CN112099121B - 基于4f系统的扫描干涉光刻系统 - Google Patents

基于4f系统的扫描干涉光刻系统 Download PDF

Info

Publication number
CN112099121B
CN112099121B CN202011050014.6A CN202011050014A CN112099121B CN 112099121 B CN112099121 B CN 112099121B CN 202011050014 A CN202011050014 A CN 202011050014A CN 112099121 B CN112099121 B CN 112099121B
Authority
CN
China
Prior art keywords
aspheric lens
light
psd
interference
lens
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011050014.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112099121A (zh
Inventor
罗伟文
杨月舳
范玉娇
程朝奎
常密生
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing U Precision Tech Co Ltd
Original Assignee
Beijing U Precision Tech Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing U Precision Tech Co Ltd filed Critical Beijing U Precision Tech Co Ltd
Priority to CN202011050014.6A priority Critical patent/CN112099121B/zh
Publication of CN112099121A publication Critical patent/CN112099121A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112099121B publication Critical patent/CN112099121B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1847—Manufacturing methods
    • G02B5/1857—Manufacturing methods using exposure or etching means, e.g. holography, photolithography, exposure to electron or ion beams
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70383—Direct write, i.e. pattern is written directly without the use of a mask by one or multiple beams
    • G03F7/704—Scanned exposure beam, e.g. raster-, rotary- and vector scanning
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70408—Interferometric lithography; Holographic lithography; Self-imaging lithography, e.g. utilizing the Talbot effect
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70491—Information management, e.g. software; Active and passive control, e.g. details of controlling exposure processes or exposure tool monitoring processes

Abstract

本发明提供一种基于4f系统的扫描干涉光刻系统，包括光学系统、光束控制系统和载物运动台，硅片放置在载物运动台，所述光学系统产生两束平行光进行汇聚在载物运动台上产生干涉，通过光束控制系统反馈补偿控制两束光相对于安装平板面的移动方向，当两束平行光平行于安装平板面移动时，改变干涉图形周期，当两束平行光于安装平板面外变化时，改变干涉图形方向，通过光束控制系统控制光学系统产生的两束平行光结合载物运动台的运动在硅片上加工干涉图形。所述系统优势在于可以实时改变干涉图形周期和方向，实现高精度实时控制，提高不同栅距光栅的加工效率，降低维护成本，提升加工能力。

