CN117348136A - 离轴照明光栅及其制备方法、可分离式离轴照明光刻掩模 - Google Patents

离轴照明光栅及其制备方法、可分离式离轴照明光刻掩模 Download PDF

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Abstract

本公开提供一种离轴照明光栅及其制备方法、可分离式离轴照明光刻掩模，该制备方法包括：S1，采用电子束光刻和反应离子束刻蚀制备具有光栅图形的光栅母版(1)；S2，通过第一纳米压印将光栅母版(1)上的光栅图形复制到工作模版(2)的表面，形成具有光栅图形的工作模版；S3，在基片(3)上依次制备光栅材料层(4)、传递层(5)和压印胶层(6)，通过第二纳米压印将S2得到的工作模版(2)的光栅图形复制到压印胶层(6)上，并进行固化；S4，将压印胶层(6)上的光栅图形依次刻蚀传递至传递层(5)、光栅材料层(4)，去除残余的传递层(5)，得到离轴照明光栅。本公开的离轴照明光栅与掩模可分离，可以重复利用。

Description

离轴照明光栅及其制备方法、可分离式离轴照明光刻掩模
技术领域
本公开涉及半导体器件制造技术领域，具体涉及一种离轴照明光栅及其制备方法、可分离式离轴照明光刻掩模。
背景技术
半导体制造业不断地向着高集成度、高精细化方向发展，光刻技术是实现大规模集成电路制造的核心技术，不断提高光刻机的分辨率水平以满足不断缩小的技术节点的需求是现代光刻技术研究的重要内容。离轴照明(Off-axis Illumination，OAI)作为一种常用的光刻照明技术，可以改善光刻分辨率、增大焦深、提高光刻成像的对比度，被广泛地应用到了DUV和EUV光刻技术中。实现离轴照明有两种方式：一种是在曝光装置中阻止光的垂直分量，仅让倾斜的光到达掩模；另一种技术则是在掩模的背面加工具有一定周期的光栅，当光通过光栅时发生折射，通过控制光栅的周期和材料的折射率，使入射光偏折到掩模图形上进行曝光，是一种常用的离轴照明技术。
离轴照明光栅的加工方法通常是在掩模的背面镀一层具有一定折射率的材料，并在该材料表面涂上光刻胶，用电子束光刻技术或其它光刻技术曝光形成光栅图形，然后利用刻蚀技术将光栅图形刻蚀到具有一定折射率的材料上形成离轴照明光栅，这样所加工的光栅与掩模是一体的。
一体式离轴照明光刻掩模存在一些不足：第一，在加工上存在较大困难，一体式离轴照明光刻掩模的加工通常是需要在一面(背面)加工照明光栅，光栅加工完成以后再在另一面(正面)加工金属Cr掩模图形，由于光栅的周期一般为200～300nm，在对正面加工掩模Cr图形的工艺过程中极易对背面的精细光栅造成损坏。第二，光掩模在经过一定次数的曝光以后，不可避免地会在Cr掩模图形表面产生污染。为了得到更好的图形光刻质量，需要对掩模表面的污染进行清洗，清洗过程中所用到的酸或碱溶液极有可能对背面的光栅材料产生腐蚀，从而破坏光栅结构，影响照明效果。第三，由于光栅的周期小，而且对周期和线边缘粗糙度要求严格，对光栅的加工通常采用电子束光刻曝光方法。一块光栅区域的边缘长度通常为几十毫米，而照明至少需要4个方向照明，即4块相同的光栅，电子束光刻曝光这样大面积的光栅需要的时间极长(几百小时)，因此效率低、成本高。对高分辨的掩模图形的加工也通常采用电子束光刻曝光方法，当掩模图形或光栅有损坏时，都需要重新加工整个掩模。
