專利名稱：綜合式直寫光刻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光刻技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)，涉及在如下襯底上印刷構(gòu)圖，如晶片、印刷電路板、掩膜板、平板顯示器、生物晶片、微機(jī)械電子晶片、光學(xué)玻璃平板。
背景技術(shù)：
光刻技術(shù)是用于在襯底表面上印刷具有特征的構(gòu)圖。這樣的襯底可包括用于制造半導(dǎo)體器件、多種集成電路、平面顯示器(例如液晶顯示器)、電路板、生物芯片、微機(jī)械電子芯片、光電子線路芯片等的基片。經(jīng)常使用的基片為半導(dǎo)體晶片或玻璃基片。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理解本文的描述，還應(yīng)用在本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他類型基片。
在光刻過(guò)程中，晶片放置在晶片臺(tái)上，通過(guò)處在光刻設(shè)備內(nèi)的曝光裝置，將特征構(gòu)圖投射到晶片表面。盡管在光刻過(guò)程中使用了投影光學(xué)裝置，還可依據(jù)具體應(yīng)用，使用不同的類型曝光裝置。例如X射線、離子、電子或光子光刻的不同曝光裝置，這已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知。在此，僅出于說(shuō)明目的，討論光刻的具體示例。
半導(dǎo)體行業(yè)使用的傳統(tǒng)分步重復(fù)式或分步掃描式光刻工具，將分劃板的提正構(gòu)圖在各個(gè)場(chǎng)一次性的投影或掃描到晶片上，一次曝光式掃描一個(gè)場(chǎng)。然后通過(guò)移動(dòng)晶片來(lái)對(duì)下一個(gè)場(chǎng)進(jìn)行重復(fù)性的曝光過(guò)程。傳統(tǒng)的光刻系統(tǒng)通過(guò)重復(fù)性曝光式掃描過(guò)程，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)出額的精確特征構(gòu)圖的印刷。
為在晶片上制造器件，需要多個(gè)分劃板。由于特征尺寸的減少以及對(duì)于較小特征尺寸的精確公差的原因，這些分劃板對(duì)于生產(chǎn)而言成本很高，耗時(shí)很長(zhǎng)，從而使利用分劃板的傳統(tǒng)晶片光刻制造成本越來(lái)越高，非常昂貴。
無(wú)掩膜(如直接寫或數(shù)字式等)光刻系統(tǒng)相對(duì)于使用查分劃板的方法，在光刻方面提供了許多益處。無(wú)掩膜系統(tǒng)使用空間圖形發(fā)生器(SLM)來(lái)代替分劃板。SLM包括數(shù)字微鏡系統(tǒng)(DMD)或液晶顯示器(LCD)，SLM包括一個(gè)可獨(dú)立尋址和控制的象素陣列，每個(gè)象素可以對(duì)透射、反射或衍射的光線產(chǎn)生包括相位、灰度方向或開關(guān)狀態(tài)的調(diào)制。
無(wú)掩膜光刻系統(tǒng)主要采用的是以下兩種方法一、激光來(lái)直寫法；二、空間圖形發(fā)生器精縮排版曝光。其中，激光來(lái)直寫法是逐點(diǎn)曝光，采用高能激光在光敏感襯底上直接產(chǎn)生圖形，缺點(diǎn)是加工速度慢，單個(gè)晶片曝光時(shí)間長(zhǎng)；第二種方法采用計(jì)算機(jī)控制圖形發(fā)生器(SLM)，主要問(wèn)題是分辨率較低，并且受到單位象素的形狀和有效通光孔徑(fill-in factor)的限制，難以制作連續(xù)光滑的圖形輪廓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種對(duì)光敏感襯底進(jìn)行構(gòu)圖光刻的方法，即采用直寫連續(xù)式掃描和不同倍率的精縮排版的分步式曝光的混合光刻方法，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生光滑的圖形輪廓，并提高曝光的效率。