Description

基于4f系统的扫描干涉光刻系统
技术领域
本发明涉及大面积平面光栅制造技术领域，特别涉及一种基于4f系统的扫描干涉光刻系统。
背景技术
单体大尺寸高精度全息光栅是可控惯性约束核聚变、高端浸没式光刻机和大口径深空探测器等世界先进设备的重要部件。扫描干涉光刻技术是目前最具优势的单体大口径高精度全息光栅制造技术，扫描干涉光刻技术指的是运动台承载硅片相对于毫米级的干涉图形做扫描曝光，通过步进拼接实现大面积区域的曝光。近年来对光栅的尺寸、精度和栅线密度提出了更高的要求，且需求类型扩展到二维光栅、弯曲光栅和周期渐变光栅等，这对扫描干涉光刻机的光栅制造能力提出了更高的要求。扫描干涉光刻机普遍具有光束稳定、自动对准、光束准直、相位测量、波前测量、周期测量等辅助系统，光路长，组件多，使得调光效率低，精度难以得到保障，制造能力单一。
麻省理工学院在美国专利US6,882,477B1中公开了一种扫描激光干涉光刻系统，通过外差式相位测量系统实现对干涉图形锁定，但并没有关于干涉图形周期、方向实时控制的论述。苏州大学信息光学工程研究所提出了了具有双、单光束互换光学头的激光直写系统，采用光栅分束和消像差透镜组合束的4f结构，这种结构使得光束对环境波动不敏感，但该结构干涉光点过小，无相位锁定，并不适用于扫描干涉曝光，其也无法实现干涉图形周期、方向的实时控制。
因此，为满足不同应用类型的大面积平面光栅制造需求，以及提高制造效率，在扫描曝光过程中实现干涉图形周期和方向实时调节是个有待解决的问题。
发明内容
面向不同周期光栅的加工需求，调光人员需对干涉光路进行重新调节，由于干涉光路复杂，重新调节光路将严重降低加工效率，影响加工精度，也增加了人力成本，光路的布局范围限制了加工范围。为了适应不同需求的大尺寸平面光栅的制造，本发明提供了一种用于扫描干涉光刻的干涉图形周期、方向高精度实时控制的基于4f系统的扫描干涉光刻系统。
为了实现上述目的，本发明提供一种基于4f系统的扫描干涉光刻系统，包括光学系统、光束控制系统和载物运动台，硅片放置在载物运动台，所述光学系统产生两束平行光进行汇聚在载物运动台上产生干涉，通过光束控制系统控制两束光相对于安装平板面的移动方向，当两束平行光平行于安装平板面移动时，改变干涉图形周期，当两束平行光于安装平板面外变化时，改变干涉图形方向，通过光束控制系统控制光学系统产生的两束平行光结合载物运动台的运动在硅片上加工干涉图形，其中，所述安装平板面是与两束平行光平行的平面，用于固定光学系统。
优选地，所述光学系统包括第一非球面透镜、第二非球面透镜、第三非球面透镜、第一BS分光镜组和第一平面反光镜；
所述光束控制系统包括第一万向调节反光镜和第二万向调节反光镜，
其中，第一万向调节反光镜中心位于第一非球面透镜的焦点处，第二万向调节反光镜的中心位于第二非球面透镜的焦点处，硅片放在载物运动台上，第三非球面透镜的焦点处，第三非球面透镜的曲面与第一非球面透镜的曲面相对，第三非球面透镜与第一非球面透镜的中心距离为第三非球面透镜的焦距和第一非球面透镜的焦距之和，第三非球面透镜的曲面朝向第二非球面透镜的曲面，第三非球面透镜与第二非球面透镜的中心距离为第三非球面透镜的焦距和第二非球面透镜的焦距之和，构成4f系统，
其中，两束偏振方向均垂直于安装平板面的相干光分别射到第一万向调节反光镜和第二万向调节反光镜中心，经过反射，分别进入第一非球面透镜和第二非球面透镜，经第一非球面透镜折射后光束平行于第三非球面透镜与第一非球面透镜的中心线，形成第一束平行光，经过第二非球面透镜折射后的第二平行光束经过第一平面反光镜反射，形成第二束平行光，第一束平行光和第二束平行光分别通过第一BS分光镜组，透射进入第三非球面透镜，聚焦在硅片基底处形成干涉图形。
进一步，优选地，所述光束控制系统还包括第一PSD光束位置解耦探测器和第二PSD光束位置解耦探测器，所述光学系统还包括第二平面反光镜和第三平面反光镜，第一束平行光和第二束平行光分别通过第一BS分光镜组，一部分光分别反射到第二平面反光镜和第三平面反光镜分别打到第一PSD光束位置解耦探测器和第二PSD光束位置解耦探测器，通过第一PSD光束位置解耦探测器和第二PSD光束位置解耦探测器检测光束变化情况，将检测值与预设值比较，获得误差量，根据所述误差量调节第一万向调节反光镜和第二万向调节反光镜转动补偿误差量。
更进一步，优选地，所述光学系统还包括第一薄透镜和第二薄透镜，分别设置在第二平面反光镜与第一PSD光束位置解耦探测器之间以及第三平面反光镜和第二PSD光束位置解耦探测器之间，第一PSD光束位置解耦探测器位于第一薄透镜的数倍焦距之外，第二PSD光束位置解耦探测器位于第二薄透镜的数倍焦距之外。
再进一步，优选地，所述光束控制系统还包括转换模块，通过下式将所述第一PSD光束位置解耦探测器或第二PSD光束位置解耦探测器检测的位移量转换为第一万向调节反光镜或第二万向调节反光镜转动产生的光束实际位移量
Figure BDA0002709266560000041
Figure BDA0002709266560000042
