[发明专利]增强照明数值孔径超分辨光刻成像设备及光刻成像方法

说明书

技术领域

本公开一般地涉及纳米光刻加工技术领域，更具体地，涉及一种利用高数值孔径照明场实现高对比度超分辨成像的光刻成像设备及光刻成像方法。

背景技术

随着现代光学成像技术发展，衍射现象成为限制成像光学系统分辨力的主要障碍。实现亚波长的光学超分辨率成像，将对纳米光刻加工、高分辨显微成像等高科技领域的发展具有重要意义。超透镜(Super lens)成像技术是近年来受到关注较多的一种新型的超高分辨率光学成像技术。它起源于Pendry提出的负折射率完美透镜(Perfect lens)。它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率限制的完美成像。但是自然界中并没有这种天然存在的具有负折射率的材料。2005年，根据静电近似将介电常数和磁导率分开处理而构建只针对具有横磁偏振态(TM)的入射光产生负折射效果。通过35nm厚的银膜，在实验上得到了1/6入射光波长(λ=365nm)的半周期分辨力。随后，各种使用银膜的超越衍射极限的成像尝试被报道。上述各种方法都是采用传统照明，即照明光源垂直照射到掩模平面。虽然上述方法提高了成像图形的分辨力，但是像强度对比和图形的均匀性还有待进一步提高。此外，空气间隔层(工作间隙)近乎为零，严重影响光刻效率和带来掩模损耗。

发明内容

鉴于上述问题，本公开的目的致力于提供增强照明数值孔径超分辨光刻成像设备及光刻成像方法。

根据本公开的实施例，可以通过提高照明场的数值孔径(NA)，来提高小线宽近场成像中的对比度。这种高NA照明场可以通过将离轴照明和高折射率的棱镜材料相结合而获得。另外，还可以进一步利用超透镜，实现在一定厚度间隔层情况下，近一步提高成像对比度和图形的均匀性。

根据本公开的一个方面，提供了一种光刻成像设备。该设备可以包括：照明光束产生装置，配置为产生照明光束，该照明光束具有NA>0的照明场，其中，照明光束通过掩模和成像层，将掩模图形成像在感光层空间。

根据本公开的实施例，照明光束产生装置可以包括：光源，配置为产生强度分布均匀光束；以及棱镜，其中均匀光束以一定角度倾斜入射到棱镜中。例如，光束可以入射到棱镜的侧表面上，并从棱镜的底面出射。

照明方式和棱镜结构可以根据掩模(纳米)图形的结构形式来确定。例如，针对沿于一维方向排布的线条图形，棱镜可以包括三角柱棱镜，均匀照明光束可以从棱镜两侧面入射，一维图形排布方向可以与棱镜的光出射面平行；对于沿二维正交方向排布的二维图形，棱镜可以包括梯形棱镜或金字塔棱镜，图形排布方向可以与棱镜的光出射面平行；对于其他排布方向例如三角形排布的二维图形，棱镜可以包括六角棱镜，图形排布方向可以与棱镜的光出射面平行。另外，对于复杂分布的图形，棱镜可以包括球棱镜，通过照明光束方向分布整形的光学系统，选择多个不同方向照明入射到球棱镜，照明方向与图形线条分布对应。

可以通过增大入射角度和/或选择棱镜的折射率来提高照明数值孔径。棱镜的材料选择可以根据照明光束的波长λ来确定。例如，可以选择在照明光束的波长下的透明玻璃材料，如照明光束的波长为365nm情况下，棱镜材料可以包括但不限于紫外透光的Al₂O₃、SiO₂等材料。可以根据棱镜的光出射面方向上掩模图形的特征尺寸(中心间距)d确定照明角度范围，例如n×sin(θ)位于0.8λ/(2d)～1.2λ/(2d)区间范围，n为棱镜材料的折射率，θ为照明光束与棱镜底面法线形成的夹角。

掩模可以包括掩模基底、在掩模基底上形成的掩模图形层、填充掩模图形层的填充层。可以通过折射率匹配液或粘合胶将掩模基底固定至棱镜的光出射面。成像层可以设置在填充层上。掩模基底与棱镜材料的折射率可以近似相同。填充层可以包括介质材料，包括但不限于PMMA等。成像层可以由介电常数为负的膜层构成，例如Au、Ag等。

在感光层背对照明光束的一侧可以形成反射式辅助成像层，在感光层面对照明光束的一侧可以形成透射式辅助成像层。透射式辅助成像层、感光层和反射式辅助成像层的叠层可以形成在适当的基底上。感光层可以包括光刻胶，辅助成像层可以包括介电常数为负的膜层，例如Au、Ag等。反射式辅助成像层与透射式辅助成像层可以包括相同的材料或者介电常数不同的材料。

成像层与透射式辅助成像层之间可以以一定厚度的间隔层进行隔离。该间隔层可以是空气层、真空层、液体层之一。