一种双模式高分辨干涉光刻装置及方法制造方法及图纸

本公开提供一种双模式高分辨干涉光刻装置及方法，包括：前端光路模块，沿光路依次包括激光光源、调节镜组和棱镜，激光光源产生的光经调节镜组的分束调节形成至少两束相干光，相干光垂直进入棱镜、经棱镜斜边全反射后在棱镜的底面汇聚；后端膜层模块，包括浸没式光刻模块或表面等离激元光刻模块；浸没式光刻模块包括匹配液层、衬底层、光刻膜层，相干光经棱镜的底面出射后在浸没式光刻模块中形成干涉并对光刻膜层进行曝光；表面等离激元光刻模块包括超透镜膜层、衬底层，超透镜膜层包括光刻胶层、金属层，汇聚后的相干光在棱镜底面外形成的倏逝波与超透镜膜层产生耦合并对光刻胶层进行曝光。本公开可兼容浸没式光刻和表面等离激元光刻两种模式。光刻两种模式。光刻两种模式。

【技术实现步骤摘要】
一种双模式高分辨干涉光刻装置及方法


[0001]本公开涉及干涉光刻
，具体涉及一种双模式高分辨干涉光刻装置及方法。

技术介绍

[0002]干涉光刻技术具有结构简单、价格低廉、高效率、高分辨以及大曝光面积等优点。利用干涉光刻，无需用到复杂光学系统或光刻掩模就可以大面积制备精细周期结构，例如光栅、点阵等，因此在传感、太阳能电池以及光子晶体等领域有较大的应用前景。然而，基于对电子和光电器件微型化和高度集成化的要求，现代信息技术对微纳制造加工精度的要求越来越高，而传统光学基本理论决定了分辨力必然会受到光学衍射极限的限制。例如激光干涉光刻，其最高分辨力一般为1/2～1/4波长。因此迫切需要发展能够有效延伸甚至突破衍射极限的新型干涉光刻技术。
[0003]要实现纳米级图形(100纳米以下)的制备，可参考传统的投影式光刻路线对光源波长进行持续缩减，从而提高其衍射极限分辨率。但该方案在技术难度和成本上都会显著增加，削弱了其结构简单和价格低廉的优势。除了减小波长之外，利用浸没式光刻技术，将掩模板与光刻胶之间填充高折射率的浸没液体可以减小曝光的等效波长，也是进一步提升极限分辨率的有效方法。但目前已有浸没式光刻技术也仅能将最高分辨力提升至1/4波长左右的程度。此外，浸没式光刻对于光刻胶，尤其是化学放大型光刻胶的材料也提出了较为苛刻的要求，有一定的局限性。
[0004]另一方面，表面等离激元(Surface Plasmon，SP)技术提供了一种新的可突破衍射极限的光刻方案。表面等离激元是一种存在于金属与介质界面处的表面电磁波。由于其波长远小于照明光的波长，因此可以实现超分辨光刻。基于SP的干涉光刻技术在大面积纳米结构制备方面有较大的应用前景，但目前报道的相关光刻装置大多基于仿真设计，具备实际工艺可行性的很少。