因此，本领域目前亟需一种可以单独加工的离轴照明光栅并且能够根据需求将光栅与掩模结合或分离来克服上述问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对上述问题，本公开提供了一种离轴照明光栅及其制备方法、可分离式离轴照明光刻掩模，用于解决传统一体式离轴照明光刻掩模在加工过程易对光栅造成损坏、制备效率低、成本高等技术问题。
(二)技术方案
本公开第一个方面提供了一种离轴照明光栅的制备方法，包括：S1，采用电子束光刻和反应离子束刻蚀制备具有光栅图形的光栅母版；S2，通过第一纳米压印将光栅母版上的光栅图形复制到工作模版的表面，形成具有光栅图形的工作模版；S3，在基片上依次制备光栅材料层、传递层和压印胶层，通过第二纳米压印将S2得到的工作模版的光栅图形复制到压印胶层上，并进行固化；S4，将压印胶层上的光栅图形依次刻蚀传递至传递层、光栅材料层，去除残余的传递层，得到离轴照明光栅。
根据本公开的实施例，S1中电子束光刻的加速电压为50～125kV，电流为3～6nA；反应离子束刻蚀的电感耦合等离子体(ICP)功率为800～1500W，射频功率为8～15W，反应气体为SF6和CHF3；光栅母版的光栅刻蚀深度为80～100nm，光栅周期为200～250nm。
根据本公开的实施例，S2中工作模版采用对紫外光透明的柔性材料；在第一纳米压印之前，在光栅母版的表面蒸镀一层抗粘材料，抗粘材料的厚度为单分子层厚度。
根据本公开的实施例，S3中基片的材料为石英或蓝宝石；光栅材料层的材料为TiO2，厚度为100～150nm；传递层的材料为铬、钼或铝等抗刻蚀材料，厚度为15～20nm；压印胶层的材料为一种紫外固化胶，厚度为80～100nm。
根据本公开的实施例，S3还包括：通过第二纳米压印将S2得到的工作模版的光栅图形进行多次复制，在压印胶层上得到多个光栅图形；S3之后还包括：采用氧等离子刻蚀去除残余的压印胶。
根据本公开的实施例，S4包括：采用离子束刻蚀将压印胶层上的光栅图形刻蚀传递至传递层上；采用反应离子束刻蚀将传递层上的光栅图形刻蚀传递至光栅材料层上；采用化学液去除残余的传递层，得到离轴照明光栅。
本公开第二个方面提供了一种离轴照明光栅，该离轴照明光栅为根据上述的离轴照明光栅的制备方法制备得到。
本公开第三个方面提供了一种可分离式离轴照明光刻掩模，包括：掩模本体，包括基底和掩模吸收层；离轴照明光栅，为根据上述的离轴照明光栅的制备方法制备得到，可分离地设置于掩模本体上相对掩模吸收层的另一面；其中，离轴照明光栅的基片材料与掩模本体的基底材料相同，离轴照明光栅的基片通过折射率匹配液粘贴、通过紫外固化胶固定在掩模本体的基底上，以实现离轴照明。
本公开第四个方面提供了一种根据上述的可分离式离轴照明光刻掩模的使用方法，包括：将离轴照明光栅背面滴加折射率匹配液，通过光栅位置固定模具将离轴照明光栅固定在掩模本体相对掩模吸收层的另一面；按压离轴照明光栅使折射率匹配液形成均匀膜层，并沿光栅条的四周涂上紫外固化胶；固化紫外固化胶，取出光栅位置固定模具，离轴照明光栅与掩模本体固定。
根据本公开的实施例，还包括：将解固化剂涂在紫外固化胶上，离轴照明光栅与掩模本体解除固定。
(三)有益效果
本公开的离轴照明光栅及其制备方法、可分离式离轴照明光刻掩模，采用纳米压印技术进行光栅图形的复制，实现了单独加工离轴照明光栅，提高了加工效率、降低了加工成本。进一步地，利用折射率匹配液将离轴照明光栅粘贴到掩模本体相对掩模吸收层的另一面，可实现与常规一体式离轴照明光掩模相同的照明效果；同时，掩模本体与离轴照明光栅可分开，可以避免掩模图形的加工和清洗过程对离轴照明光栅造成损坏。