具體的操作方法包括如下步驟綜合式直寫光刻方法，包括下述操作步驟(1)、首先，在置于精密移動(dòng)平臺(tái)上的光敏感元件上生成具有與期望圖形相關(guān)的特征的目標(biāo)曝光圖形，(2)、分步直寫光刻從低放大倍率的投影鏡頭開始，對(duì)目標(biāo)曝光圖形進(jìn)行空間定位和對(duì)焦，確定目標(biāo)曝光圖形中第一個(gè)曝光圖形，并進(jìn)行曝光；再以高放大倍率的投影鏡頭，對(duì)目標(biāo)曝光圖形進(jìn)行空間定位和對(duì)焦，確定目標(biāo)曝光圖形中第二個(gè)曝光圖形，以確保第二個(gè)曝光圖形與第一個(gè)曝光圖形進(jìn)行銜接，再進(jìn)行曝光；再以更高放大倍率的投影鏡頭，對(duì)目標(biāo)曝光圖形進(jìn)行空間定位和對(duì)焦，確定目標(biāo)曝光圖形中第三個(gè)曝光圖形，以確保第三個(gè)曝光圖形與第二個(gè)曝光圖形進(jìn)行銜接，再進(jìn)行曝光；繼續(xù)上述操作，直到除目標(biāo)曝光圖形輪廓外，其它空間均已曝光；(3)、連續(xù)掃描光刻對(duì)目標(biāo)曝光圖形的輪廓進(jìn)行連續(xù)式掃描曝光，形成光滑邊緣的圖形輪廓之間無(wú)縫隙的連接；對(duì)目標(biāo)曝光圖形的精細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行連續(xù)式掃描曝光，形成光滑連接的精細(xì)結(jié)構(gòu)圖形。
本發(fā)明方法采用不同倍率的投影鏡頭，提高曝光的效率；并采用共軸的光學(xué)定位檢測(cè)系統(tǒng)，達(dá)到改變的倍率的投影鏡頭產(chǎn)生的圖形能進(jìn)行無(wú)間隙連接。本發(fā)明方法采用直寫掃描和精縮排版的混合法，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生光滑的圖形輪廓，并提高曝光的效率。
本發(fā)明方法操作時(shí)采用空間圖形發(fā)生器(SLM)，照射圖形發(fā)生器的光源，將圖形發(fā)生器的圖象投影到襯底上的可變倍率鏡頭的投影光學(xué)系統(tǒng)，移動(dòng)光敏感襯底的精密移動(dòng)平臺(tái)，一套包括照明光源、光學(xué)分路器、光敏感探測(cè)器的光學(xué)定位檢測(cè)系統(tǒng)，和控制各個(gè)部分的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。圖形發(fā)生器包括至少一個(gè)陣列的可單獨(dú)切換的元件，由計(jì)算機(jī)控制來(lái)產(chǎn)生特征的構(gòu)圖。圖形發(fā)生器可以是衍射或透射或反射器件。照射光源可以是連續(xù)光源，如孤光燈、LED或連續(xù)激光，在脈沖頻率遠(yuǎn)高于圖形發(fā)生器的元件的開關(guān)頻率時(shí)也可以使用脈沖調(diào)制的LED或準(zhǔn)連續(xù)激光。圖形發(fā)生器產(chǎn)生的特征構(gòu)圖，通過(guò)光學(xué)投影系統(tǒng)被以一定的精縮比例(M)投影到光敏感襯底上，精縮比例的改變由改用不同倍率的投影透鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)。精縮比例M可以大于1(M＞1)，也可以小于1(M＜＝1)，由實(shí)際應(yīng)用的特征尺寸和印刷尺寸大小決定。在優(yōu)選的實(shí)施例中，我們描述了精縮比例M＜1的應(yīng)用，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員都理解，類似的應(yīng)用可以使用到M＞1的情況。光敏感襯底的移動(dòng)可以在三軸、四軸或六軸的空間精密移動(dòng)平臺(tái)上來(lái)實(shí)現(xiàn)。投影光學(xué)系統(tǒng)采用運(yùn)心結(jié)構(gòu)。