專利名稱：一種利用金屬反射膜結(jié)構(gòu)實現(xiàn)提高表面等離子體光刻質(zhì)量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種進行近場光刻的方法，具體涉及一種利用金屬反射膜結(jié)構(gòu)實現(xiàn)提
高表面等離子體光刻質(zhì)量的方法。
背景技術(shù)：
基于近場光學原理的微加工技術(shù)因不受衍射極限限制，具有高頻信息豐富、分辨 特征尺寸小等特點，是重要納米光學光刻加工技術(shù)手段之一。但是，因為近場光作用范圍 短、衰減快、受光源影響大等缺點，在光刻中往往不能制備出高質(zhì)量的抗蝕劑圖形?；诮?屬表面等離子體波激發(fā)與耦合的表面等離子體光刻，同樣由于表面等離子體波波長太短， 離開金屬表面后迅速衰減，因而很難得到焦深大、對比度高的光刻圖形結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服近場光刻成像質(zhì)量差的不足，提出一種利用金 屬反射膜結(jié)構(gòu)實現(xiàn)提高近場光刻質(zhì)量的方法。 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種利用金屬反射膜結(jié)構(gòu)實現(xiàn)提高 近場光刻質(zhì)量的方法。由于金屬反射層結(jié)構(gòu)具有可激發(fā)表面等離子體，且在一定距離內(nèi)可 維持表面等離子體波傳播的特性，當采用金屬反射層結(jié)構(gòu)時，掩模上圖形光場分布與金屬 反射層激發(fā)的表面等離子體成像光場分布二者發(fā)生耦合，最終加大了光刻膠內(nèi)圖形光場在 垂直于膜層方向的空間分布范圍，不僅可以提高近場光刻的深度，而且隨光強對比度的提 高，也能改善光刻圖形的邊沿陡直度和光滑度，從而實現(xiàn)了利用近場光刻技術(shù)制備特征尺 寸遠小于半波長的高質(zhì)量圖形結(jié)構(gòu)的可能，其特點在于包括下列步驟 (1)首先選擇基底材料； (2)在基底表面制備有利于金屬附著的膜層A，膜層A的厚度為Da = 5nm 20nm ;
(3)在膜層A上表面制備用于形成可激發(fā)表面等離子體的金屬膜層B，所述金屬膜 層B的厚度為Db大于50nm，即金屬膜層B厚度應滿足對曝光照明光不允許透過；金屬膜層 B上表面平整度《3nm，以減少由表面粗糙度引起的散射對曝光光場分布的影響；
(4)在金屬層B上表面制備保護膜層C，用于隔絕金屬膜層B與空氣、抗蝕劑及顯 影液的接觸，防止金屬層B因氧化或被侵蝕而減弱功能，甚至失效；所述保護膜層C層的厚 度為De為5nm 20nm，厚度選擇應既使其能起到保護作用，又不影響被激發(fā)的表面等離子 體與直透光共同作用，使抗蝕劑層D感光成像； (5)在保護膜層C上表面旋涂抗蝕劑層D，抗蝕劑層D層厚度為Dd為20nm 80nm， 所述保護膜層C和抗蝕劑層D總厚度為30nm 100nm，即De+Dd為30nm 100nm ;且保護膜 層C材料的介電常數(shù)實部應與抗蝕劑層D采用抗蝕劑的介電常數(shù)實部相等或近似相等，即 偏差《10%，以消除或減小由于保護膜層C和抗蝕劑層D間由折射率差異而造成的光場分 布變化；
(6)將經(jīng)設計的圖形結(jié)構(gòu)掩模置于步驟(5)所得的結(jié)構(gòu)表面上層，接觸緊密；
(7)對步驟(6)所得結(jié)構(gòu)進行曝光；
