圖1 肘形圖形為目標圖形，不同方法得到的全息掩模分布、空間像與光刻膠輪廓

近日，中國科學院上海光學精密機械研究所高端光電裝備部李思坤研究員團隊在全息光刻研究方面取得進展。相關成果以”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，不需要復雜的投影物鏡系統(tǒng)，設備成本更低，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，具有廣闊的應用前景。全息掩模設計是全息光刻的關鍵技術。通常基于Gerchberg-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系，根據(jù)目標光強計算掩模平面的振幅、相位分布。但隨著掩模圖形復雜化、特征尺寸進一步縮小，現(xiàn)有全息掩模設計方法已難以滿足高質(zhì)量成像要求。

研究團隊提出了基于光刻引導偏移混合區(qū)域振幅自由度(Litho-guided OMRAF)算法的合成全息掩模設計方法。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，增強信號區(qū)域的收斂性和成像質(zhì)量。考慮掩模制造約束條件，對掩模平面的振幅和相位進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行了仿真驗證，使用365nm波長的光照明，在50μm鄰近間隙條件下實現(xiàn)了最小線寬0.4μm的非周期圖形的成像。與基于GS 算法的全息掩模設計方法相比，新方法設計得到的全息掩模有效降低了空間像光強分布的均方根誤差(RMSE)和面積誤差比(AER)。圖1展示了以線寬0.8μm肘形圖形為目標圖形，采用不同設計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%。同時考慮曝光視場與掩模尺寸的關系，對大面積掩模進行分區(qū)設計，仿真結(jié)果如圖2所示，結(jié)果驗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計示例

圖3 實驗結(jié)果

研究人員搭建實驗系統(tǒng)進行了實驗。圖3展示了在相干照明條件下曝光不同掩模獲得的實驗結(jié)果。實驗與仿真結(jié)果吻合。本方法設計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計框架，有望為獲得一種經(jīng)濟且高產(chǎn)能光刻方案提供一種潛在的技術手段。

審核編輯 黃宇