CN100510964C - 一种采用光栅组合的成像干涉光刻方法及其光刻系统 - Google Patents
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Abstract
一种采用光栅组合的成像干涉光刻方法及其光刻系统，其特征是使用由一个水平光栅和一个垂直光栅组成的光栅组合和转动光阑相配合，为成像干涉光刻系统中的掩模提供Y方向倾斜照明和X方向倾斜照明，使传统成像干涉光刻在三次曝光之间需调整光路系统的复杂、费时工序得到简化，在整个曝光过程中，只须转动光阑两次，就可完成成像干涉干光刻所需的三次曝光过程，系统光路简单、紧凑，调节光路容易，缩短曝光时间，提高成像干涉光刻曝光效率，有利于成像干涉光刻的实用化。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用光栅组合的成像干涉光刻方法及其成像干涉光刻系统，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
一般成像干涉光刻系统由激光器，扩束器，准直器、反射镜、掩模、成像光学系统及抗蚀剂基片等组成，第一次曝光后，调整光路进行第二次曝光，第二次曝光后，调整光路进行第三次曝光，才能完成成像干涉光刻所需的三次曝光，三次曝光之间还存在像的对准问题。文献Steven R.J.Brueck，Imaging interferometric Iithography，Microlithography World，winter 1998，2-10和文献Xiaolan Chen and S.R.J.Brueck，Imaging interferometricIithography：A wavelength division multiplex approach to extending opticallithography，J.Vac.Sci.Technol.B16(6)：3392-3397，Nov./Dec，1998中介绍了关于成像干涉光刻的技术。这三次曝光为垂直照明掩模的曝光，以及在X方向和方向倾斜照明掩模的曝光。三次曝光之间，光路调整和图像对准较难，特别是三光路不在一个平面内就更加困难和费时，降低了曝光效率。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是：克服现有方法和系统的不足，提供一种在三次曝光之间只简单地转动两次转动光阑就可完成一般成像干涉光刻需要的三次曝光，无须在其间调整光路和对准，可减少调整光路的复杂性和图像对准问题，缩短曝光时间和提高成像干涉光刻的曝光效率的成像干涉光刻方法及其成像干涉光刻系统。
本发明所采用的技术方案是：一种采用光栅组合的成像干涉光刻方法，其特征在于包括下列步骤：
(1)将一个由水平光栅和垂直光栅组成的光栅组合放置于扩束准直器和掩模之间，用于分别提供Y方向倾斜照明光束和X方向倾斜照明光束；
(2)再将转动光阑置于上述组合光栅之前；
(3)将转动光阑置于初始位置0°，使直接透过转动光阑和光栅组合上的透光孔的平行光束垂直照射掩模，并由成像光学系统成像到抗蚀剂基片上，实现掩模图形低频分量曝光；
(4)将转动光阑从初始位置0°转动90°，使透过转动光阑透光孔并经其后的垂直光栅衍射的平行光束X方向倾斜照射掩模，并由成像光学系统成像到抗蚀剂基片上，实现X向高频分量曝光；
(5)将转动光阑从初始位置0°反向转动90°，使透过转动光阑透光孔并经其后的水平光栅衍射的平行光束Y方向倾斜照射掩模，并由成像光学系统成像到抗蚀剂基片上，实现Y向高频分量曝光；
由上述(3)，(4)和(5)分别实现了对掩模的低频分量曝光、掩模的X向高频分量曝光和掩模的Y向高频分量曝光，从而完成成像干涉光刻所需的三次曝光。
此外，在转动光阑之前采用可变光衰减器调节三次曝光的光强度，可提高图像对比度和分辨率，改善图像质量。
采用电控系统控制转动机构精确转动光阑，使其从初始位置分别转到X方向倾斜照明位置和Y方向倾斜照明位置。