(8)曝光結(jié)束后，去除圖形結(jié)構(gòu)掩模； (9)將步驟(8)中所得結(jié)構(gòu)放入與抗蝕劑相匹配的顯影液中進行顯影； (10)去除步驟(9)中所得結(jié)構(gòu)表面殘留的顯影液，后烘以獲得最終近場光刻圖形結(jié)構(gòu)。 所述步驟(1)中的基底材料為光波段的石英或玻璃，也可以為紅外波段的硅或鍺。 所述步驟(2)中膜層A的材料為金屬鉻、鈦或鎢。 所述步驟(3)中用于制備激發(fā)表面等離子體的金屬膜層B材料為金、銀、銅或鋁， 制備方法采用蒸鍍、濺射、或電化學沉積法。 所述步驟(4)中保護膜層C的材料為Si02、S0G耐腐蝕性物質(zhì)；用于制備的方法有 旋涂、攤涂、滾刷、濺射、蒸鍍、或電化學沉積。 所述步驟(5)中在保護膜層C上表面旋涂抗蝕劑層D采用的抗蝕劑為正性抗蝕劑 或負性抗蝕劑。 所述步驟(6)中經(jīng)過設計的掩模圖形為任意結(jié)構(gòu)；掩模與抗蝕劑層D應緊密接觸， 具體作用方式可采用氣壓、真空、機械壓緊或匹配液填充。 所述步驟(7)中曝光時所采用的照明光為由汞燈激發(fā)的i-line平面偏振光，曝光
時照明光垂直于掩模表面入射；曝光時間由曝光強度和抗蝕劑厚度決定，為2秒 120秒；
當掩模圖形為周期線條結(jié)構(gòu)時，照明光電場振動分量方向應與周期線條方向相垂直，以提
高金屬層B被激發(fā)表面等離子體的激發(fā)效率，并減小雜散光對曝光場的影響。如掩模版圖
形結(jié)構(gòu)無特定方向，則不用考慮偏振方向。 所述步驟(9)中的顯影采用浸沒或噴淋方式。 所述步驟(10)中采用熱板或烘箱進行后烘，后烘時間和溫度由抗刻蝕劑與后續(xù) 工藝決定，后烘溫度為80°C 15(TC，后烘時間為1分鐘 90分鐘。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點是本發(fā)明利用金屬反射層結(jié)構(gòu)具有可激發(fā) 表面等離子體，且在一定距離內(nèi)可維持表面等離子體波傳播的特性。采用金屬反射層結(jié)構(gòu)， 提高了抗蝕劑中光場強度的對比度，從而提高了近場光刻圖形結(jié)構(gòu)深度，改善了光刻圖形 結(jié)構(gòu)邊沿陡直度和光滑度。解決了傳統(tǒng)近場光刻在制備結(jié)構(gòu)特征尺寸小于半波長時，焦深 短、邊沿陡直度差、線條邊沿不光滑等問題，實現(xiàn)利用近場光刻技術(shù)，制備特征尺寸遠小于 半波長的高質(zhì)量圖形。


圖1為本發(fā)明方法的流程圖； 圖2為所選擇的基底示意圖； 圖3為在基底表面濺射利于金屬銀沉積的金屬鉻膜后結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為實施例1中在金屬鉻膜上表面沉積金屬銀膜后的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為實施例1中在金屬銀膜上表面沉積Si02保護膜后的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6為實施例1中在Si02保護膜上表面旋涂抗蝕劑后的結(jié)構(gòu)示意 圖7為實施例1中將掩模放置于抗蝕劑表面并進行曝光的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖8為實施例1中將抗蝕劑進行顯影、后烘之后形成的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖9為實施例1中掃描電鏡結(jié)果對比左圖，未采用金屬反射膜結(jié)構(gòu)；右圖，采用
了金屬反射膜結(jié)構(gòu)； 圖中1為基底材料石英，2為金屬鉻，3為金屬銀，4為二氧化硅，5為抗蝕劑 AR-P3170，6為掩模板上的鉻，7為掩模板上的透光石英基板，8為垂直入射的紫外平面偏振 光，其電場振動分量方向與周期線條方向垂直。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖及具體實施方式