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，投影光學(xué)系統(tǒng)將圖形發(fā)生器的圖形以一定的時(shí)間間隔投影在光敏感元件上，光敏感元件在圖形投影間隔之間進(jìn)行移動(dòng)，同時(shí)圖形發(fā)生器的圖形在進(jìn)行切換，使再次投影的構(gòu)圖與前次投影的構(gòu)圖構(gòu)成無(wú)縫接連。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，圖形發(fā)生器被連續(xù)地照射，投影光學(xué)系統(tǒng)把特征構(gòu)圖連續(xù)地投影在光敏感元件上，光敏感元件在精密移動(dòng)平臺(tái)上連續(xù)地移動(dòng)，產(chǎn)生連續(xù)曝光的光滑構(gòu)圖。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，圖形發(fā)生器被前述兩種照射方式的組合，分別間隔地和連續(xù)地投影到光敏感元件上，其間投影光學(xué)系統(tǒng)選用不同的精縮倍率進(jìn)行圖形投影，以減少曝光時(shí)間，并產(chǎn)生連續(xù)光滑的輪廓。


圖1為本發(fā)明方法光刻Z字示意圖，圖2為采用本發(fā)明方法光刻四邊形第一步確定目標(biāo)曝光圖形示意圖，圖3為采用本發(fā)明方法光刻四邊形第二步確定第一個(gè)曝光圖形示意圖，圖4為采用本發(fā)明方法光刻四邊形第二步確定第二個(gè)曝光圖形示意圖，圖5為采用本發(fā)明方法光刻四邊形第三步對(duì)目標(biāo)曝光圖形的輪廓進(jìn)行連續(xù)式掃描曝光的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。
實(shí)施例1參見圖1，采用本發(fā)明方法光刻Z字，(1)、首先，在置于精密移動(dòng)平臺(tái)上的光敏感元件上生成具有Z字形目標(biāo)曝光圖形。假設(shè)空間圖形發(fā)生器有16×12的可以獨(dú)立變換的象素，假設(shè)要產(chǎn)生的目標(biāo)Z字圖形在一定目標(biāo)放大倍率的投影鏡頭的情況下所在的空間大小對(duì)應(yīng)于空間圖形發(fā)生器的格局如圖1(a)所示。
(2)、分步直寫光刻在目標(biāo)放大倍率的投影鏡頭的情況下，對(duì)目標(biāo)曝光圖形進(jìn)行空間定位和對(duì)焦，確定目標(biāo)曝光圖形中第一個(gè)曝光圖形，如圖1(b)所示，并進(jìn)行曝光；取得除目標(biāo)曝光圖形輪廓外，其它空間均已曝光；(3)、連續(xù)掃描光刻對(duì)Z字形目標(biāo)曝光圖形的輪廓進(jìn)行連續(xù)式掃描曝光，形成光滑邊緣的圖形輪廓之間無(wú)縫隙的連接，如圖1(c)所示。
實(shí)施例2采用本發(fā)明方法光刻四邊形。
圖2、圖3、圖4和圖5示意性的示出了根據(jù)本發(fā)明的具有分步式和連續(xù)式的綜合直寫技術(shù)產(chǎn)生的四邊形曝光圖型的方法。
(1)、假設(shè)空間圖形發(fā)生器有4×4的可以獨(dú)立變換的象素，要產(chǎn)生的目標(biāo)圖形所在的空間大小對(duì)應(yīng)于16×24個(gè)最終分辨率投影的空間圖形發(fā)生器的格局，如圖2。
(2)、分步直寫光刻再假設(shè)如圖3、圖4和圖5所示，有最終分辨率的放大倍率，以及最終分辨率的二分之一的放大倍率的兩組投影鏡頭可選。實(shí)際運(yùn)用中，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解可以有兩個(gè)或者兩個(gè)以上的各種不同放大倍率的投影鏡頭可選。