專利名稱：一種光柵輔助納米成像的光刻方法
技術領域：
本發明屬于超分辨顯微成像及光刻領域，涉及ー種利用光學成像鏡頭組對光場分布投影，利用光柵實現對傳輸波向倏逝波轉化的超分辨成像光刻方法。
背景技術：
隨著半導體器件不斷小型化的需求，實現納米尺度的成像光刻已成為信息科學發展的瓶頸。近年來，一種基于人工電磁材料的超分辨成像器件hyperlens被提出，該器件能夠實現對倏逝波的傳輸，從而獲得超分辨成像光刻。然而這種器件存在諸多應用問題首先，該器件受限于近場成像，物和像的位置處于近場關系，難以在實際中應用；其次，受限于損耗，這種器件的尺寸在Ium以下，其視場很小，難以應用于大面積圖形的光刻；不僅如此，該器件由于涉及復雜的納米結構，難以加工，損耗以及加工精度的誤差都會大幅度降低分 辨力。基于以上原因，一種物像位置處于遠場關系，且視場較大，結構簡單易于加工的光學成像系統的發明迫在眉睫。
發明內容
本發明要解決的技術問題是克服常規超衍射成像光刻器件物像位置近場限制、視場小、加工困難等缺點，提出利用物方光柵和像方光柵實現傳輸波與倏逝波之間的轉化，利用光學成像鏡頭組實現對光場分布投影成像光刻方法。照明光從物方光柵ー側照明，由干物像位置為遠場關系，且由于視場僅取決于光學成像鏡頭組的大小，從而將視場拓展到與傳統成像光學系統視場相當的尺寸。不僅如此，該成像光刻系統結構簡單，易于加工，且避免了損耗對器件尺寸的限制。本發明解決其技術問題所采用的技術方案為一種光柵輔助納米成像的光刻方法，在納米物體或納米圖形掩模下方放置一個用于頻譜轉換的物方光柵；在物方光柵下安裝ー個對光場分布投影成像的光學成像鏡頭組；在光學成像鏡頭組下方放置ー個用于頻譜轉換的像方光柵；所述的物方光柵和所述的像方光柵分別放置在所述的光學成像鏡頭組的物面和像面處；像方光柵下為像方區域；從而納米物體或納米圖形掩模與對應的像方區域的成像分別位于物方光柵和像方光柵的遠離光學成像鏡頭組的ー側，分別對應干物方區域和像方區域，波長為、的照明光從物方區域照射；所述的照明光為偏振光；納米物體或納米圖形掩模的透射光場與光學成像鏡頭組之間利用物方光柵進行空間頻譜信息轉換；在納米像場和光學成像鏡頭組之間則利用像方光柵進行空間頻譜信息轉換；物方光柵周期為‘=4+4=2 JI /kg0=2 JI XM/kgi ;像方光柵周期為dd_=d3+d4=2 n /kgi，其中M為光學成像鏡頭組的放大倍率；kgi為像方光柵所對應倒格矢，且滿足關系NAXkQ+kgi = nXk0 ；kg0為物方光柵所對應倒格矢；NA為光學成像鏡頭組的數值孔徑九為照明光的真空波矢k0=2 / A ；n為物方區域和像方區域材料折射率；納米物體或納米圖形掩模與物方光柵之間的距離滿足A1GtjXtan(NAzT^kgiAkciXM));納米像場與像方光柵之間的距離滿足h4〈SiX tan(NA+kgi/k0)，其中S。和Si分別為物方光柵和像方光柵視場；所述的光學成像鏡頭組為Otl面和Itl面之間實現光場復函數共軛成像關系的光學成像系統；納米物體或納米圖形掩模包含有傳輸波信息和倏逝波信息，倏逝波信息可通過物方光柵衍射后轉化為傳輸波信息并進入物方光柵和光學成像鏡頭組之間的空氣區域，通過光學成像鏡頭組對光場分布投影后，傳輸到像方光柵，傳輸波通過像方光柵衍射后又轉化為高頻倏逝波，最后在像方區域成像。其中,物方光柵和像方光柵為同一材料，可為金屬光柵，或者介質光柵。其中，所述照明光可以為紅外光、可見光、或紫外光；其偏振可以為線偏振、自然偏振、橢圓偏振和圓偏振。本發明與現有技術相比具有以下優點①、本發明中物和像的位置關系很靈活，物像之間距離可為遠場關系，從而便于實現。②、本發明中成像視場取決于物方光柵和像方光柵之間的光學成像鏡頭組的尺 寸，從而將視場拓展到與傳統成像光學系統視場相當的尺寸。③、本發明結構簡單，加工難度低，易于實現，且整個系統中避免了金屬帶來的損耗問題，從而最大程度提高分辨力，為高分辨成像光刻技術提供了ー種新型、有效的方法。