詳細介紹本發(fā)明。但以下的實施例僅限于解釋本發(fā) 明，本發(fā)明的保護范圍應包括權(quán)利要求的全部內(nèi)容，而且通過以下實施例本領(lǐng)域技術(shù)人員 即可以實現(xiàn)本發(fā)明權(quán)利要求的全部內(nèi)容。
實施例1 如圖1所示，本發(fā)明，一種利用金屬反射膜結(jié)構(gòu)實現(xiàn)提高近場光刻質(zhì)量的方法，其 具體實施步驟如下 (1)選擇石英作為基底材料，如圖2所示； (2)在基底表面濺射利于金屬銀沉積的金屬鉻膜層，厚度為10nm，如圖3所示；
(3)在金屬鉻膜層濺射金屬銀層，厚度為100nm，結(jié)構(gòu)如圖4所示；
(4)在金屬銀層上濺射可以保護銀的Si02保護膜層，厚度為10nm，如圖5所示；
(5)在Si02保護膜表面旋涂抗蝕劑AR-P3170,厚度為40nm，要求Si02保護膜層和 抗蝕劑層的總厚度為50nm，結(jié)構(gòu)如圖6所示； (6)將掩模放置于步驟(5)中所獲得的結(jié)構(gòu)表面；其中有圖形的一面緊貼多層膜 表面； (7)采用由汞燈激發(fā)，波長為365nm的平面偏振光對步驟(6)中獲得的結(jié)構(gòu)進行曝 光，當掩模圖形為周期線條結(jié)構(gòu)時，照明光電場振動分量方向應與周期線條方向相垂直，如 掩模版圖形結(jié)構(gòu)無特定方向，則不用考慮偏振方向。曝光時，照明光垂直掩模版入射，曝光 時間為15秒；結(jié)構(gòu)如圖7所示；
(8)曝光結(jié)束后，移開掩模版； (9)將步驟(8)中獲得的結(jié)構(gòu)放入濃度為50X的AR-P3170顯影液中進行顯影，顯 影時間為20秒; (10)將顯影后的結(jié)構(gòu)吹干，放入熱板后烘，后烘溫度85°C ，后烘時間25min，獲得 的目標結(jié)構(gòu)如圖8所示。 (11)圖9為未采用金屬反射膜結(jié)構(gòu)和采用了金屬反射膜結(jié)構(gòu)所制備周期為200nm 的抗蝕劑線條掃描電鏡結(jié)果對比?？捎^察到，采用金屬反射膜結(jié)構(gòu)后，光刻深度、線條邊沿 光滑度、線條對比度都有明顯提高。
實施例2 (1)選擇K9玻璃作為基底材料； (2)在基底表面濺射利于金屬Au沉積的金屬鉻膜層，厚度為20nm ;
(3)在金屬鉻膜層濺射金屬Au層，厚度為150nm ;
(4)在金屬Au層上旋涂可以保護Au的S0G保護膜層，厚度為20nm ; (5)在S0G保護膜表面旋涂抗蝕劑AR-P3170，厚度為50nm，要求SOG保護膜層和抗
蝕劑層的總厚度為70nm; (6)將掩模放置于步驟(5)中所獲得的結(jié)構(gòu)表面；其中有圖形的一面緊貼多層膜 表面； (7)采用由汞燈激發(fā)，波長為365nm的平面偏振光對步驟(6)中獲得的結(jié)構(gòu)進行曝 光，當掩模圖形為周期線條結(jié)構(gòu)時，照明光電場振動分量方向應與周期線條方向相垂直，如 掩模版圖形結(jié)構(gòu)無特定方向，則不用考慮偏振方向。曝光時，照明光垂直掩模版入射，曝光 時間為10秒； (8)曝光結(jié)束后，移開掩模版； (9)將步驟(8)中獲得的結(jié)構(gòu)放入濃度為80%的AR-P3170顯影液中進行顯影，顯 影時間為15秒； (10)將顯影后的結(jié)構(gòu)吹干，放入熱板后烘，后烘溫度95t:，后烘時間15min，獲得
的目標結(jié)構(gòu)。
