CN109901362B - 二次成像光学光刻方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本公开提出了一种二次成像光学光刻方法和设备。所述二次成像光学光刻方法包括：将光刻掩模板与柔性透明转移衬底紧密接触；用第一光源通过所述光刻掩模板照射所述柔性透明转移衬底的感光层，以将所述光刻掩模板的图案转移到所述柔性透明转移衬底的感光层；在用于制作器件的器件衬底上涂覆光致抗蚀剂；将所述柔性透明转移衬底与已涂覆光致抗蚀剂的器件衬底紧密接触；用第二光源通过所述柔性透明转移衬底照射所述器件衬底，以通过对所述光致抗蚀剂曝光将所述柔性透明转移衬底的感光层的图案转移到所述器件衬底的光致抗蚀剂上；对包括已曝光光致抗蚀剂的所述器件衬底进行显影，得到与所述光刻掩模板的图案一致的器件图案。

Description

二次成像光学光刻方法和设备
技术领域
本发明涉及一种光刻领域，尤其涉及一种通过二次成像过程实现高分辨和超分辨的二次成像光学光刻方法及设备。
背景技术
光学光刻是微纳制造的重要技术途径之一，广泛应用于集成电路、光电子器件、新材料制造、生物医疗等领域。投影光刻设备的分辨率取决于投影物镜的数值孔径NA和光源波长wl。为了获得高分辨力光刻，传统光刻装备的投影物镜数值孔径越来越高。目前的NA已经突破1：如果采用浸没物镜，NA还可以达到1.4。传统光学光刻的成像物镜存在分辨力衍射极限限制，线宽分辨率截止于0.25倍波长，该波长为浸没材料中的光源波长。因此，高分辨光刻设备的光源波长越来越短，从365nm 逐步降低到248nm、193nm，甚至目前采用EUV光源(波长约13nm)。高数值孔径投影物镜、波长不断压缩的光源，导致传统高分辨力投影光刻设备(stepper and scanner of photo lithography)的价格越来越高，单台价格高达上千万-上亿美金。
除了投影成像光刻方式之外，接近接触式光刻设备也广泛应用于科研和产业领域。但是接近接触式光刻设备面临分辨力低(1微米左右)、掩模图形与硅片等硬质衬底接触摩擦、图形易损伤、使用寿命有限等不足。
为了实现低成本、高分辨力和高效的纳米加工技术，还发展了纳米压印技术。由于采用物理挤压的图形传递方式，纳米压印的压印模板与传统掩模无法兼容，也无法与传统光刻胶材料和工艺兼容。另外，纳米压印的脱模工艺对图形传递质量影响很大，带来缺陷多、压印材料和工艺复杂等问题。
表面等离子体(surface Plasmon，SP)光刻是近年来科研人员提出的一种超分辨成像纳米光刻方法。它起源于英国帝国大学Pendry教授提出的负折射率完美透镜(Perfectlens)(Pendry JB，Negative Refraction Makes a Perfect Lens.Phys.Rev.Lett.85，3966-3969 (2000))。完美透镜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力限制的完美成像。然而，自然界中并没有这种天然存在的具有负折射率的材料，利用具有负介电常数的金属薄膜，在横磁偏振态(TM)的入射光作用下，激发表面等离子体波(Surface Plasmon Wave，SPW)，可以在金属薄膜两侧产生超分辨成像效果。
相比于纳米压印技术，SP光刻所用光刻胶、感光显影工艺与传统光刻技术兼容，不存在压印模板剥离等难题。但是，已有报道的SP光刻技术，面临以下难题：1)由于掩模与硬质衬底(薄玻璃片、硅片等)、柔性膜等材料在曝光时需紧密接触，故掩模图形容易污染和损伤，从而影响使用寿命，并带来光刻图形缺陷；2)掩模与常用衬底均为硬质材料，即便在压力作用下接触，二者的面形也无法严格匹配和紧密贴合，二者之间必然存在一定厚度不均的间隙分布；而SP光刻成像的对比度、强度对间隙非常敏感，从而导致大面积图形光刻效果分布差异，甚至严重缺陷；3)由于光刻环境中存在灰尘，且掩模在多次使用过程中，不可避免会附着尘埃颗粒，从而影响掩模与衬底的紧密接触，也会导致大面积SP 光刻图形的不均匀、缺陷等严重问题。
发明内容
