一种基于紫外宽光谱泰伯自成像的光刻系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于微电子设备及微细加工领域，具体涉及一种基于紫外宽光谱泰伯自成 像的光刻系统，用于提高制作周期性微纳结构的分辨率，降低制作成本。
【背景技术】
[0002] 21世纪不仅是信息爆炸的时代，也是人类不断向微观世界探索的重要时间节点。 微纳结构作为连接人类与微观世界的重要"桥梁"，其制备技术也逐步发展为当今科技界研 究的热门课题。欧美发达国家以及日本在研究新型、高分辨线宽、高产出比的微纳结构制备 技术上投入了大量的财力物力，并取得了令人瞩目的研究成果，走在了世界的前列。
[0003] 与此同时，随着工业测量、航空航天、显示照明、生物医疗等与国家发展息息相关 的生产技术不断进步，以光栅、小孔阵列等为代表周期性微纳结构在多个重要领域有着十 分广泛的应用，市场需求庞大。另一方面，由于科技发展日新月异，人们对周期微纳结构的 要求也日趋苛刻，需要其同时满足大面积、高精度、图案复杂化、制备周期短、良品率高等条 件。
[0004] 目前用于制作周期微纳结构的原理有：⑴接近&接触式光刻法。用于制作较低 精度的微纳结构，原理简单，技术门槛低，成本较低，但受设备、掩膜工艺的限制，绝大多数 的接近&接触式光刻分辨率停留在毫米量级，不能适应未来科技的发展。（2)纳米压印法。 作为一种新兴的微纳加工手段，优势在于可以实现大面积、高精度的周期微纳结构制作。但 高精度压印模板的制作难度极高，受模板限制较为严重等一些问题有待解决。（3)干涉光刻 法。最为现阶段制备周期微纳结构最典型的技术手段，可以实现大面积、掩膜、高精度微纳 图形加工。另一方面，针对不同的光刻图样结构，干涉光刻需要对干涉光路进行精确调整， 操作较难控制；并且干涉光刻可加工图形单一，灵活性较差，不适用于加工具有复杂图案的 周期微纳结构。
[0005]自从微纳结构的自成像效应被发现以来，基于此原理制备高精度周期微纳结构的 研究就开始发展。但大多数的自成像光刻原理，均是基于接近式光刻方法，并利用周期结构 掩膜的固定光场分布，通过精确控制基片与掩膜之间的间隙实现大面积发杂周期微纳结构 的加工。这类方法可统称为"定位曝光型自成像光刻术"，其自成像效应的特点是，焦深与微 纳结构周期的平方成正比，故当待曝光图形周期减小时，其焦深极具缩短。同时，为保证曝 光图形质量，该方法对基片平整度、光刻胶厚度等有严格要求，并且需要对掩膜与基片之间 的绝对间隙进行纳米级控制，在实际微纳制备过程中极难实现，难以真正得到应用。
[0006] 为了克服现有自成像光刻自成像手段的种种不足，本发明介绍了一种基于紫外宽 光谱泰伯自成像原理的光刻方法，可以有效的降低自成像光刻术对硅片形貌和定位精度的 要求。
【发明内容】
[0007] 本发明提出了一种基于紫外宽光谱泰伯自成像原理的光刻系统，可以有效的降低 自成像光刻术对娃片形貌和定位精度的要求。
[0008] 本发明采用的技术方案为：一种基于紫外宽光谱泰伯自成像的光刻系统，该光刻 系统由光源、光束准直扩束透镜、掩膜板和硅片组成；通过光源产生一定谱宽的紫外光，经 过光束准直扩束透镜照射到掩膜板上，掩膜板后方形成的泰伯自成像光场区域，泰伯自成 像光场区域分为掩膜板的自成像和相移自成像区域；由于采用的是宽光谱光源，因此在泰 伯自成像区域内，能形成很长距离的泰伯自成像区域，大大降低了光刻曝光时对硅片形貌 和精准定位的要求，并且实现了周期倍频，提高了制作周期型微纳结构的分辨率。
[0009] 其中，该光刻系统工作过程在于：当宽光谱紫外光照射到掩膜板时，根据泰伯自成
,d为周期，λ不同，会形成不同的泰伯像距离，从而拓宽了泰伯自成 像区域；将硅片置于区域内的任意位置时，均可获得强度近似相等的自成像和相移自成像 光场分布，从而实现周期倍频，提高了成像的分辨率。
[0010] 其中，该光刻系统使用的是高压汞灯光源，光谱包含：紫外光、可见光以及红外光 谱，通过多次滤波，余下紫外光谱，通过光束准直透镜实现对光谱的匀光和准直效果。
[0011] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0012] (1)、本发明所述紫外宽光谱，可以由汞灯产生，相比于其他自成像光刻法的光源， 更易于获得，且价格便宜。
[0013] (2)、本发明可以在接近光刻方式下工作，能够实现大面积微纳光刻，具有较好的 工艺适应性。
[0014] (3)、本发明是采用宽光谱照明方式，可以极大拓展可光刻区域，即超长焦深。
[0015] (4)、本发明采用固定型曝光模式，简化实验机构，能同时记录下自成像和相移自 成像，实现相对于掩模的周期倍频。