實施例3 (1)選擇硅晶圓片作為基底材料； (2)因金屬鋁在硅晶圓上附著較好，不需再制備利于其附著的膜層A ; (3)直接在硅晶圓片濺射金屬鋁層，厚度為200nm ; (4)在金屬鋁層上濺射可以保護鋁的Si02保護膜層，厚度為5nm ; (5)在Si02保護膜表面旋涂抗蝕劑AR-N7520,厚度為80nm，要求Si02保護膜層和
抗蝕劑層的總厚度為85nm; (6)將掩模放置于步驟(5)中所獲得的結(jié)構(gòu)表面；其中有圖形的一面緊貼多層膜 表面； (7)采用由汞燈激發(fā)，波長為365nm的平面偏振光對步驟(6)中獲得的結(jié)構(gòu)進行曝 光，當掩模圖形為周期線條結(jié)構(gòu)時，照明光電場振動分量方向應與周期線條方向相垂直，如 掩模版圖形結(jié)構(gòu)無特定方向，則不用考慮偏振方向。曝光時，照明光垂直掩模版入射，曝光 時間為30秒; (8)曝光結(jié)束后，移開掩模版； (9)將步驟(8)中獲得的結(jié)構(gòu)放入濃度為75X的AR-P3170顯影液中進行顯影，顯 影時間為10秒； (10)將顯影后的結(jié)構(gòu)吹干，放入熱板后烘，后烘溫度9(TC，后烘時間15min，獲得 的目標結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
一種利用金屬反射膜結(jié)構(gòu)實現(xiàn)提高近場光刻質(zhì)量的方法，其特征在于包括以下步驟(1)首先選擇基底材料；(2)在基底表面制備能夠附著金屬的膜層A，膜層A的厚度為Da＝5nm～20nm；(3)在膜層A上表面制備用于形成可激發(fā)表面等離子體的金屬膜層B，所述金屬膜層B的厚度為Db大于50nm，即金屬膜層B厚度應滿足對曝光照明光不允許透過；金屬膜層B上表面平整度≤3nm；(4)在金屬膜層B上表面制備保護膜層C，用于隔絕金屬膜層B與空氣、抗蝕劑及顯影液的接觸，所述保護膜層C層的厚度為Dc為5nm～20nm；(5)在保護膜層C上表面旋涂抗蝕劑層D，抗蝕劑層D層厚度為Dd為20nm～80nm，所述保護膜層C和抗蝕劑層D總厚度為30nm～100nm，即Dc+Dd為30nm～100nm；且保護膜層C材料的介電常數(shù)實部應與抗蝕劑層D采用抗蝕劑的介電常數(shù)實部相等或近似相等，即偏差≤10％；(6)將經(jīng)設計的圖形結(jié)構(gòu)掩模置于步驟(5)所得的結(jié)構(gòu)表面上層，接觸緊密；(7)對步驟(6)所得結(jié)構(gòu)進行曝光；(8)曝光結(jié)束后，去除圖形結(jié)構(gòu)掩模；(9)將步驟(8)中所得結(jié)構(gòu)放入與抗蝕劑相匹配的顯影液中進行顯影；(10)去除步驟(9)中所得結(jié)構(gòu)表面殘留的顯影液，后烘以獲得最終近場光刻圖形結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用金屬反射膜結(jié)構(gòu)實現(xiàn)提高近場光刻質(zhì)量的方法，其特征在于所述步驟(1)中的基底材料為光波段的石英或玻璃，也可以為紅外波段的硅或鍺。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用金屬反射膜結(jié)構(gòu)實現(xiàn)提高近場光刻質(zhì)量的方法，其特征在于所述步驟(2)中膜層A的材料為金屬鉻、鈦或鎢。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用金屬反射膜結(jié)構(gòu)實現(xiàn)提高近場光刻質(zhì)量的方法，其特征在于所述步驟(3)中用于制備激發(fā)表面等離子體的金屬膜層B材料為金、銀、銅或鋁，制備方法采用蒸鍍、濺射、或電化學沉積。