[发明专利]用于在大面积上产生纳米结构的系统和方法

说明书

技术领域

本发明一般地涉及用于制造微米或纳米结构的光刻法领域，并且本发明具体地涉及基于泰伯效应或自成像的光刻法领域。

背景技术

具有通常在10nm-10μm范围内的特征尺寸的微米或纳米结构是许多应用所需要的。此类结构应在表面上形成，该表面的面积从几平方毫米至几平方米不同。所述应用包括平板显示器和太阳能板。

已经提出了用于在大面积上制造此类结构的平版印刷技术，例如，使用母板的纳米压印平版印刷和使用滚子掩膜的接触光刻法。纳米压印平版印刷要求掩膜与要印刷的衬底之间的接触，并且因此对缺陷敏感，因为母板与衬底之间的接触使印刷图案的均匀度退化。缺陷由于可能由母板或要图案化的衬底引入的颗粒而出现。此外，施加于衬底的不均匀压力或者衬底或母板的变形也可能引入不期望的缺点。另外，必须在将图案转印到后续衬底上之后去除在压印过程之后留在母板上的残余聚合物。此类残余物常常具有不均匀厚度，这进一步使此问题加剧。最近已经引入的通过透明滚子掩膜的光刻法也依赖于掩膜与衬底之间的物理接触。在这种情况下，非完美接触由于光在掩膜与衬底之间的衍射而降低图像的对比度和清晰度。

在E. Garnet等人的“Flying phase mask for the printing of long submicron-period stitch-less gratings”、Microelectronic Engineering 83 (2006) 734-737中以及在Jourlin等人的国际专利申请WO 2010/060741 A1中描述了用于从较小图案印刷大型高分辨率光栅图案的光刻方法。根据本方案，承载相对小面积的光栅的相位掩膜被接近于且平行于涂敷有一层光致抗蚀剂的大得多的衬底定位。通过用强度调制激光束来照亮掩膜而同时使衬底在垂直于光栅线的方向上相对于掩膜横向地平移来执行曝光。调制频率与位移速度同步，使得衬底以对应于连续照明脉冲之间的光栅周期的距离移位，由此，通过相继脉冲而从掩膜投射的干涉图中的强度最大值被叠加在衬底上。基于编码器的光学系统另外被用于测量衬底移位的速度以便保证调制频率与要求的准确度同步。还集成了传感器以便在台的移位期间测量其可能的偏航（yaw），使得其能够被倾斜致动器补偿，该倾斜致动器在衬底平移期间略微地调整相位掩膜的取向。这些公开还描述了可以以其中生成0阶和两个1阶衍射的法向入射对掩膜进行照明，或者以利特洛角度对掩膜进行照明，使得只有0阶和一个1阶传播。

发明人中的一个已经发明了基于泰伯效应的两种方法以便以成本有效的方式印刷高分辨率周期性图案。其中的第一个是消色差泰伯平版印刷（参见H. H. Solak等人的“Achromatic Spatial Frequency Multiplication: A Method for Production of Nanometer-Scale Periodic Structures”、J. Vac. Sci. Technol., 23, pp. 2705-2710 (2005)，以及欧洲专利号EP1810085）。其为平版印刷应用提供了两个显著优点。首先，其克服了使用典型泰伯方法遇到的场深度限制；并且，其次，对于许多图案类型而言，其使得能够实现空间频率乘法，亦即，其允许印刷特征的周期小于掩膜中的特征的周期。在消色差泰伯平版印刷（ATL）中，用准直光束对掩膜进行照明，该准直光束具有相对宽的光谱带宽，并且超过距掩膜的某个距离，透射光场形成所谓的固定图像，该固定图像的强度分布对于距离的进一步增加是不变的。距发生此事的掩膜的最小距离与掩膜中的图案的周期P和照明的光谱带宽Δλ有关。在一维周期性图案、即线性光栅的情况下，其由下式给定：

d_min≈2p²/Δλ                 等式（1）。

超过此距离，用于不同波长的泰伯图像平面以连续方式分布，这生成固定图像。因此，将涂有光致抗蚀剂的衬底放置在≥dmin的与掩膜的距离处等价于使其暴露于当用单个波长对掩膜进行照明时在连续泰伯平面之间形成的横向强度分布的整个范围。被印刷到衬底上的图案因此是横向强度分布的此范围的平均或积分，并且这基本上对衬底相对于掩膜的纵向位移不敏感。该技术使得能够实现比标准泰伯成像大得多的场深度，并且能够实现比常规投射、接近或接触印刷大得多的场深度。

必须使用建模软件来确定来自特定掩膜图案的ATL图像中的强度分布，该建模软件模拟通过掩膜和在掩膜之后的电磁波的传播。此类模拟工具可以用来使掩膜中的图案设计最优化以便在衬底表面处获得特定印刷图案。