CN100483257C - 一种采用白激光的成像干涉光刻方法和系统 - Google Patents
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Abstract
一种采用白激光的成像干涉光刻方法和系统，其特征是采用包含多个波长的白激光源与分光元件结合，并从分光元件分离出的多个波长中分别取出波长为λ1，λ2和λ3的三束激光，为成像干涉光刻提供垂直于掩模的照明、X方向偏置照明和Y方向偏置照明，三波长各自产生的图形在抗蚀剂基片上非相干叠加，一次曝光实现传统成像干涉光刻技术所需的三次曝光，系统中没有任何需要在曝光过程中调整的部件，一次曝光大大提高了曝光效率，有利于成像干涉光刻技术的推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用白激光的成像干涉光刻方法和系统，属于对产生微细图形的成像干涉光刻技术的改进。
背景技术
成像干涉光刻技术是一种新的光刻技术，它可以实现干涉光刻技术的高分辨率和传统光学光刻技术产生任意图形的能力，一般成像干涉光刻方法为三次曝光方法，而一般的成像干涉光刻系统由激光器、扩束、滤波和准直系统、分束器、掩模、成像系统和抗蚀剂基片等组成，文献S.R.J.Brueck，ImagingInterferometric Lithography，Microlithography World，Winter 1998，2-11和文献Xiaolan Chen and S.R.J.Brueck，Imaging InterferometricLithography：A Wavelength Division Multiplex Approach to ExtendingOptical Lithography，J.Vac.Sci.Technol，B16(6)：3392-3397，Nov/Dec.1998中介绍了成像干涉光刻技术的原理和一般方法，但对成像干涉光刻的实施方法和系统论及较少，文献中的方法是用一个波长进行三次曝光，曝光之间采用光路调整以实现不同空间频率分量的曝光，存在图形对准、像质较差和曝光效率低等问题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是：克服现有方法的不足，提供一种采用白激光的成像干涉光刻方法和系统，只需一次曝光就可实现一般成像干涉光刻的三次曝光。曝光效率高，系统无移动部件，不存在图对准问题，可改善图像质量。
本发明的技术解决方案是：一种采用白激光的成像干涉光刻方法，其特点在于包括下列步骤：
(1)在白激光器和全反射镜之间依次放置电动快门、分光元件和用于使不同波长光束间夹角增大的带孔反射镜；
(2)采用白激光经分光元件分光并由带孔反射镜反射的波长为λ1的激光束垂直照明掩模；
(3)采用白激光经分光元件分光并经带孔反射镜反射的波长为λ2的激光束，X方向偏置照明掩模；
(4)采用白激光经分光元件分光并透过带孔反射镜上的通光孔的波长为λ3的激光束，Y方向偏置照明掩模，
(5)三束激光束的波长λ1、λ2和λ3不同但是接近，通过位于分光元件前面的电动快门控制，使得上述三束照明光同时一次曝光，实现成像干涉光刻所需的三次曝光。
透过带孔反射镜上的通光孔的激光束以及由带孔反射镜反射的激光束，由其后的全反射镜分别反射进三个光路，经过各光路中的扩束镜、空间滤波器和准直透镜等使激光束变成平行光，分别对掩模进行垂直照明、X方向偏置照明和Y方向偏置照明，由成像透镜将掩模图形成像到抗蚀剂基片，完成成像干涉光刻所需的垂直曝光、X方向偏置曝光和Y方向偏置曝光。