其中，m代表第一PSD光束位置解耦探测器或第二PSD光束位置解耦探测器的放大系数，L为第一PSD光束位置解耦探测器或第二PSD光束位置解耦探测器距其前的第一薄透镜或第二薄透镜的距离，f为第一薄透镜或第二薄透镜的焦距，Δx′，Δy′为第一PSD光束位置解耦探测器或第二PSD光束位置解耦探测器检测到的光束位移量，Δx，Δy为光束实际位移量。
此外，优选地，所述光学系统还包括第二BS分光镜组，设置在第一BS分光镜组和第三非球面透镜之间，经过第一BS分光镜组透射的第一束平行光和第二束平行光进入第二BS分光镜组，一部分光进入相位测量干涉仪，用于检测干涉条纹漂移并通过闭环控制锁定干涉条纹，另一部分光透射进入第三非球面透镜。
优选地，所述光束控制系统还包括第一控制模块，以第三非球面透镜的出光面为坐标面，建立以曝光中心为原点O的坐标系，第一束平行光和第二束平行光经过第三非球面透镜产生的两束干涉光汇聚在基底，该两束光在以曝光中心为原点O的坐标系上的方向用向量
Figure BDA0002709266560000051
和
Figure BDA0002709266560000052
表示，根据下式控制干涉图形的方向：
Figure BDA0002709266560000053
Figure BDA0002709266560000054
其中，
Figure BDA0002709266560000055
为向量
Figure BDA0002709266560000056
和
Figure BDA0002709266560000057
的外积表示，(xA3，yA3，zA3)为第一束平行光在第三非球面透镜的出光点AL3坐标，(xB3，yB3，zB3)为第二束平行光在第三非球面透镜的出光点BL3坐标，zA3和zB3均等于第三非球面透镜的后焦距fb，ψ为干涉图形方向与x轴夹角，i、j、k为以曝光中心为原点O的坐标系的x轴正方向、y轴正方向、z轴正方向的单位向量。
进一步，优选地，所述光束控制系统还包括第二控制模块，以第三非球面透镜的出光面为坐标面，建立以曝光中心为原点O的坐标系，根据下式通过第一束平行光和第二束平行光在第三非球面透镜的出光点坐标获得干涉图形的周期：
Figure BDA0002709266560000058
Figure BDA0002709266560000059
其中，h为O点向AL3BL3作垂线的垂足，P为干涉图形在硅片上的周期，通过预先确定AL3和BL3的坐标，λ为干涉光束波长，
Figure BDA0002709266560000061
为以曝光中心为原点O的坐标系z轴正方向的单位向量。
优选地，承载曝光硅片的运动台相对于静止的干涉图形沿着蛇字型扫描，扫描方向平行于干涉条纹方向，在扫描的过程中不断改变干涉图形周期，产生周期变化的非线性啁啾光栅结构。
本发明基于4f系统的扫描干涉光刻系统当平行光在平行于安装平板面内移动时，改变干涉图形周期，在平行于安装平板面外变化时，改变干涉图形方向，可以在直写过程中实现干涉图形周期和方向实时调节，也就是说，采用平行光束面内、面外调节的方式改变干涉图形周期和方向，结构紧凑，降低系统复杂性；连续的角度变化可以产生连续的周期调整，适用于制造具有复杂图形的平面光栅。
另外，两束入射相干光从两个万向调节反光镜中心反射，两个万向调节反光镜同时小幅度转动反光镜角度，使得反射光可以入射到非球面透镜不同位置，当处于非球面镜间的平行光在平行于安装平板面内移动时，改变干涉图形周期，在平行于安装平板面外变化时，改变干涉图形方向；利用非球面透镜组成的光学4f结构，成对使用变换物镜，输出面的畸变会自动消除；充分利用非球面镜消球差的优点，万向调节反光镜转动中心始终位于非球面透镜焦点处，出射光保持平行移动，调节过程中两干涉光在硅片上自动高度重合干涉。
此外，通过PSD光束位置解耦探测器检测光束变化情况，将检测值与预设值比较，把误差量反馈到万向调节反光镜调节转动补偿误差量，可以实时检测反馈光束移动情况，对位置误差量进行反馈补偿，提高了干涉图形调节控制的精度。
附图说明
图1为本发明所述基于4f系统的扫描干涉光刻系统的示意图；
图2为两束平行光在第三非球面透镜不同入光点产生的干涉图形的示意图；
图3为本发明所述基于4f系统的扫描干涉光刻系统的干涉图形变周期扫描方式示意图；
图中，1—第一非球面透镜，2—第二非球面透镜，3—第三非球面透镜，4—第一薄透镜，5—第二薄透镜，6—第一BS分光镜组，7—第二BS分光镜组，8—第一平面反光镜，9—第二平面反光镜，10—第三平面反光镜，11—第一PSD光束位置解耦探测器，12—第二PSD光束位置解耦探测器，13—第一万向调节反光镜，14—第二万向调节反光镜，15—载物运动台。
具体实施方式
为了更进一步阐述本发明为解决技术问题所采取的技术手段及功效，以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述，需要说明的是所提供的附图是示意性的，相互间并没有完全按照尺寸或者比例绘制，因此附图和具体实施例并不作为本发明要求的保护范围限定。
