一种超透镜结构及其成像方法技术

本发明专利技术公开了一种超透镜结构及其成像方法，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，其特征在于，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。本发明专利技术可以通过调节光刻胶层的厚度来提高成像分辨率，并借助共振效应拓展成像深度，从而提高成像质量。可以突破传统超透镜成像技术在分辨率改善、成像深度提高等方面的局限性，可为大区域及任意形状的二维成像光刻开辟了新的道路。

Super lens structure and imaging method thereof

The invention discloses a super lens structure and imaging method, the lens structure comprises first from the basal layer, transparent mask layer, PMMA layer, resonant cavity structure and two basal layer, which is characterized in that the mask layer is arranged on the imaging object, the surface plasmon resonant cavity structure resonance cavity structure element, the resonant cavity structure includes a first metal layer from the top down, the photoresist layer and the second metal layer. The invention can improve the imaging resolution by adjusting the thickness of the photoresist layer, and expand the imaging depth by resonance effect so as to improve the imaging quality. It can break through the limitations of traditional super lens imaging technology in resolution improvement and imaging depth enhancement, and can open a new way for large area and arbitrary shape two-dimensional imaging lithography.

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，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，其特征在于，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。本专利技术可以通过调节光刻胶层的厚度来提高成像分辨率，并借助共振效应拓展成像深度，从而提高成像质量。可以突破传统超透镜成像技术在分辨率改善、成像深度提高等方面的局限性，可为大区域及任意形状的二维成像光刻开辟了新的道路。【专利说明】
本专利技术涉及超透镜成像
，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。
技术介绍
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“ΝΑΝΟ”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。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术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，本专利技术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。作为本专利技术的进一步改进，所述第一金属层和第二金属层的材料均为银。作为本专利技术的进一步改进，所述掩膜层的材料为铬。作为本专利技术的进一步改进，所述第一基底层和第二基底层的材料为Si02。作为本专利技术的进一步改进，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IOnm?70nm。作为本专利技术的进一步改进，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。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S2中入射光为可见光。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S2中入射光为波长365nm的圆偏振光。作为本专利技术的进一步改进，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IOnm?70nm。本专利技术具有以下有益效果:本专利技术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。【专利附图】【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一实施方式中超透镜结构的示意图；图2为本专利技术一实施方式中掩膜层上设计的一成像物体的结构示意图；图3 (a)?3(d)为本专利技术一实施方式中超透镜结构在光刻胶层中5nm、10nm、15nm、19nm处所成像的电场分布图；图4为传统的超透镜(无第二金属层)在光刻胶层中lnm、2nm、3nm、4nm处所成像的电场分布图；图5 (a)为本专利技术一实施方式中掩膜层上设计的另一成像物体的结构示意图，图5(b)?5(e)为本实施方式的超透镜结构对于光刻胶层厚度为40nm、30nm、15nm、10nm的成像电场分布不意图，图5 (f)为15nm/20nm光栅线对相应的光强分布图；图6(a)、6(b)分别为本专利技术一实施方式中在不同光刻胶层厚度时对应的成像传递函数与波矢的关系图。【具体实施方式】为了使本
的人员更好地理解本专利技术中的技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述。参见图1所示为本专利技术一实施方式中基于表面等离子体激元共振腔效应的超透镜结构示意图，超透镜结构从上而下依次包括透明的第一基底层10、掩膜层20、PMMA间隔层30、第一金属层40、光刻胶层50、第二金属层60及第二基底层70,第一金属层40、光刻胶层50、第二金属层60构成表面等离子体激兀的共振腔结构。在本实施方式中，第一金属层40和第二金属层60的材料均为银，掩膜层20为铬掩膜层，第一基底层10和第二基底层70的材料为Si02。第一金属层40的厚度为30nm,第二金属层60的厚度大于50nm,光刻胶层50的厚度为IOnm?70nm，优选地，光刻胶层的厚度为15nm。本实施方式中超透镜结构的成像方法，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、第一金属层、光刻胶层、第二金属层及第二基底层，掩膜层上设置有成像物体；S2、入射光从上而下垂本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，其特征在于，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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许富洋，王钦华，楼益民，曹冰，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：