CN116819887B - 掩模图形转移组件及曝光设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光刻技术领域，具体涉及一种掩模图形转移组件及曝光设备。掩模图形转移组件包括光波发射结构、载台和掩模，光波发射结构适于发射球面光波，载台具有适于承载基片的承载平面，以使基片与球面光波的球心对应设置；掩模与载台间隔设置且位于载台靠近光波发射结构的一侧；掩模为曲面结构且曲面结构具有透光部，至少部分掩模的曲率与到达掩模的球面光波的曲率相等，至少部分球面光波沿掩模的径向穿过透光部到达设置于承载平面的基片上，以将掩模上的掩模图形转移到基片上。本发明中，曲面掩模可以极大减小甚至消除球面光波到达掩模所形成的像差，能够将掩模上的图形真实准确地转移到需要形成图形的基片上，有助于提高成像质量。

Description

掩模图形转移组件及曝光设备

技术领域

本发明涉及光刻技术领域，具体涉及一种掩模图形转移组件及曝光设备。

背景技术

全息衍射光刻（Holographic Diffractive Lithography,简称HDL）是一项创新技术，它利用光的衍射及干涉效应构建空间像来制作集成电路版图。不同于传统光刻技术借助物镜将掩模图形投影到硅片上，HDL的曝光工艺无需依赖4F成像系统，投影掩模被替换成全息掩模，光通过掩模在介质中自由传播到达硅片产生目标图形，因此HDL省去了制作投影物镜的成本。此外HDL在缺陷容错率及成像的焦深（DOF）方面也具有明显优势，对缺陷的容错率可以高达整个全息掩模面积的1%，这也相当于延长了掩模的寿命。

在全息光刻过程中，采用球面光波可增加光刻过程能量利用率，提高成像分辨率，因此被认为是理想光波。然而使用球面光波照射常规平面掩模时，由于球面波波前到达掩模各位置的入射角不同，因此球面光波在通过掩模和空气之间的界面时会产生一个像差，并且该像差因掩模位置而异，无法整体消除，极大影响成像质量。此外，所产生的像差也和掩模厚度相关，由于目前业界生产的掩模厚度尚无统一标准，若要通过事先计算消除因掩模厚度造成的像差，最终实现对完全相同图形的曝光，每一工艺中所使用的掩模的图形也需要随着不同厚度的掩模而有所不同，整个工艺流程的复杂度将大大增加。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于现有技术中使用球面光波照射常规平面掩模时，球面光波在通过掩模和空气之间的界面时会产生一个像差，无法整体消除，极大影响成像质量，且成像质量与掩模厚度有关，掩模厚度计算复杂程度高的缺陷，从而提供一种掩模图形转移组件及曝光设备。

为了解决上述问题，本发明提供了一种掩模图形转移组件，应用于芯片制备工艺的曝光设备，包括光波发射结构、载台和掩模。

光波发射结构适于发射球面光波；

载台具有适于承载基片的承载平面，以使所述基片与所述球面光波的球心对应设置；

掩模与所述载台间隔设置且位于所述载台靠近所述光波发射结构的一侧；所述掩模为曲面结构且所述曲面结构具有透光部，至少部分所述掩模的曲率与到达所述掩模的球面光波的曲率相等，至少部分球面光波沿所述掩模的径向穿过所述透光部到达设置于所述承载平面的所述基片上，以将所述掩模上的掩模图形转移到所述基片上。

可选地，所述掩模为球冠状结构，且所述球面光波的球心位于所述球冠状结构的轴线上。

可选地，所述掩模为部分球带状结构，且所述部分球带状结构为对称结构，所述球面光波的球心位于所述球带状结构的轴线上。

可选地，所述掩模包括第一表面和第二表面，所述第一表面所在的曲面和所述第二表面所在的曲面为半径不同的同心球面，所述球面光波的光线垂直于所述第一表面入射且垂直于所述第二表面出射。

可选地，在所述掩模所述第二表面上设置有图形结构，所述图形结构用于形成所述掩模图形。

可选地，所述掩模的半径为R，所述基片的成像宽度为L，则掩模半径与基片成像宽度的之间的关系为：R＞10L。

可选地，所述掩模外缘和球心的连线与所述掩模的轴线所成的夹角为所述掩模的半张角θ，基片上所成型图形的线宽为Δx,则所述掩模的半张角与基片上所成型图形的线宽之间的关系为：

