專利名稱：表面等離子體納米光刻法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域的光刻方法，具體涉及一種表面等離子體納 米光刻法。
背景技術(shù)：
自從集成電路發(fā)明以來，圖形技術(shù)是通過可見光曝光技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。光刻技 術(shù)是傳統(tǒng)的微加工與制造技術(shù)的核心之一，是微電子技術(shù)的工藝基礎(chǔ)。目前，最 先進(jìn)的用于大規(guī)模制造集成電路的光刻設(shè)備是經(jīng)過開發(fā)更短波長的曝光光源、研 制大數(shù)值孔徑光學(xué)透鏡0.2—0.85 —1.44(浸沒光刻)、移相掩模、鄰近效應(yīng)校 正、離軸照明、等波前工程等技術(shù)的突破， 一次又一次突破分辨率極限，微光刻 技術(shù)把微細(xì)加工尺寸從微米級提高到納米級。大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)廠商采用的 光刻設(shè)備需利用更短波長的光源，且搭配復(fù)雜周邊系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)lOOnm以下圖 案的制作。近幾年，EUV電子束(O. l-0.05A)、離子束、X射線等刻蝕術(shù)被稱為 下一代光刻技術(shù)(Next Generation Lithography) 。 X光曝光和電子束曝光等亞 100nm線寬圖形制備技術(shù)，需要的設(shè)備也非常昂貴，國內(nèi)至今也只有少數(shù)幾家科 研單位擁有。使用本發(fā)明——表面等離子體納米光刻技術(shù)，不需要采用復(fù)雜的光 學(xué)透鏡系統(tǒng)，不需要對普通光刻機(jī)進(jìn)行離軸照明技術(shù)、光學(xué)鄰近校正技術(shù)、移相 掩模等技術(shù)的改造，本發(fā)明基于表面等離子體的亞波長納米曝光技術(shù)的納米光刻 技術(shù)，利用新的原理，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有半導(dǎo)體微納加工的光學(xué)分辨率極限的突破。
等離子體(plasma)是由大量帶電粒子組成的非束縛態(tài)宏觀體系，它包含自由 電子、自由離子，也可能存在中性粒子；是物質(zhì)三種形態(tài)固體、液體、氣體之后 的第四種物質(zhì)形態(tài)，其廣泛存在于自然界中。表面等離子體激元(surface plasraon polaritons, SPPs)在納米光刻中越來越扮演著至關(guān)重要的角色。2004 年由美國加利福尼亞大學(xué)W. Srituravanich等在《納米快報(bào)》(Nano. Lett.) 上發(fā)表了"Plasmonic N咖lithography，，一文(Nano. Lett" Vol. 4， No. 6， 2004， 1085-1088)，該文提出了采用表面等離子體的納米曝光技術(shù)，即利用具有金屬
3表面等離子特性的金屬周期性納結(jié)構(gòu)陣列對亞波長光能夠產(chǎn)生的增強(qiáng)透射現(xiàn)象， 可以克服衍射極限的高透射率，實(shí)現(xiàn)納米光刻。但實(shí)現(xiàn)上述工藝，需要首先制備 納米尺度的金屬結(jié)構(gòu)，這仍需要利用EUV電子束、離子束和X射線等刻蝕術(shù)，工 藝周期長、價(jià)格昂貴等特點(diǎn)，這對需要大面積、細(xì)線寬的實(shí)驗(yàn)研究以及初步應(yīng)用 具有很大的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種表面等離子體納米光刻法， 本發(fā)明在納米結(jié)構(gòu)上均勻沉積一層金屬薄膜，利用該層金屬薄膜在特定波長的光 激發(fā)下可以產(chǎn)生表面等離子體波這一特性，將其作為曝光掩模板，通過普通光刻 技術(shù)，得到與周期結(jié)構(gòu)大致相同的光刻結(jié)構(gòu)，大大提高了光刻技術(shù)的分辨率。
