[發(fā)明專利]基于光子篩的激光直寫光刻系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910084295.4
• 申請日: 2009-05-15
• 公開（公告）號: CN101561637A
• 公開（公告）日: 2009-10-21
• 發(fā)明（設計）人: 蔣文波;胡松;趙立新;邢薇;楊勇;嚴偉;周紹林;陳旺富;徐鋒;張博
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院光電技術(shù)研究所
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;G03F7/004
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司
• 代理人: 成金玉;盧 紀

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種基于光子篩的激光直寫光刻系統(tǒng)，屬于光學微細加工技術(shù)中用于納米尺度器件制作的激光直寫光刻技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，以先進納米加工技術(shù)為先導，在信息安全、光電子器件、生物芯片、通訊設備、雷達、導彈、人造衛(wèi)星等巨大市場需求的推動下，納米尺度制造技術(shù)領(lǐng)域得到了快速發(fā)展，品種繁多的納米器件不斷問世，使許多以往棘手的問題有了解決的途徑。然而隨著半導體行業(yè)集成度的逐年提高，人們對用于納米尺度器件制作的光刻設備的分辨力要求也因此越來越高。傳統(tǒng)的接近/接觸式光刻通常采用減少曝光光源波長和增大數(shù)值孔徑的方法來實現(xiàn)分辨力的提高，如浸沒液體能提高數(shù)值孔徑，但由浸沒液體引起的氣泡問題、浸沒液體和光刻膠的相容性卻很難解決；減少曝光光源波長也因波長進一步縮短帶來的一系列成本和技術(shù)問題而很難解決。故目前的光學光刻分辨力的進一步改善和提高已成為當前急需解決的問題之一。電子束光刻、離子束光刻、原子光刻等基于帶電粒子光刻技術(shù)的出現(xiàn)，使得分辨力得到了極大提高，理論上大約可達5-10nm左右，但仍存在一些關(guān)鍵技術(shù)尚待解決，如生產(chǎn)效率非常低下，無法滿足大規(guī)模生產(chǎn)需求；帶電粒子的鄰近效應；和傳統(tǒng)的光學光刻在工藝上不兼容等。故目前的帶電粒子光刻在工藝兼容性和生產(chǎn)效率方面的進一步改善和提高已成為當前急需解決的問題之一。如何既能突破傳統(tǒng)光學光刻系統(tǒng)分辨力的極限，達到制作微納尺度圖形的分辨力水平，又能和傳統(tǒng)光學光刻工藝兼容，降低成本，提高生產(chǎn)效率已成為現(xiàn)代光刻技術(shù)急需解決的核心問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是：為克服上述光刻系統(tǒng)的不足，在分辨力、生產(chǎn)效率、成本、工藝兼容性等問題上取得相對的平衡，提供了一種基于光子篩的激光直寫光刻系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用光子篩器件的良好聚焦性能，只需在傳統(tǒng)激光直寫光刻系統(tǒng)上做少量改動即可實現(xiàn)納米量級圖形的制作，既提高了光刻分辨力，又降低了成本，提高了工作效率。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案為：一種基于光子篩器件的激光直寫光刻系統(tǒng)，其特征在于：該系統(tǒng)由曝光光源、透鏡、空間濾波裝置、均勻準直透鏡組、反射鏡、光子篩、基片、光刻膠、掃描工件臺組成，激光光源經(jīng)透鏡聚焦后，經(jīng)過空間濾波、擴束準直透鏡組后成為均勻準直的平行光，照射到光子篩上，利用光子篩良好的聚焦能力，在涂有光刻膠的基片上聚焦。基片放置在工件臺上，利用光子篩與基片之間的相對運動來實現(xiàn)所需的光刻圖形。基片曝光、顯影后，用掃描電鏡及三維光學輪廓儀檢測光刻結(jié)果。

本發(fā)明的原理是：由于光子篩是在菲涅爾波帶片結(jié)構(gòu)上做了一定的改進，它是用不同大小的透光孔徑取代菲涅爾透光環(huán)帶而形成的衍射光學元件。與波帶片相比，光子篩的分辨力不再取決于最小衍射結(jié)構(gòu)的特征尺寸，這就降低了對最小線寬加工的要求。光子篩的結(jié)構(gòu)特點使之衍射焦點的光強更加集中，有利于分辨力的提高，同時抑制次極和高階衍射，有利于提高光刻圖形的對比度，故光子篩器件可以突破衍射極限而實現(xiàn)高分辨力納米圖形的聚焦。對于光子篩制作而言，可采用電子束加工等方法進行。于是，在不改變傳統(tǒng)激光直寫光刻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的前提下，只需將聚焦元件改為光子篩器件，就可以通過長波長曝光光源實現(xiàn)納米尺度圖形的制作。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果為：

(1)本發(fā)明將聚焦元件由傳統(tǒng)的透鏡方式改為光子篩方式，降低了由于透鏡的色散等引起的衰減，從而可以增強聚焦性能，有利于高分辨力圖形的轉(zhuǎn)移。另外，不需要預先制作掩模板，只需用計算機設計一個虛擬掩模圖形，將圖形的位置與結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)傳輸給工件臺，利用光子篩與工件臺之間的相對運動將所需光刻圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上。同時，與傳統(tǒng)光刻機工藝兼容性好，具有成本低，生產(chǎn)效率高等優(yōu)點。

(2)本發(fā)明極限分辨力的限制在于虛擬掩模圖形的結(jié)構(gòu)設計和光子篩制作過程中的加工誤差，而不受傳統(tǒng)衍射極限的限制。從理論上講，只要選擇合適的曝光光源波長，合適的光子篩結(jié)構(gòu)和制作工藝，合適的光刻膠，就可以用這種激光直寫光刻系統(tǒng)實現(xiàn)極限分辨力。

(3)本發(fā)明中光子篩的聚焦性能和分布在透光環(huán)帶上的透光小孔的位置參數(shù)、直徑大小、密度分布等因素有關(guān)，經(jīng)過數(shù)值模擬對參數(shù)進行優(yōu)化設計后更能完成高分辨力和高對比度圖形的聚焦。本發(fā)明設計的光子篩相對于傳統(tǒng)的激光直寫光刻而言，僅需改變聚焦元件為光子篩，即可將分辨力提高到納米量級。

(4)本發(fā)明的曝光光源可以從傳統(tǒng)的i線、g線到更短波長的EUV、X射線，只需在設計光子篩結(jié)構(gòu)時對入射波長進行修改，并選用合適的光刻膠即可。