一种基于高次谐波的极紫外光刻曝光方法技术

一种基于高次谐波的极紫外光刻曝光方法，1)使用飞秒级的强场激光与工作介质相互作用产生高次谐波；2)反应产生的高次谐波复色光通过过滤选取谐波级次，即用于测试的波长所在的谐波级次，从而得到测试波长的纯净极紫外光；3)极紫外光通过狭缝进入曝光装置，对涂敷光刻胶的晶圆样品进行曝光，将掩模版的图案转移到样品表面，通过累积曝光时间来达到光刻胶所需的曝光剂量。所述用于曝光的极紫外光基于高次谐波技术产生。纯净的极紫外光进入曝光装置，使涂有光刻胶的硅片曝光，通过累积曝光时间的方式达到光刻胶所需的曝光剂量。方式达到光刻胶所需的曝光剂量。方式达到光刻胶所需的曝光剂量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于高次谐波的极紫外光刻曝光方法


[0001]本专利技术涉及一种基于高次谐波的极紫外光刻曝光方法。属于半导体
，特别涉及极紫外光刻


技术介绍

[0002]极紫外光刻技术是一种利用光学
‑
化学方法将所需图案传递到样品表面的技术，目前已经应用于超高集成电路的制造过程之中。通常，利用极紫外激光作为图像信息的载体，以光刻胶作为媒介，通过曝光过程将掩膜版上的电路图案刻画到样品上。曝光过程中，光刻胶的性质在极紫外光的照射下发生光反应，之后通过显影过程通过显影液去除而将图案转移到晶圆表面。
[0003]通常使用光刻获得的图案的最小线宽作为其特征尺寸(CD)，用以衡量光刻的精细程度，其数值由瑞利公式给出。随着光刻对精度的要求越来越高，要缩小光刻的特征尺寸，只有使用更短波长的激光，或者增大光学系统的数值孔径。
[0004]当前，极紫外波段的光已被应用于光刻工艺中。而要获得极紫外光，目前通常激光等离子体或放电等离子体的方式产生。前者通过使用高能激光轰击固体或液滴锡靶，后者通过对锡靶施加高电压充电，进而产生等离子体并辐射极紫外光，通过正入射或掠入射式反射镜收集并过滤极紫外光，并将其聚焦成束用于后续光刻工序。但是，其存在以下缺点：
[0005]1、锡等离子的产生过程中，作为工作物质的锡无法完全转化，会产生大量碎屑，进而污染光源乃至投影和照明系统。
[0006]2、锡等离子的产生装置结构复杂且光源的单脉冲能量稳定性不佳，制造难度较大，很难在普通实验室获得。
[0007]因此，研究一种长时间稳定，且在桌面即可实现极紫外光刻胶光刻曝光的方法变得非常必要。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种以高次谐波的方式产生极紫外光，并以其实现光刻曝光的方法。
[0009]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是，一种极紫外光刻曝光方法，包括如下步骤：
[0010]步骤一、使用飞秒级的强场激光与工作介质相互作用产生高次谐波；
[0011]步骤二、反应产生的高次谐波复色光通过选择装置选取谐波级次，即用于测试的波长所在的谐波级次，从而得到测试波长的纯净极紫外光；
[0012]步骤三、极紫外光通过狭缝进入曝光装置，对涂敷光刻胶的晶圆样品进行曝光，将掩模版的图案转移到样品表面，通过累积曝光时间来达到光刻胶所需的曝光剂量。
[0013]在所述极紫外曝光方法中，所述用于曝光的极紫外光基于高次谐波技术产生。所述高次谐波是脉宽为飞秒级别的强场激光与工作介质作用产生，所述飞秒强场激光与工作
气体相互作用时，产生入射激光频率奇数倍的高次谐波，所述用于曝光的极紫外光来自上述高次谐波的一个谐波分量。所述工作介质的种类包括固体、液体与气体，所述高次谐波的光谱包含微扰区、平台区和截止区，所述用于曝光的极紫外光中心波长为所述三个区域中的一个区域的一个谐波的波长。
[0014]所述光刻胶曝光剂量通过累积曝光时间的方式蓄积高次谐波产生的较低的单脉冲能量来达到。
[0015]进一步的，所述高次谐波是脉宽为飞秒级别的强场激光与工作介质作用产生，所述工作介质的种类包括固体、液体与气体，所述高次谐波的光谱包含微扰区、平台区和截止区，所述用于曝光的极紫外光中心波长为所述三个区域中的一个区域的一个谐波的波长。所述高次谐波按级次和强度分为低级次的微扰区、中等级次的平台区和高级次的截止区。在微扰区，谐波强度随级次增加而呈指数级减小；在平台区，谐波级次在一定范围之内，其强度相近，无大幅的变化；在截止区，随级次增加，谐波强度快速下降至零。从上述三个区域中选取一个区域的一个谐波作为所述用于曝光的极紫外光，其波长即所述用于曝光的极紫外光中心波长。
[0016]在所述极紫外曝光方法中，所述光刻胶曝光剂量通过累积曝光时间的方式蓄积高次谐波产生的较低的单脉冲能量来达到。由于高次谐波是一种极端的非线性过程，在所述平台区单个谐波级次的单脉冲能量在10
‑6‑
10
‑7mJ量级。而光刻胶的光反应通常是一个单光子过程，与实际的曝光时间无太大关系。作用在在光刻胶上的曝光剂量是极紫外光强与曝光时间的相乘。由此，在所述测试方法中，通过累积曝光时间来达到光刻胶的最佳曝光剂量。同时，通过对曝光时间的精确调控，所述方法可以精确控制曝光剂量。
[0017]本专利技术还包括一种基于高次谐波的极紫外光刻曝光系统。
[0018]本专利技术的有益效果：高次谐波极紫外光源具有结构简单，体积小巧，不会产生离子碎屑，对光学系统污染小等优点。此外由于其单次脉冲的能量较低，可以非常精确地控制极紫外曝光剂量，而无需分光计和衰减器等组件。
