提高超分辨成像光刻性能的波前调控方法研究

摘要

制造集成电路的关键要求,是对特征尺寸和缺陷的控制。但是,由于光的衍射行为的限制,传统光学成像的分辨力,大约只有所使用光波长的一半。目前,关于表面等离子奇异特性的研究,显示了突破衍射极限的可能。随后,一系列包括波前工程(例如相移掩模)的尝试,被用于提升等离子透镜光刻的成像分辨力和对比度。在传统的投影光刻中,离轴照明被广泛用于提升分辨力和焦深。
　　本论文开展了应用离轴照明提升超衍射成像性能的超透镜光刻研究。主要进行了理论研究、优化设计和光刻实验。本论文主要研究内容以及结论如下:
　　1.在非接触的方式下,提出和证实了离轴照明等离子透镜可提高成像对比度。由于波矢的移动,纳米掩模图形的空间频谱分量得到了极大的提升,而这将会带来包括分辨力、对比度、逼真度和空气间隙延伸等成像性能的提升。与垂直照明相比,通过采用数值孔径 NA=1.55的离轴照明等离子透镜(Off-axis illumination plasmonic lens,OAIPL),线宽35nm和60nm光栅图形的空气间隙拓展,分别延伸到了25nm和100nm。
　　2.通过对60nm线宽图形照明数值孔径的优化,实现了高成像对比度。此外,不同的空气层厚度情况下,通过数值计算,分析了成像光场的对比度与光强利用率的变化规律。与垂直照明时的情况相比,照明数值孔径 NA=1.52,能够将线宽60nm的银-光刻胶-银结构的空气间隙拓展到大约100nm。
　　3.基于上述理论研究和数值仿真,开展了实验器材的设计,并完成了相关超分辨光刻实验。照明角度和照明光的波长分别为60度和365nm。单侧照明时,基于光刻胶-银结构,实现了特征尺寸为60nm的超衍射成像。

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第一章 绪 论

1.1 课题的研究背景

1.2 表面等离子的相关研究背景

1.3 提高超透镜光刻分辨力的主要方法与研究进展

1.4 本文的研究目的和主要内容

第二章 超透镜光刻的原理及数值计算方法

2.1 超透镜的电磁传输特性

2.2 表面等离子电磁理论

2.3 常见激发表面等离子的方式

2.4 电磁场的数值仿真模拟方法

2.5 本章小结

第三章 采用高数值孔径离轴照明提高超透镜光刻的成像性能研究

3.1 高数值孔径离轴照明的研究背景

3.2 原理与设计

3.3 离轴照明等离子透镜的电磁数值仿真

3.4 讨论

3.5 本章小结

第四章 照明数值孔径的优化设计

4.1 银-光刻胶-银结构的优化设计

4.2 光刻胶-银结构与银-光刻胶-银结构的对比

4.3 本章小结

第五章 离轴照明实验验证

5.1 实验的前期准备

5.2 光刻胶-银结构的高数值孔径离轴照明实验

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文工作总结

6.2 论文工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果