[發(fā)明專利]基于表面等離子體波照明的光刻成像設備及光刻成像方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310438387.4
• 申請日: 2013-09-24
• 公開（公告）號: CN103454866A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發(fā)明（設計）人: 羅先剛;王長濤;趙澤宇;王彥欽;姚納;胡承剛;蒲明薄;王炯;劉利芹;楊磊磊
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 倪斌

技術領域

本公開一般地涉及納米光刻加工技術領域，更具體地，涉及一種利用表面等離子體(Surface?Plasmon，SP)波照明來提高近場光刻分辨力的光刻成像設備及光刻成像方法。

背景技術

最近幾年，表面等離子體光刻的出現(xiàn)引起了學術界的極大興趣，并且有很大的潛力成為解決超分辨納米圖像光刻技術難題的重要手段之一。為了提高納米圖像光刻的成像質(zhì)量，許多創(chuàng)新性的技術在理論和實驗上得到的驗證，包括負折射率完美透鏡、負介電常數(shù)超透鏡以及放大超透鏡。然而，隨著納米圖像尺寸的進一步降低，運用表面等離子體光刻產(chǎn)生的像質(zhì)量急劇惡化，導致近場光刻的分辨力下降。同時，由于倏逝波的指數(shù)衰減特性，圖形層和感光層必須是緊密接觸(工作距為0)。這些問題限制了超分辨表面等離子體光刻的實際應用。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述問題，本公開的目的至少在于提供基于表面等離子體波照明的超分辨光刻成像設備及光刻成像方法。

針對納米圖像光刻技術，當圖形層與感光層之間的工作距拓展時，掩模圖形發(fā)出的衍射光除0級次以外的其他級次不能被耦合到成像系統(tǒng)的傳遞頻譜內(nèi)，從而導致近場光刻的分辨力下降。根據(jù)本公開的實施例，采用SP波照明，可以使掩模的衍射光發(fā)生空間頻率移動，-1(或+1)級和0級衍射光可以被耦合到成像系統(tǒng)的傳遞頻譜內(nèi)發(fā)生干涉，從而提高對比度。因此，可以解決納米光刻技術中分辨力下降和工作距短的問題。

根據(jù)本公開的實施例，可以調(diào)節(jié)SP波照明場橫向波矢，使來自掩模的衍射光發(fā)生頻移，入射光強度在各級次衍射光上重新分布，實現(xiàn)-1(或+1)級次可以與0級次衍射光的干涉，從而可以有效提高納米光刻技術中成像質(zhì)量和工作距。

根據(jù)本公開的一個方面，提供了一種光刻成像設備。該設備可以包括表面等離子體(SP)波照明場產(chǎn)生裝置，被配置為接收以一定方向入射的遠場照明光束，以產(chǎn)生特定傳輸波長的SP波照明場。SP波照明場可以通過掩模激發(fā)待成像的光場。遠場照明光束的入射角度可以被設置為使得能夠產(chǎn)生特定傳輸波長的SP波照明場，從而實現(xiàn)SP波通過掩模層的+1級或-1級衍射光與0級衍射光發(fā)生干涉。待成像的光場可以通過成像層，將掩模圖形成像在感光層空間。

SP波照明場產(chǎn)生裝置可以包括激發(fā)層。激發(fā)層例如可以是在基底上制備的納米結構層。該激發(fā)層可以接收遠場照明光束，以高效激發(fā)特定傳輸波長的SP波照明場。激發(fā)層中的納米結構圖形可以是一維或二維圖形，圖形結構可以是周期性的光柵或其它形狀，具體形狀可以根據(jù)圖形層特征進行優(yōu)化設計。激發(fā)層為可以高效激發(fā)特定傳輸波長SP波照明場的材料，包括但不限于金屬Cr、介質(zhì)TiO₂。

SP波照明場產(chǎn)生裝置還可以包括增強層。增強層例如可以在激發(fā)層上制備，以增強SP波照明場強度，減少雜散光場的干擾。增強層可以包括金屬如Al和介質(zhì)如MgF₂交替堆疊的多層膜結構。增強層中金屬和介質(zhì)多層膜的每層厚度可以在納米量級。

掩模可以包括圖形層，包括待光刻的納米結構圖形。圖形層中納米圖形結構可以是一維或二維圖形，納米圖形線條方向與激發(fā)層納米圖形線條方向可以一致。掩模可以與SP波照明場產(chǎn)生裝置緊鄰，例如圖形層可以形成在SP波照明場產(chǎn)生裝置(例如，其中的增強層)上。

掩模還可以包括成像層。例如，成像層可以包括在圖形層上制備的實現(xiàn)圖形近場成像的金屬膜層結構。成像層可以包括在入射波長范圍內(nèi)呈現(xiàn)負介電常數(shù)的材料，包括但不限于Ag、Au、Al等。

掩模還可以包括保護層。例如，保護層可以在成像層上制備，以防止成像層和圖形層物理損傷和化學腐蝕的保護層。保護層厚度可以為5-10nm，材料可以包括但不限于SiO₂、金剛石等。

在感光層背對入射待成像光場的一側(cè)可以形成反射式輔助成像層，在感光層面對入射待成像光場的一側(cè)可以形成透射式輔助成像層。例如，反射式輔助成像層、感光層以及透射式輔助感光層可以設置在基底上。透射式輔助成像層，可根據(jù)實際情況確定其有或無。反射式輔助成像層可以用來調(diào)制成像電場分量比重，進一步提高成像對比度。反射和透射輔助成像層材料可以包括但不限于是Ag、Al等。

在掩模與感光層之間可以設有間隔層，以控制掩模層與感光層之間的間隔距離。在SP照明掩模圖形層，以及存在成像層且感光層下設有透射式、反射式輔助成像層的情況下，該間隔層可以設置在成像層與透射式輔助感光層之間。間隔層距離可以為0～λ₀/2，其中λ₀為遠場照明光束的中心波長，間隔層材料可以是空氣、真空或液體。