图1为本发明所述基于4f系统的扫描干涉光刻系统的示意图，如图1所示，所述扫描干涉光刻系统包括光学系统、光束控制系统和载物运动台，硅片放置在载物运动台，所述光学系统产生两束平行光进行汇聚在载物运动台上产生干涉，通过光束控制系统控制两束光相对于安装平板面的移动方向，当两束平行光平行于安装平板面移动时，改变干涉图形周期，当两束平行光于安装平板面外变化时，改变干涉图形方向，通过光束控制系统控制光学系统产生的两束平行光结合载物运动台的运动在硅片上加工干涉图形，其中，所述安装平板面是与两束平行光平行的平面，用于固定光学系统。
上述扫描干涉光刻系统通过光束控制系统控制两束平行光的移动方向，实时控制干涉图形的周期和方向，利用4f光学结构，消除透镜产生的畸变，光束自动高度重合干涉，提高不同栅距光栅的加工效率，降低维护成本，增大加工范围。
如图1所示，所述光学系统包括第一非球面透镜1、第二非球面透镜2、第三非球面透镜3、第一BS分光镜组6和第一平面反光镜8；
所述光束控制系统包括第一万向调节反光镜13和第二万向调节反光镜14，
其中，第一万向调节反光镜13中心位于第一非球面透镜1的焦点处，第二万向调节反光镜14的中心位于第二非球面透镜2的焦点处，硅片放在载物运动台上，第三非球面透镜3的焦点处，第三非球面透镜3的曲面与第一非球面透镜1的曲面相对，第三非球面透镜3与第一非球面透镜1的中心距离为第三非球面透镜3的焦距和第一非球面透镜1的焦距之和，第三非球面透镜3的曲面朝向第二非球面透镜2的曲面，第三非球面透镜3与第二非球面透镜2的中心距离为第三非球面透镜3的焦距和第二非球面透镜2的焦距之和，构成4f系统，
其中，两束偏振方向均垂直于安装平板面的相干光分别射到第一万向调节反光镜13和第二万向调节反光镜14中心，经过反射，分别进入第一非球面透镜1和第二非球面透镜2，经第一非球面透镜1折射后光束平行于第三非球面透镜3与第一非球面透镜1的中心线，形成第一束平行光，经过第二非球面透镜2折射后的第二平行光束经过第一平面反光镜8反射，形成第二束平行光，第一束平行光和第二束平行光分别通过第一BS分光镜组6，透射进入第三非球面透镜3，聚焦在硅片基底处形成干涉图形。
上述扫描干涉光刻系统透镜组选择成对非球面透镜，自动消除光斑畸变，保证良好的光斑成像质量，消球差非球面镜确保干涉光束始终聚焦在固定焦点上，光斑有很高的重合度。
在一个实施例中，如图1所示，所述光束控制系统还包括第一PSD光束位置解耦探测器11和第二PSD光束位置解耦探测器12，所述光学系统还包括第二平面反光镜9和第三平面反光镜10，第一束平行光和第二束平行光分别通过第一BS分光镜组6，小部分光分别反射到第二平面反光镜9和第三平面反光镜10分别打到第一PSD光束位置解耦探测器11和第二PSD光束位置解耦探测器12(大部分光能直接透射)，通过第一PSD光束位置解耦探测器11和第二PSD光束位置解耦探测器12检测光束变化情况，将检测值与预设值比较，获得误差量，根据所述误差量调节第一万向调节反光镜13和第二万向调节反光镜14转动补偿误差量。
上述扫描干涉光刻系统通过高精度调节的万向镜实时控制干涉图形的周期和方向；利用PSD光束位置解耦探测器实时监测光束位置变化，反馈纠正光束位姿，实现光束的高精度调节。
在一个实施例中，如图1所示，所述光学系统还包括第一薄透镜4和第二薄透镜5，分别设置在第二平面反光镜9与第一PSD光束位置解耦探测器11之间以及第三平面反光镜10和第二PSD光束位置解耦探测器12之间，第一PSD光束位置解耦探测器11位于第一薄透镜4的数倍焦距之外，第二PSD光束位置解耦探测器12位于第二薄透镜5的数倍焦距之外。
通过第一薄透镜4和第二薄透镜5可以防止第一PSD光束位置解耦探测器11和第二PSD光束位置解耦探测器12处光斑过大的情况。
优选地，第一PSD光束位置解耦探测器11位于第一薄透镜4的1.5倍焦距处，第二PSD光束位置解耦探测器12位于第二薄透镜5的1.5倍焦距处。
优选地，所述光学系统还包括第二BS分光镜组7，设置在第一BS分光镜组6和第三非球面透镜3之间，经过第一BS分光镜组6透射的第一束平行光和第二束平行光进入第二BS分光镜组7，小部分光进入相位测量干涉仪，用于检测干涉条纹漂移并通过闭环控制锁定干涉条纹，大部分光透射进入第三非球面透镜3。
在一个实施例中，激光器产生的两束偏振方向均垂直于安装平板面的相干光分别经过第一万向调节反光镜13和第二万向调节反光镜14面中心反射后分别进入第一非球面透镜1和第二非球面透镜2，出射光平行于透镜中心光轴(图1中点划线)，右路光经反射后与左路光平行(左路和右路是相对于图1所言)，在万向调节反光镜角度调节过程中，光线在平行于平板的面内与面外的平移量通过第一PSD光束位置解耦探测器11和第二PSD光束位置解耦探测器12检测，光束控制系统还包括转换模块，通过下式将所述第一PSD光束位置解耦探测器11或第二PSD光束位置解耦探测器12检测的位移量转换为第一万向调节反光镜13或第二万向调节反光镜14转动产生的光束实际位移量
Figure BDA0002709266560000111
Figure BDA0002709266560000112