为了至少解决上述技术问题，本发明提出了一种通过二次成像过程实现高分辨和超分辨的二次成像光学光刻方法及设备。
根据本发明的一个方面，提出了一种二次成像光学光刻方法，包括：将光刻掩模板与柔性透明转移衬底紧密接触，所述柔性透明转移衬底包括具有感光层的第一近场成像结构；用第一光源通过所述光刻掩模板照射所述柔性透明转移衬底的感光层，以将所述光刻掩模板的图案转移到所述柔性透明转移衬底的感光层；在用于制作器件的器件衬底上涂覆光致抗蚀剂；将所述柔性透明转移衬底与已涂覆光致抗蚀剂的器件衬底紧密接触；用第二光源通过所述柔性透明转移衬底照射所述器件衬底，以通过对所述光致抗蚀剂曝光将所述柔性透明转移衬底的感光层的图案转移到所述器件衬底的光致抗蚀剂上；以及对包括已曝光光致抗蚀剂的所述器件衬底进行显影，得到与所述光刻掩模板的图案一致的器件图案。
根据本发明的另一个方面，还提出了一种二次成像光学光刻设备，包括：第一传输装置，所述第一传输装置将光刻掩模板与柔性透明转移衬底紧密接触，所述柔性透明转移衬底包括具有感光层的第一近场成像结构；第一光源，在所述光刻掩模板与所述柔性透明转移衬底紧密接触的位置，所述第一光源通过所述光刻掩模板照射所述柔性透明转移衬底的感光层，以将所述光刻掩模板的图案转移到所述柔性透明转移衬底的感光层；光致抗蚀剂涂覆装置，所述光致抗蚀剂涂覆装置在用于制作器件的器件衬底上涂覆光致抗蚀剂；第二传输装置，所述第二传输装置将所述柔性透明转移衬底与已涂覆光致抗蚀剂的器件衬底紧密接触；第二光源，在所述柔性透明转移衬底与已涂覆光致抗蚀剂的器件衬底紧密接触的位置处，所述第二光源通过所述柔性透明转移衬底照射所述器件衬底，以通过对所述光致抗蚀剂曝光将所述柔性透明转移衬底的感光层的图案转移到所述器件衬底的光致抗蚀剂上；以及显影刻蚀装置，所述显影刻蚀装置对包括已曝光光致抗蚀剂的所述器件衬底进行显影，得到与所述光刻掩模板的图案一致的器件图案。
通过使用低成本的柔性透明转移衬底的感光层作为图形转移结构，避免了曝光时掩模板与硬质衬底的硬接触，减轻了掩模污染和损伤，增长了掩模使用寿命。由于柔性透明转移衬底容易与掩模板或器件衬底紧密贴合，它们之间的间隙极小且分布均匀，从而可以获得大面积、高对比度、均匀的光刻图形。通过将柔性透明转移衬底存储在密闭的存储装置中并且为光刻设备配备空气净化箱、洁净空气循环系统等，可以显著降低光刻环境的污染并且减少附着在掩模的灰尘颗粒。可以一次性地使用柔性透明转移衬底，以最大化地降低灰尘颗粒对光刻的不利影响。柔性透明转移衬底不受器件衬底的厚度、硬度、柔性等限制，可以与器件衬底均匀地紧密贴合，摆脱了利用硬质掩模并紧密贴合时对器件衬底的苛刻要求。
附图说明
本发明的目的、特征及优势将结合以下附图进行详细描述：
图1示出了根据本发明实施例的二次成像光学光刻流程图。
图2示出了根据本发明实施例的二次成像光学光刻设备的结构示意图。
图3示出了第一次成像的示意图。
图4示出了第二次成像示意图。
图5示出了二次成像光学光刻的柔性面-平面操作模式的示意图。
图6示出了二次成像光学光刻的柔性面-曲面操作模式的示意图。
图7示出了二次成像光学光刻的滚筒-滚筒操作模式的示意图。
图8示出了二次成像光学光刻设备的一个示例结构示意图。
附图标记
1 柔性透明转移衬底
2 透明柔性材料层
3 第一次近场成像膜层
4 感光层
5 掩模透射光场
6 掩模图案
7 掩模板衬底
8 第一次成像照明光束
9 密闭腔
10 泵入气体
11 柔性透明转移衬底的透射光场
12 包括光刻胶和第二近场成像结构在内的光致抗蚀剂层
13 第二近场成像结构
14 光刻胶
15 器件衬底
16 第二次成像照明光束
17 洁净箱或真空箱
18 第一次成像曝光光源
19 对准和定位机构
20 靠近和接触机构
21 承片台
22 第二次成像曝光光源
23 涂覆有光刻胶的平面器件衬底
24 涂覆有光刻胶的曲面器件衬底
25-1、25-2、25-3 第一滚筒、第二滚筒、第三滚筒
26 外表面加工有掩模图案的滚筒
27 涂覆有光刻胶的柔性膜
具体实施方式
现在对本发明的实施例提供详细参考，其范例在附图中说明，图中相同的数字全部代表相同的元件。下面将参考
