[发明专利]表面等离子体纳米光刻法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体技术领域的光刻方法，具体涉及一种表面等离子体纳米光刻法。

背景技术

自从集成电路发明以来，图形技术是通过可见光曝光技术来实现的。光刻技术是传统的微加工与制造技术的核心之一，是微电子技术的工艺基础。目前，最先进的用于大规模制造集成电路的光刻设备是经过开发更短波长的曝光光源、研制大数值孔径光学透镜0.2-0.85-1.44(浸没光刻)、移相掩模、邻近效应校正、离轴照明、等波前工程等技术的突破，一次又一次突破分辨率极限，微光刻技术把微细加工尺寸从微米级提高到纳米级。大规模集成电路的生产厂商采用的光刻设备需利用更短波长的光源，且搭配复杂周边系统，才能实现100nm以下图案的制作。近几年，EUV电子束()、离子束、X射线等刻蚀术被称为下一代光刻技术(Next Generation Lithography)。X光曝光和电子束曝光等亚100nm线宽图形制备技术，需要的设备也非常昂贵，国内至今也只有少数几家科研单位拥有。使用本发明——表面等离子体纳米光刻技术，不需要采用复杂的光学透镜系统，不需要对普通光刻机进行离轴照明技术、光学邻近校正技术、移相掩模等技术的改造，本发明基于表面等离子体的亚波长纳米曝光技术的纳米光刻技术，利用新的原理，实现现有半导体微纳加工的光学分辨率极限的突破。

等离子体(plasma)是由大量带电粒子组成的非束缚态宏观体系，它包含自由电子、自由离子，也可能存在中性粒子；是物质三种形态固体、液体、气体之后的第四种物质形态，其广泛存在于自然界中。表面等离子体激元(surfaceplasmon polaritons，SPPs)在纳米光刻中越来越扮演着至关重要的角色。2004年由美国加利福尼亚大学W.Srituravanich等在《纳米快报》(Nano.Lett.)上发表了“Plasmonic Nanolithography”一文(Nano.Lett.，Vol.4，No.6，2004，1085-1088)，该文提出了采用表面等离子体的纳米曝光技术，即利用具有金属表面等离子特性的金属周期性纳结构阵列对亚波长光能够产生的增强透射现象，可以克服衍射极限的高透射率，实现纳米光刻。但实现上述工艺，需要首先制备纳米尺度的金属结构，这仍需要利用EUV电子束、离子束和X射线等刻蚀术，工艺周期长、价格昂贵等特点，这对需要大面积、细线宽的实验研究以及初步应用具有很大的局限性。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种表面等离子体纳米光刻法，本发明在纳米结构上均匀沉积一层金属薄膜，利用该层金属薄膜在特定波长的光激发下可以产生表面等离子体波这一特性，将其作为曝光掩模板，通过普通光刻技术，得到与周期结构大致相同的光刻结构，大大提高了光刻技术的分辨率。

本发明的方法包括如下具体步骤：

第一步、采用化学腐蚀工艺制备纳米尺度石英掩模板；

所述的化学腐蚀工艺，通过控制化学腐蚀速率0.1nm/s～1nm/s，得到尺度小于100纳米的石英模板。

第二步、在基板上沉积一层金属薄膜作为掩模板；

所述的基板是指：玻璃板或石英板；

所述的金属薄膜是指：金、银或铝制薄膜；该金属薄膜的厚度为：30～60纳米。

第三步、在硅片上甩涂一层光刻胶。

所述的光刻胶是指：半导体光刻胶、金属光刻胶或绝缘体光刻胶，该光刻胶的厚度为：100～200纳米。

第四步、通过平行紫外光透过掩模板，在近场条件下对涂有光刻胶的基底进行接触式曝光，实现图形的加工。

第五步、利用沉积银膜的石英模板作为掩模板，用光刻机进行接触式曝光。

所述的接触式曝光的曝光时间为：30～60秒。

第六步、进行显影，显影时间为：20～45秒。

本发明采用化学腐蚀工艺制备的纳米尺度石英掩模板，在其上均匀沉积一层金属薄膜，利用该层金属薄膜在特定波长的光激发下具有金属表面等离子体这一特性，将其作为曝光掩模板，通过普通光刻技术，不需要对普通光刻机进行离轴照明技术、光学邻近校正技术、移相掩模等技术，就可以得到与周期结构相同的光刻尺度，大大提高了光刻技术的分辨率。