CN100561356C - 综合式直写光刻方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光刻技术领域，具体地说是综合式直写光刻方法。该方法包括确定目标曝光图形、分步直写光刻和连续扫描光刻三大步骤；采用不同倍率的投影镜头，提高曝光的效率；并采用共轴的光学定位检测***，达到改变的倍率的投影镜头产生的图形能进行无间隙连接。本发明方法采用直写扫描和精缩排版的混合法，实现产生光滑的图形轮廓，并提高曝光的效率。
Description
技术领域
本发明涉及光刻技术领域，具体的说，涉及在如下衬底上印刷构图，如晶片、印刷电路板、掩膜板、平板显示器、生物晶片、微机械电子晶片、光学玻璃平板。
背景技术
光刻技术是用于在衬底表面上印刷具有特征的构图。这样的衬底可包括用于制造半导体器件、多种集成电路、平面显示器(例如液晶显示器)、电路板、生物芯片、微机械电子芯片、光电子线路芯片等的基片。经常使用的基片为半导体晶片或玻璃基片。本领域的技术人员将会理解本文的描述，还应用在本领域技术人员已知的其他类型基片。
在光刻过程中，晶片放置在晶片台上，通过处在光刻设备内的曝光装置，将特征构图投射到晶片表面。尽管在光刻过程中使用了投影光学装置，还可依据具体应用，使用不同的类型曝光装置。例如X射线、离子、电子或光子光刻的不同曝光装置，这已为本领域技术人员所熟知。在此，仅出于说明目的，讨论光刻的具体示例。
半导体行业使用的传统分步重复式或分步扫描式光刻工具，将分划板的特征构图在各个场一次性的投影或扫描到晶片上，一次曝光或扫描一个场。然后通过移动晶片来对下一个场进行重复性的曝光过程。传统的光刻***通过重复性曝光或扫描过程，实现高产出额的精确特征构图的印刷。
为在晶片上制造器件，需要多个分划板。由于特征尺寸的减少以及对于较小特征尺寸的精确公差的原因，这些分划板对于生产而言成本很高，耗时很长，从而使利用分划板的传统晶片光刻制造成本越来越高，非常昂贵。
无掩膜(如直接写或数字式等)光刻***相对于使用分划板的方法，在光刻方面提供了许多益处。无掩膜***使用空间图形发生器(SLM)来代替分划板。SLM包括数字微镜***(DMD)或液晶显示器(LCD)，SLM包括一个可独立寻址和控制的象素阵列，每个象素可以对透射、反射或衍射的光线产生包括相位、灰度、方向或开关状态的调制。
无掩膜光刻***主要采用的是以下两种方法：一、激光直写法；二、空间图形发生器精缩排版曝光。其中，激光直写法是逐点曝光，采用高能激光在光敏感衬底上直接产生图形，缺点是加工速度慢，单个晶片曝光时间长；第二种方法采用计算机控制图形发生器(SLM)，主要问题是分辨率较低，并且受到单位象素的形状和有效通光孔径(fill-in factor)的限制，难以制作连续光滑的图形轮廓。
发明内容：
本发明提供一种对光敏感衬底进行构图光刻的方法，即采用直写连续式扫描和不同倍率的精缩排版的分步式曝光的混合光刻方法，实现产生光滑的图形轮廓，并提高曝光的效率。
具体的操作方法包括如下步骤：
综合式直写光刻方法，包括下述操作步骤：
(1)、首先，在置于精密移动平台上的光敏感元件上生成具有与期望图形相关的特征的目标曝光图形，
(2)、分步直写光刻
从低放大倍率的投影镜头开始，对目标曝光图形进行空间定位和对焦，确定目标曝光图形中第一个曝光图形，并进行曝光；
再以高放大倍率的投影镜头，对目标曝光图形进行空间定位和对焦，确定目标曝光图形中第二个曝光图形，以确保第二个曝光图形与第一个曝光图形进行衔接，再进行曝光；
再以更高放大倍率的投影镜头，对目标曝光图形进行空间定位和对焦，确定目标曝光图形中第三个曝光图形，以确保第三个曝光图形与第二个曝光图形进行衔接，再进行曝光；
继续上述操作，直到除目标曝光图形轮廓外，其它空间均已曝光；
(3)、连续扫描光刻
对目标曝光图形的轮廓进行连续式扫描曝光，形成光滑边缘的图形轮廓之间无缝隙的连接；
对目标曝光图形的精细结构进行连续式扫描曝光，形成光滑连接的精细结构图形。
本发明方法采用不同倍率的投影镜头，提高曝光的效率；并采用共轴的光学定位检测***，达到改变的倍率的投影镜头产生的图形能进行无间隙连接。本发明方法采用直写扫描和精缩排版的混合法，实现产生光滑的图形轮廓，并提高曝光的效率。
本发明方法操作时采用空间图形发生器(SLM)，照射图形发生器的光源，将图形发生器的图象投影到衬底上的可变倍率镜头的投影光学***，移动光敏感衬底的精密移动平台，一套包括照明光源、光学分路器、光敏感探测器的光学定位检测***，和控制各个部分的计算机控制***。图形发生器包括至少一个阵列的可单独切换的元件，由计算机控制来产生特征的构图。图形发生器可以是衍射或透射或反射器件。照射光源可以是连续光源，如孤光灯、LED或连续激光，在脉冲频率远高于图形发生器的元件的开关频率时也可以使用脉冲调制的LED或准连续激光。图形发生器产生的特征构图，通过光学投影***被以一定的精缩比例(M)投影到光敏感衬底上，精缩比例的改变由改用不同倍率的投影透镜来实现。精缩比例M可以大于1(M＞1)，也可以小于1(M＜＝1)，由实际应用的特征尺寸和印刷尺寸大小决定。在优选的实施例中，我们描述了精缩比例M＜1的应用，但本领域的技术人员都理解，类似的应用可以使用到M＞1的情况。光敏感衬底的移动可以在三轴、四轴或六轴的空间精密移动平台上来实现。投影光学***采用运心结构。
