CN103091991A

CN103091991A - 一种用于极紫外光刻的衍射光学装置

Info

Publication number: CN103091991A
Application number: CN2011103380899A
Authority: CN
Inventors: 谢常青; 辛将; 朱效立; 刘明
Original assignee: Institute of Microelectronics of CAS
Current assignee: Institute of Microelectronics of CAS
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2013-05-08

Abstract

本发明实施例公开了一种用于极紫外光刻的衍射光学装置，该装置包括：透光衬底；镀在所述透光衬底上表面的不透光薄膜；安装在所述不透光薄膜中心位置的聚焦衍射光学元件，所述聚焦衍射光学元件的个数至少为一个；安装在所述不透光薄膜上，且分布在所述聚焦衍射光学元件周围的调焦衍射光学元件，所述调焦衍射光学元件的个数至少为3个，且其分布位置不在同一直线上；其中，所述不透光薄膜上安装所述聚焦衍射光学元件和所述调焦衍射光学元件的位置，在所述聚焦衍射光学元件和所述调焦衍射光学元件上透光部分的相应位置具有透光孔。本发明所公开的衍射光学装置，解决了利用衍射光学元件进行极紫外光刻时，所述聚焦衍射光学元件的焦点寻找困难的问题。

Description

一种用于极紫外光刻的衍射光学装置

技术领域

本发明涉及衍射光学元件技术领域，尤其涉及一种用于极紫外光刻的衍射光学装置。

背景技术

衍射光学元件是利用光的衍射现象对光的波前进行调制，从而实现特定功能的光学元件的总称。它们在光谱学、波前整形、光通信、聚焦成像，微细加工等领域获得了广泛的应用。我们常用的衍射光学元件包括：各种光栅、波带片、光子筛等。

其中，波带片是具有自聚焦能力的衍射光学元件，目前的加工工艺可以使其分辨率达到十几纳米，因此，它可以应用到微电子光刻领域。在利用衍射光学元件进行极紫外光刻时，由于在光刻过程中不需要掩膜，可以大幅度降低光刻的成本，从而有着广阔的发展前景。但是，在利用衍射光学元件进行极紫外光刻时，还有一些关键技术难题尚未克服，例如聚焦衍射光学元件的焦点寻找比较困难。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种用于极紫外光刻的衍射光学装置，该装置能够解决在利用衍射光学元件进行极紫外光刻时，聚焦衍射光学元件的焦点寻找困难的问题。

为解决上述问题，本发明实施例提供了如下技术方案：

本发明提供了一种用于极紫外光刻的衍射光学装置，该装置包括：

透光衬底；

镀在所述透光衬底上表面的不透光薄膜；

安装在所述不透光薄膜中心位置的聚焦衍射光学元件，所述聚焦衍射光学元件的个数至少为一个；

安装在所述不透光薄膜上，且分布在所述聚焦衍射光学元件周围的调焦衍射光学元件，所述调焦衍射光学元件的个数至少为3个，且其分布位置不在同一直线上；

其中，所述不透光薄膜上安装所述聚焦衍射光学元件和所述调焦衍射光学元件的位置，在所述聚焦衍射光学元件和所述调焦衍射光学元件上透光部分的相应位置具有透光孔。

优选的，所述透光衬底的材质为石英、普通玻璃或有机玻璃。

优选的，所述不透光薄膜为金属薄膜。

优选的，所述金属薄膜的材质为铬、金、铝或铜。

优选的，所述金属薄膜的厚度大于80nm。

优选的，所述聚焦衍射光学元件为波带片。

优选的，所述聚焦衍射光学元件为光子筛。

优选的，所述调焦衍射光学元件为莫尔光栅，所述莫尔光栅由两个光栅周期相近的光栅组成。

优选的，所述聚焦衍射光学元件的个数为2个。

优选的，所述调焦衍射光学元件的个数为6个。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本发明实施例所提供的衍射光学装置，包括：透光衬底、不透光薄膜、安装在所述不透光薄膜中心位置的聚焦衍射光学元件以及安装在所述不透光薄膜上，且分布在所述聚焦衍射光学元件周围的调焦衍射光学元件，这样将所述聚焦衍射光学元件和所述调焦衍射光学元件组合在一起，共同用于极紫外光刻领域，就可以在利用所述聚焦衍射光学元件对硅片表面的光刻胶进行曝光前，先利用所述调焦衍射光学元件进行调焦，精确控制所述衍射光学装置和硅片之间的距离，使所述聚焦衍射光学元件的焦点恰好落在硅片表面上光刻胶需要曝光的位置，从而解决了在利用衍射光学元件进行极紫外光刻时，所述聚焦衍射光学元件的焦点寻找困难的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的衍射光学装置结构的俯视图；

