一种基于双光束聚合引发以及抑制的高分辨成像光刻方法
【专利摘要】本发明提供一种基于双光束聚合引发以及抑制的高分辨成像光刻方法，主要步骤为：(1)选择或配置一种光刻胶，其含有对不同波长激光响应的聚合引发剂和聚合抑制剂；(2)选择对应的聚合引发激光器和聚合抑制激光器；(3)制作两个掩模版，其掩模图形形状和尺寸均相同或相似；(4)掩模版1和掩模版2在聚合抑制和聚合引发激光的作用下，通过二向色镜和透镜合束成像在同一个平面内，所成的像在空间上部分交叠；(5)将含有聚合引发剂，聚合抑制剂的光刻胶样品放置在成像平面上进行曝光及显影，得到高分辨的成像光刻图形。本发明具有光刻分辨率高，加工效率高等优点，在超越衍射极限的高效率，低成本纳米加工【技术领域】具有很大的应用前景。
【专利说明】一种基于双光束聚合引发以及抑制的高分辨成像光刻方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光刻【技术领域】，具体涉及一种基于双光束聚合引发以及抑制的高分辨成像光刻方法。
【背景技术】
[0002]器件的小型化和集成化已成为器件发展的大势所趋，这就对现代微电子光刻工艺提出了越来越高的要求。然而衍射极限的存在，使得传统的光学成像光刻加工技术在加工分辨力上已经遇到了瓶颈。如何进一步提高加工分辨力，使其达到乃至超越衍射极限一直是全世界范围内微电子行业致力解决研究的热点。
[0003]近年来，一种双光子直写的加工技术被提出，通过近红外超短脉冲激光激发材料的非线性吸收，使得加工的分辨力最高可以达到几十纳米，极大地超越了衍射极限。此外，2009年，美国的两个研究小组几乎同时提出了一种双光束聚合引发以及抑制的激光直写技术，该技术基本原理就是利用其中的一种激光源来激发光刻胶的聚合，而另一束激光来抑制光刻胶的聚合，它们的焦点在焦平面上交叠，通过位相掩模的方法来设计聚合抑制激光光束的焦斑形状，使得交叠曝光区域光刻胶不产生聚合，从而实现超越衍射极限的加工分辨力。
[0004]然而以上两种激光直写加工的方法虽然可以使得光刻线宽超越衍射极限，但是直写光刻从原理上就存在加工时间长，效率低的缺点，使得其在大规模制作生产中很受限制。目前主流的微电子光刻工艺基本上都是采用成像光刻的方式。如何将同样激光波长下超越衍射极限的技术与传统的成像光刻相结合，从而得到一种超越衍射极限的快速、高效的加工方法是目前包括工业界和学术界都致力研究的一个研究方向。
[0005]本发明涉及一种采用两束可以分别引发和抑制光刻胶聚合的激光光束，分别照射到两个图形相同或相似的掩模版上，并采用成像物镜，使得不同激光照射的掩模图形在光刻胶上交叠成像，从而实现超越衍射极限的高效率，低成本的纳米加工技术。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的问题是:针对现有双光束聚合引发以及抑制的高分辨直写光刻技术中存在的加工速度较慢，加工效率不高的缺点，提出一种利用双掩模版双光束交叠成像的方法，得到超越衍射极限线宽的同时实现快速高效加工的光刻加工方法。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0008]一种基于双光束聚合引发以及抑制的高分辨成像光刻方法，其特征在于包括以下步骤:
[0009]步骤(I)、选择或配置一种合适的光刻胶，光刻胶中需含有聚合引发剂和聚合抑制剂等，且聚合引发剂和聚合抑制剂起作用的激发激光波长不同；
[0010]步骤(2)、选择合适的聚合引发激光光源，其对应波长可使光刻胶中的聚合引发剂起作用，从而使得光刻胶聚合；[0011]步骤(3)、选择合适的聚合抑制激光光源，其对应波长可使光刻胶中的聚合抑制剂起作用，从而抑制光刻胶的聚合；
[0012]步骤(4)、用两个准直透镜分别对聚合引发激光器和聚合抑制激光器的出光光束进行准直；
[0013]步骤(5)、制作两个金属掩模版，其掩模图形形状和尺寸相同或相似；
[0014]步骤(6)、聚合引发激光光路和聚合抑制激光光路通过二向色镜进行合束，掩模版I和掩模版2的图形通过透镜成像在同一个成像平面内，且所成的像在空间上部分交叠；