附图说明
图1示意性示出了根据本公开实施例中离轴照明光栅的制备方法的流程图；
图2示意性示出了根据本公开实施例中离轴照明光栅的制备方法的流程结构图；
图3示意性示出了根据本公开实施例中可分离式离轴照明光刻掩模的结构示意图；
图4示意性示出了根据本公开实施例中离轴照明光栅在掩模本体的背面排列的结构示意图；
图5示意性示出了根据本公开实施例中光栅位置固定模具的结构示意图；
图6示意性示出了根据本公开实施例中切割后的光栅条图片；
图7示意性示出了根据本公开实施例中光栅母版上表面的扫描电镜图；
图8示意性示出了根据本公开实施例中光栅母版横截面的扫描电镜图；
图9示意性示出了根据本公开实施例中在基片上压印得到光栅图形的分布图片；
图10示意性示出了根据本公开实施例中刻蚀后的TiO2光栅扫描电镜图；
图11示意性示出了根据本公开实施例中可分离式离轴照明光刻掩模的透过率计算示意图；
图12示意性示出了根据本公开实施例中一体式离轴照明光刻掩模的透过率计算示意图；
附图标记说明：
1，光栅母版；2，工作模版；3，基片；4，光栅材料层；5，传递层；6，压印胶层。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
需要说明，若本公开实施例中有涉及方向性指示，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
针对现有技术中存在的问题，如果能将离轴照明光栅和掩模图形分开加工，在加工掩模图形或进行掩模清洗时将离轴照明光栅取出并分离，这样就可以避免对离轴照明光栅所造成的损坏，并且可以重复利用光栅。纳米压印技术可以实现小于10nm分辨率的纳米图形的复制，如果将纳米压印技术应用于离轴照明光栅的加工，可以提高加工效率、降低加工成本。
基于此，本公开一方面提供了一种离轴照明光栅的制备方法，请参见图1～图2，包括：S1，采用电子束光刻和反应离子束刻蚀制备具有光栅图形的光栅母版1；S2，通过第一纳米压印将光栅母版1上的光栅图形复制到工作模版2的表面，形成具有光栅图形的工作模版2；S3，在基片3上依次制备光栅材料层4、传递层5和压印胶层6，通过第二纳米压印将S2得到的工作模版2的光栅图形复制到压印胶层6上，并进行固化；S4，将压印胶层6上的光栅图形依次刻蚀传递至传递层5、光栅材料层4，去除残余的传递层5，得到离轴照明光栅。
该方法首先制备光栅母版1，采用纳米压印技术将光栅图形复制到工作模版2的表面，再采用一次纳米压印技术将光栅图形复制到压印胶层6上，最后通过刻蚀传递将光栅图形传递至光栅材料层4，得到离轴照明光栅。该方法实现了单独加工离轴照明光栅，提高了加工效率、降低了加工成本。
在上述实施例的基础上，S1中电子束光刻的加速电压为50～125kV，电流为3～6nA；反应离子束刻蚀的电感耦合等离子体(ICP)功率为800～1500W，射频功率为8～15W，反应气体为SF6和CHF3；光栅母版1的光栅刻蚀深度为80～100nm，光栅周期为200～250nm。
电子束光刻包括电子束曝光和显影过程。反应离子束刻蚀包括离子束的定向轰击和气体与基底的反应过程。光栅母版1的刻蚀深度在上述范围内有利于后续压印过程得到所需要的压印胶图形的深度。
在上述实施例的基础上，S2中工作模版2采用对紫外光透明的柔性材料；在第一纳米压印之前，在光栅母版1的表面蒸镀一层抗粘材料，抗粘材料的厚度为单分子层厚度。
