【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及超分辨光刻，特別是一種基于拓撲光子晶體的超分辨光刻器件及其方法。
技術介紹
1、光學光刻作為主流的芯片制造手段，是推動整個集成電路產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的關鍵技術，是科技進步、信息安全的重要基石。但由于受到光的衍射極限限制，傳統(tǒng)光刻技術一般通過減小曝光波長和提高數(shù)值孔徑的方法改善分辨力，但該方法實現(xiàn)路徑極為復雜、設備成本奇高。因此迫切需要能夠突破衍射極限的新型光刻方法。
2、近場光刻技術由于能利用高頻倏逝波，是實現(xiàn)超分辨光刻的最簡單直接方法。尤其是結合表面等離激元可以進一步增加倏逝波的調控自由度。但表面等離激元光刻依賴金屬材料，導致傳輸損耗較大、光刻器件工作距過短。所以表面等離激元光刻多采用接觸式光刻方法，這降低了可操作性，也縮短了光刻器件使用壽命。利用全電介質光子晶體激發(fā)布洛赫表面來調控倏逝波的方法大幅度提高了傳輸效率，并因此明顯拓展了超分辨光刻器件的工作距離。但光子晶體的倏逝波調控性能對電介質膜層厚度較為敏感，導致器件制備工藝要求極高，性能穩(wěn)定性難以保證。
技術實現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本專利技術的目的在于提供一種基于拓撲光子晶體的超分辨光刻器件及其方法，該器件利用電介質多層薄膜堆疊成亞晶胞結構，再利用亞晶胞排列組成拓撲光子晶體，實現(xiàn)高頻倏逝波的選頻傳輸，并高效通過工作間隙層，在感光層形成深亞波長周期圖形。
2、為達到上述目的，本專利技術提供如下技術方案：
3、本專利技術提供的基于拓撲光子晶體的超分辨光刻器件，包括依次布設透明基底層、光柵掩
4、進一步，所述光子晶體結構層中同種電介質的膜厚相等，所述各層膜厚度為10nm～100nm；或所述的亞晶胞均由不同折射率的電介質排列組成。
5、進一步，所述光子晶體結構層中的電介質膜層材料為mgf2、si3n4、gan、aln、zro2、al2o3、tio2、sio2電介質中任一種。
6、進一步，所述光子晶體結構層是將折射率不同的電介質材料通過物理氣相沉積的方法在平坦化膜層上交替沉積制備而成。
7、進一步，所述拓撲光子晶體結構層至少包括兩種亞晶胞：亞晶胞a和亞晶胞b；所述亞晶胞a和亞晶胞b構成了光子晶體膜層結構。所述光子晶體結構層具有拓撲非平凡態(tài)。
8、進一步，所述包括兩種亞晶胞至少包括一組亞晶胞a和兩組亞晶胞b。
9、進一步，所述光柵掩模層為納米狹縫或者孔洞陣列構成的周期圖形掩模層；或所述光柵掩模層材料選用au、al、cr、tio2或si3n4中的任一種；或所述納米狹縫或者孔洞陣列結構的排布周期為40nm～400nm，占空比為0.1～0.9。
10、進一步，所述亞晶胞a的膜層堆疊方式為tio2/sio2/al2o3；亞晶胞b的膜層堆疊方式為al2o3/sio2/tio2。
11、本專利技術提供的基于拓撲光子晶體的超分辨光刻方法，包括以下步驟：
12、(1)制備掩模；
13、(2)掩模層平坦化；
14、(4)沉積電介質多層膜；所述沉積電介質多層膜是由多層折射率不同的電介質膜層組成不同的亞晶胞，再堆疊排列構成的拓撲光子晶體；
15、(5)在基底上制備感光層；
16、(6)將光刻器件與感光層平行放置，通過儀器設備控制工作距離；
17、(7)te偏振照明光從掩模層一側垂直入射曝光。
