CN113514910B - 衍射光学组件及获取方法、光学系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了衍射光学组件及获取方法、光学系统。其中衍射光学组件包括第一基础元件，第一基础元件具有第一透光区及第一非透光区。第二基础元件，第二基础元件具有第二透光区及第二非透光区，第一基础元件与第二基础元件层叠设置，第一非透光区覆盖至少部分第二透光区，第二非透光区覆盖至少部分第一透光区，并使剩余的第一透光区与剩余的第二透光区形成目标透光区。通过第一基础元件与第二基础元件的组合，使原本复杂的衍射光学元件分解成几个简单的基础元件，从而降低衍射光学元件的制备难度与制备时间，降低了检测成本。另外，由于第一基础元件与第二基础元件可重复使用，可进一步降低衍射光学元件的成本。

Description

衍射光学组件及获取方法、光学系统

技术领域

本申请属于衍射光学组件技术领域，具体涉及衍射光学组件及获取方法、光学系统。

背景技术

在掩模的制作过程中通常会出现缺陷，此时需要通过AIMS检测在与晶圆曝光的相同条件下该缺陷的成像质量，那么此时掩模厂家需要制作与晶圆曝光条件相同的衍射光学元件(DOE)来实现相同的曝光条件。但这种衍射光学元件的生产难度较大，周期较长，远远赶不上掩模的制备时间，从而需等待衍射光学元件，进而提高了检测时间与检测成本。

发明内容

鉴于此，本申请第一方面提供了一种衍射光学组件，所述衍射光学组件包括：

第一基础元件，所述第一基础元件具有第一透光区及第一非透光区；

第二基础元件，所述第二基础元件具有第二透光区及第二非透光区，所述第一基础元件与所述第二基础元件层叠设置，所述第一非透光区覆盖至少部分所述第二透光区，所述第二非透光区覆盖至少部分所述第一透光区，并使剩余的所述第一透光区与剩余的所述第二透光区形成目标透光区。

本申请第一方面提供的衍射光学组件，通过将第一基础元件与第二基础元件层叠设置，并利用第一非透光区与第二非透光区分别覆盖第二透光区与第一透光区后得到的图像进行组合，从而得到用户所需的目标透光区。也可以理解为，现有技术中的衍射光学元件的数量为1个，且该衍射光学元件上具有目标透光区。而本申请是利用第一基础元件与第二基础元件的组合，即剩余的第一透光区与剩余的第二透光区的组合形成目标透光区，从而使原本复杂的衍射光学元件分解成几个简单的基础元件，从而降低衍射光学元件的制备难度与制备时间，降低了检测成本。另外，由于第一基础元件与第二基础元件可重复使用，因此可进一步降低衍射光学元件的成本。

其中，所述第一非透光区覆盖至少部分所述第二非透光区，并使所述第一非透光区与剩余的所述第二非透光区形成目标非透光区。

其中，所述第一基础元件与所述第二基础元件间隔设置。

其中，所述第一基础元件与所述第二基础元件的面积相等，且所述第一非透光区的面积大于所述第二非透光区的面积；所述第一基础元件相较于所述第二基础元件靠近光源。

其中，所述第二基础元件的数量为多个，所述多个第二基础元件均层叠设于所述第一基础元件的一侧。

其中，相邻的两个所述第二基础元件间隔设置。

本申请第二方面提供了一种衍射光学组件的获取方法，所述获取方法包括：

获取预设图像，并根据所述预设图像得到目标光源图像与模拟光源图像；

判断所述目标光源图像与所述模拟光源图像中特征值的差值；以及

当所述差值小于预设值时，根据所述模拟光源图像得到第一基础元件与第二基础元件，并将所述第一基础元件与所述第二基础元件组合形成衍射光学组件。

本申请第二方面提供的获取方法，通过先根据所述预设图像得到目标光源图像与模拟光源图像。其中目标光源图像就是根据预设图像转换而来的图像，模拟光源图像就是从预设图像模拟出来的图像。随后可判断所述目标光源图像与所述模拟光源图像中特征值的差值。当当所述差值小于预设值时，说明模拟光源图像与目标光源的图像的差值在用户的允许范围之内，因此便可根据所述模拟光源图像得到多个基础元件，例如第一基础元件与第二基础元件。最终只需将第一基础元件与所述第二基础元件组合形成所需的衍射光学组件。随后便可采用该衍射光学组件来对掩模进行缺陷检测。

