[发明专利]一种超透镜结构及其成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及超透镜成像技术领域，特别是涉及一种利用表面等离子体激元的共振腔效应来提高超透镜成像质量的超透镜结构及其成像方法。

背景技术

光刻法是当前半导体元器件加工业应用最为广泛的一项技术，但随着大规模集成电路以及微结构光子学元器件的迅速发展，器件的尺寸越来越小，集成度越来越高，对光刻的精度以及分辨率要求也越来越高，光的衍射极限已经成为光刻分辨率提高的瓶颈。目前提高分辨率的一种直接方法是使用更短波长的光源，如极紫外光源、软X光、电子束等，但短波长的光源存在制作困难，使用寿命短，价格昂贵，工艺方法较为复杂等问题，进一步提高分辨率的能力受到限制。

文献J.B.Pendry;Phys.Rev.Lett.2000，85，3966.中提出了一种利用贵金属薄膜材料作为超透镜来突破光的衍射极限，实现“完美”成像的方法。超透镜可由左手材料或负折射率材料制成，通过激发表面等离子体激元来增强带有高频成份的倏逝波，补偿倏逝波的损耗，重构后的倏逝波可在超透镜的另一侧复原出一幅突破衍射极限的高分辨率像。文献N.Fang，H.Lee，C.Sun，X.Zhang;Science，2005，308，534.中公开了一种实现超透镜超分辨成像的实验方法，在石英基底上设置一层包含光栅线对和“NANO”字样的铬掩膜，利用365nm的光源照明，经间隔层通过银层超透镜在光刻胶中成像，由于在同一频率光照下，激发的表面等离子体激元的波矢比普通光源大很多，具有“可见光的频率，X光量级波长”的特性，得到了60nm线宽的光栅像，即成像分辨率达到了照明光波长的六分之一，极大地突破了光的衍射极限。

采用上述方法能实现高分辨率的成像，可应用于光刻等相关领域，但采用上述方法成像，成像分辨率由结构、材料确定，无法调节，成像深度很浅。因此，用该方法进行光刻时，所刻蚀的像深宽比小，光刻分辨率的提高也受到限制。

因此，如何克服现有技术在分辨率改善、成像深度提高等方面的局限性，是该方法在半导体器件加工中需要解决的一个关键问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种利用表面等离子体激元的共振腔效应来提高超透镜成像质量的超透镜结构及其成像方法。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种超透镜结构，所述超透镜结构从上而下依次包括透明的第一基底层、掩膜层、PMMA间隔层、共振腔结构及第二基底层，所述掩膜层上设置有成像物体，所述共振腔结构为表面等离子体激元的共振腔结构，共振腔结构从上而下包括第一金属层、光刻胶层和第二金属层。

作为本发明的进一步改进，所述第一金属层和第二金属层的材料均为银。

作为本发明的进一步改进，所述掩膜层的材料为铬。

作为本发明的进一步改进，所述第一基底层和第二基底层的材料为SiO₂。

作为本发明的进一步改进，所述第一金属层的厚度为30nm，第二金属层的厚度大于50nm，光刻胶层的厚度为10nm～70nm。

作为本发明的进一步改进，所述光刻胶层的厚度为15nm。

相应地，一种超透镜结构的成像方法，所述方法包括：

S1、形成超透镜结构，所述超透镜结构从上而下依次包括透明的第一基底层、掩膜层、PMMA间隔层、共振腔结构及第二基底层，掩膜层上设置有成像物体，共振腔结构从上而下包括第一金属层、光刻胶层和第二金属层；

S2、入射光从上而下垂直入射，将掩膜层上的成像物体在光刻胶层中进行成像。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S2中入射光为可见光。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S2中入射光为波长365nm的圆偏振光。

作为本发明的进一步改进，所述第一金属层的厚度为30nm，第二金属层的厚度大于50nm，光刻胶层的厚度为10nm～70nm。

本发明具有以下有益效果：

本发明超透镜结构及其成像方法可以通过改变光刻胶的厚度来调节成像分辨率，并且成像深度可以拓展至整个光刻胶层，而且该结构可以得到均匀性更好，对比度更高，深宽比更佳的成像图案，这对于固定的超透镜结构，该新颖的基于表面等离子体激元共振腔效应的超透镜成像技术为大区域及任意形状的二维成像光刻开辟了新的道路。

附图说明