，

其中，λ为球面光波的波长，NA为掩模的数值孔径，且，n为掩模和基片之间介质的折射率。

可选地，所述光波发射结构包括：

光源，设置在所述掩模远离所述载台的另一侧，所述光源适于发出平行光线；

会聚透镜，设置在所述光源与所述掩模之间，所述会聚透镜适于将平行光线会聚以成型球面光波，且所述会聚透镜的焦点与所述球面光波的球心重合。

可选地，当球面光波的振幅为1时，掩模与基片之间的空间像的电场为掩模近场电场的傅里叶变换，球面光波球心附近所成的空间像的电场满足：

，

其中，为基片所在平面，/>表示球心处沿/>正方向的方向余弦，/>对应掩模上一点，/>为点/>的透射率；i为虚数单位；/>为球面光波的波长；/>为掩模上点/>对球心所张的立体角，/>；/>;/>。

本发明还提供一种曝光设备，应用于芯片制备工艺，包括：上述的掩模图形转移组件。

本发明具有以下优点：

1.本发明提供的掩模图形转移组件，设置有光波发射结构、载台和掩模，光波发射结构适于发射球面光波，载台具有适于承载基片，掩模为曲面结构且具有透光部，至少部分掩模的曲率与到达掩模的球面光波的曲率相等，至少部分球面光波沿掩模的径向穿过透光部到达设置于承载平面的基片上，以将掩模上的掩模图形转移到基片上；曲面掩模可以极大减小甚至消除球面光波到达掩模所形成的像差，能够将掩模上的掩模图形真实准确地转移到需要形成图形的基片上，有助于提高成像质量。

2.本发明提供的掩模图形转移组件，掩模为球冠状结构，当球面光波照射到球冠状结构上时，球面光波与球冠状掩模各处的曲率均相等，严格保证掩模上的图形完全相同地转移到基片上，提高成像质量。

3.本发明提供的掩模图形转移组件，掩模的第一表面与第二表面为同心球面，使得掩模各处的厚度一致，无需对掩模厚度做计算，各个方向的光线均能垂直于掩模表面入射和出射，球面光波经过掩模与空气界面各个点后的传播方向不改变，避免产生球面光波与掩模之间的成像像差，保证成像质量。

4.本发明提供的掩模图形转移组件，在球面光波振幅为1，以球心为原点时，掩模与基片之间的空间像的电场为掩模近场电场的傅里叶变换，简化了应用于全息光刻中掩模图形与最终成像的关系，降低了掩模计算与制造成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为现有的图形转移结构的结构示意图；

图2为本发明的实施例中提供的掩模图形转移组件的示意图一；

图3为本发明的实施例中提供的掩模图形转移组件的示意图二；

附图标记说明：

1、球面光波；11、球心；2、基片；3、掩模；31、第一表面；32、第二表面；4、会聚透镜。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

结合图2和图3，本实施例提供一种掩模图形转移组件，应用于芯片制备工艺的曝光设备，包括：光波发射结构、载台和掩模3，光波发射结构适于发射球面光波1，载台具有适于承载基片2的承载平面，以使基片2与球面光波1的球心11对应设置；掩模3与载台间隔设置且位于载台靠近光波发射结构的一侧；掩模3为曲面结构且曲面结构具有透光部，至少部分掩模3的曲率与到达掩模3的球面光波1的曲率相等，至少部分球面光波1沿掩模3的径向穿过透光部到达设置于承载平面的基片2上，以将掩模3上的掩模图形转移到基片2上。

上述的光波发射结构出射照明光线，若干照明光线形成球面光波1到达掩模3，掩模3设置为曲面结构，球面光波1到达曲面掩模3，曲面掩模3的曲率与球面光波1的曲率相等，相比图1中现有的球面光波1照射到平面掩模3上，光线的多方向杂乱出射的情况，本实施例的曲面掩模3可以极大减小甚至消除球面光波1到达掩模3所形成的像差，能够将掩模3上的图形真实准确地转移到需要形成图形的基片2上，有助于提高成像质量。

具体而言，上述的基片2在本实施例中为硅片，其中硅片上覆盖一层光刻胶层，掩模3上具有图形结构，图形结构用于形成掩模图形（即版图）。掩模图形在掩模3上由具有透光效果的透光区图形和具有遮光效果的遮光区图形构成，透光区图形作为掩模3的透光部，遮光区图形作为掩模3的遮光部。其中，曝光设备在曝光时，球面光波1到达掩模3，光线穿过透光部，将掩模3上的遮光部的图形转移到光刻胶层上，实现针对基片2的光刻曝光。

掩模3则优选曲面结构各处曲率相等的，以便最大程度实现与球面光波1曲率的一致，当然，不排除只在图形区域的曲面结构的曲率与球面光波1的曲率一致，降低对加工的高精度要求，增强经济效益。

结合图3，上述的光波发射结构、掩模3和载台沿同一方向即z轴方向依次间隔设置，且三者沿z轴左右对正设置；在图2中，z轴则为沿竖直方向的中轴线，光波发射结构、掩模3和载台沿z轴上下对正设置。

