[發(fā)明專利]增強(qiáng)照明數(shù)值孔徑超分辨光刻成像設(shè)備及光刻成像方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310439950.X
• 申請(qǐng)日: 2013-09-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103472689A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅先剛;王長(zhǎng)濤;趙澤宇;王彥欽;胡承剛;蒲明薄;李雄;黃成;何家玉;羅云飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G03F7/20
• 分類號(hào): G03F7/20
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 倪斌

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)一般地涉及納米光刻加工技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種利用高數(shù)值孔徑照明場(chǎng)實(shí)現(xiàn)高對(duì)比度超分辨成像的光刻成像設(shè)備及光刻成像方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代光學(xué)成像技術(shù)發(fā)展，衍射現(xiàn)象成為限制成像光學(xué)系統(tǒng)分辨力的主要障礙。實(shí)現(xiàn)亞波長(zhǎng)的光學(xué)超分辨率成像，將對(duì)納米光刻加工、高分辨顯微成像等高科技領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義。超透鏡(Super?lens)成像技術(shù)是近年來(lái)受到關(guān)注較多的一種新型的超高分辨率光學(xué)成像技術(shù)。它起源于Pendry提出的負(fù)折射率完美透鏡(Perfect?lens)。它的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率同時(shí)為負(fù)值，能夠?qū)y帶有物體亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)信息的倏逝波分量進(jìn)行放大。這樣所有的波矢分量都能到達(dá)像面參與成像而沒(méi)有缺失，從而理論上可以實(shí)現(xiàn)沒(méi)有像差和分辨率限制的完美成像。但是自然界中并沒(méi)有這種天然存在的具有負(fù)折射率的材料。2005年，根據(jù)靜電近似將介電常數(shù)和磁導(dǎo)率分開(kāi)處理而構(gòu)建只針對(duì)具有橫磁偏振態(tài)(TM)的入射光產(chǎn)生負(fù)折射效果。通過(guò)35nm厚的銀膜，在實(shí)驗(yàn)上得到了1/6入射光波長(zhǎng)(λ=365nm)的半周期分辨力。隨后，各種使用銀膜的超越衍射極限的成像嘗試被報(bào)道。上述各種方法都是采用傳統(tǒng)照明，即照明光源垂直照射到掩模平面。雖然上述方法提高了成像圖形的分辨力，但是像強(qiáng)度對(duì)比和圖形的均勻性還有待進(jìn)一步提高。此外，空氣間隔層(工作間隙)近乎為零，嚴(yán)重影響光刻效率和帶來(lái)掩模損耗。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述問(wèn)題，本公開(kāi)的目的致力于提供增強(qiáng)照明數(shù)值孔徑超分辨光刻成像設(shè)備及光刻成像方法。

根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例，可以通過(guò)提高照明場(chǎng)的數(shù)值孔徑(NA)，來(lái)提高小線寬近場(chǎng)成像中的對(duì)比度。這種高NA照明場(chǎng)可以通過(guò)將離軸照明和高折射率的棱鏡材料相結(jié)合而獲得。另外，還可以進(jìn)一步利用超透鏡，實(shí)現(xiàn)在一定厚度間隔層情況下，近一步提高成像對(duì)比度和圖形的均勻性。

根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面，提供了一種光刻成像設(shè)備。該設(shè)備可以包括：照明光束產(chǎn)生裝置，配置為產(chǎn)生照明光束，該照明光束具有NA>0的照明場(chǎng)，其中，照明光束通過(guò)掩模和成像層，將掩模圖形成像在感光層空間。

根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例，照明光束產(chǎn)生裝置可以包括：光源，配置為產(chǎn)生強(qiáng)度分布均勻光束；以及棱鏡，其中均勻光束以一定角度傾斜入射到棱鏡中。例如，光束可以入射到棱鏡的側(cè)表面上，并從棱鏡的底面出射。

照明方式和棱鏡結(jié)構(gòu)可以根據(jù)掩模(納米)圖形的結(jié)構(gòu)形式來(lái)確定。例如，針對(duì)沿于一維方向排布的線條圖形，棱鏡可以包括三角柱棱鏡，均勻照明光束可以從棱鏡兩側(cè)面入射，一維圖形排布方向可以與棱鏡的光出射面平行；對(duì)于沿二維正交方向排布的二維圖形，棱鏡可以包括梯形棱鏡或金字塔棱鏡，圖形排布方向可以與棱鏡的光出射面平行；對(duì)于其他排布方向例如三角形排布的二維圖形，棱鏡可以包括六角棱鏡，圖形排布方向可以與棱鏡的光出射面平行。另外，對(duì)于復(fù)雜分布的圖形，棱鏡可以包括球棱鏡，通過(guò)照明光束方向分布整形的光學(xué)系統(tǒng)，選擇多個(gè)不同方向照明入射到球棱鏡，照明方向與圖形線條分布對(duì)應(yīng)。

可以通過(guò)增大入射角度和/或選擇棱鏡的折射率來(lái)提高照明數(shù)值孔徑。棱鏡的材料選擇可以根據(jù)照明光束的波長(zhǎng)λ來(lái)確定。例如，可以選擇在照明光束的波長(zhǎng)下的透明玻璃材料，如照明光束的波長(zhǎng)為365nm情況下，棱鏡材料可以包括但不限于紫外透光的Al₂O₃、SiO₂等材料。可以根據(jù)棱鏡的光出射面方向上掩模圖形的特征尺寸(中心間距)d確定照明角度范圍，例如n×sin(θ)位于0.8λ/(2d)～1.2λ/(2d)區(qū)間范圍，n為棱鏡材料的折射率，θ為照明光束與棱鏡底面法線形成的夾角。

掩模可以包括掩模基底、在掩模基底上形成的掩模圖形層、填充掩模圖形層的填充層。可以通過(guò)折射率匹配液或粘合膠將掩模基底固定至棱鏡的光出射面。成像層可以設(shè)置在填充層上。掩模基底與棱鏡材料的折射率可以近似相同。填充層可以包括介質(zhì)材料，包括但不限于PMMA等。成像層可以由介電常數(shù)為負(fù)的膜層構(gòu)成，例如Au、Ag等。

在感光層背對(duì)照明光束的一側(cè)可以形成反射式輔助成像層，在感光層面對(duì)照明光束的一側(cè)可以形成透射式輔助成像層。透射式輔助成像層、感光層和反射式輔助成像層的疊層可以形成在適當(dāng)?shù)幕咨稀８泄鈱涌梢园ü饪棠z，輔助成像層可以包括介電常數(shù)為負(fù)的膜層，例如Au、Ag等。反射式輔助成像層與透射式輔助成像層可以包括相同的材料或者介電常數(shù)不同的材料。

成像層與透射式輔助成像層之間可以以一定厚度的間隔層進(jìn)行隔離。該間隔層可以是空氣層、真空層、液體層之一。