王友旺　林盛浩

【摘 要】本文就針對目前高分辨率投影光刻機所實現(xiàn)的高成像性能、高分辨率進行闡述，并對高分辨率投影光刻機系統(tǒng)下，不同光瞳整形技術(shù)的原理、設(shè)計、性能等進行回顧性分析。

【關(guān)鍵詞】高分辨率投影光刻機；光瞳整形；光學(xué)制造

高分辨率投影光刻機光瞳整形技術(shù)主要是指一種光刻照明用光瞳整形的裝置，其利用連續(xù)變焦透鏡組、轉(zhuǎn)盤組織、控制器等元件的相互作用，形成整形所需要的照明光瞳分布。高分辨率投影光刻機具有分辨率高、成像性能佳、系統(tǒng)操作簡單等優(yōu)勢，其較傳統(tǒng)的錐形鏡組在光瞳整形技術(shù)應(yīng)用中存在的諸多劣化問題，可起到十分顯著的克服與完善作用。

1.研究資料

根據(jù)胡中華[1]等人的研究，結(jié)合日本Nikon、日本Canon、荷蘭ASML（所用鏡頭產(chǎn)自德國）、德國SUSS等國外著名品牌企業(yè)所生產(chǎn)的高端、高分辨率投影式光刻機，再根據(jù)我國上海微電子裝備有限公司（SMEE）自主研發(fā)、生產(chǎn)的投影式低端光刻機等，對高分辨率投影光刻機的結(jié)構(gòu)、原理、性能、特點等進行分析。再對利用高分辨投影光刻機來實現(xiàn)光瞳整形的現(xiàn)狀進行探究。

2.高分辨率投影光刻機的概述

近年來，隨著高分辨率投影光刻機的研發(fā)，其性能指標(biāo)也有了更高的發(fā)展，通過對高分辨率投影光刻機的現(xiàn)狀來看，此儀器主要的性能指標(biāo)包括有：分辨率高、對準(zhǔn)精度高、曝光方式先進、光源波長良好、光強均勻性強、生產(chǎn)效率高等。由于高分辨率投影光刻機具有的諸多優(yōu)勢，其在人們生產(chǎn)生活中的應(yīng)用也更具發(fā)展前景。

3.高分辨率投影光刻機光瞳整形技術(shù)

高分辨率投影光刻機在使用過程中，需要針對不同的掩模結(jié)構(gòu)，采用相對應(yīng)的離軸照明模式來增強光刻的分辨力，并增大焦深和提高成像的對比度，進而達到更加良好的成像性能效果。而其中所需要的照明模式，主要是通過光瞳整形技術(shù)來進行實現(xiàn)。光瞳整形主要是指在光刻照明系統(tǒng)當(dāng)中，采取所設(shè)計的特殊光學(xué)元件，來調(diào)整入射激光束的強度以及相位的分布，進而在光瞳面上獲取所需的特定光強分布。

3.1衍射光學(xué)元件下的光瞳整形技術(shù)分析

近年來，隨著科技的快速發(fā)展，激光技術(shù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛，但是由于激光光束傳播路徑、光強分布等方面的一些特性，也使得它的應(yīng)用受到了一定程度的限制。基于以上因素的考慮，在高科技的發(fā)展下，為能夠有效地提高激光技術(shù)的應(yīng)用水平，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，采取科學(xué)、合理的措施對激光束進行整形也已成為必然的趨勢。而衍射光學(xué)元件因具有重量輕、體積小、造價較低、容易復(fù)制、設(shè)計自由、色散性能強、材料選擇面廣、衍射效率高等優(yōu)勢，使得其在整形技術(shù)中有著非常廣闊的應(yīng)用前景。而隨著高分辨率投影光刻機的不斷發(fā)展廣泛應(yīng)用，其為了產(chǎn)生多種的照明模式，也將衍射光學(xué)元件充分地應(yīng)用到了投影光刻機當(dāng)中，進而也有效地實現(xiàn)的環(huán)形照明、二級照明、四級照明、自由照明等照明模式。衍射光學(xué)元件下的光瞳整形技術(shù)工作原理、設(shè)計、性能如下所示：