本实施例的掩模图形转移组件，掩模3为球冠状结构，且球面光波1的球心11位于球冠状结构的轴线上。具体地，“球冠”指的是一个球面被平面所截后剩下的曲面，本实施例的“球冠状结构”是指具有一定厚度的球冠形的曲面结构；“轴线”指的是一个物体或一个三维图形绕着旋转或者可以设想着旋转的一根直线，本实施例中参考图3中z轴所在的直线。球面光波1的球心11与球冠状结构的球心11重合，当球面光波1照射到球冠状结构上时，球面光波1与球冠状掩模3各处的曲率均相等，严格保证掩模3上的图形完全相同地成型在基片2上，提高成像质量。

作为可替换的另一种实施方式，掩模3设置为部分球带状结构，且部分球带状结构为对称结构，球面光波1的球心11位于部分球带状结构的轴线上。具体地，一个球被两个平行平面所截，两个截面之间所夹的球的部分为球台，即球台是球带和截得它的两个截面所围成的几何体，故“球带”指的是球台的侧面。本实施例中，掩模3可以是不完整的部分球带曲面，即上述部分球带状结构，同样具有球面结构的曲率与到达掩模3的球面光波1的曲率一致的效果。如图2所示，本实施例优选部分球带状结构为对称结构，在图2所示设置角度下，部分球带状结构由上至下的投影可以为正方形或长方形，轴线为“中心线”，参照z轴所在的直线，即同时穿过球心11与部分球带状结构中心点的直线，部分球带状结构的左右两端关于中心线所在的竖直平面对称，和/或前后两端关于中心线所在的竖直平面对称，保证成像质量的同时，便于成型以及定位安装。

上述的掩模图形转移组件，掩模3包括第一表面31和第二表面32，第一表面31所在的曲面和第二表面32所在的曲面为半径不同的同心球面，球面光波1的光线垂直于第一表面31入射且垂直于第二表面32出射。第一表面31与第二表面32使得掩模3各处的厚度一致，无需对掩模3厚度做计算，各个方向的光线均能垂直于掩模3表面入射和出射，球面光波1经过掩模3与空气界面各个点后的传播方向不改变，避免产生球面光波1与掩模3之间的成像像差，保证成像质量。

进一步地，在掩模3的第二表面32上设置有图形结构，图形结构用于形成掩模图形。具体在本实施例中，图形结构通过在掩模3的第二表面32上镀铬层形成，掩模3为玻璃材质，具有透光性，镀铬层所在的部分即形成遮光部，掩模3上除镀铬层外的部分即形成透光部，球面光波1穿过透光部到达基片2上将掩模3上的掩模图形转移到基片2上；镀铬层易钝化成型，耐热耐磨，能长久保持反射能力，性质稳定。

如图2所示，掩模3的半径为R，基片2的成像宽度为L，则掩模3半径与基片2成像宽度的之间的关系为：R＞10L。根据上述关系式确定基片2大小和掩模3半径，进而保证掩模3与基片2之间张角确定在合适的范围内，能够显著提高成像分辨率，保证成像质量，若掩模3半径太小，则掩模3与基片2之间的张角会变大，数值孔径NA减小，导致分辨率降低，当然，由于掩模3位于光波发射结构与放置基片2的载台之间，掩模3的半径R也不是无限大，根据实际情况确定，保证成像分辨率即可。

在上述方案的基础上，如图2和图3所示，掩模3外缘和球心11的连线与掩模3的轴线所成的夹角为掩模3的半张角θ。当掩模3为球冠状结构时，半张角θ为掩模3外缘和球心11的连线与掩模3轴线所成的夹角；当掩模3为部分球带状结构时，本实施例中优选对称的部分球带状结构，此时轴线即为对称轴线，半张角θ为掩模3外缘和球心11的连线与掩模3轴线与所成的夹角；基片2上所成型图形的线宽为Δx,则掩模3的半张角与基片2上所成型图形的线宽之间的关系为：

（1）

其中，λ为球面光波1的波长，NA为掩模3的数值孔径，且，n为掩模3和基片2之间介质的折射率，若为空气的话则n为1。根据上述公式，在集成电路所成像线宽给定的条件下，可以由公式（1）确定掩模3张角的大小。

具体地，上述的光波发射结构包括：光源和会聚透镜4，光源设置在掩模3远离载台的另一侧，光源适于发出平行光线；会聚透镜4设置在光源与掩模3之间，会聚透镜4适于将平行光线会聚以成型球面光波1，且会聚透镜4的焦点与球面光波1的球心11重合。具体地，本实施例的会聚透镜4选用双透镜，根据透镜的折射率和曲率半径确定会聚透镜4的焦距，确定焦点即球面光波1的球心11所在位置，简单高效。当然，球面光波1的形成并不局限于上述的方式。

