圖1 肘形圖形為目標(biāo)圖形，不同方法得到的全息掩模分布、空間像與光刻膠輪廓

近日，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高端光電裝備部李思坤研究員團(tuán)隊(duì)在全息光刻研究方面取得進(jìn)展。相關(guān)成果以”Synthetic holographic mask design for computational proximity lithography using the lithography-guided OMRAF method”為題發(fā)表在Optics Express上。

全息光刻相比于主流的投影式光刻，不需要復(fù)雜的投影物鏡系統(tǒng)，設(shè)備成本更低，比傳統(tǒng)接近式光刻的分辨率更高，并且對掩模缺陷不敏感，具有廣闊的應(yīng)用前景。全息掩模設(shè)計(jì)是全息光刻的關(guān)鍵技術(shù)。通?；贕erchberg-Saxton(GS)投影迭代算法，建立掩模平面透過率函數(shù)與硅片平面空間像間的關(guān)系，根據(jù)目標(biāo)光強(qiáng)計(jì)算掩模平面的振幅、相位分布。但隨著掩模圖形復(fù)雜化、特征尺寸進(jìn)一步縮小，現(xiàn)有全息掩模設(shè)計(jì)方法已難以滿足高質(zhì)量成像要求。

研究團(tuán)隊(duì)提出了基于光刻引導(dǎo)偏移混合區(qū)域振幅自由度(Litho-guided OMRAF)算法的合成全息掩模設(shè)計(jì)方法。將硅片平面上的光場劃分為“信號區(qū)域”和“噪聲區(qū)域”，通過減少噪聲區(qū)域的約束，增強(qiáng)信號區(qū)域的收斂性和成像質(zhì)量?？紤]掩模制造約束條件，對掩模平面的振幅和相位進(jìn)行有限級離散化處理。采用逐步離散化策略，防止迭代優(yōu)化過程出現(xiàn)停滯，并有效避免算法陷入局部最優(yōu)解。

研究人員對該方法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，使用365nm波長的光照明，在50μm鄰近間隙條件下實(shí)現(xiàn)了最小線寬0.4μm的非周期圖形的成像。與基于GS 算法的全息掩模設(shè)計(jì)方法相比，新方法設(shè)計(jì)得到的全息掩模有效降低了空間像光強(qiáng)分布的均方根誤差(RMSE)和面積誤差比(AER)。圖1展示了以線寬0.8μm肘形圖形為目標(biāo)圖形，采用不同設(shè)計(jì)方法得到的空間像與光刻膠仿真結(jié)果。采用本方法得到的光刻膠輪廓線條平滑無間斷，且AER值相比GS方法降低了81.3%。同時(shí)考慮曝光視場與掩模尺寸的關(guān)系，對大面積掩模進(jìn)行分區(qū)設(shè)計(jì)，仿真結(jié)果如圖2所示，結(jié)果驗(yàn)證了所提方法的普適性。

圖2 曝光視場受限下的大面積合成全息掩模設(shè)計(jì)示例

圖3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

研究人員搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。圖3展示了在相干照明條件下曝光不同掩模獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)果吻合。本方法設(shè)計(jì)得到的合成全息掩模的空間像，相比于GS方法具有更高的對比度和更銳利的線條邊緣，能夠更精確地重建目標(biāo)圖形分布。本研究探索了適用于小特征尺寸圖形的全息掩模設(shè)計(jì)框架，有望為獲得一種經(jīng)濟(jì)且高產(chǎn)能光刻方案提供一種潛在的技術(shù)手段。

審核編輯 黃宇