本发明利用具有感光层和近场成像层结构的柔性透明转移衬底，经过两次成像过程将掩模图形传递至硬质衬底上的光刻胶，可以降低对于昂贵的光刻板的损伤，并且可以实现大面积、均匀、高分辨甚至超分辨的成像光学光刻。
图1示出了根据本发明实施例的二次成像光学光刻流程图。通过将掩模图形以高分辨甚至超分辨方式传递至光刻胶中，可以用于后续加工。如图1所示，所述二次成像光学光刻方法，包括：将光刻掩模板与柔性透明转移衬底紧密接触，所述柔性透明转移衬底包括具有感光层的第一近场成像结构(S101)；用第一光源通过所述光刻掩模板照射所述柔性透明转移衬底的感光层，以将所述光刻掩模板的图案转移到所述柔性透明转移衬底的感光层(S102)；在用于制作器件的器件衬底上涂覆光致抗蚀剂(S103)；将所述柔性透明转移衬底与已涂覆光致抗蚀剂的器件衬底紧密接触(S104)；用第二光源通过所述柔性透明转移衬底照射所述器件衬底，以通过对所述光致抗蚀剂曝光将所述柔性透明转移衬底的感光层的图案转移到所述器件衬底的光致抗蚀剂上(S105)；以及对包括已曝光光致抗蚀剂的所述器件衬底进行显影，得到与所述光刻掩模板的图案一致的器件图案(S106)。
图2示出了根据本发明实施例的二次成像光学光刻设备的结构示意图。如图2所示，所述二次成像光学光刻设备200可以包括：第一传输装置201，所述第一传输装置将光刻掩模板与柔性透明转移衬底紧密接触，所述柔性透明转移衬底包括具有感光层的第一近场成像结构；第一光源202，在所述光刻掩模板与所述柔性透明转移衬底紧密接触的位置，所述第一光源通过所述光刻掩模板照射所述柔性透明转移衬底的感光层，以将所述光刻掩模板的图案转移到所述柔性透明转移衬底的感光层；光致抗蚀剂涂覆装置203，所述光致抗蚀剂涂覆装置在用于制作器件的器件衬底上涂覆光致抗蚀剂；第二传输装置204，所述第二传输装置将所述柔性透明转移衬底与已涂覆光致抗蚀剂的器件衬底紧密接触；第二光源205，在所述柔性透明转移衬底与已涂覆光致抗蚀剂的器件衬底紧密接触的位置处，所述第二光源通过所述柔性透明转移衬底照射所述器件衬底，以通过对所述光致抗蚀剂曝光将所述柔性透明转移衬底的感光层的图案转移到所述器件衬底的光致抗蚀剂上；以及显影刻蚀装置206，所述显影刻蚀装置对包括已曝光光致抗蚀剂的所述器件衬底进行显影，得到与所述光刻掩模板的图案一致的器件图案。
在将光刻掩模板与柔性透明转移衬底紧密接触时，将硬质的光刻掩模板的掩模图形一侧与柔性透明转移衬底的感光层一侧紧密贴紧。在将所述柔性透明转移衬底与已涂覆光致抗蚀剂的器件衬底紧密接触时，将所述柔性透明转移衬底的感光层一侧与所述器件衬底的已涂覆光刻胶一侧紧密贴紧。在对包括已曝光光致抗蚀剂的所述器件衬底进行显影之后，需要对显影后的结构进行刻蚀，将图形传递至衬底上，从而得到与所述光刻掩模板的图案一致的器件图案。
图3示出了第一次成像的示意图。如图3所示，利用泵入气体10 使柔性透明转移衬底1紧贴于掩模图案6表面。在第一光源的第一次成像照明光束8入射下，掩模图案6的透射光场5使得柔性透明转移衬底 1中的感光层4感光，从而将掩模图案6的图形传递至柔性透明转移衬底1中。如图3右侧的放大图所示，在所述第一近场成像结构中，所述感光层夹在所述第一近场成像层结构之间。具体地，所述柔性透明转移衬底1是在透明柔性材料层2表面依次加工近场成像膜层3与感光层4，使感光层4位于近场成像膜层3组成的腔体中。
具体地，所述感光层对于所述第一光源的波长敏感并且对于所述第二光源的波长不敏感。所述第一光源的成像光场对所述感光层的透射率进行调制，以得到由所述透射率加以表示的柔性透明转移衬底的图案。根据本公开的实施例，感光层可以是多层材料组成的，目的是增大成像光场对感光层透过率或吸收率的调制范围，使得感光层可以很好地记录掩模图形。所述感光层由多层材料组成，其中所述感光层的组成材料包括：水溶性重氮盐(water-soluble diazonium salts)、氧化石墨烯 (Graphene oxide)以及高能离子束轰击敏感玻璃(high energy beam sensitive glass)等等。在第一光源的第一次照明条件E1下，感光层材料的被照射区域的透过率或/和折射率需出现明显变化；而在第二光源的第二次照明条件E2下，感光层材料的透过率或/和折射率变化很小，目的是防止第二次照明时对感光层记录图形的破坏。感光层中的多层材料的排布方式可以包括高折射率/低折射率/高折射率交替排布方式，以形成共振腔结构，从而显著提升第一次照明条件E1下对感光层透过率或吸收率的调制范围。目的在于使得感光层的照射与未照射区域的透过率或吸收率存在明显差异，提高感光层记录图形的保真度。
