一种制备周期可调的双周期纳米光栅图形的光刻结构制造技术

本发明专利技术涉及一种周期可调的双周期纳米光栅图形制备的光刻结构。所述的光刻结构包括周期性金属光栅掩模、双曲超材料层、光刻胶层、金属薄层和衬底层，所述的双曲超材料层由周期性的金属

【技术实现步骤摘要】
一种制备周期可调的双周期纳米光栅图形的光刻结构


[0001]本专利技术涉及微纳电子器件及半导体领域，具体涉及一种制备周期可调的双周期纳米光栅图形的光刻结构。

技术介绍

[0002]目前，微电子器件及半导体产业的快速发展，对获取高分辨力、高质量纳米图形的光刻技术要求越来越高。由于传统的光学成像和微细加工技术受到衍射极限的限制，利用表面等离子体波（Surface Plasmon Waves, SPWs）的超衍射特性将为获得亚波长、甚至更小纳米尺寸的结构提供了潜在的技术途径。SPWs的一种显著特点就是其波长比在同频率下的光波要小很多，同时具有近场增强效应的奇异光学特性，能有力地克服倏逝波弱场的缺点，得到尺寸更小的图形。
[0003]利用周期性光栅掩模通过表面等离子体干涉光刻，制备高质量的纳米光刻图形是目前研究较多的表面光等离子体光刻技术，而干涉光刻生成的图形往往是单一周期的。对于利用周期性光栅掩模制备双周期的纳米光栅图形的研究鲜有报道，双曲超材料由于其独特的近场电磁波操控特性，人们可以通过改变组成双曲超材料结构单元的尺寸、排布规律，实现对双曲超材料内部表面等离子体波的方向和强度进行调控，利用这一特性，我们可以设计利用双曲超材料的光刻结构来实现双周期纳米光栅图形。

技术实现思路

[0004]针对上述情况，本专利技术提供一种结构简单、低成本的光刻结构以实现双周期纳米光刻图形。
[0005]一种周期可调的双周期纳米光栅图形的光刻结构：包括周期性金属掩模光栅、金属
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介质多层膜双曲超材料、光刻胶层、金属薄层和衬底层；进一步，光刻曝光工作波长范围在157 nm ～ 532 nm。
[0006]进一步，双曲超材料中金属的材料为Au、Ag或Al，厚度为 2 nm ～20 nm。
[0007]进一步，光刻胶层厚度为 5 nm ～ 100 nm，光刻胶的厚度受生成图形的分辨率影响。
[0008]有益效果：本专利技术提供一种周期可调的双周期纳米光栅图形的光刻结构，光刻结构由金属光栅掩模、双曲超材料层、光刻胶层、金属薄层和衬底层等组成，其中双曲超材料由金属
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介质多层膜结构构成。双曲超材料金属厚度占空比影响着光路在材料中传播的方向，可通过对金属厚度占空比的调节实现周期可调的双周期纳米光栅图形制备，这种光刻结构突破了现有的表面等离子体光刻技术。
附图说明
[0009]图1是本专利技术的光刻结构示意图；图2是实施例1光刻结构中双曲超材料不同金属厚度占空比下，光波从单个狭缝透射后在超材料中方向偏转的电场强度示意图；图3是实施例1中利用周期性光栅掩模在光刻胶中生成双周期纳米光栅图形的电场强度分布图；图4是实施例1中光刻胶不同位置处（z = 5nm, z = 10 nm 和 z = 15 nm）光刻图形电场强度分布图；图5是实施例1中双曲超材料中不同金属厚度占空比情况下，生成的双周期纳米光栅图形在光刻胶中心处不同位置的电场分布图。图5（a）是金属厚度占空比为0.5，图5（b）是金属厚度占空比为0.3。
具体实施方式
[0010]下面结合实施例对本专利技术作进一步描述：一种制备周期可调的双周期纳米光栅图形的光刻结构，依次包括金属光栅掩模层1、双曲超材料层2、光刻胶层3、金属薄层4和衬底层5，所述双曲超材料2由金属
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介质多层膜构成；在工作波长为365nm光源下，金属光栅掩模层1、双曲超材料层2中的金属和金属薄层4均采用金属铝，其介电常数为ε1=
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19.66 + 4.4*i；双曲超材料层2中介质采用MgF2，其介电常数ε2=1.92；光刻胶的介电常数ε3=2.89；衬底层5采用的材料是硅，其介电常数ε4=8.1822 + 20.7383*i。金属光栅掩模的周期为160 nm，金属
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介质多层膜构成的双曲超材料的周期为10 nm，对上述光刻结构进行模拟计算，在计算过程中Y方向被认为是无限长的，计算所采用的方法为有限时域差分法。
[0011]图2是本实施例设计的光刻结构中双曲超材料不同金属厚度占空比下，光波从单个狭缝透出后在超材料中偏转的电场强度分布示意图。图2(a)是金属厚度占空比为0.3，图2(b) 金属厚度占空比为0.75。可以看到，在365 nm光源下，双曲超材料（周期为10 nm）在不同金属厚度占空比时，材料在平行光轴和垂直光轴两个方向的等效介电常数发生变化，结构激发的光波在材料中偏转方向是不同的，为双周期纳米光栅图形的周期调节提供依据。
[0012]图3是本实施例设计的光刻结构中双曲超材料的金属厚度占空比为0.75时光刻结构的电场分布图。掩模光栅的周期160 nm，缝宽70 nm，厚度40 nm，光刻胶厚度20 nm。可以看出，在365 nm的光源下光刻胶中生成双周期的纳米光栅图形，图形对比度和均匀性质量都很高，完全满足光刻中曝光和显影的需求。图4是本实施例设计结构光刻胶区域不同位置处（z = 5nm, z = 10 nm 和 z = 15 nm）电场强度分布图。在金属厚度占空比为0.75时，生成双周期纳米光栅图形的半宽为30 nm，图形间距分别为102 nm和58 nm。
[0013]根据图2中双曲超材料金属厚度占空比可改变光波在超材料中的偏转角度，可以利用这一特性，通过改变金属厚度占空比，得到图形间距变化的双周期纳米光栅图形，实现周期可调的双周期纳米光栅图形制备。图5是本实施例设计结构中不同金属厚度占空比下，光刻胶中心线不同位置处生成纳米光刻图形的电场分布图，图5(a)是金属厚度占空比为0.5，生成双周期纳米光栅图形的图形间距分别为90 nm和70 nm。图5(b)是金属厚度占空比
为0.3, 生成双周期纳米光栅图形的图形间距分别为82 nm和78 nm。可以看到，在其他条件不变的情况下，随着双曲超材料中金属厚度占空比的减小，生成的双周期纳米光栅图形的间距逐渐接近，证实了图2中结果显示的趋势，实现周期可调的双周期纳米光栅图形的光刻结构。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备双周期纳米光栅图形的光刻结构：其特征在于，所述的光刻结构包括周期性金属光栅掩模、双曲超材料层、光刻胶层、金属薄层和衬底层，所述的双曲超材料由金属
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介质多层膜构成，其中金属厚度的占空比可调节材料中光路的方向，进而改变双周期纳米光栅图形的周期，实现周期可调的双周期纳米光栅图形的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨学峰，张书霞，王宝基，蔡小琳，鲁忠良，王勤，贾二广，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：