CN101216683A - 一种逆向照明接近接触纳米光刻装置 - Google Patents

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Abstract

一种逆向照明接近接触纳米光刻装置包括：基片、光刻胶、金属掩模版和均匀准直照明系统；在基片上面涂有光刻胶，在光刻胶接近接触放置金属掩模版，当均匀准直照明系统逆向照明，从基片侧向入射到基片上，在光刻胶和金属掩模版之间由于介电常数的匹配而激发了表面等离子体波，该表面等离子体波具有局部增强效应，通过表面等离子体波的传播，可以在不需要改动照明系统就将可以接近接触放置的金属掩模版上的图形转移到光刻胶上，实现超衍射纳米光刻目的，以极低成本实现纳米量级图形的制作。本发明既提高了光刻分辨力，又降低了成本，提高了工作效率。

Description

一种逆向照明接近接触纳米光刻装置
技术领域
本发明是一种逆向照明接近接触纳米光刻装置，属于光学微细加工技术中纳米器件制作的接近接触光刻技术领域。
背景技术
随着半导体行业集成度的提高，迫切需要解决如何突破光学光刻中衍射极限的限制，达到提高制作微纳图形的光刻设备的分辨力水平，已经成为现代光刻技术急需解决的核心问题。
在光学光刻系统中，根据瑞利公式，分辨力公式表示如下：分辨力＝k1(λ/NA)，其中λ为投影光刻系统的曝光波长，k1和k2为光刻工艺因子。因此可以通过提高投影光刻物镜的数值孔径(NA)，缩短曝光波长(λ)来提高分辨力，但随着数值孔径的增大，曝光波长的缩短，焦深迅速减小，同时造成成本急剧增加。“下一代”光刻技术(如极紫外光刻技术EUVL、电子束投影光刻技术EBL、X射线光刻技术XRL等)仍处于研究阶段，技术都不成熟，并且制造成本昂贵，效率低下，无法满足大规模生产的需求。本发明可以在不改变照明光波长λ的情况下通过逆向照明方式实现纳米量级图形的制作。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是：为克服上述技术的不足，提供一种逆向照明接近接触纳米光刻装置，该装置利用表面等离子体波的局部增强效应，实现纳米量级图形的制作，既提高了光刻分辨力，又降低了成本，提高了工作效率。
本发明的技术解决方案为：一种逆向照明接近接触纳米光刻装置包括：基片、光刻胶、金属掩模版和均匀准直照明系统；在基片上面涂有光刻胶，在光刻胶接近接触放置金属掩模版，当均匀准直照明系统逆向照明，从基片侧向入射到基片上，在光刻胶层和金属掩模版之间由于介电常数的匹配而激发了表面等离子体波，该表面等离子体波具有局部增强效应，通过表面等离子体波的传播，可以在不需要改动照明系统就将可以接近接触放置的金属掩模版上的图形转移到光刻胶上，实现超衍射纳米光刻目的，以极低成本实现纳米量级图形的制作。
所述的均匀准直照明系统由光学照系统、均匀准直透镜组、第一反射镜和第二反射镜组成，由光学照明系统发出的光，经过第一反射镜反射后汇聚到均匀准直透镜组上，均匀准直透镜组使发散的光线变成均匀准直的平行光后，由第二反射镜反射到基片的上表面。
所述的光学照明系统由光源和椭球反射镜组成，由光源发出的光为i线、或g线或更长波长的光，由椭球反射镜反射后，再由第一反射镜反射后汇聚到均匀准直透镜组上。
所述的均匀准直透镜组由均匀准直透镜、滤光片和、积分镜和场镜组成，均匀准直透镜使发散的光线变成均匀准直的平行光，再依次经过滤光片、积分镜和场镜作用后变成质量较好的准直平行光，最后由第二反射镜反射到基片上表面。
所述的金属掩模版材料为金、或银、或铜，掩模版厚度范围无限制，掩模图形直接写在金属表面即可。
所述的金属掩模版和光刻胶之间的距离从0到150纳米之间变化，对准标记可以同时制作在掩模版和基片上。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明的装置当照明光照射基片后由于短波长敏感的光刻胶不感光，所以会透过光刻胶层而照射到与光刻胶层接近接触放置的金属掩模版上，在光刻胶层和金属掩模版层之间由于介电常数的匹配而激发了表面等离子体波，该表面等离子体波具有局部增强效应，通过表面等离子体波的传播，可以在不需要改动照明系统就可以实现超衍射纳米光刻目的，以极低成本实现纳米量级图形的制作。
(2)本发明由传统的照明方式改为逆向照明方式，降低了由于金属掩模版的吸收而产生的衰减，从而可以增强照明光强度，有利于图形的转移，提高光刻分辨力。另外，对掩模版厚度的要求也大大降低，可以为任意厚度，均能将图形从掩模板转移到光刻胶上，同时，与传统光刻机兼容性好，具有成本低，生产效率高等优点。
(3)本发明极限分辨力的限制在于掩模图形的制作中，而不受衍射极限的限制，由于图形通过表面等离子体波的共振而转移，从理论上讲只要等离子体波波长所能达到的分辨力极限，只要有合适的光刻胶，就可以实现这种极限分辨力的光刻。而且由于没有衍射极限的限制，掩模版图形特征线宽无限制。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的光学照明系统组成示意图；
图3为本发明的均匀准直透镜组示意图；
图4为本发明的基片和光刻胶层示意图；
图5为本发明的金属掩模版层示意图。
具体实施方式
如图1、2、3所示，本发明由基片5、光刻胶6、金属掩模版7和均匀准直照明系统组成，其中均匀准直照明系统均匀准直照明系统由光学照系统、均匀准直透镜组2、第一反射镜3和第二反射镜4组成，光学照明系统由光源11和椭球反射镜12组成，均匀准直透镜组2由均匀准直透镜21、滤光片22、积分镜23和场镜24组成。由光源11(为汞灯)发出的光为i线、或g线或更长波长的光，由椭球反射镜12反射后，再由第一反射镜3反射后汇聚到均匀准直透镜组2上，由均匀准直透镜21使发散的光线变成均匀准直的平行光，再经过滤光片22、积分镜23和场镜24作用后变成质量较好的准直平行光，最后由第二反射镜4反射侧向入射到基片5上表面。
如图4、图5所示，在基片5上面涂有光刻胶层6，在光刻胶6接近接触放置金属掩模版7，金属掩模版7和光刻胶6之间的距离从0到150纳米之间变化，对准标记可以同时制作在掩模版和基片上。光线通过透明的基片5后，由于高分辨力光刻胶层6对该频段的入射光不敏感，所以光刻胶不会直接和入射光反应，当入射光照射到掩模版7上时，入射光激发了金属掩模版7表面自由电荷，这样就会使掩模版7和光刻胶6界面的自由电荷产生一种震荡状态，当入射光和表面电荷之间满足表面等离子体共振条件时，就会产生一种极强的共振状态，这种共振状态的波就是表面等离子体波，这种表面等离子体波具有自身的频率，而光刻胶对这种频率的波敏感，这样就可以将掩模版上的图形转移到光刻胶上。
如图4所示，基片5是由对照明光源透镜的石英或其他材料组成；光刻胶层6是由对短波长敏感的高分辨力光致抗蚀剂组成(正性、负性均可)，其厚度在0-150nm之间。
如图5所示，金属掩模版7可以采用金、银、铜等金属材料，只要能够满足和光刻胶之间的介电常数匹配关系即可，即金属的介电常数在照明光频率范围内实部为负数，而光刻胶的介电常数和金属介电常数的绝对值相等，其最大的特点对于金属掩模版的厚度没有要求，可以为任意数量级的数值，而金属掩模版上图形的厚度可以根据实际的掩模版制作工艺来确定，一般为50-100纳米，即图5中71厚度为50-100纳米，72厚度无限制，71是指掩模图形，而72则指的是掩模版中除掉图形后所剩下的部分。

