(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 111580206 A(43)申请公布日 2020.08.25
(21)申请号 202010594124.2(22)申请日 2020.06.24
(71)申请人 中国科学院微电子研究所
地址 100029 北京市朝阳区北土城西路3号(72)发明人 杨光华 齐月静 李璟 苏佳妮
马敬 (74)专利代理机构 中科专利商标代理有限责任
公司 11021
代理人 周天宇(51)Int.Cl.
G02B 5/18(2006.01)
权利要求书1页 说明书6页 附图4页
(54)发明名称
一种衍射光栅结构及其制备方法
(57)摘要
本公开提供了一种衍射光栅结构，包括多个重复的周期结构，每一周期结构包括至少一个栅脊和一个栅槽，其中：每一周期结构由中心位置向外均包括多个部分，每一部分为栅脊或者栅槽，当部分为栅槽时其深度满足预设条件。另一方面，本公开还提供了一种衍射光栅结构的制备方法。通过合理的设置栅槽的位置和深度，使得第7衍射级不仅具有较强的衍射效率，同时所有偶衍射级衍射效率均为0，较好的解决了现有的衍射光栅中存在偶衍射级尤其是较强的零衍射级的问题。
CN 111580206 ACN 111580206 A
权 利 要 求 书
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1.一种衍射光栅结构，包括多个重复的周期结构，每一周期结构包括至少一个栅脊和一个栅槽，其中：
每一周期结构由中心位置向外均包括多个部分，每一部分为栅脊或者栅槽，当所述部分为栅槽时其深度满足预设条件。
2.根据权利要求1所述的衍射光栅结构，每一周期结构由中心位置向外依次包括第一部分、第二部分、第三部分以及第四部分。
3.根据权利要求2所述的衍射光栅结构，所述第一部分和第三部分为栅槽，第二部分和第四部分为栅脊；或者第一部分和第三部分为栅脊，第二部分和第四部分为栅槽。
4.根据权利要求3所述的衍射光栅结构，第一部分的宽度为d/28，第二部分的宽度为6d/28，第三部分的宽度为6d/28，第四部分的宽度为d/28，其中，d为一周期结构的宽度。
5.根据权利要求3或4所述的衍射光栅结构，所述预设条件为：
其中，h为栅槽的深度，λ为入射光波长，n为整数。6.根据权利要求3所述的衍射光栅结构，第一部分的宽度为5d/28，第二部分的宽度为2d/28，第三部分的宽度为2d/28，第四部分的宽度为5d/28，其中，d为一周期结构的宽度。
7.根据权利要求3或6所述的衍射光栅结构，所述预设条件为：
其中，h为栅槽的深度，λ为入射光波长，n为整数。8.一种衍射光栅结构的制备方法，包括：S1，确定第一部分、第二部分、第三部分以及第四部分的类型，其中所述类型包括栅脊和栅槽；
S2，确定第一部分、第二部分、第三部分以及第四部分的宽度；S3，根据所述类型和宽度对光栅型材进行加工获得衍射光栅结构。9.根据权利要求8所述的衍射光栅结构的制备方法，其中，第一部分和第三部分为栅槽，第二部分和第四部分为栅脊；或者第一部分和第三部分为栅脊，第二部分和第四部分为栅槽。
10.根据权利要求9所述的衍射光栅结构的制备方法，第一部分的宽度为d/28，第二部分的宽度为6d/28，第三部分的宽度为6d/28，第四部分的宽度为d/28；或者，第一部分的宽度为5d/28，第二部分的宽度为2d/28，第三部分的宽度为2d/28，第四部分的宽度为5d/28，其中，d为一周期结构的宽度。
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CN 111580206 A
说 明 书
一种衍射光栅结构及其制备方法
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技术领域
[0001]本公开涉及半导体领域，尤其涉及一种衍射光栅结构及其制备方法。
背景技术
[0002]在半导体、集成电路以及精密测量技术领域，经常采用相位光栅位置传感器观测目标的位置信息，相位光栅作为测量标记，通过对入射光作用，产生衍射光束，其中，奇衍射级次用来生成测量信号，奇衍射级中的高衍射级次用来提高测量精度。由于光栅衍射特性的，高衍射级测量信号较弱，降低测量信号的信噪比，导致测量信号稳定性较差，降低位置测量的重复性。然而，随着测量精度要求的提高，尤其是在集成电路领域，位置测量精度需达到纳米甚至亚纳米量级，因此，测量信号信噪比成为了制约测量精度提高的关键因素。为了提高测量信号信噪比，人们采用增大数值孔径，获得更多测量信息信号；或者采用环形照明等方式，减小零级光影响。然而由于这些方法都需要重新设计测量传感器，因此通过光栅设计，一方面增强奇衍射级衍射效率提高测量信号强度，另一方面减小不生成测量信号的零衍射级和其他偶衍射级的衍射效率，成为一种有效且经济的手段。为了增强奇衍射级的衍射效率，集成电路设备厂家通过细分的方式，提出了第7衍射级衍射效率增强的光栅结构AH74。虽然该第7衍射级衍射效率较常用的槽深为λ/4占空比为1∶1理想标记有所增强，但是该标记也同时存在较强的偶衍射级，尤其是较强的零衍射级信号，导致测量信号对比度较低。
发明内容[0003](一)要解决的技术问题
[0004]本公开提供了一种衍射光栅结构及其制备方法，较好的解决了现有的衍射光栅中存在偶衍射级尤其是较强的零衍射级的问题。[0005](二)技术方案
