(jìn)行壓縮和記錄；位于光刻膠之上的光刻掩膜版，用于掩膜光刻；位于光刻掩膜版之上的透光基板，用于生成光刻掩膜版。飛秒激光，用作進(jìn)行光刻的曝光源，能夠引起光刻膠中的雙光子吸收。光刻掩膜版的材料包括Au及其合金、Ag及其合金、Al及其合金、Zn及其合金、Pt及其合金、Ti及其合金、金屬陶瓷、半導(dǎo)體材料、石墨烯或碳化硅。光刻掩膜版具有表面等離子激元激勵(lì)結(jié)構(gòu)，表面等離子激元激勵(lì)結(jié)構(gòu)用于形成光刻圖案。表面等離子激元激勵(lì)結(jié)構(gòu)包括條形光柵、同心圓光柵、圓孔陣列或方孔陣列。光刻掩膜版具有表面等離子激元效應(yīng)。光刻膠具有雙光子吸收效應(yīng)。利用本發(fā)明裝置制備超衍射極限條紋的方法包括以下步驟SI :在透光基板上形成設(shè)定厚度的薄膜層，并在薄膜層上生成表面等離子激元激勵(lì)結(jié)構(gòu)得到光刻掩膜版；在透光基板上形成設(shè)定厚度的薄膜層具體包括通過(guò)磁控濺射、蒸鍍或電子束蒸發(fā)在透光基板上形成設(shè)定厚度的薄膜層。在薄膜層上生成表面等離子激元激勵(lì)結(jié)構(gòu)具體包括通過(guò)聚焦離子束刻蝕或反應(yīng)離子刻蝕在薄膜層上生成表面等離子激元激勵(lì)結(jié)構(gòu)。 S2 :在基底上旋涂上光刻膠，并置于熱板上烘烤；S3 :將光刻掩膜版和光刻膠接觸，并用飛秒激光器照射透光基板，在基底上得到超衍射極限條紋。通過(guò)控制曝光劑量(曝光劑量=飛秒激光器的輸出功率X曝光時(shí)間)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光刻條紋的線寬進(jìn)行靈活的調(diào)控。以下通過(guò)實(shí)施例多本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述實(shí)施例I :圖I繪示了本發(fā)明一實(shí)施例的納米光刻示意圖。其中，各標(biāo)注的含義為1 一飛秒激光器；2 —平整透光基板；3 —光刻掩膜版，具有表面等離子激元效應(yīng)；4 一光刻膠，具有雙光子吸收效應(yīng)，(此實(shí)施例中具體為負(fù)型光刻膠，如SU-82000，SU-82002) ；5 一基底；6 —金屬結(jié)構(gòu)(本實(shí)施例中具體結(jié)構(gòu)為周期性金屬光柵)。首先通過(guò)磁控濺射、蒸鍍、電子束蒸發(fā)等方法在平整透明基板2上生長(zhǎng)上IOOnm左右的金薄膜層。然后通過(guò)聚焦離子束刻蝕、反應(yīng)離子刻蝕RIE等方法制備圖2中的金屬結(jié)構(gòu)(周期性金屬光柵)6，從而制備出具有表面等離子激元效應(yīng)的光刻掩膜版3。金屬光柵的周期為480nm，占空比為50%。圖2中兩組光柵的間距根據(jù)實(shí)際需求而定。同時(shí)，在基底5上旋涂上一層具有雙光子吸收效應(yīng)的光刻膠(負(fù)型)4，如SU8 (Micro Chem)。將旋涂好光刻膠4的基底5置于熱板上90度烘烤2分鐘。然后將制備好的光刻掩膜版3倒置于光刻膠4上方，將兩者緊密接觸。利用波長(zhǎng)為800nm，平均功率為600mW，重復(fù)頻率為1kHz，脈寬為150fs的飛秒激光器I發(fā)射的激光經(jīng)過(guò)透鏡11聚焦后照射至平整透光基板2，如圖3所示，曝光時(shí)間為10秒鐘。通過(guò)光照射光刻掩膜版3形成的干涉條紋場(chǎng)強(qiáng)如圖4虛線所示。而雙光子作用形成的條紋如圖4實(shí)線所示。通過(guò)改變曝光功率和曝光時(shí)間實(shí)現(xiàn)對(duì)位于雙光子吸收閾值之上的條紋大小和形狀的調(diào)控，如圖4點(diǎn)線所示。隨后將涂有光刻膠4的基底5置于熱板上95度烘烤3分鐘。將涂有光刻膠4的基底5依次在SU8顯影液和異丙醇中浸泡35秒和10秒，從而得到超衍射極限條紋。實(shí)施例2:圖I繪示了本發(fā)明一實(shí)施例的納米光刻示意圖。