本发明的原理是：由白激光器发出的含多个波长的激光束经分光元件分离后取出三个不同但相近的波长分别为λ1、λ2和λ3的激光束，经带孔反射镜透射和反射后从三个光路分别垂直照明掩模、X方向偏置照明掩模和Y方向偏置照明掩模，经成像透镜，掩模被成像到抗蚀剂基片上，通过位于带孔反射镜前面的电动快门控制，一次完成成像干涉光刻所需的曝光。
一种采用白激光的成像干涉光刻系统，其特点在于：在白激光器和全反射镜之间依次放置电动快门、分光元件和带孔反射镜，光线在经过带孔反射镜之后分成三路，分别为垂直照明光路、X方向和Y方向偏置照明光路，每个光路的组件从左到右依次为全反射镜、滤光片、扩束镜、空间滤波器、准直透镜，经准直透镜输出的平行光照明其后的掩模、掩模后面为成像透镜，它把掩模成像到其后的抗蚀剂基片上，三光路的三束平行光为掩模提供垂直照明、X方向和Y方向偏置照明，通过位于分光元件的电动快门控制，使得三束照明光同时一次曝光，实现成像干涉光刻所需的三次曝光。白激光器发出的含有多个波长的激光束经分光元件和带孔反射镜之后，波长不同的三束光分别进行扩束、空间滤波和准直之后，从不同方向为掩模提供照明：波长为λ1的激光束垂直照明掩模，波长为λ2的激光束X方向偏置照明掩模，波长为λ3的激光束Y方向偏置照明掩模，三照明光束同时曝光，使掩模图形由成像透镜成像到抗蚀剂基片上，一次曝光就实现了一般成像干涉光刻所需的三次曝光。
上述的带孔反射镜的孔为基片上钻的通孔，或为镀增透膜的部分基片本身；分光元件为棱镜、或衍射光栅或微光学元件。
本发明与现有方法相比有以下优点：
(1)由于采用白激光器与分光元件和带孔反射镜结合，可提供波长分别为λ1、λ2和λ3三束激光，经三光路扩束、滤波和准直成平行光之后，分别对掩模提供垂直照明、X方向偏置照明和Y方向偏置照明，由成像透镜把掩模图形成像到抗蚀剂基片上，一次曝光实现一般成像干涉光刻所需的三次曝光。
(2)由于采用带孔反射镜，可以方便地使从白激光分离出的波长为λ1、λ2和λ3的激光在空间上按需要分开一定的角度便于后置光路的调整。
(3)采用三波长激光束分别经三光路为掩模提供垂直照明、X方向偏置照明和Y方向偏置照明，曝光过程中不需调整光路以适应一般成像干涉光刻所需的三次曝光，系统无移动部件，可提高系统稳定性，不存在三次曝光之间的图形对准问题，可提高曝光效率。
(4)采用分光元件分光比用三台波长不同的激光器实现一次曝光成像干涉光刻简单、廉价、稳定性好。
附图说明
图1为本发明的一种采用白激光的成像干涉光刻系统示意图；
图2为本发明的带孔反射镜结构示意图；
图3为本发明的带孔反射镜的另一种结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一种采用白激光的成像干涉光刻系统依次包括白激光器1、电动快门2、分光元件3、带孔反射镜4、全反射镜5、滤光片6、扩束镜7、空间滤波器8、准直透镜9、掩模10、成像透镜11和抗蚀剂基片12，这些器件依次排列为白激光器1、电动快门2、分光元件3、带孔反射镜4，光线在经过带孔反射镜4之后分成三路，分别为垂直照明光路、X方向和Y方向偏置照明光路，每个光路的组件从左到右依次为全反射镜5、滤光片6、扩束镜7、空间滤波器8、准直透镜9，经准直透镜输出的平行光照明其后的掩模10、掩模后面为成像透镜11，它把掩模10成像到其后的抗蚀剂基片12上。三光路的三束平行光为掩模提供垂直照明、X方向和Y方向偏置照明，同时进行的三次曝光非相干叠加在抗蚀剂基片12上，实现成像干涉光刻所需的三次曝光。白激光器1发出的多波长激光通过电动快门2，由分光元件3分光，分出的波长为λ1的激光束由带孔反射镜4反射后经全反射镜5，滤光片6、扩束镜7扩束和空间滤波器8滤波，经准直透镜9准直成平行光，为掩模10提供垂直照明，掩模10由成像透镜11成像到抗蚀剂基片12上。由分光元件3分出的波长为λ2的激光束经带孔反射镜4反射后，经由组成与前述类似的另一光路为掩模10提供X方向偏置照明，也由成像透镜11成像到抗蚀剂基片12上；同理，透过带孔反射镜4上的小孔的激光则为掩模10提供Y方向偏置照明，并由透镜11成像到抗蚀剂基片12上，三束照明光束同时一次曝光，使三个像非相干叠加到抗蚀剂基片12上，完成成像干涉光刻的曝光。