图2为本发明实施例所提供的光子筛的示意图；

图3为本发明实施例所提供的莫尔光栅的示意图；

图4为本发明实施例所提供的莫尔光栅调焦时的光路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。

正如背景技术部分所述，在利用衍射光学元件进行极紫外光刻时，由于在光刻过程中不需要掩膜，可以大幅度降低光刻的成本，从而有着广阔的发展前景。但是，在利用衍射光学元件进行极紫外光刻时，聚焦衍射光学元件的焦点寻找比较困难。

有鉴于此，本发明公开了一种用于极紫外光刻的衍射光学装置，该装置包括：

透光衬底；

镀在所述透光衬底上表面的不透光薄膜；

下面结合附图对该装置进行具体描述，本发明实施例中所使用的聚焦衍射光学元件为光子筛，且其个数为两个；所使用的调焦衍射光学元件为莫尔光栅，且其个数为六个。为了保证所述衍射光学装置在X和Y方向更好地与硅片面平行，我们在两个方向都设计了相同的莫尔光栅，如图1所述，图中示出了光子筛1、莫尔光栅2。

在制作上述用于极紫外光刻的衍射光学装置时，所述透光衬底的材质只要为透光材料即可，可以选择石英、普通玻璃或有机玻璃等，其中，当所述透光衬底为石英衬底时，所制作的石英衬底的直径可以为2.5cm。

在所述透光衬底上表面镀制的所述不透光薄膜即为一挡光层，目的是为了在利用所述衍射光学装置进行极紫外光刻时，避免硅片表面光刻胶上不需要曝光的位置被曝光，影响硅片制成太阳能电池时的质量。但是，所述不透光薄膜上安装所述聚焦衍射光学元件和所述调焦衍射光学元件的位置，在所述聚焦衍射光学元件和所述调焦衍射光学元件透光部分的相应位置需要设置透光孔，以提供利用所述聚焦衍射光学元件进行聚焦时的光路路径和利用所述调焦衍射光学元件进行调焦时的光路路径。在本实施例中，所述不透光薄膜为金属薄膜，所述不透光金属薄膜的材质可以为铬、金、铝或铜，而且所镀制的不透光金属薄膜的厚度要大于80nm。

我们通常所用的衍射光学元件中，波带片和光子筛1是具有自聚焦能力的衍射光学元件。其中，波带片是由透明圆环以及不透明的圆环交替组成的，用于阻挡菲涅尔半波带中的奇数带或偶数带，在点光源的照明下，经它可以聚焦获得高强度的像点。波带片的分辨率由其最外环的宽度决定。目前的加工工艺可以使其分辨率达到十几纳米，因此它可以应用到微电子光刻领域。

而光子筛1是基于菲涅尔波带片的一种新型的衍射光学元件。它是将菲涅耳波带片上亮环所对应的区域用大量随机分布的透光小孔来代替，小孔的直径在0.5-1.5倍的相应波带片环带宽度范围内都可以实现良好的聚焦功能。而且光子筛1上这些随机分布的透光小孔可以使得衍射光之间相互干涉，从而能够有效地抑制旁瓣效应和高级衍射，同时进一步提高分辨率。

假设所述波带片每一透明环带的中心半径为r_n，宽度为w_n，当一束波长为λ的入射光射到该波带片上时，则：

该波带片上透明环带的中心半径为：r_n ²＝2nfλ+n²λ²；

与其相对应的透明环带的宽度为：w_n＝λ/2r_n。

其中，n＝1，2，3......，为该透明环带所在的环数；f为该波带片的焦距。

相应的光子筛1的中每一透明环带的中心半径也为r_n，宽度也为w_n，当一束波长同样为λ的入射光射到该光子筛1上时，

该光子筛1上透明环带的中心半径也同样为：r_n ²＝2nfλ+n²λ²；

与其相对应的透明环带的宽度也同样为：w_n＝λ/2r_n。

其中，n＝1，2，3......，为该透明环带所在的环数；f为该光子筛1的焦距。

所不同的是，所述光子筛1上与所述波带片上亮环所对应的区域用大量随机分布的透光小孔来代替，而且所述光子筛1上这些平面式透光小孔之间彼此不重叠，所述透光小孔的圆心分布在环带中心的半径r_n上，则所述光子筛1上对应r_n上的平面式透光小孔的直径为：

d_n＝0.5w_n～1.5w_n＝1λ/4r_n～3λ/4r_n，

其中，w_n为光子筛1上相应半径为r_n的亮带的宽度，λ为入射光的波长，f为光子筛1的焦距。

本发明所提供的用于极紫外光刻的衍射光学装置中，所述聚焦衍射光学元件为波带片或光子筛1均可。而本实施例中所描述的是光子筛1，如图2所示，因为光子筛1的聚焦特性比波带片更适合极紫外光刻。而且本发明实施例中光子筛1上透光孔的直径采用的是1.5倍的环带宽度。当入射光的波长为355nm时，所选用的聚焦光子筛1的直径为5.3μm，焦距为200μm，最外环圆孔直径200nm。