首先，通過(guò)磁控濺射、蒸鍍、電子束蒸發(fā)等方法在平整透明基板2上生長(zhǎng)上IOOnm左右的金薄膜層。然后通過(guò)聚焦離子束刻蝕、RIE刻蝕等方法制備圖2中的金屬結(jié)構(gòu)(周期性金屬光柵)6，從而制備出具有表面等離子體效應(yīng)的光刻掩膜版3。圖2中金屬光柵的周期以及兩組光柵的間距根據(jù)實(shí)際需求而定。同時(shí)，在基底5上旋涂上一層具有雙光子吸收效應(yīng)的光刻膠(正型)4。將旋涂好光刻膠4的基底5置于熱板上烘烤，烘烤溫度與時(shí)間依光刻條件而定。然后將制備好的光刻掩膜版3倒置于光刻膠4上方，將光刻掩膜版3與光刻膠4緊密接觸。利用波長(zhǎng)為800nm，平均功率為600mW，重復(fù)頻率為1kHz，脈寬為150fs的飛秒激光器I發(fā)射的激光經(jīng)過(guò)透鏡11聚焦后照射至平整透光基板2，如圖3所示。通過(guò)光照射光刻掩膜版3形成的干涉條紋場(chǎng)強(qiáng)如圖4虛線所示。而雙光子作用形成的條紋如圖4實(shí)線所示。曝光功率和曝光時(shí)間依據(jù)具體光刻條件而定。通過(guò)改變曝光功率和曝光時(shí)間實(shí)現(xiàn)對(duì)位于雙光子吸收閾值之上的條紋大小和形狀的調(diào)控，如圖4點(diǎn)線所示。隨后將涂有光刻膠4的基底5置于熱板上烘烤，烘烤溫度與時(shí)間依光刻條件而定。將涂有光刻膠4的基底5依次在顯影液和定影液中浸泡一定時(shí)間,從而得到超衍射極限條紋。實(shí)施例3 圖I繪示了本發(fā)明一實(shí)施例的納米光刻示意圖。此實(shí)施例中的所使用飛秒激光器I的波長(zhǎng)可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定。通過(guò)實(shí)現(xiàn)改變波長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)膜版材料介電常數(shù)與光刻膠介 電常數(shù)的匹配，從而實(shí)現(xiàn)光刻圖形周期的進(jìn)一步縮小，如圖5所示。根據(jù)所選的光源波長(zhǎng)，通過(guò)理論計(jì)算設(shè)計(jì)出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如金膜厚度、金屬光柵周期等。通過(guò)磁控濺射、蒸鍍、電子束蒸發(fā)等方法在平整透明基板2上生長(zhǎng)上一定厚度的金薄膜層。然后通過(guò)聚焦離子束刻蝕、RIE刻蝕等方法制備圖2中的金屬結(jié)構(gòu)(周期性金屬光柵)6，從而制備出具有表面等離子體效應(yīng)的光刻掩膜版3。圖2中金屬光柵的周期及占空比以及兩組光柵的間距根據(jù)實(shí)際需求而定。同時(shí)，在基底5上旋涂上一層具有雙光子吸收效應(yīng)的光刻膠4。將旋涂好光刻膠4的基底5置于熱板上烘烤，烘烤溫度與時(shí)間依光刻條件而定。然后將制備好的光刻掩膜版3倒置于光刻膠4上方，將光刻掩膜版3與光刻膠4緊密接觸。將所選飛秒激光器I發(fā)射的激光經(jīng)過(guò)透鏡11聚焦后照射至平整透光基板2，如圖3所示，曝光功率和曝光時(shí)間依據(jù)具體光刻條件而定。通過(guò)改變曝光功率和曝光時(shí)間實(shí)現(xiàn)對(duì)位于雙光子吸收閾值之上的條紋大小和形狀的調(diào)控。隨后將涂有光刻膠4的基底5置于熱板上烘烤，烘烤溫度與時(shí)間依光刻條件而定。將涂有光刻膠4的基底5進(jìn)行顯影，從而得到超衍射極限條紋。實(shí)施例4 圖I繪不了本發(fā)明一實(shí)施例的納米光刻不意圖。圖I中具有表面等尚子體效應(yīng)的光刻掩膜版3所用材料可為金、銀、鋁、鈦、鋅等金屬，金屬陶瓷，半導(dǎo)體材料、石墨烯或者碳化硅等。通過(guò)選用不同光刻掩膜版板材料，實(shí)現(xiàn)在特定波長(zhǎng)下光刻掩膜版材料介電常數(shù)與光刻膠介電常數(shù)的匹配，從而實(shí)現(xiàn)光刻圖形周期的進(jìn)一步縮小，如圖6所示。