7nm节点表面等离子体光刻与自对准图形技术混合制造方法研究

Aiming to the promotion limited resolution of surface plasmon lithography, and combined with the nanoresearch field significant demand for new nanofabrication technique, this innovative projects put forward a new ideal to obtain sub-10nm patterns by introduce self-aligned pattering technique to surface plasmon lithography. This project will mainly breakthrough in three key technologies: First, design and fabrication of the excitation structures with more efficiently, manufacture ultra-thin (<15nm) and low-loss metamaterials; Second, synthesis the UV photosensitive material with ultra-high resolution and low-line edge roughness; Third, high aspect ratio, high-fidelity plasma etching process. Then we can the 28nm half-pitch core patterns with high quality, high aspect ratio and high CD uniformity, and by introduction of quadruple self-aligned pattern technology to achieve 7nm node structure manufacturing. By implementation of this project, will further promote the development of sub-diffraction limited lithography technology and application in our country, and will form a new way to manufacture ultra-high resolution nanostructures.

针对表面等离子体光刻分辨力提升受限问题，并结合纳米技术研究领域对新型纳米制备与加工技术的重大需求，本项目创新性的提出将自对准图形技术引入表面等离子体光刻以实现7nm分辨力图形结构加工的研究思路。通过解决：高效激发结构的设计及制备方法，超薄（<15nm）、低损耗的超衍射材料的制备工艺；超高分辨力、低线边缘粗糙度的紫外感光材料的合成；高陡度、高保真度的深刻蚀工艺这三个关键技术问题，得到28nm分辨力的高质量、高陡度、高特征尺寸（CD）均匀性的初始图形，再引入四重自对准图形技术，实现7nm分辨力的结构制造。通过本项目的实施，将进一步推进我国在表面等离子体超衍射光刻技术和应用方面的发展，形成一套超高分辨力的纳米结构制造的新方法。

表面等离子体光刻是一种潜在的高分辨力纳米图形加工方法，但要进一步提高表面等离子体光刻分辨力，仍然面临两大挑战，即：深亚波长特征频谱的激发效率低，以及深亚波长特征尺度下SP 波能量损耗问题。针对上述挑战，本项目开展了7nm节点表面等离子体光刻与自对准图形技术混合制造方法研究，取得主要成果如下：（1）建立了浸没式离轴照明表面等离子体光刻的数理模型，完成了具有28nm分辨力的高效SP波激发的结构设计，并分析了工作距对特征尺寸（CD）的影响规律、透射增强层和反射增强层介电常数对CD的影响规律、掩模狭缝宽度与陡直度对CD的影响规律。（2）开展了低损耗超衍射材料制备工艺研究，AlN与Ag共溅射工艺调控Ag薄膜粗糙度和介电常数研究，Ag薄膜的RMS降低至0.5 nm以内，介电常数调控范围拓展至实部为-2.0~-2.6，虚部为0.4~0.9，且表面等离子体成像光刻对比度有明显提升。（3）开展了三种不同体系的高分辨力感光材料合成和光刻验证研究，其中通过接枝DNQ基团后的杯芳烃体系的感光材料获得了27.5nm的分辨力光刻验证结果，图形LER能够达到2.98nm。（4）开展了表面等离子体光刻双重图形工艺以及四重图形工艺，分别获得了半周期16nm（图形深度70nm）的密集光栅结构以及最小特诊尺寸为7nm（图形深度120nm）的类“鳍”状结构。（5）通过数值和实验开展了表面等离子体成像光刻在多尺度微纳结构制造中的研究，分别实现了周期为414.3nm至580nm的多周期结构和半径范围为75nm至150nm的多半径孔结构加工，更大尺寸跨度的结构加工还需要进一步通过控制光刻胶响应阈值或OPC来解决。（6）基于本项目的相关工艺，实现了厘米量级面积结构色与全息显示超表面器件的加工以及Au-Ag双金属纳米柱的表面增强拉曼散射基底加工。通过本项目的实施，进一步推动了表面等离子体成像光刻应用方面的发展，形成了一套超高分辨力的纳米结构制造的新方法。