[发明专利]一种基于移相原理提高分辨率的超衍射成像器件及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米加工技术领域，涉及一种基于移相原理提高分辨率的超衍射成像器件及其制作方法。

技术背景

自2000年Pendry提出“完美透镜”和“超透镜”的概念以后，基于表面等离子体的超分辨成像光刻技术以其低成本、高效率以及高分辨率等优点而受到人们的广泛关注。2005年Xiang.Z.首次从实验上利用“超透镜”在365nm光源下获得60nm的超分辨光刻，新西兰R.J.Blaikie也对超透镜成像光刻做了更深入的研究。然而，尽管“超透镜”可突破衍射极限，但它仍然会由于损耗、散射等因素而限制其分辨率，目前文献所报道的超透镜成像光刻所获得的最小线宽为60nm。

传统成像光刻工艺中，移相掩模技术常被用来提高光刻系统的分辨率，它通过在相邻透光区引入π相位差，在像的边缘部分产生干涉相消的作用，以提高像的对比度，从而提高成像分辨率。根据这一原理可知，若将移相掩模技术应用于超分辨成像光刻中，也将有效提高光刻分辨率。然而，传统移相掩模的加工需要在掩模图形区域沉积约一个波长的移相层，这对于线宽只有20nm～40nm的超分辨光刻掩模来说，要在宽度只有20nm～40nm范围内加工如此厚的移相层显然是不现实的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有超分辨成像光刻难以实现40nm及以下光刻分辨力的问题，提供一种提高分辨率的移相超衍射成像器件及其制作方法，该成像器件具有能有效提高分辨率、容易加工等优点，可以满足40nm以下线宽的超衍射光刻应用需求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于移相原理提高分辨率的超衍射成像器件，其特征在于：最底部的紫外光透明基片和其上带有图形的铬膜组成铬掩模，铬掩模的透光部分交替填充着PMMA和金属银材料，填充的PMMA和金属银材料的厚度与铬膜的厚度相等，保证交替填充材料之后铬掩模的表面平整度，铬掩模及填充材料之上分别为厚度为25nm～55nm PMMA匹配层和厚度为30nm～35nm金属银层。所述铬膜的厚度为50nm，以保证铬膜对波长365nm的紫外光透过率在5％以内，并使填充材料后铬膜上相邻透光区的相位差约为π；；25nm～55nm的PMMA匹配层和30nm～35nm金属银层能够很好的实现表面等离子体的动量匹配，尽可能的传递包含高频信息在内的各种信息，实现超分辨成像。

制作上述用于提高超透镜成像光刻分辨率的移相掩模，步骤如下：

(1)选择石英或氟化钙等材料制作紫外光透明基片；

(2)利用溅射或蒸镀方法在紫外光透明基片一面上加工厚度50nm的铬膜，使铬膜对波长365nm的紫外光透过率在5％以内；

(3)利用聚焦离子束在所述铬膜上加工20nm～40nm的密集纳米图形；

(4)通过电子束诱导沉积，使相互间隔的图形凹槽中填充金属银材料；

(5)利用旋涂的方法在样片上涂上100nm～200nm的PMMA，使PMMA填满剩下的凹糟，并使样片表面粗糙度小于1nm；

(6)利用反应离子刻蚀机将铬膜之上的PMMA刻蚀至25～55nm的厚度；

(7)利用溅射或蒸镀方法在PMMA表面沉积一层30～35nm的金属银膜，即可制成用于提高超透镜成像光刻分辨率的移相掩模。

所述步骤(3)中聚焦离子束加工的图形深度应当大于等于铬膜的厚度，以保证透光区彻底透光。

所述步骤(4)中银的厚度与铬膜的厚度相等，其误差不得大于5％，以保证填充材料后的铬掩模的表面为一个平面。

所述步骤(5)中旋涂PMMA的次数可为2次及以上，使PMMA充分填满凹糟，并保证样片的表面粗糙度小于1nm。

所述步骤(6)中反应离子刻蚀的气体可以为O₂。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)本发明在普通铬掩模的相邻透光区交替填充对紫外光分别具有正负介电系数的PMMA和金属银材料，分别对透射光进行相位延迟和相位超前的调制，从而大大增强相邻透光区相位差的调制效率，使移相层在较薄的厚度范围内即可获得π相位差，提高成像分辨率。此外，在紫外光波段，金属银还能对含有亚波长信息的消逝波进行放大，抵消由于吸收所带来的能量损耗，提高光能利用率。