CN103135358A - 一种多光源的干涉曝光装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种多光源的干涉曝光装置，沿光传播方向依序包括：照明单元，包括多个激光光源，多个所述激光光源分别产生一相干光束；并光单元，将多个所述激光光源发出的多束相干光束进行拼接；以及干涉单元，将经所述并光单元拼接后的多束相干光束出射到所述干涉曝光装置的焦平面分别干涉成像，形成拼接干涉图形。本发明提出的一种多光源的干涉曝光装置结构简单，分辨率高，同时曝光图形周期连续可调，曝光场大小可调，提高了生产效率。

Description

一种多光源的干涉曝光装置

技术领域

本发明涉及光刻技术领域，特别涉及一种用于光刻装置的多光源干涉曝光装置。

背景技术

在目前半导体制造技术领域线宽CD普遍进入90nm以下的大背景下，利用光学投影曝光的方法，要想在一定曝光场范围内产生高分辨率周期性图形，需要有高分辨率的掩模，并配以大数值孔径NA物镜，从而造成焦深变小。而随着基底尺寸越来越大（如12寸硅片，蓝宝石基底等），往往难以获得良好的基底平整度，所以需要引入复杂的、高精度的调焦调平系统以保证基底曝光面在投影物镜焦深范围之内。此外，还需要借助分辨率增强技术（Resolution Enhancement Technology, RET），如移相掩模（PSM）、离轴照明（OAI）、光学邻近教正（OPC）等，以达到理想的成像质量。这些都会大大增加曝光设备的成本及复杂度。

干涉曝光是一种成本相对低廉的光刻手段，相比传统的投影光刻，它具有以下几个优势：

1．        高分辨率，能够达到曝光波长的1/4；

2．        系统简单，没有复杂的曲面光学元件和掩模板；

3．        焦深极大，这是相比光学投影光刻的最大优势。

干涉曝光方法可应用于周期性图形的加工，但目前来看，干涉曝光技术要想进一步发展，需要解决以下问题：

1．        曝光图形的周期（即pitch）需要能够连续可调，以适应不同线宽的需求；

2．        曝光场大小可变，以适应大尺寸硅片的曝光需求；

其中图形周期连续可调目前已有一些专利和方案涉及，而目前最关键的是，由于激光器功率较小，光源扩束后曝光光强受限，导致曝光场比较小，生产效率较低。

发明内容

本发明的目的在于提出一种曝光场大小可调的干涉光刻曝光装置。

本发明提出了一种多光源的干涉曝光装置，沿光传播方向依序包括：照明单元，包括多个激光光源，多个所述激光光源分别产生一相干光束；并光单元，将多个所述激光光源发出的多束相干光束进行拼接；以及干涉单元，将经所述并光单元拼接后的多束相干光束出射到所述干涉曝光装置的焦平面分别干涉成像，形成拼接干涉图形。

较优地，还包括衍射单元，设置在所述并光单元与干涉单元之间，用以将所述并光单元合并的光束进行衍射后出射至所述干涉单元。

其中，所述衍射单元为衍射光栅。

其中，所述并光单元由两个双光楔棱镜组成,所述干涉单元为菱形棱镜或梯形棱镜。

较优地，所述双光楔棱镜的楔角均为Φ。

其中，通过调整所述双光楔棱镜之间的距离，调整光束的拼接精度。

其中，所述并光单元由一个双光楔棱镜组成，所述干涉单元为多边形棱镜。

本发明提出的一种多光源的干涉曝光装置结构简单，分辨率高，同时曝光图形周期连续可调，曝光场大小可调，提高了生产效率。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1为本发明干涉曝光装置第一实施例结构示意图；

图2为本发明干涉曝光装置楔形棱镜组并光原理图；

图3为本发明干涉曝光装置0极光干涉成像原理图；

图4为本发明干涉曝光装置0极光干涉成像原理图；

图5为本发明干涉曝光装置干涉条纹图像拼接示意图；

图6为本发明干涉曝光装置第二实施例结构示意图； 

图7为本发明干涉曝光装置第二实施例干涉原理图；

图8为本发明干涉曝光装置第三实施例结构示意图；

图9为本发明干涉曝光装置第三实施例干涉原理图；

图10为本发明干涉曝光装置第四实施例结构示意图；

图11为本发明干涉曝光装置第四实施例干涉原理图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

实施例1

本发明实施例1如图1所示，多光源干涉曝光装置包含两个照明单元1、并光单元2、衍射单元3、干涉单元4以及载物台5五大部分。照明单元1包括光源6、扩束器7和反射镜8，将两组激光光源发出的光线转换成平行光斑，并经两组反射镜8进入并光单元2。并光单元2由两个楔形棱镜9和10组成。衍射单元3为一个相位光栅11，干涉单元4为会聚棱镜12，载物台5单元包括承片台及所承载的硅片13。