本申请利用模拟光源图像得到第一基础元件与第二基础元件，从而使原本复杂的衍射光学元件分解成几个简单的基础元件，从而降低衍射光学元件的制备难度与制备时间，降低了检测成本。

其中，“判断所述目标光源图像与所述模拟光源图像中特征值的差值”包括：

判断所述目标光源图像与所述模拟光源图像中线宽的差值。

本申请第三方面提供了一种光学系统，包括依次排列设置的光源、如本申请第一方面提供的衍射光学组件、掩模、投影透镜组、光学接收器。

本申请第三方面提供的光学系统，通过采用本申请第一方面提供的衍射光学组件，可降低光学系统的制备难度与制备时间，同时降低了检测成本。

其中，所述光学系统还包括装夹件，所述装夹件上开设有组合槽，所述组合槽用于装设所述第一基础元件与所述第二基础元件。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式中的技术方案，下面将对本申请实施方式中所需要使用的附图进行说明。

图1为本申请一实施方式中衍射光学组件的俯视图。

图2为图1中第一基础元件的俯视图。

图3为图1中第二基础元件的俯视图。

图4为本申请另一实施方式中第一基础元件或第二基础元件的示意图。

图5为本申请另一实施方式中第一基础元件或第二基础元件的示意图。

图6为图1中沿A-A方向的截面示意图。

图7为本申请另一实施方式中衍射光学组件的截面示意图。

图8为本申请又一实施方式中衍射光学组件的俯视图。

图9为图8中沿B-B方向的截面示意图。

图10为本申请一实施方式中获取方法的步骤图。

图11为本申请一实施方式中S200所包括的步骤图。

图12为本申请一实施方式中光学系统的示意图。

标号说明：

衍射光学组件-1，目标透光区-2，目标非透光区-3，光学系统-4，第一基础元件-10，第一透光区-11，第一非透光区-12，第二基础元件-20，第二透光区-21，第二非透光区-22，光源-30，掩模-40，投影透镜组-50，光学接收器-60。

具体实施方式

以下是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围。

在介绍本申请的技术方案之前，再详细介绍下相关技术中的技术问题。

在晶圆的制备过程中，通常会先形成一层完整的层结构，随后通过曝光+蚀刻工艺形成用于所需要的图形。在曝光的过程中，需要利用到掩模(mask)，掩模上开设有我们所需要的图形，但由于掩模上相邻的图形之间存在干涉和衍射效应，使投影至wafer上的图形和设计的图形不一致。为了消除这种偏差，业界采用光学邻近效应修正(OPC)，即使用光学模型和光刻胶化学反应模型来计算曝光后的图形，软件计算出曝光后的图形与设计的差别，反复修正，使曝光后wafer上的图形接近设计。

但是光学邻近效应修正模型的前提是根据工程师经验或者少量模拟计算假定光照条件，且光照条件比较局限。例如通常有常规照明，角度照明和四级照明等。近年来，光刻机的光照系统已经进步到可以实现自由形式的照明(Flex Ray)，即通过上千个小反射镜的独立调整得到可编程的像素化的光照，使得可以进行光源掩模协同优化技术(SMO)。

另外，掩模在制作过程中常会出现各种各样的缺陷，此时需要通过AIMS检测机台在与晶圆(wafer)曝光的相同条件下检测该缺陷的成像质量，那么此时掩模厂家需要制作与晶圆曝光条件相同的衍射光学元件(DOE)来实现相同的曝光条件。

