[發明專利]一種用于縮小投影超分辨成像器件和光刻方法

有效

• 申請號: 200910243540.1
• 申請日: 2009-12-25
• 公開（公告）號: CN101794070A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發明（設計）人: 羅先剛;王長濤;馮沁;劉凱鵬;潘麗;邢卉;劉堯;劉玲
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G03F1/00
• 分類號: G03F1/00;G03F1/08;G03F7/20
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉;盧紀

技術領域

本發明屬于光學光刻加工技術領域，涉及一種用于縮小投影超分辨成像的器件和光刻方 法。

技術背景

為滿足集成電路對更小線寬的不斷追求，各種新型的納米加工技術被不斷的探索與研 究。傳統光刻技術在很大程度上通過縮短光源波長獲得更高的加工分辨力，例如193nm浸沒 光刻技術、極紫外光刻技術，但帶來的問題是光源系統、投影光學系統異常復雜，成本高昂， 與傳統光刻技術兼容性差。

近場光刻技術是利用傳統光刻汞燈光源，實現納米尺度分辨力的一種簡單、成本低廉、 高效的超分辨光刻技術。但存在的技術困難之一為納米尺度掩模圖形加工問題。這是由于光 刻膠圖形與近場光刻掩模圖形是1∶1的成像關系，而傳統投影光刻中一般為1/4的縮小成像 關系。因此加工同樣的光刻圖形，近場光刻掩模圖形線寬比投影光刻掩模圖形線寬小4倍。 因此，在近場光刻技術中納米掩模圖形加工難度大、成本高。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：針對現有近場光刻技術中納米圖形掩模加工難度大，而 193nm光刻技術和極紫外光刻技術光源系統、投影系統復雜、成本高昂的問題，提供一種實 現納米尺度光刻分辨力、采用傳統汞燈光源、光刻圖形與掩模圖形為縮小倍率關系的超分辨 成像光刻器件。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：利用一種由特殊彎曲面形分布的多層金屬 介質交替薄膜構成的超分辨成像器件，器件的上下最外層分別為物平面和像平面。在該器件 物平面引入掩模圖形，紫外光照明掩模圖形，激發多層金屬和介質薄膜結構中的表面等離子 體，實現攜帶掩模圖形信息的光場，沿著垂直于薄膜曲面面形特殊彎曲連線向器件另外一側 傳遞，并以一定縮小倍率成像方式傳遞到達像平面。像平面外的光刻膠材料感光，實現縮小 投影超分辨成像光刻。或者通過投影光學系統將掩模圖形投影成像到超分辨成像器件的物平 面上，激發多層金屬和介質薄膜結構中的表面等離子體，實現攜帶掩模圖形信息的光波，沿 著垂直于薄膜曲面面形的特殊彎曲連線向器件另外一側傳遞，并以一定縮小倍率成像方式傳 遞到像平面。像平面外的光刻膠材料感光，實現縮小投影超分辨成像光刻。

本發明提出的實現縮小投影光刻的超分辨成像器件具有以下結構特征：

1、成像器件的物平面和像平面為相互平行的兩平面，物平面和像平面有效范圍為半徑 分別為R和r的圓，R＞r，二個圓心的連線與兩平面垂直，為成像器件的中心旋轉對稱軸； 所述物平面和像平面之間為交替疊加在一起、具有特殊曲面形狀、中心旋轉軸對稱的多層金 屬薄膜和介質薄膜；該交替薄膜結構的兩側最外層薄膜表面是成像器件的物平面和像平面。

2、所述多層金屬薄膜與介質薄膜結構的所有相鄰薄膜交界面與一簇特定曲線垂直。該 特定曲線簇是中心對稱軸截面上物平面上的若干抽樣物點到對應像平面的像點的特殊彎曲 連線，具體定義如下。

在中心對稱軸截面與物平面的交界線上，以物平面的圓心為坐標中心，建立從-R到+ R的物平面抽樣坐標。在同一中心對稱軸截面與像平面的交界線上，以像平面的圓心為坐標 中心，建立從-r到+r的物平面抽樣坐標。以物平面和像平面的中心對稱軸中間位置點為坐 標中心，建立對稱軸的坐標。從-R到+R的區間范圍，等間隔抽樣N個點，它們的坐標為 以物平面圓心為中心，標識為xi，i的取值范圍為1到N的抽樣序號，xi＝-R+2*R/(N-1)*(i-1)。 在中心對稱軸截面與像平面的交界線上，以像平面的圓心為坐標中心，從-r到+r的區間范 圍，同樣等間隔抽樣N個點，它們的坐標為以像平面圓心為中心，標識為yi，i的取值范圍 為1到N，N為整數，yi＝-r+2*r/(N-1)*(i-1)。以上抽樣物點xi到對應像平面像點的坐標為 yi，二者比值為器件的成像縮放倍率M，即yi/xi＝M，M＜1。上述一簇特定曲線為所有對應 物平面抽樣點與對應像平面像點兩點之間的特殊彎曲連線。該特殊彎曲連線定義為在區間 [-0.5*H，0.5*H]上由四變量映射函數的三次厄米特插值多項式，即Cubic?Hermite?Interpolating Polynomial，定義的函數曲線，其中四變量映射函數為[-0.6*H，-0.5*H，0.5*H，0.6*H]到[xi， xi，yi，yi]的映射。其中，H為物平面與像平面之間的距離。在以上定義的曲線簇之外，金 屬薄膜與介質薄膜的交界面與超分辨成像器件的物平面和像平面平行。