基于吸收倒空原理的超分辨光刻方法及装置

本发明涉及光学超精密光刻领域，特别是涉及一种基于吸收倒空原理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。

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未应用于投影曝光光刻方法，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吸收倒空原理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吸收倒空原理的超分辨光刻方法，包括：

3、s1：提供一种基于吸收倒空原理的多层光刻结构；所述多层光刻结构包括吸收倒空层和光刻胶层；所述吸收倒空层至少包括吸收倒空材料，吸收倒空材料具有共同的基态和多个激发态，位于基态的电子能够通过吸收第一波长λ1的光束使电子跃迁至第一激发态，同时处于基态的电子也能够通过吸收第二波长λ2的光束使电子跃迁至第二激发态或高激发态，并且位于第一激发态的电子能够系间穿越转移至长寿命的三重态上；

4、s2：以第一波长λ1的光束为辅助刻写光束，以第二波长λ2的光束为刻写光束，利用刻写光束和辅助刻写光束重叠地照射所述多层光刻结构的吸收倒空层，处于基态的粒子吸收辅助刻写光束使电子跃迁到第一激发态，并通过系间穿越转移至长寿命的三重态，从而使基态的电子数倒空，对刻写光束的吸收度降低，增强刻写光束透过吸收倒空层的光束强度，通过第一激发态与第二激发态或高激发态的吸收度差异使透过吸收倒空材料的刻写光束的线型得到压缩；

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

6、所述吸收倒空层还包括成膜剂，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。

7、所述三重态的寿命至少是μs量级。

8、所述多层光刻结构还包括设于所述吸收倒空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冗余的第一波长λ1的光束；和/或所述多层光刻结构还包括设于所述吸收倒空层和光刻胶层之间的隔离层，所述隔离层用于分离吸收倒空层和光刻胶层。

9、所述吸收倒空层的厚度小于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工艺，所述刻写光束与辅助刻写光束都是通过点扩散函数或点扩散函数工程压制的分布；所述超分辨光刻方法适用于投影曝光光刻工艺，所述刻写光束与辅助刻写光束的投影图案一致；或所述超分辨光刻方法适用于接触式掩膜版光刻工艺，所述刻写光束与辅助刻写光束共同作用于同一掩膜版。

11、另一方面，本发明提供一种基于吸收倒空原理的超分辨投影曝光光刻装置，包括第一激光光源，第二激光光源，用于将第一激光光源和第二激光光源出射的光束进行合束的二向色镜，以及位于二向色镜的下游的共光刻掩膜版、物镜和基于吸收倒空原理的多层光刻结构；

12、所述多层光刻结构包括吸收倒空层和光刻胶层；所述吸收倒空层至少包括吸收倒空材料，吸收倒空材料具有共同的基态和多个激发态，位于基态的电子能够通过吸收第一波长λ1的光束使电子跃迁至第一激发态，同时处于基态的电子也能够通过吸收第二波长λ2的光束使电子跃迁至第二激发态或高激发态，并且位于第一激发态的电子能够系间穿越转移至长寿命的三重态上；

13、所述第一激光光源设置为出射第一波长λ1的辅助刻写光束；所述第二激光光源设置为出射第二波长λ2的刻写光束；刻写光束和辅助刻写光束重叠地照射在所述多层光刻结构的吸收倒空层上，以实现刻写光束的线型压缩。

14、所述共光刻掩膜版为强度型掩膜版、相位型掩膜版、偏振型掩膜版中的一种或多种的混合。

15、另一方面，本发明提供一种基于吸收倒空原理的超分辨激光直写光刻装置，包括第一激光光源，第二激光光源，用于将第一激光光源和第二激光光源出射的光束进行合束的二向色镜，以及位于二向色镜的下游的物镜和基于吸收倒空原理的多层光刻结构；

16、所述多层光刻结构包括吸收倒空层和光刻胶层；所述吸收倒空层至少包括吸收倒空材料，吸收倒空材料具有共同的基态和多个激发态，位于基态的电子能够通过吸收第一波长λ1的光束使电子跃迁至第一激发态，同时处于基态的电子也能够通过吸收第二波长λ2的光束使电子跃迁至第二激发态或高激发态，并且位于第一激发态的电子能够系间穿越转移至长寿命的三重态上；

17、所述第一激光光源设置为出射第一波长λ1的辅助刻写光束；所述第二激光光源设置为出射第二波长λ2的刻写光束；所述刻写光束与辅助刻写光束是通过点扩散函数或点扩散函数工程压制的分布，刻写光束和辅助刻写光束重叠地照射在所述多层光刻结构的吸收倒空层上，以实现刻写光束的线型压缩。

18、另一方面，本发明提供一种基于吸收倒空原理的接触式掩膜版光刻装置，包括第一激光光源，第二激光光源，用于将第一激光光源和第二激光光源出射的光束进行合束的二向色镜，以及位于二向色镜的下游的掩膜版和基于吸收倒空原理的多层光刻结构；

19、所述多层光刻结构包括吸收倒空层和光刻胶层；所述吸收倒空层至少包括吸收倒空材料，吸收倒空材料具有共同的基态和多个激发态，位于基态的电子能够通过吸收第一波长λ1的光束使电子跃迁至第一激发态，同时处于基态的电子也能够通过吸收第二波长λ2的光束使电子跃迁至第二激发态或高激发态，并且位于第一激发态的电子能够系间穿越转移至长寿命的三重态上；

20、所述第一激光光源设置为出射第一波长λ1的辅助刻写光束；所述第二激光光源设置为出射第二波长λ2的刻写光束；刻写光束和辅助刻写光束重叠地照射在所述多层光刻结构的吸收倒空层上，以实现刻写光束的线型压缩。

21、本发明的基于吸收倒空原理的超分辨光刻方法提出了一种新的吸收倒空机制，实现了刻写光束线型的压缩，提高了光刻分辨率；并且可适配投影曝光光刻、激光直写光刻和掩膜版光刻，与现有光刻装置可兼容，在适用于投影曝光光刻装置时兼容性高，只需额外添加一路辅助光路即可，并且能提高光刻效率，降低光刻成本。此外，本发明的超分辨光刻方法的吸收倒空层采用分子内态，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。