[发明专利]一种用于缩小投影超分辨成像器件和光刻方法

权利要求书

1.一种用于缩小成像光刻的超分辨成像器件，其特征在于：所述成像器件的物平面和像平面为相互平行的两平面，物平面和像平面有效范围为半径分别为R和r的圆，R＞r，二个圆心的连线与两平面垂直，且为成像器件的中心旋转对称轴；所述物平面和像平面之间为交替叠加在一起、具有特殊曲面形状、中心旋转轴对称的多层金属薄膜和介质薄膜；该交替薄膜结构的两侧最外层薄膜表面是成像器件的物平面和像平面；

所述多层金属薄膜与介质薄膜结构的所有相邻薄膜交界面与一簇特定曲线垂直，该特定曲线簇是中心对称轴截面上物平面上的若干抽样物点到对应像平面的像点的特殊弯曲连线，具体定义如下：

在中心对称轴截面与物平面的交界线上，以物平面的圆心为坐标中心，建立从-R到+R的物平面抽样坐标，在同一中心对称轴截面与像平面的交界线上，以像平面的圆心为坐标中心，建立从-r到+r的物平面抽样坐标，以物平面和像平面的中心对称轴中间位置点为坐标中心，建立对称轴的坐标，从-R到+R的区间范围，等间隔抽样N个点，它们的坐标为以物平面圆心为中心，标识为xi，i的取值范围为1到N的抽样序号，xi＝-R+2×R×(i-1)/(N-1)，在中心对称轴截面与像平面的交界线上，以像平面的圆心为坐标中心，从-r到+r的区间范围，同样等间隔抽样N个点，它们的坐标为以像平面圆心为中心，标识为yi，i的取值范围为1到N，N为整数，yi＝-r+2×r×(i-1)/(N-1)；以上抽样物点xi到对应像平面像点的坐标为yi，二者比值为器件的成像缩放倍率M，即yi/xi＝M，M＜1；上述一簇特定曲线为所有对应物平面抽样点与对应像平面像点的两点之间的特殊弯曲连线，该特殊弯曲连线定义为，在区间[-0.5×H，0.5×H]上由四变量映射函数的三次厄米特插值多项式，定义的函数曲线，四变量映射函数为[-0.6×H，-0.5×H，0.5×H，0.6×H]到[xi，xi，yi，yi]的映射，H为物平面与像平面之间的距离，在以上定义的曲线簇之外，金属薄膜与介质薄膜的交界面与超分辨成像器件的物平面和像平面平行。

2.根据权利要求1所述一种用于缩小成像光刻的超分辨成像器件，其特征在于：所述中心旋转对称轴处的所有金属薄膜和介质的薄膜厚度相等，厚度选择范围为5nm到50nm；抽样点N的选择为保证由曲线簇定义的多层金属薄膜与介质薄膜的所有交界面光滑，其最小取值满足物平面抽样点间距2×R/(N-1)＜100nm。

3.根据权利要求1所述一种用于缩小成像光刻的超分辨成像器件，其特征在于：所述交替叠加在一起的所有金属薄膜和介质薄膜的介电常数的实部数值的绝对值大小相近，差异 不超过10％，符号相反。

4.根据权利要求1所述一种用于缩小成像光刻的超分辨成像器件，其特征在于：所述金属薄膜材料为：Au，Ag，Pt，Al，Ni或W。

5.根据权利要求1所述一种用于缩小成像光刻的超分辨成像器件，其特征在于：所述介质薄膜材料为SiO₂，GaN，Al₂O₃，Si或Ge。

6.一种利用权利要求1所述的超分辨成像器件的光刻方法，其特征在于：将所述超分辨成像器件直接加工在紫外光透明基片上，像平面一侧在外，所述超分辨成像器件放置在涂有光刻胶的基片上，光刻胶表面与所述超分辨成像器件的像平面重合，掩模图形为光刻胶目标图形整体放大1/(M×N)倍，光刻时利用传统投影光刻系统，将掩模图形以缩放倍率N投影到超分辨成像器件的物平面上，超分辨成像器件以缩放倍率M将图形进一步成像在光刻胶表面，从而实现缩小投影成像光刻。

7.一种利用权利要求1所述的超分辨成像器件的光刻方法，其特征在于：首先在紫外光透明基底上加工金属掩模图形，掩模图形相对光刻胶图形整体放大1/M倍， 然后在金属掩模上制作所述超分辨成像器件，或以紧密贴紧的方式将所述超分辨成像器件的物平面与金属掩模图形面重合，涂有光刻胶材料的基片胶表面与成像器件的像平面重合，紫外光从光刻掩模一侧照明，掩模图形经超分辨成像器件投影传递到光刻胶表面，光刻胶感光，实现缩小投影光刻。

8.根据权利要求6或7所述的光刻方法，其特征在于：可以通过并列多个超分辨成像器件，所有超分辨成像器件的物平面都在一个平面上，所有像平面也都在一个平面上，从而实现大面积图形的光刻。