[发明专利]表面等离子体共振曝光光刻方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光电技术领域的曝光光刻方法，具体地说，涉及的是一种表面等离子体共振曝光光刻方法。

背景技术

利用通过透光图形掩模曝光将版图转移到光刻胶上的光刻技术，已十分普遍。由于光波的衍射作用，掩模图形的特征尺寸受到光刻光源波长的限制。为了获得更小特征尺寸的图形，就必须降低光源的等效波长。目前常用的降低等效波长的技术是在透镜和晶片之间加入高折射率的匹配液即浸入式光刻，利用该方法，在193nm的光源下，图形的特征尺寸可以降到45nm以下。但是浸入式光刻存在着设备造价极其昂贵、工艺复杂、需要高折射率的透镜、匹配液和光刻胶等问题。而利用表面等离子体共振曝光技术则可以将曝光光源转换为波长更短的表面等离子体波进行曝光。该技术对设备要求较低，一般只需高折射率的耦合棱镜或者亚微米周期结构的耦合光栅以及厚度为几十到几百纳米的金属镀膜。通过光栅耦合表面等离子体共振干涉曝光技术，在436nm入射光源下，制备特征尺寸为50nm、间隔为100nm的周期性图形，已经有文献报道。

经对现有技术的文献检索发现，目前的表面等离子体共振干涉曝光技术只能够制备一些简单的周期性图形如一维条纹和二维点阵，而无法制作如带缺陷的光子晶体微腔和波导以及非周期的Y型分支、马赫曾德尔干涉仪、环形共振微腔等平面光波导器件。如中国发明专利“一种利用多层金属介质膜结构实现亚波长干涉光刻的方法，申请号为200810104088.6，该专利技术利用周期性耦合光栅和多层膜结构来制作简单的周期性直线条和点阵结构。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种表面等离子体共振曝光光刻方法，由不同金属材料图形或者同种金属材料不同厚度图形构成不透光掩模版，利用棱镜耦合激发某些图形对应的表面等离子体进行曝光光刻：不同材料或者同种材料不同厚度的金属薄膜在相同入射光条件下表面等离子体共振波长不相同，因此可以选择性地激发某些图形对应的表面等离子体波，产生和这些图形对应的光刻胶曝光图形，而其它图形则作为挡光掩模。利用此方法，在干涉情况下可以制备带缺陷的光子晶体微腔和波导；在非干涉情况下可以制备非周期的光波导器件如直波导、Y型分支、马赫曾德尔干涉仪、环形共振微腔等。

本发明是通过以下技术方案实现的，将棱镜、带有金属薄膜掩模版的基板和带有光刻胶的基片按照从上到下的顺序放置，一束或一束以上准直激光入射到棱镜的侧面进行曝光。入射光被折射到基板和金属薄膜掩模版的交界面，共振耦合成为和相应金属薄膜掩模版图形对应的沿着金属薄膜和光刻胶交界面传输的表面等离子体光波，这些沿着界面传输的表面等离子体光波使光刻胶层曝光，对光刻胶进行显影处理，得到光刻图形，利用此光刻图形做掩模，对基片进行刻蚀和去胶，最后在基片上得到和金属薄膜掩模版对应的图形。

本发明包括如下步骤：

①选取棱镜；

②选取基板；

以上所述的棱镜和基板的折射率要高于光刻胶折射率，越高越好，以利于入射光激发起表面等离子体。

③在基板上面蒸镀具有设定图形的不透光金属薄膜掩模版；

④选择基片，在基片上面旋涂光刻胶；

⑤将棱镜、下表面带有金属薄膜掩模版的基板和上表面带有光刻胶的基片按照从上到下的顺序放置；

⑥将一束或者多束准直相干激光入射到棱镜侧面，在光刻胶形成和金属薄膜掩模版对应的曝光图形：如果只有一束激光入射到棱镜的一个侧面，将形成和相应金属薄膜掩模版图形对应的曝光图案；如果两束激光同时入射到棱镜的两个侧面，则形成和相应金属薄膜掩模版图形对应的干涉条纹；

⑦将曝光后的光刻胶进行显影处理，形成带有图形的光刻胶掩模；

⑧利用反应离子刻蚀(RIE)或者湿法腐蚀刻蚀基片，去掉光刻胶，把图形转移到基片上。

步骤①所述的棱镜材料可以为二氧化钛、铌酸锂、钽酸锂或者氧化碲，其折射率应当大于光刻胶的折射率。

步骤②所述的基板材料可以为二氧化钛、铌酸锂、钽酸锂、氧化碲、玻璃或者石英，其折射率应当大于光刻胶的折射率，并且优选和棱镜1材料相同。

步骤③所述的金属薄膜掩模版材料可以为金、银、铝、铜、钛、铬或者铂。在工作波长下，所选用金属薄膜掩模版的材料应该满足介电常数的实部为负、绝对值大于光刻胶介电常数实部。