负折射成像光刻方法和设备技术

本公开的实施例提出了一种负折射成像光刻方法和设备。所述光刻方法包括：在器件衬底上涂覆光致抗蚀剂；制备负折射结构，其中所述负折射结构对于曝光光源发射的光的波长表现出负折射率；将光刻板与所述负折射结构贴合；将所述光刻板和所述负折射结构置于所述器件衬底上方，与所述器件衬底间隔开投影间隙的投影距离；以及曝光光源发射光，依次通过所述光刻板、所述负折射结构、投影间隙投射到所述光致抗蚀剂上进行曝光。负折射成像光刻方法和设备无需传统投影光刻所需的几十个面形和位置都为纳米精度的镜片，成本可以急剧降低；同时所述方法具有无光轴成像特点，整个负折射成像结构具有空间平移对称性，可以实现大成像视场光刻。

【技术实现步骤摘要】
负折射成像光刻方法和设备
本专利技术涉及光刻领域，更具体地涉及一种大面积低成本的纳米成像光刻方法和设备，尤其涉及一种负折射成像光刻方法和设备。
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w1。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。但是高数值孔径的投影物镜涉及二三十件镜片，每个镜片的面形精度、定位精度均需要控制在纳米量级，因此整个投影物镜的加工检测技术复杂度非常高，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。同样由于技术复杂度和成本问题，目前传统投影光刻的视场很小，商业光刻机的视场一般固定为26mm*33mm，采用拼接加工方式，成本进一步增加，从而难以满足更大面积的集成电路、光电子等纳米器件的加工需要。除了投影成像光刻方式之外，接近接触方式的光刻设备也广泛应用于科研和产业领域，但是面临分辨力低(1微米左右)、掩模图形与硅片等硬质基片接触摩擦，图形易损伤，使用寿命有限等问题。
技术实现思路
为此，本专利技术提出了基于负折射成像的光刻方法和设备。根据本公开实施例的负折射成像投影光刻方法和设备利用多层结构化膜层材料，实现了高数值孔径、纳米尺度分辨力的成像镜头效果，可以将掩模图形投影成像到距离在几百纳米之外的光致抗蚀剂中，进而实现光致抗蚀剂的曝光显影。根据本专利技术的一个方面，提出了一种负折射成像光刻方法，包括：在器件衬底上涂覆光致抗蚀剂；制备负折射结构，其中所述负折射结构对于曝光光源发射的光的波长表现出负折射率；将光刻板与所述负折射结构贴合；将所述光刻板和所述负折射结构置于所述器件衬底上方，与所述器件衬底间隔开投影间隙的投影距离；以及曝光光源发射光，依次通过所述光刻板、所述负折射结构、投影间隙投射到所述光致抗蚀剂上进行曝光。根据本专利技术的另一个方面，还提出了一种负折射成像光刻设备，包括：曝光光源；光致抗蚀剂涂覆装置，在器件衬底上涂覆光致抗蚀剂；负折射结构，其中所述负折射结构对于所述曝光光源发射的光的波长表现出负折射率；第一传输装置，将光刻板与所述负折射结构贴合，并且将所述光刻板和所述负折射结构置于所述器件衬底上方，与所述器件衬底间隔开投影间隙的投影距离，其中所述曝光光源发射光，依次通过所述光刻板、所述负折射结构、投影间隙投射到所述光致抗蚀剂上进行曝光。负折射成像光刻方法和设备无需传统投影光刻镜头所需的几十个面形和位置都为纳米精度的镜片，通过镀膜、电子束等集成加工方法就可实现，相比之下镜头研制成本可以急剧降低。同时所述方法具有无光轴成像特点，整个负折射成像结构具有空间平移对称性，考虑到当前平面元件的面形加工精度和元件尺寸，可以实现100mm2以上成像视场尺寸的光刻。由于基片与掩模之间物理隔离，该方法可以实现高精度对准、定位和多层纳米结构的套刻加工等操作。基于负折射成像光刻结构，本专利技术可以实现高分辨力的灰度光刻，用于多台阶或连续面形的加工。附图说明图1示出了根据本专利技术实施例的负折射成像光刻方法的流程图。图2示出了根据本专利技术实施例的负折射成像光刻设备的结构示意图。图3示出了负折射成像结构示意图。图4示出了负折射成像光刻方法的具体结构示意图。图5示出了曲面负折射成像结构示意图。