表面等离子体(Surface plasmon, SP)光刻技术因具有能够突破衍射极限，且在不极大地缩短入射光源波长的情况下使得光刻分辨率达到10 nm以下的能力，为建立高效、低成本且可实现大面积化的纳米光刻加工技术，提供了一条可靠的技术途径。但由于被激发的等离子体激元在光刻胶内是以倏逝波的形式传播，而倏逝波随传播距离的增大呈指数形式急剧衰减，致使其的工作距离以及焦深较短，很难在光刻胶上获得超过衍射特征距离以外具有纳米尺寸的图案。尤其是随着光刻图形特征尺寸的不断缩小到22 nm及以下技术节点，表面等离子体光刻的曝光深度仅能达到几纳米，导致其加工而成的纳米器件无法实现自身功能，进而严重制约了表面等离子体光刻的实际应用性能。
区别于传统的单层光刻胶曝光模式，我们学院韦亚一教授课题组，创新性地提出了一种基于混合表面等离子体波导结构的表面等离子体光刻技术，通过横向及纵向两个表面等离子体波导结构与SP表面波之间强烈的耦合共振效应，当倏逝波和SP表面波的横向传播波矢达到匹配时，前者就可以耦合进后者的模式中，使得光刻胶内的倏逝波成分得到放大增强，并参与到成像中，在确保整个光刻胶薄膜层内场强分布保持均匀的同时，也极大地增加了曝光图形的深度。此外，混合表面等离子体波导结构的应用使得表面等离子体光刻系统具有较强的空间频率选择特性，通过对纳米孔径间隙大小、光刻胶薄膜厚度以及金属反射薄膜层厚度等参数的调控，可以实现高频模式，使得表面等离子体光刻具有较高的成像对比度以及曝光质量，这对于满足集成电路制造工艺中对提高曝光图形深宽比的迫切需求且具有十分重要的意义。
2022年6月6日，该研究成果以”Achieving high aspect ratio in plasmonic lithography for practical applications with sub-20 nm half pitch”为题正式发表在国际期刊Optics Express上。集成电路学院博士后/特别研究助理韩丹丹博士为本论文的第一作者，韦亚一教授是该论文的通讯作者。论文得到了中国科学院人才启动基金的支持。
原文链接如下：
https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-30-12-20589&id=473157
