二次成像光学光刻方法和设备技术

本公开提出了一种二次成像光学光刻方法和设备。所述二次成像光学光刻方法包括：将光刻掩模板与柔性透明转移衬底紧密接触；用第一光源通过所述光刻掩模板照射所述柔性透明转移衬底的感光层，以将所述光刻掩模板的图案转移到所述柔性透明转移衬底的感光层；在用于制作器件的器件衬底上涂覆光致抗蚀剂；将所述柔性透明转移衬底与已涂覆光致抗蚀剂的器件衬底紧密接触；用第二光源通过所述柔性透明转移衬底照射所述器件衬底，以通过对所述光致抗蚀剂曝光将所述柔性透明转移衬底的感光层的图案转移到所述器件衬底的光致抗蚀剂上；对包括已曝光光致抗蚀剂的所述器件衬底进行显影，得到与所述光刻掩模板的图案一致的器件图案。

【技术实现步骤摘要】
二次成像光学光刻方法和设备
本专利技术涉及一种光刻领域，尤其涉及一种通过二次成像过程实现高分辨和超分辨的二次成像光学光刻方法及设备。
技术介绍
光学光刻是微纳制造的重要技术途径之一，广泛应用于集成电路、光电子器件、新材料制造、生物医疗等领域。投影光刻设备的分辨率取决于投影物镜的数值孔径NA和光源波长wl。为了获得高分辨力光刻，传统光刻装备的投影物镜数值孔径越来越高。目前的NA已经突破1：如果采用浸没物镜，NA还可以达到1.4。传统光学光刻的成像物镜存在分辨力衍射极限限制，线宽分辨率截止于0.25倍波长，该波长为浸没材料中的光源波长。因此，高分辨光刻设备的光源波长越来越短，从365nm逐步降低到248nm、193nm，甚至目前采用EUV光源(波长约13nm)。高数值孔径投影物镜、波长不断压缩的光源，导致传统高分辨力投影光刻设备(stepperandscannerofphotolithography)的价格越来越高，单台价格高达上千万-上亿美金。除了投影成像光刻方式之外，接近接触式光刻设备也广泛应用于科研和产业领域。但是接近接触式光刻设备面临分辨力低(1微米左右)、掩模图形与硅片等硬质衬底接触摩擦、图形易损伤、使用寿命有限等不足。为了实现低成本、高分辨力和高效的纳米加工技术，还发展了纳米压印技术。由于采用物理挤压的图形传递方式，纳米压印的压印模板与传统掩模无法兼容，也无法与传统光刻胶材料和工艺兼容。另外，纳米压印的脱模工艺对图形传递质量影响很大，带来缺陷多、压印材料和工艺复杂等问题。表面等离子体(surfacePlasmon，SP)光刻是近年来科研人员提出的一种超分辨成像纳米光刻方法。它起源于英国帝国大学Pendry教授提出的负折射率完美透镜(Perfectlens)(PendryJB，NegativeRefractionMakesaPerfectLens.Phys.Rev.Lett.85，3966-3969(2000))。完美透镜的介电常数和磁导率同时为负值，能够将携带有物体亚波长结构信息的倏逝波分量进行放大，这样所有的波矢分量都能到达像面参与成像而没有缺失，从而理论上可以实现没有像差和分辨力限制的完美成像。然而，自然界中并没有这种天然存在的具有负折射率的材料，利用具有负介电常数的金属薄膜，在横磁偏振态(TM)的入射光作用下，激发表面等离子体波(SurfacePlasmonWave，SPW)，可以在金属薄膜两侧产生超分辨成像效果。相比于纳米压印技术，SP光刻所用光刻胶、感光显影工艺与传统光刻技术兼容，不存在压印模板剥离等难题。但是，已有报道的SP光刻技术，面临以下难题：1)由于掩模与硬质衬底(薄玻璃片、硅片等)、柔性膜等材料在曝光时需紧密接触，故掩模图形容易污染和损伤，从而影响使用寿命，并带来光刻图形缺陷；2)掩模与常用衬底均为硬质材料，即便在压力作用下接触，二者的面形也无法严格匹配和紧密贴合，二者之间必然存在一定厚度不均的间隙分布；而SP光刻成像的对比度、强度对间隙非常敏感，从而导致大面积图形光刻效果分布差异，甚至严重缺陷；3)由于光刻环境中存在灰尘，且掩模在多次使用过程中，不可避免会附着尘埃颗粒，从而影响掩模与衬底的紧密接触，也会导致大面积SP光刻图形的不均匀、缺陷等严重问题。
技术实现思路