18、進一步，所述拓撲光子晶體由折射率不同的電介質材料通過物理氣相沉積的方法在平坦化膜層上沉積制備而成，先后依次為一組亞晶胞a、兩組亞晶胞b構成光子晶體膜層結構；所述的亞晶胞a和亞晶胞b為不同堆疊方式的電介質多層膜。
19、進一步，所述包括兩種亞晶胞至少包括一組亞晶胞a和兩組亞晶胞b。
20、進一步，所述亞晶胞a的膜層堆疊方式為tio2/sio2/al2o3；亞晶胞b的膜層堆疊方式為al2o3/sio2/tio2。
21、本專利技術的有益效果在于：
22、本專利技術提供的基于拓撲光子晶體的超分辨光刻器件及其方法，該器件首先根據(jù)電介質多層薄膜堆疊成亞晶胞結構，再利用亞晶胞排列組成拓撲光子晶體，實現(xiàn)高頻倏逝波的選頻傳輸，并高效通過工作間隙層，在感光層形成深亞波長周期圖形。
23、本器件從上至下依次布設透明基底、納米狹縫或者孔洞陣列構成的光柵掩模層、平坦化膜層、光子晶體電介質多層膜。該器件中光子晶體電介質多層膜具有選頻傳輸功能，高衍射級次的倏逝波可以被選擇性地傳輸，并高效地通過工作間隙層。其拓撲性質大幅度提高了電介質膜層的厚度容忍度，可以采用一般的物理氣相沉積方法制備。所以，該器件可以在大工作距的情況下將高頻倏逝波傳輸?shù)礁泄鈱樱纬删哂懈吖鈭鰪姸群透叻直媪μ卣鞯纳顏啿ㄩL光刻圖形，突破了衍射極限約束。在大幅度拓展光刻器件的工作距離的同時，極大地降低了器件制備工藝難度，有利于提升超分辨光刻的可操作性，延長光刻器件的使用壽命，降低生產(chǎn)成本。
24、本方法能夠利用光子晶體傳輸倏逝波。對比金屬膜層，電介質膜層的損耗低，能夠在感光層中產(chǎn)生較強的光強。由于該超分辨光刻器件使用的是電介質膜層，增強了光傳輸效率，提升了光刻膠中的光強度。在實際生產(chǎn)當中，這樣的光刻器件有利于減小曝光時間，降低光刻工藝成本。
25、該器件利用亞晶胞對光子能帶進行調控，使目標工作波長能夠處于光子能帶范圍內，而不是處于光子禁帶處。根據(jù)光子晶體多層膜的空間頻譜濾波功能，使得相同級次的高頻衍射波高效通過，并能夠突破較大的工作距離，傳輸?shù)礁泄鈱樱纬删哂懈吖鈭鰪姸忍卣鞯某直骊嚵袌D形。在實際生產(chǎn)當中，具有大工作距的光刻器件適用范圍更廣，有利于提升超分辨光刻的可操作性，延長光刻器件的使用壽命。
26、該器件中的亞晶胞具有不同的堆疊方式，打破光子晶體的單一周期性排布特征，形成了拓撲非平凡態(tài)，使得光刻器件具有良好的性能穩(wěn)定性，大幅度提升了電介質多層膜的厚度容忍度，使得普通物理氣相沉積方法就能完成膜層制備，明顯降低了器件制備工藝難度，便于大規(guī)模制造。
27、本專利技術的其他優(yōu)點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本專利技術的實踐中得到教導。本專利技術的目標和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書來實現(xiàn)和獲得。
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1.基于拓撲光子晶體的超分辨光刻器件，包括依次布設透明基底層、光柵掩模層、平坦化膜層、工作間隙層、感光層、襯底層；其特征在于：至少包括光子晶體結構層；所述光子晶體結構層設置于平坦化膜層和工作間隙層之間；所述光子晶體結構層由多個亞晶胞排列構成，所述亞晶胞由電介質膜層堆疊構成，所述光子晶體結構層具有拓撲非平凡態(tài)。