根據(jù)所選用材料的光學(xué)參數(shù)，通過(guò)理論計(jì)算設(shè)計(jì)出相應(yīng)的膜版結(jié)構(gòu)參數(shù)，如金膜厚度、金屬光柵周期等。通過(guò)磁控濺射、蒸鍍、電子束蒸發(fā)等方法在平整透明基板2上生長(zhǎng)上一定厚度的特定材料薄膜層。然后通過(guò)聚焦離子束刻蝕、RIE刻蝕等方法制備圖2中的金屬結(jié)構(gòu)(周期性金屬光柵)6，從而制備出具有表面等離子體效應(yīng)的光刻掩膜版3。圖2中金屬光柵的周期及、占空比組以及兩組光柵的間距根據(jù)實(shí)際需求而定。同時(shí)，在基底5上旋涂上一層具有雙光子吸收效應(yīng)的光刻膠4。將旋涂好光刻膠4的基底5置于熱板上烘烤，烘烤溫度與時(shí)間依光刻條件而定。然后將制備好的光刻掩膜版3倒置于光刻膠4上方，將光刻掩膜版3與光刻膠4緊密接觸。利用波長(zhǎng)為SOOnm的飛秒激光器I以一定功率照射至透鏡11，經(jīng)過(guò)透鏡11聚焦后照射至平整透光基板2，曝光時(shí)間為10秒鐘。曝光功率和曝光時(shí)間依據(jù)具體光刻條件而定。通過(guò)改變曝光功率和曝光時(shí)間實(shí)現(xiàn)對(duì)位于雙光子吸收閾值之上的條紋大小和形狀的調(diào)控。隨后將涂有光刻膠4的基底5置于熱板上烘烤，烘烤溫度與時(shí)間依光刻條件而定。將涂有光刻膠4的基底5依次在顯影液和定影液中浸泡一定時(shí)間，從而得到超衍射極限條紋。實(shí)施例5 圖7繪示了本發(fā)明一實(shí)施例的納米光刻示意圖。首先磁控濺射、蒸鍍、電子束蒸發(fā)等方法在平整透明基板2上生長(zhǎng)上IOOnm左右的金薄膜層。然后通過(guò)聚焦離子束刻蝕、RIE刻蝕等方法制備圖8中的金屬結(jié)構(gòu)(本實(shí)施例為超透明小孔，區(qū)別前例中的金屬光柵)6，從而制備出具有表面等離子體效應(yīng)的光刻掩膜版3。圖8中示意的超透明小孔的形狀為圓形，實(shí)際上根據(jù)設(shè)計(jì)其形狀還可為矩形、三角形等幾何結(jié)構(gòu)，尺度在幾納米至幾百納米量級(jí)。具體孔參數(shù)(孔徑大小、孔徑周期等)依實(shí)際情況而定。同時(shí)，在基底5上旋涂上一層具有雙光子吸收效應(yīng)的光刻膠4。將旋涂好光刻膠4的基底5置于熱板上烘烤，烘烤溫度與時(shí)間依 光刻條件而定。然后將制備好的光刻掩膜版3倒置于光刻膠4上方，將光刻掩膜版3與光刻膠4緊密接觸。利用波長(zhǎng)為SOOnm的飛秒激光器I以一定功率照射透鏡11，經(jīng)過(guò)透鏡11聚焦后照射至平整透光基板2，曝光功率和曝光時(shí)間依據(jù)具體光刻條件而定。通過(guò)改變曝光功率和曝光時(shí)間實(shí)現(xiàn)對(duì)位于雙光子吸收閾值之上的條紋大小和形狀的調(diào)控。隨后將涂有光刻膠4的基底5置于熱板上烘烤，烘烤溫度與時(shí)間依光刻條件而定。將涂有光刻膠4的基底5依次在顯影液和顯影液中浸泡一定時(shí)間，從而得到超衍射極限條紋。實(shí)施例6 圖9繪示了本發(fā)明一實(shí)施例的納米光刻示意圖。首先磁控濺射、蒸鍍、電子束蒸發(fā)等方法在平整透明基板2上生長(zhǎng)上IOOnm左右的金薄膜層。然后通過(guò)聚焦離子束刻蝕、RIE刻蝕等方法制備圖10中的金屬結(jié)構(gòu)(本實(shí)施例為狹縫結(jié)構(gòu))6，從而制備出具有表面等離子體效應(yīng)的光刻掩膜版3。狹縫結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)的尺度在幾納米至幾百納米量級(jí)。具體狹縫參數(shù)依實(shí)際情況而定。同時(shí)，在基底5上旋涂上一層具有雙光子吸收效應(yīng)的光刻膠4。將旋涂好光刻膠4的基底5置于熱板上烘烤，烘烤溫度與時(shí)間依光刻條件而定。然后將制備好的光刻掩膜版3倒置于光刻膠4上方，將光刻掩膜版3與光刻膠4緊密接觸。