具体地，所述第一近场成像结构在所述第一光源的照射下，掩模图形与感光层在距离小于照明光波长的近场间隔距离条件下，将掩模图形以光场成像方式记录在所述感光层的材料中。通过将在第一光源的波长下具有负介电常数的金属膜层材料设置在所述感光层材料一侧或者两侧来形成所述第一近场成像结构，从而将携带有掩模图形细节信息的光场有效地耦合放大至感光层中，实现掩模图形在感光层中的高分辨和超分辨成像并记录下来。所述第一近场成像结构在第一光源的照明条件E1并且掩模板与感光层处于近场间距下，将掩模图形以光场成像的方式传递至感光层中，其中近场间距指的是小于光源波长的距离。
图4示出了第二次成像示意图。如图4所示，利用泵入气体10使柔性透明转移衬底1紧贴于包括光刻胶和第二近场成像结构在内的光致抗蚀剂层12表面。在第二光源的第二次成像照明光束16入射下，柔性透明转移衬底1的透射光场11作用于包括光刻胶和第二近场成像结构在内的光致抗蚀剂层12，将柔性透明转移衬底1记录的图形成像至光刻胶14中。所述二次成像光学光刻方法还包括在所述光致抗蚀剂的一侧或两侧设置第二近场成像结构。如图4右侧的放大图所示，光刻胶14上下两侧为近场成像膜层13。通过将在第二光源的波长下具有负介电常数的金属膜层材料设置在所述光致抗蚀剂材料的一侧或者两侧来形成所述第二近场成像结构。所述近场成像结构可以进一步提高成像分辨力、焦深和保真度。所述近场成像结构的材料可以是在第二光源的照明条件E2的波长下具有负介电常数的金属膜层材料，包括和不限于金、银、铝等。可以在在柔性透明转移衬底和器件衬底上设计成像结构，从而可以实现物像1∶1倍率的成像、或者缩小倍率的成像，也可以实现周期图形的干涉成像效果。缩小倍率成像和干涉成像可以容易在感光层或光刻胶中实现超分辨成像效果。
通过所述第一近场成像结构和/或所述第二近场成像结构来调节成像倍率和/或周期性图形干涉。所述柔性透明转移衬底在第二光源的照明条件下具有高透射率。另外，所述柔性透明转移衬底应该具有合适的机械性能和厚度、良好的柔韧性和热稳定性，使得所述柔性透明转移衬底可以与掩模板、硬质的器件衬底良好贴合，并且可以实现良好的间隙均匀性，从而实现良好地近场成像效果。所述柔性透明转移衬底的材料包括并不局限于以下中的任一项：有机玻璃(Polymethyl methacrylate， PMMA)、聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)、聚酰亚胺 (Polyimide，PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate，PET)等。
所述第一光源和所述第二光源的照明条件存在明显差异，所述差异包括以下中的任一项：波长、强度、时间、偏振态、方向等。例如这两种照明条件E1和E2存在明显差异，一方面是为了分别满足两次成像对照明条件的要求，另一方面是降低或避免两次成像过程的相互干扰。即，在第二次成像过程中将感光层中记录的图形转移至光刻胶中时，降低或避免第二次成像对感光层的不利影响，减小掩模图形传递至光刻胶时出现的失真。这种照明条件差异的作用在于确保：在照明条件E1下，掩模图形能被有效地记录在柔性透明转移衬底的感光层中；而在照明条件E2 状态下，柔性透明转移衬底的感光层能够产生与掩模图形一致的光场亮暗分布，从而有效成像在硬质衬底上的光刻胶中。另外，在照明条件E2 的条件下，柔性透明转移衬底的感光层在多次使用过程中应该没有明显的图像信息变化和退化情况。