在圖3、圖4和圖5所示的實(shí)施例中，最終分辨率的二分之一的放大倍率的投影鏡頭產(chǎn)生8×8最終分辨率象素的空間圖形，如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的操作流程，圖2所示的等效的圖形發(fā)生器產(chǎn)生的目標(biāo)曝光圖形布局，可以按實(shí)施例中的兩個(gè)放大倍率分解為多個(gè)不同放大倍率相對(duì)應(yīng)的曝光圖形布局，如圖3、圖4和圖5所示；從二分之一的放大倍率的投影鏡頭開始，先以低放大倍率的投影鏡頭，對(duì)目標(biāo)曝光圖形進(jìn)行空間定位和對(duì)焦，確定目標(biāo)曝光圖形中第一個(gè)曝光圖形，如圖3所示，并進(jìn)行曝光；再以高放大倍率的投影鏡頭，對(duì)目標(biāo)曝光圖形進(jìn)行空間定位和對(duì)焦，確定目標(biāo)曝光圖形中第二個(gè)曝光圖形，以確保第二個(gè)曝光圖形與第一個(gè)曝光圖形進(jìn)行銜接，如圖4所示的曝光圖形，再進(jìn)行曝光；最后，利用最高放大倍率的投影鏡頭，對(duì)晶片進(jìn)行空間定位和對(duì)焦，以確保新的曝光圖形與前面的曝光圖形進(jìn)行精確銜接。依照?qǐng)D5所示的曝光圖形進(jìn)行連續(xù)式的輪廓掃描曝光，形成光滑邊緣的圖形輪廓之間無(wú)縫隙的連接，對(duì)前面的曝光圖形的精細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行連續(xù)式掃描曝光，形成光滑連接的精細(xì)結(jié)構(gòu)圖形，并得到高的曝光效率。
權(quán)利要求
1.綜合式直寫光刻方法，其特征在于包括下述操作步驟(1)、首先，在置于精密移動(dòng)平臺(tái)上的光敏感元件上生成具有與期望圖形相關(guān)的特征的目標(biāo)曝光圖形，(2)、分步直寫光刻從低放大倍率的投影鏡頭開始，對(duì)目標(biāo)曝光圖形進(jìn)行空間定位和對(duì)焦，確定目標(biāo)曝光圖形中第一個(gè)曝光圖形，并進(jìn)行曝光；再以高放大倍率的投影鏡頭，對(duì)目標(biāo)曝光圖形進(jìn)行空間定位和對(duì)焦，確定目標(biāo)曝光圖形中第二個(gè)曝光圖形，以確保第二個(gè)曝光圖形與第一個(gè)曝光圖形進(jìn)行銜接，再進(jìn)行曝光；再以更高放大倍率的投影鏡頭，對(duì)目標(biāo)曝光圖形進(jìn)行空間定位和對(duì)焦，確定目標(biāo)曝光圖形中第三個(gè)曝光圖形，以確保第三個(gè)曝光圖形與第二個(gè)曝光圖形進(jìn)行銜接，再進(jìn)行曝光；繼續(xù)上述操作，直到除目標(biāo)曝光圖形輪廓外，其它空間均已曝光；(3)、連續(xù)掃描光刻對(duì)目標(biāo)曝光圖形的輪廓進(jìn)行連續(xù)式掃描曝光，形成光滑邊緣的圖形輪廓之間無(wú)縫隙的連接；對(duì)目標(biāo)曝光圖形的精細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行連續(xù)式掃描曝光，形成光滑連接的精細(xì)結(jié)構(gòu)圖形。
全文摘要
本發(fā)明涉及光刻技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是綜合式直寫光刻方法。該方法包括確定目標(biāo)曝光圖形、分步直寫光刻和連續(xù)掃描光刻三大步驟；采用不同倍率的投影鏡頭，提高曝光的效率；并采用共軸的光學(xué)定位檢測(cè)系統(tǒng)，達(dá)到改變的倍率的投影鏡頭產(chǎn)生的圖形能進(jìn)行無(wú)間隙連接。本發(fā)明方法采用直寫掃描和精縮排版的混合法，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生光滑的圖形輪廓，并提高曝光的效率。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101055424SQ200710022638
公開日2007年10月17日 申請(qǐng)日期2007年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月23日
發(fā)明者劉文海, 劉軍, 胡亦寧, 楊丹寧 申請(qǐng)人:芯碩半導(dǎo)體(合肥)有限公司