为了至少解决上述技术问题，本专利技术提出了一种通过二次成像过程实现高分辨和超分辨的二次成像光学光刻方法及设备。根据本专利技术的一个方面，提出了一种二次成像光学光刻方法，包括：将光刻掩模板与柔性透明转移衬底紧密接触，所述柔性透明转移衬底包括具有感光层的第一近场成像结构；用第一光源通过所述光刻掩模板照射所述柔性透明转移衬底的感光层，以将所述光刻掩模板的图案转移到所述柔性透明转移衬底的感光层；在用于制作器件的器件衬底上涂覆光致抗蚀剂；将所述柔性透明转移衬底与已涂覆光致抗蚀剂的器件衬底紧密接触；用第二光源通过所述柔性透明转移衬底照射所述器件衬底，以通过对所述光致抗蚀剂曝光将所述柔性透明转移衬底的感光层的图案转移到所述器件衬底的光致抗蚀剂上；以及对包括已曝光光致抗蚀剂的所述器件衬底进行显影，得到与所述光刻掩模板的图案一致的器件图案。根据本专利技术的另一个方面，还提出了一种二次成像光学光刻设备，包括：第一传输装置，所述第一传输装置将光刻掩模板与柔性透明转移衬底紧密接触，所述柔性透明转移衬底包括具有感光层的第一近场成像结构；第一光源，在所述光刻掩模板与所述柔性透明转移衬底紧密接触的位置，所述第一光源通过所述光刻掩模板照射所述柔性透明转移衬底的感光层，以将所述光刻掩模板的图案转移到所述柔性透明转移衬底的感光层；光致抗蚀剂涂覆装置，所述光致抗蚀剂涂覆装置在用于制作器件的器件衬底上涂覆光致抗蚀剂；第二传输装置，所述第二传输装置将所述柔性透明转移衬底与已涂覆光致抗蚀剂的器件衬底紧密接触；第二光源，在所述柔性透明转移衬底与已涂覆光致抗蚀剂的器件衬底紧密接触的位置处，所述第二光源通过所述柔性透明转移衬底照射所述器件衬底，以通过对所述光致抗蚀剂曝光将所述柔性透明转移衬底的感光层的图案转移到所述器件衬底的光致抗蚀剂上；以及显影刻蚀装置，所述显影刻蚀装置对包括已曝光光致抗蚀剂的所述器件衬底进行显影，得到与所述光刻掩模板的图案一致的器件图案。通过使用低成本的柔性透明转移衬底的感光层作为图形转移结构，避免了曝光时掩模板与硬质衬底的硬接触，减轻了掩模污染和损伤，增长了掩模使用寿命。由于柔性透明转移衬底容易与掩模板或器件衬底紧密贴合，它们之间的间隙极小且分布均匀，从而可以获得大面积、高对比度、均匀的光刻图形。通过将柔性透明转移衬底存储在密闭的存储装置中并且为光刻设备配备空气净化箱、洁净空气循环系统等，可以显著降低光刻环境的污染并且减少附着在掩模的灰尘颗粒。可以一次性地使用柔性透明转移衬底，以最大化地降低灰尘颗粒对光刻的不利影响。柔性透明转移衬底不受器件衬底的厚度、硬度、柔性等限制，可以与器件衬底均匀地紧密贴合，摆脱了利用硬质掩模并紧密贴合时对器件衬底的苛刻要求。附图说明本专利技术的目的、特征及优势将结合以下附图进行详细描述：图1示出了根据本专利技术实施例的二次成像光学光刻流程图。图2示出了根据本专利技术实施例的二次成像光学光刻设备的结构示意图。图3示出了第一次成像的示意图。图4示出了第二次成像示意图。图5示出了二次成像光学光刻的柔性面-平面操作模式的示意图。图6示出了二次成像光学光刻的柔性面-曲面操作模式的示意图。图7示出了二次成像光学光刻的滚筒-滚筒操作模式的示意图。图8示出了二次成像光学光刻设备的一个示例结构示意图。附图标记1柔性透明转移衬底2透明柔性材料层3第一次近场成像膜层4感光层5掩模透射光场6掩模图案7掩模板衬底8第一次成像照明光束9密闭腔10泵入气体11柔性透明转移衬底的透射光场12包括光刻胶和第二近场成像结构在内的光致抗蚀剂层13第二近场成像结构14光刻胶15器件衬底16第二次成像照明光束17洁净箱或真空箱18第一次成像曝光光源19对准和定位机构20靠近和接触机构21承片台22第二次成像曝光光源23涂覆有光刻胶的平面器件衬底24涂覆有光刻胶的曲面器件衬底25-1、25-2、25-3第一滚筒、第二滚筒、第三滚筒26外表面加工有掩模图案的滚筒27涂覆有光刻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二次成像光学光刻方法，包括：将光刻掩模板与柔性透明转移衬底紧密接触，所述柔性透明转移衬底包括具有感光层的第一近场成像结构；用第一光源通过所述光刻掩模板照射所述柔性透明转移衬底的感光层，以将所述光刻掩模板的图案转移到所述柔性透明转移衬底的感光层；在用于制作器件的器件衬底上涂覆光致抗蚀剂；将所述柔性透明转移衬底与已涂覆光致抗蚀剂的器件衬底紧密接触；用第二光源通过所述柔性透明转移衬底照射所述器件衬底，以通过对所述光致抗蚀剂曝光将所述柔性透明转移衬底的感光层的图案转移到所述器件衬底的光致抗蚀剂上；以及对包括已曝光光致抗蚀剂的所述器件衬底进行显影，得到与所述光刻掩模板的图案一致的器件图案。