利用波長(zhǎng)為SOOnm的飛秒激光器I以一定功率照射至透鏡11，經(jīng)過(guò)透鏡11聚焦后照射至平整透光基板2，曝光功率和曝光時(shí)間依據(jù)具體光刻條件而定。通過(guò)改變曝光功率和曝光時(shí)間實(shí)現(xiàn)對(duì)位于雙光子吸收閾值之上的條紋大小和形狀的調(diào)控。隨后將涂有光刻膠4的基底5置于熱板上烘烤，烘烤溫度與時(shí)間依光刻條件而定。將涂有光刻膠4的基底5依次在顯影液和定影液中浸泡一定時(shí)間，從而得到超衍射極限條紋。實(shí)施例7:圖11繪示了本發(fā)明一實(shí)施例的納米光刻示意圖。首先磁控濺射、蒸鍍、電子束蒸發(fā)等方法在平整透明基板2上生長(zhǎng)上IOOnm左右的金薄膜層。然后通過(guò)聚焦離子束刻蝕、RIE刻蝕等方法制備圖2中的金屬結(jié)構(gòu)(周期性金屬光柵)6，從而制備出具有表面等離子體效應(yīng)的光刻掩膜版3。金屬光柵的周期為480nm，占空比為50%。圖2中兩組光柵的間距根據(jù)實(shí)際需求而定。接著在金薄膜層上利用磁控濺射、蒸鍍、電子束蒸發(fā)、氣相沉積等方法生長(zhǎng)IOnm左右的各向異性層8，該層的材料可為金屬或者高折射率介質(zhì)(氧化鈦、氮化硅等)。同時(shí)，在基底5上旋涂上一層具有雙光子吸收效應(yīng)的光刻膠(負(fù)型)4，如SU8 (MicroChem)。將旋涂好光刻膠4的基底5置于熱板上90度烘烤2分鐘。然后將制備好的光刻掩膜版3倒置于光刻膠4上方，將光刻掩膜版3與光刻膠4緊密接觸。利用波長(zhǎng)為800nm，平均功率為600mW，重復(fù)頻率為1kHz，脈寬為150fs的飛秒激光器I發(fā)射的激光經(jīng)過(guò)透鏡11聚焦后照射至平整透光基板2，曝光時(shí)間為10秒鐘。隨后將涂有光刻膠4的基底5置于熱板上95度烘烤3分鐘。將涂有光刻膠4的基底5依次在SU8顯影液和異丙醇中浸泡35秒和10秒，從而得到超衍射極限條紋。實(shí)施例8 圖12繪示了本發(fā)明一實(shí)施例的納米光刻示意圖。首先磁控濺射、蒸鍍、電子束蒸發(fā)等方法在平整透明基板2上生長(zhǎng)上IOOnm左右的金薄膜層。然后通過(guò)聚焦離子束刻蝕、RIE刻蝕等方法制備圖2中的金屬結(jié)構(gòu)(光柵結(jié)構(gòu))6，從而制備出具有表面等離子體效應(yīng)的光刻掩膜版3。具體光柵參數(shù)依實(shí)際情況而定。同時(shí)，在基底5上旋涂上一層具有雙光子吸收效應(yīng)的光刻膠4。將旋涂好光刻膠4的基底5置于熱板上烘烤，烘烤溫度與時(shí)間依光刻條件而定。然后將制備好的光刻掩膜版3倒置于光刻膠4上方,光刻掩膜版3與光刻膠4間隔一定距離，即圖12中平整透明基板2和金薄膜層之間的空白區(qū)，具體距離依實(shí)際情況而定。利用波長(zhǎng)為SOOnm的飛秒激光器I以一定功率照射至聚焦透鏡11，經(jīng)過(guò)透鏡11聚焦后 照射至平整透光基板2，曝光功率和曝光時(shí)間依據(jù)具體光刻條件而定。光刻掩膜版3上的超衍射圖形投射至光刻膠4上，使光刻膠4變形。通過(guò)改變曝光功率和曝光時(shí)間實(shí)現(xiàn)對(duì)位于雙光子吸收閾值之上的條紋大小和形狀的調(diào)控。隨后將涂有光刻膠4的基底5置于熱板上烘烤，烘烤溫度與時(shí)間依光刻條件而定。將涂有光刻膠4的基底5依次在顯影液和顯影液中浸泡一定時(shí)間，從而得到超衍射極限條紋。實(shí)施例9 圖13繪示了本發(fā)明一實(shí)施例的納米光刻示意圖。首先磁控濺射、蒸鍍、電子束蒸發(fā)等方法在平整透明基板2上生長(zhǎng)上IOOnm左右的金薄膜層。然后通過(guò)聚焦離子束刻蝕、RIE刻蝕等方法制備圖14中的金屬結(jié)構(gòu)(本實(shí)施例中為正交周期性金屬光柵)6，從而制備出具有表面等離子體效應(yīng)的光刻掩膜版3。圖14中金屬光柵6的周期、占空比以及兩組光柵的間距根據(jù)實(shí)際需求而定。