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用金屬反射膜結(jié)構(gòu)實現(xiàn)提高近場光刻質(zhì)量的方法，其 特征在于所述步驟(4)中保護膜層C的材料為Si02、 SOG等耐腐蝕性物質(zhì)；用于制備的方法有旋涂、攤涂、滾刷、濺射、蒸鍍、或電化學沉積。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用金屬反射膜結(jié)構(gòu)實現(xiàn)提高近場光刻質(zhì)量的方法，其 特征在于所述步驟(5)中在保護膜層C上表面旋涂抗蝕劑層D采用的抗蝕劑為正性抗蝕劑或負性抗蝕劑。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用金屬反射膜結(jié)構(gòu)實現(xiàn)提高近場光刻質(zhì)量的方法，其 特征在于所述步驟(6)中經(jīng)過設計的掩模圖形為任意結(jié)構(gòu)；掩模與抗蝕劑層D應緊密接觸，具體作用方式可采用氣壓、真空、機械壓緊或匹配液填充。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用金屬反射膜結(jié)構(gòu)實現(xiàn)提高近場光刻質(zhì)量的方法，其 特征在于所述步驟(7)中曝光時所采用的照明光為由汞燈激發(fā)的i-line平面偏振光，曝 光時照明光垂直于掩模表面入射；曝光時間由曝光強度和抗蝕劑厚度決定，為2秒 120秒；當掩模圖形為周期線條結(jié)構(gòu)時，照明光電場振動分量方向應與周期線條方向相垂直，如 掩模版圖形結(jié)構(gòu)無特定方向，則不用考慮偏振方向。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用金屬反射膜結(jié)構(gòu)實現(xiàn)提高近場光刻質(zhì)量的方法，其 特征在于所述步驟(9)中的顯影采用浸沒或噴淋方式。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用金屬反射膜結(jié)構(gòu)實現(xiàn)提高近場光刻質(zhì)量的方法， 其特征在于所述步驟(10)中采用熱板或烘箱進行后烘，后烘時間和溫度由抗刻蝕劑與后 續(xù)工藝決定，后烘溫度為80°C 15(TC，后烘時間為1分鐘 90分鐘。
全文摘要
一種利用金屬反射膜結(jié)構(gòu)實現(xiàn)提高近場光刻質(zhì)量的方法，其特征在于以下步驟(1)首先選擇基底材料；(2)在基底表面沉積利于金屬附著的沉積層A，厚度為Da；(3)在沉積層A上沉積金屬薄膜，形成可用于激發(fā)表面等離子體的金屬層B，層厚度為Db；(4)在金屬層B上沉積保護膜層C，用作隔絕金屬層B與抗蝕劑、顯影液等接觸的保護層，層厚度為Dc；(5)在上步驟獲得的結(jié)構(gòu)表面旋涂抗蝕劑D；(6)將經(jīng)設計的周期結(jié)構(gòu)圖形掩模置于最上層表面；(7)對所得的結(jié)構(gòu)進行曝光；(8)曝光結(jié)束后，去除掩模結(jié)構(gòu)；(9)將所得的結(jié)構(gòu)放入與抗蝕劑相匹配的顯影液中進行顯影；(10)去除結(jié)構(gòu)表面殘留的顯影液，后烘以獲得最終近場光刻結(jié)構(gòu)圖形；利用上述方法明可以提高掩模圖形結(jié)構(gòu)特征尺寸小于λ/2時，近場光刻所得抗蝕劑圖形結(jié)構(gòu)的深度、陡度及光滑度。
文檔編號G03F7/20GK101726998SQ20091024192
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者劉凱鵬, 劉堯, 劉玲, 潘麗, 王長濤, 羅先剛, 邢卉 申請人:中國科學院光電技術(shù)研究所