如图2所示，为本发明的带孔反射镜结构示意图。首先在研磨、抛光的直径为φ的玻璃基片13上打一个与激光束直径相当且稍大的孔14，然后在基片的一个面上镀全反射膜15。
如图3所示，为本发明的带孔反射镜的另一种结构示意图。首先研磨、抛光直径为φ的基片16，在其一面镀增透膜17，在另一面的中心一个直径稍大于激光束的小圆内镀增透膜17，而在小圆之外镀全反射膜18。
白激光器就是包含多个波长的激光器，与太阳光中含有多个波长相似。白激光器输出的白激光经过分光元件则各个波长被分开，取其中分开角度相对较大而波长又比较接近的三个波长为λ1、λ2和λ3的激光束用于所述的成像干涉光刻。但是波长靠近的光分开的角度不大，使后面的光路调整困难，故加入带孔反射镜，使由带孔反射镜反射的光传播较大的距离后再反射进三个光路，可方便调节三束光之间的夹角，便于后续光路的调整。例如分光元件后面λ1、λ2、λ3的分开角度为3°左右，经带孔反射镜及其后的反射镜反射之后，可将三光束之间的夹角增大到几十度(例如60°)，可满足成像干涉光刻的需求。
Claims (7)
1、一种采用白激光的成像干涉光刻方法，其特征在于包括下列步骤：
(1)在白激光器和全反射镜之间依次放置电动快门、分光元件和用于使不同波长光束间夹角增大的带孔反射镜；
(2)采用白激光经分光元件分光并由带孔反射镜反射的波长为λ1的激光束垂直照明掩模；
(3)采用白激光经分光元件分光并经带孔反射镜反射的波长为λ2的激光束，X方向偏置照明掩模；
(4)采用白激光经分光元件分光并透过带孔反射镜上的通光孔的波长为λ3的激光束，Y方向偏置照明掩模；
(5)三束激光束的波长λ1、λ2和λ3不同但是接近，通过位于分光元件前面的电动快门控制，使得上述三束照明光同时一次曝光，实现成像干涉光刻所需的三次曝光。
2、根据权利要求1所述的采用白激光的成像干涉光刻方法，其特征在于：所述的分光元件为棱镜、或衍射光栅或微光学元件。
3、根据权利要求1所述的一种采用白激光的成像干涉光刻方法，其特征在于：所述的带孔反射镜的孔为基片上钻的通孔，或为镀增透膜的部分基片本身。
4、一种采用白激光的成像干涉光刻系统，其特征在于：在白激光器和全反射镜之间依次放置电动快门、分光元件和带孔反射镜，光线在依次经过电动快门、分光元件、带孔反射镜之后分成三路，分别为垂直照明光路、X方向和Y方向偏置照明光路，每个光路的组件依次为全反射镜、滤光片、扩束镜、空间滤波器、准直透镜，经准直透镜输出的平行光照明其后的掩模，掩模后面为成像透镜，它把掩模成像到其后的抗蚀剂基片上，三光路的三束平行光为掩模提供垂直照明、X方向和Y方向偏置照明，通过位于分光元件前面的电动快门控制，使得三束照明光同时一次曝光，实现成像干涉光刻所需的三次曝光。
5、根据权利要求4所述的采用白激光的成像干涉光刻系统，其特征在于：所述的分光元件为棱镜、或衍射光栅或微光学元件。
6、根据权利要求4所述的采用白激光的成像干涉光刻系统，其特征在于：所述的带孔反射镜的孔为基片上钻的通孔，或为镀增透膜的部分基片本身。
7、根据权利要求4所述的采用白激光的成像干涉光刻系统，其特征在于：所述的带孔反射镜的孔的直径为光束直径的1.5～2.0倍。
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