[0015]步骤(7)、将含有聚合引发剂，聚合抑制剂的光刻胶样品放置在成像平面上进行曝光，曝光完成后，对样 品进行显影，得到高分辨的成像光刻图形。
[0016]所述步骤( 1)中的光刻胶包含聚合单体，如三乙二醇二甲基丙烯酸；
[0017]所述步骤(1)中的光刻胶包含聚合引发剂，如樟脑醌和乙基_4( 二甲氨基)苯甲酸酯，对应感光波长为蓝光；
[0018]所述步骤(1)中的光刻胶包含聚合抑制剂，如二硫化四乙基秋兰姆，感光波长为紫外波长。
[0019]所述步骤(2)中聚合引发激光光源为出射蓝光的二极管泵浦固体激光器。
[0020]所述步骤(3)中的聚合抑制激光光源为出射紫外光的氩离子激光器。
[0021]所述步骤(5)中的两个金属掩模版的图形为需要加工的图形，如周期光栅等。
[0022]所述步骤(6)中的两个掩模版通过物镜所成的像产生部分交叠，交叠区域的大小可通过移动掩模版来控制。
[0023]所述步骤(7)中的曝光光源为两激光光源同时曝光。
[0024]本发明与传统的基于双光束聚合引发以及抑制的直写加工技术相比所具有的优点:本发明采用双光束对具有相同或相似的掩模版图形进行一次交叠成像曝光光刻的方式，实现高效的超越衍射极限分辨力的加工图形。本发明加工速度快，加工效率高，同时实现超越衍射极限的加工分辨力，在微纳结构加工，如高效率光子晶体结构加工，超材料加工等领域，具有很大的意义以及潜在的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是基于双光束聚合引发以及抑制的高分辨成像光刻方法的示意图；
[0026]图2是掩模版Ml和掩模版M2的掩模图形为L形的不意图；
[0027]图3是掩模版Ml和掩模版M2的交叠成像示意图；其中:A为掩模版Ml图形的成像区域为掩模版M2图形的成像区域；
[0028]图4是掩模版Ml和掩模版M2的掩模图形为L形的实际被曝光图形；
[0029]图5是掩模版Ml和掩模版M2的掩模图形为圆形的不意图；
[0030]图6是掩模版Ml和掩模版M2的交叠成像不意图；其中:C为掩模版Ml图形的成像区域；D为掩模版M2图形的成像区域；
[0031]图7是掩模版Ml和掩模版M2的掩模图形为圆形的实际被曝光图形。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图及【具体实施方式】详细介绍本发明。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例，本领域的技术人员即可以实现本发明权利要求的全部内容。
[0033]实施例1:
[0034]如图1所示，将聚合引发激光器、扩束器LI及掩模版Ml同轴放置；同时将聚合抑制激光器、扩束器L2及掩模版M2同轴放置；两条光路通过二向色镜DM(Dichroic Mirrors,又称双色镜)进行合束；掩模版Ml和掩模版M2的图形通过成像透镜进行成像。
[0035]取掩模版Ml和掩模版M2的掩模图形为L形，且尺寸相同，如图2所示。控制光路及掩模版位置，使得两个掩模版经透镜L3后所成的像在同一成像平面内，并且有一定的交叠，如图3所示。图中A为掩模版Ml在聚合抑制激光器入射情况下经透镜所成的像，B为掩模版M2在聚合引发激光器入射情况下经透镜所成的像。
[0036]将含有聚合引发剂和聚合抑制剂的光刻胶旋涂在硅基底上，并置于掩模版Ml和掩模版M2所在的成像平面上进行曝光，通过控制聚合引发激光和聚合抑制激光的强度，使得掩模版Ml和掩模版M2的成像交叠区域的光刻胶不产生聚合，因而只有非交叠曝光区域，即图3中的B区域的光刻胶产生聚合。(因而只有非交叠曝光区域的光刻胶产生聚合。)因此得到的实际曝光线宽为掩模版M2的成像线宽减去其与掩模版Ml成像交叠区域所得到的线宽，如图4所示。采用该方法，通过改变任一掩模版的成像位置，并增大两个掩模版的成像交叠区域，原理上可以实现任意小线宽的图形曝光，从而实现超越衍射极限的光刻图形加工。
[0037]实施例2:
[0038]如图1所示，将聚合引发激光器、扩束器LI及掩模版Ml同轴放置；同时将聚合抑制激光器、扩束器L2及掩模版M2同轴放置；两条光路通过二向色镜DM (Dichroic Mirrors,又称双色镜)进行合束；掩模版Ml和掩模版M2的图形通过成像透镜进行成像。