工作模版2采用柔性材料有利于均匀地将图形压印到基片材料上，抗粘材料的厚度不宜过厚，否则会降低纳米尺度上图形转移的准确度。
在上述实施例的基础上，S3中基片3的材料为石英或蓝宝石；光栅材料层4的材料为TiO2，厚度为100～150nm；传递层5的材料为铬、钼、铝中的任意一种，厚度为15～20nm；压印胶层6的材料为紫外固化胶，厚度为80～100nm。
传递层5起着增强刻蚀阻挡的作用。压印胶层6的厚度在上述范围内有利于抵抗刻蚀过程对压印胶厚度的消耗，将压印胶图形转移到传递层上。
在上述实施例的基础上，S3还包括：通过第二纳米压印将S2得到的工作模版2的光栅图形进行多次复制，在压印胶层6上得到多个光栅图形；S3之后还包括：采用氧等离子刻蚀去除残余的压印胶。
工作模版2可重复使用，利用步进方式在基片3上通过多次压印可得到多个光栅图形，大大节约了制备时间，提高了加工效率。固化完成后，还需要采用氧等离子刻蚀去除残余未固化的压印胶。
在上述实施例的基础上，S4包括：采用离子束刻蚀将压印胶层6上的光栅图形刻蚀传递至传递层5上；采用反应离子束刻蚀将传递层5上的光栅图形刻蚀传递至光栅材料层4上；采用化学液去除残余的传递层5，得到离轴照明光栅。
离子束刻蚀有利于刻蚀传递层材料Cr；反应离子束刻蚀有利于选择性地刻蚀TiO2层；传递层5为Cr时，采用由硝酸铈铵和高氯酸等组成的铬刻蚀剂去除残余的Cr。
本公开还提供一种离轴照明光栅，该离轴照明光栅为根据上述的离轴照明光栅的制备方法制备得到。
本公开采用纳米压印技术进行光栅图形的复制，结合反应离子束刻蚀加工的方法制得离轴照明光栅，与常规的一体式离轴照明光栅对掩模图形具有相当的照明效果，可以代替现有一体式离轴照明光掩模应用。
本公开还提供一种可分离式离轴照明光刻掩模，包括：掩模本体，包括基底和掩模吸收层；离轴照明光栅，为根据上述的离轴照明光栅的制备方法制备得到，可分离地设置于相对掩模吸收层的另一面；其中，离轴照明光栅的基片3材料与掩模本体的基底材料相同，离轴照明光栅的基片3通过折射率匹配液粘贴、通过紫外固化胶固定在掩模本体的基底上，以实现离轴照明。
本公开的可分离式离轴照明光刻掩模包括掩模本体和离轴照明光栅，掩模本体包括基底以及位于掩模正面的掩模吸收层，掩模吸收层上加工有具有透光区和非透光区的掩模图形，如图3所示；离轴照明光栅可分离地设置在掩模本体背面(相对掩模吸收层的另一面)的预定位置，以粘贴的方式设置。
其中，掩模本体的基底可以是蓝宝石或石英，基底厚度例如为6.35mm。掩模吸收层的材料可以是Cr或MoSi，掩模吸收层的厚度例如为40nm或其它厚度。掩模图形的关键尺寸为14～130nm。
离轴照明光栅基片3材料采用与掩模本体基底相同材料的薄片，可为蓝宝石或石英。离轴照明光栅的周期p、占空比f和厚度t根据光刻照明光源波长、照射角度和光栅材料确定。优选地，离轴照明光栅的厚度t为100～150nm，周期p为200～260nm，占空比f为0.3～0.6，可以采用TiO2材料。具体采用纳米压印技术结合反应离子束刻蚀加工的方法制得。
离轴照明光栅粘贴在掩模本体的背面，以正面的掩模吸收层图形区域为中心，对称地粘贴在X和Y方向上，形成十字形排列，如图4所示。离轴照明光栅中心距离掩模图形区域中心的距离根据光栅的衍射角β确定，以使得入射光经离轴照明光栅衍射后正好照射到掩模图形区域上。