转动光阑为一个可绕其中心作平面内转动的圆形或正方形不透光材料板，其上开有一个圆形或正方形透光孔，除透光孔外，转动光阑的其余部分表面均涂黑，以减弱或防止散射光和反射光的干扰，提高信噪比。
采用上述方法的成像干涉光刻系统，包括激光器、定时快门、可变光衰减器、扩束准直器、转动光阑RP、光栅组合CG、掩模、成像光学系统、抗蚀剂基片、转动机构及其电控系统，由激光器发出的激光束通过定时快门和可变光衰减器及扩束准直器之后，通过转动光阑上的透光孔照射在光栅组合上，由光栅组合透过或衍射的光束照明掩模，成像光学系统把掩模成像在抗蚀剂基片上，对抗蚀剂曝光，电控系统控制转动光阑的转动机构，使透过转动光阑的光照射在光栅组合的不同位置，完成三次曝光过程。
本发明与现有方法和系统相比具有以下优点：
(1)由于本发明采用光栅组合代替传统成像干涉光刻系统中的棱镜、反射镜等折光系统为成像干涉光刻系统中的掩模提供垂直，X方向倾斜和Y方向倾斜照明，完成三次曝光，具有体积小、重量轻，曝光之间光路不用调整，操作简单，缩短曝光时间，提高曝光效率等优点。
(2)本发明的成像干涉光刻系统另一特点在于采用了由控制电路控制的转动机械使转动光阑从原始0°位置分别精确转动+90°和-90°，使光阑透光部分分别与光栅组合上不同部分重迭，以实现掩模的垂直照明、X方向倾斜照明和Y方向倾斜照明，为完成成像干涉光刻所需的三次曝光提供方便、快捷而准确的控制，提高曝光效率。
(3)本发明在成像干涉光刻系统中用一个可变光衰减器可以分别调节垂直照明光、X方向倾斜照明光和Y方向倾斜照明光的强度，从而控制高、低频分量的曝光强度，优化由三次曝光的强度相加得到的最终掩模像强度，得到更优质的掩模像。
(4)本发明采用电控转动机构，精确、快捷调节转动光阑，并可与定时快门同步控制，使成像干涉光刻的三次曝光过程准确而快速地实现，对于提高光刻曝光效率，推进成像干涉光刻的实用化具有重要意义和广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明采用光栅组合的成像干涉光刻系统的结构示意图；
图2为本发明采用光栅组合的成像干涉光刻系统中的转动光阑与光栅组合的匹配示意图，其中图2a为初始位置0°，此时转动光阑透光孔与光栅组合透光孔重合，为掩模提供垂直照明；图2b为转动光阑从初始位置0°转动90°，转动光阑透光孔透过的光照在垂直光栅G1上，为掩模提供X方向倾斜照明，图2c为转动光阑从初始位置0°反向转动90°，转动光阑透光孔透过的光照在光栅组合的水平光栅G2上，为掩模提供Y方向倾斜照明。
具体实施方式
如图1所示，本发明的方法包括下列步骤：
(1)将一个由水平光栅和垂直光栅组成的光栅组合6放置于扩束准直器4和掩模7之间，用于分别提供Y方向倾斜照明光束和X方向倾斜照明光束；
(2)再将转动光阑5置于上述光栅组合6之前；
(3)当转动光阑5处于初始位置0°时，使直接通过转动光阑5和光栅组合6上的透光孔的平行光束垂直照射掩模7，并由成像光学系统8成像到抗蚀剂基片9上，实现掩模图形低频分量曝光；
(4)转动光阑5从初始位置0°转动90°，使透过光阑5的透光孔并经其后的垂直光栅衍射的平行光束X方向倾斜照射掩模7，并由成像光学系统成像8到抗蚀剂基片上，实现X向高频分量曝光；
(5)再将转动光阑5从初始位置0°反向转动90°，使透过光阑5的透光孔并经其后的水平光栅衍射的平行光束Y方向倾斜照射掩模，并由成像光学系统成像到抗蚀剂基片9上，实现Y向高频分量曝光；
(6)由上述(3)，(4)和(5)分别实现了对掩模的低频分量曝光、掩模的X向高频分量曝光和掩模的Y向高频分量曝光，从而完成成像干涉光刻所需的三次曝光。