在将所述光刻掩模板的图案转移到所述柔性透明转移衬底的感光层之后，对所述柔性透明转移衬底执行照明后处理以加强和固化所述掩模图形在所述感光层中的记录效果。所述照明后处理可以包括加热或退火。另外所述照明后处理可以减轻感光层所记录的图形出现的退化现象。
所述光致抗蚀剂层的材料包括以下中的任一项：光刻胶、折射率光调制材料、吸收率光调制材料。也就是说，所述光刻胶层可以替换为其它类型感光材料。通过必要的处理，可以通过所述感光材料实现非形貌形式的硬质器件衬底上的微纳结构加工。
图5示出了二次成像光学光刻的柔性面-平面操作模式的示意图。如图5所示，所述器件衬底23的表面为平面。在两次成像过程中，柔性透明转移衬底分别与掩模光刻板板、硬质的器件衬底23紧密接触而后进行成像操作，最终将掩模图形转移到平面硬质器件衬底的光刻胶中，从而实现1：1倍率或者干涉成像。在所述平面成像操作方式中，将包含感光层的柔性透明转移衬底1放置于涂覆有光刻胶的平面器件衬底23上实现曝光成像。
图6示出了二次成像光学光刻的柔性面-曲面操作模式的示意图。如图6所示，所述器件衬底24的表面可以是曲面。器件衬底24的表面涂覆光刻胶，将包含有感光层的柔性透明转移衬底1与曲面器件衬底24紧密且均匀接触，将掩模图形传递至曲面器件衬底的光刻胶中，这种成像方式可以实现缩小倍率的成像。
图7示出了二次成像光学光刻的滚筒-滚筒操作模式的示意图。如图 7所示，在滚筒-滚筒成像操作方式中，将包含感光层的柔性透明转移衬底1、涂覆有光刻胶的柔性膜27分别缠绕在两个滚筒25-1、25-2上，将光刻掩模板制作加工于滚筒26的表面，并且滚筒26内部有第一次成像曝光光源18，用于将滚筒26表面的掩模图形传递至柔性透明转移衬底1的感光层上以实现第一次成像。利用滚筒25-3使得包含曝光后感光层的柔性透明转移衬底1与涂覆有光刻胶的柔性转移衬底27紧密贴合在一起，并在第二次成像曝光光源22照明下将感光层记录的图形转移至光刻胶上，从而实现第二次成像，最终获得记录有掩模图形的光刻胶柔性膜，用于后续加工流程。也就是说，所述光刻掩模板设置在第一滚筒的外表面处，并且所述第一滚筒内部设置了第一光源，未曝光的柔性透明转移衬底缠绕在源滚筒上，已曝光的柔性透明转移衬底缠绕在第一收纳滚筒上，涂覆了光致抗蚀剂的柔性器件衬底缠绕在第二收纳滚筒上，所述方法还包括：通过所述源滚筒、所述第一滚筒、所述第一收纳滚筒和所述第二收纳滚筒依次滚动，并且分别利用所述第一光源照射展开的未曝光的柔性透明转移衬底以将所述掩模光刻板的图案转移到所述柔性透明转移衬底，利用所述第二光源通过所述柔性透明转移衬底的图案照射涂覆了光致抗蚀剂的柔性器件衬底，以将所述柔性透明转移衬底的图案转移到所述柔性器件衬底上。通过滚筒转动，掩模图形依次成像在柔性透明转移衬底和涂覆有光刻胶的柔性器件衬底上，从而同步实现了掩模图案的转移。
在图6和图7所示的曲面成像操作方式及滚筒-滚筒成像操作方式中，曲面成像操作方式将包含感光层的柔性透明转移衬底1紧贴于涂覆有光刻胶的曲面器件衬底24上实现曝光成像，滚筒-滚筒成像操作模式通过滚筒的协调操作，实现第一次柔性透明转移衬底的感光层成像和器件衬底的光刻胶成像的连续操作。
图8示出了二次成像光学光刻设备的一个示例结构示意图。如图8 所示，所述二次成像光学光刻设备包括：洁净箱或真空箱17、第一次成像曝光光源18、第二次成像曝光光源22、对准和定位机构19、靠近和接触机构20、承片台21以及器件衬底和柔性透明转移衬底。
根据本发明实施例所述的二次成像光学光刻设备还可以包括密闭的存储装置，其中所述柔性透明转移衬底设置在所述密闭的存储装置中。另外，根据本发明实施例的二次成像光学光刻设备还可以包括柔性膜施压装置，通过真空吸附或充气柔性膜接触实现所述紧密接触。根据本发明实施例所述的二次成像光学光刻设备还可以包括真空装置，其中所述紧密接触操作在所述真空装置的真空环境下执行。真空吸附是将柔性膜与掩模、硬质衬底间空隙内的空气抽真空，在外部大气压下将其压紧。而充气柔性膜接触是通过吹气的方式对柔性膜施加压力，使柔性膜与掩模或硬质衬底紧密接触。还可以配置衬底间隙不均匀性和气泡检测机构，以在线地监测两次成像过程中紧密接触的状态、可能存在的缺陷，以便进行实时反馈。通过调节控制系统使衬底间隙重新均匀，可以持续获得高质量的光刻结果。