另外，为了得到与理想最接近的图形，光源掩模协同优化技术软件计算得出的光源条件不仅作为光学邻近效应修正模型的前提条件和光刻机的设置条件，还会作为掩模厂家在掩模缺陷修补后验证缺陷成像质量的条件。而这种需求给掩模厂家带来了诸多不便：

第一，光刻机适用于大量的晶圆曝光，才能承受昂贵的成本来配置这种数千个小反射镜独立调整的可编程的像素化的光照。而单片加工掩模的掩模厂家使用的AIMS机台无法配置成本这么高的配件，因此晶圆厂家仍然采取现有的模式，即衍射光学元件的方式来保持跟晶圆端相近的光源。

第二，这种衍射光学元件的生产技术门槛比较高，生产难度较大，一般的掩模厂家无法加工，或者生产周期较长，甚至需要向其他国家的资深掩模厂家定制得到，最终导致这种衍射光学元件的制备时间长，成本高。例如通常为1个月左右。但是掩模的生产周期比较短，例如一般为7天左右。因此这样就会出现要检验掩模缺陷时需要等待衍射光学元件的问题，即衍射光学元件的制备时间赶不上晶圆掩模的制备时间，进而提高了检测时间与检测成本。

鉴于此，为了解决上述问题，本申请提供了一种衍射光学元件。请一并参考图1-图5，图1为本申请一实施方式中衍射光学组件的俯视图。图2为图1中第一基础元件的俯视图。图3为图1中第二基础元件的俯视图。图4-图5为本申请另一实施方式中第一基础元件或第二基础元件的示意图。本实施方式提供了一种衍射光学组件1，所述衍射光学组件1包括第一基础元件10，所述第一基础元件10具有第一透光区11及第一非透光区12。第二基础元件20，所述第二基础元件20具有第二透光区21及第二非透光区22，所述第一基础元件10与所述第二基础元件20层叠设置，所述第一非透光区12覆盖至少部分所述第二透光区21，所述第二非透光区22覆盖至少部分所述第一透光区11，并使剩余的所述第一透光区11与剩余的所述第二透光区21形成目标透光区2。

从上述内容可知本实施方式提供的衍射光学组件1主要用于掩模40的检测，利用衍射光学组件1来模拟出SMO，从而可形成与后续晶圆曝光相同的曝光条件，利用相同的曝光条件对晶圆与掩模40进行曝光，从而检验掩模40的缺陷。另外，本实施方式中提供的是衍射光学组件1，意味着衍射光学组件1不是只有一个结构件，而是由多个结构件组成而成，例如第一基础元件10以及第二基础元件20。

其中，第一基础元件10与第二基础元件20也同样是衍射光学元件，只不过相较于上述提及的衍射光学元件，第一基础元件10与第二基础元件20的结构较为简单，其复杂程度没有传统的衍射光学元件复杂。例如第一基础元件10具有相连接的第一透光区11及第一非透光区12。第二基础元件20具有相连接的第二透光区21及第二非透光区22。第一基础元件10与第二基础元件20均有透光区与非透光区组成。其中第一非透光区12与第二非透光区22代表着该区域的基础元件会阻挡光线，不允许光线的透过。而第一透光区11与第二透光区21可以理解为该区域的基础元件不会阻挡光线，允许光线的透过。或者，第一透光区11与第二透光区21还可以理解为在该区域出没有基础元件，处于镂空的状态，因此可允许光线的通过。

从相关技术中可知，相关技术中的衍射光学元件的数量为1个，其目标透光区2的结构复杂，导致衍射光学元件的制备时间与制备成本非常高。因此本实施方式通过将复杂结构的衍射光学元件分解成多个基础元件，例如第一基础原件与第二基础元件20，并使第一基础元件10与第二基础元件20层叠设置。当第一非透光区12与第二非非透光区的形状与面积不一致时，必然会出现所述第一非透光区12覆盖至少部分所述第二透光区21，所述第二非透光区22覆盖至少部分所述第一透光区11，这样原本的第一透光区11就会变为被第二非透光区22覆盖后的第一透光区11，原本的第二透光区21就会变为被第一非透光区12覆盖后的第二透光区21，并且第一透光区11与第二透光区21组合(可以理解为取并集)后即可得到传统的结构复杂的目标透光区2。