其中，优选地采用折射率匹配液进行粘贴，折射率匹配液的折射率根据掩模本体的基底材料确定。具体地，将折射率匹配液滴到光栅条基片3的中心，然后将光栅条放置在掩模本体背面设定的位置上，轻轻按压光栅条，以使得折射率匹配液扩散并均匀分布到光栅条基片3与掩模本体的接触区域，并排出可能存在的气泡。粘贴好以后，用UV固化胶沿光栅条周围涂一周，以固定光栅条并防止光栅条与掩模本体之间的折射率匹配液挥发。折射率匹配液对于365nm波长的折射指数需选择为n2±0.005，其中n2为掩模本体的基底材料蓝宝石或石英在365nm波长下的折射率。折射率匹配液对材料没有特殊要求。
本公开还提供一种根据上述的可分离式离轴照明光刻掩模的使用方法，包括：将离轴照明光栅背面滴加折射率匹配液，通过光栅位置固定模具将光栅条固定在掩模本体相对掩模吸收层的另一面；按压离轴照明光栅使折射率匹配液形成均匀膜层，并沿离轴照明光栅的四周涂上紫外固化胶；固化紫外固化胶，取出光栅位置固定模具，离轴照明光栅与掩模本体固定。
首先，进行光栅位置固定模具加工。需要说明的是，在粘贴之前还可以包括对离轴照明光栅进行切割，得到目标尺寸的光栅条。为了将光栅条粘贴到掩模本体背面(相对掩模吸收层的另一面)的正确位置上，采用特氟龙材料加工光栅位置固定模具。光栅位置固定模具中用于放置光栅条位置的孔根据光栅条的大小、光栅条与掩模版正面吸体区域的相对距离进行设定。图5是粘贴离轴照明光栅所用的光栅位置固定模具的结构图。
接着，进行光栅条的激光切割。利用激光将离轴照明光栅从基片上切割下来，形成光栅条。切割尺寸例如为(L+2)mm×(W+2)mm，其中L和W分别是离轴照明光栅区域的长和宽。切割前，在离轴照明光栅表面旋涂一层3～5μm厚的光刻胶作为保护层，切割完成以后用丙酮去除光刻胶。图6是切割得到的光栅条(未去除光栅表面的保护胶)图片。
下一步，进行光栅条的粘贴。光栅位置固定模具固定在掩模本体背面，在光栅条的基片3上滴加折射率匹配液，再将光栅条放置再光栅位置固定模具中所设置的光栅位置上，使得光栅条的基片3与掩模本体背面粘贴。轻轻按压光栅条，使得折射率匹配液均匀分布，并排除气泡。
最后，进行光栅条的固定。待折射率匹配液在掩模本体背面与光栅条的基片3之间形成均匀膜层后，沿光栅条四周均匀涂上紫外固化胶，用紫外光照射紫外固化胶，使得光栅条固定在掩模本体背面，同时防止折射率匹配液的挥发。固化紫外胶以后，取出光栅位置固定模具，得到可分离式离轴照明光刻掩模。
在上述实施例的基础上，还包括：将解固化剂涂在紫外固化胶上，离轴照明光栅与掩模本体解除固定。
光栅条的分离包括：采用解除紫外固化的解固化剂，将解固化剂涂在紫外固化胶上，即可解除固化，取出光栅条。光栅条取出以后，即可进行掩模本体的清洗等其它过程，可以避免掩模图形的加工和清洗过程对离轴照明光栅造成损坏。
下面对本公开制得的可分离式离轴照明光刻掩模的工作原理作具体说明：
图3为可分离式离轴照明光刻掩模的工作原理示意图。入射光通过离轴照明光栅以后，由于光衍射而发生偏折。偏折的角度由光的衍射公式决定，即：
p(n2sinβm-n1sinα)＝mλ；m＝0，±1，±2，…
其中，α和β分别为光的入射角和衍射角，m为衍射级次，p为光栅周期，n1为空气折射率，n2为掩模本体基底的折射率。在实际中，采用1级衍射作为掩模图形的照明光。通过选择离轴照明光栅的周期，则可以得到需要的光偏折角度。离轴照明光栅的透过效率通过对离轴照明光栅的占空比和离轴照明光栅材料的折射率优化得到。