该装置的工作过程如下：由2个光源6，通常为激光器，各发出一束相干光束(于本发明中，2个光源发出的2束相干光束之间不会发生干涉，每一束相干光各自干涉成像)，其波长为λ，由扩束器7进行扩束，形成一定大小的光斑，经由45度反射镜8反射后垂直射入并光单元2。并光单元由楔形棱镜9和楔形棱镜10组成，两者均为双光楔结构，可看成是将一平行平板沿着一定的楔向剪开所获得，如图2所示，其楔角均为Φ。其中楔形棱镜9为固定，楔形棱镜10可沿着z向进行一维运动。垂直入射的光束经过楔形棱镜9时，其传播方向偏转Φ。于是，调节楔形棱镜10，可以使两束入射光束之间的距离变化，使用精密微动装置（比如步进电机）驱动楔形棱镜10，可以使两束光拼接成一份，拼接精度与精密微动装置的驱动精度一致。若保证两束入射光束均匀经过楔形棱镜9的两边，则可将入射光均匀地并成一份，形成大面积的入射平行光。两束光经过楔形棱镜10后，由于其楔角与楔形棱镜9相等，但方向相反，因此两光束被重新调整为平行光束，进入衍射单元3。

经过并光单元2后，两束平行光无缝拼接成一束平行光，通过相位光栅11进行衍射，产生+1、-1和0级相干光，然后通过会聚棱镜12进行会聚相干。因此干涉曝光形成条纹周期（pitch），具体如图3所示：

                          （1）

这里，n为空气或浸没液体的折射率。

因此，干涉光强为：

                          （2）

以上关系在0级光被挡住时，能够成立。如果0级光没有被档住，如图4所示。

因此，干涉光强为：

                          （3）

具体的干涉条纹图象的拼接效果如图5所示，在本实施例中的精密微动装置的控制精度达到微米以下，因此拼接精度

也能达到微米级以下。

实施例2

本发明的第二种实施方式如图6所示，其同样包含照明单元1、并光单元2、衍射单元3、干涉单元4和载物台5五大部分。

在此实施例中，并光单元和并光原理与实施例1一样。

其与实施例1的区别在于使用的不同的干涉元件。本实施例中的干涉元件为一菱形棱镜14，其光路图如图7所示，因此干涉曝光形成条纹周期（pitch）：

                           （4）

而+1，-1级衍射角θ为：

                          （5）

这里Pitch1是衍射光栅的周期。假设衍射光线在棱镜中方向为平行于光轴，则棱镜的楔形角度

有下面公式定义：

                          （6）

                          （7）

得到

                          （8）

和

                          （9）

则

实施例3

本发明的第三种实施方式如图8所示，其包含照明单元1、并光单元2、干涉单元4和载物台5四大部分。

在此实施例中，并光单元和并光原理与实施例1一样。

其与实施例1的区别在于没有衍射单元，而且干涉元件也不同。本实施例中的干涉元件为一梯形棱镜15，其光路图如图9所示。在这里拼接和干涉的要点是每一束平行光的一半光斑入射在梯形棱镜15的一个表面，另一半入射在另一角度的表面，使得同一激光器发出光束的两部分通过梯形棱镜15产生干涉，然后两束光各自产生的干涉光聚焦在同一平面上。

因此干涉曝光形成条纹周期（pitch）：

                           （10）

干涉角θ由以下公式决定：

                          （11）

得到干涉角θ为：

                                   （12）

实施例4

本发明的第四种实施方式如图10所示，其包含照明单元1、并光单元2、干涉单元4和载物台5四大部分。

在此实施例中，并光单元只有一个楔形棱镜9。通过精密微动装置驱动楔形棱镜9可以控制两束光的拼接精度。

其与实施例1的区别在于没有衍射单元，而且干涉元件也不同。本实施例中的干涉元件为一多边形棱镜16，其光路图如图11所示，在这里拼接和干涉的要点是每一束平行光的一半光斑入射在多边形棱镜16的一个表面，另一半入射在另一角度的表面，使得同一激光器发出光束的两部分通过多边形棱镜16产生干涉，然后两束光各自产生的干涉光聚焦在同一平面上。

因此干涉曝光形成条纹周期（pitch）：

                           （13）

干涉角θ由以下公式决定：

                          （14）

得到干涉角θ为：

                           （15）

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (7)

1.一种多光源的干涉曝光装置，沿光传播方向依序包括：

照明单元，包括多个激光光源，多个所述激光光源分别产生一相干光束；

并光单元，将多个所述激光光源发出的多束相干光束进行拼接；以及

干涉单元，将经所述并光单元拼接后的多束相干光束出射到所述干涉曝光装置的焦平面分别干涉成像，形成拼接干涉图形。

2.根据权利要求1所述的干涉曝光装置，其特征在于：还包括衍射单元，设置在所述并光单元与干涉单元之间，用以将所述并光单元合并的光束进行衍射后出射至所述干涉单元。

3.根据权利要求2所述的干涉曝光装置，其特征在于：所述衍射单元为衍射光栅。

4.根据权利要求1所述的干涉曝光装置，其特征在于：所述并光单元由两个双光楔棱镜组成。

5.根据权利要求4所述的干涉曝光装置，其特征在于：通过调整所述双光楔棱镜之间的距离，调整光束的拼接精度。

6.根据权利要求4所述的干涉曝光装置，其特征在于：所述干涉单元为菱形棱镜或梯形棱镜。

7.根据权利要求1所述的干涉曝光装置，其特征在于：所述并光单元由一个双光楔棱镜组成，所述干涉单元为多边形棱镜。

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