[發明專利]一種超分辨光刻的光生成器件

在審

• 申請號: 201811278502.5
• 申請日: 2018-10-30
• 公開（公告）號: CN109116687A
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發明（設計）人: 梁高峰;陳剛;溫中泉
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20
• 代理公司: 重慶大學專利中心 50201
• 代理人: 唐開平

本發明公開了一種超分辨光刻的光生成器件，它由上至下依次布設透明基底層（1）、納米狹縫或孔洞陣列結構的光柵掩模層（2）、平坦化膜層（3）和光子晶體多層膜（4）。本發明的技術效果是：將高空間頻率的倏逝波傳輸到感光層，形成具有高深寬比、高光場強度特征的深亞波長光刻圖形，突破了衍射極限約束，光傳輸效率高，圖形均勻性好。

技術領域

本發明屬于超分辨光刻技術領域，具體涉及一種超分辨光刻的光生成器件，它利用介質薄膜構成的一維光子晶體實現高頻倏逝波的有效傳輸并在感光層形成深亞波長圖形。

背景技術

光刻是半導體產業最常用的圖形制備技術。受光的衍射極限制約，傳統光刻的分辨力只能達到半波長量級。其本質原因是倏逝波未能跟傳播波一起到達成像面。因此，包含物體精細結構的高頻信息未能參與成像。為了突破衍射極限并獲得小尺寸圖形，一些新的光刻技術，如相移掩模、二次曝光等被開發使用。而高頻的倏逝波也被研究利用來提高成像分辨力并在近場光刻技術里得到了驗證。

最近，表面等離子體光刻被提出用來改善光刻圖形分辨力。它是利用在金屬-介質界面激發的表面等離子體耦合高頻倏逝波，并產生深亞波長尺寸的光刻圖形。其圖形特征尺寸遠小于半個波長，分辨力突破了衍射極限。尤其是金屬-介質多層膜結構能夠實現多個自由度的調節，被廣泛應用在超分辨光刻領域。所述的超分辨光刻是指光刻圖形分辨力超越了衍射極限，圖形特征尺寸小于光源波長的一半。但是，表面等離子體是一種限制在金屬表面的特殊電磁場模式。金屬損耗高、光透過率低等問題造成在通過多層膜后光強度衰減了幾個數量級，在深紫外波段會衰減更多，這將導致過長的曝光時間。即使去除多層膜使感光層直接與金屬掩模直接接觸，由于表面等離子體自身的倏逝特性也將造成光刻圖形深度較淺。同時，大面積區域的光刻圖形均勻性也是有待解決的問題。這些問題嚴重阻礙了表面等離子體光刻的發展和應用。

為了解決這些問題，開發一種能夠產生高深寬比的超分辨圖形，并保持較高光透過率的光學器件尤為迫切。光子晶體是由不同折射率的介質材料周期性排列而成的人工微結構，其特有的光子帶隙能夠操控光在光子晶體中的傳播。光子晶體較高的光傳輸效率，及其在操控光傳輸方面的特殊性能，使它作為光學材料被廣泛應用。同時，也使它有可能替換表面等離子體光刻中的金屬-介質多層膜而應用在光刻領域。

發明內容

針對表面等離子體光刻中傳輸損耗大、圖形深寬比小的問題，本發明所要解決的技術問題就是提供一種超分辨光刻的光生成器件，它能實現高頻倏逝波的高效傳輸并形成具有較大深寬比的超分辨光刻圖形。

為了解決上述技術問題，本發明提供的一種超分辨光刻的光生成器件，它由上至下依次為透明基底層、納米狹縫或孔洞陣列結構的掩模層、平坦化膜層和光子晶體多層膜。

優選地，在光子晶體多層膜之下還布設有感光層和襯底層；感光層與光子晶體多層膜直接接觸，或者間隔一定距離，間隔層材料為空氣或者透光液體。

本發明的工作過程：用S偏振方向的平面波光源均勻照射到透明基底層，平面光波作用在納米狹縫或孔洞陣列結構的光柵掩模層上，激發出不同波矢特征的衍射波，衍射波經過平坦化膜層后傳輸到光子晶體多層膜，利用光子晶體多層膜具有的空間頻譜濾波功能，使得一對相同級次的高頻衍射波通過，并最終在感光層形成超分辨干涉圖形。

本發明的技術效果是：通過光子晶體多層膜濾除雜散級次的衍射波，將特定衍射級次的高頻倏逝波傳輸到感光層，形成具有高深寬比、高光場強度特征的深亞波長光柵陣列圖形，突破了衍射極限約束，在光刻技術、微光機電器件制備、高密度數據存儲等方面具有重要的應用價值。

附圖說明

本發明的附圖說明如下：

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為實施例中光子晶體多層膜的光學傳遞函數（OTF）曲線圖；

圖3為實施例中光刻結構的仿真效果圖。