Claims (8)

1.一种逆向照明接近接触纳米光刻装置，其特征在于包括：基片、光刻胶、金属掩模版和均匀准直照明系统；在基片上面涂有光刻胶，在光刻胶接近接触放置金属掩模版，当均匀准直照明系统逆向照明，从基片侧向入射到基片上，在光刻胶和金属掩模版之间由于介电常数的匹配而激发了表面等离子体波，该表面等离子体波具有局部增强效应，通过表面等离子体波的传播，可以在不需要改动照明系统就将可以接近接触放置的金属掩模版上的图形转移到光刻胶上，实现超衍射纳米光刻目的，以极低成本实现纳米量级图形的制作。
2.根据权利要求1中所述的逆向接近接触纳米光刻装置，其特征在于：所述的均匀准直照明系统由光学照系统、均匀准直透镜组、第一反射镜和第二反射镜组成，由光学照明系统发出的光，经过第一反射镜反射后汇聚到均匀准直透镜组上，均匀准直透镜组使发散的光线变成均匀准直的平行光后，由第二反射镜反射到基片的上表面。
3.根据权利要求2中所述的逆向接近接触纳米光刻装置，其特征在于：所述的光学照明系统由光源和椭球反射镜组成，由光源发出的光为i线、或g线或更长波长的光，由椭球反射镜反射后，再由第一反射镜反射后汇聚到均匀准直透镜组上。
4.根据权利要求2中所述的逆向接近接触纳米光刻装置，其特征在于：所述的均匀准直透镜组由均匀准直透镜、滤光片和、积分镜和场镜组成，均匀准直透镜使发散的光线变成均匀准直的平行光，再依次经过滤光片、积分镜和场镜作用后变成质量较好的准直平行光，最后由第二反射镜反射到基片上表面。
5.根据权利要求1中所述的逆向接近接触纳米光刻装置，其特征在于：所述的金属掩模版的材料为金、或银、或铜。
6.根据权利要求1或5中所述的逆向照明接近接触纳米光刻装置，其特征在于：所述的金属掩模版层的厚度为任意，掩模图形直接写在金属表面即可。
7.根据权利要求1中所述的逆向照明接近接触纳米光刻装置，其特征在于：所述的金属掩模版和光刻胶之间的距离从0到150纳米之间变化，对准标记可以同时制作在掩模版和基片上。
8.根据权利要求1中所述的逆向照明接近接触纳米光刻装置，其特征在于：所述的光刻胶6是由对短波长敏感的高分辨力光致抗蚀剂组成，正性、或负性均可，其厚度在0-150nm之间。
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