根据本发明实施例的光刻设备还可以包括：光源和照明系统、靠近和接触机构、对准和定位机构、柔性透明薄膜材料的存储和收纳机构，相关检测和控制机构等。靠近和接触机构功能是调平掩模与衬底并使其均匀接触，对准和定位机构功能是进行衬底标记的定位并与掩模图形对准，相关检测和控制机构有衬底颗粒检测机构、衬底间隙不均匀性和气泡检测机构、空气净化箱、洁净空气循环系统等。所述光刻设备配置的两种照明条件的光源，分别对应于照明条件E1和照明条件E2。另外为了避免尘埃颗粒污染，光刻设备可以配备用于未曝光柔性透明转移衬底的密闭存储装置。另外，根据磨损、尘埃颗粒污染等情况以及对成像质量的要求，可以限定柔性透明转移衬底的使用次数。例如，可以选用一次性柔性透明转移衬底，最大化避免空气中尘埃颗粒污染，使成像质量达到最优。另外，还对柔性透明转移衬底的感光层一侧的外表面、器件衬底的光刻胶一侧的外表面有一定要求，以严格控制表面粗糙度、颗粒、划痕等，以确保两次成像过程中，柔性透明转移衬底感光层与掩模或硬质衬底紧密和均匀接触，减少缺陷。例如，所述表面控制方法可以包括尽可能地滤除配制感光层材料和光刻胶溶液中未溶解的溶质颗粒、涂覆膜层时严格控制周围环境的洁净度、妥善保存和使用等。
所述光刻设备中可以包括：空气净化箱、洁净空气循环系统等，以维持光刻环境中高的空气洁净度。所述成像光刻区域可以配置洁净度检测、柔性透明转移衬底表面尘埃颗粒检测机构，以在线监测成像光刻区域的洁净情况，并及时进行反馈，便于进行相关系统调节，使得成像光刻区域的空气洁净度满足光刻要求。
下面结合图1、图2和图8，具体描述本发明的二次成像光刻方法的实施过程。首先，选择表面光滑的PDMS作为第一次成像柔性透明转移衬底；然后在PDMS上蒸镀20nm厚度的银膜；在获得的银膜表面旋涂50nm厚度的水溶性重氮盐p-diazodiphenylamine chloridezinc chloride(DZS) 膜层；在DZS膜层表面蒸镀20nm厚度的银膜；将周期为128nm，占空比为 0.7，厚度为40nm的铬掩模板放置于所述柔性透明转移衬底上并使其贴紧；采用中心波长为365nm、光强为100mW/cm2的紫外光LED作为第一光源，从铬掩模板一侧进行曝光，曝光时间为25s，使柔性透明转移衬底中的DZS 膜层感光；选择表面粗糙度很小的硅衬底作为第二次成像的器件衬底；在硅衬底表面溅射50nm厚度的银膜；在得到的银膜表面旋涂30nm厚度的光刻胶AR3170；在得到的光刻胶AR3170表面蒸镀20nm的银膜；将获得的柔性透明转移衬底放置于所述二次成像的器件衬底上，并使之贴紧，其中柔性透明转移衬底的银表面与第二次器件衬底银表面相接触；采用中心波长为365nm、光强为1mW/cm2的紫外LED作为第二光源，从柔性透明转移衬底一侧进行曝光，曝光时间为12s，将柔性透明转移衬底记录的图形转移至光刻胶；移除柔性透明转移衬底；用胶布剥离第二次器件衬底光刻胶表面的银膜；将得到的结构放入AZ300显影液中进行显影处理，显影时间为20s，并将显影后的结构吹干；在光刻胶上获得周期光栅结构，其周期为128nm，线宽为64nm；进行后续刻蚀处理，得到器件衬底表面上的所需图案。
通过使用低成本的柔性透明转移衬底的感光层作为图形转移结构，避免了曝光时掩模板与硬质衬底的硬接触，减轻了掩模污染和损伤，增长了掩模使用寿命。由于柔性透明转移衬底容易与掩模板或器件衬底紧密贴合，它们之间的间隙极小且分布均匀，从而可以获得大面积、高对比度、均匀的光刻图形。通过将柔性透明转移衬底存储在密闭的存储装置中并且为光刻设备配备空气净化箱、洁净空气循环系统等，可以显著降低光刻环境的污染并且减少附着在掩模的灰尘颗粒。可以一次性地使用柔性透明转移衬底，以最大化地降低灰尘颗粒对光刻的不利影响。柔性透明转移衬底不受器件衬底的厚度、硬度、柔性等限制，可以与器件衬底均匀地紧密贴合，摆脱了利用硬质掩模并紧密贴合时对器件衬底的苛刻要求。
