一种掩模板、曝光设备及掩模板对准方法与流程

本发明涉及芯片制备技术及光刻，具体涉及一种掩模板、曝光设备及掩模板对准方法。

背景技术：

1、光刻技术在半导体芯片加工领域有着重要作用，随着相关技术发展，光刻机曝光技术经历了接触式曝光、接近式曝光、投影式曝光阶段。全息光刻是一种较新的光刻曝光技术，与投影式曝光相比，全息光刻照明光路和成像光路简单，不需要投影物镜，由准直光束直接照射全息掩模实现衍射成像。在全息光刻中，准直光束与全息掩模的角度对准是衍射成像结果重要影响因素。

2、然而传统光刻对准时通常是需要对准掩模板和硅片相对位置，而全息光刻由于是衍射成像，需要对准入射光和掩模板的角度，二者对准的对象不同。并且，传统光刻采用光栅型对准标记进行对准，对准时仅能使用固定光栅常数的标记进行对准，无法兼容不同周期的标记，同时需要采用楔块列阵或楔板组来实现对准标记多级衍射光的重叠和相干成像；具体实施工程难度较大，成本高。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种掩模板、曝光设备及掩模板对准方法，以解决上述现有技术中所存在的技术问题至少之一。

2、第一方面，本发明提供了一种掩模板，应用于芯片制备工艺的曝光设备，所述掩模板包括基底和对准标记结构。基底作为所述掩模板的支撑基板；对准标记结构设置在所述基底表面，所述对准标记结构包括位于所述对准标记结构中心的具有正透镜相位的相位调制器和位于所述相位调制器外围的透光区域；其中，当输入光束入射至所述对准标记结构上时形成干涉图案，所述干涉图案为对称图案时，输入光束和掩模板垂直，实现所述掩模板相对所述输入光束的对准。

3、在一种可选的实施方式中，所述相位调制器为多个超表面单元结构构成的阵列结构，其中，所述多个超表面单元结构以正透镜相位排布在所述基底表面上。

4、在一种可选的实施方式中，所述多个超表面单元结构中的每个超表面单元结构包括超表面单元区和纳米结构。超表面单元区设置在所述基底表面上；纳米结构设置在所述超表面单元区中，其主轴方向和所述超表面单元区的主轴方向相重合；其中，所述纳米结构以符合所述正透镜相位的预设角度设置在所述超表面单元区中。

5、在一种可选的实施方式中，所述输入光束为紫外右旋圆偏振光。

6、在一种可选的实施方式中，所述掩模板还包括掩模版图结构。掩模版图结构设置在所述基底表面，用于在输入光束和掩模板垂直时，接收输入光束实现曝光。

7、第二方面，本发明提供了一种曝光设备，应用于芯片制备工艺，所述曝光设备包括光源、准直模块、成像结构以及本发明第一方面及第一方面任一实施方式中的掩模板。所述光源用于输出激光光束，形成曝光光路；所述准直模块沿所述曝光光路设置在所述光源和所述成像结构之间，用于对所述激光光束进行准直以形成入射至所述掩模板的准直光束；所述掩模板对应于所述准直光束，沿所述曝光光路设置在所述准直模块和所述成像结构之间，所述准直光束入射至所述掩模板的掩模版图结构之后在所述成像结构表面成像，实现曝光。

8、在一种可选的实施方式中，所述准直模块包括沿所述曝光光路依次设置的聚焦透镜和准直透镜。所述聚焦透镜用于接收所述光源的激光光束形成聚焦光束；所述准直透镜用于对所述聚焦光束进行准直形成准直光束。

9、在一种可选的实施方式中，所述曝光设备还包括成像检测器和处理器。成像检测器用于获取对准标记结构的成像结果，将所述成像结果输出；处理器用于接收所述成像结果，判断所述成像结果中的干涉图案是否为对称图案；其中，当干涉图案为对称图案时，入射至掩模板上的准直光束和掩模板垂直。

10、第三方面，本发明提供了一种掩模板对准方法，应用于本发明第二方面及第二方面任一实施方式的曝光设备，所述方法包括：获取入射光束通过曝光设备中掩模板上对准标记结构的成像结果；判断所述成像结果中对应对准标记结构的干涉图案是否对称；当所述干涉图案不对称时，对所述掩模板进行位姿调节，实现掩模板相对所述入射光束的对准。

11、在一种可选的实施方式中，在所述当所述干涉图案不对称时，对所述掩模板进行位姿调节，实现掩模板相对所述入射光束的对准中，包括：分析不对称的干涉图案和垂直时的干涉图案，确定不对称干涉图案和垂直时干涉图案的偏移量；结合预设的倾斜角度的对应关系，根据所述偏移量确定掩模板的倾斜角度；根据所述倾斜角度对所述掩模板进行位姿调节，实现掩模板相对所述入射光束的对准。

