[發明專利]一種反射式分光光柵及干涉光刻系統

有效

• 申請號: 201310395380.9
• 申請日: 2013-09-03
• 公開（公告）號: CN103424795A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 胡進;浦東林;陳林森
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18;G03F7/20
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 唐靈;常亮

技術領域

本發明涉及光刻技術領域，特別是一種干涉光刻技術中用到的分光光柵以及利用該分光光柵形成的干涉光刻系統。

背景技術

干涉光刻技術是光刻技術中的重要分支，近年來受到了廣泛的重視。干涉光刻的主要優勢在于可以獲得很高的圖形分辨率。在光學系統的波長λ和數值孔徑NA一定的情況下，干涉光學系統可獲得的最小線寬為λ/(4NA)，是普通投影成像光學系統的1/2。此外，干涉光刻光路簡單，制備的圖形周期準確，均勻性好。

干涉光刻有兩類典型的光路方案。光路方案一是全息拍攝光路。（參考：博士論文Toward?Nano-accuracy?in?Scan?Beam?Interference?Lithography?P24-26）典型光路如圖1所示，激光束被半透半反分光鏡一分為二，然后各自經過濾波和擴束，最后在工件表面形成兩光束的干涉。該光路方案的主要局限有以下幾點：

第一，光路長，體積大，耐干擾能力差。同時，光路對激光的相干長度要求較高。一般適用于光學實驗室內，不適用于光學加工設備中。第二，光刻幅面有限。受擴束鏡的孔徑的限制，干涉光刻區域一般小于300mm。如果要增加擴束鏡的孔徑，則制造難度和成本大幅增加。第三，光刻區域的邊緣的圖形質量較差。首先，由于光束截面上的光強分布成高斯分布，導致光刻區域邊緣的光強相對中部明顯減弱（請參見圖2）。其次，經過擴束鏡輸出的激光束也不是嚴格的平行光束，而是一個球面波，由此導致干涉光刻區域的條紋不是嚴格的平行直線，而是呈雙曲線分布，在邊緣區域尤其明顯（請參見圖3）。

由于上述第3點。其曝光區域不易于實現精密拼接曝光，從而限制了該方案用于大幅面光刻。

光路方案二是投影成像光路。該光路方案，相比全息拍攝光路，具有以下明顯優勢：

光路短、體積小巧、抗干擾內力強，適用于光學加工設備中。由于結合了成像光路，其曝光區域的形狀和輪廓易于控制，有利于實現大面積拼接曝光。

在具體的分光方法上可采用多種分光器件，其中基于衍射光柵的分光方法是其中的重要代表，它具有如下優點：

一、對照明光源的相干性要求低。

二、光路結構簡單可靠，并且易于與投影成像光路相結合。

三、分束后的多級光具有良好的一致性。

四、核心原件衍射光柵，體積小巧，易于制備。

由于上述優點，基于衍射光柵分光的成像投影干涉光路在干涉光刻中占有重要地位，其光路典型結構如圖4所示。

衍射光柵是此類光路系統中核心元件。為了實現理想的雙光束干涉，理想的衍射光柵輸出的衍射級的復振幅分布如圖5所示：‘+1’級和‘-1’級的強度相等，并且集中了光場中的全部能量，其它的衍射級能量為零。

實際上，現有的衍射光柵無法達到上述理想分布。現有的衍射光柵的一般采用幾種易于制備的結構，其典型代表為余弦位相光柵和矩形位相光柵。前者通常一般采用全息拍攝的方法制作，而后者通常采用激光直寫和掩模曝光等方法制作。

基于這兩種衍射光柵所獲得的衍射級復振幅分布，與理想分布仍然有較大的差距。即使對其結構參數，包括周期、槽深和占空比等加以調控和優化，仍然只能獲得有限的改善。其典型輸出衍射級分布如圖6所示。

其主要不足表現為：

第一：±1級衍射效率有待提高。第二：對無用的衍射級（0級和2級以上級次）無法實現充分抑制。

對于第一點，目前已知的正弦位相光柵的±1級的衍射效率最大值約為68％；矩形位相光柵，在占空比為1/2，并且位相調制度為π時，可以獲得最大±1級衍射效率約81％。但是仍然有待進一步提高。

對于第二點，光場的噪聲和干擾較大。0級和2以上級次混入±1級中。即使采用光闌濾波，其濾波準確性難以實現。如果光闌遮擋過少，導致過濾不干凈；如果光闌遮擋過多，損傷±1級光。最終使得曝光的干涉條紋中存在畸變和噪聲，而且邊緣的圖形質量欠佳。

由于上述第2點。其曝光區域不易于實現精密拼接曝光，從而限制了該方案用于大幅面光刻。

發明內容

有鑒于此，本發明提出了一種反射式分光光柵和干涉光刻系統。采用該分光光柵和干涉光刻系統，加工的圖形質量更高，并且易于實現大面積精密拼接曝光。

為了實現上述目的，本發明的反射式分光光柵提供的技術方案如下：

包括位于反射面的光柵槽形區和位于該光柵槽形區外圍的阻光區，所述光柵槽形區包括周期性分布的光柵結構，該光柵結構具有槽形反射面和非反射區，所述槽形反射面與光柵基面之間形成一斜角。