圖I是本發明所述的ー種光柵輔助納米成像及光刻裝置的結構示意圖；圖中1是納米物體或納米圖形掩模；2是物方區域；3是組成物方光柵的金屬或介質材料；4是光學成像鏡頭組；5是組成像方光柵的金屬或介質材料；6是像方區域；7是納米物體或納米圖形掩模在像方區域的成像；圖2是實施例中數值模擬得到的雙遠心4f成像光學系統以及系統中的電場分布IeI2示意圖；圖3是實施例中數值模擬得到的像方光柵下2um處電場在水平方向分布的剖面線。
具體實施例方式下面結合附圖及具體實施方式
對本發明進行詳細說明，但本發明的保護范圍并不僅限于下面實施例，應包括權利要求書中的全部內容。一種光柵輔助納米成像的光刻方法，其使用的成像裝置包括光學成像鏡頭組；位于光學成像鏡頭組兩側的物方光柵和像方光柵；用于對光場分布投影成像的光學鏡頭組。在納米物體或納米圖形掩模下方制備ー個用于頻譜轉換的物方光柵；在物方光柵下安裝ー個對光場分布投影成像的光學成像鏡頭組；在光學成像鏡頭組下方制備ー個用于頻譜轉換的像方光柵；像方光柵下為像方區域。波長為入的照明光從物方光柵ー側照明。納米物體或納米圖形掩模的透射光場與光學成像鏡頭組之間利用物方光柵進行空間頻譜信息轉換；在納米像場和光學成像鏡頭組之間則利用像方光柵進行空間頻譜信息轉換。該方法能夠提高成像系統分辨力。所述物方光柵的周期為‘=4+4=2 JI /kg0=2 JI XM/kgi ;像方光柵周期為dd_=d3+d4=2 31 /kgi。其中M為光學成像鏡頭組的放大倍率；kgi為像方光柵所對應倒格矢，且滿足關系NAXkQ+kgi = nXkQ ;kg。為物方光柵所對應倒格矢；NA為光學成像鏡頭組的數值孔徑為照明光的真空波矢1^=2 Ji/A ；n為物方區域和像方區域材料折射率。所述納米物體或納米圖形掩模與物方光柵之間的距離滿足=Ii1GtjX tan (NA/M+kgi/(k0XM));納米像場與像方光柵之間的距離滿足^〈SiXtar^NA+kgi/k。)。其中S。和Si分別為物方光柵和像方光柵視場。所述光學成像鏡頭組為Otl面和Itl面之間實 現光場復函數共軛成像關系的光學成像系統，該系統包括但不限于4f光學成像系統。所述物方光柵和像方光柵在水平方向平行。物方光柵和像方光柵為同一材料，可為金屬光柵，或者介質光柵。所述照明光可以為紅外光、可見光、或紫外光，其偏振可以為線偏振、自然偏振、橢圓偏振和圓偏振。納米物體或納米圖形掩模包含有傳輸波信息和倏逝波信息，倏逝波信息可通過物方光柵衍射后轉化為傳輸波信息并進入物方光柵和光學成像鏡頭組之間的空氣區域，通過光學成像鏡頭組對光場分布投影后，傳輸到像方光柵。傳輸波通過像方光柵衍射后又轉化為高頻倏逝波，最后在像方區域成像。本發明實施例的具體步驟如下步驟(I)、選擇納米物體為5根2nm寬的線光源，5根線光源與物方光柵之間的距離為1^=211111,5根線光源排列周期為80nm ；步驟(2)、選擇5根線光源工作波長入為365nm，TE偏振光照射；步驟(3)、選擇光學成像鏡頭組與物方光柵之間的距離為h2=400nm ;光學成像透鏡組與像方光柵之間的距離為h3=400nm ；步驟(4)、選擇物方區域和像方區域材料為SiC，其介電常數為8. 2369 ；步驟(5)、選擇物方光柵和像方光柵為介質光柵，其組成材料為SiC，其介電常數為 8.2369 ；步驟(6)、選擇物方光柵和像方光柵的厚度均為I1=I2=SOnm;步驟(7)、選擇組成物方光柵和像方光柵介質材料的寬度均為d2=d3=110nm ；步驟(8)、選擇組成物方光柵和像方光柵介質材料之間空氣間隔均為Cl1=Ci4=IlOnm ；步驟(9)、選擇物方光柵和像方光柵之間為空氣；步驟(10)、選擇光學成像透鏡組的放大倍率為M=l。圖2是實施例中數值模擬得到的雙遠心4f成像光學系統以及系統中的電場分布IeI2示意圖，可以清楚看到，在成像區域得到了 5個亮斑的成像。圖3是實施例中數值模擬得到的像方光柵下2um處電場在水平方向分布的剖面線，從結果可看到，納米像場的周期為80nm，和物體周期相同，且分辨カ達到40nm。以上所述，僅為本發明中的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術的人在本發明所揭露的技術范圍內的局部修改或替換，都應涵蓋在本發明的包含范圍之內。