12、本发明提供的技术方案，具有如下效果：

13、本发明实施例提供的掩模板，通过设置位于中心的具有正透镜相位的相位调制器和位于相位调制器外围的透光区域作为对准标记结构，由此，经过相位调制器和透光区域的光束发生干涉，根据干涉图案即可判断掩模板和入射光束是否垂直，即是否对准。该对准标记结构的结构简单、加工成本低，避免了采用光栅型对准标记需要楔块列阵成像时存在的难度大成本高的问题。

14、本发明实施例提供的掩模板，采用多个超表面单元结构构成的阵列结构形成相位调制器，由此可以通过对每个超表面单元结构的调整实现相位调制器的相位调制功能。

15、本发明实施例提供的掩模板，采用纳米结构构成超表面单元结构，纳米结构以符合所述正透镜相位的预设角度设置在所述超表面单元区中，由此通过调整纳米结构的形状和尺寸可以实现每个超表面单元结构的相位调制功能。

16、本发明实施例提供的掩模板，采用紫外右旋圆偏振光作为输入光束，该光束照射至超表面单元结构时，能够改变光束的偏振态，使得超表面单元结构的出射光束附加一个几何相位，从而实现了超表面单元结构的相位调制功能。并且，当掩模板为全息掩模板时，采用该掩模板进行光刻无需设置投影物镜，由此不会对输入光束造成影响，即提高了该输入光束应用于全息光刻的适用性。

17、本发明实施例提供的掩模板，通过在掩模板上设置掩模版图结构，当输入光束和掩模板垂直时，采用该掩模版图结构进行曝光，提高了曝光的准确性。

18、本发明实施例提供的曝光设备，通过设置光源、准直模块、掩模板和成像结构，实现了全息光刻。同时在掩模板采用上述设置有对准标记结构的掩模板，实现了准直光束和掩模板是否垂直的判断。

19、本发明实施例提供的曝光设备，通过设置聚焦透镜和准直透镜，实现对了对光源输出光束的扩束和准直。

20、本发明提供的掩模板对准方法，通过获取入射光束通过曝光设备中掩模板上对准标记结构的成像结果，基于成像结果中的干涉图案是否对称实现了掩模板和入射光束是否垂直的判断，方法简单易实现。

21、本发明提供的掩模板对准方法，通过偏移量和倾斜角度之间的对应关系，结合确定的不对称干涉图案和垂直时干涉图案的偏移量，能够确定掩模板的倾斜角度。由此通过该倾斜角度能够实现在掩模板和入射光束不垂直的情况下，对掩模板的精确位姿调节。

技术特征：

1.一种掩模板，应用于芯片制备工艺的曝光设备，其特征在于，所述掩模板包括：

2.根据权利要求1所述的掩模板，其特征在于，所述相位调制器为多个超表面单元结构构成的阵列结构，其中，所述多个超表面单元结构以正透镜相位排布在所述基底表面上。

3.根据权利要求2所述的掩模板，其特征在于，所述多个超表面单元结构中的每个超表面单元结构包括：

4.根据权利要求1所述的掩模板，其特征在于，所述输入光束为紫外右旋圆偏振光。

5.根据权利要求1所述的掩模板，其特征在于，所述掩模板还包括：

6.一种曝光设备，其特征在于，应用于芯片制备工艺，所述曝光设备包括：光源、准直模块、成像结构以及权利要求1-5中任一项所述的掩模板；

7.根据权利要求6所述的曝光设备，其特征在于，所述准直模块包括：沿所述曝光光路依次设置的聚焦透镜和准直透镜；

8.根据权利要求6所述的曝光设备，其特征在于，所述曝光设备还包括：

9.一种掩模板对准方法，其特征在于，应用于权利要求6-8任一项所述的曝光设备，所述方法包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述当所述干涉图案不对称时，对所述掩模板进行位姿调节，实现掩模板相对所述入射光束的对准中，包括：

技术总结
本发明涉及芯片制备技术及光刻技术领域，具体涉及一种掩模板、曝光设备及掩模板对准方法。掩模板包括：基底，作为掩模板的支撑基板；对准标记结构，设置在基底表面，对准标记结构包括位于对准标记结构中心的具有正透镜相位的相位调制器和位于相位调制器外围的透光区域；其中，当输入光束入射至对准标记结构上时形成干涉图案，干涉图案为对称图案时，输入光束和掩模板垂直，实现掩模板相对输入光束的对准。通过在掩模板上设置对准标记结构，通过输入光束入射至对准标记结构上时形成的干涉图案是否对称即可实现对准检测。该对准标记结构简单、加工成本低，避免了采用光栅型对准标记需要楔块列阵成像时存在的难度大成本高的问题。

技术研发人员：秦宏鹏,牛志元,丛敏,姜言明,傅俊隆
受保护的技术使用者：光科芯图（北京）科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15