本实施例中，当球面光波1的振幅为1时，掩模3与基片2之间的空间像的电场为掩模3近场电场的傅里叶变换，球面光波1球心11附近所成的空间像的电场满足：

（2）

其中，为基片2所在平面，/>表示球心11处沿/>正方向的方向余弦，对应球面掩模3上一点，/>为点/>的透射率；i为虚数单位；/>为球面光波1的波长；/>为掩模3上点/>对球心11所张的立体角，/>；/>;。

具体地，将基片2放置于球心11处成像，由于球心11处电场可以看成从掩模3透射出的各个方向平面波的叠加，因此球心11附近电场即为球形掩模3透射电场的傅里叶变换。在球面光波1振幅为1，以球心11为原点时，公式（2）即可表征：掩模3与基片2之间的空间像的电场为掩模3近场电场的傅里叶变换，简化了应用于全息光刻中掩模图形与最终成像的关系，降低了掩模3计算与制造成本。

实施例2

本实施例提供一种曝光设备，应用于芯片制备工艺，包括：实施例1中的掩模图形转移组件。

具体地，本实施例中的曝光设备为光刻机，光刻机包括实施例1中所述的掩模图形转移组件之外，还包括测量组件、检测组件等等，共同实现对芯片的制备成型。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种掩模图形转移组件，应用于芯片制备工艺的曝光设备，其特征在于，包括：

光波发射结构，适于发射球面光波（1）；

载台，具有适于承载基片（2）的承载平面，以使所述基片（2）与所述球面光波（1）的球心（11）对应设置，所述基片（2）包括平面成像面；

掩模（3），所述掩模（3）为全息掩模，与所述载台间隔设置且位于所述载台靠近所述光波发射结构的一侧；所述掩模（3）为曲面结构且所述曲面结构具有透光部，所述掩模（3）的球心与所述球面光波（1）的球心重合，所述掩模（3）包括第一表面（31）和第二表面（32），所述第一表面（31）所在的曲面和所述第二表面（32）所在的曲面为半径不同的同心球面，所述球面光波（1）的光线垂直入射于所述第一表面（31）且垂直出射于所述第二表面（32）；至少部分球面光波（1）沿所述掩模（3）的径向穿过所述透光部到达设置于所述承载平面的所述基片（2）上，以将所述掩模（3）上的掩模图形转移到所述基片（2）上。

2.根据权利要求1所述的掩模图形转移组件，其特征在于，所述掩模（3）为球冠状结构，且所述球面光波（1）的球心（11）位于所述球冠状结构的轴线上。

3.根据权利要求1所述的掩模图形转移组件，其特征在于，所述掩模（3）为部分球带状结构，且所述部分球带状结构为对称结构，所述球面光波（1）的球心（11）位于所述部分球带状结构的轴线上。

4.根据权利要求2或3所述的掩模图形转移组件，其特征在于，在所述掩模（3）的所述第二表面（32）上设置有图形结构，所述图形结构用于形成所述掩模图形。

5.根据权利要求4所述的掩模图形转移组件，其特征在于，所述掩模（3）的半径为R，所述基片（2）的成像宽度为L，则掩模（3）半径与基片（2）成像宽度的之间的关系为：R＞10L。

6.根据权利要求5所述的掩模图形转移组件，其特征在于，所述掩模（3）外缘和球心（11）的连线与所述掩模（3）的轴线所成的夹角为所述掩模（3）的半张角θ，基片（2）上所成型图形的线宽为Δx,则所述掩模（3）的半张角与基片（2）上所成型图形的线宽之间的关系为：

，

其中，λ为球面光波（1）的波长，NA为掩模（3）的数值孔径，且，n为掩模（3）和基片（2）之间介质的折射率。

7.根据权利要求6所述的掩模图形转移组件，其特征在于，所述光波发射结构包括：

光源，设置在所述掩模（3）远离所述载台的另一侧，所述光源适于发出平行光线；

会聚透镜（4），设置在所述光源与所述掩模（3）之间，所述会聚透镜（4）适于将平行光线会聚以成型球面光波（1），且所述会聚透镜（4）的焦点与所述球面光波（1）的球心（11）重合。

8.根据权利要求7所述的掩模图形转移组件，其特征在于，当球面光波（1）的振幅为1时，掩模（3）与基片（2）之间的空间像的电场为掩模（3）近场电场的傅里叶变换，球面光波（1）球心（11）附近所成的空间像的电场满足：

其中，为基片（2）所在平面，/>表示球心（11）处沿/>正方向的方向余弦，对应掩模（3）上一点，/>为点/>的透射率；i为虚数单位；/>为球面光波（1）的波长；/>为掩模（3）上点/>对球心（11）所张的立体角，/>；/>;。

9.一种曝光设备，应用于芯片制备工艺，其特征在于，包括：权利要求1-8任意一项所述的掩模图形转移组件。