【技术特征摘要】
1.一种二次成像光学光刻方法，包括：将光刻掩模板与柔性透明转移衬底紧密接触，所述柔性透明转移衬底包括具有感光层的第一近场成像结构；用第一光源通过所述光刻掩模板照射所述柔性透明转移衬底的感光层，以将所述光刻掩模板的图案转移到所述柔性透明转移衬底的感光层；在用于制作器件的器件衬底上涂覆光致抗蚀剂；将所述柔性透明转移衬底与已涂覆光致抗蚀剂的器件衬底紧密接触；用第二光源通过所述柔性透明转移衬底照射所述器件衬底，以通过对所述光致抗蚀剂曝光将所述柔性透明转移衬底的感光层的图案转移到所述器件衬底的光致抗蚀剂上；以及对包括已曝光光致抗蚀剂的所述器件衬底进行显影，得到与所述光刻掩模板的图案一致的器件图案。2.根据权利要求1所述的二次成像光学光刻方法，其中所述感光层对于所述第一光源的波长敏感并且对于所述第二光源的波长不敏感。3.根据权利要求1所述的二次成像光学光刻方法，其中所述第一光源的成像光场对所述感光层的透射率进行调制，以得到由所述透射率加以表示的柔性透明转移衬底的图案。4.根据权利要求1所述的二次成像光学光刻方法，其中所述感光层由多层材料组成，其中所述感光层的组成材料包括：水溶性重氮盐、氧化石墨烯以及高能离子束轰击敏感玻璃的任一种。5.根据权利要求1所述的二次成像光学光刻方法，其中在所述第一近场成像结构中，所述感光层夹在所述第一近场成像层结构之间。6.根据权利要求1所述的二次成像光学光刻方法，其中所述第一近场成像结构在所述第一光源的照射下，掩模图形与感光层在距离小于照明光波长的近场间隔距离条件下，将掩模图形以光场成像方式记录在所述感光层的材料中。7.根据权利要求1所述的二次成像光学光刻方法，其中通过将在第一光源的波长下具有负介电常数的金属膜层材料设置在所述感光层材料一侧或者两侧来形成所述第一近场成像结构。8.根据权利要求1所述的二次成像光学光刻方法，还包括在所述光致抗蚀剂的一侧或两侧设置第二近场成像结构。9.根据权利要求8所述的二次成像光学光刻方法，其中通过将在第二光源的波长下具有负介电常数的金属膜层材料设置在所述光致抗蚀剂材料的一侧或者两侧来形成所述第二近场成像结构。10.根据权利要求5至9中任一项所述的二次成像光学光刻方法，其中通过所述第一近场成像结构和/或所述第二近场成像结构来调节成像倍率和/或周期性图形干涉。11.根据权利要求1所述的二次成像光学光刻方法，其中所述柔性透明转移衬底在第二光源的照明条件下具有高透射率。12.根据权利要求11所述的二次成像光学光刻方法，其中所述柔性透明转移衬底的材料包括以下中的任一项：有机玻璃、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯。13.根据权利要求1所述的二次成像光学光刻方法，其中所述第一光源和所述第二光源的照明条件存在明显差异，所述差异包括以下中的任一项：波长、强度、时间、偏振态、方向等。14.根据权利要求1所述的二次成像光学光刻方法，其中在将所述光刻掩模板的图案转移到所述柔性透明转移衬底的感光层之后，对所述柔性透明转移衬底执行照明后处理以加强和固化所述掩模图形在所述感光层中的记录效果。15.根据权利要求14所述的二次成像光学光刻方法，其中所述照明后处理包括加热或退火。16.根据权利要求1所述的二次成像光学光刻方法，其中所述光致抗蚀剂层的材料包括以下中的任一项：光刻胶、折射率光调制材料、吸收率光调制材料。17.根据权利要求1所述的二次成像光学光刻方法，其中所述光刻板掩模和所述器件衬底的表面均为平面或者所述器件衬底的表面是曲面。18.根据权利要求1所述的二次成像光学光刻方法，其中所述光刻掩模板设置在第一滚筒的外表面处，并且所述第一滚筒内部设置了第一光源，未曝光的柔性透明转移衬底缠绕在源滚筒上，已曝光的柔性透明转移衬...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗先刚，王长涛，王彦钦，孔维杰，高平，赵泽宇，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51