2.如權利要求1所述的基于拓撲光子晶體的超分辨光刻器件，其特征在于：所述光子晶體結構層中同種電介質的膜厚相等，所述各層膜厚度為10nm～100nm；或所述的亞晶胞均由不同折射率的電介質排列組成。
3.如權利要求1所述的基于拓撲光子晶體的超分辨光刻器件，其特征在于：所述光子晶體結構層中的電介質膜層材料為MgF2、Si3N4、GaN、AlN、ZrO2、Al2O3、TiO2、SiO2電介質中任一種。
4.如權利要求1所述的基于拓撲光子晶體的超分辨光刻器件，其特征在于：所述光子晶體結構層是將折射率不同的電介質材料通過物理氣相沉積的方法在平坦化膜層上交替沉積制備而成。
5.如權利要求1所述的基于拓撲光子晶體的超分辨光刻器件，其特征在于：
6.如權利要求1所述的基于拓撲光子晶體的超分辨光刻器件，其特征在于：所述光柵掩模層為納米狹縫或者孔洞陣列構成的周期圖形掩模層；或所述光柵掩模層材料選用Au、Al、Cr、TiO2或Si3N4中的任一種；或所述納米狹縫或者孔洞陣列結構的排布周期為40nm～400nm，占空比為0.1～0.9。
7.如權利要求5所述的基于拓撲光子晶體的超分辨光刻器件，其特征在于：所述亞晶胞a的膜層堆疊方式為TiO2/SiO2/Al2O3；亞晶胞b的膜層堆疊方式為Al2O3/SiO2/TiO2。
8.基于拓撲光子晶體的超分辨光刻方法，其特征在于：包括以下步驟：
9.如權利要求8所述的基于拓撲光子晶體的超分辨光刻方法，其特征在于：所述拓撲光子晶體由折射率不同的電介質材料通過物理氣相沉積的方法在平坦化膜層上沉積制備而成，先后依次為一組亞晶胞a、兩組亞晶胞b構成光子晶體膜層結構；所述的亞晶胞a和亞晶胞b為不同堆疊方式的電介質多層膜。
10.如權利要求9所述的基于拓撲光子晶體的超分辨光刻方法，其特征在于：所述亞晶胞a的膜層堆疊方式為TiO2/SiO2/Al2O3；亞晶胞b的膜層堆疊方式為Al2O3/SiO2/TiO2。
...【技術特征摘要】
1.基于拓撲光子晶體的超分辨光刻器件，包括依次布設透明基底層、光柵掩模層、平坦化膜層、工作間隙層、感光層、襯底層；其特征在于：至少包括光子晶體結構層；所述光子晶體結構層設置于平坦化膜層和工作間隙層之間；所述光子晶體結構層由多個亞晶胞排列構成，所述亞晶胞由電介質膜層堆疊構成，所述光子晶體結構層具有拓撲非平凡態(tài)。
2.如權利要求1所述的基于拓撲光子晶體的超分辨光刻器件，其特征在于：所述光子晶體結構層中同種電介質的膜厚相等，所述各層膜厚度為10nm～100nm；或所述的亞晶胞均由不同折射率的電介質排列組成。
3.如權利要求1所述的基于拓撲光子晶體的超分辨光刻器件，其特征在于：所述光子晶體結構層中的電介質膜層材料為mgf2、si3n4、gan、aln、zro2、al2o3、tio2、sio2電介質中任一種。
4.如權利要求1所述的基于拓撲光子晶體的超分辨光刻器件，其特征在于：所述光子晶體結構層是將折射率不同的電介質材料通過物理氣相沉積的方法在平坦化膜層上交替沉積制備而成。
5.如權利要求1所述的基于拓撲光子晶體的超分辨光刻器件，其特征在于：所述拓撲光子晶體結構層至少包括兩種亞晶胞：所述兩種亞晶胞至少包括一組亞晶胞a和兩組亞晶胞b；所述亞晶胞a和亞晶胞b構成了光...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：梁高峰，陳剛，溫中泉，周毅，尚正國，
申請(專利權)人：重慶大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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