本發(fā)明的方法包括如下具體步驟
第一步、采用化學(xué)腐蝕工藝制備納米尺度石英掩模板；
所述的化學(xué)腐蝕工藝，通過控制化學(xué)腐蝕速率0. lnm/s lnm/s，得到尺度 小于100納米的石英模板。
第二步、在基板上沉積一層金屬薄膜作為掩模板； 所述的基板是指玻璃板或石英板；
所述的金屬薄膜是指金、銀或鋁制薄膜；該金屬薄膜的厚度為30 60 納米。
第三步、在硅片上甩涂一層光刻膠。
所述的光刻膠是指半導(dǎo)體光刻膠、金屬光刻膠或絕緣體光刻膠，該光刻膠 的厚度為100 200納米。
第四步、通過平行紫外光透過掩模板，在近場條件下對涂有光刻膠的基底進(jìn) 行接觸式曝光，實(shí)現(xiàn)圖形的加工。
第五步、利用沉積銀膜的石英模板作為掩模板，用光刻機(jī)進(jìn)行接觸式曝光。
所述的接觸式曝光的曝光時(shí)間為30 60秒。 第六步、進(jìn)行顯影，顯影時(shí)間為20 45秒。
本發(fā)明采用化學(xué)腐蝕工藝制備的納米尺度石英掩模板，在其上均勻沉積一層 金屬薄膜，利用該層金屬薄膜在特定波長的光激發(fā)下具有金屬表面等離子體這一 特性，將其作為曝光掩模板，通過普通光刻技術(shù)，不需要對普通光刻機(jī)進(jìn)行離軸照明技術(shù)、光學(xué)鄰近校正技術(shù)、移相掩模等技術(shù)，就可以得到與周期結(jié)構(gòu)相同的 光刻尺度，大大提高了光刻技術(shù)的分辨率。
導(dǎo)體中表面等離子體激元(surface plasmon polaritons， SPPs)的激發(fā)， 使人們得以利用金屬等導(dǎo)體材料來控制光的傳播。SPPs是光波與可遷移的表面 電荷(例如金屬中自由電子)之間相互作用產(chǎn)生的電磁模.這個(gè)電磁模有著大于 同一頻率下光子在真空中或周邊介質(zhì)中的波數(shù)。因此，通常情況下，這個(gè)電磁模 不能被激發(fā)，從導(dǎo)體表面輻射出去。電磁場在垂直表面的兩個(gè)方向上，均以指數(shù) 式衰減。在一平坦金屬/介電界面，SPPs沿著表面?zhèn)鞑ィ捎诮饘僦袣W姆熱效應(yīng)， 它們將逐漸耗盡能量，只能傳播到有限的距離，大約是微米或納米數(shù)量級。由于 SPPs能夠在接近金屬表面產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的局域場，當(dāng)SPPs共振頻率落入一個(gè)光 敏層的靈敏區(qū)時(shí)，金屬表面增強(qiáng)的光場，能夠局域地增加直接放在掩膜下面的光 敏層的曝光。此技術(shù)不受衍射極限的限制，可以制作出納米結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明在納米周期性結(jié)構(gòu)上均勻沉積一層金屬薄膜，利用該層金屬薄膜在特 定波長的光激發(fā)下具有金屬表面等離子體共振這一特性，將其作為曝光掩模板， 通過普通光刻技術(shù)，不需要對普通光刻機(jī)進(jìn)行離軸照明技術(shù)、光學(xué)鄰近校正技術(shù)、 移相掩模等技術(shù)，就可以得到與周期結(jié)構(gòu)相同的光刻尺度，制作工藝過程非常簡 便、快速、準(zhǔn)確。本發(fā)明與傳統(tǒng)光刻工藝相結(jié)合，采用表面等離子體納米光刻技 術(shù)不僅繼承了現(xiàn)有半導(dǎo)體微加工的主體技術(shù)路線，更容易納入現(xiàn)有半導(dǎo)體微加工 的主體技術(shù)路線。由于表面等離子體的亞波長納米曝光技術(shù)比較深紫外曝光和浸 沒式曝光技術(shù)的設(shè)備要低廉得多，是一項(xiàng)易于實(shí)現(xiàn)開展納米科學(xué)技術(shù)研究的科學(xué) 手段。