现举例说明，如图1所示的目标透光区2是由图2中的第一基础元件10中的部分第一透光区11与图3中的第二基础元件20中的部分第二透光区21组成而成的。第一基础元件10与第二基础元件20均为圆形。图2中第一基础元件10中第一非透光区12为圆形，第一透光区11为除圆形外的圆环。图3中第二基础元件20中第二非透光区22为呈轴对称的扇形，第二透光区21为除该扇形之外的扇形。当第一基础元件10与第二基础元层叠设置时，由于第一非透光区12与第二非透光区22的形状与大小均不相同，因此第一非透光区12会覆盖至少部分第二透光区21，使剩余的第二透光区21变为圆环的一部分。同样地，第二非透光区22也会覆盖至少部分第一透光区11，使剩余的第一透光区11变为圆环的一部分。而这两个圆环的一部分上下一重叠就形成了如图1所示的目标区域。

综上所述，本申请利用第一基础元件10与第二基础元件20的组合，即剩余的第一透光区11与剩余的第二透光区21的组合形成目标透光区2，从而使原本复杂的衍射光学元件分解成几个简单的基础元件，从而降低衍射光学元件的制备难度与制备时间，降低了检测成本。另外，由于第一基础元件10与第二基础元件20可重复使用，因此可进一步降低衍射光学元件的成本。

另外，本实施方式图1-图3中第一基础元件10与第二基础元件20的结构仅为示意性结构。第一基础元件10与第二基础元件20也可以为如图4-图5所示的其他形状与结构。本实施方式以第一基础元件10进行示意。

可选地，所述第一非透光区12覆盖至少部分所述第二非透光区22，并使所述第一非透光区12与剩余的所述第二非透光区22形成目标非透光区3。

在本实施方式中，除了剩余的第一透光区11与剩余的第二透光区21可组合成目标透光区2外，第一非透光区12与第二非透光区22也可组合形成目标非透光区3。该目标非透光区3可以为第一非透光区12与第二非透光区22的并集。

请一并参考图6，图6为图1中沿A-A方向的截面示意图。本实施方式中，所述第一基础元件10与所述第二基础元件20间隔设置。

在本实施方式中，由于第一基础元件10与第二基础元件20均为衍射光学元件，属于光学元件中的一种。因此可使第一基础元件10与第二基础元件20间隔设置，避免第一基础元件10与第二基础元件20相互接触导致发生刮蹭，从而降低第一基础元件10与第二基础元件20的质量。但至于具体第一基础元件10与第二基础元件20之间具体的间距，可根据光源30的种类，目标透光区2的形状来进行调整。

请一并参考图7，图7为本申请另一实施方式中衍射光学组件的截面示意图。本实施方式中，所述第一基础元件10与所述第二基础元件20的面积相等，且所述第一非透光区12的面积大于所述第二非透光区22的面积；所述第一基础元件10相较于所述第二基础元件20靠近光源30。

在本实施方式中，第一非透光区12与第二非透光区22的面积存在不相同的形状。当所述第一基础元件10与所述第二基础元件20的面积相等，即整体相同时。此时若所述第一非透光区12的面积大于所述第二非透光区22的面积，便可将所述第一基础元件10相较于所述第二基础元件20靠近光源30设置。也可以理解为，将非透光区更大的基础元件靠近光源30，这样大部分的光源30便可在非透光区更大的基础元件被阻挡掉，只能从较小的透光区中穿过继续传播，提高成像的质量。这样可防止过多的光线进入基础元件，从而使原本无用、不需要的光线通过折射，反射或其他光学方法进入到后续的基础元件中，从而影响成像的质量。