尽管已经参考本发明的典型实施例，具体示出和描述了本发明，但本领域普通技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行形式和细节上的多种改变。

Claims (29)

1.一种二次成像光学光刻方法，包括：
将光刻掩模板与柔性透明转移衬底紧密接触，所述柔性透明转移衬底包括具有感光层的第一近场成像结构，其中所述感光层由多层材料组成，所述感光层中的多层材料的排布方式包括高折射率/低折射率/高折射率交替排布方式，以形成共振腔结构；
用第一光源通过所述光刻掩模板照射所述柔性透明转移衬底的感光层，以将所述光刻掩模板的图案转移到所述柔性透明转移衬底的感光层；
在用于制作器件的器件衬底上涂覆光致抗蚀剂；
将所述柔性透明转移衬底与已涂覆光致抗蚀剂的器件衬底紧密接触；
用第二光源通过所述柔性透明转移衬底照射所述器件衬底，以通过对所述光致抗蚀剂曝光将所述柔性透明转移衬底的感光层的图案转移到所述器件衬底的光致抗蚀剂上；以及
对包括已曝光光致抗蚀剂的所述器件衬底进行显影，得到与所述光刻掩模板的图案一致的器件图案，
其中所述第一近场成像结构在所述第一光源的照射下，掩模图形与感光层在距离小于照明光波长的近场间隔距离条件下，将掩模图形以光场成像方式记录在所述感光层的材料中。
2.根据权利要求1所述的二次成像光学光刻方法，其中所述感光层对于所述第一光源的波长敏感并且对于所述第二光源的波长不敏感。
3.根据权利要求1所述的二次成像光学光刻方法，其中所述第一光源的成像光场对所述感光层的透射率进行调制，以得到由所述透射率加以表示的柔性透明转移衬底的图案。
4.根据权利要求1所述的二次成像光学光刻方法，其中所述感光层的组成材料包括：水溶性重氮盐、氧化石墨烯以及高能离子束轰击敏感玻璃的任一种。
5.根据权利要求1所述的二次成像光学光刻方法，其中在所述第一近场成像结构中，所述感光层夹在所述第一近场成像结构之间。
6.根据权利要求1所述的二次成像光学光刻方法，其中通过将在第一光源的波长下具有负介电常数的金属膜层材料设置在所述感光层材料一侧或者两侧来形成所述第一近场成像结构。
7.根据权利要求1所述的二次成像光学光刻方法，还包括在所述光致抗蚀剂的一侧或两侧设置第二近场成像结构。
8.根据权利要求7所述的二次成像光学光刻方法，其中通过将在第二光源的波长下具有负介电常数的金属膜层材料设置在所述光致抗蚀剂材料的一侧或者两侧来形成所述第二近场成像结构。
9.根据权利要求7或8所述的二次成像光学光刻方法，其中通过所述第一近场成像结构和/或所述第二近场成像结构来调节成像倍率和/或周期性图形干涉。
10.根据权利要求1所述的二次成像光学光刻方法，其中所述柔性透明转移衬底在第二光源的照明条件下具有高透射率。
11.根据权利要求10所述的二次成像光学光刻方法，其中所述柔性透明转移衬底的材料包括以下中的任一项：有机玻璃、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯。
12.根据权利要求1所述的二次成像光学光刻方法，其中所述第一光源和所述第二光源的照明条件存在明显差异，所述差异包括以下中的任一项：波长、强度、时间、偏振态、方向。
13.根据权利要求1所述的二次成像光学光刻方法，其中在将所述光刻掩模板的图案转移到所述柔性透明转移衬底的感光层之后，对所述柔性透明转移衬底执行照明后处理以加强和固化所述掩模图形在所述感光层中的记录效果。
14.根据权利要求13所述的二次成像光学光刻方法，其中所述照明后处理包括加热或退火。
15.根据权利要求1所述的二次成像光学光刻方法，其中所述光致抗蚀剂层的材料包括以下中的任一项：光刻胶、折射率光调制材料、吸收率光调制材料。
16.根据权利要求1所述的二次成像光学光刻方法，其中所述光刻掩模板和所述器件衬底的表面均为平面或者所述器件衬底的表面是曲面。