其中，m代表第一PSD光束位置解耦探测器11或第二PSD光束位置解耦探测器12的放大系数，L为第一PSD光束位置解耦探测器11或第二PSD光束位置解耦探测器12距其前的第一薄透镜4或第二薄透镜5的距离，f为第一薄透镜4或第二薄透镜5的焦距，Δx′，Δy′为第一PSD光束位置解耦探测器11或第二PSD光束位置解耦探测器12检测到的光束位移量，Δx，Δy为光束实际位移量。
在一个实施例中，图2示出了不同入光点对应的干涉图形，将第三非球面透镜3的出光面为一圆面，不同的出光点所形成的干涉图形周期和方向均不同，光束控制系统还包括第一控制模块，以第三非球面透镜3的出光面为坐标面，建立以曝光中心为原点O的坐标系，第一束平行光和第二束平行光经过第三非球面透镜3产生的两束干涉光汇聚在基底，该两束光在以曝光中心为原点O的坐标系上的方向用向量
Figure BDA0002709266560000113
和
Figure BDA0002709266560000114
表示，根据下式控制干涉图形的方向：
Figure BDA0002709266560000115
Figure BDA0002709266560000116
其中，
Figure BDA0002709266560000117
为向量
Figure BDA0002709266560000118
和
Figure BDA0002709266560000119
的外积表示，(xA3，yA3，zA3)为第一束平行光在第三非球面透镜3的出光点AL3坐标，(xB3，yB3，zB3)为第二束平行光在第三非球面透镜3的出光点BL3坐标，zA3和zB3均等于第三非球面透镜3的后焦距fb，ψ为干涉图形方向与x轴夹角，i、j、k为以曝光中心为原点O的坐标系的x轴正方向、y轴正方向、z轴正方向的单位向量。
优选地，所述光束控制系统还包括第二控制模块，以第三非球面透镜3的出光面为坐标面，建立以曝光中心为原点O的坐标系，根据下式通过第一束平行光和第二束平行光在第三非球面透镜3的出光点坐标获得干涉图形的周期：
Figure BDA0002709266560000121
Figure BDA0002709266560000122
其中，h为O点向AL3BL3作垂线的垂足，P为干涉图形在硅片上的周期，通过预先确定AL3和BL3的坐标，λ为干涉光束波长，
Figure BDA0002709266560000123
为以曝光中心为原点O的坐标系z轴正方向的单位向量。
在本发明的一个优选实施例中，扫描干涉光刻系统，包括光学系统、光束控制系统、载物运动台；其中，光学系统包括第一非球面透镜1、第二非球面透镜2、第三非球面透镜3、第一薄透镜4、第二薄透镜5、第一BS分光镜组6、第二BS分光镜组7、第一平面反光镜8、第二平面反光镜9和第三平面反光镜10；控制系统包括第一PSD光束位置解耦探测器11、第二PSD光束位置解耦探测器12、第一万向调节反光镜13、第二万向调节反光镜14、转换模块、第一控制模块和第二控制模块(转换模块、第一控制模块和第二控制模块可以作为光束控制系统的数据信号处理子系统，可以通过软件和硬件结合实现)。第一万向调节反光镜13和第二万向调节反光镜14中心分别位于第一非球面透镜1和第二非球面透镜2的焦点处，硅片表面位于第三非球面透镜3的焦点处，第一PSD光束位置解耦探测器11和第二PSD光束位置解耦探测器12分别位于第一薄透镜4和第二薄透镜5的1.5倍焦距处，第一非球面透镜1和第二非球面透镜2分别与第三非球面透镜3曲面相对安装，且要保证它们中心对齐，组成4f光学结构的非球面透镜的中心距离为各自焦距之和。
两束偏振方向均垂直于安装平板面的高斯相干光经前端光学元件后分别射到第一万向调节反光镜13和第二万向调节反光镜14中心，分别反射进入第一非球面透镜1和第二非球面透镜2，通过调节第一万向调节反光镜13和第二万向调节反光镜14改变反射光线角度，第一非球面透镜1和第二非球面透镜2的出射光在平行于安装平板面内变化时，改变干涉图形周期，在平行于安装平板面外变化时，改变干涉图形方向，第一万向调节反光镜13和第二万向调节反光镜14转动中心分别始终位于第一非球面透镜1和第二非球面透镜2焦点处，出射光保持平行移动，调节过程中两干涉光在硅片上自动高度重合干涉；右路光经过第一平面反光镜8反射，与左路光形成两束平行光，两束光平行光进入第一BS分光镜组6，小部分光分别反射到第一平面反光镜8、第二平面反光镜9再分别进入第一薄透镜4、第二薄透镜5，最后打到第一PSD光束位置解耦探测器11、第二PSD光束位置解耦探测器12，由于安装误差以及器件制造误差的存在，干涉图形周期、方向调节会存在误差，通过PSD对光束位姿进行检测，将检测到的光束位置和预设值进行比较，把误差值进行信号处理补偿万向调节反光镜转动调节量，提高控制精度；大部分光能直接透射，透射的两光束通过第二BS分光镜组7，小部分光往左进入相位测量干涉仪，用于检测光束相位漂移并通过闭环控制锁定干涉条纹在曝光平面上，大部分光透射进入第三非球面透镜3，然后在硅片表面干涉形成干涉图形。利用非球面镜可消除由球差导致出光不平行的影响，也保证了干涉图形始终保持在焦点处。