如图1所示，本发明的一种采用光栅组合的成像干涉光刻系统包括有激光器1、定时快门2、可变光衰减器3、扩束准直器4、转动光阑5、光栅组合6、掩模7、成像光学系统8、抗蚀剂基片9、转动机构10和电控系统11。由激光器1发出的激光由定时快门2控制通断和通断时间，通过的激光束经可变光衰减器3之后，由扩束准直器4扩束并准直成截面均匀的平行光束照射到转动光阑5上，透过转动光阑5的平行激光束照射到光栅组合6上，当转动光阑5和光栅组合6处于图2a位时，平行光束垂直照明掩模7，并由成像光学系统8将掩模7成像到抗蚀剂基片9上，实现低频分量曝光。随后由电控系统11控制转动机构10将转动光阑转动+90°，即处于图2b位，此时透过转动光阑5的平行激光束照射在光栅组合的垂直光栅G1上，由G1衍射产生的一束光以X方向倾斜方式照明掩模7，由成像光学系统8成像到抗蚀剂基片9上实现X向高频分量的曝光。最后由电控系统11控制的转动机构10使转动光阑转动-90°，即处于图2C位，此时透过转动光阑5的平行光照射在光栅组合6的水平光栅G2上，由G2衍射产生的一束光以Y方向倾斜方式照明掩模7，由成像光学系统8成像到抗蚀剂基片9上，实时Y向高频分量的曝光。于是完成成像干涉光刻所需的三次曝光。
在整个曝光过程中，根据光源、抗蚀剂性能及成像光学系统参数，由计算机编程控制转动光阑和定时快门的通断时间，以最短时间完成三次曝光，提高曝光效率，同时适当调节可变光衰减器的衰减量，使高、低频分量合理曝光，以得到最佳图形质量。
Claims (6)
1、一种采用光栅组合的成像干涉光刻方法，其特征在于包括下列步骤：
(1)将一个由水平光栅和垂直光栅组成的光栅组合放置于扩束准直器和掩模之间，用于分别提供Y方向倾斜照明光束和X方向倾斜照明光束；
(2)再将转动光阑置于上述光栅组合之前；
(3)当转动光阑处于初始位置0°时，使直接通过转动光阑和光栅组合上的透光孔的平行光束垂直照射掩模，并由成像光学系统成像到抗蚀剂基片上，实现掩模图形低频分量曝光；
(4)转动光阑从初始位置0°转动90°，使透过光阑透光孔并经其后的垂直光栅衍射的平行光束X方向倾斜照射掩模，并由成像光学系统成像到抗蚀剂基片上，实现X向高频分量曝光；
(5)再将转动光阑从初始位置0°反向转动90°，使透过光阑透光孔并经其后的水平光栅衍射的平行光束Y方向倾斜照射掩模，并由成像光学系统成像到抗蚀剂基片上，实现Y向高频分量曝光；
由上述(3)，(4)和(5)分别实现了对掩模的低频分量曝光、掩模的X向高频分量曝光和掩模的Y向高频分量曝光，从而完成成像干涉光刻所需的三次曝光，在所述三次曝光期间只转动两次转动光阑，而无须重新调整光路系统和对准，就可完成成像干涉光刻所需的三次曝光。
2、根据权利要求1所述的采用光栅组合的成像干涉光刻方法，其特征在于：在转动光阑之前采用可变光衰减器调节三次曝光的光强度，可提高图像对比度和分辨率，改善图像质量。
3、根据权利要求1所述的采用光栅组合的成像干涉光刻方法，其特征在于：采用电控系统控制转动机构精确转动光阑，使其从初始位置分别转到X方向倾斜照明位置和Y方向倾斜照明位置。
4、根据权利要求1所述的采用光栅组合的成像干涉光刻方法，其特征在于：所述的转动光阑为一个可绕其中心作平面内转动的圆形或正方形不透光材料板，其上有一个圆形或正方形透光孔，板的其余部分涂黑，防止照射其上的光散射和反射。
5、采用权利要求1所述方法的光栅组合成像干涉光刻系统，其特征在于：包括激光器、定时快门、可变光衰减器、扩束准直器、转动光阑、光栅组合、掩模、成像光学系统、抗蚀剂基片、转动机构及其电控系统，由激光器发出的激光束通过定时快门和可变光衰减器及扩束准直器之后，通过转动光阑上的透光孔照射在光栅组合上，由光栅组合透过或衍射的光束照明掩模，成像光学系统把掩模成像在抗蚀剂基片上，对抗蚀剂曝光，电控系统控制转动光阑的转动机构，使透过转动光阑的光照射在光栅组合的不同位置，完成三次曝光过程。
6、根据权利要求5所述的一种采用光栅组合的成像干涉光刻系统，其特征在于：所述的转动光阑为一个可绕其中心作平面内转动的圆形或正方形不透光材料板，其上开有一个圆形或正方形透光孔，除透光孔外，转动光阑的其余部分表面均涂黑，减弱或防止散射光和反射光产生的干扰，提高信噪比。
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