图6示出了图2所示的负折射成像光刻设备200的具体结构示意图。图7示出了灰度光刻的示意图。图8示出了利用本专利技术实施例的负折射成像光刻方法和设备实现的二维图形成像光刻的示意图。附图标记1照明光束2光刻板掩模3负折射结构4正介电常数材料5负介电常数材料6传输光波7未感光光致抗蚀剂8成像器件衬底9感光后光致抗蚀剂10成像光刻镜头11图形输入层12成像输出层13保护层14保护窗格15曝光光源16基片调平与间隙控制系统17工作距检测系统18隔振平台19承片台20成像基片21对准定位系统22洁净箱或真空箱23灰度掩模24光强不均匀的成像场25包含二维图形垂直部分的掩模26包含二维图形水平部分的掩模27二维图形具体实施方式现在对本专利技术的实施例提供详细参考，其范例在附图中说明，图中相同的数字全部代表相同的元件。下面将参考附图详细描述本专利技术的实施例。图1示出了根据本专利技术实施例的负折射成像光刻方法的流程图。如图1所示，所述负折射率成像光刻方法包括：在器件衬底上涂覆光致抗蚀剂(S101)；制备负折射结构，其中所述负折射结构对于曝光光源发射的光的波长表现出负折射率(S102)；将光刻板与所述负折射结构贴合(S103)；将所述光刻板和所述负折射结构置于所述器件衬底上方，与所述器件衬底间隔开投影间隙的投影距离(S104)；以及曝光光源发射光，依次通过所述光刻板、所述负折射结构、投影间隙投射到所述光致抗蚀剂上进行曝光(S105)。图2示出了根据本专利技术实施例的负折射成像光刻设备的结构示意图。如图2所示，所述负折射成像光刻设备(200)，包括：曝光光源(201)；光致抗蚀剂涂覆装置(202)，在器件衬底(8)上涂覆光致抗蚀剂(7)；负折射结构(3)，其中所述负折射结构(3)对于所述曝光光源发射的光的波长表现出负折射率；第一传输装置(204)，将光刻板(2)与所述负折射结构贴合，并且将所述光刻板(2)和所述负折射结构(3)置于所述器件衬底(8)上方，与所述器件衬底(3)间隔开投影间隙的投影距离，其中所述曝光光源(1)发射光依次通过所述光刻板(2)、所述负折射结构(3)、投影间隙投射到所述光致抗蚀剂(7)上进行曝光。图3示出了负折射成像结构示意图。如图3所示，照明光束1透过光刻掩模2在负折射结构3中传输，最终在成像衬底8上的光刻胶7上聚焦成像。如图3右侧的插图所示，负折射成像结构可以由正介电常数材料4与负介电常数材料5交替堆叠而成。补充负折射率结构的限制条件。所述负折射结构的等效折射率为负值，具有负折射光学行为特性，包括多层膜负折射成像光刻结构、孔阵多层负折射成像光刻结构、复合负折射成像光刻结构和三维负折射结构。所述负折射率结构等效为各向异性材料后，其介电常数横向分量与纵向分量实部符号须互为异号，对于由金属、介质组成的复合结构，其等效介电常数横向分量为ε//＝f·εd+(1-f)·εm，纵向分量为ε⊥＝εd·εm/[f·εm+(1-f)·εd]，则ε//·ε⊥＜0以使所述负折射该结构呈现负折射特性，其中εd、εm分别为复合结构中介质材料与金属材料的介电常数，f为金属的体积填充比所述多层膜负折射成像光刻结构负折射结构由两种或两种以上具有不同介电常数的材料膜层交替排布组成，所述材料膜层的厚度满足负折射成像等效条件。了实现负折射效应，需要至少一种材料介电常数的实部为负，同时决定损耗特性的介电常数虚部满足能量损失效率需求。所述介电常数实部为负的材料包括单不局限于金、银、铝。在介电常数实部为负的材料中引入二维孔阵结构以调制等效介电常数和损耗特性实现负折射成像，从而形成所述孔阵多层负折射成像光刻结构。通过将多层膜与孔阵层结构组合设计以获得具有负折射率的复合负折射成像光刻结构，以实现深紫外、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负折射成像光刻方法，包括：在器件衬底上涂覆光致抗蚀剂；制备负折射结构，其中所述负折射结构对于曝光光源发射的光的波长表现出负折射率；将光刻板与所述负折射结构贴合；将所述光刻板和所述负折射结构置于所述器件衬底上方，与所述器件衬底间隔开投影间隙的投影距离；以及曝光光源发射光，依次通过所述光刻板、所述负折射结构、投影间隙投射到所述光致抗蚀剂上进行曝光。