⑴工作原理?；谘苌涔鈱W(xué)元件下所實現(xiàn)的離軸照明原理主要是指：將光波入射于專門設(shè)計的衍射光學(xué)元件之上，并通過對衍射光學(xué)元件的相位、振幅的相應(yīng)調(diào)制，使其能夠在投影物鏡光瞳的共軛面形成一種獨特地衍射花樣，進而實現(xiàn)高分辨率投影光刻機離軸照明模式所需要的光瞳整形。

⑵設(shè)計方式。衍射光學(xué)元件的設(shè)計主要是指將已知輸入與輸出求相位恢復(fù)的一個過程，其以物理光學(xué)標(biāo)量衍射理論作為依據(jù)，再結(jié)合迭代傅里葉變換算法，計算出衍射光學(xué)的相位分布。而為了有效地完成衍射光學(xué)元件基于衍射理論下的設(shè)計任務(wù)，需充分地考慮到衍射問題的復(fù)雜性，并選擇最為合適的優(yōu)化算法，另外，還需建立合適的理論模型，以保證衍射光學(xué)元件設(shè)計的合理性。

⑶性能特點。將衍射光學(xué)元件應(yīng)用于光瞳整形技術(shù)中時，具有整形靈活、操作簡單等優(yōu)勢。其可以通過衍射光學(xué)元件上相位的分布與設(shè)計，來實現(xiàn)包括二極、四級、自由照明等任意的光瞳花樣。另外，衍射光學(xué)元件還實現(xiàn)了輸出數(shù)值孔徑的可控調(diào)節(jié)，并可得到較高的衍射效率輸出，進而使得其能量的利用率也得到了大幅的提高。但是，衍射光學(xué)元件對入射光束的誤差比較敏感，若入射傾斜則會使得遠場花樣偏心，進而會增大光瞳橢圓度，并降低極平衡性；且其還會出現(xiàn)一定程度的散斑噪聲影響，使遠場花樣的均勻性變差。針對以上特性，也應(yīng)提高重視，并采取相應(yīng)的手段盡量降低這些不良影響的發(fā)生率[2]。

3.2微反射鏡陣列下的光瞳整形技術(shù)分析

近年來，在高分辨投影光刻機當(dāng)中，荷蘭的ASML公司研發(fā)出了一種FlexRay可編程照明技術(shù)，其主要是通過對可編程MMA的控制來實現(xiàn)光瞳整形的目的，而這種可編程MMA又是由成千上萬個微反射鏡成組成的。微反射鏡陣列下光瞳整形技術(shù)的工作原理、設(shè)計與性能如下所示：

⑴工作原理。微反射鏡陣列下光瞳整形技術(shù)是指利用微反射鏡陣列方位的控制，以實現(xiàn)特定的光瞳圖形。在數(shù)千個微反射鏡所組成的陣列中，每個微反射鏡均可反射出一個光點到光瞳面上，其通過對微反射鏡方位角度的調(diào)整，來改變光瞳面上的光斑位置。

⑵設(shè)計方式。微反射鏡陣列的設(shè)計與制作是在微機電系統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上進行的，其微反射鏡是由單晶硅制造而成的。通過硅基質(zhì)表面形成的一對電極，于基質(zhì)與電極上再沉積一層犧牲層，并定義主干形成相應(yīng)的支架，再于支架上沉積一層柔韌性強的材料，之后于材料上沉積金屬層，再對其進行刻蝕，從而形微反射鏡，將每個刻蝕好的微反射鏡組織在一起，成為微反射鏡陣列。

⑶性能特點?；谖⒎瓷潢嚵邢碌墓馔渭夹g(shù)，其主要可以產(chǎn)生二級、四級、自由照明模式。微反射陣列由于屬于可編程的照明技術(shù)，其也實現(xiàn)了操作快捷、簡單、方便的特性。采用微反射陣列技術(shù)，還能夠有效地避免折射系統(tǒng)由于器件表面反射及吸收而造成的光能損失，但是其對于面形誤差較為敏感，因此在使用時也需額外注意。

