专利名称：用于印刷具有大焦深的周期图案的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明主要地涉及如运用于制作微(miciO-)和纳米结构的光刻领域，并且它特别地涉及如运用于向衬底上的光敏层上传送掩模中定义的特征的周期图案的Talbot成像领域，并且更特别地涉及在一个维度中是周期性的图案的印刷。
背景技术：
平版印刷(lithographic)制作实现表面上的微和纳米图案的形成。光刻(photolithographic)技术通过将光敏表面暴露于具有与所需图案对应的强度分布的光场来实现这一点。光敏表面通常是感光胶片的薄层，诸如光刻胶(photoresist),向衬底上直接或者在其他材料或者结构化的材料的中间层上间接涂覆该薄层。在光刻胶中出现的化学或者物理改变在后续工艺中用来在衬底的材料中或者在衬底上的另一材料的层中获得所需图案。在最常用的光刻技术中，使用光学系统向衬底表面上投影在掩模中初始定义的图案的图像。许多应用需要高分辨率栅图案的形成，这些栅图案包括在一个方向上用亚微米周期(sub-micron period)重复的平行线和间隔。这样的应用的例子是光栅偏振器(gratingpolarizer)、用于生物医学传感器的稱合光栅和用于太阳能电池的陷光光栅。基于Talbot效应的专门化的光刻技术有利于从掩模向衬底上传送这样的图案，因为它避免使用常规成像系统，该常规成像系统对于高分辨率图案而言一般是复杂和高成本的。在这一技术中，用单色光的准直束照射定义周期图案的掩模，并且图案衍射的光在Talbot图像平面中在距掩模的某些距离处重建图案的“自图像”(例如参见C.Zanke等人的"Large areapatterning for photonic crystals via coherent diffraction lithography", J.Vac.Sc1.Technol.B 22, 3352 (2004))。下式将在相继Talbot图像平面之间的间隔S与照射波长λ和图案的周期P相关:
S Zp1Ik…式(I)
在Talbot平面中的自图像之间是具有更高空间频率的所谓Talbot子图像。通过在这些分数Talbot平面(fractional Talbot plane)之一处放置光刻胶涂覆的衬底，印刷周期图案，该周期图案的空间频率比在原掩模中的空间频率高。当优化掩模中的图案的占空比、也就是线的宽度与空间的宽度之比以在分数Talbot平面中产生高对比度的强度分布时改进用这一技术实现的结果(参见美国专利号4，360，586)。在现有技术中，也已知可以通过从相移材料制作掩模中的周期图案来进一步增强Talbot图像的对比度。然而利用Talbot技术，自图像和子图像的强度分布对距掩模的距离很敏感，也就是说，它们具有很窄的景深(depth of field)。这意味着必须相对于掩模对衬底很准确地定位以便获得正确印刷的栅格。这随着减少栅格周期而变得越来越困难，因为自图像和子图像的景深与图案周期的平方成比例。另外，如果需要向不很平坦或者在它的表面上具有形貌(topographical)特征的衬底上或者向厚光刻胶层中印刷图案，则实现所需结果可能是不可能的。
近来已经引入消色差Tablet平版印刷(achromatic Talbot lithogrphy)作为用于以成本有效方式印刷高分辨率周期图案的新方法(参见N.Guerineau等人的〃Talbot experiment re-examined: demonstration of an achromatic and continuousself-1maging regime", Opt.Commun.180, pp.199-203 (2000) ；H.H.Solak 等人的"Achromatic Spatial Frequency Multiplication: A Method for Production ofNanometer-Scale Periodic Structures", J.Vac.Sc1.Technol., 23, pp.2705-2710(2005);以及美国专利申请号2008/0186579)。它提供用于平版印刷应用的两个显著优点:第一，它克服了在上文提到的经典Talbot方法中遇到的景深问题，并且第二，对于许多图案类型而言，印刷的图案具有比在掩模中的空间频率高的空间频率，也就是说，它可以执行空间频率倍增。消色差Tablet平版印刷(ATL)用来自宽带源的准直束照射掩模，并且在距掩模的某一距离处或者以外放置待印刷的衬底，生成的图像在该距离变得静止，也就是说、对于距离的进一步而不变。下式将待形成的静止图像所需要的最小距离Clmin与掩模中的图案周期P和照射的光谱带宽Λ λ相关:
权利要求
1.一种用于向衬底上形成的光敏层中印刷线性特征的所需周期性图案的方法，该方法包括: a)提供掩模，所述掩模承载具有周期的与第一方向平行的线性特征的掩模图案，所述周期是所需图案的周期的两倍； b)与所述掩模基本上平行地并且用距所述掩模图案的间隔布置所述光敏层； c)以波长生 成基本上单色光；并且 d)在基本上在与所述第一方向平行的第一平面中的角度范围上用所述光照射所述掩模图案，由此所述掩模透射的在每个照射角度的光形成在Talbot平面之间的横向强度分布范围并且在所述光敏层处形成光场分量，并且所述分量的叠加印刷所述所需图案； 其中相对于所述波长、所述间隔和所述周期选择所述角度范围，使得所述分量的叠加基本上等同于光在所述照射角度之一形成的所述横向强度分布范围的平均。
