[发明专利]一种表面等离子体超分辨干法光刻方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米光刻加工技术领域，具体涉及一种表面等离子体超分辨干法光刻方法，其为一种基于无机光刻胶材料的干法光刻技术来提高SP光刻图形质量的方法。

背景技术

新型无机光刻胶TeO_x(0＜x＜2)薄膜，以其具有适宜的相变临界温度而受到国内外学者的广泛关注。沉积态TeO_x薄膜是有金属Te分散在TeO₂网格中，在激光辐射后TeO₂网格中Te由非晶态转变为晶态，Te晶粒发生偏析和重聚，使得激光辐照的区域分布于Te基晶粒之间的TeO₂相形成连通相。激光辐射前后的TeO_x薄膜具有不同的结构，因而具有不同的抗刻蚀选择性，基于此可实现无机光刻胶TeO_x的干法显影。

表面等离子体(Surface Plasmons，SP)是一种沿金属表面传播的波，当入射光子照射到金属表面时，由于光子和金属表面的自由电子之间的相互作用，金属表面的自由电子受入射光的激发会处于一种震荡状态，当这个电子震荡达到一定程度时就会产生共振，这种共振状态的波就叫表面等离子体波。SP波可以携带高频信息成分，用于超分辨光学光刻。

传统SP光刻图形的制作是使用有机光刻胶，用湿法显影来传递光刻图形。然而，有机光刻胶存在溶剂溶剂膨胀效应，易导致图形边缘线条粗糙、形状不规则。同时有机光刻胶在显影后需要一个后烘过程，以提高光刻胶的抗刻蚀能力，但是后烘容易带来图形线条坍塌的问题。而使用新型无机光刻胶TeO_x，用干法显影就可以克服传统有机光刻胶存在的溶剂膨胀效应以及线条坍塌问题。因此，新型无机光刻胶的干法显影可实现对SP光刻图形质量的提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对传统有机光刻胶在显影过程存在溶剂膨胀效应而导致图形的边缘不规则、形状不规则、陡直度不好，以及显影后的光刻胶在后烘过程极易造成图形坍塌等问题，据此提出一种利用无机光刻胶TeOx，利用其在激光辐射前后的结构发生变化而导致具有不同的抗刻蚀性，可以利用IBE刻蚀来进行图形的显影，即干法显影，用来提高SP光刻图形的质量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种表面等离子体超分辨干法光刻方法，该方法包括以下步骤：

步骤(1)选择抛光较好的基片，将其放于清洗液中煮沸30min，再分别用水、乙醇、丙酮进行超声清洗，最后于烘箱中烘干；

步骤(2)在洁净的基片上，先用磁控反应溅射镀一层厚20nm无机光刻胶TeO_x；

步骤(3)再于TeO_x膜层上镀一层厚20nm的金属层；

步骤(4)反复镀TeO_x/金属多层膜，最后一层为TeO_x；

步骤(5)在Cr掩模板下，对多层膜进行曝光；

步骤(6)用IBE对曝光后的多层膜进行刻蚀；

步骤(7)去除残余的Ag层，图形制作完成。

优选的，所述步骤(1)中的基片可以是硅片或玻片，清洗液可以为1∶3的H₂O₂与浓H₂SO₄，烘箱温度100～150℃。

优选的，所述步骤(2)中的磁控反应溅射电源为射频，无机光刻胶TeOx中x值的要求是：0＜x＜2。

优选的，所述步骤(3)中的金属层可以是Ag或Au，使用直流磁控溅射镀膜。

优选的，所述步骤(4)多层膜的层数由实际干法显影中的刻蚀选择比决定。

优选的，所述步骤(5)中的曝光要选择激光束斑小于1μm，强度约20mW/cm²的纳秒脉冲激光，激光波长可以是蓝光或紫外光。

优选的，所述步骤(6)中的IBE刻蚀深度由电镜结果来判断。

优选的，所述步骤(7)可以用王水或去铬液来去除残余的Ag。

本发明与现有技术相比所具有的优点：

一方面，利用干法对无机光刻胶进行显影，能得到边缘规则、陡直的图形，克服了传统有机光刻胶所存在的溶剂膨胀效应导致的图形边缘不不规则，以及后烘易带来图形线条坍塌等问题。此外，相比于有机光刻胶，无机光刻胶分子量小，晶态与非晶态的分界在蓝光加热后更明显，且无机光刻胶具有更强的吸收能力，即在同样的光辐射条件下，无机光刻胶的升温速度要比有机光刻胶大；