[0019]所述高功率飞秒激光器用于产生超短脉冲强场激光，脉宽为飞秒级别；所述聚焦系统用于将前述激光整形汇聚，提升光斑峰值功率至10
14
W/cm2级别；所述超短脉冲强场激光，经聚焦后，在高次谐波产生装置中与工作气体作用，产生高次谐波。所述选择装置用于从包含多个波长谐波的高次谐波复合光中分离出光刻胶感光波段，即用于曝光的极紫外单色光。上述极紫外光进入曝光装置，对样品进行曝光测试，通过累积曝光时间，达到光刻胶最佳曝光剂量。
附图说明
[0020]图1为按照本专利技术搭建的一个实施例的整体结构示意图；
[0021]图2是本专利技术的一个实施例的高次谐波光谱图；
[0022]图3是本专利技术的一个实施例的光刻胶感光波段对应的曝光测试结果图；
[0023]图4为样品曝光结果的显微图案。
[0024]图1中包括：11
‑
高功率飞秒激光器，12
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光束聚焦系统，13
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高次谐波产生装置，14
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选择装置，15
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狭缝，16
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曝光腔，17
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进样腔，18
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样品工作台，19
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闸板阀，20
‑
气体装置。
具体实施方式
[0025]高次谐波是原子和强场激光相互作用的一种物理现象，利用高次谐波可以产生可调谐的极紫外波段光源。
[0026]为了使本专利技术的目的、技术方案更加清晰，下面结合附图及实施例对本专利技术作更进一步的说明。
[0027]本专利技术提供一种基于高次谐波的极紫外光刻曝光方法，所述方法为：利用飞秒激光与工作气体相互作用，产生高次谐波复色光，再使用选择装置选取用于曝光的波长所在的谐波级次，利用所选取波长的极紫外光对涂覆光刻胶的样品进行曝光，将掩模版图案转移到样品表面，通过累积曝光时间的方式达到光刻胶的最佳曝光剂量。
[0028]例如图1所示，基于上述方法，本专利技术提供一种具体实施方式，搭建一个基于高次谐波的极紫外曝光测试系统实施例。系统包括：高功率飞秒激光器11、激光聚焦系统、高次谐波产生装置13、选择装置14、曝光腔16(曝光装置)和进样腔17。上述高功率飞秒激光器11用于发出飞秒级别的超短脉冲激光。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于高次谐波的极紫外光刻曝光方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、使用飞秒级的强场激光与工作介质相互作用产生高次谐波；步骤二、反应产生的高次谐波复色光通过过滤选取谐波级次，即用于测试的波长所在的谐波级次，从而得到测试波长的纯净极紫外光；步骤三、极紫外光通过狭缝进入曝光装置，对涂敷光刻胶的晶圆样品进行曝光，将掩模版的图案转移到样品表面，通过累积曝光时间来达到光刻胶所需的曝光剂量。2.根据权利要求1要求所描述的极紫外光刻曝光方法，其特征在于，所述用于曝光的极紫外光基于高次谐波技术产生。3.根据权利要求1
‑
2所描述的极紫外光刻曝光方法，其特征在于，所述高次谐波是脉宽为飞秒级别的强场激光与工作介质作用产生，所述工作介质的种类包括固体、液体与气体，所述高次谐波的光谱包含微扰区、平台区和截止区，所述用于曝光的极紫外光中心波长为所述三个区域中的一个区域的一个谐波的波长。4.根据权利要求1
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2所描述的极紫外光刻曝光方法，其特征在于，高功率飞秒激光器采用中心波长800nm或400nm的啁啾激光器，或者采用中心波长700
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1000nm可调的钛宝石(Ti:Sapphire)激光器，或者采用超快锁模激光器；气体装置采用一个长度可调的气体盒子，其长度在0
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15毫米之间可调，或者采用一个流量可调的气体喷嘴；在高次谐波腔和...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐永兵，陈笑，黎遥，严羽，周建，钟文彬，何亮，陆显扬，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：