[发明专利]一种双模式高分辨干涉光刻装置及方法

说明书

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。

技术领域

本公开涉及干涉光刻技术领域，具体涉及一种双模式高分辨干涉光刻装置及方法。

背景技术

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。

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。

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。

发明内容

(一)要解决的技术问题

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。

(二)技术方案

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。

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。

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。

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。