[0039]取掩模版Ml和掩模版M2的掩模图形为圆形，且尺寸相同，如图5所示。控制光路及掩模版位置，使得两个掩模版经透镜L3后所成的像在同一成像平面内，并且有一定的交叠，如图6所示。图中C为掩模版Ml在聚合抑制激光器入射情况下经透镜所成的像，D为掩模版M2在聚合引发激光器入射情况下经透镜所成的像。
[0040]将含有聚合引发剂和聚合抑制剂的光刻胶旋涂在硅基底上，并置于掩模版Ml和掩模版M2所在的成像平面上进行曝光，通过控制聚合引发激光和聚合抑制激光的强度，使得掩模版Ml和掩模版M2的成像交叠区域的光刻胶不产生聚合，因而只有非交叠曝光区域，即图3中的B区域的光刻胶产生聚合。(因而只有非交叠曝光区域的光刻胶产生聚合。)因此得到的实际曝光区域为掩模版M2的成像图形减去其与掩模版Ml成像交叠区域所得到的区域，如图7所示。采用该方法，通过改变任一掩模版的成像位置，从而增大或减小两个掩模版的成像交叠区域，可以实现不同尺寸的“月”型结构的加工。并且通过增加两个掩模版的成像交叠区域，原理上可以实现超越衍射极限的“月”型结构加工。
【权利要求】
1.一种基于双光束聚合引发以及抑制的高分辨成像光刻方法，其特征包括以下步骤: 步骤(1)、选择或配置一种合适的光刻胶，光刻胶中需含有聚合引发剂和聚合抑制剂，且聚合引发剂和聚合抑制剂起作用的激发激光波长不同； 步骤(2)、选择合适的聚合引发激光光源，其对应波长能够使光刻胶中的聚合引发剂起作用，从而使得光刻胶聚合； 步骤(3)、选择合适的聚合抑制激光光源，其对应波长能够使光刻胶中的聚合抑制剂起作用，从而抑制光刻胶的聚合； 步骤(4)、用准直透镜LI和准直透镜L2分别对聚合引发激光器和聚合抑制激光器的出光光束进行准直； 步骤(5)、制作两个金属掩模版，掩模版I (Ml)和掩模版2 (M2)，其掩模图形形状和尺寸相同或相似； 步骤(6)、聚合引发激光光路和聚合抑制激光光路通过二向色镜(DM)进行合束，掩模版I和掩模版2的图形通过透镜成像在同一个成像平面内，且所成的像在空间上部分交置; 步骤(7)、将含有聚合引发剂，聚合抑制剂的光刻胶样品(S)放置在成像平面上进行曝光，曝光完成后，对样品进行显影，得到高分辨的成像光刻图形。
2.根据权利要求1所 述的一种基于双光束聚合引发以及抑制的高分辨成像光刻方法，其特征在于:所述步骤(1)中的光刻胶包含聚合单体，如三乙二醇二甲基丙烯酸。
3.根据权利要求1所述的一种基于双光束聚合引发以及抑制的高分辨成像光刻方法，其特征在于:所述步骤(1)中的光刻胶包含聚合引发剂，如樟脑醌和乙基_4( 二甲氨基)苯甲酸酯，对应感光波长为蓝光。
4.根据权利要求1所述的一种基于双光束聚合引发以及抑制的高分辨成像光刻方法，其特征在于:所述步骤(1)中的光刻胶包含聚合抑制剂，如二硫化四乙基秋兰姆，感光波长为紫外波长。
5.根据权利要求1所述的一种基于双光束聚合引发以及抑制的高分辨成像光刻方法，其特征在于:所述的步骤(2)中聚合引发激光光源为出射蓝光的二极管泵浦固体激光器。
6.根据权利要求1所述的一种基于双光束聚合引发以及抑制的高分辨成像光刻方法，其特征在于:所述步骤(3)中的聚合抑制激光光源为出射紫外光的氩离子激光器。
7.根据权利要求1所述的一种基于双光束聚合引发以及抑制的高分辨成像光刻方法，其特征在于:所述步骤(5)中的两个金属掩模版的图形为需要加工的图形，如周期光栅。
8.根据权利要求1所述的一种基于双光束聚合引发以及抑制的高分辨成像光刻方法，其特征在于:所述步骤(6)中的两个掩模版通过物镜所成的像产生部分交叠，交叠区域的大小可通过移动掩模版来控制。
9.根据权利要求1所述的一种基于双光束聚合引发以及抑制的高分辨成像光刻方法，其特征在于:所述步骤(7)中的曝光光源为两激光光源同时曝光。
【文档编号】G03F7/20GK103984211SQ201410192957
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月8日 优先权日:2014年5月8日
【发明者】罗先刚, 李雄, 王长涛, 王彦钦, 赵泽宇, 胡承刚, 蒲明薄, 王炯, 高国函, 马晓亮 申请人:中国科学院光电技术研究所