圖8中的6是金屬薄膜上制成的圓孔，光會(huì)通過(guò)這個(gè)圓孔照射到光刻膠4上。而圖14中的9是在光刻掩膜版3下方的光刻膠4內(nèi)形成的光斑形狀。圖8和圖14的結(jié)構(gòu)形成光斑的原理不一樣。同時(shí)，在基底5上旋涂上一層具有雙光子吸收效應(yīng)的光刻膠4。將旋涂好光刻膠4的基底5置于熱板上烘烤，烘烤溫度與時(shí)間依光刻條件而定。然后將制備好的光刻掩膜版3倒置于光刻膠4上方，將光刻掩膜版3與光刻膠4緊密接觸。利用波長(zhǎng)為SOOnm的飛秒激光器I以一定功率照射至透鏡11，經(jīng)過(guò)透鏡11聚焦后照射至平整透光基板2，如圖3所示。通過(guò)光照射光刻掩膜版3形成的方形點(diǎn)陣干涉圖樣9如圖14所示。曝光功率和曝光時(shí)間依據(jù)具體光刻條件而定。通過(guò)改變曝光功率和曝光時(shí)間實(shí)現(xiàn)對(duì)位于雙光子吸收閾值之上的條紋大小和形狀的調(diào)控。隨后將涂有光刻膠4的基底5置于熱板上烘烤，烘烤溫度與時(shí)間依光刻條件而定。將涂有光刻膠4的基底5依次在顯影液和定影液中浸泡一定時(shí)間,從而得到超衍射極限條紋。實(shí)施例10 圖15繪示了本發(fā)明一實(shí)施例的納米光刻示意圖。首先磁控濺射、蒸鍍、電子束蒸發(fā)等方法在平整透明基板2上生長(zhǎng)上IOOnm左右的金薄膜層。然后通過(guò)聚焦離子束刻蝕、RIE刻蝕等方法制備圖16中的金屬結(jié)構(gòu)(本實(shí)施例為周期性圓環(huán)金屬光柵)6，從而制備出具有表面等離子體效應(yīng)的光刻掩膜版3。圖16中圓形金屬光柵的周期、占空比以及兩組光柵的間距根據(jù)實(shí)際需求而定。同時(shí)，在基底5上旋涂上一層具有雙光子吸收效應(yīng)的光刻膠4。將旋涂好光刻膠4的基底5置于熱板上烘烤，烘烤溫度與時(shí)間依光刻條件而定。然后將制備好的光刻掩膜版3倒置于光刻膠4上方，將光刻掩膜版3與光刻膠4緊密接觸。利用波長(zhǎng)為SOOnm的飛秒激光器I以一定功率照射至透鏡11，經(jīng)過(guò)透鏡11聚焦后照射至平整透光基板2(此時(shí)所使用的飛秒激光的偏振方向有多種設(shè)置方法例I.對(duì)于同一塊芯片,在曝光一次后旋轉(zhuǎn)90度，再次曝光；例2.用圓偏振的光對(duì)芯片進(jìn)行曝光等)，如圖3所示。通過(guò)光照射所掩膜版形成的圓環(huán)干涉圖樣(超衍射圖)10 形如圖16所示。曝光功率和曝光時(shí)間依據(jù)具體光刻條件而定。通過(guò)改變曝光功率和曝光時(shí)間實(shí)現(xiàn)對(duì)位于雙光子吸收閾值之上的條紋大小和形狀的調(diào)控。隨后將涂有光刻膠4的基底5置于熱板上烘烤，烘烤溫度與時(shí)間依光刻條件而定。將涂有光刻膠4的基底5依次在顯影液和定影液中浸泡一定時(shí)間,從而得到超衍射極限條紋。本發(fā)明結(jié)合光刻膠雙光子吸收效應(yīng)以及光刻膜版中表面等離子激元效應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)突破衍射極限的納米光刻方法，充分利用了表面等離子體效應(yīng)和雙光子吸收效應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)超衍射極限的光刻圖形。本發(fā)明提供了一種結(jié)合光刻膠雙光子吸收效應(yīng)以及光刻膜版中表面等離子體激元效應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)突破衍射極限的納米光刻方法。當(dāng)然，本發(fā)明還可以有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明做出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種納米光刻裝置，其特征在于，該裝置包括 基底，用于得到超衍射極限條紋； 位于基底之上的光刻膠，用于對(duì)光刻掩膜版形成的圖形進(jìn)行壓縮和記錄； 位于光刻膠之上的光刻掩膜版，用于掩膜光刻； 位于光刻掩膜版之上的透光基板，用于生成光刻掩膜版； 飛秒激光器，用作進(jìn)行光刻的曝光源。