圖1為表面等離子體光刻掩模板示意其中l(wèi)石英模板、2金屬薄膜，1中凸起部分的線寬尺度為100納米。 圖2為表面等離子體光刻工藝示意其中l(wèi)石英模板、2金屬薄膜、3UV紫外光、4光刻膠、5基底。 圖3為對基底上顯影獲得的光刻膠線條示意其中5基底、6曝光顯影后得到的光刻膠結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下 進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限 于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1，制作一個(gè)100納米線寬的光刻膠4線條陣列。
1、 首先確定制作的目標(biāo)結(jié)構(gòu)如圖l所示。
2、 如圖2所示，選擇石英模板l作為曝光掩模板l的基底5結(jié)構(gòu)，在該石 英模板1表面濺射一層銀制金屬薄膜2，金屬薄膜2厚為30納米，作為曝光掩 模板l。
3、 選擇硅片作為基底5，這符合半導(dǎo)體的主流工藝。
4、 在硅基底5上，旋涂光刻膠4S1805，厚度200納米，并在溫度110度， 時(shí)間30分鐘下預(yù)烘。
5、 將預(yù)烘好的基底5底放入光刻機(jī)，采用接觸式曝光，它應(yīng)具有恒定發(fā)光強(qiáng) 度的曝光光源(中心波長365納米)，曝光時(shí)間為60秒。
6、 對基底5上的光刻膠4用堿性溶液進(jìn)行顯影，顯影濃度為2%，顯影時(shí)間 為20秒，得到光刻膠線寬100納米。
實(shí)施例2，制作一個(gè)100納米線寬的光刻膠4線條陣列。
1、 首先確定制作的目標(biāo)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2、 如圖2所示，選擇石英模板l作為曝光掩模板l的基底5結(jié)構(gòu)，在該石 英模板1表面濺射一層銀制金屬薄膜2，金屬薄膜2厚為30納米，作為曝光掩 模板l。
3、 選擇硅片作為基底5材料，這符合半導(dǎo)體的主流工藝。
4、 在硅基底5上，旋涂光刻膠4S1805，厚度150納米，并在溫度110度， 時(shí)間30分鐘下預(yù)烘。
5、 將預(yù)烘好的基底5，放入光刻機(jī)(中心波長365納米)，采用接觸式曝光， 它應(yīng)具有恒定發(fā)光強(qiáng)度的曝光光源，曝光時(shí)間為50秒。
6、 對基底5上的光刻膠4用堿性溶液進(jìn)行顯影，顯影濃度為2%，顯影時(shí)間 為30秒，得到100納米的光刻膠線條，如圖3所示。
實(shí)施例3，制作一個(gè)100納米線寬的光刻膠4線條陣列。 1、首先確定制作的目標(biāo)結(jié)構(gòu)如圖l所示。2、 如圖2所示，選擇石英模板l作為曝光掩模板l的基底5結(jié)構(gòu)，在該石 英模板1表面濺射一層銀制金屬薄膜2，金屬薄膜2厚為30納米，作為曝光掩 模板l。
3、 選擇硅片作為基底5材料，這符合半導(dǎo)體的主流工藝。
4、 在硅基底5上，旋涂光刻膠4S1805，厚度100納米，并在溫度110度， 時(shí)間30分鐘下預(yù)烘。
5、 將預(yù)烘好的基底5，放入光刻機(jī)(中心波長365納米)，采用接觸式曝光， 它應(yīng)具有恒定發(fā)光強(qiáng)度的曝光光源，曝光時(shí)間為30秒。
6、 對基底5上的光刻膠4用堿性溶液進(jìn)行顯影，顯影濃度為2%，顯影時(shí)間 為45秒，得到100納米的光刻膠線條，如圖3所示。
實(shí)施例4，制作一個(gè)100納米線寬的光刻膠4線條陣列。
1、 首先確定制作的目標(biāo)結(jié)構(gòu)如圖l所示。
2、 如圖2所示，選擇石英模板1作為曝光掩模板1的基底5結(jié)構(gòu)，在該石 英模板1表面濺射一層銀制金屬薄膜2，金屬薄膜2厚為45納米，作為曝光掩 模板l。
3、 選擇硅片作為基底5材料，這符合半導(dǎo)體的主流工藝。
4、 在硅基底5上，旋涂光刻膠4S1805，厚度100納米，并在溫度110度， 時(shí)間30分鐘下預(yù)烘。