另外，从图7的截面示意图中虽然第二非透光区22的横向尺寸较大，但是从图2与图3的俯视图中可以看出第一非透光区12的面积大于第二非透光区22的面积。

请一并参考图8-图9，图8为本申请又一实施方式中衍射光学组件的俯视图。图9为图8中沿B-B方向的截面示意图。本实施方式中，所述第二基础元件20的数量为多个，所述多个第二基础元件20均层叠设于所述第一基础元件10的一侧。

在本实施方式中，第二基础元件20的数量可以为多个，如图8所示，第二基础元件20的数量为3个。此时就一共有1个第一基础元件10与3个第二基础元件20。本实施方式可使3个第二基础元件20为一组，均设于第一基础元件10的一侧，这样不仅可便于组装和装配，还可便于光线的传输。

但是，虽然多个第二基础元件20均层叠设于所述第一基础元件10的一侧，但每个第二基础元件20中的第二透光区21与第二非透光区22并不是完全覆盖的，而是会相应旋转一定角度，从而使多个第二非透光区22错开设置，在低于第一基础元件10相配合，从而形成如图8所示的个更复杂的目标透光区2。

另外，本申请第一基础元件10的数量可以为一个，也可以多个，本申请在此不进行限定。

请再次参考图9，在本实施方式中，相邻的两个所述第二基础元件20间隔设置。

在本实施方式中，同样可使相邻的两个所述第二基础元件20间隔设置，避免第二基础元件20与第二基础元件20相互接触导致发生刮蹭，从而降低第二基础元件20的质量。

本申请除了提供了衍射光学组件1的结构外，还提供了一种衍射光学组件1的获取方法，来告知本领域技术人员具体该获取什么形状与结构的第一基础元件10与第二基础元件20。

请参考图10，图10为本申请一实施方式中获取方法的步骤图。本实施方式提供了一种衍射光学组件1的获取方法，所述获取方法包括S100，S200，S300。其中，S100，S200，S300的详细介绍如下。

S100，获取预设图像，并根据所述预设图像得到目标光源30图像与模拟光源30图像。

S200，判断所述目标光源30图像与所述模拟光源30图像中特征值的差值。

S300，当所述差值小于预设值时，根据所述模拟光源30图像得到第一基础元件10与第二基础元件20，并将所述第一基础元件10与所述第二基础元件20组合形成衍射光学组件1。

本实施方式提供的获取方法，通过先根据所述预设图像得到目标光源30图像与模拟光源30图像。其中目标光源30图像就是根据预设图像转换而来的图像，模拟光源30图像就是从预设图像模拟出来的图像。随后可判断所述目标光源30图像与所述模拟光源30图像中特征值的差值。当当所述差值小于预设值时，说明模拟光源30图像与目标光源30的图像的差值在用户的允许范围之内，因此便可根据所述模拟光源30图像得到多个基础元件，例如第一基础元件10与第二基础元件20。最终只需将第一基础元件10与所述第二基础元件20组合形成所需的衍射光学组件1。随后便可采用该衍射光学组件1来对掩模40进行缺陷检测。

本申请利用模拟光源30图像得到第一基础元件10与第二基础元件20，从而使原本复杂的衍射光学元件分解成几个简单的基础元件，从而降低衍射光学元件的制备难度与制备时间，降低了检测成本。

请一并参考图11，图11为本申请一实施方式中S200所包括的步骤图。在本实施方式中，S200“判断所述目标光源30图像与所述模拟光源30图像中特征值的差值”包括S210。其中S210的详细介绍如下。

S210，判断所述目标光源30图像与所述模拟光源30图像中线宽的差值。

可选地，目标光源30图像与模拟光源30图像中图形均具有一定宽度，因此可通过线宽这个特征值来对两种图像进行比较，比较其线宽的差值是否在预设值内。

本申请除了提供衍射光学组件1及衍射光学组件1的获取方法外，还提供了一种光学系统4，请参考图12，图12为本申请一实施方式中光学系统的示意图。本实施方式提供了一种光学系统4，包括依次排列设置的光源30、如本申请上述实施方式提供的衍射光学组件1、掩模40、投影透镜组50、光学接收器60。

