基于单重态-三重态吸收转换的超分辨光刻方法及装置

本发明属于光学超精密光刻领域，特别是涉及一种基于单重态-三重态吸收转换的超分辨光刻方法及装置。

背景技术：

1、现代社会的发展离不开信息技术，芯片作为信息技术的基础越来越重要，而光刻在芯片制造中属于至关重要的环节。同时光刻机作为人类最尖端精密制造技术的集大成者，是半导体工业皇冠上的明珠。

2、双光束超分辨光刻方法利用光刻胶或者掩膜对于不同波长激光的响应差异，实现刻写光束的尺寸压缩，从而实现小于衍射极限的超分辨纳米光刻。2006年menon课题组提出了基于吸收调制原理的双光束超分辨纳米光刻方法，该方法利用额外的一束光通过材料的吸收调制特性，结合双光束间的相互作用来抑制刻写光的边缘，得到超越衍射极限的光刻尺寸。该技术可以通过调节两束光的能量比即可实现对刻写光斑尺寸的压缩。

3、尽管如此，由于基于吸收调制原理的光刻方法尚不能应用于投影曝光光刻方法，仅仅适用于激光直写光刻，因此目前仍存在着刻写速度较慢等缺陷；同时由于该方法基于材料的吸收调制特性，而在紫外深紫外波段绝大多数材料存在有极强的吸收，难以将该方法应用到短波长光刻方法中。

4、因此，开发一种更具普适性的超分辨光刻方法是目前亟待解决的难题。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种基于单重态-三重态吸收转换的超分辨光刻方法及装置，以减小光刻的线宽，并且适用于不同的光刻技术和不同的波段。

2、为了实现上述目的，本发明提供一种基于单重态-三重态吸收转换的超分辨光刻方法，包括：

3、s1：提供一种基于单重态-三重态吸收转换的多层光刻结构，所述多层光刻结构包括吸收转换层和光刻胶层；所述吸收转换层至少包括单重态-三重态吸收转换材料，所述单重态-三重态吸收转换材料具有基态s0、以及位于基态s0的分子能够通过吸收波长λ2的光跃迁到达的单重第一激发态s1或单重高激发态sn，位于单重第一激发态s1或单重高激发态sn的跃迁电子通过系间窜越到达第一三重态t1，并且位于第一三重态t1的电子能够通过吸收波长λ1的光跃迁到高阶三重激发态tn；

4、s2：以波长λ1的光束为刻写光束，以波长λ2的光束为辅助刻写光束，利用刻写光束和辅助刻写光束部分重合地照射所述多层光刻结构的吸收转换层，通过辅助刻写光束λ2的单重态吸收并向三重态累积跃迁电子，形成对刻写光束λ1的强三重态吸收，从而压缩刻写光束λ1的线型；

5、s3：线型压缩后的刻写光束λ1作用于所述多层光刻结构的光刻胶层，实现超分辨光刻。

6、所述单重态-三重态吸收转换材料由具有单重态-三重态吸收转换性质的单种分子构成；或者由供体材料和受体材料组成以构成供体-受体体系，其中，供体材料具有波长λ2吸收系数高，且由单重激发态s1或单重高激发态sn系间窜越至第一三重态t1效率高的性质，受体材料具有跃迁电子位于第一三重态t1时，对于波长λ1吸收系数高的性质。

7、所述吸收转换层还包括成膜剂，成膜剂是聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、雌二醇、4,4'-双(n-咔唑)-1,1'-联苯中的一种；和/或所述吸收转换层还包括主体材料，且单重态-三重态吸收转换材料作为客体材料，使得吸收转换层由主体材料和客体材料均匀混合成膜，成膜方法包括旋涂成膜或蒸镀成膜。

8、所述多层光刻结构还包括设于所述吸收转换层和光刻胶层之间的辅助吸收层，所述辅助吸收层用于吸收波长λ2的光束；和/或所述多层光刻结构还包括设于所述吸收转换层和光刻胶层之间的隔离层，所述隔离层用于分离吸收转换层和光刻胶层。

