基于超精密激光直写系统制作二维光栅

封面文章|李民康,向显嵩,周常河,韦春龙,贾伟,项长铖,鲁云开,朱世曜. 基于超精密激光直写系统制作二维光栅[J]. 光学学报,2019,39(9): 0905001.

半导体产业被誉为国家工业的明珠,是国家实现信息现代化的基础。其核心是集成电路,随着半导体工艺的不断进步,超大规模集成电路已经进入7nm、5 nm节点,并将在未来的两到三年内进入3nm、2 nm节点。

图 1 集成电路图

为了实现纳米级芯片的加工,要求光刻机的加工精度必须达到亚纳米级。随着光刻技术的进步,具有长行程和纳米级定位精度的二维超精密工件台用于光刻机中。但超精密工件台必须与光学头相适应,具有栅距测量和扫描角度测量功能,以减小扫描拼接误差,提高对比度。

针对这个问题,中国科学院上海光学精密机械研究所周常河研究员课题组提出了基于超精密激光直写系统制作二维光栅。

该课题组基于直写系统,如图2所示,旋转基片90°,两次曝光得到二维光栅掩膜。直写系统采用二维超精密运动台,运动台采用粗微叠层结构设计,使用双频激光干涉仪定位。大尺寸的光栅掩模由二维运动台扫描拼接曝光形成,运动全程由激光干涉仪锁定,栅距测量精度达到皮米精度,这从物理本质的角度,保证了二维光栅具有全场均匀一致的栅线精度,非常适合制作光刻机中光栅尺系统所需的大尺寸栅距均匀、高效率二维基准光栅。同时该课题组提出了基于参考光栅测量扫描角度方向的方法,角度测量精度达到数十微弧,保证了曝光条纹对比度。提出了分束棱镜测量像光栅干涉场周期的测量方法,保证栅距的测量精度达到皮米级。

北京赛车微信红包群图2超精密激光直写系统

研究人员表示,在未来的实验中,该课题组将制作更大面积的高质量二维光栅,以满足光刻机系统对大尺寸二维计量光栅需求。