技术实现思路

[0005](一)要解决的技术问题
[0006]针对上述问题，本公开提供了一种双模式高分辨干涉光刻装置及方法，用于解决传统干涉光刻难以实现高分辨成像且难以兼容多种光刻模式等技术问题。
[0007](二)技术方案
[0008]本公开一方面提供了一种双模式高分辨干涉光刻装置，包括：前端光路模块，沿光路依次包括激光光源、调节镜组和棱镜，激光光源产生的光经调节镜组的分束调节形成至少两束相干光，相干光垂直进入棱镜、经棱镜的斜边全反射后在棱镜的底面汇聚；后端膜层模块，包括浸没式光刻模块或表面等离激元光刻模块；其中，浸没式光刻模块包括匹配液层、衬底层、光刻膜层，相干光经棱镜的底面出射后在浸没式光刻模块中形成干涉并对光刻膜层进行曝光；表面等离激元光刻模块包括超透镜膜层、衬底层，超透镜膜层包括光刻胶
层、金属层，汇聚后的相干光在棱镜底面外形成的倏逝波与超透镜膜层产生耦合并对光刻胶层进行曝光。
[0009]进一步地，浸没式光刻模块沿光路依次包括第一匹配液层、衬底层、光刻膜层、第二匹配液层，第一匹配液层填充于棱镜与衬底层之间的间隙；或浸没式光刻模块沿光路依次包括第一匹配液层、光刻膜层、衬底层，第一匹配液层填充于棱镜与光刻膜层之间的间隙。
[0010]进一步地，棱镜、匹配液层、衬底层、光刻膜层的折射率相近或相同，以使相干光在浸没式光刻模块中透射并形成干涉。
[0011]进一步地，匹配液层、衬底层、光刻膜层的结构和参数使用严格耦合波分析方法进行仿真和优化得到。
[0012]进一步地，表面等离激元光刻模块沿光路依次包括第一金属层、光刻胶层、第二金属层、衬底层；第一金属层与棱镜的底面接近或接触。
[0013]进一步地，光刻胶层、金属层的结构和参数以及棱镜与后端膜层模块之间的空气间隙使用严格耦合波分析方法进行仿真和优化得到。
[0014]进一步地，后端膜层模块为表面等离激元光刻模块时，棱镜上方还设置有检焦模块，检焦模块用于检测棱镜底面与后端膜层模块之间的间隙大小和间隙分布。
[0015]进一步地，棱镜为左右轴对称的棱台；棱镜为高折射率的材料，包括光学玻璃、石英玻璃、蓝宝石和金属卤化物晶体中的一种。
[0016]进一步地，激光光源的波长为157nm～436nm；调节镜组包括光斑扩束元件、偏振调节元件、空间滤波元件、半反半透镜元件、反射镜元件中的多种。
[0017]本公开另一方面提供了一种双模式高分辨干涉光刻的方法，包括：S1，利用激光光源发射激光；利用调节镜组将激光分束调节形成至少两束相干光并使其垂直进入棱镜；利用棱镜将相干光在其斜边进行全反射后在棱镜的底面汇聚；其中，激光光源、调节镜组和棱镜组成前端光路模块；S2，利用浸没式光刻模块使相干光经棱镜的底面出射后形成干涉并对光刻膜层进行曝光；浸没式光刻模块包括匹配液层、衬底层和光刻膜层；或利用表面等离激元光刻模块使汇聚后的相干光在棱镜的底面外形成的倏逝波与超透镜膜层产生耦合并对光刻胶层进行曝光；表面等离激元光刻模块包括超透镜膜层、衬底层，超透镜膜层包括光刻胶层、金属层。
[0018](三)有益效果
[0019]本公开的双模式高分辨干涉光刻装置及方法，以相干光束和棱镜组成前端光路模块，通过对后端膜层模块中的多种光刻膜层进行设计，实现了浸没式光刻和表面等离激元光刻两种模式的兼容，由于前端光路模块构造相对精密，而后端膜层模块体积小且易于更换，因此两种模式之间的切换灵活且操作简便。进一步通过对两种模式中多膜层的优化设计，对光刻胶厚度方向的光强和对比度均匀性进行调控，从而实现对比度优化以及焦深与工作距的拓展，可实现高分辨图形的制备。
附图说明
[0020]图1示意性示出了根据本公开实施例中双模式高分辨干涉光刻装置的结构示意图；
[0021]图2示意性示出了根据本公开实施例中后端膜层模块为浸没式光刻模块的结构示意图；
[0022]图3示意性示出了根据本公开实施例中后端膜层模块为表面等离激元光刻模块的结构示意图；
[0023]图4示意性示出了根据本公开实施例中激光光源和调节镜组的结构示意图；
[0024]图5示意性示出了根据本公开实施例一中前端光路模块的结构示意图；
[0025]图6示意性示出了根据本公开实施例一中棱镜的结构示意图；
[0026]图7示意性示出了根据本公开实施例一中采用严格耦合波分析方法仿真得到的光强分布示意图；
[0027]图8示意性示出了根据本公开实施例一中实测的扫描电镜图像；
[0028]图9示意性示出了根据本公开实施例二中棱镜的结构示意图；
[0029]图10示意性示出了根据本公开实施例二中采用严格耦合波分析方法仿真得到的光强分布示意图；
[0030]图11示意性示出了根据本公开实施例二中实测的扫描电镜图像；
[0031]图12示意性示出了根据本公开实施例三中采用严格耦合波分析方法仿真得到的对比度以及光强分布示意图；
[0032]图13示意性示出了根据本公开实施例三中实测的扫描电镜图像；
[0033]图14示意性示出了根据本公开对比例一中采用严格耦合波分析本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双模式高分辨干涉光刻装置，其特征在于，包括：前端光路模块，沿光路依次包括激光光源(1)、调节镜组(2)和棱镜(3)，所述激光光源(1)产生的光经所述调节镜组(2)的分束调节形成至少两束相干光，所述相干光垂直进入所述棱镜(3)、经所述棱镜(3)的斜边全反射后在所述棱镜(3)的底面汇聚；后端膜层模块，包括浸没式光刻模块或表面等离激元光刻模块；其中，所述浸没式光刻模块包括匹配液层(11)、衬底层(12)、光刻膜层(13)，所述相干光经所述棱镜(3)的底面出射后在所述浸没式光刻模块中形成干涉并对所述光刻膜层(13)进行曝光；所述表面等离激元光刻模块包括超透镜膜层(21)、衬底层(22)，所述超透镜膜层(21)包括光刻胶层(211)、金属层(212)，汇聚后的所述相干光在所述棱镜(3)的底面外形成的倏逝波与所述超透镜膜层(21)产生耦合并对所述光刻胶层(211)进行曝光。2.根据权利要求1所述的双模式高分辨干涉光刻装置，其特征在于，所述浸没式光刻模块沿光路依次包括第一匹配液层(111)、衬底层(12)、光刻膜层(13)、第二匹配液层(112)，所述第一匹配液层(111)填充于所述棱镜(3)与所述衬底层(12)之间的间隙；或所述浸没式光刻模块沿光路依次包括第一匹配液层(111)、光刻膜层(13)、衬底层(12)，所述第一匹配液层(111)填充于所述棱镜(3)与所述光刻膜层(13)之间的间隙。3.根据权利要求1所述的双模式高分辨干涉光刻装置，其特征在于，所述棱镜(3)、匹配液层(11)、衬底层(12)、光刻膜层(13)的折射率相近或相同，以使所述相干光在所述浸没式光刻模块中透射并形成干涉。4.根据权利要求1所述的双模式高分辨干涉光刻装置，其特征在于，所述匹配液层(11)、衬底层(12)、光刻膜层(13)的结构和参数使用严格耦合波分析方法进行仿真和优化得到。5.根据权利要求1所述的双模式高分辨干涉光刻装置，其特征在于，所述表面等离激元光刻模块沿光路依次包括第一金属层(2121)、光刻胶层(211)、第二金属层(...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗先刚，杨东旭，王彦钦，孔维杰，赵承伟，吴斯翰，赵泽宇，王长涛，
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：