将离轴照明光栅在掩模背面按照正交方式排列，则可以实现对掩模图形从四个方向进行照明，图4所示是掩模本体背面四极照明离轴照明光栅的分布示意图。当然，离轴照明光栅还可以根据需求采用其它分布形式。
本公开提供了一种离轴照明光栅及其制备方法、可分离式离轴照明光刻掩模，解决了常规一体式离轴照明光刻掩模在加工和清洗过程容易造成光栅损坏，以及加工成本高、加工效率低等问题，实现了用于离轴照明光栅及整体掩模的快速、低成本加工和重复利用。
下面通过具体实施方式对本公开作进一步说明。在以下实施例中对上述离轴照明光栅及其制备方法、可分离式离轴照明光刻掩模进行具体说明。但是，下述实施例仅用于对本公开进行例示，本公开的范围不限于此。
本实施例的基本技术方案包括：1)采用与掩模本体的基底具有相同材料的薄片，用纳米压印技术结合反应离子束刻蚀加工设计离轴照明光栅；2)再将加工得到的离轴照明光栅根据特定的位置用折射率匹配液粘贴到掩模本体的背面，光通过离轴照明光栅以后以一定的角度折射到掩模本体正面的掩模图形上，实现光刻曝光；3)在加工掩模图形和清洗掩模本体的过程中，将掩模本体背面的离轴照明光栅取出，以防止损坏。
本实施例为采用纳米压印技术制备离轴照明光栅、可分离式离轴照明光刻掩模，如图1～图2所示，包括依次执行以下的步骤：
步骤1：采用电子束光刻结合常规反应离子束刻蚀工艺加工具有光栅图形的光栅母版1。其中，光栅母版1的刻蚀深度为80～100nm。相当于上述步骤S1。
步骤2：利用光栅母版1，压印复制一块对紫外光透明的柔性工作模版2。压印之前，在工作模版2的图形表面蒸镀一层单分子抗粘材料，以便于压印后工作模版2与光栅母版1的分离。相当于上述步骤S2。
步骤3：准备透明的基片3作为离轴照明光栅加工的承载基片，例如石英片或蓝宝石片。将基片3用常规半导体清洗方法进行清洗，以去除表面的污染物。在基片3的表面镀一层光栅材料层4，然后再镀一层15～20nm厚的传递层5。采用匀胶机在传递层5的表面旋涂一层压印胶层6，厚度为80～100nm；利用制备的工作模版2将光栅图形压印到压印胶层6上，并用紫外光照射固化压印胶层6；利用步进方式在基片上压印多个光栅。相当于上述步骤S3。
步骤4：将工作模版2与基片3分离，得到固化的压印胶光栅。此压印胶光栅作为后续刻蚀的阻挡层。
步骤5：采用氧等离子刻蚀压印后的残余的压印胶层6，然后用离子束刻蚀将压印胶层6上光栅图形刻蚀到传递层5上，用反应离子束刻蚀进一步将光栅图形刻蚀传递到光栅材料层4上，得到离轴照明光栅。最后，利用化学液去除离轴照明光栅表面残留的传递层5。相当于上述步骤S4。
步骤6：光栅的粘贴：对基片3上的离轴照明光栅进行切割，得到目标尺寸的光栅条；在光栅条的基片3上滴加折射率匹配液，通过光栅位置固定模具将光栅条固定在掩模本体相对掩模吸收层的另一面；按压光栅条使折射率匹配液形成均匀膜层，并沿光栅条的四周涂上紫外固化胶；固化紫外固化胶，取出光栅位置固定模具，离轴照明光栅与掩模本体固定。
步骤7：光栅的分离：将解固化剂涂在紫外固化胶上，离轴照明光栅与掩模本体解除固定。
根据上述步骤1～步骤7，以下提供了1个具体实施例。
实施例1：
本实施例为采用纳米压印技术制备用于365nm近场超分辨光刻的离轴照明光掩模，实施步骤如下：
步骤1-1：在一块厚度为1mm、直径为50mm的硅片上用电子束光刻结合反应离子刻蚀(RIE)工艺加工光栅母版1。光栅母版1的周期p＝240nm，刻蚀深度为90nm。电子束光刻的加速电压为125kV、电流为5nA。在采用反应离子刻蚀硅片的过程中，所用的ICP功率为1000W，RF功率为10W，反应气体为SF6和CHF3。图7和图8分布为根据本实施例所制得的光栅母版上表面和横截面的扫描电镜图片。
