[发明专利]一种超分辨光刻的光生成器件

说明书

本发明公开了一种超分辨光刻的光生成器件，它由上至下依次布设透明基底层（1）、纳米狭缝或孔洞阵列结构的光栅掩模层（2）、平坦化膜层（3）和光子晶体多层膜（4）。本发明的技术效果是：将高空间频率的倏逝波传输到感光层，形成具有高深宽比、高光场强度特征的深亚波长光刻图形，突破了衍射极限约束，光传输效率高，图形均匀性好。

技术领域

本发明属于超分辨光刻技术领域，具体涉及一种超分辨光刻的光生成器件，它利用介质薄膜构成的一维光子晶体实现高频倏逝波的有效传输并在感光层形成深亚波长图形。

背景技术

光刻是半导体产业最常用的图形制备技术。受光的衍射极限制约，传统光刻的分辨力只能达到半波长量级。其本质原因是倏逝波未能跟传播波一起到达成像面。因此，包含物体精细结构的高频信息未能参与成像。为了突破衍射极限并获得小尺寸图形，一些新的光刻技术，如相移掩模、二次曝光等被开发使用。而高频的倏逝波也被研究利用来提高成像分辨力并在近场光刻技术里得到了验证。

最近，表面等离子体光刻被提出用来改善光刻图形分辨力。它是利用在金属-介质界面激发的表面等离子体耦合高频倏逝波，并产生深亚波长尺寸的光刻图形。其图形特征尺寸远小于半个波长，分辨力突破了衍射极限。尤其是金属-介质多层膜结构能够实现多个自由度的调节，被广泛应用在超分辨光刻领域。所述的超分辨光刻是指光刻图形分辨力超越了衍射极限，图形特征尺寸小于光源波长的一半。但是，表面等离子体是一种限制在金属表面的特殊电磁场模式。金属损耗高、光透过率低等问题造成在通过多层膜后光强度衰减了几个数量级，在深紫外波段会衰减更多，这将导致过长的曝光时间。即使去除多层膜使感光层直接与金属掩模直接接触，由于表面等离子体自身的倏逝特性也将造成光刻图形深度较浅。同时，大面积区域的光刻图形均匀性也是有待解决的问题。这些问题严重阻碍了表面等离子体光刻的发展和应用。

为了解决这些问题，开发一种能够产生高深宽比的超分辨图形，并保持较高光透过率的光学器件尤为迫切。光子晶体是由不同折射率的介质材料周期性排列而成的人工微结构，其特有的光子带隙能够操控光在光子晶体中的传播。光子晶体较高的光传输效率，及其在操控光传输方面的特殊性能，使它作为光学材料被广泛应用。同时，也使它有可能替换表面等离子体光刻中的金属-介质多层膜而应用在光刻领域。

发明内容

针对表面等离子体光刻中传输损耗大、图形深宽比小的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种超分辨光刻的光生成器件，它能实现高频倏逝波的高效传输并形成具有较大深宽比的超分辨光刻图形。

为了解决上述技术问题，本发明提供的一种超分辨光刻的光生成器件，它由上至下依次为透明基底层、纳米狭缝或孔洞阵列结构的掩模层、平坦化膜层和光子晶体多层膜。

优选地，在光子晶体多层膜之下还布设有感光层和衬底层；感光层与光子晶体多层膜直接接触，或者间隔一定距离，间隔层材料为空气或者透光液体。

本发明的工作过程：用S偏振方向的平面波光源均匀照射到透明基底层，平面光波作用在纳米狭缝或孔洞阵列结构的光栅掩模层上，激发出不同波矢特征的衍射波，衍射波经过平坦化膜层后传输到光子晶体多层膜，利用光子晶体多层膜具有的空间频谱滤波功能，使得一对相同级次的高频衍射波通过，并最终在感光层形成超分辨干涉图形。

本发明的技术效果是：通过光子晶体多层膜滤除杂散级次的衍射波，将特定衍射级次的高频倏逝波传输到感光层，形成具有高深宽比、高光场强度特征的深亚波长光栅阵列图形，突破了衍射极限约束，在光刻技术、微光机电器件制备、高密度数据存储等方面具有重要的应用价值。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明的结构示意图；

图2为实施例中光子晶体多层膜的光学传递函数（OTF）曲线图；

图3为实施例中光刻结构的仿真效果图。