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述光刻掩膜版的材料包括Au及其合金、Ag及其合金、Al及其合金、Zn及其合金、Pt及其合金、Ti及其合金、金屬陶瓷、半導(dǎo)體材料、石墨烯或碳化硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述光刻掩膜版具有表面等離子激元激勵(lì)結(jié)構(gòu)，所述表面等離子激元激勵(lì)結(jié)構(gòu)用于形成光刻圖案。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述表面等離子激元激勵(lì)結(jié)構(gòu)包括條形光柵、同心圓光柵、圓孔陣列或方孔陣列。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述光刻掩膜版具有表面等離子激元效應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述光刻膠具有雙光子吸收效應(yīng)。
7.一種利用權(quán)利要求I到6所述裝置制備超衍射極限條紋的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 Si:在所述透光基板上形成設(shè)定厚度的薄膜層，并在所述薄膜層上生成表面等離子激元激勵(lì)結(jié)構(gòu)得到所述光刻掩膜版； 52:在所述基底上旋涂上所述光刻膠，并置于熱板上烘烤； 53:將所述光刻掩膜版和所述光刻膠接觸，用所述飛秒激光器照射所述透光基板，在所述基底上得到超衍射極限條紋。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述在所述透光基板上形成設(shè)定厚度的薄膜層具體包括通過(guò)磁控濺射、蒸鍍或電子束蒸發(fā)在所述透光基板上形成設(shè)定厚度的薄膜層。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述在所述薄膜層上生成表面等離子激元激勵(lì)結(jié)構(gòu)具體包括通過(guò)聚焦離子束刻蝕或反應(yīng)離子刻蝕在所述薄膜層上生成表面等離子激元激勵(lì)結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述在所述基底上得到超衍射極限條紋是通過(guò)控制所述飛秒激光器的輸出功率和曝光時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
全文摘要
本發(fā)明公開了納米光刻技術(shù)領(lǐng)域中的一種納米光刻方法及裝置。本發(fā)明設(shè)備包括飛秒激光器、透光基板、光刻掩膜版、光刻膠和基底。本發(fā)明利用飛秒激光器在光刻掩膜版上形成特定的超衍射極限的圖形，并且通過(guò)調(diào)控光刻掩膜版材料、改變光刻掩膜版上表面等離子激元激勵(lì)結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)曝光波長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)超衍射極限圖形的形狀、分布、及大小的調(diào)控；同時(shí)，引入光刻膠的雙光子吸收現(xiàn)象，通過(guò)控制飛秒激光曝光源的功率，實(shí)現(xiàn)對(duì)光刻膠曝光圖形的線寬的調(diào)控。
文檔編號(hào)G03F7/00GK102866580SQ20121036520
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月26日
發(fā)明者劉仿, 李云翔, 黃翊東, 肖龍 申請(qǐng)人:清華大學(xué)