[发明专利]基于随机散射介质的可控亚波长无掩模光刻系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及光刻技术领域，尤其是基于光学的可编程控制无掩模光刻，具体是一种基于随机散射介质的可编程控制亚波长无掩模光刻系统和方法，应用于各个光刻领域。

背景技术

光刻技术是指集成电路制造中利用光化学反应原理和化学、物理刻蚀方法，将图形传递到涂有光敏感介质的基板上，从而形成目标图形的工艺技术。这样的基板包括电路板、平面显示器、各种芯片等。用于光刻的基板通常为表面涂有光敏介质的半导体晶片或玻璃基板。

在光刻过程中，通过光刻设备中的曝光装置对半导体晶片或者玻璃基板表面进行曝光，从而引起其表面光敏介质的特征变化。然而，随着半导体加工技术的发展，制造集成度不断提高，特征尺寸越来越小；同时，传统光刻已经逼近了物理上的极限，这使得传统光学光刻掩模版的制作同时面临价格与技术的挑战。这极大地限制了传统光刻技术的应用范围。

无掩模光刻技术是降低光掩模限制的一个解决方案之一。无掩模光刻技术可分为两类：一类是基于光学的无掩模光刻技术，另一类是基于非光学的无掩模技术。基于光学的无掩模光刻技术发展较快，分为干涉光刻、激光直写和基于空间光调制器(SLM)的光刻技术。基于干涉的光刻技术可以产生超亚微米级的结构，同时对光源及环境要求很高，干涉条纹的相对光强和相对位相难以控制，制作任意面型的微细结构也相当困难，这些缺点极大地限制了该光刻技术的应用范围。激光直写光刻技术步骤比较多，材料选择和参数控制对精度影响很大，其可控性以及稳定性仍然存在很大挑战。

基于空间光调制器的无掩模光学光刻技术利用计算机优化产生“虚拟”的数字图形并投影到基板上。此外，空间光调制器可以实现数字化编程控制，可以通过分析光学系统反馈的信息对目标图形进行优化控制。在基于空间光调制器的无掩模光学光刻技术中，各种光刻方式仍然存在各种缺陷限制其应用范围，例如：基于波带片阵列的光刻虽然实现了亚波长光刻，但是其波长短、数值孔径大的波带片制作难度较高，成本也随之提高，同时依赖于分辨率增强技术来突破衍射极限；缩小投影光刻技术可以生成几微米分辨率的图像，而进一步提高分辨率受缩小物镜系统、曝光深度、栅格效应的影响，随着波长减小，成本急剧增加。因此，研究一种基于空间光调制器的低成本、高效以及高分辨率无掩模光刻技术具有重要的应用价值和前景。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于随机散射介质的可控亚波长无掩模光刻系统和方法，以实现低成本、高效率、高分辨率的可编程控制亚波长图形光刻技术，推进科技进步以及工艺发展。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于随机散射介质的可控亚波长无掩模光刻系统，光源发出的光经过扩束器后照射在空间光调制器(SLM)Ⅰ上，聚焦后的图形经过缩小物镜后对曝光台上的基板进行曝光，完成光刻曝光过程，其特征在于：在所述缩小物镜与空间光调制器(SLM)Ⅰ之间加设有随机散射介质组件和反馈控制分系统；所述随机散射介质组件沿光路方向先后串接有4-fⅠ分系统、随机散射介质、4-fⅡ分系统；所述反馈控制分系统串接在4-fⅡ分系统后，其沿光路方向依次设有空间光调制器(SLM)Ⅱ、透镜、分光棱镜、显微物镜、探测器，其中分光棱镜将光路分为两路，其中一路光入射到显微物镜上，随后进入探测器，将探测器上接收到的散斑图像与标定图像之间的相关系数或结构相似性(SSIM)作为反馈信号，采用反馈控制算法调制空间光调制器(SLM)Ⅱ上的相位掩模，通过迭代完成反馈控制过程，缩小物镜接收另一路光，在曝光台上对基板进行曝光，进而完成光刻曝光过程，其中分光棱镜、显微物镜和探测器组成反馈控制支路，分光棱镜又与缩小物镜和曝光台组成光刻曝光支路。

本发明还是一种基于随机散射介质的可控亚波长无掩模光刻方法，在权利要求1至4中任一基于随机散射介质的可控亚波长无掩模光刻系统上运行，其特征在于：

步骤1：确定系统参数，根据系统分辨率需要选择光源波长、器件之间的间距以及器件参数；

步骤2：打开反馈控制支路，随后切断光刻曝光支路；

步骤3：在空间光调制器(SLM)Ⅰ上加载标定图形；

步骤4：光源1打开后，光波经扩束器扩束后照射在空间光调制器(SLM)Ⅰ上加载的标定图形上，随后光通过随机散射介质进行随机编码，编码后携带编码信息的光入射到空间光调制器(SLM)Ⅱ；