在优选的实施例中，投影光学***将图形发生器的图形以一定的时间间隔投影在光敏感元件上，光敏感元件在图形投影间隔之间进行移动，同时图形发生器的图形在进行切换，使再次投影的构图与前次投影的构图构成无缝接连。
在优选的实施例中，图形发生器被连续地照射，投影光学***把特征构图连续地投影在光敏感元件上，光敏感元件在精密移动平台上连续地移动，产生连续曝光的光滑构图。
在优选的实施例中，图形发生器被前述两种照射方式的组合，分别间隔地和连续地投影到光敏感元件上，其间投影光学***选用不同的精缩倍率进行图形投影，以减少曝光时间，并产生连续光滑的轮廓。
附图说明
图1为本发明方法光刻Z字示意图，
图2为采用本发明方法光刻四边形第一步确定目标曝光图形示意图，
图3为采用本发明方法光刻四边形第二步确定第一个曝光图形示意图，
图4为采用本发明方法光刻四边形第二步确定第二个曝光图形示意图，
图5为采用本发明方法光刻四边形第三步对目标曝光图形的轮廓进行连续式扫描曝光的示意图。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。
实施例1：
参见图1，采用本发明方法光刻Z字，
(1)、首先，在置于精密移动平台上的光敏感元件上生成具有Z字形期望曝光图形。假设空间图形发生器有16X12的可以独立变换的象素，假设要产生的目标Z字图形在一定目标放大倍率的投影镜头的情况下所在的空间大小对应于空间图形发生器的格局如图1所示。
(2)、分步直写光刻
在目标放大倍率的投影镜头的情况下，对目标曝光图形进行空间定位和对焦，确定目标曝光图形中第一个曝光图形，并进行曝光；取得除目标曝光图形轮廓外，其它空间均已曝光；
(3)、连续扫描光刻
对Z字形目标曝光图形的轮廓进行连续式扫描曝光，形成光滑边缘的图形轮廓之间无缝隙的连接。
实施例2：
采用本发明方法光刻四边形。
图2、图3、图4和图5示意性的示出了根据本发明的具有分步式和连续式的综合直写技术产生的四边形曝光图型的方法。
(1)、假设空间图形发生器有4X4的可以独立变换的象素，要产生的期望图形所在的空间大小对应于16X24个最终分辨率投影的空间图形发生器的格局，如图2。
(2)、分步直写光刻
再假设如图3、图4和图5所示，有最终分辨率的放大倍率，以及最终分辨率的二分之一的放大倍率的两组投影镜头可选。实际运用中，本领域的技术人员应理解可以有两个或者两个以上的各种不同放大倍率的投影镜头可选。在图3、图4和图5所示的实施例中，最终分辨率的二分之一的放大倍率的投影镜头产生8X8最终分辨率象素的空间图形，如图3所示，根据本发明的操作流程，图2所示的等效的图形发生器产生的目标曝光图形布局，可以按实施例中的两个放大倍率分解为多个不同放大倍率相对应的曝光图形布局，如图3、图4和图5所示；
从二分之一的放大倍率的投影镜头开始，先以低放大倍率的投影镜头，对目标曝光图形进行空间定位和对焦，确定目标曝光图形中第一个曝光图形，如图3所示，并进行曝光；
再以高放大倍率的投影镜头，对目标曝光图形进行空间定位和对焦，确定目标曝光图形中第二个曝光图形，以确保第二个曝光图形与第一个曝光图形进行衔接，如图4所示的曝光图形，再进行曝光；
最后，利用最高放大倍率的投影镜头，对晶片进行空间定位和对焦，以确保新的曝光图形与前面的曝光图形进行精确衔接。依照图5所示的曝光图形进行连续式的轮廓扫描曝光，形成光滑边缘的图形轮廓之间无缝隙的连接，对前面的曝光图形的精细结构进行连续式扫描曝光，形成光滑连接的精细结构图形，并得到高的曝光效率。
Claims (1)
1、综合式直写光刻方法，其特征在于包括下述操作步骤：
(1)、首先，在置于精密移动平台上的光敏感元件上生成具有与期望图形相关的特征的目标曝光图形，
(2)、分步直写光刻
从二分之一的放大倍率的低放大倍率的投影镜头开始，对目标曝光图形进行空间定位和对焦，确定目标曝光图形中第一个曝光图形，并进行曝光；
再以高放大倍率的投影镜头，对目标曝光图形进行空间定位和对焦，确定目标曝光图形中第二个曝光图形，以确保第二个曝光图形与第一个曝光图形进行衔接，再进行曝光；
再以更高放大倍率的投影镜头，对目标曝光图形进行空间定位和对焦，确定目标曝光图形中第三个曝光图形，以确保第三个曝光图形与第二个曝光图形进行衔接，再进行曝光；
继续上述操作，直到除目标曝光图形轮廓外，其它空间均已曝光；
(3)、连续扫描光刻
对目标曝光图形的轮廓进行连续式扫描曝光，形成光滑边缘的图形轮廓之间无缝隙的连接；
对目标曝光图形的精细结构进行连续式扫描曝光，形成光滑连接的精细结构图形。
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