[0016] (5)、本发明光强控制简单，能有效缩小一半，分辨力能达到或接近衍射极限。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明的一种基于紫外宽光谱泰伯自成像的光刻系统的结构原理图。
[0018] 图2为本发明实验中采用光源的光谱曲线。
[0019] 图3为本发明实验中测得的泰伯自成像光场的频谱信息，从图中可以看出，该原 理能实现光刻图案的周期倍频，从而提高光刻分辨力。
【具体实施方式】
[0020] 为了更好地理解本发明的技术方案，以下结合附图做进一步的详细描述。
[0021] 本发明是一种基于紫外宽光谱泰伯自成像的光刻系统，原理如图1所示，该系统 由光源1、光束准直扩束透镜2、掩膜板3和硅片6组成。通过光源1产生一定谱宽的紫外 光，经过光束准直扩束透镜2照射到掩膜板3上，掩膜板后方形成的泰伯自成像光场区域。 此时，将硅片置于该光场的连续可成像区域，在该区域内，均可获得强度近似相等的自成像 4和相移自成像5光场分布，从而实现周期倍频。
[0022] 根据泰伯自成像理论，对于一维周期性物体的复振幅透过率可以表示为：
[0024] 其中，d为周期，η为整数，Cn为傅里叶级数，x。为横向坐标，它的空间频谱为：
[0026] 其中，fx为空间频率。
[0027] 在菲涅尔衍射中，系统的传递函数为：
[0028] H(fx) =exp(-iπλzfx2)exp(-ikz)
[0029] 其中，z为像空间距离。
[0030] 观察面上得到光场分布的频谱为：
，
[0034] 即衍射光强分布与物体完全相同|t'（X。）|2=|t(X。）|2,也就是说在 距离上，可以观察到物体的像：
.就称为泰伯距离。泰伯距离跟波长λ有关，因此， 不同波长的光自成像时对应不同的泰伯距离。
[0035] 利用紫外宽光谱光源照明周期掩膜时，不同光谱、不同级次的自成像光场分布相 互交错、相干叠加，在掩膜下方一定后方形成连续可成像区域。相比于单波长照明自成像光 场分布，紫外宽光谱成像的可成像区域可以拓展至数毫米，甚至厘米量级，将硅片置于连续 可成像区域的任意位置时，均可获得强度近似相等的自成像和相移自成像光场分布，从而 实现周期倍频（如图3)，提高了光刻的分辨率。
[0036] 总体上，本发明所述的基于紫外宽光谱泰伯自成像的光刻系统，具有较好的工艺 适应性、成本低、能实现大面积微纳光刻并且具有较高的光刻分辨力，能够满足高效率、高 精度制作周期型微纳结构的要求。本发明未详细阐述的技术和原理属于本发明领域人员所 公知的技术。
【主权项】
1. 一种基于紫外宽光谱泰伯自成像的光刻系统，其特征在于：该光刻系统由光源（1)、 光束准直扩束透镜（2)、掩膜板（3)和娃片（6)组成，通过光源（1)产生一定谱宽的紫外光， 经过光束准直扩束透镜（2)照射到掩膜板（3)上，掩膜板后方形成泰伯自成像光场区域，泰 伯自成像光场区域分为掩膜板的自成像（4)和相移自成像区域巧），由于采用的是宽光谱 光源，因此在泰伯自成像区域内，能形成很长距离的泰伯自成像区域，大大降低了光刻曝光 时对娃片形貌和精准定位的要求，并且实现了周期倍频，提高了制作周期型微纳结构的分 辨率。2. 根据权利要求1所述的基于紫外宽光谱泰伯自成像的光刻系统，其特征在于： 该光刻系统工作过程中，当宽光谱紫外光照射到掩膜板时，根据泰伯自成像原理公式：d为周期，λ不同，会形成不同的泰伯像距离，从而拓宽了泰伯自成像区域；将娃 片置于区域内的任意位置时，均可获得强度近似相等的自成像和相移自成像光场分布，从 而实现周期倍频，提高了成像的分辨率。3. 根据权利要求1所述的基于紫外宽光谱泰伯自成像的光刻系统，其特征在于：该光 刻系统使用的是高压隶灯光源，光谱包含：紫外光、可见光W及红外光谱，通过多次滤波，余 下紫外光谱，通过光束准直透镜实现对光谱的匀光和准直效果。
【专利摘要】本发明涉及一种基于紫外宽光谱泰伯自成像的光刻系统，该系统主要利用光学泰伯效应自成像原理，采用非单色紫外光照明周期掩膜时，不同光谱、不同级次的自成像光场相互交错、非相干叠加，在掩膜下方一定后方距离形成连续可成像区域。本发明相比于单波长照明的自成像光刻系统，紫外宽光谱自成像的可成像区域可以拓展至数毫米，甚至厘米量级。将硅片置于连续可成像区域的任意位置时，均可获得强度近似相等的自成像和相移自成像光场分布，从而实现周期倍频，提高了制作周期微纳结构的分辨力。同时，该原理制作周期型微纳结构时，不需要复杂的光学透镜系统，大大降低了制作成本。
【IPC分类】G03F7/20, G03F7/00
【公开号】CN105242500
【申请号】CN201510758399
【发明人】姚靖威, 刘俊伯, 邓茜, 程依光, 司新春, 邓钦元, 周毅, 赵立新, 胡松
【申请人】中国科学院光电技术研究所
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年11月10日