[發明專利]二次成像光學光刻方法和設備

有效

• 申請號: 201711316102.4
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN109901362B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 羅先剛;王長濤;王彥欽;孔維杰;高平;趙澤宇
• 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

本公開提出了一種二次成像光學光刻方法和設備。所述二次成像光學光刻方法包括：將光刻掩模板與柔性透明轉移襯底緊密接觸；用第一光源通過所述光刻掩模板照射所述柔性透明轉移襯底的感光層，以將所述光刻掩模板的圖案轉移到所述柔性透明轉移襯底的感光層；在用于制作器件的器件襯底上涂覆光致抗蝕劑；將所述柔性透明轉移襯底與已涂覆光致抗蝕劑的器件襯底緊密接觸；用第二光源通過所述柔性透明轉移襯底照射所述器件襯底，以通過對所述光致抗蝕劑曝光將所述柔性透明轉移襯底的感光層的圖案轉移到所述器件襯底的光致抗蝕劑上；對包括已曝光光致抗蝕劑的所述器件襯底進行顯影，得到與所述光刻掩模板的圖案一致的器件圖案。

技術領域

本發明涉及一種光刻領域，尤其涉及一種通過二次成像過程實現高分辨和超分辨的二次成像光學光刻方法及設備。

背景技術

光學光刻是微納制造的重要技術途徑之一，廣泛應用于集成電路、光電子器件、新材料制造、生物醫療等領域。投影光刻設備的分辨率取決于投影物鏡的數值孔徑NA和光源波長wl。為了獲得高分辨力光刻，傳統光刻裝備的投影物鏡數值孔徑越來越高。目前的NA已經突破1：如果采用浸沒物鏡，NA還可以達到1.4。傳統光學光刻的成像物鏡存在分辨力衍射極限限制，線寬分辨率截止于0.25倍波長，該波長為浸沒材料中的光源波長。因此，高分辨光刻設備的光源波長越來越短，從365nm 逐步降低到248nm、193nm，甚至目前采用EUV光源(波長約13nm)。高數值孔徑投影物鏡、波長不斷壓縮的光源，導致傳統高分辨力投影光刻設備(stepper and scanner of photo lithography)的價格越來越高，單臺價格高達上千萬-上億美金。

除了投影成像光刻方式之外，接近接觸式光刻設備也廣泛應用于科研和產業領域。但是接近接觸式光刻設備面臨分辨力低(1微米左右)、掩模圖形與硅片等硬質襯底接觸摩擦、圖形易損傷、使用壽命有限等不足。

為了實現低成本、高分辨力和高效的納米加工技術，還發展了納米壓印技術。由于采用物理擠壓的圖形傳遞方式，納米壓印的壓印模板與傳統掩模無法兼容，也無法與傳統光刻膠材料和工藝兼容。另外，納米壓印的脫模工藝對圖形傳遞質量影響很大，帶來缺陷多、壓印材料和工藝復雜等問題。

表面等離子體(surface Plasmon，SP)光刻是近年來科研人員提出的一種超分辨成像納米光刻方法。它起源于英國帝國大學Pendry教授提出的負折射率完美透鏡(Perfectlens)(Pendry JB，Negative Refraction Makes a Perfect Lens.Phys.Rev.Lett.85，3966-3969 (2000))。完美透鏡的介電常數和磁導率同時為負值，能夠將攜帶有物體亞波長結構信息的倏逝波分量進行放大，這樣所有的波矢分量都能到達像面參與成像而沒有缺失，從而理論上可以實現沒有像差和分辨力限制的完美成像。然而，自然界中并沒有這種天然存在的具有負折射率的材料，利用具有負介電常數的金屬薄膜，在橫磁偏振態(TM)的入射光作用下，激發表面等離子體波(Surface Plasmon Wave，SPW)，可以在金屬薄膜兩側產生超分辨成像效果。

相比于納米壓印技術，SP光刻所用光刻膠、感光顯影工藝與傳統光刻技術兼容，不存在壓印模板剝離等難題。但是，已有報道的SP光刻技術，面臨以下難題：1)由于掩模與硬質襯底(薄玻璃片、硅片等)、柔性膜等材料在曝光時需緊密接觸，故掩模圖形容易污染和損傷，從而影響使用壽命，并帶來光刻圖形缺陷；2)掩模與常用襯底均為硬質材料，即便在壓力作用下接觸，二者的面形也無法嚴格匹配和緊密貼合，二者之間必然存在一定厚度不均的間隙分布；而SP光刻成像的對比度、強度對間隙非常敏感，從而導致大面積圖形光刻效果分布差異，甚至嚴重缺陷；3)由于光刻環境中存在灰塵，且掩模在多次使用過程中，不可避免會附著塵埃顆粒，從而影響掩模與襯底的緊密接觸，也會導致大面積SP 光刻圖形的不均勻、缺陷等嚴重問題。

發明內容

為了至少解決上述技術問題，本發明提出了一種通過二次成像過程實現高分辨和超分辨的二次成像光學光刻方法及設備。