【技术特征摘要】
1.一种负折射成像光刻方法，包括：在器件衬底上涂覆光致抗蚀剂；制备负折射结构，其中所述负折射结构对于曝光光源发射的光的波长表现出负折射率；将光刻板与所述负折射结构贴合；将所述光刻板和所述负折射结构置于所述器件衬底上方，与所述器件衬底间隔开投影间隙的投影距离；以及曝光光源发射光，依次通过所述光刻板、所述负折射结构、投影间隙投射到所述光致抗蚀剂上进行曝光。2.根据权利要求1所述的负折射成像光刻方法，其中所述负折射率结构等效为各向异性材料，其介电常数横向分量与纵向分量实部符号须互为异号，对于由金属、介质组成的复合结构，其等效介电常数横向分量为ε//＝f·εd+(1-f)·εm，纵向分量为ε⊥＝εd·εm/[f·εm+(1-f)·εd]，则ε//·ε⊥<0以使所述负折射该结构呈现负折射特性，其中εd、εm分别为复合结构中介质材料与金属材料的介电常数，f为金属的体积填充比。3.根据权利要求1所述的负折射成像光刻方法，其中所述负折射结构的等效折射率为负值，包括多层膜负折射成像光刻结构、孔阵多层负折射成像光刻结构、复合负折射成像光刻结构和三维负折射结构。4.根据权利要求3所述的负折射成像光刻方法，其中所述多层膜负折射成像光刻结构负折射结构由两种或两种以上具有不同介电常数的材料膜层交替排布组成，所述材料膜层的厚度满足负折射成像等效条件。5.根据权利要求1所述的负折射成像光刻方法，其中所述材料膜层的至少一种材料的介电常数的实部为负。6.根据权利要求5所述的负折射成像光刻方法，其中所述介电常数实部为负的材料包括金、银、铝。7.根据权利要求3所述的负折射成像光刻方法，其中在介电常数实部为负的材料中引入二维孔阵结构以调制等效介电常数和损耗特性实现负折射成像，从而形成所述孔阵多层负折射成像光刻结构。8.根据权利要求3所述的负折射成像光刻方法，其中通过将多层膜与孔阵层结构组合设计以获得具有负折射率的复合负折射成像光刻结构。9.根据权利要求3所述的负折射成像光刻方法，其中所述三维负折射结构是折射率为负的三维超材料结构。10.根据权利要求1所述的负折射成像光刻方法，其中在所述负折射成像结构与待光刻的器件衬底间填充液体，以增加负折射成像结构的等效数值孔径。11.根据权利要求1所述的负折射成像光刻方法，其中所述负折射结构两侧还包括图形输入层，所述图形输入层对所述掩模的图形层进行平坦化，所述图形输入层的组成材料为折射率高、损耗小的透明材料，优化所述图形输入的层厚度以使得与负折射结构的参数匹配。12.根据权利要求1所述的负折射成像光刻方法，其中所述负折射结构两侧还包括成像输出层，所述成像输出层配置为减小所述负折射结构与投影间隙所处的外界空间的等效折射率差异。13.根据权利要求12所述的负折射成像光刻方法，其中所述成像输出层上还设置保护层以保护所述成像输出层。14.根据权利要求13所述的负折射成像光刻方法，其中所述保护层上还设置了保护窗格，所述保护窗格环绕在保护层周围，以使所述负折射结构与光致抗蚀剂间隔开。15.根据权利要求1所述的负折射成像光刻方法，其中所述光刻掩模图形是沿同一方向排列的线条图形，并且选择电场偏振态与线条方向垂直的照明光场。16.根据权利要求1所述的负折射率成像光刻方法，其中所述负折射结构具有二元结构图形、台阶化和连续面形结构图形光刻能力、多层图形结构套刻光刻能力。17.根据权利要求16所述的负折射成像光刻方法，其中在台阶化和连续面形结构图形负折射成像光刻时，利用负折射成像光学传递函数的差异，使得不同台阶高度区域的图形成像强度存在差异，以获得多台阶图形。18.根据权利要求1所述的负折射成像光刻方法，其中所述光致抗蚀剂层的材料包括以下中的任一项：光致抗蚀剂、折射率光调制材料、吸收率光调制材料。...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗先刚，王彦钦，王长涛，刘玲，孔维杰，高平，
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