9、所述吸收转换层的厚度小于100μm；所述辅助吸收层的厚度小于5μm；所述隔离层的厚度小于500nm；所述光刻胶层的厚度小于5μm。

10、所述超分辨光刻方法适用于激光直写光刻，刻写光束为实心光束，辅助刻写光束为空心光束，刻写光束和辅助刻写光束重合作用于吸收转换层，辅助刻写光束使刻写光束的边缘光强被所述吸收转换材料转换吸收，从而压缩透过吸收转换层后的刻写光束的线型；或者，所述超分辨光刻方法适用于投影曝光光刻；其中，刻写光束和辅助刻写光束形成共轭或错位以部分重叠的投影图案，使得刻写光束中，和辅助刻写光束投影图案的重叠部分光强被吸收，从而实现刻写光束的线型压缩。

11、在所述超分辨光刻方法适用于投影曝光光刻时，通过一对图形形状共轭互补的掩膜对刻写光束和辅助刻写光束进行调控，形成以共轭方式重叠的投影图案；或通过同一图形的两个掩膜对刻写光束和辅助刻写光束进行调控，错位形成部分重叠的图案。

12、另一方面，本发明提供一种基于单重态-三重态吸收转换的超分辨投影光刻装置，包括：

13、第一激光器，其出射波长λ1的刻写光束，在第一激光器的下游设有第一掩膜，第一掩膜设置为将刻写光束调制成所需的投影图案；

14、第二激光器，其出射波长λ2的辅助刻写光束，在第二激光器的下游设有第二掩膜，第二掩膜设置为将辅助刻写光束调制成所需的投影图案，第一掩膜调制成的投影图案与第二掩膜调制成的投影图案是部分重叠的投影图案；

15、二向色镜，其对调制后的刻写光束和辅助刻写光束进行合束；以及

16、位于二向色镜的下游的微缩投影物镜和基于单重态-三重态吸收转换的多层光刻结构；

17、其中，所述多层光刻结构包括吸收转换层和光刻胶层；所述单重态-三重态吸收转换材料具有基态s0、以及位于基态s0的分子能够通过吸收波长λ2的光跃迁到达的单重第一激发态s1或单重高激发态sn，位于单重第一激发态s1或单重高激发态sn的跃迁电子通过系间窜越到达第一三重态t1，并且位于第一三重态t1的电子能够通过吸收波长λ1的光跃迁到高阶三重激发态tn；刻写光束和辅助刻写光束部分重合地照射在所述吸收转换层上。

18、所述第一掩膜和第二掩膜是一对图形形状共轭互补的掩膜，从而使得调制后的投影图案以共轭方式重叠；或者，所述第一掩膜和第二掩膜是同一图形的两个掩膜，通过两个掩膜错位的方式使得调制后的投影图案错位以部分重叠；并且所述第一掩膜和第二掩膜为强度型掩膜版、相位型掩膜版、偏振型掩膜版中的一种或多种的组合。

19、另一方面，本发明提供一种基于单重态-三重态吸收转换的超分辨激光直写光刻装置，包括：第一激光器，其出射波长λ1的实心刻写光束；第二激光器，其出射波长λ2的辅助刻写光束，在第一激光器的下游设有空心光产生装置，所述空心光产生装置设置为将辅助刻写光束调制成空心辅助刻写光束；二向色镜，其对刻写光束和调制后的辅助刻写光束进行合束；以及位于二向色镜的下游的物镜和基于单重态-三重态吸收转换的多层光刻结构；其中，所述光刻结构包括吸收转换层和光刻胶层；所述吸收转换层至少包括单重态-三重态吸收转换材料，所述单重态-三重态吸收转换材料具有基态s0、以及位于基态s0的分子能够通过吸收波长λ2的光跃迁到达的单重第一激发态s1或单重高激发态sn，位于单重第一激发态s1或单重高激发态sn的跃迁电子通过系间窜越到达第一三重态t1，并且位于第一三重态t1的电子能够通过吸收波长λ1的光跃迁到高阶三重激发态tn；实心刻写光束和空心辅助刻写光束重合照射在所述吸收转换层上。

20、本发明的基于单重态-三重态吸收转换的超分辨光刻方法提出了一种新机制，实现了刻写光束线型的压缩，提高了光刻分辨率；可适配投影曝光光刻与激光直写光刻，与现有光刻装置可兼容，在适用于投影曝光光刻时提高光刻效率，降低光刻成本。此外，本发明的超分辨光刻方法的吸收转换层采用分子内态，是用的分子的本征能级，因此可以避开在紫外，深紫外强吸收的问题，可适用于可见，紫外，深紫外波段光刻。