5、 將預(yù)烘好的基底5，放入光刻機(jī)(中心波長365納米)，采用接觸式曝光， 它應(yīng)具有恒定發(fā)光強(qiáng)度的曝光光源，曝光時(shí)間為30秒。
6、 對基底5上的光刻膠4用堿性溶液進(jìn)行顯影，顯影濃度為2%，顯影時(shí)間 為30秒，得到IOO納米的光刻膠線條，如圖3所示。
實(shí)施例5，制作一個(gè)100納米線寬的光刻膠4線條陣列。
1、 首先確定制作的目標(biāo)結(jié)構(gòu)如圖l所示。
2、 如圖2所示，選擇石英模板1作為曝光掩模板1的基底5結(jié)構(gòu)，在該石 英模板1表面濺射一層銀制金屬薄膜2，金屬薄膜2厚為60納米，作為曝光掩 模板l。
3、 選擇硅片作為基底5材料，這符合半導(dǎo)體的主流工藝。
4、 在硅基底5上，旋涂光刻膠4S1805，厚度100納米，并在溫度110度，時(shí)間30分鐘下預(yù)烘。
5、 將預(yù)烘好的基底5，放入光刻機(jī)(中心波長365納米)，采用接觸式曝光， 它應(yīng)具有恒定發(fā)光強(qiáng)度的曝光光源，曝光時(shí)間為30秒。
6、 對基底5上的光刻膠4用堿性溶液進(jìn)行顯影，顯影濃度為2%，顯影時(shí)間 為20秒，得到100納米的光刻膠線條，如圖3所示。
權(quán)利要求
1、一種表面等離子體納米光刻法，其特征在于，包括如下步驟第一步、采用化學(xué)腐蝕工藝制備納米尺度石英掩模板；第二步、在基板上沉積一層金屬薄膜作為掩模板，該金屬薄膜是指厚度為30～60納米的金、銀或鋁制薄膜；第三步、在硅片上甩涂一層厚度為100～200納米的光刻膠；第四步、通過平行紫外光透過掩模板，在近場條件下對涂有光刻膠的基底進(jìn)行接觸式曝光，實(shí)現(xiàn)圖形的加工；第五步、利用沉積銀膜的石英模板作為掩模板，用光刻機(jī)進(jìn)行接觸式曝光；第六步、進(jìn)行顯影，顯影時(shí)間為20～45秒。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面等離子體納米光刻法，其特征是，所述的化學(xué) 腐蝕工藝，通過控制化學(xué)腐蝕速率0. lnm/s lnm/s，得到尺度小于100納米的石 英模板。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面等離子體納米光刻法，其特征是，所述的基板是指玻璃板或石英板。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面等離子體納米光刻法，其特征是，所述的光刻 膠是指半導(dǎo)體光刻膠、金屬光刻膠或絕緣體光刻膠。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面等離子體納米光刻法，其特征是，第五步中所述的接觸式曝光的曝光時(shí)間為30 60秒。
全文摘要
一種半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域的表面等離子體納米光刻法，包括采用化學(xué)腐蝕工藝制備納米尺度石英掩模板；在基板上沉積一層金屬薄膜作為掩模板；在硅片上甩涂一層光刻膠；通過平行紫外光透過掩模板，在近場條件下對涂有光刻膠的基底進(jìn)行接觸式曝光，實(shí)現(xiàn)圖形的加工；利用沉積銀膜的石英模板作為掩模板，用光刻機(jī)進(jìn)行接觸式曝光；進(jìn)行顯影。本發(fā)明利用金屬表面等離子體特性大大提高了光刻技術(shù)的分辨率，不僅繼承了現(xiàn)有半導(dǎo)體微加工的主體技術(shù)路線，更容易納入現(xiàn)有半導(dǎo)體微加工的主體技術(shù)路線，具有制作簡便、大面積、快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)。
文檔編號B82B3/00GK101587296SQ200910053319
公開日2009年11月25日 申請日期2009年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月18日
發(fā)明者李海華 申請人:上海交通大學(xué)