權利要求
1.一種光柵輔助納米成像的光刻方法，其特征在于在納米物體或納米圖形掩模下方放置一個用于頻譜轉換的物方光柵；在物方光柵下安裝一個對光場分布投影成像的光學成像鏡頭組；在光學成像鏡頭組下方放置一個用于頻譜轉換的像方光柵；所述的物方光柵和所述的像方光柵分別放置在所述的光學成像鏡頭組的物面和像面處；像方光柵下為像方區域；從而納米物體或納米圖形掩模與對應的像方區域的成像分別位于物方光柵和像方光柵的遠離光學成像鏡頭組的一側，分別對應于物方區域和像方區域，波長為λ的照明光從物方區域照射；所述的照明光為偏振光；納米物體或納米圖形掩模的透射光場與光學成像鏡頭組之間利用物方光柵進行空間頻譜信息轉換；在納米像場和光學成像鏡頭組之間則利用像方光柵進行空間頻譜信息轉換；物方光柵周期為(^=4+4=2 π /kg0=2 π XM/kgi ;像方光柵周期為ddOTn=d3+d4=2 3i /kgi，其中M為光學成像鏡頭組的放大倍率；kgi為像方光柵所對應倒格矢，且滿足關系NAXkQ+kgi = nXk0 ；kg0為物方光柵所對應倒格矢；NA為光學成像鏡頭組的數值孔徑Aci為照明光的真空波矢1^=2 / λ ;n為物方區域和像方區域材料折射率；納米物體或納米圖形掩模與物方光柵之間的距離滿足^〈S。X tan (NA/M+kgi/ (k0XM));納米像場與像方光柵之間的距離滿足AfSi X tan (NA+kgi/k0)，其中S。和Si分別為物方光柵和像方光柵視場；所述的光學成像鏡頭組為Otl面和Itl面之間實現光場復函數共軛成像關系的光學成像系統；納米物體或納米圖形掩模包含有傳輸波信息和倏逝波信息，倏逝波信息可通過物方光柵衍射后轉化為傳輸波信息并進入物方光柵和光學成像鏡頭組之間的空氣區域，通過光學成像鏡頭組對光場分布投影后，傳輸到像方光柵，傳輸波通過像方光柵衍射后又轉化為高頻倏逝波，最后在像方區域成像。
2.根據權利要求I所述的光柵輔助納米成像的光刻方法，其特征在于物方光柵和像方光柵為同一材料，可為金屬光柵，或者介質光柵。
3.根據權利要求I所述的光柵輔助納米成像的光刻方法，其特征在于所述照明光可以為紅外光、可見光、或紫外光；其偏振可以為線偏振、自然偏振、橢圓偏振和圓偏振。
全文摘要
本發明提供一種光柵輔助納米成像的光刻方法，納米物體或納米圖形掩模位于物方區域，在納米物體或納米圖形掩模前放置一物方光柵，該光柵作用在于將高頻倏逝波轉化為傳輸波；在物方光柵外的遠場區域放置一光學成像鏡頭組，利用該鏡頭組實現對光場分布投影成像。在光學成像鏡頭組另一側放置一像方光柵，將傳輸波轉化為高頻倏逝波，最后在像方光柵下的成像區域成像。本發明利用兩個光柵對傳輸波和倏逝波進行轉化，同時利用光學成像鏡頭組實現對光場分布投影成像，得到了亞波長尺度的成像，突破了常規超衍射材料近場限制，物像空間位置關系可處于遠場范圍，且視場不受限于超衍射材料的損耗、加工困難等因素，拓展到與傳統成像光學系統視場相當的尺寸。
文檔編號G02B5/18GK102866594SQ20121036597
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月27日 優先權日2012年9月27日
發明者羅先剛, 王長濤, 趙澤宇, 王彥欽, 黃成 , 陶興, 劉玲, 楊磊磊, 蒲明薄, 楊歡 申請人:中國科學院光電技術研究所