3.3微透鏡陣列下的光瞳整形技術(shù)分析

微透鏡陣列下的光瞳整形技術(shù)主要是指其通過對光束的分割，對子光束的疊加，進而來實現(xiàn)整形的目標(biāo)。而基于微透鏡陣列下的光瞳整形技術(shù)，其可以有效地避免入射激光光束強分布不均勻的不良現(xiàn)象，從而達到均勻照明的目的。微透鏡陣列下光瞳整形技術(shù)的工作原理、設(shè)計與性能如下所示：

⑴工作原理?；谖⑼哥R陣列下的高分辨率投影光刻機目前已經(jīng)實現(xiàn)了形狀為環(huán)形、六邊形、矩形的二級、四級等照明模式。其中，二級照明模式主要是由柱面微透鏡組成的單層微透鏡陣列而實現(xiàn)的，此照明模式的每一層均有強度分布勻稱或是自定義的強度梯度；而四級照明模式主要是指將兩個垂直交錯并產(chǎn)生二級照明模式的柱面小透鏡陣列進行結(jié)合，從而實現(xiàn)的一種照明。

⑵設(shè)計方式。在高分辨率投影光刻機的照明系統(tǒng)中采用了傅里葉透鏡，因此也使得由微透鏡陣列所出射的特定角度光線，均會經(jīng)過場鏡在目標(biāo)平面上形成一個斑點。因此，在設(shè)計二級照明模式時，要盡量將零度左右的角度避開，使其可以在遠場獲取到有比較均勻且對稱分布的二級照明。在進行微透鏡陣列的設(shè)計與制造時，為了能夠達到預(yù)期的效果，多將熱熔膠工藝應(yīng)用于其中。其是通過對光刻膠的加熱與融化，并經(jīng)由表面張力來形成柱面、球面等形狀的小型透鏡，再通過刻蝕將此些小型透鏡順利地轉(zhuǎn)移到基底上。采用熱熔膠工藝時，由于其只應(yīng)用需要應(yīng)用一次光刻，進而也保證了其對斜坡誤差、掩模對準(zhǔn)誤差等不是過于敏感。但其對于面形誤差有較高的敏感度，若刻蝕嘗試出現(xiàn)誤差則會導(dǎo)致焦距或遠場孔徑角的變化，因此對其缺點也需特點的注意[2]。

⑶性能特點。微透鏡陣列下的光瞳整形由于對入射光的發(fā)散角與傾斜不是特別敏感，且其所產(chǎn)生的遠場光斑也十分均勻，加之不會引起散射損耗與高階衍射損耗，因此其也具有較高的能量利用率。但采用微透陣列也存在不能實現(xiàn)任意照明模式的缺憾。

綜上所述，在高分辨投影光刻機照明系統(tǒng)中，光瞳整形技術(shù)屬于其中的關(guān)鍵技術(shù)之一，光瞳整形效果的良好性對照明系統(tǒng)的性能起到了十分重要的影響?；谝陨弦蛩乜紤]，在保證能夠?qū)崿F(xiàn)不同照明模式的前提下，光瞳整形技術(shù)中元件的使用與設(shè)計一定要科學(xué)、合理，并嚴(yán)格根據(jù)光瞳整形的實際要求來選擇適宜的整形技術(shù)。從而也使高分辨率投影光刻機光瞳整形技術(shù)在應(yīng)用中能夠發(fā)揮出最大程度的優(yōu)勢。 [科]

【參考文獻】

[1]胡中華，楊寶喜，朱菁，肖艷芬，曾愛軍，黃惠杰.用于投影光刻機光瞳整形的衍射光學(xué)元件設(shè)計[J].中國激光，2013，40（06）：1-5.

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[3]肖艷芬.光刻機照明均勻化技術(shù)的研究[D].中國科學(xué)院研究生院：光學(xué)工程，2012.