步骤1-2：利用光栅母版1，压印复制一块对紫外光透明的工作模版2。工作模版2的材料为PET。压印之前，在光栅母版1的图形表面用蒸镀方法生长一层单分子抗粘材料。
步骤1-3：准备一块圆形透明蓝宝石基片3。蓝宝石基片3的厚度为0.5mm，直径为100mm。将蓝宝石基片3用常规的半导体清洗方法进行清洗，以去除表面的污染物。在蓝宝石基片3的表面镀一层130nm TiO2，然后再镀一层20nm厚的铬层。采用匀胶机在铬层表面旋涂一层紫外压印胶水，厚度为90nm；利用制备的工作模版2将光栅图形压印到压印胶水上，并用紫外光照射固化压印胶水；利用步进方式在蓝宝石基片3上压印得到多个光栅图形。
步骤1-4：将工作模具2和基片3分离，得到固化的压印胶光栅。光栅图形分布如图9所示。
步骤1-5：用氧等离子体刻蚀掉残余的压印胶水，然后分别采用离子束刻蚀和反应离子束刻蚀将光栅图形刻蚀传递到铬层和TiO2层上，最后用化学液去除表面残留Cr，形成TiO2光栅。图10所示为刻蚀后的TiO2光栅扫描电镜照片。
步骤1-6：TiO2光栅的粘贴过程：利用激光将TiO2光栅从蓝宝石片上切割，形成蓝宝石基片的TiO2光栅条。图6是切割得到的TiO2光栅条的图片。TiO2光栅切割以后，将得到的TiO2光栅条用折射率匹配液贴到蓝宝石基底的掩模本体背面，并用紫外固化胶水从四周将TiO2光栅条固定，取出位置固定夹具，在掩模本体背面形成TiO2离轴照明光栅。图5所示是粘贴TiO2光栅条所用的光栅位置固定模具。
为了验证该离轴掩模光栅的照明效果，计算了采用本实施例可分离式离轴照明光刻掩模和常规的一体式离轴照明光刻掩模的光透过效率。
计算中，TiO2离轴照明光栅的周期为240nm，宽度为128nm，高度为130nm；折射率匹配液的折射指数为1.791@365nm，厚度为200nm；掩模本体的基底厚度为6.35mm，用于TiO2离轴照明光栅的蓝宝石基片厚度为0.5mm，入射光波长为365nm，入射角为10°。
采用严格耦合波算法进行计算，根据计算结果，采用本实施例可分离式离轴照明光刻掩模得到的光透过效率为0.5224；而传统一体式离轴照明光刻掩模的光透过效率为0.5246。图11和图12分别是本实施例可分离式离轴照明光刻掩模透过率计算示意图、常规一体式离轴照明光刻掩模透过率计算示意图。可见，采用本实施例可分离式离轴照明光刻掩模和常规的一体式离轴照明光刻掩模的光透过效率相当。
本公开的离轴照明光栅可与掩模本体分离，在需要光刻曝光时，将离轴照明光栅粘贴到掩模本体背面，实现与常规一体式离轴照明光刻掩模相同的照明效果；在掩模本体进行加工和清洗掩模本体时，可以将离轴照明光栅与掩模本体分开，以避免掩模本体的加工和清洗过程对离轴照明光栅造成损坏；将纳米压印技术应用于离轴照明光栅加工，相比于常规的电子束光刻加工，提高了加工效率、降低了加工成本。在光的透过效果方面，本公开的可分离式离轴照明光刻掩模与常规的一体式离轴照明光刻掩模对掩模图形具有相当的照明效果，可以代替现有一体式离轴照明光刻光掩模应用。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种离轴照明光栅的制备方法，其特征在于，包括：
S1，采用电子束光刻和反应离子束刻蚀制备具有光栅图形的光栅母版(1)；