本发明所提供的用于极紫外光刻的衍射光学装置中，所述调焦衍射光学元件为莫尔光栅2，如图3所示，所述莫尔光栅2由两个光栅周期相近的光栅组成，设其分别是P₁、P₂，其中，P₁光栅的周期为2μm，P₂光栅的周期为2.2μm，各有50个周期，光栅宽度100μm。

当一束激光以θ角入射到P₁光栅上，其-1级衍射峰经过硅片面反射后再入射到P₂光栅上，与P₂光栅产生干涉，会形成差动莫尔条纹，其光路图如图4所示，该条纹再通过探测器加以收集。

当硅片和所述衍射光学装置的间隙发生改变时，入射光通过所述莫尔光栅2所形成的莫尔条纹也会发生位移。当硅片和所述衍射光学装置的间隙变化ΔG时，入射光射到P₁光栅上，该光束透过P₁光栅射到硅片表面上，经硅片表面反射后，再射到P₂光栅上，形成莫尔条纹，整个光路过程中的光程差变化ΔL为：

ΔL = \frac{ΔG}{\cos θ} + \frac{ΔG}{\cos θ} \cos 2 θ = 2 Δ G \cos θ;

相应的位相变化为：

其中，

P_{1} = \frac{λ}{2 \sin θ} .

该位相差导致的条纹移动为：

ΔX = \frac{ΔG}{tgθ} \cdot \frac{P_{2}}{| P_{2} - P_{1} |},

莫尔条纹移动为：

Δ X_{mor} = \frac{ΔG}{tgθ} \cdot \frac{P_{1} + P_{2}}{| P_{2} - P_{1} |},

当光栅周期P₁，P₂取值接近时，莫尔条纹得到了较大倍率的放大。对于一个较小的间隙变化ΔG，即可产生较大的莫尔位移。而莫尔条纹的移动则反映了光栅表面同硅片面间的距离变化。通过测量莫尔条纹的移动，就可以精确的定位光栅与硅片之间的距离。而使用多个光栅同时定位，就可以更好地实现光栅与硅片之间距离的精确控制，保证光栅平面和硅片表面的绝对平行，从而使所述聚焦衍射光学元件的焦点恰好落硅片表面上的光刻胶需要曝光的位置，进而解决了在利用衍射光学元件进行极紫外光刻时，聚焦衍射光学元件的焦点寻找困难的问题。

本发明实施例所提供的用于极紫外光刻的衍射光学装置，不但，采用聚焦衍射光学元件进行极紫外光刻，不需要掩模，大大降低了光刻的成本，而且将调焦衍射光学元件与聚焦衍射光学元件组合在一起，起到了很好的调焦的作用，从而解决了在利用衍射光学元件进行极紫外光刻时，聚焦衍射光学元件的焦点寻找困难的问题。此外，本发明实施例所提供的用于极紫外光刻的衍射光学装置，结构简单易行，成本低。

本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种用于极紫外光刻的衍射光学装置，其特征在于，该装置包括：

透光衬底；

镀在所述透光衬底上表面的不透光薄膜；

2.根据权利要求1所述的衍射光学装置，其特征在于，所述透光衬底的材质为石英、普通玻璃或有机玻璃。

3.根据权利要求1所述的衍射光学装置，其特征在于，所述不透光薄膜为金属薄膜。

4.根据权利要求3所述的衍射光学装置，其特征在于，所述金属薄膜的材质为铬、金、铝或铜。

5.根据权利要求4所述的衍射光学装置，其特征在于，所述金属薄膜的厚度大于80nm。

6.根据权利要求1所述的衍射光学装置，其特征在于，所述聚焦衍射光学元件为波带片。

7.根据权利要求1所述的衍射光学装置，其特征在于，所述聚焦衍射光学元件为光子筛。

8.根据权利要求1所述的衍射光学装置，其特征在于，所述调焦衍射光学元件为莫尔光栅，所述莫尔光栅由两个光栅周期相近的光栅组成。

9.根据权利要求1-8任一项所述的衍射光学装置，其特征在于，所述聚焦衍射光学元件的个数为2个。

10.根据权利要求9所述的衍射光学装置，其特征在于，所述调焦衍射光学元件的个数为6个。