2.根据权利要求1所述的方法，其中光以所述范围上的每个角度同时照射所述掩模图案的每个特征。
3.根据权利要求1所述的方法，其中光以所述范围上的每个角度依次照射所述掩模图案的每个特征。
4.根据权利要求1所述的方法，其中同时照射所述掩模图案的所述特征。
5.根据权利要求1所述的方法，其中依次照射所述掩模图案的所述特征。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述光在所述角度范围上具有平滑或者急剧变化的强度分布。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述光在所述角度范围上具有基本上均匀或者基本上高斯的强度分布。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述角度范围具有在范围10°至60°中的平均角度。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述角度范围的角度带宽是所述平均角度至少二分之一。
10.根据权利要求1所述的方法，其中使用分析公式、计算机仿真和实验优化中的至少一种来选择所述角度范围。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述掩模中的所述线性特征包括不透明材料和相移材料中的至少一种材料的线。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述掩模中的所述线性特征包括透射材料的线，所述线的厚度跨越所述特征变化。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述掩模图案的每个周期有至少两个线性特征。
14.根据权利要求1所述的方法，其中线性特征的所需图案的周期和线性特征的掩模图案的周期不完全均匀，但是跨越所述图案缓慢变化，即，所述掩模和所需图案为准周期。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述掩模承载与所述第一方向平行的、具有第二周期的线性特征的第二图案，用于向所述光敏层中附加地印刷具有所述第二周期的一半的、线性特征的第二所需图案，并且在角度范围上用所述光照射两个所述掩模图案，其中相对于所述波长、所述间隔和两个所述掩模图案的周期选择所述角度范围，由此所述分量的叠加印刷两个所述所需图案。
16.一种用于向衬底上形成的光敏层中印刷线性特征的所需周期性图案的设备，所述设备包括: a)掩模，所述掩模承载具有周期的与第一方向平行的线性特征的掩模图案，所述周期是所需图案的周期的两倍； b)用于与所述掩模基本上平行地并且用距所述掩模图案的间隔布置所述光敏层的装置； c)用于以波长生成基本上单色光的装置； d)用于在基本上在与所述第一方向平行的第一平面中的角度范围上用所述光照射所述掩模图案的装置，由此所述掩模透射的每个照射角度的光形成在Talbot平面之间的横向强度分布范围并且在所述光敏层处形成光场分量，并且所述分量的叠加印刷所述所需图案； 其中相对于所述波长、所述间隔和所述周期选择所述角度范围，使得所述分量的叠加基本上等同于光以所述照射角度之一形成的所述横向强度分布范围的平均。
17.根据权利要求16所述的设备，其中所述照射装置形成光束，所述光束在所述掩模图案处的照射角度跨越所述光束变化，并且在所述所需图案的印刷期间提供所述光束相对于所述掩模的扫描运动。
18.根据权利要求16所述的设备，其中所述照射装置形成光束，所述光束在所述掩模图案处的照射角度基本上均匀，并且在所述所需图案的印刷期间改变相对于所述掩模的所述照射角度。
19.根据权利要求16所述的设备，其中所述照射装置形成光束，所述光束在所述掩模图案处的照射角度在所述光束的每点处在角度范围上变化，并且布置所述光束在所述所需图案的印刷期间相对于所述掩模基本上静止。
20.根据权利要求16所述的设备，其中所述照射装置形成光束，所述光束在所述光束的每点处具有所述照射角度范围，并且在所述图案的印刷期间提供所述光束相对于所述掩模的扫描运动。
21.根据权利要求16所述的设备，其中还包括在所述掩模图案与所述光敏层之间的液体。
全文摘要
一种用于向光敏层中印刷所需图案的方法包括提供承载与第一方向平行的线性特征的图案的掩模；布置与所述掩模平行并且从所述掩模分离的层；生成基本上单色光并且在基本上在与所述第一方向平行的平面中的角度范围上用所述光照射掩模图案，由此掩模透射的每个照射角度的光形成在Talbot平面之间的横向强度分布的范围并且在层处形成光场分量，并且所述分量的叠加印刷所需图案，其中相对于波长、间隔和周期选择角度的范围，使得所述分量的叠加基本上等同于光以角度之一形成的横向强度分布范围的平均。
文档编号G03F7/20GK103080843SQ201180043123
公开日2013年5月1日 申请日期2011年7月5日 优先权日2010年7月7日
发明者F.克卢贝, C.戴斯, H.索拉克 申请人:尤利塔股份公司