[发明专利]用于印制周期图案的方法和设备

说明书

一般来说，本发明涉及如用于制作微结构和纳米结构的光刻的领域，以及具体来说，涉及基于塔尔博特效应的光刻的领域。

光刻制作实现表面上的微图案和纳米图案的形成。光刻技术通过以对应于预期图案的强度分布将光敏表面暴露于光场来实现这个方面。光敏表面通常是直接涂敷在衬底表面上或者间接涂敷在其它材料的中间层之上的诸如光致抗蚀剂之类的感光材料薄层。光敏层中因曝光而发生的化学或物理变化在后续过程中用于得到衬底的材料中或者另一种材料的中间层中的预期图案。在最常用的光刻技术中，掩模中定义的图案的图像使用光学系统来投影到衬底表面上。

对于许多应用，要求包括在一维或二维中重复的图案特征的单胞的图案，即周期图案。一种用于将这类图案从掩模转移到衬底的专用光刻技术基于塔尔博特效应。当掩模中定义的周期图案采用准直单色光束来照射时，透射光场中的衍射级在所谓的塔尔博特平面中以离掩模的规则的距离来重构图案的“自映像”。对于线性光栅，称作塔尔博特距离的自映像的间隔S通过下式与照射波长λ以及图案的周期p相关

               S≈2p²/λ             等式(1)

虽然这个公式在p＞＞λ时(即，当光线以较小角度衍射时)具有良好精度，但是其近似程度在p的幅度接近λ时不太好。将涂敷光致抗蚀剂的衬底定位在这些平面之一导致掩模图案印制到光致抗蚀剂中(参见例如C.Zanke等人的“Large area patterning for photonic crystals via coherent diffraction lithography”(J.Vac.Sci.Technol.B22，3352(2004)))。此外，在自映像平面之间的中间距离，形成具有比掩模中的图案更高的空间频率的塔尔博特子图像，它们可通过将涂敷光致抗蚀剂的衬底放置在这些分数塔尔博特平面之一来印制。当掩模图案的占空比(即，作为特征周期的分数的特征的维度)选择成产生塔尔博特或分数塔尔博特平面中的强度分布的高对比度时，使用这些技术所实现的印制结果得到改进(参见美国专利No.4360586)。在现有技术中还已知，塔尔博特图像的对比度能够通过使用相移材料制作掩模中的周期图案来进一步增强。鉴于常规投影类型光刻系统对于这类图案的高成本，使用塔尔博特成像的光刻对于印制高分辨率周期图案是特别有利的。

但是，塔尔博特技术的一个主要缺点在于，自映像和子图像的强度分布对于离掩模的距离极为敏感，即，它们具有极窄的景深。这意味着，衬底需要相对掩模极准确地定位，以便正确印制光栅。这随着光栅周期降低而变得越来越困难，因为自映像和子图像的景深取决于图案周期的平方。此外，如果图案需要印制到不是非常平坦的衬底表面上，或者如果其表面上存在地形结构或者图案需要印制到厚光致抗蚀剂层中，则也许不能取得预期结果。

无色塔尔博特光刻最近作为用于以节省成本的方式来印制高分辨率周期图案的改进方法而引入(参见H.H.Solak等人的“Achromatic Spatial Frequency Multiplication：A Method for Production of Nanometer-Scale Periodic Structures”(J.Vac.Sci.Technol.，23，第2705-2710页(2005))以及美国专利申请no.2008/0186579)。它为光刻应用提供两个显著优点：首先，它克服了使用传统塔尔博特方法所遭遇的景深问题；以及其次，对于许多图案类型，它执行空间频率乘法，也就是说，它相对掩模中的图案的分辨率来增加印制特征的分辨率。在无色塔尔博特光刻(ATL)中，掩模采用来自光源的具有宽谱带宽的准直射束来照射，以及在离掩模的某个距离之外，透射光场形成所谓的静止图像，其强度分布随距离的进一步增加而保持不变。在线性光栅的情况下，这会发生的离掩模的最小距离d_min通过下式与掩模中的图案的周期p以及与照射的谱带宽Δλ相关：

               d_min≈2p²/Δλ             等式(2)