[发明专利]激发表面等离子体的纳米光刻方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种半导体技术领域的方法，具体是一种采用kretschmann棱镜结构激发表面等离子体的纳米光刻方法。

背景技术

表面等离子体的激发方式有两种，一种是利用光栅衍射获得较大的传播波矢，式中的k_sp是表面等离子体波的传播波矢常数，k₀是真空中入射光波矢大小，m是衍射级数，a是一维光栅的周期。当a的值小于真空波长的条件下，就可以获得较大表面等离子体波的传播波矢，从而获得增强的透射电场强度。其原理是利用光栅结构获得较大的传播波矢，即得到较小表面等离子体波的波长，从而获得了较小的分辨率。但是，这种方法的缺点是加工工艺的控制十分困难。

激发表面等离子体波的另外一种途径就是利用具有较大折射率的材料激发出表面等离子波，从而获得增强的电磁场，这就是衰减全反射方法获得表面等离子体波的方法。常用的衰减全反射激发表面等离子体波的棱镜结构为Kretschmann棱镜结构，欲激发表面等离子体波，必须满足的动量守恒条件：式中的k_sp是表面等离子体波的传播波矢常数，k₀是真空中入射光波矢大小，θ₀为入射光在棱镜内入射到玻璃金属界面的入射角，ε₀是玻璃的介电常数。但是，这种方法的缺点是激发的表面等离子体波仅存在于表面，难于用于半导体领域的光刻技术。

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(0.1-0.05)、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纳米级线宽图形制备技术，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。

经过对现有技术的检索发现，Luo X.，Ishihara T.Surface Plasmon resonant interferencenano-lithography technique[J].Appl.Phys.Lett.2004，84：4780-4782.(Luo X.，Ishihara T.，基于表面等离子体共振干涉的纳米光刻工艺，Appl.Phys.Lett.2004，84：4780-4782)；进一步检索发现，Srituravanich W，etal.Deep subwavelength nanolithography using localized surfaceplasmon modes on planar silver mask[J].J.Vac.Sci.Technol.2005，B 23：2636-2639.(Srituravanich W，etal.，利用平面银模板局域表面等离子体模式深实现亚波长纳米光刻研究，J.Vac.Sci.Technol.2005，B 23：2636-2639.)但是该现有技术是利用金属表面等离子体的局域增强特性来实现亚波长纳米光刻技术，其工艺步骤过于复杂。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种激发表面等离子体的纳米光刻方法，通过能激发表面等离子体波的Kretschmann棱镜结构，并在该结构上均匀沉积一层金属膜，利用该层金属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，采用光刻技术，得到光栅线宽为几十纳米的光刻结构，大大提高了光刻技术的分辨率。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括如下具体步骤：

第一步、利用电子束刻蚀方法将三角形Kretschmann棱镜结构制备成三角形光栅结构的石英模板。

所述的三角形Kretschmann棱镜结构具体为三角形棱柱结构的基板，该三角形棱柱结构具体为等腰三角形，其底角角度为：45-65度。

第二步、在石英模板的底面沉积一层金属膜作为掩模板。

所述的金属膜为金、银或铝，该金属膜的厚度为：20-100纳米。