17.根据权利要求1所述的二次成像光学光刻方法，其中所述光刻掩模板设置在第一滚筒的外表面处，并且所述第一滚筒内部设置了第一光源，未曝光的柔性透明转移衬底缠绕在源滚筒上，已曝光的柔性透明转移衬底缠绕在第一收纳滚筒上，涂覆了光致抗蚀剂的柔性器件衬底缠绕在第二收纳滚筒上，所述方法还包括：通过所述源滚筒、所述第一滚筒、所述第一收纳滚筒和所述第二收纳滚筒依次滚动，并且分别利用所述第一光源照射展开的未曝光的柔性透明转移衬底以将所述光刻掩模板的图案转移到所述柔性透明转移衬底，利用所述第二光源通过所述柔性透明转移衬底的图案照射涂覆了光致抗蚀剂的柔性器件衬底，以将所述柔性透明转移衬底的图案转移到所述柔性器件衬底上。
18.根据权利要求1所述的二次成像光学光刻方法，其中所述柔性透明转移衬底设置在密闭的存储装置中。
19.根据权利要求1所述的二次成像光学光刻方法，其中通过真空吸附或充气柔性膜接触实现所述紧密接触。
20.根据权利要求1所述的二次成像光学光刻方法，其中所述紧密接触操作在真空环境下执行。
21.一种二次成像光学光刻设备，包括：
第一传输装置，所述第一传输装置将光刻掩模板与柔性透明转移衬底紧密接触，所述柔性透明转移衬底包括具有感光层的第一近场成像结构，其中所述感光层由多层材料组成，所述感光层中的多层材料的排布方式包括高折射率/低折射率/高折射率交替排布方式，以形成共振腔结构；
第一光源，在所述光刻掩模板与所述柔性透明转移衬底紧密接触的位置，所述第一光源通过所述光刻掩模板照射所述柔性透明转移衬底的感光层，以将所述光刻掩模板的图案转移到所述柔性透明转移衬底的感光层；
光致抗蚀剂涂覆装置，所述光致抗蚀剂涂覆装置在用于制作器件的器件衬底上涂覆光致抗蚀剂；
第二传输装置，所述第二传输装置将已曝光的柔性透明转移衬底与已涂覆光致抗蚀剂的器件衬底紧密接触；
第二光源，在已曝光的柔性透明转移衬底与已涂覆光致抗蚀剂的器件衬底紧密接触的位置处，所述第二光源通过已曝光的柔性透明转移衬底照射所述器件衬底，以通过对所述光致抗蚀剂曝光将已曝光的柔性透明转移衬底的感光层的图案转移到所述器件衬底的光致抗蚀剂上；以及
显影刻蚀装置，所述显影刻蚀装置对包括已曝光光致抗蚀剂的所述器件衬底进行显影，得到与所述光刻掩模板的图案一致的器件图案，
其中所述第一近场成像结构在所述第一光源的照射下，掩模图形与感光层在距离小于照明光波长的近场间隔距离条件下，将掩模图形以光场成像方式记录在所述感光层的材料中。
22.根据权利要求21所述的二次成像光学光刻设备，其中已曝光的柔性透明转移衬底在第二光源的照明条件下具有高透射率。
23.根据权利要求21所述的二次成像光学光刻设备，其中所述感光层对于所述第一光源的波长敏感并且对于所述第二光源的波长不敏感。
24.根据权利要求21所述的二次成像光学光刻设备，其中所述第一光源和所述第二光源的照明条件存在明显差异，所述差异包括以下中的任一项：波长、强度、时间、偏振态、方向。
25.根据权利要求21所述的二次成像光学光刻设备，其中所述光刻掩模板和所述器件衬底的表面均为平面或者所述器件衬底的表面是曲面。
26.根据权利要求21所述的二次成像光学光刻设备，其中还包括第一滚筒、源滚筒、第一收纳滚筒和第二收纳滚筒，其中所述光刻掩模板设置在第一滚筒的外表面处，并且所述第一滚筒内部设置了第一光源，未曝光的柔性透明转移衬底缠绕在源滚筒上，已曝光的柔性透明转移衬底缠绕在第一收纳滚筒上，涂覆了光致抗蚀剂的柔性器件衬底缠绕在第二收纳滚筒上；通过所述源滚筒、所述第一滚筒、所述第一收纳滚筒和所述第二收纳滚筒依次滚动，并且分别利用所述第一光源照射展开的未曝光的柔性透明转移衬底以将所述光刻掩模板的图案转移到所述柔性透明转移衬底，利用所述第二光源通过所述柔性透明转移衬底的图案照射涂覆了光致抗蚀剂的柔性器件衬底，以将所述柔性透明转移衬底的图案转移到所述柔性器件衬底上。
27.根据权利要求21所述的二次成像光学光刻设备，还包括密闭的存储装置，其中所述柔性透明转移衬底设置在所述密闭的存储装置中。
28.根据权利要求21所述的二次成像光学光刻设备，其中还包括柔性膜施压装置，通过真空吸附或充气柔性膜接触实现所述紧密接触。
29.根据权利要求21所述的二次成像光学光刻设备，还包括真空装置，其中所述紧密接触操作在所述真空装置的真空环境下执行。
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