[0006]本公开提供了一种衍射光栅结构，包括多个重复的周期结构，每一周期结构包括至少一个栅脊和一个栅槽，其中：每一周期结构由中心位置向外均包括多个部分，每一部分为栅脊或者栅槽，当部分为栅槽时其深度满足预设条件。[0007]可选地的，每一周期结构由中心位置向外依次包括第一部分、第二部分、第三部分以及第四部分。
[0008]可选地的，第一部分和第三部分为栅槽，第二部分和第四部分为栅脊；或者第一部分和第三部分为栅脊，第二部分和第四部分为栅槽。[0009]可选地的，第一部分的宽度为d/28，第二部分的宽度为6d/28，第三部分的宽度为6d/28，第四部分的宽度为d/28，其中，d为一周期结构的宽度。[0010]可选地的，预设条件为：
[0011]
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说 明 书
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其中，h为栅槽的深度，λ为入射光波长，n为整数。
[0013]可选地的，第一部分的宽度为5d/28，第二部分的宽度为2d/28，第三部分的宽度为2d/28，第四部分的宽度为5d/28，其中，d为一周期结构的宽度。[0014]可选地的，预设条件为：
[0015]
其中，h为栅槽的深度，λ为入射光波长，n为整数。[0017]另一方面，本公开提供了一种衍射光栅结构的制备方法，包括：S1，确定第一部分、第二部分、第三部分以及第四部分的类型，其中类型包括栅脊和栅槽；S2，确定第一部分、第二部分、第三部分以及第四部分的宽度；S3，根据类型和宽度对光栅型材进行加工获得衍射光栅结构。
[0018]可选地的，其中，第一部分和第三部分为栅槽，第二部分和第四部分为栅脊；或者第一部分和第三部分为栅脊，第二部分和第四部分为栅槽。[0019]可选地的，第一部分的宽度为d/28，第二部分的宽度为6d/28，第三部分的宽度为6d/28，第四部分的宽度为d/28；或者，第一部分的宽度为5d/28，第二部分的宽度为2d/28，第三部分的宽度为2d/28，第四部分的宽度为5d/28，其中，d为一周期结构的宽度。[0020](三)有益效果
[0021]本公开提供了一种衍射光栅结构及其制备方法，通过合理的设置栅槽的位置和深度，使得第7衍射级不仅具有较强的衍射效率，同时所有偶衍射级衍射效率均为0，较好的解决了现有的衍射光栅中存在偶衍射级尤其是较强的零衍射级的问题。
附图说明
[0022]图1示意性示出了根据本公开实施例的第一种方案的光栅结构的示意图；[0023]图2示意性示出了根据本公开实施例的第二种方案的光栅结构的示意图；[0024]图3示意性示出了根据本公开实施例的AH74型光栅结构的示意图；[0025]图4示意性示出了根据本公开实施例的光栅结构的制备方法步骤图。
具体实施方式
[0026]本公开提供了一种衍射光栅结构，该结构的第7衍射级不仅具有较强的衍射效率，同时所有偶衍射级衍射效率均缺级，较好的解决了现有的衍射光栅中存在偶衍射级尤其是较强的零衍射级的问题。
[0027]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。[0028]一种衍射光栅结构，包括多个重复的周期结构，每一周期结构包括至少一个栅脊和一个栅槽，其中：每一周期结构由中心位置向外均包括多个部分，每一部分为栅脊或者栅槽，当该部分为栅槽时其深度满足预设条件。[0029]具体的，每一周期结构由中心位置向外均包括四部分，即第一部分、第二部分、第三部分以及第四部分。本公开实施例中第一部分和第三部分为栅槽，第二部分和第四部分为栅脊；或者第一部分和第三部分为栅脊，第二部分和第四部分为栅槽。
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[0016]
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为确定每一衍射光栅结构，还必须确定第一部分、第二部分、第三部分以及第四部
分的宽度，本公开实施例中公开了两种方案。[0031]其中，如图1所示，第一种方案为：[0032]第一部分的宽度为d/28，第二部分的宽度为6d/28，第三部分的宽度为6d/28，第四部分的宽度为d/28，其中，第一部分和第二部分的宽度之和为d/4，第三部分和第四部分的宽度之和也为d/4，第一部分和第三部分为栅槽，第二部分和第四部分为栅脊；或者第一部分和第三部分为栅脊，第二部分和第四部分为栅槽。也即第一部分和第四部分需一个为栅脊一个为栅槽，同样第二部分和第三部分需一个为栅脊一个为栅槽，同时第一部分和第二部分不可以同时为栅脊或者栅槽，第三部分和第四部分也可以同时为栅脊或者栅槽。d为一周期结构的宽度。上述栅槽的深度满足：
[0033][0034]
其中，h为栅槽的深度，λ为入射光波长，n为整数。[0035]进一步的，若该周期结构的中间位置的坐标为0，则当第一部分和第三部分为栅槽，第二部分和第四部分为栅脊时，第一部分、第二部分、第三部分以及第四部分还可以表示为如下公式：
[0036]
当h为0时表示该部分为栅脊。
[0038]当第一部分和第三部分为栅脊，第二部分和第四部分为栅槽时，第一部分、第二部分、第三部分以及第四部分还可以表示为如下公式：
[0037]
[0039]