本发明所述扫描干涉光刻系统通过万向调节反光镜调节入射光角度，从而改变光线面内外的位移量，可以实现干涉图形周期、方向的改变，运用PSD光束位置解耦探测器和万向调节反光镜闭环控制提高了干涉图形控制精度；成对透镜系统自动消除成像面畸变，提高成像质量。
在一个实施例中，如图3所示，承载曝光硅片的运动台相对于静止的干涉图形沿着蛇字型扫描，扫描方向平行于干涉条纹方向，在扫描的过程中不断改变干涉图形周期，产生周期变化的非线性啁啾光栅结构。
本发明所述扫描干涉光刻系统是可实现干涉图形周期、方向实时高精度调节的扫描干涉光刻系统，在连续扫描曝光过程中按指定的规律实时改变干涉图形的周期和方向，提高了调节速度，在制造全幅面周期渐变的大尺寸高精度啁啾平面光栅时具有重要优势。
步进扫描干涉光刻是目前制造单体大口径高精度全息光栅最具优势的技术，但扫描干涉光刻技术存在光路复杂、调光困难、效率低和调节速度慢问题，干涉图形周期、方向难以实现便捷、实时、精确调整。本发明为一种干涉图形周期、方向实时调节的扫描干涉光刻系统，包含非球面透镜、万向调节镜、PSD位移探测器和其它光学器件，利用万向调节反光镜调节入射光角度从而调节干涉光在面内面外的夹角，进而调节干涉图形周期和方向，通过实时调节，干涉图形周期、方向在扫描过程中实时变化；通过PSD位移探测器检测光束实时变化，将误差量反馈到万向镜进行补偿，非球面透镜聚焦干涉保证了干涉光有高重合度。该发明具有调整速度快、器件少、干涉图形控制精度高、调光难度低等优点。
上述给出了本发明所述扫描跟摄光刻系统的各种实施例，但是本发明并不限于此，例如，光学系统还可以包括放大透镜组，设置在第三非球面透镜3和载物运动台之间，放大的干涉图形，又如，所述光束控制系统还包括CCD相机，用于检测干涉图形周期与方向。
此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。多个模块或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一、第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于4f系统的扫描干涉光刻系统，其特征在于，包括光学系统、光束控制系统和载物运动台，硅片放置在载物运动台，所述光学系统产生两束平行光进行汇聚在载物运动台上产生干涉，通过光束控制系统控制两束光相对于安装平板面的移动方向，当两束平行光平行于安装平板面移动时，改变干涉图形周期，当两束平行光于安装平板面外变化时，改变干涉图形方向，通过光束控制系统控制光学系统产生的两束平行光结合载物运动台的运动在硅片上加工干涉图形，其中，所述安装平板面是与两束平行光平行的平面，用于固定光学系统，
其中，所述光学系统包括第一非球面透镜(1)、第二非球面透镜(2)、第三非球面透镜(3)、第一BS分光镜组(6)和第一平面反光镜(8)；
所述光束控制系统包括第一万向调节反光镜(13)和第二万向调节反光镜(14)，
其中，第一万向调节反光镜(13)中心位于第一非球面透镜(1)的焦点处，第二万向调节反光镜(14)的中心位于第二非球面透镜(2)的焦点处，硅片放在载物运动台上，第三非球面透镜(3)的焦点处，第三非球面透镜(3)的曲面与第一非球面透镜(1)的曲面相对，第三非球面透镜(3)与第一非球面透镜(1)的中心距离为第三非球面透镜(3)的焦距和第一非球面透镜(1)的焦距之和，第三非球面透镜(3)的曲面朝向第二非球面透镜(2)的曲面，第三非球面透镜(3)与第二非球面透镜(2)的中心距离为第三非球面透镜(3)的焦距和第二非球面透镜(2)的焦距之和，构成4f系统，
其中，两束偏振方向均垂直于安装平板面的相干光分别射到第一万向调节反光镜(13)和第二万向调节反光镜(14)中心，经过反射，分别进入第一非球面透镜(1)和第二非球面透镜(2)，经第一非球面透镜(1)折射后光束平行于第三非球面透镜(3)与第一非球面透镜(1)的中心线，形成第一束平行光，经过第二非球面透镜(2)折射后的第二平行光束经过第一平面反光镜(8)反射，形成第二束平行光，第一束平行光和第二束平行光分别通过第一BS分光镜组(6)，透射进入第三非球面透镜(3)，聚焦在硅片基底处形成干涉图形，
承载曝光硅片的运动台相对于静止的干涉图形沿着蛇字型扫描，扫描方向平行于干涉条纹方向，在扫描的过程中不断改变干涉图形周期，产生周期变化的非线性啁啾光栅结构。
2.根据权利要求1所述的基于4f系统的扫描干涉光刻系统，其特征在于，所述光束控制系统还包括第一PSD光束位置解耦探测器(11)和第二PSD光束位置解耦探测器(12)，所述光学系统还包括第二平面反光镜(9)和第三平面反光镜(10)，第一束平行光和第二束平行光分别通过第一BS分光镜组(6)，一部分光分别反射到第二平面反光镜(9)和第三平面反光镜(10)分别打到第一PSD光束位置解耦探测器(11)和第二PSD光束位置解耦探测器(12)，通过第一PSD光束位置解耦探测器(11)和第二PSD光束位置解耦探测器(12)检测光束变化情况，将检测值与预设值比较，获得误差量，根据所述误差量调节第一万向调节反光镜(13)和第二万向调节反光镜(14)转动补偿误差量。