S2，通过第一纳米压印将所述光栅母版(1)上的光栅图形复制到工作模版(2)的表面，形成具有光栅图形的工作模版(2)；
S3，在基片(3)上依次制备光栅材料层(4)、传递层(5)和压印胶层(6)，通过第二纳米压印将S2得到的所述工作模版(2)的光栅图形复制到所述压印胶层(6)上，并进行固化；
S4，将所述压印胶层(6)上的光栅图形依次刻蚀传递至所述传递层(5)、光栅材料层(4)，去除残余的传递层(5)，得到离轴照明光栅。
2.根据权利要求1所述的离轴照明光栅的制备方法，其特征在于，所述S1中所述电子束光刻的加速电压为50～125kV，电流为3～6nA；
所述反应离子束刻蚀的电感耦合等离子体功率为800～1500W，射频功率为8～15W，反应气体为SF6和CHF3；
所述光栅母版(1)的光栅刻蚀深度为80～100nm，光栅周期为200～250nm。
3.根据权利要求1所述的离轴照明光栅的制备方法，其特征在于，所述S2中所述工作模版(2)采用对紫外光透明的柔性材料；
在第一纳米压印之前，在光栅母版(1)的表面蒸镀一层抗粘材料，所述抗粘材料的厚度为单分子层厚度。
4.根据权利要求1所述的离轴照明光栅的制备方法，其特征在于，所述S3中基片(3)的材料为石英或蓝宝石；
所述光栅材料层(4)的材料为TiO2，厚度为100～150nm；
所述传递层(5)的材料为铬、钼、铝中的任意一种，厚度为15～20nm；
所述压印胶层(6)的材料为紫外固化胶，厚度为80～100nm。
5.根据权利要求1所述的离轴照明光栅的制备方法，其特征在于，所述S3还包括：
通过第二纳米压印将S2得到的所述工作模版(2)的光栅图形进行多次复制，在所述压印胶层(6)上得到多个所述光栅图形；
所述S3之后还包括：采用氧等离子刻蚀去除残余的压印胶。
6.根据权利要求1所述的离轴照明光栅的制备方法，其特征在于，所述S4包括：
采用离子束刻蚀将所述压印胶层(6)上的光栅图形刻蚀传递至所述传递层(5)上；
采用反应离子束刻蚀将所述传递层(5)上的光栅图形刻蚀传递至所述光栅材料层(4)上；
采用化学液去除残余的传递层(5)，得到离轴照明光栅。
7.一种离轴照明光栅，其特征在于，所述离轴照明光栅为根据权利要求1～6中任意一项所述的离轴照明光栅的制备方法制备得到。
8.一种可分离式离轴照明光刻掩模，其特征在于，包括：
掩模本体，包括基底和掩模吸收层；
离轴照明光栅，为根据权利要求1～6中任意一项所述的离轴照明光栅的制备方法制备得到，可分离地设置于所述掩模本体上相对所述掩模吸收层的另一面；
其中，所述离轴照明光栅的基片(3)材料与所述掩模本体的基底材料相同，所述离轴照明光栅的基片(3)通过折射率匹配液粘贴、通过紫外固化胶固定在所述掩模本体的基底上，以实现离轴照明。
9.一种根据权利要求8所述的可分离式离轴照明光刻掩模的使用方法，其特征在于，包括：
将离轴照明光栅背面滴加折射率匹配液，通过光栅位置固定模具将所述光栅条固定在掩模本体上相对所述掩模吸收层的另一面的预定位置；
按压所述离轴照明光栅使所述折射率匹配液形成均匀膜层，并沿所述离轴照明光栅的四周涂上紫外固化胶；
固化所述紫外固化胶，取出所述光栅位置固定模具，所述离轴照明光栅与所述掩模本体固定。
10.根据权利要求9所述的可分离式离轴照明光刻掩模的使用方法，其特征在于，还包括：
将解固化剂涂在所述紫外固化胶上，所述离轴照明光栅与所述掩模本体解除固定。
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