无掩模光刻的部分相干照明与成像研究

【摘要】：无掩模光刻机具有灵活高效的特点,已在某些现代电子及光学器件领域成为关键制造设备,例如电路版线路制造、衍射光学元件制造、探测器加工、薄膜导体制造、生物支架制造等。然而,无掩模光刻机中的图像成像器件DMD的黑栅缺陷,是导致成品质量存在缺陷的一个重要原因。本文从光源出发,探索抑制这种缺陷的可能性。本文着重以无掩模光刻中的步进扫描成像系统为例,说明了部分相干因子对黑栅的像的影响,验证了部分相干成像具有抑制由黑栅引起的成像缺陷的作用。并预测光源调制不仅能抑制由黑栅引起的成像缺陷,而且具有应用于制造任意曲率螺旋器件的潜质。第一章,介绍了光刻技术的分类及工艺流程。第二章,进一步介绍了光刻技术中的无掩模光刻的四种成像方式:点阵列扫描成像,步进扫描成像,三维结构成像和虚拟网格成像。第三章,系统地整理了四种用作描述光刻系统的部分相干成像理论的表达方式,分析了霍普金模型和阿贝模型这两大理论分支的应用优势,得到霍普金的直接离散表达方式和阿贝的TCC(transmission cross-coefficient matrix,传输交叉系数矩阵)表达方式适合于图像作为变量的情况;而霍普金的model expansion(模式分解)表达方式和阿贝的ICC(illumination cross-coefficient matrix,照明交叉系数矩阵)表达方式却适合于光源作为变量的情况。本文随后引入了能够求导的近似阈值模型来描述光与感光物质的相互作用。本章还基于霍普金标量模型,引入了正规化线宽描述目标图像的最小线宽,推导出以部分相干因子作为自变量,以被投影图像形状、图形细节最小宽度、投影物镜的数值孔径和等效光源各频谱分量的比重作为为参数变量的表达形式。第四章,展示了在特定的部分相干因子情况下,部分相干照明成像不仅能抑制栅格效应,同时还能保持较好的成像效果。本文将这个特定的部分相干因子称作在具体正规化线宽下的临界相干因子,随后提取了几个正规化线宽的临界相干因子值,展现了在临界相干因子值时,直线、折线和矩形图形由黑栅引起的成像缺陷已具有被抑制的效果,最后分析了抑制作用与图形形状无关的原因。本文理论上解释了前人通过调节数值孔径成功抑制黑栅效应的原因,并且对比了使用调节数值孔径的抑制方法和使用部分相干成像的抑制方法之间的联系和区别,得出使用部分相干成像的抑制方法具有多一个自由度的结论。