3.根据权利要求2所述的基于4f系统的扫描干涉光刻系统，其特征在于，所述光学系统还包括第一薄透镜(4)和第二薄透镜(5)，分别设置在第二平面反光镜(9)与第一PSD光束位置解耦探测器(11)之间以及第三平面反光镜(10)和第二PSD光束位置解耦探测器(12)之间，第一PSD光束位置解耦探测器(11)位于第一薄透镜(4)的数倍焦距之外，第二PSD光束位置解耦探测器(12)位于第二薄透镜(5)的数倍焦距之外。
4.根据权利要求1所述的基于4f系统的扫描干涉光刻系统，其特征在于，所述光学系统还包括第二BS分光镜组(7)，设置在第一BS分光镜组(6)和第三非球面透镜(3)之间，经过第一BS分光镜组(6)透射的第一束平行光和第二束平行光进入第二BS分光镜组(7)，一部分光进入相位测量干涉仪，用于检测干涉条纹漂移并通过闭环控制锁定干涉条纹，另一部分光透射进入第三非球面透镜(3)。
5.根据权利要求3所述的基于4f系统的扫描干涉光刻系统，其特征在于，所述光束控制系统还包括转换模块，通过下式将所述第一PSD光束位置解耦探测器(11)或第二PSD光束位置解耦探测器(12)检测的位移量转换为第一万向调节反光镜(13)或第二万向调节反光镜(14)转动产生的光束实际位移量
Figure FDA0003657676240000031
Figure FDA0003657676240000032
其中，m代表第一PSD光束位置解耦探测器(11)或第二PSD光束位置解耦探测器(12)的放大系数，L为第一PSD光束位置解耦探测器(11)或第二PSD光束位置解耦探测器(12)距其前的第一薄透镜(4)或第二薄透镜(5)的距离，f为第一薄透镜(4)或第二薄透镜(5)的焦距，Δx′，Δy′为第一PSD光束位置解耦探测器(11)或第二PSD光束位置解耦探测器(12)检测到的光束位移量，Δx，Δy为光束实际位移量。
6.根据权利要求1所述的基于4f系统的扫描干涉光刻系统，其特征在于，所述光束控制系统还包括第一控制模块，以第三非球面透镜(3)的出光面为坐标面，建立以曝光中心为原点O的坐标系，第一束平行光和第二束平行光经过第三非球面透镜(3)产生的两束干涉光汇聚在基底，该两束光在以曝光中心为原点O的坐标系上的方向用向量
Figure FDA0003657676240000041
和
Figure FDA0003657676240000042
表示，根据下式控制干涉图形的方向：
Figure FDA0003657676240000043
Figure FDA0003657676240000044
其中，
Figure FDA0003657676240000045
为向量
Figure FDA0003657676240000046
和
Figure FDA0003657676240000047
的外积表示，(xA3,yA3,zA3)为第一束平行光在第三非球面透镜(3)的出光点AL3坐标，(xB3,yB3,zB3)为第二束平行光在第三非球面透镜(3)的出光点BL3坐标，zA3和zB3均等于第三非球面透镜(3)的后焦距fb，ψ为干涉图形方向与x轴夹角，i、j、k为以曝光中心为原点O的坐标系的x轴正方向、y轴正方向、z轴正方向的单位向量。
7.根据权利要求6所述的基于4f系统的扫描干涉光刻系统，其特征在于，所述光束控制系统还包括第二控制模块，以第三非球面透镜(3)的出光面为坐标面，建立以曝光中心为原点O的坐标系，根据下式通过第一束平行光和第二束平行光在第三非球面透镜(3)的出光点坐标获得干涉图形的周期：
Figure FDA0003657676240000048
Figure FDA0003657676240000051
其中，h为O点向AL3BL3作垂线的垂足，P为干涉图形在硅片上的周期，通过预先确定AL3和BL3的坐标，λ为干涉光束波长，
Figure FDA0003657676240000052
为以曝光中心为原点O的坐标系z轴正方向的单位向量。
CN202011050014.6A 2020-09-29 2020-09-29 基于4f系统的扫描干涉光刻系统 Active CN112099121B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011050014.6A CN112099121B (zh) 2020-09-29 2020-09-29 基于4f系统的扫描干涉光刻系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011050014.6A CN112099121B (zh) 2020-09-29 2020-09-29 基于4f系统的扫描干涉光刻系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112099121A CN112099121A (zh) 2020-12-18
CN112099121B true CN112099121B (zh) 2022-07-22

