[发明专利]一种光栅辅助纳米成像的光刻方法

说明书

技术领域

本发明属于超分辨显微成像及光刻领域，涉及一种利用光学成像镜头组对光场分布投影，利用光栅实现对传输波向倏逝波转化的超分辨成像光刻方法。

背景技术

随着半导体器件不断小型化的需求，实现纳米尺度的成像光刻已成为信息科学发展的瓶颈。近年来，一种基于人工电磁材料的超分辨成像器件hyperlens被提出，该器件能够实现对倏逝波的传输，从而获得超分辨成像光刻。然而这种器件存在诸多应用问题：首先，该器件受限于近场成像，物和像的位置处于近场关系，难以在实际中应用；其次，受限于损耗，这种器件的尺寸在1um以下，其视场很小，难以应用于大面积图形的光刻；不仅如此，该器件由于涉及复杂的纳米结构，难以加工，损耗以及加工精度的误差都会大幅度降低分辨力。基于以上原因，一种物像位置处于远场关系，且视场较大，结构简单易于加工的光学成像系统的发明迫在眉睫。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服常规超衍射成像光刻器件物像位置近场限制、视场小、加工困难等缺点，提出利用物方光栅和像方光栅实现传输波与倏逝波之间的转化，利用光学成像镜头组实现对光场分布投影成像光刻方法。照明光从物方光栅一侧照明，由于物像位置为远场关系，且由于视场仅取决于光学成像镜头组的大小，从而将视场拓展到与传统成像光学系统视场相当的尺寸。不仅如此，该成像光刻系统结构简单，易于加工，且避免了损耗对器件尺寸的限制。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种光栅辅助纳米成像的光刻方法，在纳米物体或纳米图形掩模下方放置一个用于频谱转换的物方光栅；在物方光栅下安装一个对光场分布投影成像的光学成像镜头组；在光学成像镜头组下方放置一个用于频谱转换的像方光栅；所述的物方光栅和所述的像方光栅分别放置在所述的光学成像镜头组的物面和像面处；像方光栅下为像方区域；从而纳米物体或纳米图形掩模与对应的像方区域的成像分别位于物方光栅和像方光栅的远离光学成像镜头组的一侧，分别对应于物方区域和像方区域，波长为λ的照明光从物方区域照射；所述的照明光为偏振光；纳米物体或纳米图形掩模的透射光场与光学成像镜头组之间利用物方光栅进行空间频谱信息转换；在纳米像场和光学成像镜头组之间则利用像方光栅进行空间频谱信息转换；物方光栅周期为d_up=d₁+d₂=2π/k_go=2π×M/k_gi；像方光栅周期为d_down=d₃+d₄=2π/k_gi，其中M为光学成像镜头组的放大倍率；k_gi为像方光栅所对应倒格矢，且满足关系NA×k₀+k_gi＝n×k₀；k_go为物方光栅所对应倒格矢；NA为光学成像镜头组的数值孔径；k₀为照明光的真空波矢k₀=2π/λ；n为物方区域和像方区域材料折射率；纳米物体或纳米图形掩模与物方光栅之间的距离满足：h₁<S_o×tan(NA/M+k_gi/(k₀×M))；纳米像场与像方光栅之间的距离满足：h₄<S_i×tan(NA+k_gi/k₀)，其中S_o和S_i分别为物方光栅和像方光栅视场；所述的光学成像镜头组为O₀面和I₀面之间实现光场复函数共轭成像关系的光学成像系统；纳米物体或纳米图形掩模包含有传输波信息和倏逝波信息，倏逝波信息可通过物方光栅衍射后转化为传输波信息并进入物方光栅和光学成像镜头组之间的空气区域，通过光学成像镜头组对光场分布投影后，传输到像方光栅，传输波通过像方光栅衍射后又转化为高频倏逝波，最后在像方区域成像。

其中，物方光栅和像方光栅为同一材料，可为金属光栅，或者介质光栅。

其中，所述照明光可以为红外光、可见光、或紫外光；其偏振可以为线偏振、自然偏振、椭圆偏振和圆偏振。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

①、本发明中物和像的位置关系很灵活，物像之间距离可为远场关系，从而便于实现。

②、本发明中成像视场取决于物方光栅和像方光栅之间的光学成像镜头组的尺寸，从而将视场拓展到与传统成像光学系统视场相当的尺寸。