当做好衍射光学组件1后，便可将其与光源30、掩模40投影透镜组50、光学接收器60等其他部件装配在一起，形成光学系统4，从而对掩模40进行缺陷检测。此时光源30的发出的光线通过衍射光学组件1可形成与SMO相同或类似的光照条件，随后该光线通过掩模40，其分散的光线经过投影透镜组50可进行汇聚，使光线更加集中，最终被光学接收器60接收。本实施方式提供的光学系统4，通过采用本申请上述实施方式提供的衍射光学组件1，可降低光学系统4的制备难度与制备时间，同时降低了检测成本。可选地，投影透镜组50包括但不限于凸透镜。光学接收器60包括当不限于CCD相机。

另外，所述光学系统还包括装夹件，所述装夹件上开设有组合槽，所述组合槽用于装设所述第一基础元件与所述第二基础元件。

由于本实施方式中的衍射光学组件由传统的一个变成了多个，因此用于装夹衍射光学组件的装夹件也需相应改变，在装夹件上开设组合槽，从而使第一基础元件与第二基础元件装入该组合槽内。

以上对本申请实施方式所提供的内容进行了详细介绍，本文对本申请的原理及实施方式进行了阐述与说明，以上说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (8)

1.一种衍射光学组件，其特征在于，所述衍射光学组件包括：

第一基础元件，所述第一基础元件具有第一透光区及第一非透光区；

第二基础元件，所述第二基础元件具有第二透光区及第二非透光区，所述第一基础元件与所述第二基础元件间隔设置，所述第一非透光区覆盖至少部分所述第二透光区，所述第二非透光区覆盖至少部分所述第一透光区，并使剩余的所述第一透光区与剩余的所述第二透光区形成目标透光区；

所述第一非透光区覆盖至少部分所述第二非透光区，并使所述第一非透光区与剩余的所述第二非透光区形成目标非透光区。

2.如权利要求1所述的衍射光学组件，其特征在于，所述第一基础元件与所述第二基础元件的面积相等，且所述第一非透光区的面积大于所述第二非透光区的面积；所述第一基础元件相较于所述第二基础元件靠近光源。

3.如权利要求2所述的衍射光学组件，其特征在于，所述第二基础元件的数量为多个，所述多个第二基础元件均层叠设于所述第一基础元件的一侧。

4.如权利要求3所述的衍射光学组件，其特征在于，相邻的两个所述第二基础元件间隔设置。

5.一种衍射光学组件的获取方法，其特征在于，所述获取方法包括：

获取预设图像，并根据所述预设图像得到目标光源图像与模拟光源图像；

判断所述目标光源图像与所述模拟光源图像中特征值的差值；以及

当所述差值小于预设值时，根据所述模拟光源图像得到目标透光区，再根据所述目标透光区得到第一透光区、第一非透光区、第二透光区、及第二非透光区，进而根据所述第一透光区、所述第一非透光区、所述第二透光区、及所述第二非透光区得到第一基础元件与第二基础元件；其中，所述第一基础元件具有所述第一透光区及所述第一非透光区，所述第二基础元件具有所述第二透光区及所述第二非透光区，所述第一基础元件与所述第二基础元件层叠设置，所述第一非透光区覆盖至少部分所述第二透光区，所述第二非透光区覆盖至少部分所述第一透光区，并使剩余的所述第一透光区与剩余的所述第二透光区形成所述目标透光区；并将所述第一基础元件与所述第二基础元件组合形成衍射光学组件。

6.如权利要求5所述的获取方法，“判断所述目标光源图像与所述模拟光源图像中特征值的差值”包括：

判断所述目标光源图像与所述模拟光源图像中线宽的差值。

7.一种光学系统，其特征在于，包括依次排列设置的光源、如权利要求5-6任一项所述衍射光学组件的获取方法得到的衍射光学组件、掩模、投影透镜组、光学接收器。

8.如权利要求7所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统还包括装夹件，所述装夹件上开设有组合槽，所述组合槽用于装设所述第一基础元件与所述第二基础元件。

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