Family

ID=73782754

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011050014.6A Active CN112099121B (zh) 2020-09-29 2020-09-29 基于4f系统的扫描干涉光刻系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112099121B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113985703B (zh) * 2021-09-28 2023-11-03 深圳市麓邦技术有限公司 光学系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101329514A (zh) * 2008-07-29 2008-12-24 上海微电子装备有限公司 一种用于光刻设备的对准系统及对准方法
WO2019016045A1 (fr) * 2017-07-19 2019-01-24 Université de Technologie de Troyes Procédé de lithographie interférentielle
CN110716397A (zh) * 2019-10-31 2020-01-21 清华大学 激光干涉光刻中的曝光光束相位测量方法和光刻系统

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102103329B (zh) * 2010-12-06 2013-10-02 中国科学院光电技术研究所 一种用于光刻设备中的光束稳定装置
JP6315959B2 (ja) * 2013-12-03 2018-04-25 キヤノン株式会社 被照明面を照明する光学系、露光装置、インプリント装置、デバイス製造方法、および、光学系の製造方法
WO2017117751A1 (zh) * 2016-01-06 2017-07-13 苏州大学 实时变参量微纳米光场调制系统和干涉光刻系统
CN105511074B (zh) * 2016-01-06 2018-01-09 苏州大学 实时变参量微纳米光场调制系统和干涉光刻系统
CN107229126A (zh) * 2017-07-18 2017-10-03 苏州大学 一种微纳米光场实时构建调制系统和方法
CN110837214B (zh) * 2019-10-31 2020-12-08 清华大学 扫描干涉光刻系统

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101329514A (zh) * 2008-07-29 2008-12-24 上海微电子装备有限公司 一种用于光刻设备的对准系统及对准方法
WO2019016045A1 (fr) * 2017-07-19 2019-01-24 Université de Technologie de Troyes Procédé de lithographie interférentielle
CN110716397A (zh) * 2019-10-31 2020-01-21 清华大学 激光干涉光刻中的曝光光束相位测量方法和光刻系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN112099121A (zh) 2020-12-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10078269B2 (en) Array of encoders for alignment measurement
JP2704001B2 (ja) 位置検出装置
RU2467286C1 (ru) Устройство юстировки двухзеркальной центрированной оптической системы
US5039223A (en) Interferometer for measuring aspherical form with the utilization of computer generated hologram
CN109581827B (zh) 光刻投影物镜最佳焦面检测装置及方法
CN104034281A (zh) 用于自由曲面形貌测量的光学自聚焦探头
CN112099121B (zh) 基于4f系统的扫描干涉光刻系统
US6327038B1 (en) Linear and angular retroreflecting interferometric alignment target
CN103092001B (zh) 光束位置和角度的调节装置
CN113483696A (zh) 一种大尺寸x射线反射镜干涉拼接测量系统及方法
EP2244055A1 (en) Tracking type laser interferometer
CN1217153C (zh) 长程面形仪
CN113702002B (zh) 基于cgh补偿器的离轴三反相机的装调测试方法及系统
CN111197967A (zh) 一种基于液体透镜的中心偏差测量装置及方法
US10483107B2 (en) Encoder head with birefringent elements for forming imperfect retroreflection and exposure system utilizing the same
CN112504176B (zh) 光学面形局部大误差的补偿干涉测量装置与方法
US8294904B2 (en) Fizeau lens having aspheric compensation
JP2513300B2 (ja) 位置検出装置
CN113433800B (zh) 垂向测量系统及曝光装置
CN215598336U (zh) 一种大尺寸x射线反射镜干涉拼接测量系统
Sychev et al. Systems for Controlling Deformations of the Primary Mirror of the BTA-6 Telescope
JP2827251B2 (ja) 位置検出装置
Moriyasu et al. On-machine measurement with an LTP (long trace profiler)
JP2581227B2 (ja) 位置検出装置
JP2827250B2 (ja) 位置検出装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Address after: 100176 floor 2, building 2, yard 19, Kechuang 10th Street, Beijing Economic and Technological Development Zone, Daxing District, Beijing (Yizhuang group, high-end industrial area of Beijing Pilot Free Trade Zone)

Applicant after: BEIJING U-PRECISION TECH Co.,Ltd.

Address before: 100176 4th floor, building 10, No.156 courtyard, Jinghai 4th Road, Beijing Economic and Technological Development Zone, Daxing District, Beijing

Applicant before: BEIJING U-PRECISION TECH Co.,Ltd.

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant