[发明专利]一种全息消像差方法及其投影光刻系统

说明书

技术领域

本发明涉及高分辨微细图形的投影光刻系统，特别涉及一种全息消像差方法及其投影光刻系统。

背景技术

投影光刻成像技术是利用包含掩模版调制信息的一束光经投影物镜倍缩后，在涂有抗蚀剂的基片表面产生特定的强度分布，对抗蚀剂曝光产生与掩模图形形状相同、尺寸缩小的图形。实现图形的高保真度对投影物镜乃至整体曝光系统都提出了极高的要求。减小投影物镜的像差是提高保真度的最直接的手段。现有对投影物镜像差的控制策略有两种，一是在设计制作和装配过程中尽量减少像差，这对设计和加工精度提出了极高的要求。二是利用微量调整功能控制像差。

目前传统的消像差投影光刻成像方法及相应系统见参考文献：

[1]Yasuo Shimizu，Tadashi Yamaguchi，Kousuke Suzuki，et al.Aberration OptimizingSystem Using Zernike Sensitivity Method[J].Proc.SPIE.2003.Vol.5040：1581-1590.

[2]Nakgeuon Seong，Young S.Kang，Hanku Cho，and Joo-Tae Moon.Optimal lensassignment through measured aberrations[J].Proc.SPIE.2001，4346：1-7.

以上文献涉及的投影光刻曝光系统，其结构示意图如图1所示。依照从上至下的空间顺序，分别为照明系统1、掩模版2、投影物镜3、抗蚀剂硅片4和硅片工作台5。该系统实现光刻成像的手段是：经过照明系统调制过的激光透过掩模版后将照明信息和掩模信息载入到光波场中，再经过投影物镜倍缩成像，最终投影到涂有抗蚀剂的硅片上，实现曝光。投影物镜经过像差优化设计，投影物镜中各光学组件的相对位置可以是固定不变的，也可以进行微量调整。具有像差微调功能的投影物镜相当于一个复杂的变焦距系统，但其设计难度要远远大于常规的变焦距系统。通常，在调整一种几何像差时，会引起其它几何像差同时发生变化。因此，在进行像差微量调整时，必须能够保证：当调整一种几何像差时，其它几何像差应保持不变，或其变化量限制在允许的范围内，或者通过调整物镜中的其它元件对其进行有效地补偿。

这种减小像差的方法对投影物镜各镜头设计以及机械调整装置都提出了极高的要求。无论是采用以上两种控制策略中的哪一种，都只是局限在投影物镜自身，都不可避免增加投影物镜系统的复杂程度和成本。

全息照相技术是利用干涉方法将自物体发出光的振幅和位相信息同时完全地记录在感光材料上，所得的光干涉图样在经光化学处理后就成为全息图，当再现光按照特定的角度照射此全息图时，能使原先记录的物体光波的波前重现。当照明光与参考光相同时，再现获得的光波除振幅大小改变外，具有原始物光波的一切特性，当照明光与参考光的共轭相同时，再现获得的光波与原始物光波在位相上互为共轭，即波前完全相同，传播方向相反。

目前传统的利用全息器件消成像系统像差的方法见参考文献：

[1]王英利，姚保利，陈懿等，共轭读出法消除光致变色材料全息记录中的相位畸变，光子学报，2004，Vol.33，No.12(1529-1531)。

以上文献涉及到的成像光学系统较为简单，为一简单的凸透镜，引入的像差除透镜自身的像差外还包括透镜与光轴倾斜放置引入的像差。实验结果为当利用共轭波照射全息记录介质时，由透镜产生的相位畸变得到完全的补偿，原物光波得到了精确的再现，从而证实了利用全息记录共轭读出的方法消像差的可行性。以上方法只是将物光波进行简单的再现，并未为对其进行特定的调制，因而只能应用在有限的几个领域如全息测量等。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有投影光刻中为保证成像质量要求带来的投影物镜设计加工困难，成本过高的问题，采用全息记录，共轭再现的方法补偿投影物镜像差，降低投影物镜设计要求，提供一种结构简单，便于操作，成像性能稳定的投影光刻系统。

本发明所采用的技术方案如下：首先利用全息照明技术在特定条件下进行曝光，将光刻中照明信息，投影物镜调制信息以及掩模版位相调制信息同时记录在全息干板上。投影物镜的调制信息中包含了对光束的倍缩信息以及成像过程中的像差信息。利用曝光后的全息干板替代传统投影光刻中的掩模版以及照明系统，采用共轭再现方式，令再现后的共轭光波再次进入投影物镜，补偿了投影物镜在成像过程中引入的像差。携带有掩模调制信息、投影物镜倍缩信息和照明信息的光束最终令光刻胶曝光，从而完成了光刻曝光过程。