如图2所示，第二种方案为：[0041]第一部分的宽度为5d/28，第二部分的宽度为2d/28，第三部分的宽度为2d/28，第四部分的宽度为5d/28，第一部分和第二部分的宽度之和为d/4，第三部分和第四部分的宽
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[0040]
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度之和也为d/4，第一部分和第三部分为栅槽，第二部分和第四部分为栅脊；或者第一部分和第三部分为栅脊，第二部分和第四部分为栅槽。也即第一部分和第四部分需一个为栅脊一个为栅槽，同样第二部分和第三部分需一个为栅脊一个为栅槽，同时第一部分和第二部分不可以同时为栅脊或者栅槽，第三部分和第四部分也可以同时为栅脊或者栅槽。其中，d为一周期结构的宽度。上述栅槽的深度满足：
[0042][0043]
其中，h为栅槽的深度，λ为入射光波长，n为整数。[0044]进一步的，若该周期结构的中间位置的坐标为0，则当第一部分和第三部分为栅槽，第二部分和第四部分为栅脊时，第一部分、第二部分、第三部分以及第四部分还可以表示为如下公式：
[0045]
当h为0时表示该部分为栅脊。
[0047]当第一部分和第三部分为栅脊，第二部分和第四部分为栅槽时，第一部分、第二部分、第三部分以及第四部分还可以表示为如下公式：
[0046]
[0048]
[0049]
以上两种结构可以提高细分型第7衍射级衍射效率，同时解决了现有的AH74型衍射光栅中偶衍射级存在且零衍射级较强的问题。现有的AH74型衍射光栅的结构(如图3所示)可以表示为：
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[0050]
[0051]
下面参考现有的AH74型衍射光栅对本申请中的光栅结构的性能进行验证。当入射
光波长为633nm，且正入射光栅结构AH74、第一种方案结构和第二种光栅结构，各结构的槽深均为158.25nm，周期为16μm，材料为单晶硅，此时各衍射级衍射效率如下表1所示：
衍射级次AH74第一种方案第二种方案
07.0％0.0％0.0％
13.3％4.4％9.1％
20.2％0.0％0.0％
30.4％7.9％0.5％
40.3％0.0％0.0％
50.1％0.4％2.8％
61.9％0.0％0.0％
74.6％2.6％2.6％
81.0％0.0％0.0％
90.1％0.1％0.9％
[0052]
表1
[0054]从表1可以看出，AH74的各偶衍射级次均存在，且零衍射级衍射效率达到7.0％，远大于其他各衍射级次，而第一种方案和第二种方案，偶衍射级衍射效率均为0.0％，且其第7衍射级次的衍射效率2.6％小于AH74的4.6％，但是其衍射效率也是增强的，足够测量，并且第一种方案和第二种方案的第3、5级衍射效率均大于AH74的衍射效率，同时第二种方案的第9衍射级衍射效率0.9％明显大于AH74的0.1％。因此第一种方案和第二种方案不仅增强了第7衍射级次衍射效率，同时很好的解决了偶衍射级次存在，尤其是零级光较强问题，且第3、5、9衍射级次衍射效率较AH74不同程度增强。[0055]另一方面，本公开还提供了一种衍射光栅结构的制备方法，如图4所示，包括：[0056]S1，确定第一部分、第二部分、第三部分以及第四部分的类型，其中所述类型包括栅脊和栅槽；其中，第一部分和第三部分为栅槽，第二部分和第四部分为栅脊；或者第一部分和第三部分为栅脊，第二部分和第四部分为栅槽。[0057]S2，确定第一部分、第二部分、第三部分以及第四部分的宽度；第一部分的宽度为d/28，第二部分的宽度为6d/28，第三部分的宽度为6d/28，第四部分的宽度为d/28；或者，第一部分的宽度为5d/28，第二部分的宽度为2d/28，第三部分的宽度为2d/28，第四部分的宽度为5d/28，其中，d为一周期结构的宽度。[0058]S3，根据类型和宽度对光栅型材进行加工获得衍射光栅结构。[0059]综上所述，本公开提供了一种衍射光栅结构及其制备方法，通过合理的设置栅槽的位置和深度，使得第7衍射级不仅具有较强的衍射效率，同时所有偶衍射级衍射效率均为0，较好的解决了现有的衍射光栅中存在偶衍射级尤其是较强的零衍射级的问题。[0060]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详
[0053]
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细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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说 明 书 附 图
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说 明 书 附 图
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说 明 书 附 图
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说 明 书 附 图
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